CN102032469A - 一种led光源装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED光源装置及制作方法。本发明公开一种采用390-470纳米单色LED光源激发由光致发光材料构成的光致发光片形成多色的光源，它包括390-470纳米单色LED光源，旋转机构，光致发光片，旋转机构使光致发光片转动；光致发光片由透过区和光致发光区组成；光致发光区依次由光致发光层和滤光层组成；光致发光层接受LED光源发出的光激发发光材料，产生发光现象，滤光层将其中的激发光部分过滤掉，从而产生需要的各种颜色的光；390-470纳米的单色光则直接由LED光源发出，不经过光致发光区和滤光层，通过透过区投射出去，同现有多色LED光源相比，降低了成本。

Description

一种LED光源装置及制作方法

技术领域

本发明一种涉及光源，尤其是涉及一种采用390-470纳米LED单色光源激发由光致发光材料构成的光致发光片，形成多色光源。

技术背景

现有LED光源实现多色发光方案，一般采用红绿蓝三色灯芯，通过控制电路，实现不同时序的多色或单色发光。就单一时序内，多灯芯的设计，机构和控制很复杂。

本发明提供一种光源装置，采用390-470纳米LED单色光源，在特定时序得到特定波长的光，结构简单，成本低。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的光源装置包括390-470纳米LED单色光源、旋转机构、光致发光片；旋转机构使光致发光片转动；光致发光片由透过区和光致发光区组成；光致发光区依次由光致发光层、支持材料、滤光层组成；光致发光层接受390-470纳米LED单色光源发出光激发发光材料，产生发光现象，滤光层将其中的光源波长(即激发波长的光)过滤掉，从而产生需要的各种颜色的光；由于转动在不同时序激发光则直接由LED光源发出，不经过光致发光区和滤光层，通过透过区投射出去；光致发光区各颜色分区开口率大于透过区，以便达到颜色平衡。

发光光致片结构及制造方法

光致发光片利用光致发光原理对单色光源发光进行颜色下转换，即发光材料吸收高能量的蓝紫光，发出绿、橙、红基色光，也可以产生中间色如深蓝(DB)、黄绿(YG)、黄(YE)6基色，实现RGB或RGB-DBYGYE。光致发片片为圆形，圆形分为几个相应的扇区，其中一个扇区为透明的为透过区，其余扇区为多个光致发光区；光致发光区依次由光致发光层和滤光层组成；光致发光层接受LED光源发出的光在不同时序激发多个光致发光区的发光材料，产生发光现象，滤光层将其中的激发光部分过滤掉，从而产生需要的各种颜色的光；

光致发光片的特点是本身为发光体，在峰值390-470nm单色光激发下发出可见光(450-780nm)，发光材料的激发(excitation)光谱的至少有一个峰与背光源紫或蓝色峰重叠，光谱半宽度小于70nm，转换量子效率大于10％。

光致发光片是依次由光致发光材料，支撑材料，滤光层组成，滤光层过滤掉光致发光材料激发波长(光源发出)的光，支撑材料由玻璃或有机树脂制成；发光材料由有机材料、无机材料、有机与无机混合物制成。光致发光片的发光层也可以由带缺陷的晶体制成，这样就不需要支撑材料，如蓝光激发黄绿光的晶体为YAG晶体，蓝光激发红光晶体为硫化物的晶体或红宝石。

无机发光材料：

蓝色无机发光材料包括：

铝酸盐稀土发光材料其通式为(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr)(Me2)2(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝16，y＝27)/Eu；(Me)(碱土金属如Ba，Sr，Ca，Mg)AlxOy(x＝2，y＝4)/Eu；硅酸盐稀土发光材料其通式为(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)(Me2)(碱土金属2如Mg，Al)SixOy(x＝2，y＝6)/Eu；Y2SiO5/Ce；磷酸盐稀土发光材料其通式为(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2/Eu；(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2·B2O3/Eu；3(Sr，Ca，Ba)3(PO4)2/Eu；LaPO4/Eu；硫化物发光材料其通式为(Zn，Ca，Sr)S(Se，O)/Ag(Ce，Tm，Eu)，Ba(Mg)Al2S4/Eu等。

