CN105209570A

CN105209570A - Uv辐射装置

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Publication number: CN105209570A
Application number: CN201480027201.9A
Authority: CN
Inventors: D·哈亚希; 余江红; G·格罗伊尔; T·加斯特尔; C·R·荣达
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: US9987499B2; CN105209570B; US20160303394A1; EP2997108B1; EP2997108A1; WO2014184038A1

Abstract

本发明涉及一种UV辐射装置，其包括包含氮化物材料的LED，其被设置成发射在200nm-300nm波长范围内的第一UV辐射，和掺杂有以下活化剂中的至少一种的发光材料，所述活化剂选自Eu²⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Nd³⁺，Gd³⁺，Tm³⁺，Sb³⁺，Tl⁺，Pb²⁺和Bi³⁺的组中，其中所述发光材料被配置成将初级UV辐射的至少一部分转换成次级UV辐射，所述初级UV辐射和所述次级UV辐射具有不同的光谱分布。

Description

UV辐射装置

技术领域

本发明涉及一种UV辐射装置以及包括这种UV辐射装置的系统。

背景技术

例如用于医疗目的，用于空气或水的净化，或通过光化学的表面清洁的UV辐射装置，大多装备有汞合金，Hg低、Hg中或Hg高压放电灯。

现有技术已知的一些UV发光气体放电灯的主要缺陷是，由于等离子体玻璃和等离子磷光体相互作用导致严重的玻璃日晒、磷光体恶化和等离子体效率损失，其寿命相当低。除此以外，这些灯需要高电压驱动器，并且Hg放电灯显示出对温度的很强依赖性，在灯的启动期间尤其如此。

因此需要替代的UV辐射装置，其至少部分地克服上述缺点并具有更长的寿命。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种UV辐射装置，其能够至少部分地克服上述缺点，尤其是允许构建具有良好的或改善的照明特征以及对于大范围应用的增加的寿命的UV辐射装置。

这个目的是通过根据本发明的权利要求1的UV辐射装置解决的。相应地，提供一种UV辐射装置，用于在从200至420nm的波长范围内产生UV辐射，其包括：

-LED(发光二极管)，其包括被设置成发射在200nm和300nm之间的波长范围内的第一UV辐射的氮化物材料；

-发光材料，其被配置成将第一UV辐射的至少一部分转换成第二UV辐射，第一UV辐射和第二UV辐射具有不同的光谱分布，其中，发光材料包括从包含以下材料的组中选出的至少一种材料：LiLuF₄:Pr，CaSO₄:Pr，Na，SrSO₄:Pr，Na，BaSO₄:Pr，Na，LaPO₄:Pr，YPO₄:Pr，LuPO₄:Pr，KYF₄:Pr，LuPO₄:Bi，CaLi₂SiO₄:Pr，Na，KY₃F₁₀：Pr，YPO₄:Bi，YAlO₃:Pr，LaMgAl₁₁O₁₉:Pr，(Ba_1-xSr_x)₂SiO₄:Pr，Na，NaYF₄:Pr，SrAl₁₂O₁₉:Pr，Na，Sr₄Al₂₄O₂₅:Pr，Na，LuBO₃:Pr，YBO₃:Pr，Y₂SiO₅:Pr，Lu₂SiO₅:Pr，Y₂Si₂O₇:Pr，Lu₂Si₂O₇:Pr，Lu₃Al₅O₁₂:Bi，Sc，Lu₃Al₃Ga₂O₁₂:Pr，Lu₃Al₄GaO₁₂:Pr，SrMgAl₁₀O₁₇:Ce，Na，Lu₃Al₅O₁₂:Pr，LiYF₄:Ce，LuF₃:Ce，YBO₃:Gd，Lu₃Al₅O₁₂:Gd，Y₃Al₅O₁₂:Gd，LaMgAl₁₁O₁₉:Gd，LaA1O₃:Gd，YPO₄:Gd，GdPO₄:Nd，LaB₃O₆:Gd，Bi，SrAl₁₂O₁₉:Ce，LaPO₄:Ce，GdMgB₅O₁₀:Ce，LuPO₄:Ce，CaF₂:Ce，Y₃Al₅O₁₂:Pr，LaCl₃:Ce，SrCl₂:Ce，(La_1-xGd_x)PO₄:Ce，Ca₂P₂O₇:Eu，YPO₄:Ce，LaMgAl₁₁O₁₉:Ce，BaSi₂O₅:Pb，Sr₂MgSi₂O₇:Pb，SrB₄O₇:Eu，BaSO₄:Eu，SrSO₄:Eu，CaSO₄:Eu，(Sr_1-xMg_x)₂P₂O₇:Eu，YAl₃(BO₃)₄：Gd，Pr，LaPO₄:Tm，LaMgAl₁₁O₁₉:Gd，Bi，LaMgAl₁₁O₁₉:Gd，Pr，YAl₃(BO₃)₄:Gd，Bi，其中x在0至1.0的范围内。

