基于熱管原理的直冷式LED光源的制作方法

本發明屬于LED照明領域，具體提供一種特別是用于大功率LED芯片的基于熱管原理的直冷式LED光源。

背景技術：

自LED成為第四代光源以來，LED行業迅速發展并逐漸占領了整個照明領域，隨著應用的不斷推廣，使用者對其性能也提出了更高的要求。實驗研究證明，LED的結溫對LED的光衰和壽命都有直接影響，其具體表現為，LED的結溫越高，其光效越低、光衰越大、壽命也越短。依據阿雷紐斯法則，在一定的溫度范圍內，LED的結溫每降低10℃，其壽命就可以延長2倍，故為了提高LED的性能，越來越多的技術人員開始關注LED芯片的導熱與散熱問題。目前，幾乎所有的LED燈具均采用鋁基電路板，為了達到良好的導電導熱效果，鋁基電路板的電路層(即銅箔)通常都具有一定的厚度和寬度，電路層下方設置有絕緣層。當電路板工作時，LED芯片產生大量的熱量，需要通過絕緣層傳遞到散熱器，屬于間接冷卻LED芯片方式，由于就現有技術而言，材料的絕緣性和導熱性通常成反比例相關，絕緣層具有很好的絕緣性，故其對LED芯片的導熱性必定較低。

為了進一步提升LED的性能，LED芯片的導熱和散熱問題已經成為LED發展道路上亟待解決的問題。由于LED光源自身沒有輻射散熱的功能，LED芯片產生的熱量傳遞到散熱器過程中，熱量傳遞受到鋁基板內絕緣層導熱能力的限制，LED燈具只能通過增加散熱器導出熱量的方式來加速散熱，目前市面上具有很多種類的散熱器，但是綜合散熱性能并不理想。例如，鋁合金散熱器主要通過散熱翼導熱來達到快速散熱的效果，但是由于現有技術無法將散熱翼制作到足夠薄的厚度，散熱面積因而無法最大化，散熱效果不佳。

針對上述問題，本申請人在中國專利申請CN105633259A中提出了一種基于熱管原理的大功率LED光源。該大功率LED光源包括發光部、存儲有液態絕緣工質的儲液部和散熱部。發光部用于通過毛細吸力原理將液態絕緣工質吸入，使液態絕緣工質充滿在LED芯片周圍，直接冷卻LED芯片。然而，申請人發現，該結構發光部毛細現象不夠明顯，影響汽液循環，該LED光源在實際應用中效果依然不是特別理想。相應地，本領域還是需要一種新的直冷式LED光源來解決上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有LED芯片的導熱、散熱效果不佳的問題，本發明提供了一種基于熱管原理的直冷式LED光源，該直冷式LED光源包括外殼和設置在所述外殼中的至少一個LED芯片，所述外殼包括發光部和儲液部，所述LED芯片設置在所述發光部中，所述儲液部中儲存有液態絕緣工質，其特征在于，所述外殼中設置有至少一個條狀毛細結構吸液芯，所述條狀毛細結構吸液芯在所述發光部中分隔出至少一個空腔，所述條狀毛細結構吸液芯能夠吸收所述儲液部中的液態絕緣工質，使得設置在所述發光部中的所述LED芯片能夠通過汽化所述條狀毛細結構吸液芯吸收的所述液態絕緣工質來實現冷卻。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述條狀毛細結構吸液芯的一端設置在所述液態絕緣工質中，所述條狀毛細結構吸液芯的另一端和主體設置在所述發光部中。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述條狀毛細結構吸液芯的主體上設置有至少一個凹槽或孔，所述LED芯片設置在所述凹槽或孔中。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述條狀毛細結構吸液芯的至少一側設置有多個突起，每個所述LED芯片設置在兩個相鄰的突起之間。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，每個所述LED芯片在兩個相鄰的突起之間的位置設置成，使得所述LED芯片更靠近所述儲液部一側的突起。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述發光部的至少一部分由透明材料制成，所述透明材料為透明玻璃或透明陶瓷或熒光玻璃或熒光薄膜玻璃或由透明但不溶于液態絕緣工質的無機、有機、高分子等材料制成。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述條狀毛細結構吸液芯由玻璃微珠制成，或者是玻璃纖維高溫燒結而成的具有毛細結構的泡沫體；或者是由其它透明但不溶于液態絕緣工質的無機、有機、高分子材料等制成的具有毛細結構的泡沫體。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述發光部中還設置有內部電路，所述LED芯片連接到所述內部電路，所述內部電路與設置在所述外殼上的引腳相連接以便連接到外部電源。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述直冷式LED光源還包括散熱部熱管的冷端，所述散熱部與所述儲液部接觸，用于快速降低所述儲液部中的液態絕緣工質的溫度。

