可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光led新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED新方法，其采用InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉，熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉和橙紅色熒光粉的混合物，且黃色、綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜相匹配，綠色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激發(fā)光譜相匹配。本發(fā)明通過InGaN基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光分別激發(fā)黃色熒光粉和綠色熒光粉，再由綠色熒光粉的發(fā)射光激發(fā)橙紅色熒光粉，提高了熒光粉的光致發(fā)光轉(zhuǎn)換效率。通過合理調(diào)配熒光粉的比例，可實(shí)現(xiàn)白光LED光譜由藍(lán)色光、黃色光、綠色光和橙紅色光組成并具有良好的連續(xù)性和均衡性，進(jìn)而在低色溫條件下實(shí)現(xiàn)大功率白光LED的高發(fā)光效率和高顯色性。
【專利說明】可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED新方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低色溫高顯色性白光LED，具體是可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光 LED方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著發(fā)光二極管（LED)芯片和封裝技術(shù)的提升，白光LED作為普通照明光源逐步 受到人們的青睞。它具有低壓、低功耗、高可靠性、長壽命等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于LED 路燈、LED燈具等領(lǐng)域，是一種符合國家"節(jié)能減排"政策的綠色新光源。2009年9月，歐盟 率先出臺白熾燈禁售的政策，各國也紛紛發(fā)布禁售的進(jìn)程，使得白光LED向普通照明尤其 是室內(nèi)照明又向前推進(jìn)了一大步。然而，白光LED的顯色性是制約其進(jìn)入室內(nèi)照明，特別是 閱讀照明、醫(yī)療照明的技術(shù)瓶頸。
[0003] 目前，低色溫高顯色性白光LED是國內(nèi)外企業(yè)和科研院所的研究熱點(diǎn)之一，現(xiàn)有 制備白光LED的主要方法有：（一）紅、綠、藍(lán)（RGB)三色LED芯片產(chǎn)生寬譜帶白光。該 方法可以制備色溫覆蓋2700?13000K的白光，并可以通過多芯片集成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù) 高達(dá)90以上的白光。但該方法的封裝結(jié)構(gòu)和電路驅(qū)動復(fù)雜，RGB三色芯片光衰不一致，導(dǎo) 致產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，且成本較高。
[0004] (二）近紫外LED(nUV-LED)芯片激發(fā)RGB熒光粉產(chǎn)生白光。該方法可以通過 熒光粉配比實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)高達(dá)96的暖白光，但存在近紫外LED芯片成本高，效率低，存在紫 外線泄漏并使封裝材料容易老化，縮減白光LED的壽命。
[0005] (三）InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā)稀土熒光粉制備各種色溫的白光LED。
[0006] 目前，第三種方法是制備白光LED的主流方式。采用InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā) YAG: Ce3+黃色熒光粉，難以實(shí)現(xiàn)在4000K以下低色溫且Ra > 80的高顯色性的白光LED。為 改變單色熒光粉的不足，鄭代順等人采用藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色和紅色熒光粉得到的白 光LED，其Tc和Ra分別為3200K和83· 2,但因?yàn)樗{(lán)光LED的發(fā)射峰值波長與紅色熒光 粉的激發(fā)光譜不匹配，導(dǎo)致器件的光通量和發(fā)光效率只有14. 11m和12. 721m/W。吳海彬， Rong-JunXie等人的研究也表明：4000K以下的低色溫白光LED發(fā)光效率較低（<201m/ w)，這是因?yàn)樗{(lán)光LED激發(fā)黃色、紅色熒光粉轉(zhuǎn)換效率較低的問題。此外，Naoki Kimura等 人先后采用藍(lán)光LED芯片激發(fā)三種或多種熒光粉制備低色溫高顯色性白光LED，但仍存在 熒光粉轉(zhuǎn)換效率不高的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED的方法，其可大幅度 提高熒光粉的轉(zhuǎn)換效率。