CN115948162A - 一种高显色荧光粉组合物以及led封装器件 - Google Patents

一种高显色荧光粉组合物以及led封装器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高显色荧光粉组合物以及LED封装器件，属于荧光粉材料技术领域。本发明的高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：蓝绿色荧光粉3～20％；绿色荧光粉0～27％；黄色荧光粉25～58％；红色荧光粉2～10％；KSF荧光粉30～70％。本发明采用特定发光颜色的荧光粉进行配合，得到的荧光粉组合物能够达到较高的显色指数，可以满足显色指数Ra≥95、R1～R15≥90的要求，能够胜任在对显色指数要求极为苛刻的环境下进行应用。

Description

一种高显色荧光粉组合物以及LED封装器件
技术领域
本发明涉及一种高显色荧光粉组合物以及LED封装器件，属于荧光粉材料技术领域。
背景技术
LED作为新一代的绿色照明光源，具有高发光效率、节能环保、寿命长和无毒环保等优点，被广泛应用在照明和背光显示等领域。随着生活水平的提高，人们对于LED光源的光品质要求越来越高，主要体现在高显色指数、高亮度和低蓝光等方面。
显色指数是度量光源显现物体颜色特性的参数，近年来人们在应用LED光源时对高显色指数的需求逐渐升高，尤其是教室等特殊应用场景，例如在国标QBT 5533-2020《教室照明灯具》中提出，一般显色指数不应低于80，用在美术教室的灯具的显色指数不应低于90。
LED芯片发出的蓝光存在一定的蓝光危害，可以导致近视、白内障以及黄斑病变的眼睛病理危害和人体节律危害，尤其应用在教室或者家用读书台灯、护眼灯等相关产品中，对于低蓝光有着更高的要求。在部分地方标准中，比如浙江标准T/22B 2682 -2022《教室用可替换LED模组照明灯具》中提到，初始显色指数不应低于90，蓝光等级要达到RG0，初始灯具能效应要达到90lm/w。
现有技术中，大部分LED光源显色指数在80～90左右，被光照的物体真实反应出的颜色与实际还是有一定的差距。此外，虽然有部分方案能够做到在一定程度上降低蓝光，但是相对亮度比较低，无法满足高亮的需求。
技术内容
本发明的第一个目的在于提供一种高显色荧光粉组合物，能够满足高显色指数、高亮度和低蓝光的要求。
本发明的第二个目的在于提供一种LED封装器件，能够在低蓝光的同时保证较高的亮度，以及较高的显色指数。
本发明的高显色荧光粉组合物，采用的方案为：
一种高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：蓝绿色荧光粉3～20％；绿色荧光粉0～27％；黄色荧光粉25～58％；红色荧光粉2～10％；KSF荧光粉30～70％；所述蓝绿色荧光粉的发光峰值范围为480～500nm；所述绿色荧光粉的发光峰值范围为500～520nm；所述黄色荧光粉的发光峰值范围为520～570nm；所述红色荧光粉的发光峰值范围为600～680nm；所述KSF荧光粉的发光峰值为631nm。本发明采用特定发光颜色的荧光粉进行配合，得到的荧光粉组合物能够达到较高的显色指数，可以满足显色指数Ra≥95、R1～R15≥90的要求，能够胜任在对显色指数要求极为苛刻的环境下进行应用。
优选地，所述蓝绿色荧光粉的质量百分含量3～20％，所述绿色荧光粉的质量百分含量为0，所述黄色荧光粉的质量百分含量为25～55％，所述红色荧光粉的质量百分含量为2～10％，所述KSF荧光粉的质量百分含量为40～70％。
优选地，所述蓝绿色荧光粉的质量百分含量3～15％，所述绿色荧光粉的质量百分含量为14～27％，所述黄色荧光粉的质量百分含量为19～45％，所述红色荧光粉的质量百分含量为4～10％，所述KSF荧光粉的质量百分含量为30～60％。
优选地，所述高显色荧光粉组合物的激发光源至少包括第一LED激发芯片和第二LED激发芯片；所述第一LED激发芯片的峰波长范围为435～450nm；所述第二激发LED芯片的峰波长范围为455～470nm。本发明采用两种具有不同峰波长范围的蓝光芯片进行组合搭配，在满足荧光粉充分激发的前提下，大大降低了445～450nm波段的蓝光危害，从而实现有效降低蓝光危害，满足防蓝光危害等级评估达到RG0；同时通过本发明的LED激发芯片与荧光粉组合物进行配合，还具有亮度高的优点，有能力达到90lm/w以上，兼具了低蓝光与高亮度的优势。
优选地，所述蓝绿色荧光粉选自具有化学式I所示物质中的至少一种，
X1-xSi2O2N2：xEu2+化学式I，
化学式I中，X选自Ba，Ca，Sr中的至少一种，x取值范围为0.001≤x≤0.5。优选地，所述绿色荧光粉选自具有化学式II所示物质中的至少一种，
Y2-ySiO4:yEu2+化学式II，
