專利名稱：相變散熱半導(dǎo)體燈的制作方法
相變散熱半導(dǎo)體燈
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體燈的制作方法，本方法和現(xiàn)有的半導(dǎo)體燈制作方法相比，可 以降低燈的生產(chǎn)成本，提高燈的電氣安全性。
發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱LED)是一種冷光源，具有光效高，壽命長(zhǎng)，體積小，抗震 動(dòng)，耐閃爍、光色多樣，調(diào)控方便、安全環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種新型電光源。用LED 做光源制作的燈具就是半導(dǎo)體燈。
LED雖然是冷光源，并且光效較高，發(fā)熱量比同等功率的傳統(tǒng)光源少，但LED是半 導(dǎo)體材料制作的器件，承受高溫的能力差。因此，要使半導(dǎo)體燈光衰小，使用壽命長(zhǎng)， 就必須保證LED在比較低的溫度環(huán)境下工作。制作大功率半導(dǎo)體燈時(shí)，LED發(fā)出的熱量 多，要減低LED的工作溫度，就要有特別的散熱措施。
傳統(tǒng)的散熱方法是將LED安裝在一個(gè)導(dǎo)熱性良好的金屬散熱器上，散熱器的散熱片
暴露在空氣中與空氣熱交換帶走熱量。用這種方法散熱的缺點(diǎn)有2個(gè)1、成本高。2、 電氣安全性差。
成本高的原因首先是散熱器一般需要使用導(dǎo)熱性良好的金屬材料制作，比如銅、鋁 等，這些材料價(jià)格都比較貴，而制作功率大的燈時(shí)散熱器的體積也大，使用的金屬材料 多。其次是用金屬材料制作的散熱器要有比較好的散熱效果就必須制作成表面積盡量大 的散熱片結(jié)構(gòu)，為了使燈的外形美觀往往還要用二次加工的方法將散熱器加工成一定的 形狀。材料和成型加工的因素導(dǎo)致散熱器的成本高，由此增加了半導(dǎo)體燈的總體生產(chǎn)成 本。
電氣安全性差的原因是因?yàn)橹谱靼雽?dǎo)體燈時(shí)導(dǎo)熱和絕緣往往是一對(duì)矛盾，LED和散 熱器之間的絕緣處理常常會(huì)降低導(dǎo)熱性能，對(duì)LED長(zhǎng)期穩(wěn)定工作不利。為了使LED更好 的散熱，制作半導(dǎo)體燈時(shí)一般都盡可能使LED緊密地和金屬散熱器接觸，并把散熱器直 接暴露在空氣中以保證良好的熱交換。這樣做雖然能得到比較好的散熱效果，但是LED 和散熱器之間的絕緣會(huì)比較薄弱。使用市電供電的半導(dǎo)體燈，即使內(nèi)部配置帶有隔離措 施的驅(qū)動(dòng)電源也不可能絕對(duì)可靠的隔離市電，若因?yàn)轵?qū)動(dòng)電源使用的材料或器件的質(zhì)量 問(wèn)題或者由于電源生產(chǎn)工藝的原因?qū)е码娫磧?nèi)部的電隔離效果變差就可能使燈的散熱 器和市電相通，因此，安裝有外部金屬散熱器的半導(dǎo)體燈電氣安全性令人擔(dān)憂。如果為 了解決電氣安全性問(wèn)題在LED和散熱器之間作絕緣處理則會(huì)增大LED和散熱器之間的熱 阻，散熱不良將導(dǎo)致LED工作溫度提高使LED光衰加快，降低燈的使用壽命。
如果能夠去掉半導(dǎo)體燈的金屬散熱器，就從根本上解決了以上2個(gè)問(wèn)題。
半導(dǎo)體燈在制作時(shí)，為了使光源防塵防水以及防止燈漏電，都需要使用一個(gè)玻璃外 殼將光源部分封閉起來(lái)，這個(gè)玻璃外殼有比較大的表面積并且暴露在空氣中，如果能把 LED發(fā)出的熱量移動(dòng)到玻璃外殼上就能把熱量帶到空氣中散掉，這樣就不需要專門的金 屬散熱器了，既降低了燈的生產(chǎn)成本，又保證了燈的電氣安全性。
