专利名称：Led多晶集成照明单元的制作方法
技术领域：
本实用新型属于LED照明，尤其涉及一种运用在大功率LED照明场所和通用照明 环境的高光效、低温度的LED多晶集成照明单元。
背景技术：
当前，大功率的LED的发热以及散热的问题，制约了光效的提升，可造成明显的光 衰、光谱的漂移，以及成本的上升，体积的增大。主要问题是1、高发热当正向电流流经LED的PN结结电阻时，产生功耗(Ppn = I2XR)，使结 区产生发热性温升。当LED热阻小时，光通量几乎与电流成正比例增加；随着电流和热阻的 增大，P-N结功耗和温度随之升高；当正向电流增加到某一定值时，P-N结功耗和温度达到 “恒定值”，光通量趋于饱和；当电流和热阻继续增大，P-N结功耗和温度也随之继续增大，而 且光通量还呈下降趋势。目前，许多大功率LED驱动电流均在350mA以上，散热器周边的温 度高达85°C以上，甚至达到100°C。无谓的功耗，不仅造成了 LED结温的升高，也影响了 LED 的电光转换效率；2、低光效目前大功率LED光电转换效率较低。单颗大功率的光效在90_120Lm/W 之间，多晶片集成模块大多在70-110Lm/W之间。由大功率LED构成的照明灯具，整灯光效 一般不超过90Lm/W。常见LED器件的电热转换过多，电光转换过少，蓝光的激发效率过低， 直接影响了 LED器件的电光转换效率和整体光通量；3、短寿命流明维持率与结点温度成反比。据有关资料统计，大约70%的故障是 由于LED的结温过高造成的。在室温附近，温度每升高1°C，LED的发光强度会相应地减少
左右。在结点Tj温度70°C下，运行1万小时后，就有20%以上的光衰；在结点Tj温度 100°C时，LED的荧光粉的寿命便降低30%;在结点Tj温度120°C或以上时，LED的寿命便会 大幅缩短并失效；在负载为额定功率一半的情况下，温度每升高20°C，故障就上升一倍， 可见LED的发热，严重地影响LED的使用寿命。4、大漂移LED晶片结温每升高10°C，主波长便漂移2-3nm，且半峰值宽度随之增 加，中色温区的最大流明效率V(A)也会随之降低，最终导致照明效果的整体降低；5、高价位市场常见1W-3W级大功率LED，无论是单颗封装还是多晶片封装，价格 均在15-30元/W之间(光效不同，价格呈非线性上升。)特别是国际“五大联盟”对中国 LED技术与市场的控制与壁垒，严重影响了大功率LED的应用进程；6、维修难目前的LED光源和器件，均是直接焊接在照明灯具电路板上的，电源也 是使用电缆直接供电的。更换照明光源需要投入较多的人力、物理、财力和时间，且难以在 现场完成，给灯具的维护、维修到来了极大的不便，有的还需更换整体电路板，造成更换、运 输、维修成本的上升。总之，目前使用的大功率LED照明器件的致命缺陷，制约了 LED照明的应用和发 展，需要采取新的技术路线来突破。
实用新型内容本实用新型是为了克服现有LED应用技术中的不足，提供一种LED多晶集成照明 单元，不仅降低了发热温度，延长了 LED晶片的寿命，实现了大功率白光系照明，还提高了 照明光效，降低了制造成本。实行独立的“单元化”封装，可方便灯具系统的维护维修，降低 维修成本和运输成本，节约维护时间。本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现一种LED多晶集成照明单 元，其特征是主要由导热器与其固接的导光导热基板及LED集成单元构成，所述LED集成 单元由若干只串联的小功率蓝光LED晶片组成，所述若干只小功率蓝光LED晶片呈矩阵排 列并封装成带有电源引线的LED集成照明单元。所述导光导热基板呈碟形，所述导光导热基板底部设有若干呈矩阵排列的四棱柱 形凹槽，四棱柱凹槽内置有小功率蓝光LED晶片。所述导光导热基板材料为纯铜，其表面设有复合镀膜层。所述四棱柱形凹槽表面设有复合镀膜反光层，四边壁呈导光斜面。所述LED集成照明单元表面封装有硅树脂和复合荧光粉层，所述硅树脂和复合荧 光粉层上表面置有PETG聚光型或勻光型的菲涅尔透镜，勻光型菲涅尔透镜为多扇区或多 镜段组合型设置。所述LED多晶集成照明单元电源引线采用非对称、防水型、插拔式接口连接。所述导热器四角设有安装孔，导热器与锁定机构连接，所述锁定机构由上、下、左、 右锁定机构组成，所述锁定机构包括锁定上盖、锁定卡、弹簧，锁定法兰和锁定串钉，所述锁 定卡上端为舌形压板，中间套装弹簧，底端套装锁定法兰并插接锁定串钉。