Led燈芯和包含其的led球泡燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及將散熱器和光源模塊集成在一起的LED燈芯以及包含該LED燈芯的LED球泡燈。按照本發(fā)明的LED球泡燈包括：燈罩；燈頭，其與所述燈頭接合在一起以形成空腔；LED燈芯，包括：散熱殼體，其由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料制成并且固定于所述燈罩與燈頭的接合部分，所述散熱殼體的頂部或靠近頂部的區(qū)域以及遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域開設(shè)通孔；以及一個或多個發(fā)光模塊，每個包括基板和形成于所述基板上的LED單元，所述基板被設(shè)置在所述散熱殼體的頂部和/或靠近頂部的區(qū)域，從而在散熱殼體的頂部與遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域之間形成熱梯度；LED驅(qū)動電源，其位于所述散熱殼體內(nèi)部或燈頭內(nèi)部并且與所述光源模塊電氣連接。
【專利說明】LED燈芯和包含其的LED球泡燈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及將散熱器和光源模塊集成在一起的LED燈芯以及包含該LED燈芯的LED球泡燈。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)作為一種新型的光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，正在被廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域的各個方面。LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，其基本結(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(例如熒光硅膠或環(huán)氧樹脂)。上述半導(dǎo)體晶片包含有P-N結(jié)構(gòu)，當(dāng)電流通過時，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子與空穴復(fù)合，然后以光子的形式發(fā)出能量，而光的波長則由形成P-N結(jié)構(gòu)的材料決定。
[0003]LED在工作過程中，僅有一部分電能被轉(zhuǎn)換為光能，其余部分都轉(zhuǎn)換成為熱能，從而導(dǎo)致LED的溫度升高，這是其性能劣化和失效的主要原因。在大功率LED照明裝置中，如何高效、及時地將LED產(chǎn)生的熱量散發(fā)到照明裝置外部的問題顯得尤為突出。
[0004]美國德克薩斯州的Nuventix公司最近研發(fā)了一種稱為％njet?的射流器，該裝置內(nèi)部包括一個隔膜，當(dāng)該隔膜振動時，氣流產(chǎn)生于裝置內(nèi)部并且通過噴嘴向散熱器快速噴射。噴射的氣流帶動周圍的空氣一起到達(dá)散熱器附近，從而以很高的熱交換效率將散熱器的熱量帶走。有關(guān)Synjet?射流器的進(jìn)一步描述例如可參見JohnStanleyBooth等人于
2008年10月16日提交的題為“帶多個LED和合成噴射熱管理系統(tǒng)的燈具”的美國專利申請N0.12/288144,該專利申請作為參考文獻(xiàn)，以全文引用的方式包含在本申請中。
[0005]但是需要指出的是，上述主動散熱方式需要提供額外的能量驅(qū)動散熱裝置工作，而且導(dǎo)致高昂的制造成本和復(fù)雜的燈具結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目的是提供一種LED燈芯，其具有結(jié)構(gòu)簡單、散熱能力強的優(yōu)點。
[0007]按照本發(fā)明一個實施例的LED燈芯包括:
[0008]散熱殼體，其由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料制成并且在頂部或靠近頂部的區(qū)域以及遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域開設(shè)通孔；以及
[0009]一個或多個發(fā)光模塊，每個包括基板和形成于所述基板上的LED單元，所述基板被設(shè)置在所述散熱殼體的頂部和/或靠近頂部的區(qū)域，從而在散熱殼體的頂部與遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域之間形成熱梯度。
[0010]在上述實施例中，諸如空氣或惰性氣體之類的流動介質(zhì)可以通過開設(shè)在散熱殼體上的通孔形成循環(huán)流動的路徑，有助于將散熱殼體頂部的熱量轉(zhuǎn)移到其它區(qū)域，從而提高散熱效率。
[0011]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述陶瓷材料為常溫紅外陶瓷輻射材料。
