CN107808919B - 一种led白光光源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种LED白光光源装置，包括：散热基底、内封装层、蓝光阻隔封装层、防眩层、匀光光学结构、蓝光LED芯片和灯杯，散热基底设置于灯杯外底面，蓝光LED芯片处于灯杯内底面并与散热基底传导接触，内封装层覆盖蓝光LED芯片设置，且内封装层中含有黄光荧光粉，蓝光阻隔封装层设置于内封装层上，防眩层设置于蓝光阻隔封装层上，匀光光学结构设置于防眩层上；所述蓝光阻隔封装层对460nm以下波段光的阻隔率在80％以上，对350‑460nm蓝紫波段光的阻隔率在90‑98％，对470‑750nm间可见波段光的透光率保持在85％以上。本发明光源装置能达到90％以上蓝光阻隔效率，很好的将蓝紫有害波段光过滤，发出柔和白色色光，可广泛应用于各类LED照明中，是对现有白色LED照明装置的一种革新。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体涉及一种LED白光光源装置。
背景技术
半导体发光二极管(简称LED)由于其使用寿命长、节能、体积小等一系列优点，已经在装饰照明、汽车照明、背光源等各种照明领域，LED已被公认为21世纪最有价值的新光源。现在我们每个人每天几乎都会接触到LED光源，比如家用照明及电脑背光源等，这些应用中的LED照明装置多数是发出白光的LED照明装置。现有技术中的白光LED照明装置的发光原理有三种：蓝光LED芯片+YAG黄光荧光粉，RGB三色LED芯片，紫外LED芯片+多色荧光粉。这其中蓝光LED芯片+YAG黄光荧光粉的发光方案实现过程较为简单，被广泛使用，但是这种方式需要对LED发出的蓝紫波段光进行有效处理。
白光LED照明装置已经被广泛的应用，包括生活中的台灯，但是现有的白光LED照明装置虽然发出的是白色光，但是其中的蓝紫波段光含量较多，而人眼对其难以区分，而且很多厂家为了提高白光LED灯的亮度，直接通过提高蓝光强度来提高白光LED的整体亮度，因此现有技术白光LED照明装置发出的白光光谱里含有很强的蓝光成分。
根据普朗克辐射定律E＝hc/l，波长越短，则能量越大，所以蓝光对人体的伤害很大。人的眼睛中用来接收光的组织叫做视网膜，蓝光波段为400～500nm，其中400nm～460nm属于可见光深蓝部分，470nm～500nm属于可见光浅蓝部分，德国眼科专家李查德·冯克(R.H.W.Funk)教授的研究报告指出当“不合适的光”持续照射我们的眼睛，会引起功能失调，这些短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，对视网膜造成光化学损害，直接或间接导致黄斑区细胞的损害。世卫组织WHO爱眼协会公布：2006年至2008年因蓝光、辐射每年导致全球超过30000人失明，并在2009年底发出橙色预警：“蓝光对人类的潜在隐性威胁将远远超过苏丹红、三聚氰胺、SASI、HINI的破坏性，无形中吞噬人的双眼”。如果光源中的400–460nm蓝光波段亮度过高，眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤以及引起视疲劳、视力损伤、结膜炎、角膜炎，甚至会破坏眼睛的晶状体引起白内障和视网膜产生黄斑病变。过量的蓝光还混乱人体的生物钟，减少夜间褪黑激素的减少，对人体的睡眠造成影响。同时400nm以下的蓝紫短光波段对人体的伤害更加严重。因此如何将LED照明光源的蓝光充分尤其是460nm以下的成分进行过滤，从而保护人体免受伤害，是一个在LED照明领域急需解决的问题。
发明内容
本发明基于此提出一种白光LED照明装置，其基于蓝光激发黄光荧光粉并综合蓝光和黄光合成白色色光输出，并在其中集成了全新结构和组成的蓝光阻隔封装层，不但创新了蓝光阻隔剂材料本身，而且创新了不同阻隔成分在不同膜层中的分布，更是很好的匹配了多层阻隔效果，达到90％以上蓝光阻隔效率，能够很好的解决LED照明的蓝光问题，具有良好的适用前景。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种LED白光光源装置，包括：散热基底1、内封装层2、蓝光阻隔封装层3、防眩层4、匀光光学结构5、蓝光LED芯片6和灯杯7，所述散热基底1设置于灯杯7的外底面，所述蓝光LED芯片6处于所述灯杯7的内底面，并与所述散热基底1热传导接触，所述内封装层2在所述灯杯内覆盖所述蓝光LED芯片6设置，且所述内封装层2中含有黄光荧光粉，所述蓝光阻隔封装层3在所述灯杯内设置于所述内封装层2上，所述防眩层4在所述灯杯内设置于所述蓝光阻隔封装层3上，所述匀光光学结构5在所述灯杯内设置于所述防眩层4上；所述蓝光阻隔封装层3对460nm以下波段光的阻隔率在80％以上，对350-460nm蓝紫波段光的阻隔率在90-98％，对470-750nm间可见波段光的透光率保持在85％以上。