基于热管原理的直冷式LED光源的制作方法

本发明属于LED照明领域，具体提供一种特别是用于大功率LED芯片的基于热管原理的直冷式LED光源。

背景技术：

自LED成为第四代光源以来，LED行业迅速发展并逐渐占领了整个照明领域，随着应用的不断推广，使用者对其性能也提出了更高的要求。实验研究证明，LED的结温对LED的光衰和寿命都有直接影响，其具体表现为，LED的结温越高，其光效越低、光衰越大、寿命也越短。依据阿雷纽斯法则，在一定的温度范围内，LED的结温每降低10℃，其寿命就可以延长2倍，故为了提高LED的性能，越来越多的技术人员开始关注LED芯片的导热与散热问题。目前，几乎所有的LED灯具均采用铝基电路板，为了达到良好的导电导热效果，铝基电路板的电路层(即铜箔)通常都具有一定的厚度和宽度，电路层下方设置有绝缘层。当电路板工作时，LED芯片产生大量的热量，需要通过绝缘层传递到散热器，属于间接冷却LED芯片方式，由于就现有技术而言，材料的绝缘性和导热性通常成反比例相关，绝缘层具有很好的绝缘性，故其对LED芯片的导热性必定较低。

为了进一步提升LED的性能，LED芯片的导热和散热问题已经成为LED发展道路上亟待解决的问题。由于LED光源自身没有辐射散热的功能，LED芯片产生的热量传递到散热器过程中，热量传递受到铝基板内绝缘层导热能力的限制，LED灯具只能通过增加散热器导出热量的方式来加速散热，目前市面上具有很多种类的散热器，但是综合散热性能并不理想。例如，铝合金散热器主要通过散热翼导热来达到快速散热的效果，但是由于现有技术无法将散热翼制作到足够薄的厚度，散热面积因而无法最大化，散热效果不佳。

针对上述问题，本申请人在中国专利申请CN105633259A中提出了一种基于热管原理的大功率LED光源。该大功率LED光源包括发光部、存储有液态绝缘工质的储液部和散热部。发光部用于通过毛细吸力原理将液态绝缘工质吸入，使液态绝缘工质充满在LED芯片周围，直接冷却LED芯片。然而，申请人发现，该结构发光部毛细现象不够明显，影响汽液循环，该LED光源在实际应用中效果依然不是特别理想。相应地，本领域还是需要一种新的直冷式LED光源来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有LED芯片的导热、散热效果不佳的问题，本发明提供了一种基于热管原理的直冷式LED光源，该直冷式LED光源包括外壳和设置在所述外壳中的至少一个LED芯片，所述外壳包括发光部和储液部，所述LED芯片设置在所述发光部中，所述储液部中储存有液态绝缘工质，其特征在于，所述外壳中设置有至少一个条状毛细结构吸液芯，所述条状毛细结构吸液芯在所述发光部中分隔出至少一个空腔，所述条状毛细结构吸液芯能够吸收所述储液部中的液态绝缘工质，使得设置在所述发光部中的所述LED芯片能够通过汽化所述条状毛细结构吸液芯吸收的所述液态绝缘工质来实现冷却。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述条状毛细结构吸液芯的一端设置在所述液态绝缘工质中，所述条状毛细结构吸液芯的另一端和主体设置在所述发光部中。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述条状毛细结构吸液芯的主体上设置有至少一个凹槽或孔，所述LED芯片设置在所述凹槽或孔中。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述条状毛细结构吸液芯的至少一侧设置有多个突起，每个所述LED芯片设置在两个相邻的突起之间。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，每个所述LED芯片在两个相邻的突起之间的位置设置成，使得所述LED芯片更靠近所述储液部一侧的突起。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述发光部的至少一部分由透明材料制成，所述透明材料为透明玻璃或透明陶瓷或荧光玻璃或荧光薄膜玻璃或由透明但不溶于液态绝缘工质的无机、有机、高分子等材料制成。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述条状毛细结构吸液芯由玻璃微珠制成，或者是玻璃纤维高温烧结而成的具有毛细结构的泡沫体；或者是由其它透明但不溶于液态绝缘工质的无机、有机、高分子材料等制成的具有毛细结构的泡沫体。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述发光部中还设置有内部电路，所述LED芯片连接到所述内部电路，所述内部电路与设置在所述外壳上的引脚相连接以便连接到外部电源。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述直冷式LED光源还包括散热部热管的冷端，所述散热部与所述储液部接触，用于快速降低所述储液部中的液态绝缘工质的温度。

