CN113544432A - 具有生物辐射光谱的led白光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气和电子工程，更具体地涉及基于半导体发光二极管(LED)的光源，甚至更具体地涉及基于具有转换光致发光体的LED的白光源。一种具有生物足够发射光谱的白光LED光源，包括至少两个白色LED，位于导热印刷电路板上，带有用于将LED连接到电源的电引线，以及位于印刷电路板上方的半透明盖，每个白光LED在光反射外壳中包含至少一个具有蓝色辐射的芯片，嵌入聚合物组合物中，该聚合物组合物具有自身的光致发光磷光体或光致发光物质的混合物，同时至少一个具有蓝色辐射的发光二极管额外放置在热源上‑导电印刷电路板，覆盖有复合光致发光膜，在透明基底中含有光致发光物质。技术成果包括减少辐射对人体的有害影响，提高光源的可靠性和效率。

Description

具有生物辐射光谱的LED白光源
技术领域
本发明涉及电气和电子工程，更具体地涉及基于半导体发光二极管(LED)的光源，甚至更具体地涉及基于具有转换光致发光体的LED的白光源。
背景技术
固态照明技术凭借高效LED，尤其是氮化物(InGaN)LED的进步以及任何已知白光源可达到的最高照明效率，正在征服照明市场。LED解决方案广泛用于线性和街道灯具等照明应用，其中照明器相对较大，并且可以分布高度加热的LED以促进高效散热。开发LED替代传统白炽灯和高光通量小尺寸卤素灯，鉴于解决节能问题的重大前景，是现代最紧迫的科学技术问题之一，但其解决方案由于放置控制电子设备(驱动器)的体积限制以及用于散发此类灯中LED产生的热量的相对较小的表面而受到极大阻碍。白光LED通常包括涂有YAG:Ce光致发光磷光体的蓝光LED。高功率(1瓦或更多)蓝色LED的效率约为30-45％，每应用一瓦可产生约550-700毫瓦的热量。此外，据信，当磷光体在白色LED中将蓝光转换为黄光时，大约20％的入射光能用于加热磷光体。技术指标表明，蓝色LED在25-125℃时的功率下降约为7％，而在相同温度下，白色LED的功率下降约为20％。因此，在高功率白光LED中，热量和光通量存在显着限制。
任何旨在取代标准白灯泡的LED灯的核心都是LED芯片。白光通常是通过混合来自具有不同辐射颜色(例如蓝色、绿色和红色或蓝色和橙色等)的LED芯片组合的辐射来产生的。
然而，近年来，基于带有光致发光体转换器的LED的白光源在被LED芯片的蓝色或紫外线辐射吸收时发出黄色或橙色(红色)辐射，在使用规模方面已经脱颖而出。.
现有LED白光光源的一个普遍严重缺陷是波长为450-470nm的强蓝光辐射对人体有害，由于其工作原理，直接从LED灯进入人眼，其中蓝光具有相对高强度的LED辐射在450-470nm的波长范围内直接形成LED灯的白色发射光谱，例如与LED激发的光致发光体的黄色发射混合。白炽灯也是确保被照明物体自然色彩再现的基准，因为它们的显色指数(CRI)接近100，这是对光源产生的光准确再现宽广范围的能力的客观衡量标准。颜色范围。
随着LED光源的快速普及，对其应用的医学生物学方面的兴趣加剧了，首先，“新”光对人的心理生理状态的影响，以及可能的长期-LED照明对健康的长期影响。问题的紧迫性与以下事实有关，即基于YAG:Ce磷光体涂层的最广泛的白光LED的发射光谱与其他类型灯的发射光谱显着不同，并且与太阳光的光谱存在显着差异450-470nm光谱蓝色区域的强波段(“过度蓝光”)和480nm的蓝光区域的倾角，对人体的昼夜节律(生物节律)有很强的影响。
人类生物节律是在太阳的直接影响下发生的人类进化的结果，由荷尔蒙系统控制，而荷尔蒙系统又由外部光的影响控制，这几乎是整个存在的唯一来源人类作为一个物种是太阳，它控制着人体的生物节律。人类历史上许多世纪以来用于晚上照明的火或火炬的火焰，然后是蜡烛或白炽灯泡的光，并没有打破人体的生物节律，因为它们的光谱相似到日落时的太阳光谱。晚上，人眼集中于对红黄颜色的感知，蓝光会增加眼睛疲劳，降低视力。
