CN108231979A - 一种红外led光源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外LED光源,其包括蓝光LED芯片以及涂覆在所述蓝光LED芯片上或在芯片上方一段距离的荧光粉,荧光粉发射红外或近红外光,且结构式为Ma xL(y‑s‑r)QzOw:Crs,Rr。通过选择具有不同光谱结构的红外发射荧光粉,在蓝光LED芯片的激发下实现760~1500nm波段的近红外‑红外光,该红外LED光源可应用于虹膜识别、遥控、红外传感及食品检测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及LED发光领域,具体涉及一种红外LED光源。
背景技术
传统红外发射二极管(IR-LED)主要采用砷化镓(GaAs)或砷铝化镓(GaAlAs)芯片制作而成,在注入的电子与空穴复合时发出红外线。根据红外线的特性,不同波长的红外线在很多领域都有广泛的应用前景。例如660~780nm的近红外光可用于促进植物生长,760~805nm的红外光可用于医疗及健康领域,用于检测脂肪的含量,810nm的红外线可用于虹膜识别,940nm的红外线可用于遥控器等等。
然而,长期以来传统红外发射二极管都有转换效率偏低的问题;而且,由于不同应用领域对红外光波段有特殊的要求,通过调节GaAs的组份配比及磊晶工艺对其发射波长实现调节,给实际生产带来了非常大的不便,进而造成红外LED光源器件的价格长期居高不下;再加上,用于制造传统红外LED芯片的重金属As元素会对环境造成严重的污染,随着对环境保护的要求越来越高,工业发展对电子产品中重金属有毒元素的限制也越来越严格。因此开发一种环保、低成本、转换效率高的红外LED光源是目前产业界的一项重要课题。
现有公开的文献报道了采用荧光粉进行光转换的解决方案。中国专利CN105932140公开了一种近红外波长LED光源,其方案采用激发光源与荧光粉组合得到红外光。然而一方面,其激发光源与特定荧光粉的几种组合,不能通过荧光粉以及激活离子的调整,来满足广泛的红外光波段应用需求;另一方面,该专利公开的技术方案中,一部分采用红外LD、690nm或306nm的LED作为激发源,由于红光LED、紫外LED以及红外LD目前效率较低同时制造成本居高不下,导致荧光粉在他们的激发下发射效率低下,所以整体组合效率低、成本高。
另有中国专利CN202268389公开了一种采用蓝光芯片激发下转换荧光粉的近红外二极管,其荧光粉以稀土离子和Yb离子共掺杂作为激活剂,其中共掺杂的离子对包含Pr-Yb、Er-Yb、Ho-Yb、Nd-Yb、Tm-Yb或Tb-Yb,从而实现中心波长在980nm附近的红外光。日本专利JP2010100146公开了采用紫外光LED芯片激发YAG:Ce,Er荧光粉产生波长在1500nm左右的红外光。专利JP2012034699公开了采用紫外光或可见光LED激发Y3(Al,Ga)5O12:Ce,Er产生1640~1660nm波段的红外光。然而这些专利公开的技术方案中,荧光粉发射波长处于大于980nm的红外光波段,不能满足广泛的红外光波段应用需求。
综合现有的技术方案,可知现有技术方案在转换效率和红外发光的覆盖范围这两个方面存在明显不足。如上所述:采用波长长达590nm以上的长波可见光或300nm左右的短波紫外线作为激发源,不仅效率非常低下而且价格高昂,同时由于所采用的荧光粉的效率相对低下,因此难以获得高效的红外LED光源;而波长在780~1500nm范围内的红外光应用价值非常高,但现有公知技术涉及很少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,而提供一种新型的红外LED光源。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
一种红外LED光源,包括:发光波长范围覆盖440~470nm的蓝光LED芯片;覆盖在所述蓝光LED芯片表面或在蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉,荧光粉的结构式为Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr;其中M为Zn、Y、Gd、Lu、La、Ca、Mg、Li、Sr、Ba、K中的至少一种;L为Ga、Al、B、In中的至少一种;Q为Si、Ge、Sn中的至少一种;R为Yb、Er、Bi、Zn、Nd中的至少一种;a是M的化合价态,取值1~3之间整数;1≤x≤6;0≤y≤6;0≤z≤6;w=(a×x+3y+4z)/2;0.001≤s≤0.2;0≤r≤0.1;所述荧光粉发射760~1500nm的红外或近红外光。
所述覆盖在所述蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉,是指该红外LED光源采用远程激发的结构方式封装荧光粉。封装的具体方式例如为:将荧光粉和封装胶混合固化后,形成荧光粉膜片,并封装于蓝光LED芯片上方。
针对现有公知的如红外长余辉荧光粉等,由于其应用领域的不同,其无法有效吸收440-470nm蓝光的不足,本发明在选定激活剂(或激活剂组合)和用量的基础上,通过调整M元素的组合和比例,可以实现荧光粉对440-470nm范围内蓝光的有效吸收,提高红外LED的发光效率。
本发明巧用蓝光LED芯片结合Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr类荧光粉发射红外光或近红外光,一方面,其中的Cr离子在Ma xL(y-s-r)QzOw基质提供的晶体场环境中能够较强地吸收蓝光芯片提供的440-480nm范围内蓝光;另一方面,通过调节荧光粉结构式中阳离子的组分比例以及激活剂离子的组合形式和掺量,即能够实现对荧光粉晶体场强度的调节,从而使得发射光覆盖范围可以在760-1500nm范围内可调;再一方面,采用Cr作为主激活剂离子,由于Cr离子的发射来自于选择定则允许的能级间跃迁,从而保证了较高的发射效率,采用R与Cr相结合,R作为第二个掺杂元素,能够充当敏化剂,使得产品具有更高的发光亮度,R作为第二发光元素,扩展了发射光谱,能够拓展本发明LED红外荧光粉的应用。
本发明的目的还可以进一步优选:
作为本发明的一个优选方案,前述r的取值范围为0.001≤r≤0.1。
作为本发明的一个优选方案,前述蓝光LED芯片为发光波长范围覆盖440~460nm的蓝光LED芯片。
作为本发明的一个优选方案,前述荧光粉的结构式为Ma xGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr。
在该优选方案中,采用蓝光芯片结合Ma xGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr荧光粉,主激活剂离子Cr在镓酸盐或者镓锗酸盐中取代Ga的位置,两者化学价态和离子半径均相当,一方面取代后不会引起较大的晶格畸变,使得荧光粉中由取代所产生的晶格缺陷较少,另外一方面也为Cr离子的高效发光提供了更有益的晶体场环境。
