一种低频驱动型白光led芯片及其封装方法和制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种低频驱动型LED芯片及其封装方法和制造方法，其特征在于，所述LED芯片包括蓝光或紫光或紫外LED芯片以及设置在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上的发光涂层，其中，所述发光涂层采用的发光材料为蓝色余辉发光材料A和黄色发光材料B的组合，并且所述蓝色余辉发光材料A是：Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+、CaS：Bi3+，Na+、CaS：Cu+，Na+或CaSrS：Bi3+中的至少一种，所述黄色发光材料B是：Y2O3·Al2O3·SiO2：Ce·B·Na·P、Tb3Al5O12：Ce、Y2O2S：Mg，Ti、Sr3SiO5：Eu2+，Dy3+、CaS：Sm3+、YAG：Ce或TAG：Ce中的至少一种，所述蓝色余辉发光材料A与所述黄色发光材料B的重量配比是10～70wt％：30～90wt％，在提供未经整流成直流电的交流电的情况下，所述发光材料能够与所述蓝光或紫光或紫外LED芯片配合发出低频闪的光线。
【专利说明】一种低频驱动型白光LED芯片及其封装方法和制造方法
[0001]
[0002]本发明是原申请号为CN201080065364.8、原发明名称为脉冲电流驱动的白光LED照明装置的分案申请，其优先权号为CN201010123249.3和CN201010206904.1，其中，所述原申请是基于国际申请号PCT/CN2010/075145进入中国国家阶段的发明专利申请。
【技术领域】
[0003]本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种低频驱动型白光LED片及其封装方法和制造方法。
【背景技术】
[0004]目前，LED用于照明、显示和背光源等领域，并以其节能、耐用、无污染等优点作为最有希望的下一代照明方式而引起广泛的重视。实现白光LED有多种方案，其中采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉组合来实现白光发射是当前制备白光LED最为成熟的技术方案。1967年《Appl.Phys.Lett.》第11卷第53页报道了发光材料Y3Al5O12:Ce3+，该材料具有黄色发光，最强发光波长在550纳米，寿命小于100纳秒。1997年((Appl.Phys.A))第64期417页报道了利用Y3Al5O12 =Ce3+的黄色发光和蓝光氨化嫁实现了 LED白光发射，此技术是当前制备白光LED最为成熟的技术方案。现有LED大部分采用大小及方向恒定的直流电作为芯片的驱动装置，在这种方式下，对LED的散热设计要求很高，如果不能及时将多余的热量散去，LED芯片会因结温过高而烧毁。 [0005]CN100464111C公布了一种利用不同发光颜色的LED芯片并联在交流电源中的交流LED灯，主要描述不同颜色的LED芯片在一起构成白光，及其具体电路，如红、绿和蓝色发光芯片，而没有涉及发光粉。美国专利US7，489，086B2公布了一种交流LED驱动装置及使用它的照明器件。该专利也着重于电路的组成，面对发光粉未见创新报道，仍然是使用传统Y3Al5O12 =Ce3+ 发光粉。
[0006]关于发光粉的改进，中国专利CN101118935A公开了白光LED及其照明装置。该发明要解决的技术问题在于提供具有发光效率高、显色性好和蓄光性的白光LED。其具有以下技术特征:包括紫光、紫外或蓝光的LED芯片及形成于所述LED芯片的发光面上，并由在所述紫光、紫外或蓝光激发下分别发出不同颜色的光的红色荧光粉、绿色荧光粉和选择蓝绿色突光粉、橙(或黄)色突光粉中至少一种突光粉构成的突光粉层，所述突光粉可以由双组份荧光粉组成，一个组分具有蓄光性，另一组分具有非蓄光性。但是该发明完全未涉及在交流电下使用的LED，更未提到频闪、发热的问题。
[0007]中国专利CN101052254B公开了驱动LED发光的方法。该发明的目的是提供一种驱动LED发光的方法，电源经脉冲发生装置产生具有一定占空比的超额定脉冲电流，所述超额定脉冲电流的频率为IKHz至1GHz，该超额定脉冲电流驱动LED间隔、超亮度发光，间隔的频率达到一定的高频，人的眼睛识别到的是连续的发光。该发明的技术手段是使脉冲电流间隔的频率达到一定高频(IKHz至IGHz)，目的是利用人眼的视觉暂留的生理现象使得人的肉眼无法识别发光器件的波动。在此种情况下虽然人眼无法识别脉冲发光的波动性，但实际上LED依然是在脉冲波动光下进行工作。对于采用几十至几百赫兹的脉冲电流，如何才能达到白光LED照明装置不产生频闪，采用什么样组分的发光涂层能克服脉冲电供电时，当电流周期变化时，造成的光输出不稳定，频闪对眼睛的伤害，这些是不可预知的，没有从根本上解决频闪问题。
[0008]中国专利CN101208813B公开了用于交流电力操作的发光装置。该发明公开的交流发光装置具有由若干发光单元串联构成的LED晶片。这些晶片在交流电源下工作的前提是必须采用桥式整流器。众所周知，桥式整流器的作用是把交流电变为直流电，仍然没有摆脱LED驱动电路对整流器的依赖，并不能明显提升LED照明设备整体使用寿命和降低成本。虽然在文件最后部分有提到“延迟磷光体衰减时间为I毫秒以上，该延迟磷光体可以采用各种已知荧光粉”的技术构想，但是从描述可以看出这纯粹只是一种猜想，而没有投入实用，同时仅概念性提出了交流直接驱动LED芯片与荧光粉的组合，但其中根本就没有公开任何技术细节。
