CN106206975A - 一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光实现方法 - Google Patents

一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光实现方法 Download PDF

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梅时良
朱嘉弢
张万路
陈秋行
贺良杰
郭睿倩
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Abstract

本发明属于量子点白光（QLED）技术领域,具体为一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光的实现方法。本发明首先制备高量子产率和窄半波宽度的InP/ZnS黄色量子点。本发明由蓝光芯片激发InP/ZnS黄色量子点（QY‑LED）加红光LED和绿光LED,以及一个控制电路组成。通过调节控制电路，分别给QY‑LED、红光LED和绿光LED提供不同驱动电流,产生不同光强的QY‑LED、红光LED和绿光LED,从而产生不同色温的QLED白光,并获得在2700k‑6500k色温范围内显色指数Ra和特殊显色指数R9都大于95色温可调的QLED白光。

Description

一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光实现 方法
技术领域
本发明属于量子点白光（QLED）技术领域，具体涉及一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光的实现方法。
背景技术
量子点是一种准零维纳米半导体材料，它由少量的原子或原子团组成，通常三维尺度在1～10nm。由于量子尺寸效应和介电限域效应的影响，显示出许多独特的光学特性和电学特性，如具有可调谐光谱、窄半波宽度和高量子产率等，这使得量子点在光电显示领域以及生物医学领域具有广阔的应用前景。量子点电致发光器件具有低功耗、高效率、响应速度快以及灵敏度高等优点，在LED照明领域显示出巨大的学术价值和良好的商业前景。
传统采用LED实现可调色温白光的方案一般有以下几种：
1、采用三基色或者四基色LED组合独立回路，通过调节各回路芯片的驱动电流，实现可调色温白光，但是白光的显色性较差。
2、采用蓝光芯片激发荧光粉和多色LED四芯片组合，通过调节蓝光芯片与荧光粉的配比和各色芯片的驱动电流，实现可调色温的白光，在2700K-6500K色温范围内其白光的显色性仍然不能高于92以上，同时特殊显色指数R9较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光的实现方法，使得白光在色温2700K-6500K范围内，实现色温调节，并且一般显色指数Ra和特殊显色指数R9都大于95。
本发明提供基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光的实现方法，具体步骤为：
(1)通过蓝光LED激发InP/ZnS黄色量子点，通过计算机仿真模拟确定所需组合最佳相对光谱功率分布；
(2)根据QY-LED、红光LED和绿光LED的相对光谱功率分布，通过计算机仿真模拟确定所需组合白光色温范围下的QY-LED、红光LED和绿光LED的光通百分比；
(3)选择所需的QY-LED组成QY-LED回路，并与QY-LED控制电路串联；选择所需红光LED组成红光LED回路，并与红光LED控制电路串联；选择所需绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光LED控制电路串联；
(4)根据QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路的光通与驱动电流相应的关系，确定QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路的驱动电流大小；
(5)通过电源控制电路和对应的控制电路，分别对QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路提供已确定的驱动电流，从而获得在2700K-6500K色温范围内的高显色性QLED白光。
本发明中，所述的蓝光LED的主峰波长为450nm-480nm，半波宽度为25nm-30nm；所述的InP/ZnS黄色量子点的主峰波长为570nm-595nm，半波宽度为35nm-55nm；所述的红光LED的主峰波长为610nm-640nm，半波宽度为18nm-26nm；所述的绿光LED光的主峰波长为535nm-565nm，半波宽度为30nm-45nm。
本发明中，优选地，所述的蓝光LED的主峰波长为455nm-475nm，半波宽度为26nm-29nm；所述的InP/ZnS黄色量子点的主峰波长为575nm-590nm，半波宽度为40nm-50nm；所述的红光LED的主峰波长为615nm-635nm，半波宽度为19nm-25nm；所述的绿光LED的主峰波长为540nm-560nm，半波宽度为32nm-43nm。
本发明中，所述的QY-LED的色温为2500K-4000K，InP/ZnS黄色量子点的相对光谱强度为0.2-0.8。
本发明中，所述的InP/ZnS黄色量子点成份的相对光谱强度为0.25-0.75。
本发明中，所述的组合白光QLED色温范围为2700k-6500k。
本发明中，所述的高显色性白光QLED通过所述的电源控制电路、QY-LED控制电路、红光LED控制电路、绿光LED控制电路组合调节光通量和色温。
本发明中，所述的QY-LED回路由一颗或多颗蓝光LED激发InP/ZnS黄色量子点和一颗或多颗蓝光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成；所述的红光LED回路由一颗或多颗红光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成；所述的绿光LED回路由一颗或多颗绿光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成。
