CN103490003B - 一种高可靠性led光源及其led模组光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性LED光源及其LED模组光源。其中，高可靠性LED光源的基板为由高散热金属材料一体成型的金属基板；在所述金属基板的左右两侧和部分上下表面包覆有一金属反射层，所述金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔；在所述金属反射层与所述金属基板之间设置有第一高散热绝缘材料层；在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层；在所述金属反射腔的侧壁上设置有一焊接台阶，所述LED芯片的电极通过金线连接到焊接台阶上；在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层。本发明LED光源和LED模组光源，相对于现有技术不仅散热性能更佳，可靠性更好，而且发光效率也很好。

Description

一种高可靠性LED光源及其LED模组光源
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种散热性能更佳的高可靠性LED光源及其LED模组光源。
背景技术
随着LED应用领域日趋广泛，竞争也日臻白热化，因而高性价比成为LED产品突围利器。为了追求高性价比，业界通常采用小尺寸封装体，增大芯片驱动电流，在一定程度上契合了当前发展趋势。随着驱动电流不断提升，LED芯片产生的热量越来越多，业界将注意力放在如何提升支架塑胶材料的耐热性方面，塑胶材质也经历了从PPA、PCT、EMC到SMC的演变。尽管上述塑胶材质耐热性能依次提升，但存在导热性差的共同缺陷，且上述塑胶不适合需要高温作业环境的倒装焊和共晶等特殊工序。
此外，传统LED基板多为铝基或铜基覆铜板，其结构包括位于底层的金属基底、位于所述金属基底之上的绝缘层、以及位于所述绝缘层之上的电路层；其中，金属基底由热传导率极佳的铝、铜金属材料制成；其中，绝缘层由高分子聚合物制成，由于高分子材料的导热系数仅为0.2～0.5W/mK，导致金属基电路板（MCPCB）的热传导率也仅有1W/mK～3W/mK，进而使得现有LED光源的导热性能不佳。
LED光源导热性能不佳，将直接影响LED光源的使用寿命等可靠性。因此，如何得到导热性能更好的高可靠性的LED光源迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术的以上不足，本发明的第一目的在于提供两种散热性能更佳的高可靠性LED光源，本发明的第二目的在于提供一种散热性能更佳的LED模组光源。
为了实现本发明的第一发明目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种高可靠性LED光源，包括基板和固定在所述基板上表面的正装结构的LED芯片。为了改善本发明的散热性能，本发明做了如下改进：所述基板为由高散热金属材料一体成型的金属基板；在所述金属基板的左右两侧和部分上下表面包覆有一金属反射层，所述金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔；在所述金属反射层与所述金属基板之间设置有第一高散热绝缘材料层；在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层；在所述金属反射腔的左右侧壁上分别设置有一焊接台阶，所述LED芯片的P电极和N电极分别通过金线连接到一焊接台阶上；在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层。
一种高可靠性LED光源，包括基板和固定在所述基板上表面的垂直结构的LED芯片，为了改善本发明的散热性能，本发明做了如下改进：所述基板为由高散热金属材料一体成型的金属基板；在所述金属基板的外侧和部分上下表面包覆有一金属反射层，所述金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔；在所述金属反射层与所述金属基板之间设置有第一高散热绝缘材料层；在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层；在所述金属反射腔的侧壁上设置有焊接台阶；所述LED芯片上表面的电极通过金线连接到一焊接台阶上，所述LED芯片下表面的电极直接与金属基板连接；在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层。
进一步的，所述第一高散热绝缘材料层或第二高散热绝缘材料层由类金刚石膜（DLC）或金刚石膜或陶瓷薄膜制成。
进一步的，所述金属反射腔的内壁为经过精密抛光的球面、抛物面或双曲面。
