專利名稱：白光發(fā)光二極管及白光發(fā)光二極管燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱LED)，特別是涉及一種將6個(gè)以上的發(fā)不 同顏色的發(fā)光二極管芯片，放在一個(gè)起混光作用的反光杯內(nèi)進(jìn)行電組合，把多種顏色的光 均勻混合成具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，以及應(yīng)用該發(fā)光二極管制成的白光發(fā)光二極管燈。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的白光發(fā)光二極管都是采用藍(lán)光加熒光粉混合制成，藍(lán)光由發(fā) 射波長(zhǎng)為450 470nm的發(fā)光二極管芯片產(chǎn)生，而熒光粉是吸收藍(lán)光發(fā)射黃綠光，用此方法 做成的發(fā)光二極管由于缺少紅光成份，所以顯色指數(shù)不高，很難做到能取代普通照明的光 源。正在研究中的制作白光發(fā)光二極管的方法還有如下幾種A.用紅、綠、藍(lán)三種光色的發(fā)光二極管芯片組合在一起，通過(guò)混色劑使之混合產(chǎn)生 白光。由于發(fā)光二極管芯片發(fā)出的是單色光，半功率波寬約20nm，混色劑不能改變光譜的成 份，只能把光混和，所以這種發(fā)光二極管的光譜是分立的三個(gè)峰值，不能形成連續(xù)光譜所以 難以形成高顯色性的光源，且混色劑形成的漫反射使光損失嚴(yán)重。B. 1998年6月美國(guó)曾提出了一個(gè)設(shè)計(jì)方法(例如文獻(xiàn)CN1185042A)，按文中所述， 先設(shè)定需要的顯色指數(shù)，然后利用色度學(xué)的公式計(jì)算出色坐標(biāo)，再計(jì)算采用三個(gè)芯片或四 個(gè)芯片組成系統(tǒng)時(shí)，每種芯片應(yīng)有的波長(zhǎng)，然后計(jì)算各波長(zhǎng)的幅度；然而這種設(shè)計(jì)方法不能 用于實(shí)際的白光LED制作，因?yàn)?)、這種設(shè)計(jì)方法最多只能對(duì)四種芯片有效，多于四種芯片就沒(méi)有確定的解，而四 種芯片是難以達(dá)到高顯色性；2)、該方法所提供的解，得到的波長(zhǎng)并不是發(fā)光二極管芯片廠能批量生產(chǎn)的產(chǎn)品， 所以事實(shí)上目前批量生產(chǎn)的芯片仍然達(dá)不到預(yù)期的顯色性，另外，在該文獻(xiàn)中更沒(méi)有公開(kāi) 如何把幾種光混合成白光的技術(shù)方案；3)、在該文獻(xiàn)中沒(méi)有公開(kāi)記載一個(gè)實(shí)際的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，所以從該設(shè)計(jì)方法 得不到一種白光發(fā)光二極管可操作的技術(shù)方案。C.用紫外光激發(fā)三基色熒光粉這個(gè)方法在原理上和熒光燈一樣，但是首先在封 裝過(guò)程中，紫外光難免有泄露，這會(huì)對(duì)人體造成傷害；其次是目前紫外發(fā)光二極管的波長(zhǎng)相 當(dāng)長(zhǎng)，激發(fā)三基色熒光粉的效率很低，本身的電光轉(zhuǎn)換效率又很低，造成了整個(gè)發(fā)光二極管 效率很低，目前還不能實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，特別是克服采用藍(lán)光加熒光粉制 成的白光發(fā)光二極管的方案中，由于缺少紅光成份，其光譜和標(biāo)準(zhǔn)燈光譜相差很大，而顯色 指數(shù)不高的缺陷；從而提供一種將6種或6種以上輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片，安放
4在一個(gè)導(dǎo)熱基座上進(jìn)行電組合，通過(guò)一內(nèi)壁帶突起物的起混光作用的反光杯的反射壁漫反 射，把多色光均勻混合，而制成具有高顯色性、高效率的白光發(fā)光二極管。本發(fā)明的另一目的在于應(yīng)用本發(fā)明的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，制作白 光發(fā)光二極管燈泡和室內(nèi)照明用發(fā)光二極管平面光源。該白光發(fā)光二極管燈泡和室內(nèi)照明 用發(fā)光二極管平面光源，消除了熒光粉在光色轉(zhuǎn)換中對(duì)光能的損耗，因此電光轉(zhuǎn)換效率高， 使用壽命長(zhǎng)，便于批量生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管(參見(jiàn)圖8a_c)，包括一導(dǎo)熱底 座、引線架、反光杯、6個(gè)或6個(gè)以上芯片和透明硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；其中，所述的反光杯安裝 在導(dǎo)熱基座上表面上，所述的芯片安裝在該反光杯內(nèi)的導(dǎo)熱基座上，芯片上部覆蓋透明硅 膠或環(huán)氧樹(shù)脂；其特征在于，所述的反光杯為一底部鏤空的錐形杯，且在該反光杯內(nèi)壁面上 設(shè)置起混光作用的小突起；所述的引線架形狀和大小與所述的反光杯底部相配合，該引線 架安裝在所述反光杯底部的外側(cè)，并固定在所述的導(dǎo)熱基座的上表面上；所述的6個(gè)或6個(gè) 以上的芯片為6種或6種以上輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片，每一種芯片至少為一粒， 相鄰的兩個(gè)芯片發(fā)光波長(zhǎng)間隔以35 20nm為原則；所述的芯片之間電連接采用串聯(lián)、并聯(lián) 或串并結(jié)合；所述的芯片的電極與引線架上的引線電連接。