本发明优点及效果
由于采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和效果：InP/ZnS黄色量子点和传统的荧光相比具有光谱可调谐，半波宽度更窄，无毒绿色环保。利用色光混合相加原理和光源显色性评价方法，通过对QY-LED、红光LED和绿光LED组合进行计算机仿真模拟，找到了满足在2700K一6500K色温范围内，白光一般显色指数Ra和特殊显色指数R9都大于95的QY-LED加红光LED和绿光LED组合，确定QY-LED中InP/ZnS黄色量子点和蓝光成份的相对光谱强度的范围，以及红光LED和绿光的主峰波长及半波宽度的范围，并可确定所需组合白光色温下QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路驱动电流，因此，实现控制方便，并能获得高显色性的可调色温QLED白光。
附图说明
图1为本发明控制电路与LED回路连接示意图。
图2为本发明的QY-LED光的相对光谱功率分布示意图。
图3为本发明的蓝光LED、绿光LED和红光LED的相对光谱功率分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于InP/ZnS量子点高显色可调色温QLED白光的方法，基于理论模型采用计算机仿真模拟QY-LED、红光LED和绿光LED的光谱功率分布，以及光通量和功率与驱动电流变化的关系。利用色光混合相加原理和光源显色性评价方法，通过对QY-LED、红光LED和绿光LED组合进行计算机仿真模拟计算，找到了满足在2700K-6500K色温范围内，并且白光一般显色指数Ra和特殊显色指数R9都大于95的QY-LED、红光LED和红绿LED最优化组合，并确定了QY-LED中InP/ZnS黄色量子点和蓝光成份的相对光谱强度的范围和主峰波长范围及半波宽度的范围，以及红光LED和绿光LED的主峰波长范围及半波宽度的范围。利用本发明制作的灯具可适合用于按爱好、环境、季节、场合等需要从冷白色到暖白色自由调节的特殊要求的照明光源，同时也可适合用作普通照明光源。
本发明实施例由1颗功率1W的QY-LED、1颗功率1W的红光LED、1颗功率1W的绿光LED和分别和各自的控制电路组成，如图1所示；QY-LED在驱动电流350mA下的色温为3300K，其相对光谱功率分布如图2所示，从图中可知其InP/ZnS黄色量子成份相对光谱强度约为0.6，蓝光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为466nm，半波宽度为28nm，其相对光谱功率分布如图3所示；红光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为621nm，半波宽度为20nm，其相对光谱功率分布如图3所示；绿光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为547nm，半波宽为35nm，其相对光谱功率分布如图3所示。根据QY-LED、红光LED和绿光LED的相对光谱功率分布，以及在驱动电流350mA下的光通量，通过计算机仿真计算确定在2700K-6500k色温范围内QY-LED、红光LED和绿光LED分别所需的光通量之比，然后，根据所需要组合白光的光通量或额定功率，分别确定QY-LED、红光LED和绿光LED的所需颗粒数组成各自的独立回路。本实施例中QY-LED、红光LED和绿光LeD的颗粒数是根据在额定功率3W条件下，采用上述具体实施方法而确定。其中，QY-LED回路由1颗蓝光LED和InP/ZnS黄色量子点串联而成。
根据QY-LED、红光LED和绿光LED的光通量与功率或驱动电流的关系，初步确定QY-LED、红光LED和绿光LED的驱动电流或功率。由于LED的相对光谱功率分布与驱动电流有关，因此，QY-LED、红光LED和绿光LED的驱动电流需要通过计算机仿真模拟进行参数修正，最终确定在所需LED最优化组合白光的光通量或额定功率，同时通过计算机仿真确定不同在2700K-6500K色温范围内的LED组合的高显色可调色温QlED白光的QY-LED、红光LED和绿光LED相应的驱动电流大小。
QY-LED回路由QY-LED光控制电路系统提供给定的驱动电流，红光LED回路由红光LED控制电路系统提供给定的驱动电流，绿光LED回路由绿光LED控制电路系统提供给定的驱动电流。控制电路与QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路连接，如图1所示。
根据上述具体实施方法，本发明实施例中仿真模拟得到的QY-LED、红光LED和绿光LED的光通量，如表1所示：
。
根据上述具体实施方法， 本发明实施例中仿真模拟分别得到的QY-LED、红光LED和绿光LED相应的驱动电流，如表2所示：
。
本发明实施例按上述驱动电流分别获得的2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K的LED组合白光的色温（Tc）、一般显色指数Ra、特殊显色指数R9，如表3所示：
。
由此可见，本发明所获得的白光在2700K-6500K的色温范围内，一般显色指数Ra和特殊显色指数R9都在95以上，由此说明其获得的白光，不仅对中等彩度颜色的显色性非常好，而且对高彩度颜色的显色性也非常好。特别是特殊显色指数R9，目前实现的白光一般都较低，而本发明实施例达到95以上，这充分说明本发明的优越性。
采用本发明方法， QY-LED加红光LED和绿光LED组合实现的高显色固定色温白光也受本发明保护。采用本发明方法，对于是由一个蓝光芯片激发InP/ZnS黄色量子点产生QY-LED、一个蓝光芯片、一个红光芯片、一个绿光芯片组合封装制造的单颗高显色可调色温白光或单颗高显色固定色温白光也受本发明保护。

