半导体发光二极管装置和灯具的制作方法

本发明属于半导体装置
技术领域：
，具体涉及一种半导体发光二极管装置和灯具。
背景技术：
：半导体发光二极管(lightemittingdiode，led)具有高效、节能、环保、寿命长、体积小、易维护等优点，受到国内外研究者广泛关注；目前，led正逐步替代传统光源成为照明光源的主流，且应用领域要求led逐渐向客制化、智能化方向发展。基于上述应用，结合智能相关技术需求，可调光led技术目前已成为业界研究的热点和主流方向。现有可调光白光led的实现主要通过在灯具中电流控制多个led灯珠混光实现各种色温、各种显指白光的实现。但以上技术主要存在以下问题：1、混光后显色指数较低、色温变换色容差不容易控制；2、灯具中采用多种颜色或多种颜色led混和实现白光，光质稳定性和光斑均匀性、集中性很难控制；3、不同灯珠电流控制通常采用多电源控制，成本较高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种半导体发光二极管装置和灯具，旨在解决现有白光led装置发光性能不易调控，且成本高的技术问题。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：本发明一方面提供一种半导体发光二极管装置，包括基板，所述基板表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述第一凹槽内设置有第一光源，所述第一光源包括固定在所述第一凹槽底面的紫光led芯片和设置在所述紫光led芯片上的蓝色荧光粉胶层；所述第二凹槽内设置有第二光源，所述第二光源包括固定在所述第二凹槽底面的第一蓝光led芯片和设置在所述第一蓝光led芯片上的绿色荧光粉胶层；所述第三凹槽内设置有第三光源，所述第三光源包括固定在所述第三凹槽底面的第二蓝光led芯片和设置在所述第二蓝光led芯片上的红色荧光粉胶层；所述第一凹槽的深度大于所述第二凹槽和第三凹槽的深度；所述凹下部内沿发光方向依次层叠设置有导热层和扩散层，且所述导热层铺设在所述蓝色荧光粉胶层、绿色荧光粉胶层和红色荧光粉胶层上，将所述第一光源、第二光源和第三光源覆盖。本发明提供的半导体发光二极管装置中，包括三个光源，第一光源由紫led光芯片激发蓝色荧光粉复合光，第二光源由第一蓝光led芯片激发绿色荧光粉单色光，第三光源由第二蓝光led芯片激发红色荧光粉单色光，通过铺设在所述蓝色荧光粉胶层、绿色荧光粉胶层和红色荧光粉胶层上导热层以及扩散层，用于提升混光后的均匀性和柔和性，最终可以实现单灯珠上提升实现色温、光谱和亮度可调的发光二极管，cri均大于98，ri均大于95，调光前后光质均匀性和集中性较好、且能够采用单一电源控制，而且成本低。本发明另一方面提供一种灯具，所述灯具为全光谱led灯具，包括多孔道电源、led光源和灯罩，所述led光源包括本发明所述的半导体发光二极管装置。本发明的提供的灯具包括本发明特有的半导体发光二极管装置，因此该灯具可以用于提升混光后的均匀性和柔和性，最终可以实现单灯珠上提升实现色温、光谱和亮度可调的发光二极管，cri均大于98，ri均大于95，调光前后光质均匀性和集中性较好、且能够采用单一电源控制。附图说明图1为本发明实施例的半导体发光二极管装置的剖面示意图；图2为本发明实施例的第一光源、第二光源和第三光源的发光光谱图；图3为本发明实施例1中半导体发光二极管装置的光谱图；图4为本发明实施例2中半导体发光二极管装置的光谱图；其中，图中各附图标记：110-基板；111-第一凹槽；112-第二凹槽；113-第三凹槽；201-紫光led芯片；202-第一蓝光led芯片；203-第二蓝光led芯片；301-蓝色荧光粉胶层；302-绿色荧光粉胶层；303-红色荧光粉胶层；401-导热层；501-扩散层。具体实施方式为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。