專利名稱：一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED，屬于半導(dǎo)體照明器件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白光LED隨著發(fā)光效率的不斷提高，應(yīng)用越來越廣泛，當(dāng)前主流的形成白光LED的方案是利用藍(lán)光LED發(fā)光芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光的YAG熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光LED光源，一部分藍(lán)光被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光，發(fā)射的黃光和剩余的藍(lán)光混合，調(diào)控它們的強(qiáng)度比即可得到各種色溫的白光，這種白光LED光源與傳統(tǒng)光源相比，一個(gè)顯著的缺陷是顯色指數(shù)Ra偏低，原因是這種技術(shù)產(chǎn)生的白光在紅光波段的光譜功率密度偏低。Ra大于90的光源可以實(shí)現(xiàn)良好的色彩還原性,屬于高顯色指數(shù)光源。目前白光LED的Ra —般在70-80之間，還不能滿足對色還原性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如光學(xué)醫(yī)療設(shè)備內(nèi) 窺鏡、無影燈等的應(yīng)用要求，這些應(yīng)用要求高顯色指數(shù)光源，它們的Ra大于90。實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)白光LED常用的技術(shù)是采用多種熒光粉混合，如采用YAG熒光粉和氮化物熒光粉混合，可得到高顯色指數(shù)的白光，如韓國首爾半導(dǎo)體推出了一款Ra在93左右的高顯色指數(shù)LED，型號為S42180，但其驅(qū)動(dòng)電流只能達(dá)到800mA，光通量在1301m左右，雖然顯色指數(shù)很高，但光通量比較低，還達(dá)不到常用醫(yī)療設(shè)備照明的亮度水平。采用混合熒光粉技術(shù)實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)的LED不能進(jìn)行大電流驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致輸出光通量低的主要原因是氮化物熒光粉在大電流密度驅(qū)動(dòng)下，化學(xué)穩(wěn)定性差，發(fā)光效率會(huì)降低，可靠性還比較差，還不能應(yīng)用于大電流驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行高顯色指數(shù)白光LED的產(chǎn)品化生產(chǎn)。在已有技術(shù)中，沒有一種白光LED光源同時(shí)具有高亮度和高顯色指數(shù)的性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是推出一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源，同時(shí)具有高亮度和高顯色指數(shù)的性能。為方便敘述，將藍(lán)光LED發(fā)光芯片和YAG熒光粉的結(jié)合體直接用白光LED發(fā)光芯片來表不。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，采用白光LED發(fā)光芯片和紅光LED發(fā)光芯片混合共陽極封裝構(gòu)成LED發(fā)光芯片陣列，使LED發(fā)光芯片陣列能進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，保證LED高輸出光通量，同時(shí)又補(bǔ)充了白光LED發(fā)光芯片發(fā)出的白光在紅光波段的光譜功率密度，實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)?，F(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源，其特征在于該光源含基板10，LED發(fā)光芯片陣列11，平凸透鏡14，LED發(fā)光芯片陣列11含LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n2，分別排列成nXn的矩陣，η是2飛的正整數(shù)，每個(gè)LED發(fā)光芯片的形狀為矩形，相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于O. OlmnTO. Imm之間，LED發(fā)光芯片陣列11含白光LED發(fā)光芯片12，紅光LED發(fā)光芯片13，白光LED芯片12和紅光LED發(fā)光芯片13數(shù)量的比例為3: f 4:1，白光LED芯片12和紅光LED發(fā)光芯片13隨機(jī)排列在LED發(fā)光芯片陣列11中，平凸透鏡14的光軸通過LED發(fā)光芯片陣列11的中心并與LED發(fā)光芯片陣列11垂直，平凸透鏡14的平面與LED發(fā)光芯片陣列11上表面的距離介于O. 05mnTl. Omm,平凸透鏡14的平面與LED發(fā)光芯片陣列11上表面之間的間隙內(nèi)充以空氣或光學(xué)膠，白光LED發(fā)光芯片12和紅光LED發(fā)光芯片13的陽極與基板10焊接，白光LED發(fā)光芯片12的陰極連接在一起，紅光LED發(fā)光芯片13的陰極連接在一起，工作時(shí)，白光LED發(fā)光芯片12和紅光LED發(fā)光芯片13分別被驅(qū)動(dòng)，白光LED發(fā)光芯片12的最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，紅光LED發(fā)光芯片13的最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，白光輸出光通量總量介于12001nT25001m之間，Ra大于90。本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，平凸透鏡14是半球透鏡，半球透鏡的曲率半徑介于2mnTl5mm。本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，每個(gè)LED發(fā)光芯片的形狀為正方形，尺寸介于 O. 5mmX O. 5mm 2mmX 2mm 之間。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)
