CN103887299A

CN103887299A - 一种高压led光源

Info

Publication number: CN103887299A
Application number: CN201410101652.4A
Authority: CN
Inventors: 丁申冬; 谭永胜; 许振军; 李芳�; 尉峰; 陆远
Original assignee: Guyuelongshan Electronic Science & Technology Development Co Ltd Zhejiang
Current assignee: Guyuelongshan Electronic Science & Technology Development Co Ltd Zhejiang
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明公开一种高压LED光源，包括导热壳体，以及分别安装在导热壳体两端的铝基板和绿色荧光粉层，其中，所述铝基板上表面设置有若干个红光LED芯片和蓝光LED芯片，各个LED芯片上均覆盖有硅胶；铝基板的上表面进一步设有多个腐蚀坑，所述腐蚀坑的侧面为倾斜状，侧面与铝基板底面的夹角α小于45°；导热壳体、铝基板上表面和绿色荧光粉层下表面形成一混光室，红光LED芯片和蓝光LED芯片发出的红、蓝光经过混光室混合后入射到绿色荧光粉层，绿色荧光粉吸收部分蓝光并将其转化为绿光，与剩余的红、蓝光一起组合成白光射出。上述高压LED光源具有亮度高、出光颜色均匀、发光效率高和散热好等特点。

Description

一种高压LED光源

技术领域

本发明涉及一种高压LED光源，属于LED灯技术领域。

背景技术

白光LED由于具有能耗少、体积小、寿命长等独特的优点，被称为***照明技术，将在未来成为全球最主要的照明方式。近年来，我国LED通用照明市场不断扩大，预计2015年将达到100亿美元。

由于我国通用市电的电压是220V，而目前市场上单颗蓝色芯片的驱动电压一般为3.0—3.5V，因此白光LED不能直接接入市电。如果只通过交直流转换，需要60—70颗LED才能达到220V左右的电压，由于采用大量芯片组合，芯片间缺乏良好的整体协调功能，产品的一致性比较差，而且封装时焊点多，产品良率低。而如果使用变压器，不仅额外增加成本，而且低压LED要达到一定照明功率需要很大的电流，这样在电路上会产生较大的热耗散，降低了光源整体效率，增加了散热负担。

高压LED芯片，是一种由小功率LED串联集成的大功率LED芯片，采用高压LED芯片可以很容易地实现高电压、小电流LED电路，提高驱动效率，同时避免采用大量小功率芯片封装带来的问题（肖德元，张汝京，CN102339913A；王知康等，CN102820314A）。然而，目前的高压LED白光光源仍然多采用传统的封装方法，即利用蓝色LED芯片激发黄色荧光粉，由芯片发射的蓝光和荧光粉所发射的黄光组合得到白光，这种方法由于缺少红色光成分，光的显色指数较低。虽然在黄色荧光粉中加入一定比例的红色荧光粉，可以达到不同色温和高显色指数的要求，但由于红色荧光粉激发效率不高，使得这种暖白光LED的发光效率较低。

台湾晶元公司采用蓝色和红色高压芯片混合封装在同一支架内，获得了高显色指数的暖白光LED光源。但这种封装方法依然存在以下问题：荧光粉直接涂覆在芯片表面附近，导致大量的光子被荧光粉反射回芯片并被重新吸收而损耗掉：荧光粉将吸收的蓝光转化为黄光时将产生斯托克斯效应，使得一部分能量以热量的形式损耗掉，由于荧光粉贴近芯片表面，不利于芯片散热。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种高压LED光源，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压LED光源，具有亮度高、出光颜色均匀、发光效率高和散热好等特点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种高压LED光源，包括导热壳体，以及分别安装在导热壳体两端的铝基板和绿色荧光粉层，其中，所述铝基板上表面设置有若干个红光LED芯片和蓝光LED芯片，各个LED芯片上均覆盖有硅胶，各个红光LED芯片和蓝光LED芯片通过铺设在铝基板上的导线相互连接；铝基板的上表面进一步设有多个腐蚀坑，所述腐蚀坑的侧面为倾斜状，侧面与铝基板底面的夹角α小于45°；导热壳体、铝基板上表面和绿色荧光粉层下表面形成一混光室，红光LED芯片和蓝光LED芯片发出的红光、蓝光经过混光室混合后入射到绿色荧光粉层，绿色荧光粉吸收部分蓝光并将其转化为绿光，与剩余的红、蓝光一起组合成白光射出。

作为优选，所述铝基板为圆盘形，红光LED芯片和蓝光LED芯片按比例交错分布在铝基板的上表面，所述导热壳体为配套的圆环，其下端的底边安装在铝基板的边缘，上端的顶边与绿色荧光粉层的边缘相连接，导热壳体、铝基板和绿色荧光粉层形成一碗形混光室。

