CN105895783A - 一种基于多层远程荧光粉膜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具。该灯具包括一LED光源、一结构件、一可透光介质、一荧光粉膜。荧光粉膜为多层结构，每层荧光粉的性质不同。LED光源发出的光线经过多层荧光粉膜后，光子激发不同性质荧光粉产生不同波长的光子，另一部分光子经过荧光粉层波长没有发生变化。这些不同波长的光子适当比例的混合产生最终LED灯具产生所需的光线。通过控制荧光粉膜的材料、配比、厚度、层数及组合方式，结合控制LED光源中不同LED芯片的组合及芯片的驱动电流，实现对LED灯具光谱能量分布的整体控制。

Description

一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，且特别是一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具。

背景技术

目前，白光LED的实现主要采用蓝色芯片激发黄色荧光粉的方法，通常是将荧光粉与硅胶混合均匀后，直接涂覆或灌封于芯片表面。一部分蓝色LED芯片发出的光线直接通过荧光粉层，其余部分通过激发荧光粉产生黄色光线，这两部分光线混合后在人眼的视觉下呈现为白光。这种荧光粉与LED芯片封装结构的特点是工艺简单、制作成本低廉。但由于荧光粉与芯片紧密接触，使得LED芯片处于封闭环境中，其发光时所产生的热量难以得到及时地散发，导致LED的温度升高，发光效率和可靠性降低。同时，荧光粉与芯片的紧密接触也使得芯片的热量直接传到荧光粉层而导致荧光粉处于较高温度之下，降低荧光粉量子转换效率，加快荧光粉的老化，最终影响白光LED灯具的光学效率及可靠性。

为提高LED光源及整个照明系统的效率及可靠性，最近几年远程荧光粉技术开始被引入LED灯具设计。远程荧光粉技术采用荧光粉远离LED芯片的设计。目前，基于远程荧光粉技术的LED灯具，通常为单层远程荧光粉膜。以采用蓝色LED芯片及单层黄色荧光粉膜的白光LED灯具为例，蓝色LED芯片发出的光线经过黄色荧光粉层，一部分光线直接透过出光面的介质，另一部分激发黄色荧光粉产生黄光，两部分光线混合后即呈现白光。与传统的LED灯具相比，单层远程荧光粉膜的LED灯具分离了LED芯片和荧光粉，改善了LED芯片和荧光粉的散热环境，提高了灯具的发光效率及可靠性。但同时也存在以下问题：(1)由于仅有一层荧光粉膜，LED灯具的光谱较为单调，即在可见光范围内光谱能量集中在部分波长区域，在其他区域未有或仅有少量的光谱能量；(2)由于仅有一层荧光粉膜，LED灯具的色温等光学参数进行调整的难度很大。

本发明将设计一种新型的基于多层远程荧光粉膜的LED灯具以克服以上缺点。

发明内容

本发明提供一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，LED光源置于可直接照射到荧光粉膜的位置，荧光粉膜具有多层。以采用蓝色LED芯片为光源，具有两层荧光粉膜(一层黄色荧光粉膜和一层绿色荧光粉膜)的白光LED灯具为例，一部分从LED光源产生的蓝色光线激发黄色荧光粉产生黄光，另一部分蓝色光线激发绿色荧光粉产生绿光，再一部分蓝色光线直接通过荧光粉膜没有被吸收，这三部分光线混合后即呈现白光。本发明将具有以下特点：(1)LED光线激发多层不同性质的荧光粉膜，将具有不同波长段的光谱能量分布，LED灯具的光谱分布较为丰富；(2)由于具有多层荧光粉膜，可以通过改变荧光粉膜的种类或增减荧光粉膜的数量，来实现改变LED灯具的色温等光学参数的目的。

本发明的一方面是一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具。该灯具包括：一LED光源、一结构件、一可透光介质、一荧光粉膜。荧光粉膜置于可透光介质上，且位于LED光源可以直接照射到的位置。

本发明的另一方面是，LED灯具中的LED光源可以为蓝色LED芯片、红色LED芯片、绿色LED芯片、橙色LED芯片、白光LED芯片、红外LED芯片、紫外LED芯片，以及各种LED芯片的组合。LED光源可以为单颗LED芯片，也可以为一组LED芯片。

