用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置。在按照本發(fā)明一個實施例的發(fā)光二極管照明裝置中，發(fā)光二極管單元和驅(qū)動電源模塊被設(shè)置在絕緣導(dǎo)熱基板的兩個表面，因此節(jié)省了空間，使得結(jié)構(gòu)非常緊湊。另外，散熱器被設(shè)置在外殼內(nèi)部，當(dāng)散熱器為導(dǎo)電材料時能夠避免意外觸電事故。
【專利說明】用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置。
【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(dāng)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]諸如射燈(又稱為多面反射燈杯(MR))和帕燈(又稱為碗碟狀鋁反射(PAR)燈)之類的產(chǎn)生定向光束的照明裝置目前被廣泛用于商場、KTV、櫥窗商品展示以及家庭裝修，因此在這類照明裝置中采用LED作為光源具有很好的商業(yè)前景。但是受到技術(shù)發(fā)展的限制，LED在工作過程中仍然有相當(dāng)一部分電能被轉(zhuǎn)換為熱能。當(dāng)熱能滯留在燈具內(nèi)部時，將不可避免導(dǎo)致LED溫度升高，從而造成光源性能劣化和失效。在MR燈和PAR燈中，由于熱能密度較高，所以如何高效地將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]目前業(yè)界已經(jīng)提出了多種將LED作為光源的MR燈和PAR燈。例如TomislavJ.Stimac等人的美國專利N0.6，787，999揭示了一種基于LED的組合燈，其作為參考文獻，以全文引用的方式包含在本說明書中。該項美國專利所揭示的基于LED的組合燈包括光學(xué)模塊和電子模塊，其中，光學(xué)模塊包括多個設(shè)置在印刷電路板上的LED和散熱器(heatsink),設(shè)置有LED的印刷電路板被粘合在散熱器的表面；電子模塊適于向LED供電,其一端與散熱器連接，另一端設(shè)置電氣接插件以接收外部電能。在上述基于LED的組合燈中，可選地，光學(xué)模塊還包括變焦透鏡系統(tǒng)(slidable zoom lens system),該透鏡系統(tǒng)包括透鏡組件和使透鏡組件與LED模組對準(zhǔn)的定位框，此外，變焦透鏡系統(tǒng)與散熱器通過夾片固定在一起。
[0005]需要指出的是，現(xiàn)有的產(chǎn)生定向光束的LED照明裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要在設(shè)計上進行優(yōu)化以在性能與成本之間提供較佳的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]一種用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，包括:
[0009]外殼；
[0010]散熱器，其設(shè)置于所述外殼的內(nèi)腔；[0011]絕緣導(dǎo)熱基板，其設(shè)置于所述散熱器上并且包含第一和第二表面；
[0012]至少一個設(shè)置在所述第一表面上的發(fā)光二極管單元；
[0013]設(shè)置在所述第二表面上的驅(qū)動電源模塊；以及
[0014]光學(xué)單元，其包含覆蓋住所述外殼的開口的蓋板和至少一個形成于所述蓋板的下表面上的透鏡元件，所述下表面面對所述發(fā)光二極管單元。
[0015]在上述技術(shù)方案中，發(fā)光二極管單元和驅(qū)動電源模塊被設(shè)置在絕緣導(dǎo)熱基板的兩個表面，因此節(jié)省了空間，使得結(jié)構(gòu)非常緊湊。另外，散熱器被設(shè)置在外殼內(nèi)部，當(dāng)散熱器為導(dǎo)電材料時能夠避免意外觸電事故。
[0016]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述外殼由玻璃構(gòu)成并且呈碗形。由于玻璃對紅外輻射具有較高的透射率，因此散熱器的熱量除了以熱傳導(dǎo)方式傳遞至外殼以外，還可通過熱輻射的形式直接散發(fā)到環(huán)境中去。
[0017]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述散熱器的外形與所述外殼的內(nèi)腔形狀匹配。形狀匹配使得散熱器與外殼的接觸面積較大，這有利于它們之間的熱傳導(dǎo)。
[0018]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述散熱器的內(nèi)表面上形成有臺階，所述絕緣導(dǎo)熱基板被固定在所述臺階上。
[0019]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述散熱器由金屬、石墨或常溫紅外陶瓷輻射材料構(gòu)成。當(dāng)采用石墨作為散熱器材料時，可以明顯減輕照明裝置的重量。
