专利名称：高显指led集成光源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体固体照明技术领域，特别是一种基于现有集成封装(包括COB等其它多芯片集成封装)工艺及设备的高显指LED集成光源。
背景技术：
光源对物体的显色能力称为显色性，显色性采用显色指数(CRI)来表征。中国国家标准“光源显色性评价方法GB/T5702-2003”以及CIE等国际标准都规定了光源显色指数类似的评价方法，为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“一般显色性指数Ra”作为定量评价指针，显色性指数最高为100。显色性指数的高低，表示物体在该光源下“变色”和“失真”的程度。能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(CRI)高的光源，其数值接近100，显色性最好，这样的光源具有比较完整、均匀、连续光谱，当光源光谱中很少或缺乏被照物体的某些颜色光谱时，被照物体反射光颜色会产生明显的色移，色差程度也越大，光源对该色的显色性越差，光源的显色指数就低。目前，白光大功率LED具有极高的发光效率，商用IW的LED已做到1301m/W左右的光效，LED集成光源或者COB封装光源光效也可做到1001m/W及以上，高的光效意味着LED灯更节能，更有市场前景。但普遍地高光效LED (色温在4500K以上)，其显色指数较低，普遍RaS 70，无法满足光效室内等更广阔商业照明领域应用。美国能源之星标准明确要求室内LED照明产品，显指必须大于85。低显色指数这一缺点，严重制约了 LED的市场发展。高光效和高显色性是LED光源的关键，LED光源的高光效(彡1001m/ff)和高显色指数(Ra ^ 90)且符合照明环境或照明作业对象的白光LED光源才是最好的光源。现有的高显色指数(Ra ^ 85) LED灯具，一类是通过LED荧光粉改进显色指数，但却使LED光源光效降低，普遍为80 Im /W，另一类是采用三基色原理，每颗LED内封装分路驱动控制的红、绿、蓝三色LED，配合发出高显指白光。由于红绿蓝三色需要分路驱动控制，使灯具驱动电路复杂化，极大增加了灯具成本，制约了这类灯具的普及。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于现有LED集成光源封装工艺及设备的高显指LED集成光源，其能同时满足高显色指数和高光效的要求，而且结构简单、制作成本低廉
MTv ο实现本实用新型目的的技术解决方案为一种高显指LED集成光源，包括串联的多个蓝光LED芯片，还包括红光和/或绿光LED芯片，所述红光和/或绿光LED芯片与所述蓝光LED芯片串联。作为本实用新型的优选方案，所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为15 3 O0作为本实用新型的又一优选方案，所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为18 :2 0o作为本实用新型的再一优选方案，所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为30 4 :1。本实用新型与现有技术相比，其显著优点I、结构简单不增加驱动线路，兼容现有流行驱动方式。2、、制作方便、造价低廉，便于推广利用现有LED集成及COB封装工艺及设备，在蓝光LED芯片中，巧妙串入红光LED芯片进行主要补偿，辅以绿光LED芯片补偿，提高白光集成及COB封装LED光源显色指数。