最近对LED照明的研究揭示了直接LED照明光谱对人的生物钟和荷尔蒙系统的影响机制。这种影响是由于白色LED光谱中蓝色成分的显着含量，随着时间的推移，由于LED的高工作温度和其荧光粉的老化而增加。
荷尔蒙系统将晚上的“过多蓝光”视为一个人在白天的存在。因此，褪黑激素(一种负责睡眠质量的激素)的产生受到阻碍-一个人的昼夜节律混乱，出现睡眠问题和荷尔蒙系统中断，这会干扰重要的生理过程并导致身体虚弱的免疫防御，抑郁症。性能下降和其他对人类健康的负面影响。
光谱中的蓝色成分对昼夜节律的影响是通过眼睛的色素(黑视素)和人体荷尔蒙系统进行的。
根据现代观念，人眼有两个辐射感知通道：
-视觉，传感器是众所周知的3种类型的锥体(彩色白天视觉)和杆体(“灰色”暮光视觉)；
-一个相对最近开放的非视觉或生物通道，基于含有黑视素的神经节细胞，它决定激素褪黑激素分泌到血液中，从而调节活动和放松的状态。不适当的照明，从而破坏血液的生化成分，不仅会导致睡眠和精神障碍，而且长时间暴露会导致乳腺癌的发生。
为此，当一个人长时间处于人工照明下时，光的光谱及其成分的比例就显得尤为重要。这表明基于直接使用LED辐射构建照明设备的成熟概念并不能保证人眼的安全和他的整体健康。例如，来自海法大学(以色列)、国家地球物理数据中心(美国)和光污染科学技术研究所(意大利)的一个国际研究小组发现，LED灯对健康的危害最大，因为它们减少荷尔蒙褪黑激素的产生，褪黑激素调节生物手表并具有抗肿瘤和免疫刺激作用。例如，黄色钠灯也有这种效果，但要少五倍，对人体健康没有那么大的影响。
褪黑激素调节人体内生物钟的工作，对免疫有积极作用，因此可以部分防止肿瘤的发展。蓝光抑制这种激素的产生这一事实早已为人所知，但第一次有可能找出各种类型的电灯如何影响人的定量指标。研究人员将高压钠灯发出黄光对褪黑激素产生的抑制程度作为一个单位。相比之下，LED灯泡抑制褪黑激素的产生超过五倍(每单位功率)。
多项研究表明，LED光源通过影响眼睛的视网膜，对人类和动物健康造成重大危害。这种危害是由短波蓝光和紫光造成的，在这种灯的光谱中，在某些情况下，与普通白炽灯相比，其强度增加了30％。这种短波辐射会对视网膜造成三种类型的创伤：光机械(光能波的冲击能)、光热(当辐射被加热时，组织组织)和光化学(蓝光和紫光的光子可以引起视网膜的化学变化)。视网膜的结构)。绿光和白光的光毒性要小得多，视网膜暴露在红光下时没有发现任何负面变化。
阳光是地球上所有生命的基础。由于光敏细胞的结构组织，每个生物都能感知对其至关重要的那部分阳光光谱。这部分光谱在生物学上对于生理学来说是足够的，可以作为定性和定量评估人造光源的发射光谱如何适用于给定生物对象的基础，并因此创建具有生物学上足够的光谱。生物学上足够的光谱是一组光子通量，它们形成控制信号矩阵，确保视觉分析器、人体荷尔蒙系统和大脑生物节律的功能元件(细胞)的和谐运行。
在很大程度上，可以通过瞳孔直径控制的有效性来评估人造白光光谱的生物学充分性。
视网膜的保护功能适应阳光条件。人眼的功能就像一个自然的隔膜：大量的光流收缩瞳孔，因此只有少量的光流到达视网膜。相反，在光线不足的情况下，瞳孔会扩大。
短波蓝光可以不受阻碍地穿过角膜，导致眼睛发炎。保护视网膜免受蓝光辐射的主要机制是位于视网膜中央的黄斑(macula)。通过扩张的瞳孔，所有多余的蓝光直接冲向视网膜，落在黄斑部的边缘，黄斑部保护着黄斑的中心部分，也就是其密度较低的地方。黄斑部密度越低，视网膜细胞受到氧化应激的可能性就越大。在阳光下充分控制瞳孔可缩小瞳孔直径，从而提供自然的视网膜保护。
传统LED白光光源在480nm光谱中的下降，无论是在白天还是在日落时太阳光谱中都不存在，落在了最大黑视蛋白敏感区域，这决定了眼睛瞳孔的张开程度，从而导致在常规LED照明条件下对瞳孔张开的控制不足，导致瞳孔面积扩大和蓝光累积过量剂量，增加患眼病的风险。
