CN110797447A - 波长转换膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波长转换膜，其包括磷光体层以及光散射层。所述磷光体层包括第一磷光体以及第一基质。所述光散射层包括多个二氧化钛粒子以及第二基质。所述波长转换膜还包括光致发光材料以及多个纳米粒子，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子是位于所述磷光体层以及所述光散射层的至少一者中或分别位于所述磷光体层以及所述光散射层中。本发明的波长转换膜可避免光触媒效应的产生且提高光转换效率。

Description

波长转换膜
技术领域
本发明涉及一种波长转换膜。
背景技术
一般来说，现有的波长转换膜包括磷光体以及多个二氧化钛粒子。磷光体可吸收部分的由发光装置(例如：发光二极管)发出的蓝光并将其转换成可见光。多个二氧化钛粒子可散射部分的由发光装置发出的蓝光，而使所述蓝光被导引至磷光体而被转换成可见光，且通过颜色为白色的多个二氧化钛粒子而使得波长转换膜在发光装置关闭时也具有白色的外观。然而，发光装置发出的紫外光会使多个二氧化钛粒子产生光触媒效应，使得波长转换膜与发光装置中的高分子材料因光触媒效应而产生降解，造成波长转换膜与发光装置产生质量劣化的问题。
发明内容
本发明提供一种波长转换膜，其可避免光触媒效应的产生且提高光转换效率。
本发明的其他目的和优点将通过以下描述得到理解，并且通过本发明公开的具体实施方式将使本发明更加明显。
本发明是针对一种波长转换膜，其包括磷光体层以及光散射层。所述磷光体层包括第一磷光体以及第一基质。所述光散射层包括多个二氧化钛粒子以及第二基质。所述波长转换膜还包括光致发光材料以及多个纳米粒子，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子是位于所述磷光体层以及所述光散射层的至少一者中或分别位于所述磷光体层以及所述光散射层中。
根据本发明的实施方式，所述光致发光材料位于所述磷光体层中，且所述多个纳米粒子位于所述光散射层中。
根据本发明的实施方式，所述多个纳米粒子位于所述磷光体层中，且所述光致发光材料位于所述光散射层中。
根据本发明的实施方式，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子位于所述光散射层中。
根据本发明的实施方式，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子位于所述磷光体层中。
根据本发明的实施方式，所述光致发光材料包括第二磷光体。
根据本发明的实施方式，所述第二磷光体于所述光致发光材料中所占的含量为5wt％-50wt％。
根据本发明的实施方式，所述第二磷光体包括BaMgAl:Eu、BaMgAl:Eu,Mn、GdOS:Eu、Y2O3:Eu、YVO4:Nd或其组合。
根据本发明的实施方式，所述光致发光材料的外观颜色为白色。
根据本发明的实施方式，所述多个纳米粒子与所述光致发光材料的重量比值为0.01-0.5。
根据本发明的实施方式，所述多个纳米粒子包括金属材料或半导体材料，其中所述金属材料包括金、银、铂、铜、铝或其组合。
根据本发明的实施方式，所述多个纳米粒子的粒径为0.5nm-100nm。
根据本发明的实施方式，所述第一磷光体包括经蓝光激发而辐射黄光、绿光或红光的磷光体。所述第一磷光体例如包括为黄色荧光粉的钇铝石榴石(YAG:Ce3+)、为绿色荧光粉的β-赛隆(β-sialon)或为红色荧光粉的经锰掺杂的氟硅酸钾(KSF)、氟锗酸钾(KGF)或者氟钛酸钾(KTF)。
在根据本发明的实施例方式的波长转换膜中，由于波长转换膜包括可吸收紫外光的多个纳米粒子以及光致发光材料，因此可避免波长转换膜中的多个二氧化钛粒子因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免波长转换膜与发光装置劣化。除此之外，由于多个纳米粒子以及光致发光材料具有将紫外光转换成可见光的功能，因此可依据制造成本的考虑使多个纳米粒子以及光致发光材料中的至少一者部分地替代第一磷光体，而降低第一磷光体于磷光体层中的含量。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A为本发明的一实施方式的波长转换膜的剖面示意图；
图1B为本发明的另一实施方式的波长转换膜的剖面示意图；
图2为本发明的又一实施方式的波长转换膜的剖面示意图；
图3为本发明的再一实施方式的波长转换膜的剖面示意图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1A为本发明的一实施方式的波长转换膜的剖面示意图。
请参照图1A，本实施方式的波长转换膜10A包括磷光体层100以及光散射层200。在一实施方式中，波长转换膜10A可设置于发光装置(未示出)的远程以与所述发光装置组成发光封装结构。换句话说，波长转换膜10A可与所述发光装置分隔特定的距离，但本发明不以此为限。所述发光装置可例如是发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，但本发明不以此为限。