采用镓酸盐或者镓锗酸盐基质晶体结构具有较大的刚性导致镓酸盐或者镓锗酸盐具有优异的化学和热稳定性能,从而确保长期使用光衰减较小。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉结构式为M3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,M为Y、Gd、Lu、La中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470nm范围内的蓝光,通过选择M元素的种类可以应用于遥控器或食品检测领域。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:Gd3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,0.05≤s≤0.15,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:La3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,0.05≤s≤0.3,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉结构式为M3Ga2-s-rGeO8:Crs,Rr,M3Ga2-s-rGe2O10:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe3O12:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe4O14:Crs,Rr中的一种,其中M为Zn、Ca、Sr、Ba、Mg中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470nm范围内的蓝光。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:Zn3Ga2-s-rGe3O12:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。应用于空间光通信、高速路的自动刷卡等领域。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:Zn3Ga2-s-rGe4O14:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉结构式为MGa5-s-rO8:Crs,Rr,其中,M为Li、Na、K中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470nm范围内的蓝光。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:LiGa5-s-rO8:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉结构式为MGa2-s-rO4:Crs,Rr,其中,M为Zn、Ca、Sr、Ba、Mg中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470nm范围内的蓝光。
作为本发明的一个优选应用方案,前述荧光粉的结构式为:MGa2-sO4:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种,M为Zn、Ca中的一种或两种,
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉上还设置有滤光片。以实现对光谱带宽进一步精确控制。
作为本发明的进一步优选方案,前述蓝光芯片的材质GaN和InGaN中的一种。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉是具有0.1微米-20微米平均粒度的粉末。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉还混合其他结晶相或非晶相,混合物中其他结晶相或非结晶相的比例不大于90%。
作为本发明的进一步优选方案,前述红外LED光源的封装结构为直插式、贴片式或集成式中的一种。
作为本发明的进一步优选方案,前述荧光粉与透明树脂材料进行混合,采取喷涂或点胶灌封的方式将荧光粉覆盖在芯片表面或上方一段距离。
本发明可以根据不同细分技术领域的应用需求,通过调节荧光粉中阳离子基团中元素比例以及激活剂离子的组合方式和掺量,非常方便地调节红外光的发射波段范围,从而更好的匹配不同领域的实际应用,实现波段在760~1500nm宽范围的红外光。
作为本发明的一个应用,通过Gd3Ga5GeO14:Cr荧光粉与蓝光芯片组合实现940nm波段左右的红外光,广泛用于家用电器的遥控器领域。
作为本发明的另一个应用,通过采用蓝光芯片与La3Ga5GeO14:Cr荧光粉可以实现808nm附近和980nm附近的红外LED光源,广泛用于食品营养成分检测;
作为本发明的另一个应用,通过采用蓝光芯片与Zn3Ga1.946Ge2O10:Cr0.054荧光粉可以实现808nm附近的红外LED光源,广泛用于医疗器具,空间光通信,红外照明,固体雷射器的泵浦源;
作为本发明的另一个应用,采用蓝光芯片与Zn3Ga1.97Ge3O12:Cr0.03荧光粉,制作830nm的红外LED光源用于高速路的自动刷卡系统;
作为本发明的另一个应用,采用蓝光芯片与Zn3Ga1.96Ge3O12:Cr0.04荧光粉,制作840nm的红外LED光源,用于摄像机彩色变倍红外防水;
作为本发明的另一个应用,采用蓝光芯片与Zn3Ga1.93Ge3O12:Cr0.07荧光粉,制作850nm的红外LED光源,用于摄像头(视频拍摄)数位摄影,监控,楼寓对讲,防盗报警等等。
本发明的技术方案与现有技术相比,具有以下显著的有益效果:本发明巧用蓝光芯片和Cr激活的特定镓锗酸盐相结合,使得镓锗酸盐能够有效吸收蓝光芯片所发射的蓝光,发射的红外光光谱覆盖宽、发射强度高,特别;适于遥控器、食品检测、空间光通信以及高速公路刷卡系统等领域的应用。具体优点如下:
(1)实现光谱的宽覆盖范围:可以实现波段在760~1500nm宽范围的红外光;可以根据不同细分技术领域的应用需求,通过调节荧光粉中阳离子基团中元素比例以及激活剂离子的组合方式和掺量,非常方便地调节红外光的发射波段范围,从而更好的匹配不同领域的实际应用。
(2)可以产生高光效和低光衰的红外光:本发明中采用蓝光芯片激发Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr荧光粉发射的红外光,由于蓝光芯片的发射波段和荧光粉的激发波段很好的匹配,所以激发效果优异,发射强度较高。
(3)能够对光谱带宽进一步精确控制:通过与滤光片进行组合,可以进一步对光谱的带宽、覆盖范围进行更精确的控制。
(4)在具有优异的可靠性的同时,大大降低成本:随着白光LED的封装技术日趋成熟,无论是蓝光芯片、胶水或者荧光粉,总体而言都具有非常显著的成本优势,容易实现量产。
附图说明
图1实施例1的发射光谱
图2实施例3的发射光谱
图3实施例5的所用荧光粉的激发光谱
图4实施例5的发射光谱
图5实施例6的发射光谱
图6实施例8所用荧光粉的激发光谱
图7实施例8的发射光谱
