专利名称：交流led白光发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流LED白光发光装置，属于白光LED制造技术领域。更具体的 说，涉及一种使用特定寿命的发光材料制备的交流LED白光发光装置。
背景技术：
目前，LED用于照明、显示和背光源等领域，并以其节能、耐用、无污染等优点而引 起广泛的重视。实现白光LED有多种方案，其中采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉组合来实 现白光发射，是当前制备白光LED最为成熟的技术方案。1967年《Appl. Phys. Lett.》第11 卷第53页报道了发光材料Y3Al5O12 = Ce3+,该材料具有黄色发光，最强发光波长在550纳米， 寿命小于100纳秒。1997年《Appl. Phys. A))第64期417页报道了利用Y3Al5O12 = Ce3+的黄 色发光和蓝光氮化镓实现了 LED白光发射，此技术是当前制备白光LED最为成熟的技术方 案。但在实际应用中，随着工作中器件温度的升高，蓝光LED芯片和荧光粉的发光强度都会 下降，而且荧光粉的发光强度下降更为显著，这就影响了 LED的使用。传统LED都用直流电做为驱动能源，然而目前不论是家庭、工商业或公共用电， 大多以交流电的方式提供，因此在使用LED作为照明等用途时必须附带整流变压器将交 流-直流转换。但在交流-直流转换的过程中，有高达15 30%的电力耗损，同时转换设 备装置不仅使用寿命较短，成本也很可观，在安装上也费工费时，效率不高。美国专利US 7，489，086 B2 "AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVE METHODS ANDAPPARATUS ”提供了一种交流LED器件，该发明主要是使集成封装的LED 器件在高于100赫兹的频率下工作，利用人肉眼的视觉暂留效应来弥补交流工作下 LED器件发光的频闪。中国专利200910307357. 3发明了一种具有黄色长余辉现象的 Y2O3 · Al2O3 · Si02:Ce -B-Na-P发光材料及使用它的白光LED照明装置。CN100464111C公布了一种利用不同发光颜色的LED芯片并联在交流电源中的交 流LED灯，主要描述不同颜色的LED芯片在一起构成白光，及其具体电路，如红、绿和蓝色发 光芯片。国际专利 WO 2004/023568A1 "LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS”中，提出了在蓝宝石基片上安装多个小的LED芯片阵列，从而提供一种可利用交 流电源驱动的发光装置。韩国首尔半导体和台湾工研院基于类似思路，将大量超细LED晶 粒集成封装在一个基片上，并称之为交流LED芯片。上述的交流LED技术的核心是大量微 晶粒集成封装的微电子电路加工技术，如台湾工业技术研究院的交流LED芯片在1平方毫 米的面积上集成封装了上百颗微小的发光二极管。但是此种交流LED芯片的加工难度大， 且数量巨大的微晶片集成在狭小的基板空间内会导致如散热不畅等问题。为了实现LED白光发光装置能够在交流电的方式供电的情况下，克服频闪问题， 同时解决散热问题，本领域技术人员一直在不懈地努力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的LED白光发光装置，以解决在交流
3供电的方式下的频闪问题，同时解决现有LED白光发光器件散热不畅等一系列问题。本发明的技术方案LED白光发光单元，包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下 发光的发光材料，其特征在于所述LED芯片只包含一个发光PN结，所述发光材料的发光寿 命是I-IOOms(优选10-30ms)，通过发光材的余辉料弥补非恒流情况下，芯片断电时的发光 亮度，LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混合色为白色。根据发光学定义，发光材料的发光寿命为材料发光强度降到激发时最大强度的1/ e所需的时间。其中所述LED白光发光单元采用频率不大于100赫兹的交流电驱动，尤其是50-60 赫兹的交流电驱动。本发明LED发光单元不使用现有的多颗微晶粒集成的交流LED芯片，而使用普通 的单一 PN结的LED芯片可决交流电源引起的频闪问题，生产简单、成本低。其中，LED芯片发出的光是紫外或可见光。紫外光的范围为200nm-380nm，可见光 的范围为380nm-780nm。本发明中，发光材料在LED芯片的激发下发光，且发出的光的整体视觉效果为白 光，或发光材料发出的光和芯片发出的光的整体视觉效果为白光。