一种发光二极管器件及光源模组及光源模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发光二极管器件及光源模组和光源模块。发光二极管器件包括发光二极管芯片，其用于发出可见光；两层能够被发光二极管芯片发出的可见光激发的转换层，其中，第一转换层覆盖在发光二极管芯片的出光面，第二转换层覆盖在第一转换层的出光面，并且第一转换层和第二转换层均包括荧光粉颗粒和基体，第一转换层的基体的光折射率大于或等于第二转换层的基体的光折射率。该发光二极管器件的结构简单，加工制造成本低，而且显色指数较高。
【专利说明】一种发光二极管器件及光源模组及光源模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发光二极管器件，具体地涉及一种含有两层转换层的发光二极管器件。本实用新型还涉及一种包括上述发光二极管器件的光源模组和光源模块。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。由于其具有众多优点，并且能够形成各种颜色的可见光，因此已被广泛应用于各行各业。当其被应用于照明时，与白炽灯泡和氖灯相比，其具有工作电压低、抗冲击和抗震性能好、可靠性高及寿命长等优点。而且，现有技术中的发光二极管器件的结构有多种多样。
[0003]一种用于形成白光的发光二极管器件，至少包含红、绿、蓝颜色的三个或以上发光二极管芯片及其控制电路。其中，控制电路用于控制发光二极管芯片的输入电量，从而通过调控每个不同颜色发光二极管芯片的辐射通量的混合占比来形成白光。但是，这种结构复杂且成本高，最起码需要三颗发光二极管芯片及控制电路才能产生所需的光色。
[0004]另一种用于形成白光的发光二极管器件包括发光二极管芯片和设在发光二极管芯片外侧的混合红、黄绿两种颜色的荧光粉。从发光二极管芯片发出的蓝光经过两种荧光粉后，被转换的光和部分没有被转换的光一起混合形成白光。但是，黄绿色突光粉转换的黄绿光会有部分被红色荧光粉再次吸收并转换为红光。这样，当由黄绿光转换为的红光穿过黄绿色荧光粉，并与其他光混合时，会使红、蓝、黄绿的配比与预先设定的配比之间产生较大的误差，从而会降低光效，而且会导致最终白光的显色指数(color rendering index)较低。
[0005]因此，如何能够在无需使用不同颜色芯片的情况下，有效提高发光二极管器件的显色指数，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容
[0006]针对上述问题，本实用新型提出了一种发光二极管器件，可以有效地提高其的显色指数，并且利用一颗或多颗同颜色的发光二极管芯片即可形成所需的光色。
[0007]本实用新型的发光二极管器件包括:用于发出可见光的发光二极管芯片；能够被所述发光二极管芯片发出的可见光激发的第一转换层，其中，所述第一转换层设在所述发光二极管芯片的出光面，并且所述第一转换层包括第一基体和固定在所述第一基体的荧光粉颗粒；以及能够被所述发光二极管芯片发出的可见光激发的第二转换层，其中，所述第二转换层设在所述第一转换层的出光面，并且所述第二转换层包括光折射率小于或等于所述第一基体的光折射率的第二基体，以及固定在所述第二基体的荧光粉颗粒。
[0008]在一个实施例中，所述第一基体从其入光面至出光面的厚度以及所述第二基体从其入光面至出光面的厚度均为0.lmm-3mm。
[0009]在一个实施例中，所述第二基体的表面贴合在所述第一基体的表面。
[0010]在一个实施例中，所述第一转换层的荧光粉颗粒位于所述第一基体的内部，所述第二转换层的荧光粉颗粒也位于所述第二基体的内部。
[0011]在一个实施例中，所述第一基体的形状为长方体或正方体，并且在其上设有用于容纳所述发光二极管芯片的第一容纳槽；所述第二基体的形状也为长方体或正方体，并且在其上设有用于容纳所述第一基体的第二容纳槽。
