CN103470969A - 用于产生定向光束的发光二极管照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体照明技术，特别涉及用于产生定向光束的发光二极管照明装置。在按照本发明一个实施例的发光二极管照明装置中，发光二极管单元和驱动电源模块被设置在绝缘导热基板的两个表面，因此节省了空间，使得结构非常紧凑。另外，散热器被设置在外壳内部，当散热器为导电材料时能够避免意外触电事故。

Description

用于产生定向光束的发光二极管照明装置

技术领域

本发明涉及半导体照明技术，特别涉及用于产生定向光束的发光二极管照明装置。

背景技术

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。

诸如射灯(又称为多面反射灯杯(MR))和帕灯(又称为碗碟状铝反射(PAR)灯)之类的产生定向光束的照明装置目前被广泛用于商场、KTV、橱窗商品展示以及家庭装修，因此在这类照明装置中采用LED作为光源具有很好的商业前景。但是受到技术发展的限制，LED在工作过程中仍然有相当一部分电能被转换为热能。当热能滞留在灯具内部时，将不可避免导致LED温度升高，从而造成光源性能劣化和失效。在MR灯和PAR灯中，由于热能密度较高，所以如何高效地将LED产生的热量散发到照明装置外部的问题显得尤为突出。

目前业界已经提出了多种将LED作为光源的MR灯和PAR灯。例如Tomislav J.Stimac等人的美国专利No.6,787,999揭示了一种基于LED的组合灯，其作为参考文献，以全文引用的方式包含在本说明书中。该项美国专利所揭示的基于LED的组合灯包括光学模块和电子模块，其中，光学模块包括多个设置在印刷电路板上的LED和散热器(heat sink)，设置有LED的印刷电路板被粘合在散热器的表面；电子模块适于向LED供电，其一端与散热器连接，另一端设置电气接插件以接收外部电能。在上述基于LED的组合灯中，可选地，光学模块还包括变焦透镜系统(slidable zoom lens system)，该透镜系统包括透镜组件和使透镜组件与LED模组对准的定位框，此外，变焦透镜系统与散热器通过夹片固定在一起。

需要指出的是，现有的产生定向光束的LED照明装置结构较为复杂，需要在设计上进行优化以在性能与成本之间提供较佳的平衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其具有结构紧凑的优点。