图8实施例18的发射光谱
图9对比实施例1的发射光谱
图10对比实施例3的发射光谱
图11直插型红外LED光源的结构示意图
图12贴片型红外LED光源的结构示意图
图13荧光粉膜片制作的贴片型红外LED光源结构示意图
本发明附图中的编号说明如下:
1-1蓝光芯片
1-2红外荧光粉
1-3封胶
1-4反射杯
1-5透镜
2-1蓝光芯片
2-2红外荧光粉
2-3封装胶
2-4支架
3-1蓝光芯片
3-2红外荧光粉膜
3-3填充胶
3-4支架
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1:
选用贴片型支架,将波峰范围为450~452nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的Zn3Ga1.98GeO8:Cr0.02荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围700-850nm的贴片型红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的120%。
实施例2:
选用直插式支架,将波峰范围为450~452nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取3.5g的Zn3Ga1.9788GeO8:Cr0.02,Nd0.0012荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围700-850nm的直插式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的118%。
实施例3:
选用贴片式支架,将波峰范围为455~460nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的Zn3Ga1.946Ge2O10:Cr0.054,荧光粉与8.3g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-850nm,峰波长在770nm左右的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的135%。
实施例4:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的Ca3Ga1.946Ge2O10:Cr0.054,荧光粉与8.3g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-850nm的贴片式红外LED光源,其发光亮度为对比实施例1的127%。
实施例5:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取3g的Zn3Ga1.946Ge3O12:Cr0.044荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围800-950nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的129%。
实施例6:
选用COB式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取6g的Zn3Ga1.965Ge3O12:Cr0.025,Yb0.01荧光粉与12g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围800-1200nm的COB式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的121%。
实施例7:
选用COB式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取6g的Zn3Ga1.961Ge3O12:Cr0.035,Bi0.003,Er0.001荧光粉与12g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围800-900nm的COB式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的119%。
实施例8:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的Gd3Ga4.94GeO14:Cr0.06荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围800-900nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的135%。
实施例9:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的Zn3Ga1.88Ge4O14:Cr0.12荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-900nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的134%。
实施例10:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的Zn3Ga1.9177Ge4O14:Cr0.08,Er0.0023荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围760-950nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的122%。
实施例11:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的LiGa4.944O8:Cr0.056荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-950nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的127%。
实施例12:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的NaGa4.954O8:Cr0.046荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围730-800nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的128%。
实施例13:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的NaGa4.954O8:Cr0.046荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长为光谱覆盖范围730-800nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的131%。
