CN108485666A - 一种led闪光灯专用组合荧光粉及其应用 - Google Patents

一种led闪光灯专用组合荧光粉及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED闪光灯专用组合荧光粉及其应用，该组合荧光粉是由蓝色荧光粉或绿色荧光粉中的至少一种和红色荧光粉按特定质量比例组成，所述蓝色荧光粉或绿色荧光粉为分别在蓝光激发下发射峰值波长在500nm‑535nm的荧光粉；所述红色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为610nm‑660nm的荧光粉；利用本发明提供的组合荧光粉所制备的LED闪光灯在发射峰值300‑480nm的LED芯片照射下，将其作为录像和拍照的光源的电视光源一致性指数TLCI大于85，色彩还原能力CRI大于90，光效高，色温范围可达2200K‑7000K，而且其光谱连续性好，非常适合摄像机和照相机镜头对光的需求。

Description

一种LED闪光灯专用组合荧光粉及其应用
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体地说是一种LED闪光灯专用组合荧光粉及其应用。
背景技术
智能手机越来越强调拍照的功能，但拍照的好坏离不开闪光灯，尤其是弱光环境下，闪光灯就作为一种补光设备，能在瞬间发出很强的光线，从而弥补了环境的不足，拍出相对理想的影像。目前，手机上主要采用的是LED闪光灯，少数采用相机专用闪光灯——氙气灯。LED闪光灯的亮度不如氙气灯，氙气灯的效果比较均匀，作用范围比较远，可发出非常接近太阳光的光线，但成本较高，体积大，耗电量大，不能常亮。而LED闪光灯凭借着寿命长，体积小，成本低，耗电量低，可作连续光源等优点，广泛应用于iphone、华为、小米等主流智能手机上。但是在目前状况下，LED闪光灯存在色温不准，亮度不均，色彩还原能力差等问题，利用其拍照，画质的真实性、清晰度不高。
随着手机用户对智能手机的照相及摄像效果要求的提高，人们对高品质、高性能的LED闪光灯的需求越来越明显。为了做出更适合于手机的闪光灯，我们需要找到一个合适的评价标准。传统来讲，人们一直用显色指数CRI(Color Rendering Index)作为评价光源对真实色彩的还原能力，但CRI是针对人眼的特征来确定的，对于摄像机或照相机的传感器是不适合的。有时CRI指数虽然具有很高的光源，但是由于光谱成分与摄像机或照相机的感光芯片彩色特征不匹配，会导致输出画面颜色上偏差较大。随着研究的深入，Mike Wood在《电视照明(光源)一致性指数——TLCI》中指出，罗伯特(Alan Roberts)与欧洲广播联盟(European Broadcasting Union，缩写为EBU)一起合作，于2011年11月提出了电视光源一致性参数(Television Lighting Consistency Index，缩写为TLCI)。
TLCI采用类似于CRI的研究方法，即采用一个标准组的试验色样品，并在试验光源和理想辐射光源或日光下(根据色温)比较他们的外貌。TLCI是用光谱辐射计对光源发出的光谱能量分布进行测量和计算。用0-100表示被测光源的TLCI值，其数值越高表示一致性越好，表示光源的色彩还原能力越好。此外，刘思南在《电视照明用LED光源显色性评价标准TLCI解析》中提出TLCI-2012的标准，TLCI的值大于或等于85时色差很小，光源对于视频摄像机几乎不需要调整；当TLCI的值在50-85之间时仍然可用，但在后期需要对视频进行修正；但TLCI的值低于50的光源是完全不可用的。TLCI提供了一种适用于摄像机或照相机的显色性度量指标，同时为手机LED闪光灯提供了显色性度量指标。但是，当前市场上LED闪光灯仍旧是在通过提高CRI的数值来提高显色指数，其TLCI的值却普遍偏低，光源的色彩还原能力较差，这就严重影响了手机LED闪光灯的使用效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED闪光灯专用组合荧光粉及其应用，以解决现有荧光粉制备的LED闪光灯存在TLCI的值偏低、光源的色彩还原能力较差的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种LED闪光灯专用组合荧光粉，由蓝色荧光粉和绿色荧光粉中的至少一种和红色荧光粉按比例混合组成；
所述组合荧光粉由蓝色荧光粉和红色荧光粉组成时，蓝色荧光粉和红色荧光粉的质量比为4-12:1；
