一种LED芯片4π出光的高显色指数LED灯泡制造技术

本实用新型专利技术涉及的LED芯片4π出光的高显色指数LED灯泡包括透光泡壳，带排气管、电引出线和支架的芯柱，至少一条LED芯片4π出光的LED发光条，驱动器和电连接器等，泡壳和芯柱真空密封，其内充低粘滞系数高导热率气体；发光条的透明基板上安装安装至少一串相同方向串联的复数个发蓝光和复数个发红光的LED芯片，LED芯片和发光条透明基板四周有一层透明介质层，透明介质层外有一层发光粉层；发光粉将蓝光芯片的蓝光部分转成黄光，黄光与部分蓝光及红光芯片的红光混合，得到不同色温、不同显色指数和高显色指数的白光；具有显色指数高、发光效率高、成本低、寿命长、体积和重量接近白炽灯等优点。可直接替换白炽灯和荧光节能灯。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种LED灯泡，特别是一种LED芯片4 π出光的高显色指数LED 灯泡，可直接替换白炽灯和荧光节能灯用于照明。
技术介绍
现有技术中，可替代白炽灯的灯泡形LED球泡灯大多由一个或多个功率型LED、一块金属基电路板(MPCB)、一个带有一系列散热鳍片的散热器、一个包括有开关电源和恒流装置的驱动器、一个连接件、一个防炫光泡壳和一个电连接器组成。目前，这类灯的发光效率已经达到目前正在大量使用的荧光节能灯的水平，其整灯效率为40-701m/W，但白光LED 灯珠的效率已经达到1301m/W，LED球泡灯的效率还有待进一步提高。现有这类LED球泡灯的主要问题是成本和价格太高，为相同光通量的荧光节能灯的几倍，难于推广；其高成本主要不是LED芯片本身，而是因为高成本的铝合金散热器和包括有变压器开关电源和恒流装置的驱动器以及LED封装；这种带变压器的开关电源和恒流装置的驱动器不仅成本高， 而且效率低，这种驱动器包含有三极管、变压器、电解电容器等寿命不长的元件，使其寿命不能与LED匹配，其标称平均寿命一般小于25000小时，而LED本身的寿命应该可以达到 50000-100000小时。即现有技术的替代白炽灯的LED球泡灯的整灯效率还较低、成本太高、 寿命欠长；若LED球泡灯要替代白炽灯和现正大量使用的荧光节能灯、成为通用照明的主流，其效率需要进一步提高、成本要大幅度下降、使用寿命应该更长、体积重量和白炽灯差不多。LED的发光来源于LED的P-N结，它原本是4 π发光体，现有技术的LED为了聚光或与金属散热器连接，P-N结的一面有反射层、反射碗或散热器，即原本是4 π发光的发光体被制成或小于的发光体；这就使射向散热器一面的2 π的光要经过反射、多次反射和各种吸收后才能出射，射向出光面的2 π光也有部分因全反射回向散热器的光也要经过反射、多次反射和各种吸收后才能出射，因而大大降低了 P-N结发光的出光率，即降低了 LED的效率。目前，LED的P-N结发光的内量子效率已经接近90%，而外量子效率却只有约 30 % ；内量子效率90 %、即在P-N结中仅有10 %的注入电子漏掉、没有产生光子，90 %的注入电子、每个电子都产生一个光子；然而外量子效率却仅仅只有约30%，其中、原本是发光的P-N结被变成发光体是其重要的原因之一。若能让LED的P-N结4 π出光，必将大大提高LED的发光效率。对此，以前也有人作过研究，例如中国专利200510089384. X，它把单个LED芯片悬空状置于透光物质中，使芯片发光；但它没有解决芯片的散热问题， 芯片没有支撑板悬空放置、芯片上的电引出线可靠性很差，只能用单个小功率芯片、难于制成可靠的有足够输出光通量的灯。又如美国公告专利2007/0139949，它用多个小芯片串联安装在昂贵的蓝宝石、钻石、GaN等透明导热基板上或铜、SiC等不透明导热基板上，再用导热的引出线和支架、连接灯头散热，外加一个不真空密封、泡壳内为空气并与周围大气相通的泡壳，形成一个白炽灯形的LED灯泡；该专利所述的导热透明基板蓝宝石、钻石等十分昂贵、难实用，铜和SiC等不透明、不能出光；它的散热途径是芯片——导热基板——导热引线——导热支架——灯头，导热途径最后到灯头，难于热连接，散热效果有限，若灯头内有LED的驱动器，则导热途径中断失效；因而也难于制成有实用意义的有足够输出光通量的灯。