有益效果对封装材料、封装结构、导光结构、散热结构、电路结构、供电结构、锁定 结构进行综合的技术路线改进，实现高光效、低发热、大功率、可锁定、易拆卸、长寿命、高可 靠的LED集成晶片的照明，可方便地应用在路灯照明、景观照明、家庭照明、航空照明、汽车 照明等场所。单位成本明显降低，成本在2. 5-7元/W之间。较之于同等光效(80-1251m/ w) 15-30元/W的价格，降低了数倍。经济效益预期良好。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A视图；图3是图1的B-B视图；图4是图1的照明单元锁定机构结构示意图；图5是图1的照明单元锁定机构结构效果图；图6是图1的电源接口示意图；图7-8是勻光型菲涅尔透镜示意图。其中1、导热器，2、安装孔，3、导光导热基板，4、LED集成单元，5、金线，6、插拔式 电源接口，7、四棱柱形凹槽，8、LED晶片，9、连接螺钉，10、复合镀膜层，10’、复合镀膜反光 层，11、导光斜面，12、硅树脂和复合荧光粉层，13、菲涅尔透镜，14、锁定机构，15、锁定上盖， 16、锁定卡，17、弹簧，18、锁定法兰，19、锁定串钉，20、散热器或灯具，21、电源单元插头，22、 电源单元插座。
具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式
详述如下。详见附图，一种LED多晶集成照明单元，主要由导热器1与其固接的导光导热基板 3及LED集成单元4构成，导热器1与导光导热基板3通过连接螺孔与螺钉9固接，其中间 为导热硅油(图中未示)。所述LED集成单元由若干只通过晶片间的连接金线5串联的小 功率蓝光LED晶片组成，所述若干只小功率蓝光LED晶片8呈矩阵排列并封装成带有电源 引线的LED集成照明单元。所述导光导热基板呈碟形，所述导光导热基板底部设有若干呈 矩阵排列的四棱柱形凹槽7，四棱柱凹槽内置有小功率蓝光LED晶片。所述导光导热基板材 料为纯铜，其表面设有复合镀膜层10。所述四棱柱形凹槽表面设有复合镀膜反光层10’，四 边壁呈导光斜面11。冲压后的四棱柱型凹槽，经过抛光处理设有复合镀膜反光层，四壁呈 高光洁度、高反射性的导光斜面，形成小型LED晶片反光器。所述LED集成照明单元表面封 装有硅树脂和复合荧光粉层12，小功率蓝色LED晶片与相应波长的复合稀土荧光粉匹配， 使其蓝光LED激发荧光粉后产生白光，并使之在色温变化时发光效率不受影响或提高激发 效率。所述硅树脂和复合荧光粉层上表面置有PMMA或PETG聚光型(重点考虑区域照度) 或勻光型(重点考虑照度均勻度)的菲涅尔透镜13，勻光型菲涅尔透镜为多扇区或多镜段 组合型设置，以适用不同的使用场合。所述LED多晶集成照明单元电源引线采用非对称、防 水型、插拔式接口 6连接。详见图4，所述导热器四角设有安装孔2，导热器与锁定机构14 连接，锁定机构置于散热器或灯具20的圆柱槽中，可方便光源的维护、维修。所述锁定机构 由上、下、左、右锁定机构组成，所述锁定机构包括锁定上盖15、锁定卡16、弹簧17，锁定法 兰18和锁定串钉19，所述锁定卡上端为舌形压板，中间套装弹簧，底端套装锁定法兰并插 接锁定串钉。工作原理1、全部选用小功率蓝光晶片，综合解决成本问题。为降低多晶集成照明单元的成本，减少大功率LED多晶集成照明单元的发热，全 部采用小功率蓝光晶片作为大功率LED多晶集成照明单元的光源。其原理为小功率蓝 光晶片的正常工作电流较小，自身发热量也较小，加之充分考虑和解决了散热系统，简化了 散热系统用材，为降低大功率LED多晶集成照明单元的价格，提供了技术上的可行性。使 LED照明产品在80-125Lm/W光效条件下，单位价格由15-30元/W降低到2. 5-7元/W，成本 明显降低，经济效益明显提升，使LED的应用成为可能和现实。并可改善高光效LED光源 (130-150Lm/W及其以上)受制于国际贸易战略、国际价格垄断和“禁输出”的状况。2、实行恒压恒流供电，确保供电的安全性。为保证电源产品的生产管理和在世界范围内的安全运行，其电源系统设计可输入 电压范围为85 ^5VAC，以满足国际IlOV和220V两种供电电压；采用恒压方式供电。LED多晶集成照明单元的电路结构采用“大串联”的恒压形式 供电，根据多晶集成照明单元功率设计的需要，确定LED晶片的串联数量。供电电压一般控 制在200V之内。设计照明单元功率较大，需串联的LED晶片数量过多时，也可以再分为两 路并联；供电电流实行恒流方式。