本发明的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种用于产生定向光束的发光二极管照明装置，包括：

外壳；

散热器，其设置于所述外壳的内腔；

绝缘导热基板，其设置于所述散热器上并且包含第一和第二表面；

至少一个设置在所述第一表面上的发光二极管单元；

设置在所述第二表面上的驱动电源模块；以及

光学单元，其包含覆盖住所述外壳的开口的盖板和至少一个形成于所述盖板的下表面上的透镜元件，所述下表面面对所述发光二极管单元。

在上述技术方案中，发光二极管单元和驱动电源模块被设置在绝缘导热基板的两个表面，因此节省了空间，使得结构非常紧凑。另外，散热器被设置在外壳内部，当散热器为导电材料时能够避免意外触电事故。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述外壳由玻璃构成并且呈碗形。由于玻璃对红外辐射具有较高的透射率，因此散热器的热量除了以热传导方式传递至外壳以外，还可通过热辐射的形式直接散发到环境中去。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述散热器的外形与所述外壳的内腔形状匹配。形状匹配使得散热器与外壳的接触面积较大，这有利于它们之间的热传导。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述散热器的内表面上形成有台阶，所述绝缘导热基板被固定在所述台阶上。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述散热器由金属、石墨或常温红外陶瓷辐射材料构成。当采用石墨作为散热器材料时，可以明显减轻照明装置的重量。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述散热器由金属构成，并且外表面覆盖石墨或常温红外陶瓷辐射材料。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述绝缘导热基板由陶瓷材料或导热绝缘高分子复合材料构成。陶瓷材料低廉的价格有助于降低成本，此外，当采用陶瓷材料作为基板时，布线可以通过银浆烧结工艺来制作，这可以避免铜刻蚀工艺造成的环境污染。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述绝缘导热基板的第一和第二表面上形成有将所述发光二极管单元与所述驱动电源模块电气连接的布线层。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述布线层通过印制电路工艺形成。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述布线层使得多个所述发光二极管单元以串联、并联、混联或交叉阵列的形式相连。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述发光二极管单元为发光二极管单体，其与所述布线层通过焊接方式电气连接。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述发光二极管单元为发光二极管管芯，其被固定在所述绝缘导热基板的表面并且与所述布线层通过绑定工艺或板上倒装芯片工艺实现电气连接。由于将管芯直接安装在基板表面，因此省去了管芯封装的环节，进一步降低了制造成本。此外，发光二极管单元以未封装的管芯形式集成到绝缘导热基板上，并且绝缘导热基板直接与散热器连接在一起，明显减少了热传导界面，因而提高了照明装置的导热效率。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，进一步包含图案化的金属载板，其设置在所述绝缘导热基板的表面并且包含电极区，所述发光二极管单元为发光二极管管芯，其设置在所述金属载板上并且与所述电极区电气连接。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，进一步包括框架，其固定在所述金属载板上并且包围所述发光二极管管芯。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，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并且位于所述金属载板的周边，所述第二图案区域位于所述金属载板的中央并且与所述第一图案区域不连通。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述发光二极管单元被混合荧光粉的透明硅胶包围。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述发光二极管单元表面涂覆荧光粉并且被透明硅胶包围。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述驱动电源模块包含接线柱，其一端焊接在所述绝缘导热基板上，另一端从所述外壳的底部延伸出来。由于接线柱从绝缘导热基板一直延伸到外壳的底部之外，因此在装配照明装置时其可以起到定位的作用。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述驱动电源模块包含引脚和接线柱，所述引脚固定在所述外壳的底部并且从底部延伸出来，所述接线柱的一端焊接在所述绝缘导热基板上，另一端与引脚焊接在一起。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述盖板与所述透镜元件是一体成型的。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述透镜元件呈漏斗形，其底部开设凹腔以容纳所述发光二极管单元。由于发光二极管单元被设置在透镜元件的凹腔内，因此有利于节省外壳的内部空间。此外，凹腔更有利于聚集发光二极管单元发出的光线。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述透镜元件的凹腔表面涂覆有荧光粉。由于荧光粉与发光二极管单元在空间上是分离的，因此有助于抑制温度对荧光粉性能的不利影响。

在按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置中，所述透镜元件的外表面上形成有金属层。当透镜单元的外表面上形成金属层时，发光二极管单元发射的光线在穿过透镜单元之后又被反射回去，因此减少了光的损失。

附图说明

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：

图1为按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置的分解示意图。

图2为图1所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

图3A和3B为图1和2所示发光二极管照明装置中所包含的发光二极管灯芯的示意图，其中图3A示出的是在基板的第一表面上设置管芯形式的发光二极管单元的情形，而图3B示出的是在基板的第一表面上设置单体形式的发光二极管单元的情形。

图4示出了图3A所示发光二极管灯芯中所包含的发光模块的示意图。

图5为图1和2所示发光二极管照明装置中所包含的发光二极管灯芯的示意图，其示出了设置驱动模块电源的绝缘导热基板的第二表面。

图6为按照本发明另一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置的示意图。

图7为图6所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

图8为按照本发明另一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置的示意图。

图9为图8所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

附图标号列表：

1  用于产生定向光束的发光二极管照明装置

10  外壳

110  台阶

120A、120B  电源引脚

20  散热器

210  台阶

30  发光二极管灯芯

310  基板

311A  第一表面

311B  第二表面

312  框架

313A、313B  布线层

314A、314B  通孔

320、320A、320B、320C  发光二极管单元

330  驱动电源模块

331A、331B  接线柱

332  整流电路

333  驱动电路

334A、334B  电容器

335  无线通信收发器芯片

340  发光模块

341  金属载板

3411  第一图案区域

3412  第二图案区域

342  引线

40  光学单元

410  盖板

420、420A、420B、420C  透镜单元

421、421A  凹腔

422  金属层

具体实施方式

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。

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。

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(OLED和聚合物发光二极管(PLED))。

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。

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)。

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。

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。

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。

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，No.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，pp14-16)，这些文献以全文引用的方式包含在本说明书中。

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、碳化钼、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、硅化钼、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。

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％)。

“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。

“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)。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。

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。

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。

诸如“物体A设置在物体B的表面”之类的用语应该广义地理解为将物体A直接放置在物体B的表面，或者将物体A放置在与物体B有接触的其它物体的表面。

以下借助附图描述本发明的实施例。

图1为按照本发明一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管(LED)照明装置的分解示意图。图2为图1所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

本实施例的LED照明装置1包括外壳10、散热器20、LED灯芯30和光学单元40。以下对各个组成单元作进一步的描述。

如图1和2所示，在本实施例中，外壳10与普通的MR灯一样也基本上呈碗形，其内腔中设置散热器20和LED灯芯30。在外壳10的底部有一对针状引脚，该对引脚作为连接器或电源引脚，适于与外部电源(例如12V/24V直流电源或者110V/220V交流电源)电气连接以使外部电源向LED灯芯30供电。

