專(zhuān)利名稱：一種基于紫光led芯片的白光led及其照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明工程領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)光系統(tǒng)和裝置，特別涉及一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置。
背景技術(shù)：
LED燈(Light Emitting Diode)又叫發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED發(fā)光是基于電流作用下半導(dǎo)體材料中電子與空穴復(fù)合，這時(shí)電子所攜帶的多余能量需要釋放出來(lái)。如果該多余能量是以電子與晶格相關(guān)作用而釋放即產(chǎn)生聲子，就會(huì)產(chǎn)生熱；如果該多余能量是以光子形式釋放，就產(chǎn)生了光。光子能量即為兩個(gè)位置間的能量差，決定了光波波長(zhǎng)。 目前的白光LED主要是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光。實(shí)現(xiàn)方法有兩種，第一種方法是在藍(lán)色LED芯片上涂敷能被藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光互補(bǔ)形成白光。而這種方案的一個(gè)原理性的缺點(diǎn)就是該熒光體中Ce3+離子的發(fā)射光譜不具連續(xù)光譜特性，顯色性較差，難以滿足低色照明的要求，同時(shí)發(fā)光效率還不高。這種LED的最高效率達(dá)到44. 31m/w，最高光通量為1871m，產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品可達(dá)1201m，Ra為75-80 ;第二種方法是藍(lán)色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉，通過(guò)芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復(fù)合得到白光，顯色性較好，但是這種方法所用熒光粉有效轉(zhuǎn)換效率較低，尤其是紅色熒光粉的效率更低。這種LED色溫可達(dá)到3000K-6000K的較好結(jié)果，Ra達(dá)到82-87，較前述產(chǎn)品有所提高。同時(shí)，這兩種方法都存在一致性差、色溫隨角度變化的缺陷。熒光粉的激發(fā)峰寬和矮，而藍(lán)光激發(fā)峰高和窄，波長(zhǎng)短，能量高，能直接穿透晶體直達(dá)眼底視網(wǎng)膜上，激活細(xì)胞氧化反應(yīng)，啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，引起視網(wǎng)膜細(xì)胞損傷，導(dǎo)致視力下降甚至喪失。紫光LED激發(fā)三基色熒光粉形成白光的方法可以有效提高光源的顯色性，而且可以避免高而窄的藍(lán)光激發(fā)峰，是一種應(yīng)用前景很廣的白光LED。但是，目前，一方面，紫光LED轉(zhuǎn)換白光的效率較低，光源的顯色性較差，為了進(jìn)一步提高紫光LED轉(zhuǎn)換白光的效率以及光源的顯色性，需要對(duì)紫光LED芯片技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)。另一方面，鑒于現(xiàn)有基于紫光LED芯片的白光LED的藍(lán)光部分的損害性以及紅光材料發(fā)光效率較低，導(dǎo)致整個(gè)白光LED顯色性差，無(wú)法較好滿足人類(lèi)照明健康的要求及某些特殊行業(yè)(例如軍事、醫(yī)學(xué)、博物館等)對(duì)光源顯色性的要求。到目前為止，仍未有一種對(duì)人類(lèi)無(wú)害且高效的照明光源。雖然，這些光損害對(duì)人類(lèi)的作用是緩慢的，能耗的大小差異并非短期能體現(xiàn)。但它們所造成的結(jié)果不容忽視。因此，我們亟待研究出一種低耗能、高能效，而且對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境更加有益的照明光源。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高基于紫光LED芯片的白光LED的顯色性，降低藍(lán)光部分的損害性，提高紫光LED轉(zhuǎn)換白光的效率。本發(fā)明通過(guò)改善白光LED和照明裝置，提高了光源光譜中的紅光部分，增加了白光LED的顯色性，減弱了藍(lán)光部分及其對(duì)人體眼睛的傷害，從而達(dá)到了改良白光LED光源的目的。首先，本發(fā)明改善白光LED。