半导体光源及其发光结构的制作方法

文档序号:2896975阅读:150来源:国知局
专利名称:半导体光源及其发光结构的制作方法
技术领域
本发明涉及照明装置技术领域,特别是涉及一种半导体光源及其发光结构。
背景技术
自灯泡发明以来,电光源照明经历了三个重要的发展阶段,其代表性光源分别为 白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。其中,白炽灯安装简便,但寿命短、效率低、耗电高;荧 光灯可以省电,但存在电磁污染、使用寿命短、易碎等问题,而且废弃物存在汞污染;高强度 气体放电灯则存在成本高、维护困难、效率低、耗电高、寿命短、电磁辐射危害等缺点。为此, 人们一直在开发新的照明光源。随着发光二极管(LED)的问世以及半导体技术的发展,半导体光源以其节能、环 保、寿命长、体积小等优点逐渐取代了以上几种光源,而广泛应用于各种照明领域,成为第 四代照明光源,又称绿色光源。半导体光源利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复 合,释放出能量引起光子反射,直接发出各种颜色的光。半导体照明的核心是PN结,具有正 向导通、反向截止等特性。当PN结施加正向电压,电流从阳极流向阴极时,半导体晶体发出 从紫外到红外不同颜色的光,光的强度与电流大小有关,电流越大,光的强度越高。目前,半导体光源均采用半导体PN结晶元体制备的LED封装体作为发光体,而后 将LED封装体以贴片等方式安装于照明装置中。而LED封装工艺复杂,势必增加半导体光 源的制造成本;另外,LED的散热问题一直是LED应用领域所关注的问题,同样,半导体光源 也不得不考虑到LED的散热问题,为此,在封装与后续LED封装体的贴片过程中都需要考虑 LED的散热问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体光源及其发光结构,以解决现有半导体光源制 造工艺复杂、成本较高以及散热等问题。为解决以上技术问题,本发明提供一种半导体光源发光结构,包括基板,由散热 材料制成,且所述基板内设计有导电线路;至少一个PN结晶元体,直接贴片于所述基板的 一表面,通过所述导电线路外接一驱动电源。进一步的,所述半导体光源发光结构还包括散热板,与所述基板的另一表面连接。进一步的,所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。进一步的,所述散热板与基板一体成型。进一步的,所述半导体光源发光结构还包括散热鳍片,设置于所述基板的另一表 面或散热板与基板不相连的一面。进一步的,当所述PN结晶元体为多个时,通过所述基板上导电线路实现串联或者 并联。
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进一步的,所述PN结晶元体包括正极和负极,所述基板上具有多个与所述导电线 路接通的焊盘,且所述PN结晶元体的正极和负极分别与一个所述焊盘电连接。进一步的,所述PN结晶元体的数量为1到50个。进一步的,所述PN结晶元体的功率为0. 05W至1W,驱动电流为50mA至350mA。本发明另提供一种半导体光源,包括灯头、设置于灯头上的灯座、设置于灯座内的 驱动电源和设置于灯座上的灯罩,所述灯座内设置有发光结构,该发光结构包括基板,由 散热材料制成,且所述基板内设计有导电线路;至少一个PN结晶元体,直接贴片于所述基 板的一表面,通过所述导电线路外接所述驱动电源,且所述驱动电源连接于所述灯头与所 述基板之间。进一步的,所述的半导体光源还包括散热板,与所述基板的另一表面连接。进一步的,所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。进一步的,所述散热板与基板一体成型。进一步的,所述半导体光源还包括散热鳍片,设置于所述基板的另一表面或散热 板与基板不相连的一面。进一步的,当所述PN结晶元体为多个时,通过所述基板上导电线路实现串联或者 并联。进一步的,所述PN结晶元体包括正极和负极,所述基板上具有多个与所述导电线 路接通的焊盘,且所述PN结晶元体的正极和负极分别与一个所述焊盘电连接。进一步的,所述PN结晶元体的数量为1到50个。进一步的,所述PN结晶元体的功率为0. 05W至1W,驱动电流为50mA至350mA。以上半导体光源及其发光结构,利用PN结晶元体直接发光的机理,通过将PN结晶 元体直接贴片于基板,并通过基板上的线路设计引入驱动电源,来直接驱动PN结晶元体发 光。即引入了一种晶元体直接发光结构来取代现有技术中的LED封装结构,省略了 LED封 装的复杂工序,降低了半导体光源的制造成本。同时,由于无需考虑LED封装所带来的散热 问题,仅需利用基板兼做散热板的简单结构就可以实现很好的散热效果。此类光源相对目 前照明光源(例如,白炽灯和气体放电灯)而言,避免了白炽灯的低效以及气体放电中潜在 的汞污染(紧凑型荧光灯等)等问题;同时相比LED封装体芯片制备的光源而言,不仅成本 大大节约,而且由于去除了 LED透镜及挡光器件,光效进一步增加。


