專利名稱：光耦合劑輔助散熱包組合高出光效率led燈方法及燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明光學(xué)領(lǐng)域，涉及到可拆卸組合的LED燈冷卻與光采集方法與結(jié)構(gòu)，特別是光耦合劑輔助散熱包組合高出光效率LED燈方法及燈具。
背景技術(shù)：
LED以其光效高成為重要的照明光源，并有向更高的發(fā)光效率改進(jìn)的余地而受到國內(nèi)外的重視。但LED屬于點光源，封裝與白熾燈有極大的不同。為了有效地引出光線，LED投射燈用LED燈珠與相匹配的專用帶凹球形狀的光學(xué)收集-聚光裝置，有效地收集了向四方發(fā)射的大功率LED光，并經(jīng)光學(xué)聚光裝置的折射及反射，以小角度出射，投射到很小的面積，故照度不均勻，燈具發(fā)光面的亮度過高，產(chǎn)生眩光，只能用于局部照明。目前白熾燈已處于淘汰階段。LED有每個器件的工作電壓低，相對電流大，對溫度十分敏感，怕熱的特點，一旦PN結(jié)溫升高，其發(fā)光效率和實際使用壽命均大幅度降低。使用時需要將各個器件正負(fù)極串聯(lián)或者并聯(lián)使用。為了散熱，需要降低器件與外界散熱器的熱阻。目前通行的方法是將多個大功率LED器件直接貼片到金屬電路板的表面上，然后將金屬電路板或者大功率LED集成光源直接與散熱器以最小熱阻的方式固定在一起。一般的電路板是制作在絕緣基材上的，金屬焊點之間保持電隔離狀態(tài)。而純金屬是導(dǎo)體，金屬電路板制作必須保持焊點之間的絕緣性?，F(xiàn)有技術(shù)采用在金屬板的表面涂覆一層不透光的耐熱絕緣層，然后在絕緣層的表面印刷銀漿導(dǎo)電電極，這種電路板多用于大功率器件，特別是表面貼裝的大功率器件，它與散熱器連結(jié)方便，熱阻小。將這種結(jié)構(gòu)的金屬電路板用于照明，因為其本身的表面反射率不高，直接增加了光損耗。LED發(fā)出的光經(jīng)燈具后，會引入不可忽視的光損失。

現(xiàn)有的LED燈都背負(fù)巨大的散熱器，很多LED燈的散熱器采用專用鋁型材加工而成，它擴(kuò)大了散熱體的表面積。LED燈的散熱器溫度一般低于100°C,在這樣的溫度下,散熱的三大途徑對流、輻射、傳導(dǎo)中的輻射效率很低，散熱片直接對空氣的傳導(dǎo)散熱有限，而對流對散熱器的降溫作用貢獻(xiàn)顯著。降低光源的眩光歷來采用毛玻璃、瓦楞狀玻璃折射或者乳白色燈罩，變高亮度、點光源為面光源。人們采用各種設(shè)計改進(jìn)LED燈具，提高光效。目前認(rèn)識到提高LED燈具光效需要光學(xué)技術(shù)和熱物理技術(shù)的參與。

發(fā)明內(nèi)容
針對LED光源的功率密度越來越大，LED器件多采用單側(cè)散熱，白光LED熒光粉附近的封裝材料容易變黃的缺陷，本發(fā)明對原來近乎無散熱能力的大功率LED器件的出光封裝表面緊貼帶無色透明散熱流體的薄膜包，作為LED燈具常規(guī)散熱的補(bǔ)充散熱方法，將熱量從大功率LED器件(金屬電路板連同大功率LED燈珠或者大功率LED集成光源，以下敘述與此相同)的出光封裝表面通過散熱流體/光耦合劑對流輸送帶到散熱器和外殼，從大功率LED器件的背面與出光封裝側(cè)及其四周同時散熱，增大了大功率LED器件的有效散熱面積，提高了散熱效果。所述的無色透明散熱流體密封在透明薄膜構(gòu)成的散熱流體-光耦合包內(nèi)，形成大功率LED器件出光封裝外的透光介質(zhì)，它兼具光耦合劑和散熱的對流流體雙重功能，在本發(fā)明中稱其為散熱流體/光耦合劑；LED芯片-LED出光封裝-(散熱流體-光耦合包)-光散射板-空氣構(gòu)成了折射率η遞減的光傳播系統(tǒng)。本發(fā)明的光學(xué)體系是在基礎(chǔ)光學(xué)研究分析的基礎(chǔ)上，綜合了大功率LED器件的出光介質(zhì)的邊界折射、反射與全反射規(guī)律，利用大功率LED器件出光封裝與外部介質(zhì)的光耦合，降低界面之間的反射率，擴(kuò)大與出光光通量有關(guān)的LED器件出光封裝內(nèi)側(cè)的有效入射
角-全反射臨界角，增大大功率LED器件出光封裝表面點所對應(yīng)的出射球冠相對面積和
視界，從而提高LED燈的整體出光效率；此處所述的“視界”為:從LED器件出光封裝外側(cè)透過出光封裝表面上的一點看到出光封裝內(nèi)部(與出光封裝表面法線)的極限夾角及其對應(yīng)的邊界——出射球冠的邊沿；本發(fā)明方法的另一部分為可分離、重新組合的緊貼LED出光封裝表面的柔性散熱流體-光耦合包及其內(nèi)部包裹、具有流動性的散熱流體/光耦合劑，它對大功率LED器件的出光封裝表面進(jìn)行局部對流散熱，將大功率LED器件出光面的熱量通過以下傳導(dǎo)途徑:
