一种集成封装的三基色LED器件及其制作方法和用途与流程

本发明涉及一种led器件，具体涉及一种集成封装的三基色led器件及其制备方法和用途。

背景技术：

目前通用照明领域集成封装或称板上封装(chip-on-board，简称“cob”)的led器件多是采用蓝光led芯片激发荧光粉的方法得到。该方案中由于荧光粉的热稳定性较弱，造成led器件的冷态色温与光通量、热态色温与光通量有较大的差别，这种差别在要求较高的照明环境中是需要避免的。为了避免这种差别，需要对led器件进行很好的散热处理，从而增加了led器件在应用端的整体成本。

在一些特殊的照明领域，例如观赏花卉、观赏鱼类、观赏水草类以及商场新鲜肉类的照明等需要led器件既具有较高的色温(相关色温6000-12000k)且光谱中又具有较大的红光成分，以使被照射的物体显得红润。这就需要使用三基色组合的led器件来实现。此外，在以上列举的一些特殊照明领域，对于灯具的发射角度都有一定的要求，如需要将发射角度控制在15-60度的范围。而普通集成封装的led器件的发射角度一般在120-140度范围内。因此需要在led器件的前端加入反射杯或透镜以约束器件的发射角度。而反射杯的约束对于光的损失较大，所以在实际应用中优选的光约束方式为在led器件上加入合适的透镜。对于三基色的led器件而言，透镜的约束是一个难点。因为三基色led器件发出的光是相对独立的红光、绿光和蓝光，经过透镜的折射以后，在照射区域表现为相应的红斑、绿斑和蓝斑，而不是三种颜色的均匀混合。以上的矛盾限制了集成封装的三基色led器件在照明领域的应用。

此外，对于集成封装的三基色led器件而言，其光谱(主要是色坐标)与led芯片串并联方式的匹配也是一对矛盾。因为对于集成封装的led器件而言，必然存在着芯片的串并联，其中串联芯片的数量决定了led器件的开启电压；并联芯片的数量决定了led器件的额定电流，而串联芯片数量与并联芯片数量由选用的驱动电源的型号决定。对于普通荧光粉机制的led器件而言，只要匹配电源参数即可，因为光谱可以通过荧光粉的种类与用量进行调整。而对于集成封装的三基色led器件，一旦三种芯片的串并联数量决定以后，其光谱也就确定了，但这个确定的光谱不一定适用。以上这一矛盾也是集成封装的三基色led器件的应用难题。

专利zl201120219454.x公开了一种rgb封装的cobled器件，但该器件需要在cob基板上预先制备三个不相交的螺旋轨道，制造过程繁琐且成本高昂。并且如未能均匀排布rgb三色led芯片，将使cobled器件发光面发出的光呈现斑斓的彩色而非均匀的白光。同时如使用通用cobled器件的透镜，则有可能使器件的发光出现偏色的现象，无法获得均匀的光色。

专利201520096441.6公开了一种智能照明cob的led光源器件。专利201520371499.7公开了一种共阴极全对称cob封装结构。以上两篇专利主要集中在显示领域。此外，这两篇专利文献都是通过共阴极或者共阳极的方式对三基色的led器件的三种颜色进行独立的控制，这种方法虽然使光谱变得独立可调节，但这样会大大增加控制部分的成本，同时使得控制器体积大大增加，从而不适合应用于普通灯具。

技术实现要素：

本发明提供了一种集成封装的三基色led器件，改善了现有技术中集成封装led器件的色温与光通量热稳定性，三基色led器件发光均匀性以及与电源匹配性问题。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种集成封装的三基色led器件，包括红光led芯片、绿光led芯片、蓝光led芯片、圆形发光面及封装胶；

其中，所述红光led芯片，绿光led芯片与蓝光led芯片分别以圆形发光面的水平轴和垂直轴呈轴对称分布，且红光led芯片、绿光led芯片、蓝光led芯片串联后并联，每一并联电路中具有相同数量的红光led芯片，绿光led芯片与蓝光led芯片，芯片串、并联后所述led的电流与电压满足市面上现有恒流电源的电路要求。

根据本发明，所述红光led芯片的峰值波长为610-660nm；所述绿光led芯片的峰值波长为500-560nm；所述蓝光led芯片的峰值波长为440-470nm。