·[0011]I、LED的熱阻更小，可以進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，單位面積發(fā)光芯片輸出光通量高，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)高Ra ；2、僅采用了傳統(tǒng)的YAG熒光粉，LED的工作穩(wěn)定性好，不會(huì)出現(xiàn)隨工作時(shí)間的增加發(fā)生顯色指數(shù)變差的情況。

圖I本發(fā)明的高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED的典型的相對光譜功率分布曲線。圖3是實(shí)施例I的2X2矩陣LED芯片排布示意圖。圖4是實(shí)施例2的3X3矩陣LED芯片排布示意圖。圖5是實(shí)施例3的5 X 5矩陣LED芯片排布示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案和工作原理。所有實(shí)施例都具有與發(fā)明內(nèi)容所述裝置的結(jié)構(gòu)完全相同的結(jié)構(gòu)。為避免重復(fù)，以下實(shí)施例僅羅列關(guān)鍵的技術(shù)數(shù)據(jù)。實(shí)施例I :本實(shí)施例的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)n=2，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為3，紅光LED發(fā)光芯片13的數(shù)量為1，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為3_，所有發(fā)光芯片的尺寸為ImmX Imm0工作原理為工作時(shí)，白光LED發(fā)光芯片和紅光LED發(fā)光芯片分別被驅(qū)動(dòng)，最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，白光LED發(fā)光芯片和紅光LED發(fā)光芯片分別發(fā)出低顯色指數(shù)的白光和紅光，低顯色指數(shù)的白光和紅光混合，光譜功率分布將實(shí)現(xiàn)疊加，則混合后產(chǎn)生的白光會(huì)補(bǔ)充低顯色指數(shù)白光在紅光波段的光譜功率分布，使白光的光譜功率分布在各波段分布更平衡，從而實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)，混合后產(chǎn)生的白光經(jīng)過半球透鏡出射，白光的典型光譜功率分布曲線附圖2所示。同時(shí)，由于采用了共陽極封裝形式，LED的熱阻更小，能實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光芯片更大的驅(qū)動(dòng)電流密度，比傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)電流密度高I倍以上，則LED發(fā)光芯片發(fā)出的光通量就更高，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)12001m，Ra高達(dá)93的白光。實(shí)施例2 本實(shí)施例的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)n=3，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為7，紅光LED發(fā)光芯片13的數(shù)量為2，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為6_，所有發(fā)光芯片的尺寸為ImmX Imm0本實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例I的工作原理類似，此處就不再重復(fù)。本實(shí)施例輸出白光的最大光通量和Ra分別為22001m和92。實(shí)施例3 本實(shí)施例的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)n=5，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為17，紅光LED 發(fā)光芯片13的數(shù)量為8，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為15_，所有發(fā)光芯片的尺寸為 2mm X 2mm。本實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例I的工作原理類似，此處就不再重復(fù)。本實(shí)施例輸出白光的最大光通量和Ra分別為25001m和91。本發(fā)明的高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源，特別適宜應(yīng)用于光學(xué)擴(kuò)展量受限的對光通量要求高，顯色指數(shù)要求高的醫(yī)療設(shè)備如內(nèi)窺鏡等的照明。