大功率LED器件出光封裝熱量一散熱流體-光耦合包薄膜傳導(dǎo)一散熱流體/光耦合劑對流輸送一散熱流體-光耦合包薄膜傳導(dǎo)一散熱外殼和散熱器利用本方法形成可組合的燈具零部件及其燈具。本發(fā)明的光學(xué)基本工作原理基于透明介質(zhì)的光反射率R和透射率T關(guān)系，以及光介質(zhì)的折射定律。由此導(dǎo)出與本發(fā)明相關(guān)的概念、基本功能和技術(shù)措施。透明介質(zhì)表面的反射率R的計算公式
權(quán)利要求
1.光耦合劑輔助散熱包組合高出光效率LED燈方法，其特征在于: 散熱器散熱大功率LED器件背面，柔性散熱流體-光耦合包緊貼大功率LED器件出光封裝面與側(cè)面，所述的散熱流體-光耦合包包括柔性高分子薄膜密封的空間，薄膜包裹的散熱流體/光耦合劑兩部分；所述的散熱流體/光耦合劑的折射率從低于到超過大功率LED燈珠或者大功率LED集成光源出光封裝介質(zhì)的折射率； 改變大功率LED器件出光封裝外介質(zhì)折射率來擴(kuò)大與出光光通量有關(guān)的LED出光封裝內(nèi)的全反射臨界角，增大出射球冠相對面積和視界；降低大功率LED燈珠或者大功率LED集成光源與空氣介質(zhì)的反射率，提升LED燈的出光效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:散熱流體-光耦合包由散熱流體-光耦合包薄膜，散熱流體-光耦合包包裹的散熱流體/光耦合劑和氣泡，散熱流體-光耦合包外側(cè)的光耦合涂層四部分組成；散熱流體/光耦合劑只在散熱流體-光耦合包內(nèi)對流循環(huán)；散熱流體-光耦合包為LED燈具內(nèi)可添加組合、具備自適應(yīng)燈具形狀的散熱與出光部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:散熱流體/光耦合劑有良好的散熱性和流動性，粘度小于10mm2/S，折射率為1.3-1.55。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:LED出光封裝內(nèi)的全反射臨界角從與空氣交界的41.81° 45.58°擴(kuò)展到與散熱流體/光耦合劑交界的最大90° ;相應(yīng)的出光球冠相對面積從25.5% 30.0%擴(kuò)展到最大100% ;相應(yīng)的視界從41.81° 45.58°形成的球冠邊界擴(kuò)展到最大半球空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:散熱流體/光耦合劑既是對流散熱材料，又是擴(kuò)大LED光出射視界的光耦合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于:散熱流體/光耦合劑有良好的散熱性和流動性，粘度小于等于3mm2/s。
7.光耦合劑輔助散熱包組合高出光效率LED燈具，包括大功率LED器件，散熱器，外殼，反射腔，所述的大功率LED器件包括大功率LED集成光源，或者金屬電路板和安裝在金屬電路板上的LED燈珠，其特征在于: 反射腔內(nèi)安置了柔性的散熱流體-光耦合包，所述的散熱流體-光耦合包的外側(cè)表面覆蓋光耦合涂層，散熱流體-光耦合包表面隨形緊貼大功率LED器件，導(dǎo)熱底板，外殼和光散射板，或者隨形緊貼大功率LED器件，反射腔內(nèi)壁和光散射板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燈具，其特征在于:散熱流體-光耦合包內(nèi)含有微量氣泡，散熱流體-光耦合包柔性可自適應(yīng)貼合多種LED燈具空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燈具，其特征在于:散熱器包括散熱片、熱傳導(dǎo)體和導(dǎo)熱底板，所述的導(dǎo)熱底板中部低，邊緣高，反射率80%以上；在所述的熱傳導(dǎo)體上開有多個對流進(jìn)風(fēng)口 ；所述的對流進(jìn)風(fēng)口的通道在熱傳導(dǎo)體內(nèi)呈由外向內(nèi)傾斜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光耦合劑輔助散熱包組合高出光效率LED燈方法及燈具。本發(fā)明對原來近乎無散熱能力的大功率LED器件的出光封裝表面緊貼帶無色透明散熱流體的薄膜包，作為LED燈具常規(guī)散熱的補(bǔ)充散熱方法，將熱量從大功率LED器件的出光封裝表面通過散熱流體/光耦合劑對流輸送帶到散熱器和外殼，從大功率LED器件的背面與出光封裝側(cè)及其四周同時散熱，增大了大功率LED器件的有效散熱面積，提高了散熱效果；同時大幅度地提升了LED器件封裝表面的出光率。
文檔編號F21V29/00GK103234182SQ201310168499
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者胡建人 申請人:杭州電子科技大學(xué)