在上述的技術(shù)方案中，所述的6種輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片的波長(zhǎng)分別 為457nm藍(lán)光芯片、490nm藍(lán)綠光芯片、525nm綠光芯片、560nm黃綠光芯片、590nm橙色芯 片和630nm紅光芯片；6種輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片各為一粒，在導(dǎo)熱基座上排列 的方式，以便于不同光色的光交錯(cuò)混合為原則；芯片之間的電連接可以采用串聯(lián)、并聯(lián)或串 并結(jié)合的方式連接，在串并結(jié)合的方式中，并聯(lián)的兩組電壓降若是相同的，則可以采用同一 電源；若是不同，則不能采用同一電源。圖8b顯示了一種電連接方式是三個(gè)芯片串聯(lián)成一 組后，兩組并聯(lián)通電，也可以兩組不并聯(lián)，用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電源每個(gè)電源驅(qū)動(dòng)一組(三個(gè)芯片串 聯(lián))，也可以把6個(gè)芯片全部串聯(lián)供電。還可以有其他電連接方式，視用戶需要而定。在上述的技術(shù)方案中，還包括6種輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片各為2粒，分 別設(shè)置在導(dǎo)熱基座上表面，把12粒芯片位置交錯(cuò)排列，目的是為了能更好地混光，12粒芯 片平均分成兩組，每一組6個(gè)芯片串聯(lián)，由于芯片數(shù)目相同，所以兩組的壓降是相同的，再 把兩組并聯(lián)起來(lái)(如圖8d)；加上電壓兩組通過(guò)的電流也是相同的，所以LED會(huì)發(fā)出均勻的 白光，LED的功率比圖8(b)的6個(gè)芯片增加了一倍。在上述的技術(shù)方案中，所述的芯片為6種以上輸出不同顏色光的芯片為9或11 種，目的是讓LED的光譜能量分布曲線更光滑，更接近標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜能量分布曲線，例如采 用 457nm 465nm 490nm 515nm 535nm 560nm590nm 6IOnm 630nm 共 9 種 LED 芯片，每一種芯 片為一粒，其在導(dǎo)熱基座上的排列和電連接方式如圖8d所示，芯片位置的排列以便于混光 為原則；9種輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片之間的電連接分成了不相等的兩組，一組 光色偏藍(lán)，由5種輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片串聯(lián)組成，另一組由偏紅波長(zhǎng)的四種 輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片串聯(lián)組成(見(jiàn)圖8d)；由于兩組芯片數(shù)量不相等，所以要 有兩個(gè)獨(dú)立的電源驅(qū)動(dòng)，電源雖繁瑣一些，但兩組可以獨(dú)立調(diào)節(jié)電流，這對(duì)調(diào)節(jié)LED光色是 非常有利的。在上述的技術(shù)方案中，所述的發(fā)光二極管芯片可以用功率型芯片，也可以用多個(gè)小芯片組合；芯片的總個(gè)數(shù)由需要的功率及單個(gè)芯片能承受的電功率決定，這是本專業(yè)技 術(shù)人員可以實(shí)施的。在上述的技術(shù)方案中，所述的導(dǎo)熱基座用金屬銅、鋁或?qū)嵝阅芎玫膹?fù)合材料做 成平板狀的基座、底面上有螺桿、螺孔或有其它便于安裝機(jī)構(gòu)的基座、帶有散熱翅片的基座 或熱超導(dǎo)管基座；所述的散熱翅片為帶有單個(gè)或多個(gè)螺旋的螺旋形散熱翅片或太陽(yáng)花形散 熱翅片；或是一種散熱組件。在上述的技術(shù)方案中，所述的起混光作用的反光杯3為金屬材料或其它反光、導(dǎo) 熱效果好的材料制作，例如銅、鋁等；反光杯內(nèi)壁面上設(shè)置的小突起呈球面，表面仍是很 光亮有很高的反射率；根據(jù)混色的需要，該小突起可以是一樣大小或不一樣大小；該小突 起在反光杯內(nèi)壁面上為隔行錯(cuò)位排列、陣列式排列或由大到小均勻排列，只要使出射光的 角度和均勻性符合使用要求即可，圖7b和圖7c分別是兩種典型的排列方式。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光二極管制作的白光發(fā)光二極管燈泡(如圖9 所示)，包括至少一個(gè)上述的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管通過(guò)其基座上的螺桿、螺孔或其它 機(jī)構(gòu)與一個(gè)散熱器直接機(jī)械連接在一起，該發(fā)光二極管的引出線與一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路電連接， 驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)其外殼與電連接器電連接，在所述發(fā)光二極管上套裝一透光泡殼；散熱器的 下端和一個(gè)杯形的塑料件連接，塑料件內(nèi)部的空間安放驅(qū)動(dòng)電源，塑料件保證了驅(qū)動(dòng)電源 和散熱器之間有足夠好的電氣絕緣；塑料件的末端是一個(gè)電連接器；所述的發(fā)光二極管中 的反光杯安裝在所述的散熱器上端，反光杯內(nèi)壁帶有小突起，使光混合均勻。