一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱LED

一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led
技术领域
1.本发明涉及led封装技术领域，具体为一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led。
技术背景
2.随着led技术的成熟与发展，制造与太阳光谱相近的全光谱led光源成为近些年的行业热点。非蓝光激发的全光谱led光源大大增强了光谱的连续性与完整性，使得发光色域更加广泛，提高了显色指数，降低了蓝光危害，在普通led照明中提高了视觉舒适性，降低了使用者的视觉损伤。目前市场上的非蓝光激发的全光谱led光源的实现方法为：紫外led芯片激发混合荧光粉，即将不同颜色发射的荧光粉混合在一起，通过各种荧光粉的颜色搭配，实现全光谱发射。混合荧光粉会因发光性能、物化性能的差异以及各颜色间的互相吸收而导致发光效率降低，进而影响led光源的出光品质，这些影响是不可避免的。所以市场急需一种高效率紫外激发的led光源。
3.基于单组分荧光粉实现全光谱发射的方案，可以有效的避免因荧光粉之间相互吸收和存在性能差异而引发的各类问题。然而，当前在单组分荧光粉中实现全光谱发射主要是通过多离子共掺的方式，多离子形成多个发光中心，不同的发光中心之间因存在能量传递而导致荧光粉的量子效率降低。在单组分荧光粉材料中通过单掺杂离子实现高效率全光谱发射成为了优选方案。
4.目前的led光源由于结构局限性，容易出现荧光粉沉淀导致的出射光均匀性差、色调一致性不好、色温偏高以及显色性不理想等问题。并且目前大多数led光源是在led支架的凹槽内注满荧光胶，造成荧光胶浪费以及散热性差等问题。因此，市场急需一种新型封装结构，以克服led光源中存在的各种缺陷，提高其光电性能。将高反射性封装构件与荧光胶远程多次分层涂覆技术相结合的新型封装结构成为了优选方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led，以克服目前led光源中存在的出射光均匀性差、量子效率低、光谱连续性差、色温偏高以及显色性不理想等缺陷。
6.本发明可以通过以下技术方案来实现：
7.1.一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led，其特征在于，由led支架、led芯片、掺杂高折射率粒子的高透硅胶、透明罩以及荧光胶组成。
8.2.一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led，色温可调、发射波长范围为400～800nm、显色指数达95。
9.3.一种基于单组分全光谱荧光粉封装的类太阳光/全光谱led的新型封装方法，包括以下步骤：
10.(1)将led倒装芯片安装于具有高反射涂层的led支架的凹槽内；
11.(2)将高透明硅胶与高折射率粒子，按照质量比为1:0.3～1.5进行充分混合，涂覆于led芯片表面；
12.(3)将封装胶与新型单组分全光谱荧光粉按照质量比为1:0.2～0.5进行充分混合，涂覆在透明罩内表面；
13.(4)将透明罩固定在led支架上。
14.进一步地，步骤(2)中所述高折射率粒子为mgo、ceo2、zro2等高折射率粒子，折射率＞2；所述高透明硅胶的透过率≥95％。
15.进一步地，步骤(3)中所述新型单组分全光谱荧光粉通式为ca
9(1-x)
mgna(po4)7:xeu
2+
，由新型拓扑化学反应制备而成，该荧光粉在375nm近紫外光的激发下，发射光谱范围为400～800nm，光谱连续，无缺失。
16.进一步地，步骤(3)中所述荧光胶采用多次分层涂覆的方法，其涂覆厚度为1～4mm。
17.进一步地，步骤(3)中所述透明罩为圆弧形。
18.本发明的技术创新在于：
19.(1)本发明采用全新的单组分全光谱荧光粉作为荧光转换材料，由新型拓扑化学反应制备而成，在紫外芯片激发下，发射光谱范围为400～800nm，显色指数达95，光谱连续，无缺失，无蓝光危害、视觉舒适性高、健康性高，且并未被报道过。
20.(2)与现有技术相比，本发明仅使用全新的单组分全光谱荧光粉作为荧光转换材料，具有发光效率高、成本低、制造工艺简单、易于实现工业化的特点，可为广泛应用的良好候选器件。
21.(3)本发明采用纳米高分子反射涂层以及高折射率粒子，实现led芯片出射光线的混合作用，出射光线强度分布更加均匀。
22.(4)本发明通过对荧光胶混合浓度、尺寸及弧度的调节，进一步实现led光源色温与发光光谱的调节，从而获得色温可调、显色性高、连续性好的全光谱发射。同时荧光胶采用分层涂覆的方法，可有效避免荧光粉沉淀问题，使得其出射光具有更高的光通量、更好的颜色稳定性和均匀性。
23.(5)本发明采用远程涂覆荧光胶与led芯片表面涂覆硅胶的组合封装方法，既有良好的防水防潮效果，又可以通过中空的结构有效改善led光源的散热性能，使得led光源具有更高的热稳定性，保证其出射光颜色的稳定性和一致性。
附图说明
24.图1是实施案例1、实施案例2和实施案例3中全新单组分全光谱荧光粉的光致激发/发射光谱图。
25.图2(a)是本发明led光源的结构示意图(图中标号：1为led支架，2为led芯片，3为掺杂高折射率粒子的高透硅胶，4为透明罩，5为荧光胶，11为led支架外围高反射涂层，12为led支架凹槽内高反射涂层)；(b)是本发明实施案例3的led光源在30ma电流驱动下的点亮图；(c)是本发明实施案例3的led光源在30ma电流驱动下的电致发光光谱图。
具体实施方式
26.实施案例1：
27.(1)全新的单组分全光谱荧光粉选用caco3、(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o、na2co3、nh4h2po4、eu2o3为原材料，按照化学计量比称取总质量为1g的原料。各原料质量分别为：caco3:0.4721g，(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:0.0519g，na2co3:0.0283g，nh4h2po4：0.4306g，eu2o3:0.0169g。