进一步的，在所述金属反射腔的内壁上还电镀有高反射金属材料薄层。
进一步的，在所述金属反射腔的开口部还设置有防爬胶台阶。
进一步的，所述金属反射腔的侧壁呈喇叭状设置。
进一步的，在所述光转化物质层上还设置有一光学透镜层。
为了实现本发明的第二发明目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种LED模组光源，包括多个任一项前述的高可靠性LED光源，所有高可靠性LED光源共用一金属基板。
进一步的，各个高可靠性LED光源单独设置一光学透镜层或共用一光学透镜层。
本发明为了提高散热性能，将现有的基板改为了由高散热金属材料一体成型的金属基板，这样一来本发明的基板除了原有的固定和支撑LED芯片作用外，主要就是用来散热，由于基板整块都是高散热材料，其散热性能将得到明显提升。
本发明为了进一步提高其散热性能，并为原基板上电路层找到一个很好的替代结构，本发明在金属基板外设置了金属反射层，金属反射层与LED芯片上表面的电极通过金线连接以起到原基板上的电路层的引出电极作用，这样一来金属反射层的不仅可以作为引出电极，而且其很好的散热性能帮助LED芯片散发掉其发光过程中的很多热量。当然，为了防止金属基板与金属反射层之间短路，本发明在所述金属反射层与所述金属基板之间的第一高散热绝缘材料层。
不仅如此，本发明设置的金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔，还可以提高LED的出光效率。
另外，为了便于LED芯片与金属反射层之间进行电气连接，本发明在所述金属反射腔的侧壁上设置有焊接台阶，因为竖直或倾斜的平直侧壁都相对较难进行电气连接加工。
而且，为了进一步提高本发明的可靠性，本发明在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层。
因此，本发明LED光源和LED模组光源，相对于现有技术不仅散热性能更佳，可靠性更好，而且发光效率也很好。
附图说明
此附图说明所提供的图片用来辅助对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明LED光源实施例1的结构示意图；
图2是本发明LED光源实施例2的结构示意图；
图3是本发明LED光源实施例3的结构示意图；
图4是本发明LED光源实施例4的结构示意图；
图5是本发明LED光源实施例5的结构示意图；
图6是本发明LED光源实施例6的结构示意图；
图7是本发明LED光源实施例7的结构示意图；
图8是本发明LED光源实施例8的一种结构示意图；
图9是本发明LED光源实施例9的另一种结构示意图。
图中：
101、基板 102、LED芯片
103、金属反射层 104、第一高散热绝缘材料层
105、第二高散热绝缘材料层 106、金线
107、光转化物质层 108、光学透镜层
1031、焊接台阶 1032、防爬胶台阶
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开了一种高可靠性LED光源，其基本结构包括基板101和固定在所述基板101上表面的正装结构的LED芯片102，正装结构的LED芯片其P电极和N电极都位于其出光面一侧。
为了改善本发明的散热性能，本发明做了如下改进：
1、本实施例将基板101改为了由高散热金属材料一体成型的金属基板，这样一来本发明的基板除了原有的固定和支撑LED芯片作用外，主要就是用来散热，由于基板整块都是高散热材料，其散热性能将得到明显提升。其中，高散热金属材料为铝（Al）、铜（Cu）、钻铜、金（Au）、或镍（Ni）等导热性能良好的金属材料。
2、本实施例在所述金属基板101的左右两侧和部分上下表面包覆有一金属反射层103，所述金属反射层103在所述LED芯片102的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔，即图中金属反射层103与光转化物质层107之间的边界线之间的区域，该金属反射腔可以起到反射LED出光的作用，同时LED发光产生的热量也可以通过导热性能良好的金属材料散发。同样，金属反射层可以为铝（Al）、铜（Cu）、银等导热性能良好的金属材料制成。
3、由于本实施例突破了传统的基板结构，在基板101上没有了单独的电路层，为了实现在LED芯片102电极的引出，本实施例在金属反射腔的左右侧壁上分别设置有一焊接台阶1031，所述LED芯片102的P电极和N电极分别通过金线106连接到一焊接台阶1031上，从而使得该金属反射层103起到一物三用的目的，既可以反射LED出光提高出发效率，又可以起到良好导热的性能，还能够作为引出电极使用。需要说明的是，本实施例中焊接台阶1031的形状可以是多种多样，不仅仅局限于图中的形状，只要便于焊接即是本发明的保护范围。
