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一種白光led的光譜優(yōu)化控制方法

文檔序號:7000509閱讀:312來源:國知局
專利名稱:一種白光led的光譜優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,主要涉及通過藍(lán)光發(fā)光二極管 (LED)激發(fā)各種熒光粉混合體制作白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,也可應(yīng)用于通過UV、紫色及其他發(fā)光二極管(LED)激發(fā)熒光粉混合體制作白光LED的光譜優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)
1993年GaN藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)技術(shù)上的突破為白光LED的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 白光LED最早是由日本日亞公司研發(fā),該技術(shù)的核心是由GaN藍(lán)光LED芯片涂覆Ce3+激活的稀土石榴石(YGd) 3A15012 Ce (簡稱YAG Ce)黃色熒光體組成。這種白光LED是一種新型固態(tài)照明(Solid State Lighting,簡稱SSL)電光源,其原理和結(jié)構(gòu)不同于以往的白熾燈、熒光燈等真空電光源。與本發(fā)明最接近的國內(nèi)外背景技術(shù)為美國吉爾科有限公司埃米爾·拉德科夫等申報的發(fā)明專利“用于LED芯片的白光生成的全光譜熒光體混合物”,該專利核心點為包括在特定光譜范圍內(nèi)發(fā)射的四種或多于四種熒光體的混合物,以最優(yōu)化給定的顏色坐標(biāo)溫度 (CCT)的顯色指數(shù)(CRI)?;旌衔飳ㄟx自以下熒光體中的至少四種熒光體發(fā)射峰值在 400-500nm的藍(lán)色熒光體;發(fā)射峰值在500_575nm的綠色熒光體;發(fā)射峰值在575_615nm的橙色熒光體;以及發(fā)射峰值在615-680nm的深紅色熒光體。中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所劉行仁于2007年6月發(fā)表在《發(fā)光學(xué)報》上的“白光LED固態(tài)照明光轉(zhuǎn)換熒光體”論文,從發(fā)光學(xué)和近場理論出發(fā),提出研發(fā)白光 LED用熒光體的幾種方案和原則。福州大學(xué)吳海彬等于2008年9月發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報》上的“涂敷紅、綠熒光粉的白光LED顯色性研究”論文,通過藍(lán)光LED激發(fā)紅、綠兩種熒光粉制作白光LED。通過藍(lán)光、UV、紫色及其他發(fā)光二極管(LED)激發(fā)各種熒光粉混合體制作白光LED 的方案多種多樣,多數(shù)方案僅僅使側(cè)重于針對某種特定的LED以及某種或某些特定的熒光粉混合體,各種方案的優(yōu)劣總是自說自道,莫衷一是。而基于不同的發(fā)光二極管(LED)以及不同的熒光粉混合體的白光LED方案千差萬別,這對白光LED的制作中的熒光粉混合體配制往往造成無據(jù)可依的局面。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種白光LED的光譜優(yōu)化控制方法。技術(shù)方案判斷白光LED發(fā)光性能優(yōu)劣的指標(biāo)不外乎顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率 7^,而這些指標(biāo)的根據(jù)無非是白光LED的光譜特性曲線。本發(fā)明基于白光LED的光譜特性曲線提出了一種基于分區(qū)輻射能判決的白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,通過基于分區(qū)輻射能判決,確定綠紅波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝,使得顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率9綜合最佳。
白光LED (藍(lán)光芯片+YAG: Ce),因YAG: Ce缺少橙紅色光導(dǎo)致顯色指數(shù)Ra不高。已
有的研究表明,這可以通過將療+或與Cf共摻雜在YAG中的方法以及另外添加第二種
發(fā)紅色光的熒光粉予以彌補。關(guān)鍵是這種優(yōu)化光譜的措施應(yīng)如何加以控制,使得顯色指數(shù) Ra和發(fā)光效本”綷合最佳。為此,我們在光譜圖上選擇三個特別的波長;、 β與,并且著重考察蘭綠[毛 ,知]和綠紅[,知]兩個光譜區(qū)間??紤]到藍(lán)光芯片發(fā)射光譜,YAG =Ce發(fā)射光譜、視覺函數(shù)以及補紅的目的要求,取4 =450nm, Λσ =550nm, Ms =650nm,從而構(gòu)成[/Ij,^s ] 與[Λ ,^ ]兩個同為IOOnm寬度的光譜區(qū)間。假定以/C )表示藍(lán)光LED+YAG:Ce的出光光譜,以表示采取強化紅光發(fā)射措后的出光光譜,我們確定綠紅[知,知ι波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠[.. ,]波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝。亦即,最佳的/^(彩應(yīng)滿足
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其中 >0為一選全的小數(shù)。本發(fā)明可應(yīng)用于通過藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)激發(fā)各種熒光粉混合體制作白光LED 的光譜優(yōu)化控制方法,也可以用于通過UV、紫色及其他發(fā)光二極管(LED)激發(fā)熒光粉混合體制作白光LED的光譜優(yōu)化控制技術(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其有益效果是本發(fā)明基于白光LED的光譜特性曲線提出了一種基于分區(qū)輻射能判決的白光LED光譜優(yōu)化控制方法,通過基于分區(qū)輻射能判決, 確定綠紅波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,使得顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率口綜合最佳,給白光LED制作中的加紅操作的配方與工藝提供了指導(dǎo)方法和實現(xiàn)技術(shù)。


圖1為藍(lán)光發(fā)光二極管LED的輻射光譜。圖2某種主體熒光粉的發(fā)射和吸收光譜。圖3藍(lán)光發(fā)光二極管+主體熒光粉的白光LED輻射光譜。圖4某種加紅熒光粉的發(fā)射和吸收光譜。圖5藍(lán)光發(fā)光二極管+主體熒光粉+紅后的白光LED輻射光譜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖,對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明,但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。實施例1 藍(lán)光LED的發(fā)射波長越來越向短波方向偏移,目前藍(lán)光LED的主波長多集中在455 465 nm之間。發(fā)黃光熒光粉的發(fā)射波長多集中在540 570 nm之間。通過合理選擇和匹配藍(lán)光芯片和黃熒光粉,可以在一定程度上提高白光LED的顯色指數(shù)。大量試驗表明,基于藍(lán)光LED芯片激發(fā)發(fā)黃光的熒光粉實現(xiàn)白光的技術(shù)方案,通常顯色指數(shù)最高可達(dá)85左右。用藍(lán)光LED芯片(光譜特性如圖1)激發(fā)黃熒光粉(光譜特性如圖2),生產(chǎn)色溫為 10000K的白光LED (光譜特性如圖3),其顯色指數(shù)達(dá)到85 ;色坐標(biāo)x=0. 2781,y=0. 2798 ;驅(qū)動電流If=350 mA,光通量為611m。這里,藍(lán)光LED芯片主波長λ D=460 462. 5nm,輻射功率150 165mW ;熒光粉發(fā)射波長λ em=(538士4) nm、激發(fā)波長λ ex=(464士6) nm。在圖3所示的白光LED光譜圖中,有兩個明顯的峰值,分別為藍(lán)峰和黃峰。若制作更低色溫的白光LED,需要降低藍(lán)光而提升黃光的比例,但由于缺少紅光成份,試驗表明, 當(dāng)色溫低到4000K左右時,其顯色指數(shù)明顯變差,只有55左右,甚至更低。因此,基于藍(lán)光 LED+黃色熒光粉制作白光LED,其顯色指數(shù)達(dá)到80以上的色溫區(qū)很窄,顯色指數(shù)更無法達(dá)到90及以上,限制了白光LED的應(yīng)用。這主要是由于在低色溫段,白光LED的光譜中缺少紅光成分,而在高色溫區(qū)又缺少綠光成分所致。按照本發(fā)明基于分區(qū)輻射能判決的白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,通過基于分區(qū)輻射能判決,確定綠紅波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝,使得顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率P綜合最佳。我們在光譜圖上選擇三個特別的波長七、知與、,并且著重考察蘭綠[知,Λ ] 和綠紅[知,毛]兩個光譜區(qū)間??紤]到藍(lán)光芯片發(fā)射光譜,YAG =Ce發(fā)射光譜、視覺函數(shù)以及補紅的目的要求,取4 =450nm,知=550nm, Λλ =650nm,從而構(gòu)成[;^,Λ ]與[
,4 1兩個同為IOOnm寬度的光譜區(qū)間。假定以/Ca)表示藍(lán)光LED+YAG:Ce的出光光譜,以表示采取強化紅光發(fā)射措后的出光光譜,我們確定綠紅[知,]波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠[毛,Λσ ]波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝。亦即,最佳的應(yīng)滿足
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其中,已>0為一選全的小數(shù)。具體地,為了在2700 13000K色溫范圍內(nèi)實現(xiàn)顯色指數(shù)大于90,我們試驗采用藍(lán)光LED芯片+綠熒光粉+紅熒光粉的技術(shù)方案,用同樣的藍(lán)光LED芯片(光譜特性如圖1)激發(fā)黃熒光粉(光譜特性如圖2)加紅熒光粉(光譜特性如圖4),生產(chǎn)色溫為3000K的白光LED(光譜特性如圖5),其顯色指數(shù)達(dá)到91。值得注意的是,在實際制作白光LED樣品時,實現(xiàn)不同色溫可以有兩種方法,一是通過改變熒光粉與硅膠的配比、保持涂敷在藍(lán)光LED芯片周圍的粉膠量不變實現(xiàn)不同色溫 (如始終保持粉膠量把反射杯填平),硅膠的比例越高,色溫越高;二是保持熒光粉與硅膠的比例不變,而改變涂敷在藍(lán)光LED芯片周圍的粉膠量實現(xiàn)不同色溫(實際也相當(dāng)于改變熒光粉與硅膠的比例,因為涂敷熒光粉后的剩余空間也要用硅膠填充,只是操作方法不同而已),粉膠量越少,色溫越高。實際操作中,通常兩者結(jié)合使用,當(dāng)色溫變化很大時,通常要調(diào)節(jié)熒光粉與硅膠的比例,當(dāng)色溫變化不大時,可以適當(dāng)調(diào)節(jié)涂敷熒光粉粉膠的量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。如上所述,盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明,但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下,可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,其特征在于通過基于分區(qū)輻射能判決,確定綠紅波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝,使得顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率巧綜合最佳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,其特征在于所述綠紅波長區(qū)間為[知,毛],所述蘭綠波長區(qū)間為[·4,4表示藍(lán)光LED+YAG:Ce的出光光譜,以表示采取強化紅光發(fā)射措后的出光光譜,J^m應(yīng)滿足 其中,ε >0為一選全的小數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種白光LED的光譜優(yōu)化控制方法,其特征在于通過基于分區(qū)輻射能判決,確定綠紅波長區(qū)間有相對更大的輻射能量出射,并保持可與蘭綠波長區(qū)間大致相等的平均輻射能量為使發(fā)光效率與顯色指數(shù)綜合最佳的判斷準(zhǔn)則,來指導(dǎo)加紅操作的配方與工藝,使得顯色指數(shù)Ra和發(fā)光效率η綜合最佳。本發(fā)明方法,給白光LED制作中的加紅操作的配方與工藝提供了指導(dǎo)方法和實現(xiàn)技術(shù)。
文檔編號H01L33/50GK102244154SQ20111011783
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者張保民, 張毅, 張愛軍, 王慶寶 申請人:宜興環(huán)特光電科技有限公司
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