CN111326643B - 一种弱化蓝光危害的led光源及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种弱化蓝光危害的LED光源，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，所述红色荧光粉为蓝光激发的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴，通过设置所述玻璃转光发光组件，将荧光粉均匀分散在硼硅玻璃中，提高LED光源的一致性，提高荧光粉的发光稳定性，同时，蓝色芯片进一步激发红色荧光粉，减少了灯具蓝光的溢出，增加了红光，降低了色温，可有效解决现有技术中树脂封装LED的老化、色漂移、蓝光溢出的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED光源技术领域，具体涉及一种弱化蓝光危害的LED光源及其制造方法。
背景技术
作为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后的第四代照明光源，白光LED(LightEmitting Diode)具有无毒、高效节能、寿命长、抗震性及安全性好等诸多优点，是一种环保、节能的绿色照明光源，被誉为21世纪最有价值的新光源，在照明和显示领域有着巨大的应用前景。
目前，实现白光LED照明最主要的是使用紫外光、近紫外光或者蓝光LED芯片上加上荧光粉，由芯片和荧光粉二者发出的光混合或者芯片激发三基色荧光粉形成白光。其中已经成熟和商业化的是蓝光LED芯片配合黄色荧光粉，但是该方法使LED灯光中蓝光的含量相对较高，蓝光是波长在400-500nm波段的短波长、能量高、对物体有较高穿透能力的光，它对眼睛和皮肤有伤害，尤其是长期在这种视觉环境下工作和生活，人眼视网膜有可能会受到不可逆转的伤害，即“蓝光危害”，同时，由于蓝光的含量相对较高，其显色指数也较低，色温偏高，得到的是一种冷白光。
另一方面，该方法主要是GaN基芯片涂覆黄色荧光粉制备而成，荧光粉通过点胶的方式，将含有荧光粉的硅胶树脂或环氧树脂点涂在蓝光芯片上，其制备较简单，但光的一致性较差，且由于树脂紧贴芯片，热量易聚集，造成封装材料老化、荧光粉性能劣化，影响光色参数和使用寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种弱化蓝光危害的LED光源及其制造方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种弱化蓝光危害的LED光源，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，所述红色荧光粉为蓝光激发的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴。
优选地，所述硼硅玻璃以SiO2、B2O3、ZnO、BaO、Na2O为玻璃基质材料，其摩尔比例为1：（1.7-4.2）：（0.6-1.2）：（0.6-1.2）：（0.3-0.4），所述铈激活钇铝石榴石荧光粉与玻璃基质材料的质量百分比例为5%-10%。
进一步优选地，所述硼硅玻璃还掺有金刚石微粉，金刚石微粉与玻璃基质材料的质量百分比例为4-7%。
优选地，所述红色荧光粉为Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料，其组成为Sr1-x- yMoO4:xEu3+,yBi3+，其中，x和y满足0.1≤x≤0.22，0.05≤y≤0.1。
优选地，所述红色荧光粉采用流延法或丝网印刷涂覆在玻璃基片上，再经干燥、退火、冷却得到涂覆有红色荧光粉的玻璃基片。
优选地，所述玻璃基片与荧光粉面相对的另一面设置有防蓝光层，所述防蓝光层为In和Ti的氧化物膜层。
优选地，所述硼硅玻璃的制备方法如下：
以H3BO3、SiO2、ZnO、BaO、Na2CO3为原料，按照设计玻璃组成精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，充分混合研磨至均匀，完成后置于高温炉中进行高温熔融，温度升至500-600℃时保温0.5-1h排气，再升温至熔融，保温1-2h至原料完全熔融且澄清，熔融物高温取出，淬冷，切割粉磨，加入铈激活钇铝石榴石荧光粉、金刚石微粉混合研磨均匀，研磨后的混合物料在保护气氛中二次熔融烧结，得到均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃。
