一种基于热声制冷技术大功率ＬＥＤ光源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于热声制冷技术大功率ＬＥＤ光源。声波发生器设置在壳体的一端，相隔一定距离设置有热端换热器，热端换热器与壳体以及壳体外的散热器相连，在热端换热器之后设置有板叠，板叠之后设有多孔封装基板，多孔封装基板上安装有ＬＥＤ芯片组件，与壳体相连的是喇叭形反射杯，喇叭形反射杯上安装有透明壳层，喇叭形反射杯与透明壳层围成的空腔构成声波谐振腔。ＬＥＤ芯片组件产生的光经过透明壳层发出，ＬＥＤ芯片组件产生的热量传导至多孔封装基板，然后经热声效应被传送至热端换热器，然后被散热器散出，这样可以有效解决大功率ＬＥＤ光源的散热问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及照明光源，尤其涉及一种基于热声制冷技术大功率LED光源。
技术介绍
LED光源是新一代绿色照明光源，其耗电量只有普通白炽灯的十分之一， 而寿命却长十倍以上。除此之外，LED光源还具有体积小、坚固耐用、色彩丰 富等优点。为了满足更高光强的要求，LED光源通过提高单个芯片的输出功率 或者采用LED阵列的方式来实现。在理想的情况下，匹配的光学材料和适当的 封装结构能够充分发挥LED高效的发光性能，将大部分的电能转化为光。但是 由于LED芯片面积非常小，因此大量的热量无法及时散去，因此导致LED工作 时温度过高。温度过高对大功率LED光源的输出光强和色温性能有着非常大的 影响，特别是LED芯片的PN结长期工作在高温状态，其光学性能会很快衰减， 严重影响LED的使用寿命。这是LED封装中需要解决的关键问题。从LED光源发热特性分析可知，LED芯片散热的瓶颈在芯片和基板之间， 由于LED芯片体积非常小，芯片与基板之间的接触面积非常有限，特别是倒装 (flip-chip)结构，发热的有源区与基板之间存在多个介质层，热阻迅速增加，详 细分析参见文献《倒装大功率白光LED热场分析与测试》(光电子，激光，vol.l6， num. 5, pp. 511-514, 2005)。这样LED芯片的热量不能尽快地将散去，导致PN 结温较高，而且其他光学材料如环氧树脂、硅胶和荧光剂等长期处于高温下工 作，整个光源装置的性能衰减老化得很快、可靠性差，这种封装结构难以适用 高功率密度的大功率LED光源。如何在低成本的前提下，采用更好的冷却方式， 使LED光源工作在更低的温度上工作，获得更高的发光效率，更长的寿命，更 高的可靠性，是本专利技术要解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于热声制冷技术的大功 率LED光源。基于热声制冷技术大功率LED光源包括LED芯片组件、多孔封装基板、透 明壳层、喇叭形反射杯、板叠、热端换热器、散热器、声波发生器、壳体、声 波谐振腔；声波发生器设置在壳体的下端，壳体的上部依次设置有热端换热器、 板叠、多孔封装基板，热端换热器与壳体外的散热器相连，壳体的上端设置有 喇叭形反射杯与透明壳层围成的空腔构成声波谐振腔，在空腔构成声波谐振腔内，多孔封装基板上设有LED芯片组件。所述的LED芯片组件包括LED芯片、芯片基座、光胶层，芯片基座上设置 LED芯片，在芯片基座和LED芯片上设置光胶层。多孔封装基板是一种具有网 状或条状空隙结构的金属或陶瓷平板。透明壳层是一个由玻璃或树脂透明材料 制成的曲面壳层或者透镜。喇叭形反射杯内壁设有光学反射镜。板叠是一种由 金属或塑料薄片构成的巻层结构或者阵列圆筒结构。热端换热器是一种网状或 条状空隙结构的金属板。散热器是一种肋片式散热器或热管式散热器。声波发 生器是一种压电陶瓷式或者电磁式喇叭。本专利技术的LED产生的光从透明壳体发出，LED产生的热量传导至多孔封装 基板，然后经热声效应被传送至热端换热器，然后被与之相连的散热器散出， 这样可以有效解决大功率LED光源的散热问题。本专利技术的优点在于没有风扇、 压縮泵等机械运动部件，声波发生装置可靠性高能够长时间工作。利用热声效 应能够将LED芯片产生的大量热量传输出来，保障LED芯片的结温保持在较低 水平，从而提高了大功率LED的运行可靠性和使用寿命。 附图说明图1是一种基于热声制冷技术大功率LED光源的结构示意图2是热声制冷原理示意图3是空腔内声波传播的波面变化示意图4是LED芯片组件结构示意图5是两种多孔封装基板结构示意图6是LED芯片组件与多孔封装基板组合示意图7是三种板叠结构示意图8是一种热端换热器结构示意图9是两种热端换热器与散热器组合示意图IO是一种声波发生器的结构示意图。