大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯及包含該燈芯的照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯和包含該燈芯的照明裝置。按照本發(fā)明一個實施例的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯包括：散熱器；設(shè)置在所述散熱器頂部的基板；發(fā)光模塊，其包含：圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述基板上并且包含電極區(qū)域；至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接；驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述電極區(qū)域電氣連接；以及光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以使所述發(fā)光二極管管芯發(fā)射的光線向四周出射。
【專利說明】大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯及包含該燈芯的照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯和包含該燈芯的照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在照明裝置中用作光源的發(fā)光二極管(LED)是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它的基本結(jié)構(gòu)一般包括帶引線的支架、設(shè)置在支架上的半導(dǎo)體晶片以及將該晶片四周密封起來的封裝材料(例如硅膠或環(huán)氧樹脂)。上述半導(dǎo)體晶片包含有P-N結(jié)構(gòu)，當電流通過時，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后以光子的形式發(fā)出能量，而光的波長則是由形成P-N結(jié)構(gòu)的材料決定的。與傳統(tǒng)光源相比，LED光源具有其它光源所不具備的一系列優(yōu)點，例如無污染、壽命長、能耗低、耐振動、控制方便和便于調(diào)光等。
[0003]雖然LED理論上的出光角度為360度，但是由于晶片被放置于支架上才得以固定和封裝，因此實際的最大出光角度為180度。此外，LED—般采用圓柱或圓球封裝，由于這些封裝形式的凸透鏡作用，導(dǎo)致發(fā)出的光線一般都具有很強的指向性，即，LED的發(fā)光強度隨相對于正法向的偏離角度的增大而急劇下降。然而在典型的照明應(yīng)用(例如室內(nèi)照明)中，往往要求燈具提供接近360度的空間發(fā)光能力。為了滿足上述應(yīng)用需求，業(yè)界已經(jīng)提出了相應(yīng)的解決方案。
[0004]例如2010年6月21日提交的申請?zhí)枮?01010208000.2的中國發(fā)明專利申請公開了一種LED發(fā)光裝置，其包括基座、組合LED光源體、燈罩，其中，組合LED光源體包括圓錐形散熱體、借助散熱片導(dǎo)熱雙面膠包裹在圓錐形散熱體上的柔性PCB板，而LED燈珠則均勻分布在柔性PCB板上。上述參考文獻以全文引用的方式包含在本申請中。
[0005]又如，臺灣工業(yè)研究院最近發(fā)布了一種具330度大發(fā)光角度的LED燈泡，其通過采用類似LED背光板排列的方式，使海星狀的LED光條沿著燈泡球形弧面貼合，從而達到大而均勻的發(fā)光角度，與此同時，該LED燈泡采用遍布燈泡表面的散熱塑膠替代傳統(tǒng)的金屬散熱器并結(jié)合特殊設(shè)計來擴大散熱面積，以期解決散熱問題。
[0006]但是需要指出的是，上述各種解決方案都是以制造成本上升和燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化為代價的，這愈發(fā)使得大發(fā)光角度的LED燈具在與傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈的競爭中處于不利地位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其具有結(jié)構(gòu)緊湊和制造成本低的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]—種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，包括:
[0010]散熱器；
[0011]設(shè)置在所述散熱器頂部的基板；[0012]發(fā)光模塊，其包含:
[0013]圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述基板上并且包含電極區(qū)域；
[0014]至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接;
[0015]驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述電極區(qū)域電氣連接；以及
[0016]光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
[0017]本發(fā)明的上述目的還可通過下列技術(shù)方案實現(xiàn):
[0018]—種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，包括:
[0019]散熱器；