3、同时具有高显色指数和高光效；用于补偿的红光和绿光LED芯片，选用与蓝光LED芯片相当功率、相近驱动电流的芯片，这样LED光源应用中，既发挥LED的高光效，又提高整体显色指数，使Ra > 90。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图I是白炽灯、荧光灯、日光的光谱比较示意图。图2是现有的典型冷白光LED发光光谱示意图。图3是本实用新型实施例I采用红光LED补偿后的60W LED集成光源模块示意图。图4是本实用新型实施例I采用红光LED补偿后的60W LED集成光源光谱图。图5是本实用新型实施例2的红光和绿光LED补偿的20W陶瓷COB光源模块正面示意图。图6是本实用新型实施例2的红光和绿光LED补偿的20W陶瓷COB光源模块背面
示意图。图7是本实用新型实施例3同时包括红光和绿光LED补偿的IOw铝基板COB光源模块示意图。图中，无标识的为蓝光LED芯片，内带圆圈标识的为红光LED芯片，内带方框标识为绿光LED芯片。
具体实施方式
一种高显指LED集成光源，包括串联的多个蓝光LED芯片(无标识)，还包括红光LED芯片(圆圈标识)和/或绿光LED芯片(方框标识)，所述红光LED芯片(圆圈标识)和/或绿光LED芯片(方框标识)与所述蓝光LED芯片(无标识)串联。图I为显色指数大于85的三种光源光谱图，其中日光和白炽灯光源显色指数接近100。观察三者光谱，除荧光灯外，在可见光范围内光谱连续且比较均匀，特别是日光光谱，可见光波长400nm-700nm之间辐射能量几乎连续均匀分布，因此无论照射在什么颜色的物体上，物体反射光的光谱都具有足够的强度来显色。同图I中三者光谱相比，图2现有的典型冷白光LED发光光谱是不连续光谱，在630nm-700nm处的红光区域强度很弱，在490nm附近的蓝绿光区域也相对较弱，当这种光照射到红颜色物体上时，只会显示暗红色，不能如实反映出物体本身的颜色，显色性较差，因此其显色指数比较低。比对可知，只有设法补偿白光LED光谱中自身所缺失的光谱段，才能使整体光源光谱均匀连续，提高显色性。对于LED光源，只能从其它颜色LED (不同分布光谱LED)考虑补偿，这样制作工艺及驱动设计才容易兼容，可操作性强。商用蓝色、绿色、黄色、红色等彩色LED发光光谱，主波长分别是465nm-485nm的蓝光LED光谱、520nm_535nm的绿光LED光谱、585nm-595nm的黄色LED光谱，以及610nm_630nm红光LED光谱。白光LED光谱中在620nm-700nm处的红光区域强度很弱，需要补偿红色光谱，在490nm附近的蓝绿光区域也相对较弱，但光谱段较短，这对显色性影响有限，且绿光LED光谱主波长为535nm，在535nm时冷白光LED光谱相对辐射还比较强，所以整体首先需要考虑对红色630nm补偿。红光LED光谱能量分布为620nm-630nm集中分布，集中能量的光谱宽度大约IOnm,而白光LED光谱能量分布从430nm_600nm之间比较集中，平均相对强度O. 4，那么补偿时，假设630nm红光从零补偿到O. 4相对强度，那么需要红光LED能量大约为IOnm +(600nm-430nm)=5. 5%，所以在补偿的灯具LED矩阵中，需要占总功率5%左右的红光LED，才能达到频谱补偿目的，从而提高整体LED矩阵的显色指数。附表，三基色白光中，红绿蓝光光学功率分数[0031 ] 与色温CCT和显色指数Ra关系
光学功率分数CCT/KRa
(B-G-R)
10-32-58293593
12-33-55306293
14-34-52335193
19-35-46397393
29-36-35561693
35-37-28756190分析冷白光LED光源光谱特点，蓝光区能量分布充足，绿光区光谱分布相对均匀，但峰值较蓝光弱。那么，相对功率从0%到30%补偿红光，结合相对功率从0%到10%辅助补偿绿光，就可以调节整体光源的色温及显色指数，显色指数Ra从70可以提升到90以上。现有LED集成光源封装工艺流程大体是基板(C0B用铝基覆铜板，集成用铜基板)一蓝光芯片固晶一打互联金线一喷荧光粉一灌涂硅胶；其中关键工艺为蓝光芯片固晶及喷荧光粉(喷蓝光激发成白光的荧光粉)，这决定了光源的光效、色温、及显色指数。在固晶工序中，采用相当功率的LED红光或绿光芯片，替换相应数量及位置的蓝光芯片，实现提高LED集成与COB光源显指的数值。