JP2021536119A - 光学装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は光学装置に関し、該光学装置は、ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含み、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外および可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワー、およびＬＥＤチップで近赤外および可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーの両者の合計がＢであり、Ｂ／Ａ*１００％は０．１％〜１０％である。該光学装置は、ＬＥＤチップを使用して近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料を組み合わせて実現され、同じＬＥＤチップを使用して近赤外および可視光発光を同時に実現し、強い近赤外発光および弱い可視光発光を得て、レッドバーストが発生しない利点を有し、パッケージングプロセスが簡素化され、パッケージングコストが削減され、高い発光効率／優れた信頼性の特徴を有する。
Description
本発明は、赤外線光学の技術分野に関し、特にＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料の光学装置に関する。
近年、セキュリティ監視、バイオメトリクス、３Ｄセンシング、食品／医療検査分野での近赤外線の応用が国内外で注目を集めている。その中でも、近赤外線ＬＥＤは、指向性が高く、消費電力が低く、体積が小さいなどの利点があるため、国際的な研究ホットスポットになっている。現在、近赤外線ＬＥＤは、主に近赤外半導体チップによって実現され、例えば、７３０ｎｍ、７５０ｎｍ、８５０ｎｍおよび９４０ｎｍ波長の赤外線チップが主にセキュリティ分野で使用されているが、特に短波赤外線チップは使用中に非常に深刻なレッドバースト現象が発生するため、通常、１つまたは複数の白色光ＬＥＤを外部に取り付けて、夜間検出プロセス中の光を補償し、赤外線チップのレッドバースト現象を低減させている。この実現方法では、白色光ＬＥＤランプビーズおよび赤外線ＬＥＤランプビーズの駆動電流の差が大きく、発光装置全体の使用寿命に悪影響を及ぼし、赤外線チップの価格が高く、複数のチップでパッケージングするプロセスも複雑になり、コストが高く、赤外線ＬＥＤ光学装置の応用および普及が制限される。
ＬＥＤチップを使用して近赤外発光材料を組み合わせてパッケージングする方法は、調製プロセスが簡単で、コストが低く、発光効率が高いなどの利点を有し、近赤外発光材料の発光波長が豊富で、近赤外用途向けの各種特定波長を実現することができる。現在、この実現方法の主な問題は、近赤外の発光パワーをさらに改善する必要があり、白色光パワーを制御可能に調整することが難しいことである。
本発明の目的は、ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を組み合わせた光学装置を提供することである。該光学装置は、同じＬＥＤチップを使用して近赤外および可視光発光を同時に実現し、レッドバーストが発生しない利点を有し、パッケージングプロセスを大幅に簡素化し、パッケージングコストを削減し、同時にスペクトル中の白色光成分の調整・制御も実現できる。
上記の発明目的を達成するために、本発明の技術的解決策は、以下の通りである。
ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含み、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外および可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワー、およびＬＥＤチップで近赤外および可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーの両者の合計がＢであり、Ｂ／Ａ*１００％が０．１％〜１０％である、光学装置である。
本発明中のＬＥＤチップは、同じＬＥＤチップ、例えば、青色光ＬＥＤチップであり、１つまたは複数の青色光ＬＥＤチップが同時に存在し、近赤外発光の光パワーを増強することができる。
好ましくは、前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長は、４２０〜４７０ｎｍの範囲にある。
好ましくは、前記光吸収体の分子式は、（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｘＳｉ６Ｎ１１:ｘＣｅ３＋および（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｙ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｙＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．３５≦ｘ≦１．５、０．１５≦ｙ≦０．４５である。
好ましくは、光吸収体は、発光ピーク波長４２０〜４７０ｎｍの発光を吸収し、４６０ｎｍの励起下で５００〜７８０ｎｍ波長の可視光を発光し、光吸収体の外部量子効率は０．００１〜０．０５である。
好ましくは、前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する。
好ましくは、前記可視光発光材料は、分子式（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｅＳｉ６Ｎ１１:ｅＣｅ３＋、（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｚ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｚＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．００１≦ｅ＜０．１５、０．００１≦ｚ＜０．１５である。
好ましくは、前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する。
好ましくは、前記β−Ｇａ２Ｏ３構造の近赤外発光材料は、Ｉｎ元素をさらに含むことができる。
好ましくは、前記近赤外発光材料の粒子径の中央値Ｄ５０は１５〜４０μｍであり、近赤外発光材料は、可視光発光材料との合計質量の５０〜８０％を占める。
好ましくは、前記近赤外発光材料はＬＥＤチップの上方に配置され、光吸収体および／または可視光発光材料は近赤外発光材料の上方に配置される。
以上のように、本発明は、ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含む光学装置を提供し、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワーがＢであり、ＬＥＤチップで近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーがＣであり、（Ｂ＋Ｃ）／Ａ*１００％は０．１％〜１０％である。
