CN117542853B - 仿生太阳光谱led及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED技术领域，尤其涉及仿生太阳光谱LED及其制备方法；仿生太阳光谱LED，LED晶片包括波长为440‑445nm的第一LED晶片、波长为450‑455nm的第二LED晶片和波长为465‑470nm的第三LED晶片、波长为410‑415nm第四LED晶片和380‑385nm第五LED晶片；LED晶片上涂覆有荧光胶，荧光胶为发射波长为490‑505nm的蓝粉、发射波长为530‑540nm的绿粉、发射波长为625‑635nm的红粉、发射波长为650‑660nm的红粉，发射波长为705‑715nm的红外粉、发射波长为745‑755nm的红外粉、发射波长为765‑775nm的红外粉、发射波长为810‑830nm的红外粉、发射波长为910‑930nm的红外粉、发射波长为1010‑1030nm的红外粉与硅胶组合的混合物。本发明满足高显色性、高SSI光谱相似度，且S/P ratio与M/P ratio参数都和太阳光相同的光谱，较好地应用于仿生太阳光谱学以及医疗检验仪器，血液、尿液检测领域。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及仿生太阳光谱LED及其制备方法。
背景技术
在人造光源还没有出现之前，太阳光是唯一光源，先祖们日出而作日落而息，依靠太阳来生活。太阳光不仅能为地球提供照明和能量来源，还能调节人类的生理节奏，对人类的生物学、心理、人体产生影响，地表生物的生命过程和进化也长期依赖于太阳光。但现代都市人尤其是办公室的上班一族长时间处于室内，很少接触到太阳光，无法从太阳得到益处。
随着LED照明技术和市场的发展，模拟太阳光的LED光源技术已经在不同的机构和企业展开了研究。相关的技术方案通常有三种，一为LED芯片（如紫光和蓝光等）激发多色荧光粉，具有输出光谱相对稳定、显色指数高、驱动电源无需单独设计、规模生产成本可控等优点，通用照明中要求高品质的市场前景乐观；二为不同波长、多个LED器件组合，LED器件的峰值波长能够从紫外到红外实现全覆盖，通过调控不同波段的LED器件的光输出，可以获得形态多变的光谱，因LED器件峰值半宽相对较窄，模拟连续太阳光需要的器件数量较大，同时，面临驱动电源调控的高成本、输出用于照明的白光校准、不同LED器件光衰不一致等问题，该技术方案规模用于普通照明暂不成熟；三为以上两种方法的混合方案。
因此，亟需一种克服以上缺点的仿太阳LED照明。
发明内容
本发明的目的在于提供了仿生太阳光谱LED。
本发明的另一目的在于提供了仿生太阳光谱LED的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
仿生太阳光谱LED，包括LED晶片、支架和引脚；所述LED晶片包括波长为440-445nm的第一LED晶片、波长为450-455nm的第二LED晶片和波长为465-470nm的第三LED晶片、波长为410-415nm第四LED晶片和380-385nm第五LED晶片；所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片均设置在支架内，所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片通过引脚与所述支架的正极、负极串联连接；所述LED晶片上涂覆有荧光胶，所述荧光胶为发射波长为490-505nm的蓝粉、发射波长为530-540nm的绿粉、发射波长为625-635nm的红粉、发射波长为650-660nm的红粉，发射波长为705-715nm的红外粉、发射波长为745-755nm的红外粉、发射波长为765-775nm的红外粉、发射波长为810-830nm的红外粉、发射波长为910-930nm的红外粉、发射波长为1010-1030nm的红外粉与硅胶组合的混合物。
具体地，所述发射波长为490-505nm的蓝粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为530-540nm的绿粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为625-635nm的红粉、所述发射波长为650-660nm的红粉为CaAlSiN3:Eu成分；所述发射波长为705-715nm的红外粉、所述发射波长为745-755nm的红外粉、所述发射波长为765-775nm的红外粉、所述发射波长为810-830nm的红外粉、所述发射波长为910-930nm的红外粉、所述发射波长为1010-1030nm的红外粉为Ga4GeO8:Cr3+。
具体地，所述硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-775nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉=3:（0.4-0.6）:（1.5-1.7）:（0.05-0.06）：（0.25-0.35）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.7-0.9）:（0.7-0.9）：（0.8-1.0）。