由于LED红光或绿光芯片对蓝光荧光粉激发效应可以忽略(也可选择性对红光芯片、绿光芯片不喷粉)，这样喷粉及后续工艺按原有工艺操作，立足于现有工艺及设备，就能够很容易得到本实用新型的光源，而不需要增加新的工艺及设备。实施例I[0037]如图3所示，图中带圈的为红光LED，其余为蓝光LED。15颗蓝光LED和3颗均匀分布的红光芯片串联为一个串，再2串并联，这样，30颗工作流不小于500mA的蓝色LED芯片和6颗不小于500mA红色LED芯片共同组成18串X2并LED芯片矩阵，不仅实现红光补偿，也不需增加红光独立驱动电路。制作时，所有芯片固晶到标准集成光源铜支架上，打线后，再喷荧光粉，涂灌硅胶，就做成带红光补偿用，最大到60W输出的LED集成光源。整个工艺，除用6颗相当功率红光芯片替代蓝光芯片外，完全与集成光源制作老工艺相同，而且不增加额外驱动电路，完全兼容已选驱动电源。这样利用原有工艺，轻松实现参数为90的高显指要求；同时一般情况下，红光芯片较蓝光激发成白光芯片有更高光效，所以整个光源光效会比未补偿时要高，这样也同时实现了高光效。图4为实施例I补偿红光后光源的光谱图，可以看出，红光区得到明显补偿。16%·左右红光补偿，可以将显色指数由70提高到90以上，而整体光效仍能保持100 lm/ff以上(以白光LED光效100 lm/ff,红光LED光效1001m/W基础计算)。实施例2图5是本实施例的红光和绿光LED补偿的20W陶瓷COB光源模块正面示意图。图6是本实施例的红光和绿光LED补偿的20W陶瓷COB光源模块背面示意图。方格金属化利于SMT焊接。如图5所示，带圈的为红光LED芯片，其余为蓝光LED芯片。采用长宽20mmX 20mm、厚度O. 5mm氮化铝陶瓷基板，围坝结构，包括18颗45mil蓝光芯片和2颗45mil红光芯片，制作20W陶瓷COB封装光源。制作与常规工艺相同，除用2颗相当功率红光芯片替代蓝光芯片固晶外，打线、喷粉、涂胶按次操作，制作出高显指高光效陶瓷COB光源，采用全串联方式，也完全兼容原有驱动线路。实施例3图7是本实施例同时包括红光和绿光LED补偿的IOw铝基板COB光源模块示意图。如图7所示，带圈的为红光LED芯片，方块为绿光LED芯片，其余为蓝光LED芯片。为IOw以内球泡LED灯光源设计，采用长宽36mmX36mm、厚度2. Omm的铝基覆铜板做基板，围坝构造，均选用O. 3W(24mil左右)芯片，蓝光芯片红光芯片绿光芯片按照30颗4颗I颗的比例来固晶，全部串联打线，喷粉、涂胶。制作出的室内球炮灯光源显指高达90，且按当下芯片水平，光源光效很容易做到1201m/w以上。同时采用全串联方式，也完全兼容现有驱动线路。
权利要求1.一种高显指LED集成光源，包括串联的多个蓝光LED芯片，还包括红光和/或绿光LED芯片，其特征在于所述红光和/或绿光LED芯片与所述蓝光LED芯片串联。
2.根据权利要求I所述的高显指LED集成与COB光源，其特征在于所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为15 :3 :0。
3.根据权利要求I所述的高显指LED集成光源，其特征在于所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为18 2 :0。
4.根据权利要求I所述的高显指LED集成光源，其特征在于所述蓝光、红光、绿光LED芯片的个数比例为30 :4 :1。
专利摘要本实用新型涉及一种高显指LED集成光源，包括串联的多个蓝光LED芯片，还包括红光和/或绿光LED芯片,所述红光和/或绿光LED芯片与所述蓝光LED芯片串联。本集成光源基于现有封装工艺及设备，同时满足高显色指数和高光效的要求，而且结构简单、制作成本低廉。
文档编号F21V19/00GK202601611SQ20122020400
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者于忠, 邢先锋, 张润强 申请人:常熟工大工业科技有限公司