CN104241507B - 广色域led发光器件及其背光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种广色域LED发光器件及含有该发光器件的LED背光组件，所述广色域LED发光器件包括至少一个LED芯片，所述LED芯片为蓝光或紫光LED芯片，在LED芯片的出光面的表面包覆有荧光转换层，所述荧光转换层由荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述荧光转换材料包括绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料及在460‑510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料。本发明提供的广色域LED发光器件，其可降低LED发光器件高NTSC值对所需的绿色荧光粉半峰宽的苛刻要求。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种广色域LED发光器件及其背光组件。
背景技术
液晶电视的色彩表现度受到越来越多人的关注，已成为背光领域发展的新趋势。色彩表现度可用NTSC来定量衡量，NTSC越高其可表现的色彩越丰富。液晶电视中每个像素都是由R、G、B三个长方形色块组成，色彩表现取决于背光模块和滤色膜的性能。传统的电视背光模组采用CCFL作为光源，其NTSC仅仅在65％-75％之间。LED作为一种新兴光源，其具有可靠性好、节能、环保等特性，有逐步取代传统CCFL光源的趋势。用YAG荧光粉涂覆的LED光源其NTSC为72％-80％，而用G/R荧光粉涂覆的LED光源其NTSC可在80％以上。G/R荧光粉的半峰宽直接影响LED的NTSC值，一般来说荧光粉的半峰宽越窄NTSC越高，G/R粉的半峰宽若能在50nm以下，其NTSC很容易做到90％以上。但传统LED用的G粉其半峰宽很难做到50nm以下、R粉半峰宽难做到70nm以下，这直接导致用传统LED荧光粉封装的光源NTSC值受到很大局限；
寻找半峰宽更窄的荧光粉新材料成为获得广色域的重要途径，如纳米级材料量子点(QD)及非稀土红粉K2SiF6/Mn，其半峰宽多在30nm以下，NTSC很容易达到95％以上，甚至超过100％，但以上材料具很强的毒性，一定程度上限制其应用。
红光或绿光LED芯片的半峰宽在40nm以下，以窄半峰宽的绿光或红光芯片替代宽峰的绿色/红色荧光粉，其NTSC很容易大于90％，但该方案的难点在于如何通过调节芯片之间的比例来达到指定的色坐标点，且G/R芯片增加了光源的成本；
如何在传统LED用荧光粉封装基础上，降低高NTSC值对荧光粉半峰宽的苛刻要求，实现更广色域，以及如何在现有高NTSC封装方法基础上进一步提升色域，成为本技术领域亟需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种广色域的LED发光器件，其可降低LED发光器件高NTSC值对所需的绿色荧光粉半峰宽的苛刻要求。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
一种广色域LED发光器件，包括至少一个LED芯片，所述LED芯片为蓝光或紫光LED芯片，在LED芯片的出光面的表面包覆有荧光转换层，所述荧光转换层由荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述荧光转换材料包括绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料及在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料。
优选的，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料在所述荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％。460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料在荧光转换层中的添加量可影响整个LED的NTSC及亮度，本申请发明人发现其添加量过低时，LED发光器件的NTSC的提升不明显，但其添加量过多会则会降低LED的亮度，将其添加量控制为荧光转换层重量的0.5％-10％效果较佳，这样制得的LED发光器件的亮度和色域均更佳。
由荧光转换材料和热固性胶体混合而成的荧光转换层，其中含有的绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料的用量配比，本技术领域人员可根据所需求的色坐标点通过反复调节来确定红、绿荧光转换材料的用量；所需的热固性胶体的用量也是本技术领域人员根据需求的色坐标点反复调节就可确定的，这是本领域技术人员所掌握的常规技术。
进一步，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料具有如下性质：峰值波长在460-510nm之间，半峰宽(FWHM)小于40nm，104L·mol-1·cm-1<ε(吸收系数)<106L·mol-1·cm-1，且在550nm-610nm区域无发射或发射光较弱。优选采用具有该性质的荧光转换材料，其可以吸收掉对NTSC贡献值为负的蓝绿光，从而提升LED的NTSC；
具体的，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料选自在460-510nm波段范围有强吸收的掺杂Pr3+的β-赛隆(β-sialon)、钨酸盐、有机化合物中的一种或多种。
更优选的，所述绿色荧光转换材料其峰值波长在510nm-545nm之间，半峰宽在70nm以下。具体的，所述绿色荧光转换材料可选自掺杂Eu2+的β-赛隆、硅酸盐、量子点中的一种或多种；所述量子点包括如CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、InP等。
更优选的，所述红色荧光转换材料其峰值波长在620nm-670nm之间，半峰宽在100nm以下。具体的，所述红色荧光转换材料可选自氮化物、硅酸盐、量子点、K/Na2SiF6:Mn4 +、K/Na2TiF6:Mn4+中的一种或多种组成；所述量子点包括如CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、InP等。
所述热固性胶体可选自硅胶、硅树脂或环氧树脂中的一种或多种。
本发明提供的广色域LED发光器件可应用于LED背光组件中以获得广色域的LED背光组件，具体如应用于侧入式或直下式LED背光组件。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、采用本发明结构的LED发光器件，其在荧光转换层中添加在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料，利用在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料将影响色纯度的G/B之间重叠的蓝绿光波段吸收，同时不影响G/B峰值的强度，在原有NTSC基础上可实现更广的色域。
2、采用本发明结构的LED发光器件，和传统的G/R荧光粉封装的LED器件相比，其对绿色荧光粉半峰宽不需要严格在50nm以下也能获得广色域的LED发光器件。
3、无论是与单纯G/R荧光粉封装获得的LED发光器件相比，还是与窄半峰宽的新型荧光粉材料或是窄半峰宽的绿色/红色芯片封装的器件相比，采用本发明结构均可突破这几种方法所能达到的最广色域；
4、本发明提供的广色域LED发光器件其色域(NTSC)可达到90％以上。
附图说明
图1为现有的R/G荧光粉组合的典型光谱图；
图2为本发明LED发光器件的一种结构示意图
图3为本发明实施例1的激发发射光谱图；
图4为本发明实施例2的激发光谱图；
图5为本发明实施例3的直下式高色域组件示意图；
图6为本发明实施例4的侧入式高色域组件示意图。
具体实施方式
本发明提供一种广色域LED发光器件，该LED发光器件包括至少一个LED芯片，该LED芯片为蓝光或紫光LED芯片。本发明的LED发光器件和现有技术的LED发光器件相比，其主要改进在于，本发明的LED发光器件，其LED芯片的出光面包覆有荧光转换层，该荧光转换层由荧光转换材料和热固性胶体混合而成，其中，所述的荧光转换材料包括绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料和在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料。本发明中，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料在所述荧光转换层中的重量百分比优选为0.5％～10％。所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料其更为优选为具有如下性质的荧光转换材料：峰值波长在460-510nm之间，半峰宽(FWHM)小于40nm，104L·mol-1·cm-1<ε(吸收系数)<106L·mol-1·cm-1，且在550nm-610nm区域无发射或发射光较弱。本发明利用在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料将影响色纯度的G/B之间重叠的蓝绿光波段吸收，同时不影响G/B峰值的强度，在原有NTSC基础上可实现更广的色域。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进一步进行详细说明：
实施例1
本实施例提供一种广色域的LED发光器件，其包括至少一个LED芯片。本实施例的LED发光器件其和现有的LED发光器件相比，主要不同在于，其LED芯片为发射峰值范围为445nm-457.5nm的蓝光LED芯片，在该LED芯片的出光面的表面包覆有荧光转换层。该荧光转换层由绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料、在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料和硅胶混合而成。其中，绿色荧光转换材料为峰值波长525-535nm、半峰宽为50-60nm的β-赛隆绿色荧光粉；红色荧光转换材料为峰值波长660-670nm、半峰宽为90-100nm的红粉氮化物荧光粉。本实施例中，在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料为在460-510nm波段范围有强吸收的β-赛隆化合物，其具体结构为Si6-zAlzOzN8-z:Prx。
