CN106129230A - 一种产生琥珀色光的led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种产生琥珀色光的LED芯片，属于汽车及交通控制领域。其结构为蓝色LED芯片上覆盖荧光粉涂层，其特征在于：荧光粉涂层由两种荧光粉组成，一种是掺铈钇铝柘榴石荧光粉Y3Al5O12:Ce3+，另一种是掺铒氮化物荧光粉CaAlSiN3:Eu2+或(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+，蓝色LED芯片发射的蓝色光透过荧光粉涂层，转换为琥珀色光。本发明的有益效果是：（1）LED芯片光通量不受温度升高的影响而显著减弱，同时在工作电流增长时光通量也持续增长；（2）荧光粉涂层在高温高湿环境下具有很强的化学稳定性而不受干扰；（3）LED芯片具有很高的琥珀色光转换效率，能够得到具有高纯度和高饱和度的琥珀色光；（4）节省LED芯片制造成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车及交通控制领域，具体是一种应用在汽车灯或者交通信号灯上的产生琥珀色光的LED芯片。
背景技术
琥珀色（amber color）是一种介于黄色和咖啡色之间的颜色，被广泛用于汽车及交通控制领域，如汽车的转向灯一般为琥珀色，三色交通信号灯中的“黄灯”实际也是琥珀色。
早期为了获得琥珀色光，一般直接选用琥珀色LED（light emitting diod，发光二极管）芯片生成琥珀色光。琥珀色LED芯片由铝镓铟磷（AlGaInP）晶体制造。该种芯片因为不需要荧光粉的覆盖，因此称为“直接发射型琥珀色LED芯片”。铝镓铟磷晶体制造的琥珀色LED芯片存在两个缺点：一是随着散热器温度（二极管节点温度）的升高，LED光通量显著减小；另一个缺点是在工作电流达到一定数值并持续增加时，光通量却不再增加，甚至还有小幅度的减少。
相比来说，由铝镓氮（AlGaN）晶体制造的蓝色LED芯片不存在上述两个问题。在散热器温度升高时，蓝色LED芯片的光通量几乎不受影响；在工作电流增加时，光通量也持续增加。铝镓铟磷晶体和铝镓氮晶体的上述区别让我们设想另一种产生琥珀色光的方案，即使用铝镓氮晶体制造的蓝色LED芯片作为光泵，在LED芯片上覆盖特定的荧光粉（phosphor）产生琥珀色光。
关于荧光粉的选择，目前一些企业选用硅酸盐类荧光粉，如(Sr,Ba,Ca)3SiO5:Eu2 +，该种荧光粉最大的问题是其对高温高湿环境敏感性较高，高温环境下的水解作用使得硅酸盐类荧光粉的发光效率显著降低。这会使最终所得颜色严重偏离目标颜色琥珀色的范围，更无法得到具有高纯度和高饱和度的琥珀色光。
美国Lumileds公司利用氮基荧光粉(Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+生成琥珀色光，该种荧光粉性质稳定，也拥有较高的发光效率。但该荧光粉存在以下问题：钡（Ba）和锶（Sr）的比例以及铕（Eu）的杂质浓度要调整到适当比例，程序较为繁琐；该荧光粉的涂层需要形成致密烧结的透明陶瓷结构，烧结过程非常复杂且昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生琥珀色光的LED芯片，以解决现有产生琥珀色光的LED芯片在高温和高湿度环境中化学稳定性较低、发光效率低、成本较高的问题。
本发明中粘合剂的技术方案为：
一种产生琥珀色光的LED芯片，其结构为蓝色LED芯片上覆盖荧光粉涂层，荧光粉涂层由两种荧光粉组成，一种是掺铈钇铝柘榴石红色荧光粉Y3Al5O12:Ce3+，另一种是掺铒氮化物黄色荧光粉CaAlSiN3:Eu2+或(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+；蓝色LED芯片发射的蓝色光透过荧光粉涂层，转换为琥珀色光。
