CN102338295B

CN102338295B - Led发光装置

Info

Publication number: CN102338295B
Application number: CN201010233084.5A
Authority: CN
Inventors: 赖志铭
Original assignee: Foxsemicon Integrated Technology Shanghai Inc; Foxsemicon Integrated Technology Inc
Current assignee: Foxsemicon Integrated Technology Shanghai Inc; Foxsemicon Integrated Technology Inc
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: CN102338295A

Abstract

一种LED发光装置，包括一灯壳、热性结合于该灯壳的一LED发光组件、用来为该LED发光组件提供电能的一电源驱动及一与该灯壳连接的温度感测器，该温度感测器用来感测灯壳表面的温度值，当温度感测器感测到灯壳表面的温度小于一设定温度值时，则传送一控制信号给电源驱动，以控制电源驱动输出一较大的电流给LED发光组件，使得LED发光组件产生较多的热量传递至灯壳，使该灯壳的温度保持大于该特定温度值。本发明的LED发光组件产生的热能传导至灯壳，温度感测器感测灯壳表面的温度小于设定温度值时，则传送一控制信号给电源驱动来增大LED发光组件中的电流，以加热灯壳，防止灯壳表面结冰。

Description

LED发光装置

技术领域

本发明涉及一种LED发光装置。

背景技术

以发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)作为光源的灯具比传统的白炽灯耗能减少九成，既节能又环保。许多城市为了节能省电，交通灯和路灯都改用LED灯。然而，LED灯在工作时产生的热能较小，光源处的温度较低，遭遇到大风雪天气时无法融雪，经常出现因LED之间堆积水气而造成结冰的情况，使路面无法得到足够的照明，连交通灯的信号也变得看不清楚，甚至因此导致交通事故。

发明内容

有鉴于此，实有必要提供一种能防止结冰的LED发光装置。

一种LED发光装置，包括一灯壳、热性结合于该灯壳的一LED发光组件、用来为该LED发光组件提供电能的一电源驱动及一与该灯壳连接的温度感测器，该温度感测器用来感测灯壳表面的温度值，当温度感测器感测到灯壳表面的温度小于一设定温度值时，则传送一控制信号给电源驱动，以控制电源驱动输出一较大的电流给LED发光组件，使得LED发光组件产生较多的热量传递至灯壳，使该灯壳的温度保持大于该特定温度值。

相对于现有技术，本发明的LED发光组件产生的热能传导至灯壳，温度感测器感测灯壳表面的温度小于设定温度值时，则传送一控制信号给电源驱动来增大LED发光组件中的电流，以加热灯壳，防止灯壳表面结冰。

附图说明

图1是本发明第一实施例的LED发光装置的组成结构图。

图2是图1中LED发光装置的组装图。

图3是图2的局部放大图。

图4是图2中LED发光装置的分解示意图。

图5是本发明第二实施例的LED发光装置的结构示意图。

图6是本发明第三实施例的LED发光装置的结构示意图。

图7是本发明第四实施例的LED发光装置的结构示意图。

图8是图7所示LED发光装置沿VIII-VIII的剖视图。

图9是本发明第五实施例的LED发光装置结构示意图。

图10是本发明第六实施例的LED发光装置的结构示意图。

主要元件符号说明

灯壳 10、10b、10c

本体 14b、14c

头部 16b

内螺纹 140b、140c、142c、160b

LED发光装置 100、200、300、400、500、600

LED发光组件 20、20a

温度感测器 30

电源驱动 60

散热体 70、70c

平坦侧面 71

圆柱侧面 72、72c

外螺纹 74、74c

接头 80

导热基板 22、22a

第一表面 222、222a

第二表面 224、224a

倾斜面 225

弧形面 226

LED 24

LED芯片 241

衬底 242

电极 243

通孔 220

固定孔 12、12a

扣合件 40

灯罩 50、50a、50c

扣合结构 52

电极电路层 25

共晶层 28

封装体 27

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参照图1与图2，为本发明第一实施例的LED发光装置100，该LED发光装置100可应用于交通灯、路灯、广告牌等方面，其包括一灯壳10、热性结合于该灯壳10上的一LED发光组件20、与该灯壳10连接的一温度感测器30及用来为LED发光组件20提供电能的一电源驱动60。

