CN103779346B

CN103779346B - 一种近紫外或紫光激发的led发光装置

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Publication number: CN103779346B
Application number: CN201410022228.0A
Authority: CN
Inventors: 鲁路; 侯金钗; 胡专; 张晓艳; 王丙杰
Original assignee: BEIJING YJXG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd; BEIJING YUJI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co
Current assignee: BEIJING YJXG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD.; Beijing Yuji Technology Development Co.
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: CN103779346A

Abstract

本发明涉及“一种近紫外或紫光激发的LED发光装置”，由封装基板，近紫外光或紫光LED芯片及可有效吸收LED芯片的发光并释放红、绿、蓝光的混合荧光粉胶所组成；其中LED芯片发光峰值波长为：380nm‑420nm，红色荧光粉：CaAlSi(ON)₃:Eu体系，绿色荧光粉：SiAlON:Eu体系，蓝色荧光粉：(Sr,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu体系。近紫外光或紫光LED芯片产生的光大部分用于激发荧光粉，因此，光的色纯度仅仅取决于荧光粉的色纯度，还可以获得很高的显色指数CRI>95，且从R1到R15全部大于90。本发明所制作的白光LED装置，其光谱连续性好，接近自然光，即太阳光谱，色温均匀性良好，无光斑。

Description

一种近紫外或紫光激发的LED发光装置

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种近紫外或紫光激发的LED发光装置。

背景技术

在能源日趋紧张的今天，相对于传统的荧光灯和白炽灯，白光LED作为一种新型的照明光源具有节能、环保、响应时间短、寿命长等显著的优势。当前LED产业正在迅速发展，发光效率逐年上升，价格逐年下降，白光LED正逐渐代替荧光灯和白炽灯，进入家庭照明的市场。制作白光LED的方法主要有以下五种。

1、采用红、绿、蓝色芯片或多个器件发光混色成白光，或者用蓝+黄色双芯片通过补色原理混色产生白光。

2、白光芯片，即在同一外延片内依次沉积出能发出不同颜色的光的多层量子阱结构。

3、采用蓝色芯片配合黄色荧光粉如钇铝石榴石（YAG），通过芯片发出的蓝光和荧光粉发出的黄光通过补色原理混合产生白光。

4、采用蓝色芯片配合红、绿荧光粉，通过芯片发出的蓝光和荧光粉发出的红光、绿光混合获得白光。

5、采用近紫外或紫光芯片配合红绿蓝荧光粉，通过芯片发出的紫外光或者紫光激发荧光粉发出红光、绿光、蓝光混合获得白光。

上述的前两种方式是直接采用芯片发光获得白光，但是不同波段的芯片或者量子阱的衰减存在差异，因此在使用中存在不稳定现象，极易造成色度的偏移，这两种方式已逐渐被淘汰。

上述的第三种方法是采用芯片加荧光粉的方法获得白光，也是当前最常用的白光LED制作方法，即黄色荧光粉+蓝光芯片方案制作白光LED，也称为二元白光LED。这种方法制造的白光LED其典型光谱图如图1所示，其光谱是不连续光谱，在700nm以后强度几乎为0。在630nm-700nm处的红光区域和490nm附近的蓝绿光区域也相对较弱，因此其显色指数比较低。

上述的第四种方法采用的是蓝光芯片激发绿色和红色荧光粉获得白光，也是目前应用最广泛的制作高显色指数白光LED的方法，但是同样也存在470-520nm和650nm以上波段光谱缺失的问题，导致LED产品的显色指数中的R9与R12难以提高。

上述第五种方法在LED行业曾有专利及文献研究，但都未涉及到封装成品显色指数或显色指数普遍不高。例如文献“近紫外芯片激发三基色制作的白光LED”，因其所用荧光粉体系不同，发射光谱半波宽比较窄，导致其封装成品显色指数普遍不高，只能达到82。再例如CN1434521，其显色指数只能达到82-87，又因其使用的是硫化物的荧光粉，而硫化物在受热时容易分解，必然会导致光衰。

发明内容

本发明的目的是提供一种高显色指数(CRI>95，从R1到R15全部大于90)的白光LED发光装置的制造方法，利用近紫外光或紫光激发荧光粉产生三基色光，混色形成白光。

