CN102468413A - 一种交流led发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交流LED发光装置，属于LED制造技术领域。本发明所要解决的技术问题在于低成本地解决在交流供电的方式下的频闪问题，同时解决微晶片集成导致散热不畅等一系列问题。本发明的技术方案：LED发光单元，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，所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片，所述LED发光单元采用频率不大于100赫兹的交流电驱动。本发明LED发光装置不使用现有的多颗微晶粒集成的交流LED芯片，而使用传统单PN节LED芯片，在交流电周期内发光亮度波动起伏不大，解决了交流电源引起的频闪问题，生产简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种交流LED发光装置，属于交流LED发光装置制造技术领域。
背景技术
目前LED用于照明、显示和背光源等领域，并以其节能、耐用、无污染等优点作为最有希望的下一代照明方式而引起广泛的重视。传统LED芯片都用直流电做为驱动电流，然而目前不论是家庭、工商业或公共用电，大多以工频交流电的方式提供，因此在使用LED作为照明等用途时必须附带整流变压器将交流-直流转换，才能确保LED的正常运作。但在交流-直流转换的过程中，有高达15～30％的电力耗损，同时转换装置不仅使用寿命较短，成本也很高，在安装上也费工费时，效率不高。
CN100464111C公布了一种利用利用不同发光颜色的LED芯片并联在交流电源中的交流LED灯，主要描述不同颜色的LED芯片在一起构成白光，及其具体电路，如红、绿和蓝色发光芯片，而没有涉及发光粉。
国际专利WO 2004/023568A1“LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS”中，提出了在蓝宝石基片上安装多个小的LED芯片阵列，从而提供一种可利用交流电源驱动的发光装置。
美国专利US 7,489,086 B2“AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVE METHODS ANDAPPARATUS”提供了一种交流LED器件，该发明是一种在高于100赫兹的频率下工作的多个LED芯片集成封装的LED照明器件，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。
韩国首尔半导体和台湾工研院基于类似思路，将大量超细LED晶粒集成封装在一个基片上，并称之为交流LED芯片。上述的交流LED技术的核心是大量微晶粒集成封装的微电子电路加工技术，如台湾工业技术研究院的交流LED芯片在1平方毫米的面积上集成封装了上百颗微小的发光二极管。但是此种交流LED芯片的加工难度大，且数量巨大的微晶片集成在狭小的基板空间内会导致如散热不畅等问题。
为了实现LED发光装置用于照明、显示和背光源等领域，使其在交流电的方式供电的情况下克服频闪问题，本领域技术人员一直在不懈地努力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的交流LED发光装置，以低成本地解决在交流供电的方式下的频闪问题。
本发明交流LED发光装置不使用现有的多颗微晶粒集成的交流LED芯片，而使用普通的单一PN结的LED芯片，以及具有特定发光寿命的荧光粉，具有特定发光寿命的荧光粉发光用来补偿不大于100赫兹的工频交流电波动期间的LED器件发光频闪现象，生产简单、成本低。
本发明的技术方案：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LED芯片只包含一个发光PN结，所述发光材料的发光寿命是1-100ms(优选10-30ms)，通过发光材料的继续发光(余辉)弥补非恒流情况下，芯片断电时的发光亮度。
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。
采用上述发光材料，本发明LED发光单元可以不使用集成封装的交流LED芯片，而采用只包含一个发光PN结的LED芯片。
上述LED发光单元所使用频率不大于100赫兹的交流电，尤其是50-60赫兹的交流电驱动。
上述LED发光单元所采用的LED芯片发出的光可以是紫外、可见或红外光。
所述发光材料为一种或多种无机和/或有机发光材料的组合。
所述发光材料为一种或多种无机和/或有机发光材料的组合。比如：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+，B3+；SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，B3+；BaAl2O4:Eu2+；CaAl2O4:Eu2+；Sr4Al14O25:Eu2+；Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+，B3+；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。
本发明LED发光装置包括上述LED发光单元和驱动电路，所述驱动电路可以是单向串联电路，反向并联电路和桥式整流电路，如图1-4所示。或上述电路中任意电路的组合。所述交流电流驱动电路频率不大于100赫兹。