令人惊奇的是，已经发现，这样的UV辐射装置对于本发明内的范围广泛的应用具有以下优点中的至少一个：

-光谱和强度对温度的依赖很少；

-没有有毒成分，诸如汞；

-发射光谱可以最佳地调整为应用区域的动作曲线，目的在于：

–长寿命；

-高辐照度。

由于它们的发射和吸收特征，这些发光材料已经被证明是合适的。

根据本发明的一个优选实施例，氮化材料是(Al，Ga，In)N或BN。术语“(Al，Ga，In)”表示相应的材料可包括铝，镓或铟。它也表明这种材料可以包括选自由钙、锶和钡组成的组中的金属。因此，所述材料例如可以包括铝和镓或只是铟等。

根据本发明的优选实施例，发光材料选自包含氟化物、磷酸盐、铝酸盐、硼酸盐、硅酸盐或硫酸盐或它们的混合物的组中。这些材料已在实践中显示出是本发明的UV辐射装置内合适的材料。

根据本发明的优选实施例，发光材料基本上以陶瓷形式被提供。

在本文中术语“基本上”，例如在“基本上所有的光”或“基本上由…构成”中将被本领域技术人员所理解。术语“基本上”还可以包括带有“全部”，“完全地”，“所有”等的实施例。因此，在实施中形容词基本上也可被除去。在可应用的地方，术语“基本上”也可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包括其中术语“包括”是指“由…组成”的实施例，术语“和/或”尤其涉及前面提到的和“和/或”之后的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”及类似短语可涉及一个或多个项目1和项目2。在一个实施例中术语“包括”可以是指“由...组成”，但在另一实施例中也指“含有至少所定义的种类和任选的一种或多种其它种类”。

此外，在说明书和权利要求中术语第一、第二、第三等被用于区分相似的元件，不一定用于描述顺序或时间顺序。但是应当理解，所使用的术语在适当的情况下是可以互换，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的其他顺序来操作。

除其他以外，本文中的装置是在操作期间描述的。如本领域技术人员将清楚的，本发明并不局限于操作方法或操作中的装置。

在本发明的意义上，术语“陶瓷材料”尤其是指结晶或多晶紧凑材料或具有控制量的孔或者是无孔的复合材料。

从本发明的意义上而说，术语“多晶材料”尤其是指具有体积密度大于90％的主要成分的材料，其包括80％以上的单晶畴，每个畴的直径均大于0.5μm，并具有不同的结晶取向。单晶畴可以通过无定形或玻璃质材料或通过额外的结晶成分连接。从本发明的意义上而说，术语“LED”也可以指多个LED。

术语“UV辐射”尤其涉及具有在约200nm-420nm范围内波长的光。UV辐射可以被细分成“UV-C辐射”，其尤其涉及具有在约200nm-280nm范围内波长的光，“UV-B辐射”，其尤其涉及具有在约280nm-315mn范围内波长的光，和“UV-A辐射”，其尤其涉及具有在约315nm-420nm范围内波长的光。

在术语“Y₃Al₅O₁₂:Gd”，“Gd”表示该金属离子的部分被Gd置换(在本实施例Gd³⁺置换Y³⁺)。例如，假定在Y₃Al₅O₁₂:Gd中有2％的Gd，正确的分子式可以是(Y_2.98Gd_0.02)Al₅O₁₂。

根据本发明的优选实施例，UV辐射装置还包括从包含以下聚合材料的组中选择出的聚合材料：PVF(聚氟乙烯聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯聚合物)、PTFE(聚四氟乙烯聚合物)、PFA(全氟烷氧基聚合物)、FEP(氟化乙丙烯聚合物)、ETFE(四氟乙烯聚合物)、PEEK(聚醚醚酮聚合物)、PFPE(全氟聚醚聚合物)或其混合物。这些聚合物材料已经在实践中证明自己，特别是由于它们的宽带隙。

特别优选的是FEP作为聚合物材料，因为它具有宽的带隙，因此是UV透明的。

这种聚合物材料可以被用作填充材料(例如，在不提供像陶瓷一样的发光材料时的情况下)或作为光学(例如透镜)材料。

根据本发明的优选实施例，发光材料基本上以颗粒形式被提供，颗粒具有在0.1μm-100μm范围内的平均颗粒尺寸。

根据本发明的优选实施例，发光材料基本上以颗粒形式被提供，颗粒被涂覆有具有大于等于5.0ev带隙的无机材料。

根据本发明的一个优选实施例，发光材料基本上以颗粒形式被提供，颗粒被涂覆有选自包括以下无机材料的组中的无机材料：AlN、Al₂O₃、Ln₂O₃(Ln＝Sc，Y，Lu)、MgO、(Y_1-xLu_x)₃(Al_1-ySc_y)₅O₁₂、SiO₂或它们的混合物，其中x在0-1.0的范围内。

根据本发明的优选实施例，UV辐射装置还包括用于LED的封装的封装材料，和分散在封装材料中的散射颗粒。散射颗粒增加从UV辐射装置耦合出的UV光的量，从而增加装置效率。

根据本发明的一个优选实施例，氮化物材料包括Al_xGa_1-x-yIn_yN，0<x+y<1。这些材料具有可用于产生在UV波长范围内辐射的直接带隙。

根据本发明的一个优选实施例，散射颗粒包括从氮化硼和铝中选择的材料中的一种或多种材料。这些材料对于在UV-B/C范围内的辐射显示出具有良好的散射特性。

根据本发明的一个优选实施例，UV辐射装置进一步包括用于安装LED的第一表面，与第一表面相对、用于在装置操作期间使UV辐射出射的第二表面，以及在第一表面和第二表面之间的UV反射表面，并且其中在封装材料中的散射颗粒的浓度从在封装材料的第一部分中的第一浓度逐渐变化到封装材料的第二部分中的第二浓度，使得第一浓度高于第二浓度，并且其中第一部分被定位在反射表面和基本平行于该反射表面的LED的发光表面之间，并且其中第二部分定位于第二表面和基本平行于该第二表面的LED的发光表面之间。例如，与第二部分相比，由LED吸收的辐射的变化对于在第一部分中发射的光来说更大。

根据一个优选实施例，仅封装材料的第一部分包括散射颗粒。与第二部分相比在第一部分中具有更高浓度的散射颗粒，或者在第二部分中没有散射颗粒，将减少在第一部分中损失的辐射的量。

根据一个优选实施例，发光材料包括分散在封装材料中或分散在在装置操作期间形成光出射面的层中的发光材料颗粒。分散在封装材料中的发光颗粒也可用作散射颗粒，用于散射UV-B/C辐射。具有分散在形成光出射面的层中的发光材料会降低辐射装置操作期间发光材料的温度，并且因此它可以提高发光材料的寿命。

