專利名稱：Led多晶集成照明單元的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于LED照明，尤其涉及一種運用在大功率LED照明場所和通用照明 環境的高光效、低溫度的LED多晶集成照明單元。
背景技術：
當前，大功率的LED的發熱以及散熱的問題，制約了光效的提升，可造成明顯的光 衰、光譜的漂移，以及成本的上升，體積的增大。主要問題是1、高發熱當正向電流流經LED的PN結結電阻時，產生功耗(Ppn = I2XR)，使結 區產生發熱性溫升。當LED熱阻小時，光通量幾乎與電流成正比例增加；隨著電流和熱阻的 增大，P-N結功耗和溫度隨之升高；當正向電流增加到某一定值時，P-N結功耗和溫度達到 “恒定值”，光通量趨于飽和；當電流和熱阻繼續增大，P-N結功耗和溫度也隨之繼續增大，而 且光通量還呈下降趨勢。目前，許多大功率LED驅動電流均在350mA以上，散熱器周邊的溫 度高達85°C以上，甚至達到100°C。無謂的功耗，不僅造成了 LED結溫的升高，也影響了 LED 的電光轉換效率；2、低光效目前大功率LED光電轉換效率較低。單顆大功率的光效在90_120Lm/W 之間，多晶片集成模塊大多在70-110Lm/W之間。由大功率LED構成的照明燈具，整燈光效 一般不超過90Lm/W。常見LED器件的電熱轉換過多，電光轉換過少，藍光的激發效率過低， 直接影響了 LED器件的電光轉換效率和整體光通量；3、短壽命流明維持率與結點溫度成反比。據有關資料統計，大約70%的故障是 由于LED的結溫過高造成的。在室溫附近，溫度每升高1°C，LED的發光強度會相應地減少
左右。在結點Tj溫度70°C下，運行1萬小時后，就有20%以上的光衰；在結點Tj溫度 100°C時，LED的熒光粉的壽命便降低30%;在結點Tj溫度120°C或以上時，LED的壽命便會 大幅縮短并失效；在負載為額定功率一半的情況下，溫度每升高20°C，故障就上升一倍， 可見LED的發熱，嚴重地影響LED的使用壽命。4、大漂移LED晶片結溫每升高10°C，主波長便漂移2-3nm，且半峰值寬度隨之增 加，中色溫區的最大流明效率V(A)也會隨之降低，最終導致照明效果的整體降低；5、高價位市場常見1W-3W級大功率LED，無論是單顆封裝還是多晶片封裝，價格 均在15-30元/W之間(光效不同，價格呈非線性上升。)特別是國際“五大聯盟”對中國 LED技術與市場的控制與壁壘，嚴重影響了大功率LED的應用進程；6、維修難目前的LED光源和器件，均是直接焊接在照明燈具電路板上的，電源也 是使用電纜直接供電的。更換照明光源需要投入較多的人力、物理、財力和時間，且難以在 現場完成，給燈具的維護、維修到來了極大的不便，有的還需更換整體電路板，造成更換、運 輸、維修成本的上升。總之，目前使用的大功率LED照明器件的致命缺陷，制約了 LED照明的應用和發 展，需要采取新的技術路線來突破。
實用新型內容本實用新型是為了克服現有LED應用技術中的不足，提供一種LED多晶集成照明 單元，不僅降低了發熱溫度，延長了 LED晶片的壽命，實現了大功率白光系照明，還提高了 照明光效，降低了制造成本。實行獨立的“單元化”封裝，可方便燈具系統的維護維修，降低 維修成本和運輸成本，節約維護時間。本實用新型為實現上述目的，通過以下技術方案實現一種LED多晶集成照明單 元，其特征是主要由導熱器與其固接的導光導熱基板及LED集成單元構成，所述LED集成 單元由若干只串聯的小功率藍光LED晶片組成，所述若干只小功率藍光LED晶片呈矩陣排 列并封裝成帶有電源引線的LED集成照明單元。