在一实施方式中，磷光体层100包括第一磷光体110以及第一基质120。第一磷光体110可例如是无机磷光体、有机磷光体或其组合。举例来说，第一磷光体110包括经蓝光激发而辐射黄光、绿光或红光的磷光体。详细地说，第一磷光体110例如包括为黄色荧光粉的钇铝石榴石(YAG:Ce3+)、为绿色荧光粉的β-赛隆(β-sialon)或为红色荧光粉的经锰掺杂的氟硅酸钾(KSF)、氟锗酸钾(KGF)或者氟钛酸钾(KTF)。因此，第一磷光体110可吸收从发光装置发出的蓝光，并将其转换成可见光(例如：黄光、绿光及红光、绿光及黄光、绿光及红光、黄光及红光或其他的光的组合)。基于此，通过所述发光装置发出的未被该磷光体吸收的蓝光可与由第一磷光体110转换的上述光组合，可产生具有互补颜色的光来叠加，以提供就人眼来看几乎是白色的光。第一基质120例如是用于承载第一磷光体110且可透光的基质层。第一基质120可例如是热固型树脂或光固化树脂。举例来说，第一基质120的材料为压克力树酯、聚硅硅氧烷树酯或其组合。
在一实施方式中，光散射层200包括多个二氧化钛粒子210以及第二基质220。多个二氧化钛粒子210的粒径例如是10nm～10μm，其较佳的粒径是50nm～5μm。多个二氧化钛粒子210可使从发光装置发出的蓝光反射或折射，使得被反射或折射的所述蓝光可被导引至第一磷光体110而提升所述蓝光的转换率。此外，光散射层200由于包括多个二氧化钛粒子210而具有高的折射率，因此可提升所述蓝光于光散射层200中全反射的机率，藉此提升所述蓝光的转换率。基于多个二氧化钛粒子210带来的上述效果，因此可依据制造成本的考虑而降低第一磷光体110于磷光体层100中的含量。第二基质220例如是用于承载多个二氧化钛粒子210且可透光的基质层。第二基质220可例如是热固型树脂或光固化树脂。举例来说，第二基质220的材料为压克力树酯、聚硅硅氧烷树酯或其组合。
在一实施方式中，波长转换膜10A可还包括多个纳米粒子300以及光致发光材料400。在本实施方式中，多个纳米粒子300位于光散射层200中，且光致发光材料400位于磷光体层100中，但本发明不以此为限。换句话说，本实施方式仅用于具体地描述本发明的特征，因此，不应由本实施方式对本发明作出限制性地解释。多个纳米粒子300与光致发光材料400的重量比值例如为0.01～0.5。多个纳米粒子300的材料可为金、银、铂、铜、铝或其的合金等金属材料或者半导体材料，上述材料具有负值的实部介电常数以及小的虚部介电常数值等性质。在本实施方式中，多个纳米粒子300为金纳米粒子。多个纳米粒子300的粒径例如是0.1nm～200nm，其较佳的粒径是0.5nm～100nm。多个纳米粒子300可吸收从发光装置发出的紫外光，并将其转换成可见光，此即为金属光致发光效应(Metal Photoluminescence，MPL)。基于此，多个纳米粒子300可避免多个二氧化钛粒子210因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免因波长转换膜10A中的有机物被氧化而使得波长转换膜10A劣化。从另一个方面来看，多个纳米粒子300也可作为第一磷光体110的用途，因此可依据制造成本的考虑而降低第一磷光体110于磷光体层100中的含量。光致发光材料400例如是外观颜色为白色的材料。由于光致发光材料400的外观颜色为白色，因此在发光装置(未示出)未发出蓝光时可使光散射层200保持白色的外观。在一实施方式中，光致发光材料400包括第二磷光体以及透明高分子材料。第二磷光体包括BaMgAl:Eu、BaMgAl:Eu,Mn、GdOS:Eu、Y2O3:Eu、YVO4:Nd或其组合。透明高分子材料包括压克力树酯、聚硅硅氧烷树酯或其组合。在一实施方式中，第二磷光体于光致发光材料400中所占的含量为5wt％～50wt％，较佳为5wt％～20wt％。第二磷光体包括BaMgAl:Eu、BaMgAl:Eu,Mn、GdOS:Eu、Y2O3:Eu、YVO4:Nd或其组合。第二磷光体可吸收从发光装置发出的蓝光，并将其转换可见光。光致发光材料400也可使从发光装置发出的蓝光反射或折射，使得被反射或折射的所述蓝光可被导引至第一磷光体110而提升所述蓝光的转换率。因此，可依据制造成本的考虑使光致发光材料400部分地替代多个二氧化钛粒子210，而降低多个二氧化钛粒子210于光散射层200中的含量。
在本实施方式的磷光体层100中，第一磷光体110的量较佳为10wt％～50wt％，且光致发光材料400的量较佳为5wt％～50wt％。此外，在本实施方式的光散射层200中，多个二氧化钛粒子210的量较佳为7wt％～35wt％，且多个纳米粒子300的量较佳为0.05wt％～25wt％。
