荧光粉转换红色LED和颜色可调的多LED照明设备的制作方法

本发明的第一方面整体涉及生成选定颜色的光的荧光粉转换(pc)彩色led。更具体地，本发明的实施例涉及用于生成窄带红光的荧光粉转换红色led(pc红色led)。本发明的另一个方面涉及颜色可调的多led(发光二极管)照明设备，该照明设备可生成色温从2200k到6500k的光以及任选地颜色从红色到蓝色的光。更具体地，但非排他性地，本发明涉及利用pc红色led的颜色可调的多led封装件和封装布置。

背景技术：

1、荧光粉转换彩色led(发光二极管)，也称为“pc彩色led”，通常包括蓝色led芯片和荧光粉(光致发光)材料，该荧光粉材料通过光致发光波长转换过程将由led芯片生成的基本上所有激发光都转换为选定颜色(诸如，例如绿色、黄色、橙色或红色)的光。由于由led芯片生成的所有光都被转换为选定颜色的光，因此此类pc彩色led可称为完全荧光粉转换(fpc)彩色led。pc彩色led与pc白色led形成对比，在pc白色led中，仅存在由led芯片生成的蓝光的部分转换，蓝光的剩余部分有助于最终的白光发射产物。由pc彩色led产生的光通常是宽带的，并且取决于荧光粉成分具有70nm到120nm的fwhm(半峰全宽)。由pc彩色led生成的光的颜色(峰值发射波长)取决于荧光粉材料成分。

2、pc彩色led与直接发射“彩色led”形成对比，该直接发射“彩色led”直接生成基本上单色光(fwhm≈20nm到25nm)，无需光致发光(荧光粉)波长转换，其中光的颜色由led芯片的半导体材料系统确定。例如，直接发射绿色led使用基于ingan(氮化铟镓)的led芯片，直接发射红色led使用基于alingap(磷化铝铟镓)的led芯片，并且直接发射蓝色led使用ingan-基于(氮化铟镓)的led芯片。

3、由于它们的窄带发射特性，直接发射红色、绿色和蓝色led在rgb(红绿蓝)系统(诸如，例如显示器背光)中具有特殊用途，用于改善显示器和用于普通照明的颜色可调的多led封装件(多led封装照明设备)的色域。当前颜色可调的多led照明设备通常包含红色、绿色和蓝色直接发射“彩色led”芯片。

4、已知颜色可调的多led封装照明设备(表面安装设备-smd)的示例在图1a和图1b中示出，其中图1a示出了顶视图，并且图1b示出了通过多led封装件的a-a的截面侧视图。已知的多led设备1包括用于为红色、绿色和蓝色直接发射led芯片3r、3g、3b提供电力的引线框2。外壳4被模制到引线框上并且包括单个空腔(凹部)5(例如，形状为圆形)。红色、绿色和蓝色led直接发射led芯片3r、3g、3b被安装在空腔5的底板上并且电连接到引线框2。为了保护led芯片3免受外部环境的影响，空腔5通常填充有透光密封剂6，诸如硅树脂材料。引线框2的部分横向延伸到外壳4的外边缘，并且沿着封装件的相对边缘和基部形成相应电端子7r、7g、7b、8r、8g、8b，从而允许电力被独立(单独)地施加到红色、绿色和蓝色直接发射led芯片3r、3g、3b中的每一者的阳极和阴极。pc白色led要与直接发射彩色led芯片形成对比，其中pc白色led包括直接发射蓝色led芯片和光致发光材料，通常是荧光粉材料，该光致发光材料转换由led芯片生成的部分蓝色激发光，其中蓝光的剩余部分有助于最终的白色发射产物。荧光粉材料可并入用于填充空腔的透光密封剂中。

5、然而，基于直接发射彩色led的多led照明设备的缺点是，由于它们基于不同的半导体材料系统，因此每个彩色led通常具有与热稳定性、老化特性、驱动要求等相关的不同特性。由于这些不同的特性，红色、绿色和蓝色led的光输出将随着温度和时间的不同而发生不同的变化。由基于彩色led的rgb系统生成的光的颜色组成将因此随温度和时间而变化，并且此类rgb系统可采用复杂的驱动电路来补偿这些不同的特性，这可导致制造和维护期间的附加成本。相比之下，pc彩色led消除了对此类措施的需要，因为它们都是基于具有相同半导体材料的蓝色led芯片，并且具有相同的驱动要求、热稳定性等。