[0020]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述散熱器由金屬構(gòu)成，并且外表面覆蓋石墨或常溫紅外陶瓷輻射材料。
[0021]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述絕緣導(dǎo)熱基板由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料構(gòu)成。陶瓷材料低廉的價格有助于降低成本，此外，當(dāng)采用陶瓷材料作為基板時，布線可以通過銀漿燒結(jié)工藝來制作，這可以避免銅刻蝕工藝造成的環(huán)境污染。
[0022]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述絕緣導(dǎo)熱基板的第一和第二表面上形成有將所述發(fā)光二極管單元與所述驅(qū)動電源模塊電氣連接的布線層。
[0023]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述布線層通過印制電路工藝形成。
[0024]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述布線層使得多個所述發(fā)光二極管單元以串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)或交叉陣列的形式相連。
[0025]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述發(fā)光二極管單元為發(fā)光二極管單體，其與所述布線層通過焊接方式電氣連接。
[0026]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述發(fā)光二極管單元為發(fā)光二極管管芯，其被固定在所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面并且與所述布線層通過綁定工藝或板上倒裝芯片工藝實現(xiàn)電氣連接。由于將管芯直接安裝在基板表面，因此省去了管芯封裝的環(huán)節(jié)，進一步降低了制造成本。此外，發(fā)光二極管單元以未封裝的管芯形式集成到絕緣導(dǎo)熱基板上，并且絕緣導(dǎo)熱基板直接與散熱器連接在一起，明顯減少了熱傳導(dǎo)界面，因而提高了照明裝置的導(dǎo)熱效率。
[0027]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，進一步包含圖案化的金屬載板，其設(shè)置在所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面并且包含電極區(qū)，所述發(fā)光二極管單元為發(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)電氣連接。
[0028]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，進一步包括框架，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。
[0029]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，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)并且位于所述金屬載板的周邊，所述第二圖案區(qū)域位于所述金屬載板的中央并且與所述第一圖案區(qū)域不連通。
[0030]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述發(fā)光二極管單元被混合熒光粉的透明硅膠包圍。
[0031]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述發(fā)光二極管單元表面涂覆熒光粉并且被透明硅膠包圍。
[0032]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述驅(qū)動電源模塊包含接線柱，其一端焊接在所述絕緣導(dǎo)熱基板上，另一端從所述外殼的底部延伸出來。由于接線柱從絕緣導(dǎo)熱基板一直延伸到外殼的底部之外，因此在裝配照明裝置時其可以起到定位的作用。
[0033]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述驅(qū)動電源模塊包含引腳和接線柱，所述引腳固定在所述外殼的底部并且從底部延伸出來，所述接線柱的一端焊接在所述絕緣導(dǎo)熱基板上，另一端與引腳焊接在一起。
[0034]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述蓋板與所述透鏡元件是一體成型的。
[0035]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述透鏡元件呈漏斗形，其底部開設(shè)凹腔以容納所述發(fā)光二極管單元。由于發(fā)光二極管單元被設(shè)置在透鏡元件的凹腔內(nèi)，因此有利于節(jié)省外殼的內(nèi)部空間。此外，凹腔更有利于聚集發(fā)光二極管單元發(fā)出的光線。