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述内封装层2采用高透明树脂封装材料，所述黄光荧光粉为Ce:YAG荧光粉或者为具有如下化学组成的荧光粉：M1-xN2-y+ xAl1-xSixO5:Euy，其中M为La或Gd，N为Sr或Ba，x＝0.10-0.90，y＝0.01-0.07；所述防眩层4为由丙烯酸硬化树脂和有机硅改性丙烯酸硬化树脂以1:1.2的比例混合挤出而成型的厚度在5-20微米的硬化涂层，且在其中混合有粒径在0.1～10微米之间的防眩色散微粒材料；所述匀光光学结构5的中央形成有外凸椭圆形的中央透镜，并在中央透镜的外周形成有若干同心圆环状的匀光折射棱镜圈，所述LED芯片处于中央透镜的焦平面上。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述蓝光阻隔封装层3包括：基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层，所述蓝光阻隔层设置于所述基底层之上，所述蓝光色散吸收层设置于所述蓝光阻隔层之上；所述基底层由第一基材均匀分散蓝光吸收颜料形成，所述蓝光阻隔层由第二基材均匀分散蓝光阻隔剂形成，所述蓝光色散吸收层由第三基材均匀分散蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒形成；所述基底层的厚度为30-80微米，所述蓝光阻隔层的厚度为50-120微米，所述蓝光色散吸收层的厚度为10-30微米，所述蓝光阻隔封装层3的整体厚度为蓝光波长的整数倍。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述第一基材选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种，所述蓝光吸收颜料选自钛黄或达旦黄和喹酞酮或吡唑啉酮类颜料的组合，所述蓝光吸收颜料的粒径为80-400nm；所述蓝光吸收颜料的添加量为所述第一基材重量的0.005-0.01％。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述蓝光吸收颜料为2,2’-(1-三嗪-1,3-二基二-4,1-亚苯基)双(6-甲基-7-苯并噻唑磺酸)二钠盐和1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮按照质量比0.8-1.2：1的混合物；或者所述蓝光吸收颜料为C28H19N5Na2O6S4和1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮按照质量比0.8-1：1的混合物；所述蓝光吸收颜料的粒径为120-200nm。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述第二基材选自环氧树脂改性的聚碳酸酯、环氧树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种；所述蓝光阻隔剂由2-(3’-叔-丁基-2’羟基-5’-甲基苯基)二苯基乙醇酸、2-(4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、4-羟基苯甲酸苯甲酯、三(2-苯基吡啶)铱(III)和2,2-亚甲基双[6-苯并三唑-2-基]-4-叔/特辛基苯酚组成；所述第二基材与所述蓝光阻隔剂的质量比为100:25-35。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述第二基材由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种100重量份、聚砜改性环氧树脂20-35重量份、双酚F/间苯二酚共聚型环氧树脂12-18重量份、聚二甲基硅氧烷1-3份、扩链剂0.5-1重量份和抗氧化剂0.3-0.8重量份混合均匀后在一定温度下聚合反应制得，其中扩链剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷中的任一种或任几种的组合，其中的抗氧化剂选自抗氧剂-264、双酚A、亚磷酸三苯酯、抗氧剂-1010、抗氧剂1076或亚磷酸三酯中的任一种或任几种的组合；所述蓝光阻隔剂各组份的质量配比为：
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述第三基材选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种，所述蓝光色散纳米颗粒为粒径在30-60nm的掺铝氧化锌纳米颗粒Al:ZnO，其中Al与ZnO的质量比为1-5：10，所述蓝光色散纳米颗粒与所述第三基材的质量比为0.01-0.5:1；所述蓝紫吸收剂与所述第三基材的质量比为0.005-0.02:1，且所述蓝紫吸收剂的结构式为：