在本实施例中，外壳10采用玻璃材料制成。由于玻璃对于红外辐射有较高的透射率，因此散热器20的热量可在以热传导方式传递至外壳10的同时，还以热辐射的形式透过外壳10散发到环境中去。除了玻璃以外，其它具有合适的红外辐射透射率的材料也是可用的。

在本实施例中，与外部电源的接口虽然采用的是插入式结构，但是其它的接口也适用于本发明，例如包括但不限于E26/E27、E11、E14、E17和端子接线等接口形式。为适配E26/E27、E11、E14、E17接口，可在外壳10底部的外表面上设置相应的灯头。还需要指出的是，外壳10的形状也不限于本实施例的碗形，其它的形状也是可用的，例如筒形和棱柱形等。

如图1和2所示，散热器20呈壳体状并且设置在外壳10的内腔中(例如粘合在一起)。优选地，散热器20的外形与外壳10的内腔匹配，这可以增加二者之间的接触面积，有利于它们之间的结合和热传导。此外，为了加强热传导效果，粘合剂可选用导热胶。

参见图1和2，散热器20在其内表面上形成有台阶210以为LED灯芯30的基板310提供支承面。可以借助粘合剂(例如导热胶)将基板311粘合在台阶210上。需要指出的是，还可以采用其它的方式将LED灯芯30固定到散热器20上。例如，可在基板310的侧部涂覆导热胶，然后将其粘合到散热器20的内表面；或者，在散热器20的内表面开设凹槽，通过将基板310卡入凹槽内而使LED灯芯30与散热器20固定在一起。

如前所述，在本实施例中，LED灯芯30产生的热量有一部分以热辐射的方式，经散热器20直接散发到环境中去。为此，散热器20可采用具有较好热辐射性能的材料，例如包括但不限于金属、石墨或常温远红外陶瓷辐射材料。这里的金属应该理解为纯金属或者它们的合金。为了同时利用金属和非金属材料的优点，可以考虑采用金属作为散热器20的主体材料并且在散热器20的外表面覆盖一层石墨或常温远红外陶瓷辐射材料。

在本实施例中，LED灯芯30包括基板310、多个LED单元320(在图1中以黑色点标识)和驱动电源模块330，其中LED单元320和驱动电源模块330分别设置在基板310的互相面对的第一和第二表面311A和311B。此外，借助形成在第一和第二表面上的布线层(例如通过在陶瓷材料上烧结银浆图案而形成)，发光二极管单元320和驱动电源330被电气连接在一起。

基板310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。如图1和2所示，基板310被固定在散热器20的台阶210上，因而LED单元320和驱动电源模块330产生的热量可以经基板310传递至散热器20。优选地，可以采用模具压制法来制作陶瓷材料构成的基板，这种方法制造的盖板较厚(例如1.5-3mm)并且硬度高。可选地，基板310的表面也可以覆盖红外辐射材料或者采用兼具优良的绝缘导热性能和红外辐射性能的材料制作，来自LED单元320和驱动电源模块330的热量由此可以同时以热传导和热辐射的方式散发。需要指出的是，除了上述陶瓷、红外辐射材料以及导热绝缘高分子复合材料以外，基板310也可以采用目前常用的铝基板制作。

图3A和3B为图1和2所示发光二极管照明装置中所包含的发光二极管灯芯的示意图，其中图3A示出的是在基板的第一表面上设置管芯形式的发光二极管单元的情形，而图3B示出的是在基板的第一表面上设置单体形式的发光二极管单元的情形。

多个管芯形式的LED单元320可以先与金属载板和框架组装为发光模块340，然后如图3A所示，再将发光模组340固定在基板310的第一表面311A上并且与布线313A连接。而布线313A则经通孔314A和314B连接至位于基板310的第二表面311B上的驱动电源模块330。

图4示出了图3A所示发光二极管灯芯中所包含的发光模块的示意图。如图4所示，金属载板341包括互不连通的第一图案区域3411和第二图案区域3412，其中，第一图案区域3411用作发光模块的电极区，其伸出框架312的区域可与基板311的第一表面311A上的布线313A电气连接；另一方面，管芯形式的发光二极管单元320可以通过固晶工艺固定在第二图案区域3412上。此外，发光二极管单元320还通过引线342实现它们相互间的互连以及与第一图案区域3411的连接。

在本实施例中，框架312可以通过注压工艺固定在第一图案区域3411和第二图案区域3412的表面从而将发光二极管单元320包围其中。此外，可以借助印制在基板311的第一表面313A上的电子浆料，将金属载板341固定在基板311上，从而实现发光二极管单元320在基板311上的设置。