所述導光導熱基板呈碟形，所述導光導熱基板底部設有若干呈矩陣排列的四棱柱 形凹槽，四棱柱凹槽內置有小功率藍光LED晶片。所述導光導熱基板材料為純銅，其表面設有復合鍍膜層。所述四棱柱形凹槽表面設有復合鍍膜反光層，四邊壁呈導光斜面。所述LED集成照明單元表面封裝有硅樹脂和復合熒光粉層，所述硅樹脂和復合熒 光粉層上表面置有PETG聚光型或勻光型的菲涅爾透鏡，勻光型菲涅爾透鏡為多扇區或多 鏡段組合型設置。所述LED多晶集成照明單元電源引線采用非對稱、防水型、插拔式接口連接。所述導熱器四角設有安裝孔，導熱器與鎖定機構連接，所述鎖定機構由上、下、左、 右鎖定機構組成，所述鎖定機構包括鎖定上蓋、鎖定卡、彈簧，鎖定法蘭和鎖定串釘，所述鎖 定卡上端為舌形壓板，中間套裝彈簧，底端套裝鎖定法蘭并插接鎖定串釘。有益效果對封裝材料、封裝結構、導光結構、散熱結構、電路結構、供電結構、鎖定 結構進行綜合的技術路線改進，實現高光效、低發熱、大功率、可鎖定、易拆卸、長壽命、高可 靠的LED集成晶片的照明，可方便地應用在路燈照明、景觀照明、家庭照明、航空照明、汽車 照明等場所。單位成本明顯降低，成本在2. 5-7元/W之間。較之于同等光效(80-1251m/ w) 15-30元/W的價格，降低了數倍。經濟效益預期良好。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1的A-A視圖；圖3是圖1的B-B視圖；圖4是圖1的照明單元鎖定機構結構示意圖；圖5是圖1的照明單元鎖定機構結構效果圖；圖6是圖1的電源接口示意圖；圖7-8是勻光型菲涅爾透鏡示意圖。其中1、導熱器，2、安裝孔，3、導光導熱基板，4、LED集成單元，5、金線，6、插拔式 電源接口，7、四棱柱形凹槽，8、LED晶片，9、連接螺釘，10、復合鍍膜層，10’、復合鍍膜反光 層，11、導光斜面，12、硅樹脂和復合熒光粉層，13、菲涅爾透鏡，14、鎖定機構，15、鎖定上蓋， 16、鎖定卡，17、彈簧，18、鎖定法蘭，19、鎖定串釘，20、散熱器或燈具，21、電源單元插頭，22、 電源單元插座。
具體實施方式
以下結合較佳實施例，對依據本實用新型提供的具體實施方式
詳述如下。詳見附圖，一種LED多晶集成照明單元，主要由導熱器1與其固接的導光導熱基板 3及LED集成單元4構成，導熱器1與導光導熱基板3通過連接螺孔與螺釘9固接，其中間 為導熱硅油(圖中未示)。所述LED集成單元由若干只通過晶片間的連接金線5串聯的小 功率藍光LED晶片組成，所述若干只小功率藍光LED晶片8呈矩陣排列并封裝成帶有電源 引線的LED集成照明單元。所述導光導熱基板呈碟形，所述導光導熱基板底部設有若干呈 矩陣排列的四棱柱形凹槽7，四棱柱凹槽內置有小功率藍光LED晶片。所述導光導熱基板材 料為純銅，其表面設有復合鍍膜層10。所述四棱柱形凹槽表面設有復合鍍膜反光層10’，四 邊壁呈導光斜面11。沖壓后的四棱柱型凹槽，經過拋光處理設有復合鍍膜反光層，四壁呈 高光潔度、高反射性的導光斜面，形成小型LED晶片反光器。所述LED集成照明單元表面封 裝有硅樹脂和復合熒光粉層12，小功率藍色LED晶片與相應波長的復合稀土熒光粉匹配， 使其藍光LED激發熒光粉后產生白光，并使之在色溫變化時發光效率不受影響或提高激發 效率。所述硅樹脂和復合熒光粉層上表面置有PMMA或PETG聚光型(重點考慮區域照度) 或勻光型(重點考慮照度均勻度)的菲涅爾透鏡13，勻光型菲涅爾透鏡為多扇區或多鏡段 組合型設置，以適用不同的使用場合。