CN111129263A - 一种光谱中增加红外波段的白光led光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光谱中增加红外波段的白光LED光源，由LED支架、紫外或近紫外LED芯片(380nm‑420nm)及混合荧光粉胶(红外、红、绿、蓝)组成，利用紫外或近紫外LED芯片发出的光，激发在其表面的荧光粉层，产生近红外、红、绿、蓝四波段混合白光，本申请的白光LED光源光谱补充了红外波段光谱，使其光谱更接近太阳光谱，是目前LED产生高显色白光且最接近太阳光谱的最佳选择。该光源可以获得很高的显色指数，其产生的红外光除可促进植物生长外，还可用于其他需要红外波段的特殊用途的使用中。由于红外荧光粉相对红外芯片具有更高的热稳定性，在使用中不易发生波长飘移，这是其他任何发光方式都无法实现的。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种使用红外荧光粉的增加红外波段的白光LED光源。
背景技术
在能源日渐匮乏的今天，相对于传统的荧光灯和白炽灯，白光LED作为一种新型的照明光源具有节能、环保、响应时间短、寿命长等显著的优势。当前LED产业正在迅速发展，除进入普通照明的市场外专业照明领域也已经普遍使用LED光源。其中白光LED主要应用于摄影照明、颜色检测、植物生长等专业领域。白光LED主要有以下几种发光方式。
1、采用红、绿、蓝色芯片发光混色成白光，或者用蓝+黄色两种芯片混色产生白光。
2、白光芯片，即在同一外延片内依次沉积出能发出不同颜色的光的多层量子阱结构。
3、采用蓝色芯片配合黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光激发荧光粉发出的黄光混合产生白光。
4、采用蓝色芯片配合红、绿荧光粉，通过芯片发出的蓝光激发荧光粉发出的红光、绿光混合获得白光。
上述的前两种方式是直接采用芯片发光获得白光，但是不同波段的芯片或者量子阱的衰减存在差异，因此在使用中存在不稳定现象，极易造成色度的偏移(红绿蓝光光强比例发生改变)。并且，芯片发光峰窄，光谱不连续。这两种方式已逐渐被淘汰。
上述的第三种方法是采用芯片加荧光粉的方法获得白光，也是当前最常用的白光LED制作方法，即黄色荧光粉+蓝光芯片方案制作白光LED。在部分专业领域中对于光源的显色会有更高要求，所以上述的第四种方法是采用芯片加荧光粉的方法获得白光也得到广泛使用。随着对光谱范围以及显色的进一步需求，又出现紫外或近紫外LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉获得白光，在行业内称为全光谱光源。
然而上述几种白光相对于太阳光来说，都缺少红外波段。无法满足植物照明颜色检测、视频监控等需要红外波段加入的特殊需求。
发明内容
本发明的目的是在现有紫外或近紫外LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉获得全光谱白光的基础上增加红外波段部分,并保持高显色指数(CRI>95，从R1到R15全部大于90)。利用近紫外或近紫外激发荧光粉产生三基色光，混色形成白光的同时增加红外波段使其更接近太阳光。
为实现上述目的，本发明提供的白光LED光源，由LED支架，紫外或近紫外LED芯片及混合荧光粉胶组成。利用紫外或近紫外LED芯片发出的光，激发在其表面的荧光粉层，而产生近红外、红、绿、蓝四波段混合白光。将LED芯片固定于LED支架上，连通电极并将具有红外、红、绿、蓝四色混合的荧光粉胶体，以涂覆或点胶的方式涂在LED芯片表面，利用近紫外或近紫外激发荧光粉产生四色光，混色形成白光。
一种光谱中增加红外波段的白光LED光源，由紫外或近紫外LED芯片激发红、绿、蓝三色荧光粉混合成白光，或者由蓝光LED芯片激发红、绿色荧光粉混合成白光；其特征在于：还包括被紫外或近紫外LED芯片或蓝光LED芯片激发的红外荧光粉，使白光LED光源具有红外波段光谱，780nm处发光强度大于相对光谱最高点的20％，白光LED光源的光谱接近于太阳光谱。
所述红外荧光粉的化学组成为：(Y,Gd)3Ga5O12:Cr，峰值波长700nm-750nm、LiGa5O8:Cr，峰值波长715nm、Y3Al5O12:Cr，峰值波长707nm、SrAl2O4:Cr，峰值波长790nm中的一种或几种混合物。
其中紫外或近紫外LED芯片发光峰值波长为380nm-420nm。
红色荧光粉种类包括：CaAlSi(ON)3:Eu、α-SiAlON:Eu、K2SiF6:Mn中的一种或几种。
绿色荧光粉种类包括：β-SiAlON:Eu、Lu3Al5O12:Eu、La2Si6N11:Ce中的一种或几种。
蓝色荧光粉种类包括：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu。
优选：红外、红、绿、蓝荧光粉化学式分别为(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、CaAlSi(ON)3:Eu、β-SiAlON:Eu、(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu。
所述蓝光芯片发光峰值波长为440nm-460nm。
优选：红外、红、绿荧光粉化学式分别为(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、CaAlSi(ON)3:Eu、Lu3Al5O12:Eu。
因此本发明在紫外或近紫外LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉获得白光的基础上加入红外荧光粉，其发光光谱更接近太阳光。由于红外荧光粉相对红外芯片具有更高的热稳定性，在使用中不易发生波长飘移，更适用于满足日益严苛的专业照射需求。在加入红外荧光粉后，不仅具有了红外波段的光谱，同时提高了显色指数。
本发明的优点在于：
1、本发明为一种高显色指数白光LED光源，因为所用芯片峰值波长在380nm-420nm，这种LED芯片产生的光大部分用于激发荧光粉，可以获得很高的显色指数(CRI>95，从R1到R15全部大于90)，远超过其他蓝光芯片配合荧光粉所产生的显色指数。
2、本发明所产生的白光，因为是由近紫外或近紫外激发而得，色温均匀性良好，无光斑。
3、本发明所制作的白光LED光源，其光谱中含有近红外波段接近太阳光谱，可适用于植物生长及其他需要红外波段的特殊用途。
4、本发明所制作的白光LED光源，虽引入了红外荧光粉，但对生产工艺及良率无影响。
附图说明
图1为本发明实施例1的贴片LED灯珠结构示意图。
图2为本发明实施例1的发光光谱(Proposed spectrum)与蓝色芯片配合红、绿荧光粉混合形成的白光光谱(Standard LED)，紫外或紫光LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉混合形成的白光光谱(全光谱LED)对比图。
