CN112745834A - 一种降低蓝光危害的荧光粉组合物及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低蓝光危害的荧光粉组合物及发光装置，所述装置采用蓝光芯片和荧光粉组合物构成。荧光粉组合物为：成分一，在490nm‑510nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca、Ba中至少一种，Si、Al中至少一种并以Eu激活的氮氧化物荧光粉；成分二，在520nm‑560nm范围内具有发光峰值波长，且以Ce激活的铝酸盐荧光粉；成分三，在620nm‑660nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca中至少一种，Al、Si中至少一种并以Eu激活的氮化物荧光粉。本发明有效降低了蓝光成分，尤其适用于教室、图书馆等领域相关色温在3500K‑5500K的通用照明。
Description
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种降低蓝光危害的荧光粉组合物及发光装置。
背景技术
蓝光是波长在400-500nm范围内光的统称，其能量比红光和绿光高，能直接穿透角膜、晶体直达视网膜，加快眼睛黄斑区域的氧化过程，还会影响角膜、泪膜，直接或间接导致干眼，这又被称做“蓝光伤害”现象。
在2010年国际光协会年会中，世界顶尖光学专家一致指出：短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜。蓝光照射视网膜会产生自由基，而这些自由基会导致视网膜色素上皮细胞衰亡，上皮细胞的衰亡会导致光敏感细胞缺少养分从而引起视力损伤，而且这些损伤是不可逆的。研究表明波长位于410nm-485nm的蓝光成分对视网膜和视神经的损伤最大，因此引起视疲劳造成近视、黄斑变性等疾病，IEC62471也因此把照明光源划分成RG0、RG1、RG2、RG3几个等级。
根据教育部基础教育质量监测中心发布的《中国义务教育质量监测报告》，学生视力不良问题突出。四年级、八年级学生视力不良检出率分别为36.5％、65.3％，其中四年级女生视力中度不良和重度不良比例分别为18.6％、10.4％，男生分别为16.4％、9％；八年级女生视力中度不良和重度不良比例分别为24.1％、39.5％，男生分别为22.1％、31.7％。青少年近视率已经高居世界第一。
教室、图书馆照明灯具为青少年阅读的主要光源，为了提升通用照明设备的光品质，降低照明光线对于青少年视力的有害影响，业内先后推出了蓝光全光谱技术、紫光全光谱技术方案(参考文献CN201611256468.2、CN201810547581)，这些技术方案大幅提升了照明装置的显色指数Ra，但是有害蓝光成分并没有有效减少，并且紫光光全光谱技术因为紫光芯片效率和信赖性较差，无法大规模应用于通用照明领域。因此，研究一种能有效降低蓝光危害的发光装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低蓝光危害的荧光粉组合物及发光装置，尤其适用于教室、图书馆等领域相关色温在3500K-5500K的通用照明(参考文献GB/T 36876—2018)，以解决现有技术所用照明装置相同相关色温下有害蓝光成分普遍偏高的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种降低蓝光危害的荧光粉组合物，所述荧光粉组合物包含以下荧光粉成分：
成分一，在490nm-510nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca、Ba中至少一种，Si、Al中至少一种并以Eu激活的氮氧化物荧光粉；
成分二，在520nm-560nm范围内具有发光峰值波长，且以Ce激活的铝酸盐荧光粉；
成分三，在620nm-660nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca中至少一种，Al、Si中至少一种并以Eu激活的氮化物荧光粉；
其中，所述成分一为荧光粉组合物总质量的30％～85％。
所述成分一的化学通式为：
Sr1-x-yCaxBay(Si1-zAlz)2N2O2:Eu；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。(可按专利CN106433623B《一种硅基氮氧化物荧光粉及其制备方法和应用》中提及方法制备，但不限于此制备方法)。
所述成分二的化学通式为：
(Y1-x-yLuxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Ce；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。(可按专利CN106590657B《一种镥铝酸盐绿色荧光粉及其制备方法和应用》中提及方法制备，但不限于此制备方法)。
所述成分三的化学通式为：
Sr1-xCaxAlSiN3:Eu；其中，0≤x≤1。(可按专利CN106318394B《一种高亮度的粒径均匀的氮化物红光荧光粉及其制备方法和应用》中提及方法制备，但不限于此制备方法)。
一种降低蓝光危害的发光装置，所述装置包括峰值波长在440nm-465nm的蓝光芯片和上述的荧光粉组合物。
发光光谱中所述蓝光芯片的发光峰值强度比为0.3～1.0时，所述装置发出相关色温为3500K-4500K的光。
发光光谱中所述蓝光芯片的发光峰值强度比为0.5～1.0时，所述装置发出相关色温为5000K-5500K的光。