所述LED多晶集成照明單元電源引線采用非對稱、防 水型、插拔式接口 6連接。詳見圖4，所述導熱器四角設有安裝孔2，導熱器與鎖定機構14 連接，鎖定機構置于散熱器或燈具20的圓柱槽中，可方便光源的維護、維修。所述鎖定機構 由上、下、左、右鎖定機構組成，所述鎖定機構包括鎖定上蓋15、鎖定卡16、彈簧17，鎖定法 蘭18和鎖定串釘19，所述鎖定卡上端為舌形壓板，中間套裝彈簧，底端套裝鎖定法蘭并插 接鎖定串釘。工作原理1、全部選用小功率藍光晶片，綜合解決成本問題。為降低多晶集成照明單元的成本，減少大功率LED多晶集成照明單元的發熱，全 部采用小功率藍光晶片作為大功率LED多晶集成照明單元的光源。其原理為小功率藍 光晶片的正常工作電流較小，自身發熱量也較小，加之充分考慮和解決了散熱系統，簡化了 散熱系統用材，為降低大功率LED多晶集成照明單元的價格，提供了技術上的可行性。使 LED照明產品在80-125Lm/W光效條件下，單位價格由15-30元/W降低到2. 5-7元/W，成本 明顯降低，經濟效益明顯提升，使LED的應用成為可能和現實。并可改善高光效LED光源 (130-150Lm/W及其以上)受制于國際貿易戰略、國際價格壟斷和“禁輸出”的狀況。2、實行恒壓恒流供電，確保供電的安全性。為保證電源產品的生產管理和在世界范圍內的安全運行，其電源系統設計可輸入 電壓范圍為85 ^5VAC，以滿足國際IlOV和220V兩種供電電壓；采用恒壓方式供電。LED多晶集成照明單元的電路結構采用“大串聯”的恒壓形式 供電，根據多晶集成照明單元功率設計的需要，確定LED晶片的串聯數量。供電電壓一般控 制在200V之內。設計照明單元功率較大，需串聯的LED晶片數量過多時，也可以再分為兩 路并聯；供電電流實行恒流方式。依據不同廠家提供的晶片，嚴格的將多晶集成照明單元的工作電流控制在IOOmA之內，并在恒流源的輸入電壓得到合理控制的前提下，減少LED晶 片的內部損耗，減少晶片的發熱，使多晶集成照明單元的可靠性得到有效保障。3、采取多項措施，保證電源效能大大提升。采用專有電源技術，提升電源的整體效率，使電源的效率達到97%左右，功率因數 達到98%左右；采用獨特低次諧波濾波技術，濾除高次諧波，特別是3次、5次諧波的含量，減少諧 波的能耗和電網的污染；為提高系統的安全性，恒流源還采用PTC(高分子聚合物正溫度熱敏電阻)等器 件，提高安全保護功能，包括空載保護、過流保護、短路保護功能等安全保護功能。4、采用導熱與出光良好的基板，安裝固定LED晶片。多晶集成照明單元采用的純銅復合鍍膜的導光導熱基板，減少了基板的熱阻，并 采用階梯型導熱結構，使晶片中心部位的熱量能夠及時傳導到純銅鍍膜基板上，再將基板 連接在鋁質導熱器上，利用銅的高導熱率將晶片產生的熱量高效地傳遞給鋁基散熱器，再 通過鋁基散熱器將熱量散出，以提高產品的可靠性與穩定性，并使成本得到合理化控制。導光導熱純銅復合鍍膜基板上部為純銅薄板，經機器沖壓后形成四棱柱凹槽，具 有良好的光潔度；四棱柱凹槽實行三層復合鍍膜，底層鍍膜為碳化鉻鎳鈦合金，中層鍍膜為 氮化鉻鎳鈦合金，表層鍍膜為鉻鎳鈦合金，反射率在70%左右，該復合鍍膜層具有硬度高、 鍍層薄、耐腐蝕、耐高溫、不剝落的特點；四棱柱凹槽的底部，用于安裝晶片，通過硅油與純 銅基板連接；凹槽的斜面，用于收集管芯側面、界面發出的光，向期望的方向角內發射；四 棱柱凹槽內所復合鍍膜質層，形成一個小型反射器，用于提高出光效率。