儿童的情况尤其复杂，因为儿童眼睛的晶状体非常透明，透射的光线比成人多70％。在这种情况下，过量的蓝光会伤害视网膜，增加患眼病的风险。问题的严重性在上一届世界儿科眼科医师大会的决定中得到了特别的关注，其中强调了半导体光源安全照明和显示器视频安全辐射的总体趋势如下：必须有一个生物学上足够的光谱，以确保视觉分析仪和人体荷尔蒙系统的和谐运行。
因此，在本发明中解决的创建具有生物上足够光谱的白光的LED光源的问题变得越来越紧迫，尤其是对于打算在晚上使用的LED光源，因为最新的现代SunLike LED设备(SeoulSemiconductors和ToshibaChemicals)或Eye-pleasing(LG Innotek)可在白天在阳光不足的情况下用作补充照明，但由于其高蓝色成分会抑制褪黑激素的产生，因此不适用于晚上的家庭照明。尽管最小化了480nm处的光谱间隙，但它们的光谱。此外，在白天使用此类设备时应谨慎，因为今天已经知道对晶状体蛋白质的白内障影响和短波辐射白内障的发展速度，这是它们的基础.在印度，持续明亮阳光的视觉环境导致白内障患者数量显着增加。
在专利US8513873 B2,08/20/2013中，提出了一种已知的用于发光的装置，包括多个具有不同光谱输出功率的电活性半导体发射器(例如，LED)；和/或包括一种或多种磷光体的磷光体材料，用于接收来自至少一个固体发射器的光谱输出并响应磷光体的输出以提供光谱输出。在一种布置中，多个LED和多个磷光体具有不同的峰值波长并且提供具有少于四个光发射峰值的聚合光通量。
发光装置包括反射杯或类似的支撑结构，第一颜色LED芯片和第二颜色LED芯片安装在反射杯或类似的支撑结构上。在这种多芯片阵列的特定布置中，第一LED芯片是蓝色LED芯片并且第二LED芯片是绿色LED芯片。多芯片基体涂有磷光体材料，在特定实施例中，其可包括分散在聚合物基体(例如聚碳酸酯)中的两种磷光体的混合物。磷光体材料中的磷光体被选择为被多芯片阵列发射的辐射激发并相应地发射输出辐射，使得多芯片阵列和磷光体获得的发光器件的积分输出具有期望的光谱特征。
为了覆盖所需的光谱范围，使用了两个LED，深蓝色(具有以460nm为中心的光谱输出，从440nm扩展到480nm)和绿色(具有以527nm为中心的光谱输出，从500nm扩展到560纳米)。LED用作光源并激发两种光致发光体的混合物：CaGa2S4：Eu2+，它发出黄绿色光并被波长小于510nm(50％吸收)的光激发，以及ZnGa2S4：Mn2+，其当激发波长小于约480nm(25％吸收)的光时发出橙红色光。调整两个LED芯片中每一个的芯片尺寸和磷光体混合物中的两种磷光体中的每一个的浓度，以实现类似于中午自然日光的光谱响应。
转换层可以包括单一类型的光致发光磷光体材料或量子点材料，或者光致发光磷光体材料和量子点材料的混合物。如果需要发射白色辐射的宽光谱范围(高色彩再现系数)，则建议使用一种以上此类材料的混合物。产生具有高显色指数的暖白光的一种典型方法是使用黄色和红色转换磷光体的混合物。
据信，磷光体的级联相互作用由具有长波长辐射(例如红色)的光致发光体的激发光谱与具有短波长辐射的光致发光体的发射光谱(例如，)之间的重叠决定，绿色/黄色，导致短波(绿色/黄色)光子与辐射(红色)光子的能量重吸收，降低了LED的效率和白色辐射的显色指数。在一个具体的例子中，绿/黄量子的能量被处理成红色光子，绿/黄荧光粉的发射光谱曲线与驱动绿/黄荧光粉的蓝色LED的光谱曲线之间的缝隙底部的宽度增加。同时，色彩再现系数变差。因此，人们普遍认为有必要尽量减少“短波”和“长波”光致发光团的相互作用。这种相互作用在发光体混合物中最为显着，与根据专利US8513873 B2所述的已知装置的相对低的效率有关。