一方面，本发明实施例提供了一种半导体发光二极管装置，包括基板，所述基板表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述第一凹槽内设置有第一光源，所述第一光源包括固定在所述第一凹槽底面的紫光led芯片和设置在所述紫光led芯片上的蓝色荧光粉胶层；所述第二凹槽内设置有第二光源，所述第二光源包括固定在所述第二凹槽底面的第一蓝光led芯片和设置在所述第一蓝光led芯片上的绿色荧光粉胶层；所述第三凹槽内设置有第三光源，所述第三光源包括固定在所述第三凹槽底面的第二蓝光led芯片和设置在所述第二蓝光led芯片上的红色荧光粉胶层；所述第一凹槽的深度大于所述第二凹槽和第三凹槽的深度；所述凹下部内沿发光方向依次层叠设置有导热层和扩散层，且所述导热层铺设在所述蓝色荧光粉胶层、绿色荧光粉胶层和红色荧光粉胶层上，将所述第一光源、第二光源和第三光源覆盖。本发明实施例提供的半导体发光二极管装置中，包括三个光源，第一光源由紫光led芯片激发蓝色荧光粉复合光，第二光源由第一蓝光led芯片激发绿色荧光粉单色光，第三光源由第二蓝光led芯片激发红色荧光粉单色光，然后通过控制第一光源的蓝光、第二光源的绿光和第三光源的红光的发光强度比例实现色温、光谱和亮度可调的发光二极管；同时，通过铺设在所述蓝色荧光粉胶层、绿色荧光粉胶层和红色荧光粉胶层上导热层以及扩散层，用于提升混光后的均匀性和柔和性，最终可以实现单灯珠上提升实现色温、光谱和亮度可调的发光二极管，cri均大于98，ri均大于95，调光前后光质均匀性和集中性较好、且能够采用单一电源控制，而且成本低。本发明实施例中，所述基板设置有凹下部的表面和另一相对表面分别设置三个正极和一个负极，或三个负极和一个正极。本发明实施例提供的可调光全光谱半导体二极管发光装置，在所述基板上设置三个正极一个负极或三个负极一个正极，电极可以设置在基板表面，或三个正极设置在基板上表面，一个负极设置在基板背面，或三个负极设置在基板上表面，一个正极设置在基板背面。本发明实施例中，所述紫光led芯片、第一蓝光led芯片和第二蓝光led芯片并联连接，采用单电源控制三个芯片之间的电流进而控制荧光粉及芯片之间光谱强度变化进而实现led色温2700k-6500k调控，显色指数cri能够实现各种色温均大于98以上，且ri(r1-r15)值均大于95。作为优选，所述第一光源光谱中紫光和蓝光的光谱相对比例可以通过电流控制；所述第二光源中蓝光和绿光相对比例可以通过电流控制；所述第三光源中红光和蓝光的相对比例可以通过电流控制，第一光源、第二光源和第三光源的发光光谱图如图2所示。进一步地，紫光led芯片、第一蓝光led芯片和第二蓝光led芯片均为垂直结构。具体地，在本发明实施例提供的半导体发光二极管装置中，紫光led芯片的波长为400-430nm，且所述蓝色荧光粉胶层中的蓝色荧光粉峰值波长为450-470nm；所述第一蓝光led芯片的波长为440-460nm，且所述绿色荧光粉胶层中的绿色荧光粉峰值波长为515-535nm；所述第二蓝光led芯片的波长为440-450nm，且所述红色荧光粉胶层中的红色荧光粉峰值波长为650-660nm。基于荧光粉本身的发光特性以及和芯片匹配后光谱形状类似自然光的特点，在上述选择的荧光粉波长的范围内其显指较高。第一光源中，包括紫光led芯片和被紫光led芯片激发的蓝色荧光粉胶层，紫光led芯片波段为410-420nm，所述蓝色荧光粉胶层含有蓝色荧光粉，如硅酸盐荧光粉，或铝酸盐荧光粉，或氮氧化物荧光粉，或磷酸盐荧光粉与荧光胶的混合；优选地，所述蓝色荧光粉为磷酸盐荧光粉，其化学组成为sr5(po4)3cl:eu2+或(sr,ba)5(po4)3cl:eu2+，因此体系荧光粉的量子效率和稳定性能相对其它种类荧光粉具有一定的优势；且第一光源中，蓝光和紫光的峰值强度比为(0.5-1.5)：1，在此范围内发光二极管能够容易实现全光谱(ra>98,ri>95,rf>97,rg>99)。