CN101572262A - 宽谱白光发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽谱白光发光二极管电光源，它是由金属或陶瓷基板、芯片阵列层、荧光粉涂层阵列层、透明材料混光封装体组合成的LED电光源，其特征在于芯片阵列层是由不同发射波长的芯片组合成的芯片阵列组成，每个阵列至少包含有一颗芯片，荧光粉涂层阵列层是由包含有不同发射光谱的荧光粉阵列组成。本发明的有益效果是在同一封装体内可以用目前常用的LED封装技术，选择低成本、高效率的LED芯片，按物理光学白光混光的原理，方便的优化各种排列组合，固晶在金属或陶瓷基板上。本发明也是一种很好的白光混光发光系统。
Description
技术领域：
本发明涉及一种照明电光源，特别是指一种照明白光发光二极管。
技术背景：
随着白光发光二极管的实现，人们看到了LED(即发光二极管)应用于照明的希望。LED以其效率高、功率小、寿命长、固态节能以及绿色环保等显著优点，真正点燃了绿色照明的光辉。半导体照明作为新型高效的固体光源，具有重大发展潜力和巨大的社会经济意义。预计将成为人类照明历史上继白炽光、荧光灯之后的第三代照明光源，已得到业内人士的普遍关注。
目前利用LED技术实现白光的主要方法是荧光粉涂敷光转换法：即用蓝光芯片加黄色荧光粉，通过荧光粉涂敷光转换，将蓝光转换复合产生白光。
由于这种方法，转换效率高，操作上较易实现，是目前制作白光发光二极管的主流方式，其不足之处在于采用单颗芯片与单种荧光粉，色温高，显色性差，因此这种方法合成的白光应用在指示灯上影响不大，但应用在照明灯具上，因其是蓝光芯片发出的蓝光和黄色荧光粉激发后发出的黄绿色光混合的白光，光谱的连续性不好，光谱的宽度较窄、色温较高、显色性差在实际应用中给人们造成是一种假白光的感觉。
由物理色度学知道自然白光在可见光范围内是一种连续光谱。如果照明光源不是连续光谱，在照明物体时，由于缺少部分光谱会有部分光谱不能反射到人眼。而让人感到颜色的失真，造成是一种假白光的感觉。因此研发一种低成本、色温稳定、显示性好，具有连续光谱的白光发光二极管一直是人们关注的重点。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提出一种新型结构的白光发光二极管：宽谱白光发光二极管电光源。它可以有效解决目前白光发光二极管电光源存在的这些问题，本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种宽谱白光发光二极管电光源，它是由金属或陶瓷基板1、芯片阵列层2、荧光粉涂层阵列层3、透明材料混光封装体4组合成的LED电光源，其特征在于芯片阵列层2是由不同发射波长的芯片阵列组合组成，芯片陈列层至少有一个以上阵列，每个阵列至少有一颗以上芯片。荧光粉涂层阵列层3是由不同发射光谱的荧光粉、发光材料或透光材料的阵列组合组成。这种新型结构的白光发光二极管解决了单颗芯片发射波峰少与单种荧光粉发射光谱窄而使混合的白光光谱的宽度较窄，光谱的连续性不好，显色性差的问题。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的发光材料嵌入有发光无机纳米微粒材料，从而形成能产生包括所有波长的高显色性的白光混合有机、无机LED。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的透光材料嵌入有散光无机纳米微粒材料，从而形成低眩光的高显色性白光混合有机、无机LED。
设置透光材料阵列是为了按混光需要直接出射芯片发射光谱进入到透明材料混合封装体4进行混光，这样可以避免荧光粉涂层对某些芯片光谱的干扰。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于芯片阵列层2中芯片阵列的芯片发射波长是与荧光粉涂层阵列层3中其覆盖的荧光粉涂层的有效激发波长相匹配的，匹配要求是芯片阵列中的芯片的发射波长偏离度不能超出荧光粉涂层的有效激发波长的范围。同时荧光粉涂层阵列中的荧光粉包含各种组份组成的荧光粉、发射峰可调的荧光粉。
