專利名稱：混光形成led暖白色光源的方法及其光源結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED光源的形成方法，尤其涉及一種混光形成LED暖白 色光源的方法，以及由該方法得到的光源結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域科研的不斷深入，目前以發(fā)光二極管作為照明光源大有取 代傳統(tǒng)家用白熾燈的趨勢。但由于發(fā)光二極管的光強較大， 一般要滿足家用照 明，必須將光照的色溫控制在3500K以下。
常規(guī)的做法之一是用藍光芯片激發(fā)黃色熒光粉，呈現(xiàn)出的是黃綠色的暖白 光，且顯色指數(shù)不高，不符合家庭照明的要求；另一種常規(guī)做法是采用特定色 溫的熒光粉，其缺點是所用的熒光粉應(yīng)用范圍狹窄，規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用范圍的 矛盾突出；還有一種做法便是在正白光下覆蓋琥珀色鍍膜，雖然色溫上能夠符 合要求，但其不可避免地存在影響光通量的缺點。故而，在透光強度和色溫上 突破半導(dǎo)體發(fā)光二極管應(yīng)用的技術(shù)壁壘，是目前本行業(yè)技術(shù)人員一個重要的研 究方向。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種混光形成LED暖白 色光源的方法及其光源結(jié)構(gòu)，解決應(yīng)用于家庭常規(guī)照明的LED暖白色光源透 光性不足及色溫過高的問題。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在于所述混光的原色光源為
白光光源和紅光光源；白光光源色坐標位于4000K 4700K色溫線上，且白光 光源與紅光光源以固定數(shù)量比相互干涉混光形成暖白色光源。其中當白光光源 與紅光光源數(shù)量比為2:1，混光形成國標RN區(qū)的暖白色光源；當白光光源與 紅光光源數(shù)量比為3:1,混光形成國標RB區(qū)的暖白色光源。
由上述混光方法衍生所得的LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征在于 混光光源結(jié)構(gòu)包括2至6層的復(fù)合金屬基線路板、二維排布在所述復(fù)合金屬基 線路板上并設(shè)有兩個以上焊盤的陣點、交錯焊設(shè)在所述陣點上的至少一組的 LED芯片，以及包覆在所述每組LED芯片外的硅膠形成的出光透鏡。
進一步地，上述混光光源結(jié)構(gòu)中，該一組或多組LED芯片指的是相鄰且 能分別發(fā)射紅光和白光的發(fā)光二極管組合體。
更進一步地，上述LED芯片中，該發(fā)射紅光的發(fā)光二極管具有多個中心 波長，其驅(qū)動電流為350mA。
更進一步地，上述LED芯片中，該發(fā)射白光的發(fā)光二極管在350mA驅(qū)動 電流下，其色坐標位于4000K 4700K的色溫線上。
進一步地，上述混光光源結(jié)構(gòu)中，該LED芯片直接焊接或貼裝在金屬或 非金屬基復(fù)合金屬基線路板的陣點焊盤上，LED芯片周邊的焊盤上配置有光反 射碗，并在復(fù)合金屬基線路板的上下端設(shè)有電氣連接插座。
更進一步地，上述復(fù)合金屬基線路板中，該焊盤上的光反射碗指的是一個 直徑0.5mm 4mm、深度0.3mm lmm的碗狀凹坑，并在凹坑四周拋光鍍銀 制成。
進一步地，上述混光光源結(jié)構(gòu)中，該復(fù)合金屬基線路板為厚度0.5mm 4mm的導(dǎo)熱金屬或非金屬，選材包括銅、鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、二氧 化硅、陶瓷之一或多種復(fù)合。
本發(fā)明混光形成LED暖白色光源的方法及其光源結(jié)構(gòu)，其突出的實質(zhì)性 特點和顯著進步體現(xiàn)在
① 本發(fā)明不需特殊熒光粉，不需額外設(shè)備，只要將普通的白光與紅光合理 組合便可得到暖白光，白光和紅光設(shè)計成不同的電路，方便以不同電流驅(qū)動， 而且色溫可控，因此適用范圍較廣。
② 本發(fā)明是將晶片直接封裝于復(fù)合金屬基線路板(MCPCB)上，復(fù)合板 同時具備固定晶粒、連接線路和散熱等多項功能，模塊厚度薄、體積小、組合 簡便，可以使白光和紅光距離比較近，容易形成混光。
