CN103441207A - 荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率led灯条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其包括内外两部分，里面是均匀贴有LED芯片的LED透明陶瓷板条，用硅胶灌封，板条上做有破坏全反射的微结构，外面是涂黄色荧光粉的亚克力管条，亚克力管条外形是按照LED发光强度的等值线设计的。这种LED灯条，荧光粉涂抹固定模组与LED发光模组可以分别制作，实现灵活组合，容易实现成品率高，生产成本低，寿命长，光效高，全角度均匀发光的目的。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯条，特别涉及荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条。
背景技术
近几年来，LED照明技术得到了突飞猛进的发展，特别是LED灯条技术的发展，以其高光效、高可靠、长寿命、绿色环保等优势更是有迅速取代了传统白炽灯的架势。但是，白炽灯作为传统的照明灯具，制作工艺成熟，成本低廉，仍是很多普通老百姓照明光源的选择。如果LED要全面取代白炽灯应用到室内照明，除了保持LED高光效，长寿命等优点之外，必须进一步降低LED灯具成本。
LED灯条分为软灯条和硬灯条两大类。LED软灯条是采用FPC做组装线路板，用贴片LED进行组装，其产品的厚度约一两毫米，长度不定，有30cm长12颗LED、24颗LED以及50cm长15颗LED、30颗LED等，可以随意剪断、也可以任意延长而发光不受影响。FPC材质柔软，可以任意弯曲、折叠、卷绕，可在三维空间随意移动及伸缩而不会折断。LED硬灯条又分铝基板灯条和透明基板灯条，其中铝基板灯条是用PCB硬板做组装线路板，LED有用贴片LED进行组装的，也有用直插LED进行组装的，视需要不同而采用不同的元件。硬灯条的优点是比较容易固定，加工和安装都比较方便；透明基板灯条是用高导热系数的透明陶瓷作基板，把LED芯片直接贴封在陶瓷基板上，这样，LED灯条除了从顶部出光外，增加了从透明基板底部的出光，大大提高灯条的光效，是很有前途的一种封装方案。
然而，现有技术应用透明陶瓷封装的白光LED中主要有两种，一种是在蓝色LED周围喷涂黄色荧光粉，蓝光通过荧光粉后得到蓝黄混合波长白光，然后经过透明陶瓷出射；另一种是在透明陶瓷里面均匀混合着黄色荧光粉，蓝光通过陶瓷后，获得蓝光跟黄光混合而成的白光。这两种封装技术都要求技术水平非常高。芯片非常小，在芯片附近涂荧光粉，很容易就产生厚薄不均匀的现象，得到光色不均匀的不良产品，荧光粉紧挨这芯片热源，发光效率也会受到影响；而在陶瓷中掺入荧光粉，陶瓷多晶和荧光粉晶体两者最佳成晶的温度并不相同，混合在一起制成各自难以都达到最佳的状态；陶瓷材料中增加了荧光粉材料，使得陶瓷多晶的间隔，气孔增加，从而透明度以及热传导系数都将降低；透明陶瓷对不同波长透过率是不一致，因此LED的光线通过陶瓷的与没通过陶瓷的颜色往往不一致。另外，用这两种技术一旦生产出来产品后，产品的光色将不可改变。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，实现了荧光粉和芯片分别封装，然后灵活组合，得到全角度均匀白光的高光效，低成本的LED灯条。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，包括内外相套的两部分，内部为均匀贴有LED芯片的LED板条，外部为内壁涂有黄色荧光粉的亚克力力管条，所述亚克力管条的壁壳呈波纹形。
进一步地，所述LED板条1包括嵌有铜箔片的透明陶瓷基板，所述LED芯片采用透明导电胶串联地呈一字形贴装在透明陶瓷基板上，所述透明陶瓷基板右侧焊接有与铜箔片相导通的LED电极，所述透明陶瓷基板及LED芯片上均填覆有硅胶层。
进一步地，述LED芯片(6)为GaN基蓝光LED。
进一步地，所述透明陶瓷基板的厚度为1.4~2mm。既能顺利散热，又保证基板的强度。
进一步地，所述亚克力管条的左、右两端分别设置有用于散热的左通风口及右通风口。
进一步地，所述亚克力管条的横截面呈椭圆形，且该椭圆形上方的管条顶弧部的曲率大于椭圆形两侧部及底部的管条侧弧部、管条底弧部的曲率。
进一步地，所述LED板条距离亚克力管条顶部、底部、侧部的距离比为1.29：1：0.57。
进一步地，所述亚克力管条是由聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯材料制成。
进一步地，所述硅胶层的上表面偏离 发光中心处设置有用于破坏全反射的硅胶凸点。
进一步地，所述透明陶瓷基板是MgAl2O4材料热压煅烧而成，折射率为1.73，1.5毫米厚的蓝光透光率约60%，热传导系数约为17 w/m.K。
进一步地，所述黄色荧光粉是YAG：Ce。
进一步地，所述LED电极是用金线焊接。
