芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管及照明燈的制作方法
【專利摘要】一種芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其包括：由透光殼體和帶排氣管的芯柱熔封在一起構成的真空密封透光泡殼，泡殼內充散熱保護氣體；一個固定于泡殼內的LED發光管芯；LED發光管芯包括：一個高導熱系數的透明陶瓷管；倒裝于陶瓷管外管壁上的至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片；LED芯片電極經電極引出線引出泡殼外；至少一個發光管外加LED驅動器、電連接器等構成一個LED照明燈；本發明的芯片倒裝的4π出光的LED發光管和照明燈與現有技術相比，具有散熱好、LED芯片負載功率大、輸出光通量高、發光效率高等優點。用于制造輸出光通量為幾百至20000lm的高光通量LED照明燈，也可用作分立發光器件。
【專利說明】芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光LED發光管及照明燈
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED照明燈和LED發光器件中的4 π出光LED發光管，特別涉及一種LED芯片倒裝于透明陶瓷管上的4 π出光LED發光管及LED照明燈；用作分立LED發光器件和LED照明燈。
【背景技術】
[0002]LED芯片倒裝(Flipchip)技術是在1998年發展起來的，它把藍寶石GaN LED芯片的PN結直接粘貼在導熱系數高達125-150W/m-K的硅載體上，然后再把硅載體用高導熱系數材料粘貼在熱沉或散熱器上。這種倒裝技術改變了傳統正裝技術的熱傳導方式和光取出方式。傳統正裝技術的LED PN結工作時產生的熱要經過導熱系數為25-46W/m-K的藍寶石襯底，然后再經導熱膠到LED支架、熱沉、金屬電路板(MPCB)或散熱器，其間熱阻較大、導熱路徑長；這對于小功率LED、例如指示或顯示器用的20mA的直插式和表面貼LED不是大問題，但對于照明用的幾百mA至幾A電流的功率型LED就是大問題，大熱阻容易導致PN結的結溫升高、發光效率下降、光衰加大、甚至燒毀失效。其次，這種正裝結構的LED的PN結所發的光從P-GaN—面取出，P-GaN的電導率低，需要在其表面再沉淀一層電流擴散層，例如Au、N1、ITO等薄膜，該電流擴散層及其電連接線和電連接墊要吸收和擋住部分出射的光；同時，GaN的折射率高達2.3，其到空氣的出射光的臨界角0C僅25.8°，光可直接出射的立體角僅為2 π的1/10(立體角=2ji (Ι-cos Θ c))，大部分光要經過多次反射、吸收后出射，因而降低了發光效率。
[0003]倒裝結構克服了這些缺點，其LED的PN結直接與高導熱系數的硅襯底接觸，再用高導熱系數的導熱膠、銀漿或錫漿等與熱沉、MPCB、散熱器等連接，散熱效果好；其次，其光不從P-GaN —面取出，而從藍寶石一面取出，P-GaN的電流擴散層可以加厚,或加一層光反射層，同時又消除了電極和引線的擋光，從而提高了光取出率，即提高了發光效率。
[0004]LED的PN結所發光子在4 π立體角內各方向的幾率是相同的，屬于4 π發光；然而上述正裝或倒裝LED的光出射角都< 2 π，4 π發光被變成出光，其中大部分光要經過多次反射、多次吸收后出射，光出射效率低，即發光效率低。
[0005]目前，用上述技術的LED球泡燈的輸出光通量一般都低于10001m,發光效率約50-901m/W，且體積大、重量重；難于制成輸出光通量更高、發光效率更高的LED照明燈。
