高效荧光转换的LED光源及背光模块制造技术

一种高效荧光转换的ＬＥＤ光源及背光模块，包括设置在反射杯或准直透镜底部的ＬＥＤ，以及设置在顶部一预定厚度的荧光粉层，散布或涂覆着荧光粉；尤其是，还包括第一截止滤波片，介于所述荧光粉层和所述反射杯或准直透镜顶部之间，来自ＬＥＤ的预定波长范围的光子以小于预定值的入射角穿透该截止滤波片，而背向荧光光子则为之所反射，从而提高荧光萃取效率。此外，还把与该滤波片波通特性相反的第二截止滤波片设置在所述荧光粉层上面，便于荧光光子穿透该第二截止滤波片，同时由该两滤波片所构成的腔结构将多次反射未被荧光粉吸收的激励光子，以充分提高激励光子的被吸收率。采用本发明专利技术，产品具有突出的荧光转换效果，同时结构及工艺简单，便于低成本实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED光源及背光模块实现高效荧光转换的结构。背肇技术 传统半导体发光二极管(Light Emitting Diode, LED)以GaAsP和GaAlAs 材料为主，它的发展始于二十世纪六十年代初，波长覆盖了从可见光波段的绿色和红色一 直到近红外波段。但由于输出功率和亮度低，传统LED的应用主要限制于信号指示灯、电 视遥控器以及低速短距离光纤通讯等方面。自二十世纪九十年代初以来，以InGaAlP和InGaN为主的新一代半导体光电子材料迅 速发展起来，各种高功率高亮度的红、黄、蓝、绿、紫外以及白光等LED光源纷纷涌现， 层出不穷，在各种显示和照明领域得到了越来越广泛的应用。其中，白光LED光源的主要技术方案有RGB混光和荧光转换两种。荧光转换方案是利 用LED芯片发射较短波长的光来激发转换荧光粉发出白光。例如，日本日亚公司(Nichia) 的白光LED专利，公开了利用470纳米蓝光LED芯片来激发黄色YAG荧光粉发出白光的技 术方案。该方案结构简单、制造成本低、产品具有很强的实用性。白光LED光源的发展目标是以高流明效率和低成本优势逐渐取代白欢灯和荧光灯等传 统光源。到目前为止，白光LED光源的主要技术指标---流明效率，据报道在数十毫安工作 电流下已经超过100流明/瓦，而在数百毫安工作电流下已经达到80流明/瓦，都比白炽灯 的15流明/瓦和荧光灯的70流明/瓦要高。但目前该白光LED光源的制造成本还相对较高。随着芯片发光效率、荧光粉吸收和转换效率以及封装效率的提高，白光LED光源的流 明效率还有较大提高空间，这对于降低白光LED光源成本、节能降耗都具有重要意义。图1示意了现有多种荧光转换LED光源结构，见于2005年日本应用物理期刊(Journal of Applied Physics, Japan )第44卷第21期第649 ~ 651页。 一般来说，荧光转换LED光源至少包括LED、荧光粉及用来改变光子方向的反射杯，所述LED置于反射杯的底部开口 。在图la的方案中，所述荧光粉3被直接涂覆于LED芯片1之上，胶体4覆盖荧光粉3并填 充反射杯2的剩余空间，从而荧光粉3在LED芯片l发射出的光子激励下，发出特定波长 的光子并经反射杯2收集定向射出。为避免该方案中荧光粉发光效率和寿命受LED芯片发 热产生的不利影响，图lb的方案将荧光粉3改为均勻散布于胶体4中，可以既提高荧光转 换效率，延长荧光粉寿命，又提高光源输出的均匀性。为了进一步提高荧光转换效率，图 lc的方案对光源结构又作了改进在反射杯2正对LED芯片1的开口处设置一荧光粉层， 该荧光粉层与LED芯片之间的空间填充以具有折射系数匹配的胶体，图Id的方案中又将所 述反射杯的杯壁由镜面反射特性改为漫反射特性，对荧光转换效率又有所提高。此外，SPIE (International Society for Optical Engineering)国际光学工程学会 关于第5次固态照明国际会议的学报里(Proceedings of SPIE 5491，第45-50页)，也提 出了一种性能得到提高的荧光转换白光LED光源结构，如图2所示与图ld相比，该方案 采用透射杯2'来替换反射杯2，还在支撑LED芯片l和透射杯2'的基底的表面镀全反射 膜5';背向荧光光子的萃取(Extracting)效率和整个荧光转换效率又进一步得到提髙。即使这样，现有荧光转换的LED光源的不足之处在于，受激励光子的吸收效率和荧光 萃取(Extracting)效率所影响的荧光转换效率仍有进一步被提高的空间。尤其图2所示的 方案工艺实现上较为复杂。另外，对于单色荧光转换的LED光源，不仅需要较髙的荧光转 换效率，对于某些应用来说还需要输出纯净的荧光，这也是现有技术存在的不足
