大发光角度的发光二极管灯芯及包含该灯芯的照明装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及半导体照明技术，特别涉及具有大发光角度的发光二极管灯芯和包含该灯芯的照明装置。按照本发明一个实施例的具有大发光角度的发光二极管灯芯包括：散热器；设置在所述散热器顶部的基板；发光模块，其包含：图案化的金属载板，其设置在所述基板上并且包含电极区域；至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接；驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述电极区域电气连接；以及光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以使所述发光二极管管芯发射的光线向四周出射。
【专利说明】大发光角度的发光二极管灯芯及包含该灯芯的照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体照明技术，特别涉及具有大发光角度的发光二极管灯芯和包含该灯芯的照明装置。
【背景技术】
[0002]目前在照明装置中用作光源的发光二极管(LED)是一种固态的半导体器件，它的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区里电子跟空穴复合，然后以光子的形式发出能量，而光的波长则是由形成P-N结构的材料决定的。与传统光源相比，LED光源具有其它光源所不具备的一系列优点，例如无污染、寿命长、能耗低、耐振动、控制方便和便于调光等。
[0003]虽然LED理论上的出光角度为360度，但是由于晶片被放置于支架上才得以固定和封装，因此实际的最大出光角度为180度。此外，LED—般采用圆柱或圆球封装，由于这些封装形式的凸透镜作用，导致发出的光线一般都具有很强的指向性，即，LED的发光强度随相对于正法向的偏离角度的增大而急剧下降。然而在典型的照明应用(例如室内照明)中，往往要求灯具提供接近360度的空间发光能力。为了满足上述应用需求，业界已经提出了相应的解决方案。
[0004]例如2010年6月21日提交的申请号为201010208000.2的中国发明专利申请公开了一种LED发光装置，其包括基座、组合LED光源体、灯罩，其中，组合LED光源体包括圆锥形散热体、借助散热片导热双面胶包裹在圆锥形散热体上的柔性PCB板，而LED灯珠则均匀分布在柔性PCB板上。上述参考文献以全文引用的方式包含在本申请中。
[0005]又如，台湾工业研究院最近发布了一种具330度大发光角度的LED灯泡，其通过采用类似LED背光板排列的方式，使海星状的LED光条沿着灯泡球形弧面贴合，从而达到大而均匀的发光角度，与此同时，该LED灯泡采用遍布灯泡表面的散热塑胶替代传统的金属散热器并结合特殊设计来扩大散热面积，以期解决散热问题。
[0006]但是需要指出的是，上述各种解决方案都是以制造成本上升和灯具结构复杂化为代价的，这愈发使得大发光角度的LED灯具在与传统的白炽灯和节能灯的竞争中处于不利地位。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种大发光角度的发光二极管灯芯，其具有结构紧凑和制造成本低的优点。
[0008]本发明的上述目的可通过下列技术方案实现:
[0009]—种具有大发光角度的发光二极管灯芯，包括:
[0010]散热器；
[0011]设置在所述散热器顶部的基板；[0012]发光模块，其包含:
[0013]图案化的金属载板，其设置在所述基板上并且包含电极区域；
[0014]至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接;
[0015]驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述电极区域电气连接；以及
[0016]光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
[0017]本发明的上述目的还可通过下列技术方案实现:
[0018]—种具有大发光角度的发光二极管灯芯，包括:
[0019]散热器；
[0020]发光模块，其包含:
[0021]图案化的金属载板，其设置在所述散热器顶部并且包含电极区域；
[0022]至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接;
[0023]驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述电极区域电气连接；以及
[0024]光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
[0025]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述发光模块进一步包括绝缘材料制成的框架，其固定在所述金属载板上并且包围所述发光二极管管芯。
[0026]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述散热器呈壳体形状，其至少一部分表面以红外辐射材料覆盖。
[0027]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述基板由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料构成。
[0028]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述金属载板包含第一图案区域和第二图案区域，所述第一图案区域用作所述电极区域，所述第二图案区域用于承载所述发光二极管管芯。