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述第一基材和第三基材为聚碳酸酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚碳酸酯；或者所述第一基材和第三基材为聚甲基丙烯酸甲酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯；或者所述第一基材和第三基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述蓝光阻隔层通过胶粘或热熔方式结合于所述基底层上，所述蓝光色散吸收层通过胶粘方式结合于所述蓝光阻隔层上。
进一步的根据本发明所述的LED白光光源装置，其中所述蓝光阻隔封装层3的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)、制备基底层：将按对应质量份数称取的第一基材原料与蓝光吸收颜料混合后加入搅拌机中高速搅拌，控制搅拌机转速为180-320r/min，控制温度在80-200℃，聚合反应20-40分钟后，在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成膜层结构，最后在冷却过程中经双向拉伸形成基底层；
步骤(2)、制备蓝光阻隔层：按对应质量份数称取蓝光阻隔剂的各组份并进行均匀混合，按对应质量份数称取第二基材的原料各组分并将其加入搅拌机中高速搅拌10-30分钟，然后将蓝光阻隔剂的各组份加入搅拌机内第二基材原料各组份的混合料中并再次进行高速搅拌，控制搅拌温度在80-180℃，搅拌60-120分钟，第二基材的各组分进行热缩聚合反应，同时蓝光阻隔剂各组份均匀分散于第二基材的聚合体中，最后将聚合反应物由搅拌机的出料口送入双螺杆挤出机的喂料口，控制双螺杆挤出机的加工温度在120℃～250℃，螺杆转速120～500r/min，通过双螺杆挤出机塑化共混后挤出成膜，并在冷却的过程中经双向拉伸形成蓝光阻隔层；
步骤(3)、将所述蓝光阻隔层设置于所述基底层上，通过以下两种方式之一实现：方式一、所述蓝光阻隔层通过胶粘方式结合于所述基底层上，具体的首先在所述基底层上涂覆厚度在1-10微米的透明胶，然后将蓝光阻隔层层叠于所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压固化，将蓝光阻隔层结合于所述基底层上；方式二、所述蓝光阻隔层通过热熔方式结合于所述基底层上，具体的首先将所述蓝光阻隔层层叠设置于所述基底层上，然后将层叠在一起的蓝光阻隔层和基底层共同通过对置滚筒模压机，控制滚筒的模压温度在100-180℃、控制上下对置滚筒间的间距为蓝光阻隔层厚度与基底层厚度之和的80％，并设置并排布置的多组上下对置滚筒，利用蓝光阻隔层与基底层的聚合物在玻璃软化温度点的热熔结合实现蓝光阻隔层与基底层之间的牢固结合；
步骤(4)、制备蓝光色散吸收层：将按对应质量份数称取的第三基材原料、蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒混合后加入搅拌机中高速搅拌，控制搅拌机转速为180-320r/min，控制温度在120-240℃，混合反应30-60分钟后，在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成膜层结构，最后在冷却过程中经双向拉伸形成蓝光色散吸收层；
步骤(5)、将所述蓝光色散吸收层通过胶粘方式结合于所述蓝光阻隔层上，具体的首先在所述蓝光阻隔层的外表面涂覆厚度在1-10微米的透明胶，然后将所述蓝光色散吸收层层叠于所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压固化，将蓝光色散吸收层牢固粘贴于所述蓝光阻隔层的外表面，制得所述蓝光阻隔封装层。
本发明的技术方案具有以下技术效果：
本发明所述白光LED照明装置创新的引入了蓝光阻隔封装层，其包括依次层叠在一起的基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层，尤其是创新地在作为蓝光阻隔封装层主要膜层的基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层中都设置了对蓝光具有良好吸收阻隔效果的材料，尤其是其中创新设置了蓝光阻隔层中的阻隔成分，并创新的实现了不同阻隔材料的配合作用过程，先通过阻隔颜料进行基本蓝光成分的着色吸收和荧光色散，然后通过蓝光阻隔层进行高强度的阻隔吸收，最后在经过蓝光色散吸收层对剩余蓝紫波段光基于色散原理进行吸收，并利用纳米颗粒的扩散作用对保留蓝光成分经常扩散匀光，保证出光质量。经过测试本发明所述蓝光阻隔封装层对460nm以下波段光的阻隔率可达到80％以上(透光率小于20％)，尤其是对350-460nm蓝紫波段光的阻隔率更是达到了90-98％(透光率2-10％之间)，同时对470-750nm间可见波段光的透光率保持在85％以上，从而使得整个LED照明装置输出的白色色光中，蓝光波段主要集中在470nm-500nm间，完全滤处了对人体伤害较大的蓝紫波段光，使得照明装置整体输出白光更加柔和健康。
附图说明
附图1为本发明所述LED白光光源装置的结构示意图；
图中各附图标记的含义如下：
