基于最小二乘法的三色荧光粉LED配比和点胶量推荐方法与流程

本发明属于荧光粉led配比技术领域，具体涉及一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法。

背景技术：

近年来，我国的led产业具有明显的产业发展优势，尤其在绿色环保的发展和消费需求的推动下，led应用产品领域在显示、照明、光通信等领域市场潜力巨大。白光led封装过程应用的关键材料——荧光粉的主体化学组成、激活剂和助溶剂的种类、浓度、晶体的容貌、晶体结构、颗粒大小、热稳定性等，都直接影响流明效率，进而影响led的发光性能。

目前，实现照明用白光led主要采用“蓝光技术”与荧光粉配合形成，具体方法主要有三色：蓝光led+黄色荧光粉；rgb三色led，即直接将三颗晶片的光混合成白光；紫外led+多色荧光粉。其中，蓝光led+黄色荧光粉是目前的主流方法，即将具有一定波段的黄色荧光粉与环氧或硅胶混合后，灌封在蓝光led芯片四周，芯片蓝光与荧光粉受激发生成的黄色光混合形成白光。

由于黄色荧光粉的成本较高，且使用单一的黄色荧光粉显色指数较低，所以一般很少用单一黄色荧光粉制作白光led，而是通过红色荧光粉、绿色荧光粉、黄色荧光粉调配等波长黄色。但三色荧光粉对led显色指数、色温的影响不同，合理的荧光粉配比以及荧光粉与胶水的配比(简称胶粉比)，对白光led发光性能至关重要。同时每杯胶的点胶量也会影响白光发光效率。而目前荧光粉配比和点胶量的设定主要依赖于工程师的人工经验，耗时耗力，效率低，人工成本较大，且容易出错。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法，包括：

s1、选取三色荧光粉色坐标；

s2、根据所述三色荧光粉色坐标，计算混合荧光粉色坐标；

s3、根据所述三色荧光粉色坐标，计算目标色坐标；

s4、根据所述目标色坐标，计算三色荧光粉单位体积转换效率；

s5、根据所述目标色坐标和所述三色荧光粉单位体积转换效率，计算三色荧光粉体积；

s6、根据所述三色荧光粉体积，计算三色荧光粉质量；

s7、根据所述三色荧光粉质量，计算质量配比；

s8、根据所述质量配比，计算点胶量。

在本发明的一个实施例中，步骤s1包括：

选取红色荧光粉色坐标、绿色荧光粉色坐标、黄色荧光粉色坐标作为所述三色荧光粉色坐标。

在本发明的一个实施例中，步骤s2包括：

建立混合色坐标模型；

根据所述混合色坐标模型和所述三色荧光粉色坐标，计算混合荧光粉色坐标。

在本发明的一个实施例中，所述混合荧光粉色坐标表达式为：

其中，(x4,y4)为混合荧光粉色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，l1、l2分别为荧光粉单位体积转换效率比值，且l1＝lg/lr，l2＝ly/lr，lr为红色荧光粉单位体积转换效率，lg为绿色荧光粉单位体积转换效率，ly为黄色荧光粉单位体积转换效率。

在本发明的一个实施例中，步骤s3包括：

建立光通量模型和目标色坐标模型；

根据所述光通量模型、所述目标色坐标模型和所述三色荧光粉色坐标，计算所述目标色坐标。

在本发明的一个实施例中，所述目标色坐标表达式为：

其中，(xt,yt)为目标色坐标，(xb,yb)为蓝色芯片色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，h为胶体厚度，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，l1、l2分别为荧光粉单位体积转换率比值，且l1＝lg/lr，l2＝ly/lr，lr为红色荧光粉单位体积转换效率，lg为绿色荧光粉单位体积转换效率，ly为黄色荧光粉单位体积转换效率。

