大功率半導體照明光源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率半導體照明光源。
【背景技術】
[0002]由于節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，半導體照明已經(jīng)列入我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并且已經(jīng)廣泛地應用在室內(nèi)照明、室外照明和景觀照明等通用照明領域。半導體照明技術發(fā)展迅速，目前高端商品化半導體照明光源的光效已經(jīng)達到1501m/W級別。然而，即使對于如此高效率的半導體照明光源來說，輸入的電功率也只有30 % -60 %轉(zhuǎn)換為了光能，仍有70 % -40 %的電能轉(zhuǎn)換成了熱。如果這些熱量不能及時散掉，就會導致LED芯片結(jié)溫升高，進而導致其發(fā)光效率降低、壽命縮短、發(fā)光波長漂移。同時，會導致熒光粉效率降低、壽命縮短，這些結(jié)果又導致了半導體照明光源色溫發(fā)生變化，顏色特性惡化。因此，散熱技術是半導體照明光源實現(xiàn)高效率、高可靠、長壽命的關鍵技術。通常單顆LED芯片的功率較小、光通量小，很難滿足通用照明需求，因此實際的照明光源通常需要將多顆LED芯片集成封裝而成。故，實際應用的照明光源的散熱問題更為突出。
[0003]實際應用的半導體照明光源中，以板上芯片集成封裝(COB)為代表的LED面光源具有驅(qū)動電路設計簡單、體積小、易模塊化等優(yōu)點，成為最具潛力的技術發(fā)展方向之一。這種LED面光源技術，LED器件的集成密度高，往往在平方厘米級的金屬基板上就集成幾十顆，甚至上百顆LED器件，其發(fā)光區(qū)域更為集中，這為減小光源體積、降低成本、模塊化、光學設計等帶來了更大的自由度。但是另一方面，這也造成了該種LED面光源的熱流密度遠高于分立式芯片組成的LED光源，散熱的難度大大增加。由于主動散熱技術會額外消耗能源且可靠性有待進一步提高，目前通常采用由鋁、銅等金屬材料構成的普通翅片散熱器，依靠自然對流的被動散熱方式進行散熱。在自然對流散熱器中，可以通過優(yōu)化散熱鰭片拓撲結(jié)構、增加鰭片數(shù)量或者增大其尺寸等方法以增加散熱器表面積來增強自然對流熱交換。為了增強熱交換效果以保證適合的LED芯片結(jié)溫，這種通過增大表面積來增強散熱效果的方法，一方面會增加材料的用量從而帶來高成本的問題，另一方面會導致半導體照明光源的體積大、重量大，給使用帶來很大困難。
[0004]而且，由于常規(guī)封裝的LED管芯通常是朗伯光源，其發(fā)光方向性強、照明均勻性差，如果直接用來作為照明光源，會導致目標照明區(qū)域光分布不均勻、不滿足要求，并且很多光達到所需照明區(qū)域之外，造成光污染和浪費。對于LED球泡燈，可以將LED管芯環(huán)繞排布在一個棱臺或者柱型桿的四周構成燈芯的設計來解決光分布不均勻的問題。但是，對于LED路燈、LED場館燈等光源，上述設計就無法滿足照明要求。故，對于LED路燈、LED場館燈等光源如何才能將LED管芯發(fā)出的光線進行調(diào)控，使其光能量恰好覆蓋給定的照明區(qū)域，消除光污染和光浪費，實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能，也是一個迫切需要解決的技術問題。
[0005]目前為了解決上述問題一般采用的方法是在集成LED器件的正面設置光學系統(tǒng)，背面設置散熱裝置，以解決散熱及照明需求的問題。
[0006]目前，大功率LED光源一般采用的光學透鏡為玻璃、PC、PMMA等材料構成的實心光學系統(tǒng)。對于大功率、大發(fā)光面積的LED光源來說，相應的光學系統(tǒng)的體積也越大。一方面，由這些材料構成的光學系統(tǒng)的導熱性較差，隨著材料厚度、體積的增加，對散熱的阻礙作用也越明顯，這反過來進一步加重了 LED光源背部散熱器的負擔。另一方面，隨著光學系統(tǒng)材料厚度的增加，光學系統(tǒng)對LED器件發(fā)出的光線的吸收也增加，導致光能利用率降低。并且，隨著光學系統(tǒng)的材料厚度以及體積的增加，LED光源背面的散熱器的厚度以及體積也要相應地增加才能實現(xiàn)良好的散熱，這種設計很大程度上增加了 LED光源的體積及重量，進而導致LED光源成本增加且給應用帶來諸多不便。
[0007]綜上所述，目前尚缺乏重量輕、成本低、具有優(yōu)異照明效果和散熱效果的大功率(大于10W)半導體照明光源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，確有必要提供一種重量輕、成本低、具有優(yōu)異的照明效果和散熱效果的大功率半導體照明光源。
[0009]一種大功率半導體照明光源，其包括:LED模塊、配光單元及散熱器，所述LED模塊將電能轉(zhuǎn)換成光能，所述LED模塊設置于所述配光單元與所述散熱器之間，所述散熱器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一個表面向遠離該表面方向外延伸設置，所述LED模塊設置于所述基板的設置有所述翅片的表面相對的另一表面，所述配光單元包括封裝殼體和填充液體，所述封裝殼體為中空殼體，所述填充液體填充在所述封裝殼體和所述基板一并形成的空間內(nèi)，所述LED模塊位于所述空間，浸入所述填充液體內(nèi)。
