CN104505456A - 一种散热良好的大功率白光led及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种散热良好的大功率白光LED，包括COB芯片模组、透明陶瓷荧光盖片、反光杯、上充液空腔、下充液空腔以及散热器；所述COB芯片模组是封装有多颗蓝光LED芯片的散热基板，并位于反光杯的底部；所述透明陶瓷荧光盖片位于COB芯片模组上方并通过密封粘胶固定于反光杯上；所述上充液空腔处于所述透明陶瓷荧光盖片与COB芯片模组之间并充满导热流体；所述下充液空腔处于所述COB芯片模组的下方且与所述上充液空腔相通，并充满导热流体和蓄热型相变颗粒；所述散热器环设于所述下充液空腔的外圈并连接于所述反光杯和COB芯片模组的下方。本发明不仅发光良好，且散热也良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率白光LED，具体涉及一种散热良好的大功率白光LED及其制造方法。
背景技术
从1882年爱迪生发明白炽灯以来，人类照明光源已经历了三个阶段：白炽灯、霓虹灯、气体放电灯。作为照明技术的真正革命，白光LED被誉为第四代照明光源。相较于传统照明，其显著不同之处在于，白光LED利用半导体材料将电能直接转化为光，同时光线不产生热量，并且有长寿命、节能、环保等特点。
荧光转换技术仍是目前国内外制造白光LED的主流技术。传统的荧光转换技术是通过在蓝光LED芯片上涂敷黄色荧光粉，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，蓝光和黄光混合形成白光；此技术有涂敷工艺简单、蓝光LED芯片及黄色荧光粉制备较为成熟、YAG:Ce3+荧光粉的激发光谱与InGaN或GaN蓝光芯片发光光谱较匹配等优点，是目前制造白光LED最为成熟的方法。但是，也存在如下问题：1、荧光粉颗粒在有机材料中分散的均匀性较差，以致影响白光LED器件的光学均匀性；2、荧光粉表面存在较为严重的光散射，对发光效率有较大影响；3、混合用有机胶材料热稳定性不高，存在老化和退化；4、荧光粉涂层的导热、散热性能较差，容易致使荧光粉发生温度淬灭、老化，导致发光效率降低；5、因涂敷于芯片表面时，涂层厚度难以控制，致使白光相关色温角向分布不均匀，导致出射白光光源周围产生黄圈等现象。
白光LED在照明普及与应用方面仍存在光通量较低的关键问题，即作为照明光源，必须尽可能发出更多的光，必须具有更高的能量利用效率。而单芯片功率已无法满足照明领域对高亮度、高功率的要求，若用多个蓝光LED芯片上涂敷黄色荧光粉来实现大功率LED，其上述5个缺陷便越发明显，与理想中的大功率白光LED相差甚远。
另一方面，为实现普通照明所需的光通量，必然寻求大功率、高集成白光LED技术，这将使得LED的热流密度急剧增加。LED为热敏元件，若芯片处产生的热量不能及时散出，将导致结温升高，影响其工作性能，进而引发如下系列问题：1、发光强度降低，芯片发光效率随着结温的升高而迅速减小；2、芯片发射光谱发生红移，致使光转换效率下降；3、产品寿命大幅度缩短。大功率LED模组朝着高集成度、体积小型化发展，其散热结构及性能优劣直接影响着大功率LED的光学、热学特性及可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种散热良好的大功率白光LED，不仅能实现发光良好的大功率白光LED，还具有良好的散热性能。
本发明要解决的技术问题之一是这样实现的：一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：包括COB芯片模组、透明陶瓷荧光盖片、反光杯、上充液空腔、下充液空腔以及散热器；
所述COB芯片模组是封装有多颗蓝光LED芯片的散热基板；所述COB芯片模组位于反光杯的底部；所述透明陶瓷荧光盖片位于COB芯片模组上方并通过密封粘胶固定于反光杯上；且该透明陶瓷荧光盖片为由化学液相法制得稀土掺杂YAG前驱体后烧制而成的荧光透明陶瓷材料或荧光透明玻璃陶瓷材料制得的盖片；所述上充液空腔处于所述透明陶瓷荧光盖片与COB芯片模组之间并充满导热流体；所述下充液空腔处于所述COB芯片模组的下方且与所述上充液空腔相通，并充满导热流体和蓄热型相变颗粒，所述下充液空腔的底部设有一注液口，注液口上设有密封塞；所述散热器环设于所述下充液空腔的外圈并连接于所述反光杯和COB芯片模组的下方。
