CN101872825B - 制备低色温高显色性大功率白光led的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，其采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。本发明通过InGaN基蓝光LED芯片的发射光分别激发黄色荧光粉和绿色荧光粉，再由绿色荧光粉的发射光激发橙红色荧光粉，提高了荧光粉的光致发光转换效率。通过合理调配荧光粉的比例，可实现白光LED光谱由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成并具有良好的连续性和均衡性，进而在低色温条件下实现大功率白光LED的高发光效率和高显色性。

Description

制备低色温高显色性大功率白光LED的方法
技术领域
本发明涉及低色温高显色性白光LED，具体是一种制备低色温高显色性大功率白光LED的方法。
背景技术
随着发光二极管(LED)芯片和封装技术的提升，白光LED作为普通照明光源逐步受到人们的青睐。它具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等一系列优点，已广泛应用于LED路灯、LED灯具等领域，是一种符合国家“节能减排”政策的绿色新光源。2009年9月，欧盟率先出台白炽灯禁售的政策，各国也纷纷发布禁售的进程，使得白光LED向普通照明尤其是室内照明又向前推进了一大步。然而，白光LED的显色性是制约其进入室内照明，特别是阅读照明、医疗照明的技术瓶颈。
目前，低色温高显色性白光LED是国内外企业和科研院所的研究热点之一，现有制备白光LED的主要方法有：
(一)红、绿、蓝(RGB)三色LED芯片产生宽谱带白光。该方法可以制备色温覆盖2700～13000K的白光，并可以通过多芯片集成设计实现显色指数高达90以上的白光。但该方法的封装结构和电路驱动复杂，RGB三色芯片光衰不一致，导致产品的稳定性差，且成本较高。
(二)近紫外LED(nUV-LED)芯片激发RGB荧光粉产生白光。该方法可以通过荧光粉配比实现显色指数高达96的暖白光，但存在近紫外LED芯片成本高，效率低，存在紫外线泄漏并使封装材料容易老化，缩减白光LED的寿命。
(三)InGaN基蓝光LED芯片激发稀土荧光粉制备各种色温的白光LED。
目前，第三种方法是制备白光LED的主流方式。采用InGaN基蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+黄色荧光粉，难以实现在4000K以下低色温且Ra＞80的高显色性的白光LED。为改变单色荧光粉的不足，郑代顺等人采用蓝光LED芯片激发黄色和红色荧光粉得到的白光LED，其Tc和Ra分别为3200K和83.2，但因为蓝光LED的发射峰值波长与红色荧光粉的激发光谱不匹配，导致器件的光通量和发光效率只有14.1lm和12.72lm/W。吴海彬，Rong-JunXie等人的研究也表明：4000K以下的低色温白光LED发光效率较低(＜20lm/w)，这是因为蓝光LED激发黄色、红色荧光粉转换效率较低的问题。此外，Naoki Kimura等人先后采用蓝光LED芯片激发三种或多种荧光粉制备低色温高显色性白光LED，但仍存在荧光粉转换效率不高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，其可大幅度提高荧光粉的转换效率。
本发明的技术方案是这样的：制备低色温高显色性大功率白光LED的新方法，采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，上述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色荧光粉和绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配；其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm；绿色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm；橙红色荧光粉的激发波长是520-530nm的绿光，发射光谱的峰值波长是635nm；上述黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为6-8∶7-9∶2-6。
上述荧光粉与硅胶均匀混合，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为1∶(0.06～0.08)∶(0.07～0.09)∶(0.02～0.06)。
所述白光LED的色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85，发光效率高于50lm/W。
采用上述方案后，本发明制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，与现有技术相比，由于黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配，提高了荧光粉的光致发光转换效率，进而提高了白光LED的发光效率；在黄色、绿色、橙红色荧光粉合理配比的情况下，由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成的白光光谱具有良好的连续性和均衡性，接近太阳光的标准光谱，即在低色温条件下实现了大功率白光LED发光效率高、显色性高的目的。采用本发明方法制备出来白光LED，色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85，发光效率高于50lm/W。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明中黄色荧光粉的激发与发射光谱示意图；