[0029]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述发光二极管管芯通过引线实现它们相互间的互连以及与所述第一图案区域的连接。
[0030]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述框架通过注压工艺固定在所述第一图案区域和第二图案区域的表面。
[0031]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述光散射元件的底部包含凹腔以容纳所述发光模块。
[0032]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述光散射元件由玻璃制成。
[0033]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述光散射元件呈卵形。
[0034]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述光散射元件为多面体。
[0035]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述光散射元件呈喇叭状。
[0036]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述凹腔的内表面覆盖荧光粉。[0037]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述框架内包含将所述发光二极管管芯包裹住的透明硅胶，所述透明硅胶内混合有荧光粉。
[0038]优选地，在上述具有大发光角度的发光二极管灯芯中，所述驱动电源模块被设置在与所述发光模块相对的基板表面。
[0039]本发明的还有一个目的是提供一种大发光角度的发光二极管灯，其具有结构紧凑和制造成本低的优点。
[0040]本发明的上述目的可通过下列技术方案实现:
[0041]一种具有大发光角度的发光二极管灯，包括:
[0042]灯罩；
[0043]灯头，其与所述灯头结合在一起以形成空腔；以及
[0044]发光二极管灯芯，其包含:
[0045]设置在所述空腔内的散热器；
[0046]设置在所述散热器顶部的基板；
[0047]发光模块，其包含:
[0048]图案化的金属载板，其设置在所述基板上并且包含电极区域；
[0049]至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接;
[0050]驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述灯头的电极区和所述电极区域电气连接；以及
[0051]光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
[0052]本发明的上述目的还可通过下列技术方案实现:
[0053]一种具有大发光角度的发光二极管灯，包括:
[0054]灯罩；
[0055]灯头，其与所述灯头结合在一起以形成空腔；以及
[0056]发光二极管灯芯,其包含:
[0057]设置在所述空腔内的散热器；
[0058]发光模块，其包含:
[0059]图案化的金属载板，其设置在所述散热器顶部并且包含电极区域；
[0060]至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接;
[0061]驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述灯头的电极区和所述电极区域电气连接；以及
[0062]光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
【专利附图】
【附图说明】
[0063]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:[0064]图1为按照本发明一个实施例的发光二极管灯芯的分解示意图。
[0065]图2为图1所示发光二极管灯芯的剖面示意图。
[0066]图3为图1和2所示的发光二极管灯芯所包含的发光模块的示意图。
[0067]图4为图1和2所示发光二极管灯芯中所包含的驱动电源模块的示意图。
[0068]图5为按照本发明另一个实施例的发光二极管灯芯的分解示意图。
[0069]图6为图5所不发光二极管灯芯的剖面不意图。
[0070]图7为按照本发明另一个实施例的具有大发光角度的发光二极管(LED)照明装置的分解示意图。
[0071]图8为图7所示发光二极管照明装置的剖面示意图。
[0072]图9为按照本发明另一个实施例的具有大发光角度的发光二极管(LED)照明装置的分解示意图。
[0073]图10为图9所示发光二极管照明装置的剖面示意图。
[0074]附图标号列表:
[0075]I发光二极管灯
[0076]10 灯芯
[0077]110散热器
[0078]111 壳体
[0079]112 底座
[0080]1121 台阶
[0081]1122 裙边
[0082]1123 槽口
[0083]120 基板
[0084]121AU21B 布线
[0085]122AU22B 通孔
[0086]130发光模块
[0087]131金属载板
[0088]1311第一图案区域
[0089]1312第二图案区域
[0090]132发光二极管单元
[0091]133 框架
[0092]134 引线
[0093]140驱动电源模块
[0094]141AU41B 引线
[0095]142整流电路
[0096]143驱动电路
[0097]144AU44B 电容器
[0098]145无线通信收发器芯片
