TWI392826B - 發光二極體燈泡 - Google Patents

Description

發光二極體燈泡

本發明涉及一種燈泡，特別是一種發光二極體燈泡。

相比於傳統的發光源，發光二極體具有重量輕、體積小、污染低、壽命長等優點，其作為一種新型的發光源，已經被越來越多地應用到各領域當中，如路燈、交通燈、信號燈、射燈及裝飾燈等等。

然而散熱迅速與否仍然是影響發光二極體燈泡整體性能的一個重要問題，現有技術一般是採用高導熱係數的金屬作為殼體，同時增加外殼的體積以達到良好的散熱效果。

但是由於金屬本身的物理和化學特性，使得它作為殼體時具有因其各種特性所導致的缺點。例如，金屬的密度高，使得燈泡整體重量比較重；金屬的熱膨脹係數比較大，使得外殼因受熱膨脹導致其內部其他機構的連接部位產生脫離或出現縫隙而導致損毀；金屬的導電能力強，若金屬外殼和電源部分沒有做好良好的絕緣，則容易產生漏電；因為金屬本身的易腐蝕性，若其未做好防銹處理則容易因外界條件而產生銹蝕；金屬硬度不高，若掉落則容易在殼體散熱表面造成形變。由此，用金屬作為外殼使燈泡的外部性能具有不穩定性，從而間或導致內部的不穩定性。

有鑒於此，本發明旨在提供一種外部性能更加穩定的、 兼顧散熱的發光二極體燈泡。

一種發光二極體燈泡，其包括一殼體、容置於殼體內的至少一發光二極體光源、一環繞安裝於殼體之上的罩體以及安裝於殼體底部並與發光二極體光源電性連接的電性接頭，所述殼體採用陶瓷材料製成。

與現有技術相比，本發明的發光二極體燈泡由於採用陶瓷作為殼體，使其外殼因陶瓷本身的物理和化學性質而具有以下優點：陶瓷密度比金屬小，使燈泡整體重量得以減輕；陶瓷的熱膨脹係數比金屬低，使得燈泡的外殼不會因為周圍環境溫度的變化而有太大的形變量；陶瓷電性絕緣，故不會產生漏電流；陶瓷具有良好的化學穩定性，耐腐蝕，能夠抵抗因外界環境造成的氧化；陶瓷的硬度高，不容易因掉落而破損或形變；同時，陶瓷具有一定的熱傳導率，足以將發光二極體光源所發出的熱到處並消散。

下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。

以下，將結合附圖及實施例對本技術方案的發光二極體燈泡進行詳細說明。

如圖1所示，為本發明第一實施方式提供的發光二極體燈泡10。該發光二極體燈泡10包括一殼體11、一容置於殼體11內的發光二極體光源12、一環繞安裝於殼體11上的罩體13、一安裝於殼體11底部的電性接頭14，以及一容 置於殼體11內並使發光二極體光源12與電性接頭14電性連接的電源模組15。

所述殼體使用陶瓷材料，可包含：氮化矽(Si3N4)、碳化矽(SiC)、氧化鋯(ZrO2)、氮化硼(B4C)、二硼化鈦(TiB4)、氧化鋁(AlxOy)、氮化鋁(AlN)、氧化鈹(BeO)和矽鋁氧碳陶瓷(Sialon)中的任意一種或前述兩種或多種物質的混合物。該殼體11包括第一容置空間111和第二容置空間112。該第一容置空間111為所述殼體11頂面向下凹陷形成的一內徑自上至下逐漸減小的圓臺狀腔室，用於容置發光二極體光源12。該第二容置空間112為所述殼體11底面向上凹陷形成的一內徑自下至上逐漸增大的圓臺狀腔室，較第一容置空間111高度較深，直第二容置空間112的最大直徑與第一容置空間111的最小直徑相當。該第二容置空間112用於容置電源模組15。第一容置空間111與第二容置空間112之間的殼體部分為一具有一定厚度的承載板113，其上設置至少一通孔114用以聯通第一容置空間111和第二容置空間112。本實施例中，所述殼體11整體呈倒置圓臺狀，其頂面直徑大於底面直徑。

殼體11的製作方法是將原料進行磨細、混合、攪拌分散，然後可通過各種的工藝流程製成毛坯，如：噴霧造粒，擠出成型，澆注成型或刮刀成型。得到毛坯後再進行後續的坯體修飾、燒結，在做成成品之前，還可以進行多種工藝流程如：金屬附著、焊接電極，或者檢測，或者表面處理、包裝。

