可调节低色温高显色性大功率白光led新方法

可调节低色温高显色性大功率白光led新方法
【专利摘要】本发明公开了一种可调节低色温高显色性大功率白光LED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。
【专利说明】可调节低色温高显色性大功率白光LED新方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及低色温高显色性白光LED，具体是可调节低色温高显色性大功率白光 LED方法。

【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] (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。
[0005] (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。
[0006] 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. 11m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】

[0007] 本发明的目的是提供可调节低色温高显色性大功率白光LED的方法，其可大幅度 提高荧光粉的转换效率。
[0008] 本发明的技术方案是这样的：可调节低色温高显色性大功率白光LED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635mn;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。
[0009] 上述荧光粉与硅胶均匀混合，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)。
[0010] 所述白光LED的色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85,发光效率高于 501m/W。
[0011] 采用上述方案后，本发明可调节低色温高显色性大功率白光LED的方法，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LH)发光效率髙、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。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 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。

【具体实施方式】
[0013] 本发明可调节低色温高显色性大功率白光LED的方法，其采用常规的白光LED的 封装工艺，以封装大功率1W白光LH)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Φ5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。
[0014] 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。
[0015] 其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为45〇-460nm,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5 57nm(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所不）。
[0016] 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 : 0.04。
[0017] 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。
[0018] 本发明中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的发射 光谱的峰值波长是557mn，绿色荧光粉的发射光谱的峰值波长是521mn，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。
[0019] 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x = 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。
[0020] 如表1所示为本实验可调节低色温高显色性大功率白光LED的光色电主要参数。
[0021] 根据数据表明：（1)采用本发明方法可调节低色温白光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/w;(2)所有样品的色温均落在 3000-3100K，具有高度的光色一致性。
[0022] 表 1

【权利要求】
1. 可调节低色温高显色性大功率白光LED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；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。
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。
3. 根据权利要求1所述的方法制备出的低色温高显色性大功率白光LED，其特征在于： 所述白光LED的色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85,发光效率高于501m/W。
【文档编号】H01L33/50GK104241494SQ201310235823
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月16日 优先权日:2013年6月16日
【发明者】于冬平 申请人:九江科华照明电器实业有限公司