根据本发明，所述红光led芯片、绿光led芯片与蓝光led芯片可以为水平结构的led芯片、倒装结构led芯片或垂直结构led芯片中的一种或几种。

根据本发明，所述红光led芯片、绿光led芯片与蓝光led芯片的尺寸为0.3-1mm²。

根据本发明，所述绿光led芯片与蓝光led芯片的数量比为(10-2):1，例如为2.7:1、4:1、2.5:1、10:1、2:1；

所述绿光led芯片与红光led芯片的数量比为5-0.5:1，例如为2:1、1.6:1、3:1、1.5:1、5:1、0.5:1。

根据本发明，对所述红光led芯片、绿光led芯片、蓝光led芯片的额定使用电流和电压没有限制，其串并联后的电流满足市面上现有恒流电源的电路要求即可。

根据本发明，对于所述圆形发光面的大小没有限制，可满足所述红光led芯片、绿光led芯片、蓝光led芯片的水平轴和垂直轴呈轴对称分布即可。

其中，所述led器件可以根据对光源的要求在封装胶中任选混入光扩散粉或荧光粉。

当所述封装胶中混入光扩散粉时，所述光扩散粉与封装胶的质量比为(0.001-0.5):1，优选为(0.001-0.3):1，再优选为(0.001-0.2):1。

所述光扩散粉为用于制备led的无机光扩散粉、有机光扩散粉或二者的混合物，例如选自如下中的一种或多种：纳米硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、苯乙烯型树脂、丙烯酸树脂等。

当所述封装胶中混入荧光粉时，所述荧光粉与封装胶的质量比为(0.001-0.2):1，优选为(0.001-0.15):1，再优选为(0.001-0.1):1。

所述荧光粉为用于制备led的荧光粉，例如激发峰的峰值波长为440-460nm的荧光粉或发射峰的峰值波长为500-660nm的荧光粉。本发明所述集成封装的三基色led器件还可以包括透镜，例如使本发明所述led器件的发射角度控制在15-60度范围的透镜。

本发明还提供如上所述集成封装的三基色led器件的制作方法，包括如下步骤：

s1.按照所需的光谱以及配合的恒流直流电源确定红、绿、蓝三色芯片在每一并联回路中的比例，并按照以圆形发光面的水平轴和垂直轴呈轴对称分布的要求对红、绿、蓝三色芯片进行芯片排布的设计；

s2.按照步骤s1的设计将红、绿、蓝三色芯片固定在封装基板的相应位置；

s3.将固定好位置的红、绿、蓝三色芯片按照设计实现电性连接；

s4.将封装胶覆盖于led芯片的表面，烘烤使封装胶固化，完成led器件的制作。

根据本发明的制作方法，步骤s2中，所述固定步骤可以通过硅胶固晶、锡膏固晶或者金锡合金共晶的方式。

根据本发明的制作方法，步骤s4中，所述烘烤温度可以为根据封装胶的固化温度且不影响其他部件质量的温度进行设置。

本发明还提供所述集成封装的三基色led器件的用途，其可以用于照明、优选为对于具有特殊对比度要求的照明领域，如观赏植物的照明，盆景造景的照明，超市生鲜类食品的照明等。

本发明的有益效果：

1)本发明通过红、绿、蓝三色led芯片以集成方式封装成发光led器件，实现了三基色的白光led发光器件，避免了荧光粉的大量使用；同时在光源的芯片排布上，使三种颜色的芯片分别以圆形发光面的水平轴和垂直轴呈轴对称分布，以保证每种芯片各自均匀地排布在圆形发光面上；并使用扩散粉使各波长的光在光源内部即充分混合，使集成封装的三基色led器件发出均匀的白光；最后，即使使用通用小角度透镜，本发明所述led发光器件也不会出现光源偏色的现象。

