專利名稱：無反射無重影一體化散熱高光效高功率led路燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型內(nèi)容屬于半導(dǎo)體照明應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高效節(jié) 能的高光效高功率LED路燈。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的市政照明應(yīng)用產(chǎn)品中，LED路燈是對(duì)于城市節(jié)能非常重 要的一種產(chǎn)品。由于在發(fā)光亮度相同的條件下，LED路燈的功耗僅為 普通高壓鈉燈的40%-50%,而壽命則為高壓鈉燈的十幾倍，又由于 LED路燈堅(jiān)固不易破碎并且不含水銀等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無任何污 染，同時(shí)還由于LED路燈的光譜中不含紅外光和紫外光，具有極高的 顯色性能，可減少司乘人員視覺誤差，兼之LED路燈采用直流恒定電 流驅(qū)動(dòng)，不可能出現(xiàn)任何頻閃，可有效避免人員的視覺疲勞，因此LED 路燈能在極大節(jié)約電能的同時(shí)有效減少道路事故的發(fā)生，故其已被國(guó) 際上公認(rèn)為當(dāng)今最理想的道路綠色照明燈具。目前本領(lǐng)域^S知LED路燈的光源基本采用①、由多只LED燈珠 組裝在大面積散熱器上裝入路燈殼體形成的LED光源；②、平面封裝 光源，即在一塊小面積散熱基板上用銀膠密集粘接多只藍(lán)色發(fā)光LED 芯片，在LED芯片上面涂上硅膠質(zhì)熒光粉，再在熒光粉上面平面封裝 保護(hù)硅膠，組成小體積光源，再把光源安裝在大面積散熱器上裝入路 燈燈殼而形成的LED路燈光源。上述公知的LED光源路燈雖然基本解 決了 LED照明的功率擴(kuò)容問題，但它仍存在有iO巨照射有重影、出光 效率低、功率密度低、組合功率小、散熱不充分、工藝難度大、加工 周期長(zhǎng)、成本高等不足，致使封裝成品的大功率LED光源性能較低、 成;^艮高且功率較小。出現(xiàn)上述問題的主要原因可以歸結(jié)為一、把多只LED燈珠組裝在散熱器上再裝入路燈殼體形成的LED光源，由于單只LED燈珠的體積相應(yīng)較大，由多只LED燈珠組裝的 LED光源的面積也較大，因而在距光源較近處就形成了多光源效果， 使物體產(chǎn)生重影；二、 在平面封裝光源結(jié)構(gòu)，LED芯片所發(fā)出的光束通過焚光粉 射入硅膠時(shí)形成180。光源，光線再從珪膠射入空間，由于光線是由光 密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，在兩種不同折射率的介質(zhì)中，光線會(huì)發(fā)生向偏 離法線方向折射現(xiàn)象，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)光線在硅膠中產(chǎn)生全反 射，其中ih = ns =1.53 ns為硅膠折射率 n2 = iia -i.o riA為空氣折射率則由斯涅爾公式得折射角6c-sin畫1(112/111) - sin, 1/1.53)= 41° 。因?yàn)楣枘z出光面平面所致，光束從硅膠射入空氣中，僅當(dāng)光束 中光線入射角度6 < 6cx2 = 41。x2 = 82°的部分才能折射輸出 至空氣空間中，其余很大部分光線在硅膠內(nèi)部形成全反射損耗，不能 輸出到空氣空間，如此就會(huì)^(吏光通量損失40%左右；另一方面光線在 硅膠內(nèi)的全反射能量產(chǎn)生熱，使LED芯片溫度升高，LED芯片工作在 較高溫度上時(shí)會(huì)大幅度降低發(fā)光效率，導(dǎo)致LED芯片產(chǎn)生發(fā)光衰減。三、 常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)通過銀膠把LED芯片和散熱基板粘接在一起， 銀膠是由高分子環(huán)氧膠和銀粉顆?；旌辖M成的，制備時(shí)要將銀膠在一 定時(shí)間(90~120分鐘)內(nèi)以較高的溫度(180 200"C)進(jìn)行加熱，使混 合物中的高分子環(huán)氧膠固化而完成粘接作用，繼而由混合物中的銀粉 顆粒完成導(dǎo)熱和導(dǎo)電作用。在4艮膠固化過程中，高分子環(huán)氧膠對(duì)銀粉 顆粒進(jìn)行濕潤(rùn)，在銀粉顆粒周圍形成環(huán)氧膠包裹層，使固化后銀膠層 的熱阻和導(dǎo)電阻值都大幅度增大；電阻增大會(huì)使LED芯片上的電壓降 (VF)增加，導(dǎo)致LED芯片熱功耗加大；而熱阻增大又致使LED芯片上 的熱量不能充分快速的傳導(dǎo)到散熱^L上M出去，使LED芯片上的 溫度遠(yuǎn)高于散熱基板的溫度。