CN105240692A - 能降低有害蓝光的仿自然光的光的合成方法及应用 - Google Patents

能降低有害蓝光的仿自然光的光的合成方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种成本低、性能稳定能有效降低有害蓝光的光谱更接近太阳光光谱的仿自然光的合成方法及应用。该合成方法采用依次由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层构成的led光源发出一种其光谱更接近阳光光谱的无蓝光尖峰与青光波谷且能量均衡、较平滑的仿自然光；该仿自然光由led芯片发出的一部分蓝光激发所述荧光粉层发出的黄光和led芯片发出的直接穿过所述荧光粉层的另一部分蓝光共同穿过所述转光层合成而得。本发明模仿自然光谱并消除了大部分有害蓝光成分，光谱连续、均衡，显色性达到90，是一种新的健康光谱，其光谱为实现了消除有害蓝光的健康光谱。本发明成本低、制作简单、绿色环保且为业内首创。

Description

能降低有害蓝光的仿自然光的光的合成方法及应用
技术领域
本发明涉及一种合成光的方法，特别涉及一种通过led芯片、荧光粉层和转光层合成一种降低有害蓝光且光谱接近太阳光光谱的仿自然光的方法及应用。
背景技术
依光谱图，从左到右，依次是紫外线、可见光和红外线。其中可见光的波长是从380nm到780nm之间，380nm-400nm是紫色光，从400nm到500nm之间，我们人眼感受到的颜色是蓝色，所以这个波段我们称之为蓝光。蓝光是波长为400nm-500nm之间的蓝色光线，也叫“高能可见光”，是可见光中具有最强能量的光谱光，而400nm-455nm的蓝光对人的眼睛危害最大，通常称为有害蓝光。
目前，led灯具光源主要是采用蓝光芯片激发黄色荧光粉而发出白光，所以led灯具发出的光线中大都富含有蓝光成分，其在蓝光波段435nm至455nm之间有个能量高峰(如图2所示)。
因此，如何降低或消除led光源的蓝光危害是业内亟待解决的问题。
有害蓝光对眼睛的伤害主要有以下三个方面：
1、蓝光诱导AMD(黄斑变性)。特别对于蓝眼睛的人，具有更大的危害。
紫外线不能穿透晶状体，而蓝光却可以穿透晶状体直达视网膜。引起感光细胞的死亡。在美国，由于人种的缘故，(熟悉眼科的知道，白种人白内障及黄斑变性的病发人群比黄种人要高很多)65岁以上的人群，每5个人就有一个是黄斑变性患者。
2、蓝光对眼睛的伤害还表现在蓝光产生眩光，引起视觉模糊。
由于蓝光的波长短，他的聚焦点并不是落在视网膜中心位置，而是离视网膜更靠前一点的位置。眼睛会不由自主的努力想看清楚，这样会让眼球长时间保持在紧张状态，引起视疲劳。
3、蓝光影响睡眠。蓝光对松果体分泌的褪黑色素有抑制作用。
褪黑色素是影响睡眠的一种重要激素。我们现在面临的主要问题是过量的蓝光环境，这些人造光源中，蓝光的比例很高，长期在这样的环境中会有一个慢性的光损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、性能稳定能有效降低有害蓝光的光谱更接近太阳光光谱的仿自然光的合成方法及应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的能降低有害蓝光且其光谱近似阳光光谱的光的合成方法，其特征在于：
1)采用依次由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层构成的led光源发出一种其光谱更接近阳光光谱的无蓝光尖峰与青光波谷且能量均衡、较平滑的仿自然光；
2)该仿自然光由led芯片发出的一部分蓝光激发所述荧光粉层发出的黄光和led芯片发出的直接穿过所述荧光粉层的另一部分蓝光共同穿过所述转光层合成而得；
3)合理调节所述荧光粉层中荧光粉的分布密度与所述转光层中光转换剂的转换波长及分布密度可以获得不同色温下的所述仿自然光；
4)所述转光层将led芯片发出的另一部分蓝光中的420nm至460nm波段的短波长蓝光能量转化为460nm至500nm波段的长波长蓝光能量；而所述黄光中500nm至780nm波段的可见光能量穿过该转光层后基本不变。
所述仿自然光中420nm至460nm波段的能量小于相同色温下普通led光源发出的蓝光中对应波段能量的1/4；所述仿自然光中460nm至500nm波段的能量与相同色温下普通led光源发出的对应波段能量相比增加了1/4-1.0倍以上。
