CN102870240A

CN102870240A - 白光led照明装置

Info

Publication number: CN102870240A
Application number: CN2010800653559A
Authority: CN
Inventors: 张明; 赵昆; 李东明
Original assignee: Sichuan Sunfor Light Co Ltd
Current assignee: Sichuan Sunfor Light Co Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2013-01-09
Also published as: CN104269489A; CN104263370B; CN104263370A

Abstract

一种交流白光LED照明装置及其制造方法，由蓝光、紫光或紫外LED芯片与蓝色余辉发光材料A和黄色发光材料B组成；其中，蓝色余辉发光材料A与黄色发光材料B的重量配比为10-70wt%:30-90wt%。由于采用具有余辉特性的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，克服了由于交流电波动导致的LED芯片的发光波动对照明器件的影响；以及芯片发热带来的难题，同时，温度淬灭效应和交流电流方向改变给交流白光LED照明装置带来的影响被克服。

Description

白光 LED照明装置技术领域

本发明涉及一种交流 LED白光照明装置及其制造方法，属于 LED制造领域。更具体的说，涉及一种使用蓝色余辉发光材料和黄色发光材料制备交流 LED白光照明装置的方法。

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。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 1 1卷第 53页报道了发光材料 Y₃A1₅0_{12 :} 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《App l . Phys. Α»第 64期 417页报道了利用 Y₃Al₅0_{12 :} 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。但在实际应用中，随着工作中器件温度的升高，蓝光 LED芯片和荧光粉的发光强度都会下降，而且荧光粉的发光强度下降更为显著，这就影响了 LED 的使用。传统 LED 都用直流电做为驱动能源，然而目前不论是家庭、工商业或公共用电，大多以交流电的方式提供，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，同时转换设备成本也很可观，在安装上也费工费时，效率不高。 CN1004641 1 1C公布了一种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。美国专利 US 7， 489， 086， B2 公布了一种交流 LED驱动装置及使用它的照明器件该专利也着重于电路的组成，而对发光粉未见创新报道，仍然是使用传统 Y₃A1₅0_{12 :} Ce³⁺发光粉。本发明的发明人研究了一种具有黄色长余辉现象的 Y₂(VAl₂(VSi0_{2 :} Ce-B-Na-P发光材料及使用它的白光 LED照明装置（中国专利申请 200910307357. 3 )„

目前，仍然需要进行交流 LED白光照明装置的研究，以克服温度淬灭效应和交流电流方向改变给交流 LED白光照明装置带来的影响，为 LED白光照明领域提供更多选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的 LED白光照明装置。

本发明的技术方案：蓝光 LED芯片或紫外芯片 +蓝色余辉发光材料 A+黄色发光材料 B。其中，蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B的重量配比为 10 - 70wt%： 30~90wt%_o优选的是： 20~50wt%: 50~80wt%。

进一步地，所述蓝色余辉发光材料 A的发光波长峰值在 440-490纳米之间。

进一步地，所述蓝色余辉发光材料 A 为 Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺、 Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺,Dy³\

CaS:Bi³⁺,Na⁺、 CaS:Cu⁺,Na⁺或 CaSrS:Bi³⁺中的至少一种。

所述黄色发光材料 B的发光波长峰值在 520— 580纳米之间。

进一步地，黄色发光材料 B是具有余辉现象的发光材料、不具有余辉的黄色发光材料，或二者混合。

进一步地，黄色发光材料 B是： Y₂0₃*Al₂0₃*Si0₂ : Ce*B'Na*P、 Y₂0₂S : Mg，Ti、 Sr₃Si0₅ : Eu²⁺, Dy³⁺、 C¾MgSi₂0₇ : Eu²⁺, Dy \ CaS:Sm³⁺、 YAG : Ce或 TAG: Ce中的至少一种。

本发明 LED白光照明装置的白光发射来自于在蓝光 LED芯片或紫外芯片的激发下，蓝色余辉发光粉发射的蓝光，黄色发光粉发射的黄光与芯片的光组合成白光。

用紫光和紫外 LED芯片也能激发上述发光粉，产生同样的效果。

本发明发光材料涂层可以采用蓝色余辉发光材料 A+黄色发光材料 B的混合发光涂层。也可以先将蓝色余辉发光材料 A涂在芯片上后再在蓝色余辉发光材料 A涂层上黄色发光材料 B。