本发明还涉及一种包括UV辐射装置的系统，其用于以下一个或多个应用：

-医学治疗；

-美容性皮肤治疗；

-水和/或空气净化；

-产品的光化学合成。

这些应用将更加详细地进一步讨论。

一、医学治疗系统

在根据本发明的UV辐射装置被用于医学治疗(例如诸如牛皮癣的皮肤疾病的治疗)中，特别优选的是，发光材料在300nm-320nm的波长范围内具有其发光峰值。

特别优选的是发光材料选自包括以下的组中：

Lu₃Al₄GaO₁₂:Pr

SrMgAl₁₀O₁₇:Ce，Na

Lu₃Al₅O₁₂:Pr

LiYF₄:Ce

LuF₃:Ce

YBO₃:Gd

Lu₃Al₅O₁₂:Gd

Y₃Al₅O₁₂:Gd

LaMgAl₁₁O₁₉:Gd

YAl₃(BO₃)₄:Gd，Pr

LaA1O₃:Gd

YPO₄:Gd

GdPO₄:Nd

LaB₃O₆:Gd，Bi

SrAl₁₂O₁₉:Ce

LaPO₄:Ce

GdMgB₅O₁₀:Ce

LuPO₄:Ce

CaF₂:Ce

Y₃Al₅O₁₂:Pr

YAl₃(BO₃)₄:Gd，Pr

YAl₃(BO₃)₄:Gd，Bi

其中Lu₃Al₅O₁₂:Pr和/或YAl₃(BO₃)₄:Gd，Pr和/或YAl₃(BO₃)₄:Gd，Bi是更特别优选的。

在聚合物被用在UV辐射装置的情况下，FEP是特别优选的。

在发光材料以颗粒形式被提供的情况下，在10μm-50μm范围内的平均颗粒尺寸是特别优选的。

二、美容性皮肤治疗系统

在根据本发明的UV辐射装置用于美容性皮肤治疗(例如晒黑装置)的情况下，特别优选的是发光材料在310nm-340nm的波长范围内具有其发光峰值。

特别优选的是，发光材料选自包括以下材料的组中：

Lu₃Al₅O₁₂:Pr

LiYF₄:Ce

LuF₃:Ce

YBO₃:Gd

Lu₃Al₅O₁₂:Gd

Y₃Al₅O₁₂:Gd

LaMgAl₁₁O₁₉:Gd

LaA1O₃:Gd

YPO₄:Gd

GdPO₄:Nd

LaB₃O₆:Gd，Bi

SrAl₁₂O₁₉:Ce

LaPO₄:Ce

LaPO₄:Tm

GdMgB₅O₁₀:Ce

LuPO₄:Ce

CaF₂:Ce

Y₃Al₅O₁₂:Pr

LaCl₃:Ce

SrCl₂:Ce

(La_0.5Gd_0.5)PO₄:Ce

其中LaPO₄:Ce，YPO₄:Ce和LaPO₄:Tm(也是LaPO₄:Ce，YPO₄:Ce/LaPO₄:Ce和LaPO₄:Tm的混合物)是更特别优选的。

在聚合物被用在UV辐射装置的情况下，FEP是特别优选的。

在发光材料以颗粒形式被提供的情况下，在10μm-50μm范围的平均颗粒尺寸是特别优选的。

三、用于水和/或空气净化的系统

在根据本发明的UV辐射装置用于水和/或空气净化的情况下，特别优选的是发光材料在220nm-260nm的波长范围内具有其发光峰值。

特别优选的是，发光材料选自包括以下材料的组中：

LiLuF₄:Pr

CaSO₄:Pr，Na

SrSO₄:Pr，Na

LaPO₄:Pr

YPO₄:Pr

LuPO₄:Pr

KYF₄:Pr

LuPO₄:Bi

CaLi₂SiO₄:Pr，Na

KY₃F₁₀:Pr

YPO₄:Bi

YAlO₃:Pr

LaMgAl₁₁O₁₉:Pr

(Ba,Sr)₂SiO₄:Pr，Na

NaYF₄:Pr

SrAl₁₂O₁₉:Pr，Na

Sr₄Al₂₄O₂₅:Pr，Na

LuBO₃:Pr

YBO₃:Pr

其中YPO₄:Bi是更特别优选的。

在聚合物被用在UV辐射装置的情况下，FEP是特别优选的。

在发光材料以颗粒形式被提供的情况下，在10μm-50μm的范围内的平均颗粒尺寸是特别优选的。

四、用于产品的光化学合成的系统

在根据本发明的UV辐射装置用于产品的光化学合成的设备(例如用于维生素D₃的光化学合成的化学反应器)中的情况下，特别优选的是发光材料在240nm-280nm的波长范围内具有其发光峰值。

特别优选的是，发光材料选自包括以下材料的组中：

KY₃F₁₀:Pr

YPO₄:Bi

YAlO₃:Pr

LaMgAl₁₁O₁₉:Pr

(Ba，Sr)₂SiO₄:Pr，Na

NaYF₄:Pr

SrAl₁₂O₁₉:Pr，Na

Sr₄Al₂₄O₂₅:Pr，Na

LuBO₃:Pr

YBO₃:Pr

Y₂SiO₅:Pr

Lu₂SiO₅:Pr

Y₂Si₂O₇:Pr

Lu₂Si₂O₇:Pr

Lu₃Al₅O₁₂:Bi，Sc

其中YBO₃:Pr，Y₂SiO₅:Pr(同样YBO₃:Pr和Y₂SiO₅:Pr的混合物)是更特别优选的。

在聚合物被用在UV辐射装置的情况下，FEP是特别优选的。

在发光材料以颗粒形式被提供的情况下，优选的是在0.1μm-100μm的范围内的平均颗粒尺寸，更优选的是在10μm-50μm的范围内的平均颗粒尺寸。

前述部件，以及所要求保护的部件和根据本发明在描述的实施例中使用的部件，关于它们的尺寸、形状、材料选择和技术概念不经受任何特殊的例外，使得在相关领域中已知的选择标准能够被应用，而不受限制。

附图说明

本发明的目的的附加细节、特征、特性和优点在从属权利要求、附图以及各附图和实施例的以下描述中被公开，其以示例性方式示出了根据本发明的UV辐射装置和包括这种UV辐射装置的系统的几个实施例和示例。

图1示出了根据本发明第一实施例的UV辐射装置的示意剖视图；

图2示出了根据本发明的示例I的LED发射光谱；

图3示出了根据本发明的示例II的LED发射光谱；

图4示出了根据本发明的示例III的LED发射光谱；

图5示出了根据本发明的示例IV的LED发射光谱；

图6示出了根据本发明的示例V的LED发射光谱；

图7示出了根据本发明的示例Ⅵ的LED发射光谱；

图8示出了根据本发明的示例VII的LED发射光谱；

图9示出了根据本发明的示例VIII的LED发射光谱；

图10示出了的根据本发明第二实施例的UV辐射装置的示意剖视图；

图11示出了根据本发明的晒黑装置的示意剖视图；

图12a和图12b示出了根据本发明的净化系统的示意性剖视图；

图13A和图13B分别示出了根据本发明的第二和第三实施例的UV辐射装置的示意剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的UV辐射装置1的示意剖视图。它包括放置在由散热器60包围的铝镜50内的第一LED10。在来自LED10的光路线路中，设置有呈颗粒形式的发光材料20。发光材料20被嵌入聚合物30内，其也形成透镜40以聚焦由UV辐射装置1发射的光。在一个替代实施例中，发光材料可以陶瓷板的形式存在于LED20的顶部。

UV辐射装置1经由LED驱动器80被驱动，该LED驱动器经由金属线，优选铝线70与UV辐射装置1连接。

本发明将通过下面的发明性示例被进一步理解，其仅仅用于说明而非限制本发明。

例I

例I涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括230nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括YPO₄:Bi(Al₂O₃)作为发光材料的发光屏。它尤其可用于空气/水或表面消毒装置，并且通过以下方式制成：

涂覆有YPO₄:Bi(0.8％)磷光体粉末的微尺度Al₂O₃通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。磷光体层的厚度在10和50μm之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线(替代地Au线可以被使用)电连接到驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被安装到填充的散热器。

UV辐射装置由低电压驱动器驱动，其供给直流电以及在2和20V之间的正向电压。

图2示出了根据本示例Ⅰ的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例II

例II涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括240nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括Lu₃Al₅O₁₂:Pr作为发光材料的发光屏。它尤其可用于牛皮癣治疗的医疗设备，并且通过以下方式制成：

