高顯色性白光LED
閱讀：847發(fā)布：2020-05-11
專利匯可以提供高顯色性白光LED專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種在2700-13000K全 色溫 范圍內(nèi)的高 顯色性 高光效的白光LED，包含激發(fā) 波長 范圍為445-465nm的藍光LED芯片和涂覆于藍光LED芯片上的 熒光 粉層，其特征在于：所述熒光粉層包含在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉，其發(fā)射波長為495-535nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生黃光的黃色熒光粉，其發(fā)射波長為540-570nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生紅光的紅色熒光粉，其發(fā)射波長為630-650nm。本發(fā)明可以實現(xiàn)在可見光380-780nm 光譜 范圍內(nèi)盡可能的光譜連續(xù)性，從而實現(xiàn)在2700-13000K全色溫范圍內(nèi)的高顯色性，具有顯著的經(jīng)濟效益。，下面是高顯色性白光LED專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種高顯色性白光LED，包含激發(fā)波長范圍為445-465nm的藍光LED芯片和涂覆于藍光LED芯片上的熒光粉層，其特征在于：所述熒光粉層包含在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉，其發(fā)射波長為495-535nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生黃光的黃色熒光粉，其發(fā)射波長為540-570nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生紅光的紅色熒光粉，其發(fā)射波長為630-650nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高顯色性白光LED，其特征在于：所述綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為：0.5-2.5∶1.0∶0.03-0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高顯色性白光LED，其特征在于：所述綠色熒光粉成分為氮氧化物綠粉、氮化物綠粉或者YAG綠粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高顯色性白光LED，其特征在于：所述黃色熒光粉成分為氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高顯色性白光LED，其特征在于：所述紅色熒光粉成分為氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉。
高顯色性白光LED
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 白光LED做為半導(dǎo)體照明光源，由于它具有節(jié)能、環(huán)保、體積小，壽命長等諸多優(yōu)點，受到全世界用戶的青睞，近年得到了迅速發(fā)展。但是白光LED要真正進入普通照明領(lǐng)域替代傳統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)，一般住宅、辦公和許多公共場所，都要求一般顯色指數(shù)Ra≥80，而在手術(shù)室、美術(shù)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、顏色鑒別場所等則要求顯色指數(shù)Ra≥90，且顯色指數(shù)Ra越大越好。
[0003] 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芯片涂敷R、G、B三基色熒光粉而成。3.用藍光LED芯片涂敷黃色YAG熒光粉而成。第一種方案中，由于R、G、B三基色的單色LED發(fā)出的光，它的光譜寬度很窄，在可見光光譜
380-780nm范圍內(nèi)，它的組合結(jié)果光譜連續(xù)性很差，顯色指數(shù)Ra通常較低，難以采用。第二種方案中由于紫外光LED芯片目前光效很低，且封裝材料易老化、防紫外光外泄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芯片涂敷熒光粉的方案得到迅速應(yīng)用。
380-780nm范圍內(nèi)，它的組合結(jié)果光譜連續(xù)性很差，顯色指數(shù)Ra通常較低，難以采用。第二種方案中由于紫外光LED芯片目前光效很低，且封裝材料易老化、防紫外光外泄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芯片涂敷熒光粉的方案得到迅速應(yīng)用。
[0004] 第三種的藍光LED芯片涂敷黃色YAG熒光粉的方案中，用藍、黃兩互補色可形成白光，但因光譜中缺紅，所以難以制作低色溫(例如相關(guān)色溫小于4000K)的白光LED，而且其顯色指數(shù)Ra也較低，多數(shù)在5500K以上顯色指數(shù)Ra才能大于80，且最高也僅有85上下，無法實現(xiàn)Ra≥90的目標(biāo)。為了克服這一缺點，人們在黃色熒光粉的基礎(chǔ)上又加入紅色熒光粉，形成了藍光LED芯片+黃色熒光粉+紅色熒光粉的方案，在這一方案中，可實現(xiàn)制作低色溫(例2700-4000K)的白光LED，同時也使顯色指數(shù)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范圍內(nèi)缺乏綠光光譜，使得顯色指數(shù)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?zhí)?00610061934.1的專利文獻中，披露的一種通過藍光LED芯片激發(fā)綠色熒光粉和紅色熒光粉獲得白光的方法，使顯色指數(shù)Ra又提高了一步，似乎藍光、綠光、紅光三基色光都有，已經(jīng)很完善，但事實上，使用上述方案在可見光光譜范圍內(nèi)還是不夠連續(xù)，存在缺陷。
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?zhí)?00610061934.1的專利文獻中，披露的一種通過藍光LED芯片激發(fā)綠色熒光粉和紅色熒光粉獲得白光的方法，使顯色指數(shù)Ra又提高了一步，似乎藍光、綠光、紅光三基色光都有，已經(jīng)很完善，但事實上，使用上述方案在可見光光譜范圍內(nèi)還是不夠連續(xù)，存在缺陷。
[0005] 太陽發(fā)出的可見光范圍內(nèi)(380-780nm)的光譜是連續(xù)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(biāo)來衡量。而人造光源(除白熾燈、金鹵燈等黑體外)由于光譜連續(xù)性和光譜形狀存在缺陷，用相關(guān)色溫來近似描述其白光顏色的不同。目前市場上流行的產(chǎn)品相關(guān)色溫從2700-13000K左右，要使人造光源在某一相關(guān)色溫區(qū)與太陽光盡可能相近，不但要求在全光譜范圍內(nèi)光譜的連續(xù)性，而且還要求其光譜形狀必須與太陽光譜盡可能的相近，這就是提高顯色指數(shù)Ra的方向，即要求光譜盡可能連續(xù)，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?zhí)枮?00610061934.1的專利文獻中，還披露的一種通過藍光LED激發(fā)綠色熒光粉、紅色熒光粉、和選自藍綠色熒光粉、橙(或黃)色熒光粉中的至少一種熒光粉，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芯片上涂敷三種或三種以上乃至無數(shù)種熒光粉，進行任意堆砌，雖然光譜連續(xù)性得到絕對保證，但其光譜形狀若與太陽光同色溫區(qū)相差太多，顯色指數(shù)Ra反而會更低。
