一种无荧光粉多基色led灯具的混光结构及其制备方法
阅读说明：本技术 一种无荧光粉多基色led灯具的混光结构及其制备方法 (Light mixing structure of fluorescent powder-free multi-primary-color LED lamp and preparation method thereof ) 是由 罗昕 徐龙权 郭醒 王光绪 熊新华 付江 李宁 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无荧光粉多基色LED灯具的混光结构及其制备方法,该混光结构包括底板、基板、第一混光单元、第二混光单元。第一混光单元包含无荧光粉多基色LED灯珠,无荧光粉多基色LED灯珠包含四种不同主波长LED芯片。第二混光单元由呈四边形分布的第一混光单元组成,其内具有补色单元,混光结构制备时,根据补色单元设计不同的LED芯片排布结构,并利用固晶、焊接、封装工艺完成第一混光单元的制作,再根据补色单元设计,利用回流焊和安装工艺完成第二混光单元制作与布置。本发明能够消除无荧光粉多基色LED灯具中,不同单色光分别在不同方向富集而导致的灯具部分区域较明显的混光偏色现象,提高出光的光色均匀性。(The invention discloses a light mixing structure of a fluorescent powder-free multi-primary color LED lamp and a preparation method thereof. The first light mixing unit comprises a fluorescent powder-free multi-primary color LED lamp bead, and the fluorescent powder-free multi-primary color LED lamp bead comprises four LED chips with different main wavelengths. The second light mixing unit is composed of first light mixing units distributed in a quadrilateral shape, color complementing units are arranged in the second light mixing units, different LED chip arrangement structures are designed according to the color complementing units during preparation of the light mixing structure, manufacturing of the first light mixing units is completed through die bonding, welding and packaging processes, and manufacturing and arrangement of the second light mixing units are completed through reflow soldering and installation processes according to the color complementing unit design. The invention can eliminate the phenomenon of light mixing and color cast which is more obvious in partial areas of the lamp and is caused by the enrichment of different monochromatic light in different directions in the fluorescent powder-free multi-primary-color LED lamp, and improve the light color uniformity of the emergent light.)
技术领域
本发明涉及半导体照明技术，尤其是涉及一种提高无荧光粉多基色LED灯具光色均匀性的混光结构及其制备方法。
背景技术
根据美国能源局的半导体照明研究计划，无荧光粉多基色LED合成白光的效率极限值为350lm/W，大于荧光粉激发的白光照明效率极限值250lm/W，目前国内外研究机构的目光越来越多地投向无荧光粉多基色LED照明领域的研发之中，无荧光粉多基色LED白光照明是下一代半导体照明技术的发展趋势。然而，采用多种主波长LED芯片封装成多合一无荧光粉多基色LED灯珠时，由于不同主波长LED芯片在无荧光粉多基色LED灯珠中所处空间布局的差异，会发生单色光的光型会往LED芯片自身所在位置的方向偏移的现象。最终，导致不同颜色的光在灯具中往各自不同的方向富集，在灯具面罩、面板或者灯具边沿位置上发生混光偏色现象。如果无荧光粉多基色LED灯珠加上大视角透镜，光型偏心现象更加明显，且会往LED芯片自身所在位置的相反方向偏移，混光偏色现象更加严重。