28.(2)将上述原料混合物置于玛瑙研钵中研磨20至50分钟，待原料混合均匀后，将混合物装载至氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在空气气氛下600℃煅烧3h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其装载至氧化铝坩埚中，再次置于马弗炉中，在空气气氛下1100℃煅烧10h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其置于管式炉中，在真空条件下使用铝粉作为还原剂，进行1050℃煅烧2h，随后冷却至室温，得到全新的单组分全光谱荧光粉。其光致激发/发射光谱如图1所示。
29.(3)新型光源整体由led支架、led芯片、掺杂高折射率粒子的高透硅胶、透明罩以及荧光胶组成。
30.(4)使用发射波长为365nm的紫外led倒装芯片，将其安装于具有高反射涂层的led支架的凹槽内。将高透明硅胶与zro2高折射率粒子按照质量比1:0.3进行充分混合，涂覆于led芯片表面。将封装胶与新型单组分全光谱荧光粉按照质量比1:0.25进行充分混合，分2层涂覆在透明罩内表面，涂覆厚度为2mm。将透明罩固定在led支架上，得到该类太阳光/全光谱led。其封装结构示意图如图2(a)所示。
31.实施案例2：
32.(1)全新的单组分全光谱荧光粉选用caco3、(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o、na2co3、nh4h2po4、eu2o3为原材料，按照化学计量比称取总质量为1g的原料。各原料质量分别为：caco3:0.4721g，(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:0.0519g，na2co3:0.0283g，nh4h2po4：0.4306g，eu2o3:0.0169g。
33.(2)将上述原料混合物置于玛瑙研钵中研磨20至50分钟，待原料混合均匀后，将混合物装载至氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在空气气氛下600℃煅烧3h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其装载至氧化铝坩埚中，再次置于马弗炉中，在空气气氛下1100℃煅烧10h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其置于管式炉中，在真空条件下使用铝粉作为还原剂，进行1050℃煅烧2h，随后冷却至室温，得到全新的单组分全光谱荧光粉。其光致激发/发射光谱如图1所示。
34.(3)新型光源整体由led支架、led芯片、掺杂高折射率粒子的高透硅胶、透明罩以及荧光胶组成。其光致激发/发射光谱如图1所示。
35.(4)使用发射波长为375nm的紫外led倒装芯片，将其安装于具有高反射涂层的led支架的凹槽内。将高透明硅胶与zro2高折射率粒子按照质量比1:0.3进行充分混合，涂覆于led芯片表面。将封装胶与新型单组分全光谱荧光粉按照质量比1:0.25进行充分混合，分3层涂覆在透明罩内表面，涂覆厚度为3mm。将透明罩固定在led支架上，得到该类太阳光/全光谱led。其封装结构示意图如图2(a)所示。
36.实施案例3：
37.(1)全新的单组分全光谱荧光粉选用caco3、(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o、na2co3、
nh4h2po4、eu2o3为原材料，按照化学计量比称取总质量为1g的原料。各原料质量分别为：caco3:0.4721g，(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:0.0519g，na2co3:0.0283g，nh4h2po4：0.4306g，eu2o3:0.0169g。
38.(2)将上述原料混合物置于玛瑙研钵中研磨20至50分钟，待原料混合均匀后，将混合物装载至氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在空气气氛下600℃煅烧3h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其装载至氧化铝坩埚中，再次置于马弗炉中，在空气气氛下1100℃煅烧10h后，自然冷却至室温；随后将样品再次进行充分研磨后，将其置于管式炉中，在真空条件下使用铝粉作为还原剂，进行1050℃煅烧2h，随后冷却至室温，得到全新的单组分全光谱荧光粉。其光致激发/发射光谱如图1所示。
39.(3)新型光源整体由led支架、led芯片、掺杂高折射率粒子的高透硅胶、透明罩以及荧光胶组成。
40.(4)使用发射波长为375nm的紫外led倒装芯片，将其安装于具有高反射涂层的led支架的凹槽内。将高透明硅胶与zro2高折射率粒子按照质量比1:0.5进行充分混合，涂覆于led芯片表面。将封装胶与新型单组分全光谱荧光粉按照质量比1:0.4进行充分混合，分3层涂覆在透明罩内表面，涂覆厚度为3mm。将透明罩固定在led支架上，得到该类太阳光/全光谱led。其封装结构示意图如图2(a)所示，在30ma电流驱动下的点亮图如图2(b)所示。
41.(5)使用快速光谱仪(stc-4000)，测试该led光源的光电性能，如图2(c)所示。结果表明，在30ma电流驱动下，该led光源的发射光谱范围为400～800nm，光谱连续，无缺失，显色指数ra＝95，相关色温为3867k。
42.下面，为三组实施案例的制备过程参数，在其他条件相同的情况下进行对比实验。
43.表1实施案例1、实施案例2与实施案例3的制备过程参数
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