CN117810214A - 一种白光发光模块 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体发光器件技术的领域，尤其是涉及一种白光发光模块，其包括芯片层，芯片层包括多颗蓝光芯片，蓝光芯片产生均匀的蓝光；底板，底板的一侧设置芯片层，蓝光芯片均匀间隔设置；荧光层，荧光层包括红色荧光层和绿色荧光层，红色荧光层和绿色荧光层层叠设置，设置于底板靠近蓝光芯片的一侧，并且分别设置有多个通孔，红色荧光层的通孔、绿色荧光层的通孔以及相邻蓝光芯片间隙在底板的正投影面积相等且部分重合；混光层，混光层设置于荧光层背离底板的一侧。本申请具有缓解相关的白光发光器件中白光混合不佳色彩不够均匀的问题的效果。

Description

一种白光发光模块

技术领域

本申请涉及半导体发光器件技术的领域，尤其是涉及一种白光发光模块。

背景技术

随着科技的不断进步，LED光源已经取得了显著的发展，并在各个领域得到了广泛应用。LED光源具有高效能、长寿命、低能耗和环保等优点，逐渐替代了传统的发光设备，如白炽灯和荧光灯。在过去几十年中，人们对LED技术进行了深入的研究与改进，特别是对于白光LED光源的研发。

白光LED光源的应用十分广泛，常见于室内照明、汽车照明、显示屏和背光源等领域。然而，白光LED光源制作过程中通常采用红光、绿光和蓝光三种基本颜色的LED混合发光来实现白光效果。这种方法虽然在一定程度上能够产生白光，但存在一些问题。由于红光、绿光和蓝光LED的发光特性不同，直接对这三种光进行调和，很难精确地调节三种颜色的光的强度和色温，导致混合后的白光色彩不够均匀，可能会出现色差或色彩失真的情况。

发明内容

为了缓解相关的白光发光器件中白光混合不佳色彩不够均匀的问题，本申请提供一种白光发光模块。

本申请提供的一种白光发光模块采用如下的技术方案：

一种白光发光模块，包括

芯片层，所述芯片层包括多颗蓝光芯片，所述蓝光芯片产生均匀的蓝光；

底板，所述底板的一侧设置芯片层，所述蓝光芯片均匀间隔设置；

荧光层，所述荧光层包括红色荧光层和绿色荧光层，所述红色荧光层和所述绿色荧光层层叠设置，设置于所述底板靠近所述蓝光芯片的一侧，并且分别设置有多个通孔，所述红色荧光层的通孔、所述绿色荧光层的通孔以及相邻所述蓝光芯片间隙在所述底板的正投影面积相等且部分重合；

混光层，所述混光层设置于所述荧光层背离所述底板的一侧。

通过采用上述技术方案，层叠设置的荧光层和芯片层，以及部分重合的通孔，可以实现蓝光芯片以多种路径到达混光层，并最终形成均匀的白光。具体而言，蓝光芯片发出的蓝光可以直接到达混光层，也可以经过一层或两层荧光层的转换后再到达混光层。通过不同的路径到达混光层，并在混光层中形成多种渐变光，这些不同路径和渐变光的组合最终导致了均匀的白光的形成。

可选的，所述红色荧光层的通孔、所述绿色荧光层的通孔以及相邻所述蓝光芯片间隙在所述底板的正投影上的重合部分大于等于所述通孔在所述底板的正投影面积的二分之一。

通过采用上述技术方案，蓝光芯片发出的蓝光中通过一层或者两层荧光层的光线占比增加，直射到混光层的蓝光占比减少，避免了白光偏蓝、色温偏高的不良照明效果，让更多的蓝光通过荧光材料进行转换，从而提高渐变光的发射效率和数量，使最终混合形成的白光更加均匀和自然。

可选的，所述通孔在所述荧光层中间隔分布。

通过采用上述技术方案，通孔的间隔分布可以避免光线的局部特化，使得发光效果更加均匀和自然，消除了局部色差和亮度不足等问题。此外，通孔在荧光层中间隔分布还可以提高荧光层的稳定性和可靠性。通孔分布在荧光层的不同位置，可以减少某些区域的荧光材料受到过多的蓝光照射而导致老化和失效的风险，从而延长LED照明产品的使用寿命和维护周期。