LED芯片工作在很高溫度上，必然會(huì)大幅度降低LED芯片的發(fā)光效率、降低LED光源的性能以及降低大功率 LED光源的功率密度；又由于銀膠的固化是在高溫度(180 2001C)和 長(zhǎng)時(shí)間(90~120分鐘)下進(jìn)行的，其間也會(huì)對(duì)LED芯片產(chǎn)生損傷，降 低LED芯片的發(fā)光效率；此外，用錄J歐粘接大功率LED光源的封裝難 度很大，封裝周期很長(zhǎng)，成本也很高，這亦使得對(duì)特大功率LED光源 的封裝難于實(shí)現(xiàn)。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，進(jìn)而提供一種 具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、制作成本低、無重影、散熱性能好、耗電量低、 光效率高、光衰減小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的無反射無重影一體化散熱 高光效高功率LED路燈。用于實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的高光 效高功率LED路燈由鋁制一體化散熱路燈殼體以及設(shè)在路燈殼體內(nèi) 的LED光源和控制電源，其中的LED光源具有一塊由表面敷銅鍍鎳鋁 基材料板制成的散熱基板，在散熱基板上用環(huán)保低溫焊錫骨焊接有多 個(gè)按行列式燈陣排布組成的LED芯片，在各LED芯片上面分別涂一層 硅膠質(zhì)熒光粉形成LED發(fā)光體，在散熱基板上各發(fā)光體外分別罩設(shè)一 個(gè)按無反射條件成型的半球狀PC透鏡外殼，在PC透鏡外殼與發(fā)光體 和散熱基板圍成的空間內(nèi)填充有硅膠透鏡材料，由此組成無反射高出 光率單元LED光源，進(jìn)而再由各個(gè)單元LED光源按照無反射、無重影間距組合擴(kuò)容成為整體的無反射無重影一體化散熱高光效高功率 LED路燈。在LED光源與鋁制路燈殼體間涂上高導(dǎo)熱硅脂，然后用螺 栓緊固鏈接。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有下述的主要優(yōu)點(diǎn)。一、無重影本實(shí)用新型采用發(fā)光芯片進(jìn)行多芯LED光源封裝，由于LED芯片 體積很小，封裝成的大功率LED光源面積較小，因此在距光源較近處所產(chǎn)生的重影^f艮小。二、 無反射、高出光率本實(shí)用新型采用了無反射單元LED光源功率擴(kuò)容封裝技術(shù)，使單 元LED光源的出光角大幅度提高，在單元LED光源內(nèi)部無光反射，相 鄰單元LED光源間光干涉很小，光損耗很小，使光輸出效率較常見平 面封裝光源技術(shù)增加出光效率40%以上。三、 高散熱性、高功率密度、高性能、特大功率、無需烘烤1、 本實(shí)用新型和目前公知的封裝方式相比，使用環(huán)保低溫焊錫 骨，替代了銀膠粘接材料。焊錫骨融化粘接是分子結(jié)構(gòu)，銀膠固化粘 接是銀粉顆粒結(jié)構(gòu)，理論分析和實(shí)際測(cè)試表明，焊錫骨焊接比銀膠固 化粘接提高散熱效果20 ~ 50倍以上，這樣使LED芯片上的熱量能充 分快速的傳導(dǎo)到散熱基板上散發(fā)出去，組成大功率LED光源后LED 芯片和散熱鋁基板之間的溫度梯度非常小(小于1C);在LED光源的 散熱鋁基板與鋁制一體化散熱燈殼間涂上高導(dǎo)熱性能硅脂后再用螺 栓緊固鏈接，LED光源和一體化散熱燈殼間的溫度梯度也4艮小(小于 丄。，最終使散熱燈殼溫度接近LED芯片的溫度(小于21C)。通過散 熱燈殼把LED芯片上的熱量M出去，使LED芯片工作在較低溫度。2、 焊錫骨焊接比銀膠固化粘接的導(dǎo)電電阻要大幅度降低，致使 LED工作壓降(VF)降低、熱功耗降低，進(jìn)而使LED芯片上的溫度進(jìn)一 步降低。高功率LED芯片工作在較低溫度下，可大幅度提高LED芯片 的發(fā)光效率，提高了大功率LED光源的功率密度、大幅度降低LED 光衰、提高LED芯片安全可靠性及使用壽命。此外SMT焊機(jī)的使用， 也使高功率LED光源的封裝難度減小，封裝周期縮短，而且使用SMT 焊機(jī)固化速度快，不需烘烤。3、 焊錫膏焊接比銀膠固化粘接的機(jī)械強(qiáng)度要大幅度提高，采用 低造價(jià)較粗g硅鋁線進(jìn)行導(dǎo)電連接，使導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度增加5倍以 上；采用鍍鎳鋁基板，使導(dǎo)熱基板具有很高的抗氧化性。