[发明专利]相变散热半导体灯

说明书

本发明涉及一种半导体灯的制作方法，本方法和现有的半导体灯制作方法相比，可 以降低灯的生产成本，提高灯的电气安全性。

发光二极管(以下简称LED)是一种冷光源，具有光效高，寿命长，体积小，抗震 动，耐闪烁、光色多样，调控方便、安全环保等诸多优点，是一种新型电光源。用LED 做光源制作的灯具就是半导体灯。

LED虽然是冷光源，并且光效较高，发热量比同等功率的传统光源少，但LED是半 导体材料制作的器件，承受高温的能力差。因此，要使半导体灯光衰小，使用寿命长， 就必须保证LED在比较低的温度环境下工作。制作大功率半导体灯时，LED发出的热量 多，要减低LED的工作温度，就要有特别的散热措施。

传统的散热方法是将LED安装在一个导热性良好的金属散热器上，散热器的散热片 暴露在空气中与空气热交换带走热量。用这种方法散热的缺点有2个：1、成本高。2、 电气安全性差。

成本高的原因首先是散热器一般需要使用导热性良好的金属材料制作，比如铜、铝 等，这些材料价格都比较贵，而制作功率大的灯时散热器的体积也大，使用的金属材料 多。其次是用金属材料制作的散热器要有比较好的散热效果就必须制作成表面积尽量大 的散热片结构，为了使灯的外形美观往往还要用二次加工的方法将散热器加工成一定的 形状。材料和成型加工的因素导致散热器的成本高，由此增加了半导体灯的总体生产成 本。

电气安全性差的原因是因为制作半导体灯时导热和绝缘往往是一对矛盾，LED和散 热器之间的绝缘处理常常会降低导热性能，对LED长期稳定工作不利。为了使LED更好 的散热，制作半导体灯时一般都尽可能使LED紧密地和金属散热器接触，并把散热器直 接暴露在空气中以保证良好的热交换。这样做虽然能得到比较好的散热效果，但是LED 和散热器之间的绝缘会比较薄弱。使用市电供电的半导体灯，即使内部配置带有隔离措 施的驱动电源也不可能绝对可靠的隔离市电，若因为驱动电源使用的材料或器件的质量 问题或者由于电源生产工艺的原因导致电源内部的电隔离效果变差就可能使灯的散热 器和市电相通，因此，安装有外部金属散热器的半导体灯电气安全性令人担忧。如果为 了解决电气安全性问题在LED和散热器之间作绝缘处理则会增大LED和散热器之间的热 阻，散热不良将导致LED工作温度提高使LED光衰加快，降低灯的使用寿命。

如果能够去掉半导体灯的金属散热器，就从根本上解决了以上2个问题。

半导体灯在制作时，为了使光源防尘防水以及防止灯漏电，都需要使用一个玻璃外 壳将光源部分封闭起来，这个玻璃外壳有比较大的表面积并且暴露在空气中，如果能把 LED发出的热量移动到玻璃外壳上就能把热量带到空气中散掉，这样就不需要专门的金 属散热器了，既降低了灯的生产成本，又保证了灯的电气安全性。

本发明就是提出一种把半导体灯中LED发出的热量移动到灯的玻璃外壳上散热的方 法，从而取消半导体灯的金属散热器，降低灯的生产成本并且提高灯的电气安全性。实 现这一构想的基本方法是利用物质的液/汽相变把LED产生的热量转移到灯的玻璃外壳 上实现自然散热。

液体在沸腾时要吸收大量的汽化热，而对沸腾的液体继续加热液体吸收的热量将全 部用于液体的汽化，液体的温度保持在沸点上不变。利用这一特点，如果将LED通过绝 缘措施安装在能够吸收并存储液体的导热体上，导热体上充满对玻璃具有浸润作用并具 有电绝缘性的适当沸点的液体，导热体与内壁具有毛细特性的玻璃灯壳相连，半导体灯 工作时LED产生的热量就会加热液体使液体的温度升高，当液体的温度达到沸点时液体 沸腾，沸腾的液体不断通过储液导热体吸收LED产生的热量汽化，储液导热体的温度在 液体的沸点上恒定，从而限定了LED的最高工作温度。液体汽化产生的汽体扩散到半导 体灯的玻璃外壳上冷却又形成液体，灯的玻璃外壳内壁制作成具有毛细特性的条纹或者 多孔结构，汽体冷却形成的冷凝液通过玻璃外壳内壁毛细引力的作用再回到装有LED的 储液导热体上完成液/汽循环，这样，LED产生的热量就可以不断地被汽化的液体带到灯 的玻璃壳上散去，LED的温度被限定在液体的沸点上。

附图是一种用本发明的方法制作的罗口灯头结构的半导体灯示意图，主要部件为：

1、内壁为毛细结构的玻璃外壳，

2、LED，

3、储液导热LED安装件(用于安装LED并储存工作液)

4、外部结构件

5、LED引线