[0020]發(fā)光模塊，其包含:
[0021]圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述散熱器頂部并且包含電極區(qū)域；
[0022]至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接;
[0023]驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述電極區(qū)域電氣連接；以及
[0024]光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
[0025]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述發(fā)光模塊進一步包括絕緣材料制成的框架，其固定在所述金屬載板上并且包圍所述發(fā)光二極管管芯。
[0026]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述散熱器呈殼體形狀，其至少一部分表面以紅外輻射材料覆蓋。
[0027]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述基板由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料構(gòu)成。
[0028]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述金屬載板包含第一圖案區(qū)域和第二圖案區(qū)域，所述第一圖案區(qū)域用作所述電極區(qū)域，所述第二圖案區(qū)域用于承載所述發(fā)光二極管管芯。
[0029]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述發(fā)光二極管管芯通過引線實現(xiàn)它們相互間的互連以及與所述第一圖案區(qū)域的連接。
[0030]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述框架通過注壓工藝固定在所述第一圖案區(qū)域和第二圖案區(qū)域的表面。
[0031]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述光散射元件的底部包含凹腔以容納所述發(fā)光模塊。
[0032]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述光散射元件由玻璃制成。
[0033]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述光散射元件呈卵形。
[0034]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述光散射元件為多面體。
[0035]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述光散射元件呈喇叭狀。
[0036]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述凹腔的內(nèi)表面覆蓋熒光粉。[0037]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述框架內(nèi)包含將所述發(fā)光二極管管芯包裹住的透明硅膠，所述透明硅膠內(nèi)混合有熒光粉。
[0038]優(yōu)選地，在上述具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯中，所述驅(qū)動電源模塊被設(shè)置在與所述發(fā)光模塊相對的基板表面。
[0039]本發(fā)明的還有一個目的是提供一種大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈，其具有結(jié)構(gòu)緊湊和制造成本低的優(yōu)點。
[0040]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實現(xiàn):
[0041]一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈，包括:
[0042]燈罩；
[0043]燈頭，其與所述燈頭結(jié)合在一起以形成空腔；以及
[0044]發(fā)光二極管燈芯，其包含:
[0045]設(shè)置在所述空腔內(nèi)的散熱器；
[0046]設(shè)置在所述散熱器頂部的基板；
[0047]發(fā)光模塊，其包含:
[0048]圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述基板上并且包含電極區(qū)域；
[0049]至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接;
[0050]驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述燈頭的電極區(qū)和所述電極區(qū)域電氣連接；以及
[0051]光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
[0052]本發(fā)明的上述目的還可通過下列技術(shù)方案實現(xiàn):
[0053]一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈，包括:
[0054]燈罩；
[0055]燈頭，其與所述燈頭結(jié)合在一起以形成空腔；以及
[0056]發(fā)光二極管燈芯,其包含:
[0057]設(shè)置在所述空腔內(nèi)的散熱器；
[0058]發(fā)光模塊，其包含:
[0059]圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述散熱器頂部并且包含電極區(qū)域；
[0060]至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接;
[0061]驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述燈頭的電極區(qū)和所述電極區(qū)域電氣連接；以及
[0062]光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]本發(fā)明的上述和/或其它方面和優(yōu)點將通過以下結(jié)合附圖的各個方面的描述變得更加清晰和更容易理解，附圖中相同或相似的單元采用相同的標號表示，附圖包括:[0064]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的發(fā)光二極管燈芯的分解示意圖。
[0065]圖2為圖1所示發(fā)光二極管燈芯的剖面示意圖。
[0066]圖3為圖1和2所示的發(fā)光二極管燈芯所包含的發(fā)光模塊的示意圖。
[0067]圖4為圖1和2所示發(fā)光二極管燈芯中所包含的驅(qū)動電源模塊的示意圖。
[0068]圖5為按照本發(fā)明另一個實施例的發(fā)光二極管燈芯的分解示意圖。
[0069]圖6為圖5所不發(fā)光二極管燈芯的剖面不意圖。
[0070]圖7為按照本發(fā)明另一個實施例的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管(LED)照明裝置的分解示意圖。
[0071]圖8為圖7所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0072]圖9為按照本發(fā)明另一個實施例的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管(LED)照明裝置的分解示意圖。
[0073]圖10為圖9所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0074]附圖標號列表:
[0075]I發(fā)光二極管燈
[0076]10 燈芯
[0077]110散熱器
[0078]111 殼體
[0079]112 底座
[0080]1121 臺階
[0081]1122 裙邊
[0082]1123 槽口
[0083]120 基板
[0084]121AU21B 布線
[0085]122AU22B 通孔
[0086]130發(fā)光模塊
[0087]131金屬載板
[0088]1311第一圖案區(qū)域
[0089]1312第二圖案區(qū)域
[0090]132發(fā)光二極管單元
[0091]133 框架
[0092]134 引線
[0093]140驅(qū)動電源模塊
[0094]141AU41B 引線
[0095]142整流電路
[0096]143驅(qū)動電路
[0097]144AU44B 電容器
[0098]145無線通信收發(fā)器芯片
[0099]150光散射兀件
[0100]151 凹腔[0101]20 燈罩
[0102]30 燈頭
[0103]310 端部
[0104]320 側(cè)壁
[0105]330絕緣部分
【具體實施方式】
[0106]下面參照其中圖示了本發(fā)明示意性實施例的附圖更為全面地說明本發(fā)明。但本發(fā)明可以按不同形式來實現(xiàn)，而不應(yīng)解讀為僅限于本文給出的各實施例。給出的上述各實施例旨在使本文的披露全面完整，更為全面地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員本發(fā)明的保護范圍。
[0107]在本說明書中，除非特別說明，術(shù)語“半導(dǎo)體晶圓”指的是在半導(dǎo)體材料(例如硅、砷化鎵等)上形成的多個獨立的單個電路，“半導(dǎo)體晶片”或“晶片(die)”指的是這種單個電路，而“封裝芯片”指的是半導(dǎo)體晶片經(jīng)過封裝后的物理結(jié)構(gòu)，在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體晶片例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。
[0108]術(shù)語“發(fā)光二極管單元”指的是包含電致發(fā)光材料的單元，這種單元的例子包括但不限于P-N結(jié)無機半導(dǎo)體發(fā)光二極管和有機發(fā)光二極管(0LED和聚合物發(fā)光二極管(PLED))。
[0109]P-N結(jié)無機半導(dǎo)體發(fā)光二極管可以具有不同的結(jié)構(gòu)形式，例如包括但不限于發(fā)光二極管管芯和發(fā)光二極管單體。其中，“發(fā)光二極管管芯”指的是包含有P-N結(jié)構(gòu)的、具有電致發(fā)光能力的半導(dǎo)體晶片，而“發(fā)光二極管單體”指的是將管芯封裝后形成的物理結(jié)構(gòu)，在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中，管芯例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。
[0110]術(shù)語“布線”、“布線圖案”和“布線層”指的是在絕緣表面上布置的用于元器件間電氣連接的導(dǎo)電圖案，包括但不限于走線(trace)和孔(如焊盤、元件孔、緊固孔和金屬化孔等)。
[0111]術(shù)語“熱輻射”指的是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。
