CN103353065A

CN103353065A - 同基板光引擎结构

Info

Publication number: CN103353065A
Application number: CN2013102385451A
Authority: CN
Inventors: 高鞠
Original assignee: SUZHOU JINGPIN OPTICAL-ELECTRONICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jingqing Energy Technology Co ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103353065B

Abstract

本发明涉及一种同基板光引擎结构，包括基板，所述基板上集成有LED光源和LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器与LED光源之间电性连接；并且所述LED恒流驱动器用于将输入的直流或交流电转化为稳流电，所述稳流电供给LED光源，并完成电光转化发出照明光。本发明的结构中，将LED恒流驱动器与LED芯片或灯珠集成在基板上，有利于形成标准化的LED光源设计，而且LED恒流驱动器与LED芯片匹配性良好，能够形成稳定的光源输出，且有利于提高光效；此外所述的结构导热性良好,而且具有高的耐电压击穿性能。

Description

同基板光引擎结构

技术领域

本发明属于照明技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于光学器件的同基板光引擎结构。

背景技术

LED是一种新型固态冷光源，它具有结构简单、重量轻、体积小、耗能少、响应速度快、抗震性能好和使用方便等优点，因而备受人们的青睐。在同样照度下，LED灯的电能消耗和寿命比白炽灯和荧光灯都具有明显的优势。而且LED不仅可以用作指示灯、显示光源和信号光源，还可以用于一般照明。因此，目前人们已经形成了一个共识，即LED是继白炽灯、荧光灯和HID灯之后的第四代光源，被公认为是21世纪最具发展前景的电光源。

LED照明的主要部件是LED芯片，而其主要附件有恒流驱动器电路和照明灯具。照明灯具虽然可以满足人们日常生活和各种活动的不同需要，而且还是一种重要的艺术造型和烘托气氛的手段。但LED照明的主要特性却主要是由LED光源和恒流驱动器所决定。所述恒流驱动器依据供电的不同可以分为DC/DC升压变换器拓扑和AC/DC与DC/DC变换器拓扑结构，并且可以是隔离式的，也可以是非隔离式的。但作为LED照明的附件，其与LED芯片之间是分立的。分立的结构可能会引起匹配性不好、一致性差、难以标准化和工序复杂的问题。然而，LED光源和恒流驱动器电路均可用半导体器件制成，其为集成LED光源和恒流驱动器提供了物理基础。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种同基板光引擎结构。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述的同基板光引擎结构，包括基板，所述基板上集成有LED光源和LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器与LED光源之间电性连接；并且所述LED恒流驱动器用于将输入的直流或交流电转化为稳流电，所述稳流电供给LED光源，并完成电光转化发出照明光。

其中，所述基板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面，而且所述的LED光源和LED恒流驱动器设置在任一主表面上或同时设置在两个主表面上。

其中，所述LED光源通过固晶或者贴片焊接的方式结合在所述基板上。

其中，所述LED恒流驱动器通过固晶、贴片焊接或插件焊接的方式结合在所述基板上。

其中，所述LED光源为LED芯片或LED灯珠。

其中，所述基板为铝或铝合金基板。

其中，所述基板为高导热绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。

其中，所述基板为高导热荧光绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有导热荧光陶瓷层，和在所述导热荧光陶瓷层上形成的金属导电层。

其中，所述基板为多陶瓷层印刷线路板；所述印刷电路板包括金属基体，所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层、高导热陶瓷层和荧光陶瓷层，并且在所述荧光陶瓷层上形成有金属电路层。

其中，所述基板为图案化结构；所述图案化结构包括金属基体，所述金属基体上形成有功能陶瓷层，且通过蚀刻所述功能陶瓷层形成多个隔离基座。

其中，所述基板为多陶瓷层图案化结构；所述多陶瓷层图案化结构包括金属基体，在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层；并通过蚀刻所述高导热陶瓷层形成多个隔离基座。

