CN102468414B - 脉冲led白光发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲LED白光发光装置,属于白光LED制造技术领域。本发明LED白光发光装置,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(优选5-20ms),所述LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混合色为白色;其中所述LED白光发光单元采用的驱动频率优选为50-150赫兹。本发明由于使用特定寿命的发光材料,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,使白光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。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲LED白光发光装置,属于白光LED制造技术领域。更具体的说,涉及一种使用特定寿命的发光材料制备的脉冲LED白光发光装置。
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、无污染等优点而引起广泛的重视。实现白光LED有多种方案,其中采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉组合来实现白光发射,是当前制备白光LED最为成熟的技术方案。1967年《Appl.Phys.Lett.》第11卷第53页报道了发光材料Y3Al5O12:Ce3+,该材料具有黄色发光,最强发光波长在550纳米,寿命小于100纳秒。1997年《Appl.Phys.A》第64期417页报道了利用Y3Al5O12:Ce3+的黄色发光和蓝光氮化镓实现了LED白光发射,此技术是当前制备白光LED最为成熟的技术方案。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 7,489,086B2“AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVEMETHODS AND APPARATUS”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还存在工艺复杂、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白光发光装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲电流驱动的LED白光发光装置。该LED白光发光装置具有光衰小和发光波动小的优点。
本发明的技术方案:本发明脉冲电流驱动芯片的LED白光发光装置使用特定寿命的发光材料。
具体地,LED白光发光单元,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5-20ms),所述LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混合色为白色;其中所述LED白光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,LED芯片发出的光是紫外或可见光。紫外光的范围为200nm-380nm,可见光的范围为380nm-780nm。
本发明中,发光材料在LED芯片的激发下发光,且发出的光的整体视觉效果为白光,或发光材料发出的光和芯片发出的光的整体视觉效果为白光。
发光材料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。可以是下述材料中的至少一种: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+,Dy3+,B3+;Sr4Al14O25:Eu2+;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):Sb,Mn;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+;CdSiO3:Dy3+,MgSiO3:Eu2+,Mn2+。
优选材料为Ca2P2O7:Eu2+,Y3+;Sr2P2O7:Eu2+,Y3+;Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3+;SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,B3+;Zn2SiO4:Mn2+,As5+;Zn2P2O7:Tm3+;Y2O2S:Eu3+;Sr4Al14O25:Tb3+;Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+;CaS:Eu2+中的至少一种。
另外,本发明LED白光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白光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白光发光装置中,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,使白光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。而且,本发明脉冲LED白光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白光发光装置中芯片发热带来的系列难题。
说明书附图
图1为LED白光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为实施例1-8在CIE 1931色度图中的色点。数字1-8分别对应于实施例1-8。
图3为交流电经过整流后得到的周期性脉冲波形。
图4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1-8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白光发光装置,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3或图4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1-8
表1
试验例1本发明脉冲LED白光发光装置发光特性
表2给出了实施例1-8所给出的脉冲LED白光发光装置用每秒拍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1-8的同一方式组成的脉冲驱动LED白光发光装置,参比样2为市售460纳米蓝光芯片封装上长寿命材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和Y2O2S:Eu,Mg,Ti(发光寿命大于1秒)按实施例1-8的同一方式组成的脉冲电流驱动LED白光发光装置。表2中亮度数据为相对亮度,无量纲。
表2
从表2可以看出,本发明在脉冲电流周期中的发光较为稳定,电流关断时间内发光仍较好。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发光材料的脉冲LED白光发光装置获得的发光不稳定,电流关断时间内发光为零。
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脉冲LED白光发光装置的发光亮度在脉冲周期内波动也较小,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(见表1),不利于作为发光材料使用。
表3是表1实施例的色坐标和色温(采用美能达CS-100A色度计测量)
表3CIE色坐标和色温
色坐标 | CIEx | CIEy | 相关色温 |
实施例1 | 0.3076 | 0.3907 | 4348K |
实施例2 | 0.3310 | 0.3214 | 5548K |
实施例3 | 0.3154 | 0.4024 | 6111K |
实施例4 | 0.3095 | 0.3332 | 6654K |
实施例5 | 0.3280 | 0.3566 | 5694K |
实施例6 | 0.3367 | 0.4002 | 5402K |
实施例7 | 0.3100 | 0.3096 | 6828K |
实施例8 | 0.3544 | 0.3323 | 4519K |
从表4可以看出,上述实施例得到了LED白光发光装置的发光颜色为白光。各实施例发光在CIE 1931色度图中的色点位置见图3。
试验例2本发明脉冲LED白光发光装置的光衰
表4给出了实施例1-8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YAG:Ce的白光LED芯片按目前通用的直流供电方式安装的LED白光发光装置。测试方法如下:将实施例所述脉冲LED白光发光装置和参比装置通电后在一定间隔时间内测其发光亮度,结果如表4所示。表4中数据为美能达CS-100亮度计测试的相对亮度,以最初数据归一化。
表4
从表4的数据可以看出本发明的脉冲LED白光发光装置的亮度衰减要小于采用现有方式的LED白光发光装置。
Claims (4)
1.脉冲LED白光发光单元,包括采用脉冲电流驱动的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:LED芯片发出的光与发光材料发出的光的混合色为白色;所述脉冲电流为通断式脉冲电流,所述脉冲电流的频率为50赫兹,所述LED芯片是只包含一个发光PN结的LED芯片,所述LED芯片发出的光是紫外或可见光,
并且其中,
所述LED芯片是254纳米的紫外LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为30ms的40wt%Sr2P2O7:Eu2+,Y3++60wt%Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+、发光寿命为20ms的CdSiO3:Dy3+;或者
所述LED芯片是310纳米的紫外LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为55ms的15wt%Zn2P2O7:Tm3++25wt%Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3++40wt%CaS:Eu2++20wt%Ca4O(PO4)2:Eu2+;或者
所述LED芯片是365纳米的紫外LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为16ms的15wt%Ca2P2O7:Eu2+,Y3++25wt%Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,B3++60wt%Y2O2S:Eu3+;或者
所述LED芯片是400纳米的紫外LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为5ms的50wt%SrMg2(PO4)2:Eu2+,Gd3++50wt%CaTiO3:Pr3+;或者
所述LED芯片是450纳米的蓝光LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为100ms的40wt%SrAl2O4:Eu2+,B3++60wt%Y2O2S:Sm3+;或者
所述LED芯片是460纳米的蓝光LED芯片,并且所述发光材料为发光寿命为48ms的40wt%SrAl2O4:Eu2++60wt%Y2O2S:Mg2+,Ti3+。
2.脉冲LED白光发光装置,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白光发光单元。
3.根据权利要求2所述的脉冲LED白光发光装置,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所述的脉冲LED白光发光装置,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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 611731 Sichuan city of Chengdu province high tech Zone (West) New Road No. 2 Applicant after: Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. Address before: 611731 Sichuan city of Chengdu province high tech Zone (West) New Road No. 2 Applicant before: Sichuan Sunfor Lighting Co., Ltd. |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140813 Termination date: 20171109 |