CN201047570Y - 一种高亮度、高功率、低发热led发光装置 - Google Patents

Abstract

一种高亮度、高功率、低发热的LED发光装置，通过将多个LED芯片的正极、负极依次顺序连接，并与电源的正、负极相连接，形成一个M行×N列阵列板，芯片阵列板上覆盖有一层与LED芯片紧密接触的荧光板，在荧光板上是一透明树脂板，将LED芯片以及荧光板密封。这种发光装置采用了易于大规模生产的均匀的荧光板，并且不存在发热量的问题，使其没有面积和发光功率的限制，相当于同等功率普通照明灯具5－10倍的亮度，并可以广泛的应用在大到城市照明、广场照明、家庭照明，小到手机显示屏、液晶显示器、平板显示屏、各种仪器、仪表、表盘等需要背光照明的领域。

Description

一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置

技术领域

本实用新型涉及一种节能型的固体光源，特别是涉及一种高亮度、高功率、低发热的LED发光装置。

背景技术

在现有的节能型光源装置中，依据其发光原理可以分为以下几种：

一、荧光灯管(CCFL)，其直径较小约2mm，必须配合导光板及反射层才能使光均匀分散发光，其理论工作寿命小于1万小时，其缺点为必须经过瞬间高压、高频电流进行辉光放电进行点亮，才能进行正常的照明。

二、冷光片(EL)，其优点为很薄，缺点为寿命短仅为3000小时，刚性较差，难以进行大规模集成，不适宜做大功率照明，而且必须经过高电压驱动，才能进行正常照明，而且对工作环境要求较高，易损坏。

三、发光二极管(LED)，其理论工作寿命较长，约为5-10万小时，且不须经过高压驱动即可正常工作，但其缺点为单颗LED芯片的功率较低、一般为0.2-1瓦，其发光亮度不足以进行大规模的照明，因此必须将多颗组合后才可达到所需的亮度，但是传统技术中，在将多颗LED芯片组合使用后，存在发热量过大的问题，严重制约着LED光源向集成化、大规模化发展。

发光二极管的研究始于本世纪六十年代，至今已研制出多种发光二极管，如红色LED，橙色LED，黄色LED，绿色LED等。近年来，短波长发光二极管的研究方兴未艾，尤其是以III-V族氮化物半导体为基础的氮化铝镓铟(AlGaInN)系列最引人瞩目。

近年来，能源问题已经成为困扰世界各国经济发展的头等重要问题，现在所用的高能耗、低发光效率的白炽灯，以及使用发光效率较低、且使用不便的日光灯等陈旧的照明用具已无法适应新的市场需求，LED光源以其所具有能耗低、寿命长等特点逐步受到市场的青睐，但是传统LED光源的封装结构存在着发热量较大、发光效率较低、稳定性差、成品率较低、难以制成较大规模发光功率的光源等严重制约LED光源发展的缺点。

下面参照说明书附图1，对传统的LED光源的封装结构进行说明，将发光芯片1置于一带有凹杯的电极2上，凹杯将发光芯片射向底部的光进行反射，使其朝向凹杯的开口方向射出，在凹杯内部、发光芯片1的上方，有一个混有荧光粉的树脂层4，其中的颗粒为荧光粉，最后通过封装树脂5将树脂层4、发光芯片1以及电极2、3封装为一个整体，该封装树脂通常为环氧树脂。光线通过荧光粉以后，所发出光线的颜色发生改变，根据荧光粉配方的不同，可以发出各种所需的颜色，3和2分别为发光芯片1的两个电极，电极2为散热电极，可以将发光芯片1产生的热量导出到发光芯片的外部，为了加强散热效果，还会在电极2的下方外接一散热基板(未示出)。为了达到所需的发光亮度，通常将多个如上所述结构的LED芯片的封装结构进行组合，即将多个LED芯片的封装结构通过分压电阻并联到电源的两端，形成如附图2所示的结构。

如附图2所示结构的LED光源具有以下的缺点：

1、因为每个LED芯片都带有至少一个起分压作用的电阻，如此众多电阻的存在，使得流过电阻的电能转化为热量，根据纯电阻器件的热能产生公式：E＝I²RT(I为流过电阻的电流强度，R为电阻的电阻值，T为电流通过电阻的时间)，从而使大量的电能被白白地浪费，而且产生的热量由于无法及时的传递到外界，使LED芯片的工作环境产生高温，在较高温度的影响下，LED芯片工作的稳定性、使用寿命都会大大降低，而且在高温的影响下，荧光粉的活性也将大大降低，目前一个LED发光芯片的实际使用寿命仅不到1000小时，远远低于普通白炽灯和其它节能光源。