实施例14:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的NaGa4.954O8:Cr0.046荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长为光谱覆盖范围730-800nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的133%。
实施例15:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的ZnGa1.93O4:Cr0.07荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长光谱覆盖范围700-800nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的133%。
实施例16:
选用贴片式支架,将波峰范围为440~445nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的ZnGa1.925O4:Cr0.03,Yb0.045荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围700-1200nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的116%。
实施例17:
选用贴片式支架,将波峰范围为445~447nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的ZnGa1.945O4:Cr0.05,Er0.005荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围700-1200nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的119%。
实施例18:
选用贴片式支架,将波峰范围为445~447nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取2g的Zn3Ga1.98GeO8:Cr0.02荧光粉与3g的Zn3Ga1.946Ge3O12:Cr0.044荧光粉与12g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-900nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的127%。
表1 部分实施例、对比实施例的光覆盖范围和发光强度对比表
实施例56:
选用贴片式支架,将波峰范围为460-465nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取6g的Zn3Ga1.97Ge3O12:Cr0.03荧光粉与10g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-900nm的贴片式红外LED光源,发光亮度为对比实施例1的127%。
实施例57:
选用贴片式支架,将波峰范围为460-465nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的Zn3Ga1.96Ge3O12:Cr0.04荧光粉与8g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-900nm的贴片式红外LED光源,发光亮度为对比实施例1的128%。
实施例58:
选用贴片式支架,将波峰范围为460-465nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的Zn3Ga1.93Ge3O12:Cr0.07荧光粉与11g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围750-900nm的贴片式红外LED光源,发光亮度为对比实施例1的128%。
实施例59:
选用贴片式支架,将波峰范围为455-470nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取7g的La3Ga4.8GeO14:Cr0.2荧光粉与12g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围760-910nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的130%。
实施例60:
选用贴片式支架,将波峰范围为450-460nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取7g的Gd3Ga4.9GeO14:Cr0.1荧光粉与12g有机硅胶混合后,通过喷涂工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到光谱覆盖范围760-950nm的贴片式红外LED光源。发光亮度为对比实施例1的130%。
对比实施例1:
选用SMD型支架,将波峰范围为340nm的紫外LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取3g的Y2.92Al5O12:Ce0.05,Er0.02荧光粉与6g抗UV有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长为1500nm的红外LED光源。
对比实施例2:
选用SMD型支架,将波峰范围为690nm的LD芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,称取6g的Ba9.99(PO4)6Cl2:Bi0.01荧光粉喷涂在芯片表面,再在碗杯上沿口盖封无机透明片,得到峰波长为1250nm的贴片型红外LED光源
对比实施例3:
选用SMD支架,将波峰范围为450~452nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取4g的Sr0.986F2:Yb0.012,Pr0.002荧光粉与9g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长为1060nm左右的贴片型近红外LED光源。
对比实施例4:
选用直插式支架,将波峰范围为450~455nm的蓝光LED芯片通过固晶工艺固定制定在支架碗杯内,并完成焊线。称取5g的Gd1.94BO3:Tb0.03,Tb0.03荧光粉与6g有机硅胶混合后,通过点胶工艺灌注到碗杯内,再经固化工艺即可得到峰波长为1060nm的直插式近红外LED光源。
图11、图12、图13分别绘示了本发明不同实施例的LED光源的结构示意图。
参考图11,本发明红外LED光源采用直插型封装结构时,红外LED光源包括一蓝光芯片1-1,反射杯1-4,蓝光芯片1-1设置于发射杯1-4内,封胶1-3填入反射杯1-4内,并封装蓝光芯片1-1,Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr荧光粉混合于封胶1-3层中,并覆盖位于蓝光芯片上,用以将蓝光芯片1-1所发出的蓝光转换成红外光。