4、为了配合基板101和金属反射层103结构的改变防止二者电气短路，在所述金属反射层103与所述金属基板101之间设置有第一高散热绝缘材料层104。
5、金属反射层103裸露空气中易与空气中水汽反应生成铜绿，且裸露空气中的金属反射层103易漏电，为了提高本发明的可靠性，在所述金属反射层103的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层105。
6、为了将LED芯片发出的光转换成其他颜色，在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层107。
本发明所述的高散热绝缘材料是指散热效果良好而且具有绝缘性能的材料，本实施例第一高散热绝缘材料层104或第二高散热绝缘材料层105由类金刚石膜（DLC）或金刚石膜或陶瓷薄膜制成。类金刚石膜（DLC）、金刚石膜和陶瓷薄膜等导热性佳的绝缘材料应用于支架基板中取代传统高分子绝缘层，可以显著提高产品散热性能，尤其是类金刚石膜（DLC）、金刚石膜的引入。类金刚石膜（DLC）有极佳的热导率（600-1200W/mk），具有12倍于铜材的热扩散性、高材料强度、高抗侵性等显著优点，用于金属电路板之绝缘层材料取代传统金属电路板的绝缘层，可使金属电路板绝缘层的热导率提升百倍以上，且DLC的CTE（热膨胀系数）（7～9ppm/℃）与LED芯片、硅或者蓝宝石材料的基板较匹配，不会因热产生热应力及热形变，在提高散热性能的同时，还可以有效解决各材料间热膨胀系数不一致带来的问题，进一步提升LED产品的品质与可靠性。此外，类金刚石膜（DLC）质硬，其披覆于金属反射座外表面，可以使LED表面免受磨损。
为了进一步提高本发明LED的出光效率，金属反射腔的内壁为经过精密抛光的球面、抛物面或双曲面，经过抛光处理使其界面光滑，有利于LED反射的光经过金属反射腔内部反射出腔体。
为了更进一步提高本发明LED的出光效率，在所述金属反射腔的内壁上还电镀有高反射金属材料薄层。
其中，光转化物质层107为有机染料、稀土有机配合物、稀土无机发光材料、或者半导体量子点，有机染料具体可选用芳香烷染料、偶氮染料等等，稀土有机配合物具体可选用铕掺杂二苯甲酰基甲烷（DBM：Eu2+）、铽掺杂对羟基苯甲酸（PHBA：Tb3+）等等，稀土无机发光材料具体可选用钇铝石榴石（YAG）、铝酸镥（LuAG）等等，半导体量子点具体可选用硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）等等。光转化物质层107，用于将LED芯片102发出的光色转化为想要的光色，如将蓝光转化为白光等。
实施例2：
如图2所示，本实施例与实施例1的不同在于：所述金属反射腔的侧壁呈喇叭状设置，即是焊接台阶1031上壁面成斜坡状，相对于实施例1其发光面开口面积更大，利于取光，提升光通量。
实施例3：
如图3所示，本实施例与实施例2的不同在于：本实施例在实施例1和2的基础上，在所述金属反射腔的开口部还设置有防爬胶台阶1032。
该防爬胶台阶1032的设置增加了光转化物质层107与金属反射腔的接触面积，使得两者结合力增强，防潮气密性增加，同时该防爬胶台阶1032的设置使得与其接触的光转化物质层107表面张力增加，即使光转化物质层107点胶量过多，光转化物质层的胶体上表面呈凸起状，点粉胶也不会外溢。
实施例4：
如图4所示，本实施例与实施例3的不同在于：本实施例在实施例1-3的基础上，在所述光转化物质层107上还设置有一光学透镜层108。
该光学透镜层108的形状为半球形、方形、椭圆形、菲涅尔形、蜂窝形、花生形、圆锥形、正六边形、柿饼形中的一种。不同的形状可以实现该封装结构不同的光型要求，其材料为聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、硅胶（Silicone）、聚丙烯（EP）、聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）、以及玻璃中的一种或者几种。其实现工艺，可为传统的模具注塑成型或模定成型。
实施例5：
如图5所示，本实施例公开了一种使用垂直结构的LED芯片的较佳结构的高可靠性LED光源，其与实施例3的不同在于将正装结构的LED芯片改为了垂直结构的LED芯片，所谓的垂直结构的LED芯片，其P/N电极分别在其上下表面。
如图5所示，本实施例的具体结构包括基板101和固定在所述基板101上表面的垂直结构的LED芯片102。
同样，为了改善本发明的散热性能，本发明做了如下改进：
1、本实施例将基板101改为了由高散热金属材料一体成型的金属基板，这样一来本发明的基板除了原有的固定和支撑LED芯片作用外，主要就是用来散热，由于基板整块都是高散热材料，其散热性能将得到明显提升。其中，高散热金属材料为铝（Al）、铜（Cu）、钻铜、金（Au）、或镍（Ni）等导热性能良好的金属材料。