图1为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的立体示意图;图2为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的俯视图;图3为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构中基板与PN结晶元体之间 的连接示意图;图4为本发明一实施列所提供的半导体光源的分解示意图;图5为本发明一实施列所提供的半导体光源组合后的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、特征更明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。本发明充分考虑到PN结半导体发光机理,直接利用PN结晶元体(无封装)来作 为发光体,省略掉了 LED封装的过程,减少了半导体光源的制造成本。具体请参考图1与图 2,其为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的结构示意图,其中图1为立体示意 图,图2为俯视图。如图所示,该半导体光源发光结构10包括基板12和至少一个PN结晶元体14,其 中,PN结晶元体14直接贴片(COB)于基板12 —表面上。且基板12由散热材料制成,以兼 具散热功能;另外,基板12内设计有导电线路,以外接一驱动电源。可见,以上发光结构利用直接贴片工艺(COB工艺)将PN结晶元体贴片于基板上, 省略了 LED封装的过程,减少了半导体光源的制造成本;同时,将晶元体本身发光时产生 的热量导到基板下部,通过增加与空气的接触面积,形成热扩散,达到向周围空间散热的效 果。在本发明一较佳实施列中,可以在基板12下设置散热板16,来进一步增加散热面积,增 强散热效果。当然,本领域技术员可以根据PN结晶元体的数量与产生的热量情况来考量是 否需要增设散热板16。较佳的,散热板16与基板12可以一体成型制造,以增加散热效率; 或者,散热板16与基板12之间通过导热硅胶粘连。另外,可以在基板12或散热板16的底部设置散热鳍片122,以进一步增加与空气 的接触面积,达到更好的散热效果。较佳的,以上基板12可以为铝质材料,因为铝的散热效果较佳。例如,基板12为铝 基板,且为了保证其内导电线路与该基板之间的绝缘,需在导电线路外设置绝缘层。当然, 本发明不以此为限,并领域技术人员也可以选择其他散热效率较高的材料。另外,散热板16 和散热鳍片122也可以由铝制材料构成,当然,本发明不以此为限,并领域技术人员也可以 选择其他散热效率较高的材料。需要说明的是,本发明不限制基板12上的PN结晶元体14的数量,本领域技术人 员可以根据光源功率需求以及每个PN结晶元体的功率大小选择PN结晶元体14的数量。例 如,1到50个,其功率为0. 05W至1W,驱动电流为50mA至350mA。当PN结晶元体14的数量 多于一个时,需要考虑他们之间的串并联关系,为此,需要通过基板12内所设计的导电线 路来实现PN结晶元体14之间的串并联。当然,导电线路的设计需要根据光源功率需求以 及每个PN结晶元体的功率大小来设计PN结晶元体之间的串并联关系,然后,根据这个串并 联关系,设计好导电线路,然后制作基板12。下面结合图3,详细描述基板与PN结晶元体之间的连接关系。如图所示,PN结晶 元体14包括正极141和负极142,基板上具有多个与导电线路124接通的焊盘126。在通 过直接贴片工艺将PN结晶元体14贴于基板12的上表面后,晶元体负极142和正极141分 别与基板焊盘126完成电气连接,较佳的,可以通过金线18实现PN结晶元体14与基板焊 盘126的电气连接。而基板12上排布的导电线路124使得多个晶元体实现串并联,并通过 焊盘导线19引出,与驱动电源进行连接。为了方便焊盘导线19的引出,基板12上设置有 开口 128,当然,相应的散热板也设有相应的开口。较佳的,导电线路124可以为铜箔线路, 当然,本发明不以此为限。需要说明的是,图中导电线路124用虚线画出,这是因为通常导 电线路设计于基板14内靠近上表面的位置,从图中无法看出,故在此用虚线示意给出,并 不是实际线路布局情况。
请参考图4,其为本发明一实施列所提供的半导体光源的结构示意图。如图所示, 该光源包括灯头20、设置于灯头20上的灯座30、设置于灯座30内的驱动电源40和设置于 灯座30上的灯罩50,且该灯座内设置有以上实施列所揭露的发光结构10,其中驱动电源40 连接于灯头20与发光结构10的基板12之间。PN结晶元体16直接贴片于基板14上,与基 板内设计的导电线路连通,导电线路通过焊盘导线19引出至驱动电源40。在一较佳实施列中,灯罩50可以通过导热硅胶与基板12或散热板16粘连。如此, 进一步保证晶元体的散热。另外,灯罩50可以为玻璃灯罩,例如,现在市场上常见的乳白玻 璃灯罩,当然本发明不以此为限。灯座30可以由塑料外壳制成,其通过卡口方式固定在基板12底部,同时将驱动电 源40置放其中。另外,在一较佳实施列中,灯座30的外表面可以均勻设置多个外翼片32, 当然,这些外翼片32可以与灯座30整体注塑一体成型。这样,增加了灯的美观性,同时也 使得灯放置时不容易滚落,且容易取放。另外,灯头20可以是螺旋灯头,例如,通用的E27/E14螺口标准灯头。相应的,灯 座30的内表面具有螺纹,从而通过螺旋方式与灯头紧固连接。以上半导体光源通过调整荧光胶浓度,可以实现色温在2700K到6500K之间变化。与现有技术相比,以上半导体光源具有以下优点光效高,寿命长,成本低。散热盘 采用铝板或铝片装配而成,较普通的铸铝支架和散热体相比具有加工简单,节省材料成本 的优点。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和 改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