従来技術と比較して、本発明の有益な効果は、以下の通りである。
（１）該光学装置は、ＬＥＤチップを使用して近赤外発光材料および可視光発光材料を組み合わせて実現され、同じＬＥＤチップを使用して近赤外および可視光発光を同時に実現し、パッケージングプロセスを大幅に簡素化し、パッケージングコストを削減する、
（２）該光学装置は、高い発光効率／優れた信頼性、強力な干渉防止能力、白色光を補償できるなどの特徴を有する、
（３）本発明によって提供される可視光と近赤外線を組み合わせた光学装置は、レッドバースト現象を解消し、白色光部分の光パワーを調整・制御でき、セキュリティ監視などの分野で良好な応用が期待されている。
（２）該光学装置は、高い発光効率／優れた信頼性、強力な干渉防止能力、白色光を補償できるなどの特徴を有する、
（３）本発明によって提供される可視光と近赤外線を組み合わせた光学装置は、レッドバースト現象を解消し、白色光部分の光パワーを調整・制御でき、セキュリティ監視などの分野で良好な応用が期待されている。
本発明の目的、技術的解決策および利点をより明確にするために、具体的な実施形態と併せて図面を参照して、本発明を以下でさらに詳細に説明する。これらの説明は単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。なお、以下の説明では、本発明の概念を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造および技術の説明を省略する。
本発明は、ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含む光学装置を提供し、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外および可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワー、およびＬＥＤチップで近赤外および可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーの両者の合計がＢであり、Ｂ／Ａ*１００％は０．１％〜１０％である。
該光学装置において、３５０〜６５０ｎｍ波長発光の主な作用は、６５０〜１０００ｎｍ波長の発光によって引き起こされるレッドバースト現象を弱めることであるが、３５０〜６５０ｎｍ波長の発光パワーが高すぎると強い視覚的な衝撃が発生し、白色光のめまいが発生するため、本技術的解決策により、Ｂ／Ａ*１００％が０．１％〜１０％であることを実現できる。
好ましくは、前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長は、４２０〜４７０ｎｍの範囲にある。
好ましくは、前記光吸収体の分子式は、（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｘＳｉ６Ｎ１１:ｘＣｅ３＋および（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｙ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｙＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．３５≦ｘ≦１．５、０．１５≦ｙ≦０．４５である。
好ましくは、光吸収体は、発光ピーク波長４２０〜４７０ｎｍの発光を吸収し、４６０ｎｍの励起下で５００〜７８０ｎｍ波長の可視光を発光し、光吸収体の外部量子効率は０．００１〜０．０５である。光吸収体の主な作用は、ＬＥＤチップで可視光および近赤外発光材料が励起された後ＬＥＤチップの残留発光を吸収し、光吸収体の外部量子効率が低すぎると可視光パワーが不足し、外部量子効率が高すぎると残留可視光の発光が強すぎて、可視光および赤外線光パワーを効果的に制御できない。
好ましくは、前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する。
好ましくは、前記可視光発光材料の分子式は、（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｅＳｉ６Ｎ１１:ｅＣｅ３＋、（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｚ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｚＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．００１≦ｅ≦０．１５、０．００１≦ｚ≦０．１５である。該光学装置において、可視光発光材料の分子式の括弧内の元素は単独で存在することも、２つまたは３つの元素が共存することもできる。その主な目的は、可視光発光材料の発光波長、半値幅および発光強度などの性能を調整するためである。光学装置の色座標、色温度、色レンダリング能力、光パワーなどの包括的な性能を調整するために、可視光発光材料は、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８:Ｅｕ２＋、（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ２＋、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２:Ｅｕ２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ:Ｅｕ２＋をさらに含むことができ、１つまたは複数の可視光発光材料を使用して光学装置の光色パラメータを調整することができる。
好ましくは、前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する。
好ましくは、前記β−Ｇａ２Ｏ３構造の近赤外発光材料はＩｎ元素をさらに含むことができ、上記β−Ｇａ２Ｏ３構造の近赤外発光材料にＩｎ元素を導入することにより、近赤外発光材料の発光性能をさらに調整・制御できる。
好ましくは、前記近赤外発光材料の粒子径の中央値Ｄ５０は１５〜４０μｍであり、近赤外発光材料は、可視光発光材料との合計質量の５０〜８０％を占める。近赤外発光材料の粒子径の中央値Ｄ５０は、赤外波長発光性能を直接決定する。好ましくは、粒子径の中央値Ｄ５０が１５μｍ以上の近赤外発光材料は、赤外波長光パワーの強度を顕著に高めることができる。しかしながら、結晶粒が大きすぎると近赤外線の効果的な透過に影響を及ぼし、近赤外線の光パワーが低下するため、粒子径の中央値Ｄ５０は最大４０μｍである。
好ましくは、前記近赤外発光材料はＬＥＤチップの上方に配置され、光吸収体および／または可視光発光材料は近赤外発光材料の上方に配置される。近赤外発光材料はＬＥＤチップの上方に配置されると、近赤外発光材料のＬＥＤチップ発光の効果的な吸収を確保し、高い近赤外発光パワーを達成し、光吸収体および／または可視光発光材料は近赤外発光材料の上方に配置されると、光学装置中の３５０〜６５０ｎｍ波長発光を全体的に制御でき、３５０〜６５０ｎｍ波長および６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の２つの波長発光パワーを調整・制御できる。