[0009]通过对上述现有技术的分析，中国专利CN101118935A、中国专利CN101052254B和中国专利CN101208813B及其结合都没有给出采用交流直接驱动LED芯片发出低频闪光线的技术方案。
[0010]本发明的发明人研究了一种具有黄色长余辉现象的Y2O3 -Al2O3-SiO2:Ce -B -Na -P发光材料以及使用脉冲电流驱动的白光LED照明装置(中国专利申请200910307357.3)。但采用本发明的脉冲电流驱动方式和发光粉的余辉特性来弥补光输出波动的白光LED照明装置未见报道。
【发明内容】
[0011 ] 本发明的目的是提供一种脉冲电流驱动的白光LED照明装置。
[0012]本发明的技术方案:脉冲电流驱动的蓝光LED芯片或紫外芯片+蓝色余辉发光材料A+黄色发光材料B。其中，蓝色余辉发光材料A与黄色发光材料B的重量配比为10-70wt%:30-90wt%。优选的是:20-50wt%:50_80wt%。所述的白光LED照明装置使用脉冲电流驱动LED芯片，脉冲电流的频率不小于50赫兹。
[0013]本发明实现了一种使用脉冲电流驱动的白光LED照明装置，使LED芯片周期性的间隙工作，同时由于本发明所使用的发光粉具有余辉效应，能够弥补由于脉冲电流周期性变化导致的照明装置的光输出波动。
[0014]进一步地,所述蓝色余辉发光材料A的发光波长峰值在440-490纳米之间。
[0015]进一步地，所述蓝色余辉发光材料A 为 Sr4Al14O25 =Eu2+, Dy3+、Sr2MgSi2O7 =Eu2+, Dy3+、CaS:Bi3+，Na+、CaS:Cu+, Na+ 或 CaSrS =Bi3+ 中的至少一种。
[0016]所述黄色发光材料B的发光波长峰值在520-580纳米之间。
[0017]进一步地，黄色发光材料B是具有余辉现象的发光材料、不具有余辉的黄色发光材料，或二者混合。
[0018]进一步地，黄色发光材料B 是=Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P、Y2025:Mg, T1、Sr3SiO5:Eu2+, Dy3+、Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+、CaS:Sm3+、YAG:Ce 或 TAG:Ce 中的至少一种。
[0019]本发明白光LED照明装置的白光发射来自于在蓝光LED芯片或紫外芯片的激发下，蓝色余辉发光粉发射的蓝光，黄色发光粉发射的黄光与芯片的光组合成白光。
[0020]用紫光和紫外LED芯片也能激发上述发光粉，产生同样的效果。
[0021]本发明发光材料涂层可以采用蓝色余辉发光材料A+黄色发光材料B的混合发光涂层。也可以先将蓝色余辉发光材料A涂在芯片上后再在蓝色余辉发光材料A涂层上黄色发光材料B。
[0022]本发明脉冲电流驱动的白光LED照明装置原理如下:
[0023]通过附图1中所示的LED照明装置的基本模块示意图可以看出，脉冲电流的脉冲周期特性决定器件的发光也会具有明暗变化的周期性，亦即发光频闪，从而影响器件的使用。
[0024]本发明由于采用具有余辉特性的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，这样，在基于本发明方案的脉冲电流驱动的白光LED照明装置中，当电流周期变化到小电流阶段时，蓝色余辉材料会发射蓝色余辉，起到了弥补蓝光和激发黄色发光粉的作用，从而克服了由于脉冲电流电波动导致的LED芯片的发光颇闪的影响，使器件在脉冲周期的光输出保持稳定。另外，由于在脉冲周期内LED芯片有一段时间不工作，使得其热效应下降，这样有助于克服现有LED白光照明装置使用中碰到的芯片发热带来的系列难题。而且，本发明脉冲电流驱动的白光LED照明装置具有散热性能好，使用寿命长的特点，且不需要使用复杂的电路转换装置，显著降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为脉冲电流驱动LED发光基本装置示意图
[0026]图2 为 Sr4Al14O25 =Eu2+, Dy3+ 余辉光谱
[0027]图3 为 Sr2MgSi2O7 =Eu2+, Dy3+ 余辉光谱
[0028]图4 为 Y2O3.Al2O3.SiO2 =Ce-B-Na-P 的光致发光光谱
[0029]图5为LED发光单元组成示意图
[0030]图5-1，I为蓝色余辉发光材料A+黄色发光材料B的混合发光涂层；2为蓝光、紫光或紫外LED芯片；3为透镜。
[0031]图5-2，2为蓝光、紫光或紫外LED芯片；3为透镜，5为蓝色余辉发光材料A的涂层，4为黄色发光材料B的涂层。
[0032]以下通过实施例形式的【具体实施方式】，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例中，脉冲电流的频率为100赫兹，蓝光LED芯片的发射波长为460纳米，紫光LED芯片的发射波长为400nm，紫外LED芯片的发射波长为365nm。
【具体实施方式】
