CN201513856U - 一种基于导热纳米粒子的大功率led灯具 - Google Patents

Abstract

一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具，包括LED颗粒(1)、灯罩(2)和透明导热胶(8)，LED颗粒(1)通过透明导热胶(8)固定在灯罩(2)中，其特征是所述的透明导热胶(8)中混合有含量为5-15％左右的导热纳米粒子，所述的导热纳米粒子为纳米氮化铝、氧化铝、纳米碳化硅、纳米铜或纳米银粒子中的一种或几种的组合。本实用新型可以使塑料的导热率从原来的0.3提高到5。导热率提高16倍多。同时这种透明胶封装的方式，还有利于提高LED灯具的防水能力。

Description

一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具

技术领域

本实用新型涉及的是一种LED灯具，尤其是一种大功率LED灯具，尤其是一种综合了导热纳米粒子、透明导热胶与LED灯具制造技术的大功率LED灯具，具体地说是一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具。

背景技术

直接使用蓝色芯片激发YAG荧光粉发出白光的照明产品称之为半导体照明产品。白色LED照明产品与传统的白炽灯相比可节电80％-90％；而寿命可达8-10万小时，是白炽灯的10倍以上，具有节能环保、发光体积小、可靠性高且寿命长等显著的优点，是二十一世纪的最具竞争力的绿色光源产品。随着半导体技术的飞速发展，目前大功率LED照明技术已出现可以初步替代各种传统照明光源产品之趋势，美日韩及欧洲等国家和地区均已将之列入国家重点发展计划，有针对性地进行研究和开发。路灯照明是除家庭照明市场以外的第二大照明市场，但电能的消耗却是最大的，所以如何将大功率LED的各种优点运用于该领域，从而大幅度降低使用及维护成本、延长寿命、节约能源成为非常重要的课题。

随着LED技术的日益成熟，单个LED的输入功率越来越高，目前可以达到5W甚至更高。LED输入的电能有80％～95％转变成为热量，只有大约5％～20％转化为光能，且LED芯片的面积很小，因此，芯片散热是LED必须解决的关键问题。好的散热***可以在同等输入功率下得到较低的工作温度，延长LED的使用寿命；或在同样的温度限制范围内，增加输入功率或芯片密度，从而增加LED灯的亮度。

结温是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标：结温升高，会直接减少芯片出射的光子，使发光效率降低；结温的升高还会使芯片的发射光谱发生红移，色温质量下降，尤其是对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白光LED器件更为严重，其中荧光粉的转换效率也会随着温度升高而降低。同时由于温度升高而产生的各种热效应会严重影响到LED器件的使用寿命和可靠性，当温度超过一定值时，器件失效率呈指数规律升高。

2000年以来半导体LED照明技术发展非常迅速，目前白光LED发光效率已经达到40-60lm/W左右，在一些特殊照明领域已经有非常广泛的应用。但在单颗高功率、高亮度方面还没有明显的突破，在光通量需要非常高的路灯领域基本还是采用将1w或3w的LED通过组合排列的方式来实现光通量的提升，但随之而来在散热方面将带来非常多的问题。

LED封装散热设计的重点在于芯片布置、材料选择(键合材料、基板材  料)与工艺、热沉设计等。目前国内外在高功率LED散热问题方面已有很多报道。M.Arik等比较了采用不同芯片材料以及键合技术对LED散热性能的影响，于2003年建立并分析白光LED中荧光粉颗粒的热模型，并于2004年通过有限元分析和实验得到关于LED芯片级封装过程中的一些关键性热问题。在散热方法方面，台湾的Jen-Hau Cheng，采用Si基热电器件，具有体积小、响应速度快的优点；Lan Kim分析了热管对LED阵列的散热效果。

目前采用比较多的散热技术有风冷、水冷、增加外壳的散热面积等手段来散发热量。这些传统的散热技术优缺点同样明显：风冷散热目前是散热效果最好的，但最大的缺点是风扇需要耗能而且其寿命往往不长，理论上寿命最多在5000小时左右，但实际城市道路上的各种灰尘数量很多，在使用过程灰尘非常容易堵死风扇的转叶从而使其达不到理论的寿命，而如果风扇损坏则光源的亮度将很快衰减并最终损坏，所以综合各方面的因数看并不是最理想的方式；水冷散热效果其次，但如果光源长时间运行后用于散热的水温将会显著上升，散热效果将急剧下降，况且还要考虑到如何保证散热介质-水不会泄漏对其它部件产生影的问题，同样也不是很理想的散热方式；增加外壳散热面积的方式散热的效果最差，但综合看还是比较好的方式，缺点是散热的总功率不大，金属材料使用较多，造成整个成品的重量很重，外观比较笨重。这也是市场上的实用化的LED路灯的功率都不大，功率很少超过25w的原因。本实用新型提出一种导热纳米粒子、透明导热胶与LED灯具制造技术综合的大功率LED灯具封装工艺，旨在解决大功率LED的散热问题。