由微尺度立方Lu₃Al₅O₁₂:Pr(0.3％)粉末制成的陶瓷体(100μm厚度)被沉积到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。然后陶瓷材料/芯片组件被安装到Al涂覆的金属散热器中，并用银线(可替代地Au线可以被使用)电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)制成。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图3示出了根据本示例II的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例III

例III涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括240nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括YAl₃(BO₃)₄:Gd，Pr作为发光材料的发光屏。它尤其可用于牛皮癣治疗的医疗设备，并且通过以下方式制成：

涂覆有YAl₃(BO₃)₄:Gd(10％)Pr(1％)发光材料粉末的微尺度Al₂O₃通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。发光材料层的厚度在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线(可替代地Au线可以被使用)电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

UV照射装置由低电压驱动器驱动，其供给直流电以及在2和20V之间的正向电压。

图4示出了根据本示例III的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例IV

例IV涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括240nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括SrAl₁₂O₁₉:Ce(5％)Na(5％)作为发光材料的发光屏。它尤其可用于牛皮癣治疗的医疗设备，并且通过以下方式制成：

涂覆有SrAl₁₂O₁₉:Ce(5％)Na(5％)发光材料粉末的微尺度Al₂O₃通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。发光材料层的厚度在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线(可替代地Au线可以被使用)电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图5示出了根据本示例IV的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例V

例V涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括240nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括YBO₃:Pr作为发光材料的发光屏。它尤其可用于维生素D的光化学生产，并且通过以下方式制成：

涂覆有YBO₃:Pr(2％)磷光体粉末的微尺度Al₂O₃通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。磷光体层的厚度为在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图6示出了根据本示例V的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例VI

例VI涉及具有根据图1的UV辐射源的UV辐射装置，其具有240nm发射(Al，Ga)N模和包括Y₂SiO₅:Pr作为发光材料的发光屏。它尤其可用于维生素D的光化学生产，并且通过以下方式制成：

涂覆有Y₂SiO₅:Pr(2％)磷光体粉末的微尺度Al₂O₃通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。磷光体层的厚度在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图7示出了根据本示例VI的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例VII

例VII涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括258nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括LaPO₄:Ce和YPO₄:Ce作为发光材料的发光屏。它尤其可用于晒黑设备，并且通过以下方式制成：

涂覆有LaPO₄:Ce(10％)和YPO₄:Ce(5％)的磷光体粉末的微尺度Al₂O₃被混合，并且混合物通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。磷光体层的厚度在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线(可替代地Au线可以被使用)电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图8示出了根据本示例VII的发光装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

例VIII

例VIII涉及根据图1的UV辐射装置，其具有包括258nm发射(Al，Ga)N模的UV辐射源和包括LaPO₄:Ce和LaPO₄:Tm作为发光材料的发光屏。它尤其可用于晒黑设备，并且通过以下方式制成：

涂覆有LaPO₄:Ce(10％)和LaPO₄:Tm(1％)的发光材料粉末的微尺度Al₂O₃被混合，并且混合物通过电泳粉末沉积(EPD)被涂覆到(Al，Ga)N模上，通常尺寸为1mm²。发光材料层的厚度在10和50μm之间，并且层密度在20和50％之间。然后涂覆的芯片被安装到Al涂覆的金属散热器内，并通过银线(可替代地Au线可以被使用)电连接到LED驱动器。散热器由熔融FEP(氟化乙丙烯聚合物)填充。为了完成LED封装，透明的FEP帽被附接到填充的散热器。

图9示出了根据本示例VIII的UV辐射装置的三个发射光谱，其被称为LED1、LED2和LED3，具有在20和60μm之间的不同发光材料层厚度，其中LED1具有最小层厚度，并且LED3具有最大层厚度。

图10示意性示出了UV辐射装置200的另一实施例，其包括模块170，所述模块170具有壁171，腔172和UV透射窗173。壁171和UV透射窗173在这里包围腔172。UV辐射装置200还包括LED90，其被配置成产生第一UV辐射11。在这里，举例来说，两个LED90被描绘，尽管当然可以存在多于两个或只有一个LED。此外，UV辐射装置200包括发光材料2，其被嵌入在基质220中。基质220可以包括聚合物材料。发光材料2被配置成将第一UV辐射11的至少部分转换成第二UV辐射121。举例来说，辐射装置200还包括第二发光材料150，其在激发时提供了第三UV辐射151。与第二UV辐射121相比，该第三UV辐射151一般可以具有另一光谱分布。通过UV辐射装置所产生的所有光都采用UV辐射装置光5表示，其在该示意性实施例中包括第一UV辐射11、第二UV辐射121和可选的第三UV辐射151。注意，发光材料2被设置成距LED90非零距离d。在一个替代实施例中，所有的第一UV辐射11被转换成第二UV辐射121，并可选地也转换成第三UV辐射151。UV辐射装置200可进一步包括UV干涉滤光器(未在图10中示出)，其防止在由滤光器所限定的波长范围内的不希望的UV辐射的发射。干涉滤光器可以被用于在较长波长UV离开装置的位置处反射短波长UV，以这种方式在发光材料中增加短波长UV的光吸收。可替代地，它可以被用来在短波长UV进入发光材料的部位反射长波长UV，从而增加在期望的位置的长波长UV辐射。最后，也可以同时使用两个干涉滤光器。

