专利名称：白光led灯及其生成高显色白光的方法
技术领域：
本发明涉及白光LED领域，特别涉及一种高显色性高光效色温可调的白光LED灯及其生成高显色白光的方法。
背景技术：
白光LED的制作目前最常用的是利用蓝光芯片作为激发光源，激发YAG荧光粉得到黄光，黄光与蓝光芯片剩余蓝光混合成白光LED。这种白光LED在高色温情况下，光效和显色性较高，但是在低色温下，显色性太差，颜色大大偏离普通照明应用。为解决这一问题， 通常是将红色荧光粉加入黄色荧光粉中，显色性可以提高，但是由于目前红色荧光粉具有较低的转换效率，其光通大大降低，很难得到实际应用。为解决这一问题，目前通常用红光芯片替代红色荧光粉，来借以提高显色性，但是，由于红光芯片本身光效比较低，导致白光 LED的光效也比较低，因此需要进一步改进。由于白光LED的荧光粉通常是通过与灌封胶混合后，涂覆在芯片上的，而芯片的涂覆面积很小，难以对荧光粉的涂覆厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，显色性差；且随着温度上升荧光粉量子效率降低，出光减少，辐射波长也会发生变化，从而引起白光LED色温、色差的变化，较高的温度还会加速荧光粉的老化。因此这种直接在芯片表面涂覆荧光粉的白光LED，存在光散射和出光效率低等问题。中国专利CN201262377Y 公开了在芯片上方加一底面均勻涂覆黄色荧光粉的高透射率的透明薄板的方法，其可以提高荧光粉的量子效率，但是，较高的温度可能会产生部分荧光粉脱落的问题。中国专利 CN101988636A公开了设置在蓝光芯片或紫外光LED出光路径上的荧光粉透镜，其中荧光粉透镜是把YAG荧光粉注塑在透镜中，这种方法可以降低荧光粉老化问题，但是显色性较差， 需要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种白光LED灯及其生成高色温白光的方法，克服现有技术中存在的上述问题。本发明一种高显色性高光效色温可调的白光LED，包括高导热基板和设在高导热基板上的LED芯片组，所述LED芯片组包括至少两个蓝光芯片和至少一个红光芯片，蓝光芯片和红光芯片均与一可调节电流输出大小的控制电路相连；还包括设在所述LED芯片组上方的荧光透镜，荧光透镜内均勻分布有黄色荧光粉和绿色荧光粉。本发明所述高导热基板上设有一个凹槽，凹槽底部具有水平安装面，所述LED芯片组设在安装面上。本发明所述荧光透镜设在所述凹槽顶部。本发明还包括可调节电流输出大小的控制电路，所述电连接在一起的蓝光芯片与电连接在一起的红光芯片分别与控制电路相连。本发明蓝光芯片的主峰波长为450nm 480nm ；红光芯片的主峰波长为610nm 670nm;黄色荧光粉的激发波长为560nm 590nm ；绿色荧光粉的激发波长为500nm 560nmo本发明蓝光芯片的主峰波长为455nm 470nm，红光芯片的主峰波长为620nm 640nm，黄色荧光粉的激发波长570nm 590nm，绿色荧光粉的激发波长为510nm 530nm。本发明所述荧光透镜由内部均勻分布黄色荧光粉和绿色荧光粉混合物的PC或亚克力高透光性透明材料制成。本发明一种LED灯生成高显色白光的方法，同时将蓝光芯片和红光芯片与一控制电路相连，在蓝光芯片和红光芯片的出光路径上设置一片内部均勻分布黄色荧光粉和绿色荧光粉的荧光透镜，红光芯片在控制电路控制下发出红光，蓝光芯片在控制电路控制下发出蓝光，蓝光激发黄色荧光粉和绿色荧光粉分别发出黄光和绿光，红光、黄光、绿光和剩余蓝光相混合形成白光。本发明通过控制电路分别调整蓝光芯片和红光芯片的驱动电流，改变蓝光、红光、 黄光和绿光的光通比例，从而改变色温。通过以上技术方案，本发明的白光LED灯及其生成高显色白光的方法，通过在芯片组外部直接添加一个内部均勻分布荧光粉的高透射率的荧光板，使荧光粉的涂覆与芯片分离，从而有效克服了传统白光LED芯片荧光粉涂覆不均勻及先将荧光粉涂覆在芯片表面再安装透镜的问题，且通过采用至少两个蓝光芯片、至少一个红光芯片，结合黄色荧光粉以及绿色荧光粉，组成四个连续的峰值波长，其中加红光芯片可以提高显色性，而加入绿色荧光粉使波长向最大光谱辐射波长靠近，可以提高光效，从而提高了 LED白光的光效和显色性。