Claims (7)

1.一种基于InP/ZnS量子点的高显色可调色温QLED白光实现方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)通过蓝光LED激发InP/ZnS黄色量子点，通过计算机仿真模拟确定所需组合最佳相对光谱功率分布；
(2)根据QY-LED、红光LED和绿光LED的相对光谱功率分布，通过计算机仿真模拟确定所需组合白光色温范围下的QY-LED、红光LED和绿光LED的光通百分比；
(3)选择所需的QY-LED组成QY-LED回路，并与QY-LED控制电路串联；选择所需红光LED组成红光LED回路，并与红光LED控制电路串联；选择所需绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光LED控制电路串联；
(4)根据QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路的光通与驱动电流相应的关系，确定QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路的驱动电流大小；
(5)通过电源控制电路和对应的控制电路，分别对QY-LED回路、红光LED回路和绿光LED回路提供已确定的驱动电流，从而获得在2700K-6500K色温范围内的高显色性QLED白光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的蓝光LED的主峰波长为450nm-480nm，半波宽度为25nm-30nm；所述的InP/ZnS黄色量子点的主峰波长为570nm-595nm，半波宽度为35nm-55nm；所述的红光LED的主峰波长为610nm-640nm，半波宽度为18nm-26nm；所述的绿光LED光的主峰波长为535nm-565nm，半波宽度为30nm-45nm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的蓝光LED的主峰波长为455nm-475nm，半波宽度为26nm-29nm；所述的InP/ZnS黄色量子点的主峰波长为575nm-590nm，半波宽度为40nm-50nm；所述的红光LED的主峰波长为615nm-635nm，半波宽度为19nm-25nm；所述的绿光LED的主峰波长为540nm-560nm，半波宽度为32nm-43nm。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述的QY-LED的色温为2500K-4000K，InP/ZnS黄色量子点的相对光谱强度为0.2-0.8。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的InP/ZnS黄色量子点成份的相对光谱强度为0.25-0.75。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于，所述的高显色性白光QLED通过所述的电源控制电路、QY-LED控制电路、红光LED控制电路、绿光LED控制电路组合调节光通量和色温。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的QY-LED回路由一或多颗蓝光LED激发InP/ZnS黄色量子点和一颗或多颗蓝光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成；所述的红光LED回路由一颗或多颗红光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成；所述的绿光LED回路由一颗或多颗绿光LED进行串联或并联或串并混合电路连接组成。
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