作为优选，上述导热壳体为铝质材料或陶瓷材料制成的导热壳体，其内壁为高反射镜面。

作为优选，上述铝基板和绿色荧光粉层之间的间距大于相邻两个LED芯片最小间距的1/2，所述绿色荧光粉层远离铝基板，形成远程绿色荧光粉层，极大地减少了LED芯片对荧光粉反射回来的光子的吸收，可以大幅度提高光取出效率；同时由于热耗散降低且荧光粉和LED芯片这两个热源分散开，有利于降低LED芯片结温，减少散热器成本。

作为优选，上述腐蚀坑侧面与铝基板底面的夹角20°≤α≤30°。

作为优选，所述绿色荧光粉层采用由硅胶和绿色荧光粉均匀混合压膜方式形成的绿色荧光粉层。

作为优选，所述绿色荧光粉层包括由透明材质制成的衬底和涂覆在衬底上表面的绿色荧光粉。

作为优选，所述绿色荧光粉为发光峰值为500 nm-560 nm的绿色荧光粉。

作为优选，上述红光LED芯片采用电压为20V的高压红光LED芯片，蓝光LED芯片采用电压为50V的高压蓝光LED芯片。

上述高压LED光源工作时，封装在铝基板上表面的红光LED芯片和蓝光LED芯片发出的光穿过硅胶形成的透镜，入射到混光室内，经过腐蚀坑和导热壳体内壁和荧光粉层的反射或折射；一部分蓝光被绿色荧光粉吸收，产生的绿光与剩余的蓝光及红光一起组成白光，最后透过绿色荧光粉层射出。

与现有技术相比，上述高压LED光源具有如下优点：

1、铝基板上表面腐蚀形成多个腐蚀坑，所述腐蚀坑侧面具有一定的倾斜角度，可以使得从远程绿色荧光粉层反射回来的红光、蓝光及绿色荧光粉层所发射的绿光在铝基板表面发射较大的散射，从而防止在红光LED芯片和蓝光LED芯片上方出现局域强光斑，提高了整个高压LED光源的颜色和亮度均匀性；

2、应用远程绿色荧光粉层，极大地减少了芯片对荧光粉反射回来的光子的吸收，可以大幅度提高光取出效率；同时由于热耗散降低且荧光粉和LED这两个热源分散开，有利于降低芯片结温，减少散热器成本；

3、高压LED芯片直接封装在铝基板上，封装成本低，散热快；由于采用高压LED芯片，容易实现高电压、小电流LED电路，提高驱动效率；

4、采用红色高压LED发出的红光、蓝色高压LED发出的蓝光及绿色荧光粉发出的绿光混合组成白光，可以获得高显色指数、低色温的白光光源。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1是本实施例高压LED光源剖面图；

图2是本实施例蓝色LED芯片及红色LED芯片在铝基板上的排列分布图；

图3是本实施例腐蚀坑过陡导致的陷光效应示意图；

图4是本实施例颜色混合所获得白光光谱示意图；

图5是本实施例铝基板增强散射及混光效果示意图；

图6是本实施例高压LED光源散热路径图。

具体实施方式

如图1所示，一种高压LED光源，包括导热壳体1、铝基板2和绿色荧光粉层3，在本实施例中，所述铝基板2为圆盘形，所述导热壳体1为相配套的圆环，导热壳体1下端的底边安装在铝基板2的边缘，上端的顶边与绿色荧光粉层3的边缘相连接，导热壳体1、铝基板2和绿色荧光粉层3形成一碗形混光室7，所述混光室7一般为非密封结构，使散热更充分。所述铝基板2上表面设置有若干个LED芯片4，导热壳体1、铝基板2和绿色荧光粉层3也可以采用其他形状，只要能相互配合即行。

如图2所示，所述铝基板2上表面设置有5个20V，20mA的红光高压LED芯片41和8个50V、20mA蓝光高压LED芯片42，红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42按比例交错分布在铝基板2的上表面，整个高压LED光源总功率10W，可组成3组100V，20 mA串联芯片组，采用110V恒流驱动芯片驱动。红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42混合分布，以提高颜色混合的均匀性。上述各个LED芯片上均覆盖有硅胶5，所述硅胶5形成透镜，提高光取出效率。所述铝基板2选用圆形铝衬底，表面先沉积绝缘层21，然后腐蚀出图形，并刻蚀出固晶区，在绝缘层21上镀金属布线层，形成导线22，将红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42相互连接并与驱动电路相连。铝基板2经过腐蚀上表面形成多个腐蚀坑6，所述腐蚀坑6的侧面为倾斜状，侧面与铝基板2底面的夹角α小于45°，在本实施例中，各个腐蚀坑6的α在20°和30°之间。包括多个腐蚀坑6的图形化铝基板2可以增强光的散射效果，但腐蚀坑6侧面陡直也会产生陷光效应，降低光的取出效率。如图3所示，当腐蚀坑6侧面陡峭，即侧面与铝基板2平面夹角α很大时，入射到腐蚀坑6内的光线可在坑内表面多次反射，这一过程中光线将逐渐被铝基板2吸收而损失掉，导致光源光线变弱。因此腐蚀坑6侧面与铝基板2平面夹角α应小于45o，以20o-30o为宜，可以使得从远程绿色荧光粉层3反射回来的红光、蓝光及绿色荧光粉层3所发射的绿光在铝基板2表面发射较大的散射，从而防止在红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42上方出现局域强光斑，提高了整个高压LED光源的颜色和亮度均匀性。

