CN107833962A - 含有有机绿光、黄光及红光光致发光材料组合物的具有ofed结构的光源体及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有有机绿光、黄光及红光光致发光材料组合物的具有OFED结构的光源体。所述光源体包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光器件，每个所述LED发光器件包括LED芯片和设置在其上方的光致发光层，其中，所述光致发光层包含至少一种有机光致发光材料，所述至少一种有机光致发光材料能够在LED芯片的激发下，发射出波长更长的光。本发明还公开了包括上述光源体的照明设备。本发明的照明产品一方面通过不同有机光致发光材料的搭配，提高了光谱的显色指数和色纯度；另一方面采用大于460nm的蓝光LED芯片，降低了蓝光对于人眼的危害，实现了真正意义上的健康光源。本发明的技术方案将为日常照明、亮光光源和健康护眼灯具等领域带来重大变革。
Description
技术领域
本发明涉及照明光源技术领域，尤其涉及一种含有有机绿光、黄光及红光光致发光材料组合物的具有OFED结构的光源体及其在照明中的应用。
背景技术
自从白炽灯发明至今，电光源技术的发展已经有100多年的历史。其中，发光二极管(Light emitting diode,LED)技术具有功耗低、寿命长、回收容易等优势，被公认为未来的最佳光源，在照明领域赢得了市场和消费者的青睐。过去几十年，随着LED材料及封装技术的不断进步，LED产品亮度不断提高，应用越来越广泛。
传统的白光LED光源结构大致分为以下三种：
(1)蓝光LED芯片激发黄色无机荧光粉结构；
(2)紫外LED芯片同时激发红绿蓝三色无机荧光粉结构；
(3)红绿蓝三色LED集成结构。
然而，不论采用何种结构的白光LED光源，都存在如下的缺陷：第一，具有窄光谱、高亮度的技术特点，相比于全光谱的自然光，显得不够柔和，而且过高的亮度对眼睛有较大的刺激性，容易造成人眼损伤；第二，窄谱光显色性差，不能还原真实颜色，容易给人造成错觉；第三，LED的光谱不连续，波长单一，而且短波长的光谱能量很高，长期在一种波段的强光照射下，必然会让人降低对其他颜色的分辨能力，并有可能引发色弱等问题。
随着生活质量的不断提高，健康成为人们越来越多关注的话题。在此基础上，对于眼睛的保护能力则是选用家用灯具的重要标准。世界各国都对这一问题给予了足够的重视。例如今年美国医药协会刚刚通过了一份关于LED路灯的正式声明，建议降低一种新路灯的色温和亮度，并建议路灯的色温不要超过3000K，否则意味着更多的短波蓝光，有可能对健康造成危害。而我国最新灯具国标GB700.1-2015 也明确规定了蓝光的危害等级。
目前，从技术层面来说，考虑到光源的光谱连续性、色温、频闪、亮度分布、蓝光及红光组分分布等各种因素，现有的市场中还没有真正意义的护眼健康灯具。国际市场上最主流的LED芯片是440nm和 450nm芯片，与传统无机荧光粉对应性非常强，封装出来的LED光谱是固定的，含有大量短波长蓝光，对人类视力损害非常大。
综上，考虑到白光LED在照明方面存在的缺陷，对于多光谱发光二极管技术的改进将是未来LED研究领域的重中之重。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的第一个目的是提供一种基于LED的光源体。
该模块是一种新型荧光材料的多光谱发光二极管技术，简称有机荧光发光二极管技术(Organic Light emitting diode,OLED)。该技术将传统LED技术与有机光致发光材料结合起来，通过传统LED光源激发多种有机光致发光材料(包括荧光发光和磷光发光)，使光源的辐射光谱得到大幅度展宽，打造柔和健康的白光照明光谱。
相比于传统的白光光源，本发明所述产品一方面通过不同有机光致发光材料的搭配，提高了光谱的显色指数和色纯度；另一方面采用>460nm的蓝光LED芯片，降低了蓝光对于人眼的危害，实现了真正意义上的健康光源。OFED技术将为日常照明、亮光光源和健康护眼灯具等领域带来重大的创新和变革。
本发明的第二个目的在于提供一种包含应用如上所述OFED技术构建的LED光源体的照明设备。该照明设备考虑了光源的光谱连续性、色温、频闪、亮度分布、蓝光及红光组分分布等各种因素，在技术层面能够达到真正的护眼功效。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于LED的光源体，包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光器件，