大功率LED多晶集成照明單元的基板采用錫片焊作為晶片與基板之間的粘接材 料，以獲得較為理想的導熱效果(熱阻約為6°C /W)，將LED晶片直接粘貼在純銅鍍基材的 四棱柱凹槽內，再用Φ π 的金線將單面雙電極的單元晶片正極、負極串聯，依據擬封裝 的集成晶片功率，形成橫向X縱向陣列。在出光通道、電流通道和導熱通道上，都是綜合處理的。[0045]5、用復合稀土熒光粉調劑多晶集成照明單元的色溫選擇中心波長在450nm或460nm之間的LED藍光晶片，與相應波長的熒光粉進行 匹配，實現LED藍光晶片對熒光粉10-15倍或以上的有效激發，從而保證較高的量子效率且 出光穩定。為降低集成晶片的色溫，提高顯色性，在選定的YAG熒光粉中適量加入其他調光 熒光材料，形成復合熒光粉。復合熒光粉技術，可實現色溫的變化，而不影響或提高多晶集成照明單元光效的 輸出。6、表面封裝采用硅樹脂，并配置菲涅爾透鏡詳見圖7，采用熱穩定性表現優秀，折射率大于1. 5，具有耐濕性、絕緣性、機械強 度的硅樹脂，實現表面封裝。即在固晶、焊接、涂粉后，用硅樹脂將純銅復合鍍膜的金屬槽灌 滿，有效保護晶片、金線和反射器，實現折射率的過渡，以提高出光效率。避免使用環氧樹脂 造成的老化變黃、龜裂等，影響光效、光純度及失效。在LED多晶集成照明單元的外側安裝有光學級的PMMA或PETG材料的菲涅爾透鏡。PETG(聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環己烷二甲醇酯)材料較之于常用的PMMA材料， 更加適用于做透鏡和燈罩。具有高透光性、高光潔度、低光暈、高韌性、高抗沖擊強度，機加 工性能優良、耐化學藥劑和抗應力白化能力的特點。在照明單元總光通量為常數的條件下，對區域照度標準要求較高時，以提升照射 范圍的照度、犧牲照射范圍的物理面積為代價，采用聚光型菲涅爾透鏡，提高區域照度(如 工礦燈、投光燈)；對區域照度均勻度要求較高時，以增加照射范圍的物理面積、犧牲照射 范圍的照度為代價，采用勻光型菲涅爾透鏡，降低照度標準，提高照度均勻度標準(如路 燈。)詳見圖7-8，勻光型菲涅爾透鏡的結構與照度分布圖。勻光型菲涅爾透鏡內側由 多扇區、多鏡段的鋸齒型凹槽構成，外側為表面光潔的平面，主要用于指向性要求特別高的 場所(如路燈)。透鏡采用“三段式”設計，即近端采用疏而淺的鋸齒型凹槽組合透鏡，注重 近端的照明；遠端采用密而深的鋸齒型凹槽組合透鏡，注重遠端的照明；中段采用介于二 者之間的密度與深度的方法，強化中段的照明。1’-3’為不同環距和齒深的菲涅爾透鏡組 合。近端為兩扇區組合的鏡段，中段為三扇區組合的鏡段，遠端為五扇區組合的鏡段，主要 用于提高各鏡段的投射均勻度。在對稱安裝時，使照度接近“矩形”。同等投射功率下，可使 遠端投射面積減少10-15%，而照度提10-15%。4，-6，分別為一、二、三鏡段投光分布。V 為路燈。坐標X，為水平投光距離，坐標Y為燈桿高度。聚光型菲涅爾透鏡內側為同心圓、紋 理清晰的鋸齒型凹槽，外側為表面光潔的平面，“鋸齒”的環距和深度，實現聚光率(增益系 數)的變化，使遠、中、近端的照度趨于接近。勻光型菲涅爾透鏡內側由多扇區、多鏡段的鋸 齒型凹槽構成，外側為表面光潔的平面，主要用于指向性要求特別高的的場所(如路燈)。 透鏡的材質為光學級的PMMA高純度亞克力或PETG，厚度為Imm左右，環距為0. 2-0. 4mm。7、多晶集成照明單元采用“單元化”，可方便燈具的維護維修詳見圖6，多晶集成照明單元采用非對稱式插拔式電源接口 6。電源接口 6通過電 源單元插頭21和電源單元插座22插接。