专利名称：产生高显色指数的白光的装置及方法
技术领域：
本发明一般地涉及利用LED芯片产生白光的装置和方法。更具体地，本发明涉及利用YAG荧光粉配合发出特定波段光的红光芯片和蓝光芯片得到具有高显色指数的白光的装置和方法。
背景技术：
随着技术的发展，越来越多的白光LED灯被用于普通照明领域。与现有白炽灯相比，白光LED灯具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、环保等优点，因此具有良好的发展前景。衡量白光LED灯的性能的参数之一是显色指数，即其发出的白光与正常日光的接近程度(正常日光的显色指数为100)。当前通常利用多种单色光LED芯片的组合或者利用单色光LED芯片配合荧光粉产生具有不同显色指数的白光。例如，可以利用红光芯片、蓝光芯片和绿光芯片的组合或者表面涂覆有黄光荧光粉的蓝光芯片来产生白光，但是前者的生产成本比较高，不利于推广应用，而后者产生的白光的显色指数相对较低且荧光粉易老化。中国专利申请200810000145. 6 (公开号CN101476701)公开了一种产生具有较高显色指数的白光的方法，其利用发光波长380 410nm的紫光LED芯片所产生的紫光直接刺激至少包含锌、硫、硒、氧的黄白光荧光粉，该荧光粉受刺激后发出连续波长470 670nm 的黄白光，其与紫光混合产生具有较高显色指数的白光。美国专利US6765237公开了类似的方法，不同之处在于其选择的紫光范围是 380 420nm，且所用的荧光粉包含Ba、Mg、Al、0以及多种稀土元素。由此可见，虽然利用紫光LED能够得到较高显色指数的白光，但其所用的荧光粉需要特别配制，这就极大地提高了发光源的生产成本。另外，现有的紫光LED芯片发出的紫色光通常都在360 420nm波段，而这一波段包含波长320nm-400nm的长波紫外线，简称 UVA0长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强，可达到真皮深处，并可对表皮部位的黑色素起作用，从而引起皮肤黑色素沉着，使皮肤变黑，起到防御紫外线、保护皮肤的作用。因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症，但对皮肤的作用缓慢，可长期积累，是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。因此，存在对新型LED发光装置的需求，该LED发光装置能够显著提高白光的显色指数，并且能够避免含对人体有害波长的紫光对人体健康造成的伤害，实现安全照明。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种利用红光LED芯片和蓝光LED芯片产生白光的方法，其特征在于利用红光LED芯片产生波长为615-6；35歷的红光；利用蓝光LED芯片产生波长为440-465nm的蓝光；以及使所述红光和所述蓝光的混合光照射YAG荧光粉激发出白光。
在进一步的实施方式中，所述YAG荧光粉与所述LED芯片隔离开，以减缓因受热造成的老化。在进一步的实施方式中，所述红光和所述蓝光的光强之比为18-25% 75-82%, 且优选为1:4。根据本发明的另一个方面，提供一种白光LED灯，其特征在于包括一个或多个红光LED芯片，其产生波长为615-635nm的红光；一个或多个蓝光LED芯片，其产生波长为440-465nm的蓝光；以及支架，其上布置所述红光和蓝光LED芯片；壳体，其覆盖所述红光和蓝光LED芯片，且其表面涂覆一层YAG荧光粉，其中所述红光和蓝光在所述壳体内混合后照射到所述YAG荧光粉上，激发出白光。在进一步的实施方式中，所述红光和蓝光LED芯片被透明固晶胶粘附在所述支架上。在进一步的实施方式中，所述红光和蓝光LED芯片被布置成一维或二维阵列或同心圆环形式。在进一步的实施方式中，所述支架连同其上的所述红光和蓝光LED芯片被水平设置。在进一步的实施方式中，所述支架连同其上的所述红光和蓝光LED芯片被直立固定在所述壳体内。在进一步的实施方式中，所述支架与所述壳体的底面的夹角大于60°。在进一步的实施方式中，所述红光和蓝光LED芯片被布置成使得所述红光和所述蓝光的光强之比为18-25% 75-82%，且优选为1 4。在进一步的实施方式中，所述壳体内填充透明冷却液，以帮助LED芯片散热。根据本发明的另一个方面，提供一种制造白光LED灯的方法，其包括提供支架并在其上布置一个或多个红光以及一个或多个蓝光LED芯片；提供壳体并在其表面涂覆一层YAG荧光粉；将所述支架和所述壳体组装在一起以使所述壳体覆盖所述红光和蓝光LED芯片，其特征在于，在通电时，所述红光LED芯片产生波长为615-635nm的红光，所述蓝光LED芯片产生波长为440-465nm的蓝光，且所述红光和蓝光在所述壳体内混合后照射到所述YAG荧光粉上，激发出白光。在进一步的实施方式中，该方法包括在所述壳体内填充透明冷却液，以帮助LED 芯片散热。在进一步的实施方式中，所述红光和蓝光LED芯片在所述壳体内被水平设置或直