③ 本發(fā)明復(fù)合金屬基線路板(MCPCB)，所采用材料的機械及熱穩(wěn)定性 較好，產(chǎn)品適應(yīng)溫度范圍較寬。復(fù)合金屬基線路板金屬化電路過孔以及填埋的 導(dǎo)熱材料，均有利于LED芯片通過多重路徑散熱，提高了散熱效果。
④ 在金屬電路板上設(shè)計芯片反射碗和光亮鍍膜，采用高可靠性和高透光性 的新型硅膠對芯片進行封固，在高溫固化過程中通過專用的工藝模具成型，使 透明樹脂表面產(chǎn)生特殊的曲面。并利用特殊設(shè)計的光學透鏡進行調(diào)整，可以有 效地控制出光角度和光強分布，光源的整體散熱性能和出光效果大幅提高，大 功率的點光源變成發(fā)光均勻的面光源，提高了視覺舒適性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步非限制性的詳細說明 圖1是不同的紅光驅(qū)動電流得到的混光色坐標曲線；圖2是不同的串聯(lián)電流得到的混光色坐標曲線(白光紅光比3:1);
圖3是不同的串聯(lián)電流得到的混光色坐標曲線(白光紅光比2:1);
圖4是混光所得暖白色光源色的坐標曲線；
圖5是混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)示意圖。
其中圖5的各附圖標記含義為
1—焊盤電極、2—復(fù)合金屬基線路板、3—硅膠、4—LED芯片、5—光反 射碗、6—金屬線。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種混光形成LED暖白色光源的方法，包括白光光源和紅 光光源。將白光光源與紅光光源混光組合成一個LED暖白色光源，以LED芯 片直接焊接或貼裝在復(fù)合板上封裝工藝COB方式制造。將白光色溫調(diào)至 4000K 4700K，然后將白光與紅光按數(shù)量比2:1混光組合成光源，便可得國 標RN區(qū)的暖白光；或?qū)坠馍珳卣{(diào)至4000K 4700K，然后將白光與紅光按 數(shù)量比3:1混光組合成光源，便可得國標RB區(qū)的暖白光。本技術(shù)方案應(yīng)用于 發(fā)光二極管模塊組合成體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱效果好、使用壽命長的LED 暖白色光源。
其實現(xiàn)方法步驟
第一步，白光紅光各一顆做成一個樣品，其中白光以350mA驅(qū)動電流正 常點亮，紅光施以不同電流，通過改變白光色溫得到的混光色坐標如圖1所 示。從圖1可以看到，50mA紅光驅(qū)動電流下，其與白光的混光穿過了新國標 的RC區(qū)，說明50mA紅光搭配某一色溫段的白光，其混光的色坐標可以落入 RC區(qū)。同樣道理，100mA紅光所得混光色坐標可以落入RB區(qū)，而該區(qū)的暖白光色溫在3500K左右；150mA紅光所得混光色坐標可以落入RN區(qū)，該區(qū)的 暖白光色溫在3000K左右。由此可見，通過對紅光施以不同電流，就可以使其 混光即暖白光達到不同色溫并且進入國標。需要注意的是，該方法雖然可行， 但是有一個重要的弊端就是兩種光要以不同電流驅(qū)動，這對產(chǎn)品要求很高。因 此，在第一步實驗的基礎(chǔ)上，對此方法進行改進，使其以串聯(lián)電流進入便可得 到需要的暖白光。假定以進入RB區(qū)為目標，其紅光電流是100mA，白光是 350mA，白紅電流比約為3:1，那么要想以同樣的串聯(lián)電流驅(qū)動，就要求白紅 數(shù)量比為3:1。
第二步，在上述的基礎(chǔ)上重新設(shè)計樣品，取白光3顆紅光1顆串聯(lián)成一個 樣品，再按照第一步的方法，施以不同串聯(lián)電流，通過改變白光色溫得到的混 光色坐標如圖2所示(只截取落入國標內(nèi)的一段曲線)。圖2不同的串聯(lián)電流 得到的混光色坐標曲線(數(shù)量比3:1)，從圖2可以看到，從100mA到 300mA，其混光色坐標曲線一直位于RB區(qū)，由此可以推斷，白光和紅光3:1 的數(shù)量比能夠使其混光進入色溫在3500K左右的國標區(qū)。