每一个所述LED发光器件包括LED芯片和设置在其上方的光致发光层，其中，
所述光致发光层包含至少一种有机绿光光致发光材料、至少一种有机黄光光致发光材料和至少一种有机红光光致发光材料。
优选地，所述光致发光层的发光为荧光发光和/或磷光发光。
优选地，所述LED芯片是蓝光LED芯片。
优选地，所述蓝光LED芯片的发射波长为460-470nm。
进一步优选地，
所述有机绿光光致发光材料的发射波长为500-540nm；
所述有机黄光光致发光材料的发射波长为545-595nm；
所述有机红光光致发光材料的发射波长为611-650nm。
进一步优选地，
所述有机红光光致发光材料的吸收峰值波长为530-590nm；
所述有机绿光光致发光材料的吸收峰值波长为450-470nm；
所述有机黄光光致发光材料的吸收峰值波长为450-470nm；
优选地，所述有机绿光光致发光材料选自有机发光小分子、发光聚合物和有机发光配合物，如(E)-4-((氰基苯亚甲基)氨基)苯甲酸、2,7-二(4-吡啶基)-9-芴酮、4,7-二(3,5-二叔丁基苯基)-2,1,3-苯并噻二唑、N,N'-二甲基-喹吖啶酮和/或2,3,6,7- 四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-10-(2-苯并噻唑基)-喹嗪并 [9,9A,1GH]香豆素等；
优选地，所述有机黄光光致发光材料选自有机发光小分子、发光聚合物和有机发光配合物，如CuBr(TPP)(DAF)·CH3Cl(式中TPP和DAF分别为电中性的含P配体三苯基膦和杂环配体 4，5-二氮杂芴)、Zn(NO3)2(4-PBO)2(式中4-PBO为电中性杂环配体4-(2-苯并噁唑)吡啶)、Cu(2-PBO)(TPP)2(PF6)，(式中TPP 为熟知的电中性含P配体三苯基膦，2-PBO为电中性杂环配体 2-(2-苯并噁唑)吡啶)等；
优选地，所述有机红光光致发光材料选自有机发光小分子、发光聚合物和有机发光配合物，如红荧烯、4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H-吡喃、 CuI(2-PBO)(TXP-2，5)(式中TXP-2，5为电中性含P配体三(2， 5-二甲苯基)膦；2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶)、 CuI(2-PBO)(PPh2Cy)(式中PPh2Cy为电中性含P配体二苯基环己基膦；式中2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶)、 (CuIL)n(式中L为电中性杂环配体4-(2-苯并噁唑)吡啶)等。
优选地，所述光致发光层是涂覆在所述LED芯片上方的封装胶体，所述封装胶体中均匀掺杂了所述有机绿光光致发光材料、所述有机黄光光致发光材料和所述有机红光光致发光材料。
优选地，所述封装胶体为液态的热固化胶经过加热后固化形成的固态物质，所述热固化胶，可以选自环氧树脂、硅胶等。
本发明所述光致发光层的制备方法可以为将液态的热固化胶、所述有机绿光光致发光材料、所述有机黄光光致发光材料和所述有机红光光致发光材料按配比混合均匀后，加热固化得到。
其中，所述封装胶体、所述有机绿光光致发光材料、所述有机黄光光致发光材料和所述有机红光光致发光材料的质量比优选为1：(0.00001～0.002)：(0.00001～0.002)：(0.00001～0.002)。
优选的一种光致发光层的组成包括：封装胶体、有机绿光光致发光材料(E)-4-((氰基苯亚甲基)氨基)苯甲酸、有机黄光光致发光材料CuBr(TPP)(DAF)·CH3Cl、有机红光光致发光材料 CuI(2-PBO)(PPh2Cy)；其中，所述封装胶体、有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料、有机红光光致发光材料的质量比为1：(0.0001～0.0005)：(0.0001～0.0005)：(0.0001～0.0005)。
本发明所述LED发光器件的制备方法为：将液态的热固化胶、所述有机绿光光致发光材料、所述有机黄光光致发光材料和所述有机红光光致发光材料按配比混合均匀后，用点胶机点胶到 LED芯片上，即封装在发光杯内，将热固化胶加热固化得到。