第二光源中，包括第一蓝光led芯片和被第一蓝光led芯片激发的绿色荧光粉胶层，第一蓝光led芯片波段为440-460nm，具体地，本发明实施例第一蓝光led芯片的波段为455-457.5nm；所述绿色荧光胶层含有绿色荧光粉，如铝酸盐绿粉，或硅酸盐绿粉，或氮氧化物绿粉和荧光胶的混合，具体地，所述绿色荧光粉为铝酸盐绿粉，其化学组成为lu3al5o12：ce3+或y3(al,ga)5o12：ce3+；该第二光源为蓝光led芯片激发绿色荧光粉实现的单色光，其峰值波长位于530-535nm，且第二光源中，绿光和蓝光峰值强度比大于20：1，以保证绿光的色纯度。第三光源中，包括第二蓝光led芯片和被第二蓝光led芯片激发红色荧光粉胶层，第二蓝光led芯片波段为440-450nm，具体地，本发明实施例第二蓝光led芯片波段为445-447.5nm；所述红色荧光胶层含有红色荧光粉，如氮化物红粉，或氟化物红粉，或氟氮化物红粉和荧光胶的混合，具体地，所述红色荧光粉为氮化物红粉，其化学组成为(sr,ca)alsin3：eu2+；该第三光源为蓝光芯片激发红色荧光粉实现的单色光，其峰值波长位于652-655nm，且第三光源中，红光和蓝光峰值强度比大于20：1，以保证红光的色纯度。本发明实施例中，所述第一凹槽的深度大于所述第二凹槽和第三凹槽的深度；所述第一凹槽的深度相对第二凹槽和第三凹槽更大，主要是基于蓝色荧光粉使用量较大，蓝色荧光胶使用量相对绿色和红色荧光胶更多。且第一光源、第二光源和第三光源荧光胶面持平，荧光胶层上方设置有有机胶导热层，导热层上方设置有扩散层，用于提升混光之后的光质均匀性和柔和性。优选地，所述第一凹槽的底面到所述基板设有凹下部的表面的距离为0.6-0.8mm，所述第二凹槽的底面到所述基板设有凹下部的表面的距离为0.4-0.5mm，所述第三凹槽的底面到所述基板设有凹下部的表面的0.4-0.5mm。进一步地，本发明实施例的半导体发光二极管装置中，基板的凹下部侧壁设置有反射层，主要用于提升光源的光提取效率，优选为ag反射层。进一步地，本发明实施例的半导体发光二极管装置中，所述导热层的材料选自环氧树脂和硅树脂中的至少一种；更进一步地，所述导热层的材料选自掺杂有石墨烯的环氧树脂和掺杂有石墨烯的硅树脂中的至少一种，上述石墨烯掺杂量<2％，优选0.5％-1.5％。具体地，本发明实施例中，导热层的材料可以是含有上述环氧树脂、硅树脂、或掺杂石墨烯的环氧树脂/硅树脂的白胶。进一步地，所述扩散层的材料选自掺杂有石墨烯的聚甲基丙烯酸甲酯。优选地，所述掺杂有石墨烯的聚甲基丙烯酸甲酯中，石墨烯的掺杂量为0.05％-0.5％。扩散层材料优选为掺杂少量纳米级石墨烯(0.05％-0.5％)的聚甲基丙烯酸甲酯，一方面纳米级颗粒有助于提升出光的均匀性，另一方面纳米级石墨烯透光性好，且能够提升导热性，扩散层有助于提升紫光、蓝光、绿光及红光混合的均匀性和柔和性。所述扩散层为方形或半球形覆盖于导热层上方。在一优选实施例中，半导体发光二极管装置的凹下部内沿发光方向依次层叠设置的导热层和扩散层中，导热层为掺杂纳米级石墨烯(掺杂量为0.5％-1.5％)的环氧树脂或硅树脂，且扩散层为掺杂有纳米级石墨烯(掺杂量为0.05％-0.5％)的聚甲基丙烯酸甲酯。通过层叠的、不同掺杂量的纳米级石墨烯(即石墨烯梯度掺杂，且沿发光方向掺杂量减少)的导热层和扩散层，这样不仅能有效提高装置的散热效果，而且能使第一光源、第二光源和第三光源所发出的光混合地更加均匀、柔和。如此，使该半导体发光二极管装置中三个并联的光源所发出的光通过该特有的层叠的导热层和扩散层得到光质一致性的效果。在本发明实施例中，上述石墨烯的掺杂量单位为质量百分比，例如扩散层中石墨烯质量百分比为0.05％-0.5％。更优选地，在所述基板的凹下部内，所述蓝色荧光粉胶层、所述绿色荧光粉胶层和所述红色荧光粉胶层的顶面位于同一水平面。