一种低光衰大功率LED路灯及其制作方法

摘要

本发明公开了一种低光衰大功率LED路灯及其制作方法，本发明预先将制作N型半导体元件或P型半导体元件的尾端面上作色标记号；然后将该N型半导体元件和P型半导体元件按矩阵排列的方式排列在设有导电电路的上氧化铍陶瓷片与下氧化铍陶瓷片之间，使每一列串联的N型半导体元件的头端与P型半导体元件的尾端相连接或N型半导体元件的尾端与P型半导体元件的头端相连接，然后将下氧化铍陶瓷片通过石墨烯导热脂层贴合在安装有LED灯泡的电路板的背面上，并且在上氧化铍陶瓷片上安装上散热器，然后将电路板连同散热器全部安装在路灯罩壳内即成。本发明具有散热效果好、LED光源工作时无光衰、使用寿命长、成本低、节能效果明显等优点。

说明书

技术领域

 本发明涉及一种低光衰大功率LED路灯及其制作方法，属于大功率LED灯路灯技术领域。

背景技术

目前，由于LED发光二级管作为光源具有节能、亮度高、体积小的优点，已被广泛地用于作为照明的光源。但现有技术中的LED光源的散热结构方式普遍采用铝合金结构的散热片或采用效重的注铝件进行散热，虽然表面看具有结构简单的特点，但由于其存在着散热效果差、制造成本高、不能有效地对工作时的LED灯进行降温等缺点，其使用效果很不理想，很不适用在150瓦功率以上的大功率LED灯上使用；此外，由于型材铝散热会产生较大的梯级温度，常常使作为发光源的LED发光二级管在高温条件下工作，有时LED发光二级管甚至会在高于70℃的温度下工作，从而使LED发光二级管提前老化，出现大幅度的光衰现象，其发光效率大大降低，这不仅增加了LED发光二级管的能耗，而且还大大缩短了其使用寿命，增加了使用成本；而且现有的大功率LED路灯由于散热的需要，其散热片必须制作得很大，因此其还存在着体积大、重量重等问题。所以现有的采用LED发光二级管作为光源的LED路灯的结构方式还是不够理想，还是不能充分发挥现有LED光源的节能优势。

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构简单、体积小、重量轻、并且发光效率高、使用寿命长、能耗较低的低光衰大功率LED路灯及其制作方法，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：本发明的一种低光衰大功率LED路灯的制作方法为，该方法包括采用N型半导体元件和P型半导体元件作为制冷元件对安装有LED灯泡的电路板进行散热降温，在采用N型半导体元件和P型半导体元件作为制冷元件时，预先将制作N型半导体元件或P型半导体元件的半导体晶棒制作为一头直径大、另一头直径小的圆锥体形晶棒，然后将该圆锥体形的半导体晶棒进行切片制得厚度相同的晶片，将每片晶片的小直径端作为头端、大直径端作为尾端，并在每片晶片的尾端面上作色标记号；然后对每片晶片的圆锥面进行切割制粒，将每片晶片都切割制粒成相同的多边形柱体形状，该多边形柱体形状的半导体即为设有头端和尾端的N型半导体元件或P型半导体元件，然后将该N型半导体元件和P型半导体元件按矩阵排列的方式排列在设有导电电路的上氧化铍陶瓷片与下氧化铍陶瓷片之间，使每一列的N型半导体元件与P型半导体元件相互串联，串联时使每一列的N型半导体元件的头端与P型半导体元件的尾端相连接或N型半导体元件的尾端与P型半导体元件的头端相连接，然后将下氧化铍陶瓷片通过石墨烯导热脂层贴合在安装有LED灯泡的电路板的背面上，并且在上氧化铍陶瓷片上安装上散热器，然后将电路板连同散热器全部安装在路灯罩壳内即成。

根据上述方法构建的本发明的一种低光衰大功率LED路灯，包括路灯罩壳和安装有LED灯泡的电路板及直流电源装置，电路板通过导线与直流电源装置连接，并且电路板和直流电源装置安装在路灯罩壳内，在路灯罩壳的底部设有透明罩盖，在电路板的背面通过石墨烯导热脂层至少连接有一片下氧化铍陶瓷片，在下氧化铍陶瓷片上设有上氧化铍陶瓷片，在下氧化铍陶瓷片和上氧化铍陶瓷片之间连接有按矩阵形状排列的N型半导体元件和P型半导体元件，在N型半导体元件和P型半导体元件的一个端面上都设有导电的作色标记，该设有作色标记的端面为N型半导体元件或P型半导体元件的尾端，N型半导体元件或P型半导体元件的没有作色标记的另一端为头端，每一列的N型半导体元件与P型半导体元件分别通过设置在上氧化铍陶瓷片上的上导电片和设置在下氧化铍陶瓷片上的下导电片相互串联，并且串联的每一列的N型半导体元件的头端与P型半导体元件的尾端相连接或每一列N型半导体元件的尾端与P型半导体元件的头端相连接，串联在一起的每一列的N型半导体元件和P型半导体元件通过设置在该列两最外端的上导电片上或两最外端的下导电片上的导线与直流电源装置连接；在上氧化铍陶瓷片的上表面上贴合有铍铜板压块，在铍铜板压块上设有散热器。