该LED发光组件20包括一平板状导热基板22及热性结合于该导热基板22上的若干LED24。请同时参照图3，为该LED发光组件20的部分放大示意图，每一LED24包括一衬底242、位于该衬底242上的一LED芯片241及自LED芯片241引出的正、负电极243。所述LED24分别通过一导热材料结合于该导热基板22上。一电极电路层25形成于该导热基板22的上表面上，且与该LED24和该导热基板22彼此结合的位置相间隔。每一LED芯片241通过正、负电极243分别对应与该电极电路层25电性连接。一封装体27包覆该LED24及电极电路层25，用以隔绝该LED芯片24和外界的水气。

该LED芯片241可以是磷化物(Al_xIn_y Ga_(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))或砷化物(Al_xIn_yGa_(1-x-y)As(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))，也可以采用具有可发射足以激发荧光材料的波长光的半导体材料，诸如各种氧化物，如ZnO或氮化物，如GaN，或者可发射足以激发荧光材料的短波长光的氮化物半导体(In_xAl_y Ga_(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))。本实施例中，该LED芯片241采用具有可发射足以激发荧光材料的短波长的光的氮化物半导体(In_xAl_y Ga_(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))，该材料可发出具有UV光至红光波长的光。该LED24的衬底242为本征半导体(intrinsic semiconductor)或者是不刻意掺杂其它杂质的其它半导体(unintentionally doped semiconductor)。该衬底242的载子浓度(carrier concentration)小于或者等于5x10⁶em^-3。优选地，该衬底242的载子浓度小于等于2x10⁶em^-3。衬底242的载子浓度越低，其导电率就越低，就越能够隔绝流经衬底242的电流。例如，该衬底242的材料可以是尖晶石、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化铝(AlN)等半导体材料，或者导热性能佳且导电性能差的材料，如钻石。

该导热基板22采用一不导电、高热导率、低热膨胀系数的陶瓷材料，如Al_xO_y、AlN、氧化锆(ZrO₂)等。该导热基板22的导热系数大于20(W/Mk)。该导热基板22的热膨胀系数与该LED24的衬底242的热膨胀系数接近，从而使该导热基板22与LED24结合后可以抗热冲击，容许较大范围的操作温度。

该LED24和导热基板22可以通过银胶(Ag epoxy)来连接，或者先用锡膏印刷于该LED24与该导热基板22彼此结合的位置再采用热回焊使二者黏结。优选地，在本实施例中，该LED24和导热基板22采用共晶结合(eutectic bonding)的方式黏结，在该LED24与该导热基板22结合的位置处形成一共晶层28，以达到降低热阻的目的。具体地，该共晶层28的材料可以是Au、Sn、In、Al、Ag、Bi、Be等金属或其合金。该电极电路层25与该共晶层28相间隔。

该电极电路层25可以是镍(Ni)、金(Au)、锡(Sn)、铍(Be)、铝(Al)、铟(In)、钛(Ti)、钽(Ta)、银(Ag)、铜(Cu)等金属或其合金，或者是透明导电氧化物(TCO)，如铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxides，ITO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、铝掺杂氧化锌(AZO)等材料。

由于陶瓷材料不导电，因而可以直接在该导热基板22上形成该电极电路层25。形成该电极电路层25的制程方法可采用物理沉积法，如溅射(sputter)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、电子束蒸发沉积(e-beam evaporation deposition)，或者采用化学气相沉积法，如化学蒸汽沉积(chemical vapor deposition，CVD)、电镀电化学沉积，或者采用网印技术将材料印制于导热基板2210上，经过干燥、烧结、镭射等步骤而成。

其中，对LED24进行封装所用的封装体27可以是silicone、epoxy resin、PMMA等热固形透光材料。该封装体27可以通过射出成型的方式来制成各种形状如半球形、圆顶型或方形。此外，为转换该LED24出射光的波长，可以在封装体27内填充至少一荧光材料，如硫化物(sulfides)、铝酸盐(aluminates)、氧化物(oxides)、硅酸盐(silicates)、氮化物(nitrides)等材料。

请同时参照图4，该导热基板22上开设二通孔220，该灯壳10对应该导热基板22的二通孔220开设二固定孔12，二固定件40穿过该导热基板22的二通孔220并卡扣于该灯壳10的二固定孔12内，将该LED发光组件20固定于该灯壳10，使该导热基板22与该灯壳10紧密接触。优选地，该灯壳10和该导热基板22相互接触的表面之间可涂布以高热导率的导热材料(图未示)以增加热传导性。