[0033]一种新的白光LED照明装置，它是由蓝光LED芯片+蓝色余辉发光材料A+黄色发光材料B组成 。其中，蓝色余辉发光材料A与黄色发光材料B的重量配比为10~70wt%:30~90wt%。优选的是:20~50wt%:50~80wt%。所述的白光LED照明装置使用脉冲电流驱动LED芯片，脉冲电流的频率不小于50赫兹。[0034]其中，蓝色余辉发光材料A的发光波长峰值在440~490纳米之间，如=Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+、Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+、CaS:Bi3+, Na+、CaS:Cu+, Na+、CaSrS:Bi3+。可以是一种或一种以上蓝色余辉发光材料的组合。
[0035]黄色发光材料B可以是具有余辉现象的发光材料，也可以是不具有余辉的黄色发光材料，或是二者混合。其发光波长峰值在520~580纳米之间。具有余辉现象的发光材料=Ce 激活的具有余辉现象的 Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P、Y2O2S:Mg, T1、Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+、Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+、CaS:Sm3+ ;不具有余辉的黄色发光材料 YAG:Ce 和 TAG =Ce0
[0036]本发明白光LED照明装置的白光发射来自于在蓝光LED芯片激发下，蓝色余辉发光粉发射的蓝光，黄色发光粉发射的黄光与芯片的光组合成白光。
[0037]本发明由于采用具有余辉特性的发光材料，在激发光源消失时能维持发光，这样，在基于本发明方案的脉冲电流驱动的白光LED照明装置中，当电流周期变化时，蓝色余辉发光材料会发射蓝色余辉，起到弥补蓝光和激发黄色发光粉的作用，从而克服了由于脉冲电流波动导致的LED芯片的发光频闪对照明的影响，使器件在脉冲周期的光输出保持稳定。另外，由于在脉冲周期内LED芯片有一段时间不工作，使得其热效应下降，这样有助于克服现有白光LED照明装置使用中碰到的芯片发热带来的系列难题。
[0038]以下是具体实施例。
[0039]实施例1-18
[0040]表1
[0041]
【权利要求】
1.一种白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 选取蓝光或紫光或紫外LED芯片； 在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上设置发光涂层，所述发光涂层采用的发光材料为蓝色余辉发光材料A和黄色发光材料B的组合，并且所述蓝色余辉发光材料A是:Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+、CaS:Bi3+, Na+、CaS:Cu+, Na+或 CaSrS:Bi3+中的至少一种，所述黄色发光材料 B 是=Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.PJb3Al5O12:Ce、Y2O2S:Mg, T1、Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+、CaS:Sm3\YAG:Ce或TAG:Ce中的至少一种，所述蓝色余辉发光材料A与所述黄色发光材料B的重量配比是10~70wt%:30~90wt%，在直接提供未经整流成直流电的交流市电的情况下，所述发光涂层能够与所述蓝光或紫光或紫外LED芯片配合发出低频闪的光线； 在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上设置电极。
2.一种白光LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 选取蓝光或紫光或紫外LED芯片； 在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上设置发光涂层，所述发光涂层采用的发光材料为蓝色余辉发光材料A和黄色发光材料B的组合，并且所述蓝色余辉发光材料A是:Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+、CaS:Bi3+, Na+、CaS:Cu+, Na+或 CaSrS:Bi3+中的至少一种，所述黄色发光材料 B 是=Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.PJb3Al5O12:Ce、Y2O2S:Mg, T1、Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+、CaS:Sm3\YAG:Ce或TAG:Ce中的至少一种，所述蓝色余辉发光材料A与所述黄色发光材料B的重量配比是10~70wt%:30~90wt%，在直接提供未经整流成直流电的交流市电的情况下，所述发光涂层能够与所述蓝光或紫光或紫外LED芯片配合发出低频闪的光线； 在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上设置电极。
3.一种低频驱动型LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括蓝光或紫光或紫外LED芯片以及设置在所述蓝光或紫光或紫外LED芯片上的发光涂层，其中，所述发光涂层采用的发光材料为蓝色余辉发光材料A和黄色发光材料B的组合，并且
所述蓝色余辉发光材料 A 是:Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+、CaS:Bi3+, Na+、CaS:Cu+, Na+或 CaSrS:Bi3+中的至少一种，