优选地，本发明的LED光源体发出的白光光谱接近于自然光光谱。
目前最通用的白光LED光源技术为蓝光LED芯片激发黄色荧光粉。其发光原理为：LED芯片发射出的光被LED内部封装的无机荧光粉多重吸收，并被多重反射，最终发射至灯具外部。但是该种结构所发射出的光谱非常单调，色彩还原度较差。且无机荧光粉的激发光谱和发射光谱位移大，且高颜色转换效率低，造成其显色指数不佳。
本发明的基于OFED技术而设计出的LED光源体，通过引入合适的有机光致发光材料，很好地解决了上述问题。其发光原理在于：选择合适的有机光致发光材料，利用有机光致发光材料全部或部分取代封装胶体中掺杂的无机荧光粉，依靠蓝光LED芯片光以及有可能存在的无机荧光粉发出的光进一步激发有机光致发光材料，令其发射出符合要求的有机荧光或者磷光。
由于有机光致发光材料的多样性，可以根据需要任意调节封装结构中所加入的有机发光材料的种类、添加量、配比和组合，甚至根据需要可任意混配不同色彩的有机光致发光材料和无机荧光粉，并调整浓度和颜色，以令最终发光材料组合物尽可能多的吸收蓝光LED芯片的发射光谱，减少能量损失，并调整发射光谱的波长范围，使其尽量接近于自然光光谱，打造还原真实颜色、柔和性佳的白光照明光源。
另一方面，国际市场上最主流的LED芯片是440nm和450nm 芯片，因为450nm蓝光芯片激发黄色YAG荧光粉的效率最高。但是如此组合封装出来的LED光谱是固定的，含有大量短波长蓝光，该短波长蓝光可以穿透角膜和晶状体，直达眼底黄斑区，对眼球造成不可修复伤害，对人类视力损害非常大。此外，所采用的无机荧光粉一般以稀土元素为发光中心，混配比例约为30％，添加量大，且微米级的荧光粉颗粒与封装胶体混配效果差，导致产品的光性能不均一，需要增加分拣工艺。这些都拉高了整个器件的生产成本。
针对上述问题，本发明基于OFED技术而设计出的LED背光模组也能很好的解决。通过引入有机光致发光材料，本发明特殊的发光组合物不仅对通用的440nm、450nmxin芯片有良好吸收，更是对460、470nm等≥460nm的芯片都可以适配，并且可以通过调整发光材料的含量、种类以及组合配比，实现对LED 光谱的可调和定制。且与无机荧光粉高达30％的用量相比，掺杂了有机荧光材料，由于其高效的光转化效率，其用量可以降低一千倍以上，且其能与封装胶体互溶，产品均一性佳，免除了分拣工艺。如上的有益效果使得LED成品整体价格下降30％以上。
为解决上述第二个问题，本发明提供了所述基于LED的光源体在照明中的应用。
本发明采用如下的技术方案：
一种照明设备，包括所述的基于LED的光源体和驱动IC。
除了光效外，对于眼睛的保护能力是选用照明设备，尤其是家用灯具的重要标准。然而目前常用的灯具在这方面存在很多不足，如下表1所示：
表1理想护眼灯的标准与当前常用光源的不足
因此，从技术层面来说，考虑到光源的光谱连续性、色温、频闪、亮度分布、蓝光及红光组分分布等各种因素，当前还没有真正意义的护眼健康灯具。
而本发明所设计的照明设备中的发光组合物对440nm、450nm、 460nm、470nm等芯片都可以适配，并且通过多种有机光致发光材料或者有机与无机发光材料组合的调配，实现对LED光谱的可调和定制，完美实现光谱连续性、低色温、蓝光组分少、红外组分少的要求。同时通过对封装结构的设计，使光源的散射更加均匀，从而得到理想的健康光源，为眼睛提供最大程度的保护。从符合护眼灯具要求的角度来排序：本发明OFED光源＞蜡烛＞白炽灯＞黄色节能灯＞白色节能灯＞黄色LED灯＞白色LED灯。
因此，本发明的照明设备，所发出的光谱中包含所有色彩特征，显色指数高，可根据需要可将Ra调整至100；使用≥460nm蓝光芯片，极大降低了蓝光危害，且无红外光危害，能够获得更柔和的发光灯具；降低了多光谱LED芯片加工难度，工艺制备简单，成本可控，并且通过电路设计，可避免频闪危害。本发明的照明设备作为OFED技术的延伸应用，可制备真正意义上的健康光源，实现光源的创新和变革。
本发明有益效果：
1、有机光致发光材料的光谱多样性强。
本发明的光致发光层材料组合物的色彩和吸收光谱可任意调整，不同色彩的发光材料可任意混配，并调整浓度和颜色，从而得到需要的LED光谱。
2、优秀的芯片适配性。
国际市场上主流的芯片是440nm和450nm芯片，与传统无机荧光粉对应性非常强。而本发明的特殊发光组合物对440、450、460、 470nm等芯片都可以适配，并且可以通过调整发光组合物中的含量和不同工艺制程，实现对LED光谱的可调和定制。
