熒光轉換植物生長燈單元、植物生長燈器件及植物生長燈的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種熒光轉換植物生長燈單元、植物生長燈器件及植物生長燈，特別涉及一種基于LED倒裝芯片的熒光轉換植物生長燈單元及植物生長燈，屬于LED光電子器件的制造技術領域。
【背景技術】
[0002]用于植物生長的人工光源已廣泛用于溫室內蔬菜、水果、花丼等作物的栽培。這些人工光源可以在沒有日光條件下單獨使用，或者在日光不足的條件下作為補光使用，幫助植物正常生長。它們的應用甚至包括某些特殊領域，如為宇航員提供新鮮果蔬的外太空作物栽培。常見的人工光源有白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈或汞燈等。但是，這些傳統植物生長光源的光譜功率分布固定，光通量強度的可調范圍較小，并不能與植物生長所需的理想光源條件相匹配，更何況不同植物在不同生長階段對光源的需求也存在差異，這樣便造成了光源的浪費。此外，這些人工光源在電光轉換效率和使用壽命等方面也存在劣勢。
[0003]日光連續光譜中280?800nm波段范圍對植物生長具有重要意義。植物生長需求能量比重最大的為藍光波段(是390?500nm)和紅光波段￠00?800nm)，主要用于進行光合作用和植物主要性狀的正常表達。其中，390?700nm波段為光合作用活躍輻射區，是植物生長最主要的光源區域；700?800nm遠紅光波段主要影響植物性狀的正常表達，植物生長對其的需求量相對較少。而紫外光、綠光波段的吸收比重很低，它們對植物生長的影響很有限。
[0004]另一方面，各種波段光源之間的比例也會影響植物生長。比如，藍光與紅光的光子數比例對光合作用有決定性影響；而紅光和遠紅光的光子數比例則對種子發芽、秧苗生根、避蔭反應、成花誘導等產生影響。光譜組成和各組成的功率或功率比表現為光源的光譜功率分布。
[0005]除光譜功率分布外，光源到達植物表面的光子通量強度和光周期(周期為24小時)也會對植物生長產生重要影響。
[0006]相比上述傳統植物生長光源，LED光源在諸多方面都表現出明顯的優勢，如節能、環保、長壽命、體積小、抗震、防水防潮、低壓直流驅動、可脈寬調制(PWM)輸出等優點，已大量用于IXD背光源、顯示屏、信號燈、景觀照明、普通照明等領域。LED是一種光譜較窄，單色性較好的半導體固態光源，其光譜半高寬約為15?30nm，光譜峰值波長覆蓋從紫外光到近紅外光的所有區域范圍。LED的理論電光轉換效率為100%，目前氮化物AlxInyGa1^N(O彡x，y彡I ；x+y ^ I)藍光LED的外量子效率可以達到70%以上。并且，單顆藍光LED的發光功率已達到3W以上。根據Haitz定理，未來LED產業將以每10年光功率增加20%、價格下降10%的方式快速增長。因此，LED光源不僅可以克服傳統植物生長光源的缺點，而且具有良好的市場發展潛力。
[0007]使用LED作為植物生長光源已有許多外國專利、中國專利進行過報道。如專利號為 US6921182B2 的美國專利 EFFICIENT LED LAMP FOR ENHACING COMMERCIAL AND HOMEPLANT GROWTH公開了由兩種不同光束角、不同峰值波長的紅光LED和藍光LED組成的促進植物生長燈；又如公開號為CN1596606A的中國專利《高效節能LED植物生態燈》公開了一種由藍光LED或紅光LED或藍光和紅光LED組合形成的植物生長光源；公開號為CN101387379A的中國專利《一種用于蘭科植物組培的LED混光燈具》公開了一種由藍光與紅光LED可調的蘭科植物生長光源。
[0008]可以看到，除了 LED光源的高能效、長壽命等優點外，采用LED固態光源可以通過輔助的驅動控制器或控制系統對植物生長光源的光子通量強度和光周期進行準確控制。
[0009]公開號為CN103361054A中國專利《氮化物紅色熒光粉合成方法及LED植物生長燈》公開了一種采用GaN基藍光LED正裝芯片和氮化物紅光熒光粉組合成植物生長燈的技術方案。其中，紅光熒光粉的氮化物材料組分為稀土摻雜的Ca2Si5N8、Sr2Si5N8, Ba2Si5N8或CaAlSiN3,其發射波長為 610 ?720nm。然而，AlxInyGai_x_yN(0 ^ x, y ^ I ；x+y ( I)藍光LED正裝芯片在電流擴展、熱量管理等方面存在著劣勢，特別對于大功率LED器件而言，上述劣勢更加突出地表現出來。
