CN101893177A

CN101893177A - 半导体光源及其发光结构

Info

Publication number: CN101893177A
Application number: CN2010102295470A
Authority: CN
Inventors: 李文鹏; 刘洋; 李维德; 陈大华
Original assignee: ZHONGJIENENG (SHANGHAI) CITY LIGHTING ENERY-SAVING MANAGEMENT Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Lide Lighting Industry Co., Ltd.
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明揭示了一种半导体光源及其发光结构，包括：基板，由散热材料制成，且所述基板内设计有导电线路；至少一个PN结晶元体，直接贴片于所述基板的一表面，通过所述导电线路外接一驱动电源。以上半导体光源及其发光结构，利用PN结晶元体直接发光的机理，通过将PN结晶元体直接贴片于基板，并通过基板上的线路设计引入驱动电源，来直接驱动PN结晶元体发光。即引入了一种晶元体直接发光结构来取代现有技术中的LED封装结构，省略了LED封装的复杂工序，降低了半导体光源的制造成本。同时，由于无需考虑LED封装所带来的散热问题，仅需利用基板兼做散热板的简单结构就可以实现很好的散热效果。

Description

半导体光源及其发光结构

技术领域

本发明涉及照明装置技术领域，特别是涉及一种半导体光源及其发光结构。

背景技术

自灯泡发明以来，电光源照明经历了三个重要的发展阶段，其代表性光源分别为白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。其中，白炽灯安装简便，但寿命短、效率低、耗电高；荧光灯可以省电，但存在电磁污染、使用寿命短、易碎等问题，而且废弃物存在汞污染；高强度气体放电灯则存在成本高、维护困难、效率低、耗电高、寿命短、电磁辐射危害等缺点。为此，人们一直在开发新的照明光源。

随着发光二极管(LED)的问世以及半导体技术的发展，半导体光源以其节能、环保、寿命长、体积小等优点逐渐取代了以上几种光源，而广泛应用于各种照明领域，成为***照明光源，又称绿色光源。

半导体光源利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合，释放出能量引起光子反射，直接发出各种颜色的光。半导体照明的核心是PN结，具有正向导通、反向截止等特性。当PN结施加正向电压，电流从阳极流向阴极时，半导体晶体发出从紫外到红外不同颜色的光，光的强度与电流大小有关，电流越大，光的强度越高。

目前，半导体光源均采用半导体PN结晶元体制备的LED封装体作为发光体，而后将LED封装体以贴片等方式安装于照明装置中。而LED封装工艺复杂，势必增加半导体光源的制造成本；另外，LED的散热问题一直是LED应用领域所关注的问题，同样，半导体光源也不得不考虑到LED的散热问题，为此，在封装与后续LED封装体的贴片过程中都需要考虑LED的散热问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体光源及其发光结构，以解决现有半导体光源制造工艺复杂、成本较高以及散热等问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种半导体光源发光结构，包括：基板，由散热材料制成，且所述基板内设计有导电线路；至少一个PN结晶元体，直接贴片于所述基板的一表面，通过所述导电线路外接一驱动电源。

进一步的，所述半导体光源发光结构还包括：散热板，与所述基板的另一表面连接。

进一步的，所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。

进一步的，所述散热板与基板一体成型。

进一步的，所述半导体光源发光结构还包括：散热鳍片，设置于所述基板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。

进一步的，当所述PN结晶元体为多个时，通过所述基板上导电线路实现串联或者并联。

进一步的，所述PN结晶元体包括正极和负极，所述基板上具有多个与所述导电线路接通的焊盘，且所述PN结晶元体的正极和负极分别与一个所述焊盘电连接。

进一步的，所述PN结晶元体的数量为1到50个。

进一步的，所述PN结晶元体的功率为0.05W至1W，驱动电流为50mA至350mA。

本发明另提供一种半导体光源，包括灯头、设置于灯头上的灯座、设置于灯座内的驱动电源和设置于灯座上的灯罩，所述灯座内设置有发光结构，该发光结构包括：基板，由散热材料制成，且所述基板内设计有导电线路；至少一个PN结晶元体，直接贴片于所述基板的一表面，通过所述导电线路外接所述驱动电源，且所述驱动电源连接于所述灯头与所述基板之间。

进一步的，所述的半导体光源还包括：散热板，与所述基板的另一表面连接。

进一步的，所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。

进一步的，所述散热板与基板一体成型。

进一步的，所述半导体光源还包括：散热鳍片，设置于所述基板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。