进一步地，所述LED芯片的电路连接方式为串联。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明通过采用了透明陶瓷基板，使LED芯片光源向上出射的部分光线与铝基板封装的LED基本相同，而增加了向下从透明陶瓷出射的方式，这部分的光通量约是向上出射的光通量的一半多，也就是铝基板封装的LED能实现120lm/W的话，透明陶瓷基板封装的LED有望达到200lm/W。由于出射光是单色蓝光，不存在因透明陶瓷对不同波长透过率不一致引起的光色变化。然后根据LED的光强等值曲线，制作亚克力套管，使得套管的形状刚好与LED空间光强等值曲线形状一致。在管子的内壁，均匀涂有黄色的荧光粉。这样LED发出的蓝光经过亚克力套管后，剩余蓝光与荧光粉发出的黄光混合而成白光，从管子的外表面全角度均匀出射。从而达到荧光粉和LED芯片组合式封装而得的高光效，低成本，无眩目，全角度均匀发白光的LED灯条。
（2）本发明对现有的透明陶瓷LED封装技术改变不大，并且相对降低了封装的技术难度，操作简单、产品成品率却大大提高，成本也相应降低。
（3）不掺荧光粉的透明陶瓷相对容易制作出高品质，高透光率更有保障。
（4）用内壁涂荧光粉的亚克力管条来实现LED的白光，使得荧光粉远离热源，寿命更长，光色更稳定。
（5）内壁涂荧光粉的亚克力管条与LED陶瓷板大小差异不大，使得应用灯条的具有极高的灵活性，可以单独用到球泡灯内，也可以组合应到其他灯具上。
附图说明
图1荧光粉与芯片分离的全角度均匀发光的LED灯条结构示意图。
图2透明陶瓷基板贴片封装的蓝光LED的结构示意图。
图3嵌入陶瓷基板的铜箔片的结构示意图。
图4 内涂黄色荧光粉的亚克力套管剖面结构示意图。
图5 内涂黄色荧光粉的亚克力套管横截面结构示意图。
图6 亚克力套管波浪形状的结构示意图。
图中所示为：1-LED板条；2-亚克力管条；3-硅胶凸点；4-硅胶层；5-LED电极；6-LED芯片；7-透明陶瓷基板；8-负极；9-正极；10-右通风口；11-左通风口；12-管条顶弧部；13-管条侧弧部；14-管条底弧部。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明。
如图1、图2所示，荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，包括内外相套的两部分，内部为均匀贴有LED芯片6的LED板条1，外部为内壁涂有黄色荧光粉的亚克力管条2，所述亚克力管条2的壁壳呈波纹形，述LED芯片6为GaN基蓝光LED。
所述LED板条1包括嵌有铜箔片的透明陶瓷基板7，所述LED芯片6采用透明导电胶串联地呈一字形贴装在透明陶瓷基板7上，所述透明陶瓷基板7右侧焊接有与铜箔片相导通的LED电极5，所述透明陶瓷基板7及LED芯片6上均填覆有硅胶层4。
所述透明陶瓷基板7的厚度为1.4~2mm。既能顺利散热，有保证基板的强度。
所述亚克力管条2的左、右两端分别设置有用于散热的左通风口11及右通风口10。
所述亚克力管条2的横截面呈椭圆形，且该椭圆形上方的管条顶弧部12的曲率大于椭圆形两侧部及底部的管条侧弧部13、管条底弧部14的曲率。
所述LED板条1距离亚克力管条2顶部、底部、侧部的距离比为1.29：1：0.57。
所述亚克力管条2是由聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯材料制成。
所述硅胶层4的上表面偏离 发光中心处设置有用于破坏全反射的硅胶凸点3。
所述透明陶瓷基板7是MgAl2O4材料热压煅烧而成，折射率为1.73，1.5毫米厚的蓝光透光率约60%，热传导系数约为17 w/m.K。
所述黄色荧光粉是YAG：Ce。
所述LED电极5是用金线焊接。
所述LED芯片6的电路连接方式为串联。
透明陶瓷基板7长50mm，宽7mm，厚1.5~2mm； LED芯片6的大小为10*23mil（毫英寸），6颗共1瓦的LED芯片6等间距地排成一排，用透明导电胶贴在透明陶瓷基板7上，并且它们以串联的方式接到图3所示的中的铜箔电极的负极8和正极9上；在LED芯片6上方，硅胶层4的上表面设置有硅胶凸点3，是直径大于1个波长，小于1毫米的任意形状的上凸的硅胶点，是在偏离发光中心30度角后，为了克服表面光线出射的全反射及大角度的高反射现象而在表面做一些微小结构；LED电极5对内连接串联的LED芯片6，对外连接驱动电源，同时也是LED芯片6热量流向散热器的通道。外面部分是内壁涂有黄色荧光粉的亚克力管条2，形貌结构如图4、图5所示，内部均匀涂上黄色荧光粉，外面呈现凹凸有致如波浪形状。亚克力管条2的两端分别设有右通风口10、左通风口11，保证气体流通，加强LED芯片6的散热，且左通风口11的开口还有引出LED电极5的作用；亚克力管条2的纵向界面的上方，起伏的幅度相对较小，是因为上表面的硅胶做了很多凸点加强的大角度方向的光线透射的结果；而下表面是光滑的陶瓷，材质坚硬且易脆裂，不宜做细微结构，因此，从LED发光正上方到LED间隔中心上方的光强的等值线起伏较大。图5为亚克力管条2的横截面示意图，可以分为上中下三段，由于LED芯片6侧向出光约为总能量的20%，上方出射约50%，而下方出射约为30%，所以，对于LED芯片6上方采取用增大距离和增大面积来使得光密度与侧面以及底面的光密度相等。因此有，亚克力管条2上方的管条顶弧部12曲率大，侧面及底部的管条侧弧部13、管条底弧部14曲率较小。