立设置。本发明的优点在于，通过利用615-635nm的红光和440-465nm的蓝光的混合光照射YAG荧光粉，可以得到显色指数高达80-95的白光，同时可以不使用紫光LED芯片，避免了含对人体有害波长的紫光对人体健康的危害。另外使用本领域常用的YAG荧光粉代替专用于紫光LED的荧光粉可以大大降低生产成本。
图1示意性显示根据本发明的LED灯的第一实施例。图2示意性显示根据本发明的LED灯的第二实施例，其中LED芯片以二维阵列方
式布置。图3示意性显示LED芯片的另一种同心圆环形排布方式。图4示意性显示蓝光LED和红光LED的发光光谱。图5示意性显示紫光LED的发光光谱。
具体实施例方式下面参考附图对本发明进行详细的描述。首先参考图1，其示意性显示了根据本发明的LED灯的一个实施例。该LED灯包括支架4和壳体3。在支架4上排布一个或多个红光LED芯片1和一个或多个蓝光LED芯片2，这些芯片可以通过透明固晶胶粘附在支架上， 或以其他方式固定在支架上。这些芯片的布置方式可以根据实际需要来确定，例如为了实现均勻发光，可以将红光芯片和蓝光芯片彼此交替地排成一行(即一维阵列)或多行(即二维阵列，见图幻，或者可以按图3所示的同心圆环形排布。当然，其他排布方式也是可预期的。一般地，根据蓝光和红光的相对强度差异，可以选择适当的芯片排布方式以使得红光和蓝光的光强之比为18-25% 75-82%，且优选为1 4。壳体3可以由透明材料如玻璃或聚合物制成，并且其内表面或外表面涂覆一层厚度为0. 5-1. 5mm的YAG荧光粉，该荧光粉能够被蓝光或紫光激发产生黄光。这种荧光粉可以在市场上购买到而不需要特别配制，因此可以大大降低生产成本。壳体3通过粘胶或机械啮合的方式与支架4接合形成一空腔，使得LED芯片被容纳在该空腔内。通过将荧光粉涂覆在透明壳体上而不是直接涂覆在LED芯片上，可以防止芯片产生的热量直接传导至荧光粉，避免荧光粉因受热而分解和老化，相应地避免了光衰和色差。另外，作为选择，可以在壳体3与支架4形成的空腔内填充透明冷却液，以加快散发LED芯片产生的热量。在本发明中，通过选择特定的工作电压可以使红光LED芯片发出波长范围为 615-635nm的红光，并且使蓝光LED芯片发出波长范围为440-465nm的蓝光。这两种光在壳体内混合之后，一部分透射出去，一部分激发YAG荧光粉使其产生黄光，这样在壳体外可以得到红光、蓝光和黄光混合而成的暖白光(色温为^00K-4500K)。该白光的显色指数在 80-95范围内，显著高于现有技术中单一蓝光激发YAG荧光粉得到的白光(其显色指数为大约 70)。图4中示出了上述波段的红光和蓝光的示意性光谱图，从图中可以看出，蓝光的峰值强度大约为红光峰值强度的5倍。作为对比，图5中示出了现有技术中紫光LED芯片发出的紫光的示意性光谱图，其中紫光的波长范围为大约360-420nm。虽然上述波段的红光和蓝光的混合光也被人眼感知为紫光，但这只是人眼同时接受红光和蓝光产生的视觉效果，并没有新波段的光产生，因此这种混合紫光与紫光LED芯片产生的单色紫光本质上是不同的。由于混合紫光并不包含对人体健康造成危害的光波段(如360-420nm)，所得到的白光也是安全的。根据本发明的LED灯的另一个实施例在图2中显示。该LED灯包括椭圆形的壳体 3和容纳在其中的支架4，支架4上布置有一个或多个红光LED芯片1和一个或多个蓝光LED芯片2。与图1所示的实施例类似，也可以将红光芯片和蓝光芯片彼此交替地排成一维阵列或此处所示的二维阵列，或者可以按图3所示的同心圆环形排布，而且也可以在壳体3 的空腔内填充透明冷却液，以加快散发LED芯片产生的热量。如前所述，本实施例同样使用 615-635nm的红光和440-465nm的蓝光激发壳体上的YAG荧光粉产生具有高显色指数的白光。与常规水平安装方式不同的是，在该实施例中支架连同其上的LED芯片是竖直安装的，即将固定有LED芯片1和2以及正负电极(未示出)的透明支架4直立安装在透明壳体3内的基座6上，使正负电极分别与正负电源线5紧密接触。当二极管通电时，直立透明支架上的LED芯片的正面可正常发光，而LED芯片的底部也可透过透明玻璃或透明胶片发出更亮的光线，由此可以消除现有封装技术中因供电导线的关系不能把发光二极管最亮的一面向外展示的限制，提高发光二极管的出光率。透明支架的直立安装可以通过以下铸模方式实现将透明支架和电源线置于模具中，使透明支架上的电极紧贴电源线，然后在接触位置周围浇注塑性材料并固化形成基座， 从而得到电极与电源线之间的稳固电连接。作为替代，也可以通过卡接方式实现透明支架的直立安装，例如将电源线与基座形成为一体，并在基座中部形成凹槽以暴露出电源线的一侧，该凹槽的尺寸被设置为能够紧密地卡接带有电极的透明支架，从而当插入透明支架时，电极与电源线之间可以形成稳固的电连接。