优选地，所述红色荧光粉的制备方法如下：
以SrCO3、H2MoO4、Eu2O3、Bi2O3为原料，按照化学计量比精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，加入原料质量总量10-50%的H3BO3、40-100%的LiCl，加入无水乙醇充分混合研磨至均匀，移至坩埚，入高温炉烧结，烧结温度在560-600℃，冷却至室温后，产物用无水乙醇充分洗涤，再干燥、研磨制得。
本发明的有益效果为：
本申请通过设置所述玻璃转光发光组件，将荧光粉均匀分散在硼硅玻璃中，提高LED光源的一致性，降低了荧光粉温度，提高荧光粉的发光稳定性，对荧光粉起到保护作用，同时，蓝色芯片进一步激发红色荧光粉，减少了灯具蓝光的溢出，增加了红光，减少了颜色偏移，也降低了色温，有效解决现有技术中树脂封装LED的老化、色漂移、蓝光溢出的问题。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本申请的实施例涉及一种弱化蓝光危害的LED光源，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，所述红色荧光粉为蓝光激发的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴；
所述玻璃转光发光组件，可实现均匀的荧光粉分布，精确、标准的可加工性，能最大程度降低色偏差，提高LED光源的一致性，降低了荧光粉温度，提高荧光粉的发光稳定性，对荧光粉起到保护作用，同时，蓝色芯片进一步激发红色荧光粉，减少了灯具蓝光的溢出，弱化蓝光危害，增加了红光，减少了颜色偏移，也降低了色温；
优选地，所述硼硅玻璃以SiO2、B2O3、ZnO、BaO、Na2O为玻璃基质材料，其摩尔比例为1：（1.7-4.2）：（0.6-1.2）：（0.6-1.2）：（0.3-0.4），所述铈激活钇铝石榴石荧光粉与玻璃基质材料的质量百分比例为5%-10%；
优化基质材料成分比例及荧光粉掺量，以SiO2、B2O3、ZnO、BaO、Na2O为基质材料的玻璃体系，具有较低的熔融温度，低的熔融温度使得荧光粉在熔融掺入时不被高温破坏，保证其荧光特性；
进一步优选地，所述硼硅玻璃还掺有金刚石微粉，金刚石微粉与玻璃基质材料的质量百分比例为4-7%；
由于特殊的光学特性及其微米级粒径，金刚石微粉颗粒物掺入硼硅玻璃体系中作为散射中心增强散射，提高光效，同时，金刚石微粉颗粒物的掺入提高了硼硅玻璃的导热性，易于散热；
优选地，所述红色荧光粉为Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料，其组成为Sr1-x- yMoO4:xEu3+,yBi3+，其中，x和y满足0.1≤x≤0.22，0.05≤y≤0.1；
目前商业红色荧光粉主要是Y2O2S：Eu3+，为硫化物，制备方法复杂，发光效率较低，稳定性差，潮湿环境极易分解。而氮化物红色荧光粉虽然发光效率高，稳定性好，但是由于制备条件苛刻，价格昂贵也难以获得实际应用。本发明制备的钼酸锶红色荧光粉表现出良好的热稳定性和显色性，提高荧光粉的发光强度，本发明制备的钼酸锶红色荧光粉在464nm的激发下该红色荧光粉呈现出系列以615 nm为中心的窄带发射，同时，Bi3+掺杂作为Eu3+的敏化剂，通过Eu3+和Bi3+离子的固溶掺杂，有效提升了钼酸锶红色荧光粉的发光强度；且原料来源丰富，价格低廉，制备工艺简单，与其它硫化物、卤化物相比，生产中无废水废气排放，绿色环保；
优选地，所述红色荧光粉采用流延法或丝网印刷涂覆在玻璃基片上，再经干燥、退火、冷却得到涂覆有红色荧光粉的玻璃基片；
优选地，所述玻璃基片与荧光粉面相对的另一面设置有防蓝光层，所述防蓝光层为In和Ti的氧化物膜层；
防蓝光层中In和Ti的氧化物膜层可吸收部分短波蓝光，进一步减少光线中的蓝光溢出，降低蓝光危害；
优选地，所述硼硅玻璃的制备方法如下：
以H3BO3、SiO2、ZnO、BaO、Na2CO3为原料，按照设计玻璃组成精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，充分混合研磨至均匀，完成后置于高温炉中进行高温熔融，温度升至500-600℃时保温0.5-1h排气，再升温至熔融，保温1-2h至原料完全熔融且澄清，熔融物高温取出，淬冷，切割粉磨，加入铈激活钇铝石榴石荧光粉、金刚石微粉混合研磨均匀，研磨后的混合物料在保护气氛中二次熔融烧结，得到均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃；