第三步，以進入RN區(qū)為目標，按照第一歩實驗的結(jié)果，此時白紅電流比 為2:1，因此取白光2顆紅光1顆按照第二步的方法得到圖3 (同樣只截取國 標區(qū)的一段曲線)。圖3不同的串聯(lián)電流得到的混光色坐標曲線(數(shù)量比 2:1)同樣從圖3可以看出，白光和紅光2:1的數(shù)量比可使其混光進入色溫為 3000K左右的RN區(qū)。最后，根據(jù)上述方案的結(jié)果，兩種白紅數(shù)量比結(jié)合100-350mA的串聯(lián)電流，所得的暖白光色坐標點如圖4所示。圖4混光所得暖白色 坐標點圖4可以說明，普通的白光和紅光通過數(shù)量搭配以及電流的配合，所得 的暖白光從RL區(qū)到RD都可以涉及。
8根據(jù)所得規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，基本上在某一色溫段的白光與紅光數(shù)量比為3:1 時所得暖白光可以居于國標的RB區(qū)，而2:1時可處于RN區(qū)，并且電流改變 時可使混光色坐標曲線平行偏移，電流越大就越向白光區(qū)偏移。據(jù)此可以大膽 推斷數(shù)量比為1:1時其混光可落入RD區(qū)而4:1或許可以進入RL區(qū)。在本實 驗中只選用了某一種波長段的芯片，因而該結(jié)果只適用于這種波長段。若采用 其他波長段的芯片，圖1中的曲線則會平行偏移，因為曲線的起始坐標點發(fā)生 改變，但利用該方法同樣可以控制其混光輸出的色溫。該方法的適用范圍比較 廣，但在實驗過程中有一個最大的難點當選用3顆白光和1顆紅光來混光 時，其中3顆白光在噴涂熒光粉時要控制其色溫一致，并且烘烤完畢后同樣要 保證一致性，否則會影響混光輸出的效果；另外，白光色溫在烘烤前后會發(fā)生 較大改變，而最終封膠時的烘烤同樣會影響整個光輸出的色溫，所以，要讓混 光的色坐標進入國標區(qū)，在每一步烘烤前的色溫都要控制得當。
其封裝結(jié)構(gòu)如圖5所示，復(fù)合金屬基線路板2與LED芯片4采取一體化 設(shè)計，在復(fù)合金屬基線路板2上設(shè)置每個LED芯片4的焊盤電極1，焊盤電極 1通過金屬線6與LED芯片4連接。由于電路板上線數(shù)較多、間隙較細，考慮 到散熱因素，在復(fù)合金屬基線路板上LED芯片焊接區(qū)域設(shè)置光反射碗5，凹坑 狀的光反射碗5的四周經(jīng)拋光鍍銀后成為光反射區(qū)，具有良好的反射效果，達 到提升出光效率的目的。光反射碗5的加工采取沖壓方式或立銑刀銑削方法， 其直徑為0.5mm 4mm，深度約0.3mm lmm， LED芯片4直接焊接或貼裝在 光反射碗5底部的復(fù)合金屬基線路板2上面。
本發(fā)明混光方式形成LED暖白色的光源，在光反射碗5內(nèi)部LED芯片4 的出光面封固新型硅類透明樹脂，其固體折射率介于空氣和LED芯片之間，在高溫固化過程中通過專用的工藝模具成型，使透明樹脂表面產(chǎn)生特殊的曲 面，如圖5中所示，形成一定的角度，從而使光線能夠高效照射。此硅膠3曲
面經(jīng)過專業(yè)的光學設(shè)計，形成光散射面，使大功率的LED點光源變成發(fā)光均 勻的面光源，提高光線的均勻性和柔和性。
LED晶片經(jīng)過上述工藝方法封裝之后，可以形成低成本、高度集成化的面 光源，具有優(yōu)越的散熱功能和均勻的發(fā)光效果。其中，復(fù)合金屬基線路板多采 用厚度為0.5mm 4mm的銅、鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、陶瓷 等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，優(yōu)選碳化硅材料。采用碳化硅板材時，在碳化硅 板上貼一層絕緣層，并在絕緣層上進行銅層貼合，通過相關(guān)工藝完成碳化硅電 路板的加工。
本發(fā)明混光方式形成LED暖白色的光源，既可以以單體產(chǎn)品的形式出 現(xiàn)，也可以形成一種多單元集束形式的產(chǎn)品。具體實施時，在復(fù)合金屬基線路 板上設(shè)置兩個以上LED芯片焊接區(qū)域，產(chǎn)品的上下部位同樣設(shè)計具有標準間 距的連接端口，并在電路板上端設(shè)置電氣連接焊點，保證電氣安全和絕緣。
總之，上述實驗結(jié)果表明，其在于可以通過簡單的數(shù)量搭配而獲得不同色 溫的暖白光，而不需要特別購買暖白色溫的熒光粉而增加成本支出，而且采用 COB方式散熱較好；該方法具有一定的實用性，適用范圍較廣，若在產(chǎn)品應(yīng)用 端進行二次光學設(shè)計以提高光通量的話，采用LED光源代替普通家用照明的 設(shè)想也并非遙不可及。