我们知道制造白光发光二极管的荧光粉涂敷光转换法中对荧光粉的选择有两个必须满足的条件：第一是荧光粉的激发光谱必须与所选择的发光二极管的发射光谱相匹配，这样可以确保获得更高的光转换效率；第二是荧光粉的发射光谱在发光二极管的发射光谱激发下能发出白光，或者在发光二极管的发射光谱激发下与发光二极管发射出的光能够复合形成白光。
本发明可以将不同激发波长的荧光粉按最佳的激发效率及所需的光谱组合通过芯片阵列的最佳阵列、排列在同一封装体内，复合形成白光。同时使荧光粉的发射光谱达到以上要求。解决了过去由于荧光粉激发光谱峰带窄，不同波长的芯片激发同一激发波长的荧光粉，不相匹配，激发效率低、白光光谱不够连续，显色性差的问题。达到改变色温，扩展光谱的宽度，提高显色性的目的。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层3是由包含隔离式荧光膜涂层或两次涂敷荧光粉涂层的阵列组合组成。
设置隔离式荧光膜涂层阵列与两次涂敷荧光粉涂层阵列、可以扩展荧光粉涂层的涂敷工艺、优化荧光粉涂层的性能。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于在于芯片阵列层2是由遍布254nm～780nm发射波长的的多种芯片的阵列组合组成。并且固晶在同一金属或陶瓷基板1上。这样经过荧光粉涂层阵列层3与透明材料混光封装体4的混光可以补偿连续光谱中缺少的光谱，扩展了光谱的宽度，提高了显色性。同时不同颜色的光衰差异造成使用过程中的变色较小，可使混合的白光稳定性更好。
作为优选：上述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于透明材料混光封装体4是玻璃或硅胶制成的混光体。以及以上述材料为主体嵌入有散光无机纳米微粒材料的封装体。其目的是保证芯片阵列层2出射的光线及荧光粉涂层阵列层3被激发的光线在其内部再次进行充分的混光、降低眩光、出射各种发光角度的照明宽谱白光。
本发明的有益效果是在同一封装体内可以用目前常用的LED固晶技术，按物理光学制成白光的原理，选择低成本、高效率的的LED芯片按白光混光的原理，方便的优化各种排列组合，固晶在金属或陶瓷基板上，采用目前常用的LED点胶技术就可以在芯片上覆盖匹配的荧光粉涂层，通过透明材料混光封装体的混光出射白光。改变了过去在同一封装体内只能用一种颜色芯片激发一种荧光粉合成白光的方法，产生光谱不连续及激发效率低的缺点。
本发明的又一有益效果是可以按照物理光学光的混色原理，通过调整芯片阵列层芯片的数量、波长、阵列分布及调整荧光粉涂层阵列层的荧光粉种类及涂敷方法，经过混光可方便的优化设置不同色温要求的白光发光系统。因此本发明也是一种很好的白光混光发光系统。
附图说明
图1，发光二极管的结构示意图
图2，455nm波长配550nm荧光粉的发光二极管的性能图
图3470nm波长配580nm荧光粉的发光二极管的性能图
图4，455nm和470nm波长分别配550nm与580nm的荧光粉的发光二极管的性能图
1、金属或陶瓷基板2、芯片阵列层3、荧光粉涂层阵列层4、透明材料混光封装体
具体实施方式
实施例1：
利用相同发光颜色不同波长的GAN基蓝光LED芯片阵列层2的发光作为基础光源，利用GAN基蓝光LED所发出的波长为455nm～470nm的的蓝光一部分用来激发荧光粉，便荧光粉发出黄绿色光，另一部分透过荧光粉涂层阵列层3发射出来混合形成白光，即白光＝蓝+黄的机制，混合产生宽谱白光：
实施时为了使不同波长的芯片阵列匹配激发荧光粉阵列，先用荧光粉比较仪选择相应匹配的荧光粉，选配结果是蓝光芯片455nm应匹配550nm荧光粉，这样制作成的白色发光二极管性能图如图2，用光谱测试仪测试显色指数(Ra＜80)，470nm应匹配580nm荧光粉，这样制作成的白色发光二极管性能图如图3，用光谱测试仪测试显色指数(Ra＜73)。
