Led灯芯和包含其的led球泡灯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及半导体照明技术，特别涉及将散热器和光源模块集成在一起的LED灯芯以及包含该LED灯芯的LED球泡灯。按照本发明的LED球泡灯包括：灯罩；灯头，其与所述灯头接合在一起以形成空腔；LED灯芯，包括：散热壳体，其由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料制成并且固定于所述灯罩与灯头的接合部分，所述散热壳体的顶部或靠近顶部的区域以及远离所述顶部的区域开设通孔；以及一个或多个发光模块，每个包括基板和形成于所述基板上的LED单元，所述基板被设置在所述散热壳体的顶部和/或靠近顶部的区域，从而在散热壳体的顶部与远离所述顶部的区域之间形成热梯度；LED驱动电源，其位于所述散热壳体内部或灯头内部并且与所述光源模块电气连接。
【专利说明】LED灯芯和包含其的LED球泡灯
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体照明技术，特别涉及将散热器和光源模块集成在一起的LED灯芯以及包含该LED灯芯的LED球泡灯。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)作为一种新型的光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，正在被广泛应用于照明领域的各个方面。LED是一种能够将电能转换为可见光的固态半导体器件，其基本结构一般包括带引线的支架、设置在支架上的半导体晶片以及将该晶片四周密封起来的封装材料(例如荧光硅胶或环氧树脂)。上述半导体晶片包含有P-N结构，当电流通过时，电子被推向P区，在P区里电子与空穴复合，然后以光子的形式发出能量，而光的波长则由形成P-N结构的材料决定。
[0003]LED在工作过程中，仅有一部分电能被转换为光能，其余部分都转换成为热能，从而导致LED的温度升高，这是其性能劣化和失效的主要原因。在大功率LED照明装置中，如何高效、及时地将LED产生的热量散发到照明装置外部的问题显得尤为突出。
[0004]美国德克萨斯州的Nuventix公司最近研发了一种称为％njet?的射流器，该装置内部包括一个隔膜，当该隔膜振动时，气流产生于装置内部并且通过喷嘴向散热器快速喷射。喷射的气流带动周围的空气一起到达散热器附近，从而以很高的热交换效率将散热器的热量带走。有关Synjet?射流器的进一步描述例如可参见JohnStanleyBooth等人于
2008年10月16日提交的题为“带多个LED和合成喷射热管理系统的灯具”的美国专利申请N0.12/288144,该专利申请作为参考文献，以全文引用的方式包含在本申请中。
[0005]但是需要指出的是，上述主动散热方式需要提供额外的能量驱动散热装置工作，而且导致高昂的制造成本和复杂的灯具结构。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供一种LED灯芯，其具有结构简单、散热能力强的优点。
[0007]按照本发明一个实施例的LED灯芯包括:
[0008]散热壳体，其由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料制成并且在顶部或靠近顶部的区域以及远离所述顶部的区域开设通孔；以及
[0009]一个或多个发光模块，每个包括基板和形成于所述基板上的LED单元，所述基板被设置在所述散热壳体的顶部和/或靠近顶部的区域，从而在散热壳体的顶部与远离所述顶部的区域之间形成热梯度。
[0010]在上述实施例中，诸如空气或惰性气体之类的流动介质可以通过开设在散热壳体上的通孔形成循环流动的路径，有助于将散热壳体顶部的热量转移到其它区域，从而提高散热效率。
[0011]优选地，在上述LED灯芯中，所述陶瓷材料为常温红外陶瓷辐射材料。
[0012]优选地，在上述LED灯芯中，所述散热壳体的外表面上涂覆常温红外陶瓷辐射材料或石墨。
[0013]优选地，在上述LED灯芯中，所述常温红外陶瓷辐射材料选自下列材料中的至少一种:氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化钛、氧化硅、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化钡、堇青石、莫来石、碳化硼、碳化硅、碳化钛、碳化钥、碳化钨、碳化锆、碳化钽、氮化硼、氮化铝、氮化娃、氮化错、氮化钛、娃化钛、娃化钥、娃化鹤、硼化钛、硼化错和硼化铬。
