CN108417701B - 一种白光led健康光源的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白光LED健康光源的制备方法，具体是将蓝光芯片固定于含有电路的支架上，于所述蓝光芯片表面包覆复合封装层，于所述复合封装层表面包覆扩散层；其中复合封装层含有根据2200K～7000K的色温需求配比的红色荧光粉和绿色荧光粉以及稀土Nd3+化合物，通过钕离子的滤色作用吸收可见光中波长范围为570nm～590nm部分黄光，然后通过扩散层的多次漫反射、折射后，实现了发光均匀、光线柔和的高光品质白光，为健康照明光源的实现提供了一种新的途径。本发明无需采用特定的、价格昂贵的LED光源或荧光粉，普遍适用性强，荧光粉用量少，在提高LED光源光品质的同时又大幅降低高品质白光LED制作成本。

Description

一种白光LED健康光源的制备方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种白光LED健康光源的制备方法。
背景技术
作为新一代照明光源，LED照明在拥有众多优点的同时，还存在缺陷，不能满足人类健康照明的需求。随着对光生物效应认知的逐步提升，LED照明技术正逐步从追求光效转向追求光的品质。由于景物色彩的还原性也涉及人的生理、心理光学效应，如舒适度、满意度、愉悦度、艺术性、美学等等，即涉及生理和心理健康问题，因此，LED照明也需要满足色彩饱和度、还原颜色真实度和健康照明理念，才能更快的被大众接受和使用。
2007年CIE就明确CRI不能准确地表示LED光源的显色性能，CRI与人的视觉效果之间没有内在联系，这是因为CRI是基于黑体辐射连续光谱发光体的显色性能，白炽灯的CRI为100，而LED不是连续谱发光体，还有高色饱和度的单色光的多种组合，增加了问题的复杂性。2017年CIE推荐了基于北美照明学会(IES)对于光源显色能力新的评价方法(TM-30-15)，通过色彩真实度(Rf)与色彩饱和度(Rg)来评价灯光光源，并同时采用色彩向量图形来显示平均色调与色度的偏移，以对光色质量有更全面的了解，用以补足传统评价光源色彩的参数(例如CRI)的不足。目前，市场上白光LED主流仍是蓝光芯片加黄色荧光粉复合形成白光。但由于其发射光谱中缺少红光成分，显色指数低，如色温为4000K左右，正向驱动电流为100mA，光效可以达到160Lm/W，但因缺乏红光，其显色指数Ra仅为80左右，其中R9值在10左右，因而得到的白光照明效果不真实。
为了弥补红光不足的缺陷，通过利用红光芯片补偿红光或加入红色荧光粉的方法以及采用6-9种不同颜色LED芯片组成LED模组、不同蓝光芯片组合激发不同发射峰值波长的荧光粉等等关于调光调色的研究是近年来国内外研究人员研究的重点，但大部分研究只关注如何提高显色指数，而没有从光谱以及光品质上综合进行优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种制备高色彩饱和度高真实度的白光LED健康光源的方法，满足人们对高光品质光源的需求，为人类在“人造光”下学习、工作和生活创造出舒适、真实、健康的光环境。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种白光LED健康光源的制备方法，具体是将蓝光芯片固定于含有电路的支架上，于所述蓝光芯片表面包覆复合封装层，于所述复合封装层表面包覆扩散层，其中
所述包覆复合封装层包括以下步骤：
1)将红色荧光粉和绿色荧光粉按照2200K～7000K的色温需求配比并与硅胶混合形成荧光粉总含量12～45wt％的第一浆料，第一浆料通过点胶操作包覆于所述蓝光芯片上，涂层厚度为0.1～0.3mm，室温下静置1～6h，待荧光粉自然沉降后形成荧光粉封装层；
2)将稀土Nd3+化合物与第一有机聚合物混合形成稀土Nd3+化合物含量20～50wt％的第二浆料，第二浆料通过印刷或布涂工艺包覆在所述荧光粉封装层上，涂层厚度为0.05～0.2mm，然后在60～80℃中烘烤固化后形成滤色封装层，所述荧光粉封装层和滤色封装层组成所述复合封装层；
或
所述复合封装层的包覆包括以下步骤：
将红色荧光粉和绿色荧光粉按照2200K～7000K的色温需求配比并与硅胶混合均匀后，加入稀土Nd3+化合物混合均匀，形成荧光粉总含量10～40wt％、稀土Nd3+化合物含量0.5～10wt％的第三浆料，第三浆料通过点胶操作包覆于所述蓝光芯片上，涂层厚度为0.3～0.5mm，，然后在100～120℃中烘烤固化。
可选的，所述红色荧光粉为Ba2-xSrxSi5N8:Eu、K2SiF6：Mn、K2TiF6：Mn、(Ca,Sr,Ba)AlSiN3：Eu中的一种或几种。
可选的，所述绿色荧光粉为Ba1-xSrxSi2N2O2(0≤x≤1)：Eu、Ba1-x-ySrxCaySi2O4：Eu(0≤x≤1、0≤y≤1))、Ga/Ge-LuAG：Eu、LuAG：Ce中的一种或几种。