发光材料是下述材料中的至少一种CaS: Eu2+ ；CaS: Bi2+, Tm3+ ；ZnS: Tb3+ ； CaSrS2: Eu2+, Dy3+ ；SrGa2S4: Dy3+ ；Ga2O3: Eu3+ ； (Y, Gd) BO3: Eu3+ ；Zn2SiO4 Mn2+ ；YBO3 = Tb3+ ； Y (V, P) O4: Eu3+ ；SrAl2O4:Eu2+ ；SrAl2O4: Eu2+, B3+ ；SrAl2O4Eu2+，Dy3+，B3+ ；Sr4Al 14025Eu2+ ； Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+，B3+ ；BaAI2O4:Eu2+ ；CaAI2O4:Eu2+ ；Sr3SiO5:Eu2+, Dy3+ ；BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+ ； Tb (acac)2 (AA)phen ； Y2O2S: Eu3+ ;Y2Si05:Tb3+ ；SrGa2S4: Ce3+ ；Y3 (Al, Ga)5012:Tb3+ ； Ca2Zn4Ti15O36IPr3+ ；CaTiO3: Pr3+ ；Zn2P2O7: Tm3+ ；Ca2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Sr2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Lu2O3 = Tb3+ ； Sr2Al6O11IEu2+ ；Mg2SnO4:Mn2+ ；CaAl2O4: Ce3+，Tb3+ ；Sr4Al14O25: Tb3+ ；Ca10 (PO4) 6 (F, Cl) 2: Sb3+, Mn2 ；Sr2MgSi2O7: Eu2+ ；Sr2CaSi2O7 Eu2+ ；Zn3 (P04) 2 Mn2+，Ga3+ ；CaO: Eu3+ ；Y2O2S: Mg2+, Ti3+ ； Y2O2S Sm3+ ；SrMg2 (PO4)2: Eu2+, GcT ；BaMg2 (PO4)2: Eu2+, GcT ；Zn2SiO4: Mn2+，As5+ ；CdSiO3: Dy3+ ； MgSiO3:Eu2+，Mn2+。优选材料为Cei2P207:Eu2+，Y3+;Sr2P207:Eu2+，Y3+;Sr4Al14025:Eu2+，Dy3+，B3+； SrAl2O4: Eu2+, Dy3+，B3+ ；Zn2SiO4 Mn2+，As5+ ；Zn2P2O7 Tm3+ ；Y2O2S = Eu3+ ；Sr4Al14O25: Tb3+ ； Zn3 (PO4)2:Mn2+，Ga3+ ；CaS: Eu2+ 中的至少一种。本发明LED白光发光单元中，每个LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片。本发明LED白光发光装置包含上述白光发光单元和驱动电路。所述交流电驱动的 驱动电路是单向串联电路，反向并联电路和桥式整流电路，如
图1-4所示。或上述电路中任 意电路的组合。所述交流电流驱动电路频率不大于100赫兹。另外，本发明LED白光发光装置还包含导光覆盖层，为非平面型导光结构。通过导 光覆盖层将LED芯片的发光和发光材料的发光进行反射、折射、散射并勻光最终混合导出 均勻一致的光。其中，所述导光覆盖层为透镜或其它透明覆盖层，其中可以掺有粒径小于5 微米的非发光材料颗粒，从而使得芯片输出的更加光均勻散射。本发明的有益效果现有LED白光发光装置以YAG:Ce作为发光材料，在100赫兹之下的工频交流电 周期变化会导致发光频闪现象。本发明由于采用具有特定发光寿命的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，这样，在基于本发明方案的交流LED白光发光装置中，当电流周期变 化时，发光材料的发光在周期内会维持一定的时间，从而弥补了由于交流电波动导致的LED 芯片的发光频闪的影响，使白光发光装置在交流周期的光输出保持稳定。另外，由于在交流 周期内LED芯片有半个周期不工作，使得其热效应下降，这样有助于克服现有LED白光发光 装置中芯片发热带来的系列难题。说明书附1本发明交流LED白光发光装置单向串联电路示意图。图2本发明交流LED白光发光装置反向并联电路示意图。图3本发明交流LED白光发光装置有常导通LED芯片的桥式整流电路示意图。图4本发明交流LED白光发光装置无常导通LED芯片的桥式整流电路示意图。图5为LED白光发光单元组成示意图，1为发光材料，或由发光材料和透明介质组 成的发光层；2为LED芯片。图6为实施例1-8在CIE 1931色度图中的色点。数字1_8分别对应于实施例1_8。以下通过实施例形式的具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细说 明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容 所实现的技术均属于本发明的范围。特别是在基本电路组成上，本发明的实施例仅给出了 最简单的反向并联式电路，但本发明的交流LED白光发光装置的电路并不局限于此，还包 括如单向串联电路和桥式整流电路。
具体实施例方式实施例1-8采用表1的发光材料和市售的普通LED芯片，采用通用封装技术得到 的LED白光发光装置，无需采用专用于交流LED的集成芯片，即可解决频闪问题。实施例1-8表 权利要求
1.LED白光发光单元，包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料，其特 征在于所述LED芯片只包含一个发光PN结，所述发光材料的发光寿命是1-lOOms，通过发 光材料的余辉弥补非恒流情况下的发光亮度，LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混 合色为白色。