[0036]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述透鏡元件的凹腔表面涂覆有熒光粉。由于熒光粉與發(fā)光二極管單元在空間上是分離的，因此有助于抑制溫度對熒光粉性能的不利影響。
[0037]在按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置中，所述透鏡元件的外表面上形成有金屬層。當(dāng)透鏡單元的外表面上形成金屬層時，發(fā)光二極管單元發(fā)射的光線在穿過透鏡單元之后又被反射回去，因此減少了光的損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]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:
[0039]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置的分解示意圖。[0040]圖2為圖1所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0041]圖3A和3B為圖1和2所示發(fā)光二極管照明裝置中所包含的發(fā)光二極管燈芯的示意圖，其中圖3A示出的是在基板的第一表面上設(shè)置管芯形式的發(fā)光二極管單元的情形，而圖3B示出的是在基板的第一表面上設(shè)置單體形式的發(fā)光二極管單元的情形。
[0042]圖4示出了圖3A所示發(fā)光二極管燈芯中所包含的發(fā)光模塊的示意圖。
[0043]圖5為圖1和2所示發(fā)光二極管照明裝置中所包含的發(fā)光二極管燈芯的示意圖，其示出了設(shè)置驅(qū)動模塊電源的絕緣導(dǎo)熱基板的第二表面。
[0044]圖6為按照本發(fā)明另一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。
[0045]圖7為圖6所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0046]圖8為按照本發(fā)明另一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。
[0047]圖9為圖8所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0048]附圖標(biāo)號列表:
[0049]I用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置
[0050]10 外殼
[0051]110 臺階
[0052]120AU20B 電源引腳
[0053]20散熱器
[0054]210 臺階
[0055]30發(fā)光二極管燈芯
[0056]310 基板
[0057]31IA 第一表面
[0058]31IB 第二表面
[0059]312 框架
[0060]313A>313B 布線層
[0061]314A、314B 通孔
[0062]320、320A、320B、320C 發(fā)光二極管單元
[0063]330驅(qū)動電源模塊
[0064]331A.331B 接線柱
[0065]332整流電路
[0066]333驅(qū)動電路
[0067]334A、334B 電容器
[0068]335無線通信收發(fā)器芯片
[0069]340發(fā)光模塊
[0070]341金屬載板
[0071]3411第一圖案區(qū)域
[0072]3412第二圖案區(qū)域
[0073]342 引線[0074]40光學(xué)單元
[0075]410 蓋板
[0076]420、420A、420B、420C 透鏡單元
[0077]421、42IA 凹腔
[0078]422金屬層
【具體實施方式】
[0079]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。
[0080]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。
[0081]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))。
[0082]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。
[0083]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)。
[0084]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。
[0085]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。
[0086]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。
[0087]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。
[0088]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。
