CN101540362B

CN101540362B - 混光形成led暖白色光源的方法及其光源结构

Info

Publication number: CN101540362B
Application number: CN2009100310613A
Authority: CN
Inventors: 孙建国; 张伟
Original assignee: Nanjing Handson Science & Technology Corp
Current assignee: Jiangsu Henderson Intelligent Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: CN101540362A

Abstract

本发明揭示了一种混光形成LED暖白色光源的方法及其光源结构，其中，该混光方法涉及的原色光源为白光光源和红光光源；白光光源色坐标位于4000K～4700K色温线上，且白光光源与红光光源以固定数量比相互干涉混光形成暖白色光源。其中当白光光源与红光光源数量比为2∶1，混光形成国标RN区的暖白色光源；而当数量比为3∶1时，混光形成国标RB区的暖白色光源。该光源结构包括复合金属基线路板、二维排布并设有两个以上焊盘的阵点、交错焊设的至少一组LED芯片，以及由硅胶形成的出光透镜。通过更改两种原色光源的数量比，可获得不同国标区的光源，并且集成的LED芯片，具有尺寸小、结构紧凑、成本低、散热性佳、光照均匀度和色温满足家用照明要求的效果。

Description

混光形成LED暖白色光源的方法及其光源结构

技术领域

本发明涉及一种LED光源的形成方法，尤其涉及一种混光形成LED暖白色光源的方法，以及由该方法得到的光源结构，属于半导体照明技术领域。

背景技术

随着半导体领域科研的不断深入，目前以发光二极管作为照明光源大有取代传统家用白炽灯的趋势。但由于发光二极管的光强较大，一般要满足家用照明，必须将光照的色温控制在3500K以下。

常规的做法之一是用蓝光芯片激发黄色荧光粉，呈现出的是黄绿色的暖白光，且显色指数不高，不符合家庭照明的要求；另一种常规做法是采用特定色温的荧光粉，其缺点是所用的荧光粉应用范围狭窄，规模化生产与应用范围的矛盾突出；还有一种做法便是在正白光下覆盖琥珀色镀膜，虽然色温上能够符合要求，但其不可避免地存在影响光通量的缺点。故而，在透光强度和色温上突破半导体发光二极管应用的技术壁垒，是目前本行业技术人员一个重要的研究方向。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混光形成LED暖白色光源的方法及其光源结构，解决应用于家庭常规照明的LED暖白色光源透光性不足及色温过高的问题。

实现本发明目的的技术方案是：

混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在于：所述混光的原色光源为白光光源和红光光源；白光光源色坐标位于4000K～4700K色温线上，且白光光源与红光光源以固定数量比相互干涉混光形成暖白色光源。其中当白光光源与红光光源数量比为2∶1，混光形成国标RN区的暖白色光源；当白光光源与红光光源数量比为3∶1，混光形成国标RB区的暖白色光源。

由上述混光方法衍生所得的LED暖白色光源的光源结构，其特征在于：混光光源结构包括2至6层的复合金属基线路板、二维排布在所述复合金属基线路板上并设有两个以上焊盘的阵点、交错焊设在所述阵点上的至少一组的LED芯片，以及包覆在所述每组LED芯片外的硅胶形成的出光透镜。

进一步地，上述混光光源结构中，该一组或多组LED芯片指的是相邻且能分别发射红光和白光的发光二极管组合体。

更进一步地，上述LED芯片中，该发射红光的发光二极管具有多个中心波长，其驱动电流为350mA。

更进一步地，上述LED芯片中，该发射白光的发光二极管在350mA驱动电流下，其色坐标位于4000K～4700K的色温线上。

进一步地，上述混光光源结构中，该LED芯片直接焊接或贴装在金属或非金属基复合金属基线路板的阵点焊盘上，LED芯片周边的焊盘上配置有光反射碗，并在复合金属基线路板的上下端设有电气连接插座。

更进一步地，上述复合金属基线路板中，该焊盘上的光反射碗指的是一个直径0.5mm～4mm、深度0.3mm～1mm的碗状凹坑，并在凹坑四周抛光镀银制成。

进一步地，上述混光光源结构中，该复合金属基线路板为厚度0.5mm～4mm的导热金属或非金属，选材包括铜、铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、陶瓷之一或多种复合。

