專利名稱：發(fā)光二極管及其發(fā)光二極管燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈，特別是涉及一種用于照明、交通燈和信息顯示等器件的大功率、高效率、長壽命的發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管已被廣泛用于信號指示、大屏幕顯示等領(lǐng)域，它具有壽命長、顏色好、牢固等優(yōu)點。目前只能制造小功率發(fā)光二極管，典型的發(fā)光二極管僅約20mA×4V＝80mW，因為增加工作電流將導(dǎo)致發(fā)光二極管芯片的溫度迅速升高，而發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率幾乎隨芯片溫度的上升而直線下降。如何將發(fā)光二極管產(chǎn)生的大量的熱有效地散發(fā)掉，使發(fā)光二極管在較低的溫度下工作，已成為制造發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈的關(guān)鍵。
現(xiàn)有典型的大功率發(fā)光二極管，如圖1所示，發(fā)光二極管芯片101安裝在金屬底座103的反射面102上，金屬底座103用環(huán)氧樹脂111粘貼于電路板106上，電路板106再用膠112與散熱器113相連；發(fā)光二極管芯片101的電極經(jīng)引線104和管腳105與電路板106上的導(dǎo)電層107相連，該芯片上有光學(xué)膠108及透鏡109，110為固定裝置。
可見，發(fā)光二極管芯片要經(jīng)金屬底座103(熱阻為RB)、環(huán)氧樹脂層111(熱阻為RE)、電路板(熱阻為RP)和粘合膠112(熱阻為RA)后才與散熱器113相連，其總的熱阻∑R＝RB+RE+RP+RA很大，故芯片溫度很容易上升，使發(fā)光效率迅速下降；同時，安裝芯片的金屬底座用膠粘于電路板上，由于電路板和金屬底座的熱膨脹系數(shù)不同，升溫速度不同，時冷時熱，時脹時縮，長時間工作很容易導(dǎo)致環(huán)氧樹脂膠裂開，而使熱阻RE大增，從而導(dǎo)致發(fā)光二極管過熱而燒毀。總之，現(xiàn)有技術(shù)無法制成功率大、發(fā)光效率高、使用壽命長的發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有發(fā)光二極管與散熱器之間的熱阻很大，芯片溫度很容易升高及其導(dǎo)致的發(fā)光效率迅速下降的缺點；以及金屬底座與電路板之間的膠因電路板和金屬底座的熱膨脹系數(shù)不同，長時間工作很容易使膠裂開，導(dǎo)致發(fā)光二極管與散熱器之間的熱阻大增，發(fā)光二極管過熱而燒毀的缺點；從而提供一種大功率、高效率、長壽命發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種發(fā)光二極管，包括至少一個安裝在高熱導(dǎo)率的底座上的發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片通過一電路板與電源電連接，發(fā)光二極管芯片上方有透光介質(zhì)；所述的底座上表面為光反射面或底座四周安裝有光反射面，其特征在于，在底座的上方或四周安裝有電路板。
所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括一通過所述的底座下方有至少一個螺旋或螺旋孔，用于直接機械連接的散熱器。
所述的發(fā)光二極管芯片前方有一光反射器。
所述的透光介質(zhì)為光學(xué)膠和透鏡。
所述的發(fā)光二極管芯片為多個發(fā)相同光色的芯片或發(fā)不同光色的芯片，芯片之間串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)連接。
所述的底座為金屬底座、超熱導(dǎo)率管或在金屬底座下方設(shè)置一超熱導(dǎo)率管組成。
所述的光反射器有光學(xué)反射面，其光反射面與發(fā)光二極管軸之間的安裝角度為10-70度。
所述的光學(xué)膠內(nèi)或光學(xué)膠與透鏡之間有光轉(zhuǎn)換材料。
一種用上述發(fā)光二極管制作的發(fā)光二極管燈，其特征在于包括至少一個上述發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管通過其底座上的螺絲或螺絲孔與一個散熱器直接機械接觸，該發(fā)光二極管的引出線與一個驅(qū)動電路電連接，驅(qū)動電路通過其外殼與電連接器電連接，在所述發(fā)光二極管上套裝一透光泡殼。