进一步的，所述PN结晶元体的数量为1到50个。

以上半导体光源及其发光结构，利用PN结晶元体直接发光的机理，通过将PN结晶元体直接贴片于基板，并通过基板上的线路设计引入驱动电源，来直接驱动PN结晶元体发光。即引入了一种晶元体直接发光结构来取代现有技术中的LED封装结构，省略了LED封装的复杂工序，降低了半导体光源的制造成本。同时，由于无需考虑LED封装所带来的散热问题，仅需利用基板兼做散热板的简单结构就可以实现很好的散热效果。此类光源相对目前照明光源(例如，白炽灯和气体放电灯)而言，避免了白炽灯的低效以及气体放电中潜在的汞污染(紧凑型荧光灯等)等问题；同时相比LED封装体芯片制备的光源而言，不仅成本大大节约，而且由于去除了LED透镜及挡光器件，光效进一步增加。

附图说明

图1为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的立体示意图；

图2为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的俯视图；

图3为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构中基板与PN结晶元体之间的连接示意图；

图4为本发明一实施列所提供的半导体光源的分解示意图；

图5为本发明一实施列所提供的半导体光源组合后的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明充分考虑到PN结半导体发光机理，直接利用PN结晶元体(无封装)来作为发光体，省略掉了LED封装的过程，减少了半导体光源的制造成本。具体请参考图1与图2，其为本发明一实施列所提供的半导体光源发光结构的结构示意图，其中图1为立体示意图，图2为俯视图。

如图所示，该半导体光源发光结构10包括基板12和至少一个PN结晶元体14，其中，PN结晶元体14直接贴片(COB)于基板12一表面上。且基板12由散热材料制成，以兼具散热功能；另外，基板12内设计有导电线路，以外接一驱动电源。

可见，以上发光结构利用直接贴片工艺(COB工艺)将PN结晶元体贴片于基板上，省略了LED封装的过程，减少了半导体光源的制造成本；同时，将晶元体本身发光时产生的热量导到基板下部，通过增加与空气的接触面积，形成热扩散，达到向周围空间散热的效果。在本发明一较佳实施列中，可以在基板12下设置散热板16，来进一步增加散热面积，增强散热效果。当然，本领域技术员可以根据PN结晶元体的数量与产生的热量情况来考量是否需要增设散热板16。较佳的，散热板16与基板12可以一体成型制造，以增加散热效率；或者，散热板16与基板12之间通过导热硅胶粘连。

另外，可以在基板12或散热板16的底部设置散热鳍片122，以进一步增加与空气的接触面积，达到更好的散热效果。

较佳的，以上基板12可以为铝质材料，因为铝的散热效果较佳。例如，基板12为铝基板，且为了保证其内导电线路与该基板之间的绝缘，需在导电线路外设置绝缘层。当然，本发明不以此为限，并领域技术人员也可以选择其他散热效率较高的材料。另外，散热板16和散热鳍片122也可以由铝制材料构成，当然，本发明不以此为限，并领域技术人员也可以选择其他散热效率较高的材料。

需要说明的是，本发明不限制基板12上的PN结晶元体14的数量，本领域技术人员可以根据光源功率需求以及每个PN结晶元体的功率大小选择PN结晶元体14的数量。例如，1到50个，其功率为0.05W至1W，驱动电流为50mA至350mA。当PN结晶元体14的数量多于一个时，需要考虑他们之间的串并联关系，为此，需要通过基板12内所设计的导电线路来实现PN结晶元体14之间的串并联。当然，导电线路的设计需要根据光源功率需求以及每个PN结晶元体的功率大小来设计PN结晶元体之间的串并联关系，然后，根据这个串并联关系，设计好导电线路，然后制作基板12。

下面结合图3，详细描述基板与PN结晶元体之间的连接关系。如图所示，PN结晶元体14包括正极141和负极142，基板上具有多个与导电线路124接通的焊盘126。在通过直接贴片工艺将PN结晶元体14贴于基板12的上表面后，晶元体负极142和正极141分别与基板焊盘126完成电气连接，较佳的，可以通过金线18实现PN结晶元体14与基板焊盘126的电气连接。而基板12上排布的导电线路124使得多个晶元体实现串并联，并通过焊盘导线19引出，与驱动电源进行连接。为了方便焊盘导线19的引出，基板12上设置有开口128，当然，相应的散热板也设有相应的开口。较佳的，导电线路124可以为铜箔线路，当然，本发明不以此为限。需要说明的是，图中导电线路124用虚线画出，这是因为通常导电线路设计于基板14内靠近上表面的位置，从图中无法看出，故在此用虚线示意给出，并不是实际线路布局情况。