中国专利授权公告号CN103280443B，公告日为2016年10月05日，其公开了一种多基色组合的COB及其制作方法，在基板上划分出发光区域，在发光区域上焊接LED芯片，LED灯珠至少由三种颜色的LED芯片组成；各个不同颜色的LED芯片组成一个混光单元，混光单元之间均匀分布在所述发光区域内，首先以混光单元进行第一混光，将多色的LED芯片进行混光得到需要的颜色，然后再将每个混光单元发出来的光进行均匀混合，确保了单色光在整个出光面内均匀出光。但是，该方法的光源布局中，LED灯珠中各单色光LED芯片之间相对位置是一致，仍然会存在单一颜色光在某一方向富集现象，无法消除采用多合一的无荧光粉多基色纯LED导致的区域混光偏色现象。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种能提高出光的光色均匀性的混光结构，该混光结构通过对LED芯片和灯珠进行重新排列，解决了无荧光粉多基色LED灯具面罩或面板上光色不均匀的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种提高无荧光粉多基色LED灯具光色均匀性、能有效改善无荧光粉多基色LED灯具较明显的混光偏色现象的无荧光粉多基色LED灯具的混光结构的制备方法，该制备方法能解决利用无荧光粉多基色LED光源制作的灯具面临的空间颜色均匀性偏差的问题。
本发明的第一个目的是这样实现的：
一种无荧光粉多基色LED灯具的混光结构，特征是：包括底板、基板、第一混光单元、第二混光单元，所述第一混光单元包含若干颗无荧光粉多基色LED灯珠，每颗无荧光粉多基色LED灯珠中包含四种不同主波长的LED芯片；所述第一混光单元安装于所述基板上，所述基板均匀分布于所述底板上；所述第二混光单元由呈四边形排列的四个第一混光单元组成并包含有补色单元。
进一步地，组成所述第二混光单元的四个所述相邻第一混光单元呈正方形、长方形或平行四边形排布中的一种，使第二混光单元中能形成补色单元提高灯具空间颜色均匀性。
进一步地，所述第二混光单元中的补色单元，由所述第二混光单元中相邻第一混光单元中的不同主波长LED芯片构成，所述第一混光单元具有不同的LED芯片排布方式，使补色单元包含来自不同第一混光单元的共四种不同主波长的若干颗单色光LED芯片。
优选地，所述第一混光单元包含的四种不同主波长范围在380-780nm内的LED芯片，所述无荧光粉多基色LED灯珠，采用无荧光粉工艺，封装胶采用硅胶、环氧树脂或聚氨酯，或者掺杂有扩散材料的硅胶、环氧树脂或聚氨酯，形成无荧光粉多基色LED灯珠的一次光学透镜；封装方法采用板上直接芯片封装、硅基板封装、金属基板封装、陶瓷基板封装或玻璃纤维基板封装中的一种；扩散材料为二氧化硅、二氧化钛或有机硅树脂微纳米散射颗粒中的一种，提高所述第一混光单元的混光效果。
优选地，所述第一混光单元还能选择性地包含二次透镜，二次透镜盖住无荧光粉多基色LED灯珠，二次光学透镜的材料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃或硅胶或环氧树脂中的一种。
本发明的第二个目的是这样实现的：
一种无荧光粉多基色LED灯具的混光结构的制备方法，具体步骤如下：
A.首先根据设计的补色单元，调整不同主波长单色光的固晶顺序，将所述第一混光单元中各单色光LED芯片分别通过固晶工艺形成第一混光单元的一种芯片布局或若干种不同的芯片布局；固晶完用焊线机将金线焊接到芯片电极和支架电极上；利用封装胶作为芯片出光混光的一次透镜，采用灌胶工艺将支架封装成无荧光粉多基色LED灯珠，完成第一混光单元的制作；若所述第一混光单元中包含二次透镜，将二次光学透镜通过通孔或者粘贴胶，安装于基板上，并盖住无荧光粉多基色LED灯珠，完成包含有二次透镜的第一混光单元的制作；
B.其次在所述基板上印刷锡膏，将印刷好锡膏的所述基板，放到贴片机上的贴片位置处，按照补色单元的设计，依次将具有不同芯片排布的所述第一混光单元，用贴片机吸附，贴在对应的所述基板上；设置好回流炉的温度，将贴好所述第一混光单元的所述基板放置在回流炉中的进行回流焊接；焊接好的所述基板冷却后，通过螺丝固定或胶体固定方式，均匀布置在所述底板上，使相邻所述基板中相邻的呈四边形分布的四个所述第一混光单元，构成所述第二混光单元，所述第二混光单元中的补色单元，包含来自两个相邻第一混光单元中的共四种不同主波长单色光LED芯片，最终，完成混光结构的制作。
本发明所提出的以上技术方案与现有技术相比，优点是：
若干不同主波长LED芯片在第一混光单元内进行预混光，在第一混光单元预混光后，由于第二混光单元中相邻两个第一混光单元里，单色光LED芯片具有不同的摆放的相对位置，使其构成的补色单元中包含了四种不同主波长LED芯片，第一混光单元发出的光能在空间中进一步补色混光，消除了无荧光粉多基色LED灯珠的单色光在空间中的某一方向的富集现象，进而改善无荧光粉多基色LED灯具的空间光色均匀性。
附图说明
图1为常规无荧光粉第一混光单元布局简化示意图；
图2为本发明常规第一混光单元制作流程的俯视示意图；