所述的電連接器為雙腳、多腳直插的燈頭或螺旋燈頭。
所述的透光泡殼為玻璃或塑料制成的透明的、著色的或漫射的泡殼。
所述的透光泡殼內(nèi)壁上有光轉(zhuǎn)換材料層。
所述的散熱器為帶有散熱翅片的散熱器。
所述的散熱翅片為帶有單個或多個螺旋的螺旋形散熱翅片。
所述的散熱翅片的內(nèi)表面為光反射面。
所述的內(nèi)表面呈錐形或拋物面。
一種用上述發(fā)光二極管燈制作的交通燈，其特征在于，所述的發(fā)光二極管的光出射角為5-60度，被安裝在原有交通燈拋物面光反射器的焦點附近，各發(fā)光二極管中一部分發(fā)光二極管所發(fā)出的光直接由原交通燈透光窗出射，另一部分則經(jīng)原交通燈拋物面光反射器反射后射出，從而可得到所需聚焦和均勻分布的出射光。
一個用上述發(fā)光二極管制作的發(fā)光二極管平面光源，其特征在于，所述的至少一個發(fā)光二極管被安裝在一個由平面散熱板做的散熱器上，所述散熱板位于平面光源或液晶顯示用背照明光源的導(dǎo)光板的背面和四周，所述發(fā)光二極管的二側(cè)或四周設(shè)置有光反射器。
所述的發(fā)光二極管為多個發(fā)相同光色的發(fā)光二極管或發(fā)不同光色的發(fā)光二極管。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)散熱器和底座的直接緊密熱連接，使芯片與散熱器之間的熱阻幾乎等于零，從而使芯片產(chǎn)生的熱有效地散發(fā)掉，另外，金屬底座與散熱器用金屬螺絲連接，熱連接十分可靠，長期工作不會變，所以，可制成功率大、效率高、壽命長的發(fā)光二極管；(2)電路板安置于金屬底座的上方或四周，在不會增加芯片和散熱器之間的熱阻的同時，又方便了與芯片之間的連接，便于高密度安裝。
(3)可制成大功率的發(fā)光二極管燈和平面光源。
總之，本發(fā)明的發(fā)光二極管不僅克服了現(xiàn)有發(fā)光二極管熱阻大以及膠易于開裂的難題，而且其體積比現(xiàn)有發(fā)光二極管小得多，適于高密度安裝。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明發(fā)光二極管的下引線實施例結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明發(fā)光二極管安裝有光反射器的實施例結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明發(fā)光二極管安裝有光反射器的另一實施例結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明發(fā)光二極管燈的結(jié)構(gòu)示意7A為本發(fā)明發(fā)光二極管燈安裝有拋物面形散熱器的實施例結(jié)構(gòu)示意7B為本發(fā)明發(fā)光二極管燈安裝有錐形散熱器的又一實施例結(jié)構(gòu)示意8為本發(fā)明發(fā)光二極管燈安裝有超熱導(dǎo)管的實施例結(jié)構(gòu)示意9為本發(fā)明發(fā)光二極管燈安裝有燈泡狀散熱器實施例結(jié)構(gòu)示意10為本發(fā)明發(fā)光二極管制成的交通燈的結(jié)構(gòu)示意11為本發(fā)明發(fā)光二極管制成的平面光源的結(jié)構(gòu)示意圖附圖標示發(fā)光二極管芯片101 金屬底座103 反射面102電路板106 膠112 散熱器113引線104 管腳105 導(dǎo)電層107光學(xué)膠108 透鏡109 固定裝置110螺絲204 導(dǎo)熱膠206 引出線209光轉(zhuǎn)換材料213 絕緣層303 光反射器406混色劑409 螺絲孔408 散熱翅片404芯片間的連線410 導(dǎo)熱層407 驅(qū)動電路603驅(qū)動電路的外殼604 輸入引線607 電連接器605光轉(zhuǎn)換材料層609 透光泡殼608 發(fā)光二極管701超熱導(dǎo)管801 吸熱端803 第二透光泡殼908透光窗1008散熱板1103 導(dǎo)光板1104
光學(xué)板1107電路板110具體實施方式