所述组合荧光粉由绿色荧光粉和红色荧光粉组成时，绿色荧光粉和红色荧光粉的质量比为4-12:1；
所述组合荧光粉由绿色荧光粉、蓝色荧光粉和红色荧光粉组成时，绿色荧光粉和蓝色荧光粉的混合物与红色荧光粉的质量比为4-12:1；所述绿色荧光粉和蓝色荧光粉的混合物中绿色荧光粉和蓝色荧光粉按任意比例混合；
所述蓝色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为500nm-535nm、半峰宽为25-40nm的荧光粉；
所述绿色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为500nm-535nm、半峰宽为80-110nm的荧光粉；
所述红色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为610nm-660nm、半峰宽为75-90nm的荧光粉。
所述蓝色荧光粉为BaSi2O2N2:xEu2+，其中0.5≤x≤5；所述绿色荧光粉为(Lu,Y)3(AlGa)5O12:mCe3+或(Sr,Ba)2SiO4:nEu2+，其中0.03≤m≤4，0.06≤n≤1.8；所述红色荧光粉为(Ca,Sr,Mg)AlSiN3:aEu2+或Sr2Si5N8:bEu2+，其中0.5≤a≤8，0.08≤b≤5；但本发明不限于仅使用所述的蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉的化学式，满足如上所述每种荧光粉的发射峰值波长和半峰宽均属于本发明的保护范围。
所述的LED闪光灯专用组合荧光粉与发射峰值300-480nm的LED芯片搭配使用，其用于录像和拍照的光源的电视光源一致性指数TLCI大于85，色彩还原能力强，光效高，色温范围可达2200K-7000K，而且其光谱连续性好，因此其在制备手机、照相机、录像机等电子设备的LED闪光灯中得到应用。
由于LED光源发光原理和光谱分布的特殊性，有时候，即使CRI指数很高的光源，在电影电视的拍摄环境下使用时，也会因光谱成份与摄像机的感光芯片彩色特性的不匹配，表现出输出画面颜色上的偏差。其原因在于CRI的测试和计算是基于人眼对颜色的分辨能力。而TLCI的计算是参考了摄像机对颜色的分辨能力。其与CRI相比对颜色的分辨原理相似，但有所差别。其中图1是人眼对颜色的敏感曲线，图2是一般电视摄像机对颜色的敏感度曲线。从图1和图2可以看出两者敏感的波峰并不完全重合。而且根据研究结果显示，光源的TLCI和CRI测试结果关系如图3所示，图中每个黑点代表一个光源测试结果的坐标位置，横坐标对应数值为CRI值，纵坐标为TLCI值。从图中我们可以看出，两者并不一定呈线性关系。也就是说CRI值高的光源，TLCI值不一定高。图中粉红的柱状的右边表示的是CRI值高于80的光源，这些光源中，TLCI值有高有低。从使用体验来看，就是肉眼看上去显色性高的光，它在摄像机镜头中的显色性表现有好有坏。我们从图中选取四个不同光源的测试结果点进行说明：A点表征的光源，其CRI值是92，但是TLCI值只有50，表示这个光源在肉眼看来，对色彩的还原度很好，但是在摄影机的输出端，对颜色的还原度较差，这是一个不适合演播使用的光源；B点的CRI和TLCI值都高于90，这是一个肉眼看来和摄影机输出都有很好色彩表现的光源，也适用于演播环境；C点的CRI值是70不很高但TLCI值为90，说明它肉眼下看来色彩还原度一般，但是适合演播使用；D点表征的是一个CRI和TLCI都低于50的光源，它在肉眼观察下和摄影机输出端的色彩还原度都很差，是一个不适于演播环境使用的光源。而本发明就是这些弊端做了新的研究和开发，最终研究了一种更适应于LED闪光灯专用的组合荧光粉以及利用其所制备的LED闪光灯，其光谱能量分布与摄像机的感光芯片彩色特性更加匹配，其电视光源一致性指数TLCI大于85，色彩还原能力CRI大于90，光效高，色温范围宽(2200K-7000K范围内可调)，而且其光谱连续性好，更适于照相机、摄像机和手机等电子设备的LED闪光灯中应用。
附图说明
图1人眼对颜色的敏感曲线。
图2一般摄像机和照相机镜头对颜色的敏感度曲线。
图3是TLCI和CRI测试结果关系图。
图4是本专利实施例1与对比例1发射光谱对比图。
图5是本专利实施例22的发射光谱图。
具体实施方式
实施例1
