CN105023996A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光装置，包括：光发射器，所述光发射器能够发射峰值波长在380-425nm之间的光；第一发光材料，能够发射峰值波长在450-500nm的光；第二发光材料，能够发射峰值波长在530-550nm的光；第三发光材料，至少能够吸收450-470nm波长的光线，并将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在550-600nm的光发射；第四发光材料，能够发射峰值在600-625nm的光。本发明的发光装置谱线丰富，光效高，显色性好，同时采用380-425nm的紫外光发射器，及可以吸收450-470nm光波的第三发光材料，保证了波长范围在460nm左右的光波能够被控制在一个合理的范围，因此具备更好的生物安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光装置。
背景技术
作为新一代的照明光源，用LED 芯片产生白光的照明方案，因高效节能、绿色环保和寿命长等特点，广泛运用于照明领域。随着生活水平的提高，人们对照明质量的要求越来越高。不仅要求色温可调节，而且要有高的显色指数，特别是在一些特殊的应用场合，如博物馆、医院、美术室等，对显色指数要求较高，均在90以上，有些对特殊显色指数R9的要求也在90以上或更高。
通常通过LED 芯片产生白光的方法主要有以下三种：
第一种是通过红绿蓝芯片合成白光，但这种方法主要的问题是绿光的转换效率低。
第二种方法是用LED＋不同色光荧光粉，这种方式也包括几种不同的合成方式：
（1）用紫外或紫光LED＋RGB荧光粉来合成白光LED，这种工作原理和日光灯是类似；
（2）用蓝光LED＋红绿荧光粉，美国专利US7213940中提到这一方案；
（3）蓝光LED＋黄色荧光粉和红色荧光粉来构成白光。
第三种方式是用单芯片形成白光。
在这些上述的方案中，从与荧光体的激发效率的关系出发，大多使用在460nm 附近具有峰值波长的蓝色LED。
但另一方面，460nm 附近的光会促进人体的褪黑激素分泌。因此，担心会由于使用白色发光装置而使生物节律发生异常。如专利文件CN104576893A中提出了一种供能够抑制褪黑激素分泌的发光装置，但是该装置中采用了420nm -445nm的LED芯片，在使用过程中，随着器件的老化，难免出现波长蓝移，从而增加460nm附近的光波含量，并不能够很好的保证460nm附件的光波能够控制的一个很好的范围内。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种发光装置，既能够提供高光效，及高显色指数的白光，同时具有更好的生物安全性，能够将460nm左右的光波控制在一个稳定的范围。
本发明提供的发光装置，包括：光发射器，所述光发射器能够发射峰值波长在380-425nm之间的光；所述光发射器包括但不限于固态光发射器，如LED芯片等；
第一发光材料，所述第一发光材料能够吸收光发射器发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在450-500nm的光发射；
第二发光材料，所述第二发光材料能够吸收光发射器发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在530-550nm的光发射；
第三发光材料，所述第三发光材料至少能够吸收450-470nm波长的光线，并将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在550-600nm的光发射；
第四发光材料，所述第四发光材料能够吸收光发射器和/或第一发光材料发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值在600-625nm的光发射。
所述第一、二、三、四发光材料可以是量子点或者有机/无机荧光粉；对于无机荧光粉如可以是常用的硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉、硫化物荧光粉及铝酸盐荧光粉。在本发明中可以使用本领域中已知的任何类型的量子点，只要它能够满足需要的波长转换特性。
本发明的发光装置采用380-425nm的紫外光发射器，这样在使用过程中，即便随着器件老化，出现蓝移，也可以远离460nm；同时第三发光材料可以吸收波长范围为470-490nm的光波，从而保证了波长范围在460nm左右范围的光波能够被控制在一个合理的范围。