可选的，所述稀土Nd3+化合物为Nd2O3、NdFO、NdF3、NdCl3·H2O、Nd2(CO3)3·H2O、Nd(Ac)3、NdNO3中的一种或两种以上混合。
可选的，所述稀土Nd3+化合物为离散颗粒，颗粒尺寸为1nm～20μm。
可选的，所述第一有机聚合物为硅胶、环氧树脂、有机硅改性丙烯酸树脂或类似物质。
可选的，所述扩散层的包覆包括以下步骤：将纳米扩散材料与第二有机聚合物混合形成纳米扩散材料含量20～50wt％的第四浆料，第四浆料通过喷涂方式包覆在所述复合封装层表面，涂层厚度0.05～0.2mm，经80～120℃烘烤固化。
可选的，所述纳米扩散材料为白炭黑、碳酸钙、高岭土、氧化镁中的一种或几种。
可选的，所述第二有机聚合物为硅胶、环氧树脂、有机硅改性丙烯酸树脂等。
可选的，将410～465nm的蓝光芯片通过固晶胶固定在含有电路的SMD或COB支架上，进行烘烤固化，固化完成后将蓝光芯片的正极金线焊接在支架电路的正极上，蓝光芯片的负极金线焊接在支架电路的负极上。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种制备含Nd3+化合物和纳米扩散材料有机结合的白光LED的新工艺，蓝光芯片激发红色荧光粉和绿色荧光粉混合形成白光，通过钕离子的滤色作用被吸收了可见光中波长范围为570nm～590nm的部分黄光，然后通过扩散层的多次漫反射、折射后，实现了发光均匀、光线柔和的高光品质白光，为健康照明光源的实现提供了一种新的途径。本发明的白光LED具有渲染生动、准确的颜色，以及非常干净的白色，没有像大多数暖白色LED灯泡那样灰黄色的色调，很好满足了教室、摄影棚、博物馆、印染厂、纺织厂、服装厂、食品生鲜等需求高光品质的场所。
本发明无需采用特定的、价格昂贵的LED光源或荧光粉，普遍适用性强，荧光粉用量少，在提高LED光源光品质的同时又大幅降低高品质白光LED制作成本。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1(左)与对比实施例(右)的光谱图；
图3为实施例2的光谱图；
图4为实施例3的结构示意图；
图5为实施例3的光谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
参考图1，将420nm蓝光芯片2通过固晶胶5固定在含有电路层的SMD支架1上，在固晶自动化设备完成固晶作业后，放入烤箱设备进行烘烤固化；固化完成并通过检验后，通过自动焊线设备将蓝光芯片2的正极20金线焊接在电路层的正极上，负极21金线焊接在电路层的负极上。
焊线完成后，将绿粉LuAG：Ce，红粉(Ca,Sr,Ba)AlSiN3：Eu依据色温4000K的效果配比后与硅胶混合形成荧光粉总含量40wt％的第一浆料，通过点胶操作包覆在蓝光芯片2上，涂层厚度为0.25mm，然后室温下静置3h，待荧光粉自然沉降至蓝光芯片2表面后形成荧光粉封装层31，将上述的SMD支架1移到特定的模具工装上，将粒径约为3.0μm的NdFO离散颗粒与硅胶混合形成含有20wt％NdFO的第二浆料通过印刷工艺包覆在荧光粉封装层31上，涂层厚度为0.12mm，然后在70～80℃中烘烤固化后形成滤色封装层32，荧光粉封装层31和滤色封装层32组成复合封装层3。
将上述的SMD支架1移到特定的装置上，然后将纳米碳酸钙与硅胶混合形成的含有40％CaCO3的第四浆料通过喷涂方式包覆在复合封装层3外表面，涂层厚度0.13mm，经100～120℃烘烤固化后形成扩散层4，最后进行成品检测。
对比实施例
对比实施例与实施例1的差别在于，未添加NdFO和CaCO3，其余工艺相同。
在2835 3V正向电流60mA下，实施例1和对比实施例所得的光谱图如图2所示，根据TM-30-15计算Rf、Rg结果如下：
Ra R9 Rf Rg
对比实施例 84.3 20 84.9 95.6
实施例1 95.1 95 91.6 101.6
可见相对于对比实施例，实施例1制备得到的LED光品质得到了明显的提升，尤其R9接近对比实施例的5倍，效果显著。
实施例2
将465nm蓝光芯片通过固晶胶固定在含有电路层的COB支架上，在固晶自动化设备完成固晶作业后，放入烤箱设备进行烘烤固化；固化完成并通过检验后，通过自动焊线设备将蓝光芯片的正极金线焊接在电路层的正极上，负极金线焊接在电路层的负极上。
焊线完成后，将绿粉Ba1-x-ySrxCaySi2O4：Eu(0≤x≤1、0≤y≤1))，红粉Ba2- xSrxSi5N8:Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSiN3：Eu依据色温4000K的效果配比后与环氧树脂混合形成荧光粉总含量40wt％的第一浆料，通过点胶操作包覆在蓝光芯片上，涂层厚度为0.25mm，然后室温下静置3h，待荧光粉自然沉降至蓝光芯片表面后形成荧光粉封装层，将上述的COB支架移到特定的模具工装上，将粒径为约为5.0μm的Nd2O3离散颗粒与环氧树脂混合形成含有45wt％Nd2O3的第二浆料通过布涂工艺包覆在荧光粉封装层上，涂层厚度为0.10mm，然后在70℃中烘烤固化后形成滤色封装层，荧光粉封装层和滤色封装层组成复合封装层。