图1是本发明白光LED灯的一个实施例的剖面结构示意图。图2是本发明白光LED灯的另一个实施例的剖面结构示意图。图3是图2的俯视图。图4为本发明在色温为2700K时的光谱分布曲线图。图5为本发明在色温为3000K时的光谱分布曲线图。图6为本发明在色温为3500K时的光谱分布曲线图。图7为本发明在色温为4000K时的光谱分布曲线图。
具体实施例方式如图1所示，本发明白光LED灯的第一实施例，其包括高导热基板1和设在高导热基板1上的LED芯片组，LED芯片组包括至少两个蓝光芯片2和至少一个红光芯片3，所有蓝光芯片2和所有红光芯片3均与一可调节电流输出大小的控制电路相连；还包括设在 LED芯片组上方的荧光透镜4，荧光透镜内均勻分布有黄色荧光粉和绿色荧光粉。本发明采用至少两个蓝光芯片、至少一个红光芯片，结合黄色荧光粉以及绿色荧光粉，组成四个连续的峰值波长，其中加红光芯片可以提高显色性，而加入绿色荧光粉使波长向最大光谱辐射波长靠近，可以提高光效，从而提高了 LED白光的光效和显色性。如图2所示，本发明白光LED灯的第二实施例，其包括高导热基板1，在高导热基板1上设有一个凹槽5，凹槽底部具有水平安装面，将LED芯片组设在安装面上，荧光透镜4设在凹槽5的顶部。LED芯片组包括至少两个蓝光芯片2、至少一个红光芯片3，所有蓝光芯片可串联或并联在一起，所有红光芯片可串联或并联接成一路(见图3)。蓝光芯片2有序排列固定在红光芯片3周围，蓝光芯片可通过外电路节点串联或并联连接到控制电路上，红光芯片通过外电路连接到控制电路上，通过外电路施加正向电压到蓝光芯片和红光芯片时，蓝光芯片和红光芯片点亮发光。蓝光芯片和红光芯片通电点亮后，红光芯片发出红光，蓝光芯片发出蓝光，蓝光激发黄色荧光粉和绿色荧光粉发出黄光和绿光，红光、、绿光、黄光以及剩余蓝光透过荧光透镜4中混合，发出四连续光谱的高显色白光。采用主峰波长为455nm的蓝光芯片，主峰波长为630nm的红光芯片，激发波长为 580nm的黄色荧光粉，激发波长为525nm的绿色荧光粉制作白光LED，其中蓝光芯片和红光芯片的个数可以依需要(功率大小)选择0.5W、1W或IW以上。如图4所示，在蓝光、红光、 黄光和绿光的光通百分比分别为0. 98%,48. 19%,29. 44%和21. 39%时，混合成的白光在色温为2700K的光谱分布曲线。图5、图6、图7分别是白光LED在色温3000K、3500K、4000K 时的光谱功率分布图。优选的，蓝光芯片的主峰波长为455nm 470nm，红光芯片的主峰波长为620nm 640nm，黄色荧光粉的激发波长570nm 590nm，绿色荧光粉的激发波长为 5IOnm 530nmo通过实验，无需更换荧光透镜本身的机构，只需通过给蓝光芯片和红光芯片分别通入电流，调节不同的蓝光、红光、黄光和绿光的光通比，即可得到色温在2700 7000K范围内可调的白光LED。本发明的荧光透镜为将黄色荧光粉和绿色荧光粉与高透射性材料按照一定比例制成，该高透射性材料为PC或亚克力等，由于采用置于LED芯片组上方或者置于高导热基板凹槽顶部的内部均勻分布荧光粉的荧光透镜，使荧光粉的涂覆和芯片分离，利于对荧光粉厚度的调节，有效提高芯片的出光效率。本发明采用了两个蓝光芯片和一个高亮度红光芯片，黄色荧光粉和绿色荧光粉， 蓝光激发绿色荧光粉产生绿光，使光谱主要集中在555nm黄绿光附近，可以提高白光LED的光效。本发明一种LED灯生成高显色白光的方法，同时将蓝光芯片和红光芯片与一可调节电流输出大小的控制电路相连，在蓝光芯片和红光芯片的出光路径上设置一片内部均勻分布黄色荧光粉和绿色荧光粉的荧光透镜，红光芯片在控制电路控制下发出红光，蓝光芯片在控制电路控制下发出蓝光，蓝光激发黄色荧光粉和绿色荧光粉分别发出黄光和绿光， 红光、黄光、绿光和剩余蓝光相混合发出白光。