CN101719490A - 一种多功能的led封装结构 - Google Patents
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Abstract
一种多功能的LED封装结构，包括有LED芯片(2)、封装管壳(1)、灌封材料(4)、光学系统、散热系统、电源驱动(9)和控制系统(10)。LED芯片(2)位于由封装管壳(1)与光学系统界定的腔体内，粘结在封装管壳(1)上，被灌封材料(4)包裹LED芯片(2)电极与封装管壳(1)内的电路相连接。光学系统安置于封装管壳(1)上。散热系统安置于封装管壳(1)下。电源驱动(9)与控制系统(10)安置于封装管壳(1)上或封装管壳(1)下或散热系统上或与封装管壳(1)或散热系统集成。具有体积小、光效高、热阻小、智能化、低成本等优点，且无需额外增加二次光学元件、散热系统、电源驱动与控制系统，则可直接应用于各种照明场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的LED封装结构。
技术背景
大功率白光LED作为一种新兴的光源，由于具有节能、高可靠性、长使用寿命、环保等特性，在各种照明领域正迅速推广使用。传统的LED封装通常使用半球型透镜，尽管这样可以保证较高的出光效率，然而光斑往往是不均匀的圆形光斑，不能直接用于大多数照明场合，如道路照明、背光源等。通常传统的LED封装结构没有外部散热系统，因此当使用这些LED时，必须设计与装配附加的散热系统。此外，电源驱动与控制系统也没有包含在传统的LED封装结构中，在采用LED模块构建照明系统时还需要仔细选择或是设计相应的驱动与控制电路。因此传统LED封装结构不能直接应用于照明场合，需要另外增加二次光学元件、外部散热系统、合适的驱动与控制，这样势必会增加LED系统的体积和光损失，增加成本，给用户使用带来不便。
美国专利(No.6,541,800 B2)提出了一种传统的LED封装结构，在该封装形式中，LED芯片被封装在半球型的透镜中，导致芯片发出的光线不能被精确有效地控制。
美国专利(Application No.11/255,915 A1)提出了一种带有热电元件(thermal-electric element)的新型封装结构。该封装结构可以提高LED的散热能力，但是没有包含光学元件与驱动控制系统。
美国专利(No.6,646,491)提出了一种带有LED驱动的LED灯具封装形式。该LED灯具封装结构包括一LED驱动芯片和一LED芯片，这两器件都被安置于引线框架的上面，并同时被透明的灌封胶包裹。尽管该LED灯具封装结构可以直接点亮，但如果没有二次光学系统的配合，还是很难直接用于各种照明场合。
美国专利(No.7,252,408)提出了一种集成内部反馈与控制的LED阵列封装。一电源电路与LED芯片电极连接，控制LED阵列的电流。在第二个实施例中，一个或多个LED芯片可以通过电源驱动与测试电路来控制开关，并通过一光学探测器来测量LED阵列光输出。被探测到的光学信号可以进一步用来作为一个反馈信号用来控制LED阵列的光输出。虽然在该专利中电源驱动与控制都集成在一LED封装中，但如果想用于照明系统，还需要二次光学元件与散热系统的配合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、光利用效率高、成本低、可根据不同的应用场合提供相应的光分布(光斑)、且不需额外增加散热设计、驱动设计与控制设计就可以直接应用于通用照明的多功能LED封装结构。
为解决上述问题，本发明的一种多功能的LED封装结构，包括有LED芯片、封装管壳、灌封材料、光学系统、散热系统、电源驱动和控制。LED芯片位于由封装管壳与光学系统界定的腔体内，并固定在封装管壳上，且被灌封材料包裹；LED芯片电极与封装管壳内的电路相连接。光学系统安置于封装管壳上。散热系统安置于封装管壳下。电源驱动与控制安置于封装管壳上或封装管壳下或散热系统上或与封装管壳或散热系统集成。
所述封装管壳由高导热率材料构成，如硅，金属，陶瓷，塑料或复合材料，如AlSiC，LTCC-M，DBC，MCPCB等。封装管壳为引线框架，或硅基板，或金属基板，或陶瓷基板，或复合材料基板，如合金基板，或AlSiC基板，或MCPCB基板，或是上述这些基板的多层复合基板。所述引线框架或多层复合基板通过机械结构或胶水或封装胶或高导热率材料如焊料或银浆结合在一起。所述封装管壳可以包含一个金属柱，金属柱是平顶或杯状的。所述LED芯片可以是单芯片也可以是以任意形式排列的芯片阵列。
所述灌封材料可以是空气，或粘性材料，或纳米陶瓷，或玻璃，或荧光粉与粘性材料混合物，或是荧光粉与纳米陶瓷的混合物，或是玻璃与荧光粉的混合物，或是上述材料的颗粒状或是层状混合物。所述荧光粉混合物以保型涂覆或自流成型涂覆方式涂覆在LED芯片或LED芯片阵列上。所述荧光粉混合物采用远离涂覆的方法封装于远离LED芯片或是LED芯片阵列的地方。所述粘性材料为一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，如环氧树脂，或硅胶，或环氧树脂与硅胶的混合物，或上述粘性材料与荧光粉的混合物。