本发明混光形成LED暖白色光源的方法及其光源结构，其突出的实质性特点和显著进步体现在：

①本发明不需特殊荧光粉，不需额外设备，只要将普通的白光与红光合理组合便可得到暖白光，白光和红光设计成不同的电路，方便以不同电流驱动，而且色温可控，因此适用范围较广。

②本发明是将晶片直接封装于复合金属基线路板(MCPCB)上，复合板同时具备固定晶粒、连接线路和散热等多项功能，模块厚度薄、体积小、组合简便，可以使白光和红光距离比较近，容易形成混光。

③本发明复合金属基线路板(MCPCB)，所采用材料的机械及热稳定性较好，产品适应温度范围较宽。复合金属基线路板金属化电路过孔以及填埋的导热材料，均有利于LED芯片通过多重路径散热，提高了散热效果。

④在金属电路板上设计芯片反射碗和光亮镀膜，采用高可靠性和高透光性的新型硅胶对芯片进行封固，在高温固化过程中通过专用的工艺模具成型，使透明树脂表面产生特殊的曲面。并利用特殊设计的光学透镜进行调整，可以有效地控制出光角度和光强分布，光源的整体散热性能和出光效果大幅提高，大功率的点光源变成发光均匀的面光源，提高了视觉舒适性。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明：

图1是不同的红光驱动电流得到的混光色坐标曲线；

图2是不同的串联电流得到的混光色坐标曲线(白光红光比3∶1)；

图3是不同的串联电流得到的混光色坐标曲线(白光红光比2∶1)；

图4是混光所得暖白色光源色的坐标曲线；

图5是混光形成LED暖白色光源的光源结构示意图。

其中图5的各附图标记含义为：

1-焊盘电极、2-复合金属基线路板、3-硅胶、4-LED芯片、5-光反射碗、6-金属线。

具体实施方式

本发明提供了一种混光形成LED暖白色光源的方法，包括白光光源和红光光源。将白光光源与红光光源混光组合成一个LED暖白色光源，以LED芯片直接焊接或贴装在复合板上封装工艺COB方式制造。将白光色温调至4000K～4700K，然后将白光与红光按数量比2∶1混光组合成光源，便可得国标RN区的暖白光；或将白光色温调至4000K～4700K，然后将白光与红光按数量比3∶1混光组合成光源，便可得国标RB区的暖白光。本技术方案应用于发光二极管模块组合成体积小、结构紧凑、散热效果好、使用寿命长的LED暖白色光源。

其实现方法步骤：

第一步，白光红光各一颗做成一个样品，其中白光以350mA驱动电流正常点亮，红光施以不同电流，通过改变白光色温得到的混光色坐标如图1所示。从图1可以看到，50mA红光驱动电流下，其与白光的混光穿过了新国标的RC区，说明50mA红光搭配某一色温段的白光，其混光的色坐标可以落入RC区。同样道理，100mA红光所得混光色坐标可以落入RB区，而该区的暖白光色温在3500K左右；150mA红光所得混光色坐标可以落入RN区，该区的暖白光色温在3000K左右。由此可见，通过对红光施以不同电流，就可以使其混光即暖白光达到不同色温并且进入国标。需要注意的是，该方法虽然可行，但是有一个重要的弊端就是两种光要以不同电流驱动，这对产品要求很高。因此，在第一步实验的基础上，对此方法进行改进，使其以串联电流进入便可得到需要的暖白光。假定以进入RB区为目标，其红光电流是100mA，白光是350mA，白红电流比约为3∶1，那么要想以同样的串联电流驱动，就要求白红数量比为3∶1。

第二步，在上述的基础上重新设计样品，取白光3颗红光1颗串联成一个样品，再按照第一步的方法，施以不同串联电流，通过改变白光色温得到的混光色坐标如图2所示(只截取落入国标内的一段曲线)。图2不同的串联电流得到的混光色坐标曲线(数量比3∶1)，从图2可以看到，从100mA到300mA，其混光色坐标曲线一直位于RB区，由此可以推断，白光和红光3∶1的数量比能够使其混光进入色温在3500K左右的国标区。