本發(fā)明就是提出一種把半導(dǎo)體燈中LED發(fā)出的熱量移動(dòng)到燈的玻璃外殼上散熱的方 法，從而取消半導(dǎo)體燈的金屬散熱器，降低燈的生產(chǎn)成本并且提高燈的電氣安全性。實(shí) 現(xiàn)這一構(gòu)想的基本方法是利用物質(zhì)的液/汽相變把LED產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到燈的玻璃外殼 上實(shí)現(xiàn)自然散熱。
液體在沸騰時(shí)要吸收大量的汽化熱，而對(duì)沸騰的液體繼續(xù)加熱液體吸收的熱量將全 部用于液體的汽化，液體的溫度保持在沸點(diǎn)上不變。利用這一特點(diǎn)，如果將LED通過(guò)絕 緣措施安裝在能夠吸收并存儲(chǔ)液體的導(dǎo)熱體上，導(dǎo)熱體上充滿對(duì)玻璃具有浸潤(rùn)作用并具 有電絕緣性的適當(dāng)沸點(diǎn)的液體，導(dǎo)熱體與內(nèi)壁具有毛細(xì)特性的玻璃燈殼相連，半導(dǎo)體燈 工作時(shí)LED產(chǎn)生的熱量就會(huì)加熱液體使液體的溫度升高，當(dāng)液體的溫度達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)液體 沸騰，沸騰的液體不斷通過(guò)儲(chǔ)液導(dǎo)熱體吸收LED產(chǎn)生的熱量汽化，儲(chǔ)液導(dǎo)熱體的溫度在液體的沸點(diǎn)上恒定，從而限定了 LED的最高工作溫度。液體汽化產(chǎn)生的汽體擴(kuò)散到半導(dǎo) 體燈的玻璃外殼上冷卻又形成液體，燈的玻璃外殼內(nèi)壁制作成具有毛細(xì)特性的條紋或者 多孔結(jié)構(gòu)，汽體冷卻形成的冷凝液通過(guò)玻璃外殼內(nèi)壁毛細(xì)引力的作用再回到裝有LED的 儲(chǔ)液導(dǎo)熱體上完成液/汽循環(huán)，這樣，LED產(chǎn)生的熱量就可以不斷地被汽化的液體帶到燈 的玻璃殼上散去，LED的溫度被限定在液體的沸點(diǎn)上。
附圖
是一種用本發(fā)明的方法制作的羅口燈頭結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體燈示意圖，主要部件為
1、 內(nèi)壁為毛細(xì)結(jié)構(gòu)的玻璃外殼，
2、 LED,
3、 儲(chǔ)液導(dǎo)熱LED安裝件(用于安裝LED并儲(chǔ)存工作液)
4、 外部結(jié)構(gòu)件
5、 LED引線
6、 驅(qū)動(dòng)電源
7、 市電引線
8、 羅口燈頭 附圖所示的半導(dǎo)體燈
玻璃外殼1和外部結(jié)構(gòu)件4將安裝在燈體內(nèi)部的器件及工作液體與外部密封隔 離。市電通過(guò)羅口燈頭8經(jīng)市電引線7輸送到驅(qū)動(dòng)電源6上，驅(qū)動(dòng)電源6對(duì)輸入的 市電作電源變換輸出穩(wěn)定的直流電流，直流電流通過(guò)LED引線5輸送給安裝在儲(chǔ)液 導(dǎo)熱LED安裝件3上的LED 2并驅(qū)動(dòng)其工作。LED 2工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)儲(chǔ)液導(dǎo)熱 LED安裝件3傳送給液體，液體吸收LED的熱量升溫，液體的溫度達(dá)不到沸點(diǎn)時(shí)液 體蒸發(fā)氣化，達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)液體沸騰汽化，汽體擴(kuò)散到達(dá)玻璃外殼1上又冷凝成為液 體，冷凝的液體通過(guò)玻璃外殼1內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)回流到儲(chǔ)液導(dǎo)熱LED安裝件3上， 傳送到玻璃外殼上的熱量由外部空氣對(duì)流帶走。從而完成液/汽循環(huán)和熱交換，LED 的最高溫度基本維持在液體的沸點(diǎn)上。
