LED集成光源发光区域的排布结构的制作方法

本实用新型涉及LED照明技术领域，特别是一种LED集成光源发光区域的排布结构。

背景技术：

LED灯凭借发光效率高、寿命长等优点被广泛应用在各种照明领域。因LED单个发光芯片电压低，耐受电流小，耐高温性能差，所以现有的发光芯片单个功率通常为1W以下。为了得到更高的光输出，满足照明需求，目前使用两种方法实现：一是将单颗或两颗LED芯片焊接在较小的固定支架上，再封装成一个独立的发光单元，再将若干个独立的发光单元使用贴片焊接工艺焊接在PCB电路板上，通过PCB电路上的电路实现诸多发光单元的串联或并联，最终形成一个较大功率的发光板。二是将诸多LED发光芯片直接固定在较大的封装载板上，通过使用电阻较小且柔韧的较好的金线或合金线将诸多的LED发光芯片串联或并联成一个较大功率的LED芯片组，再将该芯片组封装成一个独立的发光单元，称之为集成光源。

相比于贴片光源板，集成光源的优势是发光面积小，发光面单一，灯具可以被设计成更小的体积，且配光时在光斑边缘不会出现水纹暗影。但是劣势是芯片排布集中，局部热量大。

目前集成光源的封装，一般都是在铝基PCB板或陶瓷基板上印刷一个不完全封闭的圆形作为电路的正负极，将芯片固定在未封闭的圆形电路范围内，再使用金线将各个芯片焊接串联，然后再将串联的芯片组并联焊接到印刷的电路上。通过硅胶及荧光粉将整个圆形范围覆盖以完成封装并形成一个圆形的发光面。由于是在圆形区域内布置芯片，且须考虑到串并联的关系，所以芯片的位置难以做到均匀分布。在圆形中心区的芯片间间距小、位置集中，而在圆形外围区域，芯片排布宽松，芯片间间距大。这就导致芯片间的连接金线长度不统一，光源发光光强不均匀，中间强，外围弱，芯片产生的热量在中心区域过度集中。这种方式在功率较小的集成光源中，因为整体热量较少，所以问题并不是特别突出。这种圆形的集成光源能广泛的应用在筒灯射灯等较小功率的灯具中。

但这种芯片排布方式如果应用到较大功率中，芯片位置不均、金线长短不一导致的缺点就会特别突出，目前采用最先进的技术也一般只做80W以下的圆形集成光源。

为了解决大功率集成光源的金线长短不一的问题，现有技术中采用方形的芯片排布方式。先制作一块外围带有电路的铜基板，再将芯片按照规则的方形排布在铜基板上，将每组芯片按纵向串联，再将所有的串联芯片组连接到铜基板的外围电路上进行并联，最后使用硅胶及荧光粉将布有芯片的正方形区域封装形成一个正方形的发光面。上述方式虽然解决了焊接金线长短不一的问题，但是没有解决热量在中心区域过度集中的问题，经过统计，集成光源产品的大故障率是由于金线过热导致的脱焊虚焊导致的，真正由于LED芯片本身造成的故障的比例是非常小的，LED灯长寿命的优点不能得以体现。同时，方形的发光面不宜配光，使用范围很受局限。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种发光效果呈圆形、配光容易、热量分布分散、功率较大的LED集成光源发光区域的排布结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种LED集成光源发光区域的排布结构，包括圆形的金属基板，金属基板自内而外内分为圆形的发光面区以及环状的安装区，发光面区的中心设有总电路输入端，发光面区以金属基板的圆心为中心，在金属基板的平面上旋转分布有若干个相同的、均匀间隔的LED排布区，所述LED排布区的外缘与发光面区的外圆重合；

每个LED排布区排布相同的元件组，金属基板上适配LED排布区、元件组以及电源设计的需求设有与总电路输入端电连接的焊盘线路，每组元件组通过焊盘线路与总电路输入端电连接；

所述安装区上设有可将LED集成光源适配安装在散热器上的固定孔。

优选地，所述发光面区上LED排布区的数量为4个；

每个LED排布区为直角扇形，直角扇形的弧边与发光面区的外圆重合；

或所述LED排布区由与发光面区的外圆重合的一段大于90度的弧以及两条相互垂直、且不通过圆心的弦围合组成，其中一条边的长度大于其所在弦的1/2，另一条边的长度小于其所在弦的1/2；