[0112]術(shù)語“熱傳導(dǎo)”指的是熱量在固體中從溫度較高的部分傳送到溫度較低的部分的傳遞方式。
[0113]術(shù)語“陶瓷材料”泛指需高溫處理或致密化的非金屬無機材料，包括但不限于硅酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等。
[0114]術(shù)語“導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料”指的是這樣的高分子材料，通過填充高導(dǎo)熱性的金屬或無機填料在其內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而具備高的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料例如包括但不限于添加氧化鋁的聚丙烯材料、添加氧化鋁、碳化硅和氧化鉍的聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物等。有關(guān)導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料的具體描述可參見李麗等人的論文“聚碳酸酯及聚碳酸酯合金導(dǎo)熱絕緣高分子材料的研究”(《材料熱處理學(xué)報》2007年8月，Vol.28，N0.4，pp51_54)和李冰等人的論文“氧化鋁在導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用”(《塑料助劑》2008年第3期，ppl4-16)，這些文獻以全文引用的方式包含在本說明書中。
[0115]術(shù)語“紅外輻射材料”指的是在工程上能夠吸收熱量而發(fā)射大量紅外線的材料，其具有較高的發(fā)射率。進一步地，在本發(fā)明的實施例中可采用石墨或常溫紅外陶瓷輻射材料作為覆蓋在散熱器表面的紅外輻射材料或構(gòu)成散熱器的紅外輻射材料。常溫紅外陶瓷輻射材料例如包括但不限于下列材料中的至少一種:氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈦、氧化硅、氧化鉻、氧化鐵、氧化錳、氧化鋯、氧化鋇、堇青石、莫來石、碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鑰、碳化鎢、碳化鋯、碳化鉭、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、氮化鋯、氮化鈦、硅化鈦、硅化鑰、硅化鎢、硼化鈦、硼化鋯和硼化鉻。有關(guān)常溫紅外陶瓷輻射材料的詳細描述可參見李紅濤和劉建學(xué)等人的論文“高效紅外輻射陶瓷的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用”(《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》2005年第2期(總第104期)，pp24-26)和王黔平等人的論文“高輻射紅外陶瓷材料的研究進展及應(yīng)用”(《陶瓷學(xué)報》2011年第3期)，這些文獻以全文引用的方式包含在本說明書中。
[0116]在本發(fā)明中，比較好的是將下列準則作為選用紅外輻射材料的其中一個考慮因素:在設(shè)定的發(fā)光二極管單元的P-N結(jié)溫度(例如50-80攝氏度范圍內(nèi)的一個溫度值)以下，紅外輻射材料仍然具有較高的發(fā)射率(例如大于或等于70% )。
[0117]“電氣連接”應(yīng)當理解為包括在兩個單元之間直接傳送電能量或電信號的情形，或者經(jīng)過一個或多個第三單元間接傳送電能量或電信號的情形。
[0118]“驅(qū)動電源”或“LED驅(qū)動電源”指的是連接在照明裝置外部的交流(AC)或直流(DC)電源與作為光源的發(fā)光二極管之間的“電子控制裝置”，用于為發(fā)光二極管提供所需的電流或電壓(例如恒定電流、恒定電壓或恒定功率等)。驅(qū)動電源中的一個或多個部件以晶片或封裝芯片的形式實現(xiàn)，以下將驅(qū)動電源中以晶片或封裝芯片的形式實現(xiàn)的部件稱為“驅(qū)動控制器”。在具體的實施方案中，驅(qū)動電源可以模塊化的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，例如其包含印刷電路板和一個或多個安裝在印刷電路板上并通過布線電氣連接在一起的元器件，這些元器件的例子包括但不限于LED驅(qū)動控制器芯片、整流芯片、電阻器、電容器和線圈等?？蛇x地，在驅(qū)動電源中還可以集成實現(xiàn)其它功能的電路，例如調(diào)光控制電路、傳感電路、功率因數(shù)校正電路、智能照明控制電路、通信電路和保護電路等。這些電路可以與驅(qū)動控制器集成在同一半導(dǎo)體晶片或封裝芯片內(nèi)，或者這些電路可以單獨地以半導(dǎo)體晶片或封裝芯片的形式提供，或者這些電路中的一些或全部可以組合在一起并以半導(dǎo)體晶片或封裝芯片的形式提供。
[0119]諸如“包含”和“包括”之類的用語表示除了具有在說明書和權(quán)利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發(fā)明的技術(shù)方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。
[0120]諸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之類的用語并不表示單元在時間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元之用。
[0121]以下借助附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0122]發(fā)光二極管燈芯
