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CN110047825A - 一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光led封装结构及发光方式 - Google Patents

一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光led封装结构及发光方式 Download PDF

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刘军
樊雯丽
龙丽珍
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Guangxi Normal University
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Abstract

本发明公开了一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构及发光方式。该白光LED封装结构包括本体，其上设有一个腔体，该腔体内设有蓝光LED芯片和绿色LED芯片的一对或多对，以及一层封装层，该封装层设置在蓝光LED芯片的上方；在所述封装层内设有红色荧光粉胶和蓝绿激发红色荧光粉。该白光LED发光由蓝光和绿光LED芯片，与可蓝绿激发的单一红色荧光粉发光进行混光而成，即“蓝光芯片+绿光芯片+蓝绿激发红色荧光粉”的白光发光方式。本申请与现有的白光LED发光方式相比，提出了一种新型白光LED封装结构及其发光方式。

Description

一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构及发 光方式
技术领域
本申请涉及一种白光LED发光方式，属于半导体照明技术领域，特别是涉及一种基于可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构及其发光方式。
背景技术
在能源日趋紧张的今天，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。目前实现LED白光发射的方式主要有四种：1)红、绿、蓝三基色LED芯片的组合方式；2)近紫外光LED芯片与红绿蓝三基色荧光粉组合方式；3)蓝光LED芯片和红绿荧光粉的组合方式；4)蓝光LED芯片和黄色荧光粉的组合方式。四种组合方式都有各自的优缺点，简述如下：
1)红、绿、蓝三基色LED芯片的组合方式：通过红、绿、蓝三色LED芯片组合，调节不同颜色光强度，利用RGB原理混合发出白光。这种组合方式效率高、色温可控、显色性好，但三基色芯片光衰不同导致色温不稳定，且控制电路复杂，成本高。
2)近紫外光LED芯片与红绿蓝三基色荧光粉组合方式：在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)来激发荧光粉而实现白光发射。该方法显色性更好，但它存在一些明显的缺点：一是目前近紫外芯片的发光效率低，且近紫外光辐照对荧光粉和封装胶水等材料具有劣化和破坏作用；二是红绿蓝三种荧光粉在环氧树脂和硅胶等封装胶水中的沉降速度不一致，导致荧光粉分散不均匀；三是从近紫外光激发到红光发射斯托克斯位移太大，导致红色荧光粉发光效率极低，难以满足应用的要求。
3)蓝光LED芯片和红绿荧光粉的组合方式：在蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光。这种方式放光效率较高、显色指数较高、色彩还原性较好。但是，这种方法所用荧光粉有效转换效率较低，仍然存在红绿两种荧光粉在环氧树脂和硅胶等封装胶水中的沉降速度不一致，导致荧光粉分散不均匀的问题。
4)蓝光LED芯片和黄色荧光粉的组合方式：在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。这种方式主要采用Ce3+掺杂的钇铝石榴石黄色荧光粉，具有成本低、发光效率高，封装简单，是目前商用白光LED主要方式。
但该技术被日本Nichia公司垄断，而且这种方案也存在一些致命的缺点，比如该荧光粉中Ce3+的发射光谱中缺乏红光成分，因而显色指数偏低，色温偏高，难以满足低色温和高显色领域的要求。还有就是，在不同大小直流电源驱动下，蓝光芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光之间的光强比例存在较大的变化，引起光色不均匀。
