CN110985900A - 一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，包括：发光腔；荧光板，多层叠加后固定在发光腔内；紫外LED光源模块，贴在发光腔底部；水冷散热机构，分别与发光腔和紫外LED光源模块发热部位接触，用于同时带走荧光板所产生的热量和紫外LED光源模块所产生的热量，避免高强度光源引起的荧光层失效或烧焦问题。与现有技术相比，本发明具有发光强度高、结构紧凑等优点。

Description

一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置
技术领域
本发明涉及半导体照明应用领域，尤其是涉及一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置。
背景技术
由于荧光粉的光谱半宽远大于LED半导体芯片的半宽，因此白光LED装置基本上都是采用蓝光LED芯片加黄光(或红橙光)荧光粉的方式来实现的。近年来随着对白光性能品质的要求不断提高，紫外LED加三基色荧光粉的技术组合也得到了越来越多的关注，它可以提高照明的显色性与稳定性。
当前LED发光装置最常用的封装方式，是采用点胶等方式直接将荧光粉涂抹到芯片表面。由于荧光粉与芯片近距离接触，因此荧光粉会受到LED芯片结温影响而发生热猝灭现象，从而最终影响LED器件的光效、色品质和使用寿命等重要参数。
随着近年来半导体封装技术的发展，LED在照明领域的应用越来越广泛，不仅逐渐替代了传统光源在家居、工厂、商场、道路等普通照明领域的市场，而且也不断地开拓在特种领域的应用。LED发光装置的功率密度也在不断提升。目前用于紫外光固化生产领域的紫外LED光源模块，其功率密度可以达到200W/cm2以上。采用该种光源模块配合荧光粉，可以制备出体积小、亮度高的白光光源，可用于诸如太阳模拟器等应用中。然而如此高功率密度的LED光源，势必会带来大量的热量，从而进一步加剧荧光粉的热积聚效应。Schneider等人(M.Schneider,B.Leyrer,B.Osswald,et al,“Blue and white light emitting highpower density LED modules,”IEEE,Electronic Components&Technology Conference,1287(2015))制备的高功率密度白光LED装置，当光源模块的功率密度为4.9W/cm2时，其荧光板中心位置的温度达到了200℃以上，边沿位置温度为60℃。如此大的温度差将导致荧光板的破裂，影响寿命和性能。因此，在高功率密度的LED发光装置中，有必要对荧光材料进行散热，以保证整体器件的性能稳定。
经过检索，中国专利公开号CN110107823A公开了一种高光效、散热好的LED灯，其LED灯珠包括发光芯片、荧光板，灯罩包括连接板、与所述连接板连接的多个散热器，该文献将散热器放置在灯罩上，且采用渗透有荧光粉的透明荧光板，在保证了产品高光效，将灯罩和基板设计成可通气的结构，促进了LED灯内的热空气与外面的空气流通，采用半导体散热模块来给管道散热；但是这种模式的散热效果不太理想，尤其是对荧光板的散热，其通过空气来进行散热，无法满足高功率密度的LED发光散热需求，同时对基板采用半导体散热模块进行散热，成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发光强度高、结构紧凑的采用多层荧光板的高功率密度发光装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，包括：
发光腔；
荧光板，多层叠加后固定在发光腔内；
紫外LED光源模块，贴在发光腔底部；
水冷散热机构，分别与发光腔和紫外LED光源模块发热部位接触，用于同时带走荧光板所产生的热量和紫外LED光源模块所产生的热量，避免高强度光源引起的荧光层失效或烧焦问题。
作为优选的技术方案，所述的水冷散热机构包括水冷管道、热沉和外部水冷设备，所述的紫外LED光源模块底部连接在热沉上，所述的水冷管道一端连接发光腔、另一端连接热沉，水流从发光腔流进，从热沉流出后，经外部水冷设备降温后再次流进发光腔。
作为优选的技术方案，所述的发光腔两侧的水冷管道采用石英玻璃制作而成的石英管道，所述的热沉两侧的水冷管道采用铜管，所述的石英管道通过过渡接头与铜管密封连接。
作为优选的技术方案，所述的荧光板采用光致发光材料和透光晶体混合制成，所述的荧光板通过发光腔侧壁上的凹槽来固定。
作为优选的技术方案，所述的荧光板采用混合荧光粉的柔性膜，多层荧光柔性膜组合后折叠放置在发光腔内，其弯折处卡在发光腔侧壁上的凹槽内。
作为优选的技术方案，所述的荧光板为不同波长的单色光荧光板，或者混合荧光材料的白光荧光板。