将上述的COB支架移到特定的装置上，然后将纳米氧化镁与环氧树脂混合形成的含有30wt％MgO的第四浆料通过喷涂方式包覆在复合封装层外表面，涂层厚度0.15mm，经100℃烘烤固化后形成扩散层，最后进行成品检测。
COB 36V正向电流170mA下所得的光谱图如图3，根据TM-30-15计算Rf、Rg结果如下：
Ra R9 Rf Rg
实施例2 94.5 82 89.7 104.4
实施例3
参考图4，将450nm蓝光芯片2通过固晶胶固定在含有电路层的SMD支架1上，在固晶自动化设备完成固晶作业后，放入烤箱设备进行烘烤固化；固化完成并通过检验后，通过自动焊线设备将蓝光芯片2的正极20金线焊接在电路层的正极上，负极21金线焊接在电路层的负极上。
焊线完成后，将绿粉Ga/Ge-LuAG：Eu，红粉Ba2-xSrxSi5N8:Eu依据色温4000K的效果配比后与硅胶混合均匀后，加入粒径约为0.3μm的NdF3混合均匀，形成荧光粉总含量35wt％、NdF3含量4wt％的第三浆料，第三浆料通过点胶操作包覆于所述蓝光芯片2上，涂层厚度为0.45mm，室温下静置1～2h，然后在70℃中烘烤固化形成复合封装层3’。
将上述的SMD支架1移到特定的装置上，然后将纳米高岭土与有机硅改性丙烯酸树脂混合形成的含有35％高岭土的第四浆料通过喷涂方式包覆在复合封装层3’外表面，涂层厚度0.13mm，经100～120℃烘烤固化后形成扩散层4，最后进行成品检测。
2835 3V正向电流60mA下所得的光谱图如图5，根据TM-30-15计算Rf、Rg结果如下：
Ra R9 Rf Rg
实施例3 95.6 97 90.8 101.7
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种白光LED健康光源的制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种白光LED健康光源的制备方法，其特征在于：将蓝光芯片固定于含有电路的支架上，于所述蓝光芯片表面包覆复合封装层，于所述复合封装层表面包覆扩散层，其中
所述包覆复合封装层包括以下步骤：
1)将红色荧光粉和绿色荧光粉按照2200K～7000K的色温需求配比并与硅胶混合形成荧光粉总含量12～45wt％的第一浆料，第一浆料通过点胶操作包覆于所述蓝光芯片上，涂层厚度为0.1～0.3mm，室温下静置1～6h，待荧光粉自然沉降后形成荧光粉封装层；
2)将NdFO与第一有机聚合物混合形成NdFO含量20～50wt％的第二浆料，第二浆料通过印刷或布涂工艺包覆在所述荧光粉封装层上，涂层厚度为0.12～0.2mm；
3)在60～80℃中烘烤固化后形成滤色封装层，所述荧光粉封装层和滤色封装层组成所述复合封装层；
所述扩散层的包覆包括以下步骤：
将纳米扩散材料与第二有机聚合物混合形成纳米扩散材料含量20～50wt％的第四浆料，第四浆料通过喷涂方式包覆在所述复合封装层表面，涂层厚度0.05～0.2mm，经80～120℃烘烤固化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述红色荧光粉为Ba2-xSrxSi5N8:Eu、K2SiF6：Mn、K2TiF6：Mn、(Ca,Sr,Ba)AlSiN3：Eu中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述绿色荧光粉为Ba1-xSrxSi2N2O2(0≤x≤1)：Eu、Ba1-x-ySrxCaySi2O4：Eu(0≤x≤1、0≤y≤1))、Ga/Ge-LuAG：Eu、LuAG：Ce中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述NdFO为离散颗粒，颗粒尺寸为1nm～20μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一有机聚合物为硅胶、环氧树脂或有机硅改性丙烯酸树脂。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米扩散材料为白炭黑、碳酸钙、高岭土、氧化镁中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第二有机聚合物为硅胶、环氧树脂或有机硅改性丙烯酸树脂。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将410～465nm的蓝光芯片通过固晶胶固定在含有电路的SMD或COB支架上，进行烘烤固化，固化完成后将蓝光芯片的正极金线焊接在支架电路的正极上，蓝光芯片的负极金线焊接在支架电路的负极上。
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GR01 Patent grant
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