它的其他缺点是在光谱中存在450-470nm范围内的光毒性蓝色辐射峰值和480nm蓝光范围内的下降。
在与本发明最接近的专利US8847478 B2,09/30/2014中，提出了一种具有LED芯片阵列和两种转换材料(磷光体)以提供白光的LED灯，它包括辅助安装，包括芯片阵列的第一和第二安装区域。第一LED芯片安装在第一矩阵安装区，第二LED芯片安装在第二矩阵安装区。LED灯被配置为发射具有包括至少四个不同颜色峰值的光谱分布的光以提供白光。例如，第一转换材料可以至少部分地覆盖第一LED芯片并且可以被配置为吸收第一色光的至少一部分并且重新发射第三色光。此外，第二转换材料可以至少部分地覆盖第一和/或第二LED芯片并且可以被配置为吸收第一和/或第二色光的至少一部分并且重新发射第四色光。还公开了相关的照明设备和方法。
根据专利US8847478 B2的LED灯的缺点还在于光谱中存在450-470nm范围内的光毒性蓝色辐射峰值和480nm蓝光区域中的下降。
要求保护的发明消除了这些缺点并允许实现要求保护的技术结果。
发明内容
所提出的发明解决的技术问题是创造具有生物学上足够的白辐射光谱的LED灯，其中已知技术解决方案中固有的辐射对人体的有害影响显着降低，并且旨在取代白炽灯和标准LED灯，提高了可靠性和效率。
技术成果包括减少辐射对人体的有害影响，提高光源的可靠性和效率。
为解决这一问题并取得所宣布的技术成果，具有生物学上足够的白辐射光谱的LED光源包括至少两个位于导热印刷电路板上的白光LED，该电路板上带有用于将LED连接到电源的电引线。电源，以及位于印刷电路板上方的半透明盖，并且每个白光LED在光反射外壳中包含至少一个蓝色发光芯片，该芯片填充有聚合物组合物，该聚合物组合物具有自己的光致发光磷光体或光致发光物质的混合物，而至少一个发蓝光的LED涂有复合材料，即在透明基底中含有光致发光体的光致发光膜。
复合光致发光膜的厚度为50-200微米，光致发光荧光粉的含量相对于透明基材的重量分数为1:1至2:1。
该复合光致发光膜含有光致发光物质，其组成用化学计量式Y3-y-zLuyCezAl5-xGaxO12表示，其中1.8＜x＜2.1，0≤y≤2.86，0.12≤z≤0.15。
光致发光膜的表面额外覆盖有透明保护层。
至少一个白光LED额外覆盖有复合光致发光膜，该复合光致发光膜在透明基底中包含光致发光物质。
附图说明
图1为LED光源剖面示意图；
图2为LED放大截面图的示意图；
图3为LED光源PCB器件；
图4为LED白光光源的光谱如图3所示；
图5为LED光源PCB器件；
图6为图5所示的LED光源灯的光谱；
图7为光致发光光谱；
图8为LED灯装置；
图9为线性LED灯装置；
图10为线性LED灯的光谱基于具有生物学上足够的白辐射光谱的LED光源；
图11为基于具有生物足够白光谱的LED光源的线性LED灯的光谱。
本发明的实施例
所提出的发明基于以下技术问题：使用基于石榴石光致发光体的复合光致发光材料，利用氮化物发光二极管(LED)的蓝光和蓝光辐射的转换，创建具有小外形尺寸的LED白光源(照明器),照明器在445-475nm范围内的最大辐射强度不超过479-483nm范围内的最小辐射强度，照明器的显色指数至少为90，效率高，色温为2500-3500K。
所要求保护的具有生物学上足够的白辐射光谱的LED光源(照明器)包括一组(至少两个)典型的，例如，平面白光LED，每个LED包含至少一个发射蓝色辐射的氮化镓芯片，以及，至少一个带有至少一个发射蓝色辐射的氮化物芯片的蓝色LED，放置在具有用于将LED连接到电源的电引线的导热印刷电路板上，以及位于印刷电路板上方的半透明光散射盖，用于用于LED辐射的输出、混合和散射，并且在LED(全部或仅蓝色)的输出表面上，固定已知类似物中不存在的复合光致发光膜，在透明基底中包含光致发光材料，可转换芯片的辐射成绿蓝辐射，其光谱最大值位于女性在510-530nm范围内，并且光谱线的半宽至少为105nm。作为本发明的光致发光膜所用的满足规定要求的材料，提出了一种新的荧光粉，其组成用化学计量式Y3-y-zLuyCezAl5-xGaxO12描述，其中1.8<x<2.1,0≤y≤2.86，0.12≤z≤0.15。