2)本发明所述led发光器件可以选用通用电源，达到需要的色坐标要求，从而实现简便，易用，成本低的目的。

3)本发明的制备方法可以与目前通用的led发光器件的制备方法相兼容，同时器件批量制备时的色坐标一致性好，良率高。

附图说明

图1实施例1的芯片排布与连接方式。

图2实施例1的红光led芯片排布方式。

图3实施例1的绿光led芯片排布方式。

图4实施例1的蓝光led芯片排布方式。

图5实施例2的芯片排布与连接方式。

图6实施例2的红光led芯片排布方式。

图7实施例2的绿光led芯片排布方式。

图8实施例2的蓝光led芯片排布方式。

图9实施例3的芯片排布与连接方式。

图10实施例3的红光led芯片排布方式。

图11实施例3的绿光led芯片排布方式。

图12实施例3的蓝光led芯片排布方式。

图13实施例4的芯片排布与连接方式。

图14实施例4的红光led芯片排布方式。

图15实施例4的绿光led芯片排布方式。

图16实施例4的蓝光led芯片排布方式。

图17实施例5的芯片排布与连接方式。

图18实施例5的红光led芯片排布方式。

图19实施例5的绿光led芯片排布方式。

图20实施例5的蓝光led芯片排布方式。

图21实施例6的芯片排布与连接方式。

图22实施例6的红光led芯片排布方式。

图23实施例6的绿光led芯片排布方式。

图24实施例6的蓝光led芯片排布方式。

其中，图1-24中各附图标记含义如下：基板10、功能区11、红光led芯片21、绿光led芯片22、蓝光led芯片23。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的集成封装的三基色led发光器件及其制备方法和用途做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的零部件为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1如图1所示的集成封装的三基色led器件，使用镜面铝基板10作为集成封装的基板，镜面铝基板10的功能区11(即发光面)为直径15mm的圆。器件的设计开启电压为42v，设计输入电流为700ma，器件总功耗为约30w。图1中该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为630nm，芯片的额定使用电流为100ma，电压为2.2v@100ma，芯片尺寸为0.35mm×0.35mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长520nm，芯片的额定使用电流为100ma，电压为3v@100ma，芯片尺寸为0.3mm×0.3mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为460nm，芯片的额定使用电流为100ma，电压为3v@100ma，芯片尺寸为0.3mm×0.4mm。以上三种芯片均为水平结构。红光led芯片21，绿光led芯片22与蓝光led芯片23在基板10上的分布方式分别如图2-4所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度为15度的透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该集成封装的三基色led器件的串并联方式为7并15串，其芯片的连接方式如图1所示，每一串中红光led芯片4颗，绿光led芯片8颗，蓝光led芯片3颗。该器件的开启电压为42v，使用电流为700ma，可以轻松匹配市面上现有的恒流驱动器。

实施例2如图5所示的集成封装的三基色led器件，使用镀银铜基板10作为集成封装的基板，镀银铜基板10的功能区11为直径18mm的圆。该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为620nm，芯片的额定使用电流为160ma，电压为2.2v@160ma，芯片尺寸为0.45mm×0.45mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长535nm，芯片的额定使用电流为160ma，电压为2.8v@160ma，芯片尺寸为0.65mm×0.65mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为450nm，芯片的额定使用电流为160ma，电压为3v@160ma，芯片尺寸为0.3mm×0.45mm。以上三种芯片均为水平结构。红光，绿光与蓝光led芯片在基板10上的分布方式分别如图6-8所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度为15度的聚光透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该led器件的串并联方式为7并15串，每一串中红光芯片5颗，绿光芯片8颗，蓝光芯片2颗。该led器件的设计开启电压为40v，设计输入电流为1.2a，器件总功率约为48w，可以轻松匹配市面上现有的恒流驱动器。

实施例3如图9所示的集成封装的三基色led器件，使用金属图形化的氧化铝陶瓷基板10作为集成封装的基板，氧化铝陶瓷基板10的功能区11为直径30mm的圆。该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为660nm，芯片的额定使用电流为80ma，电压为2.2v@80ma，芯片尺寸为0.3mm×0.3mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长560nm，芯片的额定使用电流为80ma，电压为2.8v@80ma，芯片尺寸为0.45mm×0.45mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为470nm，芯片的额定使用电流为80ma，电压为3v@80ma，芯片尺寸为0.3mm×0.35mm。其中红光led芯片21为垂直结构，绿光led芯片22与蓝光led芯片23为水平结构。红光，绿光与蓝光led芯片在基板10上的分布方式分别如图10-12所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度大于15度的聚光透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该led器件的串并联方式为19串19并，每一串中红光芯片4颗，绿光芯片12颗，蓝光芯片3颗，其芯片的连接方式如图9所示。该led器件的设计开启电压为52v，设计输入电流为1.5a，器件总功率约为80w，可以轻松匹配市面上现有的恒流驱动器。