可选的，所述通孔和所述蓝光芯片间隙内填充透明封装胶。

通过采用上述技术方案，透明封装胶可以保护蓝光芯片和荧光层不受污染和机械损伤，可以防止空气、水分、油脂等杂质进入通孔和荧光层，从而降低荧光层的光学性能。并且，透明封装胶具有高透明度和低折射率的特点，有助于提高光线传输效率。此外，透明封装胶还能够缓冲通孔和荧光层受到机械震动和物理冲击的影响，延长其使用寿命。

可选的，所述混光层为透明聚碳酸酯材质。

通过采用上述技术方案，透明聚碳酸酯材质具有优异的透明性，可以有效地传递光线。进入混光层的光线可以尽可能高的透明度通过，减少光线的散射和损失，从而提高光线转换效率。透明聚碳酸酯材质还具有良好的耐热性，能够在宽温度范围内稳定地工作，减少光学性能的衰减和颜色的变化，保证产品在各种环境下都能够稳定地发出高质量的白光。

可选的，所述混光层的厚度范围是所述荧光层厚度的二倍到三倍之间。

通过采用上述技术方案，适当的混光层的厚度可以增加光线混合的时间和机会，有助于不同路径的光线能够更充分地混合，最终实现高质量的白光发射。并且光线在混光层内部发生均匀的光线扩散，可以避免出现局部暗区或亮区，使得从产品表面看到的白光更加均匀，提升光学效果。此外，过高的厚度会使光线的损失增大，适当的混光层的厚度可以增加光线在其中传播的距离，减少损失的光线比例，从而提高光线利用率和产品的发光效果。

可选的，所述混光层的表面设置有微结构。

通过采用上述技术方案，微结构能够在表面产生多次反射和散射，使得光线更多地与混光层内部相互作用，从而提高光线混合效率，实现高效的白光发射。同时，微结构可以使光线经过多次散射后以更广泛的角度和位置扩散，避免了光线在特定区域聚集或偏移，使得看到的白光更加均匀。

可选的，所述荧光层在所述底板上的正投影面积大于等于所述底板面积。

通过采用上述技术方案，荧光层的正投影面积大于等于底板面积可以确保光线在荧光层中的传播更加充分。当光线进入荧光层后，如果荧光层的正投影面积小于底板面积，部分光线可能会在底板上反射或折射出去，导致能量损失。而当荧光层的正投影面积大于等于底板面积时，光线能够更多地在荧光层内部进行反射和转换，提高光线的利用率。此外，荧光层正投影面积大于等于底板面积可以减少边缘效应的影响，提高整体的发光效果和一致性。

可选的，所述蓝光芯片的波长范围是450-470纳米。

通过采用上述技术方案，此波长范围内的蓝光在荧光层吸收和发射光谱的范围内有较好的匹配，有助于蓝光更好地穿透荧光层，使得更多的蓝光能够被转换，从而提高白光的发射效果和质量。并且，此波长范围内的蓝光具有较高的亮度和光通量，可以提高整体发光亮度和光通量，使得照明效果更加明亮和清晰。此外还有降低LED照明产品的色温和显色指数的效果。

可选的，所述底板靠近所述蓝光芯片的一侧涂有白漆。

通过采用上述技术方案，白漆充当反射层可以帮助反射和分散光线，从而实现更均匀的光线分布，改善发光效果，降低局部亮度差异和不均匀性。同时，白漆为一种高反射率的材料，可以将一部分经过荧光转换后的光线反射回荧光层，从而提高光学效率。此外，通过在底板上添加白漆层，可以提高散热率和温度分布均匀性，降低热点温度，减少LED的寿命受损。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置层叠的荧光层和芯片层，以及部分重叠的通孔，让蓝光芯片释放的蓝光可以以多种路径到达混光层，从而形成多种渐变光在混光层进行混合，达到产生色彩均匀的白光的效果；