化学式II中，Y选自Ba，Sr中的至少一种，y的取值范围为0.001≤y≤0.5。优选地，所述黄色荧光粉选自具有化学式III所示物质中的至少一种，
Z3-zAl5O12:zCe3+化学式III，
化学式III中，Z选自Y，Lu，Ga中的至少一种，z的取值范围为0.001≤z≤0.5。优选地，所述红色荧光粉选自具有化学式IV所示物质中的至少一种，
M1-mAlSiN3:mEu2+化学式IV，
化学式IV中，M选自Sr，Ca中的至少一种，m的取值范围为0.001≤m≤0.5。优选地，所述KSF荧光粉选自具有化学式V所示物质中的至少一种，
K2Si1-nF6:nMn4+化学式V，
化学式V中，n的取值范围为0.001≤n≤0.5。
优选地，所述高显色荧光粉组合物的显色指数范围为Ra≥95，R1～R15≥90。
进一步地，所述高显色荧光粉组合物的显色指数范围为96.1≤Ra≤97.2、91.5≤R1～R15≤98.2。
优选地，所述高显色荧光粉组合物的色温为4000～6500K。
进一步地，所述高显色荧光粉组合物的色温为4952～5073K。
本发明的LED封装器件，所采用的技术方案为：
一种LED封装器件，含有LED激发芯片、荧光粉组合物和LED封装胶水，所述荧光粉组合物为上述任意一种高显色荧光粉组合物。本发明通过采用特定发光颜色的荧光粉配合得到的荧光粉组合物，制备得到的LED封装器件具有高显色指数的优势，可以满足显色指数Ra≥95，R1～R15≥90的要求，适合作为对显色指数要求极为苛刻的环境下的光源；此外通过两种具有不同峰波长范围的蓝光芯片进行组合搭配，在满足荧光粉充分激发的前提下，大大降低了445～450nm波段的蓝光危害，从而实现有效降低蓝光危害，满足防蓝光危害等级评估达到RG0；同时还兼具亮度高的优点，有能力达到90lm/w以上。
优选地，所述LED封装器件的蓝光危害等级为RG0，亮度大于90lm/w。
进一步地，所述LED封装器件的亮度为93.38～102.67lm/w。
优选地，所述荧光粉组合物和LED封装胶水的质量比为1：(1.5～3)。
本申请中，荧光粉的含量表示为a～b，其含义为≥a且≤b。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中提供的LED封装器件的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中提供的两种LED激发芯片的发光光谱图；
图3为本发明实施例5的LED封装器件的发光光谱图；
图4为本发明实施例6的LED封装器件的发光光谱图；
图5为本发明实施例7的LED封装器件的发光光谱图；
图6为本发明实施例8的LED封装器件的发光光谱图；
图7为本发明对比例1的LED封装器件的发光光谱图；
图8为本发明对比例2的LED封装器件的发光光谱图；
图中：1、荧光粉组合物和LED封装胶水的混合物；2、LED支架；3、LED激发芯片；4、键合金线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于现有技术LED光源无法同时满足高显色指数、高亮度和低蓝光的要求，为了解决该问题，本发明提出一种高显色荧光粉组合物以及包括该高显色荧光粉的LED封装器件，通过荧光粉配方的组合，能够做到在保证较高的显色指数的同时，具有高亮度和低蓝光的优势。
本发明的高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：蓝绿色荧光粉3～20％；绿色荧光粉0～27％；黄色荧光粉25～58％；红色荧光粉2～10％；KSF荧光粉30～70％；所述蓝绿色荧光粉的发光峰值范围为480～500nm；所述绿色荧光粉的发光峰值范围为500～520nm；所述黄色荧光粉的发光峰值范围为520～570nm；所述红色荧光粉的发光峰值范围为600～680nm；所述KSF荧光粉的发光峰值为631nm。
在一些具体的实施例中，所述黄色荧光粉的发光峰值范围为540～570nm；所述红色荧光粉的发光峰值范围为610～630nm。
在一些具体实施例中，所述高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：蓝绿色荧光粉7～16％；绿色荧光粉0～19％；黄色荧光粉30～41％；红色荧光粉3～6％；KSF荧光粉39～46％。
在一些具体的实施例中，所述蓝绿色荧光粉选自具有化学式I所示物质中的至少一种，化学式I：X1-xSi2O2N2：xEu2+，化学式I中，X选自Ba，Ca，Sr中的至少一种，x取值范围为0.001≤x≤0.5。
在一些具体的实施例中，所述蓝绿色荧光粉选自Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+和/或(Ca，Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+。