一种近紫外或紫光激发的LED发光装置，由封装基板，近紫外光或紫光LED芯片及可有效吸收LED芯片的发光并释放红、绿、蓝光的混合荧光粉胶所组成；

其中LED芯片发光峰值波长为：380nm-420nm，

其中红、绿、蓝三基色荧光粉的组成为：

红色荧光粉：CaAlSi(ON)₃:Eu体系，

绿色荧光粉：SiAlON:Eu体系，

蓝色荧光粉：(Sr,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu体系。

所述红色荧光粉化合物通式为：Ca_xAl_ySi_vO_wN_e:Eu_z0.8<x<1，0.8<y<1，0<z<0.1，0.8<v<1.1，0<w<0.2，2.2<e<3.3，绿色荧光粉化合物通式为：Si_6-mAl_mO_mN_8-m:Eu_z，0<m≤4.2，0<z<0.1，蓝色荧光粉化合物通式为：(Sr_n,Ba_1-n)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu_z,0<n<1，0<z<0.1。

因为荧光粉的比例组成与荧光粉本身的粒径大小有非常密切的关系，即使是同种成分的荧光粉，也会因为粒径分布的不同导致比例差异非常大，所以在LED封装行业，荧光粉的配比都不是固定的，需要根据目标色温进行调整，优选的配粉比例为：

红粉：绿粉：蓝粉=（0.5-5）：（0.1-0.7）：1。

所述LED芯片外加装过滤紫光的滤光片。

其中封装基板可为金属支架、印刷电路板、陶瓷基板或硅基板。

所述封装基板为方形，与LED芯片相连的两个电极分别在封装基板的两对角或者相对的两端。

所述LED芯片有若干个，相互之间为串联结构，且固定于封装基板的中央。

所述LED芯片为InGaN或GaN系列半导体芯片。

其中混合荧光粉胶所用的胶水为透光率大于90%胶。

所述胶水为硅胶。

将LED芯片固定于封装基板上，连通电极并将具有红、绿、蓝三基色混合的宽谱荧光粉胶体，以涂覆或点胶的方式直接或间接的涂在LED芯片表面，利用近紫外光或紫光激发荧光粉产生三基色光，混色形成白光。

本发明的优点在于：

1、本发明为一种高显色指数白光LED光源的产生方法，因为所用芯片峰值波长在380nm-420nm，这种LED芯片产生的光大部分用于激发荧光粉，因此，光的色纯度仅仅取决于荧光粉的色纯度，还可以获得很高的显色指数(CRI>95，从R1到R15全部大于90)，远超过其他蓝光芯片配合荧光粉所产生的显色指数85，这也是目前其他任何发光方式都无法实现的。

2、本发明所产生的白光，因为是由近紫外光或紫光激发而得，故能量转换效率高。

3、本发明所制作的白光LED装置，其光谱属于连续光谱，接近自然光，即太阳光谱。

4、本发明所制作的白光LED装置，可以增加滤光片将紫光的激发光谱过滤掉，不影响荧光粉的发光，使白光LED光谱更接近太阳光谱。

5、本发明所制作的白光LED装置，色温均匀性良好，无光斑。

附图说明

图1为采用蓝色芯片配合黄色荧光粉如钇铝石榴石（YAG）所产生的混合白光光谱，

图2为采用蓝色芯片配合红、绿荧光粉所产生的混合白光光谱、本发明近紫外光或紫光芯片配合红绿蓝三基色荧光粉所产生的混合白光光谱与太阳光谱的对比图，

图3为本发明近紫外光或紫光芯片配合红绿蓝三基色荧光粉所产生的混合白光光谱与太阳光谱的对比图，

图4为本发明近紫外光或紫光芯片配合红绿蓝三基色荧光粉所产生的混合白光光谱（加滤光片后）与太阳光谱的对比图，

图5为本发明实施例1的封装结构示意图，

图6为本发明实施例2的封装结构示意图，

图7为本发明实施例1所用红绿蓝三基色宽谱荧光粉的发射光谱。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明做进一步详细说明。

所用荧光粉市场上都有售卖，例如CaAlSi(ON)₃:Eu体系是三菱化学出售的1113体系荧光粉，SiAlON:Eu体系是电气化学(DENKA)出售的SiAlON体系荧光粉，(Sr,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu体系是三菱化学出售的蓝色荧光粉。

其中LED芯片发光峰值波长为：380nm-420nm，InGaN或GaN系列半导体芯片中的一种。

红色荧光粉组成式为：CaAlSi(ON)₃:Eu，发射光谱峰值波长在620-650nm，半峰宽在105-135nm；

绿色荧光粉组成式为：SiAlON:Eu，发射光谱峰值波长在530-560nnm，半峰宽在40-70nm；

蓝色荧光粉组成式为：(Sr,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu，发射光谱峰值波长在455-485nnm，半峰宽在60-90nm。