[0099]150光散射兀件
[0100]151 凹腔[0101]20 灯罩
[0102]30 灯头
[0103]310 端部
[0104]320 侧壁
[0105]330绝缘部分
【具体实施方式】
[0106]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。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，更为全面地传达给本领域技术人员本发明的保护范围。
[0107]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。
[0108]术语“发光二极管单元”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结无机半导体发光二极管和有机发光二极管(0LED和聚合物发光二极管(PLED))。
[0109]P-N结无机半导体发光二极管可以具有不同的结构形式，例如包括但不限于发光二极管管芯和发光二极管单体。其中，“发光二极管管芯”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“发光二极管单体”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。
[0110]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、紧固孔和金属化孔等)。
[0111]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。
[0112]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。
[0113]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。
[0114]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。
[0115]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。进一步地，在本发明的实施例中可采用石墨或常温红外陶瓷辐射材料作为覆盖在散热器表面的红外辐射材料或构成散热器的红外辐射材料。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。有关常温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。
[0116]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:在设定的发光二极管单元的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% )。
[0117]“电气连接”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。
[0118]“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)电源与作为光源的发光二极管之间的“电子控制装置”，用于为发光二极管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安装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。
[0119]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。
[0120]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。
[0121]以下借助附图描述本发明的实施例。
[0122]发光二极管灯芯
[0123]图1为按照本发明一个实施例的发光二极管灯芯的分解示意图。图2为图1所示发光二极管灯芯的剖面示意图。
[0124]按照本实施例的发光二极管(LED)灯芯10包括散热器110、基板120、发光模块130、驱动电源模块140和光散射元件150。如图1和2所示，基板120被设置在散热器110的顶部，发光模块130被设置在基板120的表面，驱动电源模块140则设置在散热器110的内部并且与发光模块130电气连接。另外，为了获得大角度的发光，在发光模块130的上方还设置光散射元件150，其使发光模块130发射的光线具有较大的发射角。[0125]在本实施例中，散热器110包含壳体111和底座112，其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，但是散热部件110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，散热器110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)，但是可选地，也可以仅在散热器110的一部分表面覆盖红外福射材料。
[0126]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)，则散热器110可以全部由红外辐射材料构成。或者可选地，散热器110可以仅仅一部分(例如壳体111)由红外辐射材料构成。
[0127]除非特别指明，下面将要描述的内容都同时适用于红外辐射材料覆盖在散热器表面和红外辐射材料构成散热器本体这两种情形。