[0014]优选地，在上述LED灯芯中，所述通孔围绕所述散热壳体的中心轴均匀地开设在远离所述顶部的侧壁上。
[0015]优选地，在上述LED灯芯中，所述基板为陶瓷基板、铝基板或柔性电路板。
[0016]优选地，在上述LED灯芯中，所述LED单元为LED管芯，其通过绑定工艺或板上倒装芯片工艺形成于所述基板上。
[0017]优选地，在上述LED灯芯中，所述LED单元为LED单体，其通过焊接方式形成于所述基板上。
[0018]优选地，在上述LED灯芯中，所述发光模块进一步包含反射膜，其覆盖在所述基板上并且使所述LED单元露出。
[0019]优选地，在上述LED灯芯中，进一步包括LED驱动电源，其位于所述散热壳体内部并且与所述发光模块电气连接。
[0020]优选地，在上述LED灯芯中，进一步包括填充在所述散热壳体内腔的红外辐射纤维材料。
[0021]本发明的还有一个目的是提供一种LED球泡灯，其具有结构简单、散热能力强的优点。
[0022]按照本发明一个实施例的LED球泡灯包括:
[0023]灯罩；
[0024]灯头，其与所述灯头接合在一起以形成空腔；
[0025]LED灯芯，包括:
[0026]散热壳体，其由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料制成并且固定于所述灯罩与灯头的接合部分，所述散热壳体的顶部或靠近顶部的区域以及远离所述顶部的区域开设通孔；以及
[0027]一个或多个发光模块，每个包括基板和形成于所述基板上的LED单元，所述基板被设置在所述散热壳体的顶部和/或靠近顶部的区域，从而在散热壳体的顶部与远离所述顶部的区域之间形成热梯度；
[0028]LED驱动电源，其位于所述散热壳体内部或灯头内部并且与所述光源模块电气连接。
[0029]优选地，在上述LED球泡灯中，所述灯罩表面涂覆常温红外陶瓷辐射材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括:
[0031]图1为按照本发明一个实施例的LED球泡灯的分解示意图。
[0032]图2为图1所示LED球泡灯的剖面示意图。
[0033]图3为按照本发明另一个实施例的LED球泡灯的分解示意图。
[0034]图4为图3所示LED球泡灯中的发光体的示意图。
[0035]图5为按照本发明另一个实施例的LED球泡灯的剖面示意图。
[0036]附图标号列表:
[0037]ILED球泡灯灯
[0038]10 灯罩
[0039]20 灯头
[0040]210 端部
[0041]220 侧壁
[0042]230绝缘部分
[0043]310散热壳体
[0044]311 隔板
[0045]312、313 通孔
[0046]314、314A、314B 贯通孔
[0047]320光源模块
[0048]321 基板
[0049]3211 布线层
[0050]3212 过孔
[0051]322LED 单元
[0052]322A 发光体
[0053]323 框架
[0054]324金属载板
[0055]3241第一图案区域
[0056]3242第二图案区域
[0057]325 引线
[0058]330LED驱动电源
[0059]331印刷电路板
[0060]332A、332B 输入引线
[0061]333A、333B 输出引线
【具体实施方式】
[0062]下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。
[0063]在本说明书中，除非特别说明，术语“半导体晶圆”指的是在半导体材料(例如硅、砷化镓等)上形成的多个独立的单个电路，“半导体晶片”或“晶片(die)”指的是这种单个电路，而“封装芯片”指的是半导体晶片经过封装后的物理结构，在典型的这种物理结构中，半导体晶片例如被安装在支架上并且用密封材料封装。
[0064]术语“LED单元”指的是包含电致发光材料的单元，这种单元的例子包括但不限于P-N结无机半导体LED和有机LED (OLED和聚合物LED (PLED))。
[0065]P-N结无机半导体LED可以具有不同的结构形式，例如包括但不限于LED管芯和LED单体。其中，“ LED管芯”指的是包含有P-N结构的、具有电致发光能力的半导体晶片，而“LED单体”指的是将管芯封装后形成的物理结构，在典型的这种物理结构中，管芯例如被安装在支架上并且用密封材料封装。
[0066]术语“布线”、“布线图案”和“布线层”指的是在绝缘表面上布置的用于元器件间电气连接的导电图案，包括但不限于走线(trace)和孔(如焊盘、元件孔、紧固孔和金属化孔