經(jīng)改善后，本發(fā)明的白光LED，包括紫光LED芯片和覆蓋在紫光LED芯片上的熒光粉，它由紫光LED激發(fā)熒光粉形成，所述的熒光粉優(yōu)選為三基色熒光粉，它具體包含在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為495-535nm ;在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生黃光的黃色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為540_570nm ;在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生紅光的紅色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為630-650nm。本發(fā)明的白光LED的色溫和色坐標(biāo)可以通過(guò)調(diào)整熒光粉之間的重量比進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的白光LED的最佳色溫為2800-3500K。相應(yīng)地，本發(fā)明的熒光粉由重量比為(0. 5-2) (0. 7-2. 3) (2-5)的紅藍(lán)綠三種熒光粉組成；優(yōu)選地，本發(fā)明的熒光粉由重量比為0.8 : I : 3的紅藍(lán)綠三種熒光粉組成。其次，在燈罩的透光板內(nèi)側(cè)面和聚光外殼內(nèi)側(cè)面分別貼上高度反射藍(lán)光的高反射膜和高度反射紅光的高反射膜。 高反射膜為高折射率的薄膜，貼于低折射率的透光板的內(nèi)側(cè)面和聚光外殼內(nèi)側(cè)面上，薄膜上下表面的兩反射光使干涉加強(qiáng)，從而使反射光增強(qiáng)，透射光減弱。本發(fā)明所述的高反射膜為含有氧化鈦和氧化硅兩種材料的金屬膜，半徑為10-40_，厚度為0. 5-1. 1_。本發(fā)明高度反射藍(lán)光的高反射膜的透過(guò)率與光線波長(zhǎng)的關(guān)系曲線如圖I所示。該高反射膜在波長(zhǎng)為460nm處有最大反射率為40% -60%,反射率以波長(zhǎng)為軸以460nm為中心向兩邊衰減，在400nm和520nm處分別衰減至20%。本發(fā)明即是將該反射藍(lán)光的高反射膜貼于燈罩的透光板上，降低藍(lán)光的透射率，從而起到削弱藍(lán)光(435-480nm)成分的目的，本發(fā)明可以將白光LED光譜中的藍(lán)光(435-480nm)成分削弱40%-60%，降低了藍(lán)光危害。本發(fā)明高度反射紅光的高反射膜的透過(guò)率與光線波長(zhǎng)的關(guān)系曲線如圖2所示。該高反射膜在波長(zhǎng)為640nm處有最大反射率為40% -60%,反射率以波長(zhǎng)為軸以640nm為中心向兩邊衰減，在570nm和740nm處分別衰減至20%。本發(fā)明即是將該反射紅光的高反射膜貼于聚光外殼的內(nèi)側(cè)面上，從而提高了燈罩內(nèi)部對(duì)紅光的反射率，補(bǔ)充LED光譜中的紅光部分。同時(shí)，由于高度反射紅光的高反射膜對(duì)藍(lán)光的反射極弱，將從燈罩的透光板處的高反射膜反射回?zé)粽謨?nèi)的藍(lán)光削弱，從而進(jìn)一步減弱藍(lán)光光譜。本發(fā)明光源色溫為2700-13000K，優(yōu)選為2800-3500K，顯色指數(shù)為85-97，本光源在室內(nèi)照明的光強(qiáng)度優(yōu)選在200-300Lux之間?？傊景l(fā)明通過(guò)紫光LED芯片激發(fā)覆蓋在本發(fā)明紫光LED芯片上的熒光粉，并且利用高反射膜提高光譜中的紅光部分、減弱藍(lán)光部分的方法，取得顯色指數(shù)更高、危害更小的照明光源。本發(fā)明所述的照明裝置為實(shí)現(xiàn)上述新型LED光源的照明裝置。該裝置形狀為面板形和梨形，并且本發(fā)明不局限于這些裝置的形狀。所述的照明裝置形狀為面板形時(shí)，發(fā)光模塊由紫光LED芯片激發(fā)三基色熒光粉形成白光的白光LED組成，芯片通過(guò)螺絲固定在正方形的底板上。反射藍(lán)光的高反射膜膠接在正方形的玻璃或塑料燈罩的內(nèi)側(cè)面上，反射紅光的高反射膜膠結(jié)在正方形底座的內(nèi)表面上，玻璃或塑料燈罩嵌于金屬圓框的凹槽中，金屬圓框通過(guò)內(nèi)外螺紋旋合在燈具的鋁制外殼上。電源線通過(guò)鋁制外殼壁上的小孔與底板背側(cè)面的變壓器相連。