其发射光谱见图7。

实施例1

如图5所示，本实施方式的白光发光装置属于贴片封装，包括封装基板3、LED芯片1和两个电极2，两个电极分别在封装基板3的两端，用于引出LED芯片1的正负极。

首先，将芯片1固定在封装基板3上，芯片两端分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极2导通。

接着，按一定比例配出（当荧光粉的粒径发生变化时，配比需要调整，实际上每一个批次的荧光粉的粒径都不是完全相同的，因此在制作LED时，每采购一个批次的荧光粉都需要调整一次配比。还有，封装的白光LED色温不同时，荧光粉的比例也需要调整）含有红绿蓝三基色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。

进一步地，将混合胶体均匀涂敷在LED芯片上方，合理设置其涂覆厚度，保证良好的光色均匀性，使LED保持较高的出光效率，增强LED光亮度。

表1为本发明实施例1与普通高显色产品的各项显色指数对比列表

从表1中看出，显色指数(CRI>95，从R1到R15全部大于90)。

其混合白光光谱如图1所示。

本实施例1、对比例及太阳光谱对比如图2、3所示。

图中所示的太阳光谱是3200K的太阳光谱，也是最常用的白炽灯所发出的光谱形状。CRI90普通高显色LED是目前市场上销售的高显色LED产品，是采用蓝光芯片激发红色和绿色荧光粉获得的白光，这种光谱已经接近太阳光谱，但是由于蓝光芯片的波峰较窄，同时缺乏蓝色荧光粉光谱的补充，并且使用的红色荧光粉在700nm以后的区域几乎不发光，因此会在蓝绿光（480nm～520nm）和饱和红光（>660nm）处出现光谱缺失，导致显色指数难以进一步提升。实施例1的光谱恰好补充了480nm～520nm的蓝绿光和660nm以上的饱和红光，使其光谱更加接近太阳光谱。

实施例2

如图6所示，本实施方式的白光发光装置属于集成封装，包括封装基板1、LED芯片2和两个电极3，两个电极分别在封装基板1的两对角，用于引出LED芯片2的正负极。

首先，将若干芯片2固定在封装基板1上，通过串并联方式，芯片两端分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极3导通。

接着，围坝并烘烤后按一定比例配出含有红绿蓝三基色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。

进一步地，将混合胶体均匀涂敷在LED芯片上方，合理设置其涂覆厚度，保证良好的光色均匀性，使LED保持较高的出光效率，无光斑。

集成封装的优势在于在较小的基板表面可以排布多颗芯片，缩小了LED光源的体积。

实施例3

在实施例1的芯片上加载滤光片。

其混合光谱如图4所示。

增加滤光片后，消除了可能泄漏的紫外光对人体的伤害，另一方面消除的紫光芯片发出的紫光的波峰，是整个白光LED装置的光谱形状更接近太阳光谱。

以上内容是结合具体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，根据本发明构思所作出的任何推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种近紫外或紫光激发的LED发光装置，由封装基板，近紫外光或紫光LED芯片及可有效吸收LED芯片的发光并释放红、绿、蓝光的混合荧光粉胶所组成；

其中LED芯片发光峰值波长为：380nm-420nm，

其中红绿蓝三基色荧光粉的组成为：

红色荧光粉：CaAlSi(ON)₃:Eu体系，

绿色荧光粉：SiAlON:Eu体系，

蓝色荧光粉：(Sr,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu体系；

所述红色荧光粉化合物通式为：Ca_xAl_ySi_vO_wN_e:Eu_z 0.8<x<1，0.8<y<1，0<z<0.1，0.8<v<1.1，0<w<0.2，2.2<e<3.3，绿色荧光粉化合物通式为：Si_6-mAl_mO_mN_8-m:Eu_z，0<m≤4.2，0<z<0.1，蓝色荧光粉化合物通式为：(Sr_n,Ba_1-n)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu_z,0<n<1，0<z<0.1。

2.根据权利要求1所述的LED发光装置，红色荧光粉：绿色荧光粉：蓝色荧光粉＝(0.5-5)：(0.1-0.7)：1。

3.根据权利要求1所述的LED发光装置，所述LED芯片外加装过滤紫光的滤光片。

4.根据权利要求1所述的LED发光装置，其中封装基板为金属支架、印刷电路板、陶瓷基板或硅基板。

5.根据权利要求4所述的LED发光装置，所述封装基板为方形，与LED芯片相连的两个电极分别在封装基板的两对角或者相对的两端。

6.根据权利要求5所述的LED发光装置，所述LED芯片有若干个，相互之间为串联结构，且固定于封装基板的中央。

7.根据权利要求1所述的LED发光装置，所述LED芯片为InGaN或GaN系列半导体芯片。

8.根据权利要求1所述的LED发光装置，其中混合荧光粉胶所用的胶水为透光率大于90％胶。

9.根据权利要求8所述的LED发光装置，所述胶水为硅胶。