具体实现时，将蓝光芯片固定在红光芯片周围。蓝光芯片发出光的波长为430 480nm ；红光芯片发出光的波长为600 670nm ；黄色荧光粉的激发波长为560 590nm ；绿色荧光粉的激发波长为500 550nm。具体实现时，荧光透镜可采用PC等具有高透射率的透明材质，将黄色荧光粉和绿色荧光粉充分混合在透明材质内。蓝光芯片和红光芯片通电点亮后，红光芯片发出红光，蓝光芯片发出蓝光，蓝光激发黄色荧光粉和绿色荧光粉，分别产生黄光和绿光，红光、蓝光、黄光和绿光混合成高显色白光。通过控制电路分别调节蓝光和红光的驱动电流，来调节发出的蓝光和红光的强度，改变蓝光、红光、黄光和绿光的光通比例，从而改变色温，使色温从2700 7000K范围内调节。
综上所述，本发明以蓝光芯片及红光芯片作为光源，以黄色和绿色荧光粉为被激发光源，均勻分布于一个高透射率的薄片内部，罩于LED芯片组上方，利用蓝光激发黄色和绿色荧光粉发出黄光和绿光，并与红光和蓝光芯片剩余蓝光相混合形成白光。通过分别调整蓝光芯片和红光芯片的驱动电流，改变蓝光、红光、黄光和绿光的光通比例，从而改变色温，使本发明成为高显色高光效色温可调的白光LED。
权利要求
1.一种白光LED灯，包括高导热基板(1)和设在高导热基板上的LED芯片组，其特征在于，所述LED芯片组包括至少两个蓝光芯片(2)和至少一个红光芯片(3)，蓝光芯片(2)和红光芯片C3)均与一可调节电流输出大小的控制电路相连；还包括设在所述LED芯片组上方的荧光透镜，荧光透镜内均勻分布有黄色荧光粉和绿色荧光粉。
2.根据权利要求1所述的白光LED灯，其特征在于，所述高导热基板(1)上设有一个凹槽(5)，凹槽底部具有水平安装面，所述LED芯片组设在安装面上。
3.根据权利要求2所述的白光LED灯，其特征在于，所述荧光透镜(4)设在所述凹槽顶部。
4.根据权利要求1所述的白光LED灯，其特征在于，蓝光芯片的主峰波长为450nm 480nm ；红光芯片的主峰波长为610nm 670nm ；黄色荧光粉的激发波长为560nm 590nm ； 绿色荧光粉的激发波长为500nm 560nm。
5.根据权利要求1所述的白光LED灯，其特征在于，蓝光芯片的主峰波长为455nm 470nm,红光芯片的主峰波长为620nm 640nm，黄色荧光粉的激发波长570nm 590nm，绿色荧光粉的激发波长为510nm 530nm。
6.根据权利要求1所述的白光LED灯，其特征在于，所述荧光透镜由内部均勻分布黄色荧光粉和绿色荧光粉混合物的PC或亚克力高透光性透明材料制成。
7.—种LED灯生成高显色白光的方法，其特征在于，同时将蓝光芯片和红光芯片与一控制电路相连，在蓝光芯片和红光芯片的出光路径上设置一片内部均勻分布黄色荧光粉和绿色荧光粉的荧光透镜，红光芯片在控制电路控制下发出红光，蓝光芯片在控制电路控制下发出蓝光，蓝光激发黄色荧光粉和绿色荧光粉分别发出黄光和绿光，所述红光、黄光、绿光和剩余蓝光相混合形成白光。
8.根据权利要求7所述的LED灯生成高显色白光的方法，其特征在于，通过控制电路分别调整蓝光芯片和红光芯片的驱动电流，改变蓝光、红光、黄光和绿光的光通比例，从而改变色温。
全文摘要
本发明一种白光LED灯及其生成高显色白光的方法，白光LED包括高导热基板和设在高导热基板上的LED芯片组，LED芯片组包括至少两个蓝光芯片和至少一个红光芯片，蓝光芯片和红光芯片均与一可调节电流输出大小的控制电路相连；还包括设在所述LED芯片组上方的荧光透镜，荧光透镜内均匀分布有黄色荧光粉和绿色荧光粉。本发明的白光LED灯采用至少两个蓝光芯片、至少一个红光芯片，结合黄色荧光粉以及绿色荧光粉，组成四个连续的峰值波长，生成一种高显色性高光效色温可调的白光LED。
文档编号F21Y101/02GK102278641SQ201110244869
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者严华锋, 吴军, 周文素, 邸元国, 郑利红 申请人:上海亚明灯泡厂有限公司