2、荧光粉被布置于树脂层内，由于荧光粉最初是放置于液态的树脂层中，然后进行充分的搅拌，然后在空气中使树脂硬化。由于树脂层具有一定的粘稠度，荧光粉很难在树脂内分布均匀，如果提高该搅拌过程的温度，会降低树脂层的粘稠度，使荧光粉易于在树脂层中进行均匀分布，但在高温下，荧光粉的化学性质极不稳定，会发生一系列的反应，失去其应有的荧光粉作用，因此不可能通过提高温度来提高荧光粉在树脂层内的均匀性。如果树脂层内不是仅有一种荧光粉，而是含有多种荧光粉，则会更加降低荧光粉的均匀度，由于荧光粉的不均匀，致使最终的LED芯片所发出的光极不均匀，且带有一定的条纹和色斑，严重影正常的使用。而且需要对每个LED芯片都要单独设置含有荧光粉的树脂层，这一过程严重的降低了生产的效率，因此无法进行集成化的大规模生产。

3、由于众多的散热电极、散热基板、以及与外部电路进行连接的接引、线管脚的存在，使得LED发光装置的体积庞大，不适宜做出兼顾小型化和高亮度的发光装置。

针对以上问题，本人经过多方面查找资料、并经过数年的科学实验终于研究成功本具有低耗能、高发光效率、长寿命、低损耗、耐震动、响应速度快、易于进行大规模生产的新型LED高亮度、高功率、低发热光源。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高亮度、高功率、低发热的LED发光装置，是一种采用新方法连接各LED芯片的LED光源。该发光装置克服了现有技术中LED芯片发热量较大、造成LED芯片实用寿命大幅度降低的问题；并且采用了荧光板的这一独创的新结构，克服了现有技术中荧光粉混合中的产生的不均匀、无法高效率进行大规模生产的问题，提高了荧光粉的均匀性和LED芯片的生产效率；克服了现有技术中LED发光装置中与外部电路进行连接的引线和管脚数目较多，不方便进行大规模生产的问题，大幅度减少了与外部电路连接的引线和管脚的数目，使LED发光装置的集成度得以提高。

该LED发光装置所采用的LED芯片阵列板，采用了较为新颖的LED芯片连接方法和荧光粉设置方法，克服了以上传统LED光源中所存在的缺陷。该高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其具有LED芯片阵列板、荧光板和透明树脂板，该LED芯片阵列板具有多个LED芯片和连接该多个LED芯片的导线，第一个LED芯片的正极通过导线连接到第一导线，该第一导线连接到第二个芯片的负极，第二个LED芯片的正极通过导线连接到第二导线，该第二导线连接到第三个LED芯片的负极，以此类推，最后一个LED芯片的正极连接到电源的正极，第一个LED芯片的负极连接到电源的负极，或者第一个LED芯片的负极通过导线连接到第三导线，该第三导线连接到第二个LED芯片的正极，第二个LED芯片的负极通过导线连接到第四导线，该第四导线连接到第三个LED芯片的正极，以此类推，最后一个LED芯片的负极连接到电源的负极，第一个LED芯片的正极连接到电源的正极，最终构成为一个M行×N列阵列板，其中M和N都为2个以上的任意数值，其特征是：芯片阵列板上覆盖有一层荧光板，该荧光板与所有LED芯片紧密接触，在荧光板上是一透明树脂板，将LED芯片以及荧光板密封。电源可以为恒流源，优选高压恒流源。

可以将多个所述LED芯片阵列板之间具有起连接作用的导线，每个LED芯片阵列板不单独连接到电源，第一个LED芯片阵列板的正极通过导线连接到第五导线，该第五导线连接到第二个芯片阵列板的负极，第二个LED芯片阵列板的正极通过导线连接到第六导线，该第六导线连接到第三个LED芯片阵列板的负极，以此类推，最后一个LED芯片阵列板的正极连接到电源的正极，第一个LED芯片阵列板的负极连接到电源的负极，或者第一个LED芯片阵列板的负极连接到第七导线，该第七导线连接到第二个LED芯片阵列板的正极，第二个LED芯片阵列板的负极连接到第八导线，该第八导线连接到第三个LED芯片阵列板的正极，以此类推，最后一个LED芯片阵列板的负极连接到电源的负极，第一个LED芯片阵列板的正极连接到电源的正极，最终构成为一个M行×N列阵列板，其中M和N都为2个以上的任意数值，在所有的LED芯片阵列板之上形成有一封装树脂。在LED芯片阵列板与电源在之间有一个分压电阻，最后形成一个发光装置，最后将该发光装置，通过封装树脂(未示出)，进行封装以及内部的LED芯片阵列板以及LED芯片的固定。这种以LED芯片阵列为组装单元进行大规模发光装置组装的装置，可以无限制的连接多个LED芯片阵列板，无限制的增大发光功率。