进一步的，所述蓄热型相变颗粒相变温度为30~35℃，且散布于带孔的袋式容器中，所述COB芯片模组1中间位置开设有用以连通所述上充液空腔和下充液空腔的过液孔，所述袋式容器大小大于该过液孔的孔径。
进一步的，所述导热流体为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间。
进一步的，所述散热基板为铝板、铜板或陶瓷板；且所述散热器与所述反光杯之间通过导热粘胶粘接，与COB芯片模组的散热基板之间为焊接。
进一步的，所述透明陶瓷荧光盖片的顶面半径小于底面半径，且侧面为弧形面，厚度范围为0.5～2.5mm。
进一步的，所述反光杯的内侧面包括处于下段的圆柱面及位于上段的喇叭口面；所述COB芯片模组整体高度要略低于反光杯的圆柱面。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种散热良好的大功率白光LED，不仅能实现发光良好的大功率白光LED，还具有良好的散热性能。
本发明要解决的技术问题之二是这样实现的：一种散热良好的大功率白光LED的制造方法，包含以下步骤：
a. COB芯片模组制作：将多颗蓝光LED芯片用COB工艺键合固定在高导热的散热基板上，形成COB芯片模组，然后在散热基板上开设过液孔；
b.充液空腔制作：将COB芯片模组的散热基板连接固定于一环形的散热器上，使散热器的内圈形成下充液空腔，且该下充液空腔具有一注液口；再将反光杯连接固定在所述散热器上，同时用密封粘胶将透明陶瓷荧光盖片固定在反光杯上，使透明陶瓷荧光盖片与COB芯片模组之间形成上充液空腔；
c.置入蓄热型功能孔袋：将装有蓄热型相变颗粒的带孔的袋式容器从所述注液口放入所述下充液空腔中；
d.充填导热流体：通过所述注液口将导热流体注入充满所述上充液空腔和下充液空腔，并用密封塞封住所述注液口。
进一步的，所述步骤a中，蓝光LED芯片按照圆环型阵列排布，相邻两蓝光LED芯片之间的间距为3.0-5.0mm；且蓝光LED芯片通过固晶胶或共晶焊接方式键合固定于散热基板上，并与外接电极电连接。
进一步的，所述导热流体为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间；
所述蓄热型相变颗粒相变温度为30~35℃，且散布于带孔的袋式容器中，所述袋式容器大小大于所述过液孔的孔径；
所述散热基板为铝板、铜板或陶瓷板；且步骤b中所述散热器与所述反光杯之间通过导热粘胶粘接，与COB芯片模组的散热基板之间为焊接；
所述透明陶瓷荧光盖片的顶面半径小于底面半径，且侧面为弧形面，厚度范围为0.5～2.5mm。
所述反光杯的内侧面包括处于下段的圆柱面及位于上段的喇叭口面；所述COB芯片模组整体高度要略低于反光杯的圆柱面。
本发明具有如下优点：
(1) 结合COB工艺，可以实现集成光源模组的高功率、小体积，适用于制造低成本高效大功率白光LED；
(2)通过双梯度反射杯内外角、透明陶瓷荧光盖片厚度或有效掺杂浓度的调整，不但可以增加光的有效输出，还可以减缓甚至消除封装光源出现的黄边等边缘色差效应，以实现良好的发光效果；
(3) 通过充液空腔内导热流体、下部充液空腔内蓄热型相变颗粒的引入，兼顾了流体的传热与蓄热能力；通过高导热基板、导热流体及散热器之间热量的快速疏导、换热及散热，很好地耦合了芯片、封装和散热器之间的各层级热管理，可实现高密度集成光源的良好散热。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明大功率白光LED实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的COB芯片模组的结构示意图；
图3是本发明实施例的透明陶瓷荧光盖片的结构示意图；
图4是本发明反光杯的断面结构示意图；
图5是本发明带孔的袋式容器的断面结构示意图；
图6是本发明大功率白光LED封装工艺实施例的流程示意图；
图7是本发明实施例的成品光谱图。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明的散热良好的大功率白光LED，包括COB芯片模组1、透明陶瓷荧光盖片2、反光杯4、上充液空腔31、下充液空腔32以及散热器6。