基于上述，由于本实施例的波长转换膜包括可吸收紫外光的多个纳米粒子以及光致发光材料，因此可避免波长转换膜中的多个二氧化钛粒子因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免波长转换膜与发光装置劣化。除此之外，由于多个纳米粒子以及光致发光材料具有将紫外光转换成可见光的功能，因此可依据制造成本的考虑使多个纳米粒子以及光致发光材料部分地替代第一磷光体，而降低第一磷光体于磷光体层中的含量。并且，由于本实施例的光致发光材料具有使从发光装置发出的蓝光反射或折射的功能，因此可依据制造成本的考虑使光致发光材料部分地替代多个二氧化钛粒子，而降低多个二氧化钛粒子于光散射层中的含量。
图1B为本发明的另一实施方式的波长转换膜的剖面示意图。在此必须说明的是，图1B示出的实施方式沿用图1A示出的实施方式的组件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容与效果的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施方式的描述，下述实施方式不再重复赘述。
请参照图1B，图1B所示出的实施方式与图1A所示出的实施方式的主要差异在于：多个纳米粒子300是位于波长转换膜10B的磷光体层100中，且光致发光材料400是位于波长转换膜10B的光散射层200中。如同前述实施方式所述，波长转换膜10B由于包括多个纳米粒子300与光致发光材料400因此可使得紫外光的转换效率大为提升。
在本实施方式的磷光体层100中，第一磷光体110的量较佳为10wt％～50wt％，且多个纳米粒子300的量较佳为0.05wt％～25wt％。此外，在本实施方式的光散射层200中，多个二氧化钛粒子210的量较佳为7wt％～35wt％，且光致发光材料400的量较佳为5wt％～50wt％。
基于上述，由于本实施例的波长转换膜包括可吸收紫外光的多个纳米粒子以及光致发光材料，因此可避免波长转换膜中的多个二氧化钛粒子因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免波长转换膜与发光装置劣化。除此之外，由于多个纳米粒子以及光致发光材料具有将紫外光转换成可见光的功能，因此可依据制造成本的考虑使多个纳米粒子以及光致发光材料部分地替代第一磷光体，而降低第一磷光体于磷光体层中的含量。并且，由于本实施例的光致发光材料具有使从发光装置发出的蓝光反射或折射的功能，因此可依据制造成本的考虑使光致发光材料部分地替代多个二氧化钛粒子，而降低多个二氧化钛粒子于光散射层中的含量。
图2为本发明的又一实施方式的波长转换膜的剖面示意图。在此必须说明的是，图2示出的实施方式沿用图1A示出的实施方式的组件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容与效果的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施方式的描述，下述实施方式不再重复赘述。
请参照图2，图2所示出的实施方式与图1A所示出的实施方式的主要差异在于：光致发光材料400是位于波长转换膜20的光散射层200中，即多个纳米粒子300与光致发光材料400皆位于光散射层200中。在本实施方式中，由于多个纳米粒子300与光致发光材料400皆位于光散射层200中，因此在多个纳米粒子300与光致发光材料400两者之间会产生金属荧光增益效应(Metal-Enhanced Fluorescence，MPL)，而使得紫外光的转换效率大为提升。详细地说，在于多个纳米粒子300在吸收紫外光且经所述紫外光激发后，多个纳米粒子300上的自由电子将与晶格上的离子产生周期性的相对位移。上述的相对位移会使得电荷累积在相反的表面上，而造成局部的电场强度增强，此称为局部表面等离子体子共振(Localized Surface Plasmon Resonance；LSPR)效应。通过由多个纳米粒子300经紫外线激发而产生的局部表面等离子体子共振效应可进一步使光致发光材料400的紫外光的转换效率增加。因此，可依据制造成本的考虑使光致发光材料400部分地替代第一磷光体110，而降低第一磷光体110于磷光体层100中的含量。除此之外，光致发光材料400也可使从发光装置发出的蓝光反射或折射，使得被反射或折射的所述蓝光可被导引至第一磷光体110而提升所述蓝光的转换率。因此，可依据制造成本的考虑使光致发光材料400部分地替代多个二氧化钛粒子210，而降低多个二氧化钛粒子210于光散射层200中的含量。
在本实施方式的磷光体层100中，第一磷光体110的量较佳为10wt％～50wt％，多个纳米粒子300的量较佳为0.05wt％～25wt％，且光致发光材料400的量较佳为5wt％～50wt％。此外，在本实施方式的光散射层200中，多个二氧化钛粒子210的量较佳为7wt％～35wt％。
基于上述，由于本实施例的波长转换膜包括可吸收紫外光的多个纳米粒子以及光致发光材料，因此可避免波长转换膜中的多个二氧化钛粒子因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免波长转换膜与发光装置劣化。除此之外，由于多个纳米粒子以及光致发光材料具有将紫外光转换成可见光的功能，且由于多个纳米粒子以及光致发光材料位于同一层的原因而使得紫外光的转换效率大为提升，因此可依据制造成本的考虑使多个纳米粒子以及光致发光材料部分地替代第一磷光体，而降低第一磷光体于磷光体层中的含量。并且，由于本实施例的光致发光材料具有使从发光装置发出的蓝光反射或折射的功能，因此可依据制造成本的考虑使光致发光材料部分地替代多个二氧化钛粒子，而降低多个二氧化钛粒子于光散射层中的含量。