なお、本発明の保護範囲は、上記のすべての材料の特定の分子式に限定されず、元素含有量の範囲を微調整することによって達成される本発明と同様の効果も、本発明の保護範囲内に含まれ、例えば、（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３Ｓｉ６Ｎ１１:Ｃｅ３＋分子式中の元素含有量がそれぞれ２〜４、５〜７、８〜１３の範囲で微調整されて得られた本発明と同様の効果も、本発明の保護範囲内に含まれる。
本発明に係る光学装置は、特定の作製方法を限定するものではないが、以下の作製方法によって光学装置の光パワーを高めることができる。
ＬＥＤチップをホルダーおよびヒートシンクに固定し、回路を半田付けして、本発明の光吸収体および／または可視光発光材料、近赤外発光材料の粉末材料を別々または同時にシリカゲルまたは樹脂に一定の割合で均一に混合する。次に、撹拌・脱泡して、蛍光変換層混合物を取得する。蛍光変換層混合物をディスペンサーまたはスプレーによってＬＥＤチップ上を覆い、ベーキングによって硬化させ、最後にパッケージングして、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。または、光吸収体および／または可視光発光材料、近赤外発光材料の粉末材料を、本発明の割合でガラス材料、プラスチック材料に均一に混合し、ガラス材料、プラスチック材料の通常の方法に従い蛍光ガラス、蛍光プラスチックを調製し、または直接焼成して蛍光セラミックにした後、蛍光ガラス、蛍光プラスチックまたは蛍光セラミックをＬＥＤチップと組み合わせて、パッケージングして本発明の光学装置を取得する。
以下、本発明の実施例および実施形態は、本発明に係る近赤外線装置を説明するためのものであり、本発明はこれらの実施例および実施形態に限定されない。
実施例１
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４４０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は１８μｍであり、近赤外発光材料は、発光材料の総質量の６５％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料を樹脂と均一に混合し、撹拌・脱泡して、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をスプレーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させ、近赤外蛍光層を形成する。その後、光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して、近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは３．５ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは７４９ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは７２０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２９ｍＷであり、光パワーの比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４４０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は１８μｍであり、近赤外発光材料は、発光材料の総質量の６５％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料を樹脂と均一に混合し、撹拌・脱泡して、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をスプレーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させ、近赤外蛍光層を形成する。その後、光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して、近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは３．５ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは７４９ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは７２０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２９ｍＷであり、光パワーの比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
実施例２〜４の作製方法および発光装置の構造は、実施例１と同じであり、各実施例の発光材料および光吸収体材料の分子式および性能特性に応じて、それぞれの比率に従って混合すれば得られる。
実施例５
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３０μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させた。次に、可視光発光材料とシリカゲルを均一に混合して光吸収体層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは１０ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６６６ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６４０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２６ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３０μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させた。次に、可視光発光材料とシリカゲルを均一に混合して光吸収体層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは１０ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６６６ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６４０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２６ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
実施例６〜９の作製方法および発光装置の構造は、実施例５と同じであり、各実施例の発光材料および光吸収体材料の分子式および性能特性に応じて、それぞれの比率に従って混合すれば得られる。
実施例１０
