本發(fā)明屬于LED節(jié)能燈的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種LED燈的封閉腔中充入的最優(yōu)傳熱混合氣體。

背景技術(shù)：

LED燈的能耗為普通熒光燈的1/4，壽命高達(dá)后者的10倍。然而，與傳統(tǒng)熒光燈相比，LED燈泡的芯片不耐高溫，其壽命隨著半導(dǎo)體PN結(jié)溫度的上升快速下降，同時出現(xiàn)顯著的光衰。因此，LED燈的散熱封裝技術(shù)就顯得尤為重要。目前，對LED燈的散熱方案大致可分為強(qiáng)制冷卻和自然冷卻。由于強(qiáng)制冷卻的方案需要外接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的冷卻裝置，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差、壽命較短。相反，自然冷卻方案因其結(jié)構(gòu)緊湊、無噪音，成為LED燈的主要散熱方式?，F(xiàn)有技術(shù)中LED燈的封閉腔中充入的氣體為空氣，由于空氣的對流和導(dǎo)熱性能較差，熱量主要通過金屬體傳導(dǎo)至外表面，少部熱量通過填充空氣傳遞至燈泡外表面，因此不能充分利用燈泡的外表面將熱量散發(fā)到環(huán)境中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種LED燈內(nèi)填充的最優(yōu)傳熱氣體，以降低LED芯片溫度，延長LED燈使用壽命。

本發(fā)明旨在尋找一種充入LED燈封閉腔中的最優(yōu)混合氣體，利用氣體的自然對流和導(dǎo)熱將芯片熱量高效傳遞到燈泡表面,實(shí)現(xiàn)高效散熱。利用數(shù)值模擬、理論優(yōu)化、和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，比較摻混不同比例惰性氣體的傳熱性能，找出填充LED燈的最優(yōu)傳熱氣體組成，達(dá)到降低芯片溫度，提高LED燈使用壽命的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，在LED芯片工作溫度范圍內(nèi)按體積比計(jì)，氦氣為70％—80％，氙氣為20％—30％。

所述的LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，當(dāng)LED芯片溫度高于120攝氏度時，環(huán)境溫度25℃下，氦氣與氙氣的體積比取80：20。

所述的一種LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，當(dāng)LED芯片溫度高于70攝氏度時，環(huán)境溫度25℃下，氦氣與氙氣的體積比取70：30。

本發(fā)明采用氦氣和氙氣混合氣體，代替現(xiàn)有技術(shù)中的空氣、單種惰性氣體或氦氫、氦氧等的混合氣體，在相同功率下可顯著降低LED芯片溫度，從而大大提高LED燈的使用壽命。

附圖說明

圖1是固定功率(7W)、不同填充氣體的條件下，芯片與環(huán)境溫差值圖。

具體實(shí)施方式

在LED燈泡封閉腔中填充由氦、氖、氬、氪、氙、氮?dú)?種惰性氣體組成的混合氣體，首先通過CFD計(jì)算得到LED燈泡的Nu-Ra曲線，由Nu數(shù)的定義導(dǎo)出該種混合氣體的對流換熱系數(shù)h，同時計(jì)算出該種配比氣體的熱導(dǎo)率λ，進(jìn)一步通過編程進(jìn)行窮舉，并采用一定的優(yōu)化方法，搜尋得到一種LED燈內(nèi)填充最優(yōu)傳熱氣體組分，該最優(yōu)傳熱混合氣體由氦氣與氙氣混合而成，具體體積比為：氦氣：氙氣為70：30～80：20。在以上6種惰性氣體中，氦氣的導(dǎo)熱系數(shù)最高，因此具有最好的導(dǎo)熱性能；氙氣的密度最大，自然對流瑞利數(shù)最大，因此自然對流最為強(qiáng)烈。氦氣和氙氣的混合可以使氣體的導(dǎo)熱和自然對流實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配，因此最優(yōu)傳熱混合氣體由氦氣與氙氣構(gòu)成。

表1不同芯片溫度下最優(yōu)傳熱氣體組分的體積比

表1列出了在不同芯片溫度(即不同功率)條件下的最優(yōu)傳熱氣體組成。不同芯片溫度工作條件下最優(yōu)傳熱混合氣體構(gòu)成的差別很小，在LED芯片常用工作溫度范圍內(nèi)，最優(yōu)傳熱混合氣體的體積比范圍為：氦氣：氙氣為70：30～80：20。在功率較大時，LED芯片工作溫度較高(如高于120℃)，氦氣的體積占比在以上范圍內(nèi)取大值；在功率較小時，LED芯片工作溫度較低(如低于70℃)，氦氣的體積占比在以上范圍內(nèi)取小值。

為驗(yàn)證本發(fā)明公開的最優(yōu)傳熱氣體配方，在LED燈泡中分別填充最優(yōu)混合氣體、空氣、以及單一惰性氣體，在功率、環(huán)境溫度一定的情況下，對比不同填充氣體條件下的芯片溫度(圖1)。結(jié)果顯示，填充最優(yōu)混合氣體的燈泡其芯片的溫升值比填充空氣要小30.7％，比傳熱性能最好的單種氣體氦氣要小9.7％?？梢?，本發(fā)明公布的最優(yōu)混合氣體配方可以顯著提升LED燈泡的散熱性能。

本發(fā)明公開的最優(yōu)傳熱氣體配方，充分利用氦氣的高熱導(dǎo)率以及氙氣的強(qiáng)烈自然對流換熱能力，能有效提高LED燈泡的換熱效率，顯著降低芯片溫度，從而提高其使用壽命，可填充于任何封閉式LED球泡燈以及一切對芯片工作溫度有限制的節(jié)能燈內(nèi)。

上述實(shí)施例和圖示并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。