CN102227012A - 一种色温均匀的高显色性能白光led - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED技术领域,具体为一种色温均匀的高显色性能白光LED。本发明白光LED包括通常白光LED的如下基本部件:LED芯片、封装支架、硅胶、荧光片、透镜、反光杯、热沉;其中,所述荧光片采用中心厚、边缘薄的球冠形状;并且荧光片位于LED芯片上方,荧光片与LED芯片分离,两者之间填充透明硅胶;荧光片吸收LED芯片所发射光子,光子能量下转换,成为波长更长光子,与所述LED芯片所发射、并透过所述荧光片的光子混合生成白光。本发明白光LED设计精巧,消除普通白光LED侧向发光偏黄效应,色温在空间各个角度均匀,一致性好;适用于制造低成本、高性能白光LED。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域,具体涉及一种无荧光粉高显色性能白光LED。
背景技术
自从1993年日本科学家中村修二发明商用氮化物蓝光发光二极管(LED)以来,氮化物LED的研究和应用获得爆炸性的扩展。氮化物蓝光发光二极管在很多领域具有巨大的应用,其中最重要的应用有RGB三基色显示和大功率白光LED半导体照明。以大功率白光LED技术为主的半导体固态照明,具有电光转换效率高、寿命长、安全、绿色环保备受世界各国政府青睐,此外,由于LED是电光源,体积小,将给照明设计提供极大自由性。目前实现大功率白光LED的方法主要集中在三种技术路线上,一是蓝光芯片加红黄光荧光粉;二是紫光芯片加红绿蓝荧光粉;三是红绿蓝芯片组合封装。其中,第一种技术相对成熟且成本较低;第二种技术仍处于早期研发阶段,一系列关键材料和工艺有待突破;第三种技术成本相对偏高,产品设计较复杂。因此,国际上主要LED厂商均致力于以高亮度大功率蓝光LED加荧光粉为核心技术的高亮白光LED照明的研发和产业化,其荧光粉主要是用钇铝石榴石黄光荧光粉(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce3+(YAG:Ce)。利用搅拌,把荧光粉颗粒分散在硅胶中,通过点胶工艺把含荧光粉颗粒的硅胶覆盖在LED芯片表面。荧光粉吸收LED芯片发出的蓝光,转换蓝光成为黄光,并与部分透过硅胶的LED芯片所发射的蓝光混合获得白光。这种蓝光LED加荧光粉技术工艺简单,成本低廉,然而制备的白光LED具有一定缺点。利用此技术,荧光粉在点胶工艺工程中容易沉淀,集中在LED反光杯的两侧,造成LED侧面发出的光被更多荧光粉吸收,黄光部分更多;此外,反光杯反射的LED芯片蓝光集中在LED芯片中心上方发射。这两种原因造成LED中心发光偏蓝,侧面偏黄,色温具有空间角度的不均匀性,有的甚至大到中心色温和侧面的色温相差750K,这不符合照明标准。
为克服当前白光LED制备技术中的色温不均匀性,必须寻求新的荧光粉点粉点胶工艺,或寻求新型荧光粉转换方式,获得色温一致性良好的白光LED。
发明内容
本发明的目的在于提出一种色温均匀性好的白光LED。
本发明提供的白光LED,包括通常白光LED的如下基本部件:LED芯片、封装支架、硅胶、荧光片、透镜、反光杯、热沉;其中,LED芯片设置于热沉之上,于反光杯之内;荧光片位于LED芯片上方,并且荧光片光LED芯片分离,两者之间填充透明硅胶;透镜罩于荧光片之上,下边缘与反光杯上口连接;白光LED的透镜以下部分封装于模塑料中,并固定于封装支架上。LED芯片的正负极线通过引线框架引出。其结构见图4所示。本发明中,荧光片吸收LED芯片所发射光子,光子能量下转换,成为波长更长光子,与LED芯片所发射并透过所述荧光片的透射光混合生成白光。
本发明中,所述的荧光片,利用模具压铸而成,其形状为中心厚、光滑过渡到边缘薄的球冠形状,即荧光片的外侧面为近似凸型球面,内侧面为近似凹型球面,边缘为两球面的相交处,见图3所示。荧光片材料是透明有机物,内含有分散的荧光粉颗粒;荧光粉在透明有机物的浓度为0.08—0.12 g/cm3。