[0123]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的發(fā)光二極管燈芯的分解示意圖。圖2為圖1所示發(fā)光二極管燈芯的剖面示意圖。
[0124]按照本實施例的發(fā)光二極管(LED)燈芯10包括散熱器110、基板120、發(fā)光模塊130、驅(qū)動電源模塊140和光散射元件150。如圖1和2所示，基板120被設(shè)置在散熱器110的頂部，發(fā)光模塊130被設(shè)置在基板120的表面，驅(qū)動電源模塊140則設(shè)置在散熱器110的內(nèi)部并且與發(fā)光模塊130電氣連接。另外，為了獲得大角度的發(fā)光，在發(fā)光模塊130的上方還設(shè)置光散射元件150，其使發(fā)光模塊130發(fā)射的光線具有較大的發(fā)射角。[0125]在本實施例中，散熱器110包含殼體111和底座112，其全部由絕緣導(dǎo)熱材料(例如陶瓷或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料)構(gòu)成，但是散熱部件110僅僅一部分由絕緣導(dǎo)熱材料構(gòu)成也是可行的和有益的(例如當采用少量絕緣導(dǎo)熱材料就能夠滿足將熱量傳導(dǎo)給紅外輻射材料的需求并且需要降低材料成本時)。另外，散熱器110的整個外表面可以覆蓋紅外輻射材料(例如諸如碳化硅之類的常溫紅外陶瓷輻射材料)，但是可選地，也可以僅在散熱器110的一部分表面覆蓋紅外福射材料。
[0126]如果紅外輻射材料同時具有較好的絕緣導(dǎo)熱性能(例如碳化硅材料)，則散熱器110可以全部由紅外輻射材料構(gòu)成?；蛘呖蛇x地，散熱器110可以僅僅一部分(例如殼體111)由紅外輻射材料構(gòu)成。
[0127]除非特別指明，下面將要描述的內(nèi)容都同時適用于紅外輻射材料覆蓋在散熱器表面和紅外輻射材料構(gòu)成散熱器本體這兩種情形。
[0128]參見圖1，殼體111呈筒狀，其上部的外表面包含多條沿殼體縱向延伸的凸條以增加殼體的表面積，這有助于增強散熱器的散熱能力。參見圖2,底座112的內(nèi)壁在下部略微向內(nèi)收窄而形成臺階1121，殼體111的下部可以插入底座112并且與臺階1121相抵。另夕卜，殼體111的凸條與底座112的上端面相抵。在本實施例中，殼體111與底座112例如可以通過粘合或者螺紋連接的方式固定在一起。如圖1所示，底座112的外表面上形成有一圈裙邊1122,燈罩的開口端適于插入其中，從而將燈罩與散熱器固定在一起。
[0129]參見圖1和2，為了增強基板120與散熱器110之間的熱傳導(dǎo)，殼體111的頂部是封閉的以增加二者的接觸面積。但是例如為了減輕散熱器的重量和降低材料成本，殼體111的頂部也可以是敞開的，此時基板120可被粘合在殼體111頂部的外沿。
[0130]在本實施例中，可選地，散熱器110可以是一個一體成型的部件，并且也不局限于圖1和2所示的形狀，其例如可以是棱柱體或截去頂部的錐體等。
[0131]基板120被設(shè)置在散熱器110的頂部(在本實施例中為殼體111的頂部)，因而發(fā)光模塊130產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)基板120傳遞至散熱器110?；?20可以采用絕緣導(dǎo)熱材料(例如陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料等)或兼具絕緣導(dǎo)熱能力的紅外輻射材料(例如碳化硅)制成，也可以采用鋁基板之類的印刷電路板材料制成。優(yōu)選地，可以采用模具壓制法來制作陶瓷材料構(gòu)成的基板，這種方法制造的基板較厚(例如1.5-3mm)并且硬度高。在本實施例中，基板120可以借助導(dǎo)熱膠粘合到散熱器110上。
[0132]圖3為圖1和2所示的發(fā)光二極管燈芯所包含的發(fā)光模塊的示意圖。發(fā)光模塊130包括金屬載板131、多個發(fā)光二極管單兀132和框架133。參見圖3,金屬載板131包括第一圖案區(qū)域1311和第二圖案區(qū)域1312。第一圖案區(qū)域1311用作發(fā)光模塊的電極區(qū)域，其包含多個相互之間以及與第二圖案區(qū)域1312均不連通的分立小區(qū)以作為發(fā)光二極管單元132與外部的電氣接口。結(jié)合圖1和3可見，第一圖案區(qū)域1311從框架133延伸出來的區(qū)域與基板120的表面上的布線121A電氣連接，而布線121A則連接至位于散熱器110內(nèi)部的驅(qū)動電源模塊140。如圖3所示，發(fā)光二極管單元132采用管芯形式，它們例如通過固晶工藝被固定在第二圖案區(qū)域1312上，由于金屬良好的導(dǎo)熱性能，發(fā)光二極管單元132與第二圖案區(qū)域1312之間的熱阻接近于零，因此前者產(chǎn)生的熱量可以高效率地傳遞給發(fā)光模塊130下面的基板120。框架133由絕緣材料制成，其例如通過注壓工藝與金屬載板131固定在一起，并且將發(fā)光二極管單元132包圍其中。由于第一和第二圖案區(qū)域1311和1312都被固定在框架133上，因此它們的相對位置關(guān)系得以固定。參見圖3，發(fā)光二極管單元132通過引線134實現(xiàn)它們相互間的互連以及與第一圖案區(qū)域1311的連接。
[0133]在本實施例中，可以先在基板120的表面印刷電子漿料圖案(例如銀漿)，該圖案對應(yīng)于布線121A以及與第一和第二圖案區(qū)域1311、1312接觸的區(qū)域(以下又稱為接觸區(qū))。然后通過高溫?zé)Y(jié)，在基板表面形成布線121A以及接觸區(qū)。最后將金屬載板131的第一和第二圖案區(qū)域通過熱熔合的方式固定到基板120表面的接觸區(qū)。在本實施例中，金屬載板131采用銅、鋁等材料制成，優(yōu)選地，可以在第一和第二圖案區(qū)域與基板120接觸的表面上形成一層熔點較低的金屬層(例如錫)以有利于熱熔合。
