CN102506315A

CN102506315A - 一种高显色性的发光二极管装置

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Publication number: CN102506315A
Application number: CN2011103233527A
Authority: CN
Inventors: 郑树文; 范广涵; 张涛; 李述体; 宋晶晶; 喻晓鹏
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2011-10-22
Filing date: 2011-10-22
Publication date: 2012-06-20

Abstract

一种高显色性的发光二极管装置，包括支架及散热组件、整流电路、荧光板和至少一个高压LED芯片组，所述高压LED芯片组上连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。本发明由于采用在高压LED芯片组上串联有用于调节色温的小功率LED芯片，通过小功率LED芯片有效地实现了对发光二极管装置的色温调节，使得发光二极管装置的整体发光效率高，同时也能够容易地获得高显色性照明白光光源，而且通过简单的选择和调整小功率LED芯片的个数或发光颜色就能获得不同的高显色性照明白光光源。本发明结构简单、制造方便、成本低、散热效果好，能更好地还原物体真实性，可广泛应用于各类照明领域。

Description

一种高显色性的发光二极管装置

技术领域

本发明涉及光源照明技术领域，特别是涉及一种高显色性的发光二极管装置。

背景技术

随着照明技术的进步，绿色新光源的应用越来越突出，以发光二极管（LED）为代表的第四代光源，因具有光通量高、结构小以及安全、节能等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。

目前， LED白光源一般是由蓝光LED再配上黄色的荧光粉来实现，而高显色性的LED白光源则是采用在黄色荧光粉中添加不同含量的红色荧光粉来实现的。然而，目前研制出的红色荧光粉光谱受激转发率低，至使LED光源的光效不高，而且红色荧光粉的制备技术难度高，成本高，从而导致高显色性的LED光源产品成本很高，这就限制了高显色性LED光源产品的推出。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种成本低，通过简单选择和调整暖色调的小功率LED芯片的个数或发光颜色就能够容易地获得不同的高显色性照明白光光源的发光二极管装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的高显色性发光二极管装置，包括支架及散热组件、整流电路、荧光板和至少一个高压LED芯片组，其特点是所述高压LED芯片组上连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。

其中，上述小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片。

上述荧光板由PC材料与荧光粉烧结而成或玻璃材料与荧光粉烧结而成或硅胶与荧光粉通过压膜形成或树脂与荧光粉通过压膜形成。

上述荧光板为可在高压LED芯片组的蓝光激发下发射出黄光或黄绿光的荧光板或为可在高压LED芯片组的紫外光激发下发射出蓝、绿、黄混合光的荧光板。

进一步地，为了获得更好效果的高显色性白光光源，上述整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路。并且可在桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片，而且小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片。

为了达到保护小功率LED芯片的目的，使小功率LED芯片不易烧坏，上述整流电路的输入端连接有限流电阻R。

本发明由于采用在高压LED芯片组上串联有用于调节色温的小功率LED芯片，通过小功率LED芯片有效地实现了对发光二极管装置的色温调节，使得发光二极管光源装置的整体发光效率高，同时也能够获得高显色性照明白光光源，而且通过简单的选择和调整小功率LED芯片的个数或发光颜色就能容易获得不同的高显色性照明白光光源。本发明中的整流电路可以由高压LED芯片组桥接组成，而且整流电路的支路中还可以串接小功率LED芯片，这样既能够使本发明获得更好效果的高显色性照明白光光源，进一步地提高本发明的实用性能，又能够使本发明可以直接通过外部交流高压电源驱动点亮。此外，在整流电路的输入端连接有限流电阻，该限流电阻的阻值与高压LED芯片组、小功率LED芯片的个数及工作电流相配合，这样既起到保护小功率LED芯片不会因为过载而损坏，又能确保小功率LED芯片达到理想的发光效果。由于本发明结构简单、制造方便、成本低、散热效果好，能更好地还原物体的真实性，可广泛地应用于各类照明领域。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明实施方案1的电路原理图。