图3为本发明的再一实施方式的波长转换膜的剖面示意图。在此必须说明的是，图3示出的实施方式沿用图2示出的实施方式的组件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容与效果的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施方式的描述，下述实施方式不再重复赘述。
请参照图3，图3所示出的实施方式与图2所示出的实施方式的主要差异在于：多个纳米粒子300以及光致发光材料400皆位于波长转换膜30的磷光体层100中。如同前述实施方式所述，多个纳米粒子300与光致发光材料400或者第一磷光体110之间会产生金属荧光增益效应，因此可使得紫外光的转换效率大为提升。
在本实施方式的磷光体层100中，第一磷光体110的量较佳为10wt％～50wt％。此外，在本实施方式的光散射层200中，多个二氧化钛粒子210的量较佳为7wt％～35wt％，多个纳米粒子300的量较佳为0.05wt％～25wt％，且光致发光材料400的量较佳为5wt％～50wt％。
基于上述，由于本实施例的波长转换膜包括可吸收紫外光的多个纳米粒子以及光致发光材料，因此可避免波长转换膜中的多个二氧化钛粒子因被紫外光照射而产生光触媒效应，藉此可避免波长转换膜与发光装置劣化。除此之外，由于多个纳米粒子以及光致发光材料具有将紫外光转换成可见光的功能，且由于多个纳米粒子以及光致发光材料位于同一层的原因而使得紫外光的转换效率大为提升，因此可依据制造成本的考虑使多个纳米粒子以及光致发光材料部分地替代第一磷光体，而降低第一磷光体于磷光体层中的含量。并且，由于本实施例的光致发光材料具有使从发光装置发出的蓝光反射或折射的功能，因此可依据制造成本的考虑使光致发光材料部分地替代多个二氧化钛粒子，而降低多个二氧化钛粒子于光散射层中的含量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种波长转换膜，其特征在于，包括：
磷光体层，包括第一磷光体以及第一基质；以及
光散射层，包括多个二氧化钛粒子以及第二基质，
其中所述波长转换膜还包括光致发光材料以及多个纳米粒子，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子是位于所述磷光体层以及所述光散射层的至少一者中或分别位于所述磷光体层以及所述光散射层中。
2.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述光致发光材料位于所述磷光体层中，且所述多个纳米粒子位于所述光散射层中。
3.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述多个纳米粒子位于所述磷光体层中，且所述光致发光材料位于所述光散射层中。
4.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子位于所述光散射层中。
5.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述光致发光材料以及所述多个纳米粒子位于所述磷光体层中。
6.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述光致发光材料包括第二磷光体。
7.根据权利要求6所述的波长转换膜，其特征在于，所述第二磷光体于所述光致发光材料中所占的含量为5wt％～50wt％。
8.根据权利要求6所述的波长转换膜，其特征在于，所述第二磷光体包括BaMgAl:Eu、BaMgAl:Eu,Mn、GdOS:Eu、Y2O3:Eu、YVO4:Nd或其组合。
9.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述光致发光材料的外观颜色为白色。
10.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述多个纳米粒子与所述光致发光材料的重量比值为0.01～0.5。
11.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述多个纳米粒子包括金属材料或半导体材料，其中所述金属材料包括金、银、铂、铜、铝或其组合。
12.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述多个纳米粒子的粒径为0.5nm～100nm。
13.根据权利要求1所述的波长转换膜，其特征在于，所述第一磷光体包括经蓝光激发而辐射黄光、绿光或红光的磷光体。
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