熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元、植物生長(zhǎng)燈器件及植物生長(zhǎng)燈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元、植物生長(zhǎng)燈器件及植物生長(zhǎng)燈，特別涉及一種基于LED倒裝芯片的熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元及植物生長(zhǎng)燈，屬于LED光電子器件的制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]用于植物生長(zhǎng)的人工光源已廣泛用于溫室內(nèi)蔬菜、水果、花丼等作物的栽培。這些人工光源可以在沒(méi)有日光條件下單獨(dú)使用，或者在日光不足的條件下作為補(bǔ)光使用，幫助植物正常生長(zhǎng)。它們的應(yīng)用甚至包括某些特殊領(lǐng)域，如為宇航員提供新鮮果蔬的外太空作物栽培。常見(jiàn)的人工光源有白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈或汞燈等。但是，這些傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源的光譜功率分布固定，光通量強(qiáng)度的可調(diào)范圍較小，并不能與植物生長(zhǎng)所需的理想光源條件相匹配，更何況不同植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光源的需求也存在差異，這樣便造成了光源的浪費(fèi)。此外，這些人工光源在電光轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等方面也存在劣勢(shì)。
[0003]日光連續(xù)光譜中280?800nm波段范圍對(duì)植物生長(zhǎng)具有重要意義。植物生長(zhǎng)需求能量比重最大的為藍(lán)光波段(是390?500nm)和紅光波段￠00?800nm)，主要用于進(jìn)行光合作用和植物主要性狀的正常表達(dá)。其中，390?700nm波段為光合作用活躍輻射區(qū)，是植物生長(zhǎng)最主要的光源區(qū)域；700?800nm遠(yuǎn)紅光波段主要影響植物性狀的正常表達(dá)，植物生長(zhǎng)對(duì)其的需求量相對(duì)較少。而紫外光、綠光波段的吸收比重很低，它們對(duì)植物生長(zhǎng)的影響很有限。
[0004]另一方面，各種波段光源之間的比例也會(huì)影響植物生長(zhǎng)。比如，藍(lán)光與紅光的光子數(shù)比例對(duì)光合作用有決定性影響；而紅光和遠(yuǎn)紅光的光子數(shù)比例則對(duì)種子發(fā)芽、秧苗生根、避蔭反應(yīng)、成花誘導(dǎo)等產(chǎn)生影響。光譜組成和各組成的功率或功率比表現(xiàn)為光源的光譜功率分布。
[0005]除光譜功率分布外，光源到達(dá)植物表面的光子通量強(qiáng)度和光周期(周期為24小時(shí))也會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響。
[0006]相比上述傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源，LED光源在諸多方面都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、體積小、抗震、防水防潮、低壓直流驅(qū)動(dòng)、可脈寬調(diào)制(PWM)輸出等優(yōu)點(diǎn)，已大量用于IXD背光源、顯示屏、信號(hào)燈、景觀照明、普通照明等領(lǐng)域。LED是一種光譜較窄，單色性較好的半導(dǎo)體固態(tài)光源，其光譜半高寬約為15?30nm，光譜峰值波長(zhǎng)覆蓋從紫外光到近紅外光的所有區(qū)域范圍。LED的理論電光轉(zhuǎn)換效率為100%，目前氮化物AlxInyGa1^N(O彡x，y彡I ；x+y ^ I)藍(lán)光LED的外量子效率可以達(dá)到70%以上。并且，單顆藍(lán)光LED的發(fā)光功率已達(dá)到3W以上。根據(jù)Haitz定理，未來(lái)LED產(chǎn)業(yè)將以每10年光功率增加20%、價(jià)格下降10%的方式快速增長(zhǎng)。因此，LED光源不僅可以克服傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源的缺點(diǎn)，而且具有良好的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?br>[0007]使用LED作為植物生長(zhǎng)光源已有許多外國(guó)專(zhuān)利、中國(guó)專(zhuān)利進(jìn)行過(guò)報(bào)道。