本發明屬于LED節能燈的技術領域，特別涉及一種LED燈的封閉腔中充入的最優傳熱混合氣體。

背景技術：

LED燈的能耗為普通熒光燈的1/4，壽命高達后者的10倍。然而，與傳統熒光燈相比，LED燈泡的芯片不耐高溫，其壽命隨著半導體PN結溫度的上升快速下降，同時出現顯著的光衰。因此，LED燈的散熱封裝技術就顯得尤為重要。目前，對LED燈的散熱方案大致可分為強制冷卻和自然冷卻。由于強制冷卻的方案需要外接結構復雜、體積龐大的冷卻裝置，導致其穩定性較差、壽命較短。相反，自然冷卻方案因其結構緊湊、無噪音，成為LED燈的主要散熱方式。現有技術中LED燈的封閉腔中充入的氣體為空氣，由于空氣的對流和導熱性能較差，熱量主要通過金屬體傳導至外表面，少部熱量通過填充空氣傳遞至燈泡外表面，因此不能充分利用燈泡的外表面將熱量散發到環境中。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術不足，提供一種LED燈內填充的最優傳熱氣體，以降低LED芯片溫度，延長LED燈使用壽命。

本發明旨在尋找一種充入LED燈封閉腔中的最優混合氣體，利用氣體的自然對流和導熱將芯片熱量高效傳遞到燈泡表面,實現高效散熱。利用數值模擬、理論優化、和實驗驗證相結合的方法，比較摻混不同比例惰性氣體的傳熱性能，找出填充LED燈的最優傳熱氣體組成，達到降低芯片溫度，提高LED燈使用壽命的目的。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，在LED芯片工作溫度范圍內按體積比計，氦氣為70％—80％，氙氣為20％—30％。

所述的LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，當LED芯片溫度高于120攝氏度時，環境溫度25℃下，氦氣與氙氣的體積比取80：20。

所述的一種LED燈中填充的傳熱混合氣體，由氦氣和氙氣混合而成，當LED芯片溫度高于70攝氏度時，環境溫度25℃下，氦氣與氙氣的體積比取70：30。

本發明采用氦氣和氙氣混合氣體，代替現有技術中的空氣、單種惰性氣體或氦氫、氦氧等的混合氣體，在相同功率下可顯著降低LED芯片溫度，從而大大提高LED燈的使用壽命。

附圖說明

圖1是固定功率(7W)、不同填充氣體的條件下，芯片與環境溫差值圖。

具體實施方式

在LED燈泡封閉腔中填充由氦、氖、氬、氪、氙、氮氣6種惰性氣體組成的混合氣體，首先通過CFD計算得到LED燈泡的Nu-Ra曲線，由Nu數的定義導出該種混合氣體的對流換熱系數h，同時計算出該種配比氣體的熱導率λ，進一步通過編程進行窮舉，并采用一定的優化方法，搜尋得到一種LED燈內填充最優傳熱氣體組分，該最優傳熱混合氣體由氦氣與氙氣混合而成，具體體積比為：氦氣：氙氣為70：30～80：20。在以上6種惰性氣體中，氦氣的導熱系數最高，因此具有最好的導熱性能；氙氣的密度最大，自然對流瑞利數最大，因此自然對流最為強烈。氦氣和氙氣的混合可以使氣體的導熱和自然對流實現最優匹配，因此最優傳熱混合氣體由氦氣與氙氣構成。

表1不同芯片溫度下最優傳熱氣體組分的體積比

表1列出了在不同芯片溫度(即不同功率)條件下的最優傳熱氣體組成。不同芯片溫度工作條件下最優傳熱混合氣體構成的差別很小，在LED芯片常用工作溫度范圍內，最優傳熱混合氣體的體積比范圍為：氦氣：氙氣為70：30～80：20。在功率較大時，LED芯片工作溫度較高(如高于120℃)，氦氣的體積占比在以上范圍內取大值；在功率較小時，LED芯片工作溫度較低(如低于70℃)，氦氣的體積占比在以上范圍內取小值。

為驗證本發明公開的最優傳熱氣體配方，在LED燈泡中分別填充最優混合氣體、空氣、以及單一惰性氣體，在功率、環境溫度一定的情況下，對比不同填充氣體條件下的芯片溫度(圖1)。結果顯示，填充最優混合氣體的燈泡其芯片的溫升值比填充空氣要小30.7％，比傳熱性能最好的單種氣體氦氣要小9.7％。可見，本發明公布的最優混合氣體配方可以顯著提升LED燈泡的散熱性能。

本發明公開的最優傳熱氣體配方，充分利用氦氣的高熱導率以及氙氣的強烈自然對流換熱能力，能有效提高LED燈泡的換熱效率，顯著降低芯片溫度，從而提高其使用壽命，可填充于任何封閉式LED球泡燈以及一切對芯片工作溫度有限制的節能燈內。

上述實施例和圖示并非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利范疇。