專利名稱：帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的led照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED照明領(lǐng)域，具體涉及一種帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈。
背景技術(shù)：
近年來，隨著城市建設(shè)和電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED光源因其顯色性好、節(jié)能、 響應(yīng)速度快、允許頻繁開關(guān)、低壓直流供電、使用壽命長、結(jié)構(gòu)堅固耐沖擊振動、重量輕、使 用原材料不含有毒物質(zhì)、安全環(huán)保等優(yōu)異特性，成為具有大規(guī)模推廣價值、節(jié)能意義重大的 照明器，它們不僅可廣泛用于影視燈光、大型廣告顯示屏、交通信號指示燈、城市高速公路/ 隧道及重點(diǎn)建筑夜景照明等領(lǐng)域，而且正迅速成為汽車信號指示燈的標(biāo)準(zhǔn)配置，在汽車使 用周期內(nèi)無需更換。相應(yīng)產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)已成為發(fā)展前景廣闊的朝陽產(chǎn)業(yè)。然而，LED雖被稱為冷光源，但在電流經(jīng)過半導(dǎo)體的pn結(jié)時，只有小部分電能轉(zhuǎn)換 為光能，其余大部分電能仍然轉(zhuǎn)化為熱量。早期使用的LED，其輸入功率大多在100毫瓦以 下，因而單個使用時散熱不成問題。近年來，功率0.5 3W的照明級LED逐漸用于手電筒、 交通信號燈、小功率照明燈等，隨著功率的上升及集成度的提高，已經(jīng)需要對散熱加以仔細(xì) 設(shè)計。當(dāng)前國內(nèi)外在LED組件及其系統(tǒng)的散熱方面主要采取了受迫空氣對流、水冷、油 冷、自然對流、熱沉等散熱方式。在這些方式中，氣冷、水冷、油冷存在體積龐大、運(yùn)行復(fù)雜、 需要定期檢修及更換，以及驅(qū)動件會因長期運(yùn)行發(fā)生變形而降低部件性能等問題。而自然 對流冷卻方式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無運(yùn)動部件等優(yōu)點(diǎn)，在實際的LED產(chǎn)品中，散熱 方式仍然是以自然對流為主；但自然對流方式散熱能力有限嚴(yán)重制約了 LED光源功率的進(jìn) 一步提高。采用熱沉散熱的LED照明燈，LED產(chǎn)生的熱量只能從其底部的基底導(dǎo)出，因而散 熱效果不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈，包括用于發(fā)光的LED發(fā)光芯片；用于傳導(dǎo)由所述LED發(fā)光芯片發(fā)出的光和熱的光纖；用于熱傳導(dǎo)的凹形熱沉；所述凹形熱沉為一端開口的中空圓筒，所述LED發(fā)光芯片位于該中空圓筒的內(nèi)側(cè) 底部，所述LED發(fā)光芯片背面與該中空圓筒的內(nèi)壁熱接觸，正面與所述光纖的第一端熱接 觸，所述光纖的第二端指向所述中空圓筒的開口。如上所述的LED照明燈，所述凹形熱沉的中空圓筒的內(nèi)側(cè)底部具有LED安裝位置， 所述LED發(fā)光芯片安裝在所述LED安裝位置上。如上所述的LED照明燈，所述LED安裝位置凹進(jìn)所述凹形熱沉。如上所述的LED照明燈，所述中空圓筒在所述LED芯片安裝位置周圍具有弧形的 聚光曲面，該聚光曲面上涂敷有高反射材料涂層。
如上所述的LED照明燈，所述光纖與所述LED發(fā)光芯片還包括高導(dǎo)熱透明陶瓷材 料。如上所述的LED照明燈，還包括LED芯片的驅(qū)動電路，所述凹形熱沉的底部開有小 孔，所述驅(qū)動電路經(jīng)所述小孔實現(xiàn)與所述LED芯片的電連接。如上所述的LED照明燈，還包括位于所述光纖的第二端處的出光板。如上所述的LED照明燈，所述光纖包括多根纖芯，所述多根纖芯通過透明的粘結(jié) 材料分散地與出光板相連。如上所述的LED照明燈，所述的出光板為硅膠、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃或聚碳酸如上所述的LED照明燈，熱沉的外部側(cè)面部分具有肋片或者其側(cè)壁內(nèi)具有熱管。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈剖視立體示意圖；圖2為末端形狀可調(diào)的高功率LED照明燈剖視示意圖；圖3為熱管式熱沉的剖視立體示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明專利實施例1 圖1根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈剖視立體示意圖。如圖所示，本實施例的LED照明燈，包括LED發(fā)光芯片1、驅(qū)動電路2、光纖3、凹形 熱沉4。