CN102466146B - 一种脉冲led发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲LED发光装置，属于脉冲LED发光装置制造技术领域。本发明脉冲LED光装置，包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料，其特征在于：所述发光材料的发光寿命是1-100ms；其中所述LED发光单元采用脉冲电流驱动。本发明由于采用具有特定发光时间的发光材料，当电流周期变化时，发光并不随着激发光源的消失而消失，而会持续到下个周期开始，从而弥补了由于脉冲电流关断时导致的LED芯片的发光频闪的影响，使发光装置在脉冲周期的光输出保持稳定，从而消除了脉冲频闪发光对人眼的伤害。另外，由于在脉冲周期内LED芯片有一段时间不工作，使得其热效应下降，有效解决了芯片发热带来的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲LED发光装置，属于脉冲LED发光装置制造技术领域。
背景技术
LED以其节能、耐用、无污染等优点在照明、显示和背光源等领域引起广泛的重视。目前LED发光器件都采用恒流电流驱动，在这种模式下，LED芯片一直处在工作状态下，会产生大量的热量，会导致整个装置的光衰和封装材料老化等一系列问题。实际上，LED发光装置，特别是大功率装置的发光的散热问题是目前LED应用中的一个瓶颈。
美国专利US 7,489,086 B2“AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVE METHODS ANDAPPARATUS”提供了一种非恒流驱动的交流LED器件，该发明主要是使集成封装的LED器件在高于100赫兹的频率下工作，利用人肉眼的视觉暂留效应来弥补交流工作下LED器件发光的频闪。由于LED芯片并非一直工作，所以产生的热量较少，有利于散热。然而，虽然人眼无法区别100赫兹以上的发光频闪，但是发光的波动是现实存在的，会使眼睛疲劳，造成伤害。同时，集成封装的LED芯片在狭小的基片空间上集成存在工艺复杂、难度大的问题。
交流电流是大小和方向随时间做周期性变化的电流。脉冲电流是方向不变，大小随时间周期性改变的电流。即按照一定的时间规律，通电一段时间，然后又断电一段时间，又通电一段时间，然后又断电一段时间，如此反复。
由于通断电造成的发光频闪问题对眼睛的伤害，目前为止，未见实用性的脉冲电流驱动的LED发光装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲电流驱动芯片的LED发光装置，该装置能克服脉冲频闪带来的问题。
本发明的技术方案：本发明脉冲电流驱动芯片的LED发光装置使用特定寿命的发光材料。
具体地，LED光单元，包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料，其特征在于：所述发光材料的发光寿命是1-100ms(优选5-20ms)；其中所述LED发光单元采用的驱动频率优选为50-150赫兹，当频率过高时，会对半导体芯片产生一定的损害。根据发光学定义，发光材料的发光寿命为材料发光强度降到激发时最大强度的1/e所需的时间。
其中，所述的LED芯片发出的光是紫外、可见或红外光。
所述发光材料为一种或多种无机发光材料、有机发光材料或它们的混合。
具体地，可以选用CaS:Eu2+；CaS:Bi2+，Tm3+；ZnS:Tb3+；CaSrS2:Eu2+，Dy3+；SrGa2S4:Dy3+；Ga2O3:Eu3+；(Y，Gd)BO3:Eu3+；Zn2SiO4:Mn2+；YBO3:Tb3+；Y(V，P)O4:Eu3+；SrAl2O4:Eu2+；SrAl2O4:Eu2+，B；SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，B3+；Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+，B3+；BaAl2O4:Eu2+；CaAl2O4:Eu2+；Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+；BaMgAl10O17:Eu2+，Mn2+；Tb(acac)2(AA)phen；Y2O2S:Eu3+；Y2SiO5:Tb3+；SrGa2S4:Ce3+；Y3(Al，Ga)5O12:Tb3+；Ca2Zn4Ti15O36:Pr3+；CaTiO3:Pr3+；Zn2P2O7:Tm3+；Ca2P2O7:Eu2+，Y3+；Sr2P2O7:Eu2+，Y3+；Lu2O3:Tb3+；Sr2Al6O11:Eu2+；Mg2SnO4:Mn2+；CaAl2O4:Ce3+，Tb3+；Sr4Al14O25:Tb3+；Ca10(PO4)6(F，Cl)2:Sb3+，Mn2；Sr2MgSi2O7:Eu2+；Sr2CaSi2O7:Eu2+；Zn3(PO4)2:Mn2+，Ga3+；CaO:Eu3+；Y2O2S:Mg2+，Ti3+；Y2O2S:Sm3+；SrMg2(PO4)2:Eu2+，Gd3+；BaMg2(PO4)2:Eu2+，Gd3+；Zn2SiO4:Mn2+，As5+；KLaF4:Er3+；CdSiO3:Dy3+；MgSiO3:Eu2+，Mn2+中的一种或多种混合。
另外，本发明LED发光装置还包含导光覆盖层，为非平面型导光结构。通过导光覆盖层将LED芯片的发光和发光材料的发光进行反射、折射、散射并匀光最终混合导出均匀一致的光。其中，所述导光覆盖层为透镜或其它透明覆盖层，其中可以掺有粒径小于5微米的非发光材料颗粒，从而使得芯片输出的更加光均匀散射。
本发明的有益效果：