实施例4如图13所示的集成封装的三基色led器件，使用金属图形化的氮化铝陶瓷基板10作为集成封装的基板，氮化铝陶瓷基板10的功能区11为直径35mm的圆。该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为610nm，芯片的额定使用电流为60ma，电压为2.2v@60ma，芯片尺寸为0.3mm×0.3mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长500nm，芯片的额定使用电流为60ma，电压为2.8v@60ma，芯片尺寸为0.33mm×0.33mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为440nm，芯片的额定使用电流为60ma，电压为3v@60ma，芯片尺寸为0.3mm×0.3mm。其中红光led芯片21为垂直结构，绿光led芯片22为水平结构，蓝光led芯片23为倒装结构。红光，绿光与蓝光led芯片在基板10上的分布方式分别如图14-16所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度大于15度的聚光透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该led器件的串并联方式为31串30并，每一串中红光芯片10颗，绿光芯片15颗，蓝光芯片6颗，其芯片的连接方式如图13所示。该led器件的设计开启电压约为85v，设计输入电流为1.8a，器件总功率约为150w，可以轻松匹配市面上现有的恒流驱动器。

实施例5如图17所示的集成封装的三基色led器件，使用镜面铝基板10作为集成封装的基板，镜面铝基板10的功能区11为直径35mm的圆。该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为625nm，芯片的额定使用电流为250ma，电压为2.2v@250ma，芯片尺寸为0.6mm×0.6mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长535nm，芯片的额定使用电流为250ma，电压为2.8v@250ma，芯片尺寸为0.8mm×0.8mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为455nm，芯片的额定使用电流为250ma，电压为3v@250ma，芯片尺寸为0.5mm×0.5mm。其中红光led芯片21，绿光led芯片22与蓝光led芯片23均为水平结构。红光，绿光与蓝光led芯片在基板10上的分布方式分别如图18-20所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度大于15度的聚光透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该led器件的串并联方式为26串24并，每一串中红光芯片4颗，绿光芯片20颗，蓝光芯片2颗，其芯片的连接方式如图17所示。该led器件的设计开启电压约为70v，设计输入电流为6a，器件总功率约为400w。

实施例6如图21所示的集成封装的三基色led器件，使用镜面铝基板10作为集成封装的基板，镜面铝基板10的功能区11为直径25mm的圆。该led器件所采用的红光led芯片21的峰值波长为645nm，芯片的额定使用电流为350ma，电压为2.2v@350ma，芯片尺寸为0.85mm×0.85mm；使用的绿光led芯片22的峰值波长540nm，芯片的额定使用电流为350ma，电压为2.8v@350ma，芯片尺寸为1mm×1mm；使用的蓝光led芯片23的峰值波长为465nm，芯片的额定使用电流为30ma，电压为3v@350ma，芯片尺寸为0.7mm×0.7mm。其中红光led芯片21，绿光led芯片22与蓝光led芯片23均为水平结构。红光，绿光与蓝光led芯片在基板10上的分布方式分别如图22-24所示，三种芯片各自以基板功能区11的水平轴和垂直轴呈轴对称分布。该排布方式使的led器件发出的光为均匀的白光，且在器件前端添加角度大于15度的聚光透镜，也不会影响器件发出的光在照射平面上的光色均匀性。该led器件的串并联方式为14串12并，每一串中红光芯片8颗，绿光芯片4颗，蓝光芯片2颗，其芯片的连接方式如图21所示。该led器件的设计开启电压约为35v，设计输入电流为4.2a，器件总功率约为150w。

实施例7

s01.按照所需的光谱以及配合的恒流直流电源确定红、绿、蓝三色芯片在每一并联回路中的比例，并按照以圆形发光面的水平轴和垂直轴呈轴对称分布的要求对红、绿、蓝三色芯片进行芯片排布的设计；

s02.按照步骤1的设计图纸将红、绿、蓝三色芯片通过硅胶固晶、锡膏固晶或者金锡合金共晶的方式固定在封装基板的相应位置；

s03.将固定好位置的红、绿、蓝三色芯片按照设计方案将三色芯片实现电性连接；

s04.将混合了固定比例荧光粉与扩散粉的硅胶覆盖于led芯片的表面，烘烤使硅胶固化，并完成该led器件的制作。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。