所述成分一为荧光粉组合物总质量的30％～60％，且成分一与成分三的质量比为3～7.5时，所述装置发出相关色温为3500K-4500K的光。
所述成分一为荧光粉组合物总质量的65％～85％，且成分一与成分三的质量比为5～10时，所述装置发出相关色温为5000K-5500K的光。
所述装置的一般显色评价指数Ra＞80。
根据本发明公开的技术方案，在相关色温和一般显色指数Ra满足国家GB/T36876—2018标准的情况下，和现有技术相比有效降低了蓝光成分，尤其是对视网膜损伤较大的410-485nm范围内的蓝光成分(参考文献IEC62471)，达到了降低蓝光危害的目的，尤其适用于教室、图书馆等领域的通用照明，从光源的角度保护青少年的视力。
附图说明
图1发光装置结构图。
图2不同波段的光对视网膜损伤曲线(参考文献IEC62471)。
图3实施例3(3500K)与相同相关色温蓝光全光谱、紫光全光谱技术方案的蓝光成分对比。
图4实施例20(4000K)与相同相关色温蓝光全光谱、紫光全光谱技术方案的蓝光成分对比。
图5实施例37(4500K)与相同相关色温蓝光全光谱、紫光全光谱技术方案的蓝光成分对比。
图6实施例63(5000K)与相同相关色温蓝光全光谱、紫光全光谱技术方案的蓝光成分对比。
图7实施例86(5500K)与相同相关色温蓝光全光谱、紫光全光谱技术方案的蓝光成分对比。
具体实施方式
图1为本发明的发光装置结构示意图。本发明装置包含但不限于图1所示结构。图1装置的具体结构有：
发出波长峰值在440-465nm范围内的半导体发光元件1，即蓝光芯片；荧光粉组合物2；承载发光元件1和荧光粉组合物2的结构组件3；结构组件3通过导线4、导线5和树脂6与半导体发光元件1、荧光粉组合物2共同构成所述发光装置。其中，荧光粉组合物包含以下荧光粉成分：成分一，发光峰值波长为490-510nm的Sr1-x-yCaxBay(Si1-zAlz)2N2O2:Eu(0≤x、y、z≤1)；成分二，发光峰值波长为520-560nm的(Y1-x-yLuxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Ce(0≤x、y、z≤1)；成分三，发光峰值波长为620-660nm的Sr1-xCaxAlSiN3:Eu(0≤x≤1)；其中，波长与对应荧光粉的具体化学式参见表1所示。
表1：
实施例1-51
3500K-4500K降低蓝光危害的发光装置，其包括有峰值波长在440-465nm的蓝光芯片和荧光粉组合物。所述荧光粉组合物包含以下荧光粉成分：成分一，发光峰值波长为490-510nm的Sr1-x-yCaxBay(Si1-zAlz)2N2O2:Eu(0≤x、y、z≤1)占荧光粉组合物总质量的30％-60％；成分二，发光峰值波长为520-560nm的(Y1-x-yLuxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Ce(0≤x、y、z≤1)；成分三，发光峰值波长为620-660nm的Sr1-xCaxAlSiN3:Eu(0≤x≤1)，其中，成分一与成分三的质量比为3-7.5(具体实施例中荧光粉组合物的组成和效果见表2、表3和表4所示)。所得降低蓝光危害的发光装置显指Ra在80以上，与相同相对色温现有技术的紫光全光谱和蓝光全光谱发光装置(具体见对比例1、对比例2和对比例3)的发射光谱对比如图3、4、5所示，由图和表中数据可知，所述发光装置在410-485nm范围内的有危害蓝光成分明显降低。
对比例1
3500K蓝光全光谱，采用蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，蓝光芯片发光峰值波长为440nm，绿色荧光粉波长为520nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图3中3500K蓝光全光谱所示。
3500K紫光全光谱，采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，紫光芯片波长410nm，蓝色荧光粉波长为460nm，绿色荧光粉为530nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图3中3500K紫光全光谱所示。
表2：
表2实验数据表明，蓝光芯片波长范围为440-465nm，且优选450-460nm；成分一对蓝光芯片发出的光有吸收，发射波长优选500nm，成分二发射波长优选520-530nm，成分三发射波长优选630-650nm。本发明中成分一相对于荧光粉组合物的总量的比率为30％(质量百分比)以上且在60％(质量百分比)以下，优选为40％以上且在50％以下，成分一相对于成分三的含有比为3以上且7.5以下，优选为3以上6以下。
以实施例3为例，如图3所示其蓝光相对高度0.39远低于3500K蓝光全光谱方案的0.7，有害蓝光成分大幅降低。实施例3对比采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现的3500K色温紫光全光谱，虽然有害蓝光部分相对高度也为0.39，但是如图3所示3500K紫光全光谱有害蓝光部分的光谱宽度远大于实施例3的蓝光芯片，其有害蓝光的成分远高于实施例3。
对比例2
4000K蓝光全光谱，采用蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，蓝光芯片发光峰值波长为440nm，绿色荧光粉波长为520nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图4中4000K蓝光全光谱所示。