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED新方法， 采用InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉，上述熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉和橙紅 色熒光粉的混合物，且黃色熒光粉和綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN基藍(lán)光LED 芯片的發(fā)射光譜相匹配，綠色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激發(fā)光譜相匹 配；其中，InGaN藍(lán)光LED芯片的發(fā)射峰值波長為450-460nm，黃色熒光粉的激發(fā)波長是 450-460nm的藍(lán)光，發(fā)射光譜的峰值波長是557nm ;綠色熒光粉的激發(fā)波長是450-460nm的 藍(lán)光，發(fā)射光譜的峰值波長是521nm ;橙紅色熒光粉的激發(fā)波長是520-530nm的綠光，發(fā) 射光譜的峰值波長是635mn;上述黃色熒光粉、綠色熒光粉、橙紅色熒光粉的重量比例為 6-8 : 7-9 : 2-6。
[0009] 上述熒光粉與硅膠均勻混合，且硅膠、黃色熒光粉、綠色熒光粉、橙紅色熒光粉的 重量比例為 1 : (0.06 ?0.08) : (0.07 ?0.09) : (0· 02 ?0· 06)。
[0010] 所述白光LED的色溫范圍在2700-5000K之間，顯色指數(shù)高于85,發(fā)光效率高于 501m/W。
[0011] 采用上述方案后，本發(fā)明可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED的方法，與現(xiàn)有 技術(shù)相比，由于黃色、綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜相 匹配，綠色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激發(fā)光譜相匹配，提高了熒光粉的 光致發(fā)光轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提高了白光LED的發(fā)光效率；在黃色、綠色、橙紅色熒光粉合理配 比的情況下，由藍(lán)色光、黃色光、綠色光和橙紅色光組成的白光光譜具有良好的連續(xù)性和均 衡性，接近太陽光的標(biāo)準(zhǔn)光譜，即在低色溫條件下實(shí)現(xiàn)了大功率白光LH)發(fā)光效率髙、顯色 性高的目的。采用本發(fā)明方法制備出來白光LED，色溫范圍在2700-5000K之間，顯色指數(shù)高 于85,發(fā)光效率高于501m/W。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的原理示意圖； 圖2為本發(fā)明中黃色熒光粉的激發(fā)與發(fā)射光譜示意圖； 圖3為本發(fā)明中綠色熒光粉的激發(fā)與發(fā)射光譜示意圖； 圖4為本發(fā)明中橙紅色熒光粉的激發(fā)與發(fā)射光譜示意圖； 圖5為本發(fā)明中白光LED的光譜匹配示意圖； 圖6為本發(fā)明中一個(gè)具體實(shí)施例的白光LED光譜分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED的方法，其采用常規(guī)的白光LED的 封裝工藝，以封裝大功率1W白光LH)為例，其封裝工藝為：在已固晶焊線后的芯片上涂敷 按一定比例調(diào)配好的熒光粉和硅膠的混合物，并烘烤使其固化，再用高折射率硅膠填充光 學(xué)透鏡制成Φ5圓頭白光LED。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處僅在于所用的熒光粉的不同， 及熒光粉的激發(fā)方式的不同，因此在此只著重描述熒光粉的組成和熒光粉的激發(fā)方式。
[0014] 本發(fā)明采用InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉，熒光粉為黃色熒光粉 (YAG:Ce3+)、綠色熒光粉（硅酸鹽化合物）和橙紅色熒光粉（氮氧復(fù)合物）的混合物，且黃 色熒光粉、綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜相匹配、綠 色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激發(fā)光譜相匹配。
[0015] 其中，InGaN藍(lán)光LED芯片的發(fā)射峰值波長為45〇-460nm,黃色熒光粉的激發(fā)波長 是450_460nm的藍(lán)光，發(fā)射光譜的峰值波長是5 57nm(如圖2所示）；綠色熒光粉的激發(fā)波 長是450-460nm的藍(lán)光，發(fā)射光譜的峰值波長是521nm(如圖3所示）；橙紅色熒光粉的激 發(fā)波長是520_530nm的綠光，發(fā)射光譜的峰值波長是635nm(如圖4所不）。
[0016] 熒光粉中混合有硅膠，且硅膠、黃色熒光粉、綠色熒光粉、橙紅色熒光粉的重量比 例為1 : (0.06?0.08) : (0.07?0· 09) : (0· 02?0· 06)。具體的重量比例可選擇 1 : 0.07 : 0.08 : 0.04。