[0012]在一个实施例中，所述第一基体的顶壁和侧壁的厚度相同，并且所述第二基体的顶壁和侧壁的厚度也相同。
[0013]本实用新型的光源模组，包括基板，以及固定在所述基板上的发光二极管器件，其中所述发光二极管器件为上述中任一项所述的发光二极管器件。
[0014]在一个实施例中，在所述发光二极管器件的外侧设有透明的密封结构。
[0015]在一个实施例中，所述密封结构的外部形状为半球形，其端面固定在所述基板上，其中所述发光二极管器件设置在所述密封结构和所述基板形成的空腔内。
[0016]本实用新型的光源模块，包括发光二极管器件，以及用于封装所述发光二极管器件的封装支架，其中所述发光二极管器件为上述中任一项所述的发光二极管器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。在图中:
[0018]图1为本实用新型的发光二极管器件的一种结构示意图。
[0019]图2为本实用新型与现有技术的发光二极管器件所形成的暖白光的出光光谱的曲线图。
[0020]图3为本实用新型的光源模组的一种结构示意图。
[0021]图4为本实用新型的光源模组的另一种结构示意图。
[0022]图5为本实用新型的光源模块的结构示意图。
[0023]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0025]如图1所示，本实用新型的发光二极管器件10涉及一种利用发光二极管芯片I发出可见光，并使部分可见光被第一转换层2和第二转换层3吸收并激发，最终合成高显色指数的光色，例如白光。具体地，第一转换层2覆盖在发光二极管芯片I的出光面。第二转换层3覆盖在第一转换层2的出光面，从而使得发光二极管芯片I发出的可见光先经过第一转换层2，再经过第二转换层3。
[0026]其中该第二转换层3的激发波长的范围小于经过第一转换层2的转换后的发射光谱主波长的范围，以防止第二转换层3吸收并激发经第一转换层2转换后的光。同时在发光二极管芯片I的出光面均覆盖有第一转换层2，在第一转换层2的出光面均覆盖有第二转换层3。这样，可以有效地防止从第二转换层3发出的光返回第一转换层2并再激发，从而导致发光二极管器件10发出的光的显色指数较低。
[0027]另外，第一转换层2和第二转换层3均包括有基体和固定在基体的荧光粉颗粒。荧光粉颗粒用于吸收并激发经过其的光。基体为透明的，其用于决定第一转换层2和第二转换层3的光折射率。这样，可以通过选择基体使第一转换层2的光折射率大于或等于第二转换层3的光折射率。
[0028]其中在第一转换层2的第一基体22的光折射率大于第二转换层3的第二基体32的光折射率的条件下，大部分第二转换层3发出的光要进入第一转换层2时，会在第一转换层2的介面上被全反射而不能进入，这样可以达到减少第二转换层3所发射的光进入第一转换层2被二次激发的有益效果，从而会使最终形成的混合光之间的配比较为接近预先设定的配比，进而提闻光效和显色指数。纵使在第一基体22的光折射率等于第_■基体32的光折射率的条件下，从第二转换层3发出的光重返第一转换层2被二次激发的概率，也会低于一股惯常涂设在发光二极管芯片I外侧的混合两种颜色的荧光粉颗粒作转换的方案。
[0029]此外，当第一基体22的光折射率大于第二基体32的光折射率，光依次经过第一转换层2和第二转换层3时,相当于从光密介质中进入光疏介质。这样，可以减少光被第二基体32的界面反射，从而会使最终形成的混合光之间的配比更为接近预先设定的配比，进而进一步提高光效和显色指数。而且，本实用新型只需使用一颗发光二极管芯片I或多颗同颜色的发光二极管芯片I即可达到所需的光色，结构简单，成本较低。
[0030]另外，第一转换层2的荧光粉颗粒21和第二转换层3的荧光粉颗粒31均填充在基体中。这样，基体可以作为支撑让荧光粉颗粒均匀地分布在转换层中，当光在穿过各转换层时能有效地被转换。第二基体32可以直接贴合在第一基体22的表面。如此设置，结构简单，便于加工和安装，而且还可以减少从第一转换层2发出的光在经过其他介质时产生的能量损耗，从而可以进一步提高效率及最终的显色指数。