值得指出的是，虽然在本实施例中，发光二极管单元320这里以混联方式连接在一起，但是也可以串联、并联或交叉阵列的形式连接在一起。再者，虽然这里的LED灯芯采用多个LED单元，但是采用单个LED单元作为光源也是可行的。

可选地，本实施例的LED单元320也可以采用封装芯片或单体的形式。图3B示出了在基板表面设置单体形式的LED单元的示意图。

参见图3B，采用封装芯片形式的LED单元320被焊接至形成于基板311的第一表面311A上的布线313A。在图3B中，布线314A分为多段以将多个LED单体320依次串联连接在一起。此外，在基板311上开设有通孔314A和314B，布线314A经通孔313电气连接至设置于基板311的另一表面上的驱动电源模块330。

当LED单元320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LED单元320发光波长的改变。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LED单元320，或者在LED单元320的表面涂覆荧光粉，然后再用硅胶覆盖或包围住LED单元320。为了使硅胶仅分布在LED单元320周围，如图2所示，可以设置包围LED单元320的框架312以阻止硅胶的自由流动。

图5为图1和2所示发光二极管照明装置中所包含的发光二极管灯芯的示意图，其示出了设置驱动模块电源的绝缘导热基板的第二表面。

参见图5，在基板311的第二表面311B上设置有驱动电源模块330。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1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。

驱动电源模块330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)向发光二极管单元320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”。

可选地，在驱动电源模块330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。

图5所示的驱动电源模块330示例性地包含一对接线柱331A和331B、整流电路332(在这里以集成电路封装芯片的形式实现)、驱动电路333(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)、电容器334A和334B以及实现其它功能的电路(这里以无线通信收发器芯片335为例)。

结合图1、2和5可见，接线柱331A和331B的一端从外壳10的底部延伸出去作为与外部电源(例如12V/24V直流电源或者110V/220V交流电源)电气连接的引脚，另一端连接至基板311的第二表面311B上的布线313B，由此使得外部电源与整流电路332电气连接，而驱动电路333经表面311B上的布线312B与整流电路332电气连接。驱动电路333还经布线313B与电容器334A和334B以及无线通信收发器芯片335电气连接。参见图4，驱动电源模块330的输出端经通过314A和314B与位于基板第一表面311A上的发光二极管单元320电气连接。

在本实施例中，对于封装芯片形式的驱动控制器和实现其它功能的电路，例如可以利用焊接工艺将其直接连接到表面311B的布线313B上，而对于晶片形式的驱动控制器和实现其它功能的电路，例如可以利用绑定工艺或在板上倒装芯片(FCOB)工艺将其直接连接到表面311B的布线313B上。此外，可选地，也可以采用将整流电路332之类的电源变换元器件与驱动电路333集成在一个封装芯片内的结构。

在本实施例中，光学单元40包含盖板410和透镜元件420。再次参见图1和2，在外壳10的开口处的内表面上形成有台阶110以为盖板410提供支承面。盖板410可以借助粘合剂(例如导热胶)粘合在台阶110上。可选地，当盖板410与外壳10皆由玻璃材料构成时，可以采用热融合的方式将二者固定在一起。

在盖板410的下表面(即面对LED灯芯的一面)上形成有透镜单元420，其将LED单元320发出的光线变换为具有所需尺寸的光束。透镜元件420的形状根据应用需要设计，例如在本实施例中其呈漏斗形。优选地，盖板410与透镜元件420为一体成型的部件。

如图2所示，透镜元件420位于基板310的第一表面311A的上方或者与第一表面311A接触，在其底部开设有凹腔421以容纳设置在第一表面311A上的多个LED单元或整个发光模块。凹腔结构使得LED单元320或发光模块340可以被封闭在一个空间中，这有利于提高出光效率。具体而言，在图2所示的LED照明装置中，LED单元320发出的光线在透镜元件420的汇聚作用下，大部分透过盖板410向外发射出去，但是还有一部分光线将从透镜元件420的侧面透过而无法发射到照明装置的外部。为了提高出光效率，可在透镜元件420的外表面上覆盖一层金属层422，因此透过透镜元件420侧面的光线又被反射回凹腔421。

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320的硅胶内混合荧光粉或者在LED单元320的表面涂覆荧光粉的方式以外，也可以在凹腔421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320未直接接触，因此受热温度有所降低，从而可延缓荧光粉的老化。

图6为按照本发明另一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置的示意图。图7为图6所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