在上述直冷式LED光源的优选技术方案中，所述发光部与所述储液部以及所述储液部与所述散热部的连接方式是一体化密封连接或可分离式连接。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，所述直冷式LED光源包括外壳以及设置在外壳内的LED芯片和条状毛细结构吸液芯，其中，所述外壳包括发光部和储液部，储液部中储存有液态绝缘工质，所述条状毛细结构吸液芯的主体设置在发光部中，并且在发光部中分隔出至少一个空腔，所述LED芯片设置在所述条状毛细结构吸液芯的主体附近，或者嵌设在所述条状毛细结构吸液芯上的凹槽或孔中。由于条状毛细结构吸液芯在发光部中分隔出了若干空腔，当设置在条状毛细结构吸液芯上或附近的LED芯片发热时，条状毛细结构吸液芯中吸收的液态绝缘工质能够被最大程度地汽化并排放到所述空腔中，在冷端凝结成液体，冷却的液体被吸液芯吸附，实现热管的汽液循环，从而大幅度提高了所述LED光源的冷却效果，延长了其使用寿命

附图说明

图1是本发明的基于热管原理的直冷式LED光源的第一实施方式的剖视图。

图2是本发明的基于热管原理的直冷式LED光源的第二实施方式的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中的直冷式LED光源是结合冷却LED芯片来描述的，但是，本发明显然还可以用于冷却其他光源，这种应用对象的改变并不偏离本发明的基本原理，因此都落入本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“靠近”、“附近”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，该图为本发明的基于热管原理的直冷式LED光源的第一实施方式的剖视图，本发明的直冷式LED光源的第一实施方案包括外壳1和设置在外壳1中的至少一个LED芯片2，外壳1包括发光部8和储液部9。需要说明的是，发光部8与储液部9的连接方式可以是一体化密封连接或可分离式连接，发光部8与储液部9的连接部分设置为，使得外壳1具有良好的密封性。LED芯片2设置在发光部8中，储液部9中储存有液态绝缘工质5。另外，外壳1中还设置有四个条状毛细结构吸液芯4，这四个条状毛细结构吸液芯4在发光部8中分隔出五个空腔7，条状毛细结构吸液芯4的上端和主体设置在发光部8中，其下端设置在储液部9的液态绝缘工质5中，并且能够吸收储存在储液部9中的液态绝缘工质5。本领域技术人员能够理解的是，发光部8的至少一部分由透明材料制成，使得设置在发光部8中的LED芯片2发出的光能够照射到发光部8的外部，优选的是，所述透明材料为透明玻璃或透明陶瓷或荧光玻璃或荧光薄膜玻璃。另外，还需要说明的是，外壳1中设置的条状毛细结构吸液芯4的数量和位置并不是一成不变的，设计人员可以结合具体情况自行设置条状毛细结构吸液芯4的数量和分布情况，只要保证条状毛细结构吸液芯4能够吸收液态绝缘工质5，并且使得条状毛细结构吸液芯4的主体能在发光部8中分隔出至少一个空腔7即可。

继续参阅图1，当LED光源接通时，设置在发光部8中的LED芯片2产生的热量能够汽化附近条状毛细结构吸液芯4中的液态绝缘工质5并产生蒸汽，由于空腔7的存在，液态绝缘工质5的蒸汽可以沿空腔7向下回流到储液部9中，然后在冷却部遇冷液化，气压降低，之后再次被条状毛细结构吸液芯4所吸收到发光部8中，从而实现汽液循环。具体地，在第一实施方式中，每个条状毛细结构吸液芯4上均设置有多个凹槽11，LED芯片2嵌设在凹槽11中，凹槽11的四个侧表面与LED芯片2的四个侧表面的配合方式可设置为过盈配合，在安装好的状态下，LED芯片2被固定在凹槽11内，且LED芯片2的内表面和四个侧表面均被凹槽11的表面所环绕。当LED光源接通时，LED芯片2的温度逐渐升高，同时产生大量热量，此时，LED芯片2产生的热量被环绕在LED芯片2附近的液态绝缘工质5不断吸收，且LED芯片2附近的液态绝缘工质5因为吸收了热量而被不断汽化成气体状态，同时能够带走更多LED芯片2产生的热量，液态绝缘工质5的蒸汽顺着空腔7运动到储存在储液部9中的液态绝缘工质5的表面，然后遇冷液化，进而能够被条状毛细结构吸液芯4再次吸收，从而形成汽液循环，使得液态绝缘工质5的流动速率大幅提高，最大程度地降低了LED芯片2的温度。本领域技术人员能够理解的是，条状毛细结构吸液芯4设置为，使得条状毛细结构吸液芯4上至少能够设置一个凹槽11，且LED芯片2能够安装在凹槽11内。此外，优选的是，条状毛细结构吸液芯4由玻璃微珠、玻璃纤维、泡沫玻璃制成，或者是透明但不溶于液态绝缘工质的无机、有机、高分子等材料制成的具有毛细结构的泡沫体－例如PC材料制成的泡沫体。最后需要说明的是，设置在条状毛细结构吸液芯4中的凹槽11还可以设置为通孔，并且凹槽或孔11与LED芯片2的配合方式也可以是间隙配合，只要保证LED芯片2的大部分表面被凹槽或孔11所环绕即可。

继续参阅图1，该直冷式LED光源还包括散热部6，散热部6与储液部9接触，用于快速降低储液部9中的液态绝缘工质5的温度，需要说明的是，散热部6与储液部9的连接方式可以是一体化密封连接或可分离式连接。并且，散热部6的结构设置为，使得储液部9中的液态绝缘工质5的温度能够被快速降低。作为示例，散热部6可以设置成包裹储液部9的风冷或液冷换热器。另外，发光部8中还设置有内部电路(图中未示出)，LED芯片2连接到所述内部电路，所述内部电路与引脚10相连接以便连接到外部电源。本领域技术人员能够理解的是，所述内部电路的布置方式依据设计人员的需求具体设定，且引脚10的位置并不是一成不变的，并且引脚10的结构设置为，使得所述内部电路能够通过引脚10与外部电源相连。

继续参阅图1，该直冷式LED光源在具体工作时，设置在发光部8中的LED芯片2的温度逐渐变高，同时，LED芯片2周围的液体绝缘工质5不断吸收LED芯片2产生的热量并被汽化，相应地，由于LED芯片2产生的热量被液态绝缘工质5所吸收，LED芯片2的温度得以降低，温度被控制在液态工质的沸点附近。由于LED芯片2产生的热量能够汽化周围的液态绝缘工质5并产生蒸汽，液态绝缘工质5的蒸汽顺着空腔7运动到储存在储液部9中的液态绝缘工质5的表面，然后遇冷液化，进而被条状毛细结构吸液芯4再次吸收，从而形成循环，使得液态绝缘工质5的流动速率大幅提高，最大程度地降低了LED芯片2的温度。此外，散热部6使得储液部9中的液态绝缘工质5的温度快速降低，发光部8中的液态绝缘工质5的蒸汽通过将热量释放到储存在储液部9中的液态绝缘工质5中实现散热，同时液态绝缘工质5的蒸汽发生液化反应重新进入到储液部9中，此时，LED芯片2通过不断气化凹槽11附近的液态绝缘工质5进行降温，冷却循环过程得以加快，LED芯片2从而得到良好的冷却效果。

进一步，还可以在条状毛细结构吸液芯4的至少一侧设置多个突起，然后将LED芯片2设置在相邻两个突起之间。具体地，如图2所示，该图为本发明的基于热管原理的直冷式LED光源的第二实施方式的剖视图，本发明的直冷式LED光源的第二实施方案包括外壳1和设置在外壳1中的至少一个LED芯片2，外壳1包括发光部8和储液部9。本领域技术人员能够理解的是，发光部8与储液部9的连接方式可以是一体化密封连接或可分离式连接，发光部8与储液部9的连接部分设置为，使得外壳1具有良好的密封性。LED芯片2设置在发光部8中，储液部9中储存有液态绝缘工质5，另外，外壳1中还设置有三个条状毛细结构吸液芯4，三个条状毛细结构吸液芯4在发光部8中分隔出四个空腔7，条状毛细结构吸液芯4的上端和主体设置在发光部8中，其下端设置在液态绝缘工质5中，并且能够吸收储液部9中的液态绝缘工质5。本领域技术人员还能够理解的是，发光部8的至少一部分由透明材料制成，使得设置在发光部8中的LED芯片2发出的光可以照射到发光部8的外部，优选的是，所述透明材料为透明玻璃或透明陶瓷或荧光玻璃或荧光薄膜玻璃。还需要说明的是，外壳1中设置的条状毛细结构吸液芯4的数量和位置并不是一成不变的，设计人员可以结合具体情况自行设置条状毛细结构吸液芯4的数量和分布情况，只要保证条状毛细结构吸液芯4能够吸收液态绝缘工质5，并且使得条状毛细结构吸液芯4的主体能在发光部8中分隔出至少一个空腔7即可。