如图1和图2所示，所述COB芯片模组1是封装有多颗蓝光LED芯片11的散热基板12；其中，本发明的蓝光LED芯片11可以达到100颗以上，可以实现真正的大功率；所述COB芯片模组1位于反光杯4的底部，中间开设有一过液孔14；所述COB芯片模组1的正负极13分别与外接正负电极电连接。在优选的实施例中，所述COB芯片模组1上封装的蓝光LED芯片11按阵列结构排列，如圆形阵列排列，并通过串联、并联或混联连接；且相邻蓝光LED芯片11的间距为3.0~5.0mm。所述COB芯片模组1中的散热基板12为方形、椭圆形或圆形。
如图1和图3所示，所述透明陶瓷荧光盖片2位于COB芯片模组1上方并通过密封粘胶5固定于反光杯4上；所述透明陶瓷荧光盖片2为由化学液相法制得稀土掺杂YAG前驱体后烧制而成的荧光透明陶瓷材料或荧光透明玻璃陶瓷材料制得的盖片，厚度范围为0.5～2.5mm。所述透明陶瓷荧光盖片2的顶面21半径小于底面22半径，且侧面23为弧形面，这样可使光的聚集效果更佳。
如图1和图4所示，所述反光杯4的内侧面包括处于下段的圆柱面41及位于上段的喇叭口面42，使形成反光杯4的纵截面形成双梯度状，且其内角A1为90°，外角A2为不超过90°的斜角；所述COB芯片模组1整体高度要略低于圆柱面41。反光杯4为双梯度状，不但可以增加光的有效输出，还可以减缓甚至消除封装光源出现的黄边等边缘色差效应，以消除出光时空间色差。
再如图1所示，所述上充液空腔31处于所述透明陶瓷荧光盖片2与COB芯片模组1之间并充满导热流体B；所述导热流体B为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间。
如图1和图5所示，所述下充液空腔32处于所述COB芯片模组1的下方且与所述上充液空腔31相通，并充满导热流体B和蓄热型相变颗粒C，所述下充液空腔32的底部设有一注液口322，注液口322上设有密封塞324；所述蓄热型相变颗粒C相变温度为30~35℃，且散布于带孔82的袋式容器8中，所述袋式容器8大小大于该过液孔14的孔径。
所述散热器6环设于所述下充液空腔32的外圈并连接于所述反光杯4和COB芯片模组1的下方。所述COB芯片模组1的散热基板12为铝板、铜板或陶瓷板；且所述散热器6与所述反光杯4之间通过导热粘胶7粘接，与COB芯片模组1的散热基板12之间为焊接，如可通过共晶焊接或激光焊接。
如图1至图6所示，本发明的散热良好的大功率白光LED的制造方法，包含以下步骤：
a. COB芯片模组制作：将多颗蓝光LED芯片11用COB工艺键合固定在高导热的散热基板12上，形成COB芯片模组1，然后在散热基板12上开设过液孔14；其中，蓝光LED芯片11按照圆环型阵列或其它阵列排布，相邻两蓝光LED芯片11之间的间距为3.0-5.0mm；且蓝光LED芯片11通过固晶胶或共晶焊接方式键合固定于散热基板12上，其电极13与外接电极电连接。
b.充液空腔制作：将COB芯片模组1的散热基板12连接固定于一环形的散热器6上，连接时如可通过共晶焊接或激光焊接，使散热器6的内圈形成下充液空腔32，且该下充液空腔32具有一注液口322；再将反光杯4连接固定在所述散热器6上，连接时用导热粘胶7粘接，同时用密封粘胶5将透明陶瓷荧光盖片2固定在反光杯4上，使透明陶瓷荧光盖片2与COB芯片模组1之间形成上充液空腔31；
c.置入蓄热型功能孔袋：将装有蓄热型相变颗粒C的带孔82的袋式容器8从所述注液口322放入所述下充液空腔32中；
d.充填导热流体：通过所述注液口322将导热流体A注入充满所述上充液空腔31和下充液空腔32，并用密封塞324封住所述注液口322。
其中，所述导热流体A为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间；
所述蓄热型相变颗粒C相变温度为30~35℃，且散布于带孔82的袋式容器8中，所述袋式容器8大小大于所述过液孔14的孔径；
所述透明陶瓷荧光盖片2的顶面21半径小于底面22半径，且侧面23为弧形面，厚度范围为0.5～2.5mm。
所述反光杯4的内侧面包括处于下段的圆柱面41及位于上段的喇叭口面42，使形成反光杯的纵截面形成双梯度状，且其内角A1为90°，外角A2为不超过90°的斜角；所述COB芯片模组1整体高度要略低于圆柱面41。