[0012]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述散熱殼體的外表面上涂覆常溫紅外陶瓷輻射材料或石墨。
[0013]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述常溫紅外陶瓷輻射材料選自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、氮化娃、氮化錯、氮化鈦、娃化鈦、娃化鑰、娃化鶴、硼化鈦、硼化錯和硼化鉻。
[0014]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述通孔圍繞所述散熱殼體的中心軸均勻地開設(shè)在遠(yuǎn)離所述頂部的側(cè)壁上。
[0015]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述基板為陶瓷基板、鋁基板或柔性電路板。
[0016]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述LED單元為LED管芯，其通過綁定工藝或板上倒裝芯片工藝形成于所述基板上。
[0017]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述LED單元為LED單體，其通過焊接方式形成于所述基板上。
[0018]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，所述發(fā)光模塊進(jìn)一步包含反射膜，其覆蓋在所述基板上并且使所述LED單元露出。
[0019]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，進(jìn)一步包括LED驅(qū)動電源，其位于所述散熱殼體內(nèi)部并且與所述發(fā)光模塊電氣連接。
[0020]優(yōu)選地，在上述LED燈芯中，進(jìn)一步包括填充在所述散熱殼體內(nèi)腔的紅外輻射纖維材料。
[0021]本發(fā)明的還有一個目的是提供一種LED球泡燈，其具有結(jié)構(gòu)簡單、散熱能力強的優(yōu)點。
[0022]按照本發(fā)明一個實施例的LED球泡燈包括:
[0023]燈罩；
[0024]燈頭，其與所述燈頭接合在一起以形成空腔；
[0025]LED燈芯，包括:
[0026]散熱殼體，其由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料制成并且固定于所述燈罩與燈頭的接合部分，所述散熱殼體的頂部或靠近頂部的區(qū)域以及遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域開設(shè)通孔；以及
[0027]一個或多個發(fā)光模塊，每個包括基板和形成于所述基板上的LED單元，所述基板被設(shè)置在所述散熱殼體的頂部和/或靠近頂部的區(qū)域，從而在散熱殼體的頂部與遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域之間形成熱梯度；
[0028]LED驅(qū)動電源，其位于所述散熱殼體內(nèi)部或燈頭內(nèi)部并且與所述光源模塊電氣連接。
[0029]優(yōu)選地，在上述LED球泡燈中，所述燈罩表面涂覆常溫紅外陶瓷輻射材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]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(biāo)號表示，附圖包括:
[0031]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的LED球泡燈的分解示意圖。
[0032]圖2為圖1所示LED球泡燈的剖面示意圖。
[0033]圖3為按照本發(fā)明另一個實施例的LED球泡燈的分解示意圖。
[0034]圖4為圖3所示LED球泡燈中的發(fā)光體的示意圖。
[0035]圖5為按照本發(fā)明另一個實施例的LED球泡燈的剖面示意圖。
[0036]附圖標(biāo)號列表:
[0037]ILED球泡燈燈
[0038]10 燈罩
[0039]20 燈頭
[0040]210 端部
[0041]220 側(cè)壁
[0042]230絕緣部分
[0043]310散熱殼體
[0044]311 隔板
[0045]312、313 通孔
[0046]314、314A、314B 貫通孔
[0047]320光源模塊
[0048]321 基板
[0049]3211 布線層
[0050]3212 過孔
[0051]322LED 單元
[0052]322A 發(fā)光體
[0053]323 框架
[0054]324金屬載板
[0055]3241第一圖案區(qū)域
[0056]3242第二圖案區(qū)域
[0057]325 引線
[0058]330LED驅(qū)動電源
[0059]331印刷電路板
[0060]332A、332B 輸入引線
[0061]333A、333B 輸出引線

【具體實施方式】
[0062]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。