绿色无机发光材料包括：

铝酸盐稀土发光材料其通式为Me(碱土金属如Mg)AlxOy(x＝11，y＝19)/Ce，Tb；Me(碱土金属如Sr，Ba)AlxOy(如x＝2，y＝4)/Eu，Dy；Me1(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)Me2(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝10，y＝17)/Eu，Mn；硅酸盐发光材料其通式为(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)2(Me2)(碱土金属2如Mg，Al)2SixOy(x＝2，y＝8)/Eu；Zn2SiO4/Mn；Y2SiO5/Tb；磷酸盐稀土发光材料其通式为La2O3·0.2SiO2·0.9P2O5/Ce，Tb；LaPO4/Ce，Tb；硫化物发光材料其通式为Zn(Ca，Sr)S/Cu(Ce，Tb)；SrGa2S4/Eu，CaAl2S4/Eu；黄绿光材料Y3Al5O12/Ce，ZnS/Mn等。

红色无机发光材料包括：

氧(硫)化物，通式为：Y(Gd)2O3/Eu，Y2O2S/Eu，Sr(Ca，Zn)S/Eu(Sm)；Ca(Sr)Y2S4/Eu，MgGa2O4Eu，铝酸盐稀土发光材料其通式为：Me1(碱土金属1如Sr)Me2(碱土金属2如Ba)AlxOy/Eu，Mn等。

红、绿、蓝发光材料可以掺入辅助能量传递材料如绿色发光材料掺入一定量蓝光发光材料，黄色发光材料掺入一定量绿光发光材料，红色发光材料掺入一定量绿色或黄色发光材料等，用来提高能量转换效率。

为了得到比较理想的红光，对于吸收光谱波长在绿光区，而发射光谱在红光区的材料，可采用叠层结构，即发光层第一层为蓝或紫光激发绿光材料层，第二层为绿光激发红光材料层。

无机发光材料可以分散到辅助成膜材料如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如感光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。

发光材料在同非发光材料混合使用时，为了防止发光材料的猝灭，发光材料的表面需要用覆盖一层透明有机或无机绝缘材料，以防止发光材料在激发时的能量转移。

为了提高发光效率，将无机发光材料，制成晶体，再切割，磨片，制备成光致发光片。

有机低分子发光材料：

蓝色有机低分子发光材料包括：

香豆素4(coumarin4)；蒽anthracene及其衍生物diphenylanthracene(DPA)；9，10-di-2-naphthylanthracene(AND)，苝(perylene)及其衍生物tetra(t-butyl)-perylene(TBP)；pyrene及其衍生物如tetra(phenyl)-pyrene(TPP)，distyrylarylene(DSA)及其衍生物(DSA-Ph)；芴(fluorene)及其衍生物如DBSF，stilbene及其衍生物；TPD(triphenyldiamine)；N，N’-diphenyl-N，N’-bis(1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine(NPB)；4，4’-N，N-dicarbazole-biphenyl(CBP)；恶唑衍生物(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butyl)-1.3.4-ozadiazole)(PBD)，3-phenyl-4-(8-naphthyl)-5-phenyl-1，2，4-triazole(TAZ)；Silole及其衍生物2，5-diarylsiloes；dithienosiles；铝金属配合物BAlq；铱金属配合物ridium(III)bis[(4，6-difluorophenyl)-pyridinato-N，C]picolinate(FIrpic)等。

绿色有机低分子发光材料包括：

香豆素Coumarin系列衍生物如3-(2-benzothiazolyl-tetrahydro)-7-(diethylamino)-2H-1-benzopyran-2-one(C6)，C7，C545MT；quinoxaline衍生物(6-N，N-dimethylamino-1-methyl-3-phenyl-1-H-Pyrazolo[3，4-b]-quinoline(PAQ-Net2)，喹吖啶酮quinacridone系列衍生物如dimethylquinaridone(DMQA)；丁省及其衍生物DPT(diphenyltetracene)，fluorene衍生物，Al金属配合物tris(8-hydroxy-quinoline)-aluminum(Alq)，Mg金属配合物Mgq，Zn金属配合物ZnPBO，ZnPBT，Tb金属配合物Tb(acac)3Phen，铱金属配合物tris(2-phenylpyridine)iridium即(Ir(ppy)3；(2-phenylpyridine)iridium(III)acetylacetonate即(ppy)3Ir(acac)等。

黄色有机低分子发光材料包括：

丁省衍生物rubrene，三芳氨衍生物DCTP，吩恶嗪酮(BTX)，bis(8-hydroxy-quinoline)-zinc(Znq)，Rohdamine B，Rohdamine 6G等。