按图1所述结构，本发明先把蓝光芯片455nm阵列分布在金属或陶瓷基板1上，覆盖匹配的550nm荧光粉涂层阵列，再把蓝光芯片470nm阵列分布在金属或陶瓷基板1上，覆盖匹配的580nm荧光粉涂层阵列。阵列及芯片的多少可由功率大小选定，阵列的排列可由工作电压选定，经过固晶、键合、通过透明材料混光封装体4的混光等工艺步骤整体封装在一起。这样在同一封装体内可得到由两个蓝光主波峰形成的芯片阵列层2及两个荧光粉发射主峰形成的荧光粉涂层阵列层3，组合成的宽谱白光大功率LED光源，这样通过透明材料混光封装体4的混光，扩展了原来白光的光谱宽度。本实施制作成的白色发光二极管性能图如图4，用光谱测试仪测试显色指数(Ra＞85)。明显提高了其显色性能。
由于相同发光颜色的芯片波长精确分档是需很高的成本，因此相同发光颜色芯片的波长的差异也是很大的，用芯片阵列的方法允许同一封装体内芯片波长的差异，可以大大降低成本。
实施例2：
按实施例一的方法，在图1所述结构中，在金属或陶瓷基板1四周分布蓝光芯片455nm阵列，覆盖550nm荧光粉涂层阵列，再分布蓝光芯片470nm阵列，覆盖580nm荧光粉涂层阵列，这样可以得到两个蓝光主波峰及两个荧光粉主波峰，再在金属或陶瓷基板1中心用红光芯片620nm阵列对应没有荧光粉的涂层陈列得到一个红光主波峰，经过固晶、键合、透明材料混光封装体4混光封装等工艺步骤整体封装在一起，这样三个芯片光源波峰形成的芯片阵列层2与两个荧光粉波峰形成的荧光粉涂层阵列层3进行混光补充了白色光谱的红光成分扩展了白光光谱宽度。它可以补充传统蓝光黄光混合产生白光的方法缺少的红光，以达到到改变色温、提高显色指数的效果，而且结构简单，使制造工艺更加合理、稳定可靠。形成宽谱白光大功率LED光源。
按物理光度学合成白光原理选择不同颜色的芯片作为基色与不同的荧光粉涂层阵列层混合产生白光，同样也可用红色荧光粉阵列进行补色。
实施例3：
按实施例一的方法，在图1所述结构中，在金属或陶瓷基板1上固定发光波长为430～480nm的芯片阵列层2，再分两层分别涂覆红色荧光粉和黄绿色荧光粉层阵列层3，然后通过透明材料混光封装体4混色形成白光，在制造过程中测试得某一些产品产生偏绿或偏红的色差后，可以根据色差的偏向再涂一层红色荧光粉或黄绿色荧光粉作为修正，克服了红色荧光粉和绿色荧光粉混合涂敷所存在的由于粉体颗粒比重不一造成的LED灯颜色不均匀性的缺点，本实施方法中，LED黄绿色荧光粉层中各颗粒比重大致相同，LED红粉层中各颗粒比重也大致相同。既补充了白色光谱的红色成分也扩展了白光光谱宽度。同时大大的提高了产品的合格率，可应用于各种混光LED灯的制造中。
实施例4：
按实施例一的方法，在图1所述结构中，在金属或陶瓷基板1上固定发光波长为430～480nm的芯片阵列层2，再涂覆单组份双波长稀土荧光粉涂层阵列层3。GaN基LED芯片在电压驱动下，发射蓝色可见光；稀土荧光粉部分吸收GaN基LED，芯片发出的蓝光，并将其转换成至少部分黄光和红光，最后LED芯片剩余的蓝光和单组份双波长稀土荧光粉转换所产生的黄光和红光混合产生白光。弥补了白光技术缺乏红光的不足，使得白光的调控更加简单。
这里同样可用发射峰可调的荧光粉涂层阵列改变色温，扩展光谱的宽度，提高显色性。
实施例5：
按实施例一的方法，在图1所述结构中，先用荧光粉等材料制成荧光膜涂层阵列层3，再保持适当距离安装在LED管芯发光面一侧，激发荧光膜涂层混成白光。这样可以明显降低荧光粉工作温度而降低其衰减率，实现有效提高白光发光二极管灯使用寿命的目的。解决目前白光发光二极管将荧光粉直接涂敷在蓝光LED芯片表面，荧光粉工作温度高，衰减快的问题。
实施例6：
在图1所述结构中，采用465NM，535NM，590NM和625NM的LED芯片阵列，制成四芯片(蓝+绿+红+黄)LED芯片阵列层2，配置不含有荧光粉的涂层阵列层3，经过固晶、键合、透明材料混光封装体4混光封装等工艺步骤整体封装在一起，可以在同一封装体内得到由四个(蓝+绿+红+黄)主波峰组合成的宽谱白光大功率LED光源。用光谱测试仪测试显色指数(Ra＞88)，色温为5500K。