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种荧光转换 LED光源及背光模块，结构及工艺简单，可以髙效率并低成本地实现荧光转换。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思为，使用一块介于LED和荧光粉之间的光学 截止滤波片，利用该光学截止滤波片对入射光子波长和角度的穿透要求，既与反射杯一起 提高对LED发射光子的利用率，还在采用多色荧光粉以获得纯净白光输出的同时，利用该 光学截止滤波片对背向荧光的良好反射性能，从而可以大大提髙荧光萃取效率，使得整体 的荧光转换效率得到提高，同时产品的结构和工艺简单化。特别是当利用上下两块光学截 止滤波片构成特殊腔结构，并把荧光粉层置于其中时，能用该腔结构来约東未被荧光粉吸 收的激发光子，使之在腔中来回反射的行进途中有更多的几率被荧光粉吸收，从而进一步提高荧光粉对激励光子的吸收率；还便于在采用单一荧光粉时获得纯净的单色光输出。作为实现本专利技术构思的技术方案是，提供一种高效荧光转换的LED光源，包括至少一 个LED,设置在一个反射杯或准直透镜的底部；在该反射杯或准直透镜的顶部设置有一预定 厚度的荧光粉层，均匀散布或涂覆着荧光粉；尤其是，还包括第一截止滤波片，介于所述 荧光粉层和所述反射杯或准直透镜顶部之间，从而该反射杯或准直透镜内预定波长范围的 光以小于预定值的入射角穿透该截止滤波片；当所述荧光粉为下转换荧光粉时，该第一截 止滤波片为短波通截止滤波片；反之，为长波通截止滤波片。这样，可以以简举-的工艺和结构来提高激^光子的吸收效率和荧光萃取效率。上述方案中，所述高效荧光转换的LED光源还包括与所述第一截止滤波片波通特性相 S.&第二截止滤波片.设置在所述荧光粉层的上面，从而所述荧光粉激发的光子以小于第 二预,定值的入紂角穿透该第二截止滤波片。上述方案由，所述第一截止滤波片和第二截止滤波片的波通转折点大致一致，从而所 述荧光粉层屮朱被荧光粉吸收的所述预定波长范围的光子被听述第二截止滤波片反射回所 述荧光粉层。这沐，《以进一步激励光子的吸收效率和荧光萃取效率，并便于产生纯净的光输出。作为实现本专利技术构思的技术方案还是，提供一种髙效荧光转换的背光模块，包括底盒， 该底盒底部的散热基座，以及分布在所述散热基座上的若干LED及若干底部包围一 LED的 反射杯或准直透镜；所述底盒的顶部开口被一预定厚度的荧光粉层所封闭，该荧光粉层散 布或涂覆着荧光粉；还包括位于所述荧光粉层之上的光扩散片以及位于该光扩散片之上的 液晶显示屏；尤其是，还包括第一截止滤波片，介于各所述反射杯或准直透镜顶部和所述 荧光粉层之间，从而所述底盒内预定波长范围的光以小于预定值的入射角穿透该截止滤波 片；当所述荧光粉为下转换荧光粉时，该第一截止滤波片为短波通截止滤波片；反之，为 长波通截止滤波片。上述方案中，所述高效荧光转换的背光模块还包括与所述第一截止滤波片波通特性相 反的第二截止滤波片，介于所述荧光粉层与所述光扩散片之间，从而所述荧光粉层中未被荧光粉吸收的所述预定波长范围的光被反射回所述荧光粉层，所述荧光粉激发的光子以小 于第二预定值的入射角穿透该第二截止滤波片。上述方案中，所述不同材料的荧光粉在荧光粉层中按块分布或涂覆，分别罩在一反射 杯或准直透镜的顶部。采用上述各技术方案，荧光转换的效率得到大幅提高，在特定的场合下还能获得预期 的纯净光输出，同时产品结构及工艺保持简单优势，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效荧光转换的ＬＥＤ光源，包括至少一个ＬＥＤ，设置在一个反射杯或准直透镜的底部；在该反射杯或准直透镜的顶部设置有一预定厚度的荧光粉层，均匀散布或涂覆着荧光粉；其特征在于：还包括第一截止滤波片，介于所述荧光粉层和所述反射杯或准直透 镜顶部之间，从而该反射杯或准直透镜内预定波长范围的光以小于预定值的入射角穿透该截止滤波片；当所述荧光粉为下转换荧光粉时，该第一截止滤波片为短波通截止滤波片；反之，为长波通截止滤波片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李屹，柏劲松，
申请(专利权)人：李屹，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]