2、本实施例在所述金属基板101的左右两侧和部分上下表面包覆有一金属反射层103，所述金属反射层103在所述LED芯片102的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔，即图中金属反射层103与光转化物质层107之间的边界线之间的区域，该金属反射腔可以起到反射LED出光的作用，同时LED发光产生的热量也可以通过导热性能良好的金属材料散发。同样，金属反射层可以为铝（Al）、铜（Cu）、银等导热性能良好的金属材料制成。
3、由于本实施例突破了传统的基板结构，在基板101上没有了单独的电路层，为了实现在LED芯片102电极的引出，本实施例在所述金属反射腔的侧壁上设置有焊接台阶1031，所述LED芯片102上表面的电极通过金线106连接到一焊接台阶1031上，所述LED芯片102下表面的电极直接与金属基板101连接，从而使得该金属反射层103起到一物三用的目的，既可以反射LED出光提高出发效率，又可以起到良好导热的性能，还能够作为引出电极使用。需要说明的是，本实施例中焊接台阶1031的形状可以是多种多样，不仅仅局限于图中的形状，只要便于焊接即是本发明的保护范围。
4、为了配合基板101和金属反射层103结构的改变防止二者电气短路，在所述金属反射层103与所述金属基板101之间设置有第一高散热绝缘材料层104。
5、金属反射层103裸露空气中易与空气中水汽反应生成铜绿，且裸露空气中的金属反射层103易漏电，为了提高本发明的可靠性，在所述金属反射层103的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层105。
6、为了将LED芯片发出的光转换成其他颜色，在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层107。
本发明所述的高散热绝缘材料是指散热效果良好而且具有绝缘性能的材料，本实施例第一高散热绝缘材料层104或第二高散热绝缘材料层105由类金刚石膜（DLC）或金刚石膜或陶瓷薄膜制成。类金刚石膜（DLC）、金刚石膜和陶瓷薄膜等导热性佳的绝缘材料应用于支架基板中取代传统高分子绝缘层，可以显著提高产品散热性能，尤其是类金刚石膜（DLC）、金刚石膜的引入。类金刚石膜（DLC）有极佳的热导率（600-1200W/mk），具有12倍于铜材的热扩散性、高材料强度、高抗侵性等显著优点，用于金属电路板之绝缘层材料取代传统金属电路板的绝缘层，可使金属电路板绝缘层的热导率提升百倍以上，且DLC的CTE（热膨胀系数）（7～9ppm/℃）与LED芯片、硅或者蓝宝石材料的基板较匹配，不会因热产生热应力及热形变，在提高散热性能的同时，还可以有效解决各材料间热膨胀系数不一致带来的问题，进一步提升LED产品的品质与可靠性。此外，类金刚石膜（DLC）质硬，其披覆于金属反射座外表面，可以使LED表面免受磨损。
为了进一步提高本发明LED的出光效率，金属反射腔的内壁为经过精密抛光的球面、抛物面或双曲面，经过抛光处理使其界面光滑，有利于LED反射的光经过金属反射腔内部反射出腔体。
为了更进一步提高本发明LED的出光效率，在所述金属反射腔的内壁上还电镀有高反射金属材料薄层。
其中，光转化物质层107为有机染料、稀土有机配合物、稀土无机发光材料、或者半导体量子点，有机染料具体可选用芳香烷染料、偶氮染料等等，稀土有机配合物具体可选用铕掺杂二苯甲酰基甲烷（DBM：Eu2+）、铽掺杂对羟基苯甲酸（PHBA：Tb3+）等等，稀土无机发光材料具体可选用钇铝石榴石（YAG）、铝酸镥（LuAG）等等，半导体量子点具体可选用硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）等等。光转化物质层107，用于将LED芯片102发出的光色转化为想要的光色，如将蓝光转化为白光等。
为了提高出光效率，所述金属反射腔的侧壁呈喇叭状设置，即是焊接台阶1031上壁面成斜坡状，使得其发光面开口面积更大，利于取光，提升光通量。
为了进一步提高本实施例的可靠性，在所述金属反射腔的开口部还设置有防爬胶台阶1032。该防爬胶台阶1032的设置增加了光转化物质层107与金属反射腔的接触面积，使得两者结合力增强，防潮气密性增加，同时该防爬胶台阶1032的设置使得与其接触的光转化物质层107表面张力增加，即使光转化物质层107点胶量过多，光转化物质层的胶体上表面呈凸起状，点粉胶也不会外溢。
实施例6：
如图6所示，本实施例与实施例5的不同在于：本实施例在实施例5的基础上，在所述光转化物质层107上还设置有一光学透镜层108。