其中，所述基板为图案化陶瓷层印刷线路基板；所述图案化陶瓷层印刷线路基板包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，并且在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

本发明的结构中，将LED恒流驱动器与LED芯片或灯珠集成在基板上，有利于形成标准化的LED光源设计，而且LED恒流驱动器与LED芯片匹配性良好，能够形成稳定的光源输出，且有利于提高光效；此外所述的结构导热性良好, 而且具有高的耐电压击穿性能。

附图说明

图1 为本发明所述同基板光引擎结构的示意图。

具体实施方式

实施例1

如附图1所示，本实施例1所述的同基板光引擎结构，包括铝或铝合金基板10，所述基板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面，所述基板10上集成有LED光源20和LED恒流驱动器30，所述LED光源为LED芯片或LED灯珠，而且所述的LED光源20和LED恒流驱动器30设置在任一主表面上或同时设置在两个主表面上；所述LED恒流驱动器30与LED光源20之间电性连接；并且所述LED恒流驱动器30用于将输入的直流或交流电转化为稳流电，所述稳流电供给LED光源20，并完成电光转化发出照明光。所述LED光源可以通过固晶或者贴片焊接的方式结合在所述基板上。所述LED恒流驱动器可以通过固晶、贴片焊接或插件。所述基板10上设置有过孔40，过孔40中可以布设金属或导线，从而实现第一主表面和第二主表面的联通。此外，所述基板上还具有作为照明电器附件的镇流器50以及电源输入接口60。在本发明的所述结构中所述的基板不仅作为光引擎的支撑体，而且还可以通过基体将光引擎所产生的热量传递到散热器中。

实施例2

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为高导热绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。

作为优选地，所述高导热绝缘铝基印刷电路板，包括金属铝基体、所述金属铝基体上依次形成的铝过渡层、通过电弧离子镀方法形成的AlON陶瓷涂层，和在所述陶瓷涂层上形成的金属导电涂层。该铝基印刷电路板通过上述方法制备得到，其中沉积铝过渡层的步骤采用以下工艺：使用的靶材为纯度99.99wt%的铝溅射靶，真空室的本底真空度为5×10^-4Pa，Ar的流量为20 sccm，氩气气压为2 Pa,溅射靶的溅射功率在50W之间，沉积温度为25℃，沉积厚度为100nm；在该低温条件下沉积的铝涂层具有非晶结构特征，为非导电结构，而且其导热性良好，采用该铝过渡层不仅能够使得所述铝金属板与所述陶瓷涂层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热系数。此外，沉积AlON陶瓷涂层的步骤采用以下工艺，靶材为AlON陶瓷靶，工作气压：2.5 Pa，电弧电流：60A，直流偏压：50V，脉冲偏压：250 V，脉冲偏压占空比为50%，温度为450℃，沉积时间为2 min, 薄膜厚度为100 μm，所述AlON陶瓷靶中Al：O：N的摩尔比为1：0.5：0.5。通过该实施例得到的铝基印刷电路板的耐击穿电压大于4.0kV，所述陶瓷涂层的导热率大于200 W/mK。

实施例3

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为高导热荧光绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有导热荧光陶瓷层，和在所述导热荧光陶瓷层上形成的金属导电层。

所述的高导热荧光绝缘印刷电路板，包括依次在金属基体上形成的荧光绝缘层和金属电路层。所述的金属基体可以是Al、Cu、Ag和Ni等金属板或者它们的合金板；所述的金属电路层是通过沉积的导电金属层通过干法或湿法蚀刻形成的，所述的导电金属通常优选Cu、Ag、Al或它们的合金材料。所述的荧光绝缘层可以通过多种公知的涂覆方法形成，例如可以通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或溶胶凝胶法形成；所述的荧光绝缘层可以是稀土掺杂的陶瓷涂层，例如铈掺杂的钇铝石榴石涂层；其中所述的铈掺杂的钇铝石榴石涂层可以通过溅射法形成。具体来说，首先利用铈掺杂的钇铝石榴石粉末烧结形成溅射靶材，烧结温度优选为1350-1500℃。然后利用该烧结靶作为靶材，然后在工作气压（Ar）： 2.5 Pa，电弧电流：30A，直流偏压： 200V，脉冲偏压：500V，脉冲偏压占空比为50%，温度为400℃的条件下沉积膜厚为200 μm的荧光绝缘层，所述的荧光绝缘层导热系数大于50 W/mK。