图3本发明实施例2的LED模组结构示意图。
图4为本发明实施例2的发光光谱(Proposed spectrum-5000K)与CIE D50标准光源的光谱(D50)对比图。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施方式的白光贴片LED灯珠包括LED芯片1、两个电极2和LED支架3，两个电极分别在LED支架3的两端，用于引出LED芯片1的正负极。
首先，将芯片1(本实施例使用峰值波长405nm芯片)固定在LED支架3上，芯片两端分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极2到导通。
接着，按一定比例配出含有红外、红、绿、蓝四色荧光粉(本实施例红外荧光粉(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、红色荧光粉：CaAlSi(ON)3:Eu、绿色荧光粉：β-SiAlON:Eu、蓝色荧光粉：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu)的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。
进一步地，将混合胶体均匀涂敷在LED芯片上方，合理设置其涂覆厚度，保证良好的光色均匀性，使LED保持较高的出光效率。
图2为本实施例的发光光谱(本实施例1发光光谱)与蓝色芯片配合红、绿荧光粉混合形成的白光光谱(普通LED)-450nm蓝光芯片、Lu3Al5O12:Eu绿色荧光粉、CaAlSi(ON)3:Eu红色荧光粉，紫外或紫光LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉混合形成的白光光谱(全光谱LED)对比，色温均为3200K。本实施例与另两种方案对比，包含红外波段，光谱更宽。以光谱计算同色异谱指数Mivis＜0.5。
表1为本实施例的显色指数与普通高显色LED显色指数的数据对比，本实施例可保持CRI>95，从R1到R15全部大于90。
表1
实施例2
如图3所示，本实施方式的白光LED模组包括LED模组支架1、LED芯片2和两个电极3，两个电极分别在LED模组支架1的两对角，用于引出LED芯片2的正负极。
首先，将若干芯片2(本实施例使用峰值波长405nm芯片)固定在LED模组支架1上，通过串并联方式，芯片两端分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极3到导通。
接着，围坝并烘烤后按一定比例配出含有红外、红、绿、蓝(本实施例红外荧光粉：(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、红色荧光粉：CaAlSi(ON)3:Eu、绿色荧光粉：β-SiAlON:Eu、蓝色荧光粉：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu)四色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。
进一步地，将混合胶体均匀涂敷在LED芯片上方，合理设置其涂覆厚度，保证良好的光色均匀性。
图4为本实施例的发光光谱(本实施例2发光光谱)与CIE D50标准光源的光谱(D50)对比。由于增加了红外波段，在可见光范围(380nm—780nm)内，本实施例发光光谱与标准光源的光谱分布相近。
以上内容是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，根据本发明构思所作出的任何推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光谱中增加红外波段的白光LED光源，由紫外或近紫外LED芯片激发红、绿、蓝三色荧光粉混合成白光，或者由蓝光LED芯片激发红、绿色荧光粉混合成白光；其特征在于：还包括被紫外或近紫外LED芯片或蓝光LED芯片激发的红外荧光粉，使白光LED光源具有红外波段光谱，780nm处发光强度大于相对光谱最高点的20％，白光LED光源的光谱接近于太阳光谱。
2.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，所述红外荧光粉的化学组成为：(Y,Gd)3Ga5O12:Cr，峰值波长700nm-750nm、LiGa5O8:Cr，峰值波长715nm、Y3Al5O12:Cr，峰值波长707nm、SrAl2O4:Cr，峰值波长790nm中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，所述红外荧光粉的化学组成为：(Y,Gd)3Ga5O12:Cr。
4.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，其中红色荧光粉种类包括：CaAlSi(ON)3:Eu、α-SiAlON:Eu、K2SiF6:Mn中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，绿色荧光粉种类包括：β-SiAlON:Eu、Lu3Al5O12:Eu、La2Si6N11:Ce中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，蓝色荧光粉种类包括：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu。
7.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，其中紫外或近紫外LED芯片发光峰值波长为380nm-420nm。
8.根据权利要求6所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，其中红外、红、绿、蓝荧光粉化学式分别为(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、CaAlSi(ON)3:Eu、β-SiAlON:Eu、(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu。
9.根据权利要求1所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，其中蓝光芯片发光峰值波长为440nm-460nm。
10.根据权利要求8所述的光谱中增加红外波段的白光LED光源，红外、红、绿荧光粉化学式分别为(Y,Gd)3Ga5O12:Cr、CaAlSi(ON)3:Eu、Lu3Al5O12:Eu。
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