[發明專利]一種大功率LED發光元件

無效

• 申請號: 200710074813.5
• 申請日: 2007-06-04
• 公開（公告）號: CN101101948A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 朱建欽
• 申請（專利權）人: 朱建欽
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L23/473;H05K7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及大功率LED發光元件，尤其是指一種具有表面液冷散熱結構的大功率LED發光元件。

背景技術

LED發光元件是由P型半導體和N型半導體構成的一種半導體發光元件，當P型半導體與N型半導體形成一個接面時，其能帶結構并未施加任何電壓(或稱偏壓)，此時P型半導體的費米能階與N型半導體的費米能階相互對齊，且在接觸面形成一電場，即存在一電位能，這會使導電帶和價電帶彎曲，P、N型半導體電帶的高度落差便是阻止電子流動的能障。當接合的兩層半導體同屬一材質時，此種接面稱為同質接面；若兩者分屬不同材質，例如：氮化鋁鎵(AlGaN)/氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)/氮化銦鎵(InGaN)，此種接面稱為異質接面。

將正電壓接到P型半導體，負電壓接到N型半導體，此時負電壓端的所有能階皆會往上提升(相對于正電壓端)，因而破壞原先的平衡狀態(P型半導體的費米能階與N型半導體的費米能階不再相互對齊)，且電子在導電帶中向左流動時所遇到的能障也降低，因而非常容易流通，在電路中形成導通狀態，電流也因而急速上升。

在一個適當的順向偏壓下，電子、電洞分別注入N、P兩端后，便會在P、N接面區域結合而發光，即電子由高能量狀態掉回低能量狀態與電洞結合，將能量以光和熱的形式釋放出來。外部會不斷地由N側注入電子，并由P側注入電洞，使得電子、電洞結合而發光的動作持續進行，這就是發光二極體的基本發光原理。

目前，各界對于LED的研究主要在兩方面，一是亮度的提升，一是白光的要求。在亮度提升方面，理論上我們將晶片的面積加大，并操作在大電流下，應該可以將LED的亮度成線性的成長。但實際上諸多發光效率不佳的原因在于，許多輸入進LED的能量并沒有辦法以光的形式放射出來，反而以熱的形式流竄在LED晶片里面。大家也都知道，熱對于半導體的影響是非常大的，它會降低半導體元件的工作效率，所以如何提升發光效率或是如何將熱快速的導出LED晶片都是很重要的課題。

目前均采用傳導、輻射渠道，風冷、液冷等方式通過LED底部金屬載板對LED芯片產生的熱量進行消散。如圖1所示，根據LED的發光原理，LED發光層3位于底層1和頂層2的中間，頂部和底部產生的熱量是相等的，底部的熱量是通過襯底層4直接傳導到金屬基板5，再經過傳導、輻射、風冷、液冷等結構6進行消散，而頂部的熱量卻需要經過導熱性較差的封裝樹脂7并只能通過輻射方式向外界的空氣散發，頂層2的熱量很容易積聚，極大的影響了發光效率。通過熱紅外成像對比實驗證明，頂層2的熱量只有約5％到8％能經底層比較順暢的散熱渠道消散。附圖1中的空心箭頭為熱傳導方向。

專利號為200420012318.3的中國實用新型專利中公開了“一種高功率LED散熱結構”，以及專利申請號為200610054453.8的中國發明專利申請中公開了一種“LED微型液冷系統”，這兩種針對于大功率LED的散熱方式均采用成熟的液冷散熱技術對底層1的熱量進行消散，并沒有解決頂層2的熱量消散問題。

發明內容

本發明的主要目的是針對現有大功率LED元件頂層散熱技術存在的不足，而提供一種大功率LED元件，它可有效消散大功率LED元件頂層的熱量。

本發明的另一個目的是形成一個能夠控制光路的透鏡。

為了達到上述目的，本發明由以下的技術方案來實現。

一種大功率LED元件，其特征在于：將金屬基板裝載的LED元件整體設于一個透明罩內，在透明罩上設有冷卻液循環進、出口，在冷卻液循環進、出口連接一液冷循環散熱裝置，通過液冷循環散熱裝置在透明罩內裝滿冷卻液，使冷卻液淹蓋整個LED元件表面。

所述的透明罩具有光學特征外輪廓。

所述的液冷循環散熱裝置其具有一冷卻液循環盤管，其兩端連接透明罩上的冷卻液循環進、出口；一驅動泵，連接在冷卻液循環盤管上；一排散熱片，設于冷卻液循環盤管上。

所述的冷卻液為透明、不導電、不腐蝕的冷卻介質。

所述的驅動泵為磁力驅動冷卻液循環。

本發明專利的有益效果在于，采用了在LED元件表面利用冷卻液循環吸收熱量的散熱結構，它可消散LED元件表面、背面的熱量，延長使用壽命。又利用折射系數比較理想的透明冷卻液結合具有光學特征外輪廓的透明罩形成一個能夠控制光路的透鏡。

附圖說明

圖1是現有大功率LED元件的散熱方式結構示意圖

圖2是本發明大功率LED元件的散熱方式實施例1結構示意圖