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光二極管制作的室內(nèi)照明用發(fā)光二極管平面 光源，包括至少一個(gè)上述的發(fā)光二極管、散熱器、驅(qū)動(dòng)電路、電連接器和透明泡殼；其特征 在于，所述的散熱器為一散熱板上設(shè)置2面或4面反射壁組成，所述的散熱板下表面為翼片 狀，反射壁內(nèi)表面帶有小突起，反光壁的外側(cè)有一電氣連接插孔，連接到驅(qū)動(dòng)電源上，所述 的透明泡殼安裝在所述的反光壁上，成為一個(gè)獨(dú)立的面發(fā)光源；或者2個(gè)以上發(fā)光二極管 平面光源組合起來(lái)；所述的發(fā)光二極管為具有高顯色性的白光發(fā)光二極管。在上述的技術(shù)方案中，所述的電連接器為雙腳、多腳直插的燈頭或螺旋燈頭，通常 是按國(guó)際統(tǒng)一的E27螺口或E14螺口 ；也可以是其它特殊的接口，用以連接到電源上。在上述的技術(shù)方案中，所述的透光泡殼為玻璃或塑料制成的透明的、著色的或漫 射的泡殼。在上述的技術(shù)方案中，所述的透光泡殼內(nèi)壁上有光轉(zhuǎn)換材料層。本發(fā)明提供的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.由于采用至少發(fā)6種顏色光的發(fā)光二極管芯片，安放在一個(gè)導(dǎo)熱基座上進(jìn)行電 組合，通過(guò)一底部鏤空的錐形、內(nèi)壁帶突起物的起混光作用的反光杯的反射壁漫反射，把多 色光均勻混合，而制成具有高顯色性、高效率的白光發(fā)光二極管和白光發(fā)光二極管燈，由于 它的光譜能量分布接近了標(biāo)準(zhǔn)燈，人眼光譜敏感度內(nèi)所有的光譜都能包含，所以混光效果 好和顯色性好，光損失少。2.效率高，目前流行的熒光粉吸收藍(lán)光發(fā)出黃綠光的，過(guò)程中能量有一定的損失， 而本發(fā)明不使用熒光粉，避免了這部分的能量損失；又由于采取了特別的混光方法，所以發(fā) 光效率高。3.光衰小，光色一致性好。目前流行方法制作的白光發(fā)光二極管，它的衰減大體說(shuō)是芯片發(fā)光的衰減和熒光粉的衰減兩種綜合的結(jié)果；而本發(fā)明制作的發(fā)光二極管沒(méi)有熒光 粉衰減的因素；它的光色完全取決于芯片的光色和混合程度，所以批量生產(chǎn)中只要選用的 每種芯片波長(zhǎng)是一致的，輸出光的光色也就一致了。 4.本發(fā)明的發(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈還可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化照明，只要通過(guò)調(diào)節(jié)每 種芯片的正向電流就可以改變它輸出的光強(qiáng)，從而改變?cè)摪l(fā)光二極管和發(fā)光二極管燈發(fā)出 光的相關(guān)色溫直至單色光。


圖1是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燈A光源光譜能量分布圖，色溫為2856° K ；圖2是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燈D65光源的光譜能量分布圖，色溫為6504° K ；圖3a是以人眼視覺(jué)函數(shù)截取波長(zhǎng)段后A光源標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜能量分布圖；圖3b是以人眼視覺(jué)函數(shù)截取波長(zhǎng)段后D65標(biāo)準(zhǔn)燈光譜能量分布圖；圖4是紅、綠、藍(lán)三個(gè)發(fā)光二極管的光譜能量分布5是本發(fā)明的六種發(fā)光二極管的光譜能量分布6是本發(fā)明的六種光譜合成后的光譜能量分布7a是本發(fā)明的反光杯內(nèi)壁上的小突起的一種排列方式剖面7b是本發(fā)明的反光杯內(nèi)壁上的小突起另一種排列方式俯視7c是本發(fā)明的反光杯內(nèi)壁上的小突起第三種排列方式示意8a是本發(fā)明的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管一種結(jié)構(gòu)剖面圖；圖8b是本發(fā)明的一種具有6種發(fā)光二極管芯片在導(dǎo)熱底座上的排列和電連接方 式示意圖；圖8c是本發(fā)明的一種具有6種發(fā)光二極管芯片(每種2粒)在導(dǎo)熱底座上的排 列和電連接方式示意圖；圖8d是本發(fā)明的一種具有9種發(fā)光二極管芯片在導(dǎo)熱底座上的排列和電連接方 式示意圖；圖9是應(yīng)用本發(fā)明制作的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管做成的燈泡結(jié)構(gòu)示意 圖；圖10是應(yīng)用本發(fā)明制作的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管做成的面光源發(fā)光二 極管燈泡結(jié)構(gòu)示意圖面說(shuō)明
1-導(dǎo)熱基座2-引線架3-反光杯
4-小突起 7-LED電極引出件 10-LED光源
13-塑料件3'-反光罩
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定(
5_發(fā)光二極管芯片6-透明硅膠 8_驅(qū)動(dòng)電路9-電器接口