参考图12,本发明红外LED光源采用贴片封装结构时,蓝光芯片2-1置于贴片支架2-4的凹杯中,Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr荧光粉混合于封装胶2-3中,并覆盖位于蓝光芯片2-1上,用以将蓝光芯片2-1所发出的蓝光转换成红外光。
参考图13,本发明红外LED光源采用荧光粉膜片制作的贴片型封装时,蓝光芯片3-1置于支架3-4的凹杯中,然后向凹杯中填入填充胶3-3,Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr荧光粉混合与封装胶中并制成膜片3-2覆盖在支架3-4的上表层,距离蓝光芯片3-1一定距离,用以将蓝光芯片3-1所发出的蓝光转换成红外光。
需要指出的是,本发明其他实施例中所采用的荧光粉的激发光谱和实施例3和6的激发光谱的共同特点是荧光粉激发光谱在440-480nm有光谱覆盖。由此可见,本发明采用的红外荧光粉和蓝光芯片可以很好的匹配,因此可以获得较高的发射效率。
由上述实施例可以看出,本发明根据不同应用需求,通过调节Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr荧光粉结构式中阳离子的组分比例以及激活剂离子的组合形式和掺量,发射不同峰值波长的红外光,使得发射光覆盖范围可以在750-1500nm范围内可调。
进一步地,由上述实施例与比较例的对比可以看出,本发明的红外LED光源,发光效率更高、光谱可调节范围宽。
以上仅为本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但是不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种红外LED光源,其特征在于包括:
发光波长范围覆盖440~470nm的蓝光LED芯片;
覆盖在所述蓝光LED芯片表面或在蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉,荧光粉的结构式为Ma xL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr;
其中M为Zn、Y、Gd、Lu、La、Ca、Mg、Li、Sr、Ba、Na、K中的至少一种;
L为Ga、Al、B、In中的至少一种;
Q为Si、Ge、Sn中的至少一种;
R为Yb、Er、Bi、Zn、Nd中的至少一种;
a是M的化合价态,取值1~3之间整数;
1≤x≤6;0≤y≤6;0≤z≤6;w=(a×x+3y+4z)/2;0.001≤s≤0.2;0≤r≤0.1;
所述荧光粉发射760~1500nm的红外或近红外光。
2.根据权利要求1所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述r的取值范围为0.001≤r≤0.1。
3.根据权利要求1所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述蓝光LED芯片为发光波长范围覆盖440~460nm的蓝光LED芯片。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种红外LED光源,其特征在于所述荧光粉的结构式为:Ma xGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr。
5.根据权利要求4所述的一种红外LED光源,其特征在于所述荧光粉的结构式为:M3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,M为Y、Gd、Lu、La中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:Gd3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,0.05≤s≤0.15,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:La3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr,其中,0.05≤s≤0.3,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的一种红外LED光源,其特征在于所述荧光粉结构式为:M3Ga2-s- rGeO8:Crs,Rr,M3Ga2-s-rGe2O10:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe3O12:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe4O14:Crs,Rr中的一种,其中M为Zn、Ca、Sr、Ba、Mg中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:Zn3Ga2-s-rGe3O12:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:Zn3Ga2-s-rGe4O14:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
11.根据权利要求4所述的一种红外LED光源,其特征在于所述荧光粉的结构式为:MGa5-s-rO8:Crs,Rr,其中,M为Li、Na、K中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:LiGa5-s-rO8:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。
13.根据权利要求4所述一种红外LED光源,其特征在于为荧光粉结构式为:MGa2-s-rO4:Crs,Rr,其中,M为Zn、Ca、Sr、Ba、Mg中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的一种红外LED光源,其特征在于:所述荧光粉的结构式为:MGa2-sO4:Crs,Rr,其中,0.02≤s≤0.1,0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种,M为Zn、Ca中的一种或两种。
15.根据权利要求1-3、5-15任一所述的红外LED光源,其特征在于在所述荧光粉上还设置有滤光片。
16.根据权利要求1-3、5-15任一所述的红外LED光源,其特征在于所述蓝光芯片的材质GaN和InGaN中的一种。
17.根据权利要求1-3、5-15任一所述红外LED光源,其特征在于所采用的荧光粉是具有0.1微米-20微米平均粒度的粉末。
18.根据权利要求1-3、5-15任一所述红外LED光源,其特征在于所采用的荧光粉还混合其他结晶相或非晶相,混合物中其他结晶相或非结晶相的比例不大于90%。
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