该光学透镜层108的形状为半球形、方形、椭圆形、菲涅尔形、蜂窝形、花生形、圆锥形、正六边形、柿饼形中的一种。不同的形状可以实现该封装结构不同的光型要求，其材料为聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、硅胶（Silicone）、聚丙烯（EP）、聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）、以及玻璃中的一种或者几种。其实现工艺，可为传统的模具注塑成型或模定成型。
实施例7：
本实施例公开了一种LED模组光源，包括多个实施例1至6任一实施例所述的LED光源，所有高可靠性LED光源共用一金属基板101。
图7中仅仅示意出了多个实施例2结构的LED光源，本发明还包括其他公用金属基板101的情况。
实施例8：
本实施例公开了一种LED模组光源，本实施例与实施例7的不同在于：各个高可靠性LED光源单独设置一光学透镜层或共用一光学透镜层。
其中，如图8所示为各个高可靠性LED光源单独设置一光学透镜层108的情况。
其中，如图9所示为各个高可靠性LED光源共用一光学透镜层108的情况。
该光学透镜108的形状为半球形、方形、椭圆形、菲涅尔形、蜂窝形、花生形、圆锥形、正六边形、柿饼形中的一种。不同的形状可以实现该封装结构不同的光型要求，其材料为聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、硅胶（Silicone）、聚丙烯（EP）、聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）、以及玻璃中的一种或者几种。其实现工艺，可为传统的模具注塑成型或模定成型。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高可靠性LED光源，包括基板和固定在所述基板上表面的正装结构的LED芯片，其特征在于：
所述基板为由高散热金属材料一体成型的金属基板；
在所述金属基板的左右两侧和部分上下表面包覆有一金属反射层，所述金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔；
在所述金属反射层与所述金属基板之间设置有第一高散热绝缘材料层；
在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层；
在所述金属反射腔的左右侧壁上分别设置有一焊接台阶，所述LED芯片的P电极和N电极分别通过金线连接到一焊接台阶上；
在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层。
2.一种高可靠性LED光源，包括基板和固定在所述基板上表面的垂直结构的LED芯片，其特征在于：
所述基板为由高散热金属材料一体成型的金属基板；
在所述金属基板的外侧和部分上下表面包覆有一金属反射层，所述金属反射层在所述LED芯片的出光面形成有反射LED出光的金属反射腔；
在所述金属反射层与所述金属基板之间设置有第一高散热绝缘材料层；
在所述金属反射层的外侧还包覆有用于防止金属反射层被腐蚀的第二高散热绝缘材料层；
在所述金属反射腔的侧壁上设置有焊接台阶；
所述LED芯片上表面的电极通过金线连接到一焊接台阶上，所述LED芯片下表面的电极直接与金属基板连接；
在所述金属反射腔内还灌注有光转化物质层。
3.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
所述第一高散热绝缘材料层或第二高散热绝缘材料层由类金刚石膜（DLC）或金刚石膜或陶瓷薄膜制成。
4.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
所述金属反射腔的内壁为经过精密抛光的球面、抛物面或双曲面。
5.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
在所述金属反射腔的内壁上还电镀有高反射金属材料薄层。
6.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
在所述金属反射腔的开口部还设置有防爬胶台阶。
7.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
所述金属反射腔的侧壁呈喇叭状设置。
8.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED光源，其特征在于：
在所述光转化物质层上还设置有一光学透镜层。
9.一种LED模组光源，其特征在于：包括多个权利要求1-8任一项所述的高可靠性LED光源，所有高可靠性LED光源共用一金属基板。
10.根据权利要求9所述的LED模组光源，其特征在于：
各个高可靠性LED光源单独设置一光学透镜层或共用一光学透镜层。
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