现有LED发光装置以发光寿命极短的YAG:Ce作为发光材料，在脉冲周期变化会导致发光频闪现象，虽然人眼无法辨别在大于100赫兹的发光的频闪，但实际上这种频闪会造成视觉疲劳，对眼睛产生伤害。本发明由于采用具有特定发光时间的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，这样，在基于本发明方案的脉冲LED发光装置中，当电流周期变化时，发光并不随着激发光源的消失而消失，而会持续到下个周期开始，从而弥补了由于脉冲电流关断时导致的LED芯片的发光频闪的影响，使发光装置在脉冲周期的光输出保持稳定，从而消除了脉冲频闪发光对人眼的伤害。本发明脉冲LED发光装置可使用普通的单一PN结的LED芯片，不需要由于脉冲电流驱动而制备特殊芯片。另外，本发明由于在脉冲周期内LED芯片有一段时间不工作，使得其热效应下降，这样有助于克服现有恒流驱动LED发光装置中芯片发热带来的系列难题。
附图说明
图1为LED发光单元组成示意图，1为发光材料，或由发光材料和透明介质组成的发光层；2为LED芯片。
图2为交流电经过整流后得到的周期性脉冲波形。
图3为方波构成的周期性脉冲波形。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式
实施例1-10采用表1的发光材料和市售单一PN结LED芯片，采用通用封装技术得到的方波脉冲LED发光装置，脉冲频率为50赫兹，也就是脉冲周期为20ms。脉冲周期内电流接通时间为12.5ms，关断时间为7.5ms。以下实施例采用图3所述的脉冲驱动电流驱动。
本发明驱动电流不限于图2或图3所述的脉冲驱动电流。本发明适用于方向不变，大小随时间周期性改变的电流。即按照一定的时间规律，通电一段时间，然后又断电一段时间，又通电一段时间，然后又断电一段时间，如此反复。
实施例1-10
表1
试验例1本发明实施例在脉冲信号周期内的发光亮度
表2给出了实施例1-10所给出的脉冲LED发光装置用每秒拍300张照片的Sarnoff公司CAM512型高速科学级照相机拍摄的20毫秒内的发光亮度。参比样1为市售460纳米蓝光芯片封装上黄色发光材料YAG:Ce(发光寿命为100ns)按实施例1-10的同一方式组成的脉冲驱动LED发光装置，参比样2为市售460纳米蓝光芯片封装上长寿命材料SrAl2O4:Eu，Dy(发光寿命大于1秒)按实施例1-10的同一方式组成的脉冲电流驱动LED发光装置。表2中亮度数据为相对亮度，无量纲。
表2
从表2可以看出，参比样1亦即使用现有市售蓝光芯片封装上发光寿命较短的传统的YAG:Ce发光材料的LED发光装置获得的发光不稳定，在脉冲电流关断时间内发光为零。而本发明在脉冲电流关断时间内仍有较稳定的发光。
虽然如参比样2所示的、使用发光寿命过长的发光材料时脉冲LED发光装置的发光亮度在脉冲电流关断时间内也较为平稳，但由于材料在激发光存在时获得的能量不能迅速释放，导致其发光较弱，不利于作为发光材料使用。
试验例2本发明脉冲LED发光装置的光衰
表3给出了实施例1-10和参比样的光衰数据。参比样为将市售460纳米蓝光芯片封装上YA6:Ce的LED芯片按目前通用的直流供电方式安装的LED发光装置。测试方法如下：将实施例所述脉冲LED发光装置和参比装置通电工作后在一定的间隔时间内测其发光亮度，结果如表3所示。表2中亮度数据为美能达CS-100亮度计测试的相对亮度，无量纲。以最初数据归一化。表3
从表3的数据可以看出本发明的脉冲LED发光装置的亮度衰减要小于采用现有方式的LED发光装置。
以上试验例说明，本发明的脉冲LED发光装置具有发光随电流变化波动小和光衰小的优点，与现有恒流驱动LED发光装置相比具有明显的非显而易见性。
Claims (4)
1.脉冲LED发光单元，包括采用脉冲电流驱动LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料，其特征在于：所述发光材料的发光寿命是1－100ms，所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片，所述的LED芯片发出的光是紫外、可见或红外光，
其中，
当采用254纳米的紫外光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为13ms的SrMg2(PO4)2:Eu2+,Gd3+、发光寿命为8ms的60wt％Zn2SiO4:Mn2+,As5++40wt％Sr3SiO5:Eu2+,Dy3+或发光寿命为20ms的CdSiO3:Dy3+；
当采用310纳米的紫外光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为60ms的25wt％Zn2P2O7:Tm3++25wt％CaTiO3:Pr3++50wt％Ca2P2O7:Eu2+,Y3+；
当采用360纳米的紫外光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为10ms的Tb(acac)2(AA)phen；
当采用450纳米的蓝光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为5ms的MgSiO3:Eu2+,Mn2+；
当采用460纳米的蓝光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为25ms的Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+或发光寿命为100ms的SrAl2O4:Eu2+,B3+；
当采用400纳米的紫光LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为1ms的Y2O2S:Eu3+；
当采用980纳米的红外LED芯片时，选择的发光材料为发光寿命为34ms的KLaF4:Er3+；
所述脉冲电流的频率为50赫兹。
2.脉冲LED发光装置，其特征在于：包括脉冲驱动电路和至少一个权利要求1所述的脉冲LED发光单元。
3.根据权利要求2所述的LED发光装置，其特征在于：LED发光装置还包括导光覆盖层。
4.根据权利要求3所述的LED发光装置，其特征在于：所述导光覆盖层中掺有粒径小于5微米的非发光材料颗粒。
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