[0089]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% )。
[0090]“電氣連接”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。
[0091]“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)。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。
[0092]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。
[0093]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。
[0094]諸如“物體A設(shè)置在物體B的表面”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。
[0095]以下借助附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0096]圖1為按照本發(fā)明一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管(LED)照明裝置的分解示意圖。圖2為圖1所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0097]本實施例的LED照明裝置I包括外殼10、散熱器20、LED燈芯30和光學(xué)單元40。以下對各個組成單元作進一步的描述。
[0098]如圖1和2所示，在本實施例中，外殼10與普通的MR燈一樣也基本上呈碗形，其內(nèi)腔中設(shè)置散熱器20和LED燈芯30。在外殼10的底部有一對針狀引腳，該對引腳作為連接器或電源引腳，適于與外部電源(例如12V/24V直流電源或者110V/220V交流電源)電氣連接以使外部電源向LED燈芯30供電。
[0099]在本實施例中，外殼10采用玻璃材料制成。由于玻璃對于紅外輻射有較高的透射率，因此散熱器20的熱量可在以熱傳導(dǎo)方式傳遞至外殼10的同時，還以熱輻射的形式透過外殼10散發(fā)到環(huán)境中去。除了玻璃以外，其它具有合適的紅外輻射透射率的材料也是可用的。[0100]在本實施例中，與外部電源的接口雖然采用的是插入式結(jié)構(gòu)，但是其它的接口也適用于本發(fā)明，例如包括但不限于E26/E27、E11、E14、E17和端子接線等接口形式。為適配E26/E27、E11、E14、E17接口，可在外殼10底部的外表面上設(shè)置相應(yīng)的燈頭。還需要指出的是，外殼10的形狀也不限于本實施例的碗形，其它的形狀也是可用的，例如筒形和棱柱形
坐寸ο
[0101]如圖1和2所示，散熱器20呈殼體狀并且設(shè)置在外殼10的內(nèi)腔中(例如粘合在一起)。優(yōu)選地，散熱器20的外形與外殼10的內(nèi)腔匹配，這可以增加二者之間的接觸面積，有利于它們之間的結(jié)合和熱傳導(dǎo)。此外，為了加強熱傳導(dǎo)效果，粘合劑可選用導(dǎo)熱膠。
[0102]參見圖1和2，散熱器20在其內(nèi)表面上形成有臺階210以為LED燈芯30的基板310提供支承面?？梢越柚澈蟿?例如導(dǎo)熱膠)將基板311粘合在臺階210上。需要指出的是，還可以采用其它的方式將LED燈芯30固定到散熱器20上。例如，可在基板310的側(cè)部涂覆導(dǎo)熱膠，然后將其粘合到散熱器20的內(nèi)表面；或者，在散熱器20的內(nèi)表面開設(shè)凹槽，通過將基板310卡入凹槽內(nèi)而使LED燈芯30與散熱器20固定在一起。
[0103]如前所述，在本實施例中，LED燈芯30產(chǎn)生的熱量有一部分以熱輻射的方式，經(jīng)散熱器20直接散發(fā)到環(huán)境中去。為此，散熱器20可采用具有較好熱輻射性能的材料，例如包括但不限于金屬、石墨或常溫遠紅外陶瓷輻射材料。這里的金屬應(yīng)該理解為純金屬或者它們的合金。為了同時利用金屬和非金屬材料的優(yōu)點，可以考慮采用金屬作為散熱器20的主體材料并且在散熱器20的外表面覆蓋一層石墨或常溫遠紅外陶瓷輻射材料。
[0104]在本實施例中，LED燈芯30包括基板310、多個LED單元320 (在圖1中以黑色點標(biāo)識)和驅(qū)動電源模塊330，其中LED單元320和驅(qū)動電源模塊330分別設(shè)置在基板310的互相面對的第一和第二表面311A和311B。此外，借助形成在第一和第二表面上的布線層(例如通過在陶瓷材料上燒結(jié)銀漿圖案而形成)，發(fā)光二極管單元320和驅(qū)動電源330被電氣連接在一起。