红色有机低分子发光材料包括：

吡喃系列衍生物(4-(dicyano methylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)(DCM2)；DCJTB；三芳氨衍生物1，1’-dicyano-substituted bis-styryl-naphthalene(BSN)；NPAFN；并五苯衍生物diphenylpentacence(DPP)；rohdamineB，rohdamine 6G，Eu金属配合物Eu(DBM)3Bath，Eu(acac)3Phen；铱金属配合物bis(2-(2’-benzo[4，5-a]thienyl)pyridinato-N，C)iridium(acetylacetonate)即Btp2Ir(acac)等。

优选红色发光材料为芘系颜料或色淀颜料、偶氮颜料、喹吖酮系颜料、蒽醌系颜料、蒽系颜料、异吲哚满系颜料、异吲哚满酮系颜料、DDP颜料；绿色发光材料为卤代酞青系颜料或卤代酞青铜系颜料、三苯基甲烷系碱性染料、异吲哚满系颜料、异吲哚满酮系颜料。

为了更好的能量传递与防止浓度猝灭，发光材料可以混合使用即辅助掺杂剂。如蓝光材料DSA-Ph可以掺入辅助掺杂剂TPD；绿光材料C6可以掺入DMQD，红光材料DCM2可以掺入绿光C6与黄光掺杂剂如rubrene等。

可以通过化学合成法把上列有机发光分子加入到非共扼高分子的主链或侧链上如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸，聚硅树脂，聚硅氧树脂或其他已知的高分子链上。

有机发光材料也可以溶解、分散到辅助成膜材料如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如感光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。

有机高分子发光材料：

发光型共扼高分子材料包括聚苯PPP及其衍生物，聚芴PF及其衍生物，聚对苯乙烯撑PPV及其衍生物P-PPV，OR-PPV、MEH-PPV、CN-PPV等，聚乙炔衍生物PDPA、PHPA等，聚噻吩(PT)及其衍生物，聚吡啶PPY及其衍生物，聚乙烯基吡啶PVY及其衍生物等，以上聚合物的共聚物，如聚芴与三芳氨的共聚物(TFB)，聚芴与苯硫二唑的共聚物(F8BT)，聚芴与噻酚的共聚物F8T2；树枝状聚合物(dendrimer)、低聚物(oligomer)直接成膜。

发光型共扼高分子也可以加入辅助型聚合物(低聚物)包括聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中制成可加工性材料。同时还可以加入辅助功能性材料如感光材料、辅助发光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。可以通过化学合成法把光与热聚合性功能团加入共扼发光型高分子主链或侧链上制成光敏与热敏性材料。

满足本发明要求的发光材料在390-470nm紫、蓝光激发下，蓝光发光的峰值在440-480nm，绿光发光的峰值在500-550nm，红光发光的峰值在600-700nm，半宽度小于70nm，发光材料在激发光波长处的光致发光量子效率在10％-90％以上，优选的值是50-90％以上。彩色发光膜厚度范围在0.1微米-1mm，典型的厚度是2-10微米。在有效激发光波长处的光学密度大于10，优选的值是100-10000。发光材料具有良好的热稳定型、空气稳定型，在高分子中的良好溶解或分散特性等。辅助成膜高分子材料在可见光区透明的(透过率30％以上)，优选的值是70％以上。

发光材料采用PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、Sol-Gel法、涂敷直接在基板上成膜。用掩模、光刻(photolithography)、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印等方法制作图形。

另一种成膜方法是把发光材料分散、溶解到透明性高分子材料中，合适的主体高分子材料在390-780nm透过率在30％以上，优选值在50％-90％以上。适合的无机发光材料颗粒直径为0.01-10微米，优化的直径为0.1微米以下。发光材料的加入的比例范围是0.1-99wt％，优选浓度范围是1-20wt％。可选用的高分子材料有聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸，聚丙烯氰，聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚环氧丙烯酸，聚氨酯丙烯酰，聚酯丙烯酸酯，聚丁烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚苯乙烯，聚醋酸乙烯酯，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酰亚胺，酚醛树脂，环氧树脂，聚硅树脂，聚硅氧树脂，聚砜，聚苯醚，聚醚酮，醋酸纤维，硝化纤维等，以上聚合物的混合物、共聚物、低聚物。

