一种基于紫光led芯片的白光led及其照明装置的制作方法

文档序号:7041602
专利名称:一种基于紫光led芯片的白光led及其照明装置的制作方法
技术领域
本发明属于照明工程领域,具体涉及一种发光系统和装置,特别涉及一种基于紫光LED芯片的LED照明装置。
背景技术
LED灯(Light Emitting Diode)又叫发光二极管,是一种固态的半导体器件,可以直接把电转化为光。LED发光是基于电流作用下半导体材料中电子与空穴复合,这时电子所携带的多余能量需要释放出来。如果该多余能量是以电子与晶格相关作用而释放即产生声子,就会产生热;如果该多余能量是以光子形式释放,就产生了光。光子能量即为两个位置间的能量差,决定了光波波长。 目前的白光LED主要是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光。实现方法有两种,第一种方法是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。而这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性,显色性较差,难以满足低色照明的要求,同时发光效率还不高。这种LED的最高效率达到44. 31m/w,最高光通量为1871m,产业化产品可达1201m,Ra为75-80 ;第二种方法是蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉,通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光,显色性较好,但是这种方法所用荧光粉有效转换效率较低,尤其是红色荧光粉的效率更低。这种LED色温可达到3000K-6000K的较好结果,Ra达到82-87,较前述产品有所提高。同时,这两种方法都存在一致性差、色温随角度变化的缺陷。荧光粉的激发峰宽和矮,而蓝光激发峰高和窄,波长短,能量高,能直接穿透晶体直达眼底视网膜上,激活细胞氧化反应,启动细胞凋亡,引起视网膜细胞损伤,导致视力下降甚至丧失。紫光LED激发三基色荧光粉形成白光的方法可以有效提高光源的显色性,而且可以避免高而窄的蓝光激发峰,是一种应用前景很广的白光LED。但是,目前,一方面,紫光LED转换白光的效率较低,光源的显色性较差,为了进一步提高紫光LED转换白光的效率以及光源的显色性,需要对紫光LED芯片技术进一步改进。另一方面,鉴于现有基于紫光LED芯片的白光LED的蓝光部分的损害性以及红光材料发光效率较低,导致整个白光LED显色性差,无法较好满足人类照明健康的要求及某些特殊行业(例如军事、医学、博物馆等)对光源显色性的要求。到目前为止,仍未有一种对人类无害且高效的照明光源。虽然,这些光损害对人类的作用是缓慢的,能耗的大小差异并非短期能体现。但它们所造成的结果不容忽视。因此,我们亟待研究出一种低耗能、高能效,而且对人类健康和环境更加有益的照明光源。

发明内容
为了提高基于紫光LED芯片的白光LED的显色性,降低蓝光部分的损害性,提高紫光LED转换白光的效率。本发明通过改善白光LED和照明装置,提高了光源光谱中的红光部分,增加了白光LED的显色性,减弱了蓝光部分及其对人体眼睛的伤害,从而达到了改良白光LED光源的目的。首先,本发明改善白光LED。经改善后,本发明的白光LED,包括紫光LED芯片和覆盖在紫光LED芯片上的荧光粉,它由紫光LED激发荧光粉形成,所述的荧光粉优选为三基色荧光粉,它具体包含在紫光LED芯片激发下产生绿光的绿色荧光粉,其发射波长为495-535nm ;在紫光LED芯片激发下产生黄光的黄色荧光粉,其发射波长为540_570nm ;在紫光LED芯片激发下产生红光的红色荧光粉,其发射波长为630-650nm。本发明的白光LED的色温和色坐标可以通过调整荧光粉之间的重量比进行调节。本发明的白光LED的最佳色温为2800-3500K。相应地,本发明的荧光粉由重量比为(0. 5-2) (0. 7-2. 3) (2-5)的红蓝绿三种荧光粉组成;优选地,本发明的荧光粉由重量比为0.8 : I : 3的红蓝绿三种荧光粉组成。其次,在灯罩的透光板内侧面和聚光外壳内侧面分别贴上高度反射蓝光的高反射膜和高度反射红光的高反射膜。 高反射膜为高折射率的薄膜,贴于低折射率的透光板的内侧面和聚光外壳内侧面上,薄膜上下表面的两反射光使干涉加强,从而使反射光增强,透射光减弱。本发明所述的高反射膜为含有氧化钛和氧化硅两种材料的金属膜,半径为10-40_,厚度为0. 5-1. 1_。本发明高度反射蓝光的高反射膜的透过率与光线波长的关系曲线如图I所示。该高反射膜在波长为460nm处有最大反射率为40% -60%,反射率以波长为轴以460nm为中心向两边衰减,在400nm和520nm处分别衰减至20%。本发明即是将该反射蓝光的高反射膜贴于灯罩的透光板上,降低蓝光的透射率,从而起到削弱蓝光(435-480nm)成分的目的,本发明可以将白光LED光谱中的蓝光(435-480nm)成分削弱40%-60%,降低了蓝光危害。