该温度感测器30贴设于该灯壳10表面，以感测灯壳10表面的温度变化情况。当温度感测器30感测到灯壳10表面的温度小于摄氏0度时，则传送一控制信号给电源驱动60以控制电源驱动60输出一较大的电流给LED发光组件20，使得该LED发光组件20中的LED芯片241可产生较多的热量传递至灯壳10，使该灯壳10的温度保持大于摄氏0度，则停止增加流经LED发光组件20的电流。通过LED芯片241发光时产生的热量传导到该导热基板22及该灯壳10上，使该导热基板22和该灯壳10的温度升高，保证该灯壳10表面的温度始终大于摄氏0度，如此则可以避免该灯壳10的外表面及LED发光组件20中相邻的LED24之间的结冰现象。

请参照图5，为本发明第二实施例的LED发光装置200，与第一实施例不同的是：该LED发光装置200进一步包括罩设该导热基板22上若干LED24的一空心灯罩50，以进一步隔绝所述LED24和外界的水气。该灯罩50面向导热基板22的一侧垂直向下延伸二扣合结构52，该导热基板22上开设二通孔220，该灯壳10对应该导热基板22上的二通孔220分别开设二贯通的固定孔12a。该灯罩20罩设于所述LED24的外围，二扣合结构52分别穿过该导热基板22上的二通孔220及灯壳10的二固定孔12a，将该灯罩50与导热基板22以及灯壳10连接，同时使导热基板22与该灯壳10紧密接触。

如图6所示，为本发明第三实施例的LED发光装置300，其与第二实施例的区别在于：该LED发光装置300包括一罩设该导热基板22上若干LED24的实心灯罩50a，该实心灯罩50a的入光面与该导热基板22及LED24上的封装体27相接触。

请参照图7及图8，为本发明第四实施例的LED发光装置400，与前述实施例不同的是：该LED发光装置400进一步包括与LED发光组件20热性结合的一散热体70及与LED发光组件20导电连接的一接头80，且灯壳10b的形状与灯壳10的形状不同。

该散热体70为一个半圆柱体，其包括一矩形的平坦侧面71及与该平坦侧面71相对的一圆柱侧面72。该圆柱侧面72上设置有环绕其轴线方向延伸的外螺纹74，所述外螺纹74使得散热体70具有更大的散热表面，有利于热量的疏散。该散热体70采用具高导热系数的材料制成，例如铝、金、银、铜等金属或其合金。该接头80的外表面也设置有外螺纹。

该导热基板22为平板状，其包括与散热体70的平坦侧面71相互贴设且热连接的一第一表面222及与该第一表面222相对且平行的一第二表面224。所述导热基板22的第一表面222设置在散热体70的平坦侧面71上，所述LED芯片24设置在导热基板22的第二表面224上。

该接头80设置于散热体70的一端，并与电源驱动60及LED发光组件20中每一LED24电性连接，以从电源驱动60获取电能而向该LED发光组件20输出一适当的电流，驱动设置在导热基板22上的LED24发光。该接头80为螺口接头。该灯壳10b包括一半圆柱状本体14b及自本体14b的一端向外延伸的一头部16b。该本体14b内设有可对应收容散热体70的收容空间，该本体14b的内表面上设置有可与散热体70外表面的外螺纹74相互螺合的内螺纹140b。该头部16b内设有一可收容接头80的螺纹孔，该螺纹孔的内表面上形成有可与接头80的外表面的外螺纹相互匹配的内螺纹160b。组装时，该接头80能够旋入壳体10b的头部16b内从而达成紧密啮合，同时散热体70通过外表面的外螺纹74与壳体10b的本体14b内的内螺纹140b相互啮合而达成紧密接触，壳体10b与散热体70之间相互螺合，不仅可以结合紧密，同时可以增加壳体10b和散热体70之间的接触面积，使得散热体70可将LED24产生的热量迅速传导至灯壳10b，有效提升灯壳10b的表面温度。

