专利名称：带导光导热式光纤的led照明灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明领域，具体涉及一种带导光导热式光纤的LED照明灯。
背景技术：
近年来，随着城市建设和电子信息产业的高速发展，LED光源因其显色性好、节能、 响应速度快、允许频繁开关、低压直流供电、使用寿命长、结构坚固耐冲击振动、重量轻、使 用原材料不含有毒物质、安全环保等优异特性，成为具有大规模推广价值、节能意义重大的 照明器，它们不仅可广泛用于影视灯光、大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市高速公路/ 隧道及重点建筑夜景照明等领域，而且正迅速成为汽车信号指示灯的标准配置，在汽车使 用周期内无需更换。相应产品的研制和生产已成为发展前景广阔的朝阳产业。然而，LED虽被称为冷光源，但在电流经过半导体的pn结时，只有小部分电能转换 为光能，其余大部分电能仍然转化为热量。早期使用的LED，其输入功率大多在100毫瓦以 下，因而单个使用时散热不成问题。近年来，功率0.5 3W的照明级LED逐渐用于手电筒、 交通信号灯、小功率照明灯等，随着功率的上升及集成度的提高，已经需要对散热加以仔细 设计。当前国内外在LED组件及其系统的散热方面主要采取了受迫空气对流、水冷、油 冷、自然对流、热沉等散热方式。在这些方式中，气冷、水冷、油冷存在体积庞大、运行复杂、 需要定期检修及更换，以及驱动件会因长期运行发生变形而降低部件性能等问题。而自然 对流冷却方式由于具有结构简单、成本低、无运动部件等优点，在实际的LED产品中，散热 方式仍然是以自然对流为主；但自然对流方式散热能力有限严重制约了 LED光源功率的进 一步提高。采用热沉散热的LED照明灯，LED产生的热量只能从其底部的基底导出，因而散 热效果不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带导光导热式光纤的LED照明灯，包括用于发光的LED发光芯片；用于传导由所述LED发光芯片发出的光和热的光纤；用于热传导的凹形热沉；所述凹形热沉为一端开口的中空圆筒，所述LED发光芯片位于该中空圆筒的内侧 底部，所述LED发光芯片背面与该中空圆筒的内壁热接触，正面与所述光纤的第一端热接 触，所述光纤的第二端指向所述中空圆筒的开口。如上所述的LED照明灯，所述凹形热沉的中空圆筒的内侧底部具有LED安装位置， 所述LED发光芯片安装在所述LED安装位置上。如上所述的LED照明灯，所述LED安装位置凹进所述凹形热沉。如上所述的LED照明灯，所述中空圆筒在所述LED芯片安装位置周围具有弧形的 聚光曲面，该聚光曲面上涂敷有高反射材料涂层。
如上所述的LED照明灯，所述光纤与所述LED发光芯片还包括高导热透明陶瓷材 料。如上所述的LED照明灯，还包括LED芯片的驱动电路，所述凹形热沉的底部开有小 孔，所述驱动电路经所述小孔实现与所述LED芯片的电连接。如上所述的LED照明灯，还包括位于所述光纤的第二端处的出光板。如上所述的LED照明灯，所述光纤包括多根纤芯，所述多根纤芯通过透明的粘结 材料分散地与出光板相连。如上所述的LED照明灯，所述的出光板为硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃或聚碳酸如上所述的LED照明灯，热沉的外部侧面部分具有肋片或者其侧壁内具有热管。