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４２０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式（Ｙ０．７Ａｌ０．３）２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０４Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３８μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、可視光発光材料および光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外発光材料層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは９ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６３１ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは５９０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４１ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=７％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４２０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｙ２．６５Ｇａ５Ｏ１２:０．３５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式（Ｙ０．７Ａｌ０．３）２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０４Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３８μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占め、光吸収体材料の外部量子効率は０．００３である。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、可視光発光材料および光吸収体材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外発光材料層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは９ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６３１ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは５９０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４１ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=７％であった。
実施例１１および１２の作製方法および発光装置の構造は、実施例１０と同じであり、各実施例の発光材料および光吸収体材料の分子式および性能特性に応じて、それぞれの比率に従って混合すれば得られる。
実施例１３
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０３Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は１５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の７０％を占める。本発明の近赤外発光材料と樹脂を均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をスプレーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させ、近赤外蛍光変換層を形成する。その後、可視光材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは２０ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６３４ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６１０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２４ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０３Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は１５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の７０％を占める。本発明の近赤外発光材料と樹脂を均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をスプレーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させ、近赤外蛍光変換層を形成する。その後、可視光材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは２０ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６３４ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６１０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは２４ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=４％であった。
実施例１４
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式０．６Ｓｃ２Ｏ３・Ｇａ２Ｏ３・０．１Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占める。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、可視光発光材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは１８ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６５７ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６０８ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４９ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=８％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４５５ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ２．９Ｓｉ６Ｎ１１:０．１Ｃｅ３＋の可視光材料、分子式０．６Ｓｃ２Ｏ３・Ｇａ２Ｏ３・０．１Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は３５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の８０％を占める。本発明の近赤外発光材料とシリカゲルを均一に混合し、撹拌・脱泡し、近赤外蛍光変換層混合物を得、該混合物をディスペンサーによってＬＥＤチップ表面を覆い、ベーキングによって硬化させる。その後、可視光発光材料とシリカゲルを均一に混合して近赤外蛍光変換層にコーティングし、硬化させ、パッケージングした後、必要なＬＥＤ発光装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは１８ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６５７ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６０８ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４９ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=８％であった。
実施例１５および１６の作製方法および発光装置の構造は、実施例１４と同じであり、各実施例の発光材料および光吸収体材料分子式および性能特性に応じて、それぞれの比率に従って混合すれば得られる。
実施例１７
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４７０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式（Ｌｕ０．３Ｙ０．７）２．６（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２:０．４Ｃｅ３＋の光吸収体材料、外部量子効率が０．００６、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は２８μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の７８％を占める。本発明の近赤外および可視光材料をそれぞれ蛍光セラミックシートに作製し、近赤外蛍光セラミックシートをＬＥＤチップの上方に組み合わせ、可視光蛍光セラミックシートを近赤外蛍光セラミックシートの上方に組み合わせ、パッケージングして光学装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは５．８ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６５７ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６２０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは３７ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=６％であった。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４７０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式（Ｌｕ０．３Ｙ０．７）２．６（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２:０．４Ｃｅ３＋の光吸収体材料、外部量子効率が０．００６、分子式Ｙ２Ｏ３・１．６Ｇａ２Ｏ３・０．０６Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は２８μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の７８％を占める。本発明の近赤外および可視光材料をそれぞれ蛍光セラミックシートに作製し、近赤外蛍光セラミックシートをＬＥＤチップの上方に組み合わせ、可視光蛍光セラミックシートを近赤外蛍光セラミックシートの上方に組み合わせ、パッケージングして光学装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは５．８ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは６５７ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６２０ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは３７ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=６％であった。
実施例１８
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４８０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ１．５Ｓｉ６Ｎ１１:１．５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、光吸収体の外部量子効率が０．０１、分子式Ｙ２Ｏ３・２（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）２Ｏ３・０．０３Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は４５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の６０％を占める。本発明の近赤外および光吸収体材料をガラス材料に混合し、それぞれ近赤外蛍光ガラスおよび可視光蛍光ガラスに調製し、近赤外蛍光ガラスとＬＥＤチップを組み合せ、可視光蛍光ガラスを近赤外蛍光ガラスの上層に覆い、パッケージングして光学装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは４．５ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは７０４ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６５８ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４６ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=７％であった。
以下の表１は、本発明のすべての実施例の発光材料、吸光材料の構成および発光性能を示す。