[0105]基板310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。如圖1和2所示，基板310被固定在散熱器20的臺階210上，因而LED單元320和驅(qū)動電源模塊330產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)基板310傳遞至散熱器20。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，這種方法制造的蓋板較厚(例如1.5-3_)并且硬度高?？蛇x地，基板310的表面也可以覆蓋紅外輻射材料或者采用兼具優(yōu)良的絕緣導(dǎo)熱性能和紅外輻射性能的材料制作，來自LED單元320和驅(qū)動電源模塊330的熱量由此可以同時以熱傳導(dǎo)和熱輻射的方式散發(fā)。需要指出的是，除了上述陶瓷、紅外輻射材料以及導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料以夕卜，基板310也可以采用目前常用的鋁基板制作。
[0106]圖3A和3B為圖1和2所示發(fā)光二極管照明裝置中所包含的發(fā)光二極管燈芯的示意圖，其中圖3A示出的是在基板的第一表面上設(shè)置管芯形式的發(fā)光二極管單元的情形，而圖3B示出的是在基板的第一表面上設(shè)置單體形式的發(fā)光二極管單元的情形。
[0107]多個管芯形式的LED單元320可以先與金屬載板和框架組裝為發(fā)光模塊340，然后如圖3A所示，再將發(fā)光模組340固定在基板310的第一表面31IA上并且與布線313A連接。而布線313A則經(jīng)通孔314A和314B連接至位于基板310的第二表面311B上的驅(qū)動電源模塊330。
[0108]圖4示出了圖3A所示發(fā)光二極管燈芯中所包含的發(fā)光模塊的示意圖。如圖4所示，金屬載板341包括互不連通的第一圖案區(qū)域3411和第二圖案區(qū)域3412，其中，第一圖案區(qū)域3411用作發(fā)光模塊的電極區(qū)，其伸出框架312的區(qū)域可與基板311的第一表面311A上的布線313A電氣連接；另一方面，管芯形式的發(fā)光二極管單元320可以通過固晶工藝固定在第二圖案區(qū)域3412上。此外，發(fā)光二極管單元320還通過引線342實現(xiàn)它們相互間的互連以及與第一圖案區(qū)域3411的連接。
[0109]在本實施例中，框架312可以通過注壓工藝固定在第一圖案區(qū)域3411和第二圖案區(qū)域3412的表面從而將發(fā)光二極管單元320包圍其中。此外，可以借助印制在基板311的第一表面313A上的電子衆(zhòng)料,將金屬載板341固定在基板311上,從而實現(xiàn)發(fā)光二極管單元320在基板311上的設(shè)置。
[0110]值得指出的是，雖然在本實施例中，發(fā)光二極管單元320這里以混聯(lián)方式連接在一起，但是也可以串聯(lián)、并聯(lián)或交叉陣列的形式連接在一起。再者，雖然這里的LED燈芯采用多個LED單元，但是采用單個LED單元作為光源也是可行的。
[0111]可選地，本實施例的LED單元320也可以采用封裝芯片或單體的形式。圖3B示出了在基板表面設(shè)置單體形式的LED單元的示意圖。
[0112]參見圖3B，采用封裝芯片形式的LED單元320被焊接至形成于基板311的第一表面311A上的布線313A。在圖3B中，布線314A分為多段以將多個LED單體320依次串聯(lián)連接在一起。此外，在基板311上開設(shè)有通孔314A和314B，布線314A經(jīng)通孔313電氣連接至設(shè)置于基板311的另一表面上的驅(qū)動電源模塊330。
[0113]當(dāng)LED單元320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)LED單元320發(fā)光波長的改變。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320，或者在LED單元320的表面涂覆熒光粉，然后再用娃膠覆蓋或包圍住LED單元320。為了使娃膠僅分布在LED單元320周圍，如圖2所示，可以設(shè)置包圍LED單元320的框架312以阻止硅膠的自由流動。
[0114]圖5為圖1和2所示發(fā)光二極管照明裝置中所包含的發(fā)光二極管燈芯的示意圖，其示出了設(shè)置驅(qū)動模塊電源的絕緣導(dǎo)熱基板的第二表面。
[0115]參見圖5，在基板311的第二表面311B上設(shè)置有驅(qū)動電源模塊330。根據(jù)外部供電的方式，驅(qū)動電源可采用各種拓?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。
[0116]驅(qū)動電源模塊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)向發(fā)光二極管單元320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”。
[0117]可選地，在驅(qū)動電源模塊330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。[0118]圖5所示的驅(qū)動電源模塊330示例性地包含一對接線柱331A和331B、整流電路332 (在這里以集成電路封裝芯片的形式實現(xiàn))、驅(qū)動電路333 (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)、電容器334A和334B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335為例)。