實施例1制作一本發(fā)明的發(fā)光二極管，如圖2所示，至少一個發(fā)光二極管芯片101，例如為發(fā)黃光的發(fā)光二極管，所述芯片安裝在金屬底座103的反射面102上，當用2個以上發(fā)光二極管芯片101時，可取發(fā)相同光色的發(fā)光二極管芯片101；金屬底座103通過至少一個螺絲204和散熱器113緊密地?zé)岷蜋C械連接；為了得到更好的熱接觸，二者之間還可有導(dǎo)熱膠206，電路板106安置在金屬底座103上方，其上表面有導(dǎo)電層107連接引出線209，引出線209與金屬底座103、散熱器113電絕緣，電路板106和發(fā)光二極管芯片101之間經(jīng)引線104電連接，引出線209用于連接外電源；發(fā)光二極管芯片101上有光學(xué)膠108及透鏡109，光學(xué)膠108與透鏡109之間有光轉(zhuǎn)換材料213將芯片發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成其它色的光；金屬底座103由熱阻很小的銅制成，因此，發(fā)光二極管芯片101所產(chǎn)生的熱很容易經(jīng)散熱器113散發(fā)掉，從而使發(fā)光二極管芯片101工作于較低溫度的高發(fā)光效率的狀態(tài)。
實施例2制作一本發(fā)明采用下引線的發(fā)光二極管，如圖3所示，至少一個發(fā)光二極管芯片101例如有2個發(fā)光二極管芯片101安裝在金屬底座103的反射面102上，所述發(fā)光二極管芯片101取發(fā)不相同光色的發(fā)光二極管芯片；金屬底座103有至少一個螺絲204，用于和散熱器113緊密地?zé)岷蜋C械連接，電路板106安置在金屬底座103四周，其上表面有導(dǎo)電層107連接引出線209，引出線209穿過絕緣層303垂直向下連接外電源，發(fā)光二極管芯片101上有透光介質(zhì)，該透光介質(zhì)為光學(xué)膠108，其頂面109可按輸出光的光分布的要求設(shè)計成球面或橢球面，金屬底座103由熱阻很小的鋁或鋁合金制成，其余同實施例1。
實施例3
制作一本發(fā)明帶有光反射器的發(fā)光二極管，如圖4所示，其特征在于，至少一個發(fā)光二極管芯片101上方增加一光反射器406，使原本向發(fā)光二極管側(cè)面發(fā)射的光402反射回發(fā)光二極管芯片101或反射面102后，再向發(fā)光二極管前方出射，以提高光的有效利用率；當2個以上的發(fā)光二極芯片為發(fā)不同光色發(fā)光二極管芯片時，為了提高光的混色效果，反射器406和發(fā)光二極管芯片101之間可有混色劑409，發(fā)光二極管芯片101的一個電極與金屬底座103相連后，再從至少一個螺絲孔408和螺絲204中引出，發(fā)光二極管芯片的另一個電極經(jīng)引線104連接引出線209，穿過絕緣層303引出后連接外電源，410為發(fā)光二極管芯片之間的連線；散熱器113帶有散熱翅片404，導(dǎo)熱層407為導(dǎo)熱絕緣層，其它同實施例2。
實施例4制作一本發(fā)明安裝有光反射器的發(fā)光二極管，如圖5所示，其特征在于，發(fā)光二極管芯片101上方增加一光反射器406，把發(fā)光二極管芯片101原本向側(cè)面發(fā)射的光503直接反射向前方，以提高光的利用率；光轉(zhuǎn)換材料213設(shè)置在發(fā)光二極管芯片101的表面上；電路板106的至少2路引出線209穿過金屬底座103垂直向下連接外電源，其它同實施例3。
實施例5制作一用本發(fā)明發(fā)光二極管做成的發(fā)光二極管燈，如圖6所示，至少一個發(fā)光二極管芯片101安裝在一個散熱器113上；該發(fā)光二極管的引出線209與一驅(qū)動電路603電連接，驅(qū)動電路603及其外殼604通過輸入引線607與一電連接器605電連接，該電連接器605為螺旋型燈頭。驅(qū)動電路603將輸入的外電壓轉(zhuǎn)變成適合發(fā)光二極管工作的電壓，以點亮發(fā)光二極管，一個由玻璃制成的內(nèi)表面有光轉(zhuǎn)換材料層609的透光泡殼608套裝在該發(fā)光二極管上，將其所發(fā)的光轉(zhuǎn)換成所需色的光。
實施例6
制作一本發(fā)明安裝有散熱器的發(fā)光二極管燈，如圖7A所示，發(fā)光二極管701安裝在拋物面形散熱器113中，或如圖7B所示，發(fā)光二極管701安裝在錐形散熱器113中，散熱器113上可有散熱翅片404，散熱器113的內(nèi)表面為反射面702，圖7A中和外電源連接的電連接器605為雙腳直插燈頭，圖7B中和外電源連接的電連接器605為三腳直插燈頭，驅(qū)動電路的外殼604內(nèi)裝有驅(qū)動電路603，其它同實施例1。