图1为根据本发明实施例1的带导光导热式光纤的LED照明灯剖视立体示意图；图2为末端形状可调的高功率LED照明灯剖视示意图；图3为热管式热沉的剖视立体示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明专利实施例1 图1根据本发明实施例1的带导光导热式光纤的LED照明灯剖视立体示意图。如图所示，本实施例的LED照明灯，包括LED发光芯片1、驱动电路2、光纤3、凹形 热沉4。其中，本实施例中凹形热沉4为一端开口的中空圆筒，圆筒外侧设置有用于促进散 热的若干翅片(可选)，并且圆筒内侧底部设置有LED芯片安装位置40 (参见图2)，优选的 LED芯片安装位置40位于中空圆筒底部的中部，LED芯片安装位置40周围的中空圆筒底部 大体呈弧形一即聚光曲面41 ；可选的，该聚光曲面41处可以涂有高反射材料涂层，进而提 高向光纤3输出的光功率。LED发光芯片1背面(非发光面)朝向该安装位置40放置于其 上，优选地安装位置40凹进凹形热沉4的底部，即嵌入到凹形热沉4在底部的部分中，以便 使得放入其中的LED发光芯片1的侧面也可以同凹形热沉4相接触，安装位置40的形状与 LED发光芯片1匹配。凹形热沉4在安装位置40处开有一小孔，驱动电路2与LED芯片通 过所述小孔中的引线21相连，用于控制LED的亮度和颜色。光纤3置于凹形热沉4内，其第 一端朝向LED发光芯片1并与LED发光芯片1直接或间接接触，第二端指向凹形热沉4的 开口。如图2所示，本实施例中在凹形热沉底部处LED发光芯片1与光纤3之间以及圆筒 侧壁与光纤3之间具有一层高导热透明陶瓷材料42 (图2中在光纤3和凹形热沉之间浅色 的部分)，以促进LED发光芯片1与光纤3以及光纤3与热沉之间的热传导，进而便于LED 发光芯片1发出的热量通过高导热透明陶瓷材料42向凹形热沉4传导或者沿光纤3传导 并最终经凹形热沉4导出。但是应该理解，在其他实施例中光纤3可以直接与LED发光芯 片1接触，而无须高导热透明陶瓷材料42。凹形热沉的外部侧面可以加工成肋片式或者在 凹形热沉的侧壁中放置热管来加强换热。大功率LED发光芯片1可直接从市场购买基本LED芯片后，按所需要的功率按照程序集成加工出；比如该LED芯片可由但不限于1-5000个LED基本芯片集成得到，这是本 领域中的公知技术，工艺成熟。本实施例中光纤3采用的是具有多个纤芯的单根光纤，在其 它实施例中其可以是多根光纤组成的光纤束，按照所需要的直径，按程序加工出。光纤3的 结构可以根据需要适当改变，比如该光纤可以由但不限于1-10000纤芯31组合得到。凹形 热沉4采用高导热材料例如铜、铝等材料制作。凹形热沉4中底部的形状还可以为抛物面 形、双曲面形等。当LED照明灯工作时，芯片所发出的光大部分直接导入光纤，剩下的光通过凹形 热沉4底部涂有反射材料的曲面41发射进入光纤。LED芯片所散出的热量一部分通过芯 片下表面(优选地，还通过侧面向凹形热沉4传导)经LED芯片安装位置40部分向凹形热 沉4传导，另一部分热量通过高导热透明陶瓷材料传导至光纤3，再沿光纤3向发光板5方 向传导，热量在沿光纤3传导过程中逐渐经凹形热沉4侧壁的高导热透明陶瓷材料传导至 凹形热沉4。该散热结构的特点是在利用光纤出光同时，能够全方位地将LED芯片的热量 传导至凹形热沉，保证LED芯片稳定安全运行。空气的导热系数为0. 023ff/m · K，而光纤的 导热系数在lW/m· K左右，所以在发光芯片的正面(发光表面)利用光纤进行散热的效果 明显好于空气。这种方法显著扩展了传统技术只能由底部导出热量的不足，是一种崭新的 LED热管理方案。图2为对实施例1进行适当改进后得到的末端形状可调的LED照明灯的剖视立体 示意图；图2中所示的LED照明灯与实施例1的LED照明灯类似，只是出光板5与光纤3 的多个纤芯31末端利用透明的粘结材料相连。出光板5可以由硅胶、PMMA(聚甲基丙烯酸 甲酯)、玻璃、PC(聚碳酸酯)等透明材质制成。在出光板5 —侧，光纤末端的纤芯31通过 透明的粘结材料分散地与出光板5相连。此时，根据出光要求，可以对出光板5进行适当调 节，例如设计成平面、透镜或者其他装饰性形状。这种结构还可以通过调节在光纤的末端处 纤芯在出光板上的设置，按照需求进行出光调整。