高顯色性白光led的製作方法

2023-06-18 18:08:31 1

專利名稱：：高顯色性白光led的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種白光LED，特別涉及一種在2700-13000K全色溫範圍內的高顯色性高光效的白光LED。
背景技術：
：白光LED做為半導體照明光源，由於它具有節能、環保、體積小，壽命長等諸多優點，受到全世界用戶的青睞，近年得到了迅速發展。但是白光LED要真正進入普通照明領域替代傳統光源，除了需要解決高光效、高光通、低價格等問題外，還需要解決高顯色性問題。按照照明標準，一般住宅、辦公和許多公共場所，都要求一般顯色指數Ra^80，而在手術室、美術室、博物館、照相館、演播廳、珠寶店、高級商店、高級會所以及印染、顏色鑑別場所等則要求顯色指數Ra>90，且顯色指數Ra越大越好。白光LED目前有三種組成方式1.用R、G、B三基色的LED組合而成。2.用紫外光LED晶片塗敷R、G、B三基色螢光粉而成。3.用藍光LED晶片塗敷黃色YAG螢光粉而成。第一種方案中，由於R、G、B三基色的單色LED發出的光，它的光譜寬度很窄，在可見光光譜380-780nm範圍內，它的組合結果光譜連續性很差，顯色指數Ra通常較低，難以採用。第二種方案中由於紫外光LED晶片目前光效很低，且封裝材料易老化、防紫外光外洩傷害人體等問題尚未解決，雖然其Ra較高，但仍未大量使用。因此唯有第三種用藍光LED晶片塗敷螢光粉的方案得到迅速應用。第三種的藍光LED晶片塗敷黃色YAG螢光粉的方案中，用藍、黃兩互補色可形成白光，但因光譜中缺紅，所以難以製作低色溫(例如相關色溫小於4000K)的白光LED，而且其顯色指數Ra也較低，多數在5500K以上顯色指數Ra才能大於80，且最高也僅有85上下，無法實現Ra^90的目標。為了克服這一缺點，人們在黃色螢光粉的基礎上又加入紅色螢光粉，形成了藍光LED晶片+黃色螢光粉+紅色螢光粉的方案，在這一方案中，可實現製作低色溫(例2700-4000K)的白光LED，同時也使顯色指數Ra提高了，如中國專利申請號為200710008637.5的專利文獻中披露的一種獲得高光效高顯色性的LED燈的方法，但在這一方案中顯然白光LED在380-780nm範圍內缺乏綠光光譜，使得顯色指數Ra提高受到限制。為了克服這一缺點，人們又提出了另一方案，如中國專利申請號200610061934.1的專利文獻中，披露的一種通過藍光LED晶片激發綠色螢光粉和紅色螢光粉獲得白光的方法，使顯色指數Ra又提高了一步，似乎藍光、綠光、紅光三基色光都有，已經很完善，但事實上，使用上述方案在可見光光譜範圍內還是不夠連續，存在缺陷。太陽發出的可見光範圍內(380-780nm)的光譜是連續的，但其白光顏色從早晨到晚上、從冬天到夏天、從南方到北方是不一樣的，因此人們用色溫這個指標來衡量。而人造光源(除白熾燈、金滷燈等黑體外)由於光譜連續性和光譜形狀存在缺陷，用相關色溫來近似描述其白光顏色的不同。目前市場上流行的產品相關色溫從2700-13000K左右，要使人造光源在某一相關色溫區與太陽光儘可能相近，不但要求在全光譜範圍內光譜的連續性，而且還要求其光譜形狀必須與太陽光譜儘可能的相近，這就是提高顯色指數Ra的方向，即要求光譜儘可能連續，而且還要求各波長的光譜高度比例符合要求。而上述中國專利申請號為200610061934.1的專利文獻中，還披露的一種通過藍光LED激發綠色螢光粉、紅色螢光粉、和選自藍綠色螢光粉、橙(或黃)色螢光粉中的至少一種螢光粉，而獲得白光LED的方法，雖然上述方法可以獲得白光LED，但若僅僅在藍光LED晶片上塗敷三種或三種以上乃至無數種螢光粉，進行任意堆砌，雖然光譜連續性得到絕對保證，但其光譜形狀若與太陽光同色溫區相差太多，顯色指數Ra反而會更低。因此，在現階段如何使白光LED既能在全光譜範圍內保持光譜的連續性，並且其各波長的光譜高度又能與太陽光譜儘可能的相近，已成為一個急需解決的重要課題。
發明內容本發明的目的，在於提供一種既能在380-780nm的全光譜、相關色溫從2700-13000K左右的範圍內保持光譜的連續性，並且其各波長的光譜高度又能與太陽光譜儘可能的相近的高顯色性白光LED。本發明是通過下述技術方案實現發明目的一種高顯色性白光LED，包含激發波長範圍為445-465nm的藍光LED晶片和塗覆於藍光LED晶片上的螢光粉層，其特徵在於所述螢光粉層包含在藍光LED晶片激發下產生綠光的綠色螢光粉，其發射波長為495-535nm；在藍光LED晶片激發下產生黃光的黃色螢光粉，其發射波長為540-570nm；在藍光LED晶片激發下產生紅光的紅色螢光粉，其發射波長為630-650nm。所述綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為0.5-2.51.00.03-0.5。所述綠色螢光粉成分為氮氧化物綠粉、氮化物綠粉或者YAG綠粉。所述黃色螢光粉成分為氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉。所述紅色螢光粉成分為氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉。本發明根據不同色溫區的太陽光譜形狀要求，選擇適當波長與帶寬的藍光LED晶片和綠色螢光粉、黃色螢光粉、紅色螢光粉的組合來製作高顯色性白光LED，可以實現在可見光380-780nm光譜範圍內儘可能的光譜連續性，從而實現在2700-13000K全色溫範圍內的高顯色性。本發明目前達到的指標在2700-13000K全色溫範圍內批量生產可實現指標Ra^93,最高可接近98，因此可以廣泛應用於各種對白光LED有高顯色性要求的場合，具有顯著的經濟效益。下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。圖1是本發明的實施例1、2和3的光譜曲線圖。圖2是本發明的實施例4、5和6的光譜曲線圖。圖3是本發明的實施例7、8的光譜曲線圖。圖4是本發明實施例6與對比技術1的光譜曲線對比圖。圖5是本發明實施例3與對比技術2的光譜曲線對比圖。具體實施方式請同時參閱圖1、圖2和圖3，是本發明高顯色性白光LED的實施例1_8的光譜曲線圖，表一是實施例1-8的測試數據，其具體構成分別如下所述實施例1一種高顯色性白光LED，採用激發波長為465nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為535nm的綠色螢光粉、發射波長為570nm的黃色螢光粉和發射波長為650nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為2670K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為0.51.00.50。實施例2一種高顯色性白光LED，採用激發波長為460nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為530nm的綠色螢光粉、發射波長為560nm的黃色螢光粉和發射波長為650nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為2917K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為0.61.00.40ο實施例3一種高顯色性白光LED，採用激發波長為455nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為520nm的綠色螢光粉、發射波長為555nm的黃色螢光粉和發射波長為650nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為3452K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為0.71.00.35。實施例4一種高顯色性白光LED，採用激發波長為455nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為500nm的綠色螢光粉、發射波長為555nm的黃色螢光粉和發射波長為650nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為3996K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為1.01.00.25。實施例5一種高顯色性白光LED，採用激發波長為450nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為500nm的綠色螢光粉、發射波長為550nm的黃色螢光粉和發射波長為650nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為4986K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為1.51.00.15。實施例6一種高顯色性白光LED，採用激發波長為450nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為500nm的綠色螢光粉、發射波長為550nm的黃色螢光粉和發射波長為630nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為6530K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為1.71.00.10。實施例7一種高顯色性白光LED，採用激發波長為445nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為500nm的綠色螢光粉、發射波長為545nm的黃色螢光粉和發射波長為630nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為9046K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為2.11.00.05。