CN109301050A - Led白光器件及其制备方法、led背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED白光器件，包括蓝光芯片和荧光粉混合物，蓝光芯片的波段为(455‑470)nm；荧光粉混合物包括受激发光峰值波长范围为(525‑545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(610‑660)nm的红色荧光粉；绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05‑0.5)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(450‑465)nm。相应的，本发明还提供一种LED白光器件的制备方法，以及采用上述LED白光器件的LED背光模组。采用本发明，同时实现防蓝光、色域高及纯白的效果，且颜色均匀性、一致性好，具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱。
Description
技术领域
本发明涉及LED器件领域，特别涉及一种可以防蓝光的LED白光器件，以及该LED白光器件的制备方法，采用该LED白光器件制成的LED背光模组。
背景技术
白光LED作为一种新型的固体光源,以其节能、绿色环保、寿命长、体积小等诸多优点，在照明和显示领域有着巨大的应用前景。
目前国内白光LED的生产规模已经很大，一般采用透明基板白光LED封装，主要应用在广告标示、及通用照明领域，典型产品如灯丝、发光字，采用透明(半透明)玻璃、陶瓷、高分子基板作为封装载体，然而由于生产成本及工艺等条件的限制，目前市场上的白光LED器件通常采用荧光胶涂覆在蓝光LED芯片，从而发出白光，蓝光LED芯片的有源层一般生长在透明衬底上，蓝光LED芯片的有源层发出的光从蓝光LED芯片的各个方向射出，包括蓝光LED芯片的背面；若该蓝光LED芯片封装在透明基板上，则由此封装的LED器件的背面也会泄露蓝光。
早在1966年Nell等研究发现蓝光的照射可以引起视网膜细胞的损伤，导致视力下降甚至丧失。其中，波长400-450纳米之间的短波蓝光对视网膜的危害程度最大。在2010年国际光协会年会中，世界顶尖光学专家一致指出：短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜。蓝光照射视网膜会产生自由基，而这些自由基会导致视网膜色素上皮细胞衰亡，上皮细胞的衰亡会导致光敏感细胞缺少养分从而引起视力损伤，而且这些损伤是不可逆的。
现有的LED白光器件中，通过荧光胶涂覆在蓝光LED芯片，大多都在解决如何提高白光器件的性能问题，例如亮度和色域。
现有技术1为CN103215036B，其公开了荧光体粒子组以及使用其的发光装置，所述白色发光装置包括:发光元件，其是发出峰值波长为440～470nm的一次光的氮化嫁系半导体；以及波长变换部，其对上述一次光的一部进行吸收，以发出具有比所述一次光的波长更长的波长的二次光，所述波长变换部中，由一般式EuaSibAlcOdNe实质地表达的β型SiAION、即2价的铕活化氧氮化物绿色系发光荧光体粒子的荧光体粒子组，由长径与短径的比值超过1.0而为3.0以下的荧光体粒子构成60％以上，其中，0.005≤a≤0.4，b+c＝12，d+e＝16。即，现有技术1是采用蓝光芯片激发绿色荧光粉+红色荧光粉的技术方案，但是其解决的是亮度和色域比的问题，无法解决蓝光的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED白光器件，同时实现防蓝光、色域高及纯白的效果。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种LED白光器件，颜色均匀性、一致性好，且具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种上述LED白光器件的制备方法。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种采用上述LED白光器件制得的LED背光模组。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种LED白光器件，包括蓝光芯片和荧光粉混合物，所述蓝光芯片的波段为(455-470)nm；
所述荧光粉混合物包括受激发光峰值波长范围为(525-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(610-660)nm的红色荧光粉；
所述绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.5)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(450-465)nm；封装后的LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.2)。
作为上述方案的改进，所述LED白光器件的白光的色度坐标范围为：CIE x:0.22-0.32以及CIE y：0.20-0.32。
作为上述方案的改进，所述LED白光器件的NTSC色域值≥72％。
作为上述方案的改进，所述绿色荧光粉为氮化物绿色荧光粉、硅酸盐绿色荧光粉或铝酸盐绿色荧光粉。
作为上述方案的改进，所述绿色荧光粉包括SiAlON:Eu，其峰值波长为525-550nm。
作为上述方案的改进，所述红色荧光粉为氮化物红色荧光粉或Mn4+掺杂氟化物红色荧光粉。
作为上述方案的改进，所述红色荧光粉包括(SrCa)AlSiN3:Eu，其峰值波长为(610-660)nm。
相应的，本发明提供了一种LED白光器件的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将绿色荧光粉和红色荧光粉按配比混合，然后加入封装胶中，搅拌均匀，再经抽真空脱泡得到荧光胶混合物；
(2)将荧光胶混合物设于置有蓝光芯片的LED支架上，经固化得到LED白光器件。
相应的，本发明提供了一种LED背光模组，包括上述LED白光器件。
实施本发明具有如下有益效果：
本发明采用(455-470)nm长波长的蓝光芯片，并搭配重新设计的荧光粉,具体是受激发光峰值波长范围为(525-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(610-660)nm的红色荧光粉,绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.5)的配比混合,可以同时实现防蓝光、色域高及纯白的效果，具体如下：
(1)本发明能够将95％以上的有害蓝光转换为450nm以上的长波低能光线，从硬件的角度解决了蓝光危害眼睛的问题，降低了高危蓝光对用户所造成的伤害；
(2)本发明具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱，发出的光使人感觉舒适自然，利于实现健康照明；
(3)本发明采用两种荧光粉，荧光粉用量比例易于调配，且能够均匀分布于封装胶体内，从而提高LED器件的出光性能，LED器件的颜色均匀性、一致性好；
(4)本发明亮度高，和常规荧光粉几乎等同亮度；
(5)本发明色域高，NTSC值可以达到72％以上，高于常规LED器件的68％；
(6)本发明LED器件可实现纯白。
附图说明
图1为本发明LED白光器件的结构示意图；
图2为本发明LED白光器件实施例1的光谱图；
图3为本发明LED白光器件实施例1的色域图；
图4为本发明LED白光器件实施例1的光谱中波长范围为(400-450)nm的蓝光能量比例图；
图5为本发明LED白光器件实施例1与现有技术的光谱对比图；
图6为本发明LED白光器件实施例2的光谱图；
图7为本发明LED白光器件实施例2的色域图；
图8为本发明LED白光器件实施例2的光谱中波长范围为(400-450)nm的蓝光能量比例图；
图9为本发明LED白光器件实施例3的光谱图；
图10为本发明LED白光器件实施例3的色域图；
图11为本发明LED白光器件实施例3的光谱中波长范围为(400-450)nm的蓝光能量比例图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种应用于背光系统的防蓝光污染的LED白光器件，包括LED支架1、蓝光芯片2和荧光粉混合物3，蓝光芯片2与LED支架1电性连接。
所述蓝光芯片2的波段为(455-470)nm。本发明采用长波长的蓝光芯片，由于芯片波长改变，如果使用传统的荧光粉组合，其色域较窄，且发出的光偏绿，不能满足色域及纯白的要求。因此，本发明需要重新搭配新的荧光粉组合，具体是：
所述荧光粉混合物3包括受激发光峰值波长范围为(525-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(610-660)nm的红色荧光粉；所述绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.5)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(450-465)nm；封装后的LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.2)。
优选的，所述荧光粉混合物3包括受激发光峰值波长范围为(531-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(630-650)nm的红色荧光粉；所述绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.25)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(455-465)nm；封装后的LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.15)。