[0063]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。
[0064]術(shù)語“LED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(jī)半導(dǎo)體LED和有機(jī)LED (OLED和聚合物L(fēng)ED (PLED))。
[0065]P-N結(jié)無機(jī)半導(dǎo)體LED可以具有不同的結(jié)構(gòu)形式，例如包括但不限于LED管芯和LED單體。其中，“ LED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“LED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。
[0066]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
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[0067]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。
[0068]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。
[0069]術(shù)語“熱對流”指的是熱量借助介質(zhì)的流動，由空間的一處傳遞至另一處的現(xiàn)象。
[0070]術(shù)語“陶瓷材料”泛指需高溫處理或致密化的非金屬無機(jī)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。
[0071]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(jī)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(xiàn)以全文引用的方式包含在本說明書中。
[0072]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。紅外輻射材料的例子例如包括但不限于石墨和常溫紅外陶瓷輻射材料。進(jìn)一步地，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)紅外陶瓷輻射材料的詳細(xì)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(jìn)展及應(yīng)用”(《陶瓷學(xué)報》2011年第3期)，這些文獻(xiàn)以全文引用的方式包含在本說明書中。
[0073]在本發(fā)明中，比較好的是將下列準(zhǔn)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LED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%)。
[0074]“電氣連接”和“耦合”應(yīng)當(dāng)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。
[0075]“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LED之間的“電子控制裝置”，用于為LED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布置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、二極管、三極管和線圈等?？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(hù)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。
[0076]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。
[0077]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。
[0078]諸如“物體A設(shè)置在物體B上”之類的用語應(yīng)該廣義地理解為將物體A直接放置在物體B的表面，或者將物體A放置在與物體B有接觸的其它物體的表面。
[0079]以下借助附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0080]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的LED球泡燈的分解示意圖。圖2為圖1所示LED球泡燈的剖面示意圖。
[0081 ] 按照本實施例的LED球泡燈I主要包括燈罩10、燈頭20和集成光源模塊和LED驅(qū)動電源的LED燈芯30。參見圖1和2，燈罩10可與燈頭20接合在一起，從而形成容納LED燈芯30的空腔。當(dāng)燈罩10由玻璃材料制成時，可以采用普通白熾燈的生產(chǎn)工藝，將其下部固定于燈頭20的內(nèi)表面。