3、健康光源。
相比于传统的白光LED，OFED提高了色纯度和光谱宽度，具有更高的显色指数和较低的蓝光污染，真正实现健康光源。
4、高光效、低能耗。
相比传统LED，OFED由于光谱更宽、分布更平衡，因此在在相同功率下可以得到更高的亮度，具有更高的发光效率。根据测试，在相同亮度条件下，OFED光源的能耗比传统LED可以节省15％-50％。
5、低成本。
本发明技术方案对光致发光材料的用量相比常规LED可以降低一千倍以上，该水平属于世界第一。通过该核心技术，可以使得LED 整体价格下降30％以上。同时OFED照明设备的制备工艺比较简单，生产成本相对可控。
6、性能相对稳定
OFED照明设备中所用到的有机光致发光材料只参与光激发的荧光或磷光辐射，稳定性相较OLED类产品更高。
附图说明
图1示出了现有技术中白光LED光源体的传统封装结构。其中， 1-发光杯、2-封装胶体、3-无机荧光粉、4-PCB板、5-LED芯片。
图2示出了本发明中的白光LED光源体的封装结构。其中，1- 发光杯、2-封装胶体、6-有机绿光、黄光及红光光致发光材料、4-PCB 板、5-LED芯片。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的防伪方法及系统进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的防伪方法及系统的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述内容。
实施例1
如图2所示，一种基于LED的光源体，包括PCB板4和设置于PCB板4上的LED发光器件，所述LED发光器件包括蓝光 LED芯片5和设置在其上方的光致发光层；
所述光致发光层是涂覆在所述LED芯片上方的封装胶体2，封装胶体2装载于发光杯1中，涂层厚度为0.3mm，所述封装胶体2中均匀掺杂了有机绿光、黄光及红光光致发光材料6。
所述蓝光LED芯片的发射波长为465nm。
所述有机绿光光致发光材料为(E)-4-((氰基苯亚甲基)氨基)苯甲酸(其制备方法参见中国专利申请201610307169.0)；其发射波长为540nm。
所述有机黄光光致发光材料为CuBr(TPP)(DAF)·CH3Cl(式中TPP和DAF分别为电中性的含P配体三苯基膦和杂环配体 4，5-二氮杂芴)(其制备方法参见中国专利申请201510393664.3)；其发射波长为568nm。
所述有机红光光致发光材料为CuI(2-PBO)(PPh2Cy)(式中 PPh2Cy为电中性含P配体二苯基环己基膦；式中2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶)(其制备方法参照中国专利申请 201610307172.2)；其发射波长为640nm。
本实施例所述LED发光器件的制备方法为：将液态的 OE-6665环氧树脂、有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料、有机红光光致发光材料按质量比1：0.0005：0.0003：0.0002 混合均匀后，加热固化得到，加热温度为160℃，加热时间为1h。
实施例1所述的基于LED的光源体可以用于照明，与驱动IC 共同组成照明设备，其波长连续性相比传统白光LED大幅提升，且色温为2650K，护眼效果更佳。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例所述LED发光器件的制备方法为：将液态的OE-6665环氧树脂、有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料、有机红光光致发光材料按质量比1：0.0002：0.0005：0.0003混合均匀后，加热固化得到，加热温度为160℃，加热时间为1h。
实施例2所述的基于LED的光源体可以用于照明，与驱动IC 共同组成照明设备，其波长连续性相比传统白光LED大幅提升，且色温为2615K，护眼效果更佳。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例所述LED发光器件的制备方法为：将液态的OE-6665环氧树脂、有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料、有机红光光致发光材料按质量比1：0.0003：0.0003：0.0003混合均匀后，加热固化得到，加热温度为160℃，加热时间为1h。