上述散热器由散热铝基座、导热管和散热片组成，散热铝基座压在铍铜板压块上，导热管的下段部分为扁平形状并嵌固在散热铝基座底部的孔中，而且导热管下段的扁平面贴合在铍铜板压块上，散热片连接在导热管的上段部分并设置在散热铝基座的上方，散热铝基座通过螺钉固定在电路板上。

在上述散热器的导热管内充有导热液体。

在上述路灯罩壳的侧面设有散热孔。

由于采用了上述技术方案，本发明在传统的制作N型半导体元件和P型半导体元件的基础上，在进行半导体晶棒切片时即对其进行着色标记处理，从而能方便地识别出N型半导体元件或P型半导体元件的头端或尾端，并且该头端或尾端的排列方向与在未切片时的晶棒上的排列方向相一致。这样，在采用N型半导体元件和P型半导体元件构成半导体冷堆电偶元件时，就能够非常容易地辨别出尾端与头端，从而避免了现有技术中在将N型和P型半导体元件连接时，因无法区分头端与尾端，而造成的头尾相互混乱连接、从而导致所制作的半导体冷堆电偶元件工作效率降低的现象发生。采用本发明的N型或P型半导体元件在制作制冷器件时，能够方便地进行头端与尾端的有序连接，这样即可有效地提高每个N型与P型半导体元件的工作效率，并有效地提高整个制冷降温器件的制冷效果。采用本发明的N型半导体元件和P型半导体元件连接构成的半导体冷堆电偶元件在工作时，经测试其冷端与热端的温差达73～78度左右，其制冷效果大大优于现有技术中的半导体制冷器件。此外，本发明直接通过N型和P型半导体元件对LED光源的电路板进行强行降温制冷或进行热中和，因此能大大降低LED光源电路板工作时的温度。本发明在工作时，只需将市电电源连接在直流电源装置上即可正常工作，这时安装有LED灯泡的电路板上的LED发光二级管灯泡将会正常发光，而由N型和P型半导体元件组成的半导体冷堆电偶元件会开始进行制冷工作，该半导体冷堆电偶元件工作时，半导体冷堆电偶元件的冷端对LED光源电路板进行制冷降温，而半导体冷堆电偶元件的热端所发出的热通过散热器的导热管传递给散热片，散热片将热量散发到空气中。经测试，当LED光源的电路板为200瓦功率时，在采用本发明的方式进行冷却散热的情况下，在连续工作9000小时后，其LED光源的电路板上的LED发光二级管的温度不会超过60度，其LED发光二级管没有出现光衰现象。本发明的200瓦的低光衰大功率LED路灯的重量不到5公斤，约为传统相同功率LED路灯重量的1/3，其体积约为传统相同功率LED路灯体积的1/2。因此，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有散热效果好、能大大降低LED光源的工作温度、无光衰的优点，而且还具有使用寿命长、使用成本低、工作稳定性好、并能提高LED发光二极管灯泡的工作效率等优点。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的去掉路灯罩壳和透明罩盖后的A-A剖视结构示意图。

附图标记说明：1-路灯罩壳，1.1-散热孔，2-电路板，3-LED灯泡，4-石墨烯导热脂层，5-透明罩盖，6-N型半导体元件，7-P型半导体元件，8-上氧化铍陶瓷片，9-下氧化铍陶瓷片，10-上导电片，11-下导电片，12-导线，13-直流电源装置，14-铍铜板压块，15-散热器，15.1-散热铝基座，15.2-导热管，15.3-散热片，15.4-导热液体，16-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说。

