CN104500995A - Sip高压高显led光源模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种SIP高压高显光源模组，包括荧光胶层、发光芯片、围坝点胶层、LED陶瓷底板、将交流电转换成恒压直流电的整流及恒流组件以及晶片电极焊盘；发光芯片固定在LED陶瓷底板的发光面区域上，围坝点胶层固定在发光芯片的四周，荧光胶层涂覆在发光芯片的上表面，晶片电极焊盘固定在LED陶瓷底板的发光面区域，整流及恒流组件固定在陶瓷底板发光区域的外侧，整流及恒流组件一端通入交流电，另一端将转换为恒流的直流电输送入晶片电极焊盘中。本发明提供的SIP高压高显LED光源模组，可使用高压交流电220V直接驱动，安装极其方便、使用简单。本发明利用晶圆二极管作为整流桥，同时也用晶圆级IC对整流出来的电流作恒流处理，这样保证了LED发光所需的电流。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明光源模组技术领域，尤其涉及一种SIP高压高显LED光源模组。
背景技术
如今的LED光源模组技术，使用时都要外加一个驱动电源，这也就使得成品制作时外观设计和整体的观觉效果大打折扣。
目前产品中，依靠蓝色光与YAG/TAG/氮化物等等系列荧光粉激发出的白光显色性指数相对较低，虽然有用氮化物的红粉或绿粉相互补偿，但是450-460nm的蓝光在620-650nm红粉或518-540nm绿粉的发光峰值波长激发值(穿透率或中和率)很小，以致产品亮度较低，同时使用过程中也会有较大的光衰。采用蓝光LED同时激发黄色和红色两种荧光粉，通过提高红色荧光粉的含量，可以获得低色温和高显色性白光LED。这种方法的优点在于两种荧光粉混合均匀，使得LED器件产生的蓝光、黄光和红光在整个空间比较容易均匀混色，可以预期器件的空间色度均匀性较好。但其缺点在于，目前，红色荧光粉的量子效率较低，致使整个器件的发光效率不高，加入红色荧光粉后，器件的发光效率几乎降低了一半。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种采用交直流转变技术，融合了LED晶片集成技术、图像还原技术，整套模组具有高稳定性、高亮度、高显色、低炫光等特点的SIP高压高显LED光源模组。
为了达到上述目的，本发明一种SIP高压高显LED光源模组包括荧光胶层、发光芯片、围坝点胶层、LED陶瓷底板、将交流电转换成恒压直流电的整流及恒流组件以及晶片电极焊盘；所述的发光芯片固定在LED陶瓷底板的发光面区域上，所述的围坝点胶层固定在发光芯片的四周，所述荧光胶层涂覆在发光芯片的上表面，所述晶片电极焊盘固定在LED陶瓷底板的发光面区域，所述的整流及恒流组件固定在陶瓷底板发光区域的外侧，整流及恒流组件一端通入交流电，另一端将转换为恒流的直流电输送入晶片电极焊盘中。
其中，所述的荧光胶层部分包括铝酸盐-YAG、硅酸盐-TAG荧光粉以及硅胶，硅胶和荧光粉混合覆盖在发光芯片上，形成荧光胶层。
其中，所述的发光芯片包括WD450-460nmLED蓝光芯片和WD620-630nmLED红光芯片，所述的LED蓝光芯片和LED红光芯片通过连接导线，交错排布串联成一条直线，固定在LED陶瓷底板的发光面区域。
其中，所述的整流及恒流组件包括整流晶圆固焊块、将交流电转换为直流电的整流晶圆以及将整流出来的电流做横流处理的整流晶圆IC，所述的整流晶圆固焊块连接整流晶圆，整流晶圆连接整流晶圆IC。
其中，所述的SIP高压高显光源模组还包括AC输入端，所述的AC输入端设置在LED陶瓷底板的发光区域的外侧，AC输入端连接着外部交流电和整流晶圆。
其中，所述的晶片电极焊盘呈长条形，两片晶片电极焊盘对称固定在LED陶瓷底板的发光区域边缘处，所述的第一片晶片电极焊盘分别与电源正极和光源正极连接，所述的第二片晶片电极焊盘分别与电源负极和光源负极连接。
其中，所述的SIP高压高显光源模组还包括作为保护层的IC封装层，所述的IC封装层呈不规则形状的涂覆在LED陶瓷底板的整流及恒流组件上。
