CN105702837A - 一种仿太阳光光谱led光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及照明技术领域，尤其是指一种仿太阳光光谱LED光源，具有发光模块，该发光模块由单个发光芯片或若干个相同或不同的发光芯片构成，发光芯片的波长为260-1100nm；一支架供发光芯片固定安装；荧光胶封装发光芯片，以致发光芯片发出的光透过荧光胶射出，所述荧光胶由硅胶、环氧树脂胶或其混合荧光粉构成；荧光粉为铝酸盐荧光粉、硅铝氮化物荧光粉、氮氧化物荧光粉、氟化物荧光粉、氯磷酸盐荧光粉、氮化物荧光粉中的几种。本发明是基于不同芯片波长不同尺寸的发光芯片在不同荧光粉材质下通过不同的配比实现全光谱的LED光源，低耗能、高能效，基于人们的健康需求和节能而研发成型。

Description

一种仿太阳光光谱LED光源
技术领域
本发明涉及照明技术领域，尤其是指一种LED发光光源。
背景技术
LED（Lightingemittingdiode）照明技术以其发光效率高、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长、便于调节等特点受到了欢迎，已经成为了当前广泛使用的照明技术。但常规LED光源属于光谱窄的点光源，其波峰波长在450到460nm之间，与太阳光光谱差异非常大，而人眼的结构特殊与人类长期生活环境决定了在太阳光阅读与观测时人眼的感知度最高，而要使人眼在某一照明环境下感到舒适，需要使其发光光谱与太阳光光谱相接近。
目前的白光LED主要是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光。实现方法有两种，第一种方法是在蓝色LED芯片上涂敷层被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。而这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差，一般显指在65-75左右，难以满足低色照明的要求；第二种方法是蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光，显色性较好一般显指在75-85左右，较前述产品有所提高。但这两种方法光谱差别不大，故存在光谱的缺陷。荧光粉的激发峰宽和矮，而蓝光激发峰高和窄，波长短，能量高，能直接穿透晶体直达眼底视网膜上，激活细胞氧化反应，启动细胞凋亡，引起视网膜细胞损伤，导致视力下降甚至丧失。
综上，到目前为止仍未有一种对人类无害的人造照明光源，虽然这些光损害对人类的作用是缓慢的，但我们每天都生活在这些灯光中，它们所造成的损害就不容忽视了。因此，我们亟待研究出一种低耗能、高能效，而且对人类健康和环境更加有益的照明光源。在此背景下，本申请人提出一种的新型仿太阳光光谱LED光源，即为本案申请。。
发明内容
本发明的目的在于提出一种仿太阳光光谱LED光源，低耗能、高能效，基于人们的健康需求和节能而研发成型。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：该光源具有：
发光模块，该发光模块由单个发光芯片或若干个相同或不同的发光芯片构成，发光芯片的波长为260-1100nm；
支架，该支架供发光芯片固定安装；
荧光胶，该荧光胶封装发光芯片，以致发光芯片发出的光透过荧光胶射出，所述荧光胶由硅胶、环氧树脂胶或其混合荧光粉构成。
上述方案进一步是：所述荧光胶由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成，荧光粉为铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉、氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉中的几种。
上述方案进一步是：所述荧光胶封装的发光芯片为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）。
上述方案进一步是：所述荧光胶封装的发光芯片为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
上述方案进一步是：所述荧光胶封装的发光芯片为紫光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
上述方案进一步是：所述荧光胶封装的发光芯片为紫光芯片，该荧光胶中的荧光粉由氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物CaAlSiN3:Eu荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物CaAlSiN3:Eu荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
上述方案进一步是：所述发光芯片为倒装或正装类芯片，通过CSP工艺（即芯片级封装）封装。
上述方案进一步是：所述荧光胶采用远程荧光粉技术封装发光芯片，对荧光胶与发光芯片之间形成的发光间隙抽真空或填入保护气体，保护气体为氮气或惰性气体。
上述方案进一步是：所述支架为直插式LED灯珠器件支架、贴片式LED灯珠器件支架、COB多芯片串、并联集成模组，面光源器件支架或COF线性光源器件支架，支架内或外设置有控制器，控制器控制若干发光芯片全部或部分发光混合。
上述方案进一步是：所述光源应用于照明灯具、装饰类灯、台灯、阅读灯及生物照明灯具。
本发明是基于不同芯片波长不同尺寸的发光芯片在不同荧光粉材质下通过不同的配比实现全光谱的LED光源，与现有技术相比，具有如下技术优势：
第一，在普通白光LED中，高能蓝光对人眼的损害较大，另外人体的非视觉感光系统对蓝光最敏感，长期处于受高能蓝光照射的环境会扰乱人体的生理节律，这不利于LED照明的推广使用，而本发明通过采用尺寸为4-200mil、波长为260-1100nm的发光芯片在不同荧光粉材质下通过不同的配比实现全光谱的LED光源，新型白光LED的蓝光峰值相对普通白光降低，大大降低了蓝光对人眼的损伤，而且本发明新型白光LED在降低蓝光峰值的同时，大大提升了显指及光谱的品质。
