專利名稱：一種高效、高亮度半導(dǎo)體照明光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明裝置，尤其涉及一種散熱效率高且可提供高發(fā)光亮度的半導(dǎo)體照明光源。
背景技術(shù)：
因現(xiàn)有可用能源有限，故開(kāi)發(fā)出高效、節(jié)能的光源已經(jīng)成為照明裝置發(fā)展的一大目標(biāo)。采用發(fā)光半導(dǎo)體，尤其是其中的發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光光源，以取代傳統(tǒng)的燈泡，已多有報(bào)導(dǎo)，并已見(jiàn)于日常生活之中。利用發(fā)光半導(dǎo)體作光源最大的優(yōu)點(diǎn)在于其耗電量可大幅度降低，長(zhǎng)期節(jié)省下來(lái)的電力費(fèi)用極為可觀；其次是其使用壽命遠(yuǎn)長(zhǎng)于傳統(tǒng)光源，故可大幅降低設(shè)備耗損維修成本。故以發(fā)光半導(dǎo)體取代傳統(tǒng)的鎢絲燈或鹵素?zé)舻仁枪?jié)省能源、降低成本的一項(xiàng)可行方案。
雖然半導(dǎo)體光源具有長(zhǎng)壽與節(jié)電的突出優(yōu)點(diǎn)，但是其同時(shí)存在工作電壓低、單個(gè)光源發(fā)光亮度不足及有頻閃效應(yīng)等需解決的問(wèn)題，故已問(wèn)世的采用發(fā)光半導(dǎo)體為光源的照明裝置主要用于指示燈之類，如道路上的交通信號(hào)標(biāo)志燈等，尚難以替代傳統(tǒng)照明光源。當(dāng)然，市面上也有聲稱可作為照明光源使用的燈具產(chǎn)品出現(xiàn)，其大體如附圖7所示，具有燈頭101和外殼102，外殼101內(nèi)設(shè)有印刷電路板103，電路板103上朝向燈光投射方向一側(cè)安裝有LED管芯，管芯之間以導(dǎo)線串聯(lián)或并聯(lián)，LED管芯外封裝有透明樹(shù)脂104，電路板103的另一側(cè)安裝有用于調(diào)壓等的電子元件105。另有采用單管芯的燈具，其結(jié)構(gòu)如附圖8所示，可見(jiàn)其管芯106封裝在透明樹(shù)脂104中，管芯106外涂敷有熒光粉110，管芯106與電源正極107、負(fù)極108之間以小導(dǎo)線109連接。該類產(chǎn)品存在的問(wèn)題在于1、有的采用電容降壓(用于市電照明時(shí))，使得開(kāi)、關(guān)機(jī)瞬間有數(shù)倍于正常工作狀態(tài)的電流沖擊管芯，縮短了光源的壽命；2、有的為避免頻閃效應(yīng)，加裝電解電容濾波，使燈的可靠性及壽命降低；3、有的采用降低工作電流的方式來(lái)減小沖擊電流的影響(比如串聯(lián)電阻)，使得燈的發(fā)光效率低下，發(fā)揮不出半導(dǎo)體燈的優(yōu)勢(shì)。4、因散熱方面存在不足，故為達(dá)到傳統(tǒng)照明裝置的照明效果，通常需選用大功率的發(fā)光半導(dǎo)體，比如3～5瓦左右的發(fā)光二極管，且往往需要采用兩個(gè)以上才能獲得令人滿意的照明亮度，而此種大功率的發(fā)光半導(dǎo)體的價(jià)格非常昂貴，單個(gè)即達(dá)數(shù)十元之多，且需要大面積的散熱結(jié)構(gòu)，因而難以推廣。
由于單個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體的亮度往往不足以達(dá)到日常照明的效果，因而此類照明裝置的發(fā)光源一般應(yīng)由多個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體甚至陣列式排列的發(fā)光半導(dǎo)體集合構(gòu)成，由此卻又產(chǎn)生了一個(gè)散熱的問(wèn)題。因?yàn)殡m然單個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體的發(fā)熱量并不是很大，但數(shù)量較多的發(fā)光半導(dǎo)體整體產(chǎn)生的熱能卻不容忽視，散熱問(wèn)題解決不好將嚴(yán)重影響管芯及封裝樹(shù)脂，使管芯與樹(shù)脂老化、變色，故散熱問(wèn)題已成為制約其實(shí)際應(yīng)用的一大難題。