[0082]燈罩10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(jìn)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10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10的散熱能力，另外也抑制或消除了 LED的眩光效應(yīng)。
[0083]燈頭20為LED燈芯30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，其例如可采用與普通白熾燈和節(jié)能燈類似的螺紋狀旋接口或旋轉(zhuǎn)卡口等形式。參見圖1和2，燈頭20的端部210由諸如金屬之類的導(dǎo)電材料制成，側(cè)壁220的至少一部分由金屬材料制成，因此可以將端部210和側(cè)壁220的金屬材料制成的區(qū)域作為第一電極連接區(qū)和第二電極連接區(qū)。絕緣部分230 (例如由塑料之類的絕緣材料制成)位于端部210與側(cè)壁220之間以將這兩個電極連接區(qū)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210和側(cè)壁220作為第一和第二電極連接區(qū)可以經(jīng)燈座(未畫出)的電極被分別連接至火線和零線。
[0084]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LED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。為了擴(kuò)大散熱面積，比較好的是使側(cè)壁220全部由金屬材料構(gòu)成。此外，如圖1和2所示，側(cè)壁220的外表面開設(shè)有螺紋。
[0085]在本實施例中，LED燈芯30包括散熱殼體310、光源模塊320和LED驅(qū)動電源330。
[0086]參見圖1和2，散熱殼體310的上端收窄并且呈柱狀，其表面設(shè)置有下面將要作進(jìn)一步描述的光源模塊320。如圖2所示，散熱殼體310的內(nèi)部空間由隔板311 —分為二，其中的下半部分適于容納LED驅(qū)動電源330。散熱殼體310的下端可借助粘合劑(例如膠泥或環(huán)氧樹脂)固定于燈頭20的底部。參見圖2，散熱殼體310的下端在靠近燈頭20的開口處形成可容納燈罩10開口端的空隙，可以通過將燈罩10、燈頭20和散熱殼體310裝配成如圖2所示的狀態(tài)并借助膠泥之類的粘合劑將三者固定在一起。此外，如圖1和2所示，散熱殼體310的外表面包含多條凸條以增加散熱面積。LED驅(qū)動電源330的輸出引線333A和333B在散熱殼體310內(nèi)向上延伸至散熱殼體的頂部并且與光源模塊320電氣連接。
[0087]散熱殼體310可全部由絕緣導(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(dāng)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，散熱殼體310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)?？蛇x地，也可以僅在散熱殼體310的一部分表面覆蓋紅外輻射材料。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)，則散熱殼體310可以全部由紅外輻射材料構(gòu)成?；蛘呖蛇x地，散熱殼體310可以僅僅一部分由紅外輻射材料構(gòu)成。
[0088]可選地，散熱殼體310的內(nèi)腔可以填充紅外輻射纖維材料以進(jìn)一步提高散熱能力。
[0089]如圖1和2所示，在散熱殼體310靠近頂部的側(cè)壁(也即柱狀上端的側(cè)面)開設(shè)有通孔312，與此同時，在與頂部相距較遠(yuǎn)的散熱殼體側(cè)壁上開設(shè)有通孔313。優(yōu)選地，多個通孔312和313均圍繞散熱殼體310的中心軸均勻地開設(shè)在側(cè)壁上。在LED球泡燈I工作時，安裝在散熱殼體310上部的光源模塊320所產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致在頂部與開設(shè)通孔313的側(cè)壁之間形成熱梯度。在實際使用時，LED球泡燈I 一般是倒置的(也即燈頭20在上而燈罩10在下)，使得通孔313的位置高于通孔312的位置，因此從通孔312進(jìn)入散熱殼體310內(nèi)部的流動介質(zhì)(例如空氣或惰性氣體)在頂部附近被加熱后將上升至通孔313周圍，隨后經(jīng)通孔313流出散熱殼體310并且進(jìn)而經(jīng)通孔312流入散熱殼體310，從而形成介質(zhì)循環(huán)流動的路徑。在該循環(huán)流動過程中，光源模塊320產(chǎn)生的熱量被帶離散熱殼體310的頂部，這提高了散熱殼體的散熱能力。
[0090]需要指出的是，通孔312也可以開設(shè)在散熱殼體的頂部，或者同時開設(shè)在頂部和靠近頂部的側(cè)壁上，同樣也可形成介質(zhì)循環(huán)流動的路徑。