第二，太阳光光谱中的红外与紫外光谱均会对人类皮肤造成一定的伤害，在本发明的新型白光LED的光谱中并没有紫外和红外光谱，从而使人们在照明时免受这两种光谱的光伤害。
第三，本发明新型白光LED既继承了普通白光LED光源能效高、寿命长、体积小、可靠性高，不会造成汞污染等优点，同时还改正了其部分缺点；本发明新型白光LED在可见光的光谱范围内与最优的太阳光光谱接近，为连续光谱，显色指数高，色彩全面，可以很好地还原物体的色彩。
附图说明：
附图1为本发明其一实施例结构示意图；
附图1-1为图1实施例另一延伸实施结构示意图；
附图2为本发明其二实施例结构示意图；
附图3为本发明其三实施例结构示意图；
附图4为本发明其四实施例结构示意图；
附图5为图4实施例其一改进结构示意图；
附图6为图4实施例另一改进结构示意图；
附图7为本发明仿太阳光光谱LED光谱及太阳光光谱的对比示意图；
附图8为室内太阳光显色指数数据图；
附图9为市场上常规LED光源显色指数据图；
附图10为本发明仿太阳光光谱LED光源显色显指数数据图。
具体实施方式：
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
参阅图1、1-1、2、3所示，系本发明较佳实施例结构示意图，本发明有关一种仿太阳光光谱LED光源，该光源具有：发光模块、支架2及荧光胶3，该发光模块由单个发光芯片1或若干个相同或不同的发光芯片1构成，发光芯片1涵盖倒装或正装类芯片，发光芯片1的尺寸为4-200mil、波长为260-1100nm；组装时，若干发光芯片1可按照多组或单组进行串联或并联方式设置，根据需要排列，以满足混光需要。支架2供发光芯片1固定安装并实现发光芯片1之间的连通，支架2可包括直插式LED灯珠器件支架、贴片式LED灯珠器件支架、COB多芯片串、并联集成模组，面光源器件支架或COF线性光源器件支架，在支架2内或外设置有控制器5，控制器5控制若干发光芯片1全部或部分发光混合，从而依据需要选择性发光，获得需要的光谱。荧光胶3封装发光芯片1，以致发光芯片1发出的光透过荧光胶3射出，该荧光胶3由硅胶、环氧树脂胶或其混合荧光粉构成，使可见光的光谱范围内与最优的太阳光光谱接近，为连续光谱，显色指数高，色彩全面。
本实施例中，所述荧光胶3由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成，荧光粉为铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉、氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉中的几种。
实施例1：
所述荧光胶封装的发光芯片为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）。
实施例2：
所述荧光胶封装的发光芯片为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
实施例3：
所述荧光胶封装的发光芯片为紫光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
实施例4：
所述荧光胶封装的发光芯片为紫光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶中的荧光粉由氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物CaAlSiN3:Eu荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
因此，本发明采用尺寸为4-200mil、波长为260-1100nm的发光芯片可在不同荧光粉材质下通过不同的配比、调和实现全光谱的LED光源。
对于上述方案的发光芯片1封装有以下几种形式：
第一种：
图1、1-1所示，荧光胶3通过填充式一体充满一个或多个相同或不同波长的发光芯片1表面，多个发光芯片1按照多组或单组进行串联或并联方式设置；荧光胶3由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成，尺寸为4-200mil、波长为260-1100nm的多个发光芯片发生混光，获得的新型白光LED光源的蓝光峰值相对普通白光降低，大大降低了蓝光对人眼的损伤，且荧光胶的有效激发效率并没有降低，提高了显色性与光效，获得与太阳光光谱接近的LED照明光。
第二种：
图2所示，荧光胶3基于远程荧光粉技术设计，即荧光胶3遮盖式架设于发光芯片1的表面，荧光胶3由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成，荧光胶3与发光芯片1之间形成发光间隙4，并将该发光间隙4抽真空或填入保护气体；保护气体为氮气或惰性气体。由此，尺寸为4-200mil、波长为260-1100nm的发光芯片通过混光，穿过真空或保护气体，发光出来无外阻挡，减少光衰，增加光线穿透率。同样可获得与太阳光光谱接近的LED照明光。
第三种：
图3所示，荧光胶3填充式充满发光芯片1表面，荧光胶3为硅胶或环氧树脂胶，在支架2内设置有控制器5，控制器5控制若干发光芯片1全部或部分发光混合，从而依据需要选择性发光，获得需要的光谱。
第四种：
参阅图4、5、6所示，荧光胶3也可采用通过CSP工艺封装，即芯片级封装，逐一独立区分封盖发光芯片1表面，然后再将封装后的发光芯片1安装到支架2上。荧光胶3由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成。图4所示，波长260-1100nm之芯片直接覆盖一层荧光胶，获得尺寸为4-300mil，发光芯片1涵盖倒装或正装类芯片，发光芯片1发光通过荧光胶3调和，获得的新型白光LED光源的蓝光峰值相对普通白光降低，大大降低了蓝光对人眼的损伤，提升了显指及光谱的品质，获得与太阳光光谱接近的LED照明光。图5是在图4所示的结构其一改进示意图，荧光胶直接覆盖发光芯片1上方，而发光芯片1的前、后、左、右面有保护材料6封装，保护材料6主要由硅类、环氧类构成，该结构同样获得白光LED在降低蓝光峰值的同时，大大提升了显指及光谱的品质。图6所示是在图4所示的结构上改进，其是在波长260-1100nm之芯片直接覆盖一层荧光胶3，然后再在荧光胶3上覆盖一层硅胶或环氧树脂胶7。上述实施例4的三种芯片级封装优点是出光均匀、高散热、高密度发光，获得与太阳光光谱接近的LED照明光。