光致发光膜的厚度可以是50-200微米，光致发光磷光体的含量相对于透明基底在1:1至2:1的重量分数范围内。
LED芯片的发射光谱在所提出的光致发光体的激发光谱范围内，蓝色LED芯片的发射光谱最大值落在光谱范围内，边界位于光致发光体发射的短波长边缘在距离其发射光谱最大值位置等于光致发光体发射光谱半宽的距离处。这使得在一定厚度的光致发光膜和其中的光致发光磷光体浓度下，可以确保满足发射白光光谱的生物充分性条件(照明器的最大辐射强度在445-475nm不超过479-483nm范围内的最小强度)具有高效率的照明器。同时，转换层吸收光谱最大值在450-470nm范围内的位置，保证了对白光LED发射中450-470nm范围内有害蓝光成分的抑制。照明器，虽然稍微降低了白光的色彩再现系数，但由于在大约480nm的波长范围内存在蓝蓝成分，例如在最广泛使用的典型白光LED的发射中，辐射波长在450-470nm范围内的LED芯片涂有黄色(黄橙色)光致发光体YAG：Ce。
图1-11详细说明了要求保护的发明。
在图1中，要求保护的具有白辐射的生物学上足够光谱的LED光源的示意性截面图包括基板印刷电路板1，在该基板印刷电路板1上，平坦的白色LED2和平坦的蓝色LED 3具有光致发光膜4光出口盖5被放置，并且光学半透明哑光包围内部容积6。连接LED和电引线的导体未示出。
图2以放大截面图示意性地显示了LED(白色/蓝色)：7-LED芯片，8-反射杯-原始LED的主体，9-原始LED自身的转换材料(光致发光磷光体或光学透明填充物)LED，4-层转换材料(光致发光膜)，用于转换LED的发射光谱，10-一层光学透明胶。未示出图1中所示的将氮化物芯片连接到1PCB基板的导体。
图3示意性地显示了LED光源的印刷电路板设备，该光源具有生物足够的白色辐射光谱，其中一个白色LED和六个蓝色LED覆盖有光致发光膜：1-导热基板-印刷电路板，2-发光膜为50μm的白色LED，3-发光膜为130μm的蓝色发光二极管。未显示将LED相互连接和连接到驱动器的电线。
图4为图3所示白光LED光源的光谱。
图5示意性地示出了在一个实施例中具有生物学上足够的白辐射光谱的LED光源的印刷电路板，该实施例具有覆盖有光致发光膜的二十四个白色LED和六个蓝色LED：1-导热基板-印刷的电路板，2-带有50μm发光膜的白色LED，3-带有130μm发光膜的蓝色LED。未显示将LED相互连接和连接到驱动器的电线。
图6是图5所示白光LED光源灯的光谱。
图7显示了光致发光体Y2.79Ce0.12Lu0.09Al3.1Ga1.9O12的光谱。
图8示意性地示出了基于具有生物学上足够的白光谱的LED光源的实施例的LED灯装置，包括包围内部体积6的部件外部。邻近于底座端子电触点11，绝缘体12是位于光学半透明磨砂光输出盖5和基座13之间的是外壳15，该外壳包括多个散热片14。在一个实施例中，外壳15由具有高耐热性的材料制成。具有形成在其中的多个肋14的导电性(例如，铝)。用于光输出的光学半透明磨砂罩5可由具有高透射率的材料制成，具有不同的厚度、表面质量或图案和/或包含不同的材料以赋予从灯在不同方向发射的光线不同的光学特性，例如例如，高于或低于导热PCB基板，其上放置平面白色LED 2和带有光致发光膜4的平面蓝色LED 3。连接引脚到驱动器和PCB基板的导体未示出。