[0006]本 申請人:之前申請的一種LED芯片P-N結4 Ji出光的高效率LED發光條和用它制成的LED燈泡，見中國專利申請號201010278760.0和201010610092。LED芯片PN結4 π出光，發光效率高，并無需用金屬散熱器；可制成輸出光通量為100-8001m、整燈發光效率為110-1801m/W的重量輕、體積小的LED照明燈。但在制造更高光通量、例如幾千Im的照明燈時，所述的發光條負載功率有限，難于制成高光通量LED照明燈。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于進一步改進LED的PN結4 π出光的LED散熱問題，而提供一種LED芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光LED發光管及照明燈，可以提高LED的輸出光通量和發光效率，從而可制成輸出光通量為幾百至200001m的高光通量LED發光管和照明燈。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]本發明提供的LED芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光LED發光管，其包括:
[0010]一個透光泡殼，所述透光泡殼為由透光殼體和帶排氣管的芯柱熔封在一起構成的真空密封透光泡殼；所述排氣管用于把透光泡殼先抽真空和再充入散熱保護氣體之后熔封；
[0011]一個固定于所述透光泡殼之內的LED發光管芯；
[0012]所述LED發光管芯包括:
[0013]一個高導熱系數的透明陶瓷管；
[0014]倒裝于所述透明陶瓷管外管壁上的至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片；所述倒裝是指:所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的PN結面用透明膠直接粘貼在透明陶瓷管的外管壁上；所述LED芯片的電極經電極引出線引出透光泡殼外。
[0015]所述的至少一串LED芯片用透明膠直接粘貼在透明陶瓷管的外管壁上，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片由芯片電接線相互串聯或串并聯；所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的二端電極引出線由固定裝置固定在透明陶瓷
管外管壁上。
[0016]所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片為發藍光或/和紫外光的LED芯片，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片上涂覆有第一發光粉層；所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片和透明陶瓷管外管壁還涂覆有第二發光粉層。
[0017]所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片5被用透明膠先固定在一個透明基板上，再在所述LED芯片和透明基板四周涂覆透明膠層和發光粉層以構成一個LED發光條；所述LED發光條用透明膠倒裝在透明陶瓷管的外管壁上。
[0018]所述透明陶瓷管安裝LED發光條的地方有一凹槽22，所述LED發光條裝在所述凹槽中。
[0019]所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的每個LED芯片有一個或多
個PN結。
[0020]本發明提供的具有芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光發光管的照明燈，其具有一個或多個所述LED發光管、LED驅動器、驅動器外殼和電連接器；所述驅動器的輸出經所述電極引出線與所述至少一串LED芯片連接，所述驅動器的輸入經連接線與電連接器連接；電連接器用于連接外電源點亮LED照明燈；所述驅動器外殼將所述LED芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光發光管、驅動器和電連接器相互連接構成一個LED照明燈.[0021]所述至少一串LED芯片相互串聯或串并聯，由外直流或交流電壓驅動，外電壓經驅動器輸出與所述至少一串LED芯片相匹配的電壓，所述至少一串LED芯片的總驅動電壓為外驅動直流電壓或交流電壓的峰值的20-200%。
[0022]所述LED發光管芯被用上端固定裝置和下端固定裝置固定在所述透光泡殼內；下端固定裝置和上端固定裝置為金屬絲或金屬片。[0023]所述透光泡殼形狀為柱型、A-型、G-型、R-型、BR-形、PAR-型、T-型、燭型或現有燈泡形狀中的一種。