所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉的质量比优选为0.5至2。
所述荧光粉涂层中优选加入硅胶。硅胶能够增加荧光粉的导热性能。
所述荧光粉涂层厚度优选为70至150微米。
所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉混合在一起，混合后的荧光粉涂层覆盖在蓝色LED芯片上。
所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉涂层覆盖在蓝色LED芯片上，掺铒氮化物荧光粉覆盖在掺铈钇铝柘榴石荧光粉上。
本发明的有益效果：（1）LED芯片光通量不受温度升高的影响而显著减弱，同时在工作电流增长时光通量也持续增长；（2）荧光粉涂层在高温高湿环境下具有很强的化学稳定性而不受干扰；（3）LED芯片具有很高的琥珀色光转换效率，能够得到具有高纯度和高饱和度的琥珀色光；（4）节省LED芯片制造成本。
附图说明
图1是直接发射型琥珀色LED芯片与本发明LED芯片在工作电流达到700毫安后散热器温度和LED光通量的关系示意图。
图2是直接发射型琥珀色LED芯片与本发明LED芯片在10毫秒脉冲电流情况下工作电流和LED光通量的关系示意图。
图3是本发明LED芯片产生的琥珀色光以及直接发射型琥珀色LED芯片产生的琥珀色光在国际照明委员会1931颜色空间（CIE1931 Color Space）坐标体系中的色度坐标示意图。
附图标记说明：1-直接发射型琥珀色LED发射的琥珀光、2-本发明LED所产生的琥珀色光、3-国际民航组织对交通琥珀色光的范围、4-未转换完全的光、5-三阶麦克亚当椭圆。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
产生琥珀色光的LED芯片，其结构为蓝色LED芯片上覆盖荧光粉涂层，荧光粉涂层中加入硅胶。荧光粉由两种荧光粉组成，一种是掺铈钇铝柘榴石红色荧光粉Y3Al5O12:Ce3+，另一种是掺铒氮化物黄色荧光粉CaAlSiN3:Eu2+，两种荧光粉混合在一起，其中加入硅胶，二种荧光粉质量比控制在0.5-2之间，将上述混合后的荧光粉涂覆在蓝色LED芯片上，荧光粉涂层厚度控制在70-150微米之间。
本发明中采用的两种荧光粉均是常见的荧光粉，成本低于美国Lumileds公司所用的荧光粉(Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+，同时不需要经过复杂而昂贵的烧结过程。此外，该两种荧光粉均具有面对高温和高湿度很强的化学稳定性，并具有很高的蓝光转换到琥珀色光的转换效率；且不会影响蓝色LED芯片在散热器温度升高或者工作电流增大时的表现。
实施例2：
产生琥珀色光的LED芯片，其结构为蓝色LED芯片上覆盖荧光粉涂层，荧光粉涂层中加入硅胶。荧光粉由两种荧光粉组成，一种是掺铈钇铝柘榴石红色荧光粉Y3Al5O12:Ce3+，另一种是掺铒氮化物黄色荧光粉CaAlSiN3:Eu2+，两种荧光粉质量比为1:1，荧光粉涂层厚度为150微米。
荧光粉的覆盖方式为：先将掺铈钇铝柘榴石黄色荧光粉与硅胶的混合物覆盖在蓝色LED芯片上，再将掺铒氮化物红色荧光粉与硅胶的混合物覆盖在蓝色LED芯片上。分层覆盖方式，相比于如实施例1中将两种荧光粉混合一次性覆盖的方式，掺铈钇铝柘榴石黄色荧光粉产生的黄光能够更多地与掺铒氮化物红色荧光粉反应，从而产生更多的琥珀色光，得到更加完全的转换效果。
图1是直接发射型琥珀色LED芯片与本实施例LED芯片在工作电流达到700毫安后散热器温度和LED光通量的关系示意图，横轴是散热器温度（单位：摄氏度），纵轴是光通量（单位：流明）。如图1中A曲线所示，直接发射型琥珀色LED芯片在散热器温度从20摄氏度升至100摄氏度的过程中光通量显著降低，从72流明下降到12流明，幅度约83%；而如B曲线所示，本发明LED芯片在散热器温度从20摄氏度升至100摄氏度的过程中其发光通量从80流明减少到72流明，仅仅减少10%。