作为优选的技术方案，所述的发光腔的正面设有用于安装和更换荧光板的开口，且在开口处设有盖板。
作为优选的技术方案，所述的发光腔至少上下表面是由透光材料制成，侧面涂反射层，且侧壁上有进出水管。
作为优选的技术方案，所述的紫外LED光源模块包括芯片、铜基板和反射腔，所述的芯片和反射腔设在铜基板上。
作为优选的技术方案，所述的紫外LED光源模块封装的紫外LED功率密度达到100W/cm2以上。
与现有技术相比，本发明具有发光强度高、结构紧凑的优点，可以用作为LED太阳模拟器的光源。同时本发明基于高密度紫外LED光源模块和多层荧光板的结构，通过水冷散热方式及时消除荧光板吸光而导致的热量问题，保证荧光粉可以在稳定合适的温度范围内正常工作，从而确保整个发光装置光色品质的稳定性。
附图说明
图1为本发明采用多层石英荧光板的白光LED光源模组的整体示意图；
图2为本发明采用多层石英荧光板的发光腔的示意图；
图3为本发明采用PET柔性荧光板的发光腔的示意图。
其中1、石英发光腔，2、光源模块，3、热沉，4、石英管道，5、过渡接头，6、铜管，7、荧光板，8、盖板，9、凹槽，10、芯片，11、铜基板，12、反射腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种采用水冷的多层荧光板高功率密度发光装置，包括柱形的石英发光腔1、紫外LED光源模块2、热沉3、石英管道4、过渡接头5和铜管6。紫外LED光源模块2贴在石英发光腔1底部，光源模块2的底部固定在热沉3上；水冷管道连接石英发光腔1和热沉3，水流从发光腔1流进，从热沉3流出，经外部水冷设备降温后再次循环。发光腔1两侧的水冷管道采用石英玻璃制作而成的石英管道4，热沉3两侧的水冷管道采用铜管6，石英管道4和铜管6通过过渡接头5密封连接。
发光腔1的正面开口，可以用来更换荧光板7；发光腔1与盖板8之间采用防水胶密封连接。发光腔1侧壁的外部涂有漫反射层。如图2所示，腔内有三块由荧光粉和硬玻璃烧结制成的荧光板7，分别是蓝光荧光板、黄光荧光板和红光荧光板。发光腔1的侧壁和盖板8上有凹槽9，用于固定荧光板。
紫外LED光源模块2由三颗尺寸2.8×2.8mm2、额定功率36W的芯片10封装在铜基板11上，发光面积为0.3cm2，功率密度360W/cm2。水冷温度控制在20～30℃之间。铜基板11上的反射腔12，同时还起到了支撑连接紫外LED光源模块2和发光腔1的作用。
实施例2：
如图1所示，一种采用水冷的多层荧光板高功率密度发光装置，包括长方体形的石英发光腔1、紫外LED光源模块2、热沉3、石英管道4、过渡接头5和铜管6。紫外LED光源模块2贴在石英发光腔底部，光源模块2的底部固定在热沉3上；水冷管道连接石英发光腔1和热沉3，水流从发光腔1流进，从热沉3流出，经外部水冷设备降温后再次循环。发光腔1两侧的水冷管道采用石英玻璃制作而成的石英管道4，热沉3两侧的水冷管道采用铜管6，石英管道4和铜管6通过过渡接头5密封连接。
发光腔1的正面开口，可以用来更换安装和更换荧光板7；发光腔1与盖板8之间采用防水胶密封连接。发光腔1的四个侧面外部均涂有漫反射层，顶面出光。如图3所示，腔体内的荧光板7采用柔性材料，由PET与三基色荧光粉共混后压延成片制成。为了增加发光腔内的光转换率，长条的柔性荧光板7折叠后固定在发光腔内，弯折处卡在发光腔1侧壁和盖板8的凹槽9内。
紫外LED光源模块2由六颗尺寸2.8×2.8mm2、额定功率36W的芯片10封装在铜基板11上，发光面积为0.6cm2，功率密度360W/cm2。水冷温度控制在20～30℃之间。铜基板11上的反射腔12，同时还起到了支撑连接紫外LED光源模块2和发光腔1的作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，包括：
发光腔(1)；
荧光板(7)，多层叠加后固定在发光腔(1)内；
紫外LED光源模块(2)，贴在发光腔(1)底部；
水冷散热机构，分别与发光腔(1)和紫外LED光源模块(2)发热部位接触，用于同时带走荧光板(7)所产生的热量和紫外LED光源模块(2)所产生的热量。
2.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的水冷散热机构包括水冷管道、热沉(3)和外部水冷设备，所述的紫外LED光源模块(2)底部连接在热沉(3)上，所述的水冷管道一端连接发光腔(1)、另一端连接热沉(3)，水流从发光腔(1)流进，从热沉(3)流出后，经外部水冷设备降温后再次流进发光腔(1)。
