[发明专利]一种基于热声制冷技术大功率LED光源

说明书

技术领域

本发明涉及照明光源，尤其涉及一种基于热声制冷技术大功率LED光源。

背景技术

LED光源是新一代绿色照明光源，其耗电量只有普通白炽灯的十分之一，而寿命却长十倍以上。除此之外，LED光源还具有体积小、坚固耐用、色彩丰富等优点。为了满足更高光强的要求，LED光源通过提高单个芯片的输出功率或者采用LED阵列的方式来实现。在理想的情况下，匹配的光学材料和适当的封装结构能够充分发挥LED高效的发光性能，将大部分的电能转化为光。但是由于LED芯片面积非常小，因此大量的热量无法及时散去，因此导致LED工作时温度过高。温度过高对大功率LED光源的输出光强和色温性能有着非常大的影响，特别是LED芯片的PN结长期工作在高温状态，其光学性能会很快衰减，严重影响LED的使用寿命。这是LED封装中需要解决的关键问题。

从LED光源发热特性分析可知，LED芯片散热的瓶颈在芯片和基板之间，由于LED芯片体积非常小，芯片与基板之间的接触面积非常有限，特别是倒装(flip-chip)结构，发热的有源区与基板之间存在多个介质层，热阻迅速增加，详细分析参见文献《倒装大功率白光LED热场分析与测试》(光电子·激光，vol.16，num.5，pp.511-514，2005)。这样LED芯片的热量不能尽快地将散去，导致PN结温较高，而且其他光学材料如环氧树脂、硅胶和荧光剂等长期处于高温下工作，整个光源装置的性能衰减老化得很快、可靠性差，这种封装结构难以适用高功率密度的大功率LED光源。如何在低成本的前提下，采用更好的冷却方式，使LED光源工作在更低的温度上工作，获得更高的发光效率，更长的寿命，更高的可靠性，是本发明要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于热声制冷技术的大功率LED光源。

基于热声制冷技术大功率LED光源包括LED芯片组件、多孔封装基板、透明壳层、喇叭形反射杯、板叠、热端换热器、散热器、声波发生器、壳体、声波谐振腔；声波发生器设置在壳体的下端，壳体的上部依次设置有热端换热器、板叠、多孔封装基板，热端换热器与壳体外的散热器相连，壳体的上端设置有喇叭形反射杯与透明壳层围成的空腔构成声波谐振腔，在空腔构成声波谐振腔内，多孔封装基板上设有LED芯片组件。

所述的LED芯片组件包括LED芯片、芯片基座、光胶层，芯片基座上设置LED芯片，在芯片基座和LED芯片上设置光胶层。多孔封装基板是一种具有网状或条状空隙结构的金属或陶瓷平板。透明壳层是一个由玻璃或树脂透明材料制成的曲面壳层或者透镜。喇叭形反射杯内壁设有光学反射镜。板叠是一种由金属或塑料薄片构成的卷层结构或者阵列圆筒结构。热端换热器是一种网状或条状空隙结构的金属板。散热器是一种肋片式散热器或热管式散热器。声波发生器是一种压电陶瓷式或者电磁式喇叭。

本发明的LED产生的光从透明壳体发出，LED产生的热量传导至多孔封装基板，然后经热声效应被传送至热端换热器，然后被与之相连的散热器散出，这样可以有效解决大功率LED光源的散热问题。本发明的优点在于没有风扇、压缩泵等机械运动部件，声波发生装置可靠性高能够长时间工作。利用热声效应能够将LED芯片产生的大量热量传输出来，保障LED芯片的结温保持在较低水平，从而提高了大功率LED的运行可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是一种基于热声制冷技术大功率LED光源的结构示意图；

图2是热声制冷原理示意图；

图3是空腔内声波传播的波面变化示意图；

图4是LED芯片组件结构示意图；

图5是两种多孔封装基板结构示意图；

图6是LED芯片组件与多孔封装基板组合示意图；

图7是三种板叠结构示意图；

图8是一种热端换热器结构示意图；

图9是两种热端换热器与散热器组合示意图；

图10是一种声波发生器的结构示意图。

图中：LED芯片组件1、多孔封装基板2、透明壳层3、喇叭形反射杯4、板叠5、热端换热器6、散热器7、声波发生器8、壳体9、声波谐振腔10、LED芯片11、芯片基座12、透明荧光胶层13、平板14、圆孔15、金属或者塑料薄片16、空隙17、塑料或金属空心圆管18、条形孔19、热管散热器20、散热翅片21、散热翅片22、翅片式散热器23、翅片式散热器24、翅片式散热器25翅片式散热器26、压电陶瓷驱动器27、变幅杆28、号筒29。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。