其中，本實施例中凹形熱沉4為一端開口的中空圓筒，圓筒外側(cè)設(shè)置有用于促進(jìn)散 熱的若干翅片(可選)，并且圓筒內(nèi)側(cè)底部設(shè)置有LED芯片安裝位置40 (參見圖2)，優(yōu)選的 LED芯片安裝位置40位于中空圓筒底部的中部，LED芯片安裝位置40周圍的中空圓筒底部 大體呈弧形一即聚光曲面41 ；可選的，該聚光曲面41處可以涂有高反射材料涂層，進(jìn)而提 高向光纖3輸出的光功率。LED發(fā)光芯片1背面(非發(fā)光面)朝向該安裝位置40放置于其 上，優(yōu)選地安裝位置40凹進(jìn)凹形熱沉4的底部，即嵌入到凹形熱沉4在底部的部分中，以便 使得放入其中的LED發(fā)光芯片1的側(cè)面也可以同凹形熱沉4相接觸，安裝位置40的形狀與 LED發(fā)光芯片1匹配。凹形熱沉4在安裝位置40處開有一小孔，驅(qū)動電路2與LED芯片通 過所述小孔中的引線21相連，用于控制LED的亮度和顏色。光纖3置于凹形熱沉4內(nèi)，其第 一端朝向LED發(fā)光芯片1并與LED發(fā)光芯片1直接或間接接觸，第二端指向凹形熱沉4的 開口。如圖2所示，本實施例中在凹形熱沉底部處LED發(fā)光芯片1與光纖3之間以及圓筒 側(cè)壁與光纖3之間具有一層高導(dǎo)熱透明陶瓷材料42 (圖2中在光纖3和凹形熱沉之間淺色 的部分)，以促進(jìn)LED發(fā)光芯片1與光纖3以及光纖3與熱沉之間的熱傳導(dǎo)，進(jìn)而便于LED 發(fā)光芯片1發(fā)出的熱量通過高導(dǎo)熱透明陶瓷材料42向凹形熱沉4傳導(dǎo)或者沿光纖3傳導(dǎo) 并最終經(jīng)凹形熱沉4導(dǎo)出。但是應(yīng)該理解，在其他實施例中光纖3可以直接與LED發(fā)光芯 片1接觸，而無須高導(dǎo)熱透明陶瓷材料42。凹形熱沉的外部側(cè)面可以加工成肋片式或者在 凹形熱沉的側(cè)壁中放置熱管來加強(qiáng)換熱。大功率LED發(fā)光芯片1可直接從市場購買基本LED芯片后，按所需要的功率按照程序集成加工出；比如該LED芯片可由但不限于1-5000個LED基本芯片集成得到，這是本 領(lǐng)域中的公知技術(shù)，工藝成熟。本實施例中光纖3采用的是具有多個纖芯的單根光纖，在其 它實施例中其可以是多根光纖組成的光纖束，按照所需要的直徑，按程序加工出。光纖3的 結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要適當(dāng)改變，比如該光纖可以由但不限于1-10000纖芯31組合得到。凹形 熱沉4采用高導(dǎo)熱材料例如銅、鋁等材料制作。凹形熱沉4中底部的形狀還可以為拋物面 形、雙曲面形等。當(dāng)LED照明燈工作時，芯片所發(fā)出的光大部分直接導(dǎo)入光纖，剩下的光通過凹形 熱沉4底部涂有反射材料的曲面41發(fā)射進(jìn)入光纖。LED芯片所散出的熱量一部分通過芯 片下表面(優(yōu)選地，還通過側(cè)面向凹形熱沉4傳導(dǎo))經(jīng)LED芯片安裝位置40部分向凹形熱 沉4傳導(dǎo)，另一部分熱量通過高導(dǎo)熱透明陶瓷材料傳導(dǎo)至光纖3，再沿光纖3向發(fā)光板5方 向傳導(dǎo)，熱量在沿光纖3傳導(dǎo)過程中逐漸經(jīng)凹形熱沉4側(cè)壁的高導(dǎo)熱透明陶瓷材料傳導(dǎo)至 凹形熱沉4。該散熱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在利用光纖出光同時，能夠全方位地將LED芯片的熱量 傳導(dǎo)至凹形熱沉，保證LED芯片穩(wěn)定安全運(yùn)行?？諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)為0. 023ff/m · K，而光纖的 導(dǎo)熱系數(shù)在lW/m· K左右，所以在發(fā)光芯片的正面(發(fā)光表面)利用光纖進(jìn)行散熱的效果 明顯好于空氣。這種方法顯著擴(kuò)展了傳統(tǒng)技術(shù)只能由底部導(dǎo)出熱量的不足，是一種嶄新的 LED熱管理方案。圖2為對實施例1進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)后得到的末端形狀可調(diào)的LED照明燈的剖視立體 示意圖；圖2中所示的LED照明燈與實施例1的LED照明燈類似，只是出光板5與光纖3 的多個纖芯31末端利用透明的粘結(jié)材料相連。出光板5可以由硅膠、PMMA(聚甲基丙烯酸 甲酯)、玻璃、PC(聚碳酸酯)等透明材質(zhì)制成。在出光板5 —側(cè)，光纖末端的纖芯31通過 透明的粘結(jié)材料分散地與出光板5相連。此時，根據(jù)出光要求，可以對出光板5進(jìn)行適當(dāng)調(diào) 節(jié)，例如設(shè)計成平面、透鏡或者其他裝飾性形狀。這種結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)在光纖的末端處 纖芯在出光板上的設(shè)置，按照需求進(jìn)行出光調(diào)整。另外，根據(jù)本發(fā)明實施例1和實施例2中的凹形熱沉4還可以用如圖3所示的熱 管式凹形熱沉所代替，在該熱管式凹形熱沉的周圍分布一根或多根熱管，熱管內(nèi)可以流過 冷卻流體。