如專(zhuān)利號(hào)為 US6921182B2 的美國(guó)專(zhuān)利 EFFICIENT LED LAMP FOR ENHACING COMMERCIAL AND HOMEPLANT GROWTH公開(kāi)了由兩種不同光束角、不同峰值波長(zhǎng)的紅光LED和藍(lán)光LED組成的促進(jìn)植物生長(zhǎng)燈；又如公開(kāi)號(hào)為CN1596606A的中國(guó)專(zhuān)利《高效節(jié)能LED植物生態(tài)燈》公開(kāi)了一種由藍(lán)光LED或紅光LED或藍(lán)光和紅光LED組合形成的植物生長(zhǎng)光源；公開(kāi)號(hào)為CN101387379A的中國(guó)專(zhuān)利《一種用于蘭科植物組培的LED混光燈具》公開(kāi)了一種由藍(lán)光與紅光LED可調(diào)的蘭科植物生長(zhǎng)光源。
[0008]可以看到，除了 LED光源的高能效、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)外，采用LED固態(tài)光源可以通過(guò)輔助的驅(qū)動(dòng)控制器或控制系統(tǒng)對(duì)植物生長(zhǎng)光源的光子通量強(qiáng)度和光周期進(jìn)行準(zhǔn)確控制。
[0009]公開(kāi)號(hào)為CN103361054A中國(guó)專(zhuān)利《氮化物紅色熒光粉合成方法及LED植物生長(zhǎng)燈》公開(kāi)了一種采用GaN基藍(lán)光LED正裝芯片和氮化物紅光熒光粉組合成植物生長(zhǎng)燈的技術(shù)方案。其中，紅光熒光粉的氮化物材料組分為稀土摻雜的Ca2Si5N8、Sr2Si5N8, Ba2Si5N8或CaAlSiN3,其發(fā)射波長(zhǎng)為 610 ?720nm。然而，AlxInyGai_x_yN(0 ^ x, y ^ I ；x+y ( I)藍(lán)光LED正裝芯片在電流擴(kuò)展、熱量管理等方面存在著劣勢(shì)，特別對(duì)于大功率LED器件而言，上述劣勢(shì)更加突出地表現(xiàn)出來(lái)。
[0010]近幾年，采用倒裝結(jié)構(gòu)的氮化物L(fēng)ED芯片技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注和重視。其原因在于，一方面，倒裝芯片結(jié)構(gòu)克服了原有正裝芯片結(jié)構(gòu)在散熱、電流擴(kuò)展和電極遮擋出光等缺點(diǎn)；另一方面，在借鑒了集成電路行業(yè)中有關(guān)倒裝技術(shù)、晶圓鍵合技術(shù)、表貼技術(shù)等工藝方法后，經(jīng)歷了一定時(shí)間的吸收、積累和發(fā)展后，其技術(shù)路線逐漸成熟起來(lái)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種進(jìn)一步提高LED器件的能效水平，降低系統(tǒng)成本的熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元、植物生長(zhǎng)燈器件及植物生長(zhǎng)燈。
[0012]本實(shí)用新型是采用單顆藍(lán)光LED倒裝芯片和包敷激發(fā)熒光轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行芯片級(jí)封裝形式(CSP)制作的熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元。
[0013]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元，包括藍(lán)光LED倒裝芯片、紅光熒光轉(zhuǎn)換層及透明導(dǎo)光層，所述紅光熒光轉(zhuǎn)換層涂敷在所述藍(lán)光LED倒裝芯片上，所述透明導(dǎo)光層包敷在所述紅光熒光轉(zhuǎn)換層上；其中，
[0014]所述藍(lán)光LED倒裝芯片由藍(lán)寶石襯底、氮化物外延層、P電極及η電極組成，所述藍(lán)寶石襯底貼合在所述氮化物外延層的上表面上，所述P電極及η電極均位于所述氮化物外延層的下表面，且均與所述氮化物外延層的下表面相連接；所述紅光熒光轉(zhuǎn)換層涂敷在所述藍(lán)光LED倒裝芯片的除所述P電極及η電極所在面的其他面上。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0016]除了 LED固態(tài)光源相對(duì)傳統(tǒng)照明光源的節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、光功率輸出功率控制方便等特性外，還具有更好的電流擴(kuò)展、熱量管理、能量轉(zhuǎn)換效率。
[0017]所述氮化物外延層的組成材料為氮化物AlxInyGa1TyN(O ^ x, y ^ I ；x+y彡I)中的至少一種。且所述藍(lán)光LED倒裝芯片的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)范圍是390?500nm。