进一步的，所述发光装置还包括一透光层，所述透光层能够过滤380-425nm波段的光线，从而避免输出白光中紫外部分太多，对人体造成伤害。可以通过在透光层中添加紫外吸收剂或者在透光层表面涂覆紫外吸收剂来实现过滤380-425nm波段的紫外光，其中紫外吸收剂包括有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂，有机紫外吸收剂包括邻氨基苯甲酸酯类（如N-乙酰基邻氨基苯甲酸三甲基环已酯等）、甲烷衍生物类等；无机紫外吸收剂如纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆等。
所述透光层可以为一透光片，位于第一、第二、第三和第四发光材料之上。
或者，所述透光层包覆在所述光发射器、第一发光材料、第二发光材料、第三发光材料和第四发光材料的外部。
所述透光层由丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或者硅酮树脂形成。
由于透光层为丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或者硅酮树脂等，这些材料，和LED芯片相比具有较低的折射率，如常规的LED芯片折射率约为2.2，而环氧基树脂的折射率很低，约为1.5，这样光线进入透光层后，入射角大于全反射临界角的大角度入射光线发生全反射，不利于光的输出，出光效率低。因此，为了改善透光层的透光率，优选地，在所述透光层表面涂覆有或者透光层内含有粒径为1-100nm的氧化物粒子。利用纳米氧化物的小尺寸效应，来改善透光层的折射率，从而提高其透光率。
进一步优选地，所述透光层的折射率为1.8-2.2。
进一步优选地，所述纳米氧化物粒子为二氧化钛粒子、氧化锌粒子和氧化锆粒子中的任意一种或者一种以上的组合。这些氧化物粒子既可以改善透光层的折射率，同时也可以反射或吸收紫外线，而且这几种无机紫外吸收剂主要以反射为主，这样能够充分利用固态发射器发射的光线，进一步提高出光率。更优选地，所述二氧化钛、氧化锌或氧化锆粒子的粒径为1-20nm，形状为球形，以便达到更好的过滤紫外线等。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的发光装置发光谱线丰富，发光效率高，显色指数好。
2.本发明的发光装置采用380-425nm的紫外光发射器，配合蓝光，绿光和红光来得到白光，同时第二发光材料能够吸收波长范围为470-490nm的光波，从而保证了波长范围在460nm左右范围的光波能够被控制在一个合理的范围。
3．本发明的发光装置通过在透光层添加氧化物粒子改善折射率，能够在提高出光率，还可以有效控制紫外线含量，提高其利用率，从而进一步提高光效。
附图说明
图1 是第1实施方式的发光装置的示意截面图。
图2 是第2实施方式的发光装置的示意截面图。
图3 是第3实施方式的发光装置的示意截面图。
具体实施方式
图1-3依次给出本发明的第1-3实施方式的发光装置示意图。
图1a给出一发光装置100。发光装置100 包括发光二极管（LED）1 和发光元件2。发光元件2直接提供在LED 1的顶部上，更特别地在发射光的LED的表面的顶部上。
LED 1能够发射峰值波长在380-425nm之间的光。
发光元件2包括第一发光材料、第二发光材料和第三发光材料和第四发光材料。不同发光材料被提供为发光元件2中的混合。第一发光材料为能够吸收LED 1发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在450-500nm的光发射；第二发光材料，能够吸收LED 1发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在530-550nm的光发射；第三发光材料能够吸收450-470nm波长的光线，并将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在550-600nm的光发射；第四发光材料，能够吸收LED 1和/或第一发光材料发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值在600-625nm的光发射。
发光元件2接收由LED 1发射的光。发光元件2可以基于基体聚合物，诸如例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）或者聚碳酸酯（PC）。第一发光材料、第二发光材料和第三发光材料的颗粒和/或分子可以分散和/或溶解于基体聚合物中。在其它实施例中，当使用无机发光材料时，发光元件2可以是陶瓷元件。
图2 a)示意性地给出发光装置110的可替换结构。发光装置110 类似于图1 的发光装置100，然而，不同之处在于发光元件2不直接布置在LED 1的顶部上，而是在LED 1与发光元件2之间存在间隙。间隙可以具有例如500微米的深度，但是也可以具有几个毫米的深度。