更优选地，所述蓝色荧光粉胶层、所述绿色荧光粉胶层和所述红色荧光粉胶层之间的缝隙内填充有白胶，这样可以增加三个荧光粉胶层之间的导热效果，而且填充的白胶与导热层的材料一致，可以提高结构的整体密封性以及均一性。进一步地，所述基板为陶瓷基板、金属基板或陶瓷金属复合基板，其中金属基板包括铜基板、铝基板、钨铜合金基板、钨铝合金基板、铜银合金基板、铜铝合金基板等，所述陶瓷基板为氧化铝基板、氧化铍基板、氮化铝基板、氮化硅基板、碳化硅基板、aln/sic复合基板，aln/beo复合基板、al2o3/aln复合基板等。总之，本发明实施例的发光二极管装置可以采用单一多通道电源通过电流控制第一光源、第二光源和第三光源的光谱比例，能够实现光谱在2700k色温至6500k色温范围内，发光装置的ra>98，ri>95，rf>97，rg>99。同时，本发明实施例提供了一种可调光发光二极管装置的制备方法，制备原料包括基板、紫光led芯片和蓝光led芯片(包括第一蓝光led芯片和第二蓝光led芯片)、荧光粉、白胶、聚甲基丙烯酸甲酯等；(一)将相应的紫光led芯片和蓝光led芯片分别固定在基板第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的底面；(二)分别在第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内的芯片上涂覆相应的蓝色、绿色和红色荧光粉涂层分别形成第一光源、第二光源和第三光源；(三)在凹槽缝隙之间和上方填充白胶；(四)固化后在所述白胶上方设置方形或圆形扩散层，所述扩散层为掺杂0.05-0.5％纳米级石墨烯的聚甲基丙烯酸甲酯。另一方面，本发明实施例还提供了一种灯具，所述灯具为全光谱led灯具，包括多孔道电源、led光源和灯罩，所述led光源包括本发明所述的半导体发光二极管装置。本发明实施例的提供的灯具包括本发明实施例特有的半导体发光二极管装置，因此该灯具可以用于提升混光后的均匀性和柔和性，最终可以实现单灯珠上提升实现色温、光谱和亮度可调的发光二极管，cri均大于98，ri均大于95，调光前后光质均匀性和集中性较好、且能够采用单一电源控制。进一步，所述灯具还包括散热器，用于提升灯具的散热效果。该灯具中的led光源以及本发明实施例以上所述的半导体二极管发光装置的可调光系统在单一灯珠内实现，因此该可调光灯具中灯珠性能一致，调光更具有均匀性、一致性和柔和性；且该灯具采用单一电源，能够节省制备成本。本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。实施例1一种半导体发光二极管装置，如图1所示，包括基板110，所述基板110表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽111、第二凹槽112和第三凹槽113；所述第一凹槽111内设置有第一光源，所述第一光源包括固定在所述第一凹槽111底面的紫光led芯片201和设置在所述紫光led芯片201上的蓝色荧光粉胶层301；所述第二凹槽112内设置有第二光源，所述第二光源包括固定在所述第二凹槽112底面的第一蓝光led芯片202和设置在所述第一蓝光led芯片202上的绿色荧光粉胶层302；所述第三凹槽113内设置有第三光源，所述第三光源包括固定在所述第三凹槽113底面的第二蓝光led芯片203和设置在所述第二蓝光led芯片203上的红色荧光粉胶层303；所述凹下部内沿发光方向依次层叠设置有导热层401和扩散层501，且所述导热层401铺设在所述蓝色荧光粉胶层301、绿色荧光粉胶层302和红色荧光粉胶层303上，将所述第一光源、第二光源和第三光源覆盖。该半导体发光二极管装置采用单电源控制电流变化，进而控制第一光源、第二光源和第三光源的光谱峰形和光谱强度，调整位于410nm、450nm、530nm和650nm处的发光强度比例为1：1.8：1.85：1.83(4000k色温)，调整后光谱的参数如表1和表2所示，光谱图如图3所示。