CN202712179U

CN202712179U - 一种高亮度、高显色指数的白光led光源

Info

Publication number: CN202712179U
Application number: CN 201220374597
Authority: CN
Inventors: 辜长明; 郑耀; 于冬梅
Original assignee: QINGDAO HAITAI XINGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Qingdao Novelbeam Technology Co ltd
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-01

Abstract

一种高亮度、高显色指数的白光LED光源，采用蓝光LED发光芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的YAG荧光粉有机结合组成白光LED发光芯片，其白光LED发光芯片和红光LED发光芯片混合共阳极封装构成LED发光芯片阵列，白光LED芯片和红光LED发光芯片随机排列在LED发光芯片阵列中。本实用新型结构简单，成本低廉，使用方便；可以使LED发光芯片阵列能进行大电流密度驱动，保证LED高输出光通量，同时又补充了白光LED发光芯片发出的白光在红光波段的光谱功率密度，实现高显色指数。

Description

一种高亮度、高显色指数的白光LED光源

技术领域

本发明涉及一种高亮度、高显色指数的白光LED，属于半导体照明器件的技术领域。

背景技术

白光LED随着发光效率的不断提高，应用越来越广泛，当前主流的形成白光LED的方案是利用蓝光LED发光芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的YAG荧光粉有机结合组成白光LED光源，一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光，发射的黄光和剩余的蓝光混合，调控它们的强度比即可得到各种色温的白光，这种白光LED光源与传统光源相比，一个显著的缺陷是显色指数Ra偏低，原因是这种技术产生的白光在红光波段的光谱功率密度偏低。Ra大于90的光源可以实现良好的色彩还原性，属于高显色指数光源。目前白光LED的Ra一般在70-80之间，还不能满足对色还原性要求较高的应用领域，如光学医疗设备内窥镜、无影灯等的应用要求，这些应用要求高显色指数光源，它们的Ra大于90。

实现高显色指数白光LED常用的技术是采用多种荧光粉混合，如采用YAG荧光粉和氮化物荧光粉混合，可得到高显色指数的白光，如韩国首尔半导体推出了一款Ra在93左右的高显色指数LED，型号为S42180，但其驱动电流只能达到800mA，光通量在130lm左右，虽然显色指数很高，但光通量比较低，还达不到常用医疗设备照明的亮度水平。采用混合荧光粉技术实现高显色指数的LED不能进行大电流驱动，导致输出光通量低的主要原因是氮化物荧光粉在大电流密度驱动下，化学稳定性差，发光效率会降低，可靠性还比较差，还不能应用于大电流驱动下进行高显色指数白光LED的产品化生产。

在已有技术中，没有一种白光LED光源同时具有高亮度和高显色指数的性能。

发明内容

本发明的目的是推出一种高亮度、高显色指数的白光LED光源，同时具有高亮度和高显色指数的性能。为方便叙述，将蓝光LED发光芯片和YAG荧光粉的结合体直接用白光LED发光芯片来表示。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，采用白光LED发光芯片和红光LED发光芯片混合共阳极封装构成LED发光芯片阵列，使LED发光芯片阵列能进行大电流密度驱动，保证LED高输出光通量，同时又补充了白光LED发光芯片发出的白光在红光波段的光谱功率密度，实现高显色指数。

现结合附图详细描述本发明的技术方案。一种高亮度、高显色指数的白光LED光源，其特征在于：该光源含基板10，LED发光芯片阵列11，平凸透镜14，LED发光芯片阵列11含LED发光芯片的数量为n²，分别排列成n×n的矩阵，n是2~5的正整数，每个LED发光芯片的形状为矩形，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm~0.1mm之间，LED发光芯片阵列11含白光LED发光芯片12，红光LED发光芯片13，白光LED芯片12和红光LED发光芯片13数量的比例为3:1~4:1，白光LED芯片12和红光LED发光芯片13随机排列在LED发光芯片阵列11中，平凸透镜14的光轴通过LED发光芯片阵列11的中心并与LED发光芯片阵列11垂直，平凸透镜14的平面与LED发光芯片阵列11上表面的距离介于0.05mm~1.0mm，平凸透镜14的平面与LED发光芯片阵列11上表面之间的间隙内充以空气或光学胶，白光LED发光芯片12和红光LED发光芯片13的阳极与基板10焊接，白光LED发光芯片12的阴极连接在一起，红光LED发光芯片13的阴极连接在一起，工作时，白光LED发光芯片12和红光LED发光芯片13分别被驱动，白光LED发光芯片12的最大驱动电流密度为2A/mm²，红光LED发光芯片13的最大驱动电流密度为2A/mm²，白光输出光通量总量介于1200lm~2500lm之间，Ra大于90。