[0017] 本發(fā)明的工作原理如圖1所示，由于黃色、綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN 基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜相匹配，綠色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激 發(fā)光譜相匹配，提高了熒光粉的光致發(fā)光轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提高了白光LED的發(fā)光效率；在黃 色、綠色、橙紅色熒光粉合理配比的情況下，由藍(lán)色光、黃色光、綠色光和橙紅色光組成的白 光光譜（如圖5所示）具有良好的連續(xù)性和均衡性，接近太陽光的標(biāo)準(zhǔn)光譜，即在低色溫條 件下實(shí)現(xiàn)了大功率白光LED發(fā)光效率高、顯色性高的目的。
[0018] 本發(fā)明中，InGaN藍(lán)光LED芯片的發(fā)射峰值波長為450-460nm，黃色熒光粉的發(fā)射 光譜的峰值波長是557mn，綠色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值波長是521mn，橙紅色熒光粉的發(fā) 射光譜的峰值波長是635nm，通過峰值波長為452nm、521nm、557nm、635nm這四個(gè)光譜的配 比，便可實(shí)現(xiàn)高顯色性。
[0019] 作為一個(gè)應(yīng)用例，采用本發(fā)明的技術(shù)方案的3020K白光LED，其光譜分布圖如圖6 所示，在正向電流IF = 350mA時(shí)，樣品的色溫為3020K，其發(fā)射光譜以熒光粉的發(fā)射光譜為 主，以InGaN藍(lán)光LED芯片的電致發(fā)光（EL)光譜為輔，屬于標(biāo)準(zhǔn)色溫為3000K的暖白光。該 樣品在 IF = 350mA驅(qū)動時(shí)色坐標(biāo)為x = 0.4396, y = 0.4119,落在CIE標(biāo)準(zhǔn)色度圖3000K 標(biāo)準(zhǔn)色溫的色容差的最內(nèi)圈，色容差為3. 8,顯色指數(shù)Ra = 86· 9,發(fā)光效率達(dá)53_ 941m/W，滿 足室內(nèi)照明光源的需求。
[0020] 如表1所示為本實(shí)驗(yàn)可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED的光色電主要參數(shù)。
[0021] 根據(jù)數(shù)據(jù)表明：（1)采用本發(fā)明方法可調(diào)節(jié)低色溫白光LED，其顯色指數(shù)可達(dá) Ra > 86,且光通量達(dá)60. 9361m,發(fā)光效率高達(dá)52. 431m/w;(2)所有樣品的色溫均落在 3000-3100K，具有高度的光色一致性。
[0022] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 可調(diào)節(jié)低色溫高顯色性大功率白光LED方法，采用InGaN基藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒 光粉，其特征在于：上述熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉和橙紅色熒光粉的混合物，且黃 色熒光粉和綠色熒光粉的激發(fā)光譜峰值均與InGaN基藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜相匹配，綠 色熒光粉的發(fā)射光譜的峰值與橙紅色熒光粉的激發(fā)光譜相匹配；其中，InGaN藍(lán)光LED芯 片的發(fā)射峰值波長為450-460nm，黃色熒光粉的激發(fā)波長是450-460nm的藍(lán)光，發(fā)射光譜 的峰值波長是557nm ;綠色熒光粉的激發(fā)波長是450-460nm的藍(lán)光，發(fā)射光譜的峰值波長是 521nm ;橙紅色熒光粉的激發(fā)波長是520-530nm的綠光，發(fā)射光譜的峰值波長是635nm ;上述 黃色熒光粉、綠色熒光粉、橙紅色熒光粉的重量比例為6-8 : 7-9 : 2-6。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備低色溫高顯色性大功率白光LED的方法，其特征在于： 上述熒光粉中混合有硅膠，且硅膠、黃色熒光粉、綠色熒光粉、橙紅色熒光粉的重量比 例為 1 : 0.06-0.08 : 0.07-0.09 : 0.02-0.06。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備出的低色溫高顯色性大功率白光LED，其特征在于： 所述白光LED的色溫范圍在2700-5000K之間，顯色指數(shù)高于85,發(fā)光效率高于501m/W。
【文檔編號】H01L33/50GK104241494SQ201310235823
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月16日
【發(fā)明者】于冬平 申請人:九江科華照明電器實(shí)業(yè)有限公司