1-散热基底，2-内封装层，3-蓝光阻隔封装层，4-防眩层，5-匀光光学结构，6-蓝光LED芯片，7-灯杯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明创新提出一种具有蓝光阻隔和防眩光的白光LED照明装置，其中创新了灯杯设置结构和其中设置的几大结构层：匀光光学结构、防眩光层、内封装层和蓝光阻隔封装层。下面结合附图进行详细描述。
如附图1所示，所述的LED白光光源装置包括圆台形的灯杯7和设置于灯杯7内的蓝光LED芯片6，其中所述蓝光LED芯片6优选的采用若干氮化镓二极管，并均匀分布于灯杯7内底面。各LED芯片的电路结构设置于散热基底1上，所述散热基底1优选的采用散热金属制成，并在其上设置有LED芯片的电路结构，所述散热基底设置于灯杯7的外底面，灯杯底面开设有通孔，LED芯片直接接触散热基底1。在所述灯杯7内，于LED芯片上方设置有透明的内封装层2，所述内封装层2优选的采用高透明的树脂类封装材料，如环氧树脂，聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂等。同时所述内封装层2内添加有黄光荧光粉，所述黄光荧光粉能够在蓝光LED芯片发出的蓝光激发下发出黄色光，从而蓝光LED芯片发出的剩余蓝光和其所激发的黄色光混合形成白光输出。所述黄光荧光粉为YAG铝酸盐类荧光粉，优选的为Ce:YAG黄光荧光粉(Y3Al5O12：Ce)，或者为硅酸盐类荧光粉，优选的所述黄光荧光粉的化学组成为：M1-xN2-y+ xAl1-xSixO5：Euy，其中M为La或Gd，N为Sr或Ba，x＝0.10-0.90，y＝0.01-0.07。所述黄光荧光粉添加量根据蓝光发光强度和白光出光分布进行调节。在所述内封装层2上设置有本发明创新提出的蓝光阻隔封装层3，所述蓝光阻隔封装层3用于过滤蓝光LED芯片6发出的未被黄光荧光粉吸收的处于短波段的有害蓝紫光，具体的所述蓝光LED芯片6发出500nm以下的色光，其中460nm波长以下为蓝紫光，该蓝紫光的一部分用于激发黄光荧光粉发出黄光，剩余部分为对人眼有害部分必须予以过滤，本发明创新引入的蓝光阻隔封装层3正是用于过滤吸收460nm以下的激发剩余部分蓝紫光，同时LED芯片发出的460-500nm间的低频蓝光因为对人眼伤害很小，与激发产生的黄光共同组成形成白色光输出，从而本发明所述LED白光光源装置发出的白光滤除了有害的蓝紫短波光，提供的白光较为柔和。所述蓝光阻隔封装层3由本申请人创新发明的蓝光阻隔材料制成，该蓝光阻隔材料被国内多家机构进行了送样应用，并在实际应用中取得了非常突出的蓝光阻隔效果，保证了LED灯尤其是白色LED灯的出光健康，其中在灯杯阶段就实现了蓝紫波段光的有效滤除，后面会对这种蓝光阻隔封装层的组成进行详细的描述。在所述蓝光阻隔封装层3上形成有防眩层4，所述的防眩层4优选的由丙烯酸硬化树脂和有机硅改性丙烯酸硬化树脂以1:1.2的比例混合挤出成型成厚度在5-20微米的硬化涂层结构，并在其中加入防眩色散微粒材料，所述微粒材料可以是丙烯酸树脂微粒、聚氨酯树脂微粒、环氧树脂微粒、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷，且所述微粒粒径在0.1～10微米之间。在所述防眩层4上设置有匀光光学结构5，所述匀光光学结构5优选的由透明玻璃、聚烯烃或有机硅树脂材料制成，在中央形成有外凸椭圆形透镜结构，且LED芯片处于该透镜的焦平面上，保证从透镜表面输出平行光，在中央透镜的外周形成有若干同心圆环状的匀光折射棱镜圈，用于进行匀光折射，从而在光学结构表面形成一系列锯齿型的凹槽和凸棱结构，中心部分是椭圆型弧线，类似于菲涅尔透镜，达到均匀出光作用。
下面对本发明用到的蓝光阻隔封装层进行详细的描述。本发明创新提出的蓝光阻隔封装层，至少包括依次层叠在一起的基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层，即所述蓝光阻隔层设置于所述基底层之上，所述蓝光色散吸收层设置于所述蓝光阻隔层之上，这三层作为本发明所述蓝光阻隔封装层的主要材料层。
所述基底层由混合有蓝光吸收颜料的热塑性聚合物基材经过混炼注塑、挤出和拉伸成形制得。其中热塑性聚合物基材，可选用聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或PET中的任一种，要求透光性好、透明度高。其中的蓝光吸收颜料可选择有机着色颜料，混合添加于所述热塑性聚合物基材中，并与所述热塑性聚合物基材具有较好的相容性，其中所述有机颜料的添加量为所述热塑性聚合物基材重量的0.005-0.01％；蓝光吸收颜料选择与所述热塑性聚合物基材具有较好的相容性、同时能够大量阻隔400-460nm波段光且对于500nm以上波段光具有最小阻隔的有机着色颜料。