所述光转换剂为有机荧光颜料类光转换剂、稀土有机配合物类光转换剂或稀土无机化合物类光转换剂，其用量按重量计为其载体的0.1％-3％。
本发明的发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层依次叠加构成，该led光源在相同色温下可发出如本发明的方法中提及的仿自然光。
本发明的led光源中的所述转光层为设置于荧光粉层之上的光转换剂涂层，或者为由光转换剂与承载该光转换剂的载体构成的与所述荧光粉层分离设置的呈板形类、管形类、罩形类或灯泡壳形类的光转换部件，所述载体为胶类、塑胶类或者玻璃类材料。
本发明的led光源中的所述胶类为有机硅胶、环氧树脂胶、聚氨酯胶、丙烯酸胶或橡胶；所述塑胶类为PC、PMMA、PS、PET、PETG、AS、BS、MS、MBS、透明ABS、透明PP或透明PA；所述玻璃类为玻璃或透明陶瓷。
本发明的led光源中的所述光转换部件为扣置在所述荧光粉之上的微型罩杯。
本发明的led光源中的所述光转换部件是覆盖若干颗led灯珠的转光罩、转光壳或转光板，所述led灯珠为所述的led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
本发明的LED灯管，包括灯管和设置于该灯管内的led灯珠，所述灯管由本发明的led光源中的光转换部件制成，led灯珠发出的光穿过该灯管后合成为如本发明的方法中提及的仿自然光；或者在灯管内led灯珠发光区的前端设置由所述载体制作的光转换部件，led灯珠发出的光穿过该光转换部件被合成为如本发明的方法中提及的仿自然光；所述led灯珠为led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
本发明的方法是采用依次由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层构成的led光源发出一种其光谱更接近阳光光谱的无蓝光尖峰与青光波谷且能量均衡、较平滑的仿自然光。其中的转光层将led芯片发出的420nm至460nm波段的有害蓝光能量转化为460nm至500nm波段的无害蓝光能量。所述转光层可以为设置于荧光粉层之上的光转换剂涂层，或者为由光转换剂与承载该光转换剂的载体构成的与所述荧光粉层分离设置的呈板形类、管形类、罩形类或灯泡壳形类的光转换部件，所述载体为胶类、塑胶类或者玻璃类材料，该载体可通过常规的挤压或模塑工艺制作成形状为平面板、曲面板、管材形状、灯罩形状或灯泡壳形状的转光产品。本发明模仿自然光谱并消除了大部分有害蓝光成分，光谱连续、均衡，显色性达到90，是一种新的健康光谱，其光谱为实现了消除有害蓝光的健康光谱。本发明成本低、制作简单、绿色环保且为业内首创。
附图说明
图1为黑体辐射光谱图。
图2为led光源所发白光的光谱图。
图3为3000K色温下本发明方法获得的光的光谱与普通led光谱、太阳光谱的对比示意图。
图4为4000K色温下本发明方法获得的光的光谱与普通led光谱、太阳光谱的对比示意图。
图5为5000K色温下本发明方法获得的光的光谱与普通led光谱、太阳光谱的对比示意图。
具体实施方式
本发明的能降低有害蓝光的仿自然光的光的合成方法可应用于消除或降低现代led照明灯具产生的有害蓝光。
本发明的能降低有害蓝光且其光谱近似阳光光谱的光的合成方法是：
1)采用依次由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层构成的led光源发出一种其光谱更接近阳光光谱的无蓝光尖峰与青光波谷且能量均衡、较平滑的仿自然光；
2)该仿自然光由led芯片发出的一部分蓝光激发所述荧光粉层发出的黄光和led芯片发出的直接穿过所述荧光粉层的另一部分蓝光共同穿过所述转光层合成而得；
3)合理调节所述荧光粉层中荧光粉的分布密度与所述转光层中光转换剂的转换波长及分布密度可以获得不同色温下的所述仿自然光；
4)所述转光层将led芯片发出的另一部分蓝光中的420nm至460nm波段的短波长蓝光能量(对人眼有害的蓝光波)转化为460nm至500nm波段的长波长蓝光能量(对人眼无害的蓝光波)；而所述黄光中500nm至780nm波段的可见光能量穿过该转光层后基本不变。
所述仿自然光中420nm至460nm波段的能量小于相同色温下普通led光源发出的蓝光中对应波段能量的1/4；所述仿自然光中460nm至500nm波段的能量与相同色温下普通led光源发出的对应波段能量相比增加了1/4-1.0倍以上。
所述转光层为设置于荧光粉层之上的光转换剂涂层。