实施例3所述的基于LED的光源体可以用于照明，与驱动IC 共同组成照明设备，其波长连续性相比传统白光LED大幅提升，且色温为2720K，护眼效果更佳。
对比例
如图1所示，一种基于LED的光源体，包括PCB板4和设置于PCB板4上的LED发光器件，所述LED发光器件包括蓝光 LED芯片5和设置在其上方的光致发光层；
所述光致发光层是涂覆在所述LED芯片上方的封装胶体2，封装胶体2装载于发光杯1中，涂层厚度为0.3mm，所述封装胶体2中均匀掺杂了无机荧光粉3(无机绿光荧光粉+无机红光荧光粉+无机黄光荧光粉)。
所述蓝光LED芯片的发射波长为465nm。
所述无机红光荧光粉为硅酸盐红光荧光粉Li2Mg0.07Eu0.03SiO4 (其制备方法参见中国专利申请201710291161.4)；其发射波长为613nm。
所述无机黄光荧光粉为La3.9Ca(SiO4)3O：0.1Ce3+(其制备方法参见中国专利申请201110060588.6)；其发射波长为560nm。
所述无机绿光荧光粉为Li2Ca1.995Si2O7:Eu0.005,@Ag0.00025(@表示包覆，其制备方法参见中国专利申请201310090136.1)；其发射波长为540nm。
本对比例所述LED发光器件的制备方法为：将液态的 OE-6665环氧树脂、无机绿光荧光粉、无机红光荧光粉、无机黄光荧光粉材料按质量比1：0.1：0.1：0.1混合均匀后，加热固化得到，加热温度为160℃，加热时间为1h。
对比例所述的基于LED的光源体可以用于照明，与驱动IC共同组成照明设备，与实施例1-3相比较，其波长连续性较差，且色温为3264K。
以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于LED的光源体，包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光器件，其特征在于：
每一个所述LED发光器件包括LED芯片和设置在其上方的光致发光层，其中，
所述光致发光层包含至少一种有机绿光光致发光材料、至少一种有机黄光光致发光材料和至少一种有机红光光致发光材料。
2.根据权利要求1所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述LED芯片是蓝光LED芯片。
3.根据权利要求2所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述蓝光LED芯片的发射波长为460-470nm。
4.根据权利要求1所述的基于LED的光源体，其特征在于：
所述有机绿光光致发光材料的发射波长为500-540nm；
所述有机黄光光致发光材料的发射波长为545-595nm；
所述有机红光光致发光材料的发射波长为611-650nm。
5.根据权利要求1所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述光致发光层的发光原理为荧光发光和/或磷光发光。
6.根据权利要求1-5中任一所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料和有机红光光致发光材料各自独立地选自有机发光小分子、发光聚合物或者有机发光配合物。
7.根据权利要求1所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述光致发光层是涂覆在所述LED芯片上方的封装胶体，所述封装胶体中均匀掺杂了所述有机绿光光致发光材料、所述有机黄光光致发光材料和所述有机红光光致发光材料。
8.根据权利要求1所述的基于LED的光源体，其特征在于：所述光致发光层的组成包括：封装胶体、有机绿光光致发光材料(E)-4-((氰基苯亚甲基)氨基)苯甲酸、有机黄光光致发光材料CuBr(TPP)(DAF)·CH3Cl、有机红光光致发光材料CuI(2-PBO)(PPh2Cy)；其中，所述封装胶体、有机绿光光致发光材料、有机黄光光致发光材料、有机红光光致发光材料的质量比为1：(0.0001～0.0005)：(0.0001～0.0005)：(0.0001～0.0005)。
9.一种照明设备，包括权利要求1-8中任一项所述的基于LED的光源体和驱动IC。
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