每个所述元件组由若干个呈矩阵排列的元件组成。

更优选地，所述元件组包括若干组根据电源设计串联的元件串连列，所述元件串连列在对应的LED排布区呈矩阵排列；每个所述元件串连列由相同数目的元件依次通过长度相等的导线连接而成。

进一步优选地，每组元件组包括内部焊接电路以及适配焊接在内部焊接电路上的元件，内部焊接电路在所述LED排布区内按照元件无导线倒装设计适配设置呈矩形，若干个元件在所述内部焊接电路适配设置呈矩形。

也可以，所述发光面区上LED排布区的数量为3个，每个所述LED排布区为内端小、外端大的扇面形，扇面形的外缘与发光面区的外圆重合；所述焊盘线路设置为自内向外依次电连通的小扇面形、大扇面形。

进一步地，每个所述元件组包括若干个元件串连列，若干个元件串连列对应焊盘线路分布成适配的大小两个扇面形，所述元件串连列由相同数目的元件依次通过长度相等的导线电连接而成。

更进一步地，所述元件组包括内部焊接电路以及适配焊接在内部焊接电路上的元件；所述内部焊接电路在所述LED排布区对应焊盘线路、按照元件无导线倒装设计布置适配的大小两个扇面形，若干个元件按照电源设计的要求适配内部焊接电路、沿金属基板的径向发散分布成大小两个扇面形，对应地焊接在内部焊接电路上。

最优选地，每个LED排布区的边缘采用围胶隔开，布有元件组的LED排布区上设有由荧光粉和硅胶混合而成的硅胶封装层，

所述金属基板为铝基板，所述导线为金线。

所述元件为额定功率在0.3-0.5W之间的LED蓝光芯片，所述LED集成光源的额定功率为200W。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)焊盘线路设置在中间位置，金属基板的外围不设电路，安全性更高；金属基板的中心部分不放置光源，防止中心部位热量堆积，整个光源板热量较均匀。

(2)每个LED分布区之间通过焊盘线路进行连接，且每个LED分布区均可根据实际电源功率的设计需要进行串并联，对于串连数及并联数的组合方式更加灵活；使整个LED集成光源的功率达到200瓦，适用性性更广；

(3)LED芯片的分布更加均匀，发光强度及热量分布更加均匀；

(4)各元件间的连接线长度统一，避免了因连接线长度不一造成的连接线上电路损坏不同，压降不同，热应力不同的问题。

(5)发光面近似圆形，对于灯具配光的对称性要求更容易实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地解释。

图1是实施例1金属基板、总电路输入端以及焊盘线路的示意图

图2是实施例1的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

图3是实施例1元件组示意图

图4是实施例2金属基板、总电路输入端、焊盘线路及内部焊接电路示意图

图5是实施例2的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

图6是实施例2元件组与内部焊接电路连接示意图

图7是实施例3金属基板、总电路输入端以及焊盘线路的示意图

图8是实施例3的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

图9是实施例4金属基板、总电路输入端、焊盘线路及内部焊接电路示意图

图10是实施例4的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

图11是实施例4元件组与内部焊接电路连接局部示意图

图12是实施例5、实施例6中金属基板、LED排布区的示意图

图13是实施例5金属基板、总电路输入端及焊盘线路示意图

图14是实施例5的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

图15是实施例6金属基板、总电路输入端、焊盘线路及内部焊接电路示意图

图16是实施例6的LED集成光源发光区域的排布结构的示意图

具体实施方式

以下结合附图及多个实施例对本实用新型进一步详述。

实施例1

图1-图3所示为将金属基板10分成4等份，每个元件50为带导线正装的示意图。

一种LED集成光源发光区域的排布结构，包括圆形的金属基板10，金属基板10自内而外内分为圆形的发光面区11、以及环形的安装区19，发光面区11以及环状的安装区19之间可以不设分割线，附图中的虚线A仅为描述方便，对发光面区11、安装区19进行区分。

如图2所示，发光面区11的中心设有总电路输入端20，发光面区11以金属基板10的圆心为中心，在金属基板10的平面上旋转分布有4个(可为3、4、5个)相同的、均匀间隔的LED排布区111，所述LED排布区111的外缘与发光面区11的外圆重合；每个LED排布区111上排布相同的元件组30。

实施例1中，LED排布区111为直角扇形，直角扇形的弧边与发光面区11的外圆重合。金属基板10上适配LED排布区111、元件组30以及电源设计的需求设有与总电路输入端20电连接的焊盘线路12，焊盘线路12在每个LED排布区111内分布匀称，每组元件组30通过焊盘线路12与总电路输入端20电连接，实现整个LED集成光源的电导通，每个LED排布区111的边缘采用围胶隔开，确保安全。