荧光板的材料为荧光粉，通过丝网印刷术、化学气相沉积、等离子增强沉积、真空溅射、等离子溅射或磁控溅射等本领域常用的方法形成。

荧光板的大小以正好覆盖所有LED芯片为宜。

荧光板的厚度为10纳米至100微米，其厚度可以根据LED芯片所发光的不同波长进行选取，以LED芯片所发的光可以穿透荧光板为宜。

荧光板的荧光粉的种类，可以根据所用的LED芯片所发光的颜色以及想要最终获得光的颜色来选取，荧光粉可以为蓝光荧光粉、红光荧光粉或绿光荧光粉等。

荧光板可以为多层，依次形成于LED芯片之上。每层荧光板所含荧光粉的种类可以相同，也可以不相同，每层荧光板的厚度可以相同，也可以不相同。

该LED发光装置中，由于采用了新颖的LED芯片、LED阵列板的连接方式，使得发光装置的产生的热量大量减少，在节省了能源的同时提高了照明的亮度和LED芯片的使用寿命；独创了荧光板的使用，把繁杂的LED芯片荧光粉的添加工序简化为单独的荧光板的安装工序，提高了荧光粉的均匀性的同时，可以使LED芯片发出自然的白光，并且方便了大规模集成化的生产；减少了与外部电路连接的引线和管脚，方便了与外部电路的连接，并减小了LED发光装置的体积，使得该LED发光装置可以在做到小型化的同时，实现高功率、高亮度。

附图说明

附图1：现有LED光源结构。

附图2：现有技术LED发光装置结构。

附图3：实施例中的LED芯片阵列板剖面示意图。

附图4：实施例中的LED芯片阵列板俯视图。

附图5：实施例中的采用LED芯片阵列板的LED发光装置示意图。

1：LED芯片  2：电极  3：电极  4：树脂层  5：封装树脂

6：电源  7：电阻  8：LED芯片阵列板  9：荧光板  10：树脂板

11：底座

具体实施方式

图3为本实用新型的一个LED芯片阵列板8的的剖视图。多个LED芯片1依序连接，第一个LED芯片的正极与第二个LED芯片的负极相连接，再将第二个LED芯片的正极与第三个LED芯片的负极相连接，以此类推，最后一个LED芯片的正极与电源的正极相连接，第一个LED芯片的负极与电源的负极相连接。或者将第一个LED芯片的负极与第二个LED芯片的正极相连接，再将第二个LED芯片的负极与第三个LED芯片的正极相连接，以此类推，最后一个LED芯片的负极与电源的负极相连接，第一个LED芯片的正极与电源的正极相连接。LED芯片之间的连接通过金线或其他具有优良导电性的导线进行连接，在LED芯片1与电源在之间有一个分压电阻7，将LED芯片连接好导线后，在LED芯片之上设置一荧光板9，使该荧光板9与众多LED芯片的发光面紧密接触，然后对众多LED芯片1以及荧光板9用树脂板10进行整体封装，最后形成该LED芯片阵列板。

树脂板10的厚度可以根据需要进行选取，以可以保护内部LED芯片，且不影响光线向外发射为宜，一般可以选择其厚度为0.1毫米-10毫米。

将LED阵列板8中的LED芯片1通电后，LED芯片1受激产生光辐射，大部分光从LED芯片1的上表面向外辐射，一小部分光向下照射，照射到设置在LED芯片1下方的具有高的光反射性的光反射层(未示出)上，光反射层可以将LED芯片1照射在光反射层中的光，通过各个LED芯片之间的缝隙反射出去，从LED芯片的上表面照射到外部。

