大功率半导体照明光源制造技术

本发明专利技术提供一种大功率半导体照明光源，其包括:LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。本发明专利技术提供大功率半导体照明光源重量轻、成本低、具有优异的照明效果和散热效果。

【技术实现步骤摘要】
大功率半导体照明光源
本专利技术涉及一种大功率半导体照明光源。
技术介绍
由于节能、环保等优点，半导体照明已经列入我国的战略性新兴产业，并且已经广泛地应用在室内照明、室外照明和景观照明等通用照明领域。半导体照明技术发展迅速，目前高端商品化半导体照明光源的光效已经达到150lm/W级别。然而，即使对于如此高效率的半导体照明光源来说，输入的电功率也只有30％-60％转换为了光能，仍有70％-40％的电能转换成了热。如果这些热量不能及时散掉，就会导致LED芯片结温升高，进而导致其发光效率降低、寿命缩短、发光波长漂移。同时，会导致荧光粉效率降低、寿命缩短，这些结果又导致了半导体照明光源色温发生变化，颜色特性恶化。因此，散热技术是半导体照明光源实现高效率、高可靠、长寿命的关键技术。通常单颗LED芯片的功率较小、光通量小，很难满足通用照明需求，因此实际的照明光源通常需要将多颗LED芯片集成封装而成。故，实际应用的照明光源的散热问题更为突出。实际应用的半导体照明光源中，以板上芯片集成封装(COB)为代表的LED面光源具有驱动电路设计简单、体积小、易模块化等优点，成为最具潜力的技术发展方向之一。这种LED面光源技术，LED器件的集成密度高，往往在平方厘米级的金属基板上就集成几十颗，甚至上百颗LED器件，其发光区域更为集中，这为减小光源体积、降低成本、模块化、光学设计等带来了更大的自由度。但是另一方面，这也造成了该种LED面光源的热流密度远高于分立式芯片组成的LED光源，散热的难度大大增加。由于主动散热技术会额外消耗能源且可靠性有待进一步提高，目前通常采用由铝、铜等金属材料构成的普通翅片散热器，依靠自然对流的被动散热方式进行散热。在自然对流散热器中，可以通过优化散热鳍片拓扑结构、增加鳍片数量或者增大其尺寸等方法以增加散热器表面积来增强自然对流热交换。为了增强热交换效果以保证适合的LED芯片结温，这种通过增大表面积来增强散热效果的方法，一方面会增加材料的用量从而带来高成本的问题，另一方面会导致半导体照明光源的体积大、重量大，给使用带来很大困难。而且，由于常规封装的LED管芯通常是朗伯光源，其发光方向性强、照明均匀性差，如果直接用来作为照明光源，会导致目标照明区域光分布不均匀、不满足要求，并且很多光达到所需照明区域之外，造成光污染和浪费。对于LED球泡灯，可以将LED管芯环绕排布在一个棱台或者柱型杆的四周构成灯芯的设计来解决光分布不均匀的问题。但是，对于LED路灯、LED场馆灯等光源，上述设计就无法满足照明要求。故，对于LED路灯、LED场馆灯等光源如何才能将LED管芯发出的光线进行调控，使其光能量恰好覆盖给定的照明区域，消除光污染和光浪费，实现真正意义上的节能，也是一个迫切需要解决的技术问题。目前为了解决上述问题一般采用的方法是在集成LED器件的正面设置光学系统，背面设置散热装置，以解决散热及照明需求的问题。目前，大功率LED光源一般采用的光学透镜为玻璃、PC、PMMA等材料构成的实心光学系统。对于大功率、大发光面积的LED光源来说，相应的光学系统的体积也越大。一方面，由这些材料构成的光学系统的导热性较差，随着材料厚度、体积的增加，对散热的阻碍作用也越明显，这反过来进一步加重了LED光源背部散热器的负担。另一方面，随着光学系统材料厚度的增加，光学系统对LED器件发出的光线的吸收也增加，导致光能利用率降低。并且，随着光学系统的材料厚度以及体积的增加，LED光源背面的散热器的厚度以及体积也要相应地增加才能实现良好的散热，这种设计很大程度上增加了LED光源的体积及重量，进而导致LED光源成本增加且给应用带来诸多不便。综上所述，目前尚缺乏重量轻、成本低、具有优异照明效果和散热效果的大功率(大于10W)半导体照明光源。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种重量轻、成本低、具有优异的照明效果和散热效果的大功率半导体照明光源。一种大功率半导体照明光源，其包括：LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。本专利技术提供的大功率半导体照明光源中填充液体填充在封装壳体内，LED模块浸入在由封装壳体和散热器包围形成的空间内的填充液体中，封装壳体和填充液体共同形成的光学系统不仅为LED模块的配光单元，同时也有助于降低LED模块工作时的结温。与现有技术相比，本专利技术以较低的成本实现了优异的照明效果，保证了照明光源的稳定性，同时因重量轻、体积小，实现了很好的可替换性，可广泛应用于道路照明、隧道照明、夜景照明和大型场馆照明等领域。附图说明图1为本专利技术实施方式提供的一种大功率半导体照明光源的结构示意图。图2为本专利技术实施例1提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图3(a)～3(d)分别为图2所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图4(a)是图2所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图4(b)是图2所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。图5为图2所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图6为本专利技术实施例2提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图7(a)～7(d)分别为图6所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图8(a)是图6所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图8(b)是图6所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。图9为图6所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图10为本专利技术实施例3提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图11(a)～11(d)分别为图10所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图12(a)是图10所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图12(b)是图10所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。图13为图10所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图14为本专利技术实施例4提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图15(a)～15(d)分别为图14所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图16为图14所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图17为本专利技术实施例5提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图18(a)～18(d)分别为图17所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图19为图17所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图20为本专利技术实施例6提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。图21(a)～21(d)分别为图20所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。图22为图20所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。图23为比较例1提供的大功率半导体照明光源的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率半导体照明光源，其包括：LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，其特征在于:所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。

【技术特征摘要】
1.一种大功率半导体照明光源，其包括：LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，其特征在于:所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内，该封装壳体包括外表面和内表面；所述散热器的基板上等间隔挖取一系列的方形截面的开孔，该开孔内也填充有所述填充液体；所述散热器的基板和所述LED模块之间进一步设置有一个方形截面的铝柱，所述铝柱的一端紧贴着所述基板，所述LED模块紧贴着所述铝柱的另一端，所述铝柱的边长大于所述开孔的边长，所述翅片内部填充液态金属。2.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述封装壳体为一端具有开口的透明曲面薄层。3.如权利要求2所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述内表面为半椭球面、半圆形面、方形面或矩形面。4.如权利要求2所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述外表面和内表面的图形一致。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗毅，韩彦军，李洪涛，毛祥龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11