实施例4

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为多陶瓷层印刷线路板；所述印刷电路板包括金属基体，所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层、高导热陶瓷层和荧光陶瓷层，并且在所述荧光陶瓷层上形成有金属电路层。

所述多陶瓷层印刷线路板，包括金属基体，在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层、高导热陶瓷层和荧光陶瓷层，并且在所述荧光陶瓷层上形成有金属电路层。所述荧光陶瓷层为稀土掺杂的陶瓷层，所述荧光陶瓷层的厚度为10-100 um；并且所述荧光陶瓷层为Ce掺杂的YAG层或Eu掺杂的SiN层。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述高导热陶瓷层为AlN、 AlON或SiN。所述耐压陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述耐压陶瓷层为Al₂O₃、AlON或SiC。所述荧光陶瓷层、高导热陶瓷层和耐压陶瓷层可以通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、溶胶凝胶法形成或粉末烧结法形成。所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。

实施例5

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为图案化结构；所述图案化结构包括金属基体，所述金属基体上形成有功能陶瓷层，且通过蚀刻所述功能陶瓷层形成多个隔离基座。

作为优选地，所述图案化结构包括铝或铝合金基体，在所述铝或铝合金基体上形成有铝过渡层，在所述铝过渡层上形成有AlON功能陶瓷层，并通过掩模对所述功能陶瓷层以及过渡层进行选择性蚀刻形成多个隔离基座。其中所述过渡层的步骤采用以下工艺：抽真空度至5.0×10^-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量20sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为50 Pa，开启一对带有铝靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10 kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压50V，频率20kHz，占空比90%来代替，基板沉积温度保持在20℃，沉积时间2分钟，沉积厚度为200 nm；所述过渡层为非导电结构，而且导热性良好，采用该过渡层不仅能够使得所述基体与所述功能陶瓷涂层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热性和耐压性。而所述AlON功能陶瓷涂层的步骤采用以下工艺，其反应体系为AlCl₃-NH₃-H₂O-O₂-H₂，反应温度为350-420℃，工作压力为1000-1500Pa, 其中AlCl₃的流量为50 ml/min, NH₃的流量为15-35 ml/min, H₂O的流量为5-20 ml/min，O₂的流量为5-10 ml/min，H₂的流量为500 ml/min，薄膜厚度为200 μm。通过该实施例得到的结构的耐击穿电压大于5.0kV,所述陶瓷涂层的导热率大于100 W/mK。

实施例6

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为多陶瓷层图案化结构；所述多陶瓷层图案化结构包括金属基体，在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层；并通过蚀刻所述高导热陶瓷层形成多个隔离基座。