權(quán)利要求
1.混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在于所述混光的原色光源為白光光源和紅光光源；其中白光光源色坐標位于4000K～4700K色溫線上；白光光源與紅光光源以固定數(shù)量比相互干涉混光形成暖白色光源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在 于350mA驅(qū)動電流下，所述白光光源與紅光光源數(shù)量比為2:1，混光形成國 標RN區(qū)的暖白色光源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混光形成LED暖白色光源的方法，其特征在 于350mA驅(qū)動電流下，所述白光光源與紅光光源數(shù)量比為3:1,混光形成國 標RB區(qū)的暖白色光源。
4. 混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征在于所述混光光源結(jié) 構(gòu)包括2至6層的復(fù)合金屬基線路板、二維排布在所述復(fù)合金屬基線路板上并 設(shè)有兩個以上焊盤的陣點、交錯焊設(shè)在所述陣點上的至少一組的LED芯片， 以及包覆在所述每組LED芯片外的硅膠形成的出光透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述一組LED芯片指的是相鄰且能分別發(fā)射紅光和白光的發(fā)光二極管 組合體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述發(fā)射紅光的發(fā)光二極管具有多個中心波長，其驅(qū)動電流為350mA。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述LED芯片直接焊接或貼裝在金屬或非金屬基復(fù)合金屬基線路板的陣點焊盤上，LED芯片周邊的焊盤上配置有光反射碗，并在復(fù)合金屬基線路板的上下端設(shè)有電氣連接插座。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述焊盤上的光反射碗指的是一個直徑取值0.5mm 4mm、深度取值 0.3mm lmm的碗狀凹坑，并在凹坑四周拋光鍍銀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的混光形成LED暖白色光源的光源結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述復(fù)合金屬基線路板為厚度取值0.5mm 4mm的導(dǎo)熱金屬或非金 屬，選材包括銅、鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、陶瓷之一或多種有厶 見R o
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種混光形成LED暖白色光源的方法及其光源結(jié)構(gòu)，其中，該混光方法涉及的原色光源為白光光源和紅光光源；白光光源色坐標位于4000K～4700K色溫線上，且白光光源與紅光光源以固定數(shù)量比相互干涉混光形成暖白色光源。其中當白光光源與紅光光源數(shù)量比為2∶1，混光形成國標RN區(qū)的暖白色光源；而當數(shù)量比為3∶1時，混光形成國標RB區(qū)的暖白色光源。該光源結(jié)構(gòu)包括復(fù)合金屬基線路板、二維排布并設(shè)有兩個以上焊盤的陣點、交錯焊設(shè)的至少一組LED芯片，以及由硅膠形成的出光透鏡。通過更改兩種原色光源的數(shù)量比，可獲得不同國標區(qū)的光源，并且集成的LED芯片，具有尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、散熱性佳、光照均勻度和色溫滿足家用照明要求的效果。
文檔編號F21S2/00GK101540362SQ20091003106
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者孫建國, 偉 張 申請人:南京漢德森科技股份有限公司