可以将封装用的树脂板10做成凸透镜或者平板的形状或者其它任何适宜的形状。

电源可以为恒流源，优选高压恒流源。

所接入的恒流源的电流值为1mA-10A之间，优选为1mA-100mA之间。

所接入的恒流源的电压变化范围为0.5V-100,000V之间，优选为1V-1000V之间。

所述高压恒流源，是一种输入可以是交流电、直流电或各种电池通过升压装置得到的高压，输出为高压恒流的高压恒流源装置。

输入功率为1W时，光通量大于80LM，光效率大于80LM/W。

如图4所示，是本实施例的LED芯片阵列板的俯视图，将多个LED芯片之间依次进行连接，构成一个M行×N列LED芯片阵列板。

如图5所示，可以将多个LED芯片阵列板8放置在底座11上，然后依序连接起来，当进行多个LED芯片阵列板8的连接时，各个多个LED芯片阵列板8不再单独连接电源，而是当所有的多个LED芯片阵列板8连接完毕后，进行电源连接，将第一个LED芯片阵列板8的正极与第二个LED芯片阵列板8的负极相连接，再将第二个LED芯片阵列板8的正极与第三个LED芯片阵列板8的负极相连接，以此类推，最后一个LED芯片阵列板8的正极与电源的正极相连接，第一个LED芯片阵列板8的负极与电源的负极相连接。或者将第一个LED芯片阵列板8的负极与第二个LED芯片阵列板8的正极相连接，再将第二个LED芯片阵列板8的负极与第三个LED芯片阵列板8的正极相连接，以此类推，最后一个LED芯片阵列板8的负极与电源的负极相连接，第一个LED芯片阵列板8的正极与电源的正极相连接。在LED芯片阵列板与电源在之间有一个分压电阻7，最后形成一个发光装置，最后将该发光装置，通过封装树脂(未示出)，进行封装以及内部的LED芯片阵列板8以及LED芯片1的固定。该发光装置包括多个依序连接的LED芯片阵列板8，每个LED芯片降列板8又包括多个LED芯片1，以此种方式进行连接，可以连接多个LED芯片，增大输出功率。

LED芯片1与电源连接间的分压电阻7不是必需的，LED芯片阵列板8与电源连接间的分压电阻7不是必需的。

荧光板的材料由荧光粉材料，通过丝网印刷术、化学气相沉积、等离子增强沉积、真空溅射、等离子溅射、磁控溅射等本领域常用的方法形成。在反应容器中，可以通过上述本领域常用的方法，生产出各种厚度的、包含各种荧光粉材料的单层或者多层荧光板。

荧光板的大小以正好覆盖所有LED芯片为宜。

荧光板的厚度为10纳米-100微米，其厚度可以根据LED芯片所发光的不同波长进行选取，以LED芯片所发的光可以穿透荧光板为宜。

荧光板的荧光粉的种类，可以根据所用的LED芯片所发光的颜色以及想要获得最终光的颜色来选取，荧光粉可以为蓝光荧光粉、红光荧光粉、绿光荧光粉等。使发光装置不仅可以可以制成发出白光，而且还可以发出红、蓝、绿、黄等各种颜色，更可以发出自然界中所见到的所有颜色的光。

荧光板可以为多层，依次形成于LED芯片之上。每层荧光板所含荧光粉的种类可以相同，也可以不相同，每层荧光板的厚度可以相同，也可以不相同。

由于，该新型的LED结构采用了荧光板，使得不必为每一个LED芯片去单独设置荧光粉，可以一次性地为多个LED芯片设置荧光粉，且由于荧光板是采取化学气相沉积等方式均匀的形成一个单独的板状物，不会存在荧光粉分布不均匀的问题，可以使发光装置发出柔和、均匀的光线。

由于这种新型的LED光源只有一个分压电阻，不仅可以保证各个LED芯片的正常工作，而且降低了发热量，可以省去较为重的散热器，可以将LED光源整体做得较为小巧，大幅度的提高了照明器件的集成度。可以用作手提式照明用具、交通信号灯、防爆安全灯、甚至可以作为战场上的单兵作战照明用具或瞄准器上的LED灯。

这种新型的LED光源不会有传统LED光源的发热量的问题，因此可以突破传统的LED光源不能做较大功率照明的瓶颈，而且其采用了荧光板，使单片LED芯片阵列成为一个独立的安装安装单元，将多个LED芯片阵列依序连接，使最终生产的发光装置没有面积和发光功率的限制，可以做到无限大，完全可以做出几千瓦、几万瓦、甚至几十万瓦发光功率的光源，却相当于普通照明灯具5-10倍的亮度，因此可以广泛的应用在大到城市照明、广场照明、家庭照明，小到手机显示屏、液晶显示器、平板显示屏、各种仪器仪表表盘等需要背光照明等各个方面。