最后如图7所示，从本发明大功率白光LED的光谱分布曲线图中可以看出：所制作大功率白光LED实现了高光通量和高光效，其光效值大于120lm/W，光通量大于7800lm。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：包括COB芯片模组、透明陶瓷荧光盖片、反光杯、上充液空腔、下充液空腔以及散热器；
所述COB芯片模组是封装有多颗蓝光LED芯片的散热基板，并位于反光杯的底部；所述透明陶瓷荧光盖片位于COB芯片模组上方并通过密封粘胶固定于反光杯上；且该透明陶瓷荧光盖片为由化学液相法制得稀土掺杂YAG前驱体后烧制而成的荧光透明陶瓷材料或荧光透明玻璃陶瓷材料制得的盖片；所述上充液空腔处于所述透明陶瓷荧光盖片与COB芯片模组之间并充满导热流体；所述下充液空腔处于所述COB芯片模组的下方且与所述上充液空腔相通，并充满导热流体和蓄热型相变颗粒，所述下充液空腔的底部设有一注液口，注液口上设有密封塞；所述散热器环设于所述下充液空腔的外圈并连接于所述反光杯和COB芯片模组的下方。
2.根据权利要求1所述的一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：所述蓄热型相变颗粒相变温度为30~35℃，且散布于带孔的袋式容器中，所述COB芯片模组中间位置开设有用以连通所述上充液空腔和下充液空腔的过液孔，所述袋式容器大小大于该过液孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：所述导热流体为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间。
4.根据权利要求1所述的一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：所述散热基板为铝板、铜板或陶瓷板；且所述散热器与所述反光杯之间通过导热粘胶粘接，与COB芯片模组的散热基板之间为焊接。
5.根据权利要求1所述的一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：所述透明陶瓷荧光盖片的顶面半径小于底面半径，且侧面为弧形面，厚度范围为0.5～2.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种散热良好的大功率白光LED，其特征在于：所述反光杯的内侧面包括处于下段的圆柱面及位于上段的喇叭口面；所述COB芯片模组整体高度要略低于反光杯的圆柱面。
7.一种散热良好的大功率白光LED的制造方法，其特征在于：包含以下步骤：
a. COB芯片模组制作：将多颗蓝光LED芯片用COB工艺键合固定在高导热的散热基板上，形成COB芯片模组，然后在散热基板上开设过液孔；
b.充液空腔制作：将COB芯片模组的散热基板连接固定于一环形的散热器上，使散热器的内圈形成下充液空腔，且该下充液空腔具有一注液口；再将反光杯连接固定在所述散热器上，同时用密封粘胶将透明陶瓷荧光盖片固定在反光杯上，使透明陶瓷荧光盖片与COB芯片模组之间形成上充液空腔；
c.置入蓄热型功能孔袋：将装有蓄热型相变颗粒的带孔的袋式容器从所述注液口放入所述下充液空腔中；
d.充填导热流体：通过所述注液口将导热流体注入充满所述上充液空腔和下充液空腔，并用密封塞封住所述注液口。
8.根据权利要求7所述的一种散热良好的大功率白光LED的制造方法，其特征在于：所述步骤a中，蓝光LED芯片按照圆环型阵列排布，相邻两蓝光LED芯片之间的间距为3.0-5.0mm；且蓝光LED芯片通过固晶胶或共晶焊接方式键合固定于散热基板上，并与外接电极电连接。
9.根据权利要求7所述的一种散热良好的大功率白光LED的制造方法，其特征在于：
所述导热流体为无色透明流体，且其折射率在1.4~1.7之间；
所述蓄热型相变颗粒相变温度为30~35℃，且散布于带孔的袋式容器中，所述袋式容器大小大于所述过液孔的孔径；
所述散热基板为铝板、铜板或陶瓷板；且步骤b中所述散热器与所述反光杯之间通过导热粘胶粘接，与COB芯片模组的散热基板之间为焊接。
10.根据权利要求7所述的一种散热良好的大功率白光LED的制造方法，其特征在于：
所述透明陶瓷荧光盖片的顶面半径小于底面半径，且侧面为弧形面，厚度范围为0.5～2.5mm；
所述反光杯的内侧面包括处于下段的圆柱面及位于上段的喇叭口面；
所述COB芯片模组整体高度要略低于反光杯的圆柱面。
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