本发明的另一方面是，荧光粉膜的厚度可以改变，以使灯具所产生的光线达到的所需光谱能量分布和光学效率。

本发明的另一方面是，荧光粉膜的荧光材料种类可以改变，以使灯具所产生的光线达到的所需光谱能量分布和光学效率。

本发明的另一方面是，灯具中的荧光粉膜为多层结构，各层的组合顺序可以改变；最终灯具产生的光线的光谱分布及光学效率可以通过调整荧光粉的多层结构来改变。可以调整的参数包括：每层荧光粉的材料种类、厚度、层数、以及各层的组合顺序。

本发明的另一方面是，灯具中的LED光源与荧光粉的距离可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

本发明的另一方面是，灯具中的结构件的形状可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

附图说明

为了对本发明的目的、技术方案及优点作更清楚的阐述，下文将结合附图作进一

步的详细说明。

图1为具有单层远程荧光粉膜的LED灯具光谱能量分布。

图2a为本发明一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具侧面示意图，图2b为其正面示意图。

图3为本发明一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具中LED光源的光线路径不意图。

图4为采用图2a及图2b所示结构，采用某两种远程荧光粉膜的LED灯具的光谱能量分布。

图5为采用图2a及图2b所示结构，采用另两种远程荧光粉膜的LED灯具的光谱能量分布。

图6a为本发明另一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具侧面示意图，图6b为其正面示意图。

图7为本发明再一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具侧面示意图。

图8为本发明再一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具侧面示意图。

主要元件符号说明：

1：结构件

2：可透光介质

3：荧光粉膜

4：LED光源

5：基板

6：散热器

7：可反射光线的介质

100：荧光粉

200：荧光粉

L1、L2、L3、L4、L5：光线

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图2a及图2b所示，本发明一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具共包含7个部分。灯具结构件1用于支撑整个灯具，可透光介质2与灯具结构件1良好连接。荧光粉与硅胶或其他材质溶剂混合后形成荧光粉膜3，荧光粉膜3置于可透光介质2上。荧光粉与溶剂的材料种类，荧光粉与溶剂的配比，荧光粉膜的厚度均可以进行改变，以对灯具光线的光谱能量分布进行调整，同时实现对色温、显色指数、色坐标等光色参数的有效控制。荧光粉膜的层数要求大于或等于2层。每一层荧光粉膜的光学性能(如激发波长)具有一定差别。不同激发波长的荧光粉膜受LED光源4发出的光线激发后，将产生不同主波长的光线，通过控制不同荧光粉膜的激发波长、荧光粉膜的厚度、荧光粉膜的层数、不同荧光粉膜的组合顺序等，可控制灯具出光的光谱能量分布。LED光源4为单颗LED芯片或多颗LED芯片的组合，在LED光源4包含多颗LED芯片的情况下，多颗LED可为多种颜色的LED芯片，通过控制不同颜色LED的驱动电流，调整不同颜色LED的发光强度，从而对LED灯具的光谱能量分布进行调整。结合对荧光粉膜3的控制及对LED光源4的控制，可全方面控制LED灯具的光谱能量分布，从而实现LED灯具的照明光谱接近自然光。

LED光源4通过焊接方式连接到基板5，基板5具有电气连接LED的功能，以及导出LED所产生热量的作用。散热器6与基板5良好连接，将LED光源4产生的热量散出，降低LED光源的芯片结温，保证LED灯具的发光效率及可靠性。同时散热器6与结构件1通过机械方式连接，以达到固定整体灯具的目的。可反射光线的介质7固定在结构件1上，可减少光线在结构内部的损失，提升灯具的整体光效。

图3所示为本发明一较佳实施例一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具中LED光源的光线路径示意图。LED光源4发出光线L1、L2及L3，L1激发一种荧光粉100得到光线L4，L2穿过荧光粉层100后激发荧光粉200得到L5，L3直接穿过荧光粉层100及荧光粉层200，L3、L4、L5的混合光线即为LED灯具的出光光线。