本发明交流 LED白光照明装置原理如下：

通过附图 1中所示的交流 LED照明装置的基本模块示意图可以看出，由于交流电的周期性特性，所以基于此模块的 LED的发光也会具有明暗变化的周期性，亦即发光频闪，从而影响器件的使用。

本发明由于采用具有余辉特性的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，这样，在基于本发明方案的交流 LED白光照明装置中，当电流周期变化时，蓝色余辉材料会发射蓝色余辉，起到了弥补蓝光和激发黄色发光粉的作用，从而克服了由于交流电波动导致的 LED芯片的发光频闪对照明器件的影响，使器件在交流周期的光输出保持稳定。另外，由于在交流周期内 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白光照明装置使用中碰到的芯片发热带来的系列难题。

说明书附图

图 1为交流 LED发光装置 LED基本模块示意图

图 2为 Sr₄Al₁₄0_25:E_U ²⁺,Dy³⁺余辉光谱

图 3为 Sr₂MgSi₂0_7:Eu²⁺,Dy³⁺余辉光谱

图 4为 Y₂(VAl₂(VSi0₂： Ce-B-Na-P的光致发光光谱图 5为 LED发光单元组成示意图

图 5— 1， 1为蓝色余辉发光材料 A+黄色发光材料 B的混合发光涂层； 2为蓝光、紫光或紫外 LED芯片； 3为透镜。

图 5— 2， 2为蓝光、紫光或紫外 LED芯片； 3为透镜， 5为蓝色余辉发光材料 A的涂层，4 为黄色发光材料 B的涂层。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歩的详细说明。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单向串联式电路，但本发明的交流 LED照明装置的电路并不局限于此，还包括如反向串并联式电路和桥式电路。实施例中，蓝光 LED芯片的发射波长为 460纳米，紫光 LED芯片的发射波长为 400nm, 紫外 LED芯片的发射波长为 365nm。

具体实施方式

一种新的 LED白光照明装置，它是由蓝光 LED芯片 +蓝色余辉发光材料 A+黄色发光材料 B组成。其中，蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B的重量配比为 10 - 70wt%： 30-90wt%_o 优选的是： 20-50wt% : 50_80wt%。

其中，蓝色余辉发光材料 A的发光波长峰值在 440-490纳米之间，如： Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺、 Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺,Dy³⁺、 CaS:Bi³⁺,Na⁺、 CaS:Cu⁺,Na⁺、 CaSrS:Bi³⁺。可以是一种或一种以上蓝色余辉发光材料的组合。

黄色发光材料 B可以是具有余辉现象的发光材料，也可以是不具有余辉的黄色发光材料，或是二者混合。其发光波长峰值在 520— 580纳米之间。具有余辉现象的发光材料： Ce激活的具有余辉现象的 Y₂0₃.Al₂0₃.Si0₂ : Ce.B.Na.P、 Y₂0₂S:Mg,Ti、 Sr₃Si0₅:Eu²⁺， Dy³⁺、 Ca₂MgSi₂0₇:Eu²⁺，Dy³⁺、 CaS: Sm³⁺ _; 不具有余辉的黄色发光材料 YAG : Ce和 TAG: Ce。

本发明 LED白光照明装置的白光发射来自于在蓝光 LED芯片激发下，蓝色余辉发光粉发射的蓝光，黄色发光粉发射的黄光与芯片的光组合成白光。

本发明交流 LED白光照明装置通过并联两个反向的 LED或桥式电路可以实现交流输入。但是由于交流电的周期性特性，所以基于此两个模块的 LED的发光也会具有明暗变化的周期性，亦即发光频闪，从而影响器件的使用。

以下是具体实施例。实施例 1-18

表 1

10%Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺

10 紫光 55%Tb₃Al₅0₁₂:Ce

+ 35%Sr₄Al₁₄0₂₅ :Eu²⁺, Dy³⁺

5%Sr₂MgSi₂0₇ :Eu²⁺, Dy³⁺ 25%Y₂0₃»Al₂0₃*Si0₂:Ce»B»Na'P

11 紫光 + 25%Sr₄Al₁₄0₂₅ :Eu²⁺, Dy³⁺ +20%Sr₃Si0₅:Eu²⁺, Dy³⁺

+15%CaS:Bi³⁺, Na+ +10%C¾MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy ⁺