11-透光泡殼12-散熱器
4'-小凸起
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種制作高顯色性白光發(fā)光二極管的方法，即實(shí)施例所采用的具體
7技術(shù)方案是按照以下方法實(shí)施的。光源的顯色性是衡量光源對(duì)被照物體顏色還原程度的物理量，太陽(yáng)光是顯色性最 好的光源；因?yàn)樗谡麄€(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的范圍內(nèi)具有連續(xù)光譜。對(duì)人造光源而言，可以認(rèn)為國(guó) 際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)燈的顯色性是最好的；它們發(fā)出的也是連續(xù)光譜，不同色溫只是光譜能量 分布不同。圖2是一個(gè)D65標(biāo)準(zhǔn)光源在可見(jiàn)光部份的光譜能量分布，圖1是標(biāo)準(zhǔn)A光源光 譜能量分布圖。要制作高顯色性的發(fā)光二極管就要仿照標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜能量分布，發(fā)出一個(gè) 基本上是連續(xù)的光譜能量分布和標(biāo)準(zhǔn)燈接近的光，但是標(biāo)準(zhǔn)燈覆蓋的光譜區(qū)間很寬，在可 見(jiàn)光區(qū)域包含了 380nm 780nm整個(gè)區(qū)域。LED要滿足這一光譜范圍非常困難也沒(méi)有必要， 因?yàn)槿搜蹖?duì)光譜的敏感區(qū)在450nm 700nm波段。根據(jù)這一條件和LED芯片的發(fā)光波段， 選取455nm 680nm波段作為配制高顯色性LED的光譜的依據(jù)。普通R、G、B三色光的光譜如圖4所示，兩個(gè)峰值波長(zhǎng)之間相隔很大形不成連續(xù)光 譜曲線。LED芯片發(fā)出光的光譜有一個(gè)峰值波長(zhǎng)，而在它的1/2功率處波長(zhǎng)有一個(gè)范圍。一 般寬度是在峰值波長(zhǎng)的士 10nm，而在1/4功率處有士 18nm。例如峰值波長(zhǎng)是630nm的紅光 芯片，在它輸出光功率的1/2處，它的波長(zhǎng)范圍是從620nm 640nm，而在功率的1/4處，它 的波長(zhǎng)范圍是從612nm 648nm。依據(jù)LED芯片的這一特性，就有可能組成一個(gè)連續(xù)光譜。 例如一個(gè)峰值波長(zhǎng)為630nm的芯片，假定它在630nm發(fā)出的輻射功率為1. O那么在波長(zhǎng)為 612nm處，它的輻射功率約為630nm處的1/4，另外再有一粒波長(zhǎng)峰值為594nm的芯片，假 定它在594nm處的輻射功率也同樣為1. 0，那么這個(gè)芯片在波長(zhǎng)為612nm處也有1/4輻射 功率，所以在兩個(gè)芯片同時(shí)發(fā)光時(shí)在612nm這個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)上總的輻射功率就該是630nm處或 594nm處輻射功率值的1/2.光譜能量分布雖不是一條水平的連續(xù)的直線，但是是鋸齒形的 連續(xù)光譜。從波長(zhǎng)455nm 680nm總的波長(zhǎng)間隔有225nm，按照間隔20nm計(jì)算至少要有11 種芯片。實(shí)際上可以不用這么多芯片，因?yàn)槟骋幌嚓P(guān)色溫下的標(biāo)準(zhǔn)燈它的光譜能量分布曲 線并不是一條水平線，所以可以根據(jù)具體情況調(diào)整光波長(zhǎng)間隔。如果采用波長(zhǎng)間隔為35nm， 則6種不同光色的芯片就可以構(gòu)成一鋸齒形連續(xù)光譜。按波長(zhǎng)間隔35nm排列，所使用的6 種芯片的峰值波長(zhǎng)分別是457nm、493nm、529nm、565nm、601nm和640nm。在具體實(shí)施例中考慮到芯片生產(chǎn)廠，批量生產(chǎn)的芯片波長(zhǎng)是已定制好的，所以選 取6種芯片的峰值波長(zhǎng)分別是457nm、490nm、525nm、560nm、590nm和630nm。這雖和計(jì)算的 值有了點(diǎn)偏差，在實(shí)際制作上是可以允許的。除了 630nm 590nm間隔40nm以外，其它峰 值波長(zhǎng)間隔都小于35nm，都可以在1/4能量上產(chǎn)生重疊，即假定這6種波長(zhǎng)的芯片同時(shí)發(fā) 光，而且在峰值波長(zhǎng)上的輻射功率都相同，那么在離峰值波長(zhǎng)18nm處都會(huì)有兩種芯片發(fā)出 的輻射功率，這一點(diǎn)上的總輻射功率就是兩種芯片發(fā)出的輻射功率之和。如此組成的光譜 能量分布圖是一個(gè)鋸齒形的連續(xù)光譜曲線，多于6種光色芯片的組合可以使波長(zhǎng)間隔變小 曲線變得更平直光滑；但芯片種類太多會(huì)給制造者帶來(lái)很大難度。圖8d是9種光色芯片組 合的一種芯片位置排列圖。要制作高顯色性的白光發(fā)光二極管，要解決的第二個(gè)問(wèn)題是能量分配問(wèn)題，本發(fā) 明有兩個(gè)方法來(lái)調(diào)節(jié)各個(gè)波長(zhǎng)上能量的大小1.選用同一峰值波長(zhǎng)的芯片數(shù)量，例如對(duì)仿D65光源，短波長(zhǎng)的芯片數(shù)量多一些， 對(duì)仿A光源的長(zhǎng)波長(zhǎng)的芯片數(shù)量多一些。2.調(diào)節(jié)通過(guò)芯片電流的大小來(lái)控制能量。