图9示意性地示出了基于根据本发明的具有生物学上足够的白色辐射光谱的LED光源的实施例之一的线性LED灯装置，包括覆盖内部容积6的复合外部件。光输出5和导热基板印刷电路板1设置外壳15。在一个实施例中，外壳15可以由具有高导热性的材料(例如铝)制成，其中形成有多个肋。用于光输出的光学半透明磨砂罩5可由具有高透射率的材料制成，具有不同的厚度、表面质量或图案和/或包含不同的材料以赋予从灯在不同方向发射的光线不同的光学特性，例如例如，在导热基板印刷电路板1的上方或下方，该电路板包含带有光致发光膜的平面白色LED 2和平面蓝色LED 3，反射器-漫射器16，例如由
Figure BDA0003142497490000101
F16-98薄膜制成WhiteOptics,LLC(美国)。未显示将触点连接到PCB基板的导体。
典型的白光LED包括至少一个在445-465nm范围内发射蓝光的氮化镓芯片，位于反射杯中(在光反射LED外壳中)，填充有聚合物组合物及其自身的光致发光磷光体或混合物将芯片辐射转化为黄色或黄红色辐射的光致发光荧光粉，当与芯片辐射混合时，产生暖白色辐射，相关色温为2500-3500K，显色指数大于90.
蓝色LED包括至少一个具有475-490nm范围内蓝色发射的芯片，位于反射杯中(在光反射LED外壳中)，填充有光学透明材料。
在要求保护的解决方案中，与已知解决方案相比，光源额外包括至少一个具有在475-490nm范围内的蓝色辐射的发光二极管，其覆盖有复合光致发光膜，该复合光致发光膜在透明基底中包含光致发光物质将所述蓝色辐射转化为绿色辐射，其光谱线的峰值位于510-530nm范围内，线的半宽至少为105nm，并且在指示的总白色辐射中LED白光光源，459-464nm光谱范围内的最大辐射强度不超过479-483nm光谱范围内的最小辐射强度。在一定厚度的复合光致发光膜和其中的光致发光荧光粉浓度下，发射白光的光谱满足生物充分性的条件。上述复合光致发光膜可以涂覆白光LED。
具有生物足够辐射光谱的LED白光光源的工作原理如下。蓝色LED氮化物芯片7的辐射，包括从反射杯-原始蓝色LED的外壳8反射的辐射，穿过LED的光学透明填充物9并撞击转换材料层4(光致发光膜)的表面)，用于将蓝色LED的发射光谱转换为绿-蓝色辐射，然后进入内部空间，在那里它与平面白色LED 2的白色辐射混合，后者也可以覆盖有转换材料层4，然后通过用于光输出的半透明磨砂盖出来，它额外地散射和均匀化来自光源的辐射，在这种情况下，产生了必要的白色光谱分布，这在很大程度上取决于转换层的材料，主要是由光致发光体的组成、分散和转换层的厚度决定的。声称的解决方案可以让您排除或显着减少强烈的蓝色辐射对人体的有害影响。
光致发光膜以分散体的形式制成，该材料对LED和光致发光体辐射光学透明。
透明材料可包括聚合材料和无机材料。聚合物材料包括但不限于：丙烯酸酯、聚碳酸酯、氟丙烯酸酯、全氟丙烯酸酯、氟次膦酸酯聚合物、氟硅氧烷、氟聚酰亚胺、聚四氟乙烯、氟硅氧烷、溶胶-凝胶、环氧树脂、热塑性塑料和热塑性塑料。含氟聚合物在小于400nm的紫外波长范围和大于700nm的红外波长范围内特别有用，因为它们在这些波长范围内的光吸收很低。典型的无机材料包括但不限于：二氧化硅、光学玻璃和硫属化物玻璃。
在某些情况下，优选将光致发光物质掺入到光致发光膜材料中，例如通过挤出形成的透明塑料，例如聚碳酸酯、PET、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸。在这种情况下，可以将光致发光膜预制成片材。在这种情况下，在有机溶剂中制备光致发光体、表面活性剂和聚合物的悬浮液。然后可以通过挤出或注射成型将浆料形成片材，或将其倾倒在平坦的基材(例如玻璃)上，然后干燥。可以将所得片材从临时背衬上剥离、切下并使用溶剂或氰基丙烯酸酯粘合剂附着到LED上。在特定情况下，从基于钇-钆-铈(Y、Gd、Ce)3Al5O12铝酸盐的实验性光致发光体颗粒在聚碳酸酯的二氯甲烷溶液中的悬浮液中，通过挤压形成不同厚度的片材。薄膜必须足够厚才能达到混合白光所需的光谱值。有效厚度由所使用的光致发光体中的光学散射过程决定，例如介于50和200微米之间。