按照本实施例的LED装置1同样包括外壳10、散热器20、LED灯芯30和光学单元40，其中散热器20和LED灯芯30被设置在外壳10的内腔中。发光二极管灯芯30包括基板310和设置在基板两个表面上的LED单元320和驱动电源模块330。与上述借助图1-5所述的实施例相比，本实施例的主要不同之处在于电源引脚的形式。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。

如图6和7所示，本实施例的外壳10包含一对从底部延伸出来的针状引脚120A和120B，其位于外壳10内部的端部分别与驱动电源模块330的一对接线柱331A和331B电气连接(例如通过熔锡焊接或激光焊接的方式固定在一起)，从而使得外部电源能够经引脚和接线柱向驱动电源模块330供电。

图8为按照本发明另一个实施例的用于产生定向光束的发光二极管照明装置的示意图。图9为图8所示发光二极管照明装置的剖面示意图。

按照本实施例的LED装置1包括外壳10、散热器20、LED灯芯30和光学单元40，其中，散热器20和LED灯芯30设置在外壳10的内腔中。与上述借助图1-5所述的实施例相比，本实施例的主要不同之处在于光学单元的结构以及电源引脚的形式。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。

如图8和9所示，在外壳10的底部有一对针状引脚120A、120B作为与外部电源的连接器或电源引脚。本实施例的驱动电源模块330包含一对接线柱331A和331B，对于每根接线柱，其一端连接至基板311的第二表面312B上的布线层，另一端则与引脚120A或120B位于外壳10内部的端部电气连接。

LED灯芯30包括基板310、多个管芯或单体形式的LED单元320A、320B、320C(这里示例性地示出三个LED单元)和驱动电源模块330，其中LED单元320和驱动电源模块330分别设置在基板310的互相面对的第一和第二表面311A和311B。

光学单元40包含盖板410和形成在盖板410下表面(即面对LED灯芯的一面)上的三个透镜元件420A、420B和420C。参见图7和8，盖板410被(例如通过粘合或热熔合的方式)固定在外壳10的开口处的台阶110上。优选地，盖板410与透镜元件420A-420C是一体成型的。

与前述实施例针对多个LED单元仅配置一个透镜元件的布置不同，本实施例为LED单元320A、320B、320C的每一个都配置单独一个透镜元件。图9示出了其中LED单元320A和透镜单元420A的组合，对于其它几对LED单元和透镜单元的组合，下面描述的内容也是适用的。

如图9所示，透镜单元420A位于基板310的第一表面311A的上方或者与第一表面311A接触，在其底部开设有凹腔421A以容纳对应的LED单元320A，其将该LED单元320A发出的光线变换为具有所需尺寸的光束并且透过盖板410向外发射出去。同样，为了提高出光效率，透镜元件420A的外表面上也覆盖一层金属层422，使得透过透镜元件侧面的光线又被反射回凹腔421A。另外，在本实施例中，通过在凹腔的内表面上覆盖荧光粉来获得所需颜色的照明光线。

在本实施例中，LED单元320A、320B、320C可以采用上面借助图4所述的方式设置在基板310上。具体而言，对于每个LED单元，可以将其安装到各自的发光模块内，然后在将这些发光模块设置在基板310的表面。在这种情况下，可以为每一个发光模块配置单独的一个透镜元件。

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。

Claims (10)

1.一种用于产生定向光束的发光二极管照明装置，包括：

外壳；

散热器，其设置于所述外壳的内腔；

绝缘导热基板，其设置于所述散热器上并且包含第一和第二表面；

至少一个设置在所述第一表面上的发光二极管单元；

设置在所述第二表面上的驱动电源模块；以及

光学单元，其包含覆盖住所述外壳的开口的盖板和至少一个形成于所述盖板的下表面上的透镜元件，所述下表面面对所述发光二极管单元。

2.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述外壳由玻璃构成并且呈碗形。

3.如权利要求2所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述散热器的外形与所述外壳的内腔形状匹配。

4.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述散热器由金属、石墨或常温远红外陶瓷辐射材料构成。

5.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述散热器由金属构成，并且外表面覆盖石墨或常温远红外陶瓷辐射材料。

6.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述发光二极管单元被混合荧光粉的透明硅胶包围。

7.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述发光二极管单元表面涂覆荧光粉并且被透明硅胶包围。

8.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述透镜元件呈漏斗形，其底部开设凹腔以容纳所述发光二极管单元。

9.如权利要求8所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述透镜元件的凹腔表面涂覆有荧光粉。

10.如权利要求1所述的用于产生定向光束的发光二极管照明装置，其中，所述透镜元件的外表面上形成有金属层。

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