2.如权利要求1所述的LED白光发光单元，其特征在于所述LED芯片采用频率不大 于100赫兹的交流电驱动，优选50-60赫兹的交流电驱动。
3.如权利要求2所述的LED白光发光单元，其特征在于所述的发光材料的发光寿命 是 10 30ms。
4.如权利要求2或3所述的LED白光发光单元，其特征在于所述发光材料 是:CaS Eu2+ ；CaS Bi2+, Tm3+ ；ZnS Tb3+ ；CaSrS2 Eu2+，Dy3+ ； SrGa2S4 Dy3+ ；Ga2O3 Eu3+ ； (Y, Gd) BO3: Eu3+ ；Zn2SiO4IMn2+ ； YBO3: Tb3+ ；Y(V, P) O4: Eu3+ ；SrAl2O4: Eu2+ ；SrAl204:Eu2+, B3+ ；SrAl204:Eu2+, Dy3+，B3+ ； Sr4Al14O25 Eu2+ ；Sr4Al14O25: Eu2+, Dy3+，B3+ ；BaAl2O4 Eu2+ ； CaAl2O4IEu2+ ；Sr3SiO5 = Eu2+, Dy3+ ；BaMgAl10O17: Eu2+，Mn2+ ；Tb (acac) 2 (AA) phen ；Y2O2S = Eu3+ ； Y2SiO5ITb3+ ；SrGa2S4:Ce3+ ；Y3(Al, Ga)5012Tb3+ ；Ca2Zn4Ti15O36:Pr3+ ；CaTiO3:Pr3+ ；Zn2P2O7:Tm3+ ； Ca2P207:Eu2+, Y3+ ；Sr2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Lu2O3 = Tb3+ ；Sr2Al6O11 Eu2+ ；Mg2SnO4 Mn2+ ；CaAl2O4: Ce3+， Tb3+ ； Sr4Al14O25: Tb3+ ；Ca10 (PO4) 6 (F, Cl)2:Sb3+，Mn2 ；Sr2MgSi2O7: Eu2+ ；Sr2CaSi2O7: Eu2+ ； Zn3(P04)2:Mn2+，Ga3+ ；CaOiEu3+ ；Y2O2SiMg2+, Ti3+ ； Y2O2S: Sm3+ ；SrMg2 (PO4)2: Eu2+, Gd3+; BaMg2 (PO4) 2: Eu2+, GcT ；Zn2SiO4:Mn2+，As5+ ；CdSiO3: Dy3+ ；MgSiO3: Eu2+，Mn2+ 中的一种或多种混合。
5.如权利要求4所述的LED白光发光单元，其特征在于所述发光材料是 Ca2P207:Eu2+, Y3+ ；Sr2P2O7:Eu2+, Y3+ ；Sr4Al14025:Eu2+, Dy3+，B3+ ；SrAl204:Eu2+, Dy3+，B3+; Zn2SiO4: Mn2+，As5+ ；Zn2P2O7: Tm3+ ；Y2O2S: Eu3+ ；Sr4Al14O25: Tb3+ ；Zn3 (PO4) 2 Mn2+，Ga3+ ；CaS: Eu2+ 中 的一种或多种混合。
6.如权利要求2所述的LED白光发光单元，其特征在于LED芯片发出的光是紫外或可 见光，紫外光的范围为200nm-380nm，可见光的范围为380nm_780nm。
7.交流LED白光发光装置，其特征在于包括交流驱动电路和至少一个LED白光发光 单元；所述LED白光发光单元是权利要求1 6任一项所述的LED白光发光单元；其中，所述的驱动电路是单向串联电路、反向并联电路、桥式整流电路，或它们的任意 组合。
8.如权利要求7所述的交流LED白光发光装置，其特征在于LED发光装置还包括导光覆盖层。
9.根据权利要求8所述的交流LED白光发光装置，其特征在于所述导光覆盖层中掺 有粒径小于5微米的非发光材料颗粒。
10.包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料的发光单元在制备交流 LED发光装置中的用途，其中所述发光材料的发光寿命是1 100ms，通过发光材料弥补非 恒流情况下的发光亮度，所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片，LED芯片发出 的光与发光材料发出的光的混合色为白色。
全文摘要
本发明涉及一种交流LED白光发光装置，属于白光LED制造技术领域。本发明所要解决的技术问题在于低成本地解决LED在交流驱动下的频闪问题，同时解决多个LED集成封装导致的散热不畅等一系列问题。本发明的技术方案LED白光发光单元，包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料，其特征在于所述发光材料的发光寿命是1-100ms(优选10-30ms)，所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片，LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混合色为白色；其中所述LED白光发光单元采用频率不大于100赫兹的交流电驱动。本发明LED发光装置不使用现有的多LED集成封装的交流LED芯片，而使用普通单PN节LED芯片即可决交流电源引起的频闪问题，生产简单、成本低。
文档编号F21V23/00GK102074644SQ20101053798
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者张明, 张洪杰, 张立, 李东明, 李成宇, 赵昆 申请人:中国科学院长春应用化学研究所, 四川新力光源有限公司