專利名稱：一種緊湊式大功率led陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊湊式發(fā)光二極管陣列，屬于發(fā)光二極管的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明適用于家居室內(nèi)照明、室外景觀照明和城市道別照明等。
背景技術(shù)：
本發(fā)明由大功率LED及熱管散熱技術(shù)發(fā)展而來。
到目前為止，LED的發(fā)光效率還比較低，所消耗能量的90％左右都轉(zhuǎn)化成了熱。小功率LED效率可以做的比較高，能達(dá)到70lm/W，但由于功率小，總光通量在1lm左右，不能滿足大多數(shù)場合的照明要求。功率型LED的出現(xiàn)使這種情況得到了一定程度的改變，但其發(fā)熱量更大。而大功率LED目前單顆亮度也只達(dá)到160lm(lumileds Luxeon V star，Technical DataDS30)，在很多場合單顆使用仍不能滿足要求。在這種情況下，LED陣列就是一種最直接的解決方案。然而，功率型LED陣列的總發(fā)熱量很大，而且熱源集中，因此在散熱上存在困難。目前功率型LED的應(yīng)用還停留在單個(gè)或幾個(gè)成組使用，散熱也主要依靠LED的熱沉及其背面的散熱片。
目前比較大規(guī)模的LED陣列使用的主要是風(fēng)冷。例如LuminLeds公司在第5屆顯示研究年會(huì)(The 6th Annual Display Search)中推出的LED背光液晶電視，使用LED陣列做背光光源，采用的就是風(fēng)冷設(shè)計(jì)。
風(fēng)冷適用于一些情況，但還是有很多問題。首先，風(fēng)扇的壽命有限，且在防震性能和工作穩(wěn)定性上都與LED存在著極大的差距，因此使用了風(fēng)扇制冷的LED照明器件必然在風(fēng)扇上存在嚴(yán)重的性能瓶頸，LED本身的壽命長、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。另外，風(fēng)扇的噪聲難以去除，在對(duì)噪聲控制要求比較高的環(huán)境里，比如家居室內(nèi)，就不能得到應(yīng)用。最后，風(fēng)冷必然需要相應(yīng)設(shè)備造成空氣流動(dòng)，這樣就會(huì)使整個(gè)照明器件體積變大、冗余不堪，限制了其在一些便攜式照明產(chǎn)品中的應(yīng)用。
熱管技術(shù)最早于1944年提出，經(jīng)過幾十年的發(fā)展與完善，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力電子等工業(yè)領(lǐng)域，是人們所知的最有效的傳熱元件之一。典型的熱管由密封的真空管殼(內(nèi)有適量的液體工質(zhì))及其內(nèi)壁的吸液芯組成。工作時(shí)與熱源靠近的一端(蒸發(fā)段)內(nèi)的液體工質(zhì)吸熱而蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端(冷凝段)，并冷凝成液體，冷凝過程中釋放的熱量經(jīng)管壁向外放出而完成傳熱任務(wù)，冷凝后的液體工質(zhì)經(jīng)吸液芯的抽吸力量或重力回流到蒸發(fā)段，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。熱管現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)用中的主要有重力式和重力輔助式兩種，重力式利用重力使液體回流，重力輔助式利用毛細(xì)壓力等使液體回流，對(duì)重力依賴較小。
鑒于以上情況，我們提出了一種緊湊的LED陣列，使用熱管散熱方式，可以維持?jǐn)?shù)十個(gè)乃至上百個(gè)LED協(xié)同穩(wěn)定的工作，形成功率達(dá)數(shù)百瓦，亮度達(dá)數(shù)千乃至上萬流明的光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種緊湊式的LED陣列。
本發(fā)明的特征在于，它在出光的平面方向由多個(gè)LED陣列單元水平拼裝而成，每個(gè)LED陣列單元含有底板，厚度達(dá)數(shù)厘米，由高熱導(dǎo)率材料制成；集群式LED，它們中的每一個(gè)都在底板正面固定；集群式熱管，它們中的每一個(gè)都插入底板表面開的孔中，與孔壁緊密接觸；散熱片，它們通過熱管與集群式LED的底板相連。
本發(fā)明的特征在于所述的熱管是垂直插入底板背面的孔中的，插入深度為底板厚度的一半。
本發(fā)明的特征在于，所述熱管是是被彎曲一定角度后，再橫向插入位于底板側(cè)面的橫向孔中的。
本發(fā)明的特征在于，所述的熱管和開在底板上用于插入熱管的孔緊密接觸并固定。
本發(fā)明的特征在于，在每一個(gè)熱管的冷凝端固定有散熱片。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明可維持?jǐn)?shù)十個(gè)乃至數(shù)百個(gè)LED協(xié)同穩(wěn)定地工作，形成功率達(dá)數(shù)百瓦，亮度達(dá)幾千乃至上萬流明的光源，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不怕震動(dòng)。
本發(fā)明與普通底板+散熱片方式相比，下優(yōu)點(diǎn)底板厚，橫向熱阻小，利于底板上熱量橫向擴(kuò)散，從而溫度分布均勻；LED與熱管之間通過高熱導(dǎo)率的底板接觸，可以保證整個(gè)系統(tǒng)熱阻很小，從而保證在自然冷卻的條件下，上百顆LED在密排在底板上時(shí)還能保持在工作溫度，達(dá)到上千流明的光能量；相對(duì)于使用風(fēng)冷的LED陣列，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡潔，更適用于便攜式照明設(shè)備。