图11示意性地描述了根据本发明的实施例的晒黑装置31。晒黑装置31包括第一晒黑单元2a和第二晒黑单元2b，第一晒黑单元和第二晒黑单元分别包括两个光学系统3a和3b，其中晒黑单元2a，2b借助铰链4被相互联接。每个光学系统3a，3b均包括用于UV辐射装置6a，6b的壳体5a，5b，所述壳体5a，5b由反射背衬7a，7b限定。反射背衬结构7a，7b包括抛物线横截面的多面圆柱形反射器9a、9b，反射底板10a、10b和反射顶板11a、11b，这两个板10a、10b、11a、11b被连接到所述多面圆柱形反射器9a、9b。所使用的UV辐射装置6a，6b适合于在操作过程中发射UV辐射。例如UV辐射装置6a，6b可以包括细长玻璃管，其中多个LED被安装在板上，并且发光材料直接沉积在LED上或远离LED沉积在玻璃管内。可替代地，UV辐射装置6a，6b可以根据UV辐射装置200构成，如图10所示，具有多个LED。为了获得晒黑装置31的有效光输出，高效率反射器设计被应用。在示出的晒黑装置31的实施例中，晒黑单元2a，2b之间的取向是可调节的。在操作过程中，由两个相邻的晒黑单元2a，2b包围的角度α，优选约为120℃，用于最佳照射位于距铰链4约25厘米的距离处的正在晒黑的人。通过包含在第二晒黑单元2b中的定时开关13，晒黑时间(通常最多15或30分钟)可以由该人进行调整。晒黑单元2a，2b都设置有手柄14a，14b，以方便晒黑装置31的运输。晒黑装置31还可以包括UV干涉滤光器(未示于图11中)，其防止在由滤光器限定的波长范围内不期望的UV辐射的发射。干涉滤光器可以被用于在较长波长的UV离开装置的位置处反射短波长UV，以这种方式增加在发光材料内的短波长UV的光吸收。可替代地，它可以被用来在短波长UV进入发光材料的部位处反射长波长UV，从而在期望位置增加长波长UV辐射。最后，也可以同时使用两个干涉滤光器。

图12A示意性地示出了按照本发明的实施例的用于流体净化的系统100。两个穿孔板104被容纳在腔102内。穿孔板104具有安装在它们的表面上的UV辐射装置(参照图12b)。在本发明的一个实施例中，穿孔板104可被修改以装配到任何其它容器内。例如，穿孔板104可被修改以装配到圆筒形运水管内。腔室102具有入口106和出口108。流体通过入口106进入腔室102并通过穿孔板104的穿孔。流体可以是空气、水或任何其他液体或气体。存在于中流体的微生物，在通过穿孔板104中的穿孔时，被暴露于由UV辐射装置发射的UV辐射。UV辐射被该微生物中的DNA、RNA和蛋白质吸收。UV辐射引起微生物的遗传性疾病和失活。穿孔板104将微生物的前部和后部暴露于UV辐射。在本发明的一个实施例中，基于反馈的功率控制单元和反馈单元被用来控制供给到UV辐射发射器(在图12a中未示出)的功率量。反馈单元提供关于流体的物理性质的数据到基于反馈的功率控制单元。取决于所接收的数据，基于反馈的功率控制单元改变供给到UV辐射装置的功率量。在一个替代实施例中，系统100具有UV反射屏110。UV反射屏110覆盖腔室102的壁。入射在UV反射屏110上的任何UV辐射均被反射回腔室102，从而增加腔室102内部的UV辐射的密度。在本发明的一个实施例中，UV反射屏110由铝制成。在另一个实施例中，UV反射屏110可包括TiO₂光催化剂，当暴露于UV辐射时，其产生臭氧。

图12b是按照本发明的一个实施例的穿孔板104的前视图，其中UV辐射装置202被安装在其表面上。穿孔板104具有在其表面上设置成阵列的UV辐射装置202。UV辐射装置202可以是例如根据图1所示的UV辐射装置，并具有一个LED或者可替代的多个LED。可替代地，UV辐射装置202可以是根据图10所示的UV辐射装置。穿孔板104具有穿孔204，以允许流体通过。在本发明的一个实施例中，穿孔板104可以是印刷电路板(PCB)。在本发明的另一个实施例中，穿孔板104是金属芯印刷电路板(MCPCB)。MCPCB的金属芯使它成为热的良导体。金属芯有效地将UV辐射装置202所产生的热量传递到散热器，其可以是单独的散热器(未在图12a中示出)或是被净化的流体(例如水)。到散热器的有效热传递保持UV辐射装置202在其理想的工作温度范围内，从而提高了系统100的效率。相对较低的温度是LED高效操作所必需的，优选在20℃到60℃的范围内。在本发明的一个实施例中，穿孔204的形状是正方形。穿孔204允许流体通过并将存在于流体中的微生物暴露于UV辐射。穿孔204的尺寸确定了微生物到UV辐射装置202的接近度。穿孔204的尺寸可以基于UV辐射装置202的UV辐射发射容量决定。对于高功率的UV辐射发射器202，穿孔204的尺寸相对较大，而对于低功率的UV辐射发射器202，穿孔204的尺寸相对较小。