具体地，所述支架还设置有热沉结构，所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片均设置于热沉结构。
具体地，所述引脚为对角式设置。
具体地，所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片的所用芯片合成的裸晶的峰值光谱能量比为：Фe（440-445nm）：Фe（450-455nm）：Фe（465-470nm）：Фe（410-415nm）：Фe（380-385nm）=（0.8-1.0）:（0.8-1.0）：（0.5-0.7）：（0.15-0.25）：（0.15-0.25）。
具体地，仿生太阳光谱LED封装成品光谱能量占比为：Фe（350-399nm）：Фe（400-499nm）：Фe（500-599nm）：Фe（600-699nm）：Фe（700-1000nm）=（0.5%-1.0%）:（3.8%-4.2%）：（10%-12%）:(20%-22%):(61%-63%)。
具体地，仿生太阳光谱LED封装成品相对光谱高度如下：350-460nm：≤0.2，700-850nm≥0.6，850-1000nm≥0.25， 峰值波长在770-790nm。
具体地，仿生太阳光谱LED封装成白光LED的色度宽容量控制在三阶麦克亚当椭圆内，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（350-830nm）系数>95%，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（430-690nm）系数>97%。
具体地，仿生太阳光谱LED封装成混色后白光LED色品质要求控制：满足Ra>95，R1-R15>90，TM-30-18，Rg>100，Rf>95，S/P ratio>1.34，M/P ratio>0.5大于同色温的太阳光。
仿生太阳光谱LED的制备方法，包括以下制备步骤：
S100：将LED晶片设置在支架的碗杯内，LED晶片通过绝缘胶或银胶用固晶机固晶固定在支架上，固晶完成后用150-160℃烤箱烘烤2h±10min，使LED晶片完全固定在支架上；
S200：固晶烘烤后，通过金线焊线机采用引线键合技术使支架的正负极连接，支架的碗杯内LED晶片通过串联方式连接；
S300：配制2700K荧光胶溶液，荧光胶溶液为硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-755 nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉按比例配制混合物，使光色满足色参数273要求；
S400：把S300配制好的2700K荧光胶溶液倒入点胶机胶桶内，排胶排泡完成后，将2700K荧光胶溶液按色参数要求点胶在支架的碗杯内，点胶后用先用80℃烘烤0.5h±5min，然后再用160℃烘烤4h±10min；
S500：将点胶烘烤后的仿生太阳光谱LED产品脱粒后用分光测试机按给定要求色参数分光。
与现有技术相比，本发明的仿生太阳光谱LED具有以下有益效果：
1. 本发明的仿生太阳光谱LED，其封装成品的S/P ratio与M/P ratio参数都具有与同色温太阳光相同的光谱，让人感官舒适，清晰视觉，柔和光美的视觉体验。
2. 本发明的仿生太阳光谱LED，其封装成品的SSI(350-830nm）>95%，SSI(430-690nm）>97%，具有优秀的光谱相似度参数，还原自然光颜色，让人体验自然，尊享阳光沐浴。
3. 本发明的仿生太阳光谱LED，其封装成品的600nm以上光谱成分占比60%以上，优越的光疗效果，治愈疗效波长。
4. 本发明的仿生太阳光谱LED，满足高显色性、高SSI光谱相似度，且S/P ratio与M/P ratio参数都和太阳光相同的光谱，较好地应用于仿生太阳光谱学，仿真识别以及健康照明领域。
5. 本发明的仿生太阳光谱LED，其还能够适用于医疗检验仪器，血液、尿液检测，用途新颖和广泛。
附图说明
图1是本发明的仿生太阳光谱LED的正面结构示意图。
图2是本发明的仿生太阳光谱LED的背面结构示意图。
图3是本发明的仿生太阳光谱LED的剖视图。
图4是本发明的仿生太阳光谱LED的裸晶发光光谱曲线图。
图5是本发明的仿生太阳光谱LED封装成品的发光光谱曲线图。
图6、7是本发明的仿生太阳光谱LED与2700K SSI光谱相似度计算图。
图8是本发明的仿生太阳光谱LED的测试报告。
图9是本发明的仿生太阳光谱LED封装成品的色度落点bin图要求指标。
附图标记：
10-引脚 11-第一LED晶片 12-第二LED晶片
13-第三LED晶片 14-第四LED晶片 15-第五LED晶片
16-碗杯 17-支架 18-荧光胶
19-热沉结构。
具体实施方式
下面结合附图1-9对本发明的技术方案做进一步的详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
仿生太阳光谱LED，包括LED晶片、支架17和引脚10；所述LED晶片包括波长为440-445nm的第一LED晶片11、波长为450-455nm的第二LED晶片12和波长为465-470nm的第三LED晶片13、波长为410-415nm第四LED晶片14和380-385nm第五LED晶片15；第一LED晶片11、第二LED晶片12、第三LED晶片13、第四LED晶片14和第五LED晶片15均设置在支架17内，所述第一LED晶片11、所述第二LED晶片12、所述第三LED晶片13、所述第四LED晶片14和所述第五LED晶片15通过引脚10与所述支架17的正极、负极串联连接。LED晶片上涂覆有荧光胶18，所述荧光胶18为发射波长为490-505nm的蓝粉、发射波长为530-540nm的绿粉、发射波长为625-635nm的红粉、发射波长为650-660nm的红粉，发射波长为705-715nm的红外粉、发射波长为745-755nm的红外粉、发射波长为765-775nm的红外粉、发射波长为810-830nm的红外粉、发射波长为910-930nm的红外粉、发射波长为1010-1030nm的红外粉与硅胶组合的混合物。
本实施例的所述发射波长为490-505nm的蓝粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为530-540nm的绿粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为625-635nm的红粉、所述发射波长为650-660nm的红粉为CaAlSiN3:Eu成分；所述发射波长为705-715nm的红外粉、所述发射波长为745-755nm的红外粉、所述发射波长为765-775nm的红外粉、所述发射波长为810-830nm的红外粉、所述发射波长为910-930nm的红外粉、所述发射波长为1010-1030nm的红外粉为Ga4GeO8:Cr3+。
本实施例的硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-775nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉=3:（0.4-0.6）:（1.5-1.7）:（0.05-0.06）：（0.25-0.35）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.7-0.9）:（0.7-0.9）：（0.8-1.0）。具体地，硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-775nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉为3:0.6:1.6:0.06:0.30:0.6:0.7:0.6:0.7:0.9:0.9，3:0.4:1.5:0.05:0.25:0.5:0.5:0.5:0.7:0.7:0.8，3:0.5:1.7:0.05:0.35:0.6:0.6:0.6:0.7:0.7: 1.0，3:0.4:1.6:0.06:0.25:0.5:0.7:0.6:0.8:0.8:0.8，3:0.5:1.6: 0.06:0.30:0.6:0.6:0.6:0.8:0.8:0.9，3: 0.6:1.5: 0.06：0.25: 0.7:0.5: 0.7: 0.9:0.7:1.0等等。例如硅胶：500nm蓝粉：530nm绿粉：630红粉：650红粉：710nm红外粉：750nm红外粉：770nm红外粉：820nm红外粉：920nm红外粉：1024nm红外粉为3：0.4:1.5:0.05：0.25:0.5:0.5:0.5:0.7:0.7：0.8。
本实施例的支架17还设置有热沉结构19，所述第一LED晶片11、所述第二LED晶片12、所述第三LED晶片13、所述第四LED晶片14和所述第五LED晶片15均设置于热沉结构19。支架17设置有热沉结构19，所述第一LED晶片11、所述第二LED晶片12、所述第三LED晶片13、所述第四LED晶片14和所述第五LED晶片15均设置于热沉结构19；支架17采用热电分离设计，有利于封装结构整体散热，提高LED封装使用功率，从而达到节约成本的功效。
本实施例所述引脚10为对角式设置。对角式设计的引脚10，极大程度提高功能区LED晶片放置位置，提高产品集约化设计，从而提高产品亮度。
本实施例所述支架17的铜厚为0.2-0.3mm，杯深为0.3-0.5mm，总高度为0.5-0.8mm。优选地，所述支架17的铜厚为0.25mm，杯深为0.4mm，总高度为0.65mm。
本实施例的第一LED晶片11、第二LED晶片12、第三LED晶片13、第四LED晶片14和第五LED晶片15的所用芯片合成的裸晶的峰值光谱能量比为：Фe（440-445nm）：Фe（450-455nm）：Фe（465-470nm）：Фe（410-415nm）：Фe（380-385nm）=（0.8-1.0）:（0.8-1.0）：（0.5-0.7）：（0.15-0.25）：（0.15-0.25）。