图2是直接发射型琥珀色LED芯片与本实施例LED芯片在10毫秒脉冲电流情况下工作电流和LED光通量的关系示意图，横轴是工作电流（单位：毫安），纵轴是光通量（单位：流明）。如图2中A曲线所示，直接发射型琥珀色LED芯片随着工作电流达到一定值（1300毫安）时光通量即不再增加，甚至有小幅减弱；而如B曲线所示，本发明LED芯片随着工作电流的增加光通量持续增加。
图3是本实施例LED芯片产生的琥珀色光以及直接发射型琥珀色LED芯片产生的琥珀色光在国际照明委员会1931颜色空间（CIE1931 Color Space）坐标体系中的色度坐标示意图。每种特定光颜色在国际照明委员会1931颜色空间坐标体系都拥有其特定的色度坐标，即横轴的x值（红色分量）和纵轴的y值（绿色分量）。图3中的长线是纯光谱色坐标点的汇集，其中直接发射型琥珀色LED发射的琥珀光1波长为590纳米，坐标位于长线上。国际民航组织对交通琥珀色光的范围3见图3中的四边形，色度坐标落在这个范围的光颜色符合交通琥珀色光的标准。如图3所示，如果运用的荧光粉效果不佳，蓝光转换效率不高，只能得到未转换完全的光4，从而落在琥珀色光范围之外。而本发明LED所产生的琥珀色光2，坐标与直接发射型琥珀色LED发射的琥珀光1坐标非常接近，且落入国际民航组织对交通琥珀色光的范围3之内。图3中虚线椭圆形为三阶麦克亚当椭圆5，三阶麦克亚当椭圆是人眼对色彩的最小视觉可觉差范围，即同在三阶麦克亚当椭圆范围内的两个颜色，人眼无法分辨其区别。本发明LED所产生的琥珀色光2以及直接发射型琥珀色LED发射的琥珀光1色度坐标位于同一三阶麦克亚当椭圆5范围内。本发明LED芯片对于蓝光转换为琥珀色光具有很高的转换效率。
实施例3：
与实施例2基本相同，不同之处在于：掺铒氮化物为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+。
实施例4：
与实施例2基本相同，不同之处在于：掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉的质量比为1:2。
实施例5：
与实施例2基本相同，不同之处在于：掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉的质量比为2:1。
实施例6：
与实施例2基本相同，不同之处在于：荧光粉涂层厚度为70微米。
Claims (6)
1.一种产生琥珀色光的LED芯片，其结构为蓝色LED芯片上覆盖荧光粉涂层，其特征在于：荧光粉涂层由两种荧光粉组成，一种是掺铈钇铝柘榴石荧光粉Y3Al5O12:Ce3+，另一种是掺铒氮化物荧光粉CaAlSiN3:Eu2+或(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+。
2.根据权利要求1所述的产生琥珀色光的LED芯片，其特征在于：所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉的质量比为0.5至2。
3.根据权利要求1所述的产生琥珀色光的LED芯片，其特征在于：所述荧光粉涂层中加入硅胶。
4.根据权利要求1至3所述的产生琥珀色光的LED芯片，其特征在于：所述荧光粉涂层厚度为70至150微米。
5.根据权利要求1至3所述的产生琥珀色光的LED芯片，其特征在于：所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉与掺铒氮化物荧光粉混合在一起，混合后的荧光粉涂层覆盖在蓝色LED芯片上。
6.根据权利要求1至3所述的产生琥珀色光的LED芯片，其特征在于：所述掺铈钇铝柘榴石荧光粉覆盖在蓝色LED芯片上，掺铒氮化物荧光粉盖在掺铈钇铝柘榴石荧光粉上。
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