所述光学系统的作用是提高出光效率，准确控制LED封装结构出射光能量分布，在目标区域形成各种形状光斑，例如矩形，或椭圆形，或枕头形等来满足不同照明需求。所述光学系统为单个透镜或多个透镜的组合。所述透镜由基面和外表面组成。所述透镜的基面可以是一个平面或球面或二次曲面或连续的自由曲面，所述透镜的外表面可以是球面或二次曲面或连续的自由曲面或有多个自由曲面拼接而成的非连续曲面。所述透镜的基面或外表面可以有一层含有荧光粉的涂层。所述透镜的外表面可以有一层防灰涂层。所述透镜的材料是一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或玻璃或陶瓷或纳米陶瓷或环氧树脂或硅胶或这些物质的混合体。透镜材料的折射率范围为1.3～3.5。所述透镜的制造工艺为注模法或烧结或精密制造。所述透镜通过机械结构固定或通过胶水或封装胶粘接在封装管壳上。
所述散热系统是带有平板翅片的热沉或是带有针状翅片的热沉，热沉结构中可包括有热管，风扇或蒸汽腔。所述热沉的材料是铜或铝或具有高热导率的合金。所述封装管壳通过具有高导热率的材料粘接在散热系统上。
所述电源驱动是作为一整体器件安置于封装管壳或散热系统上面，或是安置于封装管壳下面。电源驱动是作为一分立电子器件的组合集成于封装管壳或散热系统中。电源驱动提供恒流驱动或恒压驱动或交流驱动。电源驱动输出电流或电压可调。电源驱动的电路布置于封装管壳上或掩埋于封装管壳内或与封装管壳集成。
所述控制系统安置于封装管壳上面，或安置于散热系统上面，或安置于封装管壳下面，或与封装管壳或电源驱动集成。控制系统包括微控制单元(MCU)或存储器或无线通信模块或传感器，如温度传感器，亮度传感器，声音传感器，加速度计等，或包括这些器件的组合。控制系统根据传感器的反馈信号来调节电源驱动输出电流或电压的大小。
电源驱动与控制系统的工作原理：LED通过电源驱动；温度传感器与亮度传感器监测LED的工作状态，反馈控制电源的输出。电源也受微控制单元MCU的控制。MCU控制存储器。存储器记录LED的工作状态。无线通信模块将发送工作状态信息给相应的接收器。同时无线通信模块也将收到控制信息反馈给MCU。
采用本发明的一种多功能的LED封装结构，具有体积小、光效高、热阻小、智能化、低成本等优点。且无需额外增加二次光学元件、散热系统、电源驱动与控制系统，则可直接应用于各种照明场合，便于推动由传统照明到LED照明的转变过程。
附图说明
图1是本发明的一种多功能的LED封装结构的第一种具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明的一种多功能的LED封装结构的第二种具体实施方式的结构示意图。
图3是本发明的一种多功能的LED封装结构的第三种具体实施方式的结构示意图。
图4是本发明的一种多功能的LED封装结构的第四种具体实施方式的结构示意图。
图5是本发明的一种多功能的LED封装结构的第五种具体实施方式的结构示意图。
图6是本发明的一种多功能的LED封装结构的第六种具体实施方式的结构示意图。
图7是本发明的一种多功能的LED封装结构的第七种具体实施方式的结构示意图。
图8是本发明的一种多功能的LED封装结构的第八种具体实施方式的结构示意图。
图9是本发明的一种多功能的LED封装结构的电源驱动与控制系统的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
实施例1
如图1所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第一种具体实施方式。其包含封装管壳1，LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，粘性材料4，自由曲面透镜5，带针状翅片的热沉8，电源驱动9和控制系统10。封装管壳1是金属的引线框架。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装管壳的金属上。LED芯片2的电极连接在封装管壳1的电路上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5通过卡槽6固定在封装管壳1上。被自由曲面透镜5基面、荧光粉3上表面以及封装管壳1上表面包围的腔体由粘性材料4填充，如硅胶或环氧树脂。封装管壳1通过导热膏7粘贴在热沉8上。封装管壳1的电极焊接在集成于热沉8中的电路上。电源驱动9与控制系统10也安置于热沉8上。
实施例2
如图2所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第二种具体实施方式。其包含一个封装管壳1，LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，粘性材料4，自由曲面透镜5，带针状翅片的热沉8，电源驱动9，控制系统10和MCPCB板12。封装管壳1是金属的引线支架。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装管壳1的金属上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5通过卡槽6固定在封装管壳1上。被自由曲面透镜5的基面、荧光粉3的上表面以及封装管壳1的上表面包围的腔体由粘性材料4填充，如硅胶或环氧树脂。封装管壳1通过导热膏7粘贴在MCPCB板12上。电源驱动9与控制系统10安置于MCPCB板12上。MCPCB板12粘贴在热沉8上。
实施例3
如图3所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第三种具体实施方式。与图2所示的封装结构不同的是，其光学系统由两个透镜5和16组成。
实施例4