[0128]参见图1，壳体111呈筒状，其上部的外表面包含多条沿壳体纵向延伸的凸条以增加壳体的表面积，这有助于增强散热器的散热能力。参见图2,底座112的内壁在下部略微向内收窄而形成台阶1121，壳体111的下部可以插入底座112并且与台阶1121相抵。另夕卜，壳体111的凸条与底座112的上端面相抵。在本实施例中，壳体111与底座112例如可以通过粘合或者螺纹连接的方式固定在一起。如图1所示，底座112的外表面上形成有一圈裙边1122,灯罩的开口端适于插入其中，从而将灯罩与散热器固定在一起。
[0129]参见图1和2，为了增强基板120与散热器110之间的热传导，壳体111的顶部是封闭的以增加二者的接触面积。但是例如为了减轻散热器的重量和降低材料成本，壳体111的顶部也可以是敞开的，此时基板120可被粘合在壳体111顶部的外沿。
[0130]在本实施例中，可选地，散热器110可以是一个一体成型的部件，并且也不局限于图1和2所示的形状，其例如可以是棱柱体或截去顶部的锥体等。
[0131]基板120被设置在散热器110的顶部(在本实施例中为壳体111的顶部)，因而发光模块130产生的热量可以经基板120传递至散热器110。基板120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。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1.5-3mm)并且硬度高。在本实施例中，基板120可以借助导热胶粘合到散热器110上。
[0132]图3为图1和2所示的发光二极管灯芯所包含的发光模块的示意图。发光模块130包括金属载板131、多个发光二极管单兀132和框架133。参见图3,金属载板131包括第一图案区域1311和第二图案区域1312。第一图案区域1311用作发光模块的电极区域，其包含多个相互之间以及与第二图案区域1312均不连通的分立小区以作为发光二极管单元132与外部的电气接口。结合图1和3可见，第一图案区域1311从框架133延伸出来的区域与基板120的表面上的布线121A电气连接，而布线121A则连接至位于散热器110内部的驱动电源模块140。如图3所示，发光二极管单元132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1312上，由于金属良好的导热性能，发光二极管单元132与第二图案区域1312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发光模块130下面的基板120。框架133由绝缘材料制成，其例如通过注压工艺与金属载板131固定在一起，并且将发光二极管单元132包围其中。由于第一和第二图案区域1311和1312都被固定在框架133上，因此它们的相对位置关系得以固定。参见图3，发光二极管单元132通过引线134实现它们相互间的互连以及与第一图案区域1311的连接。
[0133]在本实施例中，可以先在基板120的表面印刷电子浆料图案(例如银浆)，该图案对应于布线121A以及与第一和第二图案区域1311、1312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121A以及接触区。最后将金属载板131的第一和第二图案区域通过热熔合的方式固定到基板120表面的接触区。在本实施例中，金属载板131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120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。
[0134]值得指出的是，虽然本实施例的发光二极管单元132借助于金属载板131实现了在基板表面的设置，但是也可以采用其它的设置方式。例如可以利用固晶工艺将发光二极管单元132直接设置在基板表面，或者将发光二极管单元132焊接到基板的布线上。此外，发光二极管单元132这里虽然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。再者，本实施例以采用多个发光二极管单元的灯芯为例，然而采用单个发光二极管单元作为发光元件也是可行的。
[0135]当发光二极管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发光二极管单元132，或者在发光二极管单元132的表面涂覆荧光粉，然后再用硅胶覆盖或包围住发光二极管单元132。如图3所示，由于框架133的设置，硅胶的流动受到限制而仅分布在发光二极管单元132的周围。
[0136]参见图1和2，驱动电源模块140被设置在散热器110内部。根据外部供电的方式，驱动电源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。
[0137]驱动电源模块140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)向发光模块130提供合适的电流或电压，其可以由一个或多个独立的部件组成。在本实施例中，驱动电源模块140包含印刷电路板、一个或多个安装在印刷电路板上并通过布线电气连接在一起的元器件以及一对适于与灯头的电极区电气连接的引线141A和141B。引线141A和141B可以采用接线柱的形式，但是也可以采用可弯折的导线。此外，如图2所示，驱动电源模块的印刷电路板的定位可以借助散热器110的底座112的内壁上开设的槽口 1123实现。
[0138]可选地，可以将驱动电源模块140设置在与设置发光模块130的表面相对的基板表面。此时，基板120作为双面印刷线路板，为发光模块130和驱动电源模块140提供承载平台和电气连接。