[0134]值得指出的是，雖然本實施例的發(fā)光二極管單元132借助于金屬載板131實現(xiàn)了在基板表面的設(shè)置，但是也可以采用其它的設(shè)置方式。例如可以利用固晶工藝將發(fā)光二極管單元132直接設(shè)置在基板表面，或者將發(fā)光二極管單元132焊接到基板的布線上。此外，發(fā)光二極管單元132這里雖然以混聯(lián)方式連接在一起，但是也可以采用諸如串聯(lián)、并聯(lián)或交叉陣列之類的其它連接形式。再者，本實施例以采用多個發(fā)光二極管單元的燈芯為例，然而采用單個發(fā)光二極管單元作為發(fā)光元件也是可行的。
[0135]當發(fā)光二極管單元的發(fā)光波長與實際需要的照明光線顏色有偏差時，可以利用熒光材料的光致發(fā)光效應(yīng)實現(xiàn)波長的改變。具體而言，可以用混合熒光粉(例如釔鋁石榴石(YAG)熒光粉)的硅膠覆蓋或包圍住發(fā)光二極管單元132，或者在發(fā)光二極管單元132的表面涂覆熒光粉，然后再用硅膠覆蓋或包圍住發(fā)光二極管單元132。如圖3所示，由于框架133的設(shè)置，硅膠的流動受到限制而僅分布在發(fā)光二極管單元132的周圍。
[0136]參見圖1和2，驅(qū)動電源模塊140被設(shè)置在散熱器110內(nèi)部。根據(jù)外部供電的方式，驅(qū)動電源可采用各種拓撲架構(gòu)的電路，例如包括但不限于非隔離降壓型拓撲電路結(jié)構(gòu)、反激式拓撲電路結(jié)構(gòu)和半橋LLC拓撲電路結(jié)構(gòu)等。有關(guān)驅(qū)動電源電路的詳細描述可參見人民郵電出版社2011年5月第I版的《LED照明驅(qū)動電源與燈具設(shè)計》一書，該出版物以全文引用方式包含在本說明書中。
[0137]驅(qū)動電源模塊140可以多種驅(qū)動方式(例如恒壓供電、恒流供電和恒壓恒流供電等方式)向發(fā)光模塊130提供合適的電流或電壓，其可以由一個或多個獨立的部件組成。在本實施例中，驅(qū)動電源模塊140包含印刷電路板、一個或多個安裝在印刷電路板上并通過布線電氣連接在一起的元器件以及一對適于與燈頭的電極區(qū)電氣連接的引線141A和141B。引線141A和141B可以采用接線柱的形式，但是也可以采用可彎折的導(dǎo)線。此外，如圖2所示，驅(qū)動電源模塊的印刷電路板的定位可以借助散熱器110的底座112的內(nèi)壁上開設(shè)的槽口 1123實現(xiàn)。
[0138]可選地，可以將驅(qū)動電源模塊140設(shè)置在與設(shè)置發(fā)光模塊130的表面相對的基板表面。此時，基板120作為雙面印刷線路板，為發(fā)光模塊130和驅(qū)動電源模塊140提供承載平臺和電氣連接。
[0139]圖4為圖1和2所示發(fā)光二極管燈芯中所包含的驅(qū)動電源模塊的示意圖。如圖4所示，外部電源(例如各種直流電源或交流電源)經(jīng)接線柱141A和141B接入整流電路142 (在這里以集成電路封裝芯片的形式實現(xiàn))，而驅(qū)動電路143 (在這里以集成電路封裝芯片的形式實現(xiàn)，例如可以是美信(Maxim)集成產(chǎn)品公司制造的LED驅(qū)動器MAX16820、恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司制造的反激式驅(qū)動器SSL系列控制IC、Clare公司制造的HB LED驅(qū)動器MXHV9910、安森美公司制造的LED驅(qū)動器NCP1351、Active半導(dǎo)體公司制造的LED驅(qū)動器ACT355A等)經(jīng)基板表面上的布線121B與整流電路142電氣連接。驅(qū)動電路143還經(jīng)布線121B與電容器144A和144B以及實現(xiàn)其它功能的電路(這里以無線通信收發(fā)器芯片145為例)電氣連接。參見圖4，驅(qū)動電源模塊140的輸出端經(jīng)穿越通孔122A和122B與位于基板另一表面上的發(fā)光模塊130電氣連接。
[0140]參見圖1和2,光散射兀件150位于發(fā)光模塊130的上方以擴展發(fā)光二極管單兀132的發(fā)光角度，使發(fā)光二極管單元發(fā)出的光線比較均勻地散射到空間中去。在本實施例中，光散射元件150被設(shè)置在基板120的表面并且其下部開設(shè)有容納發(fā)光模塊130的凹腔151。當發(fā)光模塊130通過前面借助圖3所述的方式設(shè)置在基板120上時，凹腔151則將整個發(fā)光模塊130容納其中。凹腔結(jié)構(gòu)使得發(fā)光二極管單元或發(fā)光模塊130被封閉在一個空間中，這有利于提高散射性能。
[0141]光散射元件150可以采用玻璃、PMAA或PC等材料制成，根據(jù)應(yīng)用需要可設(shè)計為不同的形狀。在本實施例中，光散射元件150的表面被設(shè)計為凸形曲面或卵形，但是其也可以是其它形狀，例如包括但不限于喇叭形和多面體等。
[0142]如上所述，可以利用熒光粉來調(diào)整照明光線的顏色。在本實施例中，除了在包圍LED單元132的硅膠內(nèi)混合熒光粉或者在LED單元132的表面涂覆熒光粉的方式以外，也可以在凹腔151的內(nèi)表面上覆蓋熒光粉。與前兩種方式相比，覆蓋在凹腔內(nèi)表面的熒光粉由于與LED單元132未直接接觸，受熱溫度有所降低，因此可延緩熒光粉的老化。