图3 a)示意性地给出发光装置120的另一可替换结构。发光装置120类似于图1的发光装置100，然而，不同之处在于发光装置120不具有图1 a）的发光元件2，而是具有布置在LED 1的光发射表面的顶部上的发光层的叠层 3。发光层的叠层 3包括一次含有第一、第二、第三及第四发光材料的第一叠层301、第二叠层302、第三叠层303和第四叠层304。对于各个发光材料所在叠层的叠加顺序并没有特别限定，并不局限于图3所示，只要满足含有第三发光材料的叠层要在含有第一发光材料的叠层之上，其余发光材料位于的叠层位置没有特别限制。
换言之，只要满足第三发光材料所处于的叠层位于第一发光材料所处的叠层之上；在第一叠层301、第二叠层302、第三叠层303和第四叠层304中的每一个中布置第一、第二、第三和第四发光材料的组中的任一个发光材料；每一个层可以基于相应发光材料分散或溶解于其中的基体聚合物。如果相应发光材料是无机化合物，每一个层也可以是陶瓷层。另外要指出的是，在图1中，发光层的叠层提供在LED 1的顶部上，然而在可替换实施例中，在LED 1与发光层的叠层之间存在间隙。
上述1-3中实施方式中，均具有透光层，透光层包括多种表现形式：如1a）和2a）所示，发光元件2的上表面可以是透光层；
或者图3a）所示，发光层叠层3的第四层304层的上表面可以视为透光层；
亦或者，如图1b），2b），3b）所示；在发光元件2，或者发光层叠层3之上设置一滤光片5，该滤光片5也可以被认为是透光层；
或者如图1c），2c），3c）所示，在发光装置100,110,120外具有一透明外罩6，该透明外罩6可以被认为是透光层。
这些透光层可以由丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或者硅酮树脂形成。
为了避免最终发射出去的光中含有较多的紫外线，对人体造成危害，可以在通过在透光层表面涂覆或者在透光层中添加紫外线吸收剂，来吸收380-425nm的光。可以通过在透光层中添加紫外吸收剂或者在透光层表面涂覆紫外吸收剂来实现过滤380-425nm波段的紫外光，其中紫外吸收剂包括有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂，有机紫外吸收剂包括邻氨基苯甲酸酯类（如N-乙酰基邻氨基苯甲酸三甲基环已酯等）、甲烷衍生物类等；无机紫外吸收剂如纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆等。
由于透光层为丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或者硅酮树脂等，这些材料，和LED芯片相比具有较低的折射率，如常规的LED芯片折射率约为2.2，而环氧基树脂的折射率很低，约为1.5，这样光线进入透光层后，入射角大于全反射临界角的大角度入射光线发生全反射，不利于光的输出，出光效率低。因此，为了改善透光层的透光率，优选地，在所述透光层表面涂覆有或者透光层内含有粒径为1-100nm的氧化物粒子。利用纳米氧化物的小尺寸效应，来改善透光层的折射率，从而提高其透光率。
作为优选地实施例，所述透光层的折射率为1.8-2.2。
进一步优选地实施例，所述纳米氧化物粒子为二氧化钛粒子、氧化锌粒子和氧化锆粒子中的任意一种或者一种以上的组合。这些氧化物粒子既可以改善透光层的折射率，同时也可以反射或吸收紫外线，而且这几种无机紫外吸收剂主要以反射为主，这样能够充分利用固态发射器发射的光线，进一步提高出光率。更优选地，所述二氧化钛、氧化锌或氧化锆粒子的粒径为1-20nm，形状为球形，以便达到更好的过滤紫外线，及改变折射率的效果。
上述三种实施方式中，选用的第一、二、三、四发光材料可以是量子点或者有机/无机荧光粉；对于无机荧光粉如可以是常用的硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉、硫化物荧光粉及铝酸盐荧光粉。
如第一发光材料由本领域技术人员从常用的蓝光荧光粉选择，可以是铕激活的卤磷酸盐体系荧光粉，M10(PO4)6Cl2:Eu2+(M＝Ba、Sr、Ca、Mg)等；铕或者锰激活的铝酸盐体系BaMgAl10O17:Eu2+，(Mn2+)荧光粉等。
第二发光材料可以由本领域技术人员根据需要从常用绿光荧光粉中选择，可以是Ce/Tb激活的铝酸盐、硅酸盐荧光粉，及硫硒化物荧光粉等，具体如，PHOSPHORTECH 公司的BUVG01、BUVG02等牌号的产品。
第三发光材料由本领域技术人员根据需要从已知的黄光荧光粉中选择，可以是Ce/Tb激活的铝硅酸盐荧光粉、YAG粉，铕激活的氮化物荧光粉，硫硒化物荧光粉等，具体地，如PHOSPHORTECH 公司的BYW01A、BYW01B、BUVY02、BUVY03、HTY550等牌号的产品。