目前，一般采用成品發(fā)光二極管焊在印刷電路板上的方式來(lái)作為發(fā)光元件，管芯外封裝有樹(shù)脂，因而管芯的熱量只能通過(guò)負(fù)極引線導(dǎo)出，熱阻大散熱效果差。也有些大功率芯片雖直接安裝于PCB-金屬?gòu)?fù)合板上但功率受到限制，且是單個(gè)元件，使用時(shí)還需進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。再如，中國(guó)專利ZL 03264279.2公開(kāi)的“以薄型發(fā)光二極管構(gòu)成的照明裝置”以及美國(guó)專利6133589所公開(kāi)的具散熱效果的發(fā)光二極管照明裝置。前者的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝難度大。其發(fā)光面經(jīng)灌膠封裝后散熱效果差，存在樹(shù)脂老化問(wèn)題，在使用紫外線芯片時(shí)尤甚。晶片產(chǎn)生的熱量只能通過(guò)固晶絕緣層及導(dǎo)熱膠片再傳至散熱器后散發(fā)，熱阻大。后者是在一金屬基板上涂布絕緣層，絕緣層上方即是供連接發(fā)光二極管晶粒正負(fù)兩極的線路層，在發(fā)光二極管晶粒下方則通過(guò)一固晶絕緣層、一絕緣導(dǎo)熱層與前述金屬基板形成接觸。其雖然采用了大面積的金屬基板散熱，但對(duì)每一晶粒來(lái)說(shuō)，實(shí)際的散熱區(qū)域僅晶粒下方的小塊，且該小塊還是通過(guò)一固晶絕緣層、一絕緣導(dǎo)熱層與晶粒形成熱傳導(dǎo)，并不能完全發(fā)揮金屬基板的散熱功能；此外，其結(jié)構(gòu)仍比較復(fù)雜，需針對(duì)每一晶粒制作一傳熱小區(qū)域；再者，晶粒外以樹(shù)脂封裝，仍存在樹(shù)脂老化的問(wèn)題。另外，以上兩專利其管芯(或名芯片、晶片)所產(chǎn)生的熱量均只能單向傳導(dǎo)至散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行散發(fā)。
熒光燈是廣為人知的一種常用照明燈具，但現(xiàn)有的氣體放電熒光燈存在如下缺點(diǎn)1、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生汞污染；2、起輝電壓高，在直流低壓供電狀態(tài)下使用時(shí)，需將電源通過(guò)電子線路振蕩升壓，降低了電源效率；3、燈壁上的熒光粉受汞及燈絲電子粉濺射、燈絲揮發(fā)等污染以及熱老化等因素影響，光輸出衰減較大，一般只有數(shù)千小時(shí)的壽命；4、受環(huán)境氣溫影響較大，低溫時(shí)不易起輝；5、在頻繁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合下使用壽命大幅降低。
另外，傳統(tǒng)LED白光發(fā)光管是在蘭光或紫外線LED芯片上敷涂熒光粉后以可見(jiàn)光形式發(fā)光，其除具有前述現(xiàn)有LED燈具的缺陷外，還存在如下不足1、單個(gè)發(fā)光體的功率有限，是低電壓、點(diǎn)狀光源，需經(jīng)燈具企業(yè)二次開(kāi)發(fā)后才可能用于實(shí)用的照明市場(chǎng)；2、結(jié)構(gòu)熱阻大，散熱不良，易使芯片及包封樹(shù)脂老化；3、如采用紫外線芯片，則所輻射的紫外線易使樹(shù)脂層老化；4、其為增加光輸出效率，但包封層往往做成聚光結(jié)構(gòu)，該點(diǎn)狀光源人眼看上去很刺眼，眩光污染大。
5、熒光粉離芯片距離近，故熒光粉所處環(huán)境的溫度及輻射強(qiáng)度都非常大，熒光粉的壽命大受影響。