现有技术的LED球泡灯的主流是用低压大电流的功率型LED，一个LED芯片一个 P-N结，工作电流大到0. 35A甚至几A，Iff至几W或更大的电功率集中在1至几平方mm的芯片上，而其外量子效率仅仅只有约30%，加上注入电子和它产生的光子的能量差、P-N结产生的光子和最后出射的光子的能量差，有约70%的电功率将转变成热，如何把这大量的热散发掉、在这类功率型LED诞生的同时就一直是它的关键难题之一 ；LED是半导体器件，其 P-N结的结温升高、将导致发光效率迅速下降、甚至烧毁P-N结；直到今天、散热问题仍然是这类用低压大电流功率型LED照明、包括LED球泡灯的关键难题之一。为了解决散热问题，现有技术的LED球泡灯主要是用带有散热鳍片的金属无源散热器，对于这类散热器的材料、形状和如何增加与空气的对流热交换等已有大量的研究和专利，例如中国专利200510062323. 4和美国专利6787999、7144135等等。所述金属散热器主要由合金铝制成，体积大、重量重、成本高，是现有技术LED球泡灯的高成本的关键因素之一。除了上述金属散热器外，也有研究用液体散热的，例如中国专利200810093378. 5、 200910100681. 8和200910101643. 4，把LED放在充有透光导热液体的密封泡壳中，所述液体例如为水、油、乙二醇或其它惰性液体。液体的导热系数比金属低很多，例如水的导热系数约为0. 7ff/ (m · K)，而金属为50 415W/ (m. K)，LED球泡灯的散热器常用的铝合金为 96-2 ^/(m· K)，可见液体的热传导远低于金属；另一方面，液体的粘滞系数很大，例如水的粘度为8937 μ P，不容易形成对流；因此、液体的热传导和对流散热的效果都不好；此外， 用液体散热还有液体会电解、液体侵蚀LED、液体可能相变在LED表面形成气相层导致散热失效甚至爆炸、泡壳破裂后液体污染和重量重等问题，因而不容易实用和推广。除了用上述金属(固体)和液体散热外，也有人研究用气体散热。例如中国专利 201010176451. 2的LED灯泡用密封泡壳中充负离子氮气散热；又例如200910250434. 6的 LED灯泡用密封在泡壳内的氮氩混合气散热；这些方法、至今尚未见有实用的。除了这些 LED灯泡外，其它种类的灯、例如冷阴极荧光灯，有用高导热率气体氦或氦氢混合气散热的， 例如中国专利200710148853. X，但因冷阴极荧光灯管体积大、几乎占据整个泡壳，难于形成有限的对流，而传导散热效果有限，至今未见有实用的；又如金卤灯也有泡壳内充氮氦等气体的，例如中国专利200580039670. 3 ；白炽灯也有充氮氦等气体的；但这些都是与LED灯不同类型的灯。现有技术的LED球泡灯除了上述散热问题外，还有一个如何把高压市电转换成低压大电流的驱动问题。如前所述、现有技术的LED球泡灯大多是直流低压大电流工作的功率型LED，工作电压为几至拾几伏、电流为0. 35A至几A ；而现有通用照明的白炽灯和荧光节能灯都是直接用110-230V的交流市电的，要直接替换它们就需要一个包含有AC/DC变换器的驱动器，把高压交流电变换成低压大电流的直流电。这种驱动器通常包括有一个带有三极管、变压器和电解电容器等元件的开关电源和恒流电路，由于替代白炽灯的LED灯的体积不能太大，驱动器的体积要尽量小，变压器也要尽量小，而输入和输出电压差很大，这就使得其电变换效率低，一般为70-80%，这就降低了整灯的发光效率；同时，因为其效率低，自身发热量大，加上来自LED发的热，所述驱动器的温度容易升高，这不仅会进一步降低驱动器的效率，而且会缩短驱动器的寿命，所述驱动器包含有三极管、变压器和电解电容器等对温度敏感的元件，温度升高，会明显降低它们的效率、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛世潮，葛铁汉，
申请(专利权)人：浙江锐迪生光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：