請一併參閱圖2，所述發光二極體光源12收容於殼體11的第一容置空間111內，其包括至少一發光二極體晶片121、一承載這些發光二極體晶片121的基板122、至少兩電極123和封裝層124。

該發光二極體晶片121可以為單個或多個，其設置在基板122的一平坦表面上。該發光二極體晶片121包含可發出黃光至紅光的波長的磷化物，如：AlxInyGa(1-x-y)P(0≦x≦1，0≦y≦1，x+y≦1)，或砷化物(AlInGaAs)，或採用各種半導體諸如氧化物ZnO或氮化物GaN之類，以可發射出足以激發螢光材料的短波長光的氮化物半導體(InxAlyGal-x-yN，0≦x≦1，0≦y≦1，x+y≦1)為最佳。在本實施例中發光二極體晶片121為9個，分為三組，先串聯後再並聯。當然，也可以全部並聯或串聯，或者是兩兩反向並聯再串聯，依使用的情況而定。

該基板122為平板狀，用以承載發光二極體晶片121，其上表面具有電路層(圖未示)，通過電路層與電極123的電性連接、電極123再與外部電源連接而向發光二極體晶片121提供電力。在本實施例中該基板122僅與發光二極體晶片121熱性連接，電路層與發光二極體晶片121電性連接，如此，所述發光二極體晶片121為一熱電分離的結構。該基板122為一本徵/純質半導體或者是不刻意摻雜其他雜質的半導體，其載子濃度小於等於5×106cm-3，以小於等於2×106cm-3為最佳。該基板122主要包含如：尖晶石、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氧化鋅(ZnO)、 氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、鈹化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)等材料，當然也可以是導熱率佳且導電率差的物質，如：鑽石。該基板122與前述發光二極體晶片121通過銀膠來連接，當然，為了達到更好的熱傳導效率，還可以將錫膏印刷於該基板122與前述發光二極體晶片121彼此連接的位置再進行熱回焊使兩者黏結，或者採用錫球黏著工藝，或者利用共晶結合的方式。當採用共晶結合工藝時，可以使用以下金屬：金(Au)、錫(Sn)、銦(In)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉍(Bi)、鈹(Be)或是這些金屬的合金。

該封裝層124緊貼於基板122的上表面，覆蓋並包覆所有發光二極體晶片121，同時將電極123部分裸露在外，以供其與外界連接。本實施例採用的封裝層124材料包括：矽樹脂、環氧樹脂、低溫融化玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚合體等熱固性透光材料。該封裝層124還可以加入一螢光材料，該螢光材料可以為：硫化物螢光材料、鋁酸鹽螢光材料、氧化物螢光材料、矽酸鹽螢光材料、氮化物螢光材料等。該封裝層124可通過射出成型等方式達到想要的形狀，如：半球形或圓頂形。

所述罩體13環繞安裝於殼體11的上方，將殼體11的第一容置空間111以及第一容置空間111內部容置的發光二極體光源12罩設於罩體13的內部。本實施例中，該罩體13是空心結構，當然在其他實施例中也可以是實心結構。

所述電性接頭14安裝於殼體11底部，該電性接頭14可以為：E12、E14、E26、E27、GU10、PAR30、MR16等所 有傳統的燈泡接頭。

所述電源模組15位於前述殼體11的第二容置空間112內，該電源模組15呈圓柱形，其上端抵靠承載板113的底面，下端與殼體11的底部相平齊，並與電性接頭14電性連接。該電源模組15可通過穿設前述通孔114的導線(圖未示)與發光二極體光源12電性連接。該電源模組15包含：AC-AC變壓器、AC-DC轉換器、DC-DC變壓器、高功率驅動積體電路等相關電子元件。

請參閱圖3，為本發明第二實施方式提供的發光二極體燈泡20，該發光二極體燈泡20包括一殼體11、一容置於殼體11內的發光二極體光源12、一環繞安裝於殼體11上的罩體13、一安裝於殼體11底部的電性接頭14，以及一容置於殼體11內並使發光二極體光源12與電性接頭14電性連接的電源模組15。