从图7、8、9、10可知，经试验，常规LED光谱窄，而本发明的LED光谱接近太阳光光谱，波长宽，本发明的仿太阳光光谱LED光源显色显指数和室内太阳光显色指数从R1-R15数据均非常饱和且非常接近，而与常规LED显色指数相差非常大。
本发明是基于不同尺寸不同晶片波长在不同荧光粉材质下通过不同的配比实现全光谱的LED光源，所得的光源可应用于照明灯具（涵盖户内、户外照明灯具）、装饰类灯、台灯、阅读灯及生物照明灯具，获得低耗能、高能效且对人类健康和环境更加有益的照明灯。对于所述荧光粉也可以是基于镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，钪Sc和钇Y、锶Sr、钡Ba、钙Ca、钾K、锰Mm、锗Ge、镁Mg组成的化合物荧光粉，具体可依据实际需要确定。
当然，以上结合实施方式对本发明做了详细说明，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，因此，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：该光源具有：
发光模块，该发光模块由单个发光芯片（1）或若干个相同或不同的发光芯片（1）构成，发光芯片（1）的波长为260-1100nm；
支架（2），该支架（2）供发光芯片（1）固定安装；
荧光胶（3），该荧光胶（3）封装发光芯片（1），以致发光芯片（1）发出的光透过荧光胶（3）射出，所述荧光胶（3）由硅胶、环氧树脂胶或其混合荧光粉构成。
2.根据权利要求1所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）由硅胶或环氧树脂胶混合荧光粉构成，荧光粉为铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉、氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉中的几种。
3.根据权利要求2所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）封装的发光芯片（1）为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶（3）中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉和硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）。
4.根据权利要求2所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）封装的发光芯片（1）为蓝光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶（3）中的荧光粉由铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，铝酸盐（CY3(Al,Ga5O12:Ce)荧光粉、硅铝氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
5.根据权利要求2所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）封装的发光芯片（1）为紫光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶（3）中的荧光粉由氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉混合构成，氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、氮化物（CaAlSiN3:Eu）荧光粉按重量配比为（1-100）：（1-100）：（0.01-50）。
6.根据权利要求2所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）封装的发光芯片（1）为紫光芯片，波长为260-470nm，该荧光胶（3）中的荧光粉由氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物CaAlSiN3:Eu荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉和氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉混合构成，氯磷酸盐（（SrEu）10（PO4）6Cl2）荧光粉、氮化物（La3Si6N11:Ce）荧光粉、硅铝氮化物CaAlSiN3:Eu荧光粉、氮氧化物(BaSi2O2N2:Eu)荧光粉、氟化物（K2SiF6:Dy）荧光粉按重量配比为（1-100）：（1-100）：（0.01-50）：（0.01-50）：（0.01-50）。
7.根据权利要求1所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述发光芯片（1）为倒装或正装类芯片，通过CSP工艺（即芯片级封装）封装。
8.根据权利要求1所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述荧光胶（3）采用远程荧光粉技术封装发光芯片（1），对荧光胶（3）与发光芯片（1）之间形成的发光间隙（4）抽真空或填入保护气体，保护气体为氮气或惰性气体。
9.根据权利要求1所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述支架（2）为直插式LED灯珠器件支架、贴片式LED灯珠器件支架、COB多芯片串、并联集成模组，面光源器件支架或COF线性光源器件支架，支架（2）内或外设置有控制器（5），控制器（5）控制若干发光芯片（1）全部或部分发光混合。
10.根据权利要求1所述的一种仿太阳光光谱LED光源，其特征在于：所述光源应用于照明灯具、装饰类灯、台灯、阅读灯及生物照明灯具。
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