所述的照明裝置形狀為梨形(如圖2所示)時(shí)，發(fā)光模塊由紫光LED芯片激發(fā)三基色熒光粉形成白光的白光LED組成，芯片通過(guò)螺絲固定在固定環(huán)上，芯片發(fā)出的光可通過(guò)金屬聚光外殼得以集中。反射藍(lán)光的高反射膜膠接在玻璃或塑料燈罩的內(nèi)側(cè)面上，反射紅光的高反射膜膠結(jié)在金屬聚光外殼的內(nèi)側(cè)面上，玻璃或塑料燈罩嵌于金屬環(huán)凹槽中，金屬環(huán)通過(guò)內(nèi)外螺紋旋合在金屬聚光外殼上。散熱模塊由金屬外殼以及散熱鰭片組成，散熱鰭片固定在金屬外殼上。塑料外殼以內(nèi)外螺紋形式旋合在散熱鰭片上。電源線通過(guò)塑料外殼與金屬外殼壁上的小孔與變壓器相連。總之，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)第一，在普通白光LED中，高能藍(lán)光對(duì)人眼的損害較大，另外人體的非視覺(jué)感光系統(tǒng)對(duì)藍(lán)光最敏感，長(zhǎng)期處于受高能藍(lán)光照射的環(huán)境會(huì)擾亂人體的生理節(jié)律，這不利于LED照明的推廣使用，而本發(fā)明通過(guò)采用高度反射藍(lán)光的高反射膜對(duì)435-480nm光譜進(jìn)行定量衰減(見(jiàn)圖I)，新型白光LED的藍(lán)光峰值為普通白光LED的50%~60%,大大降低了藍(lán)光對(duì)人眼的損傷，而且本發(fā)明新型白光LED在降低藍(lán)光峰值的同時(shí)，熒光粉的有效激發(fā)效率并·沒(méi)有降低，提高了顯色性與光效。第二，本發(fā)明通過(guò)高反射膜的反射作用，使LED光譜中的紅光部分得到加強(qiáng)，使該光源的顯色指數(shù)更高，提高了其應(yīng)用價(jià)值。第三，本發(fā)明采用紫光激發(fā)三種熒光粉的方法產(chǎn)生白光，相對(duì)于藍(lán)光激發(fā)的白光LED，顯色指數(shù)更高。第四，本發(fā)明新型白光LED既繼承了普通白光LED光源能效高、壽命長(zhǎng)、體積小、可靠性高，不會(huì)造成汞污染等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還改正了其部分缺點(diǎn)；本發(fā)明新型白光LED，在可見(jiàn)光的光譜范圍內(nèi)與最優(yōu)的太陽(yáng)光光譜接近，為連續(xù)光譜，顯色指數(shù)高，色彩全面，可以很好地還原物體的色彩。


圖I為本發(fā)明使用的高度反射藍(lán)光的高反射膜的透過(guò)率與光線波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖。圖2為本發(fā)明使用的高度反射紅光的高反射膜的透過(guò)率與光線波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置結(jié)構(gòu)示意。301為電源線；302為塑料外殼；303為散熱鰭片；304為金屬外殼；305為金屬聚光外殼；306為金屬環(huán)凹槽；307為金屬環(huán)；308為金屬環(huán)；309為金屬聚光外殼；310為固定環(huán)；311為螺絲；312為L(zhǎng)ED芯片。圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。401為電源線；402為塑料外殼；403為散熱鰭片；404為變壓器；405為L(zhǎng)ED芯片；406為金屬聚光外殼；407為高度反射藍(lán)光的高反射膜；408為驅(qū)動(dòng)電路；409為固定環(huán)；410為玻璃(或塑料)燈罩的透光板；411為高度反射紅光的高反射膜。圖5為本發(fā)明改善后白光LED與改善前白光LED的光譜曲線對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限于以下實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)或調(diào)整本發(fā)明的步驟方法即可實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類(lèi)似的替換和改動(dòng)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，是顯而易見(jiàn)的，它們都被視為包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。圖I、圖2分別為本發(fā)明使用的高度反射藍(lán)光的高反射膜和高度反射紅光的高反射膜的透過(guò)率與光線波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的一種基于紫光LED芯片的LED照明裝置形狀為梨形(如圖3所示)。發(fā)光模塊由紫光LED芯片激發(fā)三基色熒光粉形成白光的白光LED組成，芯片312通過(guò)螺絲311固定在固定環(huán)310上，芯片312發(fā)出的光可通過(guò)金屬聚光外殼305得以集中。高反射膜膠接在玻璃(或塑料)燈罩上，玻璃燈罩嵌于金屬環(huán)凹槽306中，金屬環(huán)308通過(guò)內(nèi)外螺紋·旋合在金屬聚光外殼309上。散熱模塊由金屬外殼304以及散熱鰭片303組成,散熱鰭片303固定在金屬外殼304上。塑料外殼302以內(nèi)外螺紋形式旋合在散熱鰭片303上。電源線301通過(guò)塑料外殼與金屬外殼304壁上的小孔與變壓器相連。