[0139]图4为图1和2所示发光二极管灯芯中所包含的驱动电源模块的示意图。如图4所示，外部电源(例如各种直流电源或交流电源)经接线柱141A和141B接入整流电路142 (在这里以集成电路封装芯片的形式实现)，而驱动电路143 (在这里以集成电路封装芯片的形式实现，例如可以是美信(Maxim)集成产品公司制造的LED驱动器MAX16820、恩智浦(NXP)半导体公司制造的反激式驱动器SSL系列控制IC、Clare公司制造的HB LED驱动器MXHV9910、安森美公司制造的LED驱动器NCP1351、Active半导体公司制造的LED驱动器ACT355A等)经基板表面上的布线121B与整流电路142电气连接。驱动电路143还经布线121B与电容器144A和144B以及实现其它功能的电路(这里以无线通信收发器芯片145为例)电气连接。参见图4，驱动电源模块140的输出端经穿越通孔122A和122B与位于基板另一表面上的发光模块130电气连接。
[0140]参见图1和2,光散射兀件150位于发光模块130的上方以扩展发光二极管单兀132的发光角度，使发光二极管单元发出的光线比较均匀地散射到空间中去。在本实施例中，光散射元件150被设置在基板120的表面并且其下部开设有容纳发光模块130的凹腔151。当发光模块130通过前面借助图3所述的方式设置在基板120上时，凹腔151则将整个发光模块130容纳其中。凹腔结构使得发光二极管单元或发光模块130被封闭在一个空间中，这有利于提高散射性能。
[0141]光散射元件150可以采用玻璃、PMAA或PC等材料制成，根据应用需要可设计为不同的形状。在本实施例中，光散射元件150的表面被设计为凸形曲面或卵形，但是其也可以是其它形状，例如包括但不限于喇叭形和多面体等。
[0142]如上所述，可以利用荧光粉来调整照明光线的颜色。在本实施例中，除了在包围LED单元132的硅胶内混合荧光粉或者在LED单元132的表面涂覆荧光粉的方式以外，也可以在凹腔151的内表面上覆盖荧光粉。与前两种方式相比，覆盖在凹腔内表面的荧光粉由于与LED单元132未直接接触，受热温度有所降低，因此可延缓荧光粉的老化。
[0143]图5为按照本发明另一个实施例的发光二极管灯芯的分解不意图。图6为图5所示发光二极管灯芯的剖面示意图。
[0144]按照本实施例的发光二极管灯芯10包括散热器110、光源模块130、驱动电源模块140和光散射元件150。与上述借助图1-4所述的实施例相比，本实施例的主要不同之处在于基板的省略以及散热器和光散射元件的形状。对于其它方面，本实施例可采用借助前述实施例的各种特征，此处不再详述。
[0145]如图5和6所示，在本实施例中，散热器110呈壳体状，灯罩或者灯头可以被粘合在散热器110的外表面从而固定在一起。
[0146]散热器110的顶部代替分立的基板，起着承载发光模块130以及在发光模块130与驱动电压模块140之间提供电气连接的作用。具体而言，如图5和6所示，发光模块130被设置在散热器110的顶部并且与设置在顶部表面的布线1111电气连接。驱动电源模块140设置在散热器110的内部并且经布线1111与发光模块130电气连接。
[0147]值得指出的是，在本实施例中，驱动电源模块140虽然以单独的印刷电路板的形式设置在散热器110的内部，但是也可以利用散热器110的顶部作为基板，以类似于图4所不的方式将驱动电源模块140设置在与发光模块130相对的散热器顶部的表面。
[0148]在发光模块130的上方同样也设置光散射兀件150,但是与图1_4所不的实施例不同，光散射元件150呈喇叭形。
[0149]发光二极管照明装置
[0150]图7为按照本发明另一个实施例的具有大发光角度的发光二极管(LED)照明装置的分解示意图。图8为图7所示发光二极管照明装置的剖面示意图。
[0151]参见图7和8，本实施例的LED照明装置I包括LED灯芯10、灯罩20和灯头30。以下对各个组成单元作进一步的描述。
[0152]在本实施例中，LED灯芯10具有借助图1_4所述实施例的各种特征，因此以下不再详述。
[0153]灯罩20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20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20的散热能力，另外也抑制或消除了LED的眩光效应。
[0154]灯头30为发光二极管灯芯10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E26/E27、E11、E14、E17和端子接线等接口形式。参见图7和8，灯头30的端部310由诸如金属之类的导电材料制成，侧壁320的至少一部分由金属材料制成，因此可以将端部310和侧壁320的金属材料制成的区域作为电极连接区。端部310与侧壁220的金属部分可利用绝缘部分330 (例如由塑料之类的绝缘材料制成)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310和侧壁320作为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。
[0155]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发光二极管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。
[0156]LED灯芯10的散热器110包括壳体111和底座112。如图7和8所示，底座112的外表面上形成有一圈裙边1122，灯罩20的开口端可以插入裙边1122内并且例如借助粘合剂固定于裙边内部。另一方面，底座112的下部插入灯头30的内腔，其例如借助粘合剂固定于底座112的下部。
[0157]驱动电源模块140的引线141A延伸进入灯头30的内腔并与端部310相接，而另外一条引线141B则在伸出底座120之后向上折返并抵靠住灯头30的侧壁320，由此实现与照明线路的火线和零线的电气连接。