在设有元件组30的LED排布区111上灌封由荧光粉和硅胶混合而成的硅胶封装层，将LED蓝光转化为白光，使整个LED集成光源呈现出圆形的发光面，硅胶封装层价格昂贵，仅灌封在间隔分别的LED排布区111上，相邻LED排布区111之间的空隔处及总电路输入端20不设硅胶封装层，使得在取得相同光源效果的基础上降低成本。

安装区19上环形间隔设置若干个可将集成光源安装在散热器上固定孔13。相邻两个LED排布区111之间设置固定孔13，进一步增加LED集成光源安装的稳固性，便于将LED集成光源适配安装在散热器等器件上。

如图2、3所示，实施例1中所述元件组30包括若干组根据电源设计串联的元件串连列31，所述元件串连列31呈矩阵排列；每个所述元件串连列31由相同数目的元件50依次通过长度相等的导线连接而成。

每组元件组30相同，相同的电压在每组元件组30上的压降相同；每列元件串连列31中相邻的两个元件50之间的导线长短相同，相同的电压在每列元件串连列31上的压降相同，等长的导线产生的热应相同，整个LED集成光源的每一个元件50发光效率相同，LED集成光源热量分布均匀分散，更加安全且延长使用寿命。

总电路输入端20设置在金属基板10的中心，整个LED集成光源发光区域的外围不设电路，更加安全。金属基板10的中心部分不放置LED元件，防止金属基板10的中心部位热量堆积。

每个LED排布区111可根据实际电源功率的设计需要进行灵活的串、并联，可将每个LED排布区111的功率做到20-50W之间，使整个LED集成光源的功率达到200瓦。

实施例2

图4-图6所示为将金属基板10分成4等份，每个元件50为无导线倒装的示意图。

所述圆形的金属基板10、总电路输入端20、发光面区11、安装区19、LED排布区111、焊盘线路12、硅胶封装层以及固定孔13的设置与实施例1相同，区别在于：每组元件组30包括内部焊接电路32以及适配焊接在内部焊接电路32上的元件50。内部焊接电路32在所述LED排布区111内按照元件50无导线倒装设计适配设置呈矩形，若干个元件50在所述内部焊接电路32上适配排布呈矩形，每组元件组30与焊盘线路12电连接，最终与总电路输入端20电连接，实现整个LED集成光源的电导通。

每组元件组30中元件50的数量、排布及内部焊接电路32相同，相同的电压在每组元件组30上的压降相同，使得整个LED集成光源的每一个元件50发光效率相同；每一个元件发光效率相同，LED集成光源热量分布均匀分散。

实施例3

图7-图8所示为将金属基板10分成3等份，每个元件50为带导线正装的示意图。

一种LED集成光源发光区域的排布结构，所述金属基板10、发光面区11、安装区19与实施例1类似，发光面区11的中心设有总电路输入端20，发光面区11以金属基板10的圆心为中心，在金属基板10的平面上旋转分布有3个相同的、均匀间隔的LED排布区111，每个所述LED排布区111为内端小、外端大的扇面形，扇面形的外缘与发光面区11的外圆重合。每个所述LED排布区111内设有排布相同的元件组30，金属基板10上适配LED排布区111、元件组30以及电源设计的需求设有与总电路输入端20电连接的焊盘线路12，实施例中，焊盘线路12设置为自内向外依次设置、且电连通的小扇面形、大扇面形。

如图8所示，每个所述元件组30包括若干个元件串连列31，若干个元件串连列31对应焊盘线路12分布成适配的大小两个扇面形，所述元件串连列31由相同数目的元件50依次通过长度相等的导线电连接而成。

在设有元件组30的LED排布区111上灌封由荧光粉和硅胶混合而成的硅胶封装层，将LED蓝光转化为白光，整个LED集成光源呈现出圆形的发光区；安装区19上环形间隔设置若干个可将集成光源安装在散热器上固定孔13，便于将LED集成光源适配安装在散热器等器件上。