依据不同厂家提供的晶片，严格的将多晶集成照明单元的工作电流控制在IOOmA之内，并在恒流源的输入电压得到合理控制的前提下，减少LED晶 片的内部损耗，减少晶片的发热，使多晶集成照明单元的可靠性得到有效保障。3、采取多项措施，保证电源效能大大提升。采用专有电源技术，提升电源的整体效率，使电源的效率达到97%左右，功率因数 达到98%左右；采用独特低次谐波滤波技术，滤除高次谐波，特别是3次、5次谐波的含量，减少谐 波的能耗和电网的污染；为提高系统的安全性，恒流源还采用PTC(高分子聚合物正温度热敏电阻)等器 件，提高安全保护功能，包括空载保护、过流保护、短路保护功能等安全保护功能。4、采用导热与出光良好的基板，安装固定LED晶片。多晶集成照明单元采用的纯铜复合镀膜的导光导热基板，减少了基板的热阻，并 采用阶梯型导热结构，使晶片中心部位的热量能够及时传导到纯铜镀膜基板上，再将基板 连接在铝质导热器上，利用铜的高导热率将晶片产生的热量高效地传递给铝基散热器，再 通过铝基散热器将热量散出，以提高产品的可靠性与稳定性，并使成本得到合理化控制。导光导热纯铜复合镀膜基板上部为纯铜薄板，经机器冲压后形成四棱柱凹槽，具 有良好的光洁度；四棱柱凹槽实行三层复合镀膜，底层镀膜为碳化铬镍钛合金，中层镀膜为 氮化铬镍钛合金，表层镀膜为铬镍钛合金，反射率在70%左右，该复合镀膜层具有硬度高、 镀层薄、耐腐蚀、耐高温、不剥落的特点；四棱柱凹槽的底部，用于安装晶片，通过硅油与纯 铜基板连接；凹槽的斜面，用于收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射；四 棱柱凹槽内所复合镀膜质层，形成一个小型反射器，用于提高出光效率。大功率LED多晶集成照明单元的基板采用锡片焊作为晶片与基板之间的粘接材 料，以获得较为理想的导热效果(热阻约为6°C /W)，将LED晶片直接粘贴在纯铜镀基材的 四棱柱凹槽内，再用Φ π 的金线将单面双电极的单元晶片正极、负极串联，依据拟封装 的集成晶片功率，形成横向X纵向阵列。在出光通道、电流通道和导热通道上，都是综合处理的。[0045]5、用复合稀土荧光粉调剂多晶集成照明单元的色温选择中心波长在450nm或460nm之间的LED蓝光晶片，与相应波长的荧光粉进行 匹配，实现LED蓝光晶片对荧光粉10-15倍或以上的有效激发，从而保证较高的量子效率且 出光稳定。为降低集成晶片的色温，提高显色性，在选定的YAG荧光粉中适量加入其他调光 荧光材料，形成复合荧光粉。复合荧光粉技术，可实现色温的变化，而不影响或提高多晶集成照明单元光效的 输出。6、表面封装采用硅树脂，并配置菲涅尔透镜详见图7，采用热稳定性表现优秀，折射率大于1. 5，具有耐湿性、绝缘性、机械强 度的硅树脂，实现表面封装。即在固晶、焊接、涂粉后，用硅树脂将纯铜复合镀膜的金属槽灌 满，有效保护晶片、金线和反射器，实现折射率的过渡，以提高出光效率。避免使用环氧树脂 造成的老化变黄、龟裂等，影响光效、光纯度及失效。在LED多晶集成照明单元的外侧安装有光学级的PMMA或PETG材料的菲涅尔透镜。PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯)材料较之于常用的PMMA材料， 更加适用于做透镜和灯罩。具有高透光性、高光洁度、低光晕、高韧性、高抗冲击强度，机加 工性能优良、耐化学药剂和抗应力白化能力的特点。在照明单元总光通量为常数的条件下，对区域照度标准要求较高时，以提升照射 范围的照度、牺牲照射范围的物理面积为代价，采用聚光型菲涅尔透镜，提高区域照度(如 工矿灯、投光灯)；对区域照度均勻度要求较高时，以增加照射范围的物理面积、牺牲照射 范围的照度为代价，采用勻光型菲涅尔透镜，降低照度标准，提高照度均勻度标准(如路 灯。)详见图7-8，勻光型菲涅尔透镜的结构与照度分布图。勻光型菲涅尔透镜内侧由 多扇区、多镜段的锯齿型凹槽构成，外侧为表面光洁的平面，主要用于指向性要求特别高的 场所(如路灯)。透镜采用“三段式”设计，即近端采用疏而浅的锯齿型凹槽组合透镜，注重 近端的照明；远端采用密而深的锯齿型凹槽组合透镜，注重远端的照明；中段采用介于二 者之间的密度与深度的方法，强化中段的照明。1’-3’为不同环距和齿深的菲涅尔透镜组 合。近端为两扇区组合的镜段，中段为三扇区组合的镜段，远端为五扇区组合的镜段，主要 用于提高各镜段的投射均勻度。在对称安装时，使照度接近“矩形”。