图3为本发明中绿色荧光粉的激发与发射光谱示意图；
图4为本发明中橙红色荧光粉的激发与发射光谱示意图；
图5为本发明中白光LED的光谱匹配示意图；
图6为本发明中一个具体实施例的白光LED光谱分布图。
具体实施方式
本发明制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，其采用常规的白光LED的封装工艺，以封装大功率1W白光LED为例，其封装工艺为：在已固晶焊线后的芯片上涂敷按一定比例调配好的荧光粉和硅胶的混合物，并烘烤使其固化，再用高折射率硅胶填充光学透镜制成φ5圆头白光LED。本发明与现有技术的不同之处仅在于所用的荧光粉的不同，及荧光粉的激发方式的不同，因此在此只着重描述荧光粉的组成和荧光粉的激发方式。
本发明采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，荧光粉为黄色荧光粉(YAG:Ce3+)、绿色荧光粉(硅酸盐化合物)和橙红色荧光粉(氮氧复合物)的混合物，且黄色荧光粉、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配、绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配。
其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm(如图2所示)；绿色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm(如图3所示)；橙红色荧光粉的激发波长是520-530nm的绿光，发射光谱的峰值波长是635nm(如图4所示)。
荧光粉中混合有硅胶，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为1∶(0.06～0.08)∶(0.07～0.09)∶(0.02～0.06)。具体的重量比例可选择1∶0.07∶0.08∶0.04。
本发明的工作原理如图1所示，由于黄色、绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配，提高了荧光粉的光致发光转换效率，进而提高了白光LED的发光效率；在黄色、绿色、橙红色荧光粉合理配比的情况下，由蓝色光、黄色光、绿色光和橙红色光组成的白光光谱(如图5所示)具有良好的连续性和均衡性，接近太阳光的标准光谱，即在低色温条件下实现了大功率白光LED发光效率高、显色性高的目的。
本发明中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的发射光谱的峰值波长是557nm，绿色荧光粉的发射光谱的峰值波长是521nm，橙红色荧光粉的发射光谱的峰值波长是635nm，通过峰值波长为452nm、521nm、557nm、635nm这四个光谱的配比，便可实现高显色性。
作为一个应用例，采用本发明的技术方案的3020K白光LED，其光谱分布图如图6所示，在正向电流IF＝350mA时，样品的色温为3020K，其发射光谱以荧光粉的发射光谱为主，以InGaN蓝光LED芯片的电致发光(EL)光谱为辅，属于标准色温为3000K的暖白光。该样品在IF＝350mA驱动时色坐标为x＝0.4396，y＝0.4119，落在CIE标准色度图3000K标准色温的色容差的最内圈，色容差为3.8，显色指数Ra＝86.9，发光效率达53.94lm/W，满足室内照明光源的需求。
如表1所示为本实验制备的低色温高显色性大功率白光LED的光色电主要参数。根据数据表明：(1)采用本发明方法可制备低色温白光LED，其显色指数可达Ra＞86，且光通量达60.936lm，发光效率高达52.43lm/W；(2)所有样品的色温均落在3000-3100K，具有高度的光色一致性。
表1
Figure GSB00000940521600051

Claims (3)

1.制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，采用InGaN基蓝光LED芯片激发荧光粉，其特征在于：上述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和橙红色荧光粉的混合物，且黄色荧光粉和绿色荧光粉的激发光谱峰值均与InGaN基蓝光LED芯片的发射光谱相匹配，绿色荧光粉的发射光谱的峰值与橙红色荧光粉的激发光谱相匹配；其中，InGaN蓝光LED芯片的发射峰值波长为450-460nm，黄色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是557nm；绿色荧光粉的激发波长是450-460nm的蓝光，发射光谱的峰值波长是521nm；橙红色荧光粉的激发波长是520-530nm的绿光，发射光谱的峰值波长是635nm；上述黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为6-8∶7-9∶2-6。
2.根据权利要求1所述的制备低色温高显色性大功率白光LED的方法，其特征在于：上述荧光粉中混合有硅胶，且硅胶、黄色荧光粉、绿色荧光粉、橙红色荧光粉的重量比例为1∶0.06-0.08∶0.07-0.09∶0.02-0.06。
3.根据权利要求1所述的方法制备出的低色温高显色性大功率白光LED，其特征在于：所述白光LED的色温范围在2700-5000K之间，显色指数高于85，发光效率高于50lm/W。
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