继续参阅图2，LED芯片2产生的热量能够汽化附近条状毛细结构吸液芯4中的液态绝缘工质5并产生蒸汽，蒸汽可以沿条状毛细结构吸液芯4分隔出的空腔7向下回流到储液部9中，并因此被冷却成液体。条状毛细结构吸液芯4的两侧设置有多个突起3，LED芯片2设置在两个相邻的突起3之间，并且更靠近下侧的突起3，这样的设置可以使得LED芯片2附近的蒸汽产生“附壁效应”，即，LED芯片2附近的蒸汽会附着到更靠近下侧的突起3的壁上，使得靠近上侧的突起3附近产生负压，从而将条状毛细结构吸液芯4所吸收的液态绝缘工质5更快地抽吸出来，继而大幅度提高了液态绝缘工质5的流动循环速率。本领域技术人员能够理解的是，条状毛细结构吸液芯4的结构设置为，使得条状毛细结构吸液芯4的至少一侧设置有多个突起3，且突起3的结构设置为，使得两个相邻的突起3之间能够设置一个LED芯片2。此外，优选的是，条状毛细结构吸液芯4由玻璃微珠、玻璃纤维、泡沫玻璃或透明但不溶于液态绝缘工质的无机、有机、高分子等材料－例如PC材料制成。

继续参阅图2，该直冷式LED光源还包括散热部6，散热部6与储液部9接触，用于快速降低储液部9中的液态绝缘工质5的温度。需要说明的是，散热部6与储液部9的连接方式可以是一体化密封连接或可分离式连接，并且散热部6的结构设置为，使得储液部9中的液态绝缘工质5的温度能够被快速降低。作为示例，散热部6可以设置成包裹储液部9的风冷或液冷换热器。另外，发光部8中还设置有内部电路(图中未示出)，LED芯片2连接到所述内部电路，所述内部电路与引脚10相连接以便与外部电源相连。本领域技术人员能够理解的是，所述内部电路的布置方式依据设计人员的需求具体设定，且引脚10的位置并不是一成不变的，并且引脚10的结构设置为，使得所述内部电路能够通过引脚10与外部电源相连。

继续参阅图2，该直冷式LED光源在具体工作时，设置在发光部8中的LED芯片2的温度逐渐变高，同时，LED芯片2周围的液体绝缘工质5不断吸收LED芯片2产生的热量并被汽化，相应地，由于LED芯片2产生的热量被液态绝缘工质5所吸收，LED芯片2的温度得以降低。由于LED芯片2产生的热量能够汽化周围的液态绝缘工质5并产生蒸汽，另外，LED芯片2设置在两个相邻的突起3之间，并且更靠近下侧的突起3，故LED芯片2附近的蒸汽不断附着到更靠近下侧的突起3的壁上，使得上侧的突起3附近产生负压，从而将条状毛细结构吸液芯4所吸收的液态绝缘工质5更快地抽吸出来，继而大幅度提升了液态绝缘工质5的流动循环速率。此外，散热部6使得储液部9中的液态绝缘工质5的温度快速降低，发光部8中的蒸汽通过将热量释放到液态绝缘工质5中实现散热，并发生液化反应同时被储液部9重新回收，此时，LED芯片2通过不断气化附近的液态绝缘工质5进行降温，冷却过程得以加快循环，LED芯片2从而得到良好的冷却效果。

最后需要说明的是，液态绝缘工质的选择需要综合考虑导电性、沸点、透光性、流淌性、传热系数以及与玻璃有无亲和反应等多种因素，综合以上所有因素，优选低粘度硅油为本发明所使用的液态绝缘工质，尤其是二甲基硅油，此外还可以选用乙醇、乙醚。本领域技术人员还能够理解的是，液体绝缘工质的充装量应该综合考虑储液部的热阻和液态绝缘工质的传热能力两方面因素，使得LED芯片的冷却效果达到最佳状态。

至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。