优选地，所述红色荧光粉的制备方法如下：
以SrCO3、H2MoO4、Eu2O3、Bi2O3为原料，按照化学计量比精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，加入原料质量总量10-50%的H3BO3、40-100%的LiCl，加入无水乙醇充分混合研磨至均匀，移至坩埚，入高温炉烧结，烧结温度在560-600℃，冷却至室温后，产物用无水乙醇充分洗涤，再干燥、研磨制得；
H3BO3和LiCl复配加入作为固溶体系的助熔熔盐，可以显著降低固溶体系所需的反应温度，烧结温度可降低近300℃，避免反应所需的高温对产物发光性能的影响，也减少了反应能量消耗。
实施例1
以SiO2、B2O3、ZnO、BaO、Na2O为玻璃基质材料，摩尔比例为1：2.2：0.7：0.8：0.3，所述铈激活钇铝石榴石荧光粉与玻璃基质材料的质量百分比例为5%；所述硼硅玻璃掺有金刚石微粉，金刚石微粉与玻璃基质材料的质量百分比例为5%，金刚石微粉粒径为18-36μm，制备方法如下：
以H3BO3、SiO2、ZnO、BaO、Na2CO3为原料，按照设计玻璃组成精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，充分混合研磨至均匀，完成后置于高温炉中进行高温熔融，温度升至500-600℃时保温0.5-1h排气，再升温完全熔融，保温1-2h至原料完全熔融且澄清，熔融物高温取出，淬冷，切割粉磨，加入铈激活钇铝石榴石荧光粉、金刚石微粉混合研磨均匀，研磨后的混合物料在保护气氛或真空以放电等离子体烧结工艺进行中二次熔融烧结，烧结温度680℃，烧结时间10min，得到均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃，其玻璃转化点温度为420℃，硼硅玻璃经打磨抛光成片，长宽匹配蓝光芯片，厚度在0.5-1.2mm，玻璃基片厚度0.2-0.5mm。
实施例2
制备以Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料为蓝光激发的红色荧光材料，其组成为Sr1-x-yMoO4:xEu3+,yBi3+，其中，x和y满足0.1≤x≤0.22，0.05≤y≤0.1，其制备方法如下：
以SrCO3、H2MoO4、Eu2O3、Bi2O3为原料，按照化学计量比精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，加入原料质量总量20%的H3BO3、40%的LiCl，加入无水乙醇充分混合研磨至均匀，移至坩埚，入高温炉烧结，烧结温度在560-600℃，冷却至室温后，产物用无水乙醇充分洗涤，再干燥、研磨制得所述红色荧光粉，采用丝网印刷将红色荧光粉涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度0.03-0.05mm，干燥后退火，退火温度500℃，退火时间20min，冷却得到涂覆有红色荧光粉的玻璃基片。
制得的钼酸锶红色荧光粉表现出良好的热稳定性和显色性，提高荧光粉的发光强度，本发明制备的钼酸锶荧光粉在464nm的激发下呈现出系列以615 nm为中心的窄带发射。
实施例3
一种弱化蓝光危害的LED光源，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由实施例1制备的均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，硼硅玻璃厚度0.8mm，玻璃基片厚度0.4mm，所述红色荧光粉为实施例2制备的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴；所述玻璃基片与荧光粉面相对的另一面依次镀制一层氧化钛和氧化铟作为防蓝光层，膜厚度在100-120nm；将蓝光芯片与所述玻璃转光发光组件以贴片封装的方式组装即得到所述LED光源；所述红色荧光粉为Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料，其组成为Sr0.82MoO4:0.12Eu3+,0.06Bi3+。