[0024]本發明的LED芯片所發的光、例如為藍光或紫外光、經一發光粉層轉變為其它色的光、例如為白光時，LED芯片上和透明管四周可有至少一層發光粉層，它可把LED芯片所發的光轉變成所需的白光或其它色的光；為了得到所需的色溫和顯色指數的白光，還可同時加有發紅光或其它色光的芯片。
[0025]本發明的LED芯片可用透明膠先正裝在一透明基板上，即LED芯片的藍寶石襯底一面粘貼在透明基板上，所述透明基板為玻璃、塑料或陶瓷板；各芯片之間用金屬線相互電連接，芯片四周或芯片和透明基板四周有透明膠和發光粉層，構成一 4 π出光的LED發光條；然后，再將LED發光條用透明膠倒裝在透明陶瓷管4上，即LED芯片的PN結一面面向透明陶瓷管安裝；LED芯片的PN結工作時所產生的熱經透明膠和發光粉層傳導給高導熱系數的透明管并散發掉。
[0026]為了增加LED發光條與透明陶瓷管的熱接觸面積、以減小LED芯片到透明陶瓷管的熱阻，所述透明陶瓷管安裝發光條的地方可有一凹槽，LED發光條被用透明膠安裝在凹槽內，從而降低熱阻、提高傳熱和散熱能力。
[0027]所述LED發光管芯被密封并固定在一個真空密封的透光泡殼內，LED芯片的電極經由與泡殼密封的電極引出線引出，泡殼內充有散熱和保護氣體，所述散熱和保護氣體例如為氦、氫、氦氫混合氣、氮或氖等惰性氣體；所述LED發光管芯和透管泡殼構成一個可獨立工作的LED發光管。
[0028]本發明的一個或多個LED發光管、外加LED驅動器及驅動器外殼和電連接器，構成一個LED照明燈泡。
[0029]每個芯片可有一個或多個P-N結。
[0030]本發明的LED芯片倒裝的4 π出光的LED發光管和照明燈與現有技術相比，具有散熱好、LED芯片負載功率大、輸出光通量高、發光效率高等優點。用于制造輸出光通量為幾百至200001m的高光通量LED照明燈，也可用作分立發光器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的LED芯片倒裝在透明陶瓷管上的4 Ji出光的LED發光管一個實施例的結構示意圖。
[0032]圖2為圖1中的A-A剖視圖。
[0033]圖3也為圖1中的A-A剖面的示意圖。
[0034]圖4為用本發明的LED芯片倒裝的4 Ji出光的LED發光管的LED照明燈的一個實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結合附圖對本發明作詳細介紹。
[0036]圖1為本發明的LED芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光LED發光管一個實施例的結構示意圖。
[0037]如圖1所示，所述LED發光管I包括有一個發光管芯2，一個透光泡殼3，所述發光管芯2包括有一個透明陶瓷管4，至少一串相同或不相同發光色的LED芯片5被用透明膠6倒裝在透明陶瓷管4的外表面上，所述倒裝為LED芯片5的PN結一面面向透明陶瓷管4安裝；每一個LED芯片5有一個或多個LED PN結，各LED芯片5的電極經透明陶瓷管外表面上的電連接線7相互串聯或串并聯，串聯或串并聯的芯片的二端電極引出線9a由固定裝置8固定在透明陶瓷管4上，并電極引出線9經透光泡殼3引出，用于連接外工作電壓；所述LED發光管芯2被用下固定裝置10和上固定裝置11固定在透光泡殼3內；透光泡殼3內充有散熱保護氣體12，所述散熱保護氣體12為氦氣、氫氣、氦氫混合氣、氮氣或氖氣等惰性氣體或它們的混合氣或干燥空氣。
[0038]所述LED芯片5的PN結經一薄層透明膠6直接粘貼在有高導熱系數的透明陶瓷管4上，LED工作時產生的熱很快傳導到透明陶瓷管4上，該透明陶瓷管4具有比LED芯片5大得多的散熱面積，其熱量容易經透明陶瓷管4表面傳導給散熱保護氣體12，再經散熱保護氣體12的對流和傳導，經透光泡殼3散發掉；從而減小了 LED芯片5的PN結到透光泡殼3的熱阻，有效降低了 LED芯片5的溫升，提高LED芯片5的負載能力、發光效率和輸出光通量，同時，還可使用額定電流較大的LED芯片，以減少LED芯片數量及其連接線數，提高生產效率和成品率，從而制成輸出光通量高達800-20000Im的高光通量LED發光管。
[0039]所述固定二端電極引出線9a的電極固定裝置8可為高溫膠、高溫塑料、陶瓷、改性樹脂、低熔點玻璃或銀漿等制成。