實施例8一種高顯色性白光LED，採用激發波長為445nm的藍光LED藍光晶片，搭配發射波長為495nm的綠色螢光粉、發射波長為540nm的黃色螢光粉和發射波長為630nm紅色螢光粉，其製作相關色溫為13178K，其中綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為2.51.00.03。表一tableseeoriginaldocumentpage6參考圖1、圖2和圖3和表一的實測數據可見，採用選擇激發波長範圍為445-465nm的藍光LED，加上發射波長為495-535nm的綠色螢光粉、發射波長為540-570nm的黃色螢光粉、以及發射波長為630-650nm的紅色螢光粉的組合來製作的高顯色性白光LED,在2700-13000K全色溫範圍內可以實現顯色指數Ra^93，最高可以達到接近98，完全可以滿足各種需要滿足高顯色性白光LED要求的場合。請參閱圖4，本發明實施例6與對比技術1的光譜曲線對比圖。其中，對比技術1的具體構成為採用選擇激發波長範圍為450nm的藍光LED，加上發射波長為550nm的黃色螢光粉和發射波長為630nm的紅色螢光粉製成，其中黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為1.00.10，兩者的實測數據對比如表二。表二tableseeoriginaldocumentpage6從表二的實測數據和圖4中實測光譜曲線對比可以看出對比技術1中採用兩種螢光粉的樣管雖然光效要高於本發明實施例6中三種螢光粉的配方，但兩者與黑體輻射光譜曲線對比，本發明實施例6用三種螢光粉的配方試製樣品的光譜曲線更接近，而對比技術1採用兩種螢光粉配方則在光譜450-550nm處存在光譜缺陷，其顯色性明顯低於三種螢光粉配方製作的白光LED。請參閱圖5，是本發明實施例3與對比技術2的光譜曲線對比圖。其中，對比技術2採用的綠色螢光粉、黃色色螢光粉和紅色螢光粉與實施例3相同的螢光粉，但三種螢光粉的重量配比為0.31.00.60，兩者的實測數據對比如表三。表三tableseeoriginaldocumentpage7從表三的測試數據和圖5光譜曲線可以看出採用三種螢光粉的配方比例恰當與否，生產出的白光LED顯色指數Ra會有較大的差異。在三種螢光粉配方恰當的情況下製作的白光LED其顯色指數可達到96.7，而配方不恰當的情況下製作的白光LED顯色指數隻達到84.6，且其光效也低於配方恰當的白光LED樣品。本發明所述綠色螢光粉可以採用氮氧化物綠粉、氮化物綠粉或者YAG綠粉，黃色螢光粉可以採用氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉，紅色螢光粉可以採用氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉，以上材料均可採用市售產品。權利要求一種高顯色性白光LED，包含激發波長範圍為445-465nm的藍光LED晶片和塗覆於藍光LED晶片上的螢光粉層，其特徵在於所述螢光粉層包含在藍光LED晶片激發下產生綠光的綠色螢光粉，其發射波長為495-535nm；在藍光LED晶片激發下產生黃光的黃色螢光粉，其發射波長為540-570nm；在藍光LED晶片激發下產生紅光的紅色螢光粉，其發射波長為630-650nm。2.根據權利要求1所述的高顯色性白光LED，其特徵在於所述綠色螢光粉、黃色螢光粉和紅色螢光粉的重量配比為0.5-2.51.00.03-0.5。3.根據權利要求1所述的高顯色性白光LED，其特徵在於所述綠色螢光粉成分為氮氧化物綠粉、氮化物綠粉或者YAG綠粉。4.根據權利要求1所述的高顯色性白光LED，其特徵在於所述黃色螢光粉成分為氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉。5.根據權利要求1所述的高顯色性白光LED，其特徵在於所述紅色螢光粉成分為氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉。全文摘要本發明涉及一種在2700-13000K全色溫範圍內的高顯色性高光效的白光LED，包含激發波長範圍為445-465nm的藍光LED晶片和塗覆於藍光LED晶片上的螢光粉層，其特徵在於所述螢光粉層包含在藍光LED晶片激發下產生綠光的綠色螢光粉，其發射波長為495-535nm；在藍光LED晶片激發下產生黃光的黃色螢光粉，其發射波長為540-570nm；在藍光LED晶片激發下產生紅光的紅色螢光粉，其發射波長為630-650nm。本發明可以實現在可見光380-780nm光譜範圍內儘可能的光譜連續性，從而實現在2700-13000K全色溫範圍內的高顯色性，具有顯著的經濟效益。文檔編號H01L33/00GK101806430SQ20091011104公開日2010年8月18日申請日期2009年2月17日優先權日2009年2月17日發明者王昌鈴,黃淋毅申請人:福建省蒼樂電子企業有限公司