[0143]圖5為按照本發(fā)明另一個實施例的發(fā)光二極管燈芯的分解不意圖。圖6為圖5所示發(fā)光二極管燈芯的剖面示意圖。
[0144]按照本實施例的發(fā)光二極管燈芯10包括散熱器110、光源模塊130、驅(qū)動電源模塊140和光散射元件150。與上述借助圖1-4所述的實施例相比，本實施例的主要不同之處在于基板的省略以及散熱器和光散射元件的形狀。對于其它方面，本實施例可采用借助前述實施例的各種特征，此處不再詳述。
[0145]如圖5和6所示，在本實施例中，散熱器110呈殼體狀，燈罩或者燈頭可以被粘合在散熱器110的外表面從而固定在一起。
[0146]散熱器110的頂部代替分立的基板，起著承載發(fā)光模塊130以及在發(fā)光模塊130與驅(qū)動電壓模塊140之間提供電氣連接的作用。具體而言，如圖5和6所示，發(fā)光模塊130被設(shè)置在散熱器110的頂部并且與設(shè)置在頂部表面的布線1111電氣連接。驅(qū)動電源模塊140設(shè)置在散熱器110的內(nèi)部并且經(jīng)布線1111與發(fā)光模塊130電氣連接。
[0147]值得指出的是，在本實施例中，驅(qū)動電源模塊140雖然以單獨的印刷電路板的形式設(shè)置在散熱器110的內(nèi)部，但是也可以利用散熱器110的頂部作為基板，以類似于圖4所不的方式將驅(qū)動電源模塊140設(shè)置在與發(fā)光模塊130相對的散熱器頂部的表面。
[0148]在發(fā)光模塊130的上方同樣也設(shè)置光散射兀件150,但是與圖1_4所不的實施例不同，光散射元件150呈喇叭形。
[0149]發(fā)光二極管照明裝置
[0150]圖7為按照本發(fā)明另一個實施例的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管(LED)照明裝置的分解示意圖。圖8為圖7所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0151]參見圖7和8，本實施例的LED照明裝置I包括LED燈芯10、燈罩20和燈頭30。以下對各個組成單元作進一步的描述。
[0152]在本實施例中，LED燈芯10具有借助圖1_4所述實施例的各種特征，因此以下不再詳述。
[0153]燈罩20可采用透明或半透明材料(例如玻璃或塑料)制成，為了使光線更柔和、更均勻地向空間發(fā)散，其內(nèi)表面或外表面可進行磨砂處理?？蛇x地，可以例如通過靜電噴涂或真空噴鍍工藝，在燈罩20的內(nèi)/外表面形成紅外輻射材料層(例如包括但不限于石墨或常溫紅外陶瓷材料等)，這種處理一方面增強了燈罩20的散熱能力，另外也抑制或消除了LED的眩光效應(yīng)。
[0154]燈頭30為發(fā)光二極管燈芯10提供了與外部電源(例如各種直流電源或交流電源)電氣連接的接口，其例如可采用E26/E27、E11、E14、E17和端子接線等接口形式。參見圖7和8，燈頭30的端部310由諸如金屬之類的導(dǎo)電材料制成，側(cè)壁320的至少一部分由金屬材料制成，因此可以將端部310和側(cè)壁320的金屬材料制成的區(qū)域作為電極連接區(qū)。端部310與側(cè)壁220的金屬部分可利用絕緣部分330 (例如由塑料之類的絕緣材料制成)隔開。普通的照明線路一般包含火線和零線兩根電線，在本實施例中，考慮到使用的安全性，端部310和側(cè)壁320作為電極連接區(qū)可以經(jīng)燈座(未畫出)的電極被分別連接至火線和零線。
[0155]在本實施例中，用于側(cè)壁220的金屬材料可以采用包含下列至少一種元素的銅基合金:鋅、鋁、鉛、錫、錳、鎳、鐵和硅。采用上述銅基合金可以提高耐腐蝕能力，從而使得燈頭的使用壽命與發(fā)光二極管光源的工作壽命匹配，此外上述銅基合金也可改善加工性能。
[0156]LED燈芯10的散熱器110包括殼體111和底座112。如圖7和8所示，底座112的外表面上形成有一圈裙邊1122，燈罩20的開口端可以插入裙邊1122內(nèi)并且例如借助粘合劑固定于裙邊內(nèi)部。另一方面，底座112的下部插入燈頭30的內(nèi)腔，其例如借助粘合劑固定于底座112的下部。
[0157]驅(qū)動電源模塊140的引線141A延伸進入燈頭30的內(nèi)腔并與端部310相接，而另外一條引線141B則在伸出底座120之后向上折返并抵靠住燈頭30的側(cè)壁320，由此實現(xiàn)與照明線路的火線和零線的電氣連接。
[0158]圖9為按照本發(fā)明另一個實施例的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管(LED)照明裝置的分解示意圖。圖10為圖9所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0159]按照本實施例的LED照明裝置I同樣包括LED燈芯10、燈罩20和燈頭30，其中LED燈芯10被設(shè)置在由燈罩20與燈頭30限定的內(nèi)腔中。
[0160]在本實施例中，LED燈芯10具有借助圖5和6所述實施例的各種特征，燈罩20和燈頭30具有借助圖7和8所述實施例的各種特征，以下僅對LED燈芯10、燈罩20和燈頭30之間的結(jié)合方式作進一步的描述。
[0161]如圖9和10所示，在本實施例中，散熱器110的外表面上不再形成裙邊結(jié)構(gòu)，其下端插入燈頭30內(nèi)并且例如通過粘合或螺紋連接的方式與燈頭30固定在一起；另一方面，燈罩20的開口端被插入散熱器110與燈頭30之間的空隙內(nèi)并且例如通過熱熔合或粘合的方式與燈頭30固定在一起。對于熱熔合方式，可以采用制造普通白熾燈的裝頭機實現(xiàn)。
