[實用新型]大功率LED發光系統被動式液冷裝置

有效

• 申請號: 201320635336.6
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN203549739U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 劉志剛;張承武;姜桂林
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: F21V29/00
• 分類號: F21V29/00;F21Y101/02
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術領域

????本實用新型是針對大功率LED發光系統的集成散熱裝置，屬于被動式散熱領域。

背景技術

LED(Light?Emitting?Diode)，發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。發光二極管(LED)由于具有工作電壓低、低功耗、色彩豐富、價格低以及對環境污染少等優點，受到廣泛的歡迎，并將在21世紀的顯示、照明領域扮演重要角色。LED的應用主要可分為三大類：LCD屏背光、LED照明、LED顯示，例如手機、PDA、MP3/4、數碼相框、筆記本電腦等。小功率LED的應用已經非常成熟和廣泛，近來大功率LED的應用逐漸升溫，單個大功率的LED的功率約1?W至50?W，光通量為30~4500?lm，隨著實際應用的需要，單個LED器件的輸出功率還在進一步提高。

然而在提高輸出功率的同時，由于電-光轉換效率的限制(通常在10%-20%左右)，約80%-90%的能量轉化為器件的發熱，由此導致器件嚴重的發熱問題。這將極大地降低照明效率。除了降低照明效率，高溫還將導致LED發光顏色的改變。目前，很多功率型LED的驅動電流都能達到1500mA級。隨著工作電流的加大，解決散熱問題已成為大功率LED實現產業化的先決條件。因此，開發良好的大功率LED散熱技術對于大功率LED的發展是至關重要的。

LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。

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，則會導致芯片的溫度升高，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，當溫度超過一定值時，器件的失效率將呈指數規律攀升，元件溫度每上升2℃，可靠性將下降10%。為了保證器件的壽命,一般要求P-N結的結溫在110℃以下。隨著P-N結的溫升，白光LED器件的發光波長將發生紅移。據統計資料表明，在100℃的溫度下，波長可以紅移4～9?nm，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的發光強度會相應減少1%左右，當器件從環境溫度上升到120℃時，亮度下降多達35%。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。

我們知道，常見的散熱方式一般有兩種，即被動散熱和主動散熱。被動散熱一般為熱管、固體金屬翅片等被動散熱手段，通常用于功率相對較低的LED?發光系統，大功率LED發光系統采用該散熱方式時要求較高。主動散熱方式一般又分為兩種，有液體(如水、壓縮氟利昂等)循環致冷方式和固體(半導體)致冷方式。其中，液體循環致冷方式有很多不便之處，因為是主動散熱，該處液冷為強制液冷，系統需要添加驅動工質循環的動力裝置。目前國內多采用固體散熱技術，如圖1?所示，燈泡2發光時產生熱量，熱量通過導熱膠3傳遞給金屬散熱基體4，最終由布置在金屬散熱基體4上的散熱翅片5將熱量散到大氣中。然而固體散熱技術如半導體制冷往往造價較高，而且其散熱能力有限，其壽命也很難保證。

從以上分析可以看出，針對大功率LED，尤其是大功率LED路燈的散熱可以采用上述主動和被動散熱方式，但是上述方式應用于大功率LED路燈時存在如下問題：熱管和半導體制冷造價高、壽命短；固體金屬翅片金屬用量大、重量重；強制液冷循環不穩定、可靠性差。

發明內容

????本實用新型針對現有技術中的不足提出了一種新的集成散熱裝置，如圖所示，用以大功率LED發光系統的冷卻問題。

本方案是通過如下技術措施來實現的：一種大功率LED發光系統被動式液冷裝置，LED和散熱體，其特征是所述散熱體是中空結構且帶有進出口的散熱體，還設置有中空且帶有進出口的吸熱體，LED通過導熱膠固定在吸熱體表面；吸熱體的進口和散熱體的出口通過連接管路連通，吸熱體的出口和散熱體的進口通過連接管路連通，在吸熱體和散熱體中加注工質并在由吸熱體和散熱體組成的循環通道中循環。