图13A和13B示出了分别根据本发明的第二和第三实施例的UV辐射装置的示意剖视图。同时参照图13A和13B，UV辐射装置330和340包括UVLED302，其被安装在基板(sub-mount)301上。UVLED302由封装材料306封装。侧壁303由UV反射材料制成(或可替代地由UV反射材料涂覆)。在操作期间，UVLED302在侧壁303的方向上从LED302的侧壁产生UV辐射309，以及在UV辐射装置的光出射表面311的方向上从LED的顶面产生UV辐射310。UV辐射装置330包括层304，该层包含发光材料颗粒307。UV辐射装置340包括发光材料颗粒307，其存在于封装材料306中。在操作过程中，通过UVLED302产生的UV辐射的至少一部分由发光材料307转换成第二UV辐射。第二UV辐射和由UVLED302产生可选的非转化的UV辐射作为UV辐射308离开UV辐射装置330、340。UV辐射装置330、340进一步包括散射颗粒305。散射颗粒305散射由UVLED302产生的UV辐射，其可以防止UV辐射的所述部分由于内部吸收在UV辐射装置330、340内损失。例如，UV辐射309可以被侧壁303反射回到UVLED302的方向上并在那里被吸收。以这种方式，散射颗粒305将最大限度地减少UV辐射的损耗，并提高UV辐射装置330、340的效率。此外，散射颗粒305可以加宽光束的角度，其包括在操作过程中由UV辐射装置所产生的UV辐射308。例如，UVLED302可包括一组IIIA族氮化物的半导体材料(Al_xGa_1-x-yIn_yN，其中0<X+Y<1)，其具有直接带隙，可被用于产生在UV波长范围内的电磁辐射。对于这样的材料，例如对于Al_xGa_1-xN(0<x<1)，其经常被用作用于产生UV(-C)辐射的LED的组件，从AlN层发射的UV辐射310是TM(横向磁场)偏振的，并且代替来自GaN层的UV辐射309是TE(横向电场)偏振的。TM-偏振光的光提取一般比TE偏振光的提取更差。散射颗粒305的使用导致(TE偏振)UV辐射309的改进提取，从而提高了封装效率。在一个优选实施例中，在封装材料306中的散射颗粒305的浓度被从在封装材料306的第一部分中的第一浓度逐渐改变为在封装材料306的第二部分中的第二浓度，使得第一浓度高于第二浓度。第一部分可主要发射UV辐射309，即封装材料的该部分更接近基板301，例如封装材料306的该部分被基板301、侧壁303和虚线312包围。虚线312是一条基本上平行于基板301的线，并且其与LED301的顶面一致。第二部分可以主要发射UV辐射310，即更靠近光出射表面311，例如封装材料306的该部分由虚线312、侧壁303和光出射窗311包围。在一个具体实施例中，仅封装材料306的第一部分包括散射颗粒305。封装材料306可以是任何类型的(至少部分的)UV透明聚合物(例如硅树脂、PVF、PVDF、PTFE、PFA、FEP、ETFE、PEEK、PFPE或它们的混合物)，玻璃，陶瓷材料等。散射颗粒305可包含氮化硼、氧化铝或铝，并且具有在200nm-5μm范围内的颗粒尺寸。

在上面的详细实施例中的元件和特征的特定组合仅是示范性的；也可以明确预期使用本文的和通过引用并入专利/申请的其它示范互换和取代这些示范。正如本领域技术人员将认识到的，在不脱离所要求保护的本发明的精神和范围的情况下，对于本领域技术人员，存在本文所描述的实施方案的改变、修改和其它实现方式。因此，前面的描述仅仅是通过示例的方式，并不旨在限制。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”并不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。本发明的范围在下面的权利要求及其等同物中被限定。此外，在说明书和权利要求中使用的附图标记并不限制所要求保护的发明的范围。

