專利名稱：大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大功率發(fā)光二極管照明、投影光源，尤其是大功率發(fā)光二極管光源 的聚焦、散熱一體化熱裝置。
背景技術(shù)：
近期以來(lái)，半導(dǎo)體發(fā)光二極管在高功率、高流明方面取得顯著進(jìn)展，特別在投影機(jī)方面 大有取代傳統(tǒng)UHP、金鹵燈等玻璃燈光源的趨勢(shì)。在2006年美國(guó)拉斯維加斯舉辦的CES國(guó) 際消費(fèi)電子產(chǎn)品展上，日本索尼、東芝、三菱，韓國(guó)三星紛紛推出袖珍式發(fā)光二極管作光源 的投影機(jī)，盡管它們的亮度遠(yuǎn)不能達(dá)到實(shí)用商品的要求，但發(fā)光二極管光源在投影上的應(yīng)用 已是大勢(shì)所趨，預(yù)測(cè)在2008年將達(dá)到和超過(guò)UHP燈的每瓦流明亮度，部分、或逐步取代UHP 玻璃燈僅需短短幾年時(shí)間。，而世界投影業(yè)界都抓緊幵發(fā)這種"具有革命性意義"的新型光 源。目前發(fā)光二極管光源存在如下共同的問(wèn)題-盡管大功率發(fā)光二極管比傳統(tǒng)光源具有發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、固體、環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)， 但由于采用半導(dǎo)體制造工藝，其P-N結(jié)溫度一般不超過(guò)150'C,不能承受傳統(tǒng)玻璃燈大于 IOO(TC的髙溫；其次，發(fā)光二極管采用的熒光粉、封裝用環(huán)氧樹(shù)脂也不允許較高溫度，溫 度過(guò)高必然影響光源和投影機(jī)的工作穩(wěn)定性，使發(fā)光二極管的壽命大為縮短。因此散熱問(wèn) 題對(duì)于發(fā)光二極管的正常工作、防止過(guò)熱老化而縮短壽命尤為重要。另外，由于發(fā)光二極 管光輻射角一般大于120度，對(duì)于投影機(jī)、射燈等非常不適合，發(fā)光二極管光源呈多只組 合陣列的面發(fā)光光源，橫截面積較大，在小型、高聚焦方面有較難克服的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。散 熱和聚焦，是投影等類特殊光源亟待解決的新問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，解決 投影、射燈等特殊光源散熱和聚焦兩方面技術(shù)難題。本裝置亦適合于紅外、紫外等不可見(jiàn) 光的小體積、高聚焦、高效散熱光源。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是散熱方面1、雙端散熱通常散熱器的結(jié)構(gòu)分為元件安裝底座和散熱鰭片兩部分。 散熱鰭片上安裝有散熱風(fēng)扇。發(fā)光二極管安裝在底座上。發(fā)光二極管的熱量從其內(nèi)部傳導(dǎo) 到散熱器底座，再由底座傳到散熱鰭片，風(fēng)扇吹出的冷風(fēng)吹走鰭片上的熱量使其散熱。這 是單向、路徑較長(zhǎng)的散熱方式。本雙端散熱方式是除了在元件安裝座端、散熱鰭片上安 裝散熱風(fēng)扇外，還利用每只發(fā)光二極管的聚焦管及它們組成的聚焦板作為散熱器，聚焦管、 板材料必須是銅或鋁。聚焦管及聚焦板同時(shí)作聚焦和散熱兩用。2、 采用"峽谷"風(fēng)道效應(yīng)風(fēng)洞力學(xué)得知當(dāng)某一恒定風(fēng)速的風(fēng)突然進(jìn)入某一狹窄管道時(shí)，其風(fēng)速將突變?yōu)樗瓉?lái)的n倍。n值由管道內(nèi)徑與外面的比值決定。若在散熱器底座上鉆若干個(gè)通風(fēng)孔，使風(fēng)扇的一部分風(fēng)穿過(guò)底座并直達(dá)聚焦板，同時(shí)聚焦板上也鉆有相對(duì)應(yīng) 的通風(fēng)孔。那么，散熱風(fēng)扇的風(fēng)穿過(guò)散熱器底座的通風(fēng)孔，再穿過(guò)聚焦板上的通風(fēng)孔，將使 散熱效果顯著提高。3、 熱管技術(shù)純銅的熱傳導(dǎo)率(W/M.K)約為鋁的1.7倍，而"熱管"技術(shù)的傳導(dǎo)率 為普通散熱方式的10倍以上。因此采用熱管及熱管技術(shù)將使散熱效果顯著提高，使整體光 源的體積縮小。聚焦方面1、單只發(fā)光管聚焦 由于發(fā)光二極管的光輻射角約為120° ，必須采取 有效的聚焦措施使光束會(huì)聚。本方案用單只發(fā)光二極管聚焦方法在實(shí)踐中取得較好的效果。具體措施是在整體光管上安裝一塊聚焦板，板上分別有若干聚焦孔與每只發(fā)光二極管相對(duì) 應(yīng)；聚焦孔內(nèi)壁呈圓管狀或半球狀，使120°光匯聚成為一束單向、柱狀的光，再在每只光孔上端安裝一只透鏡進(jìn)行再聚焦。