本发明高度反射红光的高反射膜的透过率与光线波长的关系曲线如图2所示。该高反射膜在波长为640nm处有最大反射率为40% -60%,反射率以波长为轴以640nm为中心向两边衰减,在570nm和740nm处分别衰减至20%。本发明即是将该反射红光的高反射膜贴于聚光外壳的内侧面上,从而提高了灯罩内部对红光的反射率,补充LED光谱中的红光部分。同时,由于高度反射红光的高反射膜对蓝光的反射极弱,将从灯罩的透光板处的高反射膜反射回灯罩内的蓝光削弱,从而进一步减弱蓝光光谱。本发明光源色温为2700-13000K,优选为2800-3500K,显色指数为85-97,本光源在室内照明的光强度优选在200-300Lux之间。总之,本发明通过紫光LED芯片激发覆盖在本发明紫光LED芯片上的荧光粉,并且利用高反射膜提高光谱中的红光部分、减弱蓝光部分的方法,取得显色指数更高、危害更小的照明光源。本发明所述的照明装置为实现上述新型LED光源的照明装置。该装置形状为面板形和梨形,并且本发明不局限于这些装置的形状。所述的照明装置形状为面板形时,发光模块由紫光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光的白光LED组成,芯片通过螺丝固定在正方形的底板上。反射蓝光的高反射膜胶接在正方形的玻璃或塑料灯罩的内侧面上,反射红光的高反射膜胶结在正方形底座的内表面上,玻璃或塑料灯罩嵌于金属圆框的凹槽中,金属圆框通过内外螺纹旋合在灯具的铝制外壳上。电源线通过铝制外壳壁上的小孔与底板背侧面的变压器相连。
所述的照明装置形状为梨形(如图2所示)时,发光模块由紫光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光的白光LED组成,芯片通过螺丝固定在固定环上,芯片发出的光可通过金属聚光外壳得以集中。反射蓝光的高反射膜胶接在玻璃或塑料灯罩的内侧面上,反射红光的高反射膜胶结在金属聚光外壳的内侧面上,玻璃或塑料灯罩嵌于金属环凹槽中,金属环通过内外螺纹旋合在金属聚光外壳上。散热模块由金属外壳以及散热鳍片组成,散热鳍片固定在金属外壳上。塑料外壳以内外螺纹形式旋合在散热鳍片上。电源线通过塑料外壳与金属外壳壁上的小孔与变压器相连。总之,本发明与现有技术相比,具有如下技术优势第一,在普通白光LED中,高能蓝光对人眼的损害较大,另外人体的非视觉感光系统对蓝光最敏感,长期处于受高能蓝光照射的环境会扰乱人体的生理节律,这不利于LED照明的推广使用,而本发明通过采用高度反射蓝光的高反射膜对435-480nm光谱进行定量衰减(见图I),新型白光LED的蓝光峰值为普通白光LED的50%~60%,大大降低了蓝光对人眼的损伤,而且本发明新型白光LED在降低蓝光峰值的同时,荧光粉的有效激发效率并·没有降低,提高了显色性与光效。第二,本发明通过高反射膜的反射作用,使LED光谱中的红光部分得到加强,使该光源的显色指数更高,提高了其应用价值。第三,本发明采用紫光激发三种荧光粉的方法产生白光,相对于蓝光激发的白光LED,显色指数更高。第四,本发明新型白光LED既继承了普通白光LED光源能效高、寿命长、体积小、可靠性高,不会造成汞污染等优点,同时还改正了其部分缺点;本发明新型白光LED,在可见光的光谱范围内与最优的太阳光光谱接近,为连续光谱,显色指数高,色彩全面,可以很好地还原物体的色彩。


图I为本发明使用的高度反射蓝光的高反射膜的透过率与光线波长的关系曲线图。图2为本发明使用的高度反射红光的高反射膜的透过率与光线波长的关系曲线图。图3为本发明一个实施例的一种基于紫光LED芯片的LED照明装置结构示意。301为电源线;302为塑料外壳;303为散热鳍片;304为金属外壳;305为金属聚光外壳;306为金属环凹槽;307为金属环;308为金属环;309为金属聚光外壳;310为固定环;311为螺丝;312为LED芯片。图4为本发明一个实施例的一种基于紫光LED芯片的LED照明装置的剖视结构示意图。401为电源线;402为塑料外壳;403为散热鳍片;404为变压器;405为LED芯片;406为金属聚光外壳;407为高度反射蓝光的高反射膜;408为驱动电路;409为固定环;410为玻璃(或塑料)灯罩的透光板;411为高度反射红光的高反射膜。图5为本发明改善后白光LED与改善前白光LED的光谱曲线对照图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步描述本发明,但本发明不仅仅限于以下实施例。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进或调整本发明的步骤方法即可实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动,对于本领域技术人员来说,是显而易见的,它们都被视为包括在本发明范围内。