圖1是本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的示意圖。
圖2是本發(fā)明的仰視圖。
圖3是拼裝起來的光源單元的效果圖。
圖4是本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的這一目的是通過如下的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，該結(jié)構(gòu)包括大功率LED(每芯片20lm以上)，厚數(shù)厘米的底板，熱管，散熱片。底板正面固定LED，與LED接觸的部分涂硅膠。背面打孔，深度控制在底板厚度的一半左右，直徑與熱管直徑相同。熱管一端連接散熱片，另一端伸入底板上的孔中并固定，用錫焊在一起。結(jié)構(gòu)圖見圖1，LED陣列單元見圖2，LED陣列見圖3，圖2、3都是效果圖。
其中，底板由鋁、銅或者陶瓷等高熱導(dǎo)率的材料制成，厚度視LED的密集情況而定。熱管盡量分布在LED密集處，可以根據(jù)需要適當(dāng)彎曲。散熱片的面積達(dá)到采用普通散熱器時(shí)所需要的有效散熱面積即可。
本發(fā)明中，底板是受熱部分，熱管在底板內(nèi)容的部分受熱，里面的液體沸騰，蒸汽在熱管內(nèi)流動(dòng)。散熱片暴露在空氣中，而且面積比較大，容易把熱量散發(fā)出去，所以溫度比較低。蒸汽在這里冷卻成為液體，釋放熱量。由于毛細(xì)壓力和重力的作用，回到底板處，形成回路，達(dá)到把熱量從LED搬移到散熱片的效果。
圖1是本發(fā)明第一種實(shí)施方式的側(cè)視圖。
實(shí)施方式一采用重力式熱管。從圖1可以看出，系統(tǒng)由四個(gè)部分組成。對(duì)于本發(fā)明來說，散熱片和底板的延展性有利于同熱管的緊密接觸，所以使用鋁來制作此裝置。
首先將底板、散熱板對(duì)齊，在底板2、散熱板3的相應(yīng)位置上打孔，底板上孔不打通，孔深為底板厚度的一半左右。在底板下表面打螺絲孔并攻絲。將熱管插入散熱片，接觸處用錫焊在一起。在底板下表面固定LED 1。將一端有散熱片的熱管插入LED底板上表面的孔中并焊在一起。
圖4是本發(fā)明第二種實(shí)施方式的側(cè)視圖實(shí)施方式二中熱管與方式一中姿態(tài)不同。首先把熱管彎至一定的角度左右。在底板上橫向打孔。散熱片上打孔，與方式一中相同。裝配過程也與方式一中相同，如圖。與方式一相比，方式二散熱效果更好，因?yàn)榈装迮c熱管的接觸更加充分。但方式二的缺點(diǎn)是二維拼接不太方便，更適合于帶狀光源。
兩種方案中散熱片的數(shù)目是相同的，對(duì)于100W左右的LED，散熱片的有效面積為3000cm2，自然冷卻的情況下能正常工作，整燈提供2000lm左右的光通量。
除圖1和圖4外，本發(fā)明中熱管和底板還可以具有其它的組合形式，還可以采用其它形式的熱管而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種緊湊式大功率LED陣列，其特征在于，它在出光的平面方向由多個(gè)LED陣列單元水平拼裝而成，每個(gè)LED陣列單元含有底板，厚度達(dá)數(shù)厘米，由高熱導(dǎo)率材料制成；集群式LED，它們中的每一個(gè)都在底板正面固定；集群式熱管，它們中的每一個(gè)都插入底板表面開的孔中，與孔壁緊密接觸；散熱片，它們通過熱管與集群式LED的底板相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊式的大功率LED陣列，其特征在于所述的熱管是垂直插入底板背面的孔中的，插入深度為底板厚度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊式大功率LED陣列，其特征在于，所述熱管是是被彎曲一定角度后，再橫向插入位于底板側(cè)面的橫向孔中的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，或2，或3中的任何一項(xiàng)中所述的一種緊湊式大功率LED陣列，其特征在于，所述的熱管和開在底板上用于插入熱管的孔緊密接觸并固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，或2，或3中的任何一項(xiàng)中所述的一種大功率LED陣列，其特征在于，在每一個(gè)熱管的冷凝端固定有散熱片。
全文摘要
一種緊湊式大功率LED陣列，屬于發(fā)光二極管的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，它在出光平面方向由多個(gè)LED陣列單元水平拼裝而成，每個(gè)LED陣列單元含有厚達(dá)數(shù)厘米且用高熱導(dǎo)率材料制成的底板，固定在底板正面的集群式LED，從底板背面或側(cè)面開的孔中插入的集群式熱管以及固定在熱管冷凝端的散熱片。本發(fā)明中底板溫度均勻，系統(tǒng)熱阻小，能維持上百個(gè)LED協(xié)同穩(wěn)定地工作，形成數(shù)千流明的光源，結(jié)構(gòu)簡潔，適用于居家、道路照明等。
文檔編號(hào)F21S2/00GK1664433SQ20051001145
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者羅毅, 周長波, 楊毅, 韓彥軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)