[0031]当然，还可以在第一转换层2和第二转换层3之间设置透明的基体。或者第二转换层3的荧光粉颗粒31也可以固定在第二基体32上，例如，第二转换层3的荧光粉颗粒31固定在第二基体32的出光面上。
[0032]第一基体22从其入光面至出光面的厚度优选为0.lmm-3mm。这样,可以减少发光二极管器件10的成本，还可以使经过第一基体22的光有效地被填充在第一基体22内的荧光粉颗粒21转换。第二基体32从入光面至出光面的厚度也优选为0.lmm-3mm。这样，可以进一步减少发光二极管器件10的成本，还可以使经过第二基体32的光有效地被填充在第二基体32内的荧光粉颗粒31转换。
[0033]此外，为了便于加工第一基体22和第二基体32，优先选用第一基体22的形状和第二基体32的形状均为长方体或正方体。其中，在第一基体22上设有第一容纳槽，在第二基体32上设有第二容纳槽。安装时，发光二极管芯片I设置在第一容纳槽中，第一基体22设置在第二容纳槽中。另外，第一基体22的顶壁和侧壁的厚度大致相同。这样，可以使位于第一基体22的各个壁的荧光粉颗粒21的浓度大致相同，从而可以进一步提高光的转换效果，进而进一步提高最终的显色指数。第二基体32的顶壁和侧壁的厚度也大致相同。这样，可以使位于第二基体32的各个壁的荧光粉颗粒31的浓度大致相同，从而可以进一步提高光的转换效果，进而进一步提高最终的显色指数。
[0034]下面以用于发出白光的发光二极管器件10为例，进行具体介绍。该发光二极管器件10主要应用在需要高显色指数的照明应用光源。例如应用于医疗照明、博物馆照明、商品照明等显色性需求特高的照明应用，也可以应用于射灯、筒灯、球炮灯、灯管、平板灯、吸顶灯等一股照明灯具，或应用于建筑物外观照明、景观照明、标识与指示性照明、舞台照明及车辆指示类照明等照明灯上。
[0035]此外，发光二极管芯片I可以为本领域技术人员所熟知的正装、倒装或其他结构(例如垂直结构)等。另外，倒装的发光二极管芯片I封装时可以选用发光二极管倒装无金线芯片级封装。
[0036]在一个实施例中，发光二极管芯片I用于发出蓝光。在发光二极管芯片I的出光面覆盖着红色转换层。在红色转换层的出光面覆盖着黄绿色转换层。红色转换层包括填充在第一基体中的红色荧光粉颗粒。黄绿色转换层包括填充在第二基体中的黄绿色荧光粉颗粒。发蓝光的发光二极管芯片I的效率高、寿命长、成本低，商业产品在市场上非常普遍，而且发白光的发光二极管器件10的应用最广。
[0037]当蓝光进入到红色转换层时，部分蓝光会被红色荧光粉颗粒转换为红光。当未被转换的蓝光进入到黄绿色转换层3时，会有部分蓝光被黄绿色荧光粉颗粒转换为黄绿光。最终蓝光、红光及黄绿光混合并形成白光，从而使发光二极管器件10发出白光。
[0038]通过上述方式设置发光二极管器件10时，从图2中可以看出，本实用新型的发光二极管器件10所能达到的辐射通量分布与现有技术中的发光二极管器件10所达到的辐射通量分布相差明显。本实用新型的发光二极管器件10最终形成的白光的显色指数可以达到90以上。在图2中，曲线4(虚线)指的是现有技术的出光光谱，其中，部分黄绿色光被反射到红色转换层，并被红色荧光粉颗粒吸收并转换所影响的出光光谱。曲线5 (实线)指的是本实用新型的出光光谱，其中，被反射到红色转换层的黄绿色光较少，最终被影响较小的出光光谱。
[0039]如图3所示，本实用新型还涉及一种光源模组。光源模组包括基板100，以及固定在基板100上的发光二极管器件10。该光源模组的结构简单，加工制造成本低，而且显色指数较高。具体地，发光二极管器件10可以焊接在基板100上。发光二极管器件10的数量可以根据光通量的需要具体决定。