[0040]所述透光泡殼3由透光殼體3a和帶有排氣管3b、電極引出線9的芯柱3c熔封構成，排氣管3b用于把透光泡殼3抽真空和充入散熱保護氣體12后熔封，把充入的氣體密封在透光泡殼3內。
[0041]所述LED發光管芯2分別有上端固定裝置11和下端固定裝置10固定在透光泡殼3內；下端固定裝置11和上端固定裝置10可為金屬絲或金屬片等；其下端固定裝置10的一端與透明陶瓷管4固定，另一端與電極引出線9固定，在透明陶瓷管4較小，重量較輕時，可直接由電極引出線9與芯柱3c固定，即下端固定裝置10可不用。
[0042]所述至少一串LED芯片5為單色光芯片或多種發光色芯片，以得到單色光或多色光的混合色光，例如用紅、藍、綠等芯片混合得白光。
[0043]在所述至少一串LED芯片5為發藍光或紫外光的芯片，并需要把所述藍光或紫外光用發光粉把它轉變成其它色的光時，所述LED芯片5和透明陶瓷管4上有至少一層發光粉層13，詳細見圖2.[0044]所述透光泡殼3的形狀為柱型、A-型、G-型、R-型、BR-形、PAR-型、T-型、燭型或現有燈泡形狀中的一種。
[0045]圖2為圖1的A— A剖面的一個實施例的結構示意圖。如圖2所示，LED芯片5上有二層發光粉層，其中第一發光粉層13a覆蓋在LED芯片上，第二發光粉層13b覆蓋在LED芯片5和透明陶瓷管4上；透明陶瓷管4的安裝LED芯片5的一面設有一方便芯片安裝的平面14 ;所述發光粉層由發光粉和透明介質混合制成。圖2中的其它數字所代表的意義與圖1中的相同。
[0046]圖3為圖1的A— A剖面的又一結構示意圖。如圖3所示，所述至少一串相同或不相同發光色的LED芯片5用透明膠15先正裝在一透明基板16上，即LED芯片5的藍寶石襯底一面粘貼在透明基板16上，透明基板16為玻璃、塑料或陶瓷板；各LED芯片之間用金屬線17相互電連接，LED芯片5和透明基板16四周有透明膠18和發光粉層19，構成一
4π出光的LED發光條20，然后，所述LED發光條20用透明膠21倒裝在透明陶瓷管4上，即LED芯片5的PN結面向透明陶瓷管4安裝；LED芯片5的PN結工作時所產生的熱經透明膠21和發光粉層19傳導給高導熱系數的透明陶瓷管4并散發掉；為了增加發光條20與透明陶瓷管4的傳熱接觸面積，透明陶瓷管4上可有一凹槽22，把發光條20安裝在所述凹槽內，以使LED芯片5更好散熱。這種方法的工藝比較簡單，但LED芯片5的PN結到透明管4的散熱途徑要經過發光粉層，熱阻較大。
[0047]圖4所示為用本發明的LED芯片倒裝在透明陶瓷管上的LED發光管制成的LED照明燈的一個實施例的結構示意圖。如圖4所示，I為本發明的LED芯片倒裝在透明陶瓷管上的LED發光管，23為LED的驅動器，24為驅動器外殼，25為電連接器，驅動器外殼24把LED發光管1、驅動器23和電連接器25相互連接構成一個LED照明燈26 ;驅動器23的輸出與LED發光管的電極引出線9連接，其輸入經連接線27與電連接器25連接，電連接器25用于連接外電源，接通外電源、即可點亮LED燈26。
[0048]所述至少一串LED芯片5相互串聯或串并聯，由外直流或交流電壓驅動，外電壓經驅動器23輸出與所述LED相匹配的電壓，所述串聯或串并聯后的LED的總驅動電壓為外驅動直流電壓或交流電壓的峰值的20-200%。
[0049]所述LED照明燈26可有一個或多個本發明的LED發光管I，以制成單管或多管LED照明燈，可制成輸出光通量為幾百至200001m的高光通量LED照明燈。本發明要求保護的范圍不限于本文中介紹的各實施例，凡基于本發明申請專利范圍和說明書內容所作的各種形式的變換和代換、皆屬本發明專利涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光LED發光管，其包括:一個透光泡殼，所述透光泡殼為由透光殼體和帶排氣管的芯柱熔封在一起構成的真空密封透光泡殼；所述排氣管用于把透光泡殼先抽真空和再充入散熱保護氣體之后熔封； 一個固定于所述透光泡殼之內的LED發光管芯； 所述LED發光管芯包括: 一個高導熱系數的透明陶瓷管； 倒裝于所述透明陶瓷管外管壁上的至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片；所述倒裝是指:所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的PN結面用透明膠直接粘貼在透明陶瓷管的外管壁上；所述LED芯片的電極經電極引出線引出透光泡殼外。