發(fā)光二極管在正向?qū)ㄒ院笤谝粋€(gè)相當(dāng)大的電流區(qū)間內(nèi)，它發(fā)出的光能量是和通過(guò)它的正向電流成正比的。改變流過(guò)發(fā)光二極管 的正向電流就可以調(diào)節(jié)發(fā)出的光能的多少。但是電流的改變以不超過(guò)該芯片的額定電流為 宜。調(diào)節(jié)電流的方法可以是直流的也可以采用脈寬調(diào)制方式。制作高顯色性白光發(fā)光二極管要解決的第三個(gè)難點(diǎn)是混色。傳統(tǒng)的混色方法是在 芯片上方覆蓋大量漫反射劑，造成光在芯片容納腔內(nèi)多次散射，從而達(dá)到混色目的。由于漫 反射是無(wú)序的，所以光的損失非常嚴(yán)重，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)光二極管電光轉(zhuǎn)換效率大幅度下降。為 解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明為了既有反光作用，又要有混光的效果；就將原先的光潔度很高的 反光杯的內(nèi)壁上設(shè)置有一個(gè)個(gè)小突起，該小突起是一個(gè)球面的一部分，表面仍是很光亮有 很高的反射率。根據(jù)混色的需要，小突起可以是一樣大小的，也可以是由大到小，隔行錯(cuò)位 排列。圖7b和圖7c分別是兩種典型的排列方式。功率型發(fā)光二極管芯片的發(fā)光面積約有1平方毫米，在近距離和小范圍內(nèi)，它還 不能作為一個(gè)點(diǎn)光源來(lái)處理，而是一個(gè)面光源，反光面上的每個(gè)突起物都會(huì)受到來(lái)自各個(gè) 方向的光照射，然后依照反射定律反射出去，可以把每一個(gè)小突起當(dāng)作一個(gè)小光源，它向球 體的上方向和側(cè)方向發(fā)光，所以既可以把各種顏色的光很好的混合，又不會(huì)損失很多的光 能達(dá)到高效率混光的目的。實(shí)施例1參考圖8a_圖8b，制作一個(gè)本發(fā)明的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管。本實(shí)施例中LED的導(dǎo)熱基座1，使用例如金屬銅、鋁或復(fù)合材料做成平板狀的基 座，并且?guī)в猩岢崞岢崞瑸閹в袉蝹€(gè)或多個(gè)螺旋的螺旋形散熱翅片或太陽(yáng)花形散 熱翅片；或采用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的任何一種發(fā)光二極管基座?；蛘呤潜景l(fā)明人設(shè)計(jì)的一種散熱 組件，該散熱組件由一個(gè)用高導(dǎo)熱材料搭建的支架，所述的支架是一根超導(dǎo)熱管、一根金屬 管或金屬棒，在所述的支架頂部設(shè)置所述的散熱片，和在該支架四周設(shè)置一組下散熱片組 成；其中，所述的散熱片中心開(kāi)有通孔，其通孔大小與所述的超導(dǎo)熱管、金屬管或金屬棒的 外徑相同；所述的熱超導(dǎo)管或金屬管的內(nèi)徑與要安裝的發(fā)光二極管的散熱基座底面的螺 桿、螺孔或其它安裝機(jī)構(gòu)相配合；一用絕緣材料或金屬制作的一多孔的或網(wǎng)狀的外殼包裹 在支架外，與支架成為一體。起混光作用的反光杯3通常采用鋁、銅或其它反光性能好的材料鍍銀制成，形狀 為底部鏤空的錐形杯，并從發(fā)光杯上口沿內(nèi)壁向下設(shè)置小突起4(如圖7a所示)，其小突起 4的直徑由大逐漸變小排列(如圖7b所示)。該小突起4也可以呈陣列排列(如圖7c所 示)、隔行錯(cuò)位排列。該反光杯3安裝在引線架2內(nèi)的底座1的上表面部分，反光杯3和導(dǎo) 熱底座1的夾角在10° -80°之間均可以。該小突起4是一個(gè)表面光潔的球面體，因此反 光杯的內(nèi)壁是很光亮有很高的反射率。本實(shí)施例中使用6粒常規(guī)的市場(chǎng)上能夠買(mǎi)到的發(fā)光二極管芯片，該6種芯片之間 峰值波長(zhǎng)的間隔為35nm左右，它們輸出光的波長(zhǎng)分別在457nm、490nm、525nm、560nm、590nm 和630nm左右；其中按照在波長(zhǎng)457nm藍(lán)光芯片和波長(zhǎng)525nm綠光芯片之間，再設(shè)置一個(gè)波 長(zhǎng)490nm的芯片、在波長(zhǎng)525nm綠光芯片和波長(zhǎng)630nm紅光芯片之間，再至少設(shè)置峰值波長(zhǎng) 為560nm黃綠光芯片和波長(zhǎng)為590nm橙色的芯片6種。該6種發(fā)光二極管芯片5之間經(jīng)引 線電連接，它們可以是全部串聯(lián)或全部并聯(lián)，也可以先串聯(lián)一部分再并聯(lián)以便于調(diào)節(jié)相關(guān) 色溫，本實(shí)施例把457nm 490nm 525nm三種芯片串聯(lián)成一組，另外的三種芯片串聯(lián)成一組分別通過(guò)引出線引出，引出線用于連接驅(qū)動(dòng)電源，該6種芯片排列和電連接方式如圖8 (b) 所示，三個(gè)芯片串聯(lián)成一組后，兩組并聯(lián)通電，也可以兩組不并聯(lián)，用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電源每個(gè)電 源驅(qū)動(dòng)一組(三個(gè)芯片串聯(lián))，也可以把6個(gè)芯片全部串聯(lián)供電。還可以有其他電連接方 式，視用戶需要而定。它和已有的RGB形成白光的方案相比在波長(zhǎng)457nm藍(lán)光芯片和波長(zhǎng) 525nm綠光芯片之間設(shè)置一個(gè)波長(zhǎng)490nm的芯片、在波長(zhǎng)525nm和波長(zhǎng)630nm紅光芯片之間 至少設(shè)置峰值波長(zhǎng)為560nm和波長(zhǎng)為590nm的芯片。