第四发光材料由本领域技术人员根据需要从已知的铕、钐等元素激活的红光荧光粉中选择，包括Ca（Mo，W）O5：Eu,Sm，M2Si5O8：Eu(M＝Ba、Sr、Ca)，MSiAlN3:Eu(M＝Ba、Sr、Ca)，（Sr、Ca)S：Eu等，具体如PHOSPHORTECH 公司的HTR620，BUVR02等产品。
量子点材料一般是具有仅几个纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的大小和材料确定的颜色的光。特定颜色的光因此可以通过适配点的大小来产生。具有可见范围中的发射的大多数已知量子点是基于带有诸如硫化镉（CdS）和硫化锌（ZnS）的壳的硒化镉（CdSe）。也可以使用诸如磷化铟（InP）和铜铟硫化物（CuInS2）和/或银铟硫化物（AgInS2）之类的没有镉的量子点。量子点具有窄发射带，并且因而它们发射饱和色。另外，发射颜色可以通过适配量子点的大小而容易地调谐。在本发明中可以使用本领域中已知的任何类型的量子点，倘若它具有适当的波长转换特性的话。
如在本发明一实施例中，第一发光材料是具有490 纳米的峰值波长并且具有30nm 的半波宽（FWHM）的的量子点。
在本发明的另一实施例中，第四发光材料是具有610纳米的峰值波长并且具有30nm 的半波宽（FWHM）的的量子点。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (12)
1.一种发光装置，其特征在于：包括：
光发射器，所述光发射器能够发射峰值波长在380-425nm之间的光；
第一发光材料，所述第一发光材料能够吸收所述光发射器发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在450-500nm的光发射；
第二发光材料，所述第二发光材料能够吸收所述光发射器发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在530-550nm的光发射；
第三发光材料，所述第三发光材料至少能够吸收450-470nm波长的光线，并将所吸收的光的至少一部分转化为峰值波长在550-600nm的光发射；
第四发光材料，所述第四发光材料能够吸收光发射器和/或第一发光材料发射出的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转化为峰值在600-625nm的光发射。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括一透光层，所述透光层能够过滤380-425nm波段的光线。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：所述透光层为一透光片，所述透光片位于所述第一发光材料、第二发光材料、第三发光材料和第四发光材料之上。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：所述透光层包覆在所述光发射器、第一发光材料、第二发光材料、第三发光材料和第四发光材料的外部。
5.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：所述透光层由丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或者硅酮树脂形成。
6.根据权利要求2-5任一项所述的发光装置，其特征在于：所述透光层表面涂覆有或者透光层内含有粒径为1-100nm的氧化物粒子。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于：所述透光层的折射率为1.8-2.2。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于：所述氧化物粒子为二氧化钛粒子、氧化锌粒子和氧化锆粒子中的任意一种或者一种以上的组合。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于：所述二氧化钛粒子、氧化锌粒子或氧化锆粒子的粒径为1-20nm，形状为球形。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述光发射器为固态光发射器。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于：所述固态光发射器为LED芯片。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述第一发光材料、第二发光材料、第三发光材料和第四发光材料分别从下述材料中选出：荧光粉或量子点。
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