实施例2一种半导体发光二极管装置，如图1所示，包括基板110，所述基板110表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽111、第二凹槽112和第三凹槽113；所述第一凹槽111内设置有第一光源，所述第一光源包括固定在所述第一凹槽111底面的紫光led芯片201和设置在所述紫光led芯片201上的蓝色荧光粉胶层301；所述第二凹槽112内设置有第二光源，所述第二光源包括固定在所述第二凹槽112底面的第一蓝光led芯片202和设置在所述第一蓝光led芯片202上的绿色荧光粉胶层302；所述第三凹槽113内设置有第三光源，所述第三光源包括固定在所述第三凹槽113底面的第二蓝光led芯片203和设置在所述第二蓝光led芯片203上的红色荧光粉胶层303；所述凹下部内沿发光方向依次层叠设置有导热层401和扩散层501，且所述导热层401铺设在所述蓝色荧光粉胶层301、绿色荧光粉胶层302和红色荧光粉胶层303上，将所述第一光源、第二光源和第三光源覆盖。该半导体发光二极管装置采用单电源控制电流变化，进而控制第一光源、第二光源和第三光源的光谱峰形和光谱强度，调整位于410nm、450nm、530nm和650nm处的发光强度比例为1：1.4：1.2：0.8(5000k色温)，调整后光谱的参数如表1和表2所示，光谱图如图4所示。对比例1一种半导体发光二极管装置，包括基板，所述基板表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述第一凹槽的底面固定有紫光led芯片；所述第二凹槽的底面固定有第一蓝光led芯；所述第三凹槽的底面固定有第二蓝光led芯片；所述紫光led芯片、第一蓝光led芯和第二蓝光led芯上均匀铺设有荧光粉胶层；所述荧光粉胶层含有蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉的混合粉；荧光粉胶层上依次层叠设置有导热层和扩散层。该半导体发光二极管装置采用荧光粉比例变化，调整光谱位于410nm、450nm、530nm和650nm处的发光强度比例为1：1.4：1.2：0.8，调整后光谱的参数如表1和表2所示。对比例2一种半导体发光二极管装置，包括基板，所述基板表面设置有凹下部，所述凹下部的底面设置有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述第一凹槽的底面固定有紫光led芯片；所述第二凹槽的底面固定有第一蓝光led芯；所述第三凹槽的底面固定有第二蓝光led芯片；所述紫光led芯片、第一蓝光led芯和第二蓝光led芯上均匀铺设有荧光粉胶层；所述荧光粉胶层含有黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉的混合粉；荧光粉胶层上依次层叠设置有导热层和扩散层。该半导体发光二极管装置采用荧光粉比例变化，调整光谱位于410nm、450nm、530nm和650nm处的发光强度比例为1：1.4：1.2：0.8，调整后光谱的参数如表1和表2所示。表1表2参数r9r10r11r12r13r14r15实施例198999898999999实施例298999897989999对比例190959593959596对比例291939594949696根据实施例和对比例数据可以看出，采用多色荧光粉混合均匀涂覆，在单一灯珠上调控色温难度系数较大，且显指和光效相对较低，主要是荧光粉之间会存在互吸收现象。本发明在单个灯珠通过控制电流变化进而调控光谱比例变化，荧光粉之间不会互吸收，发光效率明显提高；且光谱形状和光功率比例容易调至太阳光相近，因此显色指数cri、rg、rf指数也相对对比例较高。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12