在本实施例中，上述导热壳体2为铝质材料制成的导热壳体，其内壁为高反射镜面。上述铝基板2和绿色荧光粉层3之间的间距大于相邻两个LED芯片4最小间距的1/2，使绿色荧光粉层3远离LED芯片4，形成远程绿色荧光粉层。远程绿色荧光粉层3在本发明说述的高压LED光源中的应用，可以大幅度提高光取出效率，降低热耗散并分散热源，有利于降低结温，减少散热器成本。

在本实施例中，所述绿色荧光粉层3由硅胶和绿色荧光粉均匀混合后以压膜方式形成。其边缘直接与导热壳体2顶端相连接；所述绿色荧光粉为发光峰值为500 nm-560 nm的绿色荧光粉。所述绿色荧光粉层3也可以采用绿色荧光粉直接涂覆在由透明材质制成的衬底上表面。

如图4-5所示，上述高压LED光源工作时，封装在铝基板2上表面的红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42发出的红光和蓝光穿过硅胶5形成的透镜，入射到混光室7内，经过腐蚀坑6和导热壳体1内壁和绿色荧光粉层3的多次反射、折射；一部分蓝光被绿色荧光粉吸收，产生的绿光与剩余的蓝光及红光一起组成高显色、低色温的白光，最后透过绿色荧光粉层射出。

图6所示为高压LED光源散热路径图，本发明中，绿色荧光粉层3的远程配置可以很大程度提高光取出效率，降低热耗散并分散热源；由于红光高压LED芯片41和蓝光高压LED芯片42直接固晶在铝基板2上，降低了热阻，所述LED芯片产生的热量能迅速导向铝基板2，并通过铝基板2向周围散开。此外，本发明所述的图形化铝基板2中，将散热差的绝缘层去除，并增加了散热面，结合远程荧光技术打开了基板向上的散热通道，当混光室7内与外界对流良好时，有很好的散热效果。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种高压LED光源，其特征在于：包括导热壳体，以及分别安装在导热壳体两端的铝基板和绿色荧光粉层，其中，所述铝基板上表面设置有若干个红光LED芯片和蓝光LED芯片，各个LED芯片上均覆盖有硅胶，所述红光LED芯片和蓝光LED芯片通过铺设在铝基板上的导线相互连接；铝基板的上表面进一步设有多个腐蚀坑，所述腐蚀坑的侧面为倾斜状，侧面与铝基板底面的夹角α小于45°；导热壳体、铝基板上表面和绿色荧光粉层下表面形成一混光室，红光LED芯片和蓝光LED芯片发出的红、蓝光经过混光室混合后入射到绿色荧光粉层，绿色荧光粉吸收部分蓝光并将其转化为绿光，与剩余的红、蓝光一起组合成白光射出。

2.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：所述铝基板为圆盘形，红光LED芯片和蓝光LED芯片按比例交错分布在铝基板的上表面，所述导热壳体为配套的圆环，其下端的底边安装在铝基板的边缘，上端的顶边与绿色荧光粉层的边缘相连接，导热壳体、铝基板和绿色荧光粉层形成一碗形混光室。

3.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：上述导热壳体为铝质材料或陶瓷材料制成的导热壳体，其内壁为高反射镜面。

4.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：上述铝基板和绿色荧光粉层之间的间距大于相邻两个LED芯片最小间距的1/2。

5.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：上述腐蚀坑侧面与铝基板底面的夹角20°≤α≤30°。

6.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：所述绿色荧光粉层采用由硅胶和绿色荧光粉均匀混合压膜方式形成的绿色荧光粉层。

7.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：所述绿色荧光粉层包括由透明材质制成的衬底和涂覆在衬底上表面的绿色荧光粉。

8.如权利要求6或7所述的一种高压LED光源，其特征在于：所述绿色荧光粉为发光峰值为500 nm-560 nm的绿色荧光粉。

9.如权利要求1所述的一种高压LED光源，其特征在于：上述红光LED芯片采用电压为20V的高压红光LED芯片，蓝光LED芯片采用电压为50V的高压蓝光LED芯片。