本发明实施例中使用的光致发光薄膜是在道康宁公司(OE)生产的双组分有机硅化合物OE 6636的基础上添加专门开发的光致发光团(LF)制成的，其化学计量通式为：Y3-y-zLuyCezAl5-xGaxO12，其中1.8<<2.1，0≤y≤2.86，0.12≤z≤0.15。
特别是：
-LF-5870[Lu2.85Ce0.15Al4Ga1O12]，λp＝510.8nm；
-LF-4940[Y2.79Ce0.12Lu0.09Al3.1Ga1.9O12]，λp＝528nm；
-LF-5115[Y2.88Ce0.12Al3Ga2O12]，λp＝525nm；
-LF-5260[Y2.88Ce0.12Al2.9Ga2.1O12]，λp＝525nm。
表1列出了硅基(OE)和荧光粉(LF)的重量比数据，以及所用薄膜的厚度：
表格1
Figure BDA0003142497490000131
通过在有机硅光学化合物OE 6636的两种初始组分的预先制备的混合物中彻底搅拌相应称重的光致发光磷光体部分，然后使用涂抹器将所需厚度的光致发光混合物施加到聚酯薄膜上，从而制备光致发光膜。随后在空气中在100℃的温度下退火1小时。退火后，光致发光膜很容易与聚酯薄膜分离，切割后，用有机硅光学化合物OE 6636粘合到SMD LED上。
光致发光体可以作为涂层共形地施加到LED的表面(图2)，例如，通过从光致发光体在液体中的悬浮液中喷涂、涂抹糊状物、沉淀或电泳。与用光致发光物质涂覆LED相关的问题之一是在LED上涂覆均匀、可重复的涂层。对于通过喷涂、糊剂施加和沉积进行的涂覆，液体悬浮液用于将光致发光磷光体颗粒施加到LED。涂层均匀性高度依赖于浆料的粘度、浆料中颗粒的浓度以及环境温度和湿度等环境因素。由于干燥前的浆料流动和涂层厚度的日常变化导致的涂层缺陷是常见问题。
光致发光膜的表面可以额外覆盖一层透明保护层，以防止水分和/或氧气进入膜中，提高光源的可靠性，因为某些类型的光致发光磷光体，例如硫化物，是敏感的受潮损害。保护层可以由任何保持水分和氧气的透明材料制成，例如由无机材料如二氧化硅、氮化硅或氧化铝，以及有机聚合物材料或聚合物和无机层的组合制成。保护层的优选材料是二氧化硅和氮化硅。
保护层还可以起到光致发光体晶界与大气的光学澄清作用，减少主要LED辐射和二次光致发光体辐射在该边界处的反射，减少光致发光体本征辐射在其晶粒中的吸收损耗，从而提高光源的效率。
保护层也可以通过对光致发光荧光粉颗粒进行表面精加工来施加，例如在颗粒表面形成一层厚度为50-100nm的纳米硅酸锌薄膜，对荧光粉颗粒进行减反射处理。边界。薄膜的组成和厚度是根据经验选择的，以获得用于特定类型的商业LED的生物学上足够的灯具光谱。
示例1
用于独立灯具的具有生物学上足够的白色辐射光谱的LED光源是使用Lumileds制造的SMD LED制成的：6个白色GTM30302型LED和一个蓝色LED型L135-B475003500001，粘有50微米厚的光致发光膜。光致发光薄膜基于道康宁光学有机硅化合物QE 6636，并以1:1.5的比例添加了Lu2.85Ce0.15Al4Ga1O12光致发光荧光粉。这些薄膜用相同的双组分化合物OE 6636粘合，该化合物在光谱的可见光范围内具有高透明度。三节AA电池串联供电时稳态光通量为200流明，CRI 92.6％，TC2354K。
示例2