选择峰值波长为520nm的绿色荧光粉Y2.95(Al0.7Ga0.3)5O12:0.05Ce3+和峰值波长为650nm的红色荧光粉(Ca0.5Sr0.2Mg0.3)0.93AlSiN3:0.07Eu2+，将绿色荧光粉与红色荧光粉按质量比＝7.5:1的比例添加到有机硅胶中，搅拌均匀后脱除气泡，涂覆到发射峰值为455-457.5nm的蓝光芯片的槽内，把槽内涂满、涂平，进行封装，然后将涂有组合荧光粉的蓝光芯片在150℃下干燥0.5h，然后利用光谱辐射仪对其进行测试。
实施例2-15
实施例2-15改变了荧光粉的峰值波长和荧光粉的添加比例，其他操作与实施例1相同。
对比例1-3
对比例1-3改变了荧光粉的峰值波长和荧光粉的质量比例，其他操作与实施例1相同。
实施例1-15和对比例1-3所用到的荧光粉原料及其特性以及最终检测的色温及TLCI值如下表。
从以上的检测结果可以看出，本发明所用组合荧光粉TLCI均大于85，CRI大于85，且色温范围宽，可在2200K-7000K色温段内连续可调。
实施例1与对比例1相比，各荧光粉的质量比对LED灯的TLCI指数有较大的影响，在绿色荧光粉与红色荧光粉比小于4:1时，TLCI指数小于80，但是其CRI仍然较高。
实施例1与对比例2、3相比，峰值波长对TLCI指数有一定的影响，在本发明权利要求保护范围以外，LED灯的TLCI指数较低。
实施例1和对比例1的发射光谱见图4，图中可以看出实施例1光谱比对比例1光谱高，说明其各个颜色成分比对比例1各个颜色成分多，其拍摄效果更好。
从实施例1-15可以看出，TLCI高的方案，CRI也较高，从对比例1-3可以看出，虽然CRI较高，但是其TLCI低，而我们则需要一种CRI与TLCI都较高的方案，来满足摄像机镜头与人眼色彩还原能力都较高的需求。
实施例16-21
在要求范围内，改变荧光粉的种类、峰值波长和荧光粉的质量比，其他操作与实施例1相同。
实施例16-21所用到的荧光粉原料及其特性以及最终检测的色温及TLCI值见下表。
从以上的检测结果可以看出，本发明所用组合荧光粉TLCI均大于85，且色温范围宽，可在2200K-7000K色温段内连续可调。
实施例22
把蓝光芯片改成紫外芯片，其他操作与实施例1相同。
实施例22的发射光谱如图5所示。
以上实施例中的红粉、绿粉和蓝粉分别是红色荧光粉、绿色荧光粉和蓝色荧光粉的简称。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED闪光灯专用组合荧光粉，其特征在于，由蓝色荧光粉和绿色荧光粉中的至少一种和红色荧光粉按比例混合组成；
所述组合荧光粉由蓝色荧光粉和红色荧光粉组成时，蓝色荧光粉和红色荧光粉的质量比为4-12:1；
所述组合荧光粉由绿色荧光粉和红色荧光粉组成时，绿色荧光粉和红色荧光粉的质量比为4-12:1；
所述组合荧光粉由绿色荧光粉、蓝色荧光粉和红色荧光粉组成时，绿色荧光粉和蓝色荧光粉的混合物与红色荧光粉的质量比为4-12:1；所述绿色荧光粉和蓝色荧光粉的混合物中绿色荧光粉和蓝色荧光粉按任意比例混合；
所述蓝色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为500nm-535nm、半峰宽为25-40nm的荧光粉；
所述绿色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为500nm-535nm、半峰宽为80-110nm的荧光粉；
所述红色荧光粉为在蓝光激发下发射峰值波长为610nm-660nm、半峰宽为75-90nm的荧光粉。
2.根据权利要求1所述的LED闪光灯专用组合荧光粉，其特征在于，所述蓝色荧光粉为BaSi2O2N2:xEu2+，其中0.5≤x≤5。
3.根据权利要求1所述的LED闪光灯专用组合荧光粉，其特征在于，所述绿色荧光粉为(Lu,Y)3(AlGa)5O12:mCe3+或(Sr,Ba)2SiO4:nEu2+，其中0.03≤m≤4，0.06≤n≤1.8。
4.根据权利要求1所述的LED闪光灯专用组合荧光粉，其特征在于，所述红色荧光粉为(Ca,Sr,Mg)AlSiN3:aEu2+或Sr2Si5N8:bEu2+，其中0.5≤a≤8，0.08≤b≤5。
5.一种权利要求1所述的LED闪光灯专用组合荧光粉在制备LED闪光灯中的应用。
6.根据权利要求5所述的LED闪光灯专用组合荧光粉在制备LED闪光灯中的应用，其特征在于，LED闪光灯为照相机、摄像机或手机的LED闪光灯。
7.根据权利要求5或6述的LED闪光灯专用组合荧光粉在制备LED闪光灯中的应用，其特征在于，所述LED闪光灯包括由权利要求1所述的组合荧光粉搭配发射峰值为300-480nm的芯片制备而成的LED芯片。
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