专利名称：制备低色温高显色性大功率白光led的新方法
技术领域：
本发明涉及低色温高显色性白光LED，具体是一种制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法。
背景技术：
随着发光二极管(LED)芯片和封装技术的提升，白光LED作为普通照明光源逐步 受到人们的青睐。它具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等一系列优点，已广泛应用于LED 路灯、LED灯具等领域，是一种符合国家“节能减排”政策的绿色新光源。2009年9月，欧盟 率先出台白炽灯禁售的政策，各国也纷纷发布禁售的进程，使得白光LED向普通照明尤其 是室内照明又向前推进了一大步。然而，白光LED的显色性是制约其进入室内照明，特别是 阅读照明、医疗照明的技术瓶颈。目前，低色温高显色性白光LED是国内外企业和科研院所的研究热点之一，现有 制备白光LED的主要方法有(一 )红、绿、蓝(RGB)三色LED芯片产生宽谱带白光。该方法可以制备色温覆盖 2700 13000K的白光，并可以通过多芯片集成设计实现显色指数高达90以上的白光。但 该方法的封装结构和电路驱动复杂，RGB三色芯片光衰不一致，导致产品的稳定性差，且成 本较高。(二)近紫外LED(nUV-LED)芯片激发RGB荧光粉产生白光。该方法可以通过荧光 粉配比实现显色指数高达96的暖白光，但存在近紫外LED芯片成本高，效率低，存在紫外线 泄漏并使封装材料容易老化，缩减白光LED的寿命。(三)InGaN基蓝光LED芯片激发稀土荧光粉制备各种色温的白光LED。目前，第三种方法是制备白光LED的主流方式。采用InGaN基蓝光LED芯片激发 YAG:Ce3+黄色荧光粉，难以实现在4000K以下低色温且Ra > 80的高显色性的白光LED。 为改变单色荧光粉的不足，郑代顺等人采用蓝光LED芯片激发黄色和红色荧光粉得到的 白光LED，其Tc和Ra分别为3200K和83. 2，但因为蓝光LED的发射峰值波长与红色荧光 粉的激发光谱不匹配，导致器件的光通量和发光效率只有14. Ilm和12. 721m/W。吴海彬， Rong-JunXie等人的研究也表明4000K以下的低色温白光LED发光效率较低(< 201m/w)， 这是因为蓝光LED激发黄色、红色荧光粉转换效率较低的问题。此外，Naoki Kimura等人 先后采用蓝光LED芯片激发三种或多种荧光粉制备低色温高显色性白光LED，但仍存在荧 光粉转换效率不高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其可大 幅度提高荧光粉的转换效率。本发明的技术方案是这样的制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，采 用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，上述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色荧光粉和绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发 射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长 是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm ；绿色荧光粉的激发波长是450-460nm 的蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm ；橙红色荧光粉的激发波长是520-530nm的绿光，发 射光谱的峰值波长是635nm。上述黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为6-8 7-9 2-6。上述荧光粉与硅胶均勻混合，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的 重量比例为 1 (0.06 0.08) (0.07 0.09) (0. 02 0. 06)。采用本发明方法制备出来白光LED，色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于 85，发光效率高于501m/W。采用上述方案后，本发明制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，与现有 技术相比，由于黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相 匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配，提高了荧光粉的 光致发光转换效率，进而提高了白光LED的发光效率；在黄色、绿色、橙红色荧光粉合理配 比的情况下，由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成的白光光谱具有良好的连续性和均 衡性，接近太阳光的标准光谱，即在低色温条件下实现了大功率白光LED发光效率高、显色 性高的目的。采用本发明方法制备出来白光LED，色温范围在2700-5000K之间，显色指数高 于85，发光效率高于501m/W。
图1为本发明的原理示意图；图2为本发明中黄色荧光粉的激发与发射光谱示意图；图3为本发明中绿色荧光粉的激发与发射光谱示意图；图4为本发明中橙红色荧光粉的激发与发射光谱示意图；图5为本发明中白光LED的光谱匹配示意图；图6为本发明中一个具体实施例的白光LED光谱分布图。