6、当前的pc红色led通常使用宽带红色氮化物荧光粉，并且具有从620nm到630nm的峰值发射波长。在许多应用中，包括例如显示器背光、用于车辆的刹车灯和转向信号灯、交通信号灯、紧急车辆灯等，期望的是如果它们能够生成具有与直接发射彩色led(fwhm≈20nm到25nm)相当或比其更短的fwhm的窄带红光。

7、窄带红色荧光粉诸如例如锰激活氟化物基荧光粉(窄带红色氟化物荧光粉)诸如k2sif6:mn4+(ksf)、k2tif6:mn4+(ktf)和k2gef6:mn4+(kgf)具有非常窄的红色发射光谱(针对它们的主发射线光谱的半峰全宽小于10nm)，这使得它们非常适合在pc白色led中实现高亮度和发光效能(比宽带红色荧光粉(诸如铕激活红色氮化物荧光粉材料诸如casn-caalsin3:eu)亮约25％)。虽然从其表面上看窄带红色氟化物荧光粉是用于pc红色led的理想选择，但也存在缺点，即它们在pc红色led中的使用具有挑战性。例如，窄带红色氟化物荧光粉的吸收效率大大低于当前用于pc红色led的红色氮化物荧光粉的吸收效率(通常约为十分之一)。因此，与红色氮化物荧光粉的使用量相比，为了实现蓝光到红光的完全转换，窄带红色氟化物荧光粉的使用量需要多5至20倍。总荧光粉的使用量的这种增加会显著增加制造成本，并且特别是因为窄带红色氟化物荧光粉比铕激活红色氮化物荧光粉贵得多(例如，贵至少五倍)，使得它们对于在pc红色led中使用而言过于昂贵。

8、此外，研究发现，窄带红色氟化物荧光粉的相当低的吸收效率会导致由led芯片生成的未转换蓝光最终进入发射产物，即所谓的“蓝色通过”，其降低红光发射的“色纯度”。虽然“蓝色通过”在白光系统(诸如例如显示器背光)中可能是可接受的，其中蓝光是白光的组成部分，但对于需要“纯红”(基本上是单色)光的应用—“蓝色通过”将降低红光的色纯度，并且因此非常不受欢迎。

9、仅利用窄带红色氟化物荧光粉的另一个问题是，虽然它们提供窄带红色发射，但它们很容易与水或湿气发生反应，从而对掺杂剂锰造成损害，这导致荧光粉的光致发光发射(即，量子效率)的减少或损失。此外，氟化物基化合物与水的反应会生成腐蚀性很强的氢氟酸，该氢氟酸会与led封装材料(诸如例如键合线)发生反应，从而导致设备过早失效。

10、本发明旨在通过提出迄今未被预期或已知构造不可能的新设计和方法来解决和/或克服上述限制。更具体地，但非排他性地，本发明的实施例涉及与以下相关的改进：增加颜色可调的多led照明设备的发光效能、通过减少“蓝色通过”来增加pc红色led的颜色纯度；减少窄带红色氟化物荧光粉使用；以及通过创新的荧光粉封装结构，将窄带红色氟化物荧光粉与周围环境中的水/湿气隔离，有效提高窄带红色氟化物荧光粉的蓝色吸收效率。

技术实现思路

1、本发明的第一方面整体涉及基于基于ingan的蓝色发光led的pc红色led，该pc红色led包含窄带红色氟化物荧光粉(例如，锰激活氟化物窄带红色荧光粉)和具有更高吸收效率的红色荧光粉(诸如例如，宽带红色荧光粉)的组合。包含具有吸收效率高于窄带红色氟化物荧光粉的宽带红色荧光粉将未被该窄带红色氟化物荧光粉转换的蓝光转换为红光并且显著减少甚至消除蓝色通过并提高色纯度。可以说，包含具有吸收效率高于窄带红色氟化物荧光粉的红色荧光粉以这种方式补偿了该窄带红色氟化物荧光粉的较低吸收效率。

2、宽带红色荧光粉和窄带红色氟化物荧光粉可在相同(单)层中提供，例如作为混合物。这可提高可制造pc红色led的容易程度，从而降低制造成本和时间。

3、在其他实施例中，宽带红色荧光粉和窄带红色氟化物荧光粉可各自在相应层中提供，其中包含窄带红色氟化物荧光粉的层比包含宽带红色荧光粉的层更靠近led芯片设置。这样的布置可有效地提高窄带红色氟化物荧光粉的吸收效率，并且大大减少窄带红色氟化物荧光粉的使用量。包含窄带红色氟化物荧光粉的层可与led芯片的发光面中的至少一个发光面直接接触。包含宽带红色荧光粉的层可直接接触并且可完全覆盖(囊封)包含窄带红色氟化物荧光粉的层。这样的配置/布置可为包含窄带红色氟化物荧光粉的层提供环境保护并且提高整体设备可靠性。

