[發明專利]無反射高出光率單元WLED功率擴容式大功率WLED光源

有效

• 申請號: 200710018705.6
• 申請日: 2007-09-20
• 公開（公告）號: CN101173758A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 胡家培;胡民海
• 申請（專利權）人: 胡家培;胡民海
• 主分類號: F21V29/00
• 分類號: F21V29/00;F21V19/00;F21V15/02;F21V5/04;H05B33/00;F21Y101/02
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司
• 代理人: 李中群

技術領域

本發明內容屬于半導體照明應用技術領域，涉及一種高效節能的大功率WLED光源。

背景技術

迄今在各類電器設備中用電量最大的是照明設備，目前我國照明用電量占全國總發電量的20％左右，采用可節約電能的半導體照明燈(LED)無疑是構建節能型社會的重要因素。近年來，隨著國家綠色照明工程的啟動，國家發展和改革委員會等多部門共同組織實施了旨在節約電能、保護環境、改善照明質量的活動，半導體照明燈已成為“國家綠色照明工程”中明確要求推廣應用的主要產品。

目前，由于單只LED燈的功率＜5w，尚達不到大功率照明的要求，所以大功率LED照明領域公知LED照明燈的光源一般均采用由多只小于5w的LED芯片通過串聯、并聯組合而成。其基本封裝工藝結構如圖1所示：在散熱基板1上焊接藍色發光芯片(BLED芯片)2；在BLED芯片2上面涂上硅膠質熒光粉3；再在熒光粉3上面平面封裝保護硅膠6。上述常見的大功率LED光源結構雖基本解決了LED照明的功率擴容問題，但它仍存在有出光效率較低等不足，其原因歸結于圖2所示的光路結構分析。

在圖2所示的LED燈單元中，LED芯片2所發出的光束通過熒光粉3后射入硅膠6時形成180°光源，光線再從硅膠6射入空間。光線是由光密介質射入光疏介質，是兩種不同折射率的介質，光線會發生向偏離法線方向折射現象，當入射角大于臨界角時會在硅膠中產生全反射。

其中：n₁＝n_S＝1.53????n_S為硅膠折射率

??????n₂＝n_A＝1.0?????n_A為空氣折射率

則由斯涅爾公式得：θ_c＝sin^-1(n₂/n₁)＝sin^-1(1/1.53)＝41°。

因為硅膠出光面平面所致，光束從硅膠射入空氣中，僅當光束中光線入射角度θ＜θ_c×2＝41°×2＝82°的部分才能折射輸出至空氣空間中，其余很大部分光線在硅膠內部形成全反射損耗，不能輸出到空氣空間。和LED芯片所發光源通過熒光粉后射入硅膠的角度180°相比，出光角度比僅為：82/180＝0.46?？紤]到射入硅膠光束的入射角較大，其中入射光線入射角在120°以上時，對外輻射光強影響已經較弱，其光強貢獻率按30％計，則通過硅膠射入空氣中的光束將會使光輸出效率降低為：E＝82°/[120°+(60°×30％)]＝60％，即：會使光通量損失40％左右；另一方面光線在硅膠內的全反射能量產生熱，使LED芯片溫度升高，LED芯片工作在較高溫度上時會大幅度降低發光效率，使LED芯片產生發光衰減。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，進而提供一種結構科學合理、制作成本低、散熱性能好、耗電量低、光效率高、光衰減小、使用壽命長的無反射高出光率單元WLED功率擴容式大功率WLED光源。

為實現上述發明目的而采用的技術解決方案是這樣的：所提供的無反射高出光率單元WLED功率擴容式大功率WLED光源如圖3和圖4所示，它具有一塊厚度為H1的散熱基板1，在散熱基板1上焊接有多個按行列式燈陣排布組成的芯片發光寬度為2w的BLED芯片2，在各芯片2上面分別涂一層硅膠質熒光粉3，形成白光WLED發光體，芯片2的厚度+熒光粉3的厚度為h，在散熱基板1上各發光體外用高透光率、高強度工業塑料PC按H＝R-0.577w-0.33h的關系式分別罩設一個壁厚為0.2mm且透光率為n1＝1.40的薄型等厚半球狀外殼5，式中H為半球狀外殼5的高度，R為半球狀外殼5的半徑，R＝H+H1，在半球狀外殼5與發光體和基板1圍成的空間內采用和PC相同透光率的高透明硅凝膠填充到PC外殼中形成硅膠半球透鏡4，由此組成無反射高出光率單元WLED光源，進而由各個單元WLED光源組合擴容成為大功率WLED光源。

根據斯涅爾公式：n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂。

其中，n₁和n₂分別是兩個介質的折射率，θ₁和θ₂分別是入射角和折射角。

得：入射角θ₁＝0°時：θ₂＝sin^-1(0°)＝0°