图9所示为本发明第五实施例的LED发光装置500，与上述第四实施例的不同在于：该LED发光装置500中的导热基板22a呈棱柱状。该导热基板22a包括一与散热体70的平坦侧面71相互贴设且热连接的一第一平面222a、与该第一平面222a相对且平行的一第二平面224a、分别从第二平面224a的两侧向第一平面222a所在方向延伸的两倾斜面225及分别连接于每一倾斜面225和第一表面222a之间的两弧形面226。所述LED24分别位于所述第二平面224a和倾斜面225上，从而设置在该导热基板22a上的LED24可以分别朝不同方向发光而具有更大的照明范围。

请参照图10，为本发明第六实施例的LED发光装置600，与前述第四实施例不同的是：该LED发光装置600中的散热体70c呈一圆柱体状，对应的，该壳体10c的本体14c也呈圆柱体状。该圆柱形散热体70c的圆柱侧面72c上设置有外螺纹74c。该LED发光组件20及接头80分别位于该散热体70c相对的两个端面上，一灯罩50c罩设于该LED发光组件20的外围，用来隔绝该LED发光组件20和外界的水气。该本体14c内部设有可分别收容接口80和散热体70c在内的螺纹孔，所述螺纹孔的内表面分别形成与接口80的外螺纹及散热体70c外表面的外螺纹74c相互匹配的内螺纹140c、142c。组装时，散热体70c和接口80螺合于该壳体10c内部。

相对于现有技术，本发明的LED发光组件20、20a产生的热能可迅速传导至灯壳10、10b、10c，灯壳10、10b、10c上设置的温度感测器30可感测灯壳10、10b、10c表面的温度，当感测灯壳10、10b、10c表面的温度小于0度时，则传送一控制信号给电源驱动60来增大流经LED发光组件20、20a中的电流，以便加热灯壳10、10b、10c，防止灯壳10、10b、10c的外表面结冰，有效地解决了LED发光装置的结冰问题。

Claims

1.一种LED发光装置，包括一灯壳、热性结合于该灯壳的一LED发光组件及用来为该LED发光组件提供电能的一电源驱动，其特征在于：该LED发光装置还包括一与该灯壳连接的温度感测器，该温度感测器用来感测灯壳表面的温度值，当温度感测器感测到灯壳表面的温度小于一设定温度值时，则传送一控制信号给电源驱动，以控制电源驱动输出一较大的电流给LED发光组件，使得LED发光组件产生较多的热量传递至灯壳，使该灯壳的温度保持大于该特定温度值，该LED发光组件包括一导热基板及热性结合于该导热基板上的若干LED芯片，该LED发光装置还包括与该导热基板热性结合的一散热体及设置在散热体一端的一接头，该接头与该LED芯片导电连接，该散热体为一半圆柱体，其包括与导热基板热连接的一平坦侧面及与该平坦侧面相对的一半圆柱侧面，该半圆柱侧面上设置有环绕其轴线方向延伸的外螺纹，该灯壳包括一半圆柱状本体及自本体的一端向外延伸的一头部，该接头与灯壳的头部相连接，该半圆柱状本体的内壁上形成有内螺纹，该半圆柱状散热体的外螺纹与半圆柱状本体的内螺纹紧密啮合。

2.如权利要求1所述的LED发光装置，其特征在于：该导热基板包括一与散热体的平坦侧面相互贴设且热连接的一第一平面、与该第一平面相对且平行的一第二平面、分别从第二平面的两侧向第一平面所在方向延伸的两倾斜面，所述LED芯片分别位于所述第二平面和倾斜面上。

3.如权利要求1所述的LED发光装置，其特征在于：该接头为螺口接头，该灯壳的头部上设有螺纹孔，接头旋入螺纹孔而与灯壳的头部紧密啮合。

4.如权利要求1所述的LED发光装置，其特征在于：该LED发光组件还包括形成于该导热基板上的一电极电路层及从该LED芯片引出的正、负电极，该LED芯片引出正、负电极与该电极电路层电性连接。

5.如权利要求4所述的LED发光装置，其特征在于：该LED芯片和导热基板共晶结合，在该LED芯片与该导热基板结合处形成一共晶层，该电极电路层与该共晶层相间隔。

6.如权利要求4所述的LED发光装置，其特征在于：该导热基板采用导热而不导电的陶瓷材料，所述电极电路层直接形成于该导热基板上。