一种半导体光源发光结构,其特征是,包括基板,由散热材料制成,且所述基板内设计有导电线路;至少一个PN结晶元体,直接贴片于所述基板的一表面,通过所述导电线路外接一驱动电源。
2.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构,其特征是,还包括 散热板,与所述基板的另一表面连接。
3.根据权利要求2所述的半导体光源发光结构,其特征是,所述散热板与基板之间通 过导热硅胶粘连。
4 根据权利要求2所述的半导体光源发光结构,其特征是,所述散热板与基板一体成型。
5.根据权利要求2所述的半导体光源发光结构,其特征是,还包括 散热鳍片,设置于所述基板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。
6.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构,其特征是,当所述PN结晶元体为多个 时,通过所述基板上导电线路实现串联或者并联。
7.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构,其特征是,所述PN结晶元体包括正极 和负极,所述基板上具有多个与所述导电线路接通的焊盘,且所述PN结晶元体的正极和负 极分别与一个所述焊盘电连接。
8.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构,其特征是,所述PN结晶元体的数量为 1至Ij 50个。
9.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构,其特征是,所述PN结晶元体的功率为 0. 05W至1W,驱动电流为50mA至350mA。
10.一种半导体光源,包括灯头、设置于灯头上的灯座、设置于灯座内的驱动电源和设 置于灯座上的灯罩,其特征是,所述灯座内设置有发光结构,该发光结构包括基板,由散热材料制成,且所述基板内设计有导电线路;至少一个PN结晶元体,直接贴片于所述基板的一表面,通过所述导电线路外接所述驱 动电源,且所述驱动电源连接于所述灯头与所述基板之间。
11.根据权利要求10所述的半导体光源,其特征是,还包括散热板,与所述基板的另一表面连接。
12.根据权利要求11所述的半导体光源,其特征是,所述散热板与基板之间通过导热 硅胶粘连。
13.根据权利要求11所述的半导体光源,其特征是,所述散热板与基板一体成型。
14.根据权利要求11所述的半导体光源,其特征是,还包括散热鳍片,设置于所述基 板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。
15.根据权利要求10所述的半导体光源,其特征是,当所述PN结晶元体为多个时,通过 所述基板上导电线路实现串联或者并联。
16.根据权利要求10所述的半导体光源,其特征是,所述PN结晶元体包括正极和负极, 所述基板上具有多个与所述导电线路接通的焊盘,且所述PN结晶元体的正极和负极分别 与一个所述焊盘电连接。
17.根据权利要求10所述的半导体光源,其特征是,所述PN结晶元体的数量为1到50个。
18.根据权利要求10所述的半导体光源,其特征是,所述PN结晶元体的功率为0. 05W 至1W,驱动电流为50mA至350mA。
全文摘要
本发明揭示了一种半导体光源及其发光结构,包括基板,由散热材料制成,且所述基板内设计有导电线路;至少一个PN结晶元体,直接贴片于所述基板的一表面,通过所述导电线路外接一驱动电源。以上半导体光源及其发光结构,利用PN结晶元体直接发光的机理,通过将PN结晶元体直接贴片于基板,并通过基板上的线路设计引入驱动电源,来直接驱动PN结晶元体发光。即引入了一种晶元体直接发光结构来取代现有技术中的LED封装结构,省略了LED封装的复杂工序,降低了半导体光源的制造成本。同时,由于无需考虑LED封装所带来的散热问题,仅需利用基板兼做散热板的简单结构就可以实现很好的散热效果。
文档编号F21V23/06GK101893177SQ20101022954
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者刘洋, 李文鹏, 李维德, 陈大华 申请人:中节能(上海)城市照明节能管理有限公司
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