如图4所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第四种具体实施方式。其包含一个封装管壳1，LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，由粘性材料做成的自由曲面透镜5，带针状翅片的热沉8，电源驱动9和控制系统10。封装管壳1是陶瓷基板。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装管壳1上。LED芯片2的电极连接在封装管壳1上的电路上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5的材料是硅胶或环氧树脂或玻璃。封装管壳1通过导热膏7粘贴在热沉8上。电源驱动9和控制系统10也安置于热沉8上。
实施例5
如图5所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第五种具体实施方式。与图4所示的封装结构不同的是，其LED芯片2是芯片阵列。
实施例6
如图6所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第六种具体实施方式。与图5所示的LED封装结构不同的是，其散热系统由带有蒸汽腔13的热沉8构成。
实施例7
如图7所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第七种具体实施方式。其为图6所示的LED封装结构的阵列结构，且其散热系统是由带有蒸汽腔13的热沉8及安置于热沉8下的风扇14构成。
实施例8
如图8所示，为本发明的一种多功能的LED封装结构的第八种具体实施方式。与图7所示的LED封装结构不同的是，其散热装置由带有热管15的热沉8构成。
如图9所示，为电源驱动与控制系统的逻辑框图。LED 901通过电源902驱动。温度传感器904与亮度传感器905监测LED 901的工作状态，反馈控制电源902的输出。电源902也受微控制单元MCU903的控制。MCU 903控制存储器906。存储器906记录LED 901的工作状态。无线通信模块907将发送LED工作状态信息给相应的接收器。同时无线通信模块907也将收到控制信息反馈给MCU 903。
Claims (30)
1.一种多功能的LED封装结构，包括有LED芯片(2)、封装管壳(1)、灌封材料(4)、光学系统、散热系统、电源驱动(9)和控制系统(10)，其特征在于：所述的LED芯片(2)位于由封装管壳(1)与光学系统界定的腔体内，并固定在封装管壳(1)上，被灌封材料(4)包裹；LED芯片(2)电极与封装管壳(1)内的电路相连接；光学系统安置于封装管壳(1)上；散热系统安置于封装管壳(1)下；电源驱动(9)与控制系统(10)安置于封装管壳(1)上或封装管壳(1)下或散热系统上或与封装管壳(1)集成或与散热系统集成。
2.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述封装管壳由高导热率材料构成，如硅、金属、陶瓷、塑料、复合材料如AlSiC，LTCC-M，DBC，MCPCB等。
3.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：封装管壳(1)为引线框架，或硅基板，或金属基板，或陶瓷基板，或复合材料基板，如合金基板，或AlSiC基板，或MCPCB基板，或是上述这些基板的多层复合基板。
4.根据权利要求3所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述引线框架为多层复合基板通过机械结构或胶水或封装胶或高导热率材料如焊料或银浆结合在一起。
5.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述封装管壳(1)可以包含一个金属柱，金属柱是平顶或杯状的。
6.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片(2)可以是单芯片也可以是以任意形式排列的芯片阵列。
7.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述灌封材料(4)可以是空气，或粘性材料，或纳米陶瓷，或玻璃，或荧光粉混合物如荧光粉与粘性材料混合物、荧光粉与纳米陶瓷的混合物、玻璃与荧光粉的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述荧光粉混合物以保型涂覆或自流成型涂覆方式涂覆在LED芯片(2)或LED芯片(2)阵列上。
9.根据权利要求7所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述荧光粉混合物采用远离涂覆的方法封装于远离LED芯片(2)或是LED芯片(2)阵列的地方。
10.根据权利要求7所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述粘性材料为一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，如环氧树脂，或硅胶，或环氧树脂与硅胶的混合物，或上述粘性材料与荧光粉的混合物。
11.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：由所述光学系统所形成的光斑的形状，可以是矩形，或椭圆形，或枕头形等。