在上述直冷式LED光源的優選技術方案中，所述發光部與所述儲液部以及所述儲液部與所述散熱部的連接方式是一體化密封連接或可分離式連接。

本領域技術人員能夠理解的是，在本發明的技術方案中，所述直冷式LED光源包括外殼以及設置在外殼內的LED芯片和條狀毛細結構吸液芯，其中，所述外殼包括發光部和儲液部，儲液部中儲存有液態絕緣工質，所述條狀毛細結構吸液芯的主體設置在發光部中，并且在發光部中分隔出至少一個空腔，所述LED芯片設置在所述條狀毛細結構吸液芯的主體附近，或者嵌設在所述條狀毛細結構吸液芯上的凹槽或孔中。由于條狀毛細結構吸液芯在發光部中分隔出了若干空腔，當設置在條狀毛細結構吸液芯上或附近的LED芯片發熱時，條狀毛細結構吸液芯中吸收的液態絕緣工質能夠被最大程度地汽化并排放到所述空腔中，在冷端凝結成液體，冷卻的液體被吸液芯吸附，實現熱管的汽液循環，從而大幅度提高了所述LED光源的冷卻效果，延長了其使用壽命

附圖說明

圖1是本發明的基于熱管原理的直冷式LED光源的第一實施方式的剖視圖。

圖2是本發明的基于熱管原理的直冷式LED光源的第二實施方式的剖視圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。例如，盡管說明書中的直冷式LED光源是結合冷卻LED芯片來描述的，但是，本發明顯然還可以用于冷卻其他光源，這種應用對象的改變并不偏離本發明的基本原理，因此都落入本發明的保護范圍之內。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“靠近”、“附近”等指示的方向或位置關系的術語是基于附圖所示的方向或位置關系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域技術人員而言，可根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1所示，該圖為本發明的基于熱管原理的直冷式LED光源的第一實施方式的剖視圖，本發明的直冷式LED光源的第一實施方案包括外殼1和設置在外殼1中的至少一個LED芯片2，外殼1包括發光部8和儲液部9。需要說明的是，發光部8與儲液部9的連接方式可以是一體化密封連接或可分離式連接，發光部8與儲液部9的連接部分設置為，使得外殼1具有良好的密封性。LED芯片2設置在發光部8中，儲液部9中儲存有液態絕緣工質5。另外，外殼1中還設置有四個條狀毛細結構吸液芯4，這四個條狀毛細結構吸液芯4在發光部8中分隔出五個空腔7，條狀毛細結構吸液芯4的上端和主體設置在發光部8中，其下端設置在儲液部9的液態絕緣工質5中，并且能夠吸收儲存在儲液部9中的液態絕緣工質5。本領域技術人員能夠理解的是，發光部8的至少一部分由透明材料制成，使得設置在發光部8中的LED芯片2發出的光能夠照射到發光部8的外部，優選的是，所述透明材料為透明玻璃或透明陶瓷或熒光玻璃或熒光薄膜玻璃。另外，還需要說明的是，外殼1中設置的條狀毛細結構吸液芯4的數量和位置并不是一成不變的，設計人員可以結合具體情況自行設置條狀毛細結構吸液芯4的數量和分布情況，只要保證條狀毛細結構吸液芯4能夠吸收液態絕緣工質5，并且使得條狀毛細結構吸液芯4的主體能在發光部8中分隔出至少一個空腔7即可。