其中熱管的數(shù)目和熱管的直徑等可以根據(jù)散熱需求進(jìn)行設(shè)計。這種內(nèi)置熱管結(jié) 構(gòu)在加工工藝上也比較成熟?；蛘甙夹螣岢恋膫?cè)面可以做成肋片式結(jié)構(gòu)來加大散熱面積。根據(jù)本發(fā)明的實施例中，采用凹形熱沉4，使芯片產(chǎn)生的熱量一部分按照傳統(tǒng)導(dǎo)熱 模式，通過底部將熱量傳至凹形熱沉4，又設(shè)置凹進(jìn)凹形熱沉4中的安裝位置，使得發(fā)光芯 片的側(cè)壁也可以與凹形熱沉4接觸進(jìn)行散熱，另一方面熱量通過芯片前端的透明高導(dǎo)熱陶 瓷材料傳至光纖并最終傳導(dǎo)至凹形熱沉4。實現(xiàn)對LED芯片的360°全方位散熱，散熱效率 尚ο本發(fā)明中將光纖應(yīng)用于高功率LED中，使光纖第一端面直接或間接連接LED出光 面，不僅可以有效地導(dǎo)出光線，發(fā)揮光纖照明的優(yōu)點(diǎn)，還能夠為LED提供更有效的熱管理空 間。從而確保了大功率LED既能滿足出光需求，又能確保大功率安全工作?？梢允筁ED芯 片的功率進(jìn)一步提高，并且該裝置效率高，在節(jié)能、安全等方面有重要的意義。而且，此處的 光纖導(dǎo)熱導(dǎo)光結(jié)構(gòu)并不限于LED發(fā)光芯片，還可用于其他發(fā)光元件如激光器等。本發(fā)明提 供的照明裝置內(nèi)，除了采用熱管式凹形熱沉?xí)r內(nèi)部會有氣液流動外，不含任何運(yùn)動部件，整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，無噪音。 最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈，其特征在于，包括用于發(fā)光的LED發(fā)光芯片；用于傳導(dǎo)由所述LED發(fā)光芯片發(fā)出的光和熱的光纖；用于熱傳導(dǎo)的凹形熱沉；所述凹形熱沉為一端開口的中空圓筒，所述LED發(fā)光芯片位于該中空圓筒的內(nèi)側(cè)底 部，所述LED發(fā)光芯片背面與所述中空圓筒內(nèi)壁熱接觸，正面與所述光纖的第一端熱接觸， 所述光纖的第二端指向所述中空圓筒的開口。
2.按權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于，所述凹形熱沉的中空圓筒的內(nèi)側(cè)底部 具有LED芯片安裝位置，所述LED發(fā)光芯片安裝在所述LED芯片安裝位置上。
3.按權(quán)利要求2所述的LED照明燈，其特征在于，所述LED芯片安裝位置凹進(jìn)所述凹形 熱沉。
4.按權(quán)利要求2所述的LED照明燈，其特征在于，所述中空圓筒在所述LED芯片安裝位 置周圍具有弧形的聚光曲面，該聚光曲面上涂敷有高反射材料涂層。
5.按權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于，所述光纖與所述LED發(fā)光芯片之間還 包括高導(dǎo)熱透明陶瓷材料。
6.按權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于，還包括LED芯片的驅(qū)動電路，所述凹 形熱沉的底部開有小孔，所述驅(qū)動電路經(jīng)所述小孔實現(xiàn)與所述LED芯片的電連接。
7.按權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于，還包括位于所述光纖的第二端處的出 光板。
8.按照權(quán)利要求7所述的LED照明燈，其特征在于，所述光纖包括多根纖芯，所述多根 纖芯通過透明的粘結(jié)材料分散地與出光板相連。
9.按照權(quán)利要求7所述的LED照明燈，其特征在于，所述的出光板為硅膠、聚甲基丙烯 酸甲酯、玻璃或聚碳酸酯。
10.按權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于，凹形熱沉的外部側(cè)面部分具有肋片 或者其側(cè)壁內(nèi)具有熱管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶導(dǎo)光導(dǎo)熱式光纖的LED照明燈，其特征在于，包括用于發(fā)光的LED發(fā)光芯片；用于傳導(dǎo)由所述LED發(fā)光芯片發(fā)出的光和熱的光纖；用于熱傳導(dǎo)的凹形熱沉；所述凹形熱沉為一端開口的中空圓筒，所述LED發(fā)光芯片位于該中空圓筒的內(nèi)側(cè)底部，所述LED發(fā)光芯片背面與所述中空圓筒內(nèi)壁熱接觸，正面與所述光纖的第一端熱接觸，所述光纖的第二端指向所述中空圓筒的開口。根據(jù)本發(fā)明的LED照明燈散熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、無噪音。
文檔編號F21V8/00GK102042511SQ200910236048
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者劉靜, 馬璐 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所