[0010]近幾年，采用倒裝結構的氮化物LED芯片技術越來越受到關注和重視。其原因在于，一方面，倒裝芯片結構克服了原有正裝芯片結構在散熱、電流擴展和電極遮擋出光等缺點；另一方面，在借鑒了集成電路行業中有關倒裝技術、晶圓鍵合技術、表貼技術等工藝方法后，經歷了一定時間的吸收、積累和發展后，其技術路線逐漸成熟起來。
【實用新型內容】
[0011]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種進一步提高LED器件的能效水平，降低系統成本的熒光轉換植物生長燈單元、植物生長燈器件及植物生長燈。
[0012]本實用新型是采用單顆藍光LED倒裝芯片和包敷激發熒光轉換材料進行芯片級封裝形式(CSP)制作的熒光轉換植物生長燈單元。
[0013]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種熒光轉換植物生長燈單元，包括藍光LED倒裝芯片、紅光熒光轉換層及透明導光層，所述紅光熒光轉換層涂敷在所述藍光LED倒裝芯片上，所述透明導光層包敷在所述紅光熒光轉換層上；其中，
[0014]所述藍光LED倒裝芯片由藍寶石襯底、氮化物外延層、P電極及η電極組成，所述藍寶石襯底貼合在所述氮化物外延層的上表面上，所述P電極及η電極均位于所述氮化物外延層的下表面，且均與所述氮化物外延層的下表面相連接；所述紅光熒光轉換層涂敷在所述藍光LED倒裝芯片的除所述P電極及η電極所在面的其他面上。
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]除了 LED固態光源相對傳統照明光源的節能、環保、長壽命、光功率輸出功率控制方便等特性外，還具有更好的電流擴展、熱量管理、能量轉換效率。
[0017]所述氮化物外延層的組成材料為氮化物AlxInyGa1TyN(O ^ x, y ^ I ；x+y彡I)中的至少一種。且所述藍光LED倒裝芯片的發射光譜的峰值波長范圍是390?500nm。
[0018]所述紅光熒光轉換層由紅光熒光轉換材料通過包覆的方式分散在封裝材料中制成。通過包覆的方式分散在環氧樹脂、環氧模塑料EMC、熱塑膠PCT、硅膠等封裝材料中，將藍光LED倒裝芯片出射的部分藍光轉換為紅光，配合未經過轉換的藍光組成植物生長所需的主要光譜。
[0019]所述紅光熒光轉換材料包括稀土或過渡金屬摻雜的無機發光材料、量子點發光材料中的任意一種或兩種以上的混合；例如，常見的發射紅光熒光的稀土或過渡金屬摻雜的無機發光材料包括:CahSrxS:Eu2+(O 彡 x 彡 I)、Ca1^xSrxAlSiN3:Eu2+(O ^ x ^ I)等等。量子點發光材料包括:CdSe、CdZnSe等。
[0020]所述紅光熒光轉換材料的有效激發波長范圍是390?500nm，所述紅光熒光轉換材料發射光譜的峰值波長范圍是600?800nm。
[0021]本實用新型解決上述技術問題的另一技術方案如下:
[0022]一種熒光轉換植物生長燈器件，包括兩個以上的上述的熒光轉換植物生長燈單元及PCB板，所述熒光轉換植物生長燈單元通過焊接平均分布在所述PCB板上，所述PCB板上設有導電線路，各個所述熒光轉換植物生長燈單元通過所述PCB板上的導電線路以串聯或并聯方式進行接通。
[0023]進一步，所述PCB板為條形PCB板或圓盤形PCB板。
[0024]進一步，所述PCB板由基板及絕緣層組成，所述絕緣層位于所述基板及所述導電線路之間。
[0025]進一步，所述基板為金屬鋁基板或金屬銅基板。
[0026]本實用新型解決上述技術問題的另一技術方案如下:
[0027]一種熒光轉換植物生長燈，所述熒光轉換植物生長燈由兩個以上的上述述的熒光轉換植物生長燈器件組合而成。即采用多個器件組成點狀、線條狀、平面狀、立體狀等各式各樣的光源形式。
[0028]本實用新型植物生長燈使用了基于LED倒裝芯片的焊接技術，實現了單芯片及多芯片模組的無金線、無固晶膠封裝，在保證產品可靠性的同時，還擁有低熱阻、高光效、光色分布均勻、制作工藝流程簡化、器件系統成本更低等優點。
[0029]紅色熒光轉換材料分散在環氧樹脂、環氧模塑料EMC、熱塑膠PCT、硅膠等封裝材料中，通過包覆的配置方式將LED倒裝芯片出射的部分藍光轉換為紅光，配合未經過轉換的藍光組成植物生長所需的主要光譜。而且，由于采用了熒光轉換材料轉換藍光為紅光光譜的技術路線，如此便可選擇不同的紅光熒光轉換材料，還可以采用一種或多種熒光轉換材料混合的方式對紅光光譜進行設置，以滿足不同植物在不同生長周期對光源要求的差異。而藍、紅光的強度比