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[0067]术语“热辐射”指的是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
[0068]术语“热传导”指的是热量在固体中从温度较高的部分传送到温度较低的部分的传递方式。
[0069]术语“热对流”指的是热量借助介质的流动，由空间的一处传递至另一处的现象。
[0070]术语“陶瓷材料”泛指需高温处理或致密化的非金属无机材料，包括但不限于硅酸盐、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等。
[0071]术语“导热绝缘高分子复合材料”指的是这样的高分子材料，通过填充高导热性的金属或无机填料在其内部形成导热网链，从而具备高的导热系数。导热绝缘高分子复合材料例如包括但不限于添加氧化铝的聚丙烯材料、添加氧化铝、碳化硅和氧化铋的聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物等。有关导热绝缘高分子复合材料的具体描述可参见李丽等人的论文“聚碳酸酯及聚碳酸酯合金导热绝缘高分子材料的研究”(《材料热处理学报》2007年8月，Vol.28，N0.4，pp51_54)和李冰等人的论文“氧化铝在导热绝缘高分子复合材料中的应用”(《塑料助剂》2008年第3期，ppl4-16)，这些文献以全文引用的方式包含在本说明书中。
[0072]术语“红外辐射材料”指的是在工程上能够吸收热量而发射大量红外线的材料，其具有较高的发射率。红外辐射材料的例子例如包括但不限于石墨和常温红外陶瓷辐射材料。进一步地，常温红外陶瓷辐射材料例如包括但不限于下列材料中的至少一种:氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化钛、氧化硅、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化钡、堇青石、莫来石、碳化硼、碳化硅、碳化钛、碳化钥、碳化钨、碳化锆、碳化钽、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化锆、氮化钛、硅化钛、硅化钥、硅化钨、硼化钛、硼化锆和硼化铬。有关红外陶瓷辐射材料的详细描述可参见李红涛和刘建学等人的论文“高效红外辐射陶瓷的研究现状及应用”(《现代技术陶瓷》2005年第2期(总第104期)，pp24-26)和王黔平等人的论文“高辐射红外陶瓷材料的研究进展及应用”(《陶瓷学报》2011年第3期)，这些文献以全文引用的方式包含在本说明书中。
[0073]在本发明中，比较好的是将下列准则作为选用红外辐射材料的其中一个考虑因素:在设定的LED单元的P-N结温度(例如50-80摄氏度范围内的一个温度值)以下，红外辐射材料仍然具有较高的发射率(例如大于或等于70%)。
[0074]“电气连接”和“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。
[0075]“驱动电源”或“LED驱动电源”指的是连接在照明装置外部的交流(AC)或直流(DC)电源与作为光源的LED之间的“电子控制装置”，用于为LED提供所需的电流或电压(例如恒定电流、恒定电压或恒定功率等)。驱动电源中的一个或多个部件以晶片或封装芯片的形式实现，以下将驱动电源中以晶片或封装芯片的形式实现的部件称为“驱动控制器”。在具体的实施方案中，驱动电源可以模块化的结构实现，例如其包含印刷电路板和一个或多个布置在印刷电路板上并通过布线电气连接在一起的元器件，这些元器件的例子包括但不限于LED驱动控制器芯片、整流芯片、电阻器、电容器、二极管、三极管和线圈等。可选地，在驱动电源中还可以集成实现其它功能的电路，例如调光控制电路、传感电路、功率因数校正电路、智能照明控制电路、通信电路和保护电路等。这些电路可以与驱动控制器集成在同一半导体晶片或封装芯片内，或者这些电路可以单独地以半导体晶片或封装芯片的形式提供，或者这些电路中的一些或全部可以组合在一起并以半导体晶片或封装芯片的形式提供。
[0076]诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
[0077]诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
[0078]诸如“物体A设置在物体B上”之类的用语应该广义地理解为将物体A直接放置在物体B的表面，或者将物体A放置在与物体B有接触的其它物体的表面。