发明内容

本实用新型的目的针对目前大功率LED灯散热性能较差，使用中需配备专门的散热装置的问题，设计一种提基于导热纳米粒子的大功率LED灯具。

本实用新型的技术方案是：

一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具，其特征是它包括LED颗粒1、灯罩2、纳米粒子3，4、玻璃罩5和透明导热胶8，透明导热胶8位于灯罩2中，并通过玻璃罩5定位在灯罩2中，LED颗粒1固定在透明导热胶8中，透明导热胶8中设有散热用的纳米粒子3，4。所述的透明导热胶8中混合有含量为5％-15％左右的导热纳米粒子，所述的导热纳米粒子为纳米氮化铝、氧化铝、纳米碳化硅、纳米铜或纳米银粒子等。

本实用新型的有益效果是：

纳米氮化铝粉体可以大幅度提高塑料的导热率。通过实验产品以5-10％的比例添加到塑料中，可以使塑料的导热率从原来的0.3提高到5。导热率提高了16倍多。同时这种透明胶封装的方式，还有利于提高LED灯具的防水能力。

附图说明

图1本实用新型的LED灯的结构示意图。

图中：1、LED颗粒2、灯罩3、纳米粒子4、纳米粒子5、玻璃罩6、7光线；8透明导热胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示。

一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具，包括LED颗粒1、灯罩2和透明导热胶8，LED颗粒1通过透明导热胶8固定在灯罩2中，所述的透明导热胶8中混合有含量为5-10％左右的导热纳米粒子，所述的导热纳米粒子为纳米氮化铝、氧化铝、纳米碳化硅、纳米铜或纳米银粒子中的一种或几种的组合。本实用新型通过将导热纳米粒子、透明导热胶与LED灯具制造技术进行综合成制成，其制造过程如下：

将纳米粒子与透明胶混合，其比例关系可以根据LED颗粒查阅相关手册进行调整(其中以纳米氮化铝粉体为例，它可以大幅度提高塑料的导热率。实验证明其纳米粒子的添加比例5-10％的比例添加到塑料中，其余纳米材料的添加比例也大致为5-15％之间)。将LED颗粒1安装在PCB基座2上，并将LED露出安装基座，将混合纳米导热粒子3、4的透明胶涂8在LED1颗粒的周围。通过这种封装方式，可以提高单颗LED的散热效果。所述的导热纳米粒子为纳米氮化铝、氧化铝、纳米碳化硅、纳米铜或纳米银粒子中的一种或几种的组合。

本实用新型的实质是一种导热纳米粒子、透明导热胶与LED灯具制造技术综合的大功率LED灯具封装工艺，旨在解决大功率LED的散热问题。其实现的技术方案如下：在LED颗粒排列过程中，利用导热纳米混合导热透明胶，将LED与连接的基片进行封装，达到提高LED散热的表面积的目的。这种封装方式对于具有防水要求的LED灯具提供一种简单的封装方法。

超高导热纳米AlN复合的硅胶具有良好的导热性，良好的电绝缘性，较宽的电绝缘性使用温度(工作温度-60℃--200℃)，  较低的稠度和良好的施工性能。广泛应用于电子器件的热传递介质，提高工作效率。如CPU与散热器填隙、大功率三极管、可控硅元件、二极管、与基材接触的细缝处的热传递介质。纳米导热膏是填充IC或三极管与散热片之间的空隙，增大它们之间的接触面积，达到更好的散热效果。根据本实用新型采用纳米导热粒子，提高LED颗粒周围的热传导，提高LED颗粒的散热效率。

Claims (1)

1.一种基于导热纳米粒子的大功率LED灯具，其特征是它包括LED颗粒(1)、灯罩(2)、纳米粒子(3，4)、玻璃罩(5)和透明导热胶(8)，透明导热胶(8)位于灯罩(2)中，并通过玻璃罩(5)定位在灯罩(2)中，LED颗粒(1)固定在透明导热胶(8)中，透明导热胶(8)中设有散热用的纳米粒子(3，4)。

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