其中，所述的SIP高压高显光源模组还包括陶瓷底板固定孔，两固定孔呈中心对称的设置在LED陶瓷底板的边缘位置。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的光源模组可使用高压交流电220V直接驱动，安装极其方便、使用简单。本发明利用晶圆二极管作为整流桥，同时也用晶圆级IC对整流出来的电流作恒流处理，这样保证了LED发光所需的电流。光谱由WD450-460nmLED蓝光芯片、WD620-630nmLED红光芯片与540-570nm黄色光谱铝酸盐-YAG或硅酸盐-TAG荧光粉组成，在不使用氮化物荧光粉的情况下，同时也增加了红色光谱，产品的显色指数得到较好提升，而且这种新型的LED集成高显色模组，可以有效的提高光源模组的发光效率，按2000H来讲，此新型的LED集成高显色模组光通量维挂率可达到90%以上。本发明采用交直流转变技术，融合了LED晶片集成技术、图像还原技术，整套模组具有高稳定性、高亮度、高显色、低炫光等特点。
本发明部分技术性能指标对比：
| 序号 | 技术性能指标 | 国内同类产品 | 国外同类产品 | 本案产品 |
| 1 | 指色指数（RA） | >80 | >80 | >80 |
| 2 | 光效率LM/W | <100LM/W | 90-120LM/W | 120-140LM/W |
| 3 | 光通量维持率2000H | 70% | 85% | 94% |
| 4 | 焊线材质 | 铜线/金线 | 金线 | 金线 |
| 5 | 金线拉力g | 10g | 12g | 12g |
| 6 | 红色光谱源 | 氮化物荧光粉 | 氮化物荧光粉 | 红光LED芯片 |
| 7 | 耐压性能V | 2000V | 2000V | 4000V |
| 8 | 驱动方式 | DC驱动 | DC驱动 | AC驱动 |
附图说明
图1为本发明SIP高压高显光源模组的爆炸图；
图2为本发明SIP高压高显光源模组光源工作原理图；
图3为本发明SIP高压高显光源模组红光芯片光谱与结温关系曲线图；
图4为本发明SIP高压高显光源模组InGaN 蓝光LED光谱与结温关系曲线图；
图5为本发明SIP高压高显光源模组LED白光白兰比值与结温的线性关系图。
主要元件符号说明如下：
10、荧光胶层 11、连接导线
12、发光芯片 121、LED蓝光芯片
122、LED红光芯片 13、围坝点胶层
14、IC封装层 15、LED陶瓷底板
16、晶片电极焊盘 17、整流及恒流组件
171、整流晶圆固焊块 172、整流晶圆
173、恒流晶圆IC 18、AC输入端
19、陶瓷底盘固定孔。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
参阅图1，本发明一种SIP高压高显LED光源模组包括荧光胶层10、发光芯片12、围坝点胶层13、LED陶瓷底板15、将交流电转换成恒压直流电的整流及恒流组件17以及晶片电极焊盘16；发光芯片12固定在LED陶瓷底板15的发光面区域上，围坝点胶层13固定在发光芯片12的四周，荧光胶层10涂覆在发光芯片12的上表面，晶片电极焊盘16固定在LED陶瓷底板15的发光面区域，所述的整流及恒流组件17固定在陶瓷底板15发光区域的外侧，整流及恒流组件17一端通入交流电，另一端将转换为恒流的直流电输送入晶片电极焊盘16中。
进一步的参阅图2，本发明光源的工作原理是：将一堆LED微小晶粒采用交错的矩阵式排列工艺均匀分布， LED晶圆二极管串组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流源，另两端联接一串LED晶粒，通电后四个桥臂上的LED晶粒按频率发光，。在60Hz的交流中会以每秒60次的频率轮替点亮。整流桥取得的直流是脉动直流，LED的发光也是闪动的，LED有断电余辉续光的特性，余辉可保持几十微秒，因人眼对流动光点记忆是有惰性的，结果人眼对LED光源的发光加余辉的工作模式解读是连续在发光。LED有一半时间在工作，有一半时间在休息，因而发热得以减少40%～20%。因此本产品的使用寿命较DC LED更长。
相较于现有技术，本发明提供的SIP高压高显LED光源模组，可使用高压交流电220V直接驱动，安装极其方便、使用简单。本发明利用晶圆二极管作为整流桥，同时也用晶圆级IC对整流出来的电流作恒流处理，这样保证了LED发光所需的电流。本发明采用交直流转变技术，融合了LED晶片集成技术、图像还原技术，整套模组具有高稳定性、高亮度、高显色、低炫光等特点。