经过大量的测试所述的蓝光吸收颜料采用钛黄或达旦黄和喹酞酮或吡唑啉酮类颜料的组合，优选的采用钛黄或达旦黄和吡唑啉酮类颜料的组合，经测试达旦黄选用2,2’-(1-三嗪-1,3-二基二-4,1-亚苯基)双(6-甲基-7-苯并噻唑磺酸)二钠盐，钛黄选用C28H19N5Na2O6S4，吡唑啉酮类颜料选用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮，组合形成的吸收颜料对蓝光的阻隔功能最强，其中C28H19N5Na2O6S4与1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮的质量比为0.8-1：1，2,2’-(1-三嗪-1,3-二基二-4,1-亚苯基)双(6-甲基-7-苯并噻唑磺酸)二钠盐与1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮的质量比为0.8-1.2：1，这两种组合下的吸收颜料化学上相当稳定，对强酸强碱及强氧化剂和还原剂具有较佳稳定性且具有对于蓝光最佳的阻绝效果，物理上折射率介于1.5与1.9之间。所述蓝光吸收颜料的粒径为80-400nm，属于一种黄橙色粉，通过对蓝光进行荧光作用而进行阻隔吸收。
所述基底层由所述有机颜料和热塑性聚合物基材混合后注塑成形而成。具体的首先称取所述热塑性聚合物基材的颗粒料，然后按照热塑性聚合物基材总质量的0.005-0.01％称取所述蓝光吸收颜料，然后将热塑性聚合物基材颗粒料和蓝光吸收颜料充分混合并搅拌均匀，接着将混合物置于搅拌机中高速混合反应20-40min，搅拌机的转速为180-320r/min，进行基材成形反应，温度控制在80-200℃；然后在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成基材膜层结构，最后在冷却的过程中经双向拉伸形成厚度在30-80微米的基底层，其中在基底层内部混合有蓝光吸收颜料，同时基底层具有良好的透明度。
在所述基底层上形成有蓝光阻隔层，所述蓝光阻隔层由热塑性主材料和蓝光阻隔剂混炼制得。其中所述热塑性主材料为经过环氧树脂改性的聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或PET中的任一种，具有较好的透明度和透光性，具体的所述热塑性主材料由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或PET中的任一种100重量份，聚砜改性环氧树脂20-35重量份，双酚F/间苯二酚共聚型环氧树脂12-18重量份，聚二甲基硅氧烷1-3份，扩链剂0.5-1重量份，抗氧化剂0.3-0.8重量份，混合均匀后在一定温度下聚合反应制得。其中的扩链剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷中的任一种或任几种的组合，其中的抗氧化剂选自抗氧剂-264、双酚A、亚磷酸三苯酯、抗氧剂-1010、抗氧剂1076或亚磷酸三酯中的任一种或任几种的组合。其中蓝光阻隔层的热塑性主材料中的主材与基底层中的热塑性聚合物基材相对应，如当基底层中的基材选择聚碳酸酯时，所述蓝光阻隔层的热塑性主材料为环氧树脂改性的聚碳酸酯，当基底层中的基材选择聚甲基丙烯酸甲酯时，所述蓝光阻隔层的热塑性主材料为环氧树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯，当基底层中的基材选择聚对苯二甲酸乙二醇酯时，所述蓝光阻隔层的热塑性主材料选择为环氧树脂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述蓝光阻隔剂属于本申请的重大创新，申请人经过长期大量的试验，创新的总结出一种全新的蓝光阻隔剂组份，在其中不但添加了对蓝光能够起到有效吸收阻隔的成分，而且同时添加了对蓝紫波段以及紫外波段光的吸收成分，此外还要保证其对其他可见光的低阻性能，确保了蓝光阻隔剂能够最大限度的阻隔460nm以下波段光，并不会太大的影响阻隔膜整体的透明度和透光性，同时创新了各组份的含量，使其能够很好的兼容于热塑性主材料中。具体的所述蓝光阻隔剂由2-(3’-叔-丁基-2’羟基-5’-甲基苯基)二苯基乙醇酸、2-(4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、4-羟基苯甲酸苯甲酯、三(2-苯基吡啶)铱(III)和2,2-亚甲基双[6-苯并三唑-2-基]-4-叔/特辛基苯酚混合制成，这些成分优选的按照以下重量份混合组成：
所述热塑性主材料与所述蓝光阻隔剂的质量比为100:25-35。本发明中通过创新的选择具有较好阻隔性能和较好分散性能的蓝光阻隔剂，使得蓝光阻隔剂在热塑性主材料形成的透明基材中的含量可相对较少，能够确保阻隔层整体的透光率在85％以上。
所述蓝光阻隔层的优选制备过程为：首先按照上述质量份称取所述蓝光阻隔剂包括的各组份，然后进行均匀混合，形成蓝光阻隔剂备用。接着，按照热塑性主材料与蓝光阻隔剂的质量配比关系称取对应重量份下热塑性主材料包括的各组分，然后将热塑性主材料包括的各组份加入高速搅拌混合机中，高速搅拌10-30分钟后，将所述蓝光阻隔剂加入热塑性主材料各组份的混合料中再次进行高速搅拌，同时控制搅拌温度在80-180℃，搅拌60-120分钟，热塑性主材料的各组分进行热缩聚合反应，并将蓝光阻隔剂分散于聚合体中，最后聚合反应物由高速搅拌混合机的出料口送入双螺杆挤出机的喂料口，控制双螺杆挤出机的加工温度在120℃～250℃，螺杆转速120～500r/min，通过双螺杆挤出机塑化共混后挤出成膜，并在冷却的过程中经双向拉伸形成厚度在50-120微米的蓝光阻隔层。