[0162]在借助圖7和8所述的實施例中，燈罩20與燈頭30被固定于散熱器110的底座112上，從而形成容納LED燈芯或散熱器的空腔。而在借助圖9和10所述的實施例中，燈罩20與燈頭30象普通白熾燈那樣直接固定在一起，從而形成一個將LED燈芯或散熱器全部包含在其中的封閉空腔。值得指出的是，在本說明書中，將散熱器設(shè)置在由燈罩與燈頭限定的空腔內(nèi)的表述應(yīng)該廣義地理解為包含上述各種情形。
[0163]雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本發(fā)明的一些方面，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該意識到:可以在不背離本發(fā)明原理和精神的條件下對上述方面進行改變，因此本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，包括: 散熱器； 設(shè)置在所述散熱器頂部的基板； 發(fā)光模塊，其包含: 圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述基板上并且包含電極區(qū)域； 至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接；驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述電極區(qū)域電氣連接；以及光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
2.如權(quán)利要求1所述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述發(fā)光模塊進一步包括絕緣材料制成的框架，其固定在所述金屬載板上并且包圍所述發(fā)光二極管管芯。
3.如權(quán)利要求2所述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述金屬載板包含第一圖案區(qū)域和第二圖案區(qū)域，所述第一圖案區(qū)域用作所述電極區(qū)域，所述第二圖案區(qū)域用于承載所述發(fā)光二極管管芯。
4.如權(quán)利要求1所述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述光散射元件的底部包含凹腔以容納所述發(fā)光模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述凹腔的內(nèi)表面覆蓋熒光粉。
6.如權(quán)利要求2所 述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述框架內(nèi)包含將所述發(fā)光二極管管芯包裹住的透明硅膠，所述透明硅膠內(nèi)混合有熒光粉。
7.如權(quán)利要求1所述的具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，其中，所述驅(qū)動電源模塊被設(shè)置在與所述發(fā)光模塊相對的基板表面。
8.一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈芯，包括: 散熱器； 發(fā)光模塊，其包含: 圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述散熱器的頂部并且包含電極區(qū)域； 至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接；驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述電極區(qū)域電氣連接；以及光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
9.一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈,包括: 燈罩； 燈頭，其與所述燈頭結(jié)合在一起以形成空腔；以及 發(fā)光二極管燈芯，其包含: 設(shè)置在所述空腔內(nèi)的散熱器； 設(shè)置在所述散熱器頂部的基板； 發(fā)光模塊，其包含: 圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述基板上并且包含電極區(qū)域； 至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接；驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述燈頭的電極區(qū)和所述電極區(qū)域電氣連接；以及 光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
10.一種具有大發(fā)光角度的發(fā)光二極管燈,包括: 燈罩； 燈頭，其與所述燈頭結(jié)合在一起以形成空腔；以及發(fā)光二極管燈芯，其包含: 設(shè)置在所述空腔內(nèi)的散熱器； 發(fā)光模塊， 其包含: 圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述散熱器頂部并且包含電極區(qū)域； 至少一個發(fā)光二極管管芯，其設(shè)置在所述金屬載板上并且與所述電極區(qū)域電氣連接；驅(qū)動電源模塊，其位于所述散熱器內(nèi)部并且與所述燈頭的電極區(qū)和所述電極區(qū)域電氣連接；以及 光散射元件，其設(shè)置在所述發(fā)光二極管管芯的上方以擴展所述發(fā)光二極管管芯的發(fā)光角度。
【文檔編號】F21V19/00GK103470968SQ201210188693
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】李文雄, 趙依軍 申請人:李文雄, 趙依軍