12.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述光学系统为单个透镜(5)或多个透镜(5)的组合。
13.根据权利要求12所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)由基面和外表面组成。
14.根据权利要求13所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)的基面可以是一个平面或球面或二次曲面或连续的自由曲面，所述透镜(5)的外表面可以是球面或二次曲面或连续的自由曲面或有多个自由曲面拼接而成的非连续曲面。
15.根据权利要求13所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜的基面或外表面可以有一层含有荧光粉的涂层。
16.根据权利要求13所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)的外表面可以有一层防灰涂层。
17.根据权利要求12所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)的材料是一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或玻璃或陶瓷或纳米陶瓷或环氧树脂或硅胶或这些物质的混合体；透镜材料的折射率范围为1.3～3.5。
18.根据权利要求12所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)的制造工艺为注模法或烧结或精密制造。
19.根据权利要求12所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述透镜(5)通过机械结构固定或通过胶水或封装胶粘接在封装管壳(1)上。
20.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述散热系统是带有平板翅片的热沉(8)或是带有针状翅片的热沉(8)，热沉(8)结构中可包括有热管(15)，风扇(14)或蒸汽腔(13)。
21.根据权利要求20所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述热沉(8)的材料是铜或铝或具有高导热率的合金。
22.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述封装管壳(1)通过具有高导热率的材料粘接在散热系统上。
23.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述的电源驱动(9)是作为一整体器件安置于封装管壳(1)或散热系统上面，或是安置于封装管壳(1)下面。
24.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述的电源驱动是作为一分立电子器件的组合集成于封装管壳或散热系统中。
25.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：电源驱动(9)提供恒流驱动或恒压驱动或交流驱动。
26.根据权利要求25所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：输出电流或电压可调。
27.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：电源驱动(9)的电路布置于封装管壳(1)上或掩埋于封装管壳(1)内或与封装管壳(1)集成。
28.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：控制系统安置于封装管壳(1)上面，或安置于散热系统上面，或安置于封装管壳(1)下面，或与封装管壳(1)或电源驱动(9)集成。
29.根据权利要求1所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述的控制系统包括微控制单元(MCU)，或存储器，或无线通信模块，或传感器如温度传感器、亮度传感器、声音传感器、加速度计等，或包括这些器件的组合。
30.根据权利要求29所述的一种多功能的LED封装结构，其特征在于：所述的控制系统可根据传感器的反馈信号来调节电源驱动输出电流或电压的大小。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Assignee: Hunan Yiyuan Photoelectric Technology Co., Ltd. Assignor: Guangdong Shaoxin Opto-electrical Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2011430000048 Denomination of invention: Multifunctional LED encapsulating structure License type: Exclusive License Open date: 20100602 Record date: 20110421 |
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| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100602 |