2.通过限制通孔的排布以及重合面积，调整不同路径上的蓝光占比，提高渐变光的发射效率，达到使最终混合形成的白光更加均匀和自然的效果；

3.通过对混光层厚度材质的限定，平衡光线的混合效率以及传播效率，达到增加光线传播距离同时提高光线混合效率的效果。

附图说明

图1是本申请实施例中一种白光发光模块示意图。

图2是本申请实施例中一种白光发光模块剖面图。

图3是本申请实施例中一种白光发光模块光路图。

图4是本申请实施例中红色荧光层俯视图。

图5是本申请实施例中混光层示意图。

图6是本申请实施例中混光层剖面图。

附图标记说明：

1、芯片层；11、蓝光芯片2、底板；3、荧光层；31、红色荧光层；32、绿色荧光层；33、通孔；4、混光层；41、微结构。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种白光发光模块。

参照图1，一种白光发光模块包括四个层结构，由下到上依次是底板2、芯片层1、荧光层3和混光层4。底板2是整个发光模块的承载根本，不仅提供了结构支撑，还承载着电路结构，用于连接和控制芯片。底板2靠近芯片层1的一侧，涂有一层白漆。白漆具有高反射率，可以充当反射层，能够将经过荧光转换后的光线反射回荧光层3，提高光学效率，并减少能量的损失。另外，白漆的存在还有助于提高散热性能。通过在底板2上添加白漆层，可以增加底板2的表面积，提高热量的散发能力，从而改善散热性能。提供良好的温度环境，减少热点温度的存在，进而减缓芯片的老化速度，有助于延长使用寿命。

芯片层1包括多个蓝光芯片11，均匀分布在底板2的一侧。这些蓝光芯片11发出的光具有特定的波长范围，在450-470纳米之间。这个波长范围的蓝光与荧光层3的吸收和发射光谱范围相匹配较好，这意味着更多的蓝光能够通过荧光层3并被转换，从而提高白光的发射效果和质量。

其次，这个波长范围内的蓝光具有较高的亮度和光通量。因此，使用这样的蓝光芯片11可以增加整体发光亮度和光通量，使得照明效果更加明亮和清晰。

另外的，通过选择450-470纳米波长范围内的蓝光，可以降低整体的色温，从而使光线更接近自然光的色温。450-470纳米波长范围内的蓝光具有较高的显色指数，可以提高显色指数，使其更好地还原颜色细节。

芯片层1背离底板2的一侧是荧光层3，荧光层3可以将蓝光转换为其他波长的光线，再混合从而形成白光。荧光层3在底板2上的正投影面积大于等于底板2面积，可以确保光线在荧光层3中的传播更加充分。

当光线进入荧光层3时，如果荧光层3的正投影面积小于底板2面积，部分光线可能会在底板2上发生反射或折射现象，从而导致能量损失。这种情况下，光线无法完全进入荧光层3内部进行反射和转换，使得部分光线未能有效地被荧光层3吸收和转换成其他波长的光线。因此，能量和光线的利用率都会受到限制。相反，当荧光层3的正投影面积大于等于底板2面积时，光线能够更多地在荧光层3内部进行反射和转换。这意味着荧光层3能够更充分地吸收和利用光线的能量，将其转换为所需的波长。结果，光线的利用率得到提高，能量损失减少。

此外，在发光单元周围的边缘区域，由于光线的散射和反射等原因，会导致光线的亮度和色彩产生变化，这种现象称之为边缘效应。如果荧光层3的正投影面积小于底板2面积，那么边缘效应可能会更加显著，荧光层3的正投影面积大于等于底板2面积还有助于减少边缘效应的影响。从而提高整体的发光效果和一致性。

荧光层3包括红色荧光层31和绿色荧光层32，参考图2，在红色荧光层31和绿色荧光层32开设有多个通孔33，红色荧光层31的通孔33、绿色荧光层32的通孔33以及相邻蓝光芯片11间隙在底板2的正投影面积相等且部分重合，并且重合面积大于等于通孔33在底板2的正投影面积的二分之一。