2.按權利要求1所述的芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其特征在于，所述的至少一串LED芯片用透明膠直接粘貼在透明陶瓷管的外管壁上，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片由芯片電接線相互串聯或串并聯；所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的二端電極引出線由固定裝置固定在透明陶瓷管外管壁上。
3.按權利要求1或2所述的芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其特征在于，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片為發藍光或/和紫外光的LED芯片，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片上涂覆有第一發光粉層；所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片和透明陶瓷管外管壁還涂覆有第二發光粉層。
4.按權利要求1所述的芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其特征在于，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片被用透明膠先固定在一個透明基板上，再在所述LED芯片和透明基板四周涂覆透明膠層和發光粉層，以構成一個LED發光條；所述LED發光條用透明膠倒裝在透明陶瓷管的外管壁上，即芯片PN結一面面向透明陶瓷管安裝在透明陶瓷管的外管壁上。
5.按權利要求4所述的芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其特征在于，所述透明陶瓷管安裝LED發光條的地方有一凹槽，所述LED發光條裝在所述凹槽中。
6.按權利要求1所述的芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光LED發光管，其特征在于，所述至少一串相同發光色或不相同發光色的LED芯片的每個LED芯片有一個或多個LED PN結。
7.一種具有芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光發光管的照明燈，其特征在于，其具有一個或多個所述LED發光管、LED驅動器、驅動器外殼和電連接器；所述驅動器的輸出經所述電極引出線與所述至少一串LED芯片連接，所述驅動器的輸入經連接線與電連接器連接；電連接器用于連接外電源點亮LED照明燈；所述驅動器外殼將所述LED芯片倒裝于透明陶瓷管的4 π出光發光管、驅動器和電連接器相互連接構成一個LED照明燈。
8.按權利要求7所述的具有芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光發光管的照明燈，其特征在于，所述至少一串LED芯片相互串聯或串并聯，由外直流或交流電壓驅動，外電壓經驅動器輸出與所述至少一串LED芯片相匹配的電壓，所述至少一串LED芯片的總驅動電壓為外驅動直流電壓或交流電壓的峰值的20-200%。
9.按權利要求7所述的具有芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光發光管的照明燈，其特征在于，所述LED發光管芯用上端固定裝置和下端固定裝置固定在所述透光泡殼內；下端固定裝置和上端固定裝置為金屬絲或金屬片。
10.按權利要求7所述的具有芯片倒裝于透明陶瓷管的4π出光發光管的照明燈，其特征在于，所述透光泡殼形狀為柱型、A-型、G-型、R-型、BR-形、PAR-型、T-型、燭型或現有燈泡形狀中的一種。`
【文檔編號】F21V19/00GK103775858SQ201210404644
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優先權日:2012年10月22日
【發明者】葛世潮 申請人:浙江銳迪生光電有限公司