如此兩個(gè)相鄰峰值波長(zhǎng)之間的波長(zhǎng)間 隔基本上是35nm當(dāng)6個(gè)芯片同時(shí)發(fā)光時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)連續(xù)的光譜能量分布，而不再是單 獨(dú)分立的峰值(見(jiàn)圖5圖6)。上述的6粒發(fā)光二極管芯片5安放在導(dǎo)熱基座1上表面上，6粒芯片5經(jīng)組合后的 電極從引線架2上引出，引線架2為嵌銅塑料件或MPCB板制作，引線架中的嵌銅片為L(zhǎng)ED 電極引出件7，其作用是通過(guò)導(dǎo)線將LED電極引出與驅(qū)動(dòng)電源電連接；引線架中的嵌銅片與 導(dǎo)熱基座1電絕緣；反光杯3的外側(cè)為引線架2，發(fā)光二極管芯片5上部覆蓋透明硅膠或環(huán) 氧樹(shù)脂7。還可以將上述六粒芯片的電極單獨(dú)引出，也可以分組引出，以便調(diào)節(jié)各種芯片發(fā) 出的光能，達(dá)到所需要的光色，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施的。本實(shí)施例的六種發(fā)光二極 管的光譜能量分布圖如圖6所示。參考圖8c，另一種本發(fā)明的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管的組成實(shí)施例，由6 種輸出不同顏色光的芯片，每種波長(zhǎng)芯片有2個(gè)，按照?qǐng)D8c所示的12個(gè)發(fā)光二極管芯片5 放置在導(dǎo)熱基座1上表面上，該12個(gè)芯片相互間錯(cuò)位的安放以便于混光為目的。6種輸出 不同顏色光的芯片，波長(zhǎng)分別為457nm藍(lán)光芯片、490nm藍(lán)綠光芯片、525nm綠光芯片、560nm 黃綠光芯片、590nm橙色芯片和630nm紅光芯片，以相鄰兩個(gè)峰值波長(zhǎng)間隔以35nm波長(zhǎng)為原 則設(shè)置；6種輸出不同顏色光的芯片共12粒，分為2組，每一組芯片串聯(lián)成一組，分別用引 出片引出，再用導(dǎo)線連接驅(qū)動(dòng)電源，芯片電連接如圖8c所示。參考圖8d，另一種具有9種輸出不同顏色光的芯片(每一種波長(zhǎng)的芯片只有一 粒)，制成本發(fā)明的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管的實(shí)施例，目的是讓LED的光譜能量分 布曲線更光滑，更接近標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜能量分布曲線。9種輸出不同波長(zhǎng)光的芯片的波長(zhǎng)分別 采用 457nm、465nm、490nm、515nm、535nm、560nm、590nm、610nm 和 630nm，9 種芯片在一個(gè)導(dǎo)熱 基座上的位置排列以便于混光為原則。將9個(gè)芯片分成兩組，一組光色偏藍(lán)，即芯片的波長(zhǎng) 為457nm、535nm、560nm、465nm和490nm的5個(gè)芯片串聯(lián)組成；另一組由偏紅波長(zhǎng)的四個(gè)芯 片組成，即波長(zhǎng)590nm、630nm、515nm和610nm，串聯(lián)的兩組芯片分別通過(guò)用引出片引出，用 導(dǎo)線連接驅(qū)動(dòng)電源；由于兩組芯片數(shù)量不相等，所以要有兩組獨(dú)立的電源去點(diǎn)亮它，電源雖 繁瑣一些，但兩組可以獨(dú)立調(diào)節(jié)電流，這對(duì)調(diào)節(jié)LED光色是非常有利的，該LED中芯片的總 個(gè)數(shù)由需要的功率及單個(gè)芯片能承受的電功率決定，這是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)施的。
用9種和6種不同顏色光的芯片組合相比，在457nm和490nm之間插入了一個(gè) 465nm的藍(lán)光芯片，原先從490nm到457nm相隔了 33nm，這兩個(gè)芯片的光譜能量分布曲線重 疊處應(yīng)在1/4功率處，插入465nm芯片和457nm的間隔是8nm，插入465nm芯片和490nm芯 片的間隔是25nm因此，465nm芯片發(fā)出的光和457nm490nm芯片發(fā)出的光的重疊處應(yīng)在1/2 功率以上，這就使得綜合的曲線在這一波段變得幾乎是一條水平的直線，也就是在457nm 到490nm這一段上各個(gè)波長(zhǎng)都具有幾乎相等的功率。同樣道理，在490nm和535nm之間插
10入了一個(gè)515nm，使芯片發(fā)光的峰值波長(zhǎng)間隔從45nm減到25nm和20nm。在590nm與630nm 之間插入610nm，使芯片發(fā)光的峰值波長(zhǎng)間隔從40nm減到了 20nm，這些光都會(huì)在1/2功率 處重疊在560nm和590nm之間有30nm的間隔。光重疊的功率會(huì)略低一些，但對(duì)總體無(wú)大影 響，當(dāng)9個(gè)芯片同時(shí)發(fā)光時(shí)，它的光譜能量分布曲線就顯得平滑了，該LED芯片的總個(gè)數(shù)由 需要的功率及單個(gè)芯片能承受的電功率決定，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施的。上述實(shí)施例中的發(fā)光二極芯片5的尺寸可以是小的，例如0. 35mmX0. 35mm，也可 以用大的，例如ImmX Imm或1. 