6、現(xiàn)有生產(chǎn)白光LED的工藝，效果較好的一般是在芯片表面涂敷熒光粉，將芯片產(chǎn)生的蘭光或紫外光轉(zhuǎn)換成白光。而該工藝在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因熒光粉沉淀和各芯片上涂敷量的不均勻使產(chǎn)品的色溫一致性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種散熱效率高、且可提供高發(fā)光亮度的高效、高亮度半導(dǎo)體照明光源。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為該種半導(dǎo)體照明光源，其具有燈頭和玻殼，其特征在于燈內(nèi)設(shè)有金屬板，金屬板上背向燈頭一側(cè)覆蓋有一層導(dǎo)熱陶瓷，導(dǎo)熱陶瓷上粘附有發(fā)光半導(dǎo)體陣列，金屬板及覆蓋其上的導(dǎo)熱陶瓷上設(shè)有貫通金屬板及導(dǎo)熱陶瓷的電源線引出結(jié)構(gòu)。金屬板的盡量選擇散熱效果理想的材料，如鋁、銅、銀等。
所述的發(fā)光半導(dǎo)體芯片為發(fā)光二極管裸芯片。
所述的導(dǎo)熱陶瓷為鋁制金屬板表面經(jīng)氧化處理而得的三氧化二鋁陶瓷。該陶瓷層的厚度極薄，為微米級(jí)。鋁基板上的鋁原子以化學(xué)鍵與氧緊密結(jié)合，從而形成穩(wěn)定的化合物，基板與陶瓷層之間不存在對(duì)傳熱產(chǎn)生阻礙作用的孔隙，且陶瓷層厚度極薄、傳熱面積基本與鋁基板相同，故傳熱效率大大超過(guò)一般涂布的導(dǎo)熱膠層或混有陶瓷粉末的絕緣膠片。另外，經(jīng)處理后的三氧化二鋁陶瓷層對(duì)可見(jiàn)光及紫外線均有反射作用，故其除能將熱量迅速傳導(dǎo)至散熱結(jié)構(gòu)外，未被芯片遮蔽的部分及芯片本身還可通過(guò)玻殼內(nèi)填充氣體的對(duì)流作用，將熱量傳導(dǎo)至玻殼而向外散發(fā)，也就是說(shuō)本散熱結(jié)構(gòu)的前后兩面均可具有散熱功能，有別于現(xiàn)有燈具的單向傳熱。
所述發(fā)光二極管裸芯片之間以導(dǎo)線連接。
所述金屬板背向燈頭一側(cè)連接有凸起的金屬散熱結(jié)構(gòu)。
所述金屬板靠燈頭一側(cè)連接有金屬散熱結(jié)構(gòu)。
所述玻殼與金屬板所圍空間內(nèi)充填有惰性氣體。
所述玻殼內(nèi)壁靠近金屬板的部分涂布有光反射涂層。
所述的金屬板上延設(shè)有散熱片，且該散熱片從玻殼與燈頭的連接處伸出燈外。
所述玻殼內(nèi)壁上涂布有熒光粉層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明因?qū)l(fā)光半導(dǎo)體及電路直接集成于金屬板表面覆蓋的導(dǎo)熱陶瓷層上，發(fā)光半導(dǎo)體的鍵合引線通過(guò)在金屬板上制作的電源線引出結(jié)構(gòu)導(dǎo)出與電源電路相連，使半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量能及時(shí)散發(fā)，可有效防止封裝環(huán)氧樹(shù)脂變黃從而在客觀上提高了功率密度，大大擴(kuò)展了應(yīng)用范圍；其次，本發(fā)明還可采用發(fā)光半導(dǎo)體裸芯片直接集成于金屬板表面覆蓋的導(dǎo)熱陶瓷層上而省去封裝用環(huán)氧樹(shù)脂，從而更加有利于提高功率密度；再者，因本發(fā)明具有優(yōu)異的散熱效率，因而可在較小空間內(nèi)集成數(shù)量較多的發(fā)光半導(dǎo)體，從而大幅度提高由此獲得的照明裝置的發(fā)光亮度，獲得令人滿意的照明效果，尤其是，因此而可采用價(jià)格低廉至單價(jià)僅幾角的小功率發(fā)光半導(dǎo)體集成作為發(fā)光源，從而大幅度降低單個(gè)照明裝置的成本，有利于實(shí)際推廣應(yīng)用。此外，本發(fā)明可采用通用的標(biāo)準(zhǔn)燈頭，外形美觀，便于直接使用，系列產(chǎn)品可直接代換照明白熾燈泡、節(jié)能燈、汽車(chē)燈泡、儀器燈泡等，大功率產(chǎn)品及其派生產(chǎn)品還可以作射燈、景觀燈使用。