更佳的，所述荧光粉混合物3包括受激发光峰值波长范围为(531-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(630-650)nm的红色荧光粉；所述绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.15)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(460-465)nm；封装后的LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.1)。
其中，所述绿色荧光粉为氮化物绿色荧光粉、硅酸盐绿色荧光粉或铝酸盐绿色荧光粉，但并不以此为限。优选的,所述绿色荧光粉包括SiAlON:Eu，其峰值波长为(525-550)nm。
所述红色荧光粉为氮化物红色荧光粉或Mn4+掺杂氟化物红色荧光粉，但并不以此为限。优选的,所述红色荧光粉包括(SrCa)AlSiN3:Eu，其峰值波长为(610-660)nm。
需要说明的是，绿色荧光粉和红色荧光粉的配比是指质量百分比。
还需要说明的是，上述绿色荧光粉和红色荧光粉包括但不限于以上物质，只要是各个颜色符合相应规定的波长范围即可。
进一步，本发明还包括封装胶水，需要说明的是，所述封装胶水的用量还可以根据LED白光器件的性能进行调整。
综上，本发明采用(455-470)nm长波长的蓝光芯片，并搭配重新设计的荧光粉，并覆盖在蓝光芯片上，得到LED白光器件。
本发明中，LED白光器件的出射蓝光的峰值波长范围为(450-465)nm，LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.2)，故本发明能够将95％以上的有害蓝光转换为450nm以上的长波低能光线，从硬件的角度解决了蓝光危害眼睛的问题，降低了高危蓝光对用户所造成的伤害。
相应的，本发明提供了一种LED白光器件的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将绿色荧光粉和红色荧光粉按配比混合，然后加入封装胶中，搅拌均匀，再经抽真空脱泡得到荧光胶混合物；
(2)将荧光胶混合物设于置有蓝光芯片的LED支架上，经固化得到LED白光器件。
该制备方法采用的绿色荧光粉、红色荧光粉和蓝光芯片的技术细节同上所述，在此不再赘述。
相应的，本发明提供了一种LED背光模组，包括上述LED白光器件。该LED白光器件采用的绿色荧光粉、红色荧光粉和蓝光芯片的技术细节同上所述，在此不再赘述。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
(1)将市售的氮化物绿色荧光粉(成分为：SiAlON:Eu)和氮化物红色荧光粉(成分为：(SrCa)AlSiN3:Eu)按比例1:0.05加入到LED用封装胶中，通过搅拌使红、绿荧光粉和封装胶混合均匀，抽真空脱泡后得到荧光胶混合物。
(2)将荧光胶混合物滴入到置有蓝光芯片的LED支架中，同时放入烘箱中烘烤一定时间后使胶体混合物固化，得到防蓝光的LED白光器件。该LED器件所选用的蓝光芯片波段为：(455-470)nm，对应LED出射光谱的蓝光峰值波长为：(450-465)nm。
对实施例1中的LED白光器件进行光谱测试和色域计算，结果如图2、3、4、5所示。
由图2、5和表1可知，LED白光器件的蓝光波段峰值波长460nm，绿光波段峰值波长543nm，半波宽55nm，红光波段峰值波长630nm，半波宽75nm，本发明具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱，发出的光使人感觉舒适自然，利于实现健康照明。
由图3可知，所述LED白光器件的NTSC色域值≥72％，色域高，比常规LED器件高4％。
由图4可知，LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:0.057，有害蓝光含量低。
所述LED白光器件的白光的色度坐标范围为：CIE x:0.22-0.32以及CIE y：0.20-0.32，亮度高，色彩表现自然且具备防蓝光特性，使人眼观感更舒适。
实施例2
(1)将市售的氮化物绿色荧光粉(成分为：SiAlON:Eu)和氮化物红色荧光粉(成分为：(SrCa)AlSiN3:Eu)按比例1:0.0588加入到LED用封装胶中，通过搅拌使红、绿荧光粉和封装胶混合均匀，抽真空脱泡后得到荧光胶混合物。
(2)将荧光胶混合物滴入到置有蓝光芯片的LED支架中，同时放入烘箱中烘烤一定时间后使胶体混合物固化，得到防蓝光的LED白光器件。该LED器件所选用的蓝光芯片波段为：(455-470)nm，对应LED出射光谱的蓝光峰值波长为：(450-465)nm。
对实施例2的LED白光器件进行光谱测试和色域计算，结果如图6、7、8所示。
由图6和表1可知，LED白光器件的蓝光波段峰值波长456nm，绿光波段峰值波长537nm，红光波段峰值波长630nm，半波宽75nm，本发明具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱，发出的光使人感觉舒适自然，利于实现健康照明。