透鏡可設(shè)計(jì)為單只獨(dú)立的、也可設(shè)計(jì)成整塊一體化的兩 種方式，但一體化整塊方式更有利于生產(chǎn)裝配流程。為了解決發(fā)光管前端的散熱，聚焦板采 用鋁或銅材，板孔內(nèi)進(jìn)行電、化學(xué)拋光工藝，使其反光、聚光效果最佳。這樣，不僅解決聚 焦問(wèn)題，同時(shí)也解決散熱兩方面問(wèn)題。2、整體光源聚焦 以上形成的光還不能投射向液晶、DLP、 Lcos的光路系統(tǒng)，因其發(fā) 光面積過(guò)大，還必須再進(jìn)行一次會(huì)聚，即整體光源會(huì)聚。所采取的方法可用透鏡，但這樣大 面積的凸透鏡厚度太厚，體積太大，成本較高，本實(shí)用新型采用菲尼爾(FRESNEL)光學(xué)透 鏡，使體積、成本控制下來(lái)，取得更好的效果。本實(shí)用新型的有益效果是1、采用雙端散熱方式，除了在元件安裝座端、散熱鰭片上安裝散熱風(fēng)扇外，還利用每 只發(fā)光二極管的聚焦管及它們組成的銅或鋁材的聚焦板作為散熱器，散熱效果提高一倍左 右。聚焦板同時(shí)兼作聚焦和散熱兩用。 2、 采用"峽谷"風(fēng)道效應(yīng)，散熱風(fēng)扇的風(fēng)穿過(guò)散熱器底座的通風(fēng)孔，再穿過(guò)聚焦板上 的通風(fēng)孔，將使散熱效果顯著提高。3、 運(yùn)用熱管技術(shù)，其熱傳導(dǎo)率為普通散熱方式的10倍，使整體光源的體積縮小。4、 釆用聚焦板和單只發(fā)光管透鏡聚焦，使每一支發(fā)光二極管的光發(fā)射角由12(T匯聚 成為一束單向、柱狀的光。聚焦透鏡一體化整塊方式更有利于生產(chǎn)裝配流程。5、 整體光源聚焦使用了菲尼爾透鏡，以縮小體積、降低成本，取得更好的效果。6、 目前發(fā)光二極管每瓦的光功率(Lm/W)尚不及UHP燈光源，但在l、 2年內(nèi)將達(dá)到或 超過(guò)UHP光源。即便如此，本實(shí)用新型聚焦、散熱一體化裝置仍然適用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置結(jié)構(gòu)圖。 圖2是聚焦透鏡一體化整塊結(jié)構(gòu)圖圖l中l(wèi)一散熱鰭片，2—底座，3—穿風(fēng)孔，4一發(fā)光二極管，5—透鏡，6—聚焦 板，7—聚焦孔，8—菲尼爾鏡，9一固定螺栓，IO"熱管，ll一風(fēng)扇。 圖2中5—透鏡，12—透鏡底板。 具體實(shí)施例如圖1所示，發(fā)光二極管(4)安裝在散熱器底座(2)上，聚焦板(6)上的聚焦孔 (7)對(duì)準(zhǔn)并固定發(fā)光二極管(4)，透鏡(5)安裝在聚焦板(6)上；菲尼爾鏡(8)由固 定螺栓(9)固定在散熱器底座(2)上。熱管(10)穿過(guò)散熱器底座(2)和散熱鰭片(1), 風(fēng)扇(11)與散熱鰭片(1)固定在一起。圖2中，是將所有透鏡(5)與透鏡底板(12)用模具制造或其它工藝制成一體，成 為一體化聚焦透鏡。
權(quán)利要求1、一種大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，風(fēng)扇(11)安裝在散熱器鰭片(1)上、發(fā)光二極管(4)安裝在散熱器底座(2)上，其特征在于散熱器底座(2)上有穿風(fēng)孔(3)，聚焦板(6)上的聚焦孔(7)對(duì)準(zhǔn)并固定發(fā)光二極管(4)，透鏡(5)安裝在聚焦板(6)上；菲尼爾鏡(8)由固定螺栓(9)固定在散熱器底座(2)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，其特征在 于熱管(10)穿過(guò)散熱器底座(2)和散熱鰭片(1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，其特征在 于所有透鏡(5)與透鏡底板(12)制成一體化聚焦透鏡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，其特征在 于聚焦板(6)為純銅或鋁材。
專利摘要一種大功率發(fā)光二極管光源的聚焦、散熱一體化裝置，解決投影、射燈等特殊光源散熱和聚焦兩方面技術(shù)難題。散熱方面采用雙端散熱方式，使散熱器的風(fēng)散端和光管聚焦板端進(jìn)行散熱，散熱效果提高一倍；采用“峽谷”風(fēng)道效應(yīng)，使風(fēng)扇的一部分風(fēng)穿過(guò)底座的穿風(fēng)孔，直達(dá)聚焦板進(jìn)行散熱；運(yùn)用熱管技術(shù)，顯著提高散熱效果，縮小光源體積。在聚焦方面采用聚焦板和單只透鏡聚焦，聚焦透鏡一體化整塊方式以利于生產(chǎn)裝配流程。整體光源聚焦使用了菲尼爾透鏡，以縮小體積、降低成本。本實(shí)用新型亦適合于紅外、紫外等不可見(jiàn)光的小體積、高效散熱、高聚焦光源。
文檔編號(hào)F21V5/00GK201028443SQ20062003514
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者陳友余 申請(qǐng)人:陳友余