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面光。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：本发明使用具有特定发光寿命的发光材料，当电流周期变化时，发光材料的发光在周期内会维持一定的时间，从而弥补了由于交流电波动导致的LED芯片的发光频闪的影响，使发光装置在交流周期的光输出保持稳定。另外，由于本发明LED发光装置可以不使用集成封装的交流LED芯片，而采用只包含一个发光PN结的LED芯片，在交流周期内LED芯片有半个周期不工作，使得其热效应下降，这样有助于克服现有LED发光装置中碰到的芯片发热带来的系列难题。因此，本发明LED发光装置稳定可靠加工简单，成本低廉，为LED发光装置开辟了一条新的途径。
说明书附图
图1本发明交流LED发光装置单向串联电路示意图。
图2本发明交流LED发光装置反向并联电路示意图。
图3本发明交流LED发光装置有常导通LED芯片的桥式整流电路示意图。
图4本发明交流LED发光装置无常导通LED芯片的桥式整流电路示意图。
图5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。
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。特别是在基本电路组成上，本发明的实施例仅给出了最简单的反向并联式电路，但本发明的交流LED发光装置的电路并不局限于此，还包括如单向串联和桥式电路。
具体实施方式
本发明交流LED发光装置不使用现有的多颗微晶粒集成的交流LED芯片，而使用普通的单一PN结的LED芯片，以及具有特定发光寿命的荧光粉，具有特定发光寿命的荧光粉发光用来补偿不大于100赫兹的工频交流电波动期间的LED器件发光频闪现象，生产简单、成本低。
具体地，LED发光单元，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10-30ms)，所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片，所述LED发光单元采用频率不大于100赫兹的交流电驱动。
上述LED发光单元所使用频率不大于100赫兹的交流电，尤其是50-60赫兹的交流电驱动。
以下实施例1-12采用表1的发光材料和市售的单PN结的LED芯片，采用通用封装技术封装得到的LED发光装置。
实施例1-12
表1
试验例1本发明实施例在交流电周期内的发光亮度
表2给出了实施例所给出的交流LED发光装置在50赫兹市电驱动下用每秒拍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的同一方式组成的交流电流驱动LED发光装置，参比样2为市售460纳米蓝光芯片封装上绿色长寿命材料SrAl2O4:Eu，Dy(发光寿命大于1秒)按实施例1-10的同一方式组成的交流电流驱动LED发光装置。表2中亮度数据为相对亮度，无量纲。
表2
表3给出了表2实施例中各样品对本样品最大发光亮度的归一化值。
表3
从表2和表3可以看出，本发明在交流电流周期中的发光较为稳定，而参比样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黄色YAG:Ce发光材料的LED发光装置获得的发光不稳定，在交流电周期内起伏极大。详见表3。
虽然如参比样2所示的、使用发光寿命过长的发光材料时该交流LED发光装置的发光亮度在交流电周期内波动也较小，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，详见表2。
以上试验例说明，本发明的交流LED发光装置具有发光随电流变化波动小的优点，与现有LED发光装置相比具有明显的新颖性和创造性。
Claims (10)
1.LED发光单元，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LED芯片只包含一个发光PN结，所述发光材料的发光寿命是1-100ms，通过发光材料的余辉弥补非恒流情况下的发光亮度。
2.如权利要求1所述的LED发光单元，其特征在于：所述LED芯片采用频率不大于100赫兹的交流电驱动，优选50-60赫兹的交流电驱动。
3.如权利要求2所述LED发光单元，其特征在于：所述的发光材料的发光寿命是10-30ms。
4.如权利要求2或3所述的LED发光单元，其特征在于：所述发光材料为无机发光材料、有机发光材料或它们的混合。
5.如权利要求4所述的LED发光单元，其特征在于：所述发光材料为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+，B3+；SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，B3+；BaAl2O4:Eu2+；CaAl2O4:Eu2+；Sr4Al14O25:Eu2+；Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+，B3+；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。
6.如权利要求2或3所述的LED发光单元，其特征在于：所述的LED芯片发出的光是紫外、可见或红外光。
7.交流LED发光装置，其特征在于：包括交流驱动电路和至少一个权利要求1-5任一项所述的LED发光单元；
其中，所述的交流驱动电路是单向串联电路，反向并联电路，桥式整流电路，或它们的任意组合。
8.根据权利要求7所述的交流LED发光装置，其特征在于：LED发光装置还包括导光覆盖层。
9.根据权利要求8所述的交流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。
10.包括LED芯片和能够在此LED芯片激发下发光的发光材料的发光单元在制备交流LED发光装置中的用途，其中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。
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