[0119]結(jié)合圖1、2和5可見，接線柱331A和331B的一端從外殼10的底部延伸出去作為與外部電源(例如12V/24V直流電源或者110V/220V交流電源)電氣連接的引腳，另一端連接至基板311的第二表面311B上的布線313B，由此使得外部電源與整流電路332電氣連接，而驅(qū)動電路333經(jīng)表面311B上的布線312B與整流電路332電氣連接。驅(qū)動電路333還經(jīng)布線313B與電容器334A和334B以及無線通信收發(fā)器芯片335電氣連接。參見圖4，驅(qū)動電源模塊330的輸出端經(jīng)通過314A和314B與位于基板第一表面311A上的發(fā)光二極管單元320電氣連接。
[0120]在本實施例中，對于封裝芯片形式的驅(qū)動控制器和實現(xiàn)其它功能的電路，例如可以利用焊接工藝將其直接連接到表面311B的布線313B上，而對于晶片形式的驅(qū)動控制器和實現(xiàn)其它功能的電路，例如可以利用綁定工藝或在板上倒裝芯片(FCOB)工藝將其直接連接到表面311B的布線313B上。此外，可選地，也可以采用將整流電路332之類的電源變換元器件與驅(qū)動電路333集成在一個封裝芯片內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
[0121]在本實施例中，光學(xué)單元40包含蓋板410和透鏡元件420。再次參見圖1和2，在外殼10的開口處的內(nèi)表面上形成有臺階110以為蓋板410提供支承面。蓋板410可以借助粘合劑(例如導(dǎo)熱膠)粘合在臺階110上?？蛇x地，當(dāng)蓋板410與外殼10皆由玻璃材料構(gòu)成時，可以采用熱融合的方式將二者固定在一起。
[0122]在蓋板410的下表面(即面對LED燈芯的一面)上形成有透鏡單元420，其將LED單元320發(fā)出的光線變換為具有所需尺寸的光束。透鏡元件420的形狀根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計，例如在本實施例中其呈漏斗形。優(yōu)選地，蓋板410與透鏡元件420為一體成型的部件。
[0123]如圖2所不,透鏡兀件420位于基板310的第一表面311A的上方或者與第一表面311A接觸，在其底部開設(shè)有凹腔421以容納設(shè)置在第一表面311A上的多個LED單元或整個發(fā)光模塊。凹腔結(jié)構(gòu)使得LED單元320或發(fā)光模塊340可以被封閉在一個空間中，這有利于提高出光效率。具體而言，在圖2所示的LED照明裝置中，LED單元320發(fā)出的光線在透鏡元件420的匯聚作用下，大部分透過蓋板410向外發(fā)射出去，但是還有一部分光線將從透鏡元件420的側(cè)面透過而無法發(fā)射到照明裝置的外部。為了提高出光效率，可在透鏡元件420的外表面上覆蓋一層金屬層422，因此透過透鏡元件420側(cè)面的光線又被反射回凹腔421。
[0124]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320的硅膠內(nèi)混合熒光粉或者在LED單元320的表面涂覆熒光粉的方式以外，也可以在凹腔421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320未直接接觸，因此受熱溫度有所降低，從而可延緩熒光粉的老化。
[0125]圖6為按照本發(fā)明另一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。圖7為圖6所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0126]按照本實施例的LED裝置I同樣包括外殼10、散熱器20、LED燈芯30和光學(xué)單元40，其中散熱器20和LED燈芯30被設(shè)置在外殼10的內(nèi)腔中。發(fā)光二極管燈芯30包括基板310和設(shè)置在基板兩個表面上的LED單元320和驅(qū)動電源模塊330。與上述借助圖1_5所述的實施例相比，本實施例的主要不同之處在于電源引腳的形式。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。
[0127]如圖6和7所示，本實施例的外殼10包含一對從底部延伸出來的針狀引腳120A和120B，其位于外殼10內(nèi)部的端部分別與驅(qū)動電源模塊330的一對接線柱331A和331B電氣連接(例如通過熔錫焊接或激光焊接的方式固定在一起)，從而使得外部電源能夠經(jīng)引腳和接線柱向驅(qū)動電源模塊330供電。
[0128]圖8為按照本發(fā)明另一個實施例的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。圖9為圖8所示發(fā)光二極管照明裝置的剖面示意圖。
[0129]按照本實施例的LED裝置I包括外殼10、散熱器20、LED燈芯30和光學(xué)單元40，其中，散熱器20和LED燈芯30設(shè)置在外殼10的內(nèi)腔中。與上述借助圖1_5所述的實施例相比，本實施例的主要不同之處在于光學(xué)單元的結(jié)構(gòu)以及電源引腳的形式。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。