4 、把LED芯片焊接在鍍鎳鋁基板上的全過程是錫鉍銀環(huán)保低溫 焊錫骨在SMT機(jī)內(nèi)進(jìn)行多溫段、短時(shí)間(全部溫段共需要2 ~ 3分鐘) 內(nèi)完成的，最高溫度1501C溫段內(nèi)僅有20秒。避免了銀膠的高溫度、 長(zhǎng)時(shí)間固化過程對(duì)LED芯片產(chǎn)生損傷，不會(huì)降低LED芯片的發(fā)光效率。5、采用具有室溫硫化型(RTV)、高透光率、高折射率和高掛壁性 能硅凝膠進(jìn)行熒光粉調(diào)制和表面無反射透鏡封裝，使用室溫固化。避 免了傳統(tǒng)硅膠的長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤過程對(duì)LED芯片產(chǎn)生損傷，不會(huì)降低 LED芯片的發(fā)光效率。以上技術(shù)方案的實(shí)施使LED光源具有高散熱性、高功率密度和高 可靠性，大大提高了 LED光源路燈的使用壽命；降低了 LED光源的光 衰減。為高性能、特大功率(Po》1000W)LED光源路燈的批量生產(chǎn)奠 定了基礎(chǔ)并提供了技術(shù)保障。四、低成本1、 本實(shí)用新型中LED光源的功率擴(kuò)容采用的封裝技術(shù)和常見封 裝方式相比，在相同光通量條件下，可減少LED芯片用量30 4，減少 硅膠用量40%。2、 本實(shí)用新型采用鍍鎳鋁基板替代了昂貴的鍍金鋁基板(目前市 場(chǎng)上鍍鎳鋁基板造價(jià)為0，06元/cm2,鍍金鋁基板造價(jià)為0.50元 /cm2),釆用錫鉍4艮環(huán)保低溫焊錫骨替代了昂貴的銀膠粘接材料(目前 市場(chǎng)上錫鉍媒環(huán)保低溫焊錫骨造價(jià)為0.50元/g，銀膠粘接材料造價(jià) 為35. 00元/g),采用低成本較大規(guī)格的硅鋁線，替代了昂貴的較小 M^r線導(dǎo)線(目前市場(chǎng)上50 p邁直徑的硅鋁絲造價(jià)為0. 04元/m, 0. 8 jam直徑的金絲造價(jià)為0.8元/m)，這些均大大降低了產(chǎn)品成本。3、 本實(shí)用新型把LED芯片焊接在鍍鎳鋁基板上的全過程是錫鉍 銀環(huán)保低溫焊錫膏在SMT機(jī)內(nèi)進(jìn)行多溫段(最高溫度150X:， 20秒)、 短時(shí)間(2~3分鐘)完成的，而銀膠粘接材料是由^L^顆粒和高分子 粘接材料組成，LED芯片固化過程是在^4艮膠粘接材料長(zhǎng)時(shí)間(90~120分鐘)、高溫(180 2001C)加熱，使高分子粘接材料固化完成的， 因而大幅度節(jié)省了電力和人力成本，提高了產(chǎn)品成品率。另外，本實(shí) 用新型還采用室溫硫化型(RTV)、高透光率、高折射率、高掛壁性能 硅凝膠，進(jìn)行熒光粉調(diào)制和表面無反射透鏡封裝，使用室溫固化，替 代了傳統(tǒng)硅膠的長(zhǎng)時(shí)間高溫固化過程(150 ~ 180匸，90 ~ 120分鐘)， 同樣也大幅度節(jié)省了電力和人力成本，提高了產(chǎn)品成品率。4、 LED芯片散熱面和散熱基板鍍鎳印制電路表面以平面接觸， 便于印刷焊錫骨和焊接，降低了錫4Jt4艮環(huán)保低溫焊錫骨損耗量，提高 了生產(chǎn)率和節(jié)省人力成本。5、 本實(shí)用新型采用高透光率、高強(qiáng)度PC作為無反射硅膠透鏡成 型外殼，可大幅度提高硅膠的灌鑄效率，使硅膠在固化過程中不外泄。6、 本實(shí)用新型釆用等效負(fù)栽擴(kuò)容式技術(shù)、并聯(lián)支路電流及溫度 自動(dòng)均衡技術(shù)、串聯(lián)支路單體LED開路保護(hù)技術(shù)等控制技術(shù)。可以使 LED光源的輸出功率不受單顆LED芯片功率及數(shù)量的限制，解決了超 大功率LED光源在直接串并聯(lián)時(shí)的電流及溫度均衡問題，不會(huì)在多 芯片工作時(shí)因電流或溫度的不平衡使局部芯片產(chǎn)生高溫的惡性循環(huán) 而損壞LED光源的現(xiàn)象；解決了多LED芯片串聯(lián)工作，當(dāng)串聯(lián)支路 某一芯片損壞時(shí)其他串聯(lián)芯片不能工作的問題，使多顆LED芯片進(jìn)行 串并聯(lián)功率擴(kuò)容超大功率時(shí)各支路LED芯極大限度的提高了大功率 LED光源的長(zhǎng)時(shí)間工作可靠性。