所述殼體11包括第一容置空間111和第二容置空間112。與前一實施例不同之處在於，該第二容置空間112內在電源模組15的周圍還設有一填充物115，該填充物115導熱但電氣絕緣，可增加散熱效率，例如可以是導熱膠。

請參閱圖4，為本發明第三實施方式提供的發光二極體燈泡30，該發光二極體燈泡30包括一殼體11、一容置於殼體11內的發光二極體光源12、一環繞安裝於殼體11上的罩體23、一安裝於殼體11底部的電性接頭14，以及一容置於殼體11內並使發光二極體光源12與電性接頭14電性連接的電源模組15。

所述殼體11包含第一容置空間111和第二容置空間112，該第一容置空間111和第二容置空間112之間形成一承載板113，該承載板113上具有至少一通孔114。與第二實施例不同之處在於，該罩體23具有至少兩個彈性扣件24，該彈性扣件24包括從罩體23底部延伸出的一柱體241以及柱體241尾部的一個錐形末端242。該柱體241的尺寸與前述通孔114的尺寸相同，該錐形末端242的尺寸大於通孔114的尺寸，且該錐形末端242的中部開設有一凹槽，故該錐形末端242在受到沿平行罩體23底部方向的擠壓力時會產生一定程度的彈性形變而尺寸變小。該錐形末端242穿過通孔114與承載板113底部緊扣，將該罩體23緊緊固定。在本實施例中，該罩體23為實心結構，同時其入光面231緊貼發光二極體光源12的出光面，以確保發光二極體光源12的光能夠不經過太多的介面而產生光的損耗。當然在其他實施例中，該罩體23也可以為空心結構，同時該罩體23能夠為不同形狀和不同顏色來改變不同的光形和不同色光。

請參閱圖5，為本發明第四實施方式提供的發光二極體燈泡40。該發光二極體燈泡40包括一殼體11、一容置於殼體11內的發光二極體光源12、一環繞安裝於殼體11上的罩體13、一安裝於殼體11底部的電性接頭14，以及一容置於殼體11內並使發光二極體光源12與電性接頭14電性連接的電源模組25。

與第二實施例不同的是，所述電源模組25還包括一組電極251，該電極251為一從電源模組25頂面延伸出的一彈 性扣具，該彈性扣具的形狀可以與前述彈性扣件24相同，也可以為其他形狀，能夠通過通孔114與發光二極體光源12電連接，並同時卡設在通孔114內以將發光二極體光源12及電源模組25與殼體11緊密固定，達到更佳的散熱效果。該電源模組25的大小較小，其底部未與電性接頭14接觸，其與電性接頭14的連接是通過一自電源模組25底部延伸出的電線26達成。

請參閱圖6，為本發明第五實施方式提供的發光二極體燈泡50。該發光二極體燈泡50包括一殼體21、一容置於殼體21內的發光二極體光源22、一環繞安裝於殼體21上的罩體13以及一安裝於殼體21底部的電性接頭14。

該殼體21包括第一容置空間211和第二容置空間212，該第一容置空間211和第二容置空間212之間形成一承載板213，該承載板213上開有至少一通孔214，與第四實施例不同之處在於，該發光二極體燈泡50不包括電源模組，而是由兩根電線51穿過通孔214連接發光二極體光源22和電性接頭14，以提供發光二極體光源22電力。同時，該第二容置空間212由於不再容置電源模組，故可縮小其容積，從而使整個發光二極體燈泡50的體積縮小。

請同時參閱圖7，為本實施例發光二極體燈泡50的發光二極體光源22的電路圖，在本實施例中，其將每三個發光二極體晶片分為一組，同一組中的發光二極體晶片同向串聯，相鄰兩個組的發光二極體晶片為反向並聯，一共六組，電路兩端分別接正極和接地。如此佈置電路，使該發光二極體燈泡50能夠直接在交流電下操作而不需要 交流轉直流轉換器等電源模組，從而使該發光二極體燈泡50更加小巧、更輕、更有效率。

請參閱圖8，為本發明第六實施方式提供的發光二極體燈泡60。該發光二極體燈泡60包括一殼體31、一容置於殼體31內的發光二極體光源22、一環繞安裝於殼體31上的罩體13以及一安裝於殼體31底部的電性接頭14。