[0130]如圖8和9所示，在外殼10的底部有一對針狀引腳120A、120B作為與外部電源的連接器或電源引腳。本實施例的驅(qū)動電源模塊330包含一對接線柱33IA和331B，對于每根接線柱，其一端連接至基板311的第二表面312B上的布線層，另一端則與引腳120A或120B位于外殼10內(nèi)部的端部電氣連接。
[0131]LED燈芯30包括基板310、多個管芯或單體形式的LED單元320A、320B、320C(這里示例性地示出三個LED單元)和驅(qū)動電源模塊330，其中LED單元320和驅(qū)動電源模塊330分別設(shè)置在基板310的互相面對的第一和第二表面31IA和311B。
[0132]光學(xué)單兀40包含蓋板410和形成在蓋板410下表面(即面對LED燈芯的一面)上的三個透鏡元件420A、420B和420C。參見圖7和8，蓋板410被(例如通過粘合或熱熔合的方式)固定在外殼10的開口處的臺階110上。優(yōu)選地，蓋板410與透鏡元件420A-420C是一體成型的。
[0133]與前述實施例針對多個LED單元僅配置一個透鏡元件的布置不同，本實施例為LED單元320A、320B、320C的每一個都配置單獨一個透鏡元件。圖9示出了其中LED單元320A和透鏡單元420A的組合，對于其它幾對LED單元和透鏡單元的組合，下面描述的內(nèi)容也是適用的。
[0134]如圖9所示，透鏡單元420A位于基板310的第一表面31IA的上方或者與第一表面31IA接觸，在其底部開設(shè)有凹腔421A以容納對應(yīng)的LED單元320A，其將該LED單元320A發(fā)出的光線變換為具有所需尺寸的光束并且透過蓋板410向外發(fā)射出去。同樣，為了提高出光效率，透鏡元件420A的外表面上也覆蓋一層金屬層422，使得透過透鏡元件側(cè)面的光線又被反射回凹腔421A。另外，在本實施例中，通過在凹腔的內(nèi)表面上覆蓋熒光粉來獲得所需顏色的照明光線。
[0135]在本實施例中，LED單元320A、320B、320C可以采用上面借助圖4所述的方式設(shè)置在基板310上。具體而言，對于每個LED單元，可以將其安裝到各自的發(fā)光模塊內(nèi)，然后在將這些發(fā)光模塊設(shè)置在基板310的表面。在這種情況下，可以為每一個發(fā)光模塊配置單獨的一個透鏡元件。
[0136]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】
1.一種用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，包括: 夕卜殼; 散熱器，其設(shè)置于所述外殼的內(nèi)腔； 絕緣導(dǎo)熱基板，其設(shè)置于所述散熱器上并且包含第一和第二表面； 至少一個設(shè)置在所述第一表面上的發(fā)光二極管單元； 設(shè)置在所述第二表面上的驅(qū)動電源模塊；以及 光學(xué)單元，其包含覆蓋住所述外殼的開口的蓋板和至少一個形成于所述蓋板的下表面上的透鏡元件，所述下表面面對所述發(fā)光二極管單元。
2.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述外殼由玻璃構(gòu)成并且呈碗形。
3.如權(quán)利要求2所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述散熱器的外形與所述外殼的內(nèi)腔形狀匹配。
4.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述散熱器由金屬、石墨或常溫遠紅外陶瓷輻射材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述散熱器由金屬構(gòu)成，并且外表面覆蓋石墨或常溫遠紅外陶瓷輻射材料。
6.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述發(fā)光二極管單元被混合熒光粉的透明硅膠包圍。
7.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述發(fā)光二極管單元表面涂覆熒光粉并且被透明硅膠包圍。
8.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述透鏡元件呈漏斗形，其底部開設(shè)凹腔以容納所述發(fā)光二極管單元。
9.如權(quán)利要求8所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述透鏡元件的凹腔表面涂覆有熒光粉。
10.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生定向光束的發(fā)光二極管照明裝置，其中，所述透鏡元件的外表面上形成有金屬層。
【文檔編號】F21V9/08GK103470969SQ201210188713
【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】趙依軍, 李文雄 申請人:趙依軍, 李文雄