在本实施例中，荧光胶层10包括铝酸盐-YAG、硅酸盐-TAG荧光粉以及硅胶，硅胶和荧光粉混合覆盖在发光芯片12上，形成荧光胶层10。根据产品光色的需要，可以改变铝酸盐-YAG、硅酸盐-TAG荧光粉的配比，以达到不同的光效。
在本实施例中，发光芯片12包括WD450-460nmLED蓝光芯片121和WD620-630nmLED红光芯片122， LED蓝光芯片121和LED红光芯片122通过连接导线11，交错排布串联成一条直线，固定在LED陶瓷底板15的发光面区域。光谱由WD450-460nmLED蓝光芯片、WD620-630nmLED红光芯片与铝酸盐-YAG或硅酸盐-TAG荧光粉组成，在不使用氮化物荧光粉的情况下，同时也增加了红色光谱，产品的显色指数得到较好提升，而且这种新型的LED集成高显色模组，可以有效的提高光源模组的发光效率，按2000H来讲，此新型的LED集成高显色模组光通量维挂率可达到90%以上。
在本实施例中，整流及恒流组件17包括整流晶圆固焊块171、将交流电转换为直流电的整流晶圆172以及将整流出来的电流做横流处理的整流晶圆IC173，整流晶圆固焊块171连接整流晶圆172，整流晶圆172连接整流晶圆IC173。在整流及恒流组件的作用下，即可免去驱动电源的作用。
在本实施例中，该SIP高压高显光源模组还包括AC输入端18， AC输入端18设置在LED陶瓷底板15的发光区域的外侧，AC输入端18连接着外部交流电和整流晶圆172。
在本实施例中，晶片电极焊盘16呈长条形，两片晶片电极焊盘16对称固定在LED陶瓷底板15的发光区域边缘处，第一片晶片电极焊盘16分别与电源正极和光源正极连接，第二片晶片电极焊盘16分别与电源负极和光源负极连接。焊盘的形状设计可以使其能够适应不同结构的芯片与IC。
在本实施例中，该SIP高压高显光源模组还包括作为保护层的IC封装层14， IC封装层14呈不规则形状的涂覆在LED陶瓷底板15的整流及恒流组件17上。因为齐纳管和恒流管都要焊线，IC封装层就可以做保护层。
在本实施例中， SIP高压高显光源模组还包括陶瓷底板固定孔19，两固定孔呈中心对称的设置在LED陶瓷底板15的边缘位置。固定孔的设置使得该光源模组可以方便的固定。
试验一
芯片与荧光粉对光谱的影响
采用同一批大功率蓝光LED芯片进行实验：
1）采用大功率蓝光LED芯片同时激发黄色荧光粉和红色荧光粉，通过调整荧光粉中红粉的比例，可以得到不同色温和显色指数的白光大功率LED。说明大功率LED的发光随工作电流及红色荧光粉含量的变化而变化。
2）用大功率蓝光LED激发加黄色荧光粉，并用红光LED进行补偿，调整大功率LED芯片及荧光粉的发光强度，结果出现低色温和高显色性白光LED。如果采用较高水平的LED芯片，实验效果会更好。
试验分析：
1）该白光LED以红色荧光粉的发射光谱为主，光谱峰值波长630nm，色坐标ｘ=0.4095，ｙ=0.3658。其色温和显色指数为3100Ｋ和83.2。调整两种荧光粉的比例，得到不同色温的白光LED。随着荧光粉中红粉含量的增加，更多的红色荧光粉吸收大功率LED芯片产生的蓝光后发生辐射跃迁并发出红光，导致了相对光谱的红移，同时大功率的色温逐渐降低，而LED显色指数升高。但是，由于所用红色荧光粉的量子效率较低，要产生较多的红光就必须吸收更多的蓝光，这导致了器件光谱中的蓝光和黄光成分减少，器件整体光输出减少。
2）采用蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，同时采用中等亮度红光LED进行补偿也可制备白光LED。为使结构更为紧凑光色更为均匀，可以将红光LED芯片串联在蓝光LED芯片组里。实验用了15颗大功率蓝光LED芯片和2颗红光LED芯片，在大功率蓝光LED芯片上涂敷荧光粉时，考虑到了荧光粉与红光的相互吸收量。当电压输入时，蓝光芯片达到饱和状态，红光芯片也已经达到饱和状态，发出的光量子会增多，红光光量子与被黄色荧光粉吸收补粉形成互补。其色温和显色指数分别为3450Ｋ和93.9，色坐标ｘ=0.3630，ｙ=0.3721。由实验可以发现光通量和光效远远高于采用蓝光LED同时激发黄色和红色两种荧光粉得到的器件水平。
试验结论：
