[实用新型]大功率LED发光系统被动式液冷装置

说明书

技术领域

    本实用新型是针对大功率LED发光系统的集成散热装置，属于被动式散热领域。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。发光二极管(LED)由于具有工作电压低、低功耗、色彩丰富、价格低以及对环境污染少等优点，受到广泛的欢迎，并将在21世纪的显示、照明领域扮演重要角色。LED的应用主要可分为三大类：LCD屏背光、LED照明、LED显示，例如手机、PDA、MP3/4、数码相框、笔记本电脑等。小功率LED的应用已经非常成熟和广泛，近来大功率LED的应用逐渐升温，单个大功率的LED的功率约1 W至50 W，光通量为30~4500 lm，随着实际应用的需要，单个LED器件的输出功率还在进一步提高。

然而在提高输出功率的同时，由于电-光转换效率的限制(通常在10%-20%左右)，约80%-90%的能量转化为器件的发热，由此导致器件严重的发热问题。这将极大地降低照明效率。除了降低照明效率，高温还将导致LED发光颜色的改变。目前，很多功率型LED的驱动电流都能达到1500mA级。随着工作电流的加大，解决散热问题已成为大功率LED实现产业化的先决条件。因此，开发良好的大功率LED散热技术对于大功率LED的发展是至关重要的。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片的温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性将下降10%。为了保证器件的寿命,一般要求P-N结的结温在110℃以下。随着P-N结的温升，白光LED器件的发光波长将发生红移。据统计资料表明，在100℃的温度下，波长可以红移4～9 nm，从而导致YAG荧光粉吸收率下降,总的发光强度会减少,白光色度变差。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应减少1%左右，当器件从环境温度上升到120℃时，亮度下降多达35%。当多个LED密集排列组成白光照明系统时，热量的耗散问题更严重因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。

我们知道，常见的散热方式一般有两种，即被动散热和主动散热。被动散热一般为热管、固体金属翅片等被动散热手段，通常用于功率相对较低的LED 发光系统，大功率LED发光系统采用该散热方式时要求较高。主动散热方式一般又分为两种，有液体(如水、压缩氟利昂等)循环致冷方式和固体(半导体)致冷方式。其中，液体循环致冷方式有很多不便之处，因为是主动散热，该处液冷为强制液冷，系统需要添加驱动工质循环的动力装置。目前国内多采用固体散热技术，如图1 所示，灯泡2发光时产生热量，热量通过导热胶3传递给金属散热基体4，最终由布置在金属散热基体4上的散热翅片5将热量散到大气中。然而固体散热技术如半导体制冷往往造价较高，而且其散热能力有限，其寿命也很难保证。

从以上分析可以看出，针对大功率LED，尤其是大功率LED路灯的散热可以采用上述主动和被动散热方式，但是上述方式应用于大功率LED路灯时存在如下问题：热管和半导体制冷造价高、寿命短；固体金属翅片金属用量大、重量重；强制液冷循环不稳定、可靠性差。

发明内容

    本实用新型针对现有技术中的不足提出了一种新的集成散热装置，如图所示，用以大功率LED发光系统的冷却问题。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种大功率LED发光系统被动式液冷装置，LED和散热体，其特征是所述散热体是中空结构且带有进出口的散热体，还设置有中空且带有进出口的吸热体，LED通过导热胶固定在吸热体表面；吸热体的进口和散热体的出口通过连接管路连通，吸热体的出口和散热体的进口通过连接管路连通，在吸热体和散热体中加注工质并在由吸热体和散热体组成的循环通道中循环。