在一些具体的实施例中，所述绿色荧光粉选自具有化学式II所示物质中的至少一种，化学式II：Y2-ySiO4:yEu2+，化学式II中，Y选自Ba，Sr中的至少一种，y的取值范围为0.001≤y≤0.5。
在一些具体的实施例中，所述绿色荧光粉为Sr1.96SiO4:0.04Eu2+。
在一些具体的实施例中，所述黄色荧光粉选自具有化学式III所示物质中的至少一种，化学式III：Z3-zAl5O12:zCe3+，化学式III中，Z选自Y，Lu，Ga中的至少一种，z的取值范围为0.001≤z≤0.5。
在一些具体的实施例中，所述黄色荧光粉选自Lu2.98Al5O12:0.02Ce3+、Y2.995Al5O12:0.005Ce3+、(Y，Ga)2.98Al5O12:0.02Ce3+中的至少一种。
在一些具体的实施例中，所述红色荧光粉选自具有化学式IV所示物质中的至少一种，化学式IV：M1-mAlSiN3:mEu2+，化学式IV中，M选自Sr，Ca中的至少一种，m的取值范围为0.001≤m≤0.5。
在一些具体的实施例中，所述红色荧光粉为(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+。
在一些具体的实施例中，所述KSF荧光粉选自具有化学式V所示物质中的至少一种，化学式V：K2Si1-nF6:nMn4+，化学式V中，n的取值范围为0.001≤n≤0.5。
在一些具体的实施例中，所述KSF荧光粉为K2Si0.98F6:0.02Mn4+。
在一些具体的实施例中，所述高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+3～20％，Lu2.98Al5O12:0.02Ce3+35～55％，Ca0.98AlSiN3:0.02Eu2+2～8％，K2Si0.98F6:0.02Mn4+40～60％。
在一些具体的实施例中，所述高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+3～20％，Y2.995Al5O12:0.005Ce3+40～58％，Ca0.98AlSiN3:0.02Eu2+2～10％，K2Si0.98F6:0.02Mn4+35～55％。
在一些具体的实施例中，所述高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：(Ca,Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+3～18％，(Y,Ga)2.98Al5O12:0.02Ce3+35～55％，Ca0.98AlSiN3:0.02Eu2+2～10％，K2Si0.98F6:0.02Mn4+35～60％。
在一些具体的实施例中，所述高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：(Ca,Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+3～15％，Sr1.96SiO4:0.04Eu2+14～27％，(Y,Ga)2.97Al5O12:0.03Ce3+25～45％，Ca0.98AlSiN3:0.02Eu2+3～10％，K2Si0.98F6:0.02Mn4+30～55％。
本发明的LED封装器件，含有LED激发芯片、荧光粉组合物和LED封装胶水，所述荧光粉组合物为上述任意一种高显色荧光粉组合物。
在一些具体实施例中，所述LED封装器件由包括以下步骤的制备方法制得：将LED激发芯片固定在LED支架碗杯中，芯片正负极通过金线键合分别与支架碗杯的正负极相连；将荧光粉组合物与LED封装胶水混合均匀得到荧光胶，将荧光胶均匀填充在固定有LED激发芯片的支架碗杯中，即得所述LED封装器件。
实施例
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行说明，以下实施例所用原料均来自普通市售产品，所用装置或设备均购自常规市面销售渠道。
实施例1
本实施例提供一种高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+15％，绿色荧光粉0％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉Lu2.98Al5O12:0.02Ce3+37％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+3％，发光峰值波长为631nm的KSF荧光粉K2Si0.98F6:0.02Mn4+45％。
实施例2