高精度光谱辐射计测试获得玻璃转光发光组件与蓝光LED芯片封装产品的光学参数，测试得到其光效达到82.76Lm/W，色温4097K，显色指数89.6，其蓝光危害值Lb（辐亮度）小于100w/m2/sr，为无危险等级。
实施例4
一种弱化蓝光危害的LED光源，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由实施例1制备的均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，硼硅玻璃厚度0.6mm，玻璃基片厚度0.4mm，所述红色荧光粉为实施例2制备的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴；所述玻璃基片与荧光粉面相对的另一面依次镀制一层氧化钛和氧化铟作为防蓝光层，膜厚度在100-120nm；将蓝光芯片与所述玻璃转光发光组件以贴片封装的方式组装即得到所述LED光源；所述红色荧光粉为Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料，其组成为Sr0.8MoO4:0.15Eu3+,0.05Bi3+。
高精度光谱辐射计测试获得玻璃转光发光组件与蓝光LED芯片封装产品的光学参数，测试得到其光效达到81.56Lm/W，色温3986K，显色指数89.9，其蓝光危害值Lb（辐亮度）小于100w/m2/sr，为无危险等级。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种弱化蓝光危害的LED光源，其特征在于，包括蓝光芯片和玻璃转光发光组件，所述玻璃转光发光组件由均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃和一面涂覆有红色荧光粉的玻璃基片组成，所述红色荧光粉为蓝光激发的红色荧光粉，所述玻璃基片上涂覆有红色荧光粉的一面与所述硼硅玻璃紧贴；
所述硼硅玻璃以SiO2、B2O3、ZnO、BaO、Na2O为玻璃基质材料，其摩尔比例为1：(1.7-4.2)：(0.6-1.2)：(0.6-1.2)：(0.3-0.4)，所述铈激活钇铝石榴石荧光粉与玻璃基质材料的质量百分比例为5％-10％；
所述硼硅玻璃还掺有金刚石微粉，金刚石微粉与玻璃基质材料的质量百分比例为4-7％；
所述红色荧光粉为Eu3+和Bi3+掺杂的钼酸锶荧光材料，其组成为Sr1-x-yMoO4:xEu3+,yBi3 +，其中，x和y满足0.1≤x≤0.22，0.05≤y≤0.1；
所述红色荧光粉的制备方法如下：
以SrCO3、H2MoO4、Eu2O3、Bi2O3为原料，按照化学计量比精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，加入原料质量总量10-50％的H3BO3、40-100％的LiCl，加入无水乙醇充分混合研磨至均匀，移至坩埚，入高温炉烧结，烧结温度在560-600℃，冷却至室温后，产物用无水乙醇充分洗涤，再干燥、研磨制得。
2.根据权利要求1所述的一种弱化蓝光危害的LED光源，其特征在于，所述红色荧光粉采用流延法或丝网印刷涂覆在玻璃基片上，再经干燥、退火、冷却得到涂覆有红色荧光粉的玻璃基片。
3.根据权利要求1所述的一种弱化蓝光危害的LED光源，其特征在于，所述玻璃基片与荧光粉面相对的另一面设置有防蓝光层，所述防蓝光层为In和Ti的氧化物膜层。
4.根据权利要求1所述的一种弱化蓝光危害的LED光源，其特征在于，所述硼硅玻璃的制备方法如下：
以H3BO3、SiO2、ZnO、BaO、Na2CO3为原料，按照设计玻璃组成精确称取各原料所需质量，精确至±0.0005g，充分混合研磨至均匀，完成后置于高温炉中进行高温熔融，温度升至500-600℃时保温0.5-1h排气，再升温至熔融，保温1-2h至原料完全熔融且澄清，熔融物高温取出，淬冷，切割粉磨，加入铈激活钇铝石榴石荧光粉、金刚石微粉混合研磨均匀，研磨后的混合物料在保护气氛中二次熔融烧结，得到均匀分散有铈激活钇铝石榴石荧光粉的硼硅玻璃。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种弱化蓝光危害的LED光源的制备方法，其特征在于，蓝光芯片与所述玻璃转光发光组件以贴片封装的方式组装得到所述LED光源，为暖白光的LED光源。
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