[0091]光源模塊320包括基板321和LED單元322。在本實施例中，為了實現(xiàn)大角度發(fā)光，如圖1和2所示，光源模塊320包括多塊基板321，它們被設(shè)置在散熱殼體310上端的外表面，例如上端的頂表面和側(cè)表面。LED單元322產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)基板321傳遞至散熱殼體310。基板321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，還可以采用柔性電路板。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1.5-3_)并且硬度高。在本實施例中，基板321可以借助導(dǎo)熱膠粘合到散熱殼體310的外表面。
[0092]在本實施例中，LED單元322采用管芯形式，它們通過粘附方式設(shè)置在基板321的表面上以在LED單兀322與基板321之間形成較好的熱傳導(dǎo)。另一方面，位于基板表面上的布線層包含多個焊盤和走線，LED單元322通過引線(例如金絲、銀絲或合金絲)直接連接至焊盤以形成串聯(lián)的LED組。在本實施例中，可以利用綁定工藝實現(xiàn)LED管芯經(jīng)引線到布線的連接。此外，不同基板之間的LED組可以借助布線或引線，以串聯(lián)或并聯(lián)的形式連接在一起。
[0093]如果需要調(diào)整LED單元322的發(fā)光波長，可以用混合熒光粉的環(huán)氧樹脂或硅膠將LED單元322粘附在基板321的表面上，或者在LED單元322的表面涂覆熒光層，再將其借助環(huán)氧樹脂或硅膠粘合到基板321的表面上。
[0094]值得指出的是，雖然在圖1和2所示的實施例中利用綁定工藝將管芯形式的LED單元322直接連接到布線層上，但是也可以利用在板上倒裝芯片(FCOB)工藝將LED管芯與布線層電氣連接。此外，LED單元322也可以采用LED單體的形式，此時可以通過焊接方式將LED單元電氣連接到基板表面的布線層。
[0095]可選地,光源模塊320還可以包含一層高反射膜(未畫出)，其覆蓋在基板321表面并且使LED單元322露出，使得LED單元322射向基板321的光線被反射出去。
[0096]如圖2所示，LED驅(qū)動電源330被設(shè)置在散熱殼體310內(nèi)腔的下半部分。在本實施例中，LED驅(qū)動電源330包含印刷電路板331、一個或多個布置在印刷電路板上并通過其上的布線電氣連接在一起的元器件、一對設(shè)置在印刷電路板331下表面的輸入引線332A和332B以及一對設(shè)置在印刷電路板331上表面的輸出引線333A和333B?？梢越柚z泥、硅膠或環(huán)氧樹脂之類的粘合劑將LED驅(qū)動電源330的印刷電路板331固定于散熱殼體310內(nèi)腔的下半部分。輸入引線332A和332B分別與燈頭的第一電極區(qū)(例如燈頭的由導(dǎo)電材料構(gòu)成的端部)和第二電極區(qū)(例如燈頭側(cè)面由導(dǎo)電材料構(gòu)成的部分)電氣連接。如圖1所示，輸入引線332B在向下延伸一段后向上折返。因此當(dāng)將燈罩10、燈頭20和散熱殼體310裝配在一起時，輸入引線322B可伸出散熱殼體310后嵌入散熱殼體外表面的凸條之間的間隙內(nèi)并且抵靠住燈頭20的內(nèi)側(cè)表面以實現(xiàn)與第二電極區(qū)的電氣連接。由于剖取角度的關(guān)系，輸入引線322B未在圖2所示剖面圖中示出。如圖2所示，輸出引線333A和333B穿過散熱殼體310頂部的貫通孔314與基板321上的布線層電氣連接。
[0097]LED驅(qū)動電源330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)向光源模塊320提供合適的電流或電壓。根據(jù)外部供電的方式，LED驅(qū)動電源330可采用各種拓?fù)浼軜?gòu)的電路，例如包括但不限于非隔離降壓型拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)、反激式拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)和半橋LLC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)等。有關(guān)驅(qū)動電源電路的詳細(xì)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。
[0098]圖3為按照本發(fā)明另一個實施例的LED球泡燈的分解示意圖。
[0099]與上述借助圖1和2所示的實施例相比，本實施例的主要不同之處在于光源模塊320的結(jié)構(gòu)。為避免贅述，以下重點描述與圖1和2所示實施例不同的方面。
[0100]按照本實施例的LED球泡燈I同樣包括燈罩10、燈頭20和LED燈芯30。燈罩10和燈頭20可采用上面描述的各種特征，它們固定在一起從而形成可容納LED燈芯30的空腔。在本實施例中，LED燈芯30也包括散熱殼體310、光源模塊320和LED驅(qū)動電源330。