本发明中,所述透明有机物包括 :AB胶、紫外线/可见光胶(UV胶),或由其他树脂类调配而成的透明胶。所述AB胶,如 L-800胶,由主剂L800A,硬化剂L800B,以及光扩散剂DP100HN三部分组成,A: B 按1:1--1:3的重量份调配而成,加入少许光扩散剂;所述紫外线/可见光胶(UV胶),由基础树脂(如环氧丙烯酸醋)、活性单体(如乙氧基化三轻基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯)、光引发剂等成分配成,按比例1:1--1:3的重量份调配而成。
本发明中,所述波长更长光子,包括:绿光、橙色光、黄光及红光。
本发明中,所述荧光粉选自:黄光荧光粉,典型的钇铝石榴石荧光粉,如(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce3+ (YAG:Ce)或Tb3(Al,Ga)5O12: Ce3+(TAG:Ce);硅酸盐荧光粉,如Sr2SiO4: Eu2+、Sr3SiO5: Eu2+ ;硫化物荧光粉,如CaS:Eu2+ ;氮化物及氮氧化物荧光粉,如Sr2Si5N8: Eu2+ 、Ca-α-SiAlON:Eu2+ 等。
本发明中,所述的LED芯片选自:蓝光发光二极管芯片、紫光发光二极管芯片、绿光发光二极管芯片、紫外光发光二极管芯片。
本发明中,所述封装支架选自:具有反光杯形状的铝基或铜基支架。
本发明中,硅胶采用有较大折射率的透明硅树脂材料。
本发明中,透镜采用硬化有机树脂材料。
本发明中,LED芯片是由半导体氮化物材料制成,所述材料折射率在2.4- 2.6之间;LED硅胶材料折射率在1.4- 1.7之间。LED芯片所发射的光从高折射率的氮化物材料到低折射率的硅胶,在芯片表面发生全发射;射出芯片的光线与芯片表面法线方向夹角较小;大部分光线正面入射穿过硅胶到达荧光片,见图5所示。其中,大部分正面入射蓝光如图D和F光线直接穿过黄色荧光片,少部分正面入射光线如E光线入射荧光片,被荧光片荧光粉吸收,转化为橙黄色光。本发明中,增加荧光片中心部分厚度,可增加中心部分荧光片中荧光颗粒数量,增加正面入射蓝光如D光线和F光线被荧光颗粒吸收概率,转换为橙黄光,降低白光LED正面白光色温。对于芯片侧向发射蓝光,大部分如 A、C、G光线斜入射进入荧光片,容易被散射,增加在荧光片中路径长度,容易被荧光片中荧光颗粒吸收,转化为橙黄光;少部分从芯片斜入射进入黄色荧光片中的蓝光,如B光线,直接透过荧光片未被荧光颗粒吸收。本发明中,减小球冠形荧光片边沿厚度,减小侧向光在荧光片中散射路径长度,减小转化为橙黄光概率;即减小A、C、G光线的比例,增加 B光线的比例,提高LED侧向白光色温。
本发明中,中心厚、边缘薄的球冠形荧光片置于LED芯片上方,增加了正面出射蓝光或紫光经过荧光片的路径,增加了所述蓝光或紫光被荧光粉吸收的几率,增加了能量下转换、成为波长更长光子的概率。
本发明有益效果是:消除普通白光LED侧向发光偏黄效应,色温在空间各个角度均匀,一致性好;适用于制造低成本、高性能白光LED。
附图说明
图1为球形凹槽图示。
图2为球形凹槽、荧光胶和球形凸槽分解图示。
图3为球形凹槽、荧光胶和球形凸槽组合图示。
图4为本发明结构图示。
图5为本发明一个实施例的光线踪迹示意图。
图中标号:1为封装支架,2为热沉,3为模塑料,4为LED芯片,5为焊线,6为引线框架,7为荧光片,8为硅胶,9为反光杯,10为透镜,11为球形凹槽模具,12为荧光胶,13为球形凸槽模具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步说明本发明。
具体实施步骤如下:
1、制备荧光片7:
(1)、利用机械加工制备球形凹槽模具11,凹槽形状、尺寸如图1所示。
(2)、利用机械加工制备球形凸槽模具13,凸槽形状、尺寸如图2所示。
(3)、按A和 B成分1:1 质量比例配制A B胶,将黄色荧光粉加入AB胶,荧光粉和AB胶按0.08—0.12 g/cm3比例配制,搅拌,分散均匀,制备成荧光胶。
(4)、把步骤3所制备荧光胶滴入图1所示球形凹槽模具11中,形成图2所示荧光胶12。
(5)、如图2 所示,将球形凸槽模具13压入球形凹槽模具11,挤压荧光胶12,荧光胶12形成所需荧光片形状。
(6)、制备得荧光胶,放入烤箱烘烤,烘烤时间15- 60分钟,温度120-150 oC,荧光胶固化,制备得图3 所示荧光胶片12,即荧光片7, 尺寸如图所示。脱模,揭开模具,取出荧光片7。
2、利用超声清洗技清洗封装支架1。所述封装支架1附带有热沉2、模塑料3 及反光杯9。
3、利用常规封装工艺的固晶技术将蓝光LED芯片4 绑定在热沉 2 之上。
4、利用金丝球焊技术从LED芯片4正负电极焊接金线5 到引线框架6。
5、将黄色荧光片7 覆盖到焊接金线的反光杯9内。
6、在荧光片7 之上覆盖透镜 10。
7、利用灌胶机向荧光片7 和LED芯片4 之间空隙内填充硅胶8。
8、利用烤箱在120 oC温度烘烤整个LED,时间1小时,LED制备完毕。
Claims (6)
1.一种色温均匀的高显色性能白光LED,包括通常白光LED的如下基本部件:LED芯片、封装支架、硅胶、荧光片、透镜、反光杯、热沉;其特征在于:所述荧光片采用中心厚、边缘薄的球冠形状;并且荧光片位于LED芯片上方,荧光片与LED芯片分离,两者之间填充透明硅胶;荧光片吸收LED芯片所发射光子,光子能量下转换,成为波长更长光子,与所述LED芯片所发射、并透过所述荧光片的光子混合生成白光。
2. 根据权利要求1所述的高显色性能白光LED,其特征在于:所述荧光片的材料是透明有机物,内含有分散的荧光粉颗粒;荧光粉和透明有机物的配比为0.08--0.12 g/cm3。
3. 根据权利要求2所述的高显色性能白光LED,其特征在于:所述透明有机物为AB胶或紫外线/可见光胶;所述AB胶中,A为有机聚合物,B为固化剂,两者按1:1--1:3的重量份调配而成;所述紫外线/可见光胶,由基础树脂、活性单体、光引发剂成分调配而成。
4.根据权利要求1或2或3所述的高显色性能白光LED,其特征在于:所述的LED芯片采用蓝光LED芯片、紫光LED芯片、绿光LED芯片或紫外光LED芯片。
5.根据权利要求1或2或3所述的高显色性能白光LED,其特征在于:所述的波长更长光子,包括:绿光、橙色光、黄光或红光。
6.根据权利要求2所述的高显色性能白光LED,其特征在于:所述的荧光粉选自黄光荧光粉,硅酸盐荧光粉,硫化物荧光粉,氮化物及氮氧化物荧光粉。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Taizhou Huaqiang Lighting Equipment Co., Ltd. Assignor: Fudan University Contract record no.: 2012320000234 Denomination of invention: White light LED with uniform color temperature and high color rendering performance License type: Exclusive License Open date: 20111026 Record date: 20120315 |
|
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111026 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |