專利名稱：脈沖led白光發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖LED白光發(fā)光裝置，屬于白光LED制造技術(shù)領(lǐng)域。更具體的說，涉及一種使用特定壽命的發(fā)光材料制備的脈沖LED白光發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
目前，LED用于照明、顯示和背光源等領(lǐng)域，并以其節(jié)能、耐用、無污染等優(yōu)點(diǎn)而引起廣泛的重視。實(shí)現(xiàn)白光LED有多種方案，其中采用藍(lán)光LED芯片和黃色熒光粉組合來實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，是當(dāng)前制備白光LED最為成熟的技術(shù)方案。1967年《Appl. Phys. Lett.》第11 卷第53頁報(bào)道了發(fā)光材料Y3Al5O12 = Ce3+,該材料具有黃色發(fā)光，最強(qiáng)發(fā)光波長在550納米， 壽命小于100納秒。1997年《Appl. Phys. A))第64期417頁報(bào)道了利用Y3Al5O12 = Ce3+的黃色發(fā)光和藍(lán)光氮化鎵實(shí)現(xiàn)了 LED白光發(fā)射，此技術(shù)是當(dāng)前制備白光LED最為成熟的技術(shù)方案。目前LED發(fā)光器件都采用恒流電流驅(qū)動(dòng)，在這種模式下，LED芯片一直處在工作狀態(tài)下， 會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置的光衰和封裝材料老化等一系列問題。實(shí)際上，LED發(fā)光裝置，特別是大功率裝置的發(fā)光的散熱問題是目前LED應(yīng)用中的一個(gè)瓶頸。美國專利US 7，489，086B2“AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVEMETHODS AND APPARATUS”提供了一種非恒流驅(qū)動(dòng)的交流LED器件，該發(fā)明主要是使集成封裝的LED 器件在高于100赫茲的頻率下工作，利用人肉眼的視覺暫留效應(yīng)來彌補(bǔ)交流工作下LED器件發(fā)光的頻閃。由于LED芯片并非一直工作，所以產(chǎn)生的熱量較少，有利于散熱。然而，雖然人眼無法區(qū)別100赫茲以上的發(fā)光頻閃，但是發(fā)光的波動(dòng)是現(xiàn)實(shí)存在的，會(huì)使眼睛疲勞， 造成傷害。同時(shí)，集成封裝的LED芯片在狹小的基片空間上集成還存在工藝復(fù)雜、難度大的問題。交流電流是大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流。脈沖電流是方向不變，大小隨時(shí)間周期性改變的電流。即按照一定的時(shí)間規(guī)律，通電一段時(shí)間，然后又?jǐn)嚯娨欢螘r(shí)間， 又通電一段時(shí)間，然后又?jǐn)嚯娨欢螘r(shí)間，如此反復(fù)。由于通、斷電造成的發(fā)光頻閃問題對(duì)眼睛的傷害，目前為止，未見實(shí)用性的脈沖電流驅(qū)動(dòng)的LED白光發(fā)光裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖電流驅(qū)動(dòng)的LED白光發(fā)光裝置。該LED白光發(fā)光裝置具有光衰小和發(fā)光波動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明脈沖電流驅(qū)動(dòng)芯片的LED白光發(fā)光裝置使用特定壽命的發(fā)光材料。具體地，LED白光發(fā)光單元，包括LED芯片和能夠在此LED芯片激發(fā)下發(fā)光的發(fā)光材料，其特征在于所述發(fā)光材料的發(fā)光壽命是I-IOOms (優(yōu)選5-20ms)，所述LED芯片發(fā)出的光與發(fā)光材料發(fā)出的光的混合色為白色；其中所述LED白光發(fā)光單元采用的驅(qū)動(dòng)頻率優(yōu)選為50-150赫茲，當(dāng)頻率過高時(shí)，會(huì)對(duì)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生一定的損害。根據(jù)發(fā)光學(xué)定義，發(fā)光材料的發(fā)光壽命為材料發(fā)光強(qiáng)度降到激發(fā)時(shí)最大強(qiáng)度的Ι/e所需的時(shí)間。其中，LED芯片發(fā)出的光是紫外或可見光。紫外光的范圍為200nm-380nm，可見光的范圍為380nm-780nm。本發(fā)明中，發(fā)光材料在LED芯片的激發(fā)下發(fā)光，且發(fā)出的光的整體視覺效果為白光，或發(fā)光材料發(fā)出的光和芯片發(fā)出的光的整體視覺效果為白光。發(fā)光材料所述發(fā)光材料為無機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)發(fā)光材料或它們的混合?？梢允窍率霾牧现械闹辽僖环NCaS:Eu2+ ；CaS:Bi2+, Tm3+ ；ZnS:Tb3+ ；CaSrS2:Eu2+, Dy3+ ；SrGa2S4:Dy3+ ； Ga2O3IEu3+ ； (Y, Gd) BO3: Eu3+ ；Zn2SiO4 Mn2+ ；YBO3 = Tb3+ ；Y(V, P) O4: Eu3+ ； SrAl2O4 Eu2+ ； SrAl204:Eu2+, Dy3+，B3+ ；Sr4Al14O25: Eu2+ ；Sr4Al14O25: Eu2+, Dy3+，B3+ ；BaAl2O4: Eu2+ ；CaAl2O4 = Eu2+ ； Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+ ；BaMgAl10O17: Eu2+，Mn2+ ；Tb (acac) 2 (AA) phen ；Y2O2S:Eu3+ ；Y2SiO5: Tb3+ ； SrGa2S4Ce3+ ；Y3(Al, Ga)5012Tb3+ ；Ca2Zn4Ti15O36:Pr3+ ；CaTiO3:Pr3+ ；Zn2P2O7:Tm3+ ；Ca2P2O7:Eu2+, Y3+ ；Sr2P207:Eu2+, Y3+ ；Lu2O3 = Tb3+ ；Sr2Al6O11 Eu2+ ；Mg2SnO4lMn2+ ；CaAl2O4 Ce3+，Tb3+ ； Sr4Al14O25ITb3+ ；Ca10(PO4)6(F, Cl) :Sb, Mn ；Sr2MgSi2O7:Eu2+ ；Sr2CaSi2O7:Eu2+ ；Zn3(PCM)2:Mn2+， Ga3+ ；CaO: Eu3+ ；Y2O2S:Mg2+，Ti3+ ；Y2O2S: Sm3+ ；SrMg2 (PO4)2: Eu2+, GcT ；BaMg2 (PO4)2: Eu2+, Gd3+ ； Zn2SiO4:Mn2+，As5+ ；CdSiO3:Dy3+，MgSiO3:Eu2+，Mn2+。優(yōu)選材料為Cei2P207:Eu2+，Y3+;Sr2P207:Eu2+，Y3+;Sr4Al140M:Eu2+，Dy3+，B3+； SrAl2O4: Eu2+, Dy3+，B3+ ；Zn2SiO4 Mn2+，As5+ ；Zn2P2O7 Tm3+ ；Y2O2S = Eu3+ ；Sr4Al14O25: Tb3+ ； Zn3 (PO4)2:Mn2+，Ga3+ ；CaS: Eu2+ 中的至少一種。另外，本發(fā)明LED白光發(fā)光裝置還包含導(dǎo)光覆蓋層，為非平面型導(dǎo)光結(jié)構(gòu)。通過導(dǎo)光覆蓋層將LED芯片和發(fā)光材料的發(fā)光進(jìn)行反射、折射、散射并勻光最終混合導(dǎo)出均勻一致的光。其中，所述導(dǎo)光覆蓋層為透鏡或其它透明覆蓋層，其中可以摻有粒徑小于5微米的非發(fā)光材料顆粒，從而使得芯片輸出的更加光均勻散射。本發(fā)明的有益效果現(xiàn)有LED白光發(fā)光裝置以發(fā)光壽命極短的YAG:Ce作為發(fā)光材料，在脈沖周期變化會(huì)導(dǎo)致發(fā)光頻閃現(xiàn)象，雖然人眼無法辨別在大于100赫茲的發(fā)光的頻閃，但實(shí)際上這種頻閃會(huì)造成視覺疲勞，對(duì)眼睛產(chǎn)生傷害。本發(fā)明由于采用具有特定發(fā)光時(shí)間的發(fā)光材料，在激發(fā)光源消失時(shí)能維持發(fā)光，這樣，在基于本發(fā)明方案的脈沖LED白光發(fā)光裝置中，當(dāng)電流周期變化時(shí)，發(fā)光并不隨著激發(fā)光源的消失而消失，而會(huì)持續(xù)到下個(gè)周期開始，從而彌補(bǔ)了由于脈沖電流關(guān)斷時(shí)導(dǎo)致的LED芯片的發(fā)光頻閃的影響，使白光發(fā)光裝置在脈沖周期的光輸出保持穩(wěn)定，從而消除了脈沖頻閃發(fā)光對(duì)人眼的傷害。而且，本發(fā)明脈沖LED白光發(fā)光裝置可使用普通的單一 PN結(jié)的LED芯片，不需要由于脈沖電流驅(qū)動(dòng)而制備特殊芯片。另外，本發(fā)明由于在脈沖周期內(nèi)LED芯片有一段時(shí)間不工作，使得其熱效應(yīng)下降，這樣有助于克服現(xiàn)有恒流驅(qū)動(dòng)LED白光發(fā)光裝置中芯片發(fā)熱帶來的系列難題。說明書附1為LED白光發(fā)光單元組成示意圖，1為發(fā)光材料，或由發(fā)光材料和透明介質(zhì)組成的發(fā)光層；2為LED芯片。圖2為實(shí)施例1-8在CIE 1931色度圖中的色點(diǎn)。數(shù)字1_8分別對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1_8。圖3為交流電經(jīng)過整流后得到的周期性脈沖波形。圖4為方波構(gòu)成的周期性脈沖波形。
以下通過實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-8采用表1的發(fā)光材料和市售單一 PN結(jié)LED芯片，采用通用封裝技術(shù)得到的方波脈沖LED白光發(fā)光裝置，脈沖頻率為50赫茲，也就是脈沖周期為20ms。脈沖周期內(nèi)電流接通時(shí)間為12. 5ms，關(guān)斷時(shí)間為7. 5ms。以下實(shí)施例采用圖3所述的脈沖驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電流不限于圖3或圖4所述的脈沖驅(qū)動(dòng)電流。本發(fā)明適用于方向不變， 大小隨時(shí)間周期性改變的電流。即按照一定的時(shí)間規(guī)律，通電一段時(shí)間，然后又?jǐn)嚯娨欢螘r(shí)間，又通電一段時(shí)間，然后又?jǐn)嚯娨欢螘r(shí)間，如此反復(fù)。實(shí)施例1-8表 1
實(shí)施例LED芯片(發(fā)光波長)發(fā)光材料_材料整體發(fā)光壽命(ms)
40wt%Sr2P2O7:Eu2+,Y3+
1紫外(254nm) 7+ 30 __60wt% Zn3(P04)2:Mn2+,Ga3+__
2紫外(254nm)_CdSiO3 :Py3+__20_
15wt% Zn2P207:Tm3+
25wt% Sr4Al14O25 :Eu2+,Dy3+,B3+
3紫外(310nm)，55
40wt%CaS:Eu2+
__20wt%Ca40(P04)2:Eu2+__
15wt%Ca2P207:Eu2+,Y3+
4紫外(365nm) 25wt%Sr4Al14025:Eu2+,Dy3+B3+ 16 __60wt% Y2O2S :Eu3+__
50wt%SrMg2(P04)2 :Eu2+,Gd3+
5紫光(400nm) ； 5 __50% CaTiO3 :Pr3+__
35wt% Sr4Al14O25 :Eu2+
6紫光(400nm) 1 __65wt% Y2O2S :Eu3+__
40wt%SrAl204:Eu2+,B3+
7藍(lán)光(450nm) Q 100 __60wt%Y202S:Sm3+__
40wt% SrAl204:Eu2+
8藍(lán)光(460nm) o Q 48 __|60wt% Y2O2S :Mg2+,Ti3+__ 試驗(yàn)例1本發(fā)明脈沖LED白光發(fā)光裝置發(fā)光特性
表2給出了實(shí)施例1-8所給出的脈沖LED白光發(fā)光裝置用每秒拍300張照片的 Sarnoff公司CAM512型高速科學(xué)級(jí)照相機(jī)拍攝的20毫秒內(nèi)的發(fā)光亮度。參比樣1為市售 460納米藍(lán)光芯片封裝上黃色發(fā)光材料YAG Ce (發(fā)光壽命為100ns)按實(shí)施例1_8的同一方式組成的脈沖驅(qū)動(dòng)LED白光發(fā)光裝置，參比樣2為市售460納米藍(lán)光芯片封裝上長壽命材料SrAl204:Eu2+，Dy3+和4AS:Eu，Mg，Ti (發(fā)光壽命大于1秒)按實(shí)施例1-8的同一方式組成的脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED白光發(fā)光裝置。表2中亮度數(shù)據(jù)為相對(duì)亮度，無量綱。表權(quán)利要求
1.脈沖LED白光發(fā)光單元，包括采用脈沖電流驅(qū)動(dòng)的LED芯片和能夠在此LED芯片激發(fā)下發(fā)光的發(fā)光材料，其特征在于所述發(fā)光材料的發(fā)光壽命是1 100ms，LED芯片發(fā)出的光與發(fā)光材料發(fā)出的光的混合色為白色。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其特征在于所述脈沖電流的頻率為50 150赫茲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其特征在于所述的發(fā)光材料的發(fā)光壽命是5 20ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其特征在于所述發(fā)光材料是CaS: Eu2+ ；CaS: Bi2+，Tm3+ ；ZnS: Tb3+ ；CaSrS2: Eu2+, Dy3+ ；SrGa2S4: Dy3+ ；Ga2O3: Eu3+ ； (Y, Gd) BO3: Eu3+ ；Zn2SiO4:Mn2+ ；YBO3: Tb3+ ；Y (V, P) O4: Eu3+ ；SrAl2O4: Eu2+ ；SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, B3+ ；Sr4Al14O25:Eu2+ ；Sr4Al14025:Eu2+, Dy3+，B3+ ；BaAl2O4:Eu2+ ；CaAl2O4:Eu2+ ；Sr3SiO5:Eu2+, Dy3+ ； BaMgAl10O17:Eu2+，Mn2+ ；Tb (acac) 2 (AA) phen ；Y2O2S:Eu3+，Y2SiO5: Tb3+ ；SrGa2S4: Ce3+ ；Y3 (Al, Ga) 5012:Tb3+ ；Ca2Zn4Ti15O36: Pr3+ ；CaTiO3: Pr3+ ；Zn2P2O7: Tm3+ ；Ca2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Sr2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Lu2O3 = Tb3+ ；Sr2Al6O11: Eu2+ ；Mg2SnO4lMn2+ ；CaAl2O4: Ce3+，Tb3+ ；Sr4Al14O25: Tb3+ ；Ca10 (PO4)6 (F, Cl) :Sb, Mn ；Sr2MgSi2O7:Eu2+ ；Sr2CaSi2O7:Eu2+ ；Zn3(P04)2Mn2+，Ga3+ ；CaO:Eu3+ ；Y2O2S:Mg2+, Ti3+ ；Y2O2S: Sm3+ ； SrMg2 (PO4) 2: Eu2+, Gd3+ ；BaMg2 (PO4) 2 Eu2+, Gd3+ ；Zn2SiO4 Mn2+，As5+ ； CdSiO3: Dy3+, MgSiO3: Eu2+, Mn2+ 中的一種或多種混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其特征在于所述發(fā)光材料是=Ca2P2O7: Eu2+, Y3+ ；Sr2P2O7:Eu2+, Y3+ ；Sr4Al14025:Eu2+, Dy3+，B3+；SrAl2O4 Eu2+，Dy3+， B3+ ；Zn2Si04:Mn2+, As5+ ；Y2O2S = Eu3+ ； Sr4Al 14025 Tb3+ ；Zn3 (PO4) 2 Mn2+，Ga3+ ； CaSiEu2+ ； SrMg2 (PO4)2:Eu2+，Gd3+ ；BaMg2 (PO4)2:Eu2+，Gd3+ 中的一種或多種混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其特征在于LED芯片發(fā)出的光是紫外或可見光，紫外光的范圍為200nm 380nm，可見光的范圍為380nm 780nm。
7.脈沖LED白光發(fā)光裝置，其特征在于包括脈沖驅(qū)動(dòng)電路和至少一個(gè)權(quán)利要求1-6 任一項(xiàng)所述的脈沖LED白光發(fā)光單元，其中所述LED芯片是只包含一個(gè)發(fā)光PN結(jié)的LED芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖LED白光發(fā)光裝置，其特征在于LED發(fā)光裝置還包括導(dǎo)光覆蓋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脈沖LED白光發(fā)光裝置，其特征在于所述導(dǎo)光覆蓋層中摻有粒徑小于5微米的非發(fā)光材料顆粒。
10.包括LED芯片和能夠在此LED芯片激發(fā)下發(fā)光的發(fā)光材料的發(fā)光單元在制備脈沖 LED白光發(fā)光裝置中的用途，其中所述發(fā)光材料的發(fā)光壽命是1 100ms，所述LED芯片是只包含一個(gè)發(fā)光PN結(jié)的LED芯片，LED芯片發(fā)出的光與發(fā)光材料發(fā)出的光的混合色為白色。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖LED白光發(fā)光裝置，屬于白光LED制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明LED白光發(fā)光裝置，包括LED芯片和能夠在此LED芯片激發(fā)下發(fā)光的發(fā)光材料，其特征在于所述發(fā)光材料的發(fā)光壽命是1-100ms(優(yōu)選5-20ms)，所述LED芯片發(fā)出的光與發(fā)光材料發(fā)出的光的混合色為白色；其中所述LED白光發(fā)光單元采用的驅(qū)動(dòng)頻率優(yōu)選為50-150赫茲。本發(fā)明由于使用特定壽命的發(fā)光材料，當(dāng)電流周期變化時(shí)，發(fā)光并不隨著激發(fā)光源的消失而消失，而會(huì)持續(xù)到下個(gè)周期開始，從而彌補(bǔ)了由于脈沖電流關(guān)斷時(shí)導(dǎo)致的LED芯片的發(fā)光頻閃的影響，使白光發(fā)光裝置在脈沖周期的光輸出保持穩(wěn)定，從而消除了脈沖頻閃發(fā)光對(duì)人眼的傷害。
文檔編號(hào)H01L33/50GK102468414SQ201010538949
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉北斗, 張明, 張立, 李東明, 楊冕, 羅文正, 趙昆 申請(qǐng)人:四川新力光源有限公司