图6是针对套管起伏幅度的关键参数所在的位置示意图。
这里继续阐明荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条的两个关键部件的设计方法。
（1）计算出套管各点与LED的距离。LED出光面上的光能量密度关系的比例约为：上表面：下表面：侧面=50%：30%：10%=1.67：1：0.33，所以有H1：H2：H3=1.29：1：0.57；其中的H1,H2,H3如图5所示分别为LED上表面,底面以及侧面到套管的垂直距离。这样，在亚克力管条2的横向方向上360度的发光强度都是一致的。而在管套的纵向上，也要做成波浪形状，使得管套各点落在光强的等值线上。作为例子，这里H3取值为3.3mm,那么H2为7mm，H1为9mm，那么，底面纵向波谷处H5等于3.6mm，上表面的波谷H4等于5.3mm，这样得到的灯条表面各处的光强基本是一致的。纵向方向的波纹，除了消除灯条表面暗斑，保证各个位置亮度一致之外，也同时加强灯条的纵向方向的照明，更方便了各灯具的配光设计。
（2）计算确定透明陶瓷基本的厚度。LED芯片6工作电压一般是3.3伏左右，而蓝光的光子能量为2.64ev，也就是说管芯电能转化为光能的最大效率约为0.8；而LED的外量子效率除了受到材料散射损耗，材料吸收之外，LED光线提取出来也很不容易的。考虑到界面的反射损耗以及陶瓷基板的透过率问题，电能转化为光能并发射出去的能量约50%，也就是说50%的能量将转化为热量，需要通过基板散发出去的。而灯条中6个管芯，只要离散热器最远的管芯的热量能传导出去，那么整个灯条的工作将是正常的，因此，只需计算最后一个管芯的散热即可。计算中利用了公式λA（θ2-θ1）/L=W，其中λ为陶瓷基板的热传导系数，A为截面面积，θ2为管芯正常工作可承受的最高温度，θ1为散热器温度，L为散热通道的长度，W为最远管芯产生的热量。其中陶瓷截面的宽度是7mm，长度是40mm，计算出陶瓷的厚度为1.4mm。如果提取LED光线的效率降低到30%的话，那么陶瓷基板的厚度应为2mm。
上述为本发明荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条详细内容。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，包括内外相套的两部分，内部为均匀贴有LED芯片(6)的LED板条(1)，外部为内壁涂有黄色荧光粉的亚克力管条(2)，所述亚克力管条(2)的壁壳呈波纹形。
2.根据权利要求1所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述LED板条(1)包括嵌有铜箔片的透明陶瓷基板(7)，所述LED芯片(6)采用透明导电胶串联地呈一字形贴装在透明陶瓷基板(7)上，所述透明陶瓷基板(7右侧焊接有与铜箔片相导通的LED电极(5)，所述透明陶瓷基板(7)及LED芯片(6)上均填覆有硅胶层(4)。
3.根据权利要求2所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述LED芯片(6)为GaN基蓝光LED。
4.根据权利要求2所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述透明陶瓷基板(7)的厚度为1.4~2mm。
5.根据权利要求1所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述亚克力管条(2)的左、右两端分别设置有用于散热的左通风口(11)及右通风口(10)。
6.根据权利要求1所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述亚克力管条(2)的横截面呈椭圆形，且该椭圆形上方的管条顶弧部(12)的曲率大于椭圆形两侧部及底部的管条侧弧部(13)、管条底弧部(14)的曲率。
7.根据权利要求1所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述LED板条(1)距离亚克力管条(2)顶部、底部、侧部的距离比为1.29：1：0.57。
8.根据权利要求1所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述亚克力管条(2)是由聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯材料制成。
9.根据权利要求2所述的荧光粉与芯片分离全角度均匀出光的大功率LED灯条，其特征在于，所述硅胶层(4)的上表面偏离发光中心处设置有用于破坏全反射的硅胶凸点(3)。
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