其中，中間的電極為負極(接黑線)，左側的電極(相距較近)為接地極(接黃間 綠線)，右側的電極(相距較遠)為正極(接紅線)，以避免接錯供電電源。詳見圖5，集成晶片照明單元的四邊設有機械鎖定機構，鎖定狀態或開鎖狀態的變 換無需復雜工具，僅需十字螺絲刀轉動鎖定卡上端的舌形壓板，即可在1分鐘內完成拆卸； 在照明單元的四角，還設有固定孔，以方便照明單元的不同安裝形式。“單元化”的設計，可 方便照明單元的拆卸，降低維修成本和運輸成本，節省維護時間。尤其是對路燈等高空作業 的場所，可明顯提高作業效率。1、電光主要指標實測主要數據如下
權利要求1.一種LED多晶集成照明單元，其特征是主要由導熱器與其固接的導光導熱基板及 LED集成單元構成，所述LED集成單元由若干只串聯的小功率藍光LED晶片組成，所述若干 只小功率藍光LED晶片呈矩陣排列并封裝成帶有電源引線的LED集成照明單元。
2.根據權利要求1所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述導光導熱基板呈碟 形，所述導光導熱基板底部設有若干呈矩陣排列的四棱柱形凹槽，四棱柱凹槽內置有小功 率藍光LED晶片。
3.根據權利要求1或2所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述導光導熱基板 材料為純銅，其表面設有復合鍍膜層。
4.根據權利要求2所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述四棱柱形凹槽表面 設有復合鍍膜反光層，四邊壁呈導光斜面。
5.根據權利要求1或2所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述LED集成照明 單元表面封裝有硅樹脂和復合熒光粉層，所述硅樹脂和復合熒光粉層上表面置有聚光型或 勻光型的菲涅爾透鏡，勻光型菲涅爾透鏡為多扇區或多鏡段組合型設置。
6.根據權利要求1所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述LED多晶集成照明 單元電源引線采用非對稱、防水型、插拔式接口連接。
7.根據權利要求1所述的LED多晶集成照明單元，其特征是所述導熱器四角設有安 裝孔，導熱器與鎖定機構連接，所述鎖定機構由上、下、左、右鎖定機構組成，所述鎖定機構 包括鎖定上蓋、鎖定卡、彈簧，鎖定法蘭和鎖定串釘，所述鎖定卡上端為舌形壓板，中間套裝 彈簧，底端套裝鎖定法蘭并插接鎖定串釘。
專利摘要本實用新型涉及一種LED多晶集成照明單元，其特征是主要由導熱器與其固接的導光導熱基板及LED集成單元構成，所述LED集成單元由若干只串聯的小功率藍光LED晶片組成，所述若干只小功率藍光LED晶片呈矩陣排列并封裝成帶有電源引線的LED集成照明單元。有益效果對封裝材料、封裝結構、導光結構、散熱結構、電路結構、供電結構、鎖定結構進行綜合的技術路線改進，實現高光效、低發熱、大功率、可鎖定、易拆卸、長壽命、高可靠的LED集成晶片的照明，可方便地應用在路燈照明、景觀照明、家庭照明、航空照明、汽車照明等場所。單位成本明顯降低，成本在2.5-7元/W之間。較之于同等光效(80-125lm/W)15-30元/W的價格，降低了數倍。經濟效益預期良好。
文檔編號F21V29/00GK201875513SQ20102013121
公開日2011年6月22日 申請日期2010年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者陳大慶, 陳颯颯 申請人:陳大慶, 陳颯颯