10%Sr₂MgSi₂0₇： Eu²⁺, Dy³⁺

+10%CaSrS:Bi⁺

10%Y₂0₂S:Mg, Ti

12 紫光 +35%Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺, Dy⁺

+25 %Y₂0₃*Al₂0₃'Si¾： Ce'B.Na'P +5%CaS:Bi³⁺, Na⁺

+5%CaS:Cu⁺, Na⁺

13 紫外 40%Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺ 60%Y₃Al₅0₁₂:Ce

14 紫外 30%Sr₄Al₁₄0₂₅ :Eu²⁺, Dy³⁺ 70%Tb₃Al₅0₁₂:Ce

20%Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺

15 紫外 45%Y₂0₃»Al₂0₃*Si0₂:Ce»B»Na'P

+ 35%Sr₄Al₁₄0₂₅ :Eu²⁺, Dy³⁺

10 Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺ 30 Y₂0₃*Al₂0₃*Si0₂:Ce*B*Na*P

16 紫外 + 25%Sr₄Al₁₄0₂₅ :Eu²⁺, Dy³⁺ +15%Sr₃Si0₅:Eu²⁺, Dy³⁺

+5%CaS:Bi³⁺, Na+ +15%C¾MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺

15%Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺

+5% CaSrS:Bi³⁺

20%Y₂0₂S:Mg, Ti

17 紫外 +10%Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺

+40 %Y₂0₃*Al₂0₃'Si0₂： Ce.B.Na'P +5%CaS:Bi⁺, Na+

+5%CaS:Cu⁺, Na+

10%Sr₂MgSi₂0₇： Eu²⁺, Dy⁺ 15%Sr₃Si0₅:Eu²⁺, Dy⁺

18 紫外 +5%CaSrS:Bi³⁺ +15 C¾MgSi₂0₇:Eu²⁺, Dy³⁺

+35%Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺ + 20%Y₃Al₅0₁₂:Ce 制备方法如下：将发光材料 A和 B过 500目筛，然后按实施例 1 18中所描述的比例将 A和 B材料混合均匀后使用功率为 0.1W的 LED芯片封装，做成基本单元如图 1的交流 LED白光照明装置。

试验例 1 本发明交流 LED发光装置发光特性

由于常用交流电的频率为 50赫兹，也就是周期为 20亳秒，方向不变而电流大小变化为半周期 10亳秒，表 2给出了实施例 1一 18所给出的 LED芯片用市电直接降压但未经过交直变换供电的、如图一模块所示的发光器件用每秒拍 300张照片的高速摄像机测试的 20毫秒内的发光亮度。参比样为市售蓝光芯片封装上黄色发光材料的白光 LED芯片按同一方式组成的交流 LED照明装置。表 2中亮度数据为仪器的测试相对亮度，无量纲。

表 2

3. 33 6. 66 13. 32

时间毫秒毫秒禾少

参比样亮度 2856 3266 2900 0 0 0 实施例 1亮度 2786 2878 2735 2087 1900 1816

实施例 2 2760 2930 2710 2000 1852 1783 实施例 3 2686 2763 2615 1947 1832 1700 实施例 4 2800 2915 2875 2111 1995 1863

秦

实施例 5 2532 2621 2512 1869 1814 1711 实施例 6 2611 2774 2649 2001 1931 1801 实施例 7 2300 2423 2400 1604 1542 1488 实施例 8 2800 2958 2889 2100 2004 1950

鞭

实施例 9 2700 2860 2700 1999 1900 1746 实施例 10 2333 2621 2536 1900 1632 1423 实施例 11 2597 2741 2635 1815 1763 1600 实施例 12 2122 2429 2235 1522 1400 1283 实施例 13 2633 2777 2654 1757 1583 1489 实施例 14 2763 2810 2777 1997 1835 1711 实施例 15 2343 2661 2532 1870 1732 1554 实施例 16 2637 2788 2700 1800 1712 1611 实施例 17 2322 2529 2435 1612 1506 1383 实施例 18 2683 2797 2701 1857 1665 1500 从表 1的数据说明本发明在交流电周期中的发光较为稳定，而使用现有市售蓝光芯片封装上黄色发光材料的白光 LED照明装置获得的发光不稳定，且在交流电负半周期内由于电压反向不发光。