作为优选地，所述多陶瓷层图案化结构，包括铝或铝合金基体，并且在所述金属基体上依次形成有SiC耐压陶瓷层和AlN高导热陶瓷层；所述SiC耐压陶瓷层和AlN高导热陶瓷层之间具有铝过渡层，并通过掩模对所述AlN高导热陶瓷层以及铝过渡层进行选择性蚀刻形成多个隔离基座。所述SiC耐压陶瓷层通过电弧离子镀沉积法制备到，厚度为200 um。其中，所述铝过渡层的步骤采用以下工艺：抽真空度至5.0×10^-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量20sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为50 Pa，开启一对带有铝靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10 kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压50V，频率20kHz，占空比90%来代替，基板沉积温度保持在20℃，沉积时间2分钟，沉积厚度为200 nm；所述过渡层为非导电结构，而且导热性良好，采用该过渡层不仅能够使得所述耐压陶瓷层与所述导热陶瓷层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热性。而所述AlN高导热陶瓷层的步骤采用以下工艺，其反应体系为AlCl₃-NH₃-N₂-H₂，反应温度为420-450℃，工作压力为1200Pa, 其中AlCl₃的流量为50 ml/min, NH₃的流量为15-35 ml/min, N₂的流量为15-20 ml/min，H₂的流量为500 ml/min，薄膜厚度为200 μm。通过该实施例得到的结构的耐击穿电压大于5.0kV,所述陶瓷涂层的导热率大于100 W/mK。

实施例7

与实施例1相比，区别仅在于采用了不同的基体。而且所述基板为图案化陶瓷层印刷线路基板；所述图案化陶瓷层印刷线路基板包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，并且在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座。

作为优选地，所述图案化陶瓷层印刷线路基板包括铝或铝合金基体，在所述基体上依次形成有Al₂O₃耐压陶瓷层，而在所述耐压陶瓷层上利用磁控溅射沉积方法通过挡板沉积图案化的AlN高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座。所述Al₂O₃耐压陶瓷层采用以下工艺制备得到，其反应体系为AlCl₃-H₂O-O₂-H₂，反应温度为420-500℃，工作压力为1200Pa, 其中AlCl₃的流量为50 ml/min, H₂O的流量为10-20 ml/min，O₂的流量为15-20 ml/min，H₂的流量为500 ml/min，薄膜厚度为200 μm。而所述AlN高导热陶瓷层采用以下工艺制备得到，靶材为氮化铝陶瓷靶，将溅镀室内抽真空度至5.0×10^-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量200sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为800Pa，开启一对带有氮化铝陶瓷靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10 kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压200V，频率20kHz，占空比80%来代替，基板沉积温度保持在420-450℃，在靶材与待镀件之间设置有多个挡板，从而形成图案化的AlN高导热陶瓷层，沉积厚度为200 nm。通过该实施例得到的基板结构的耐击穿电压大于5.0kV,导热率大于100 W/mK。

对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种同基板光引擎结构，包括基板，其特征在于所述基板上集成有LED光源和LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器与LED光源之间电性连接；并且所述LED恒流驱动器用于将输入的直流或交流电转化为稳流电，所述稳流电供给LED光源，并完成电光转化发出照明光。

2.根据权利要求1所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面，而且所述的LED光源和LED恒流驱动器设置在任一主表面上或同时设置在两个主表面上。

3.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述LED光源通过固晶或者贴片焊接的方式结合在所述基板上；所述LED恒流驱动器通过固晶、贴片焊接或插件焊接的方式结合在所述基板上；所述LED光源为LED芯片或LED灯珠。

4.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为铝或铝合金基板。

5.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为高导热绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。

6.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为高导热荧光绝缘印刷电路板；所述印刷电路板包括金属基体、所述金属基体上依次形成有导热荧光陶瓷层，和在所述导热荧光陶瓷层上形成的金属导电层。

7.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为多陶瓷层印刷线路板；所述印刷电路板包括金属基体，所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层、高导热陶瓷层和荧光陶瓷层，并且在所述荧光陶瓷层上形成有金属电路层。

8.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为图案化结构；所述图案化结构包括金属基体，所述金属基体上形成有功能陶瓷层，且通过蚀刻所述功能陶瓷层形成多个隔离基座。

9.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为多陶瓷层图案化结构；所述多陶瓷层图案化结构包括金属基体，在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层；并通过蚀刻所述高导热陶瓷层形成多个隔离基座。

10.根据权利要求1或2所述的同基板光引擎结构，其特征在于所述基板为图案化陶瓷层印刷线路基板；所述图案化陶瓷层印刷线路基板包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，并且在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座。