鉴于所述阻隔层的热塑性主材料的主聚合物成分与所述基底层的聚合物基材成分相对应，因此两者之间优选的可通过采用透明胶粘的方式连接在一起，具体的在所述基底层上涂覆厚度在1-10微米的透明胶，然后将蓝光阻隔层贴合在所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压成形，将蓝光阻隔层紧密结合于基底层上。所述透明胶可选择快速固化透明环氧胶或全透明环氧胶等。亦可将所述蓝光阻隔层和基底层共同通过对置滚筒模压机，利用蓝光阻隔层与基底层的聚合物在玻璃软化温度点的热熔结合实现蓝光阻隔层与基底层之间的牢固结合。
经过测试本发明制得的由基底层和阻隔层层叠形成的膜层，其对460nm以下波段光的阻隔率可达到70％以上，尤其是对400-460nm波段光的阻隔率更是达到了85-95％，申请人在本领域长期从事该方面的研究，尚未发现可将蓝光阻隔率提高到80％以上的膜产品，因此本发明具有非常好的技术效果。
为进一步提高蓝光阻隔封装层对蓝紫短波段光吸收和表面出光分布的均匀性，本发明进一步创新的在所述蓝光阻隔层上设置有蓝光色散吸收层，所述蓝光色散吸收层由透明基膜和混合于透明基膜内的蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒组成，所述的蓝光色散吸收层的厚度优选的在10-30微米，其中所述透明基膜采用聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的任一种，进一步优选的所述透明基膜采用与基底层和蓝光阻隔层对应的基材，如同时选择高透明性的PC材料等。所述蓝光色散纳米颗粒选择粒径在30-60nm之间的掺Al的ZnO纳米颗粒即Al:ZnO纳米颗粒，其中Al与ZnO的质量比为1-5：10，所述蓝光色散纳米颗粒与透明基膜的质量比为0.01-0.5:1。所述蓝紫吸收剂采用下述结构式表示的吸收剂，该吸收剂对360-420nm波段光具有良好的吸收效果，所述蓝紫吸收剂与所述透明基膜的质量比为0.005-0.02:1，所述蓝紫吸收剂的结构式为：
所述蓝光色散吸收层通过注塑聚合制成，可采用现有工艺，以将所述蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒均匀分散于透明基膜中为主。优选的首先称取所述透明基膜的原材料颗粒料，然后按照其质量的0.005-0.02倍称取所述蓝紫吸收剂、按照其质量的0.01-0.5倍称取所述蓝光色散纳米颗粒，然后将各组份进行混合，接着将混合物置于搅拌机中高速混合30-60min，并控制混合反应温度在120-240℃；然后在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成蓝光色散吸收层结构，最后在冷却的过程中经双向拉伸和滚压形成厚度在10-30微米的蓝光色散吸收层。所述蓝光色散吸收层采用透明基膜，并在其中均匀分散蓝光色散纳米颗粒和蓝紫吸收剂，使得光束通过蓝光色散吸收层后剩余的蓝紫波段光被高强吸收剂所吸收，同时利用了色散吸收和颗粒扩散匀光作用，使得剩余可见波段光能够均匀出射。
鉴于所述蓝光阻隔层的热塑性主材料的主聚合物成分与所述蓝光色散吸收层的聚合物基材成分相对应，因此两者之间优选的可通过采用透明胶粘的方式连接在一起，具体的在所述蓝光阻隔层的外表面(相对于层叠基底层的另一表面)上涂覆厚度在1-5微米的透明胶，然后将蓝光色散吸收层贴合在所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压成形，将蓝光色散吸收层紧密结合于蓝光阻隔层的外表面上。所述透明胶可选择快速固化透明环氧胶或全透明环氧胶等。
本发明所述蓝光阻隔封装层的整体厚度小于500微米，同时总厚度为蓝光波长的整数倍，以在350-460nm间形成反射峰。
所述蓝光阻隔封装层形成后，根据灯杯尺寸裁剪成适合尺寸的蓝光阻隔封装层，然后将所述尺寸的蓝光阻隔封装层通过快速固化透明环氧胶粘贴于内封装层上，最后在蓝光阻隔封装层上结合形成防眩层和匀光光学结构，制得本发明所述LED白光装置。
本发明所述白光LED照明装置基于蓝光激发黄光荧光粉并综合蓝光和黄光合成白色色光输出，并创新的引入了对激发未吸收蓝紫波段光进行有效过滤的蓝光阻隔封装层，其包括依次层叠在一起的基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层，尤其是创新地在作为蓝光阻隔封装层主要膜层的基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层中都设置了对蓝光具有良好吸收阻隔效果的材料，尤其是其中创新设置了蓝光阻隔层中的阻隔成分，并创新的实现了不同阻隔材料的配合作用过程，先通过阻隔颜料进行基本蓝光成分的着色吸收和荧光色散，然后通过蓝光阻隔层进行高强度的阻隔吸收，最后在经过蓝光色散吸收层对剩余蓝紫波段光基于色散原理进行吸收，并利用纳米颗粒的扩散作用对保留蓝光成分经常扩散匀光，保证出光质量。经过测试本发明所述蓝光阻隔封装层对460nm以下波段光的阻隔率可达到80％以上(透光率小于20％)，尤其是对350-460nm蓝紫波段光的阻隔率更是达到了90-98％(透光率2-10％之间)，同时对460nm以上可见波段光，尤其是470-750nm间可见波段光的透光率保持在85％以上，从而使得整个LED照明装置输出的白色色光中，蓝光波段主要集中在470nm-500nm间，完全滤除了对人体伤害较大的蓝紫波段光，使得照明装置整体输出白光更加柔和健康。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (9)