参考图3，蓝光芯片11发出的蓝光可以通过多种路径到达混光层4，其中，有些光线可以直接到达混光层4，有些则需要经过红色荧光层31和绿色荧光层32中的一层才能到达混光层4，还有一些则需要穿过红色和绿色荧光层32两层才能到达混光层4。在经过荧光层3转换后，这些光线可以形成多种不同波长的渐变光线。

在混光层4中，这些不同波长的光线会混合在一起，形成均匀的白光。由于通孔33的设计和位置，荧光层3可以将蓝光更好地转换，并且让这些不同波长的光线更加均匀地混合在一起，提升白光发光模块的色彩表现和均匀性。

红色荧光层31的通孔33、绿色荧光层32的通孔33以及相邻蓝光芯片11间隙在底板2的正投影上的重合部分的面积与通孔33在底板2的正投影面积的比值，决定着蓝光芯片11发出的蓝光在白光发光模块中不同路径的光线占比。当这个比值超过二分之一时，意味着通过一层或者两层荧光层3的光线占比增加，而直射到混光层4的蓝光占比减少。

这种设计方案有效避免了白光偏蓝和色温偏高的不良照明效果。通过增加通孔33重合面积，更多的蓝光可以通过荧光层3进行转换，从而提高渐变光的发射效率和数量。这样，在混光层4中形成的白光会更加均匀和自然。

通孔33和蓝光芯片11间隙内填充了透明封装胶。透明封装胶具有多重功能，首先，透明封装胶的最主要功能是起到隔绝和保护作用。它能够有效地防止外部杂质进入通孔33和荧光层3，避免它们污染或损坏。这样，荧光层3的光学性能可以得到更好地保持，从而为器件的性能提供了更好的保障。

其次，透明封装胶还具有高透明度和低折射率的特点，有助于提高光线传输效率，将光线的反射和散射也会降到最低限度，从而使得器件的亮度更高，使用效果更佳。

此外，透明封装胶还能够缓冲通孔33和荧光层3受到机械震动和物理冲击的影响，延长器件的使用寿命。这对于那些需要在恶劣环境下使用的器件尤其重要。通过在通孔33和荧光层3之间添加透明封装胶，可以有效地减少器件的损坏率，从而降低了维修成本和更换频率。

参考图4，通孔33在红色荧光层31上的间隔分布呈棋盘格状排列，绿色荧光层32和芯片层1也采用了类似的布局。这样排布可以提升照明性能和可靠性。

首先，通过将通孔33间隔分布成棋盘格状，可以避免光线的局部特化。当通孔33均匀分布时，光线通过通孔33的路径更加均匀，使得发光效果更加自然和均匀，可以消除局部色差和亮度不足等问题，提高整体光线质量。

其次，将通孔33分布在荧光层3中有助于提高荧光层3的稳定性和可靠性。通过在荧光层3中间隔地分布通孔33，可以减少某些区域的荧光材料受到过多蓝光照射而导致老化和失效的风险。这种分布方式能够均匀地分散蓝光的照射，确保荧光层3的使用寿命更长，并降低维护周期。

荧光层3背离芯片层1的一侧是混光层4，混光层4的主要作用是将不同颜色的光线混合在一起，形成均匀的白光。混光层4为透明聚碳酸酯材质，由于透明聚碳酸酯材质具有良好的透明性和传递光线的能力，因此可以使得进入混光层4的光线尽可能地高效透过，减少光线的散射和损失，从而提高光线转换效率。

另外，透明聚碳酸酯材质在宽温度范围内都能够稳定地工作，可以帮助降低光学性能的衰减和颜色的变化。这对于长时间使用的产品来说非常重要，因为它可以确保产品的使用寿命更长，并且在整个使用寿命期间都能够保持稳定的性能。

并且混光层4有严格限制，其厚度在荧光层3厚度的二倍到三倍之间，因为混光层4过厚会增加光线的传输损失，导致白光亮度下降；混光层4过薄则会光线没有足够的混光距离，混合不充分而导致色彩失真或均匀性下降。

