Led光源的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)光二極管(LED)光源，制造LED源的方法、以及冷卻LED源的方法。LED光源包括:LED源;以及殼體，圍繞LED源;其中氣體或氣體混合物填充在殼體內(nèi)，使得氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從LED源轉(zhuǎn)移走的媒介;以及氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從LED源的轉(zhuǎn)移。
【專利說明】LED光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)光源、制造LED光源以及冷卻LED的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)光源提供多種設(shè)定的光。LED光源是效率較高、持續(xù)時間長、成本低且環(huán)境友好的。
[0003]LED光源的性能大程度上取決于工作環(huán)境的周圍溫度。LED光源在高周圍溫度下過載能夠?qū)е逻^熱，過熱可導(dǎo)致設(shè)備故障。需要充分的散熱來延長LED光源的使用壽命。
[0004]具體地，LED需要將其二極管結(jié)溫維持在額定范圍內(nèi)以使效率、壽命和可靠性最大化。長期工作在高結(jié)溫下能夠?qū)е鹿廨敵龅臏p小和使用壽命的縮短。大多數(shù)LED制造商都以25°C的結(jié)溫為基礎(chǔ)要求它們的光輸出和其他性能數(shù)據(jù)。這些性能數(shù)據(jù)通過在點亮后幾微秒內(nèi)完成的測試得出。光輸出隨著工作時間的增加和溫度增加而減少。
[0005]LED發(fā)光的重要設(shè)計方面是有助于散熱。當(dāng)前，散熱的最常見方法是使用散熱片，散熱片通常由具有良好導(dǎo)熱特性的金屬制成。熱量通過LED陣列與散熱片之間的表面接觸散去。然而，通過散熱片進(jìn)行冷卻可能無法使LED的結(jié)溫在100000小時的要求使用壽命下都保持接近額定的25°C。這是因為，散熱速率不對應(yīng)于LED的溫度升高速率(例如，在提供電壓的浪涌期間)。當(dāng)灰塵聚集并存留在散熱片的翅片之間時，傳熱速率劣化，并且進(jìn)一步影響LED的光輸出和使用壽命。
[0006]LED還能夠通過液體冷卻。液體通過對流將熱量從半導(dǎo)體結(jié)傳導(dǎo)至LED殼體的表面。隨后，殼體表面處的熱量通過輻射散去。然而，液體的比濃對數(shù)粘度和比熱容導(dǎo)致建立能夠有效散熱的對流的延遲。此外，被加熱的液體可能釋放堵塞性氣體，從而妨礙有效對流。
[0007]因此，需要提供尋求解決上述問題中的至少一個的發(fā)光二極管(LED)光源和制造這種光源的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種發(fā)光二極管(LED)光源，包括:LED源；以及殼體，圍繞LED源；其中氣體或氣體混合物填充在殼體內(nèi)，使得氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；以及氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從LED源的轉(zhuǎn)移。
[0009]熱量可通過對流從LED源轉(zhuǎn)移至殼體的表面。
[0010]殼體的材料可以被選擇為有助于光的透射以及熱量通過輻射從殼體的表面向周圍環(huán)境的轉(zhuǎn)移。
[0011]殼體的表面可包括玻璃。
[0012]氣體或氣體混合物可具有小 于5.3的組合的分子量。
[0013]氣體或氣體混合物可具有大于0.14W/g/° C的組合的熱導(dǎo)率。[0014]殼體可有助于氣體或氣體混合物朝著LED源的匯集。
[0015]LED源可包括LED半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0016]LED光源還可包括從LED光源到干線電源的電連接。
[0017]LED光源還可包括用于將LED源安裝在殼體內(nèi)的管座。
[0018]氣體可包括氫氣或氦氣；并且氣體混合物可包括氮氣和氦氣。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了 一種制造發(fā)光二極管(LED )光源的方法，包括以下步驟:將LED源安裝在殼體內(nèi)；將周圍氣體從殼體排出；以及用氣體或氣體混合物填充殼體，使得氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；并且氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從LED源的轉(zhuǎn)移。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種冷卻發(fā)光二極管(LED)光源的方法，包括以下步驟:將LED安裝在殼體內(nèi)；以及用氣體或氣體混合物填充殼體，使得氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；并且氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從LED源的轉(zhuǎn)移。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過在下面僅參照實施例結(jié)合附圖進(jìn)行說明，本發(fā)明的示例性實施方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，將變得更好理解并顯而易見，在附圖中:
[0022]圖1a是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖1b是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的LED板的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]圖1c是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的電路圖。
[0025]圖1d是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的電路圖。
[0026]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的殼體內(nèi)的對流的形成的示意圖。
[0027]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源內(nèi)的溫度分布的示意圖。
[0028]圖4a是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED光源的示意圖。