本实施例提供一种高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+10％，绿色荧光粉0％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉Y2.995Al5O12:0.005Ce3+41％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+3％，发光峰值波长为631nm的KSF荧光粉K2Si0.98F6:0.02Mn4+46％。
实施例3
本实施例提供一种高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉(Ca，Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+16％，绿色荧光粉0％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉(Y，Ga)
2.98Al5O12:0.02Ce3+38％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+6％，发光峰值波长为631nm的KSF荧光粉K2Si0.98F6:0.02Mn4+40％。
实施例4
本实施例提供一种高显色荧光粉组合物，包括以下质量百分比的组分：发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉(Ca，Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+7％，发光峰值波长为500～520nm的绿色荧光粉Sr1.96SiO4:0.04Eu2+19％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉(Y，Ga)2.98Al5O12:0.02Ce3+30％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+5％，发光峰值波长为631nm的KSF荧光粉K2Si0.98F6:0.02Mn4+39％。
实施例5
实施例5提供一种含有实施例1的高显色荧光粉组合物的LED封装器件，由包括以下步骤的制备方法制得：选择两种峰波长范围分别为435-450nm和455-470nm的LED激发芯片，通过远方HAAS-2000光电积分球设备测量的两种LED激发芯片的峰波长范围如图2所示。将LED激发芯片固定在支架碗杯中，芯片正负极通过金线键合分别与支架碗杯的正负极相连；将荧光粉组合物与LED封装胶水按照质量比为1：2.5混合均匀得到荧光胶，将荧光胶均匀填充在固定有LED激发芯片的支架碗杯中，高温烘烤使胶水固化后即得所述LED封装器件。
实施例6～8
实施例6～8提供一种LED封装器件，与实施例5的区别仅在于：分别采用实施例2～4的高显色荧光粉组合物。
对比例1
对比例1提供一种LED封装器件，与实施例5的区别仅在于：LED激发芯片仅采用一种，峰波长范围为445～455nm；荧光粉组合物的配方以质量百分比计，发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉Ca0.99Si2O2N2:0.01Eu2+12％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉Lu2.98Al5O12:0.02Ce3+45％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+5％，发光峰值波长为631nm的KSF荧光粉K2Si0.98F6:0.02Mn4+38％。
对比例2
对比例2提供一种LED封装器件，与实施例5的区别仅在于：荧光粉组合物的配方以质量百分比计，发光峰值波长为480～500nm的蓝绿色荧光粉(Ca，Sr)0.98Si2O2N2:0.02Eu2+21％，发光峰值波长为540～570nm的黄色荧光粉Lu2.98Al5O12:0.02Ce3+71％，发光峰值波长为610～630nm的红色荧光粉(Sr,Ca)0.98AlSiN3:0.02Eu2+8％。
实验例1
采用远方HAAS-2000光电积分球设备测试实施例5～8和对比例1～2的LED封装器件的发光光谱图，结果如图3～8所示；采用远方HAAS-2000光电积分球设备测试实施例5～8和对比例1～2的LED封装器件的光色参数，结果如下表1所示。
表1实施例5～8和对比例1～2的光色参数表
Figure BDA0004014402850000091
Figure BDA0004014402850000101
由表1可知，实施例5～8的LED封装器件的Ra为95.4～96.2，R1～R15为92.1～98.2，具有较高的显色指数，能够满足教室等高显色指数的应用标准。同时，采用本发明荧光粉组合物的对比例1，仅采用一个蓝光芯片激发，Ra也达到了95.4，R1～R15处于91.1～97.7之间，也能够满足高显色指数的要求。实验例2