在本发明的一个实施例中，步骤s5包括：

根据所述目标色坐标和所述三色荧光粉单位体积转换效率，利用最小二乘法，计算所述三色荧光粉体积。

在本发明的一个实施例中，步骤s7包括：

建立点胶量模型；

根据所述点胶量模型和所述三色荧光粉质量，计算所述质量配比。

在本发明的一个实施例中，所述质量配比为：

其中，mr为红色荧光粉质量，mg为绿色荧光粉质量，my为黄色荧光粉质量，maj为a胶质量，kration为抗沉淀粉比例。

在本发明的一个实施例中，所述点胶量表达式为：

其中，v为点胶量，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，maj为a胶质量，paj为a胶密度，pbj为b胶密度，pk为抗沉淀粉密度，kration为抗沉淀粉比例。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明利用基于大数据的算法和历史数据，提供了一种荧光粉质量配比和点胶量的推荐方法，当企业用户输入相关物料信息和产品信息时，即可通过本方法推荐出三种不同颜色荧光粉质量配比，持续利用数据优化迭代得到，有利于提高配比的准确率，帮助工程师缩短试样、试产周期，降低生产成本，提高生产效率和良率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法的流程示意图。

本发明实施例提供的一种基于最小二乘法的三色荧光粉led配比和点胶量推荐方法，包括：

s1、选取三色荧光粉色坐标；

s2、根据三色荧光粉色坐标，计算混合荧光粉色坐标；

s3、根据三色荧光粉色坐标，计算目标色坐标；

s4、根据目标色坐标，计算三色荧光粉单位体积转换效率；

s5、根据目标色坐标和三色荧光粉单位体积转换效率，计算三色荧光粉体积；

s6、根据三色荧光粉体积，计算三色荧光粉质量；

s7、根据三色荧光粉质量，计算质量配比；

s8、根据质量配比，计算点胶量。

在计算质量配比和点胶量之前，首先需要给出基本的建模条件。

具体地，定义实际各物料质量配比为：

mr:mg:my:maj:mbj:mk＝a:b:c:kaj:kbj:kk(1-1)

其中，mr,mg,my,maj,mbj,mk分别为红色荧光粉质量、绿色荧光粉质量、黄色荧光粉质量、a胶质量、b胶质量和抗沉淀粉质量。

对应各物料的密度为：pr,pg,py,paj,pbj,pk，则有

令：

r＝rr+rg+ry+raj+rbj+rk(1-3)

根据实际各物料质量配比、各物料密度以及式(1-2)，可计算得到三色荧光粉中各荧光粉体积分别为：

其中，vr,vg,vy为各荧光粉体积，v为总体体积，为各荧光粉体积分数。

定义lr,lg,ly分别为各荧光粉的单位体积转换效率，lr,lg,ly与材料的固有属性有关，数据量较大的时候，认为lr,lg,ly是比较稳定的一个常量，但当数据量较小时，可通过最小二乘法估计得到。

定义各荧光粉转换率分别为：

其中，betar,betag,betay分别为各荧光粉转换率，等于各荧光粉单位体积转换效率*各荧光粉体积，也可以表示为各荧光粉单位体积转换效率*总体体积*各荧光粉体积分数，lr,lg,ly分别为各荧光粉单位体积转换效率，vr,vg,vy为各荧光粉体积。

又由光通量核心模型可知：

其中，pb为蓝色芯片光通量，pr,pg,py为各荧光粉光通量，pb0为蓝光单位光通量，alphab为蓝光能量损失系数，betar,betag,betay为各荧光粉转换率，h为胶体厚度，若无历史点胶量，用腔体体积代替胶体厚度。

对pb,pg,py同除以pr可得：

再对进行泰勒级数展开，则一阶近似下可将写成：

由式1-5可将1-7和1-8写成

其中：lr,lg,ly为各荧光粉单位体积转换效率；vr,vg,vy我各荧光粉体积，h为胶体厚度。

在介绍完基本的建模条件之后，需要进行led配比选择。

这里设定三色荧光粉分别为红色荧光粉、绿色荧光粉、黄色荧光粉，对应色坐标分别为(xr,yr),，(xg,yg),(xy,yy)，为了得到白光需要将这三色荧光粉进行混合。