这种新型的LED光源可以取代以往的任何照明用具，而且相比可以降低能耗达90％以上，寿命延长200倍以上，但造价仅相当于其它同类LED光源产品1/20至1/5。

以上说明了本实用新型的实施例。但本实用新型并不限于上述实施例，本领域技术人员在本实用新型技术方案的范围内所进行的各种更改，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其具有LED芯片阵列板、荧光板和透明树脂板，该LED芯片阵列板具有多个LED芯片和连接该多个LED芯片的导线，第一个LED芯片的正极连接到第一导线，该第一导线连接到第二个芯片的负极，第二个LED芯片的正极连接到第二导线，该第二导线连接到第三个LED芯片的负极，以此类推，最后一个LED芯片的正极连接到电源的正极，第一个LED芯片的负极连接到电源的负极，或者第一个LED芯片的负极连接到第三导线，该第三导线连接到第二个LED芯片的正极，第二个LED芯片的负极连接到第四导线，该第四导线连接到第三个LED芯片的正极，以此类推，最后一个LED芯片的负极连接到电源的负极，第一个LED芯片的正极连接到电源的正极，最终构成为一个M行×N列阵列板，其中M和N都为2个以上的任意数值，其特征是：芯片阵列板上覆盖有一层荧光板，该荧光板与所有LED芯片紧密接触，在荧光板上是一透明树脂板，将LED芯片以及荧光板密封。

2.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：电源为恒流源。

3.根据权利要求2所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：电源为高压恒流源。

4.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：荧光板的材料为荧光粉，其通过丝网印刷术、化学气相沉积、等离子增强沉积、真空溅射、等离子溅射或磁控溅射形成。

5.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：荧光板的大小正好覆盖所有LED芯片。

6.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：荧光板的厚度为10纳米至100微米。

7.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置其特征是：荧光板的厚度使LED芯片所发的光穿透荧光板。

8.根据权利要求1所述的一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，其特征是：荧光板为多层，依次位于LED芯片之上，每层荧光板所含荧光粉的种类相同或不相同，每层荧光板的厚度相同或不相同。

9.一种高亮度、高功率、低发热LED发光装置，具有多个LED芯片阵列板、和封装树脂，其中每个LED芯片阵列板内部都具有多个LED芯片和连接该多个LED芯片的导线，对于每个LED芯片阵列板，该LED阵列板内的的第一个LED芯片的正极连接到该LED阵列板内的第一导线，该LED阵列板内的第一导线连接到该LED阵列板内的第二个芯片的负极，该LED阵列板内的第二个LED芯片的正极连接到该LED阵列板内的第二导线，该LED阵列板内的第二导线连接到该LED阵列板内的第三个LED芯片的负极，以此类推，构成了每一个LED芯片阵列板，或者该LED阵列板内的第一个LED芯片的负极连接到该LED阵列板内的第三导线，该LED阵列板内的第三导线连接到该LED阵列板内的第二个LED芯片的正极，该LED阵列板内的第二个LED芯片的负极连接到该LED阵列板内的第四导线，该LED阵列板内的第四导线连接到该LED阵列板内的第三个LED芯片的正极，以此类推，构成了每一个LED芯片阵列板，使每一个LED芯片阵列板最终构成为一个M行×N列阵列板，其中M和N都为2个以上的任意数值，在每一个芯片阵列板上覆盖有一层荧光板，该荧光板与所有LED芯片紧密接触，在荧光板上是一透明树脂板，将LED芯片以及荧光板密封，其特征是：每个LED芯片阵列板都不单独连接到电源，第一个LED芯片阵列板的正极连接到第五导线，该第五导线连接到第二个芯片阵列板的负极，第二个LED芯片阵列板的正极连接到第六导线，该第六导线连接到第三个LED芯片阵列板的负极，以此类推，最后一个LED芯片阵列板的正极连接到电源的正极，第一个LED芯片阵列板的负极连接到电源的负极，或者第一个LED芯片阵列板的负极连接到第七导线，该第七导线连接到第二个LED芯片阵列板的正极，第二个LED芯片阵列板的负极连接到第八导线，该第八导线连接到第三个LED芯片阵列板的正极，以此类推，最后一个LED芯片阵列板的负极连接到电源的负极，第一个LED芯片阵列板的正极连接到电源的正极，最终构成为一个M行×N列阵列板，其中M和N都为2个以上的任意数值，在所有的LED芯片阵列板之上有一封装树脂。

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