繼續參閱圖1，當LED光源接通時，設置在發光部8中的LED芯片2產生的熱量能夠汽化附近條狀毛細結構吸液芯4中的液態絕緣工質5并產生蒸汽，由于空腔7的存在，液態絕緣工質5的蒸汽可以沿空腔7向下回流到儲液部9中，然后在冷卻部遇冷液化，氣壓降低，之后再次被條狀毛細結構吸液芯4所吸收到發光部8中，從而實現汽液循環。具體地，在第一實施方式中，每個條狀毛細結構吸液芯4上均設置有多個凹槽11，LED芯片2嵌設在凹槽11中，凹槽11的四個側表面與LED芯片2的四個側表面的配合方式可設置為過盈配合，在安裝好的狀態下，LED芯片2被固定在凹槽11內，且LED芯片2的內表面和四個側表面均被凹槽11的表面所環繞。當LED光源接通時，LED芯片2的溫度逐漸升高，同時產生大量熱量，此時，LED芯片2產生的熱量被環繞在LED芯片2附近的液態絕緣工質5不斷吸收，且LED芯片2附近的液態絕緣工質5因為吸收了熱量而被不斷汽化成氣體狀態，同時能夠帶走更多LED芯片2產生的熱量，液態絕緣工質5的蒸汽順著空腔7運動到儲存在儲液部9中的液態絕緣工質5的表面，然后遇冷液化，進而能夠被條狀毛細結構吸液芯4再次吸收，從而形成汽液循環，使得液態絕緣工質5的流動速率大幅提高，最大程度地降低了LED芯片2的溫度。本領域技術人員能夠理解的是，條狀毛細結構吸液芯4設置為，使得條狀毛細結構吸液芯4上至少能夠設置一個凹槽11，且LED芯片2能夠安裝在凹槽11內。此外，優選的是，條狀毛細結構吸液芯4由玻璃微珠、玻璃纖維、泡沫玻璃制成，或者是透明但不溶于液態絕緣工質的無機、有機、高分子等材料制成的具有毛細結構的泡沫體－例如PC材料制成的泡沫體。最后需要說明的是，設置在條狀毛細結構吸液芯4中的凹槽11還可以設置為通孔，并且凹槽或孔11與LED芯片2的配合方式也可以是間隙配合，只要保證LED芯片2的大部分表面被凹槽或孔11所環繞即可。

繼續參閱圖1，該直冷式LED光源還包括散熱部6，散熱部6與儲液部9接觸，用于快速降低儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度，需要說明的是，散熱部6與儲液部9的連接方式可以是一體化密封連接或可分離式連接。并且，散熱部6的結構設置為，使得儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度能夠被快速降低。作為示例，散熱部6可以設置成包裹儲液部9的風冷或液冷換熱器。另外，發光部8中還設置有內部電路(圖中未示出)，LED芯片2連接到所述內部電路，所述內部電路與引腳10相連接以便連接到外部電源。本領域技術人員能夠理解的是，所述內部電路的布置方式依據設計人員的需求具體設定，且引腳10的位置并不是一成不變的，并且引腳10的結構設置為，使得所述內部電路能夠通過引腳10與外部電源相連。

繼續參閱圖1，該直冷式LED光源在具體工作時，設置在發光部8中的LED芯片2的溫度逐漸變高，同時，LED芯片2周圍的液體絕緣工質5不斷吸收LED芯片2產生的熱量并被汽化，相應地，由于LED芯片2產生的熱量被液態絕緣工質5所吸收，LED芯片2的溫度得以降低，溫度被控制在液態工質的沸點附近。由于LED芯片2產生的熱量能夠汽化周圍的液態絕緣工質5并產生蒸汽，液態絕緣工質5的蒸汽順著空腔7運動到儲存在儲液部9中的液態絕緣工質5的表面，然后遇冷液化，進而被條狀毛細結構吸液芯4再次吸收，從而形成循環，使得液態絕緣工質5的流動速率大幅提高，最大程度地降低了LED芯片2的溫度。此外，散熱部6使得儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度快速降低，發光部8中的液態絕緣工質5的蒸汽通過將熱量釋放到儲存在儲液部9中的液態絕緣工質5中實現散熱，同時液態絕緣工質5的蒸汽發生液化反應重新進入到儲液部9中，此時，LED芯片2通過不斷氣化凹槽11附近的液態絕緣工質5進行降溫，冷卻循環過程得以加快，LED芯片2從而得到良好的冷卻效果。

進一步，還可以在條狀毛細結構吸液芯4的至少一側設置多個突起，然后將LED芯片2設置在相鄰兩個突起之間。具體地，如圖2所示，該圖為本發明的基于熱管原理的直冷式LED光源的第二實施方式的剖視圖，本發明的直冷式LED光源的第二實施方案包括外殼1和設置在外殼1中的至少一個LED芯片2，外殼1包括發光部8和儲液部9。本領域技術人員能夠理解的是，發光部8與儲液部9的連接方式可以是一體化密封連接或可分離式連接，發光部8與儲液部9的連接部分設置為，使得外殼1具有良好的密封性。LED芯片2設置在發光部8中，儲液部9中儲存有液態絕緣工質5，另外，外殼1中還設置有三個條狀毛細結構吸液芯4，三個條狀毛細結構吸液芯4在發光部8中分隔出四個空腔7，條狀毛細結構吸液芯4的上端和主體設置在發光部8中，其下端設置在液態絕緣工質5中，并且能夠吸收儲液部9中的液態絕緣工質5。本領域技術人員還能夠理解的是，發光部8的至少一部分由透明材料制成，使得設置在發光部8中的LED芯片2發出的光可以照射到發光部8的外部，優選的是，所述透明材料為透明玻璃或透明陶瓷或熒光玻璃或熒光薄膜玻璃。還需要說明的是，外殼1中設置的條狀毛細結構吸液芯4的數量和位置并不是一成不變的，設計人員可以結合具體情況自行設置條狀毛細結構吸液芯4的數量和分布情況，只要保證條狀毛細結構吸液芯4能夠吸收液態絕緣工質5，并且使得條狀毛細結構吸液芯4的主體能在發光部8中分隔出至少一個空腔7即可。