[0010]本發(fā)明提供的大功率半導體照明光源中填充液體填充在封裝殼體內(nèi)，LED模塊浸入在由封裝殼體和散熱器包圍形成的空間內(nèi)的填充液體中，封裝殼體和填充液體共同形成的光學系統(tǒng)不僅為LED模塊的配光單元，同時也有助于降低LED模塊工作時的結(jié)溫。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明以較低的成本實現(xiàn)了優(yōu)異的照明效果，保證了照明光源的穩(wěn)定性，同時因重量輕、體積小，實現(xiàn)了很好的可替換性，可廣泛應用于道路照明、隧道照明、夜景照明和大型場館照明等領域。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施方式提供的一種大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例1提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0013]圖3 (a)?3 (d)分別為圖2所示大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0014]圖4(a)是圖2所示大功率半導體照明光源的照度分布的平面圖，圖4(b)是圖2所示大功率半導體照明光源的目標平面橫向和縱向中心線上的照度分布線圖。
[0015]圖5為圖2所不大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0016]圖6為本發(fā)明實施例2提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0017]圖7 (a)?7 (d)分別為圖6所示大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0018]圖8(a)是圖6所示大功率半導體照明光源的照度分布的平面圖，圖8 (b)是圖6所示大功率半導體照明光源的目標平面橫向和縱向中心線上的照度分布線圖。
[0019]圖9為圖6所示大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0020]圖10為本發(fā)明實施例3提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0021]圖11(a)?11(d)分別為圖10所示大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0022]圖12 (a)是圖10所示大功率半導體照明光源的照度分布的平面圖，圖12 (b)是圖10所示大功率半導體照明光源的目標平面橫向和縱向中心線上的照度分布線圖。
[0023]圖13為圖10所示大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0024]圖14為本發(fā)明實施例4提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0025]圖15(a)?15(d)分別為圖14所不大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0026]圖16為圖14所不大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0027]圖17為本發(fā)明實施例5提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0028]圖18(a)?18(d)分別為圖17所示大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0029]圖19為圖17所示大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0030]圖20為本發(fā)明實施例6提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0031]圖21 (a)?21 (d)分別為圖20所示大功率半導體照明光源的正視圖、側(cè)視圖、俯視圖以及封裝殼體的剖視圖。
[0032]圖22為圖20所示大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0033]圖23為比較例I提供的大功率半導體照明光源的結(jié)構示意圖。
[0034]圖24為圖23所示大功率半導體照明光源的表面溫度分布圖。
[0035]主要元件符號說明
[0036]大功率半導體照明光源10
[0037]LED 模塊11
[0038]配光單元12
[0039]散熱器14
[0040]電源接頭15
[0041]基板141
[0042]翅片142
[0043]電極116
[0044]封裝殼體121
[0045]填充液體122
[0046]外表面125
[0047]內(nèi)表面126
[0048]光源驅(qū)動器17
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