[實用新型]基于MEMS微冷卻裝置散熱的大功率LED燈具

無效

• 申請號: 200920042414.5
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN201412805Y
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 朱紀軍;洪思忠;樊世才
• 申請（專利權）人: 江蘇名家匯電器有限公司
• 主分類號: F21V29/00
• 分類號: F21V29/00;F21Y101/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本實用新型涉及一種大功率LED燈具，尤其是一種將微流體控制技術、微機電系統、微熱交換技術與LED燈具制造技術綜合的大功率LED燈具的設計和制造工藝，它屬于微細制造、表面改性技術和微光學技術相交叉的技術領域，具體地說是一種基于MEMS微冷卻裝置散熱的大功率LED燈具。

背景技術

隨著氮化鎵基第三代半導體的興起，藍色和白色發光二極管的研究成功，半導體照明帶來了人類照明史上的又一次飛躍。與白熾燈和熒光燈相比，LED以其體積小、全固態、長壽命、環保、省電等一系列優點，成為新一代環保型照明光源的主要發展方向之一，也是21世紀最具發展前景的高技術領域之一。各國政府高度重視，紛紛出臺國家計劃，投入巨資加以發展。

直接使用藍色芯片激發YAG熒光粉發出白光的照明產品稱之為半導體照明產品。白色LED照明產品與傳統的白熾燈相比可節電80％-90％；而壽命可達8-10萬小時，是白熾燈的10倍以上，具有節能環保、發光體積小、可靠性高且壽命長等顯著的優點，是二十一世紀的最具競爭力的綠色光源產品。隨著半導體技術的飛速發展，目前大功率LED照明技術已出現可以初步替代各種傳統照明光源產品之趨勢，美日韓及歐洲等國家和地區均已將之列入國家重點發展計劃，有針對性地進行研究和開發。路燈照明是除家庭照明市場以外的第二大照明市場，但電能的消耗卻是最大的，所以如何將大功率LED的各種優點運用于該領域，從而大幅度降低使用及維護成本、延長壽命、節約能源成為非常重要的課題。2000年以來半導體LED照明技術發展非常迅速，目前白光LED發光效率已經達到40-60lm/W左右，在一些特殊照明領域已經有非常廣泛的應用。但在單顆高功率、高亮度方面還沒有明顯的突破，在光通量需要非常高的路燈領域基本還是采用將1w或3w的LED通過組合排列的方式來實現光通量的提升，但隨之而來在散熱方面將帶來非常多的問題。

20世紀末，Lumileds?Lighting公司封裝出第一個瓦級大功率LED，使LED的功率從幾十毫瓦躍超過1000mW，單個LED器件的光通量也從不到一個lm飛躍達到十幾個lm。目前，高亮度白光LED在實驗室中已經達到100lm/W的水平，50lm/W的大功率白光LED也進入商業化。對于W級(≥1W)高功率LED而言，目前的電光轉換效率約為15％，剩余的85％轉化為熱能，而芯片尺寸僅為1mm×1mm～215mm×215mm，也就是說芯片的功率密度很大，如何提高大功率LED的散熱能力，是LED器件封裝和器件應用設計要解決的核心問題。

發光二極管是一種注入電致發光器件，由III2?V族化合物制成。在外加電場作用下，電子與空穴的輻射復合而發生的電致作用將能量的10％～15％轉化為光能，而無輻射復合產生的晶格振蕩將其余85％～90％的能量轉化為熱能。與傳統的照明器件不同，白光LED的發光光譜中不包含紅外部分，所以其熱量不能依靠輻射釋放。

對于單個LED而言，如果熱量集中在尺寸很小的芯片內而不能有效散出，則會導致芯片溫度升高，引起熱應力的非均勻分布、芯片發光效率和熒光粉激射效率下降。研究表明，當溫度超過一定值，器件的失效率將呈指數規律上升，元件溫度每上升2℃，可靠性下降10％。為了保證器件的壽命，一般要求pn結結溫在110℃以下。隨著pn結的溫升，白光LED器件的發光波長將發生紅移。統計資料表明，在100℃的溫度下，波長可以紅移4～9nm，從而導致YAG熒光粉吸收率下降，總的發光強度會減少，白光色度變差。在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發光強度會相應地減少1％左右。當多個LED密集排列組成白光照明系統時，熱量的耗散問題更嚴重。因此解決散熱問題已成為功率型LED應用的先決條件。