權(quán)利要求
1.一種基于紫光LED芯片的白光LED，包括紫光LED芯片和覆蓋在紫光LED芯片上的突光粉，它由紫光LED激發(fā)突光粉形成,并且在燈罩的透光板內(nèi)側(cè)面和聚光外殼內(nèi)側(cè)面分別貼上高度反射藍(lán)光的高反射膜和高度反射紅光的高反射膜，其特征在于，所述的熒光粉為三基色熒光粉，它包含在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為495-535nm ;在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生黃光的黃色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為540_570nm ;在紫光LED芯片激發(fā)下產(chǎn)生紅光的紅色熒光粉，其發(fā)射波長(zhǎng)為630-650nm。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的突光粉由重量比為(0.5-2) (0.7-2. 3) (2-5)的紅藍(lán)綠三種熒光粉組成。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于紫光LED芯片的白光LED,其特征在于,所述的突光粉由重量比為0.8 I 3的紅藍(lán)綠三種熒光粉組成。
4.如權(quán)利要求I所述的一種基于紫光LED芯片的白光LED，其特征在于，所述的高反射膜為高折射率的含有氧化鈦和氧化硅兩種材料的金屬膜，半徑為10-40mm，厚度為0.5-1. Imnin
5.如權(quán)利要求I所述的一種基于紫光LED芯片的白光LED，其特征在于，所述的高度反射藍(lán)光的高反射膜在波長(zhǎng)為460nm處有最大反射率為40% -60%，反射率以波長(zhǎng)為軸以460nm為中心向兩邊衰減，在400nm和520nm處分別衰減至20%;所述的高度反射紅光的高反射膜的波長(zhǎng)為640nm處有最大反射率為40% -60%，反射率以波長(zhǎng)為軸以640nm為中心向兩邊衰減，在570nm和740nm處分別衰減至20%。
6.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一所述的基于紫光LED芯片的白光LED的照明裝置，該裝置形狀為面板形或梨形，其特征在于，所述的照明裝置形狀為面板形時(shí)，發(fā)光模塊由紫光LED芯片激發(fā)三基色熒光粉形成白光的白光LED組成，芯片通過(guò)螺絲固定在正方形的底板上；反射藍(lán)光的高反射膜膠接在正方形的玻璃或塑料燈罩的內(nèi)側(cè)面上，反射紅光的高反射膜膠結(jié)在正方形底座的內(nèi)表面上，玻璃或塑料燈罩嵌于金屬圓框的凹槽中，金屬圓框通過(guò)內(nèi)外螺紋旋合在燈具的鋁制外殼上；電源線通過(guò)鋁制外殼壁上的小孔與底板背側(cè)面的變壓器相連； 所述的照明裝置形狀為梨形時(shí)，發(fā)光模塊由紫光LED芯片激發(fā)三基色熒光粉形成白光的白光LED組成，芯片通過(guò)螺絲固定在固定環(huán)上，芯片發(fā)出的光可通過(guò)金屬聚光外殼得以集中；反射藍(lán)光的高反射膜膠接在玻璃或塑料燈罩的內(nèi)側(cè)面上，反射紅光的高反射膜膠結(jié)在金屬聚光外殼的內(nèi)側(cè)面上，玻璃或塑料燈罩嵌于金屬環(huán)凹槽中，金屬環(huán)通過(guò)內(nèi)外螺紋旋合在金屬聚光外殼上；散熱模塊由金屬外殼以及散熱鰭片組成，散熱鰭片固定在金屬外殼上；塑料外殼以內(nèi)外螺紋形式旋合在散熱鰭片上；電源線通過(guò)塑料外殼與金屬外殼壁上的小孔與變壓器相連。
全文摘要
為了提高基于紫光LED芯片的白光LED的顯色性，降低藍(lán)光部分的損害性，提高紫光LED轉(zhuǎn)換白光的效率。本發(fā)明通過(guò)改善白光LED和照明裝置，減弱了藍(lán)光部分及其對(duì)人體眼睛的傷害，提高了光源光譜中的紅光部分，增加了白光LED的顯色性，從而達(dá)到了改良白光LED光源的目的。
文檔編號(hào)H01L33/60GK102790163SQ20121001492
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者顧懷宇 申請(qǐng)人:中山大學(xué)