以下の光学装置を提供する。その構成要素は、波長４８０ｎｍの青色光ＬＥＤチップ、分子式Ｌａ１．５Ｓｉ６Ｎ１１:１．５Ｃｅ３＋の光吸収体材料、光吸収体の外部量子効率が０．０１、分子式Ｙ２Ｏ３・２（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）２Ｏ３・０．０３Ｃｒ２Ｏ３の近赤外発光材料であり、近赤外発光材料のＤ５０粒子径は４５μｍであり、近赤外発光材料は発光材料の総質量の６０％を占める。本発明の近赤外および光吸収体材料をガラス材料に混合し、それぞれ近赤外蛍光ガラスおよび可視光蛍光ガラスに調製し、近赤外蛍光ガラスとＬＥＤチップを組み合せ、可視光蛍光ガラスを近赤外蛍光ガラスの上層に覆い、パッケージングして光学装置を取得する。１０００ｍＡの電流で点灯試験を行ったところ、本発光装置の白色光フラックスは４．５ｌｍであり、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の総光パワーは７０４ｍＷであり、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ波長の光パワーＡは６５８ｍＷであり、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長の光パワーＢは４６ｍＷであり、光パワー比がＢ／Ａ*１００％=７％であった。
以下の表１は、本発明のすべての実施例の発光材料、吸光材料の構成および発光性能を示す。
＜表1＞
以上の表のデータから分かるように、本発明の光学装置中の蛍光粉末は、ＬＥＤチップで効果的に励起され、可視光発光材料、近赤外発光材料および光吸収体材料と組み合わせて光学装置を取得し、白色光および近赤外線の二重発光を実現し、白色光部分および近赤外線パワーを効果的に調整・制御でき、セキュリティなどの分野で良好な応用が期待されている。以上のように、本発明は、ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含む光学装置を提供し、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外および可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワー、およびＬＥＤチップで近赤外および可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーの両者の合計がＢであり、Ｂ／Ａ*１００％は０．１％〜１０％である。該光学装置は、ＬＥＤチップを使用して赤外発光材料および光吸収体および／または可視光発光材料を組み合わせて実現され、同じＬＥＤチップを使用して近赤外および可視光発光を同時に実現し、強い近赤外発光および弱い可視光発光を実現し、パッケージングプロセスが簡素化され、パッケージングコストを削減し、高い発光効率／優れた信頼性の特徴を有する。
なお、本発明の上記の具体的な実施形態は、本発明の原理を例示または説明するために使用され、本発明に対する限定を構成しないことを理解されたい。したがって、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われた修正、等価置換、改良なども、すべて本発明の保護範囲に含まれることに理解されたい。なお、本発明の添付の特許請求の範囲は、添付の請求の範囲および境界、またはそのような範囲および境界の同等の形態に含まれるすべての変更および修正を網羅することを意図している。
１ 近赤外発光材料層
２ 半導体チップ
３ ピン
４ ヒートシンク
５ ベース
６ 光吸収体材料
２ 半導体チップ
３ ピン
４ ヒートシンク
５ ベース
６ 光吸収体材料
Claims (10)
- ＬＥＤチップ、光吸収体および／または可視光発光材料、および近赤外発光材料を含み、近赤外発光材料、光吸収体および／または可視光発光材料は、ＬＥＤチップの励起下で発光する６５０〜１０００ｎｍ波長の光パワーがＡであり、近赤外および可視光発光材料はＬＥＤチップの励起下で発光する３５０〜６５０ｎｍ波長の光パワー、およびＬＥＤチップで近赤外および可視光発光材料が励起された後ＬＥＤチップの３５０〜６５０ｎｍ波長の残留発光パワーの両者の合計がＢであり、Ｂ／Ａ*１００％が０．１％〜１０％である、ことを特徴とする光学装置。
- 前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長は、４２０〜４７０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
- 前記光吸収体の分子式は、（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｘＳｉ６Ｎ１１:ｘＣｅ３＋および（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｙ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｙＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．３５≦ｘ≦１．５、０．１５≦ｙ≦０．４５である、ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
- 前記光吸収体は、発光ピーク波長４２０〜４７０ｎｍの発光を吸収し、４６０ｎｍの励起下で５００〜７８０ｎｍ波長の可視光を発光し、光吸収体の外部量子効率は０．００１〜０．０５である、ことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
- 前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
- 前記可視光発光材料は、分子式（Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ）３〜ｅＳｉ６Ｎ１１:ｅＣｅ３＋、（Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ）３〜ｚ（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２:ｚＣｅ３＋中の１つまたは２つであり、０．００１≦ｅ≦０．１５、０．００１≦ｚ≦０．１５である、ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
- 前記近赤外発光材料は、分子式ａＳｃ２Ｏ３・Ａ２Ｏ３・ｂＣｒ２Ｏ３およびＬｎ２Ｏ３・ｃＥ２Ｏ３・ｄＣｒ２Ｏ３中の１つを含み、Ａ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、Ｌｎ元素は少なくともＹ、Ｌｕ、Ｇｄ元素中の１つを含み、Ｙ元素を必ず含み、Ｅ元素は少なくともＡｌおよびＧａ元素中の１つを含み、Ｇａ元素を必ず含み、０．００１≦ａ≦０．６、０．００１≦ｂ≦０．１、１．５≦ｃ≦２、０．００１≦ｄ≦０．２であり、上記２つの分子式はそれぞれβ−Ｇａ２Ｏ３構造およびガーネット構造を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
- 前記β−Ｇａ２Ｏ３構造の近赤外発光材料は、Ｉｎ元素をさらに含むことができる、ことを特徴とする請求項５または７に記載の光学装置。
- 前記近赤外発光材料の粒子径の中央値Ｄ５０は１５〜４０μｍであり、近赤外発光材料が、光吸収体および／または可視光発光材料との合計質量の５０〜８０％を占めることを特徴とする請求項５または７に記載の光学装置。
- 前記近赤外発光材料はＬＥＤチップの上方に配置され、光吸収体および／または可視光発光材料は近赤外発光材料の上方に配置される、ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
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