權(quán)利要求1.一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源，其特征在于該光源含基板(10)，LED發(fā)光芯片陣列(11)，平凸透鏡(14)，LED發(fā)光芯片陣列(11)含LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n2，分別排列成nXn的矩陣，η是2飛的正整數(shù)，每個(gè)LED發(fā)光芯片的形狀為矩形，相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于O. OlmnTO. Imm之間，LED發(fā)光芯片陣列(11)含白光LED發(fā)光芯片(12)紅光LED發(fā)光芯片(13)，白光LED芯片(12)和紅光LED發(fā)光芯片(13)數(shù)量的比例為3: f 4:1，白光LED芯片(12)和紅光LED發(fā)光芯片(13)隨機(jī)排列在LED發(fā)光芯片陣列(11)中，平凸透鏡(14)的光軸通過LED發(fā)光芯片陣列(11)的中心并與LED發(fā)光芯片陣列(11)垂直，平凸透鏡(14)的平面與LED發(fā)光芯片陣列(11)上表面的距離介于O. 05mnTl. 0mm，平凸透鏡(14)的平面與LED發(fā)光芯片陣列(11)上表面之間的間隙內(nèi)充以空氣或光學(xué)膠，白光LED發(fā)光芯片(12)和紅光LED發(fā)光芯片(13)的陽極與基板(10)焊接，白光LED發(fā)光芯片(12)的陰極連接在一起，紅光LED發(fā)光芯片(13 )的陰極連接在一起，工作時(shí)，白光LED發(fā)光芯片(12)和紅光LED發(fā)光芯片(13)分別被驅(qū)動(dòng)，白光LED發(fā)光芯片(12)的最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，紅光LED發(fā)光芯片(13)的最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，白光輸出光通量總量介于 12001nT25001m 之間，Ra 大于 90。
2.如權(quán)利要求I所述的白光LED光源，其特征在于上述平凸透鏡14是半球透鏡，半球透鏡的曲率半徑介于2mnTl5mm。
3.如權(quán)利要求I所述的白光LED光源，其特征在于上述每個(gè)LED發(fā)光芯片的形狀為正方形，尺寸介O. 5謹(jǐn)X O. 5mm 2謹(jǐn)X 2謹(jǐn)之間。
4.如權(quán)利要求I所述的白光LED光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n=2，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為3，紅光LED發(fā)光芯片13的數(shù)量為I，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為3mm，所有發(fā)光芯片的尺寸為ImmX 1mm，LED發(fā)光芯片發(fā)出的光通量可實(shí)現(xiàn)聞達(dá)12001m，Ra聞達(dá)93的白光。
5.如權(quán)利要求I所述的白光LED光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n=3，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為7，紅光LED發(fā)光芯片13的數(shù)量為2，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為6mm，所有發(fā)光芯片的尺寸為ImmX 1mm，LED發(fā)光芯片發(fā)出的光通量可實(shí)現(xiàn)聞達(dá)22001m，Ra聞達(dá)92的白光。
6.如權(quán)利要求I所述的白光LED光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n=5，其中白光LED發(fā)光芯片12的數(shù)量為17，紅光LED發(fā)光芯片13的數(shù)量為8，平凸透鏡14是半球透鏡，曲率半徑為15mm，所有發(fā)光芯片的尺寸為2mmX2mm，LED發(fā)光芯片發(fā)出的光通量可實(shí)現(xiàn)聞達(dá)25001m，Ra聞達(dá)91的白光。
專利摘要一種高亮度、高顯色指數(shù)的白光LED光源，采用藍(lán)光LED發(fā)光芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光的YAG熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光LED發(fā)光芯片，其白光LED發(fā)光芯片和紅光LED發(fā)光芯片混合共陽極封裝構(gòu)成LED發(fā)光芯片陣列，白光LED芯片和紅光LED發(fā)光芯片隨機(jī)排列在LED發(fā)光芯片陣列中。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便；可以使LED發(fā)光芯片陣列能進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，保證LED高輸出光通量，同時(shí)又補(bǔ)充了白光LED發(fā)光芯片發(fā)出的白光在紅光波段的光譜功率密度，實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)。
文檔編號H01L33/50GK202712179SQ20122037459
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者辜長明, 鄭耀, 于冬梅 申請人:青島海泰新光科技有限公司