用于独立灯具的具有生物学上足够的白色辐射光谱的LED光源，其LED配置如图3所示，光谱如图4所示，是使用Lumileds制造的SMD LED制成的：6白色GTM30302类型，覆盖有100μm厚的光致发光膜，以及一个L135-B475003500001型蓝色LED，带有150μm厚的胶合光致发光膜。光致发光薄膜基于道康宁光学有机硅化合物OE 6636，并以1:1.5的比例添加了Lu2.85Ce0.15Al4Ga1O12光致发光荧光粉。这些薄膜用相同的双组分化合物OE 6636粘合，该化合物在光谱的可见光范围内具有高透明度。所用磷光体的光谱示于图1。7(λp＝528nm)。三节AA电池串联供电时，稳态光通量为105lm，CRI92.6％，TC2354K。
示例3
具有生物学上足够的白光光谱的LED改型灯(其光谱如图10所示)是使用Lumileds的SMD LED制成的：12个白色类型L130-3090003000W21和三个蓝色LED类型L135-B475003500001。蓝光LED的输出表面覆盖有一层厚度为130μm的光致发光薄膜，该薄膜基于道康宁公司制造的光学双组分有机硅化合物QE 6636，并添加了光致发光荧光粉Y2.79Ce0.12Lu0.09Al3.1Ga1.9O12的比例为1:1。贴膜采用OE 6636复合胶合，灯管稳态光通量为800lm，功耗8.5W，功率因数0.45，光输出94.12lm/W，CRI 93％，TC 3000K。
示例4
基于LED光源的改型LED灯具有生物学上足够的白辐射光谱-相当于100W的白炽灯，其光谱如图1所示。10是使用Lumileds SMD LED制造的：六个L135-B475003500001型蓝色LED和24个GTM30302型白色LED和120-130μm厚的粘附光致发光膜。该光致发光膜以道康宁公司生产的光学有机硅化合物OE 6636为基础，并以1:1.8的比例添加了光致发光荧光粉Y2.79Ce0.12Lu0.09Al3.1Ga1.9O12。这些薄膜用双组分化合物OE 6636粘合。所用磷光体的光谱如图7所示。
灯具稳态光通量1580lm，功耗16.4W，功率因数0.46，光效96lm/W，CRI 92％，TC3000K。
示例5
一个560mm长的线性LED灯，其光谱如图1所示。11、使用Lumileds SMD LED制造：48颗白色L130-3090003000W21和12颗蓝色LED类型L135-B475003500001。蓝色LED的输出表面覆盖有200μm厚的光致发光膜，该膜基于道康宁制造的光学双组分有机硅化合物OE 6636并添加光致发光磷光体Y2.79Ce0.12Lu0.09Al3.1Ga1.9O12的比例为1:1。贴膜用OE 6636复合胶粘，灯的稳态光通量为3 110lm，功耗30.7W(恒压51.13V)，光输出101lm/W，CRI 92％，TC2900K。

Claims (5)

1.具有生物学上足够辐射光谱的LED白光光源，包括至少两个白光LED，位于导热印刷电路板上，带有用于将LED连接到电源的电引线，以及位于印刷电路板上方的半透明盖电路板，此外，每个白光LED包含一个反光封装，至少一个蓝色发光芯片嵌入聚合物组合物中，具有自己的光致发光磷光体或光致发光物质的混合物，其特征在于至少一个蓝色发光LED涂层具有复合光致发光膜的另外放置在导热印刷电路板上，在透明基底中包含光致发光体。
2.根据权利要求1所述的一种白光LED光源，其特征在于，所述复合光致发光膜的厚度为50-200μm，光致发光荧光粉的含量为1:1-2:1的重量份数及透明底座。
3.根据权利要求1所述的白光LED光源，其特征在于，所述复合光致发光膜含有光致发光体，其组成为Y3-y-zLuyCezAl5-xGaxO12化学计量式，其中1.8＜x＜2.1，0≤y≤2.86，0.12≤z≤0.15。
4.根据权利要求1所述的LED白光光源，其特征在于，所述光致发光膜表面额外覆盖有透明保护层。
5.根据权利要求1所述的LED白光光源，其特征在于，至少一个白光LED在透明基体中额外镀有含有光致发光物质的复合光致发光膜。
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