请参考图4，其为本发明一实施列所提供的半导体光源的结构示意图。如图所示，该光源包括灯头20、设置于灯头20上的灯座30、设置于灯座30内的驱动电源40和设置于灯座30上的灯罩50，且该灯座内设置有以上实施列所揭露的发光结构10，其中驱动电源40连接于灯头20与发光结构10的基板12之间。PN结晶元体16直接贴片于基板14上，与基板内设计的导电线路连通，导电线路通过焊盘导线19引出至驱动电源40。

在一较佳实施列中，灯罩50可以通过导热硅胶与基板12或散热板16粘连。如此，进一步保证晶元体的散热。另外，灯罩50可以为玻璃灯罩，例如，现在市场上常见的乳白玻璃灯罩，当然本发明不以此为限。

灯座30可以由塑料外壳制成，其通过卡口方式固定在基板12底部，同时将驱动电源40置放其中。另外，在一较佳实施列中，灯座30的外表面可以均匀设置多个外翼片32，当然，这些外翼片32可以与灯座30整体注塑一体成型。这样，增加了灯的美观性，同时也使得灯放置时不容易滚落，且容易取放。

另外，灯头20可以是螺旋灯头，例如，通用的E27/E14螺口标准灯头。相应的，灯座30的内表面具有螺纹，从而通过螺旋方式与灯头紧固连接。

以上半导体光源通过调整荧光胶浓度，可以实现色温在2700K到6500K之间变化。

与现有技术相比，以上半导体光源具有以下优点：光效高，寿命长，成本低。散热盘采用铝板或铝片装配而成，较普通的铸铝支架和散热体相比具有加工简单，节省材料成本的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种半导体光源发光结构，其特征是，包括：

基板，由散热材料制成，且所述基板内设计有导电线路；

至少一个PN结晶元体，直接贴片于所述基板的一表面，通过所述导电线路外接一驱动电源。

2.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构，其特征是，还包括：

散热板，与所述基板的另一表面连接。

3.根据权利要求2所述的半导体光源发光结构，其特征是，所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。

4.根据权利要求2所述的半导体光源发光结构，其特征是，所述散热板与基板一体成型。

5.根据权利要求2所述的半导体光源发光结构，其特征是，还包括：

散热鳍片，设置于所述基板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。

6.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构，其特征是，当所述PN结晶元体为多个时，通过所述基板上导电线路实现串联或者并联。

7.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构，其特征是，所述PN结晶元体包括正极和负极，所述基板上具有多个与所述导电线路接通的焊盘，且所述PN结晶元体的正极和负极分别与一个所述焊盘电连接。

8.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构，其特征是，所述PN结晶元体的数量为1到50个。

9.根据权利要求1所述的半导体光源发光结构，其特征是，所述PN结晶元体的功率为0.05W至1W，驱动电流为50mA至350mA。

10.一种半导体光源，包括灯头、设置于灯头上的灯座、设置于灯座内的驱动电源和设置于灯座上的灯罩，其特征是，所述灯座内设置有发光结构，该发光结构包括：

基板，由散热材料制成，且所述基板内设计有导电线路；

至少一个PN结晶元体，直接贴片于所述基板的一表面，通过所述导电线路外接所述驱动电源，且所述驱动电源连接于所述灯头与所述基板之间。

11.根据权利要求10所述的半导体光源，其特征是，还包括：散热板，与所述基板的另一表面连接。

12.根据权利要求11所述的半导体光源，其特征是，所述散热板与基板之间通过导热硅胶粘连。

13.根据权利要求11所述的半导体光源，其特征是，所述散热板与基板一体成型。

14.根据权利要求11所述的半导体光源，其特征是，还包括：散热鳍片，设置于所述基板的另一表面或散热板与基板不相连的一面。

15.根据权利要求10所述的半导体光源，其特征是，当所述PN结晶元体为多个时，通过所述基板上导电线路实现串联或者并联。

16.根据权利要求10所述的半导体光源，其特征是，所述PN结晶元体包括正极和负极，所述基板上具有多个与所述导电线路接通的焊盘，且所述PN结晶元体的正极和负极分别与一个所述焊盘电连接。

17.根据权利要求10所述的半导体光源，其特征是，所述PN结晶元体的数量为1到50个。

18.根据权利要求10所述的半导体光源，其特征是，所述PN结晶元体的功率为0.05W至1W，驱动电流为50mA至350mA。