[0002] LED作为一种具有巨大发展潜力的固体发光光源，其长寿命、低功耗、小外形、多色彩、快响应、绿色环保等优点得到了越来越多的人们的关注，从最初的指示灯，到近几年的交通信号、大屏幕显示、景观照明，目前也越来越多的应用到道路照明和隧道照明等功能性照明领域。

[0003] LED路灯产品开发还存在许多瓶颈问题，而LED路灯的散热问题是制约该产品推广应用的关键问题。很多人误认为LED为冷光源就是温度低，不怕热，实际上LED的冷光源是相对于HID灯而言的，HID光源玻壳表面温度在200℃以上，而LED光源不能超过100℃。随着LED温度的升高，其光输出和寿命则相应降低。半导体器件PN结在45℃状态工作时，理论寿命可以达到100000小时。但是，由于目前LED芯片发展所处的技术阶段，只能使输入的30％左右(也有文章说15％～25％)的电能转化光能，70％(85％～65％)的电能仍然是以热的方式存在于芯片上，而LED光效率与工作温度成反比，温度每升高10℃，就会导致光衰5％～8％、并且寿命减半的严重后果。由于LED产生的热量采用传导方式散发，因此这些热量需要一个更长、更昂贵的路径才能完全散发到空气中去。目前大功率LED照明的一个最大商业化障碍就是其散热问题，因此，如何将PN结产生的热量及时传导出去，使得PN结结温保持在一个较低的水平是保证光源稳定可靠工作的前提。实际上，LED寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题，目前来说，还只能尽量改善其散热来延长LED的寿命。

[0004] 为此，台湾《LED与模组一般寿命试验标准草案》要求寿命试验应在三个温度，建议元件分别在65℃、85℃、100℃下进行，模件分别在45℃、65℃、85℃下进行，记录三个温度下LED整体的平均寿命(MTTF)以及MTTF与LED接面温度的关系式。国内的厂商由于没有标准可循，大肆夸大宣传不可信的使用寿命和衰减指标。美国能源之星制订的寿命要求，分为不低于35000h和25000h两档，主要原因就是：LED芯片寿命虽然很长，元件封装后的温度，散热等诸多因素关系极大将直接降低寿命，作为LED路灯的使用寿命不能和LED芯片寿命混淆。

[0014] 下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。

[0015] 实施例1

[0016] 请见图1及图2所示，本发明的实施例提供一种集成式LED照明装置，包括若干个LED芯片1，若干个LED芯片1用硅胶4封装成一个LED模块2固定于绝缘陶瓷基板3上，在绝缘陶瓷基板3的下方还紧贴一层散热板5。

[0017] 所谓的集成式LED模块就是将多个小功率LED芯片1组成特殊的电路封装成一个超大功率的LED模块2，现有技术中的基板普遍采用传统的PCB板，导热性能不好。本发明设计采用特殊的绝缘陶瓷基板3代替PCB板，利用特殊陶瓷的高导热、耐高温、绝缘性好等特点，将LED芯片1产生的热量能够迅速通过绝缘陶瓷基板3传导至散热板5，并通过散热板5和灯具外壳进行散热。根据傅里叶导热公式：

[0018]

[0019] 式中Q——热量，W；

[0020] A——垂直于导热方向的截面积，m2；

[0021] δ——平壁厚度，m；

[0022] λ——物体材料的导热系数，W/(m·K)；

[0023] ΔT——平壁两边的温度差，K。

[0024] 单位导热面积的热流量称为热流密度，即：

[0025]

[0026] 以25颗LED芯片、约30W功率的集成式LED光源为例，LED芯片1面积约1mm2，因绝缘陶瓷基板3非常薄，则LED芯片1与绝缘陶瓷基板3的导热密度为：

[0027] q1＝30/5×5×10-6＝1.2×106(W/m2)

[0028] 接触处的导热膏的导热率为3.0W/(m·k)，平均厚度为δ＝0.03mm，则绝缘陶瓷基板3与LED芯片1间的温度差为：

[0029] ΔT1＝q/(λ/δ)＝1.2×106/(3/0.03×10-3)＝12(℃)

[0030] 绝缘陶瓷基板3尺寸为直径30mm的圆，则导热板5与绝缘陶瓷基板3的导热密度为：

[0031] q2＝30/π×15×15×10-6＝(2/15π)×106(W/m2)

[0032] 接触处的导热膏的导热率为3.0W/(m·K)，平均厚度为δ＝0.03mm，则绝缘陶瓷基板3与导热板5间的温度差为：

[0033] ΔT2＝q2/(λ/δ)＝(2/15π)×106/(3/0.03×10-3)＝4.2(℃)

[0034] 由此可见，导热板5与LED芯片1结温相差16.2℃，考虑制造误差，按导热板5比LED芯片1结温低18～20℃计算，而实测导热板5的温度不大于60℃，所以，光源寿命(光衰到70％)应在34000小时左右。

[0035] 实施例2

[0036] 本发明优选的实施例中，用LED芯片1下方的铜柱7将绝缘陶瓷基板3与导热片5连在一起，在LED芯片1外还外罩透镜6。实现了LED芯片1多重散热，从LED芯片1到空气的传热过程通过三层阶段，散热效果好。经测试用相同的LED芯片、相同的材质，这种直接散热结构下的LED芯片比传统的散热结构的LED芯片低了3％～5％(结构如图3所示)。根据上面的傅里叶公式，因LED光源为分散式点阵排列，30颗LED的分布面积与1颗LED相应成倍增加，以单颗LED芯片、约1W光源计算，则温升与30颗相同，LED芯片面积约
2
1mm，导热铜柱7尺寸为4mm，则LED芯片1与铜柱7的导热密度为：

[0037] q1＝1/1×1×10-6＝106(W/m2)

[0038] 接触处的导热膏的导热率为3.0W/(m·K)，平均厚度为δ＝0.03mm，则导热铜柱7与LED芯片1间的温度差为：

[0039] ΔT1＝q/(λ/δ)＝106/(3/0.03×10-3)＝10(℃)

[0040] 考虑制造误差，LED芯片1底部导热铜柱7应比LED结温低13～15℃，所以，要使光源寿命(光衰到70％)在30000小时。表1：

[0041]

[0042] 根据表1可知，铜柱7的温度应低于65℃。导热铜柱7尺寸为4mm，则导热片5与导热铜柱7的导热密度为：

[0043] q2＝1/π×2×2×10-6＝(0.25/π)×106(W/m2)

[0044] 接触处的导热片5的导热率为3.0W/(m·K)，平均厚度为δ＝0.3mm，则导热片5与导热铜柱7间的温度差为：

[0045] ΔT2＝q2/(λ/δ)＝(0.25/π)×106/(3/0.3×10-3)＝7.96℃

[0046] 由此可见，导热片5与LED结温相差17.96℃，考虑制造误差，按导热片5比LED结温低20～22℃计算。

[0047] 本发明首先从大功率LED结温与寿命的关系中，分析了LED路灯散热问题的重要性，然后从LED芯片的直接散热出发，最后，通过实验检测了散热设计的有效性和先进性。有效地解决了光衰问题，从而使LED路灯的寿命大大延长，达到道路照明的要求。