[0040]如图4所示，当将发光二极管器件10焊接在基板100上后，可以在发光二极管器件10的外侧盖上透明的密封结构101。其中该密封结构101可作为保护层，保护其内部两层转换层。同时亦可作为光学部件被设计成具有光学效果如半球形透镜或自由曲面透镜，以对其内部两层转换层的出光效果进行预设光学调整。这样，可以提高发光二极管器件的光提取性能。当密封结构101为半球形时，密封结构101的端面固定在基板100上，发光二极管器件10设置在由密封结构101和基板100形成的空腔内。
[0041]如图5所示，本实用新型另外涉及一种光源模块。光源模块包括发光二极管器件10，以及用于封装发光二极管器件10的封装支架102。该光源模块的结构简单，加工制造成本低，而且显色指数较高。
[0042]在封装支架102上设有凹陷部，发光二极管器件10设置在凹陷部内。具体地，发光二极管器件10可以焊接在封装支架102上。装有发光二极管器件10的封装支架102可以以表面贴装的方式焊接在基板100上，以能够与主流装配生产工艺兼容。其中封装支架102的形状可以为长方体或正方体等，以便于加工和安装。
[0043]虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1.一种发光二极管器件，其特征在于，包括: 用于发出可见光的发光二极管芯片； 能够被所述发光二极管芯片发出的可见光激发的第一转换层，其中，所述第一转换层设在所述发光二极管芯片的出光面，并且所述第一转换层包括第一基体和固定在所述第一基体的荧光粉颗粒；以及 能够被所述发光二极管芯片发出的可见光激发的第二转换层，其中，所述第二转换层设在所述第一转换层的出光面，并且所述第二转换层包括光折射率小于或等于所述第一基体的光折射率的第二基体，以及固定在所述第二基体的荧光粉颗粒。
2.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一基体从其入光面至出光面的厚度以及所述第二基体从其入光面至出光面的厚度均为0.lmm-3mm。
3.根据权利要求2所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第二基体的表面贴合在所述第一基体的表面。
4.根据权利要求2或3所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一转换层的荧光粉颗粒位于所述第一基体的内部，所述第二转换层的荧光粉颗粒位于所述第二基体的内部。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一基体的形状为长方体或正方体，并且在其上设有用于容纳所述发光二极管芯片的第一容纳槽； 所述第二基体的形状也为长方体或正方体，并且在其上设有用于容纳所述第一基体的第二容纳槽。
6.根据权利要求5所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一基体的顶壁和侧壁的厚度相同，并且所述第二基体的顶壁和侧壁的厚度也相同。
7.一种光源模组，其特征在于，包括基板，以及固定在所述基板上的发光二极管器件，其中所述发光二极管器件为权利要求1-6中任一项所述的发光二极管器件。
8.根据权利要求7所述的光源模组，其特征在于，在所述发光二极管器件的外侧设有透明的密封结构。
9.根据权利要求8所述的光源模组，其特征在于，所述密封结构的外部形状为半球形，其端面固定在所述基板上，其中所述发光二极管器件设置在所述密封结构和所述基板形成的空腔内。
10.一种光源模块，其特征在于，包括发光二极管器件，以及用于封装所述发光二极管器件的封装支架，其中所述发光二极管器件为权利要求1-6中任一项所述的发光二极管器件。
【文档编号】H01L33/50GK204067435SQ201420464245
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】梁润园, 黄洁莹, 袁长安, 张国旗 申请人:常州市武进区半导体照明应用技术研究院