本实施例的仿生太阳光谱LED，其封装成品光谱能量占比为：Фe（350-399nm）：Фe（400-499nm）：Фe（500-599nm）：Фe（600-699nm）：Фe（700-1000nm）=（0.5%-1.0%）:（3.8%-4.2%）：（10%-12%）:(20%-22%):(61%-63%)。
本发明的仿生太阳光谱LED封装成品的发光光谱分布如表1所示。
表1 仿生太阳光谱LED封装成品发光与太阳光光谱分布。
本实施例的仿生太阳光谱LED，其封装成品相对光谱高度如下：350-460nm：≤0.2，700-850nm≥0.6，850-1000nm≥0.25，峰值波长在770-790nm。
本实施例的仿生太阳光谱LED，其封装成白光LED的色度宽容量控制在三阶麦克亚当椭圆内，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（350-830nm）系数>95%，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（430-690nm）系数>97%。
表2 本发明的仿生太阳光谱LED与太阳光4000K S/P ratio与M/P ratio对比。
本发明的仿生太阳光谱LED，其封装成品的SSI(350-830nm）>95%，SSI(430-690nm）>97%，与2700K的太阳光具有优秀的光谱相似度参数，还原自然光颜色，让人体验自然，尊享阳光沐浴。
本实施例的仿生太阳光谱LED，其封装成混色后白光LED色品质要求控制：满足Ra>95，R1-R15>90，TM-30-18，Rg>100，Rf>95，S/P ratio>1.34，M/P ratio>0.5大于同色温的太阳光。本发明的仿生太阳光谱LED，其封装成品的S/P ratio与M/P ratio参数都具有与同色温太阳光相同的光谱，让人感官舒适，清晰视觉，柔和光美的视觉体验。
仿生太阳光谱LED的制备方法，包括以下制备步骤：
S100：将LED晶片设置在支架17的碗杯16内，LED晶片通过绝缘胶或银胶用固晶机固晶固定在支架17上，固晶完成后用150-160℃烤箱烘烤2h±10min，使LED晶片完全固定在支架17上；
S200：固晶烘烤后，通过金线焊线机采用引线键合技术使支架17的正负极连接，支架17的碗杯16内的LED晶片通过串联方式连接；
S300：配制2700K荧光胶18溶液，荧光胶18溶液为硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-755 nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉按比例配制混合物，使光色满足色参数273要求；
S400：把S300配制好的2700K荧光胶18溶液倒入点胶机胶桶内，排胶排泡完成后，将2700K荧光胶18溶液按色参数要求点胶在支架17的碗杯16内，点胶后用先用80℃烘烤0.5h±5min，然后再用160℃烘烤4h±10min；
S500：将点胶烘烤后的仿生太阳光谱LED产品脱粒后用分光测试机按给定要求色参数分光。
本发明的仿生太阳光谱LED分光参数如表3所示。
表3 本发明的仿生太阳光谱LED封装成品分光参数。
本发明的仿生太阳光谱LED，满足高显色性、高SSI光谱相似度，且S/P ratio与M/Pratio参数都和太阳光相同的光谱，较好地应用于仿生太阳光谱学，仿真识别以及健康照明领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.仿生太阳光谱LED，包括LED晶片、支架和引脚；其特征在于：所述LED晶片包括波长为440-445nm的第一LED晶片、波长为450-455nm的第二LED晶片和波长为465-470nm的第三LED晶片、波长为410-415nm第四LED晶片和380-385nm第五LED晶片；所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片均设置在支架内，所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片通过引脚与所述支架的正极、负极串联连接；所述LED晶片上涂覆有荧光胶，所述荧光胶为发射波长为490-505nm的蓝粉、发射波长为530-540nm的绿粉、发射波长为625-635nm的红粉、发射波长为650-660nm的红粉，发射波长为705-715nm的红外粉、发射波长为745-755nm的红外粉、发射波长为765-775nm的红外粉、发射波长为810-830nm的红外粉、发射波长为910-930nm的红外粉、发射波长为1010-1030nm的红外粉与硅胶组合的混合物；