本发明的实施例：本发明的一种低光衰大功率LED路灯的制作方法，包括采用现有的N型半导体元件和P型半导体元件作为制冷元件对安装有LED发光二极管灯泡的电路板进行散热降温，在采用现有的N型半导体元件和P型半导体元件作为制冷元件时，预先将制作N型半导体元件或P型半导体元件的半导体晶棒制作为一头直径大、另一头直径小的圆锥体形晶棒（该圆锥体形晶棒的小直径端直径的大小可根据使用的需要进行确定，其锥度可控制在2～5度之间），然后将该圆锥体形的半导体晶棒进行切片制得厚度相同的晶片，将每片晶片的小直径端作为头端、大直径端作为尾端，并在每片晶片的尾端面上作色标记号；然后对每片晶片的圆锥面进行切割制粒，将每片晶片都切割制粒成相同的多边形柱体形状，该多边形柱体形状的半导体即为设有头端和尾端的N型半导体元件或P型半导体元件，然后将该N型半导体元件和P型半导体元件按矩阵排列的方式排列在设有导电电路的上氧化铍陶瓷片与下氧化铍陶瓷片之间，使每一列的N型半导体元件与P型半导体元件相互串联，串联时使每一列的N型半导体元件的头端与P型半导体元件的尾端相连接或N型半导体元件的尾端与P型半导体元件的头端相连接，然后将下氧化铍陶瓷片通过石墨烯导热脂层贴合在安装有LED灯泡的电路板的背面上，并且在上氧化铍陶瓷片上安装上散热器，然后将电路板连同散热器全部安装在路灯罩壳内即成。

根据上述方法构建的本发明的一种低光衰大功率LED路灯的结构示意图如图1和图2所示，该低光衰大功率LED路灯包括路灯罩壳1和安装有LED灯泡3的电路板2及直流电源装置13，其路灯罩壳1和安装有LED灯泡3的电路板2及直流电源装置13均可采用现有技术中的成品，其路灯罩壳1应采用塑料或金属材料制作的并设有与电杆支架连接尾座的路灯罩壳成品，将电路板2按传统方式通过导线与直流电源装置13连接，并且将电路板2和直流电源装置13安装在路灯罩壳1内，在电路板2的背面通过石墨烯导热脂层4至少连接一片下氧化铍陶瓷片9（连接在电路板2背面的下氧化铍陶瓷片9的数量可根据所使用的电路板2的面积确定，制作时，最好在电路板2的背面贴满下氧化铍陶瓷片9），然后在下氧化铍陶瓷片9上设置上氧化铍陶瓷片8，同时在下氧化铍陶瓷片9与上氧化铍陶瓷片8之间连接上按传统的矩阵形状排列方式排列的N型半导体元件6和P型半导体元件7，安装时，应在N型半导体元件6和P型半导体元件7的一个端面上都制作出导电的作色标记，将该设有作色标记的端面作为N型半导体元件6或P型半导体元件7的尾端，将N型半导体元件6或P型半导体元件7的没有作色标记的另一端作为头端，然后将每一列的N型半导体元件6与P型半导体元件7分别通过设置在上氧化铍陶瓷片8上的上导电片10和设置在下氧化铍陶瓷片9上的下导电片11相互串联，使串联的每一列的N型半导体元件6的头端与P型半导体元件7的尾端相连接或使每一列N型半导体元件6的尾端与P型半导体元件7的头端相连接，将串联在一起的每一列的N型半导体元件6和P型半导体元件7通过设置在该列两最外端的上导电片10上的导线12或设置在两最外端的下导电片11上的导线12与直流电源装置13连接；在每块上氧化铍陶瓷片8的上表面上都贴合一块机械强度较高并具有传热性能的铍铜板压块14，在铍铜板压块14上安装上散热器15；该散热器15由散热铝基座15.1、导热管15.2和散热片15.3组成（如图和图2所示），将散热铝基座15.1压在铍铜板压块14上，将导热管15.2的下段部分制作成扁平形状并嵌固在散热铝基座15.1底部的孔中，同时使导热管15.2下段的扁平面贴合在铍铜板压块14上，然后将散热片15.3连接在导热管15.2的上段部分上，并将散热片15.3设置在散热铝基座15.1的上方，然后将散热铝基座15.1通过螺钉16固定在电路板2上（连接时要注意使螺钉16与电路板2之间相互绝缘）；为了达到更好的传热和散热效果，可在散热器15的导热管15.2内填充导热液体15.4，填充导热液体15.4时，注意不要填满导热管15.2内的空间，要让其内留有一定的间隙空间，这样便于导热液体15.4在其内流动，导热液体15.4可采用普通的水、蒸馏水或变压器油；为了达到更好的散热效果，可在路灯罩壳1的对称的两侧面上制作出散热孔1.1；最后在路灯罩壳1的底部安装上透明罩盖5即成。透明罩盖5可按传统的方式采用玻璃或有机玻璃制作。