液體沸騰的特性之一是沸點(diǎn)隨著環(huán)境氣壓的降低而降低。因此，對(duì)已經(jīng)充有特 定液體的燈腔抽真空，燈體內(nèi)液體的沸點(diǎn)將會(huì)降低。利用這一特性，就可以選用常 壓下沸點(diǎn)高于LED允許結(jié)溫的比較廉價(jià)的液體做工作液(比如水)，生產(chǎn)半導(dǎo)體燈時(shí) 對(duì)燈腔抽真空使燈腔在常溫時(shí)保持一定的真空度，從而將液體的沸點(diǎn)降低到期望值 保證LED穩(wěn)定工作，進(jìn)一步降低燈的生產(chǎn)成本。
利用此原理工作的LED燈還可以制作成管型等其他結(jié)構(gòu)形式。
應(yīng)用本發(fā)明制作半導(dǎo)體燈只要合理的配置燈的功率和玻璃外殼表面積的比例， 就能在不使用金屬散熱器的情況下保證LED有良好的散熱，從而用比較低的成本制 作出使用壽命長(zhǎng)，電氣安全性好的半導(dǎo)體燈。
權(quán)利要求
1、一種用LED制造的半導(dǎo)體燈，主要結(jié)構(gòu)部件為內(nèi)壁具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的玻璃外殼、LED、儲(chǔ)液導(dǎo)熱LED安裝件、外部結(jié)構(gòu)件等。其特征是密閉的燈腔內(nèi)充入適當(dāng)沸點(diǎn)的液體，半導(dǎo)體燈工作時(shí)，利用物質(zhì)的液/汽相變把LED產(chǎn)生的熱量移動(dòng)到燈的玻璃外殼上散去，利用毛細(xì)引力的作用完成工作液在燈體內(nèi)的循環(huán)。
2、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體燈，其特征是玻璃外殼的內(nèi)壁和儲(chǔ)液導(dǎo)熱LED安裝件 具有毛細(xì)特性的結(jié)構(gòu)，比如條紋、微孔等各種能對(duì)玻璃浸潤(rùn)性液體產(chǎn)生毛細(xì)引力的結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體燈，其特征是使用常壓下沸點(diǎn)高于LED最高允許結(jié)溫 的廉價(jià)液體做工作液(比如水)，半導(dǎo)體燈生產(chǎn)時(shí)對(duì)燈腔抽真空降低常溫時(shí)燈腔內(nèi)的氣 壓，從而降低燈腔內(nèi)液體的沸點(diǎn)使之達(dá)到期望值，保證LED穩(wěn)定工作。
全文摘要
一種用LED制作的半導(dǎo)體燈。主要結(jié)構(gòu)部件是內(nèi)壁具有毛細(xì)引力作用的玻璃外殼，LED、具有毛細(xì)作用的儲(chǔ)液導(dǎo)熱LED安裝件、外部結(jié)構(gòu)件等。密閉的燈體內(nèi)充入適當(dāng)沸點(diǎn)的液體，半導(dǎo)體燈工作時(shí)利用液、汽相變把LED產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到燈的玻璃外殼上和空氣作熱交換實(shí)現(xiàn)LED的散熱，利用毛細(xì)引力作用完成液/汽相變過(guò)程中工作液在燈體內(nèi)部的連續(xù)循環(huán)。
文檔編號(hào)F21V29/00GK101457919SQ20091000076
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者馮旭升 申請(qǐng)人:馮旭升