试验例 2 本发明交流 LED发光装置的光衰

表 3给出了实施例 1 18和参比样的光衰数据。参比样为将市售蓝光芯片封装上黄色发光材料的白光 LED芯片按目前通用的直流供电方式安装的照明装置。测试方法如下：将实施例 1一 18所述交流 LED照明装置和参比样通电后在一定间隔时间内测其发光亮度，结果如表 3所示。表 3中数据为相对亮度，以最初数据归一化。

表 3

时间 1小时 1000小时 1500小时 2500小时

参比样亮度 100 98 97 94 实施例 1亮度 100 99. 8 99. 3 99. 2 实施例 2 100 99. 5 99. 2 99 实施例 3 100 99. 5 99 98 实施例 4 100 99. 7 99. 3 99 实施例 5 100 99. 8 99. 4 98. 6 实施例 6 100 99. 5 99 98 实施例 7 100 99. 4 99 98. 3 实施例 8 100 99. 7 99. 2 99 实施例 9 100 99. 5 99 98 实施例 10 100 99. 6 99 98. 6 实施例 11 100 99. 5 99 98 实施例 12 100 99. 3 99 98. 2 实施例 13 100 99. 5 99 98 实施例 14 100 99. 6 99. 1 98 实施例 15 100 99. 5 99 98 实施例 16 100 99. 8 99. 2 99 实施例 17 100 99. 4 99. 1 98. 5 实施例 18 100 99. 5 99. 3 98. 4 从表 3的数据可以看出本发明的交流白光 LED照明装置的亮度衰减要小于采用现有方式的 LED照明装置。

表 2— 3的数据说明，本发明的使用蓝光余辉发光材料和黄色发光材料制备的交流 LED白光照明装置具有在交流供电时发光稳定以及光衰小的优点，与现有 LED照明装置相比具有明显的新颖性和创造性。

Claims

权利要求书

1、白光 LED照明装置，其特征在于：所述白光 LED照明装置内部封装的芯片为蓝光、紫光或紫外 LED芯片，其发光涂层采用的发光材料为蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B的组合，其中，蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B的重量配比为 10~70wt%： 30〜90wt%。

2、根据权利要求 1所述的白光 LED照明装置，其特征在于：蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B的重量配比为： 20~50wt%： 50~80wt%„

3、根据权利要求 1或 2所述的白光 LED照明装置，其特征在于：所述蓝色余辉发光材料 A的发光波长峰值在 440~490纳米之间。

4、根据权利要求 3所述的白光 LED照明装置，其特征在于：所述蓝色余辉发光材料 A为 Sr₄Al₁₄0₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺、 Sr₂MgSi₂0₇:Eu²⁺,Dy³⁺、 CaS:Bi³⁺,Na+、 CaS:Cu+，Na+或 CaSrS:Bi³⁺中的至少一种。

5、根据权利要求 1或 2所述的白光 LED照明装置，其特征在于：黄色发光材料 B的发光波长峰值在 520~580纳米之间

6、根据权利要求 5所述的白光 LED照明装置，其特征在于：黄色发光材料 B是具有余辉现象的发光材料、不具有余辉的黄色发光材料，或二者混合。

7、根据权利要求 5 所述的白光 LED 照明装置，其特征在于：黄色发光材料 B 是： Y₂0₃*Al₂0₃*Si0₂ : Ce*B*Na'P、 Y₂0₂S :Mg，Ti、 Sr₃Si0₅ : Eu²⁺, Dy³⁺、 C¾MgSi₂0₇ : Eu²⁺， Dy³⁺、 CaS:Sm³⁺、

YAG : Ce或 TAG: Ce中的至少一种。

8、根据权利要求 1~7任一项所述的白光 LED照明装置，其特征在于：所述发光涂层为蓝色余辉发光材料 A与黄色发光材料 B混合后的涂层。

9、根据权利要求 1~7任一项所述的白光 LED照明装置，其特征在于：所述发光涂层为蓝色余辉发光材料 A的涂层，黄色发光材料 B的涂层。

10、根据权利要求 1~9任一项所述的白光 LED照明装置，其特征在于：所述的白光 LED 照明装置的供电频率不小于 50赫兹。