或者，为由光转换剂与承载该光转换剂的载体构成的与所述荧光粉层分离设置的呈板形类、管形类、罩形类或灯泡壳形类的光转换部件，其中，光转换剂可以为涂敷于光转换部件的表面，也可以为均匀添加在所述载体中的粉粒层。
本发明优选光转换部件为扣置在所述荧光粉之上的微型罩杯。
所述光转换剂为有机荧光颜料类光转换剂、稀土有机配合物类光转换剂或稀土无机化合物类光转换剂，其用量按重量计为其载体的0.1％-3％。
所述载体为透光性的胶类、塑胶类或者玻璃类材料。所述胶类为有机硅胶、环氧树脂胶、聚氨酯胶、丙烯酸胶或橡胶；所述塑胶类为聚碳酸酯(简称PC)、压克力(简称PMMA)、聚苯乙烯(简称PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)、PETG、AS、BS、MS、MBS、透明ABS、透明聚丙烯(简称PP)或透明PA；所述玻璃类为玻璃或透明陶瓷。
所述光转换部件也可以是覆盖若干颗led灯珠的转光罩、转光壳或转光板，在此情况下，其中的led灯珠为普通led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
转光剂的机理：
转光剂按发光性质可分为红光剂(R)、蓝光剂(B)和双光剂(红蓝光剂，双能转光剂RB)；按其化学成分则可分为有机荧光颜料、稀土有机配合物和稀土无机化合物。
本发明选用的转光剂在蓝光区的吸收谱带较宽，其能将对人眼不利的蓝光转变成其它长波段的可见光。
转光剂的主要性能指标包括激发光谱、发射光谱、发光亮度、持效时间和稳定性等。由于led光源发出的光谱中过多的蓝光对人眼有害，因此，本发明选择的转光剂激发光谱应处于420nm至460nm的蓝光谱带范围内，而其发射光谱应处于对人眼无害的460nm-520nm的青色光范围内。持效性是决定该转光剂是否能进行实际应用的关键因素，转光剂经过长时间的光照(尤其是紫光和蓝光的照射)后，其发射光强度会有一定程度的减弱，只有具有较长持效时间的转光剂才具有实用价值。此外，转光剂还不应与基材中的其它添加剂发生反应。
转光剂的光转换机理：
在分子的raman光谱中，当分子与外来光子发生碰撞吸收能量，从低能级跃迁到高能级时，光子的能量会有所下降，波长往长波方向移动。
根据斯托克斯位移现象，转光剂吸收蓝光光子(吸收)的能量将大于其再辐射时的辐射光子(发光)的能量，即led光源的白光经本发明的光转换部件后，其发光光谱与该led光源白光的初始光谱相比，将向能量较低的方向偏移(即向红光波段偏移，简称红移)。即是说，led光源白光中的部分蓝光转换成波长较短的蓝光(即青光)，而绿光和红光基本不受影响。
本发明的应用优选以下几类：
1)一种可发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层依次叠加构成，该led光源在相同色温下可发出本发明方法中提及的仿自然光。
所述转光层可为设置于荧光粉层之上的光转换剂涂层，也可以为扣置在所述荧光粉之上的微型罩杯。
为了使所述仿自然光的光损失最小，该光转换部件的透光率最好在80％以上。
为了使该光转换部件具有防眩光作用，可将其制作成具有光扩散功能的产品。
2)led日光灯，灯管内紧贴内壁设置沿灯管一端延伸至另一端的转光扩散套管，该转光扩散套管由上述1)中所述的光转换部件制成。本发明优选该日光灯的灯管直接由所述的光转换部件所制，在此情况下，led灯珠发出的光穿过该光转换部件被合成为本发明方法中提及的仿自然光；其中的led灯珠为普通led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
3)led筒灯，在灯筒内设置可将该led光源包裹住的转光扩散套筒，该转光扩散套筒由前述的光转换部件制成，同上，led灯珠发出的光穿过该光转换部件被合成为本发明方法中提及的仿自然光；其中的led灯珠为普通led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
4)led灯泡，包括设置于灯泡内的led光源，所述灯泡壁由前述的光转换部件制成，同上，led灯珠发出的光穿过该光转换部件被合成为本发明方法中提及的仿自然光；其中的led灯珠为普通led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
从图3-5中可以看出通过本发明方法获得的仿自然光的光谱图。
图3、4、5分别为模拟色温为3000k、4000k和5000k阳光光谱的灯管光谱：3000kCRI90、4000kCRI90和5000kCRI90。