因此，白光LED的开发仍有较大的提升空间，如何解决现有白光LED发光方式技术不完善的问题，是所属领域技术人员急需解决的技术难题。
发明内容
针对现有白光LED发光方式技术不完善的问题，本发明的目的是提供一种基于可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构，所使用的LED芯片为蓝光和绿光LED芯片以及红色荧光粉，基于RGB显色原理，显色性好。
本发明的另一目的是提供一种基于上述可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构的新型白光LED发光方式，目前没有“蓝色芯片+绿色芯片+蓝绿激发红色荧光粉”白光LED发光方式的报道。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构，包括本体，所述本体上设有一个腔体，所述腔体内设有蓝光LED芯片和绿色LED芯片的一对或多对，以及一层封装层，该封装层设置在蓝光LED芯片的上方；在所述封装层内设有红色荧光粉胶和蓝绿激发红色荧光粉。
进一步而言，所述白光LED封装结构，还包括用于固定蓝光芯片和绿光LED芯片的封装基座，所述封装基座中包括一底座及设置在底座四周的围挡，蓝光和绿光LED芯片固定在底座上；所述封装层设置在封装基座内。
进一步而言，所述LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片，LED芯片的发光峰值波长位于红色荧光的激发范围；红色荧光峰值波长位于600nm-675nm，红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光混合发出白光。
进一步而言，所述LED芯片采用串联和并联方式连接后与驱动电路形成控制回路，通过控制蓝光和绿光LED芯片的驱动电流和电压调节蓝光和绿光的强度，进而调节红色荧光粉的发光强度，从而实现光谱和色温调节。
另外，本发明还提出一种可蓝绿激发红色荧光粉的白光LED发光方式，该发光方式为“蓝色芯片+绿色芯片+蓝绿激发红色荧光粉”的结构，其封装结构包括本体，本体上设有一个腔体，腔体内设有蓝光和绿色LED芯片，以及一层封装层，在封装层内设有红色荧光粉。
进一步而言，所述LED芯片同时包含有蓝光芯片和绿光芯片一对或多对，并采用串联和并联的方式连接后与驱动电路串联形成控制回路，通过通过控制蓝光和绿光LED芯片的驱动电流和电压调节蓝光和绿光的强度，进而调节红色荧光粉的发光强度、光谱和色温，实现白光。
进一步而言，所述封装层为用配胶工艺制作的红色荧光胶，荧光胶中荧光粉为可同时被LED芯片发出的蓝光和绿光激发发出红色荧光。
进一步而言，所述白光LED发光方式基于RGB显色原理，即由蓝光和绿光LED芯片发光，与荧光粉的红色荧光进行混光而成白光。
进一步而言，所述LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片，LED芯片的发光峰值波长位于红色荧光的激发范围。
进一步而言，所述红色荧光粉可被光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片激发发出红色荧光，还可被发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片激发发出红色荧光，其红色荧光峰值波长位于600nm-675nm，红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光混合发出白光。
借由上述技术方案，本发明的优点和有益效果在于：
1)本申请是一种新型的白光LED发光方式，目前没有“蓝色芯片+绿色芯片+蓝绿激发红色荧光粉”形成白光LED发光方式的报道；
2)本申请所使用的LED芯片为蓝光和绿光LED芯片以及红色荧光粉，基于RGB显色原理，显色性好；
3)本申请所需的封装体只需要使用硅胶与单一荧光粉的混合物涂覆在LED芯片表面，因此该发光方式的封装技术也简单、易操作，还不会出现多种荧光粉沉降速度不一致，导致荧光粉分散不均匀的问题。
附图说明
为进一步说明本申请的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步的说明，其中：
图1是本申请中一个实施例中白光LED封装结构的示意图；