1）采用蓝光LED同时激发黄色和红色两种荧光粉，通过提高红色荧光粉的含量，可以获得低色温和高显色性白光LED。这种方法的优点在于两种荧光粉混合均匀高，使得LED器件产生的蓝光、黄光和红光在整个空间比较容易均匀混色，可以预期器件的空间色度均匀性较好。其缺点在于，目前，红色荧光粉的量子效率较低，致使整个器件的发光效率不高，加入红色荧光粉后，器件的发光效率几乎降低了一半。
2）用蓝光LED激发黄色荧光粉同时用红光LED进行补偿，也可获得低色温和高显色性白光LED。这种方法的优点在于避开了低效率红色荧光粉的使用，因此大功率LED的整体发光效率比较高。
试验二
高显色LED模组无电源高压驱动产品有效解决了温度升高对光色的影响
从以上图3、图4、图5综合分析，红光芯片来补充饱和红色受到温度的影响更小，单从图4分析，蓝光光谱受结温影响没有线性关系，可以忽略不计。图3告诉我们温度越高，红光芯片光谱会红移，红移避免了饱和红色损失。从图5分析，可以看出白光LED受到温度的影响，光谱不断蓝移，如果红色光谱红移，那么整体颜色就会偏粉色。
温度不断升高，LED荧光粉体受热衰减，从各种粉体特征分析，铝酸盐黄色荧光粉受热衰减幅度最小，本方案只用到了黄粉。高导热系数作为LED的热沉，能够使LED芯片产生的热量及时有效导出去，可以在很大程度上降低LED芯片温度，减低温度，粉体受热失效的幅度大大降低。
本发明的优势在于：
1、光线更加明亮。
2、光线更柔和悦目。
3、被照物体颜色更真实。
4、光色衰减更小（常规老化350小时，光通量保持99%或以上。
5、装配更简便（减少大体积电源紫装，简化装配流程，降低生产成本）。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种SIP高压高显光源模组，其特征在于，包括荧光胶层、发光芯片、围坝点胶层、LED陶瓷底板、将交流电转换成恒压直流电的整流及恒流组件以及晶片电极焊盘；所述的发光芯片固定在LED陶瓷底板的发光面区域上，所述的围坝点胶层固定在发光芯片的四周，所述荧光胶层涂覆在发光芯片的上表面，所述晶片电极焊盘固定在LED陶瓷底板的发光面区域，所述的整流及恒流组件固定在陶瓷底板发光区域的外侧，整流及恒流组件一端通入交流电，另一端将转换为恒流的直流电输送入晶片电极焊盘中。
2.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的荧光胶层部分包括铝酸盐-YAG、硅酸盐-TAG荧光粉以及硅胶，硅胶和荧光粉混合覆盖在发光芯片上，形成荧光胶层。
3.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的发光芯片包括WD450-460nm LED蓝光芯片和WD620-630nm LED红光芯片，所述的LED蓝光芯片和LED红光芯片通过连接导线，交错排布串联成一条直线，均匀的固定在LED陶瓷底板的发光面区域。
4.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的整流及恒流组件包括整流晶圆固焊块、将交流电转换为直流电的整流晶圆以及将整流出来的电流做横流处理的整流晶圆IC，所述的整流晶圆固焊块连接整流晶圆，整流晶圆连接整流晶圆IC。
5.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的SIP高压高显光源模组还包括AC输入端，所述的AC输入端设置在LED陶瓷底板的发光区域的外侧，AC输入端连接着外部交流电和整流晶圆。
6.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的晶片电极焊盘呈长条形，两片晶片电极焊盘对称固定在LED陶瓷底板的发光区域边缘处，所述的第一片晶片电极焊盘分别与电源正极和光源正极连接，所述的第二片晶片电极焊盘分别与电源负极和光源负极连接。
7.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的SIP高压高显光源模组还包括作为保护层的IC封装层，所述的IC封装层呈不规则形状的涂覆在LED陶瓷底板的整流及恒流组件上。
8.根据权利要求1所述的SIP高压高显光源模组，其特征在于，所述的SIP高压高显光源模组还包括陶瓷底板固定孔，两固定孔呈中心对称的设置在LED陶瓷底板的边缘位置。
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