實施例7制作一本發(fā)明安裝有超熱導(dǎo)管的發(fā)光二極管燈，如圖8所示，其特征在于，至少一個發(fā)光二極管芯片101安裝在一超熱導(dǎo)管801(簡稱熱管)的吸熱端803上，熱管的另一端與散熱器113連接；因熱管具有比紫銅高約1500倍的高熱導(dǎo)率，其熱阻幾乎等于零，發(fā)光二極管芯片101所產(chǎn)生的熱經(jīng)熱管801迅速傳到散熱器并散發(fā)掉，其它同實施例5。
實施例8制作一本發(fā)明安裝有超熱導(dǎo)管并帶有燈泡狀散熱器的發(fā)光二極管燈，如圖9所示，該發(fā)光二極管燈中，至少一個發(fā)光二極管芯片101或發(fā)光二極管701安裝在超熱導(dǎo)管801頂端上的一個由熱阻很小的合金制成的金屬底座103上，該熱管的另一端與一帶有單個或多個螺旋的呈燈泡狀的螺旋形翅片的散熱器113連接，該散熱器的螺旋型翅片可加速翅片間的空氣流動，提高散熱器的散熱效果；金屬底座103的四周裝有反射面102，反射面102位于散熱器113上方，內(nèi)有一層光轉(zhuǎn)換材料213的透光泡殼608安裝在該發(fā)光二極管上方，其外可再裝一個第二透光泡殼908，其它同實施例5。
實施例9制作一用本發(fā)明發(fā)光二極管燈制成的交通燈，如圖10所示，至少一個發(fā)光二極管701安裝在一個良好導(dǎo)熱的金屬底座103上，金屬底座103與散熱裝置113連接，所述的發(fā)光二極管的光出射角為3-60度，被安裝在原有交通燈拋物面光反射器的焦點附近的散熱器113上，所述發(fā)光二極管中一部分發(fā)光二極管所發(fā)出的光直接由原交通燈透光窗1008出射，另一部分則經(jīng)原交通燈拋物面光反射器406反射后射出，從而可得到所需聚焦和均勻分布的出射光1009。該發(fā)光二極管交通燈可直接替換現(xiàn)有鎢絲交通燈，其余同實施例5。
實施例10制作一用本發(fā)明發(fā)光二極管制成的平面光源，如圖11所示，發(fā)光二極管701安裝在一有大面積的平面散熱板1103制成的散熱器113上，該散熱板位于平面光源、背照明光源的導(dǎo)光板1104的背面和四周，其外側(cè)可有用于發(fā)光二極管701之間與電源之間連接的電路板1106，散熱板1103還可帶有散熱翅片404，光反射器406位于發(fā)光二極管701的二側(cè)或四周，使發(fā)光二極管所發(fā)的光可直接有效地耦合入射導(dǎo)光板，所述的光源上方有光學(xué)板1107，所述的光學(xué)板為液晶顯示板、光增強板、漫射板或帶有圖形文字的透光板等；所述的至少一個發(fā)光二極管701是發(fā)相同光色的或發(fā)不同光色的發(fā)光二極管，通過控制各發(fā)不同光色的發(fā)光二極管的亮度、可得不同色溫的白光或彩色、變色的平面光源和背照明光源。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括至少一個安裝在高熱導(dǎo)率的底座上的發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片通過一電路板與電源電連接，發(fā)光二極管芯片上方有透光介質(zhì)；所述的底座上表面為光反射面或底座四周安裝有光反射面，其特征在于，在底座的上方或四周安裝有電路板。
2.按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括至少一個在所述的底座下方的螺旋或螺旋孔直接與散熱器機械連接。
3.按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括在所述的發(fā)光二極管芯片前方有一光反射器。
4.按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的透光介質(zhì)為光學(xué)膠和透鏡。
5.按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的發(fā)光二極管芯片為多個發(fā)相同光色的芯片或發(fā)不同光色的芯片，芯片之間串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)連接。
6.按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的底座為金屬底座、超熱導(dǎo)率管或在金屬底座下方設(shè)置一超熱導(dǎo)率管組成。
7.按權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述的光反射器的光反射面與發(fā)光二極管軸之間的安裝角度為10-70度。