本实施方法也可以用遍布可见光的芯片制成芯片阵列层2，得到宽谱白光大功率LED光源。
实施例7：
按实施例一的方法，在图1所述结构中，采用波长455nm～470nm GAN基蓝光芯片作为芯片阵列层2分布在金属或陶瓷基板1上，分别覆盖可转换成650nm的红光红色荧光粉与可转换成540nm的绿色荧光粉制成的荧光粉涂层阵列层3，通过固晶、键合、透明材料混光封装体4混光封装等工艺步骤整体封装在一起，在荧光粉阵列中增加增加红色、绿色荧光粉波峰，使得混光后出射的白光光谱可以补偿连续光谱中缺少的光谱，扩展了光谱的宽度，提高了白光的显色性，得到宽谱白光大功率LED光源。
本发明的其它实施方法，可以通过改变芯片阵列层中芯片的选择及荧光粉阵列层中荧光粉、发光材料及透光材料的选择、荧光粉涂层阵列涂敷方法的改变，调整光谱的波长及强度，调整光谱宽度，按照光度学的基本原理得到光谱连续，显色性好，各种色温的宽谱白光大功率LED光源。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子，显然本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变化，本领域普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有变化，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1、一种宽谱白光发光二极管电光源，它是由金属或陶瓷基板(1)、芯片阵列层(2)、荧光粉涂层阵列层(3)、透明材料混光封装体(4)组合成的LED电光源，其特征在于芯片阵列层(2)是由不同发射波长的芯片阵列组合组成，芯片陈列层至少有一个以上阵列，每个阵列至少有一颗以上芯片。
2、根据权利要求1所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于芯片阵列层(2)中芯片阵列的芯片发射波长是与荧光粉涂层阵列层(3)中其覆盖的荧光粉涂层的有效激发波长相匹配的，匹配要求是芯片阵列中的芯片的发射波长偏离度不能超出荧光粉涂层的有效激发波长的范围。
3、根据权利要求1所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉涂层阵列层(3)是由不同发射光谱的荧光粉、发光材料或透光材料的阵列组合组成。
4、根据权利要求3所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的发光材料嵌入有发光无机纳米微粒材料。
5根据权利要求3所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的透光材料嵌入有散光无机纳米微粒材料。
6、根据权利要求3所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的荧光粉是发射峰可调的荧光粉。
7、根据权利要求3所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于荧光粉阵列层(3)中的阵列包含隔离式荧光膜涂层或两次涂敷荧光膜涂层的阵列。
8、根据权利要求1所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于芯片阵列层(2)是由遍布254nm～780nm发射波长的的多种芯片的阵列组合组成。
9、根据权利要求1所述的一种宽谱白光发光二极管电光源，其特征在于透明材料混光封装体(4)是玻璃或硅胶嵌入有散光无机纳米微粒材料制成的混光体。
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