[发明专利]无反射高出光率单元WLED功率扩容式大功率WLED光源

说明书

技术领域

本发明内容属于半导体照明应用技术领域，涉及一种高效节能的大功率WLED光源。

背景技术

迄今在各类电器设备中用电量最大的是照明设备，目前我国照明用电量占全国总发电量的20％左右，采用可节约电能的半导体照明灯(LED)无疑是构建节能型社会的重要因素。近年来，随着国家绿色照明工程的启动，国家发展和改革委员会等多部门共同组织实施了旨在节约电能、保护环境、改善照明质量的活动，半导体照明灯已成为“国家绿色照明工程”中明确要求推广应用的主要产品。

目前，由于单只LED灯的功率＜5w，尚达不到大功率照明的要求，所以大功率LED照明领域公知LED照明灯的光源一般均采用由多只小于5w的LED芯片通过串联、并联组合而成。其基本封装工艺结构如图1所示：在散热基板1上焊接蓝色发光芯片(BLED芯片)2；在BLED芯片2上面涂上硅胶质荧光粉3；再在荧光粉3上面平面封装保护硅胶6。上述常见的大功率LED光源结构虽基本解决了LED照明的功率扩容问题，但它仍存在有出光效率较低等不足，其原因归结于图2所示的光路结构分析。

在图2所示的LED灯单元中，LED芯片2所发出的光束通过荧光粉3后射入硅胶6时形成180°光源，光线再从硅胶6射入空间。光线是由光密介质射入光疏介质，是两种不同折射率的介质，光线会发生向偏离法线方向折射现象，当入射角大于临界角时会在硅胶中产生全反射。

其中：n₁＝n_S＝1.53    n_S为硅胶折射率

      n₂＝n_A＝1.0     n_A为空气折射率

则由斯涅尔公式得：θ_c＝sin^-1(n₂/n₁)＝sin^-1(1/1.53)＝41°。

因为硅胶出光面平面所致，光束从硅胶射入空气中，仅当光束中光线入射角度θ＜θ_c×2＝41°×2＝82°的部分才能折射输出至空气空间中，其余很大部分光线在硅胶内部形成全反射损耗，不能输出到空气空间。和LED芯片所发光源通过荧光粉后射入硅胶的角度180°相比，出光角度比仅为：82/180＝0.46。考虑到射入硅胶光束的入射角较大，其中入射光线入射角在120°以上时，对外辐射光强影响已经较弱，其光强贡献率按30％计，则通过硅胶射入空气中的光束将会使光输出效率降低为：E＝82°/[120°+(60°×30％)]＝60％，即：会使光通量损失40％左右；另一方面光线在硅胶内的全反射能量产生热，使LED芯片温度升高，LED芯片工作在较高温度上时会大幅度降低发光效率，使LED芯片产生发光衰减。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，进而提供一种结构科学合理、制作成本低、散热性能好、耗电量低、光效率高、光衰减小、使用寿命长的无反射高出光率单元WLED功率扩容式大功率WLED光源。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的无反射高出光率单元WLED功率扩容式大功率WLED光源如图3和图4所示，它具有一块厚度为H1的散热基板1，在散热基板1上焊接有多个按行列式灯阵排布组成的芯片发光宽度为2w的BLED芯片2，在各芯片2上面分别涂一层硅胶质荧光粉3，形成白光WLED发光体，芯片2的厚度+荧光粉3的厚度为h，在散热基板1上各发光体外用高透光率、高强度工业塑料PC按H＝R-0.577w-0.33h的关系式分别罩设一个壁厚为0.2mm且透光率为n1＝1.40的薄型等厚半球状外壳5，式中H为半球状外壳5的高度，R为半球状外壳5的半径，R＝H+H1，在半球状外壳5与发光体和基板1围成的空间内采用和PC相同透光率的高透明硅凝胶填充到PC外壳中形成硅胶半球透镜4，由此组成无反射高出光率单元WLED光源，进而由各个单元WLED光源组合扩容成为大功率WLED光源。

根据斯涅尔公式：n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂。

其中，n₁和n₂分别是两个介质的折射率，θ₁和θ₂分别是入射角和折射角。

得：入射角θ₁＝0°时：θ₂＝sin^-1(0°)＝0°