高密度LED光源结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高密度LED光源结构，所述光源结构包括固态荧光转化材料基体和至少一个电路基板，所述固态荧光转化材料基体的至少一个端面为出光面，所述固态荧光转化材料基体上镀有与出光波长匹配的反射膜，且所述出光面上未镀有反射膜，所述电路基板设于所述固态荧光转化材料基体的至少一侧面上，所述电路基板上设有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列与固态荧光转化材料基体的入光面的外形相匹配，并与其耦合连接。本实用新型专利技术中的高密度LED光源结构采用独特的空间立体范围进行光转换，在一个小面输出，单位面积出光量达2051流明/mm

【技术实现步骤摘要】
高密度LED光源结构
本技术涉及一种光源结构，具体涉及一种高密度LED光源结构。
技术介绍
目前LED照明行业发展迅速，大功率LED具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能环保等优点，已陆续得到应用。由于受光学设计的限制，除了器件的总光通量，很多应用领域对器件单位面积光通量(光密度)在不断提高。提高LED的单位面积光通量主要有两个途径，增加芯片内部电光转化的光子总数和提高已产生光子的出光效率：一.增加芯片内部电光转化的光子总数一方面可通过改进芯片外延层的质量，提高电光转化效率实现；另一方面可通过增加使用时的功率即电流密度实现。受半导体中载流子密度的限制，LED的单位面积电功率不可能无限增加，因此LED单位面积的出光量也存在最大极限。专利“超大功率垂直芯片的集成封装”(公开号CN105261693A)中公布的电流密度范围为0.35～3.5A/mm2，但其上限已很难达到，当前高性能芯片实际稳态工作时能达到的最大电流密度约为1.5A/mm2。而且随着器件功率的增加，单位面积和单位功率的出光效率均会明显下降；二.提高已产生光子的出光效率主要指改变LED出光面的表面结构以增加取光效率，把芯片内部的发光尽可能得输出，如安装具有各种表面结构的透镜，镀增透膜等。通过改进芯片外延层的发光结构也可以适当提高光效，如欧司朗公司2016年5月最新推出的3D纳米白光LED技术的芯片，通过增加蓝光出光层的表面积，可以把单位面积的出光效率提高20％左右。总之，单纯通过提高芯片本身质量以增加出光密度的方式存在物理极限，将无法满足长远需求。由于存在光学扩展量的限制，一个高效的高密度光源肯定无法通过单纯扩大LED出光面积然后聚光的方式实现，因此出光面越小，光密度越高，对后续的光学设计越有利。如大屏幕高亮度投影显示领域对出光源光面的尺寸有严格要求(通常不大于2.6*3.2mm2)，尺寸过大无法实现有效成像；一些军事领域的高亮度窄扩散角照明器件必须把光源的总发光面积限制在很小范围(如5*5mm2，光密度要求160流明/mm2)；微创手术照明对光源面积通常限制在10～12mm2，光密度要求250流明/mm2。显然普通LED光学结构将很难胜任今后高密度发光领域的发展趋势，而其他高密度光源如激光则存在结构复杂，成本高，效率低，受法规限制等各种不利因素，因此寻找一种合理的高密度光源解决方案将具有非常巨大的价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术的目的在于提供一种高密度LED光源结构及其制备方法，从而在荧光材料棒的端面输出高密度光，其出光密度可比目前市场最高端的大功率LED提高一个数量级。为达到上述目的，本技术的技术方案如下：一方面，本技术提供一种高密度LED光源结构，包括固态荧光转化材料基体和至少一个电路基板，所述固态荧光转化材料基体的至少一端面为出光面，所述固态荧光转化材料基体上镀有与出光波长匹配的反射膜，且所述出光端面上未镀有反射膜，所述电路基板设于所述固态荧光转化材料基体的至少一侧面上，所述电路基板上设有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列与固态荧光转化材料基体的入光面的外形相匹配，并与其耦合连接。本技术的高密度LED光源结构，通过在多面镀反射膜的固态荧光转化材料基体的侧面设置LED芯片阵列，在固态荧光转化材料基体的侧面注入某种波长的光(通常由LED芯片产生)，由于荧光材料中存在大量发光中心，这些发光中心通过受激和发射过程会将该波长的光高效得转化成另一波长的光，新产生的光在荧光材料棒内部经过一系列反射过程，最终在荧光材料棒的顶端输出高密度光；采用独特的空间立体范围进行光转换并在一个小面输出的方式，黄绿光的单位面积出光量可达2051流明/mm2，突破了单片LED的光密度限制。其出光密度可比目前市场最高端的大功率LED提高一个数量级。作为优选的方案，所述出光面上还设有与出光波长相匹配的增透膜。采用上述优选的方案，在提高光密度的同时，提高出光效率。作为优选的方案，还包括散热系统，所述散热系统包括第一散热基板和第二散热基板，所述第一散热基板设在所述电路基板上与LED芯片阵列相对的一面，所述第二散热基板设在所述反射膜外，所述散热系统与所述固态荧光转化材料基体的外形相适配。