从三张图中均可以看出本发明的仿自然光中460nm以下的有害蓝光成分得到有效消除，并且消除了460nm-500nm之间的(通常的led光源都有的)波谷，使该区间的光谱饱满、平滑和连续，更接近于自然光谱中的可见光(460nm-500nm部分的蓝光有一种调整生物节律的作用，睡眠、情绪、记忆力等都与之相关，对人体反而是有益的)
本发明的仿自然光光谱(又称健康光谱)的特点：
模拟自然光谱，消除了对人体有危害的蓝光成分，长期在这样的光环境下工作和生活，有益于身体健康。

Claims (9)

1.一种能降低有害蓝光且其光谱近似阳光光谱的光的合成方法，其特征在于：
1)采用依次由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层构成的led光源发出一种其光谱更接近阳光光谱的无蓝光尖峰与青光波谷且能量均衡、较平滑的仿自然光；
2)该仿自然光由led芯片发出的一部分蓝光激发所述荧光粉层发出的黄光和led芯片发出的直接穿过所述荧光粉层的另一部分蓝光共同穿过所述转光层合成而得；
3)合理调节所述荧光粉层中荧光粉的分布密度与所述转光层中光转换剂的转换波长及分布密度可以获得不同色温下的所述仿自然光；
4)所述转光层将led芯片发出的另一部分蓝光中的420nm至460nm波段的短波长蓝光能量转化为460nm至500nm波段的长波长蓝光能量；而所述黄光中500nm至780nm波段的可见光能量穿过该转光层后基本不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述仿自然光中420nm至460nm波段的能量小于相同色温下普通led光源发出的蓝光中对应波段能量的1/4；所述仿自然光中460nm至500nm波段的能量与相同色温下普通led光源发出的对应波段能量相比增加了1/4-1.0倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述光转换剂为有机荧光颜料类光转换剂、稀土有机配合物类光转换剂或稀土无机化合物类光转换剂，其用量按重量计为其载体的0.1％-3％。
4.一种发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其特征在于：其由led芯片、黄色或其它混合荧光粉层和透光的转光层依次叠加构成，该led光源在相同色温下可发出如权利要求1或2所述的方法中提及的仿自然光。
5.根据权利要求4所述的发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其特征在于：所述转光层为设置于荧光粉层之上的光转换剂涂层，或者为由光转换剂与承载该光转换剂的载体构成的与所述荧光粉层分离设置的呈板形类、管形类、罩形类或灯泡壳形类的光转换部件，所述载体为胶类、塑胶类或者玻璃类材料。
6.根据权利要求5所述的发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其特征在于：所述胶类为有机硅胶、环氧树脂胶、聚氨酯胶、丙烯酸胶或橡胶；所述塑胶类为PC、PMMA、PS、PET、PETG、AS、BS、MS、MBS、透明ABS、透明PP或透明PA；所述玻璃类为玻璃或透明陶瓷。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其特征在于：所述光转换部件为扣置在所述荧光粉之上的微型罩杯。
8.根据权利要求4-6中任一项所述的发出近似阳光光谱且能降低有害蓝光的led光源，其特征在于：所述光转换部件是覆盖若干颗led灯珠的转光罩、转光壳或转光板，所述led灯珠为所述的led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
9.一种LED灯管，包括灯管和设置于该灯管内的led灯珠，其特征在于：所述灯管由权利要求5或6所述的led光源中的光转换部件制成，led灯珠发出的光穿过该灯管后合成为如权利要求1或2所述的方法中提及的仿自然光；或者在灯管内led灯珠发光区的前端设置由所述载体制作的光转换部件，led灯珠发出的光穿过该光转换部件被合成为如权利要求1或2所述的方法中提及的仿自然光；所述led灯珠为led芯片和与该光转换部件中光转换剂分布密度适配的荧光粉层构成。
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