图3为本发明常规第一混光单元制作流程的截面示意图；
图4为本发明实施例1的混光结构布局俯视示意图；
图5为本发明实施例1的第二混光单元放大示意图；
图6为本发明实施例2的混光结构布局俯视示意图；
图7为本发明实施例2的第二混光单元放大示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进一步说明。此外，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。
图1为常规无荧光粉多基色LED第一混光单元布局简化示意图，第一混光单元11置于基板12上，基板12均匀布置在灯具底板13上。以蓝光芯片（B）、绿光芯片(G)、黄光芯片(Y)和红光芯片(R)这四种不同主波长的单色光LED芯片为例，展示了常规无荧光粉多基色LED第一混光单元的芯片位置的布局，可以看出，所有的第一混光单元中，各颜色LED芯片的布置方位是一致的。
图2和图3为本发明常规无荧光粉多基色LED第一混光单元11中的无荧光粉多基色LED灯珠111的制作流程的俯视示意图和截面示意图，其中无荧光粉多基色LED灯珠111包括支架1111和四种不同主波长单色光LED芯片1112、1113、1114、1115，还包括封装无荧光粉多基色LED灯珠111的灌封胶1116。制作流程如下：
A.第一混光单元11中各单色光LED芯片1112、1113、1114、1115通过固晶工艺放置在支架1111上；
B.利用封装胶1116采用灌胶工艺对支架1111封装成无荧光粉多基色LED灯珠111，形成第一混光单元11；
C.若选择性地二次光学透镜，则将二次光学透镜112置于无荧光粉多基色LED灯珠111之上，形成包含二次光学透镜的第一混光单元11。
图2中，由于LED芯片处于四个方位，导致出光往LED芯片所在方位偏移，而如果加上二次光学透镜，由于LED芯片皆不在二次光学透镜的正中心，光型将会向LED芯片所在方位相反的方向偏移，同时偏移得更加明显。
如果采用图1中所示的常规第一混光单元布局作为混光结构，由于图2所示的光型偏移，最终整个灯具的面罩上将在出现混光偏色现象。将图1作为本发明的对照图，有益于理解本发明提出的两个具体实施例。现将本发明的两个具体实施例说明如下。
实施例1：
图4为实施例1混光结构布局俯视示意图，第一混光单元21放置在基板22上，基板22均匀布置在灯具底板23上。左上角的四个第一混光单元21组合成第二混光单元24，可以看出整个灯具的光源排布，实为第二混光单元24复制平移后的结果。
图5为实施例1第二混光单元24的放大示意图，其中第二混光单元24分别包括第一混光子单元241、242、243、244。
第一混光子单元241、242、243、244为同一种混光单元，即属于同一种LED芯片排布位置的第一混光单元21。
其中，第一混光子单元241中的四种不同主波长LED芯片的排布位置和第一混光子单元244是一致的。
其中，第一混光子单元242中的四种不同主波长LED芯片的排布位置和第一混光子单元243是一致的。
其中，第一混光子单元242是第一混光子单元241旋转180度而成，第一混光子单元244是第一混光子单元243旋转180度而成。
其中，第一混光子单元241中的黄光芯片（Y）、绿光芯片（G）和第一混光子单元243中的红光芯片（R）和蓝光芯片（B），组成了一个补色单元245。
其中，第一混光子单元241中的红光芯片（R）、绿光芯片（G）和第一混光子单元242中的黄光芯片（Y）和蓝光芯片（B），组成了一个补色单元246。
由于补色单元245、246中四种不同主波长的LED芯片的光出来后，能在空间中混合成白光，消除了同一方向上由于单一颜色光富集造成的混光偏色现象。
同理，第二混光单元24中的第一混光子单元243和第一混光子单元244、以及第一混光子单元242和第一混光子单元244也以同样的混光补色原理，改善了混光偏色现象。
实施例1的混光结构可采用以下制备方法实现：
A.根据补色单元245、246的设计，将第一混光子单元241的各单色光LED芯片分别通过固晶工艺放置在支架上，用焊线机将金线焊接到芯片电极和支架电极上，最终形成只有一种LED芯片排列位置的未灌胶支架；
B. 利用封装胶采用灌胶工艺对支架封装成无荧光粉多基色LED灯珠，封装胶采用硅胶、环氧树脂或聚氨酯，或者掺杂有扩散材料的硅胶、环氧树脂或聚氨酯，形成LED芯片出光混光的一次光学透镜；扩散材料为二氧化硅、二氧化钛、有机硅树脂微纳米散射颗粒中的一种，有益于四种主波长的单色光芯片在无荧光粉多基色LED灯珠内进一步混光；支架封装采用直接芯片封装、金属基板封装、硅基板封装、陶瓷基板封装、玻璃纤维基板封装形式的一种；完成第一混光子单元241、242、243、244的制作。
C.在基板22上印刷锡膏，将印刷好锡膏的基板22，放到贴片机上的贴片位置处；按照补色单元245、246的设计，依次将不同的第一混光子单元241、242、243、244，用贴片机吸附，分别贴在对应的基板上；