图I、图2分别为本发明使用的高度反射蓝光的高反射膜和高度反射红光的高反射膜的透过率与光线波长的关系曲线图。图3为本发明一个实施例的一种基于紫光LED芯片的LED照明装置结构示意图。图4为本发明一个实施例的一种基于紫光LED芯片的LED照明装置的剖视结构示意图。本实施例的一种基于紫光LED芯片的LED照明装置形状为梨形(如图3所示)。发光模块由紫光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光的白光LED组成,芯片312通过螺丝311固定在固定环310上,芯片312发出的光可通过金属聚光外壳305得以集中。高反射膜胶接在玻璃(或塑料)灯罩上,玻璃灯罩嵌于金属环凹槽306中,金属环308通过内外螺纹·旋合在金属聚光外壳309上。散热模块由金属外壳304以及散热鳍片303组成,散热鳍片303固定在金属外壳304上。塑料外壳302以内外螺纹形式旋合在散热鳍片303上。电源线301通过塑料外壳与金属外壳304壁上的小孔与变压器相连。
权利要求
1.一种基于紫光LED芯片的白光LED,包括紫光LED芯片和覆盖在紫光LED芯片上的突光粉,它由紫光LED激发突光粉形成,并且在灯罩的透光板内侧面和聚光外壳内侧面分别贴上高度反射蓝光的高反射膜和高度反射红光的高反射膜,其特征在于,所述的荧光粉为三基色荧光粉,它包含在紫光LED芯片激发下产生绿光的绿色荧光粉,其发射波长为495-535nm ;在紫光LED芯片激发下产生黄光的黄色荧光粉,其发射波长为540_570nm ;在紫光LED芯片激发下产生红光的红色荧光粉,其发射波长为630-650nm。
2.如权利要求I所述的一种基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的突光粉由重量比为(0.5-2) (0.7-2. 3) (2-5)的红蓝绿三种荧光粉组成。
3.如权利要求2所述的一种基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的突光粉由重量比为0.8 I 3的红蓝绿三种荧光粉组成。
4.如权利要求I所述的一种基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的高反射膜为高折射率的含有氧化钛和氧化硅两种材料的金属膜,半径为10-40mm,厚度为0.5-1. Imnin
5.如权利要求I所述的一种基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的高度反射蓝光的高反射膜在波长为460nm处有最大反射率为40% -60%,反射率以波长为轴以460nm为中心向两边衰减,在400nm和520nm处分别衰减至20%;所述的高度反射红光的高反射膜的波长为640nm处有最大反射率为40% -60%,反射率以波长为轴以640nm为中心向两边衰减,在570nm和740nm处分别衰减至20%。
6.一种实现如权利要求1-5任一所述的基于紫光LED芯片的白光LED的照明装置,该装置形状为面板形或梨形,其特征在于,所述的照明装置形状为面板形时,发光模块由紫光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光的白光LED组成,芯片通过螺丝固定在正方形的底板上;反射蓝光的高反射膜胶接在正方形的玻璃或塑料灯罩的内侧面上,反射红光的高反射膜胶结在正方形底座的内表面上,玻璃或塑料灯罩嵌于金属圆框的凹槽中,金属圆框通过内外螺纹旋合在灯具的铝制外壳上;电源线通过铝制外壳壁上的小孔与底板背侧面的变压器相连; 所述的照明装置形状为梨形时,发光模块由紫光LED芯片激发三基色荧光粉形成白光的白光LED组成,芯片通过螺丝固定在固定环上,芯片发出的光可通过金属聚光外壳得以集中;反射蓝光的高反射膜胶接在玻璃或塑料灯罩的内侧面上,反射红光的高反射膜胶结在金属聚光外壳的内侧面上,玻璃或塑料灯罩嵌于金属环凹槽中,金属环通过内外螺纹旋合在金属聚光外壳上;散热模块由金属外壳以及散热鳍片组成,散热鳍片固定在金属外壳上;塑料外壳以内外螺纹形式旋合在散热鳍片上;电源线通过塑料外壳与金属外壳壁上的小孔与变压器相连。
全文摘要
为了提高基于紫光LED芯片的白光LED的显色性,降低蓝光部分的损害性,提高紫光LED转换白光的效率。本发明通过改善白光LED和照明装置,减弱了蓝光部分及其对人体眼睛的伤害,提高了光源光谱中的红光部分,增加了白光LED的显色性,从而达到了改良白光LED光源的目的。
文档编号H01L33/60GK102790163SQ20121001492
公开日2012年11月21日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者顾怀宇 申请人:中山大学
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