成膜高分子材料还需要加入辅助功能材料如聚合物单体、低聚物(oligomer)、聚合引发材料、交联材料、分散材料、偶联材料、溶剂等。聚合引发材料如1-羟基-环己苯基甲酮(HCPK)；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(HMPP)等。分散材料如聚氧乙烯烷基苯基醚、聚乙烯醇二酯等。偶联材料如有机硅烷等。溶剂包括芳香烃等如甲苯、二甲苯；醇类如乙醇、异丙醇；酮类如丙酮、环己酮；酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯、水等。形成的材料(发光材料、高分子材料、辅助性材料)在可见光范围内的透过率大于30％。发光膜厚度范围在0.1微米-1mm，典型的厚度是1-20微米，在有效激发光波长处光学密度大于10，优选的值是100-10000。采用光刻、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印等方法制作图形。

直接光刻法是把发光材料分散于透明感光性树脂中，如光聚合性的丙烯酸类树脂，光交联性的聚乙烯醇等。光聚合型丙烯酸类树脂含有光聚合引发剂，丙烯酸单体与低聚物，调整成膜性质的其他聚合物与溶剂等。对掺有无机发光材料的透明感光性树脂分别进行涂敷、曝光(UV)、显影去胶、清洗、干燥固化等步骤，制备图形。薄膜物理特性取决于发光材料的选择与掺入量，材料的颗粒尺寸与表面处理，分散方法等。

刻蚀法是把无机发光材料分散或溶解于非感光性树脂如聚酰亚胺酸中，用刻蚀法形成图形。如把掺有无机发光材料的聚酰亚胺酸涂敷在基板上，预烘烤后在其上涂敷光刻胶(正性或负性)，经过曝光(UV)、显影、刻蚀(刻去非像素区)、去胶、清洗、固化即聚酰亚胺化等步骤形成图形。

印刷法是把发光材料分散在可见光透明的聚氯乙烯，三聚氰胺树脂，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂，聚酯树脂，马来酸树脂，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素等树脂与其他功能性辅助材料等制成油墨。通过热与激光转印、印刷包括接触式或非接触式如喷墨打印或其他已知的印刷方法制备。

有机荧光染料溶于溶液，封装在2片圆形支撑材料中间，制成光致发光片。

总结光致发光片的制作方法为以下几种方式：

1光致发光材料在透明支撑材料表面成膜，PVD、CVD、Sol-Gel法、涂敷直接在基板上成膜；或者用掩模、光刻、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印等方法制作图形。

2光致发光材料与透明支撑材料混合熔融，冷却成型，制成薄片。

3将有机发光材料溶液封装在透明支撑材料中间。

4采用无机荧光材料的晶体，再切割，磨片，制成薄片。

技术方案

1.光源为蓝光LED，旋转机构为电机，光致发光片固定在电机上；光致发光片分为3个部分，蓝光透过区，绿光激发区，红光激发区。绿光激发区、红光激发区分别是选用上述蓝光激发红光、绿光材料为主体材料通过上述的方式制备成发光区；当蓝光从光源发出，垂直照射在光致发光片上，随着光致发光片转动，蓝光分别经过蓝光透过区，绿光激发区，红光激发区，在不同时序产生蓝，绿，红光。

2.光源为紫光LED，旋转机构为电机，光致发光片固定在电机上；光致发光片分为4个部分，紫光透过区、蓝光激发区、绿光激发区、红光激发区；蓝光激发区、绿光激发区、红光激发区分别选用紫光激发蓝光、红光、绿光材料为主体材料；当紫光从光源发出，随着光致发光片转动，蓝光分别经过紫光光透过区，蓝光激发区，绿光激发区，红光激发区，在不同时序产生，紫，蓝，绿，红光。

3.与方案2不同是在光致发光片不设置紫光透过区。

4.与方案2不同是在光致发光片设置紫光透过区、蓝光激发区、蓝绿光激发区、绿光激发区、黄光激发区、橙光激发区、红光激发区，在不同时序产生七彩光。

实施例1

光源为蓝光LED，旋转机构为电机，光致发光片固定在电机上；光致发光片分为3个部分，蓝光透过区，绿光激发区，红光激发区；绿光激发区、红光激发区分别是采用真空镀膜将有机荧光材料制备玻璃表面；绿光激发区、红光激发区远离光源的一面镀有滤光层，过滤掉蓝光；当蓝光从光源发出，垂直照射在光致发光片上，随着光致发光片转动，蓝光分别经过蓝光透过区，绿光激发区，红光激发区，在不同时序产生蓝，绿，红光；绿光材料C6可以掺入DMQD或Alq4，红光材料DCM2可以掺入绿光C6与黄光掺杂剂如rubrene等。