本实施例，具体按照如下方法在LED芯片的出光面形成所述荧光转换层：首先根据所需坐标点确定β-赛隆绿色荧光粉及红粉氮化物红色荧光粉的比例及浓度，本实施例制备的LED发光器件其色坐标点为(0.26，0.23)，所需绿色荧光粉、红色荧光粉之间的重量比例为9:1，绿色、红色荧光粉二者总重量占整个荧光转换层重量的20％，所需Si6-zAlzOzN8-z:Prx在荧光转换层中的重量百分比为2％，荧光转换层其余物料均为硅胶。称取相应重量的红色荧光粉、绿色荧光粉、硅胶及添加2％(重量)的Si6-zAlzOzN8-z:Prx，，将物料混合后均匀搅拌、脱泡，得荧光转换层混合料，备用。参见图2，向固设有LED芯片102且与其电气连接的LED支架101内点入合适量荧光转换层混合料，使其覆盖于LED芯片102的出光面表面，通过烘烤使其固化为荧光转换层103，从而获得广色域LED发光器件100。
本实施例的荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有强吸收的β-赛隆化合物Si6-zAlzOzN8-z:Prx，其在460-500nm之间的强吸收峰可有效的吸收蓝光芯片及绿色荧光粉之间的重叠光，其发射峰位于600-640nm，虽然其在600-610nm有部分发射会降低LED的NTSC，但其在610-640之间的发射明显强于600-610nm，可弥补600-610nm带来的NTSC损失，相比传统的采用单独的G/R荧光粉制备的LED发光器件，本实施例的LED发光器件其NTSC可提高1％-5％。本实施例的LED NTSC最高可达95％以上；另外，荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有强吸收的β-赛隆化合物Si6-zAlzOzN8-z:Prx，其在610-640nm的红光还可提高LED的亮度，实现NTSC及亮度的同时提升。图3所示为本实施例的LED发光器件100的激发发射光谱图。
实施例2
本实施例提供了一种广色域LED发光器件，其和实施例1基本相同，对于相同之处不再赘述，下面对不同之处进行说明。本实施例提供的LED发光器件和实施例1相比，其不同之处在于：本实施例的LED发光器件，其LED芯片为发射峰值范围为390nm-400nm的紫光LED芯片；荧光转换层中所含有的绿色荧光转换材料为峰值波长525-535nm、半峰宽为50-60nm的β-赛隆绿色荧光粉；红色荧光转换材料为峰值波长660-670nm、半峰宽为90-100nm的红粉氮化物荧光粉。本实施例中，所用的在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料为460-510nm波段范围有强吸收的钨酸盐化合物，其具体结构为Na5Y(MoO4)4:Sm3+。
本实施例，具体按照如下方法在LED芯片的出光面形成所述荧光转换层：首先根据所需坐标点确定β-赛隆绿色荧光粉及红粉氮化物红色荧光粉的比例及浓度，本实施例制备的LED发光器件其色坐标点为(0.26，0.23)，所需绿色荧光粉、红色荧光粉之间的重量比例为15:1，绿色、红色荧光粉二者总重量占整个荧光转换层重量的18％；所需Na5Y(MoO4)4:Sm3+在荧光转换层中的重量百分比为1％，荧光转换层其余物料均为硅胶。称取相应重量的红色荧光粉、绿色荧光粉、硅胶及添加1％(重量)的Na5Y(MoO4)4:Sm3+，，将物料混合后均匀搅拌、脱泡，得到荧光转换层混合料，备用。参见图2，向固设有LED芯片102且与其电气连接的LED支架101内点入合适量的荧光转换层混合料，使其覆盖于LED芯片102的出光面表面，通过烘烤使其固化为荧光转换层103，从而获得广色域LED发光器件100。
本实施例的荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有强吸收的钨酸盐化合物为Na5Y(MoO4)4:Sm3+，其在460-490nm之间的强吸收峰可有效的吸收紫光芯片及绿色荧光粉之间的重叠光，相比传统的采用单独的G/R荧光粉制备的LED发光器件，本实施例的LED发光器件其NTSC可提高1％-5％，本实施例的LED NTSC最高可达95％以上；图4所示为本实施例提供的LED发光器件的激发光谱图。
本发明提供的广色域LED发光器件可以应用于LED背光组件中，例如直下式或侧入式的背光组件。下面通过实施例3、4做进一步介绍。
实施例3