尤其是，本發(fā)明完全可通過(guò)在玻殼內(nèi)壁涂布熒光粉層而制成球形、棒狀或盤(pán)形等各種形狀的系列熒光燈，顯然，采用本發(fā)明技術(shù)制造的熒光燈具有以下優(yōu)點(diǎn)1、發(fā)光面積大，光線柔和，眩光污染輕；2、無(wú)汞污染；3、燈的啟動(dòng)不受氣溫變化及開(kāi)關(guān)次數(shù)的影響，適用于需要頻繁開(kāi)關(guān)燈的場(chǎng)合；4、根據(jù)電壓等級(jí)系列的不同，可生產(chǎn)出適用電壓低至幾伏特的燈，是一種真正的低壓熒光燈，可用于需要移動(dòng)照明的場(chǎng)合，也可生產(chǎn)用市電供電的燈；5、燈的表面溫度低，使用安全性好，可用于防爆場(chǎng)合；6、本固體發(fā)光熒光燈不需要安裝傳統(tǒng)熒光燈的附件，如鎮(zhèn)流器、起輝器等，使用方便，壽命長(zhǎng)，適用于廣告燈箱等更換光源不方便的地方使用。7、產(chǎn)品的色溫一致性較好。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的局部放大圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為現(xiàn)有半導(dǎo)體照明光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為另一現(xiàn)有半導(dǎo)體照明光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例一如圖1、圖3所示，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例。如圖1、圖3所示，本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體照明光源具有燈頭1和玻殼2，燈頭1可為通用螺口或卡口燈頭，燈頭1和玻殼2之間由金屬外罩3連接，燈內(nèi)玻殼2與金屬外罩3連接處設(shè)有一塊鋁板4，鋁板4的表面覆蓋有一層經(jīng)表面氧化處理而得的三氧化二鋁導(dǎo)熱陶瓷層5，參見(jiàn)圖3，該三氧化二鋁導(dǎo)熱陶瓷層5上粘附有發(fā)光二極管6裸芯片陣列，陣列中的發(fā)光二極管6之間以導(dǎo)線7連接，鋁板4上設(shè)有貫通鋁板4及導(dǎo)熱陶瓷層5的電源線引出孔，引出孔內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電介質(zhì)，導(dǎo)電介質(zhì)外設(shè)有絕緣介質(zhì)8并因此而將引出孔完全堵死以形成密封，導(dǎo)電介質(zhì)則在引出孔的兩端形成有觸點(diǎn)9，而發(fā)光二極管6陣列的電源線則與該觸點(diǎn)9連接，鋁板4的靠燈頭1一側(cè)還整體成型有散熱翅片10，翅片10上載有電路板(圖中未示出)，而電路板上則設(shè)有必要的電子元件11。此外，玻殼2與鋁板4所圍空間內(nèi)充填有惰性氣體，玻殼2內(nèi)壁靠近鋁板4的部分涂布有光反射涂層12。因整個(gè)鋁板4、鋁板背面整體成型的散熱翅片10及金屬外罩3可以說(shuō)是三位一體，因而具有非常好的散熱效果，有利于提高發(fā)光二極管的排列密度，以獲得高亮度的照明裝置。
實(shí)施例二如圖2所示，為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例。如圖2所示，并參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體照明光源具有燈頭1和玻殼2，燈頭1與玻殼2之間設(shè)有一銅板13，且銅板13伸出燈頭1與玻殼2的連接處外，并且伸出在外的部分被加工成彎曲形狀以增大散熱面積、提高散熱效果。銅板13位于玻殼2內(nèi)的部分的表面粘附有一層三氧化二鋁導(dǎo)熱陶瓷層5。其余與實(shí)施例一基本相同。