图2为本发明实施方案2的电路原理图。

图3为本发明实施方案3的电路原理图。

图4为本发明实施方案4的电路原理图。

图5为本发明的结构示意图。

图6为本发明的高压LED芯片组的内部结构示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明所述的高显色性的发光二极管装置，包括支架及散热组件1、整流电路、荧光板13和至少一个高压LED芯片组，其中整流电路的输入端与外部交流高压电源连接、输出端与高压LED芯片组连接，而在高压LED芯片组上连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片，通过小功率LED芯片有效地实现了对发光二极管装置的色温调节，使得发光二极管装置的整体发光效率高，同时也能够容易地获得高显色性照明白光光源，而且通过简单的选择和调整小功率LED芯片的个数或发光颜色就能容易地获得不同的高显色性照明白光光源。其中，小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片，而高压LED芯片组发出的光为蓝光或紫光。在本发明中，所用的小功率LED芯片为发红光的芯片，发光波长在620～650nm之间，工作电压在2.1V左右。而整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路，而且高压LED芯片组发出的光为蓝光或紫光，并且在桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片，而小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片。如图6所示，本发明中的高压LED芯片组为由若干个微芯片串联在同一衬底上并通过芯片工艺制成或由多个小功率芯片通过金线串联并集成在同一基板上而构成，通常高压LED芯片组是通过一系列芯片工艺实现在一个蓝宝石衬底上把16个微芯片串联起来而形成，高压LED芯片组的发光波长为450～475nm的蓝光，每个高压LED芯片组的工作电压在50V左右。此外，为了保护小功率LED芯片，整流电路的输入端连接有限流电阻R，该限流电阻R的阻值为300～1KΩ之间，具体数值要根据高压LED芯片组中的每个微芯片pn结电压、单个小功率LED芯片的pn结电压和芯片的工作电流决定。而荧光板13由PC材料与荧光粉烧结而成或玻璃材料与荧光粉烧结而成或硅胶与荧光粉通过压膜形成或树脂与荧光粉通过压膜形成，并且荧光板13为可在高压LED芯片组的蓝光激发下发射出黄光或黄绿光的荧光板或为可在高压LED芯片组的紫外光激发下发射出蓝、绿、黄混合光的荧光板。如图5所示，支架及散热组件1包括具有通孔111的支撑壳体11及设置在支撑壳体11的通孔111的一端的散热底板12、另一端的透镜14，荧光板13装置在支撑壳体11的通孔111内且位于透镜14的内侧面上并通过粘胶剂与透镜14紧密连接，透镜14则由硅胶或树脂材料或耐高温的透明塑料或玻璃材料制成，在本发明中，透镜14采用球冠形状，采用的材料为低折射率的硅胶，所以有利于提高本发明的光效，而高压LED芯片组及小功率LED芯片位于支撑壳体11的通孔111内且固定在散热底板12上，同时在散热底板12与荧光板13之间填充有硅胶体15，在支撑壳体11的侧面上设置有电源输入端电极16。其中，硅胶体15由高折射率的硅胶制成，一方面可把高压LED芯片组与小功率LED芯片相连接的金线凝固，保护金线；另一方面又有利于提高LED的光提取效率。为了更好地获得均匀的高显色性照明白光光源，高压LED芯片组、小功率LED芯片的封装位置基本对称。本发明使用时，其发出的高显色性白光，既可以由高压LED芯片组发出的蓝光与荧光板13发出的黄光，以及小功率LED芯片发出的红光或橙色光混合而成，也可以是由不同的高压LED芯片组发出的蓝光和紫光，它们激发荧光板13发出黄绿光或黄光，再配合小功率LED芯片发出的红光或橙色光混合而成。由于荧光板13在高压LED芯片组发出的部分蓝光受激下会发射出长余辉黄光，并与高压LED芯片组发出的其余蓝光和小功率LED芯片发出的红光配混合，就可以获得人眼感受不到白光的闪耀和显色性达到90以上的白光，这样的白光就可应用到各类照明场合，其市场应用潜力巨大。为了使本发明具有良好的散热效果，如图5所示，散热底板12由导热绝缘层121和散热层122组成，其中散热层122与外部空间相通且其一侧面与导热绝缘层121紧密贴合，而高压LED芯片组及小功率LED芯片固定在导热绝缘层121上。为了增大散热层122与外部空间的接触面积，以利用散热层122更好地散热，如图5所示，散热层122具有斜面结构。其中，导热绝然层121由陶瓷或金刚石或其它非金属材料制成，散热层122则由Al、Cu等金属或金属复合材料或石墨或石墨与金属复合材料或其它散热能力强的非金属材料制成。并且在导热绝缘层121上设置有电极层2，高压LED芯片组及小功率LED芯片固定在电极层2上，而且电极层2由铜金属制成并通过电镀的方式设置在导热绝缘层121的表面上。