具体实施例方式本发明制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其采用常规的白光LED的 封装工艺，以封装大功率1W白光LED为例，其封装工艺为在已固晶焊线后的芯片上涂敷按 一定比例调配好的荧光粉和硅胶的混合物，并烘烤使其固化，再用高折射率硅胶填充光学 透镜制成65圆头白光LED。本发明与现有技术的不同之处仅在于所用的荧光粉的不同，及 荧光粉的激发方式的不同，因此在此只着重描述荧光粉的组成和荧光粉的激发方式。本发明采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，荧光粉为黄色荧光粉(YAG:Ce3+)、 绿色荧光粉(硅酸盐化合物)和橙红色荧光粉(氮氧复合物)的混合物，且黄色荧光粉、绿 色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配、绿色荧光粉的发 射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm(如图2所示)；绿色荧光粉的激发波 长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm(如图3所示)；橙红色荧光粉的激 发波长是520-530nm的绿光，发射光谱的峰值波长是635nm(如图4所示)。荧光粉中混合有硅胶，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比 例为1 (0.06 0.08) (0.07 0.09) (0. 02 0. 06)。具体的重量比例可选择 1 0.07 0.08 0.04ο 本发明的工作原理如图1所示，由于黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN 基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发 光谱相匹配，提高了荧光粉的光致发光转换效率，进而提高了白光LED的发光效率；在黄 色、绿色、橙红色荧光粉合理配比的情况下，由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成的白 光光谱(如图5所示)具有良好的连续性和均衡性，接近太阳光的标准光谱，即在低色温条 件下实现了大功率白光LED发光效率高、显色性高的目的。本发明中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450_460歷，黄色荧光粉的发射 光谱的峰值波长是557nm，绿色荧光粉的发射光谱的峰值波长是521nm，橙红色荧光粉的发 射光谱的峰值波长是635nm，通过峰值波长为452nm、521nm、557nm、635nm这四个光谱的配 比，便可实现高显色性。作为一个应用例，采用本发明的技术方案的3020K白光LED，其光谱分布图如图6 所示，在正向电流If = 350mA时，样品的色温为3020K，其发射光谱以荧光粉的发射光谱为 主，以InGaN蓝光LED芯片的电致发光(EL)光谱为辅，属于标准色温为3000K的暖白光。该 样品在If = 350mA驱动时色坐标为χ = 0. 4396，y = 0. 4119，落在CIE标准色度图3000K 标准色温的色容差的最内圈，色容差为3. 8，显色指数Ra = 86. 9，发光效率达53. 941m/W，满 足室内照明光源的需求。如表1所示为本实验制备的低色温高显色性大功率白光LED的光色电主要参数。 根据数据表明(1)采用本发明方法可制备低色温白光LED，其显色指数可达Ra >86，且光 通量达60. 9361m,发光效率高达52. 431m/ff ； (2)所有样品的色温均落在3000-3100K，具有 高度的光色一致性。表 权利要求
制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，其特征在于上述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色荧光粉和绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。
2.根据权利要求1所述的制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其特征在 于其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长是 450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm ；绿色荧光粉的激发波长是450-460nm的 蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm ；橙红色荧光粉的激发波长是520-530nm的绿光，发射 光谱的峰值波长是635nm。
3.根据权利要求1所述的制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其特征在于 上述黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为6-8 7-9 2-6。
4.根据权利要求1所述的制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其特征在于 上述荧光粉中混合有硅胶，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为1 0. 06-0. 08 0. 07-0. 09 0.02-0.06。
5.根据权利要求1所述的低色温高显色性大功率白光LED，其特征在于采用本发明方 法制备出来白光LED，色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85，发光效率高于501m/w。
全文摘要
本发明公开了一种制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，其采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。本发明通过InGaN基蓝光LED芯片的发射光分别激发黄色荧光粉和绿色荧光粉，再由绿色荧光粉的发射光激发橙红色荧光粉，提高了荧光粉的光致发光转换效率。通过合理调配荧光粉的比例，可实现白光LED光谱由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成并具有良好的连续性和均衡性，进而在低色温条件下实现大功率白光LED的高发光效率和高显色性。
文档编号H01L33/50GK101872825SQ20101016409
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者刘康, 林介本, 郭震宁 申请人:华侨大学