[0158]图9为按照本发明另一个实施例的具有大发光角度的发光二极管(LED)照明装置的分解示意图。图10为图9所示发光二极管照明装置的剖面示意图。
[0159]按照本实施例的LED照明装置I同样包括LED灯芯10、灯罩20和灯头30，其中LED灯芯10被设置在由灯罩20与灯头30限定的内腔中。
[0160]在本实施例中，LED灯芯10具有借助图5和6所述实施例的各种特征，灯罩20和灯头30具有借助图7和8所述实施例的各种特征，以下仅对LED灯芯10、灯罩20和灯头30之间的结合方式作进一步的描述。
[0161]如图9和10所示，在本实施例中，散热器110的外表面上不再形成裙边结构，其下端插入灯头30内并且例如通过粘合或螺纹连接的方式与灯头30固定在一起；另一方面，灯罩20的开口端被插入散热器110与灯头30之间的空隙内并且例如通过热熔合或粘合的方式与灯头30固定在一起。对于热熔合方式，可以采用制造普通白炽灯的装头机实现。
[0162]在借助图7和8所述的实施例中，灯罩20与灯头30被固定于散热器110的底座112上，从而形成容纳LED灯芯或散热器的空腔。而在借助图9和10所述的实施例中，灯罩20与灯头30象普通白炽灯那样直接固定在一起，从而形成一个将LED灯芯或散热器全部包含在其中的封闭空腔。值得指出的是，在本说明书中，将散热器设置在由灯罩与灯头限定的空腔内的表述应该广义地理解为包含上述各种情形。
[0163]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】
1.一种具有大发光角度的发光二极管灯芯，包括: 散热器； 设置在所述散热器顶部的基板； 发光模块，其包含: 图案化的金属载板，其设置在所述基板上并且包含电极区域； 至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接；驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述电极区域电气连接；以及光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
2.如权利要求1所述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述发光模块进一步包括绝缘材料制成的框架，其固定在所述金属载板上并且包围所述发光二极管管芯。
3.如权利要求2所述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述金属载板包含第一图案区域和第二图案区域，所述第一图案区域用作所述电极区域，所述第二图案区域用于承载所述发光二极管管芯。
4.如权利要求1所述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述光散射元件的底部包含凹腔以容纳所述发光模块。
5.如权利要求4所述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述凹腔的内表面覆盖荧光粉。
6.如权利要求2所 述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述框架内包含将所述发光二极管管芯包裹住的透明硅胶，所述透明硅胶内混合有荧光粉。
7.如权利要求1所述的具有大发光角度的发光二极管灯芯，其中，所述驱动电源模块被设置在与所述发光模块相对的基板表面。
8.一种具有大发光角度的发光二极管灯芯，包括: 散热器； 发光模块，其包含: 图案化的金属载板，其设置在所述散热器的顶部并且包含电极区域； 至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接；驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述电极区域电气连接；以及光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
9.一种具有大发光角度的发光二极管灯,包括: 灯罩； 灯头，其与所述灯头结合在一起以形成空腔；以及 发光二极管灯芯，其包含: 设置在所述空腔内的散热器； 设置在所述散热器顶部的基板； 发光模块，其包含: 图案化的金属载板，其设置在所述基板上并且包含电极区域； 至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接；驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述灯头的电极区和所述电极区域电气连接；以及 光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
10.一种具有大发光角度的发光二极管灯,包括: 灯罩； 灯头，其与所述灯头结合在一起以形成空腔；以及发光二极管灯芯，其包含: 设置在所述空腔内的散热器； 发光模块， 其包含: 图案化的金属载板，其设置在所述散热器顶部并且包含电极区域； 至少一个发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区域电气连接；驱动电源模块，其位于所述散热器内部并且与所述灯头的电极区和所述电极区域电气连接；以及 光散射元件，其设置在所述发光二极管管芯的上方以扩展所述发光二极管管芯的发光角度。
【文档编号】F21V19/00GK103470968SQ201210188693
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】李文雄, 赵依军 申请人:李文雄, 赵依军