[0029]圖4b是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的LED光源的示意圖。
[0030]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管(LED)光源的制造方法的流程圖。
[0031]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管(LED)的冷卻方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的實施方式旨在冷卻發(fā)光二極管(LED)光源以提供更高能量效率、更長使用壽命并因此提供成本效益。因此，能夠避免與固體散熱片和液體冷卻系統(tǒng)有關(guān)的缺點。
[0033]在本發(fā)明的一個示例性實施方式中，LED光源(這里具有LED半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形式)放置在氣密殼體中。氣密殼體填充有純的氣體或氣體混合物。該氣體或氣體混合物用作通過氣體對流將熱量從LED源轉(zhuǎn)移至殼體表面的媒介。來自殼體表面的熱量隨后通過輻射或與環(huán)境空氣的對流而散去。
[0034]純的非活性(惰性)氣體或非活性氣體的混合物適于冷卻LED。氣體或氣體混合物優(yōu)選為非腐蝕性的并且不與LED和殼體內(nèi)的部件反應(yīng)。此外，氣體或氣體混合物優(yōu)選在熱和電的流動下保持穩(wěn)定。活性和腐蝕性氣體諸如氧氣、鹵族、氟利昂、碳?xì)浠衔锖椭评鋭┎贿m于冷卻LED。
[0035]氣體具有較低的分子重量并且非常具有移動性(與固體或液體相比)。例如，氫氣分子在(TC下以1840m/s的速度移動并且在100°C下以1930m/s的速度移動。具有較大分子量的氣體與較輕氣體相比更加遲緩。例如，空氣的較重分子以484.3m/s的較慢速度移動。因此，即使在沒有對流的情況下，氫氣分子也比空氣分子快4倍。因此，具有低分子量的氣體能夠比固體和液體攜帶/轉(zhuǎn)移和耗散更多熱量，因此氣體更加適合示例性實施方式。更優(yōu)選地，氣體或氣體混合物被選擇為具有小于5.3的分子量。
[0036]在一個示例性實施方式中，氣體混合物包括95%的He (分子量為4.02)和5%的N2(分子量為28.03)。因此，氣體混合物的分子量為[(0.95x4.02) + (0.05x28.03)] =5.221。
[0037]在另一個示例中，氣體包括100%的H2 (分子量為2.01)。
[0038]在又一個示例性實施方式中，氣體包括100%的He (分子量為4.02)。
[0039]這與傳統(tǒng)燈泡形成對比，傳統(tǒng)燈泡中填充有具有較大分子量(例如，氬)的氣體/氣體混合物以使燈泡內(nèi)的傳導(dǎo)和對流損失最小化并減少鎢燈絲蒸發(fā)。
【權(quán)利要求】
1.發(fā)光二極管(LED)光源,包括: LED源；以及 殼體，圍繞所述LED源； 其中氣體或氣體混合物填充在所述殼體內(nèi)，使得所述氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從所述LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；以及所述氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從所述LED源的轉(zhuǎn)移。
2.如權(quán)利要求1所述的LED光源，其中所述熱量通過對流從所述LED源轉(zhuǎn)移至所述殼體的表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的LED光源，其中所述殼體的材料被選擇為有助于光的透射以及熱量從所述殼體的表面通過輻射向周圍環(huán)境的轉(zhuǎn)移。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述殼體的表面包括玻璃。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述氣體或氣體混合物具有小于5.3的組合的分子量。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述氣體或氣體混合物具有大于0.14W/g/°C的組合的熱導(dǎo)率。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述殼體有助于所述氣體或氣體混合物朝著所述LED源的匯集。`
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述LED源包括LED半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，還包括從所述LED光源到干線電源的電連接。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，還包括用于將所述LED源安裝在所述殼體內(nèi)的管座。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的LED光源，其中所述氣體包括氫氣。
12.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的LED光源，其中所述氣體混合物包括氮氣和氦氣。
13.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的LED光源，其中所述氣體混合物包括氦氣。
14.制造發(fā)光二極管(LED)光源的方法，包括以下步驟: 將LED源安裝在殼體內(nèi)； 將周圍氣體從所述殼體排出；以及 用氣體或氣體混合物填充所述殼體，使得所述氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從所述LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；并且所述氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從所述LED源的轉(zhuǎn)移。
15.冷卻發(fā)光二極管(LED)光源的方法，包括以下步驟: 將LED安裝在殼體內(nèi)；以及 用氣體或氣體混合物填充所述殼體，使得所述氣體或氣體混合物充當(dāng)將熱量從所述LED源轉(zhuǎn)移走的媒介；并且所述氣體或氣體混合物被選擇為與空氣相比提供增強的熱量從所述LED源的轉(zhuǎn)移。
【文檔編號】H01L25/075GK103503183SQ201180070474
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月26日
【發(fā)明者】安東尼·奧古斯丁 申請人:諾瓦特技術(shù)有限公司