一种填充于LED灯中的传热混合气体的制作方法

本发明属于LED节能灯的技术领域，特别涉及一种LED灯的封闭腔中充入的最优传热混合气体。

背景技术：

LED灯的能耗为普通荧光灯的1/4，寿命高达后者的10倍。然而，与传统荧光灯相比，LED灯泡的芯片不耐高温，其寿命随着半导体PN结温度的上升快速下降，同时出现显著的光衰。因此，LED灯的散热封装技术就显得尤为重要。目前，对LED灯的散热方案大致可分为强制冷却和自然冷却。由于强制冷却的方案需要外接结构复杂、体积庞大的冷却装置，导致其稳定性较差、寿命较短。相反，自然冷却方案因其结构紧凑、无噪音，成为LED灯的主要散热方式。现有技术中LED灯的封闭腔中充入的气体为空气，由于空气的对流和导热性能较差，热量主要通过金属体传导至外表面，少部热量通过填充空气传递至灯泡外表面，因此不能充分利用灯泡的外表面将热量散发到环境中。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种LED灯内填充的最优传热气体，以降低LED芯片温度，延长LED灯使用寿命。

本发明旨在寻找一种充入LED灯封闭腔中的最优混合气体，利用气体的自然对流和导热将芯片热量高效传递到灯泡表面,实现高效散热。利用数值模拟、理论优化、和实验验证相结合的方法，比较掺混不同比例惰性气体的传热性能，找出填充LED灯的最优传热气体组成，达到降低芯片温度，提高LED灯使用寿命的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种LED灯中填充的传热混合气体，由氦气和氙气混合而成，在LED芯片工作温度范围内按体积比计，氦气为70％—80％，氙气为20％—30％。

所述的LED灯中填充的传热混合气体，由氦气和氙气混合而成，当LED芯片温度高于120摄氏度时，环境温度25℃下，氦气与氙气的体积比取80：20。

所述的一种LED灯中填充的传热混合气体，由氦气和氙气混合而成，当LED芯片温度高于70摄氏度时，环境温度25℃下，氦气与氙气的体积比取70：30。

本发明采用氦气和氙气混合气体，代替现有技术中的空气、单种惰性气体或氦氢、氦氧等的混合气体，在相同功率下可显著降低LED芯片温度，从而大大提高LED灯的使用寿命。

附图说明

图1是固定功率(7W)、不同填充气体的条件下，芯片与环境温差值图。

具体实施方式

在LED灯泡封闭腔中填充由氦、氖、氩、氪、氙、氮气6种惰性气体组成的混合气体，首先通过CFD计算得到LED灯泡的Nu-Ra曲线，由Nu数的定义导出该种混合气体的对流换热系数h，同时计算出该种配比气体的热导率λ，进一步通过编程进行穷举，并采用一定的优化方法，搜寻得到一种LED灯内填充最优传热气体组分，该最优传热混合气体由氦气与氙气混合而成，具体体积比为：氦气：氙气为70：30～80：20。在以上6种惰性气体中，氦气的导热系数最高，因此具有最好的导热性能；氙气的密度最大，自然对流瑞利数最大，因此自然对流最为强烈。氦气和氙气的混合可以使气体的导热和自然对流实现最优匹配，因此最优传热混合气体由氦气与氙气构成。

表1不同芯片温度下最优传热气体组分的体积比

表1列出了在不同芯片温度(即不同功率)条件下的最优传热气体组成。不同芯片温度工作条件下最优传热混合气体构成的差别很小，在LED芯片常用工作温度范围内，最优传热混合气体的体积比范围为：氦气：氙气为70：30～80：20。在功率较大时，LED芯片工作温度较高(如高于120℃)，氦气的体积占比在以上范围内取大值；在功率较小时，LED芯片工作温度较低(如低于70℃)，氦气的体积占比在以上范围内取小值。

为验证本发明公开的最优传热气体配方，在LED灯泡中分别填充最优混合气体、空气、以及单一惰性气体，在功率、环境温度一定的情况下，对比不同填充气体条件下的芯片温度(图1)。结果显示，填充最优混合气体的灯泡其芯片的温升值比填充空气要小30.7％，比传热性能最好的单种气体氦气要小9.7％。可见，本发明公布的最优混合气体配方可以显著提升LED灯泡的散热性能。

本发明公开的最优传热气体配方，充分利用氦气的高热导率以及氙气的强烈自然对流换热能力，能有效提高LED灯泡的换热效率，显著降低芯片温度，从而提高其使用寿命，可填充于任何封闭式LED球泡灯以及一切对芯片工作温度有限制的节能灯内。

上述实施例和图示并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。