所述黄色发光材料 B 是=Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P、Tb3Al5O12:Ce, Y2O2S:Mg, T1、Sr3SiO5:Eu2+, Dy3+、CaS:Sm3+、YAG:Ce 或 TAG:Ce 中的至少一种， 所述蓝色余辉发光材料A与所述黄色发光材料B的重量配比是10~70wt%:30~90wt %， 在直接提供未经整流成直流电的交流市电的情况下，所述发光涂层能够与所述蓝光或紫光或紫外LED芯片配合发出低频闪的光线。
4.如权利要求1至3之一所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述蓝色余辉发光材料A还包括Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+,所述黄色余辉发光材料B还包括Y3Al5O12:Ce 和 / 或 Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+。
5.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述发光涂层包括:
.40wt% Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3 和 60wt% Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P ;或者
.35wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+和 65wt% Y3Al5O12:Ce ;或者
.10wt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>30wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+和 60wt% Tb3Al5O12:Ce ;或者5wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>30wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+> 15wt% CaS:Bi3+, Na+>25wt%Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P、IOwt % Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+ 和 15wt % Ca2MgSi207:Eu2+，Dy3+ ；或者
IOwt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+> 15wt % CaSrS:Bi3+、35wt % Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+、5wt %CaS:Bi3+，Na+、5wt % CaS:Cu+, Na+、5wt % Y2O2S:Mg, Ti 和 25wt % Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P ;或者
5wt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+> 15wt % CaSrS:Bi3+、20wt % Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+> 15wt %Sr3SiO5:Eu2+, Dy3\20wt% Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+ 和 25wt% Y3Al5O12:Ce ;或者
35wt% CaS:Bi3+,Na\25wt% Y2O3.Al2O3 * SiO2:Ce.Β ?Na.PUOwt% CaS:Sm3\l5wt%Y2O2S:Mg, Ti,5wt% Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+ 和 IOwt% Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+ ;或者
45wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+ 和 55wt% Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P ;或者
40wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy 3+和 60wt% Y3Al5O12:Ce ;或者
IOwt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>35wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+和 55wt% Tb3Al5O12:Ce ;或者
5wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>25wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+> 15wt% CaS:Bi3+, Na+>25wt%Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P,20wt% Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+ 和 IOwt % Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+ ；或者
IOwt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+、IOwt % CaSrS:Bi3+、35wt % Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+、5wt %CaS:Bi3+，Na+、5wt % CaS:Cu+, Na+、IOwt % Y2O2S:Mg, Ti 和 25wt % Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P ;或者
40wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+和 60wt% Y3Al5O12:Ce ;或者
30wt% Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+和 70wt% Tb3Al5O12:Ce ;或者
20wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>35wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+ 和 45wt% Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.P ;或者
IOwt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+>25wt% Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+>5wt% CaS:Bi3+, Na+>30wt%Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.B.Na.PU5wt% Sr3SiO5:Eu2+，Dy3+ 和 15wt% Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+ ；或者
15wt% Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+>5wt% CaSrS:Bi3+> IOwt % Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+>5wt% CaS:Bi3+,Na\5wt% CaS:Cu+, Na\20wt% Y2O2S:Mg,Ti 和 40wt% Y2O3.Al2O3.SiO2:Ce.Β.Na.Ρ ；或者
IOwt % Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+、5wt % CaSrS:Bi3+、35wt % Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+> 15wt %Sr3SiO5:Eu2+, Dy3\l5wt% Ca2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+ 和 20wt% Y3Al5O12:Ce。
6.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，以所述LED芯片通电I小时的亮度为100作为参考基准，所述LED芯片通电1000小时的亮度为99.4~99.8，所述LED芯片通电1500小时的亮度为99~99.5，所述LED芯片通电2500小时的亮度为98~99.2。
7.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述LED芯片的脉冲驱动电流的频率不小于50赫兹。
8.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述蓝色余辉发光材料A的发光波长峰值在440~490纳米之间。
9.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述黄色发光材料B的发光波长峰值在520~580纳米之间。
10.如权利要求4所述的LED芯片或所述白光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述发光涂层是由所述蓝色余辉发光材料A和所述黄色发光材料B混合后的涂层，或者所述发光涂层为由所述蓝色 余辉发光材料A的涂层与所述黄色发光材料B的涂层组成。
【文档编号】H01L33/50GK104022212SQ201410223013
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2010年7月14日 优先权日:2010年3月12日
【发明者】张明, 赵昆, 李东明 申请人:四川新力光源股份有限公司