由图7可知，所述LED白光器件的NTSC色域值≥72％，色域高。
由图8可知，LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:0.111，有害蓝光含量低。
所述LED白光器件的白光的色度坐标范围为：CIE x:0.22-0.32以及CIE y：0.20-0.32，亮度高，色彩表现自然且具备防蓝光特性，使人眼观感更舒适。
实施例3
(1)将市售的氮化物绿色荧光粉(成分为：SiAlON:Eu)和氮化物红色荧光粉(成分为：(SrCa)AlSiN3:Eu)按比例1:0.5加入到LED用封装胶中，通过搅拌使红、绿荧光粉和封装胶混合均匀，抽真空脱泡后得到荧光胶混合物。
(2)将荧光胶混合物滴入到置有蓝光芯片的LED支架中，同时放入烘箱中烘烤一定时间后使胶体混合物固化，得到防蓝光的LED白光器件。该LED器件所选用的蓝光芯片波段为：(455-470)nm，对应LED出射光谱的蓝光峰值波长为：(450-465)nm。
对实施例3的LED白光器件进行光谱测试和色域计算，结果如图9、10、11所示。
由图9和表1可知，LED白光器件的蓝光波段峰值波长452nm，绿光波段峰值波长537nm，红光波段峰值波长630nm，半波宽75nm，本发明具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱，发出的光使人感觉舒适自然，利于实现健康照明。
由图10可知，所述LED白光器件的NTSC色域值≥72％，色域高。
由图11可知，LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:0.171，有害蓝光含量低。
所述LED白光器件的白光的色度坐标范围为：CIE x:0.22-0.32以及CIE y：0.20-0.32，亮度高，色彩表现自然且具备防蓝光特性，使人眼观感更舒适。
将实施例1-3与现有技术做技术对比，具体如下：
(1)现有技术：采用蓝光芯片激发钇铝石镏石荧光粉(YAG粉)，混合产生白光。
(2)对比结果：
本发明与现有技术的技术参数如下表1所示，
结合表1和图2-11，本发明亮度高，色彩表现自然且具备防蓝光特性，能够将95％以上的有害蓝光转换为450nm以上的长波低能光线，从硬件的角度解决了蓝光危害眼睛的问题，降低了高危蓝光对用户所造成的伤害。而且，本发明具有蓝、绿、红三色连续光谱，更接近太阳光谱，发出的光使人感觉舒适自然，利于实现健康照明。
而现有技术的发光光谱的红光成分较少，LED显示效果颜色偏绿，色域值达68％NTSC，色彩表现力较差，且抗蓝光效果不明显。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种LED白光器件，包括蓝光芯片和荧光粉混合物，其特征在于，所述蓝光芯片的波段为(455-470)nm；
所述荧光粉混合物包括受激发光峰值波长范围为(525-545)nm的绿色荧光粉和受激发光峰值波长范围为(610-660)nm的红色荧光粉；
所述绿色荧光粉和红色荧光粉以1:(0.05-0.5)的配比混合，并覆盖在蓝光芯片上，以使封装后的LED白光器件出射蓝光的峰值波长范围为(450-465)nm；封装后的LED白光器件的光谱的能量与(400-450)nm波长范围的蓝光光谱的能量之间的比值关系为1:(0.05-0.2)。
2.如权利要求1所述的LED白光器件，其特征在于，所述LED白光器件的白光的色度坐标范围为：CIE x:0.22-0.32以及CIE y：0.20-0.32。
3.如权利要求1所述的LED白光器件，其特征在于，所述LED白光器件的NTSC色域值≥72％。
4.如权利要求1所述的LED白光器件，其特征在于，所述绿色荧光粉为氮化物绿色荧光粉、硅酸盐绿色荧光粉或铝酸盐绿色荧光粉。
5.如权利要求4所述的LED白光器件，其特征在于，所述绿色荧光粉包括SiAlON:Eu，其峰值波长为(525-550)nm。
6.如权利要求1所述的LED白光器件，其特征在于，所述红色荧光粉为氮化物红色荧光粉或Mn4+掺杂氟化物红色荧光粉。
7.如权利要求6所述的LED白光器件，其特征在于，所述红色荧光粉包括(SrCa)AlSiN3:Eu，其峰值波长为(610-660)nm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的LED白光器件的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将绿色荧光粉和红色荧光粉按配比混合，然后加入封装胶中，搅拌均匀，再经抽真空脱泡得到荧光胶混合物；
(2)将荧光胶混合物设于置有蓝光芯片的LED支架上，经固化得到LED白光器件。
9.一种LED背光模组，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的LED白光器件。
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