图2是本申请中另一个实施例中白光LED封装结构的示意图；
图3是本申请中所采用的蓝绿激发红色荧光粉的激发光谱图；
图4a-4d分别是本申请中所采用的蓝绿激发红色荧光粉的荧光光谱图。
1、10：蓝光LED芯片
2、20：绿光LED芯片
3、30：封装基座
4、40：封装层
5、50：蓝绿激发红色荧光粉
具体实施方式
下面将结合附图与本申请的具体实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行详细的描述。应注意的是，所述的实施方式仅仅是本申请一部分的实施方式，而不是全部的实施方式。
本申请涉及一种新型白光LED封装结构及其发光方式，属于LED技术领域，该白光LED发光由蓝光和绿光LED芯片，与可蓝绿激发的单一红色荧光粉发光进行混光而成，即“蓝光芯片+绿光芯片+蓝绿激发红色荧光粉”的白光发光方式。
本发明的新型白光LED封装结构包括本体，本体上设有一个独立的腔体，腔体内设有一对或多对蓝、绿光LED芯片，以及一层封装层，该封装层内设有红色荧光粉。该红色荧光粉可同时被蓝光和绿光激发发射红光，红色荧光与LED的蓝光、绿光混合发出白光。
本申请与现有的白光LED发光方式相比，提出了一种新型白光LED封装结构及其发光方式。
实施例1
本申请提供一种新型白光LED发光方式，在本申请的具体实施例1中，如图1所示，在该白光LED封装结构中包括：蓝光LED芯片1和绿光LED芯片2一对；用于固定LED芯片的封装基座3，封装基座中包括一底座及设置在底座四周的围挡，蓝光和绿光LED芯片固定在底座上；设置在封装基座内、蓝光LED芯片上方的封装层4，封装层内设有红色荧光粉胶；设置在封装层内的蓝绿激发红色荧光粉5。本实施例的白光LED封装结构的封装方法，包括以下步骤：
1)将蓝光LED芯片1和绿光LED芯片2固定在基座上，蓝光LED芯片和绿光LED芯片拥有独立控制电路；
2)配制荧光粉胶：荧光粉胶由高折光LED贴片硅胶与红色荧光粉配制，将红色荧光粉均匀分散在硅胶中，然后转移至真空干燥器中，连续抽真空1～2h，得到荧光粉胶。硅胶与荧光粉比例为1:(0.12～0.2)，即1g胶水取0.12～0.2g荧光粉。
3)将胶水涂覆至LED芯片上，本发明对涂敷的方式没有特殊的限定，只要能够使胶粉混合物能够均匀涂敷在LED芯片上即可。
4)涂覆结束后，将涂有荧光粉胶的LED芯片以第一时间进入烤箱烘烤，先60℃烘烤40min，再135℃烘烤80～110min。
本实施例中LED芯片1发射蓝光，LED芯片2发射绿光，在蓝光和绿光的激发下，封装层4中的红色荧光粉5发射出红光，由于蓝光、绿光和红光的混合得到白光LED。
在本申请中优选LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片；优选红色荧光粉具有多波段激发特性，包括激发峰值波长位于440nm-470nm的蓝光波段和激发峰值波长位于495nm-575nm的绿光波段，如图3所示；优选的红色荧光粉在激发光辐照下发射峰值波长均位于600nm-675nm红色荧光，如图4a-d所示，因而红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光复合发出白光。
实施例2
本申请提供一种新型白光LED发光方式，在本申请的具体实施例20中，如图2所示，在该白光LED封装结构中包括：蓝光LED芯片10和绿光LED芯片20多对；用于固定蓝光和绿光LED芯片的封装基座30，封装基座中包括一底座及设置在底座四周的围挡，蓝光和绿光LED芯片固定在底座上；设置在封装基座内、蓝光LED芯片上方的封装层40，封装层内设有红色荧光粉胶；设置在封装层内的蓝绿激发红色荧光粉50。本实施例的白光LED封装结构的封装方法，包括以下步骤：
1)将多对蓝光LED芯片10和绿光LED芯片20均匀排列固定在基座上，蓝光LED芯片和绿光LED芯片拥有独立的控制电路，同类芯片以串联或并联方式连接；
2)配制荧光粉胶：荧光粉胶由高折光LED贴片硅胶与红色荧光粉配制，将红色荧光粉均匀分散在硅胶中，然后转移至真空干燥器中，连续抽真空1～2h，得到荧光粉胶。硅胶与荧光粉比例为1:(0.12～0.2)，即1g胶水取0.12～0.2g荧光粉。
3)将胶水涂覆至LED芯片上，本发明对涂敷的方式没有特殊的限定，只要能够使胶粉混合物能够均匀涂敷在LED芯片上即可。
4)涂覆结束后，将涂有荧光粉胶的LED芯片以第一时间进入烤箱烘烤，先60℃烘烤40min，再135℃烘烤80～110min。