[0079]以下借助附图描述本发明的实施例。
[0080]图1为按照本发明一个实施例的LED球泡灯的分解示意图。图2为图1所示LED球泡灯的剖面示意图。
[0081 ] 按照本实施例的LED球泡灯I主要包括灯罩10、灯头20和集成光源模块和LED驱动电源的LED灯芯30。参见图1和2，灯罩10可与灯头20接合在一起，从而形成容纳LED灯芯30的空腔。当灯罩10由玻璃材料制成时，可以采用普通白炽灯的生产工艺，将其下部固定于灯头20的内表面。
[0082]灯罩10可采用透明或半透明材料(例如玻璃或塑料)制成，为了使光线更柔和、更均匀地向空间发散，其内表面或外表面可进行磨砂处理。可选地，可以例如通过静电喷涂或真空喷镀工艺，在灯罩10的内/外表面形成红外辐射材料层(例如包括但不限于石墨或常温红外陶瓷材料等)，这种处理一方面增强了灯罩10的散热能力，另外也抑制或消除了 LED的眩光效应。
[0083]灯头20为LED灯芯30提供了与外部电源(例如各种直流电源或交流电源)电气连接的接口，其例如可采用与普通白炽灯和节能灯类似的螺纹状旋接口或旋转卡口等形式。参见图1和2，灯头20的端部210由诸如金属之类的导电材料制成，侧壁220的至少一部分由金属材料制成，因此可以将端部210和侧壁220的金属材料制成的区域作为第一电极连接区和第二电极连接区。绝缘部分230 (例如由塑料之类的绝缘材料制成)位于端部210与侧壁220之间以将这两个电极连接区隔开。普通的照明线路一般包含火线和零线两根电线，在本实施例中，考虑到使用的安全性，端部210和侧壁220作为第一和第二电极连接区可以经灯座(未画出)的电极被分别连接至火线和零线。
[0084]在本实施例中，用于侧壁220的金属材料可以采用包含下列至少一种元素的铜基合金:锌、铝、铅、锡、锰、镍、铁和硅。采用上述铜基合金可以提高耐腐蚀能力，从而使得灯头的使用寿命与LED光源的工作寿命匹配，此外上述铜基合金也可改善加工性能。为了扩大散热面积，比较好的是使侧壁220全部由金属材料构成。此外，如图1和2所示，侧壁220的外表面开设有螺纹。
[0085]在本实施例中，LED灯芯30包括散热壳体310、光源模块320和LED驱动电源330。
[0086]参见图1和2，散热壳体310的上端收窄并且呈柱状，其表面设置有下面将要作进一步描述的光源模块320。如图2所示，散热壳体310的内部空间由隔板311 —分为二，其中的下半部分适于容纳LED驱动电源330。散热壳体310的下端可借助粘合剂(例如胶泥或环氧树脂)固定于灯头20的底部。参见图2，散热壳体310的下端在靠近灯头20的开口处形成可容纳灯罩10开口端的空隙，可以通过将灯罩10、灯头20和散热壳体310装配成如图2所示的状态并借助胶泥之类的粘合剂将三者固定在一起。此外，如图1和2所示，散热壳体310的外表面包含多条凸条以增加散热面积。LED驱动电源330的输出引线333A和333B在散热壳体310内向上延伸至散热壳体的顶部并且与光源模块320电气连接。
[0087]散热壳体310可全部由绝缘导热材料(例如陶瓷或导热绝缘高分子复合材料)构成，但是仅仅一部分由绝缘导热材料构成也是可行的和有益的(例如当采用少量绝缘导热材料就能够满足将热量传导给红外辐射材料的需求并且需要降低材料成本时)。另外，散热壳体310的整个外表面可以覆盖红外辐射材料(例如诸如碳化硅之类的常温红外陶瓷辐射材料)。可选地，也可以仅在散热壳体310的一部分表面覆盖红外辐射材料。如果红外辐射材料同时具有较好的绝缘导热性能(例如碳化硅材料)，则散热壳体310可以全部由红外辐射材料构成。或者可选地，散热壳体310可以仅仅一部分由红外辐射材料构成。
[0088]可选地，散热壳体310的内腔可以填充红外辐射纤维材料以进一步提高散热能力。
[0089]如图1和2所示，在散热壳体310靠近顶部的侧壁(也即柱状上端的侧面)开设有通孔312，与此同时，在与顶部相距较远的散热壳体侧壁上开设有通孔313。优选地，多个通孔312和313均围绕散热壳体310的中心轴均匀地开设在侧壁上。在LED球泡灯I工作时，安装在散热壳体310上部的光源模块320所产生的热量导致在顶部与开设通孔313的侧壁之间形成热梯度。在实际使用时，LED球泡灯I 一般是倒置的(也即灯头20在上而灯罩10在下)，使得通孔313的位置高于通孔312的位置，因此从通孔312进入散热壳体310内部的流动介质(例如空气或惰性气体)在顶部附近被加热后将上升至通孔313周围，随后经通孔313流出散热壳体310并且进而经通孔312流入散热壳体310，从而形成介质循环流动的路径。在该循环流动过程中，光源模块320产生的热量被带离散热壳体310的顶部，这提高了散热壳体的散热能力。