实施例4

图9-图11所示为将金属基板10分成3等份，每个元件50为无导线倒装的示意图。

所述金属基板10、总电路输入端20、发光面区11、安装区19、LED排布区111、焊盘线路12、硅胶封装层以及固定孔13的设置与实施例3相同，区别在于：每组元件组30包括内部焊接电路32以及适配焊接在内部焊接电路32上的元件50。所述内部焊接电路32在所述LED排布区111对应焊盘线路12、按照元件50无导线倒装设计布置成适配的大小两个扇面形，若干个元件50按照电源设计的要求适配内部焊接电路32、沿金属基板10的径向发散分布成大小两个扇面形，对应地焊接在内部焊接电路32上。每组元件组30通过内部焊接电路32与焊盘线路12电连接，最终与总电路输入端20电连接，实现整个LED集成光源的电导通。

实施例5

图12～14所示为将金属基板10分成4等份，每个元件50为带导线正装的示意图。

一种LED集成光源发光区域的排布结构，所述金属基板10、发光面区11、安装区19与实施例1类似，发光面区11的中心设有总电路输入端20，发光面区11以金属基板10的圆心为中心，在金属基板10的平面上旋转分布有4个相同的、均匀间隔的LED排布区111，所述LED排布区111由与发光面区11的外圆重合的一段大于90度的弧以及两条相互垂直、且不通过圆心的弦围合组成，其中一条边的长度大于其所在弦的1/2，另一条边的长度小于其所在弦的1/2。

金属基板10上适配LED排布区111、元件组30以及电源设计的需求设有与总电路输入端20电连接的焊盘线路12，每组元件组30通过焊盘线路12与总电路输入端20电连接，实现整个LED集成光源的电导通，每个LED排布区111的边缘采用围胶隔开。

在设有元件组30的LED排布区111上灌封由荧光粉和硅胶混合而成的硅胶封装层，将LED蓝光转化为白光，使整个LED集成光源呈现出圆形的发光面，硅胶封装层价格昂贵，仅灌封在间隔分别的LED排布区111上，相邻LED排布区111之间的空隔处及总电路输入端20不设硅胶封装层，使得在取得相同光源效果的基础上降低成本。

安装区19上环形间隔设置若干个可将集成光源安装在散热器上固定孔13，LED排布区111与总电路输入端20之间也开设固定孔13，便于将LED集成光源适配安装在散热器等器件上。

如图14所示，所述元件组30包括若干组根据电源设计串联的元件串连列31，同一个LED排布区111中的若干组所述元件串连列31平行分布成适配焊盘线路12的矩形；实施例中，适配焊盘线路12，相邻LED排布区111内的元件串连列31相互垂直的设置。

实施例6

图12、图15、图16所示为将金属基板10分成与实施例5相同的4等份，每个元件50为无导线倒装的示意图。

所述金属基板10、总电路输入端20、发光面区11、安装区19、LED排布区111、焊盘线路12、硅胶封装层以及固定孔13的设置与实施例3相同，区别在于：每组元件组30包括内部焊接电路32以及适配焊接在内部焊接电路32上的元件50。

内部焊接电路32在所述LED排布区111内按照元件50无导线倒装设计适配设置成矩形，适配焊盘线路12，相邻LED排布区111内的内部焊接电路32相互垂直的设置，若干个元件50在对应的内部焊接电路32适配焊接成矩形。每组元件组30与焊盘线路12电连接，最终与总电路输入端20电连接，实现整个LED集成光源的电导通。

相比实施例1、2，实施例5、6中，在发光面区11外圆半径相同的情况下，每个LED排布区111可排布元件50的矩形更大，若排布相同数量的元件50，各元件之间的间距更大，热量分布更分散。

在实施例1、3、5中，每个所述元件串连列31由相同数目的元件50依次通过长度相等的导线连接而成。每组元件组30相同，相同的电压在每组元件组30上的压降相同；每列元件串连列31中相邻的两个元件50之间的导线长短相同，相同的电压在每列元件串连列31上的压降相同，等长的导线产生的热应相同，整个LED集成光源的每一个元件50发光效率相同，LED集成光源热量分布均匀分散，更加安全且延长使用寿命。

在实施例2、4、6中，每组元件组30中元件50的数量、排列及内部焊接电路32相同，相同的电压在每组元件组30上的压降相同，使得整个LED集成光源的每一个元件50发光效率相同；每一个元件发光效率相同，LED集成光源热量分布均匀分散。

实施例中，所述总电路输入端20可为贴片连接器或使用其它导线焊接方式连接，所述金属基板10可以使铜基板、陶瓷基板和铝基板等，优先选择性价比高导热性能好的铝基板；所述导线可以使铜线、合金线和金线，优先选择耐温性和柔韧性好的金线。所述元件50优先选择额定功率在0.3-0.5W之间发热量相对较小的LED蓝光芯片。