特别地，本发明具体实施例中，步骤s2包括：

建立混合色坐标模型；

根据混合色坐标模型和三色荧光粉色坐标，计算混合荧光粉色坐标。

特别地，本发明具体实施例中，混合荧光粉色坐标为：

其中，(x4,y4)为混合荧光粉色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，l1、l2分别为荧光粉单位体积转换效率比值，且l1＝lg/lr，l2＝ly/lr，lr为红色荧光粉单位体积转换效率，lg为绿色荧光粉单位体积转换效率，ly为黄色荧光粉单位体积转换效率。

定义(x4,y4)为这三色荧光粉混合后的色坐标，该点是蓝色芯片色坐标和目标色坐标连接延长线上的某一点，将波长差异最大的荧光粉色坐标与其余两个荧光粉色坐标相连接，并交于该延长线，取两个交点平均值为(x4,y4)。根据cie任意色坐标理论，可将(x4,y4)表示为：

其中，(x4,y4)为混合荧光粉色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，pr,pg,py为各荧光粉光通量。

对式(1-11)同时除以pr，并将式(1-5)代入，得到如下公式：

其中，(x4,y4)为混合荧光粉色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，lr为红色荧光粉单位体积转换效率，lg为绿色荧光粉单位体积转换效率，ly为黄色荧光粉单位体积转换效率。

令代入式(1-12)，可得到公式(1-10)。

特别地，在本发明具体实施例中，步骤s3包括：

建立光通量模型和目标色坐标模型；

根据光通量模型、目标色坐标模型和混合荧光粉色坐标，计算目标色坐标。

特别地，在本发明具体实施例中，目标色坐标表达式为：

其中，(xt,yt)为目标色坐标，(xb,yb)为蓝色芯片色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，h为胶体厚度，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，l1、l2分别为荧光粉单位体积转换率比值，且l1＝lg/lr，l2＝ly/lr，lr为红色荧光粉单位体积转换效率，lg为绿色荧光粉单位体积转换效率，ly为黄色荧光粉单位体积转换效率。

具体地，定义(xt,yt)为目标色坐标，根据cie任意色坐标理论，(xt,yt)可表示为：

其中，(xb,yb)为蓝色芯片色坐标，(xr,yr)为红色荧光粉色坐标，(xg,yg)为绿色荧光粉色坐标，(xy,yy)为黄色荧光粉色坐标，pb为蓝色芯片光通量，pr,pg,py分别为各荧光粉光通量。

对式(1-14)分子分母同除以pr，并将式(1-9)和代入式(1-14)得到式(1-13)。

再根据目标色坐标，利用最小二乘法，计算各荧光粉单位体积转换效率。

具体地，在得到目标色坐标以后，可根据最小二乘法计算得到各荧光粉单位体积转换效率lr。

求出的lr和求解lg、ly。

对于待生产产品，(xt,yt)已知，相应的(xb,yb),(xr,yr),(xg,yg),(xy,yy)均可以从芯片波长参数和荧光粉激发波长参数获取，对于离线烤后模型而言，胶体厚度h为腔体深度h，对于在线烤后模型，胶体厚度h需根据点胶量和支架参数计算。对于白光配比，三色荧光粉混合后的色坐标在蓝色芯片色坐标和目标色坐标连线延长线上。

特别地，本发明具体实施例中，步骤s5包括：

根据目标色坐标和三色荧光粉单位体积转换效率，利用最小二乘法，计算三色荧光粉的体积。

令v1＝vg/vr、v2＝vy/vr，v1、v2可通过式(1-10)求解，

具体地，将目标色坐标(xt,yt)、各荧光粉单位体积转换效率lr,lg,ly和胶体厚度h代入式(1-13)，利用最小二乘法可计算得到vr。

再根据v1、v2的定义以及得到的vr，可以求解vg、vy。

在完成荧光粉配比选择之后，需要进行点胶量推荐。

特别地，本发明具体实施例中，步骤s7包括：

建立点胶量模型；

根据点胶量模型和三色荧光粉的质量，计算质量配比。

特别地，本发明具体实施例中，质量配比为：

其中，mr为红色荧光粉质量，mg为绿色荧光粉质量，my为黄色荧光粉质量，maj为a胶质量，kration为抗沉淀粉比例。

点胶环节中各原料质量可表示为：mr、mg、my、maj、mbj、mk，相应密度可表示为pr、pg、py、paj、pbj、pk。根据求解得到的vr、vg、vy以及相应密度可得各荧光粉的质量mr、mg、my。