1.一种LED白光光源装置，其特征在于，包括：散热基底(1)、内封装层(2)、蓝光阻隔封装层(3)、防眩层(4)、匀光光学结构(5)、蓝光LED芯片(6)和灯杯(7)，所述散热基底(1)设置于灯杯(7)的外底面，所述蓝光LED芯片(6)处于所述灯杯(7)的内底面，并与所述散热基底(1)热传导接触，所述内封装层(2)在所述灯杯内覆盖所述蓝光LED芯片(6)设置，且所述内封装层(2)中含有黄光荧光粉，所述蓝光阻隔封装层(3)在所述灯杯内设置于所述内封装层(2)上，所述防眩层(4)在所述灯杯内设置于所述蓝光阻隔封装层(3)上，所述匀光光学结构(5)在所述灯杯内设置于所述防眩层(4)上；所述蓝光阻隔封装层(3)对460nm以下波段光的阻隔率在80％以上，对350-460nm蓝紫波段光的阻隔率在90-98％，对470-750nm间可见波段光的透光率保持在85％以上；
所述内封装层(2)采用高透明树脂封装材料，所述黄光荧光粉为Ce:YAG荧光粉或者为具有如下化学组成的荧光粉：M1-xN2-y+xAl1-xSixO5:Euy，其中M为La或Gd，N为Sr或Ba，x＝0.10-0.90，y＝0.01-0.07；所述防眩层(4)为由丙烯酸硬化树脂和有机硅改性丙烯酸硬化树脂以1:1.2的比例混合挤出而成型的厚度在5-20微米的硬化涂层，且在其中混合有粒径在0.1～10微米之间的防眩色散微粒材料；所述匀光光学结构(5)的中央形成有外凸椭圆形的中央透镜，并在中央透镜的外周形成有若干同心圆环状的匀光折射棱镜圈，所述LED芯片处于中央透镜的焦平面上。
2.根据权利要求1所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述蓝光阻隔封装层(3)包括：基底层、蓝光阻隔层和蓝光色散吸收层，所述蓝光阻隔层设置于所述基底层之上，所述蓝光色散吸收层设置于所述蓝光阻隔层之上；所述基底层由第一基材均匀分散蓝光吸收颜料形成，所述蓝光阻隔层由第二基材均匀分散蓝光阻隔剂形成，所述蓝光色散吸收层由第三基材均匀分散蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒形成；所述基底层的厚度为30-80微米，所述蓝光阻隔层的厚度为50-120微米，所述蓝光色散吸收层的厚度为10-30微米，所述蓝光阻隔封装层(3)的整体厚度为蓝光波长的整数倍。
3.根据权利要求2所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述第一基材选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种，所述蓝光吸收颜料选自钛黄或达旦黄和喹酞酮或吡唑啉酮类颜料的组合，所述蓝光吸收颜料的粒径为80-400nm；所述蓝光吸收颜料的添加量为所述第一基材重量的0.005-0.01％。
4.根据权利要求3所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述蓝光吸收颜料为2,2’-(1-三嗪-1,3-二基二-4,1-亚苯基)双(6-甲基-7-苯并噻唑磺酸)二钠盐和1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮按照质量比0.8-1.2：1的混合物；或者所述蓝光吸收颜料为C28H19N5Na2O6S4和1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮按照质量比0.8-1：1的混合物；所述蓝光吸收颜料的粒径为120-200nm。
5.根据权利要求2-4任一项所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述第二基材选自环氧树脂改性的聚碳酸酯、环氧树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种；所述蓝光阻隔剂由2-(3’-叔-丁基-2’羟基-5’-甲基苯基)二苯基乙醇酸、2-(4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、4-羟基苯甲酸苯甲酯、三(2-苯基吡啶)铱(III)和2,2-亚甲基双[6-苯并三唑-2-基]-4-叔/特辛基苯酚组成；所述第二基材与所述蓝光阻隔剂的质量比为100:25-35。