[0101]參見圖3，散熱殼體310的下端可借助粘合劑(例如膠泥或環(huán)氧樹脂)固定于燈頭20的底部，其在靠近燈頭20的開口處形成可容納燈罩10開口端的空隙，因此如上述實施例那樣，可借助膠泥之類的粘合劑將燈罩10、燈頭20和散熱殼體310固定在一起。
[0102]如圖3所示，在散熱殼體310的頂部和與頂部相距較遠(yuǎn)的散熱殼體側(cè)壁上分別開設(shè)有通孔312和313。優(yōu)選地，多個通孔313圍繞散熱殼體310的中心軸均勻地開設(shè)在側(cè)壁上。
[0103]在本實施例中，光源模塊320被設(shè)置在散熱殼體310的頂部，LED驅(qū)動電源330則設(shè)置在散熱殼體310內(nèi)腔的下部。
[0104]光源模塊320包括基板321和將借助圖4作詳細(xì)描述的發(fā)光體322A。基板321例如借助導(dǎo)熱膠粘合在散熱殼體310的頂部。參見圖3，在基板321上形成有布線層3211，發(fā)光體322A與該布線層3211電氣連接。另一方面，LED驅(qū)動電源330的輸出引線333A和333B可穿過散熱殼體310頂部的貫通孔314A、314B與基板321上的布線層3211電氣連接，從而向發(fā)光體323供電。此外，在基板321上與通孔312相應(yīng)的位置上開設(shè)過孔3212以使介質(zhì)能夠流入散熱殼體310。
[0105]圖4為圖3所示LED球泡燈中的發(fā)光體的示意圖。
[0106]參見圖4，發(fā)光體322A包括LED單元322、框架323和金屬載板324。金屬載板324包括第一圖案區(qū)域3241和第二圖案區(qū)域3242。第一圖案區(qū)域3241用作電極區(qū)域，其包含多個相互之間以及與第二圖案區(qū)域3242均不連通的分立小區(qū)以作為LED單元322與基板321上的布線層3221的電氣連接區(qū)。結(jié)合圖3和4可見，第一圖案區(qū)域3241從框架324延伸出來的區(qū)域與基板321表面上的布線層3211電氣連接，從而經(jīng)布線3211層連接至位于散熱殼體310內(nèi)部的LED驅(qū)動電源330。如圖4所示，LED單元322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3242上，由于金屬良好的導(dǎo)熱性能，LED單元322與第二圖案區(qū)域324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基板321?？蚣?23由絕緣材料制成，其例如通過注壓工藝與金屬載板324固定在一起，并且將LED單元322包圍其中。由于第一和第二圖案區(qū)域3241和3242都被固定在框架323上，因此它們的相對位置關(guān)系得以固定。參見圖4，LED單元322通過引線325實現(xiàn)它們相互間的互連以及與第一圖案區(qū)域3241的連接。
[0107]在本實施例中，可以先在基板321的表面印刷電子漿料圖案(例如銀漿)，該圖案對應(yīng)于布線層3211以及與第一和第二圖案區(qū)域3241、3242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層3211以及接觸區(qū)。最后將金屬載板324的第一和第二圖案區(qū)域通過熱熔合的方式固定到基板321表面的接觸區(qū)。在本實施例中，金屬載板324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321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。
[0108]值得指出的是，雖然LED單元322這里以混聯(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。
[0109]還需要指出的是，在本實施例中，光源模塊320中的基板可以省略。此時，可以考慮在散熱殼體310的頂部形成與LED驅(qū)動電源330電氣連接的布線層，并且例如利用上述熱熔合工藝將金屬載板324直接固定于散熱殼體310的頂部。
[0110]當(dāng)LED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LED單元322，或者在LED單元322的表面涂覆熒光粉，然后再用硅膠覆蓋或包圍住LED單元322。由于框架323的設(shè)置，硅膠的流動受到限制而僅分布在LED單元322的周圍。
[0111]需要指出的是，雖然在上述實施例中，LED驅(qū)動電源作為LED燈芯的組成單元被設(shè)置在散熱殼體內(nèi)部，但是這種布置并非是必需的。在下面將要描述的實施例中，LED驅(qū)動電源可作為獨立于LED燈芯的部件被設(shè)置在燈頭內(nèi)。
[0112]圖5為按照本發(fā)明另一個實施例的LED球泡燈的剖面示意圖。
[0113]與上述借助圖1和2所示的實施例相比，本實施例的主要不同之處在于LED驅(qū)動電源330的設(shè)置方式。為避免贅述，以下重點描述與圖1和2所示實施例不同的方面。
[0114]按照本實施例的LED球泡燈I包括燈罩10、燈頭20和位于由燈罩10和燈頭20所限定的空腔內(nèi)的LED燈芯30。但是與前述實施例不同，這里的LED燈芯30不包括LED驅(qū)動電源330。