[0006] 因此，在現(xiàn)階段如何使白光LED既能在全光譜范圍內(nèi)保持光譜的連續(xù)性，并且其各波長的光譜高度又能與太陽光譜盡可能的相近，已成為一個急需解決的重要課題?！景l(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的，在于提供一種既能在380-780nm的全光譜、相關(guān)色溫從2700-13000K左右的范圍內(nèi)保持光譜的連續(xù)性，并且其各波長的光譜高度又能與太陽光譜盡可能的相近的高顯色性白光LED。
[0008] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的：
[0009] 一種高顯色性白光LED，包含激發(fā)波長范圍為445-465nm的藍光LED芯片和涂覆于藍光LED芯片上的熒光粉層，其特征在于：所述熒光粉層包含在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉，其發(fā)射波長為495-535nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生黃光的黃色熒光粉，其發(fā)射波長為540-570nm；在藍光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生紅光的紅色熒光粉，其發(fā)射波長為630-650nm。
[0010] 所 述 綠 色 熒 光 粉、黃 色 熒 光 粉 和 紅 色 熒 光 粉 的 重 量 配 比 為：0.5-2.5∶1.0∶0.03-0.5。
[0012] 所述黃色熒光粉成分為氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉。
[0013] 所述紅色熒光粉成分為氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉。
[0014] 本發(fā)明根據(jù)不同色溫區(qū)的太陽光譜形狀要求，選擇適當(dāng)波長與帶寬的藍光LED芯片和綠色熒光粉、黃色熒光粉、紅色熒光粉的組合來制作高顯色性白光LED，可以實現(xiàn)在可見光380-780nm光譜范圍內(nèi)盡可能的光譜連續(xù)性，從而實現(xiàn)在2700-13000K全色溫范圍內(nèi)的高顯色性。本發(fā)明目前達到的指標(biāo)：在2700-13000K全色溫范圍內(nèi)批量生產(chǎn)可實現(xiàn)指標(biāo)Ra≥93，最高可接近98，因此可以廣泛應(yīng)用于各種對白光LED有高顯色性要求的場合，具有顯著的經(jīng)濟效益。【附圖說明】
[0015] 下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0016] 圖1是本發(fā)明的實施例1、2和3的光譜曲線圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明的實施例4、5和6的光譜曲線圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明的實施例7、8的光譜曲線圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明實施例6與對比技術(shù)1的光譜曲線對比圖。
[0020] 圖5是本發(fā)明實施例3與對比技術(shù)2的光譜曲線對比圖?！揪唧w實施方式】
[0021] 請同時參閱圖1、圖2和圖3，是本發(fā)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(shù)據(jù)，其具體構(gòu)成分別如下所述：
[0022] 實施例1：
[0023] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為465nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為535nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為570nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為650nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為2670K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為0.5∶1.0∶0.50。
[0024] 實施例2：
[0025] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為460nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為530nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為560nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為650nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為2917K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為0.6∶1.0∶0.40。
[0026] 實施例3：
[0027] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為455nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為520nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為555nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為650nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為3452K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為0.7∶1.0∶0.35。
[0028] 實施例4：
[0029] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為455nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為500nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為555nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為650nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為3996K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為1.0∶1.0∶0.25。
[0030] 實施例5：