为了使本发明具有不同的照明效果，本发明的电路可设置成由不同个数的高压LED芯片组及小功率LED芯片连接组成。

实施例一：

如图1所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5和高压LED芯片组B2构成通电回路；高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例二：

如图2所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B1所在的支路中串联有小功率LED芯片LED1，而且小功率LED芯片LED1的电流输出端与高压LED芯片组B1的正极连接，同时在高压LED芯片组B4所在的支路中串联有小功率LED芯片LED2，而且小功率LED芯片LED2的电流输出端与高压LED芯片组B4的正极连接。该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5和高压LED芯片组B2构成通电回路；小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例三：

如图3所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B1所在的支路中串联有小功率LED芯片LED1，而且小功率LED芯片LED1的电流输出端与高压LED芯片组B1的正极连接；高压LED芯片组B2所在的支路中串联有小功率LED芯片LED2，而且小功率LED芯片LED2的电流输出端与高压LED芯片组B2的正极连接；高压LED芯片组B3所在的支路中串联有小功率LED芯片LED3，而且小功率LED芯片LED3的电流输出端与高压LED芯片组B3的正极连接；高压LED芯片组B4所在的支路中串联有小功率LED芯片LED4，而且小功率LED芯片LED4的电流输出端与高压LED芯片组B4的正极连接。该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、小功率LED芯片LED2和高压LED芯片组B2构成通电回路；小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例四：

如图4所示，高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B4、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B7和高压LED芯片组B9连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B4和高压LED芯片组B5串联在同一支路上，高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B7串联在同一支路上，而高压LED芯片组B2的正极端串联有小功率LED芯片LED1、负极端串联有小功率LED芯片LED2，高压LED芯片组B9的正极端串联有小功率LED芯片LED4、负极端串联有小功率LED芯片LED3。该桥式整流电路的两端分别串联有高压LED芯片组B1和高压LED芯片组B8、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B10。而在桥式整流电路的电流输入端连接有限流电阻R。该电路通电时，限流电阻R、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B2、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B7、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B9、小功率LED芯片LED3和高压LED芯片组B8构成通电回路；高压LED芯片组B10、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B9、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B2、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims

1.一种高显色性的发光二极管装置，包括支架及散热组件（1）、整流电路、荧光板（13）和至少一个高压LED芯片组，其特征在于所述高压LED芯片组上连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。

2.根据权利要求1所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片。

3.根据权利要求1所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路。

4.根据权利要求3所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。

5.根据权利要求1所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述荧光板（13）由PC材料与荧光粉烧结而成或玻璃材料与荧光粉烧结而成或硅胶与荧光粉通过压膜形成或树脂与荧光粉通过压膜形成。

6.根据权利要求1所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述荧光板（13）为可在高压LED芯片组的蓝光激发下发射出黄光或黄绿光的荧光板或为可在高压LED芯片组的紫外光激发下发射出蓝、绿、黄混合光的荧光板。

7.根据权利要求1或3所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述整流电路的输入端连接有限流电阻R。

8.根据权利要求1所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述支架及散热组件（1）包括具有通孔（111）的支撑壳体（11）及设置在支撑壳体（11）的通孔（111）的一端的散热底板（12）、另一端的透镜（14），上述荧光板（13）装置在所述支撑壳体（11）的通孔（111）内且位于所述透镜（14）的内侧面上，上述高压LED芯片组及小功率LED芯片位于所述支撑壳体（11）的通孔（111）内且固定在散热底板（12）上，所述散热底板（12）与荧光板（13）之间填充有硅胶体（15），所述支撑壳体（11）的侧面上设置有电源输入端电极（16）。

9.根据权利要求8所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述散热底板（12）由导热绝缘层（121）和散热层（122）组成，所述散热层（122）与外部空间相通且其一侧面与导热绝缘层（121）紧密贴合，上述高压LED芯片组及小功率LED芯片固定在所述导热绝缘层（121）上。

10.根据权利要求9所述高显色性的发光二极管装置，其特征在于上述导热绝缘层（121）上设置有电极层（2），上述高压LED芯片组及小功率LED芯片固定在所述电极层（2）上。