通过这种方式，透明支架和基座可以分别利用标准工艺批量形成，且可以快速组装。应该注意，前述基座并不是本发明所必需的，任何能将透明支架直立固定在透明容器内的手段都可以使用。例如，可以通过在透明容器内灌封并固化透明材料来直立固定透明支架。需要理解的是，此处所谓的竖直或直立并不意味着支架与底面的夹角完全为 90°，实际上支架相对于底面的夹角大于45°且优选大于60°时都应理解为在所限定的直立范围内。虽然图2中显示了圆形透明外壳，但应该理解，方形或其他形状的透明外壳也是适用的。另外，该透明外壳可以使用透明塑料或玻璃等材料制成。虽然已经具体参考附图的实施方式详细地描述了本发明，但是本领域技术人员理解其它实施方式可以取得相同的结果。本发明的变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且包含在本申请的范围内。
权利要求
1.一种利用红光LED芯片和蓝光LED芯片产生白光的方法，其特征在于 利用红光LED芯片产生波长为615-635nm的红光；利用蓝光LED芯片产生波长为440-465nm的蓝光；以及使所述红光和所述蓝光的混合光照射YAG荧光粉激发出白光。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述YAG荧光粉与所述LED芯片隔离开。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述红光和所述蓝光的光强之比在 18-25% 75-82% 的范围内。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述红光和所述蓝光的光强之比为1 4。
5.一种白光LED灯，其特征在于包括一个或多个红光LED芯片，其产生波长为615-635nm的红光； 一个或多个蓝光LED芯片，其产生波长为440-465nm的蓝光；以及支架，其上布置所述红光和蓝光LED芯片；壳体，其覆盖所述红光和蓝光LED芯片，且其表面涂覆一层YAG荧光粉， 其中所述红光和蓝光在所述壳体内混合后照射到所述YAG荧光粉上，激发出白光。
6.如权利要求5所述的LED灯，其中所述红光和所述蓝光的光强之比在 18-25% 75-82% 的范围内。
7.如权利要求5所述的LED灯，其中所述红光和所述蓝光的光强之比为1 4。
8.如权利要求6所述的LED灯，其中所述红光和蓝光LED芯片被透明固晶胶粘附在所述支架上。
9.如权利要求8所述的LED灯，其中所述红光和蓝光LED芯片被布置成一维或二维阵列或同心圆环形式。
10.如权利要求5-9中任一项所述的LED灯，其中所述支架连同其上的所述红光和蓝光 LED芯片被水平设置。
11.如权利要求5-9中任一项所述的LED灯，其中所述支架连同其上的所述红光和蓝光 LED芯片被直立固定在所述壳体内。
12.如权利要求11所述的LED灯，其中所述支架与所述壳体的底面的夹角大于60°。
13.如权利要求5所述的LED灯，其中所述壳体内填充透明冷却液。
14.一种制造白光LED灯的方法，其包括提供支架并在其上布置一个或多个红光以及一个或多个蓝光LED芯片； 提供壳体并在其表面涂覆一层YAG荧光粉；将所述支架和所述壳体组装在一起以使所述壳体覆盖所述红光和蓝光LED芯片， 其特征在于，在通电时，所述红光LED芯片产生波长为615-635nm的红光，所述蓝光LED 芯片产生波长为440-465nm的蓝光，且所述红光和蓝光在所述壳体内混合后照射到所述 YAG荧光粉上，激发出白光。
15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括在所述壳体内填充透明冷却液。
16.如权利要求14或15所述的方法，其中所述红光和蓝光LED芯片在所述壳体内被水平设置或直立设置。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述红光和所述蓝光的光强之比在 18-25% 75-82% 的范围内。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述红光和所述蓝光的光强之比为1 4。
全文摘要
本发明涉及一种利用红光LED芯片和蓝光LED芯片产生白光的方法，其包括利用红光LED芯片产生波长为615-635nm的红光，利用蓝光LED芯片产生波长为440-465nm的蓝光，以及使所述红光和所述蓝光的混合光照射YAG荧光粉激发出白光。利用该方法可以将白光的显色指数从70提高到80-95，并且避免使用紫光LED及其专用的荧光粉，这一方面降低了生产成本，另一方面消除了有害波长的紫光对人体健康的危害。
文档编号H01L33/00GK102354719SQ20111030293
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者郑榕彬 申请人:郑榕彬