D.设置好回流炉的温度，将贴好第一混光单元21的基板22放置在回流炉中的进行回流焊接；焊接好的基板22冷却后，按照补色单元245、246的设计，通过螺丝固定或胶体固定方式，均匀布置在灯具底板23上，相邻基板22之间的相邻呈四边形分布的四个第一混光子单元241、242、243、244，构成了第二混光单元24，并在第二混光单元24中，形成所设计的补色单元245、246。
E.若第一混光子单元241、242、243、244中包含二次透镜，将二次光学透镜通过通孔或者粘贴胶，安装于基板22上，并盖住无荧光粉多基色LED灯珠之上；二次光学透镜材料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、硅胶或环氧树脂中的一种。
最终，完成实施例1的混光结构的制备。
实施例2：
图6为实施例2混光结构布局俯视示意图，实施例2与实施例1不同之处在于：实施例2的第二混光单元中的第一混光单元的LED芯片朝向布局不同，第一混光单元制作方法不同。
图6中，第一混光单元31放置在基板32上，基板32均匀布置在灯具底板33上；四个第一混光单元31组合成第二混光单元34，可以看出灯具的光源排布，实为第二混光单元34复制平移后的结果。
图7为实施例2第二混光单元34的放大示意图，其中第二混光单元34中分别有四个第一混光子单元341、342、343、344。
四个第一混光子单元341、342、343、344属于采用两种不同的LED芯片位置排布的混光单元，即两种不同LED芯片排布位置的混光单元31。
其中，第一混光子单元344中的四种颜色LED芯片之间相对排布位置和第一混光子单元341的相对排布位置是一致的，第一混光子单元341沿中心原点旋转180度后可形成第一混光子单元344。第一混光子单元343中的四种颜色芯片排布位置和第一混光子单元342是一致的，第一混光子单元342沿中心原点旋转180度可形成第一混光子单元343。
其中，第一混光子单元342由第一混光子单元341内第一行LED芯片位置和第二行LED芯片位置互换而形成的，即第一混光子单元342与第一混光子单元341分别为两种不同LED芯片位置排布的第一混光单元31。
其中，第一混光子单元341中的黄光芯片（Y）、绿光芯片（G）和第一混光子单元343中的蓝光芯片（B）、红光芯片（R），也组成了一个补色单元345。
其中，第一混光子单元341中的红光芯片（R）、绿光芯片（G）和第一混光子单元342中的蓝光芯片（B）、黄光芯片（Y），组成了一个补色单元346。
由于补色单元345、346中四种不同主波长的LED的光，都分别能在空间中混合成白光，所以消除了同一方向上由于单一颜色光富集造成的混光偏色现象。
同理，第二混光单元34中第一混光子单元343和第一混光子单元344、以及第一混光子单元342和第一混光子单元344也以同样的混光补色原理，改善混光偏色现象。
实施例2的混光结构采用以下制作方法来实现：
A.根据补色单元345、346的设计，固晶时，先按照第一混光子单元341中的LED芯片排列方法，完成第一种第一混光单元的固晶，然后切换不同主波长单色光LED芯片的固晶顺序，按照第一混光子单元342中的LED芯片排列方法，完成第二种第一混光单元的固晶。用焊线机将金线焊接到两种固晶方案的芯片电极和支架电极上，以形成两种不同LED芯片排列位置的未灌胶支架。
B.利用封装胶采用灌胶工艺对支架封装成无荧光粉多基色LED灯珠，封装胶采用硅胶、环氧树脂或聚氨酯，或者掺杂有扩散材料的硅胶、环氧树脂或聚氨酯，形成LED芯片出光混光的一次光学透镜；扩散材料为二氧化硅、二氧化钛、有机硅树脂微纳米散射颗粒中的一种，有益于四种主波长的单色光芯片在无荧光粉多基色LED灯珠内进一步混光；支架封装可采用直接芯片封装、金属基板封装、硅基板封装、陶瓷基板封装、玻璃纤维基板封装形式的一种；完成第一混光子单元341、342、343、344的制作。
C.在基板32上印刷锡膏，将印刷好锡膏的基板32，放到贴片机上的贴片位置处；按照补色单元345、346的设计，依次将不同的第一混光子单元341、342、343、344，用贴片机吸附，分别贴在对应的基板上；
D.设置好回流炉的温度，将贴好第一混光单元31的基板32放置在回流炉中的进行回流焊接。焊接好的基板32冷却后，按照补色单元345、346的设计，通过螺丝安装或胶体固定方式，均匀布置在灯具底板33上。相邻基板32之间的相邻的呈四边形分布的四个第一混光子单元341、342、343、344，构成了第二混光单元34，并在第二混光单元34中，形成所设计的补色单元345、346。
E.若第一混光子单元341、342、343、344中包含二次透镜，将二次光学透镜通过通孔或者粘贴胶，安装于基板32上，并盖住无荧光粉多基色LED灯珠之上；二次光学透镜材料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、硅胶或环氧树脂中的一种；
最终，完成实施例2的混光结构的制备。
以上仅是本发明的两个具体实施例，而不是全部的实施例，显然，本发明还可以有许多类似的改形，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，包括采用补色原理形成的其他混光结构，都属于本发明的保护范围。
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