7、 本實(shí)用新型采用寬電壓范圍自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換電路、EMC濾波電 路、有源功率因數(shù)校正電路、半橋諧振式零電壓電源電路、ESD保護(hù) 設(shè)計(jì)等，使LED光源具有極寬的使用電壓范圍和很高的功率因數(shù)，不 會(huì)對(duì)供電線路產(chǎn)生諧波污染以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾，且交直流自適 應(yīng)(交流60~310v，直流60~ 450v)，可適應(yīng)全球任何地域4吏用， 這樣也使大功率LED光源具有很高的抗靜電能力，極大地提高了大功 率LED光源在露天、高壓、高雷區(qū)(路燈、隧道燈、鐵道燈)等特殊環(huán)境使用的安全性。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)者在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上已針對(duì)于各種應(yīng)用 場(chǎng)所如高速公路、街道主干道、街道輔道、小區(qū)照明等場(chǎng)所開發(fā)出了多種一體化散熱高光效高功率LED路燈。

圖1為該LED路燈中LED光源的無反射封裝結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2本實(shí)用新型的無重影使用狀態(tài)示意圖。 圖3為單元LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但 本實(shí)用新型的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。參見附圖，以一塊由表面敷銅鍍鎳鋁基材料板制成的散熱基板5 為基礎(chǔ)，在散熱基板5上按行列式燈陣排布通過環(huán)保低溫焊錫骨焊接 多個(gè)BLED芯片4;在各LED芯片4上面涂上硅膠質(zhì)熒光粉3，形成 LED發(fā)光體；使用具有高透光率的高強(qiáng)度工業(yè)塑料PC制作成薄型等 厚半球狀PC透鏡外殼1;采用和PC相同透光率的高透明硅膠透鏡材 料2填充到PC透鏡外殼1,形成硅膠半球透鏡；M膠半球透鏡對(duì) 中封裝于熒光粉上方形成無反射高出光率單元LED光源，由各個(gè)單元 LED光源組合擴(kuò)容成為大功率LED光源。本實(shí)用新型采用發(fā)光芯片進(jìn)行多芯大功率LED光源封裝，由于封 裝成的大功率LED光源面積較小，因此在距光源較近處所產(chǎn)生的重影 很小，如圖2所示。圖中標(biāo)號(hào)6為物體，7為物體投影。
權(quán)利要求1、一種無反射無重影一體化散熱高光效高功率LED路燈，包括設(shè)在路燈殼體內(nèi)的LED光源和控制電源，其特征在于所說的LED光源具有一塊由表面敷銅鍍鎳鋁基材料板制成的散熱基板(5)，在散熱基板(5)上用環(huán)保低溫焊錫膏焊接有多個(gè)按行列式燈陣排布組成的LED芯片(4)，在各LED芯片(4)上面分別涂一層硅膠質(zhì)熒光粉(3)形成LED發(fā)光體，在散熱基板上各發(fā)光體外分別罩設(shè)一個(gè)按無反射條件成型的半球狀PC透鏡外殼(1)，在PC透鏡外殼(1)與發(fā)光體和散熱基板(5)圍成的空間內(nèi)填充有硅膠透鏡材料(2)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無反射無重影一體化散熱高光效高功率LED路燈，包括設(shè)在路燈殼體內(nèi)的LED光源和控制電源，其中的LED光源具有一塊鋁基材料板制成的散熱基板，在散熱基板上用環(huán)保低溫焊錫膏焊接有多個(gè)LED芯片，在各LED芯片上面分別涂一層硅膠質(zhì)熒光粉形成LED發(fā)光體，在散熱基板上各發(fā)光體外分別罩設(shè)一個(gè)半球狀PC透鏡外殼，在PC透鏡外殼與發(fā)光體和散熱基板圍成的空間內(nèi)填充有硅膠透鏡材料，由此組成無反射高出光率單元LED光源，進(jìn)而再由各個(gè)單元LED光源按照無反射、無重影間距組合擴(kuò)容成為高光效高功率LED路燈。產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、制作成本低、無重影、散熱性能好、耗電量低、光效率高、光衰減小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F21V19/00GK201173463SQ20082002886
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者胡家培, 胡民海 申請(qǐng)人:胡民海;胡家培