5mmX 1. 5mm,每種芯片的數(shù)量由需要制作的LED的功率大小 來(lái)決定。實(shí)施例2參考圖9，制作本發(fā)明的高顯色性LED燈。該LED燈用本發(fā)明制作的任何一種發(fā)光二極管10作光源，該發(fā)光二極管10直接 安裝在散熱器12頂部，使芯片5工作時(shí)的熱量能迅速散熱；該散熱器12是常規(guī)的LED燈用 的散熱器；當(dāng)使用一個(gè)LED，其光通量不滿足需要時(shí)，可以用多個(gè)本發(fā)明的高顯色性LED，這 是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施的。LED的四周是一個(gè)錐形的反光罩3'，反光罩3'和LED安 裝面的角度在10° 80°之間；反光罩3'的內(nèi)壁上還設(shè)置有小凸起4'，可以起到混光作 用，并使出射光的角度滿足使用要求。該錐形的反光杯也固定在散熱器(12)的頂端。散熱 器由高導(dǎo)熱率材料制作，例如金屬、碳材料、碳纖維或其它復(fù)合材料，散熱器外表做成翅片 式結(jié)構(gòu)，如圖9所示，空氣對(duì)流好，散熱效率高，頂端大小與起混光作用的反光罩相配合。散 熱器12的下端和一個(gè)杯形塑料件13連接，塑料件13內(nèi)部的空間安放驅(qū)動(dòng)電源8，塑料件保 證了驅(qū)動(dòng)電源和散熱器之間有足夠好的電絕緣；塑料件13的末端是一個(gè)電連接器9，該電 連接器9采用常規(guī)的E27或E14螺口，也可以是雙腳、多腳直插式燈頭。該發(fā)光二極管通過(guò) 其底座上的螺絲或螺絲孔與一個(gè)散熱器直接機(jī)械接觸在一起，該發(fā)光二極管的引出線與一 個(gè)驅(qū)動(dòng)電路電連接，驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)其外殼與電連接器電連接，在所述發(fā)光二極管上套裝一 透光泡殼。實(shí)施例3制作本發(fā)明的一種室內(nèi)照明用發(fā)光二極管平面光源。參考圖10，該室內(nèi)照明用發(fā)光二極管平面光源與通常的發(fā)光二極管平面光源類 似，其區(qū)別在于散熱器為為一散熱板上設(shè)置2面或4面反射壁，所述的散熱板下表面為翼片 狀，反射壁內(nèi)表面帶有小突起4'；上述任何一種本發(fā)明的高顯色性白光發(fā)光二極管10，或 2個(gè)以上高顯色性白光發(fā)光二極管10 (根據(jù)光通量需要設(shè)計(jì)LED個(gè)數(shù))直接安裝在散熱器 上表面；反光壁的外側(cè)有一電氣接口 9，連接到驅(qū)動(dòng)電源上，所述的透明泡殼11安裝在所述 的反光壁上，成為一個(gè)獨(dú)立的面發(fā)光源；所述散熱板位于平面光源或液晶顯示用背照明光 源的導(dǎo)光板的背面和四周。由于LED發(fā)出的白光經(jīng)底部和四周反射后，從頂面出射，經(jīng)過(guò)了 多次的反射，所以它的出射光是相當(dāng)均勻的。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變型，但這些相應(yīng)的改變和變 型都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，包括一導(dǎo)熱基座、引線架、反光杯、6個(gè)或6個(gè)以上發(fā)光二極管芯片和透明硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；其中，所述的反光杯安裝在導(dǎo)熱基座上表面上，所述的發(fā)光二極管芯片安裝在該反光杯內(nèi)的導(dǎo)熱基座上，發(fā)光二極管芯片上部覆蓋透明硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；其特征在于，所述的反光杯為一底部鏤空的錐形杯，且在該反光杯內(nèi)壁面上設(shè)置起混光作用的小突起；所述的引線架形狀和大小與所述的反光杯底部相配合，該引線架安裝在所述反光杯底部外側(cè)，并固定在所述的導(dǎo)熱底座的上表面上；所述的6個(gè)或6個(gè)以上發(fā)光二極管芯片為6種，或6種以上輸出不同顏色光的芯片，每一種芯片至少為一粒，以相鄰的兩個(gè)芯片發(fā)光峰值波長(zhǎng)間隔在35～20nm，安放在一個(gè)導(dǎo)熱底座上進(jìn)行電組合，所述的發(fā)光二極管芯片的電極與引線架上的引線電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述的6種輸出 不同波長(zhǎng)光的芯片的波長(zhǎng)分別為457nm藍(lán)光、波長(zhǎng)490nm藍(lán)綠光、波長(zhǎng)525nm綠光、560nm 黃綠光、590nm橙色和波長(zhǎng)630nm紅光，相鄰兩峰值波長(zhǎng)間隔在35nm-20nm;所述6種輸出不 同波長(zhǎng)光的芯片之間電連接，采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的電連接，用引出線與驅(qū)動(dòng)電源 電連接；還包括把芯片分幾組，每一組芯片串聯(lián)成一組，分別用引出線引出，引出線用于連 接驅(qū)動(dòng)電源。