Claims

1.一种UV辐射装置，用于产生在200-420nm波长范围内的UV辐射，所述UV辐射装置包括：

-LED，所述LED包括氮化物材料，所述氮化物材料被设置成发射在200nm-300nm的波长范围内的第一UV辐射；

-发光材料，所述发光材料被配置成将所述第一UV辐射的至少一部分转换成第二UV辐射，所述第一UV辐射和所述第二UV辐射具有不同的光谱分布，其中所述发光材料包括选自包含以下材料的组中的至少一种材料：LiLuF₄:Pr；CaSO₄:Pr，Na；SrSO₄:Pr，Na；BaSO₄:Pr，Na；LaPO₄:Pr；YPO₄:Pr；LuPO₄:Pr；KYF₄:Pr；LuPO₄:Bi；CaLi₂SiO₄:Pr，Na；KY₃F₁₀：Pr；YPO₄:Bi；YAlO₃:Pr；LaMgAl₁₁O₁₉:Pr；(Ba_1-xSr_x)₂SiO₄:Pr，Na；NaYF₄:Pr；SrAl₁₂O₁₉:Pr，Na；Sr₄Al₂₄O₂₅:Pr，Na；LuBO₃:Pr；YBO₃:Pr；Y₂SiO₅:Pr；Lu₂SiO₅:Pr；Y₂Si₂O₇:Pr；Lu₂Si₂O₇:Pr；Lu₃Al₅O₁₂:Bi，Sc；Lu₃Al₃Ga₂O₁₂:Pr；Lu₃Al₄GaO₁₂:Pr；SrMgAl₁₀O₁₇:Ce，Na；Lu₃Al₅O₁₂:Pr；LiYF₄:Ce；LuF₃:Ce；YBO₃:Gd；Lu₃Al₅O₁₂:Gd；Y₃Al₅O₁₂:Gd；LaMgAl₁₁O₁₉:Gd；LaA1O₃:Gd；YPO₄:Gd；GdPO₄:Nd；LaB₃O₆:Gd，Bi；SrAl₁₂O₁₉:Ce；LaPO₄:Ce；GdMgB₅O₁₀:Ce；LuPO₄:Ce；CaF₂:Ce；Y₃Al₅O₁₂:Pr；LaCl₃:Ce；SrCl₂:Ce；(La_1-xGd_x)PO₄:Ce；Ca₂P₂O₇:Eu；YPO₄:Ce；LaMgAl₁₁O₁₉:Ce；BaSi₂O₅:Pb；Sr₂MgSi₂O₇:Pb；SrB₄O₇:Eu；BaSO₄:Eu；SrSO₄:Eu；CaSO₄:Eu；(Sr_1-xMg_x)₂P₂O₇:Eu；YAl₃(BO₃)₄：Gd，Pr；LaPO₄:Tm；LaMgAl₁₁O₁₉:Gd，Bi；LaMgAl₁₁O₁₉:Gd，Pr；YAl₃(BO₃)₄:Gd，Bi，其中x在0至1.0的范围内。

2.根据权利要求1所述的UV辐射装置，其中所述氮化物材料被选自组(Al，Ga，In)N和BN中。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的UV辐射装置，还包括选自包含以下聚合物的组中的聚合物：PVF，PVDF，PTFE，PFA，FEP，ETFE，PEEK，PFPE或其混合物。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的UV辐射装置，其中所述发光材料基本以颗粒形式被提供，所述颗粒具有在0.1μm-100μm范围内的平均颗粒尺寸，更优选在10μm-50μm的范围内。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的UV辐射装置，其中所述发光材料基本以颗粒形式被提供，所述颗粒由具有≥5.0eV的带隙的无机材料涂覆。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的UV辐射装置，其中所述发光材料基本以颗粒形式被提供，所述颗粒由选自包括以下无机材料的组中的无机材料涂覆：AlN、Al₂O₃、Ln₂O₃(Ln＝Sc，Y，Lu)、MgO、(Y_1-xLu_x)₃(Al_1-ySc_y)₅O₁₂、SiO₂或它们的混合物，其中x在0-1.0的范围内。

7.根据权利要求1至2中的任一项所述的UV辐射装置，还包括用于所述LED的封装的封装材料(306)，和分散在所述封装材料中的散射颗粒(305)。

8.根据权利要求7所述的UV辐射装置，其中所述氮化物材料包括Al_xGa_1-x-yIn_yN，其中0<x+y<1。

9.根据权利要求7或8所述的UV辐射装置，其中所述散射颗粒包含选自氮化硼、氧化铝和铝中的一种或多种材料。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的UV辐射装置，还包括：用于安装所述LED(302)的第一表面(301)，与所述第一表面(301)相对的、用于在所述装置操作期间使所述UV辐射出射的第二表面(311)，以及位于所述第一表面(301)和所述第二表面(311)之间的UV反射面(303)，并且其中所述封装材料(306)中的所述散射颗粒(305)的浓度从所述封装材料(306)的第一部分中的第一浓度逐渐变化到所述封装材料(306)的第二部分中的第二浓度，使得所述第一浓度高于所述第二浓度，并且其中所述第一部分被定位在所述反射面(303)和基本平行于所述反射面(303)的所述LED(302)的发光表面之间，并且其中所述第二部分定位于所述第二表面(311)和基本上平行于所述第二表面(311)的所述LED(302)的发光表面之间。

11.根据权利要求10所述的UV辐射装置，其中仅所述封装材料(306)的所述第一部分包括散射颗粒(305)。

12.根据权利要求7所述的UV辐射装置，其中所述发光材料包括发光材料颗粒(307)，所述发光材料颗粒被分散在所述封装材料(306)中，或分散在在所述装置操作期间形成光出射面(311)的层(304)中。

13.一种包括根据权利要求1至12中任一项所述的UV辐射装置的系统，所述系统被用在以下应用中的一个或多个中：

-医学治疗；

-美容性皮肤治疗；

-水、表面和/或空气净化；

-化学物质的光化学合成。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括UV干涉滤光器。