同等投射功率下，可使 远端投射面积减少10-15%，而照度提10-15%。4，-6，分别为一、二、三镜段投光分布。V 为路灯。坐标X，为水平投光距离，坐标Y为灯杆高度。聚光型菲涅尔透镜内侧为同心圆、纹 理清晰的锯齿型凹槽，外侧为表面光洁的平面，“锯齿”的环距和深度，实现聚光率(增益系 数)的变化，使远、中、近端的照度趋于接近。勻光型菲涅尔透镜内侧由多扇区、多镜段的锯 齿型凹槽构成，外侧为表面光洁的平面，主要用于指向性要求特别高的的场所(如路灯)。 透镜的材质为光学级的PMMA高纯度亚克力或PETG，厚度为Imm左右，环距为0. 2-0. 4mm。7、多晶集成照明单元采用“单元化”，可方便灯具的维护维修详见图6，多晶集成照明单元采用非对称式插拔式电源接口 6。电源接口 6通过电 源单元插头21和电源单元插座22插接。其中，中间的电极为负极(接黑线)，左侧的电极(相距较近)为接地极(接黄间 绿线)，右侧的电极(相距较远)为正极(接红线)，以避免接错供电电源。详见图5，集成晶片照明单元的四边设有机械锁定机构，锁定状态或开锁状态的变 换无需复杂工具，仅需十字螺丝刀转动锁定卡上端的舌形压板，即可在1分钟内完成拆卸； 在照明单元的四角，还设有固定孔，以方便照明单元的不同安装形式。“单元化”的设计，可 方便照明单元的拆卸，降低维修成本和运输成本，节省维护时间。尤其是对路灯等高空作业 的场所，可明显提高作业效率。1、电光主要指标实测主要数据如下
权利要求1.一种LED多晶集成照明单元，其特征是主要由导热器与其固接的导光导热基板及 LED集成单元构成，所述LED集成单元由若干只串联的小功率蓝光LED晶片组成，所述若干 只小功率蓝光LED晶片呈矩阵排列并封装成带有电源引线的LED集成照明单元。
2.根据权利要求1所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述导光导热基板呈碟 形，所述导光导热基板底部设有若干呈矩阵排列的四棱柱形凹槽，四棱柱凹槽内置有小功 率蓝光LED晶片。
3.根据权利要求1或2所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述导光导热基板 材料为纯铜，其表面设有复合镀膜层。
4.根据权利要求2所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述四棱柱形凹槽表面 设有复合镀膜反光层，四边壁呈导光斜面。
5.根据权利要求1或2所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述LED集成照明 单元表面封装有硅树脂和复合荧光粉层，所述硅树脂和复合荧光粉层上表面置有聚光型或 勻光型的菲涅尔透镜，勻光型菲涅尔透镜为多扇区或多镜段组合型设置。
6.根据权利要求1所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述LED多晶集成照明 单元电源引线采用非对称、防水型、插拔式接口连接。
7.根据权利要求1所述的LED多晶集成照明单元，其特征是所述导热器四角设有安 装孔，导热器与锁定机构连接，所述锁定机构由上、下、左、右锁定机构组成，所述锁定机构 包括锁定上盖、锁定卡、弹簧，锁定法兰和锁定串钉，所述锁定卡上端为舌形压板，中间套装 弹簧，底端套装锁定法兰并插接锁定串钉。
专利摘要本实用新型涉及一种LED多晶集成照明单元，其特征是主要由导热器与其固接的导光导热基板及LED集成单元构成，所述LED集成单元由若干只串联的小功率蓝光LED晶片组成，所述若干只小功率蓝光LED晶片呈矩阵排列并封装成带有电源引线的LED集成照明单元。有益效果对封装材料、封装结构、导光结构、散热结构、电路结构、供电结构、锁定结构进行综合的技术路线改进，实现高光效、低发热、大功率、可锁定、易拆卸、长寿命、高可靠的LED集成晶片的照明，可方便地应用在路灯照明、景观照明、家庭照明、航空照明、汽车照明等场所。单位成本明显降低，成本在2.5-7元/W之间。较之于同等光效(80-125lm/W)15-30元/W的价格，降低了数倍。经济效益预期良好。
文档编号F21V29/00GK201875513SQ20102013121
公开日2011年6月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者陈大庆, 陈飒飒 申请人:陈大庆, 陈飒飒