3.按權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述的9種輸出 不同波長(zhǎng)光的芯片的波長(zhǎng)分別為457nm、465nm、490nm、515nm、535nm、560nm、590nm、610nm 和630nm ；其中9種發(fā)光二極管芯片分成兩組，一組由波長(zhǎng)457nm、535nm、560nm、465nm和 490nm的5個(gè)發(fā)光二極管芯片串聯(lián)；另一組由波長(zhǎng)590nm、630nm、515nm和610nm的4個(gè)發(fā)光 二極管芯片串聯(lián)，串聯(lián)的兩組芯片分別通過(guò)引出線引出，引出線用于連接各自的驅(qū)動(dòng)電源。
4.按權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述的導(dǎo)熱基 座由金屬銅、鋁或其它高導(dǎo)熱率的材料制成平板狀的基座、帶有散熱翅片的基座、或底面上 有螺桿、螺孔或其它安裝機(jī)構(gòu)的基座；所述的散熱翅片為帶有單個(gè)或多個(gè)螺旋的螺旋形散 熱翅片或太陽(yáng)花形散熱翅片，或是采用一種散熱組件，該散熱組件由一個(gè)用高導(dǎo)熱材料搭 建的支架，所述的支架是一根超導(dǎo)熱管、一根金屬管或金屬棒，在所述的支架頂部設(shè)置所述 的散熱片，和在該支架四周設(shè)置一組下散熱片組成；其中，所述的散熱片中心開(kāi)有通孔，其 通孔大小與所述的超導(dǎo)熱管、金屬管或金屬棒的外徑相同；所述的超熱導(dǎo)率管或金屬管的 內(nèi)徑與要安裝的發(fā)光二極管的散熱基座底面的螺桿、螺孔或其它安裝機(jī)構(gòu)相配合；一用絕 緣材料或金屬制作的一多孔的或網(wǎng)狀的外殼包裹在支架外，與支架成為一體。
5.按權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述的反光杯 為銅、鋁金屬材料或其它反光性能好的材料制作。
6.按權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述的小突起 是一表面光潔的球面體，小突起直徑是一樣或不一樣的，其排列方式為陣列式、隔行錯(cuò)位排 列或者該小突起由反光杯口向下由大到小排列。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的具有高顯色性的白光發(fā)光二極管制作的白光發(fā)光二極 管燈泡，包括至少一個(gè)白光發(fā)光二極管、透光泡殼、散熱器、驅(qū)動(dòng)電路、電連接器和透明硅 膠或環(huán)氧樹(shù)脂；其特征在于，所述的反光罩為一底部鏤空的錐形杯，且在該反光罩內(nèi)壁面上 設(shè)置小凸起；該反光罩安裝在所述的散熱器頂端；所述的白光發(fā)光二極管安裝在反光罩中 心，且該白光發(fā)光二極管的下表面緊貼在所述的散熱器上；所述的散熱器采用翹片式結(jié)構(gòu)，大小與反光杯相配合；所述的白光發(fā)光二極管的電極從引線架上引出，用導(dǎo)線和驅(qū)動(dòng)器連 接，散熱器的下端和一個(gè)杯形塑料件連接，塑料件內(nèi)部的空間安放驅(qū)動(dòng)電源；塑料件的末端 是一個(gè)電連接器。
8.按權(quán)利要求7所述的白光發(fā)光二極管燈泡，其特征在于，所述的電連接器為螺旋燈 頭，通常是按國(guó)際統(tǒng)一的E27或E14螺口 ；或雙腳、多腳直插的燈頭。
9.按權(quán)利要求7所述的白光發(fā)光二極管制作的室內(nèi)照明用發(fā)光二極管平面光源，其特 征在于，所述的透光泡殼為玻璃或塑料制成的透明的、著色的或漫射的泡殼，或所述的透光 泡殼內(nèi)壁上有光轉(zhuǎn)換材料層。
10.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述具有高顯色性的白光發(fā)光二極管制作的室內(nèi)照明用發(fā)光 二極管平面光源，包括至少一個(gè)發(fā)光二極管、散熱器、驅(qū)動(dòng)電路、電連接器和透明泡殼；其 特征在于，所述的散熱器為一散熱板上設(shè)置2塊或4塊反射壁，所述的散熱板下表面為翼片 狀，反射壁內(nèi)表面帶有小突起，反光壁的外側(cè)有一電氣連接插孔，連接到驅(qū)動(dòng)電源上，所述 的透明泡殼安裝在所述的反光壁上，成為一個(gè)獨(dú)立的面發(fā)光源；或者2個(gè)以上發(fā)光二極管 平面光源組合起來(lái)；所述的發(fā)光二極管為具有高顯色性的白光發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高顯色性的白光發(fā)光二極管和燈，該白光發(fā)光二極管包括-導(dǎo)熱基座、起混光作用的反光杯，且在該反光杯內(nèi)壁面上設(shè)置小突起；至少6個(gè)輸出不同顏色光的發(fā)光二極管芯片，設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)熱基座上進(jìn)行電組合，一形狀和大小與所述的發(fā)光杯底部相配合的引線架，該引線架安裝在反光杯外，并固定在底座的上表面上；芯片的電極與引線架上的引線電連接，芯片上覆蓋透明光學(xué)材料；通過(guò)反光杯的反射壁漫反射，把多色光均勻混合，而制成具有高顯色性高效率的白光發(fā)光二極管。應(yīng)用該白光發(fā)光二極管制作的白光發(fā)光二極管燈和平面光源，該燈消除了熒光粉在光色轉(zhuǎn)換中對(duì)光能的損耗，因此電光轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，便于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F21V23/00GK101881381SQ200910098188
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者張亞素, 李海波 申請(qǐng)人:寧波晶科光電有限公司