4、根据本发明的一个方面，提供了一种红色发光设备，其包括：具有从400nm到500nm的峰值发射的led芯片；以及包括窄带红色氟化物荧光粉和宽带红色荧光粉的光致发光材料。

5、在实施例中，窄带红色氟化物荧光粉和宽带红色荧光粉可构成为单层光致发光结构。例如，可在相同层中提供荧光粉。荧光粉可在单层中提供，通常作为混合物提供，并且该层可与led芯片直接接触。在本说明书中，“直接接触”是指没有空气间隙或包含光致发光材料的层。在其他实施例中，该设备可包括设置在该层与led芯片之间的透光钝化层。透光层为led芯片提供钝化，并且为led芯片提供屏障，使其免受窄带红色氟化物荧光粉的可能影响。这样的布置可提高设备可靠性。

6、为了进一步提高窄带红色氟化物荧光粉的吸收效率，窄带红色氟化物荧光粉可比宽带红色荧光粉更靠近led芯片设置。通过将窄带红色氟化物荧光粉定位为更靠近led芯片有效地增加了窄带红色氟化物荧光粉的吸收效率，因为其不必与宽带红色荧光粉竞争蓝色光子。

7、在实施例中，红光发射设备可包括双层光致发光结构，该双层光致发光结构包括邻近led芯片设置的包含窄带红色氟化物荧光粉的第一层，以及设置在该第一层上并覆盖该第一层的包含宽带红色荧光粉材料的第二层。第二层可部分或完全地覆盖第一层。

8、与单层光致发光结构相比，具有仅包含或基本上仅(至少90wt％)包含窄带红色氟化物荧光粉的第一层被第二层覆盖的双层光致发光结构可提供许多好处，包括但不仅限于：(1)大幅减少窄带红色氟化物荧光粉的使用(减少约40％)，(2)第二层为第一层提供环境保护，从而减少水/湿气到达和降解窄带红色氟化物荧光粉的机会，以及(3)大幅减少或甚至消除“蓝色通过”，使由设备生成的红光色纯度更好。

9、第一层可与led芯片的至少一个发光面(表面)直接接触。

10、第二层可与第一层直接接触。

11、为了进一步减少窄带红色氟化物荧光粉的使用，第一层可进一步包括光散射材料的颗粒，诸如例如氧化锌颗粒；二氧化硅颗粒；二氧化钛颗粒；氧化镁颗粒；硫酸钡颗粒；氧化铝颗粒和它们的组合。

12、窄带红色氟化物荧光粉可包括以下中的一者或多者：k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+和k2tif6:mn4+，或者可选自由以下项组成的组：k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+和k2tif6:mn4+。

13、为了降低该设备的红光发射产物的fwhm，可选择宽带红色荧光粉的峰值发射波长与窄带红色氟化物荧光粉的峰值发射波长基本上相同。在实施例中，宽带红色荧光粉的峰值发射波长可在窄带红色氟化物荧光粉的峰值发射波长的5nm内。宽带红色荧光粉可具有从620nm到640nm的峰值发射波长并且可包括具有一般成分aalsin3:eu2+的铕激活氮化物荧光粉，其中a是ca、sr或ba中的至少一者。

14、在实施例中，红光发射设备生成具有至少90％的色纯度和小于30nm的fwhm、小于20nm的fwhm或小于10nm的fwhm的红光。

15、根据本发明的另一个方面，设想了一种红色发光设备，其包括：具有从400nm到500nm的峰值发射的led倒装芯片；以及与该led倒装芯片的至少一个发光面直接接触的光致发光材料，其中该光致发光材料包括窄带红色氟化物荧光粉和宽带红色荧光粉。

16、在实施例中，窄带红色氟化物荧光粉和宽带红色荧光粉可构成为单层光致发光结构。荧光粉可包含在相同层中。荧光粉可包含在单层中，通常作为混合物，并且该层可与led倒装的至少一个发光面直接接触。

17、在实施例中，窄带红色氟化物荧光粉和宽带红色荧光粉可构成为双层光致发光结构。在一个布置中，红光发射设备包括与led芯片相邻的包含窄带红色氟化物荧光粉的第一层，以及位于该第一层上的包含宽带红色荧光粉材料的第二层。第一层可与led倒装芯片的至少一个发光面(表面)直接接触，并且第二层可与该第一层直接接触。

18、根据本发明实施例的荧光粉转换红色led(pc红色led)可用作发光设备(照明设备)(诸如例如包括红色led、绿色led和蓝色led的rgb(红绿蓝)多led照明设备)中的红色光源。rgb发光设备可用于颜色可调的光源。