所述发射波长为490-505nm的蓝粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为530-540nm的绿粉为Lu3Al5O12:Ce3+成分；所述发射波长为625-635nm的红粉、所述发射波长为650-660nm的红粉为CaAlSiN3:Eu成分；所述发射波长为705-715nm的红外粉、所述发射波长为745-755nm的红外粉、所述发射波长为765-775nm的红外粉、所述发射波长为810-830nm的红外粉、所述发射波长为910-930nm的红外粉、所述发射波长为1010-1030nm的红外粉为Ga4GeO8:Cr3+；
所述硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-755 nm 红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉的质量比=3:（0.4-0.6）:（1.5-1.7）:（0.05-0.06）：（0.25-0.35）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.5-0.7）:（0.7-0.9）:（0.7-0.9）：（0.8-1.0）。
2.根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：所述支架还设置有热沉结构，所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片均设置于热沉结构上。
3.根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：所述引脚为对角式设置。
4.根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：所述第一LED晶片、所述第二LED晶片、所述第三LED晶片、所述第四LED晶片和所述第五LED晶片的所用芯片合成的裸晶的峰值光谱能量比为：Фe（440-445nm）：Фe（450-455nm）：Фe（465-470nm）：Фe（410-415nm）：Фe（380-385nm）=（0.8-1.0）:（0.8-1.0）：（0.5-0.7）：（0.15-0.25）：（0.15-0.25）。
5.根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：其封装成品光谱能量占比为：Фe（350-399nm）：Фe（400-499nm）：Фe（500-599nm）：Фe（600-699nm）：Фe（700-1000nm）=（0.5%-1.0%）:（3.8%-4.2%）：（10%-12%）:(20%-22%):(61%-63%)。
6. 根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：其封装成品相对光谱高度如下：350-460nm：≤0.2，700-850nm≥0.6，850-1000nm≥0.25， 峰值波长在770-790nm；其封装成白光LED的色度宽容量控制在三阶麦克亚当椭圆内，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（350-830nm）系数>95%，2700K太阳光光谱的光谱相似度SSI（430-690nm）系数>97%。
7. 根据权利要求1所述的仿生太阳光谱LED，其特征在于：其封装成混色后白光LED色品质要求控制：满足Ra>95，R1-R15>90，TM-30-18，Rg>100，Rf>95，S/P ratio>1.34，M/Pratio>0.5，S/P ratio和M/P ratio均大于同色温的太阳光。
8.一种权利要求1-7任一项所述的仿生太阳光谱LED的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
S100：将LED晶片设置在支架的碗杯内，LED晶片通过绝缘胶或银胶用固晶机固晶固定在支架上，固晶完成后用150-160℃烤箱烘烤2h±10min，使LED晶片完全固定在支架上；
S200：固晶烘烤后，通过金线焊线机采用引线键合技术使支架的正负极连接，支架的碗杯内LED晶片通过串联方式连接；
S300：配制2700K荧光胶溶液，荧光胶溶液为硅胶：蓝粉：绿粉：625-635nm的红粉：650-660nm的红粉：705-715nm的红外粉：745-755nm的红外粉：765-775nm红外粉：810-830nm的红外粉：910-930nm的红外粉：1010-1030nm的红外粉按比例配制混合物，使光色满足色参数273要求；
S400：把S300配制好的2700K荧光胶溶液倒入点胶机胶桶内，排胶排泡完成后，将2700K荧光胶溶液按色参数要求点胶在支架的碗杯内，点胶后用先用80℃烘烤0.5h±5min，然后再用160℃烘烤4h±10min；
S500：将点胶烘烤后的仿生太阳光谱LED产品脱粒后用分光测试机按给定要求色参数分光。
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