[0115]如圖5所示，散熱殼體310的下端可借助粘合劑(例如膠泥或環(huán)氧樹脂)固定于燈頭20內(nèi)側(cè)面，LED驅(qū)動電源330被設(shè)置在燈頭20內(nèi)并且位于散熱殼體310的下方。在本實施例中，LED驅(qū)動電源330包含印刷電路板331、設(shè)置在印刷電路板331上的元器件、一對設(shè)置在印刷電路板331下表面的輸入引線332A和332B以及一對設(shè)置在印刷電路板331上表面的輸出引線333A和333B。
[0116]如圖5所示，印刷電路板331的側(cè)面固定于燈頭20的內(nèi)側(cè)面。通過在印刷電路板331側(cè)面或燈頭內(nèi)側(cè)面涂覆膠泥、硅膠或環(huán)氧樹脂之類的粘合劑并且使其固化，可實現(xiàn)印刷電路板331的固定。需要指出的是，除了上述布置以外，印刷電路板也可以采用其它方式固定于燈頭的內(nèi)部。例如可以借助粘合劑或螺釘將基板固定在燈頭的底部。
[0117]參見圖5，在本實施例中，輸入引線332A和332B采用導(dǎo)線的形式，其中輸入引線332A向下延伸與燈頭20的第一電極區(qū)(例如燈頭的由導(dǎo)電材料構(gòu)成的端部)電氣連接，而輸入引線332B自印刷電路板331向下延伸一段后向上折返并抵靠住燈頭內(nèi)側(cè)面以與燈頭的第二電極區(qū)(例如燈頭側(cè)面由導(dǎo)電材料構(gòu)成的部分)實現(xiàn)電氣連接。另一方面，輸出引線333A和333B穿過散熱殼體310頂部的貫通孔314與基板321上的布線層電氣連接。
[0118]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(jìn)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LED燈芯，包括: 散熱殼體，其由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料制成并且在頂部或靠近頂部的區(qū)域以及遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域開設(shè)通孔；以及 一個或多個發(fā)光模塊，每個包括基板和形成于所述基板上的LED單元，所述基板被設(shè)置在所述散熱殼體的頂部和/或靠近頂部的區(qū)域，從而在散熱殼體的頂部與遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域之間形成熱梯度。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，所述陶瓷材料為常溫紅外陶瓷輻射材料。
3.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，所述散熱殼體的外表面上涂覆常溫紅外陶瓷輻射材料或石墨。
4.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，所述通孔圍繞所述散熱殼體的中心軸均勻地開設(shè)在遠(yuǎn)離所述頂部的側(cè)壁上。
5.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，所述基板為陶瓷基板、鋁基板或柔性電路板。
6.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，所述發(fā)光模塊進(jìn)一步包含反射膜，其覆蓋在所述基板上并且使所述LED單元露出。
7.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，進(jìn)一步包括LED驅(qū)動電源，其位于所述散熱殼體內(nèi)部并且與所述發(fā)光模塊電氣連接。
8.如權(quán)利要求1所述的LED燈芯，其中，進(jìn)一步包括填充在所述散熱殼體內(nèi)腔的紅外輻射纖維材料。
9.一種LED球泡燈，包括: 燈罩； 燈頭，其與所述燈頭接合在一起以形成空腔； LED燈芯，包括: 散熱殼體，其由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料制成并且固定于所述燈罩與燈頭的接合部分，所述散熱殼體的頂部或靠近頂部的區(qū)域以及遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域開設(shè)通孔；以及 一個或多個發(fā)光模塊，每個包括基板和形成于所述基板上的LED單元，所述基板被設(shè)置在所述散熱殼體的頂部和/或靠近頂部的區(qū)域，從而在散熱殼體的頂部與遠(yuǎn)離所述頂部的區(qū)域之間形成熱梯度； LED驅(qū)動電源，其位于所述散熱殼體內(nèi)部或燈頭內(nèi)部并且與所述光源模塊電氣連接。
10.如權(quán)利要求9所述的LED球泡燈，其中，所述燈罩表面涂覆常溫紅外陶瓷輻射材料。
【文檔編號】F21V29/00GK104180202SQ201310194335
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】趙依軍 申請人:趙依軍