19、本发明的其他方面整体涉及颜色可调的多led(发光二极管)照明设备，该照明设备可生成色温从2200k到6500k的光以及任选地颜色从红色到蓝色的光。更具体地，但非排他性地，实施例涉及多led照明设备，该多led照明设备利用包括窄带红色荧光粉诸如k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+或k2tif6:mn4+的pc红色led以及如本文所述的pc红色led。根据一个方面，多led照明设备包括四个led：红色led、绿色led、蓝色led和白色led。照明设备可包括封装照明设备，该封装照明设备包括用于容纳四个led的封装件。红色led、绿色led、蓝色led和白色led可包括csp(芯片级封装)led，该csp led包括led倒装芯片。在其中led包括csp led的实施例中，照明设备可包括其上设置led的基板，诸如电路板。这种封装布置被称为cob(板上芯片)布置。

20、根据本发明的一个方面，设想了一种照明设备，其包括：第一led，其生成具有从620nm到640nm(即，橙色至红色)的峰值发射波长的光；第二led，其生成具有从500nm到565nm(即，绿色)的峰值发射波长的光；第三led，其生成具有从430nm到480nm(即，紫罗兰色至蓝色)的主波长的光；和第四led，其生成具有从1800k到5000k的cct的白光；其中该第一led包括荧光粉转换led，该荧光粉转换led包括生成具有从400nm到480nm的主波长的光的第一led芯片以及具有小于55nm的fwhm的窄带红色荧光粉；并且其中由该设备生成的光包括由该第一、第二、第三和第四led生成的光的组合，并且其中由该设备生成的光的cct可通过独立地控制到该第一、第二、第三和第四led的功率而从1800k调谐到8000k。

21、窄带红色荧光粉可包括以下中的至少一者：k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+或k2tif6:mn4+。

22、第一led可进一步包括宽带红色荧光粉。窄带红色荧光粉和宽带红色荧光粉可包含在单层中。另选地，窄带红色荧光粉可包含在第一层中，并且宽带红色荧光粉可包含在第二层中。

23、第一led可生成具有至少90％的色纯度的光。

24、第二led可包括荧光粉转换led，该荧光粉转换led包括生成具有从400nm到480nm(即，紫罗兰色到蓝色)的主波长的光的第二led芯片和绿色荧光粉。

25、第四led可包括第四led芯片和绿色到红色荧光粉，该第四led芯片生成具有从400nm到480nm的主波长的光。

26、有可能，由该设备生成的光具有在从1800k到6500k的cct的黑体轨迹的0.006δuv，优选地0.003δuv内的色度，并且具有从80到98的cri ra。在本说明书中，光的“色度”、“光的颜色”和光的“色点”可互换地使用，并且是指在cie色度图上用色度坐标表示的光的色度/颜色。δuv(delta uv)是量化给定色温的光与黑体轨迹的接近程度的度量。众所周知，δuv是测试光源到黑体轨迹上最近点的色度坐标uv的欧几里得差值，并且在ansi_nema_anslg c78.377-2008：美国国家电灯标准-固态照明产品色度规范中有定义。δuv在1976cie u,v色度图上，测量给定cct(相关色温)的光的色点与沿着iso-cct线(恒定色温线)的黑体轨迹(黑体辐射的普朗克轨迹)的距离。正的δuv值指示色点位于黑体轨迹上方(即在1931cie x,y色度图上，cie y大于黑体轨迹的cie y值)，具有从黑体轨迹的淡黄色/绿色色移。色点在黑体轨迹下方的负值(即在1931cie x,y色度图上，cie y小于黑体轨迹的cie y值)，具有从黑体轨迹的粉红色色移。

27、在实施例中，第一led、第二led、第三led或第四led中的至少一者可包括led倒装芯片或包括多个串联连接的led(led结)的led芯片。具有多个led结的led芯片具有更大的正向驱动电压，并且在照明设备以110v至240v的线电压操作的情况下可能是有益的。

28、有可能，照明设备包括：封装件，该封装件包括引线框；和外壳，该外壳包括具有第一led的第一杯体(凹部)、具有第二led的第二杯体(凹部)、具有第三led的第三杯体(凹部)和具有第四led的第四杯体(凹部)；并且其中该引线框包括到每个杯体的公共阴极电极和到每个杯体的相应阳极电极。