实施例2

与实施例1不同的是发光材料为无机荧光材料，优选黄光材料为YAG，红光材料为硫化物。

实施例3

与实施例1不同的是成膜方式为涂抹印刷。

实施例4

与实施例2不同的是成膜方式为涂抹印刷。

实施例5

与实施例2不同的将无机荧光材料分散于熔融玻璃中，制成光致发光薄片，切割成扇形；而透明区采用与其对应扇形透明玻璃，将2者粘贴在电机轴面上，使其旋转。

实施例6

与实施例5不同的是将有机荧光材料分散于熔融树脂材料中，透明区采用与其对应扇形透明树脂材料。

实施例7

与实施例1不同的，光致发光区的主要结构为将有机荧光染料溶液封装在2片玻璃中间。

实施例8

光源为紫光LED，旋转机构为电机，光致发光片固定在电机上；光致发光片分为7个部分，分别是紫光透过区、蓝光激发区、蓝绿光激发区、绿光激发区、黄光激发区、橙光激发区、红光激发区；在除紫光透过区外的发光区远离光源的一面镀紫光过滤层；当紫光从光源发出，随着光致发光片转动，紫光分别经过紫光透过区、蓝光激发区、蓝绿光激发区、绿光激发区、黄光激发区、橙光激发区、红光激发区，在不同时序产生，紫、蓝、蓝绿，绿，黄、橙、红光。采用真空镀膜将不同紫光激发的各种有机荧光材料分别制备玻璃表面不同颜色分区。

实施例9

与实施例9不同的是发光材料为无机荧光材料。

实施例10

与实施例8不同的是成膜方式为涂抹印刷。

实施例11

与实施例8不同的是发光层为熔融成型，将无机荧光材料分散于熔融玻璃中

实施例12

与实施例11不同的是将有机荧光材料分散于熔融树脂材料中。

实施例13

与实施例8不同的发光层为将有机荧光染料溶液封装在2片玻璃中间。

实施例14

与实施例8不同的发光层为将有机荧光染料溶液封装在2片树脂中间。

实施例15

与实施例7不同的，光致发光片为将有机荧光染料溶液封装在2片树脂中间。

Claims (9)

1.一种光源装置，该装置包括：390-470纳米LED单色光源，旋转机构，光致发光片；其特征在于：LED发出光垂直照射光致发光片上，旋转机构使光致发光片转动；光致发光片由透过区和光致发光区组成；光致发光区依次由光致发光层和滤光层组成；光致发光层接受LED光源发出光激发发光材料，产生发光现象，滤光层将其中的激发光部分过滤掉，从而产生需要的各种颜色的光；由于转动在不同时序，光则直接由LED光源发出，不经过光致发光区和滤光层，通过透过区投射出去；光致发光区各颜色分区分别有不同颜色的发光材料为主体构成。

2.如权利要求1所述的光致发光层，其特征在于光致发光材料为有机发光材料或无机发光材料。

3.如权利要求2所述有机发光材料，红色发光材料为芘系颜料或色淀颜料、偶氮颜料、喹吖酮系颜料、蒽醌系颜料、蒽系颜料、异吲哚满系颜料、异吲哚满酮系颜料、DDP颜料；绿色发光材料为卤代酞青系颜料或卤代酞青铜系颜料、三苯基甲烷系碱性染料、异吲哚满系颜料、异吲哚满酮系颜料。

4.如权利要求1所述的光致发光层为有机荧光染料溶液封装在透明支撑材料中间。

5.如权利要求所述1的光致发光层，其特征在于光致发光层材料为带缺陷无机晶体。

6.如权利要5所述的无机晶体，无机晶体为铝酸盐稀土发光材料、硫化物或磷酸盐。

7.如权利要求1所述光致发光层采用真空蒸镀或溅射或掩模光刻、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印方式使光致发光材料在透明的支撑材料表面成膜。

8.如权利要求1所述的光致发光层，其特征在于光致发光材料与透明支撑材料混合熔融，冷却成型。

9.如权利要求2、4、7、8所述的透明支撑材料为玻璃或树脂。