本实施例提供一种广色域LED直下式背光组件200，该背光组件200其结构采用现有的LED直下式背光组件结构即可，其和现有的LED直下式背光组件的主要不同在于该背光组件其LED发光器件采用的是实施例1或实施例2提供的广色域LED发光器件100。图5示出的为一种采用了实施例1的广色域LED发光器件100的LED直下式背光组件200。图5所示的背光组件200其具有PCB板202、光学透镜201、扩散板204、棱镜片205、扩散片206、背板203。LED发光器件100设于PCB板202上，光学透镜201设于LED发光器件100顶部，设有LED发光器件100的PCB板202固设于背板203底部，扩散板204设于背板203顶部，棱镜片205设于扩散板204上表面，扩散片206设于棱镜片205上表面。本实施例的背光组件200其NTSC最高可达95％以上。
实施例4
本实施例提供一种广色域LED侧入式背光组件300，该背光组件300其结构采用现有的LED侧入式背光组件结构即可，其和现有的侧入式背光组件的主要不同在于该背光组件其LED发光器件采用的是实施例1或实施例2提供的广色域LED发光器件100。图6示出的为一种采用了实施例1的广色域LED发光器件100的LED侧入式背光组件300。图6所示的背光组件300其具有导光板303、反光片302、增亮膜304、扩散膜305。LED发光器件100和PCB板301连接并设于导光板303一侧，反光片302和增亮膜304分别设于导光板303的下表面和上表面，扩散膜305设于增亮膜304上表面。本实施例的背光组件300其NTSC最高可达95％以上。
本发明实施例1、2制得的LED发光器件，其结构示意图均可参见图2，图2所示的LED发光器件100，其具有一个LED支架101，该支架顶部向内凹陷形成一个杯碗104，LED芯片102设在杯碗104底部，荧光转换层103填充在杯碗104内并覆盖在LED芯片102出光面的表面。当然，在实际应用中，还存在不含有LED支架的LED发光器件，此时本领域技术人员可以根据实际需要而制备具有本发明特点的不含有LED支架的LED发光器件，只要在其LED芯片出光面的表面包覆有具有本发明特点的荧光转换层即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种广色域LED发光器件，包括至少一个LED芯片，其特征在于，所述LED芯片为蓝光或紫光LED芯片，在LED芯片的出光面的表面包覆有荧光转换层，所述荧光转换层由荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述荧光转换材料包括绿色荧光转换材料、红色荧光转换材料及在460-510nm波段范围有强吸收且可吸收蓝光LED芯片及绿色荧光粉之间的重叠光或紫光LED芯片及绿色荧光粉之间的重叠光的荧光转换材料。
2.根据权利要求1所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料在所述荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％。
3.根据权利要求1所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料具有如下性质：峰值波长在460-510nm之间，半峰宽小于40nm，104L·mol-1·cm-1<吸收系数ε<106L·mol-1·cm-1，且在550nm-610nm区域无发射或发射光较弱。
4.根据权利要求1～3任一项所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述在460-510nm波段范围有强吸收的荧光转换材料选自在460-510nm波段范围有强吸收的掺杂Pr3+的β-赛隆、钨酸盐、有机化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1～3任一项所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述绿色荧光转换材料其峰值波长在510nm-545nm之间，半峰宽在70nm以下。
6.根据权利要求5所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述绿色荧光转换材料选自掺杂Eu2+的β-赛隆、硅酸盐、量子点中的一种或多种。
7.根据权利要求1～3任一项所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述红色荧光转换材料其峰值波长在620nm-670nm之间，半峰宽在100nm以下。
8.根据权利要求7所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述红色荧光转换材料选自氮化物、硅酸盐、量子点、K/Na2SiF6:Mn4+、K/Na2TiF6:Mn4+中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的广色域LED发光器件，其特征在于，所述热固性胶体选自硅胶、硅树脂或环氧树脂中的一种或多种。
10.一种广色域LED背光组件，其包括有LED发光器件，其特征在于，所述LED发光器件为权利要求1～9任一项所述的广色域LED发光器件。
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