采用上述优选的方案，在提高光密度的同时，提高散热效果。作为优选的方案，所述LED芯片阵列中的芯片为倒装芯片、正装芯片或垂直芯片中。作为优选的方案，所述LED芯片阵列中的芯片根据激发波长需要可为紫外光芯片、蓝光芯片或绿光芯片。作为优选的方案，所述固态荧光转化材料基体的纵截面为矩形或梯形，所述固态荧光转化材料基体的横截面为圆形或方形。采用上述优选的方案，梯形的截面方便取光。作为优选的方案，所述反射膜包括介质膜，所述介质膜外设有金属膜，所述介质膜为20～90层的多层膜，每层厚度为对应反射波长的一半，所述金属膜的厚度为0.2～2微米。采用上述优选的方案，介质膜反射带宽60～250纳米，反射角小于85°时反射率99.5％，反射角大于85°时反射率45％；铝膜全角度的反射率均为92％，可增加整体反射效果。作为优选的方案，所述固态荧光转化材料基体由选自黄绿光荧光材料、蓝光荧光材和红光荧光材料中的至少一种构成。采用上述优选的方案，除了传统的白光，还可以产生不同波长的高密度光源，可以实现红绿蓝(RGB)三种颜色的高密度光源，波长可选择，对于大屏幕高亮度投影等现代显示技术有极大帮助。作为优选的方案，所述黄绿光荧光材料选自Ce离子掺杂的YAG，LuAG，LuYAG，YAGG晶体、透明陶瓷和玻璃中的至少一种，所述蓝光荧光材选自BGO、PWO或Ce离子掺杂的YSO、LSO、GSO中的至少一种，所述红光荧光材料选自Cr、Ce、Eu、Bi、Si等离子掺杂的铝酸盐、硅酸盐或者氟化物晶体、陶瓷、玻璃材料，或掺杂氮化物红光荧光粉的透明玻璃中的至少一种。另一方面，本技术还提供一种上述高密度LED光源结构的制备方法，包括如下步骤：1)处理固态荧光转化材料，得到固态荧光转化材料基体；2)再将相应的增透膜镀在固态荧光转化材料基体的至少一个侧面上，然后在所述固态荧光转化材料基体的剩余的其他侧面镀反射膜，得到镀膜后的固态荧光转化材料基体；3)制作带LED芯片阵列的电路基板，然后将电路基板带LED阵列的一侧与所述镀膜后的固态荧光转化材料基体的入光面耦合；再将所述电路基板的另一侧与第一散热基板连接；4)再将所述镀膜后的固态荧光转化材料基体的未耦合电路基板的反射面上贴覆第二散热基板，即得。作为优选的方案，在步骤2)中，先在所述固态荧光转化材料基体的剩余的其他侧面镀多层的介质膜，然后在介质膜上镀金属膜，所述介质膜于200～400℃镀膜，所述金属膜于150～200℃镀膜。附图说明图1为本技术的高密度LED光源结构的结构示意图；其中：1.固态荧光转化材料基体，2.出光面，3.反射膜，4.LED芯片阵列，5.第一散热基板，6.电路基板。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术的优选实施方式。为了达到本技术的目的，如图1所示，本技术的高密度LED光源结构，包括固态荧光转化材料基体1和至少一个电路基板6，固态荧光转化材料基体1的至少一端面为出光面2，固态荧光转化材料基体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密度LED光源结构，其特征在于，包括固态荧光转化材料基体和至少一个电路基板，所述固态荧光转化材料基体的至少一端面为出光面，所述固态荧光转化材料基体上镀有与出光波长匹配的反射膜，且所述出光面上未镀有反射膜，所述电路基板设于所述固态荧光转化材料基体的至少一侧面上，所述电路基板上设有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列与固态荧光转化材料基体的入光面的外形相匹配，并与其耦合连接。

【技术特征摘要】
1.一种高密度LED光源结构，其特征在于，包括固态荧光转化材料基体和至少一个电路基板，所述固态荧光转化材料基体的至少一端面为出光面，所述固态荧光转化材料基体上镀有与出光波长匹配的反射膜，且所述出光面上未镀有反射膜，所述电路基板设于所述固态荧光转化材料基体的至少一侧面上，所述电路基板上设有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列与固态荧光转化材料基体的入光面的外形相匹配，并与其耦合连接。2.根据权利要求1所述的高密度LED光源结构，其特征在于，所述出光面上还设有与出光波长相匹配的增透膜。3.根据权利要求2所述的高密度LED光源结构，其特征在于，还包括散热系统，所述散热系统包括第一散热基板和第二散热基板，所述第一散热基板设在所述电路基板上与所述LED芯片阵列相对的一面，所述第二散热基板设在所述反射膜外，所述散热系统与所述固态荧光转化材料基体的外形相适配。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高密度LED光源结构，其特征在于，所述LED芯片阵列中的芯片为倒装芯片、正装芯片或垂直芯片，或：所述LED...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹顿华，梁月山，李抒智，董永军，
申请(专利权)人：昆山锐峰晶体材料有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32