[0031] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為450nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為500nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為550nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為650nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為4986K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為1.5∶1.0∶0.15。
[0032] 實施例6：
[0033] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為450nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為500nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為550nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為630nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為6530K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為1.7∶1.0∶0.10。
[0034] 實施例7：
[0035] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為445nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為500nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為545nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為630nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為9046K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為2.1∶1.0∶0.05。
[0036] 實施例8：
[0037] 一種高顯色性白光LED，采用激發(fā)波長為445nm的藍光LED藍光芯片，搭配發(fā)射波長為495nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為540nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為630nm紅色熒光粉，其制作相關(guān)色溫為13178K，其中綠色熒光粉、黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為2.5∶1.0∶0.03。
[0038] 表一：
[0039]實施例 相關(guān)色溫K 顯色指數(shù)Ra 光通量lm 光效lm/W 電壓V 正向電流mA
1 2670 96.2 42.83 38.6 3.17 350
2 2917 97.2 43.88 39.9 3.14 350
3 3452 96.7 48.13 40.9 3.36 350
4 3996 97.3 48.58 43.3 3.20 350
5 4986 95.1 53.98 45.3 3.40 350
6 6530 94.3 57.74 48.5 3.40 350
7 9046 94.0 58.64 49.2 3.41 350
8 13178 95.2 54.94 46.2 3.40 350
1 2670 96.2 42.83 38.6 3.17 350
2 2917 97.2 43.88 39.9 3.14 350
3 3452 96.7 48.13 40.9 3.36 350
4 3996 97.3 48.58 43.3 3.20 350
5 4986 95.1 53.98 45.3 3.40 350
6 6530 94.3 57.74 48.5 3.40 350
7 9046 94.0 58.64 49.2 3.41 350
8 13178 95.2 54.94 46.2 3.40 350
[0040] 參考圖1、圖2和圖3和表一的實測數(shù)據(jù)可見，采用選擇激發(fā)波長范圍為445-465nm的藍光LED，加上發(fā)射波長為495-535nm的綠色熒光粉、發(fā)射波長為540-570nm的黃色熒光粉、以及發(fā)射波長為630-650nm的紅色熒光粉的組合來制作的高顯色性白光LED，在2700-13000K全色溫范圍內(nèi)可以實現(xiàn)顯色指數(shù)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。
[0041] 請參閱圖4，本發(fā)明實施例6與對比技術(shù)1的光譜曲線對比圖。其中，對比技術(shù)1的具體構(gòu)成為：采用選擇激發(fā)波長范圍為450nm的藍光LED，加上發(fā)射波長為550nm的黃色熒光粉和發(fā)射波長為630nm的紅色熒光粉制成，其中黃色熒光粉和紅色熒光粉的重量配比為：1.0∶0.10，兩者的實測數(shù)據(jù)對比如表二。
[0042] 表二：
[0043]相關(guān) 顯色指數(shù)
名稱 光通量lm 光效lm/W 電壓V 正向電流mA
色溫K Ra
實施例6 6530 94.3 57.74 48.5 3.40 350
對比技術(shù)1 6442 86.7 72.76 62.3 3.34 350
名稱 光通量lm 光效lm/W 電壓V 正向電流mA
色溫K Ra
實施例6 6530 94.3 57.74 48.5 3.40 350
對比技術(shù)1 6442 86.7 72.76 62.3 3.34 350
[0044] 從表二的實測數(shù)據(jù)和圖4中實測光譜曲線對比可以看出：對比技術(shù)1中采用兩種熒光粉的樣管雖然光效要高于本發(fā)明實施例6中三種熒光粉的配方，但兩者與黑體輻射光譜曲線對比，本發(fā)明實施例6用三種熒光粉的配方試制樣品的光譜曲線更接近，而對比技術(shù)1采用兩種熒光粉配方則在光譜450-550nm處存在光譜缺陷，其顯色性明顯低于三種熒光粉配方制作的白光LED。
[0045] 請參閱圖5，是本發(fā)明實施例3與對比技術(shù)2的光譜曲線對比圖。其中，對比技術(shù)2采用的綠色熒光粉、黃色色熒光粉和紅色熒光粉與實施例3相同的熒光粉，但三種熒光粉的重量配比為0.3∶1.0∶0.60，兩者的實測數(shù)據(jù)對比如表三。
[0046] 表三：
[0047]相關(guān)色溫 顯色指數(shù) 光效 正向電流
名稱 光通量lm 電壓V
K Ra lm/W mA
實施例3 3452 96.7 48.13 40.9 3.36 350
對比技術(shù)2 3561 84.6 39.55 32.8 3.44 350
名稱 光通量lm 電壓V
K Ra lm/W mA
實施例3 3452 96.7 48.13 40.9 3.36 350
對比技術(shù)2 3561 84.6 39.55 32.8 3.44 350
[0048] 從表三的測試數(shù)據(jù)和圖5光譜曲線可以看出：采用三種熒光粉的配方比例恰當(dāng)與否，生產(chǎn)出的白光LED顯色指數(shù)Ra會有較大的差異。在三種熒光粉配方恰當(dāng)?shù)那闆r下制作的白光LED其顯色指數(shù)可達到96.7，而配方不恰當(dāng)?shù)那闆r下制作的白光LED顯色指數(shù)只達到84.6，且其光效也低于配方恰當(dāng)?shù)陌坠釲ED樣品。
[0049] 本發(fā)明所述綠色熒光粉可以采用氮氧化物綠粉、氮化物綠粉或者YAG綠粉，黃色熒光粉可以采用氮氧化物黃粉、氮化物黃粉或者YAG黃粉，紅色熒光粉可以采用氮氧化物紅粉、氮化物紅粉或者硫化物紅粉，以上材料均可采用市售產(chǎn)品。
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