[0090]需要指出的是，通孔312也可以开设在散热壳体的顶部，或者同时开设在顶部和靠近顶部的侧壁上，同样也可形成介质循环流动的路径。
[0091]光源模块320包括基板321和LED单元322。在本实施例中，为了实现大角度发光，如图1和2所示，光源模块320包括多块基板321，它们被设置在散热壳体310上端的外表面，例如上端的顶表面和侧表面。LED单元322产生的热量可以经基板321传递至散热壳体310。基板321可以采用绝缘导热材料(例如陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料等)或兼具绝缘导热能力的红外辐射材料(例如碳化硅)制成，也可以采用铝基板之类的印刷电路板材料制成，还可以采用柔性电路板。优选地，可以采用模具压制法来制作陶瓷材料构成的基板，这种方法制造的基板较厚(例如1.5-3_)并且硬度高。在本实施例中，基板321可以借助导热胶粘合到散热壳体310的外表面。
[0092]在本实施例中，LED单元322采用管芯形式，它们通过粘附方式设置在基板321的表面上以在LED单兀322与基板321之间形成较好的热传导。另一方面，位于基板表面上的布线层包含多个焊盘和走线，LED单元322通过引线(例如金丝、银丝或合金丝)直接连接至焊盘以形成串联的LED组。在本实施例中，可以利用绑定工艺实现LED管芯经引线到布线的连接。此外，不同基板之间的LED组可以借助布线或引线，以串联或并联的形式连接在一起。
[0093]如果需要调整LED单元322的发光波长，可以用混合荧光粉的环氧树脂或硅胶将LED单元322粘附在基板321的表面上，或者在LED单元322的表面涂覆荧光层，再将其借助环氧树脂或硅胶粘合到基板321的表面上。
[0094]值得指出的是，虽然在图1和2所示的实施例中利用绑定工艺将管芯形式的LED单元322直接连接到布线层上，但是也可以利用在板上倒装芯片(FCOB)工艺将LED管芯与布线层电气连接。此外，LED单元322也可以采用LED单体的形式，此时可以通过焊接方式将LED单元电气连接到基板表面的布线层。
[0095]可选地,光源模块320还可以包含一层高反射膜(未画出)，其覆盖在基板321表面并且使LED单元322露出，使得LED单元322射向基板321的光线被反射出去。
[0096]如图2所示，LED驱动电源330被设置在散热壳体310内腔的下半部分。在本实施例中，LED驱动电源330包含印刷电路板331、一个或多个布置在印刷电路板上并通过其上的布线电气连接在一起的元器件、一对设置在印刷电路板331下表面的输入引线332A和332B以及一对设置在印刷电路板331上表面的输出引线333A和333B。可以借助胶泥、硅胶或环氧树脂之类的粘合剂将LED驱动电源330的印刷电路板331固定于散热壳体310内腔的下半部分。输入引线332A和332B分别与灯头的第一电极区(例如灯头的由导电材料构成的端部)和第二电极区(例如灯头侧面由导电材料构成的部分)电气连接。如图1所示，输入引线332B在向下延伸一段后向上折返。因此当将灯罩10、灯头20和散热壳体310装配在一起时，输入引线322B可伸出散热壳体310后嵌入散热壳体外表面的凸条之间的间隙内并且抵靠住灯头20的内侧表面以实现与第二电极区的电气连接。由于剖取角度的关系，输入引线322B未在图2所示剖面图中示出。如图2所示，输出引线333A和333B穿过散热壳体310顶部的贯通孔314与基板321上的布线层电气连接。
[0097]LED驱动电源330可以多种驱动方式(例如恒压供电、恒流供电和恒压恒流供电等方式)向光源模块320提供合适的电流或电压。根据外部供电的方式，LED驱动电源330可采用各种拓扑架构的电路，例如包括但不限于非隔离降压型拓扑电路结构、反激式拓扑电路结构和半桥LLC拓扑电路结构等。有关驱动电源电路的详细描述可参见人民邮电出版社2011年5月第I版的《LED照明驱动电源与灯具设计》一书，该出版物以全文引用方式包含在本说明书中。
[0098]图3为按照本发明另一个实施例的LED球泡灯的分解示意图。
[0099]与上述借助图1和2所示的实施例相比，本实施例的主要不同之处在于光源模块320的结构。为避免赘述，以下重点描述与图1和2所示实施例不同的方面。
[0100]按照本实施例的LED球泡灯I同样包括灯罩10、灯头20和LED灯芯30。灯罩10和灯头20可采用上面描述的各种特征，它们固定在一起从而形成可容纳LED灯芯30的空腔。在本实施例中，LED灯芯30也包括散热壳体310、光源模块320和LED驱动电源330。