mr＝pr*vr(1-15)

mg＝pg*vg(1-16)

my＝py*vy(1-17)

根据点胶中的指定条件，由于a胶、b胶的比例固定为0.4:1.6，a胶和抗沉淀粉的比例不固定，即kration可能的取值有：0.016、0.02、0.03，如公式(1-18)和式(1-19)所示：

maj:mbj＝0.4:1.6(1-18)

maj:mk＝0.4:kration(1-19)

设a胶体积、b胶体积、抗沉淀粉体积分别为vaj、vbj、vk，点胶量为v，根据上述质量配比和求解得到的vr、vg、vy，可得到a胶的质量式为：

并根据约束条件，可求得mbj,mk。

上述质量求出后，将质量比例转化为maj＝0.4，可得质量配比为：

其中，mr为红色荧光粉质量，mg为绿色荧光粉质量，my为黄色荧光粉质量，maj为a胶质量，kration为抗沉淀粉比例。

客户根据推荐配比数据称量物料，基于实际每杯胶的配比质量，求解每杯胶的点胶量。

特别地，本发明具体实施例中，点胶量表达式为：

其中，v为点胶量，vr为红色荧光粉体积，vg为绿色荧光粉体积，vy为黄色荧光粉体积，maj为a胶质量，paj为a胶密度，pbj为b胶密度，pk为抗沉淀粉密度，kration为抗沉淀粉比例。

具体地，本实施例中，蓝色芯片的波长chip_params＝454nm，支架参数(方形，底长、底宽、口长、口宽、深度分别为2.12mm、1.3mm、2.8mm、2.16mm、0.5mm)，抗沉淀粉参数(密度＝50g/l，质量＝0.03g)，a胶密度＝1.7g/cm³，a胶质量＝0.4g，b胶密度＝1.7g/cm³，b胶质量＝1.6g。荧光粉参数主要包括激发波长、颗粒直径、密度、质量。红色、绿色、黄色荧光粉参数分别为(626nm,3um,3.8g/cm³,0.53316g)、(535nm、3um、4.8g/cm³、0.04312g)、(535nm、1nm、4.8g/cm³、0.43g)。

具体求解过程如下所示：

首先求解一个led颗粒里各荧光粉的体积；

首先，根据最小二乘法求解一个led颗粒中各荧光粉体积vr、vg、vy。在本实例中，根据最小二乘法求得各荧光粉体积vr、vg、vy分别为1.14502065e^-05cm³、2.44564961e^-06cm³、0.00013343cm³。

再根据各荧光粉体积vr、vg、vy、各荧光粉色坐标(xy,yy)、(xy,yy)、(xy,yy)和蓝色芯片色坐标(xb,yb)、红色荧光粉单位体积转换效率lr和目标色坐标(xt,yt)，以及各荧光粉单位体积转换效率的比值l1、l2结合式(1-13)求解当前应采用的胶水厚度h。本实例中l1、l2、lr分别为4.46861、0.10887、8533480.79363、最终推荐的胶水厚度h为0.0300mm。

最后根据上述求得的胶水厚度h，计算点胶量v。在本实例中，最终推荐的点胶量v为0.00119cm³。

本发明提出的方法，利用基于大数据的算法和历史数据，当企业用户输入相关物料信息和产品信息时，即可通过算法推荐荧光粉质量配比，持续利用数据优化迭代算法模型，有利于提高配比准确率，帮助工程师缩短试样、试产周期，降低生产成本，提高生产效率和良率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。