本发明的技术方案的进一步特征在于，平凸透镜14是半球透镜,半球透镜的曲率半径介于2mm~15mm。

本发明的技术方案的进一步特征在于，每个LED发光芯片的形状为正方形，尺寸介于0.5mm×0.5mm~2mm×2mm之间。

与背景技术相比，本发明有以下优点：

1、LED的热阻更小，可以进行大电流密度驱动，单位面积发光芯片输出光通量高，同时能实现高Ra；

2、仅采用了传统的YAG荧光粉，LED的工作稳定性好，不会出现随工作时间的增加发生显色指数变差的情况。

附图说明

图1本发明的高亮度、高显色指数的白光LED光源结构示意图。

图2是本发明的高亮度、高显色指数的白光LED的典型的相对光谱功率分布曲线。

图3是实施例1的2×2矩阵LED芯片排布示意图。

图4是实施例2的3×3矩阵LED芯片排布示意图。

图5是实施例3的5×5矩阵LED芯片排布示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。

所有实施例都具有与发明内容所述装置的结构完全相同的结构。为避免重复，以下实施例仅罗列关键的技术数据。

实施例1：

本实施例的关键技术数据：n=2,其中白光LED发光芯片12的数量为3，红光LED发光芯片13的数量为1，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为3mm，所有发光芯片的尺寸为1mm×1mm。

工作原理为：工作时，白光LED发光芯片和红光LED发光芯片分别被驱动，最大驱动电流密度为2A/mm²，白光LED发光芯片和红光LED发光芯片分别发出低显色指数的白光和红光，低显色指数的白光和红光混合，光谱功率分布将实现叠加，则混合后产生的白光会补充低显色指数白光在红光波段的光谱功率分布，使白光的光谱功率分布在各波段分布更平衡，从而实现高显色指数，混合后产生的白光经过半球透镜出射，白光的典型光谱功率分布曲线附图2所示。同时，由于采用了共阳极封装形式，LED的热阻更小，能实现LED发光芯片更大的驱动电流密度，比传统LED驱动电流密度高1倍以上，则LED发光芯片发出的光通量就更高，可实现高达1200lm，Ra高达93的白光。

实施例2：

本实施例的关键技术数据：n=3,其中白光LED发光芯片12的数量为7，红光LED发光芯片13的数量为2，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为6mm，所有发光芯片的尺寸为1mm×1mm。

本实施例的工作原理与实施例1的工作原理类似，此处就不再重复。本实施例输出白光的最大光通量和Ra分别为：2200lm和92。

实施例3：

本实施例的关键技术数据：n=5,其中白光LED发光芯片12的数量为17，红光LED发光芯片13的数量为8，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为15mm，所有发光芯片的尺寸为2mm×2mm。

本实施例的工作原理与实施例1的工作原理类似，此处就不再重复。本实施例输出白光的最大光通量和Ra分别为：2500lm和91。

本发明的高亮度、高显色指数的白光LED光源，特别适宜应用于光学扩展量受限的对光通量要求高，显色指数要求高的医疗设备如内窥镜等的照明。

Claims

1.一种高亮度、高显色指数的白光LED光源，其特征在于：该光源含基板（10），LED发光芯片阵列（11），平凸透镜（14），LED发光芯片阵列（11）含LED发光芯片的数量为n²，分别排列成n×n的矩阵，n是2~5的正整数，每个LED发光芯片的形状为矩形，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm~0.1mm之间，LED发光芯片阵列（11）含白光LED发光芯片（12）红光LED发光芯片（13），白光LED芯片（12）和红光LED发光芯片（13）数量的比例为3:1~4:1，白光LED芯片（12）和红光LED发光芯片（13）随机排列在LED发光芯片阵列（11）中，平凸透镜（14）的光轴通过LED发光芯片阵列（11）的中心并与LED发光芯片阵列（11）垂直，平凸透镜（14）的平面与LED发光芯片阵列（11）上表面的距离介于0.05mm~1.0mm，平凸透镜（14）的平面与LED发光芯片阵列（11）上表面之间的间隙内充以空气或光学胶，白光LED发光芯片（12）和红光LED发光芯片（13）的阳极与基板（10）焊接，白光LED发光芯片（12）的阴极连接在一起，红光LED发光芯片（13）的阴极连接在一起，工作时，白光LED发光芯片（12）和红光LED发光芯片（13）分别被驱动，白光LED发光芯片（12）的最大驱动电流密度为2A/mm²，红光LED发光芯片（13）的最大驱动电流密度为2A/mm²，白光输出光通量总量介于1200lm~2500lm之间，Ra大于90。

2.如权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于上述平凸透镜14是半球透镜,半球透镜的曲率半径介于2mm~15mm。

3.如权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于上述每个LED发光芯片的形状为正方形，尺寸介0.5mm×0.5mm~2mm×2mm之间。

4.如权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于上述LED发光芯片的数量为n=2,其中白光LED发光芯片12的数量为3，红光LED发光芯片13的数量为1，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为3mm，所有发光芯片的尺寸为1mm×1mm，LED发光芯片发出的光通量可实现高达1200lm，Ra高达93的白光。

5.如权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于上述LED发光芯片的数量为n=3, 其中白光LED发光芯片12的数量为7，红光LED发光芯片13的数量为2，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为6mm，所有发光芯片的尺寸为1mm×1mm，LED发光芯片发出的光通量可实现高达2200lm，Ra高达92的白光。

6.如权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于上述LED发光芯片的数量为n=5, 其中白光LED发光芯片12的数量为17，红光LED发光芯片13的数量为8，平凸透镜14是半球透镜，曲率半径为15mm，所有发光芯片的尺寸为2mm×2mm，LED发光芯片发出的光通量可实现高达2500lm，Ra高达91的白光。