[0101]参见图3，散热壳体310的下端可借助粘合剂(例如胶泥或环氧树脂)固定于灯头20的底部，其在靠近灯头20的开口处形成可容纳灯罩10开口端的空隙，因此如上述实施例那样，可借助胶泥之类的粘合剂将灯罩10、灯头20和散热壳体310固定在一起。
[0102]如图3所示，在散热壳体310的顶部和与顶部相距较远的散热壳体侧壁上分别开设有通孔312和313。优选地，多个通孔313围绕散热壳体310的中心轴均匀地开设在侧壁上。
[0103]在本实施例中，光源模块320被设置在散热壳体310的顶部，LED驱动电源330则设置在散热壳体310内腔的下部。
[0104]光源模块320包括基板321和将借助图4作详细描述的发光体322A。基板321例如借助导热胶粘合在散热壳体310的顶部。参见图3，在基板321上形成有布线层3211，发光体322A与该布线层3211电气连接。另一方面，LED驱动电源330的输出引线333A和333B可穿过散热壳体310顶部的贯通孔314A、314B与基板321上的布线层3211电气连接，从而向发光体323供电。此外，在基板321上与通孔312相应的位置上开设过孔3212以使介质能够流入散热壳体310。
[0105]图4为图3所示LED球泡灯中的发光体的示意图。
[0106]参见图4，发光体322A包括LED单元322、框架323和金属载板324。金属载板324包括第一图案区域3241和第二图案区域3242。第一图案区域3241用作电极区域，其包含多个相互之间以及与第二图案区域3242均不连通的分立小区以作为LED单元322与基板321上的布线层3221的电气连接区。结合图3和4可见，第一图案区域3241从框架324延伸出来的区域与基板321表面上的布线层3211电气连接，从而经布线3211层连接至位于散热壳体310内部的LED驱动电源330。如图4所示，LED单元322采用管芯形式，它们例如通过固晶工艺被固定在第二图案区域3242上，由于金属良好的导热性能，LED单元322与第二图案区域324之间的热阻接近于零，因此前者产生的热量可以高效率地传递给基板321。框架323由绝缘材料制成，其例如通过注压工艺与金属载板324固定在一起，并且将LED单元322包围其中。由于第一和第二图案区域3241和3242都被固定在框架323上，因此它们的相对位置关系得以固定。参见图4，LED单元322通过引线325实现它们相互间的互连以及与第一图案区域3241的连接。
[0107]在本实施例中，可以先在基板321的表面印刷电子浆料图案(例如银浆)，该图案对应于布线层3211以及与第一和第二图案区域3241、3242接触的区域(以下又称为接触区)。然后通过高温烧结，在基板表面形成布线层3211以及接触区。最后将金属载板324的第一和第二图案区域通过热熔合的方式固定到基板321表面的接触区。在本实施例中，金属载板324采用铜、铝等材料制成，优选地，可以在第一和第二图案区域与基板321接触的表面上形成一层熔点较低的金属层(例如锡)以有利于热熔合。
[0108]值得指出的是，虽然LED单元322这里以混联方式连接在一起，但是也可以采用诸如串联、并联或交叉阵列之类的其它连接形式。
[0109]还需要指出的是，在本实施例中，光源模块320中的基板可以省略。此时，可以考虑在散热壳体310的顶部形成与LED驱动电源330电气连接的布线层，并且例如利用上述热熔合工艺将金属载板324直接固定于散热壳体310的顶部。
[0110]当LED单元的发光波长与实际需要的照明光线颜色有偏差时，可以利用荧光材料的光致发光效应实现波长的改变。具体而言，可以用混合荧光粉(例如钇铝石榴石(YAG)荧光粉)的硅胶覆盖或包围住LED单元322，或者在LED单元322的表面涂覆荧光粉，然后再用硅胶覆盖或包围住LED单元322。由于框架323的设置，硅胶的流动受到限制而仅分布在LED单元322的周围。
[0111]需要指出的是，虽然在上述实施例中，LED驱动电源作为LED灯芯的组成单元被设置在散热壳体内部，但是这种布置并非是必需的。在下面将要描述的实施例中，LED驱动电源可作为独立于LED灯芯的部件被设置在灯头内。
[0112]图5为按照本发明另一个实施例的LED球泡灯的剖面示意图。
[0113]与上述借助图1和2所示的实施例相比，本实施例的主要不同之处在于LED驱动电源330的设置方式。为避免赘述，以下重点描述与图1和2所示实施例不同的方面。