繼續參閱圖2，LED芯片2產生的熱量能夠汽化附近條狀毛細結構吸液芯4中的液態絕緣工質5并產生蒸汽，蒸汽可以沿條狀毛細結構吸液芯4分隔出的空腔7向下回流到儲液部9中，并因此被冷卻成液體。條狀毛細結構吸液芯4的兩側設置有多個突起3，LED芯片2設置在兩個相鄰的突起3之間，并且更靠近下側的突起3，這樣的設置可以使得LED芯片2附近的蒸汽產生“附壁效應”，即，LED芯片2附近的蒸汽會附著到更靠近下側的突起3的壁上，使得靠近上側的突起3附近產生負壓，從而將條狀毛細結構吸液芯4所吸收的液態絕緣工質5更快地抽吸出來，繼而大幅度提高了液態絕緣工質5的流動循環速率。本領域技術人員能夠理解的是，條狀毛細結構吸液芯4的結構設置為，使得條狀毛細結構吸液芯4的至少一側設置有多個突起3，且突起3的結構設置為，使得兩個相鄰的突起3之間能夠設置一個LED芯片2。此外，優選的是，條狀毛細結構吸液芯4由玻璃微珠、玻璃纖維、泡沫玻璃或透明但不溶于液態絕緣工質的無機、有機、高分子等材料－例如PC材料制成。

繼續參閱圖2，該直冷式LED光源還包括散熱部6，散熱部6與儲液部9接觸，用于快速降低儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度。需要說明的是，散熱部6與儲液部9的連接方式可以是一體化密封連接或可分離式連接，并且散熱部6的結構設置為，使得儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度能夠被快速降低。作為示例，散熱部6可以設置成包裹儲液部9的風冷或液冷換熱器。另外，發光部8中還設置有內部電路(圖中未示出)，LED芯片2連接到所述內部電路，所述內部電路與引腳10相連接以便與外部電源相連。本領域技術人員能夠理解的是，所述內部電路的布置方式依據設計人員的需求具體設定，且引腳10的位置并不是一成不變的，并且引腳10的結構設置為，使得所述內部電路能夠通過引腳10與外部電源相連。

繼續參閱圖2，該直冷式LED光源在具體工作時，設置在發光部8中的LED芯片2的溫度逐漸變高，同時，LED芯片2周圍的液體絕緣工質5不斷吸收LED芯片2產生的熱量并被汽化，相應地，由于LED芯片2產生的熱量被液態絕緣工質5所吸收，LED芯片2的溫度得以降低。由于LED芯片2產生的熱量能夠汽化周圍的液態絕緣工質5并產生蒸汽，另外，LED芯片2設置在兩個相鄰的突起3之間，并且更靠近下側的突起3，故LED芯片2附近的蒸汽不斷附著到更靠近下側的突起3的壁上，使得上側的突起3附近產生負壓，從而將條狀毛細結構吸液芯4所吸收的液態絕緣工質5更快地抽吸出來，繼而大幅度提升了液態絕緣工質5的流動循環速率。此外，散熱部6使得儲液部9中的液態絕緣工質5的溫度快速降低，發光部8中的蒸汽通過將熱量釋放到液態絕緣工質5中實現散熱，并發生液化反應同時被儲液部9重新回收，此時，LED芯片2通過不斷氣化附近的液態絕緣工質5進行降溫，冷卻過程得以加快循環，LED芯片2從而得到良好的冷卻效果。

最后需要說明的是，液態絕緣工質的選擇需要綜合考慮導電性、沸點、透光性、流淌性、傳熱系數以及與玻璃有無親和反應等多種因素，綜合以上所有因素，優選低粘度硅油為本發明所使用的液態絕緣工質，尤其是二甲基硅油，此外還可以選用乙醇、乙醚。本領域技術人員還能夠理解的是，液體絕緣工質的充裝量應該綜合考慮儲液部的熱阻和液態絕緣工質的傳熱能力兩方面因素，使得LED芯片的冷卻效果達到最佳狀態。

至此，已經結合附圖描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。