将实施例1～4与对比例1～2方案做成成品灯具，用光电积分球法测试亮度，数据如下表2所示；参照IEC/TR 62778-2014《IEC 62471在光源和灯具的蓝光危害评估中的应用》，数据如下表3所示：
表2实施例1～4与对比例1～2的亮度结果
Figure BDA0004014402850000102
Figure BDA0004014402850000111
表3实施例1～4与对比例1～2的蓝光危害等级
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
蓝光危害等级 RG0 RG0 RG0 RG0 RG1 RG0
由表2～3可知，实施例5～8的LED封装器件的亮度为93.38～102.67lm/w，远高于对比例1和对比例2，能够满足高亮度的需求；实施例5～8的LED封装器件的蓝光危害等级均为RG0，高于对比例1，而对比例2虽然能够达到RG0的蓝光危害等级，但是亮度较低，仅有86.45lm/w。可见采用本发明的LED封装器件的灯具具有兼顾高亮度和低蓝光的优势，应用前景广泛。

Claims (10)

1.一种高显色荧光粉组合物，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
Figure FDA0004014402840000011
所述蓝绿色荧光粉的发光峰值范围为480～500nm；所述绿色荧光粉的发光峰值范围为500～520nm；所述黄色荧光粉的发光峰值范围为520～570nm；所述红色荧光粉的发光峰值范围为600～680nm；所述KSF荧光粉的发光峰值为631nm。
2.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述蓝绿色荧光粉的质量百分含量3～20％，所述绿色荧光粉的质量百分含量为0，所述黄色荧光粉的质量百分含量为25～55％，所述红色荧光粉的质量百分含量为2～10％，所述KSF荧光粉的质量百分含量为40～70％。
3.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述蓝绿色荧光粉的质量百分含量3～15％，所述绿色荧光粉的质量百分含量为14～27％，所述黄色荧光粉的质量百分含量为19～45％，所述红色荧光粉的质量百分含量为4～10％，所述KSF荧光粉的质量百分含量为30～60％。
4.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述高显色荧光粉组合物的激发光源至少包括第一LED激发芯片和第二LED激发芯片；所述第一LED激发芯片的峰波长范围为435～450nm；所述第二激发LED芯片的峰波长范围为455～470nm。
5.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述蓝绿色荧光粉选自具有化学式I所示物质中的至少一种，
X1-xSi2O2N2：xEu2+化学式I，
化学式I中，X选自Ba，Ca，Sr中的至少一种，x取值范围为0.001≤x≤0.5；
所述绿色荧光粉选自具有化学式II所示物质中的至少一种，
Y2-ySiO4:yEu2+化学式II，
化学式II中，Y选自Ba，Sr中的至少一种，y的取值范围为0.001≤y≤0.5；
所述黄色荧光粉选自具有化学式III所示物质中的至少一种，
Z3-zAl5O12:zCe3+化学式III，
化学式III中，Z选自Y，Lu，Ga中的至少一种，z的取值范围为0.001≤z≤0.5；
所述红色荧光粉选自具有化学式IV所示物质中的至少一种，
M1-mAlSiN3:mEu2+化学式IV，
化学式IV中，M选自Sr，Ca中的至少一种，m的取值范围为0.001≤m≤0.5；
所述KSF荧光粉选自具有化学式V所示物质中的至少一种，
K2Si1-nF6:nMn4+化学式V，
化学式V中，n的取值范围为0.001≤n≤0.5。
6.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述高显色荧光粉组合物的显色指数范围为Ra≥95，R1～R15≥90。
7.根据权利要求1所述的高显色荧光粉组合物，其特征在于，所述高显色荧光粉组合物的色温为4000～6500K。
8.一种LED封装器件，含有LED激发芯片、荧光粉组合物和LED封装胶水，其特征在于，所述荧光粉组合物为权利要求1～7中任一项所述的高显色荧光粉组合物。
9.根据权利要求8所述的LED封装器件，其特征在于，所述LED封装器件的蓝光危害等级为RG0，亮度大于90lm/w。
10.根据权利要求8所述的LED封装器件，其特征在于，所述荧光粉组合物和LED封装胶水的质量比为1：(1.5～3)。
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