[0114]按照本实施例的LED球泡灯I包括灯罩10、灯头20和位于由灯罩10和灯头20所限定的空腔内的LED灯芯30。但是与前述实施例不同，这里的LED灯芯30不包括LED驱动电源330。
[0115]如图5所示，散热壳体310的下端可借助粘合剂(例如胶泥或环氧树脂)固定于灯头20内侧面，LED驱动电源330被设置在灯头20内并且位于散热壳体310的下方。在本实施例中，LED驱动电源330包含印刷电路板331、设置在印刷电路板331上的元器件、一对设置在印刷电路板331下表面的输入引线332A和332B以及一对设置在印刷电路板331上表面的输出引线333A和333B。
[0116]如图5所示，印刷电路板331的侧面固定于灯头20的内侧面。通过在印刷电路板331侧面或灯头内侧面涂覆胶泥、硅胶或环氧树脂之类的粘合剂并且使其固化，可实现印刷电路板331的固定。需要指出的是，除了上述布置以外，印刷电路板也可以采用其它方式固定于灯头的内部。例如可以借助粘合剂或螺钉将基板固定在灯头的底部。
[0117]参见图5，在本实施例中，输入引线332A和332B采用导线的形式，其中输入引线332A向下延伸与灯头20的第一电极区(例如灯头的由导电材料构成的端部)电气连接，而输入引线332B自印刷电路板331向下延伸一段后向上折返并抵靠住灯头内侧面以与灯头的第二电极区(例如灯头侧面由导电材料构成的部分)实现电气连接。另一方面，输出引线333A和333B穿过散热壳体310顶部的贯通孔314与基板321上的布线层电气连接。
[0118]虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到:可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
【权利要求】
1.一种LED灯芯，包括: 散热壳体，其由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料制成并且在顶部或靠近顶部的区域以及远离所述顶部的区域开设通孔；以及 一个或多个发光模块，每个包括基板和形成于所述基板上的LED单元，所述基板被设置在所述散热壳体的顶部和/或靠近顶部的区域，从而在散热壳体的顶部与远离所述顶部的区域之间形成热梯度。
2.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述陶瓷材料为常温红外陶瓷辐射材料。
3.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述散热壳体的外表面上涂覆常温红外陶瓷辐射材料或石墨。
4.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述通孔围绕所述散热壳体的中心轴均匀地开设在远离所述顶部的侧壁上。
5.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述基板为陶瓷基板、铝基板或柔性电路板。
6.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述发光模块进一步包含反射膜，其覆盖在所述基板上并且使所述LED单元露出。
7.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，进一步包括LED驱动电源，其位于所述散热壳体内部并且与所述发光模块电气连接。
8.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，进一步包括填充在所述散热壳体内腔的红外辐射纤维材料。
9.一种LED球泡灯，包括: 灯罩； 灯头，其与所述灯头接合在一起以形成空腔； LED灯芯，包括: 散热壳体，其由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料制成并且固定于所述灯罩与灯头的接合部分，所述散热壳体的顶部或靠近顶部的区域以及远离所述顶部的区域开设通孔；以及 一个或多个发光模块，每个包括基板和形成于所述基板上的LED单元，所述基板被设置在所述散热壳体的顶部和/或靠近顶部的区域，从而在散热壳体的顶部与远离所述顶部的区域之间形成热梯度； LED驱动电源，其位于所述散热壳体内部或灯头内部并且与所述光源模块电气连接。
10.如权利要求9所述的LED球泡灯，其中，所述灯罩表面涂覆常温红外陶瓷辐射材料。
【文档编号】F21V29/00GK104180202SQ201310194335
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】赵依军 申请人:赵依军