第三步，以进入RN区为目标，按照第一步实验的结果，此时白红电流比为2∶1，因此取白光2颗红光1颗按照第二步的方法得到图3(同样只截取国标区的一段曲线)。图3不同的串联电流得到的混光色坐标曲线(数量比2∶1)同样从图3可以看出，白光和红光2∶1的数量比可使其混光进入色温为3000K左右的RN区。最后，根据上述方案的结果，两种白红数量比结合100-350mA的串联电流，所得的暖白光色坐标点如图4所示。图4混光所得暖白色坐标点图4可以说明，普通的白光和红光通过数量搭配以及电流的配合，所得的暖白光从RL区到RD都可以涉及。

根据所得规律可以发现，基本上在某一色温段的白光与红光数量比为3∶1时所得暖白光可以居于国标的RB区，而2∶1时可处于RN区，并且电流改变时可使混光色坐标曲线平行偏移，电流越大就越向白光区偏移。据此可以大胆推断数量比为1∶1时其混光可落入RD区而4∶1或许可以进入RL区。在本实验中只选用了某一种波长段的芯片，因而该结果只适用于这种波长段。若采用其他波长段的芯片，图1中的曲线则会平行偏移，因为曲线的起始坐标点发生改变，但利用该方法同样可以控制其混光输出的色温。该方法的适用范围比较广，但在实验过程中有一个最大的难点：当选用3颗白光和1颗红光来混光时，其中3颗白光在喷涂荧光粉时要控制其色温一致，并且烘烤完毕后同样要保证一致性，否则会影响混光输出的效果；另外，白光色温在烘烤前后会发生较大改变，而最终封胶时的烘烤同样会影响整个光输出的色温，所以，要让混光的色坐标进入国标区，在每一步烘烤前的色温都要控制得当。

其封装结构如图5所示，复合金属基线路板2与LED芯片4采取一体化设计，在复合金属基线路板2上设置每个LED芯片4的焊盘电极1，焊盘电极1通过金属线6与LED芯片4连接。由于电路板上线数较多、间隙较细，考虑到散热因素，在复合金属基线路板上LED芯片焊接区域设置光反射碗5，凹坑状的光反射碗5的四周经抛光镀银后成为光反射区，具有良好的反射效果，达到提升出光效率的目的。光反射碗5的加工采取冲压方式或立铣刀铣削方法，其直径为0.5mm～4mm，深度约0.3mm～1mm，LED芯片4直接焊接或贴装在光反射碗5底部的复合金属基线路板2上面。

本发明混光方式形成LED暖白色的光源，在光反射碗5内部LED芯片4的出光面封固新型硅类透明树脂，其固体折射率介于空气和LED芯片之间，在高温固化过程中通过专用的工艺模具成型，使透明树脂表面产生特殊的曲面，如图5中所示，形成一定的角度，从而使光线能够高效照射。此硅胶3曲面经过专业的光学设计，形成光散射面，使大功率的LED点光源变成发光均匀的面光源，提高光线的均匀性和柔和性。

LED晶片经过上述工艺方法封装之后，可以形成低成本、高度集成化的面光源，具有优越的散热功能和均匀的发光效果。其中，复合金属基线路板多采用厚度为0.5mm～4mm的铜、铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、陶瓷等高导热率的金属或非金属，优选碳化硅材料。采用碳化硅板材时，在碳化硅板上贴一层绝缘层，并在绝缘层上进行铜层贴合，通过相关工艺完成碳化硅电路板的加工。

本发明混光方式形成LED暖白色的光源，既可以以单体产品的形式出现，也可以形成一种多单元集束形式的产品。具体实施时，在复合金属基线路板上设置两个以上LED芯片焊接区域，产品的上下部位同样设计具有标准间距的连接端口，并在电路板上端设置电气连接焊点，保证电气安全和绝缘。

总之，上述实验结果表明，其在于可以通过简单的数量搭配而获得不同色温的暖白光，而不需要特别购买暖白色温的荧光粉而增加成本支出，而且采用COB方式散热较好；该方法具有一定的实用性，适用范围较广，若在产品应用端进行二次光学设计以提高光通量的话，采用LED光源代替普通家用照明的设想也并非遥不可及。

Claims

1.混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在于：所述混光的原色光源为白光光源和红光光源；其中白光光源色坐标位于4000K～4700K色温线上；白光光源与红光光源以固定数量比相互干涉混光形成暖白色光源；350mA驱动电流下，所述白光光源与红光光源数量比为2∶1，混光形成国标RN区的暖白色光源。或是，350mA驱动电流下，所述白光光源与红光光源数量比为3∶1，混光形成国标RB区的暖白色光源。