本实施例中LED芯片10发射蓝光，LED芯片20发射绿光，在蓝光和绿光的激发下，封装层40中的红色荧光粉50发射出红光，由于蓝光、绿光和红光的均匀混合得到白光LED。
在本申请中优选LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片10和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片20；优选红色荧光粉50具有多波段激发特性，如图3所示，包括激发峰值波长位于440nm-470nm的蓝光波段和激发峰值波长位于495nm-575nm的绿光波段；优选的红色荧光粉在激发光辐照下发射峰值波长均位于600nm-675nm红色荧光，如图4a-d所示，因而红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光复合发出白光。
尽管发明人已经对本申请的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本申请精神的实质，本申请中出现的术语用于对本申请技术方案的阐述和理解，并不能构成对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED封装结构，包括本体，其特征在于：所述本体上设有一个腔体，所述腔体内设有蓝光LED芯片和绿色LED芯片的一对或多对，以及一层封装层，该封装层设置在蓝光LED芯片的上方；在所述封装层内设有红色荧光粉胶和蓝绿激发红色荧光粉。
2.根据权利要求1的白光LED封装结构，其特征在于：还包括用于固定蓝光芯片和绿光LED芯片的封装基座，所述封装基座中包括一底座及设置在底座四周的围挡，蓝光和绿光LED芯片固定在底座上；所述封装层设置在封装基座内。
3.根据权利要求1的白光LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片，LED芯片的发光峰值波长位于红色荧光的激发范围；红色荧光峰值波长位于600nm-675nm，红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光混合发出白光。
4.根据权利要求1的白光LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片采用串联和并联方式连接后与驱动电路形成控制回路，通过控制蓝光和绿光LED芯片的驱动电流和电压调节蓝光和绿光的强度，进而调节红色荧光粉的发光强度，从而实现光谱和色温调节。
5.一种基于可蓝绿双波段激发红色荧光粉的白光LED发光方式，其特征在于：所述白光LED芯片采用蓝光LED芯片、绿色LED芯片及LED芯片激发红色荧光粉混光而成白光，即“蓝色芯片+绿色芯片+红色荧光粉”的白光发光方式。
6.根据权利要求5所述的白光LED发光方式，其特征在于：该白光LED的封装结构为一种基于RGB显色的白光LED封装结构，该封装结构包括本体，所述本体上设有一个腔体，腔体内设有一对或多对蓝光和绿色芯片，以及一层封装层，封装层内设有红色荧光粉胶。
7.根据权利要求6所述的白光LED发光方式，其特征在于：所述封装层中的荧光粉可被白光LED芯片发出的蓝光和绿光激发发出红色荧光。
8.根据权利要求7所述的白光LED发光方式，其特征在于：所述LED芯片为发光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片和发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片，LED芯片的发光峰值波长位于红色荧光的激发范围。
9.根据权利要求8所述的白光LED发光方式，其特征在于：所述红色荧光粉可被光峰值波长位于440nm-470nm的蓝光芯片激发发出红色荧光，还可被发光峰值波长位于495nm-575nm的绿光芯片激发发出红色荧光，其红色荧光峰值波长位于600nm-675nm，红色荧光与LED芯片的蓝光和绿光混合发出白光。
10.根据权利要求5所述白光LED发光方式，其特征在于：所述LED芯片采用串联和并联方式连接后与驱动电路形成控制回路，通过控制蓝光和绿光LED芯片的驱动电流和电压调节蓝光和绿光的强度，进而调节红色荧光粉的发光强度，从而实现光谱和色温调节。
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