另外，根据本发明实施例1和实施例2中的凹形热沉4还可以用如图3所示的热 管式凹形热沉所代替，在该热管式凹形热沉的周围分布一根或多根热管，热管内可以流过 冷却流体。其中热管的数目和热管的直径等可以根据散热需求进行设计。这种内置热管结 构在加工工艺上也比较成熟。或者凹形热沉的侧面可以做成肋片式结构来加大散热面积。根据本发明的实施例中，采用凹形热沉4，使芯片产生的热量一部分按照传统导热 模式，通过底部将热量传至凹形热沉4，又设置凹进凹形热沉4中的安装位置，使得发光芯 片的侧壁也可以与凹形热沉4接触进行散热，另一方面热量通过芯片前端的透明高导热陶 瓷材料传至光纤并最终传导至凹形热沉4。实现对LED芯片的360°全方位散热，散热效率 尚ο本发明中将光纤应用于高功率LED中，使光纤第一端面直接或间接连接LED出光 面，不仅可以有效地导出光线，发挥光纤照明的优点，还能够为LED提供更有效的热管理空 间。从而确保了大功率LED既能满足出光需求，又能确保大功率安全工作。可以使LED芯 片的功率进一步提高，并且该装置效率高，在节能、安全等方面有重要的意义。而且，此处的 光纤导热导光结构并不限于LED发光芯片，还可用于其他发光元件如激光器等。本发明提 供的照明装置内，除了采用热管式凹形热沉时内部会有气液流动外，不含任何运动部件，整个装置结构简单，可靠性高，无噪音。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种带导光导热式光纤的LED照明灯，其特征在于，包括用于发光的LED发光芯片；用于传导由所述LED发光芯片发出的光和热的光纤；用于热传导的凹形热沉；所述凹形热沉为一端开口的中空圆筒，所述LED发光芯片位于该中空圆筒的内侧底 部，所述LED发光芯片背面与所述中空圆筒内壁热接触，正面与所述光纤的第一端热接触， 所述光纤的第二端指向所述中空圆筒的开口。
2.按权利要求1所述的LED照明灯，其特征在于，所述凹形热沉的中空圆筒的内侧底部 具有LED芯片安装位置，所述LED发光芯片安装在所述LED芯片安装位置上。
3.按权利要求2所述的LED照明灯，其特征在于，所述LED芯片安装位置凹进所述凹形 热沉。
4.按权利要求2所述的LED照明灯，其特征在于，所述中空圆筒在所述LED芯片安装位 置周围具有弧形的聚光曲面，该聚光曲面上涂敷有高反射材料涂层。
5.按权利要求1所述的LED照明灯，其特征在于，所述光纤与所述LED发光芯片之间还 包括高导热透明陶瓷材料。
6.按权利要求1所述的LED照明灯，其特征在于，还包括LED芯片的驱动电路，所述凹 形热沉的底部开有小孔，所述驱动电路经所述小孔实现与所述LED芯片的电连接。
7.按权利要求1所述的LED照明灯，其特征在于，还包括位于所述光纤的第二端处的出 光板。
8.按照权利要求7所述的LED照明灯，其特征在于，所述光纤包括多根纤芯，所述多根 纤芯通过透明的粘结材料分散地与出光板相连。
9.按照权利要求7所述的LED照明灯，其特征在于，所述的出光板为硅胶、聚甲基丙烯 酸甲酯、玻璃或聚碳酸酯。
10.按权利要求1所述的LED照明灯，其特征在于，凹形热沉的外部侧面部分具有肋片 或者其侧壁内具有热管。
全文摘要
本发明提供一种带导光导热式光纤的LED照明灯，其特征在于，包括用于发光的LED发光芯片；用于传导由所述LED发光芯片发出的光和热的光纤；用于热传导的凹形热沉；所述凹形热沉为一端开口的中空圆筒，所述LED发光芯片位于该中空圆筒的内侧底部，所述LED发光芯片背面与所述中空圆筒内壁热接触，正面与所述光纤的第一端热接触，所述光纤的第二端指向所述中空圆筒的开口。根据本发明的LED照明灯散热效率高、结构简单、可靠性高、无噪音。
文档编号F21V8/00GK102042511SQ200910236048
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者刘静, 马璐 申请人:中国科学院理化技术研究所