29、有可能，照明设备包括：封装件，该封装件包括引线框；和外壳，该外壳包括具有第一led的第一杯体、具有第二led的第二杯体、具有第三led的第三杯体和具有第四led的第四杯体；并且其中该引线框包括到每个杯体的相应阴极电极和到每个杯体的相应阳极电极。有可能，每个杯体包括连接到阳极电极的阳极端子和连接到阴极电极的阴极端子，并且其中用于每个凹部的阳极端子和阴极端子彼此交叉地位于外壳的相对边缘上。

30、有可能，第一led、第二led、第三led和第四led中的至少一者可包括芯片级封装件。

31、根据另一个方面，一种照明设备包括：四个led，该四个led生成具有不同色度的光，其中由该设备生成的光包括由该第一led、第二led、第三led和第四led生成的光的组合，并且其中由该设备生成的光的cct可通过独立地控制到该第一、第二、第三和第四led的功率而从1800k调谐到8000k，其中由该设备生成的光的色度在黑体轨迹的0.006δuv，优选地0.003δuv内，并且其中这些led中至少一个led包括具有小于55nm的fwhm的窄带红色荧光粉。

32、窄带红色荧光粉可包括以下中的至少一者：k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+和k2tif6:mn4+。

33、在实施例中，第一led生成具有从620nm到640nm(即，橙色到红色)的峰值发射波长的光；第二led生成具有从500nm到565nm(即，绿色)的峰值发射波长的光；第三led生成具有从430nm到480nm(即，紫罗兰色到蓝色)的主波长的光：并且第四led生成具有至少1800k的cct的白光。

34、根据又一个方面，本发明提供了一种照明设备，其包括：基板(电路板)和多个安装在该基板上的如本文所定义的照明设备。有可能，照明设备是线性照明设备。

35、基板可包括柔性电路板。

36、根据一个方面，多led照明设备包括至少三个led：红色led、绿色led和白色led。照明设备可包括封装照明设备，该封装照明设备包括用于容纳至少三个led的封装件。红色、绿色和白色led可包括csp(芯片级封装)led，该csp led包括led倒装芯片。在其中led包括csp led的实施例中，照明设备可包括其上设置led的基板，诸如电路板。这种封装布置被称为cob(板上芯片)布置。

37、根据本发明的一个方面，设想了一种照明设备，其包括：第一led，其生成具有从620nm到640nm的峰值发射波长的光；第二led，其生成具有从500nm到565nm的峰值发射波长的光；第三led，其生成具有至少1800k的cct的光；其中该第一led包括荧光粉转换led，该荧光粉转换led包括led芯片和具有小于55nm的fwhm的窄带红色荧光粉，该led芯片生成具有从400nm到480nm的主波长的光。

38、窄带红色荧光粉可包括以下中的至少一者：k2sif6:mn4+、k2gef6:mn4+和k2tif6:mn4+。

39、第一led可进一步包括宽带红色荧光粉。窄带红色荧光粉和宽带红色荧光粉可包含在单层中。另选地，窄带红色荧光粉可包含在第一层中，并且宽带红色荧光粉可包含在第二层中。

40、第一led可生成具有至少90％的色纯度的光。

41、第二led可包括荧光粉转换led，该荧光粉转换led包括生成具有从400nm到480nm(即，紫罗兰色到蓝色)的主波长的光的第二led芯片和绿色荧光粉。

42、第三led可包括生成具有从400nm到480nm的主波长的光的第三led芯片和绿色到红色荧光粉，并且可生成具有从1800k到5000k的cct的白光。

43、照明设备可包括封装设备或cob设备。

44、有可能，照明设备包括：封装件，该封装件包括引线框；和外壳，该外壳包括具有第一led的第一杯体(凹部)、具有第二led的第二杯体(凹部)、具有第三led的第三杯体(凹部)和具有第四led的第四杯体(凹部)；并且其中该引线框包括到每个杯体的公共阴极电极和到每个杯体的相应阳极电极。

45、有可能，照明设备包括：封装件，该封装件包括引线框；和外壳，该外壳包括具有第一led的第一杯体、具有第二led的第二杯体、具有第三led的第三杯体和具有第四led的第四杯体；并且其中该引线框包括到每个杯体的相应阴极电极和到每个杯体的相应阳极电极。有可能，每个杯体包括连接到阳极电极的阳极端子和连接到阴极电极的阴极端子，并且其中用于每个凹部的阳极端子和阴极端子彼此交叉地位于外壳的相对边缘上。

46、有可能，第一led、第二led和第三led中的至少一者可包括芯片级封装件。

47、根据又一个方面，本发明提供了一种照明设备，其包括：基板(电路板)和多个安装在该基板上的如本文所定义的照明设备。有可能，照明设备是线性照明设备。基板可包括柔性电路板。