4000K紫光全光谱，采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，紫光芯片波长410nm，蓝色荧光粉波长为460nm，绿色荧光粉为530nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图4中4000K紫光全光谱所示。
表3：
表3实验数据表明，本发明所述蓝光芯片波长范围为440-465nm，且优选450-460nm；成分一发射波长优选500nm，成分二发射波长优选520-530nm，成分三发射波长优选630-650nm。本发明中成分一相对于所述的荧光粉组合物的总量的比率为30％(质量百分比)以上且在60％(质量百分比)以下，优选为40％以上且在50％以下，成分一相对于所述成分三的含有比为3以上且7.5以下，优选为4以上7以下。
以实施例20为例，如图4所示其蓝光相对高度0.6远低于4000K蓝光全光谱方案的0.7，有害蓝光成分大幅降低。实施例20对比采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现的4000K色温紫光全光谱，虽然有害蓝光部分相对高度也为0.58，但是如图4所示4000K紫光全光谱有害蓝光部分的光谱宽度远大于实施例20的蓝光芯片，其有害蓝光的成分远高于实施例20。
对比例3
4500K蓝光全光谱，采用蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，蓝光芯片发光峰值波长为440nm，绿色荧光粉波长为520nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图5中4500K蓝光全光谱所示。
4500K紫光全光谱，采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，紫光芯片波长410nm，蓝色荧光粉波长为460nm，绿色荧光粉为530nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图5中4500K紫光全光谱所示。
表4：
表4实验数据表明，本发明所述蓝光芯片波长范围为440-465nm，且优选450-460nm；成分一发射波长优选500nm，成分二发射波长优选530-540nm，发射波长优选630-640nm。本发明中成分一相对于所述的荧光粉组合物的总量的比率为30％(质量百分比)以上且在60％(质量百分比)以下，优选为40％以上且在50％以下，成分一相对于所述成分三的含有比为3以上且7.5以下，优选为4以上5.5以下。
以实施例37为例，如图5所示其蓝光相对高度0.7远低于4500K蓝光全光谱方案的1.0，有害蓝光成分大幅降低。实施例37对比采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现的4500K色温紫光全光谱，虽然有害蓝光部分相对高度为0.8，但是如图5所示4500K紫光全光谱有害蓝光部分的光谱宽度远大于实施例37的蓝光芯片，其有害蓝光的成分远高于实施例37。
实施例52-87
5000K-5500K降低蓝光危害的装置，包括峰值波长在440-465nm的蓝光芯片和荧光粉组合物。所述荧光粉组合物包含以下荧光粉成分：成分一，发光峰值波长为490-510nm的Sr1-x-yCaxBay(Si1-zAlz)2N2O2:Eu(0≤x、y、z≤1)占荧光粉组合物总质量的65％-85％；成分二，发光峰值波长为520-560nm的(Y1-x-yLuxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Ce(0≤x、y、z≤1)；成分三，发光峰值波长为620-660nm的Sr1-xCaxAlSiN3:Eu(0≤x≤1)，成分一相对于所述成分三的含有比为5以上且10以下(具体实施例中荧光粉组合物的组成和效果见表5、表6所示)。所得降低蓝光危害的发光装置显指Ra在80以上，与相同相对色温现有技术的紫光全光谱和蓝光全光谱发光装置(具体见对比例4和对比例5)的发射光谱对比如图6、7所示，由图和表中数据可知，本发明发光装置在410-485nm范围内的有危害蓝光成分明显降低。
对比例4
5000K蓝光全光谱，采用蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，蓝光芯片发光峰值波长为440nm，绿色荧光粉波长为530nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图6中5000K蓝光全光谱所示。
5000K紫光全光谱，采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，紫光芯片波长410nm，蓝色荧光粉波长为460nm，绿色荧光粉为520nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图6中5000K紫光全光谱所示。
表5：
表5实验数据表明，本发明所述蓝光芯片波长范围为440-465nm，且优选450-460nm；成分一发射波长优选500nm，成分二发射波长优选530-550nm，成分三发射波长优选620-640nm。本发明中成分一相对于所述的荧光粉组合物的总量的比率为65％(质量百分比)以上且在85％(质量百分比)以下，优选为70％以上且在80％以下，成分一相对于所述成分三的含有比为5以上且10以下，优选为5以上7以下。
以实施例63为例，如图6所示其蓝光相对高度0.8远低于5000K蓝光全光谱方案的1.0，有害蓝光成分大幅降低。实施例63对比采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现的5000K色温紫光全光谱，有害蓝光部分低于5000K紫光全光谱方案的0.99，并且如图6所示5000K紫光全光谱有害蓝光部分的光谱宽度远大于实施例63的蓝光芯片，其有害蓝光的成分远高于实施例63。
对比例5
5500K蓝光全光谱，采用蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，蓝光芯片发光峰值波长为440nm，绿色荧光粉波长为525nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图7中5500K蓝光全光谱所示。
5500K紫光全光谱，采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现，紫光芯片波长410nm，蓝色荧光粉波长为460nm，绿色荧光粉为520nm，红色荧光粉为650nm，所得发光装置的发射光谱如图7中5500K紫光全光谱所示。
表6：
表6实验数据表明，本发明所述蓝光芯片波长范围为440-465nm，且优选450-460nm；成分一发射波长优选500nm，成分二发射波长优选520-540nm，成分三发射波长优选630-650nm。本发明中成分一相对于所述的荧光粉组合的总量的比率为65％(质量百分比)以上且在85％(质量百分比)以下，优选为70％以上且在80％以下，成分一相对于所述成分三的含有比为5以上且10以下，优选为6以上9以下。
以实施例86为例，如图7所示其蓝光相对高度0.9远低于5500K蓝光全光谱方案的1.0，有害蓝光成分大幅降低。实施例86对比采用紫光芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红色荧光粉方式实现的5500K色温紫光全光谱，有害蓝光部分低于5500K紫光全光谱方案的1.0，并且如图7所示5500K紫光全光谱有害蓝光部分的光谱宽度远大于实施例86的蓝光芯片，其有害蓝光的成分远高于实施例86。
Claims (10)
1.一种降低蓝光危害的荧光粉组合物，其特征在于，
所述荧光粉组合物包含以下荧光粉成分：
成分一，在490nm-510nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca、Ba中至少一种，Si、Al中至少一种并以Eu激活的氮氧化物荧光粉；
成分二，在520nm-560nm范围内具有发光峰值波长，且以Ce激活的铝酸盐荧光粉；
成分三，在620nm-660nm范围内具有发光峰值波长，且组成元素中包含Sr、Ca中至少一种，Al、Si中至少一种并以Eu激活的氮化物荧光粉；
其中，所述成分一为荧光粉组合物总质量的30%~85%。
2.根据权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述成分一的化学通式为：
Sr1-x-yCaxBay(Si1-zAlz)2N2O2:Eu；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
3.根据权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述成分二的化学通式为：
(Y1-x-yLuxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Ce；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
4.根据权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述成分三的化学通式为：
Sr1 -xCaxAlSiN3:Eu；其中，0≤x≤1。
5.一种降低蓝光危害的发光装置，其特征在于，所述装置包括峰值波长在440nm-465nm的蓝光芯片和权利要求1-4任一荧光粉组合物。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，发光光谱中所述蓝光芯片的发光峰值强度比为0.3~1.0时，所述装置发出相关色温为3500K-4500K的光。
7.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，发光光谱中所述蓝光芯片的发光峰值强度比为0.5~1.0时，所述装置发出相关色温为5000K-5500K的光。
8.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述成分一为荧光粉组合物总质量的30%~60%，且成分一与成分三的质量比为3~7.5时，所述装置发出相关色温为3500K-4500K的光。
9.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述成分一为荧光粉组合物总质量的65%~85%，且成分一与成分三的质量比为5~10时，所述装置发出相关色温为5000K-5500K的光。
10.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述装置的一般显色评价指数Ra＞80。
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2020
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