與第五實施例不同之處在於，該殼體31僅包括第一容置空間311以及第一容置空間311下部的承載板313，該承載板313上開設有至少一通孔314，以使兩電線51穿過該通孔314連接發光二極體光源22與電性接頭14。由於省去了第二容置空間及內部的填充物，使該發光二極體燈泡60較第五實施例的發光二極體燈泡50更加小巧和輕質。

請參閱圖9，為本發明發光二極體燈泡中的發光二極體光源32的變體實施例。該發光二極體光源32包括發光二極體晶片121、電極323以及封裝層324。

該發光二極體晶片121直接黏著封裝在殼體11的承載板113上，同時電路層61也直接鋪設在承載板113上，電極323直接與電路層61相連接。與前述實施例中的發光二極體光源12、22相比，省去了基板122，進一步的減少熱阻，提高了散熱效率。

本發明的技術內容及技術特點已揭露如上，然而本領域技術人員仍可能基於本發明的教示及揭示而作出種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離 本發明的替換及修飾，並為所附的權利要求所涵蓋。

10、20、30、40、50、60‧‧‧發光二極體燈泡

11、21、31‧‧‧殼體

111、211、311‧‧‧第一容置空間

112、212‧‧‧第二容置空間

113、213、313‧‧‧承載板

114、214、314‧‧‧通孔

115‧‧‧填充物

12、22、32‧‧‧發光二極體光源

121‧‧‧發光二極體晶片

122‧‧‧基板

123、251、323‧‧‧電極

124、324‧‧‧封裝層

13、23‧‧‧罩體

14‧‧‧電性接頭

15、25‧‧‧電源模組

231‧‧‧入光面

24‧‧‧彈性扣件

241‧‧‧柱體

242‧‧‧錐形末端

26、51‧‧‧電線

61‧‧‧電路層

圖1為本發明第一實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖2為本發明第一實施例發光二極體燈泡的發光二極體光源的示意圖。

圖3為本發明第二實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖4為本發明第三實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖5為本發明第四實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖6為本發明第五實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖7為本發明第五實施例發光二極體燈泡的電路圖。

圖8為本發明第六實施例發光二極體燈泡的剖面示意圖。

圖9為本發明發光二極體燈泡的發光二極體光源變體實施例的剖面示意圖。

10‧‧‧發光二極體燈泡

11‧‧‧殼體

111‧‧‧第一容置空間

112‧‧‧第二容置空間

113‧‧‧承載板

114‧‧‧通孔

12‧‧‧發光二極體光源

13‧‧‧罩體

14‧‧‧電性接頭

15‧‧‧電源模組

Claims (9)

1. 一種發光二極體燈泡，其包括：一殼體，該殼體採用陶瓷材料製成；容置於殼體內的至少一發光二極體光源，所述發光二極體光源包含一基板及封裝於基板上的複數個發光二極體晶片，該基板的載子濃度小於等於5×10⁶cm^-3；一環繞安裝於殼體之上的罩體；以及一安裝於殼體底部並與發光二極體光源電性連接的電性接頭。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡，其中所述殼體包含用於容納發光二極體光源的第一容置空間，且所述殼體上具有至少一個通孔，通過該通孔使發光二極體光源與電性接頭電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈泡，其中所述發光二極體光源和電性接頭通過穿設所述至少一通孔的兩電線電性連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈泡，其中所述發光二極體光源和電性接頭通過一電源模組電性連接，且所述殼體包括用於收容電源模組的第二容置空間，第一容置空間與第二容置空間之間設有一承載板，所述發光二極體光源設於承載板上，所述至少一通孔設於承載板上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體燈泡，其中所述電源模組包括至少一電極，所述至少一電極與發光二極體光源電連接，且卡設在所述至少一個通孔內從而將發光二極體光源及電源模組與殼體固定在一起。
6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體燈泡，其中所述第二容置空間內填充有導熱但電氣絕緣的物質。
7. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈泡，其中所述罩體具有至少兩個彈性扣件，彈性扣件卡置在通孔內從而將所述罩體固定在殼體上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡，其中所述發光二極體光源包括複數個發光二極體晶片，且所述發光二極體晶片直接封裝在殼體上。
9. 如申請專利範圍第1至8中任意一項所述之發光二極體燈泡，其中所述陶瓷材料為氮化矽、碳化矽、氧化鋯、碳化硼、二氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、矽鋁氧氮陶瓷中的一種，或者為前述多種的混合物。