實(shí)施例三如圖4所示，為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例。如圖4所示，并參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例所述的半導(dǎo)體照明光源的外形與普通卡口白熾燈相似，具有燈頭1和玻殼2，燈頭1和玻殼2之間由金屬外罩3連接，燈內(nèi)玻殼2與金屬外罩3連接處設(shè)有一塊鋁板4，鋁板4背向燈頭1一側(cè)延伸有凸起的金屬散熱結(jié)構(gòu)14，以增大散熱面積、提高散熱效果。整個(gè)玻殼2內(nèi)壁上涂布有熒光粉層15，而無(wú)實(shí)施例一中的光反射涂層12。其余與實(shí)施例一基本相同。
實(shí)施例四如圖5所示，為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例。本實(shí)施例與實(shí)施例三中燈具相比，二者的區(qū)別在于本實(shí)施例燈具呈長(zhǎng)條棒狀，金屬鋁板4背向燈頭1一側(cè)無(wú)金屬散熱結(jié)構(gòu)14(見(jiàn)圖4)。其余同實(shí)施例三。
實(shí)施例五如圖6所示，為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例。本實(shí)施例與實(shí)施例四中燈具相比，二者的區(qū)別僅在于在于本實(shí)施例燈具呈扁盤(pán)狀，而實(shí)施例四中燈具呈長(zhǎng)條棒狀。
權(quán)利要求
1.一種高效、高亮度半導(dǎo)體照明光源，其具有燈頭和玻殼，其特征在于燈內(nèi)設(shè)有金屬板，金屬板上背向燈頭一側(cè)覆蓋有一層導(dǎo)熱陶瓷，導(dǎo)熱陶瓷上粘附有發(fā)光半導(dǎo)體芯片陣列，金屬板及覆蓋其上的導(dǎo)熱陶瓷上設(shè)有貫通金屬板及導(dǎo)熱陶瓷的電源線引出結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述的導(dǎo)熱陶瓷為鋁制金屬板表面經(jīng)氧化處理而得的三氧化二鋁陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述的發(fā)光半導(dǎo)體芯片為發(fā)光二極管裸芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述發(fā)光二極管裸芯片之間以導(dǎo)線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述金屬板背向燈頭一側(cè)連接有凸起的金屬散熱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述金屬板靠燈頭一側(cè)連接有金屬散熱結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述玻殼與金屬板所圍空間內(nèi)充填有惰性氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述玻殼內(nèi)壁靠近金屬板的部分涂布有光反射涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述的金屬板上延設(shè)有散熱片，且該散熱片從玻殼與燈頭的連接處伸出燈外。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體照明光源，其特征在于所述玻殼內(nèi)壁上涂布有熒光粉層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效、高亮度半導(dǎo)體照明光源，其具有燈頭和玻殼，其特征在于燈內(nèi)設(shè)有金屬板，金屬板上背向燈頭一側(cè)覆蓋有一層導(dǎo)熱陶瓷，導(dǎo)熱陶瓷上粘附有發(fā)光半導(dǎo)體陣列，金屬板及覆蓋其上的導(dǎo)熱陶瓷上設(shè)有貫通金屬板及導(dǎo)熱陶瓷的電源線引出結(jié)構(gòu)。具有散熱效果好，功率密度大，可獲得高亮度且單個(gè)成本低的半導(dǎo)體照明光源，尤其是還適合用于制成LED熒光燈。
文檔編號(hào)F21W131/00GK1824990SQ20051009688
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者陳邦漢 申請(qǐng)人:陳邦漢