[發明專利]一種基于熱聲制冷技術大功率LED光源

有效

• 申請號: 200910100981.6
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101619813A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 符建
• 申請（專利權）人: 符建
• 主分類號: F21S2/00
• 分類號: F21S2/00;F21V7/10;F21V15/02;F21V17/00;F21V29/00;H01L23/34;F21Y101/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及照明光源，尤其涉及一種基于熱聲制冷技術大功率LED光源。

背景技術

LED光源是新一代綠色照明光源，其耗電量只有普通白熾燈的十分之一，而壽命卻長十倍以上。除此之外，LED光源還具有體積小、堅固耐用、色彩豐富等優點。為了滿足更高光強的要求，LED光源通過提高單個芯片的輸出功率或者采用LED陣列的方式來實現。在理想的情況下，匹配的光學材料和適當的封裝結構能夠充分發揮LED高效的發光性能，將大部分的電能轉化為光。但是由于LED芯片面積非常小，因此大量的熱量無法及時散去，因此導致LED工作時溫度過高。溫度過高對大功率LED光源的輸出光強和色溫性能有著非常大的影響，特別是LED芯片的PN結長期工作在高溫狀態，其光學性能會很快衰減，嚴重影響LED的使用壽命。這是LED封裝中需要解決的關鍵問題。

從LED光源發熱特性分析可知，LED芯片散熱的瓶頸在芯片和基板之間，由于LED芯片體積非常小，芯片與基板之間的接觸面積非常有限，特別是倒裝(flip-chip)結構，發熱的有源區與基板之間存在多個介質層，熱阻迅速增加，詳細分析參見文獻《倒裝大功率白光LED熱場分析與測試》(光電子·激光，vol.16，num.5，pp.511-514，2005)。這樣LED芯片的熱量不能盡快地將散去，導致PN結溫較高，而且其他光學材料如環氧樹脂、硅膠和熒光劑等長期處于高溫下工作，整個光源裝置的性能衰減老化得很快、可靠性差，這種封裝結構難以適用高功率密度的大功率LED光源。如何在低成本的前提下，采用更好的冷卻方式，使LED光源工作在更低的溫度上工作，獲得更高的發光效率，更長的壽命，更高的可靠性，是本發明要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于熱聲制冷技術的大功率LED光源。

基于熱聲制冷技術大功率LED光源包括LED芯片組件、多孔封裝基板、透明殼層、喇叭形反射杯、板疊、熱端換熱器、散熱器、聲波發生器、殼體、聲波諧振腔；聲波發生器設置在殼體的下端，殼體的上部依次設置有熱端換熱器、板疊、多孔封裝基板，熱端換熱器與殼體外的散熱器相連，殼體的上端設置有喇叭形反射杯與透明殼層圍成的空腔構成聲波諧振腔，在空腔構成聲波諧振腔內，多孔封裝基板上設有LED芯片組件。

所述的LED芯片組件包括LED芯片、芯片基座、光膠層，芯片基座上設置LED芯片，在芯片基座和LED芯片上設置光膠層。多孔封裝基板是一種具有網狀或條狀空隙結構的金屬或陶瓷平板。透明殼層是一個由玻璃或樹脂透明材料制成的曲面殼層或者透鏡。喇叭形反射杯內壁設有光學反射鏡。板疊是一種由金屬或塑料薄片構成的卷層結構或者陣列圓筒結構。熱端換熱器是一種網狀或條狀空隙結構的金屬板。散熱器是一種肋片式散熱器或熱管式散熱器。聲波發生器是一種壓電陶瓷式或者電磁式喇叭。

本發明的LED產生的光從透明殼體發出，LED產生的熱量傳導至多孔封裝基板，然后經熱聲效應被傳送至熱端換熱器，然后被與之相連的散熱器散出，這樣可以有效解決大功率LED光源的散熱問題。本發明的優點在于沒有風扇、壓縮泵等機械運動部件，聲波發生裝置可靠性高能夠長時間工作。利用熱聲效應能夠將LED芯片產生的大量熱量傳輸出來，保障LED芯片的結溫保持在較低水平，從而提高了大功率LED的運行可靠性和使用壽命。

附圖說明

圖1是一種基于熱聲制冷技術大功率LED光源的結構示意圖；

圖2是熱聲制冷原理示意圖；

圖3是空腔內聲波傳播的波面變化示意圖；

圖4是LED芯片組件結構示意圖；

圖5是兩種多孔封裝基板結構示意圖；

圖6是LED芯片組件與多孔封裝基板組合示意圖；

圖7是三種板疊結構示意圖；

圖8是一種熱端換熱器結構示意圖；

圖9是兩種熱端換熱器與散熱器組合示意圖；

圖10是一種聲波發生器的結構示意圖。

圖中：LED芯片組件1、多孔封裝基板2、透明殼層3、喇叭形反射杯4、板疊5、熱端換熱器6、散熱器7、聲波發生器8、殼體9、聲波諧振腔10、LED芯片11、芯片基座12、透明熒光膠層13、平板14、圓孔15、金屬或者塑料薄片16、空隙17、塑料或金屬空心圓管18、條形孔19、熱管散熱器20、散熱翅片21、散熱翅片22、翅片式散熱器23、翅片式散熱器24、翅片式散熱器25翅片式散熱器26、壓電陶瓷驅動器27、變幅桿28、號筒29。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式。