采用如图2a及图2b所示的结构，荧光粉膜3的结构为3层，包括一层黄色荧光粉膜，一层绿色荧光粉膜及一层红色荧光粉膜，当各层荧光粉膜采用某种比例时，LED灯具的光谱能量分布如图4所示；当各层荧光粉膜采用另一种比例时，LED灯具的光谱能量分布如图5所示。将图4、图5所示的光谱能量分布与图1所示的具有单层远程荧光粉膜的LED灯具光谱能量分布比较，有如下结论：(1)基于多层远程荧光粉膜的LED灯具消除了单层远程荧光粉膜的LED灯具的光谱能量尖峰，提升了光谱分布的连续性和饱满性；(2)经测试，基于多层远程荧光粉膜的的显色指数可达到90-95之间，高于单层远程荧光粉膜的LED灯具的显色指数。

图6a及图6b所示为另一较佳实施例的基于多层远程荧光粉膜。可透光介质2、荧光粉层3均为弧形，LED光源4位于弧形的圆心位置，因此LED光源4发出的光线距离出光面的距离相等，可有效地提高出光均匀性。反光介质7的夹角7a与LED的发光角度相近，可有效地提高光线的利用率，增加LED灯具的光效。

图7、图8为其他较佳实施例的基于多层远程荧光粉膜侧面图。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也一同包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，包括：一LED光源、一可透光介质、一荧光粉层以及一结构件，荧光粉层置于可透光介质上，LED光源位于可直接照射到荧光粉层的位置。

2.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，还包括基板，LED光源位于该基板上；如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，还包括散热器，基板位于散热器上；如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，还包括可以反射光线的介质，可以反射光线的介质位于结构件的内表面。

3.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，光谱覆盖可见光所有波长且不局限于可见光波长。

4.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，荧光粉层中的荧光粉种类包括且不限于黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉，荧光粉层可具有多层，1≤荧光粉层层数≤100，0.001mm≤单个荧光粉层的厚度≤0.1mm。

5.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，LED光源可以为蓝色LED芯片、红色LED芯片、绿色LED芯片、橙色LED芯片、白光LED芯片、红外LED芯片、紫外LED芯片，以及各种LED芯片的组合，LED光源可以为单颗LED芯片，也可以为一组LED芯片，200nm≤LED光源波长≤2000nm。

6.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，5mm≤发光元件与荧光粉层间的距离≤500mm。

7.如权利要求1所述的一种基于多层远程荧光粉膜的LED灯具，灯具中的结构件的形状及反射介质的形状可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

8.如权利要求2所述的基板，基板的材质包括环氧树脂、玻璃布、绵纸、铝、铜、氮化铝、碳化硅。

9.如权利要求2所述的散热器，散热器的形状包括圆柱体、长方体及各种形状多面体，散热器的材质包括铝、铜、铸铁、钢及相关合金。

10.如权利要求4所述的荧光粉，其化学分子式包括YAG：Ce³⁺，

M₂SiO₄：Re(M＝Mg，Ca，Sr，Ba；Re＝Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

M₃SiO₅：Re(M＝Mg，Ca，Sr，Ba；Re＝Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

M₂MgSiO₄：Re(M＝Mg，Ca，Sr，Ba；Re＝Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

Ba₃MgSi₂O₈：Eu²⁺，Ba₃MgSi₂O₈：Mu²⁺，Sr₃MgSi₂O₈：Eu²⁺，Sr₃MgSi₂O₈：Mn²⁺，SrGa₂S₄：Eu²⁺，

Ga₂S₃：Eu²⁺，CaGa₂S₄：Eu²⁺，SrLaGa₃S₆O：Eu²⁺，ZnS：Ag，ZnS：Cu，ZnS：Al，ZnCdS：Ag，

M₂Si₅N₈(M＝Ca，Sr，Ba)，MSi₂O₂N₂(M＝Ca，Sr，Ba)，SiAlON，MYSi₄N₇(M＝Sr，Ba)，

MAlSiN₃(M＝Ca，Sr)，MSiN₂(M＝Ca，Sr)，Y-Si-O-N，LaSi₃N_5-xO_x(1≤x≤4)。