图中LED芯片组件1、多孔封装基板2、透明壳层3、喇叭形反射杯4、 板叠5、热端换热器6、散热器7、声波发生器8、壳体9、声波谐振腔IO、 LED 芯片11、芯片基座12、透明荧光胶层13、平板14、圆孔15、金属或者塑料薄 片16、空隙17、塑料或金属空心圆管18、条形孔19、热管散热器20、散热翅 片21、散热翅片22、翅片式散热器23、翅片式散热器24、翅片式散热器25翅 片式散热器26、压电陶瓷驱动器27、变幅杆28、号筒29。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，基于热声制冷技术大功率LED光源包括LED芯片组件1、多 孔封装基板2、透明壳层3、喇叭形反射杯4、板叠5、热端换热器6、散热器7、 声波发生器8、壳体9、声波谐振腔10;声波发生器8设置在壳体9的下端，壳 体9的上部依次设置有热端换热器6、板叠5、多孔封装基板2，热端换热器6 与壳体9外的散热器7相连，壳体9的上端设置有喇叭形反射杯4与透明壳层3 围成的空腔构成声波谐振腔10，在空腔构成声波谐振腔10内，多孔封装基板2 上设有LED芯片组件1。热声制冷近年来发展非常迅速的一种新型制冷技术。热声制冷是根据热声 相互作用，利用压力波动引起温度波动，并通过一定板叠结构将其增强，从而产 生制冷作用。 一般情况下，在声场中气体的振动可近似看作绝热过程，气体的 温度变化值可根据压力变化大小和绝热过程方程得出。在气体变化的一个循环 周期后，气体的温度不会发生变化。如图2所示，假设在声场中放入一块沿声场方向放置的平板14，取平板附 近的一气体微团定性分析其运动和换热过程。设微气团在位置1时的温度为 r-xdr/血，压力为尸-尸;。在声波形成的驻波作用下，微气团从状态1到状态2经过绝热压縮过程，其温度从r-x^/r/血升高到r-;^r/A+2r7，压力从i^p;升高到尸+i^。其中K和尸7分别为微气团在绝热压縮过程中的温升与压力变化。此时，如果微团温度高于平板温度r+:c^r/血，则微气团放出热量&给平板，其过程为 状态2变化到状态3，温度变为r+xdr/血。随后驻波场的变化，使得微气团从 状态3绝热膨胀到状态4。当到达状态4时，温度变为r+xd/r/血-2r;。如果此时 微气团温度低于平板温度r-xdr/血，则微团从平板吸收热量込，其过程为状态4 变化到状态i，温度变为r-x^/血，从而完成了一个热力循环。在这个循环中， 微气团在高压时放热后膨胀，在低压时吸热后压縮，从而吸收声波能量，将热 量从低温端搬至高温端，实现了制冷的目的。在本专利技术中，图i所示的板叠5 结构就是由很多这样的平板14构成，在板叠5中有无数这样的微气团，而且热 循环运动情况完全相同。这样这些微气团就像是接力赛一样，从下端吸热输送 到上端。在声波共振的条件下，微气团快捷有效地循环运动，产生非常明显的 宏观效果，从而完成声学制冷的作用，这就是热声制冷的基本原理。本专利技术利用热声制冷的原理结合大功率LED，创造性的提出了一种新的大 功率LED封装结构，与一般的热声制冷装置不同的特点在于在热声制冷器的 冷端设置有多孔封装基板2，多孔封装基板2上安装有LED芯片组件1 ，而喇叭形反射杯4与透明壳层3围成的空腔构成声波谐振腔8。这样，LED芯片所 发出的光可以从透明壳层3出射出来，而喇叭形反射杯4可以进一步增强出射 亮度和改善光束形状；而LED芯片产生的热量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热声制冷技术大功率ＬＥＤ光源，其特征在于包括ＬＥＤ芯片组件（１）、多孔封装基板（２）、透明壳层（３）、喇叭形反射杯（４）、板叠（５）、热端换热器（６）、散热器（７）、声波发生器（８）、壳体（９）、声波谐振腔（１０）；声波发生器（８）设置在壳体（９）的下端，壳体（９）的上部依次设置有热端换热器（６）、板叠（５）、多孔封装基板（２），热端换热器（６）与壳体（９）外的散热器（７）相连，壳体（９）的上端设置有喇叭形反射杯（４）与透明壳层（３）围成的空腔构成声波谐振腔（１０），在空腔构成声波谐振腔（１０）内，多孔封装基板（２）上设有ＬＥＤ芯片组件（１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：符建，
申请(专利权)人：符建，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]