3.根据权利要求2所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的发光腔(1)两侧的水冷管道采用石英玻璃制作而成的石英管道(4)，所述的热沉(3)两侧的水冷管道采用铜管(6)，所述的石英管道(4)通过过渡接头(5)与铜管(6)密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的荧光板(7)采用光致发光材料和透光晶体混合制成，所述的荧光板(7)通过发光腔(1)侧壁上的凹槽来固定。
5.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的荧光板(7)采用混合荧光粉的柔性膜，多层荧光柔性膜组合后折叠放置在发光腔(1)内，其弯折处卡在发光腔(1)侧壁上的凹槽内。
6.根据权利要求4或5所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的荧光板(7)为不同波长的单色光荧光板，或者混合荧光材料的白光荧光板。
7.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的发光腔(1)的正面设有用于安装和更换荧光板(7)的开口，且在开口处设有盖板(8)。
8.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的发光腔(1)至少上下表面是由透光材料制成，侧面涂反射层，且侧壁上有进出水管。
9.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的紫外LED光源模块(2)包括芯片(10)、铜基板(11)和反射腔(12)，所述的芯片(10)和反射腔(12)设在铜基板(11)上。
10.根据权利要求1所述的一种采用多层荧光板的高功率密度发光装置，其特征在于，所述的紫外LED光源模块(2)封装的紫外LED功率密度达到100W/cm2以上。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294185A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
KR20090024345A (ko) * 2007-09-04 2009-03-09 성도영 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치
CN203071129U (zh) * 2012-12-12 2013-07-17 新世纪光电股份有限公司 发光装置
US20150198322A1 (en) * 2014-01-13 2015-07-16 National Taiwan University Of Science And Technology Liquid cooled light emitting diode devices
US20170030567A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Univ Nat Central Liquid-cool light emitting diodes light
CN211040568U (zh) * 2019-12-13 2020-07-17 复旦大学 采用多层荧光板的高功率密度发光装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294185A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
KR20090024345A (ko) * 2007-09-04 2009-03-09 성도영 고휘도 발광다이오드를 이용한 형광램프타입 조명장치
CN203071129U (zh) * 2012-12-12 2013-07-17 新世纪光电股份有限公司 发光装置
US20150198322A1 (en) * 2014-01-13 2015-07-16 National Taiwan University Of Science And Technology Liquid cooled light emitting diode devices
US20170030567A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Univ Nat Central Liquid-cool light emitting diodes light
CN211040568U (zh) * 2019-12-13 2020-07-17 复旦大学 采用多层荧光板的高功率密度发光装置

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