6.根据权利要求5所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述第二基材由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种100重量份、聚砜改性环氧树脂20-35重量份、双酚F/间苯二酚共聚型环氧树脂12-18重量份、聚二甲基硅氧烷1-3份、扩链剂0.5-1重量份和抗氧化剂0.3-0.8重量份混合均匀后在一定温度下聚合反应制得，其中扩链剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷中的任一种或任几种的组合，其中的抗氧化剂选自抗氧剂-264、双酚A、亚磷酸三苯酯、抗氧剂-1010、抗氧剂1076或亚磷酸三酯中的任一种或任几种的组合；所述蓝光阻隔剂各组份的质量配比为：
7.根据权利要求5任一项所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述第三基材选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种，所述蓝光色散纳米颗粒为粒径在30-60nm的掺铝氧化锌纳米颗粒Al:ZnO，其中Al与ZnO的质量比为1-5：10，所述蓝光色散纳米颗粒与所述第三基材的质量比为0.01-0.5:1；所述蓝紫吸收剂与所述第三基材的质量比为0.005-0.02:1，且所述蓝紫吸收剂的结构式为：
8.根据权利要求5任一项所述的LED白光光源装置，其特征在于，所述第一基材和第三基材为聚碳酸酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚碳酸酯；或者所述第一基材和第三基材为聚甲基丙烯酸甲酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯；或者所述第一基材和第三基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第二基材为环氧树脂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述蓝光阻隔层通过胶粘或热熔方式结合于所述基底层上，所述蓝光色散吸收层通过胶粘方式结合于所述蓝光阻隔层上。
9.根据权利要求5任一项所述的LED白光光源装置，其特征在于，其中所述蓝光阻隔封装层(3)的制备方法包括以下步骤：步骤(1)、制备基底层：将按对应质量份数称取的第一基材原料与蓝光吸收颜料混合后加入搅拌机中高速搅拌，控制搅拌机转速为180-320r/min，控制温度在80-200℃，聚合反应20-40分钟后，在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成膜层结构，最后在冷却过程中经双向拉伸形成基底层；
步骤(2)、制备蓝光阻隔层：按对应质量份数称取蓝光阻隔剂的各组份并进行均匀混合，按对应质量份数称取第二基材的原料各组分并将其加入搅拌机中高速搅拌10-30分钟，然后将蓝光阻隔剂的各组份加入搅拌机内第二基材原料各组份的混合料中并再次进行高速搅拌，控制搅拌温度在80-180℃，搅拌60-120分钟，第二基材的各组分进行热缩聚合反应，同时蓝光阻隔剂各组份均匀分散于第二基材的聚合体中，最后将聚合反应物由搅拌机的出料口送入双螺杆挤出机的喂料口，控制双螺杆挤出机的加工温度在120℃～250℃，螺杆转速120～500r/min，通过双螺杆挤出机塑化共混后挤出成膜，并在冷却的过程中经双向拉伸形成蓝光阻隔层；
步骤(3)、将所述蓝光阻隔层设置于所述基底层上，通过以下两种方式之一实现：方式一、所述蓝光阻隔层通过胶粘方式结合于所述基底层上，具体的首先在所述基底层上涂覆厚度在1-10微米的透明胶，然后将蓝光阻隔层层叠于所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压固化，将蓝光阻隔层结合于所述基底层上；方式二、所述蓝光阻隔层通过热熔方式结合于所述基底层上，具体的首先将所述蓝光阻隔层层叠设置于所述基底层上，然后将层叠在一起的蓝光阻隔层和基底层共同通过对置滚筒模压机，控制滚筒的模压温度在100-180℃、控制上下对置滚筒间的间距为蓝光阻隔层厚度与基底层厚度之和的80％，并设置并排布置的多组上下对置滚筒，利用蓝光阻隔层与基底层的聚合物在玻璃软化温度点的热熔结合实现蓝光阻隔层与基底层之间的牢固结合；
步骤(4)、制备蓝光色散吸收层：将按对应质量份数称取的第三基材原料、蓝紫吸收剂和蓝光色散纳米颗粒混合后加入搅拌机中高速搅拌，控制搅拌机转速为180-320r/min，控制温度在120-240℃，混合反应30-60分钟后，在100-220℃条件下送入单螺杆挤出机中挤出流延形成膜层结构，最后在冷却过程中经双向拉伸形成蓝光色散吸收层；
步骤(5)、将所述蓝光色散吸收层通过胶粘方式结合于所述蓝光阻隔层上，具体的首先在所述蓝光阻隔层的外表面涂覆厚度在1-10微米的透明胶，然后将所述蓝光色散吸收层层叠于所述透明胶上，并在50-80℃下进行模压固化，将蓝光色散吸收层牢固粘贴于所述蓝光阻隔层的外表面，制得所述蓝光阻隔封装层。
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