[0018]所述紅光熒光轉(zhuǎn)換層由紅光熒光轉(zhuǎn)換材料通過(guò)包覆的方式分散在封裝材料中制成。通過(guò)包覆的方式分散在環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧模塑料EMC、熱塑膠PCT、硅膠等封裝材料中，將藍(lán)光LED倒裝芯片出射的部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換為紅光，配合未經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的藍(lán)光組成植物生長(zhǎng)所需的主要光譜。
[0019]所述紅光熒光轉(zhuǎn)換材料包括稀土或過(guò)渡金屬摻雜的無(wú)機(jī)發(fā)光材料、量子點(diǎn)發(fā)光材料中的任意一種或兩種以上的混合；例如，常見(jiàn)的發(fā)射紅光熒光的稀土或過(guò)渡金屬摻雜的無(wú)機(jī)發(fā)光材料包括:CahSrxS:Eu2+(O 彡 x 彡 I)、Ca1^xSrxAlSiN3:Eu2+(O ^ x ^ I)等等。量子點(diǎn)發(fā)光材料包括:CdSe、CdZnSe等。
[0020]所述紅光熒光轉(zhuǎn)換材料的有效激發(fā)波長(zhǎng)范圍是390?500nm，所述紅光熒光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)范圍是600?800nm。
[0021]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一技術(shù)方案如下:
[0022]一種熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈器件，包括兩個(gè)以上的上述的熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元及PCB板，所述熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元通過(guò)焊接平均分布在所述PCB板上，所述PCB板上設(shè)有導(dǎo)電線路，各個(gè)所述熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈單元通過(guò)所述PCB板上的導(dǎo)電線路以串聯(lián)或并聯(lián)方式進(jìn)行接通。
[0023]進(jìn)一步，所述PCB板為條形PCB板或圓盤(pán)形PCB板。
[0024]進(jìn)一步，所述PCB板由基板及絕緣層組成，所述絕緣層位于所述基板及所述導(dǎo)電線路之間。
[0025]進(jìn)一步，所述基板為金屬鋁基板或金屬銅基板。
[0026]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一技術(shù)方案如下:
[0027]一種熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈，所述熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈由兩個(gè)以上的上述述的熒光轉(zhuǎn)換植物生長(zhǎng)燈器件組合而成。即采用多個(gè)器件組成點(diǎn)狀、線條狀、平面狀、立體狀等各式各樣的光源形式。
[0028]本實(shí)用新型植物生長(zhǎng)燈使用了基于LED倒裝芯片的焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單芯片及多芯片模組的無(wú)金線、無(wú)固晶膠封裝，在保證產(chǎn)品可靠性的同時(shí)，還擁有低熱阻、高光效、光色分布均勻、制作工藝流程簡(jiǎn)化、器件系統(tǒng)成本更低等優(yōu)點(diǎn)。
[0029]紅色熒光轉(zhuǎn)換材料分散在環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧模塑料EMC、熱塑膠PCT、硅膠等封裝材料中，通過(guò)包覆的配置方式將LED倒裝芯片出射的部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換為紅光，配合未經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的藍(lán)光組成植物生長(zhǎng)所需的主要光譜。而且，由于采用了熒光轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換藍(lán)光為紅光光譜的技術(shù)路線，如此便可選擇不同的紅光熒光轉(zhuǎn)換材料，還可以采用一種或多種熒光轉(zhuǎn)換材料混合的方式對(duì)紅光光譜進(jìn)行設(shè)置，以滿足不同植物在不同生長(zhǎng)周期對(duì)光源要求的差異。而藍(lán)、紅光的強(qiáng)度比