8.按權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括在所述的光學(xué)膠內(nèi)或光學(xué)膠與透鏡之間有光轉(zhuǎn)換材料。
9.一種按權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作的發(fā)光二極管燈，其特征在于包括至少一個上述發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管通過其底座上的螺絲或螺絲孔與一個散熱器直接機械接觸，該發(fā)光二極管的引出線與一個驅(qū)動電路電連接，驅(qū)動電路通過其外殼與電連接器電連接，在所述發(fā)光二極管上套裝一透光泡殼。一個驅(qū)動電路及其外殼、一個電連接器和一個透光泡殼；其中，發(fā)光二極管經(jīng)引出線與驅(qū)動電路電連接，驅(qū)動電路與電連接器電連接，發(fā)光二極管上方安裝透光泡殼。
10.按權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的電連接器為雙腳、多腳直插的燈頭或螺旋燈頭。
11.按權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的透光泡殼為玻璃或塑料制成的透明的、著色的或漫射的泡殼。
12.按權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的透光泡殼內(nèi)壁上有光轉(zhuǎn)換材料層。
13.按權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的散熱器為帶有散熱翅片的散熱器。
14.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的散熱翅片為帶有單個或多個螺旋的螺旋形散熱翅片。
15.按權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的散熱翅片的內(nèi)表面為光反射面。
16.按權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于，所述的內(nèi)表面呈錐形或拋物面。
17.一種發(fā)光二極管交通燈，其特征在于，所述的至少一個發(fā)光二極管被安裝在原有交通燈拋物面光反射器的焦點附近的散熱器上，所述的發(fā)光二極管的光出射角為3-60度，所述發(fā)光二極管中一部分發(fā)光二極管所發(fā)出的光直接由原交通燈透光窗出射，另一部分則經(jīng)原交通燈拋物面光反射器反射后射出，以得到所需聚焦和均勻分布的出射光。
18.一個發(fā)光二極管平面光源，其特征在于，所述的至少一個發(fā)光二極管被安裝在一個帶有平面散熱板制成的散熱器上，所述散熱板位于平面光源或液晶顯示用背照明光源的導(dǎo)光板的背面和四周，所述發(fā)光二極管的二側(cè)或四周設(shè)置有光反射器。
19.按權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管平面光源，其特征在于，所述的發(fā)光二極管為多個發(fā)相同光色的發(fā)光二極管或發(fā)不同光色的發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其發(fā)光二極管燈。該發(fā)光二極管包括至少一個安裝在高熱導(dǎo)率的底座上的發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片通過一電路板與電源電連接，發(fā)光二極管芯片上方有透光介質(zhì)；所述的底座上表面為光反射面或底座四周安裝有光反射面，其特征在于，在底座的上方或四周安裝電路板。所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括一通過所述的底座下表面上的螺旋或螺旋孔直接機械連接的散熱器。上述發(fā)光二極管通過其引出線與一個驅(qū)動電路電連接，該驅(qū)動電路再通過其外殼與電連接器電連接后，套裝上透光泡殼便可制成發(fā)光二極管燈。該發(fā)光二極管效率高、功率大、壽命長，還可用于制造發(fā)光二極管交通燈和發(fā)光二極管平面光源等。
文檔編號G08G1/095GK1608326SQ02826127
公開日2005年4月20日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月29日
發(fā)明者葛世潮 申請人:杭州富陽新穎電子有限公司