在本实施例中，选择了两倍厚度的混光层4设计。这样的厚度可以增加光线混合的时间和机会，有助于不同路径的光线更充分地混合，最终实现高质量的白光发射。此外，光线在混光层4内部发生均匀的光线扩散，这有助于避免出现局部暗区或亮区，使得从产品表面看到的白光更加均匀，提升光学效果。

另一方面，这样的混光层4厚度可以增加光线在其中传播的距离，从而减少损失的光线比例，提高光线利用率和产品的发光效果，改善产品的亮度和能源效率。

参考图5和图6，在混光层4的表面设置有微结构41，这些微结构41能够在表面产生多次反射和散射，从而使得光线更多地与混光层4内部相互作用，提高光线混合效率，实现更均匀的白光发射效果。通过微结构41的设计，光线可以经过多次散射后以更广泛的角度和位置扩散。这种扩散效果有助于避免光线在特定区域聚集或偏移，从而使得从产品表面看到的白光更加均匀。微结构41的存在使得光线能够以更多的路径进行传播，并与混光层4内的材料反复相互作用，进一步促进光线的混合。

本申请实施例一种白光发光模块的实施原理为：

本申请实施例设置层叠的荧光层3和芯片层1，以及部分重叠的通孔33，实现了蓝光芯片11释放的蓝光以多种路径到达混光层4的目的，形成多种不同颜色渐变的光线在混光层4中进行混合，从而产生色彩均匀的白光效果。

为了调整不同路径上蓝光的占比，并提高渐变光的发射效率，本申请通过精确的限制通孔33的排布和重合面积，控制蓝光的传输路径和量，使其与其他颜色的光线混合，最终形成均匀且自然的白光。

此外，为了平衡光线的混合效率和传播效率，本申请实施例还通过对混光层4的厚度和材质进行限定，采用适当的混光层4厚度和材质选择，增加了光线的传播距离，同时提高了光线与混光层4内部材料的相互作用，从而提高了光线的混合效率，确保光线能够在混光层4中充分交互并形成均匀的白光，使最终形成的白光更加均匀和自然。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白光发光模块，其特征在于，包括

芯片层（1），所述芯片层（1）包括多颗蓝光芯片（11），所述蓝光芯片（11）产生均匀的蓝光；

底板（2），所述底板（2）的一侧设置芯片层（1），所述蓝光芯片（11）均匀间隔设置；

荧光层（3），所述荧光层（3）包括红色荧光层（31）和绿色荧光层（32），所述红色荧光层（31）和所述绿色荧光层（32）层叠设置，设置于所述底板（2）靠近所述蓝光芯片（11）的一侧，并且分别设置有多个通孔（33），所述红色荧光层（31）的通孔（33）、所述绿色荧光层（32）的通孔（33）以及相邻所述蓝光芯片（11）间隙在所述底板（2）的正投影面积相等且部分重合；

混光层（4），所述混光层（4）设置于所述荧光层（3）背离所述底板（2）的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述红色荧光层（31）的通孔（33）、所述绿色荧光层（32）的通孔（33）以及相邻所述蓝光芯片（11）间隙在所述底板（2）的正投影上的重合部分大于等于所述通孔（33）在所述底板（2）的正投影面积的二分之一。

3.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述通孔（33）在所述荧光层（3）中间隔分布。

4.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述通孔（33）和所述蓝光芯片（11）间隙内填充透明封装胶。

5.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述混光层（4）为透明聚碳酸酯材质。

6.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述混光层（4）的厚度范围是所述荧光层（3）厚度的二倍到三倍之间。

7.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述混光层（4）的表面设置有微结构（41）。

8.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述荧光层（3）在所述底板（2）上的正投影面积大于等于所述底板（2）面积。

9.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述蓝光芯片（11）的波长范围是450-470纳米。

10.根据权利要求1所述的一种白光发光模块，其特征在于，所述底板（2）靠近所述蓝光芯片（11）的一侧涂有白漆。