WO2021031204A1 - 一种光学装置 - Google Patents

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刘元红
李彦峰
陈晓霞
马小乐
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Definitions

  • the optical device uses LED chips to combine near-infrared light-emitting materials and visible light-emitting materials to achieve near-infrared and visible light emission at the same time with the same LED chip, which greatly simplifies the packaging process and reduces packaging costs;
  • the present invention provides an optical device, which comprises an LED chip, a light absorber and/or visible light emitting material, and a near-infrared light emitting material, wherein the near infrared light emitting material, light absorber and/or visible light emitting material is excited by the LED chip
  • the emitted light power in the 650-1000nm band is A
  • the near-infrared and visible light emitting material emits light power in the 350-650nm band under the excitation of the LED chip
  • the LED chip is in the 350-650nm band after the LED chip excites the near-infrared and visible light emitting material.
  • the residual emitted light power, the sum of the two is B, where B/A*100% is 0.1%-10%.
  • the visible light luminescent material can also include (Ca,Sr,Ba) 2 Si 5 N 8 :Eu 2+ , (Sr,Ca)AlSiN 3 :Eu 2+ , (Ba,Ca,Sr)Si 2 O 2 N 2 :Eu 2+ , ⁇ -SiAlON:Eu 2+ , one or more visible light emitting materials can be used to adjust the light color parameters of the optical device.
  • the near-infrared light-emitting material with ⁇ -Ga 2 O 3 structure may also contain In element.
  • In element in the above-mentioned near-infrared light-emitting material with ⁇ -Ga 2 O 3 structure can further control the light emission of the near-infrared light-emitting material. performance.
  • the near-infrared luminescent material of the present invention and the resin are uniformly mixed, stirred and defoamed to obtain a near-infrared fluorescence conversion layer mixture, which is sprayed on the surface of the LED chip, and cured into near-infrared by baking Fluorescent layer. Then, the light absorber material and silica gel are mixed and uniformly coated on the near-infrared fluorescence conversion layer, cured, and packaged to obtain the required LED light-emitting device.
  • the preparation method and the structure of the light-emitting device of Examples 2-4 are the same as those of Example 1, and they only need to be mixed according to the respective ratios according to the molecular formula and performance characteristics of the light-emitting material and the light-absorbing material of each example.
  • the white light flux of the light-emitting device is 10lm
  • the total optical power in the 350nm-1000nm band is 666mW
  • the 650nm-1000nm band optical power A is 640mW
  • the 350nm-650nm band optical power B is 26mW
  • the preparation method and the structure of the light-emitting device of Examples 6-9 are the same as that of Example 5. It only needs to be mixed according to the molecular formula and performance characteristics of the light-emitting material and the light-absorbing material of each example according to their respective ratios.
  • An optical device the components of which are a blue LED chip with a wavelength of 420nm, a light absorber material with a molecular formula of Y 2.65 Ga 5 O 12 : 0.35Ce 3+ , and a visible light with a molecular formula of La 2.9 Si 6 N 11 : 0.1Ce 3+ Material, the molecular formula is (Y 0.7 Al 0.3 ) 2 O 3 ⁇ 1.6Ga 2 O 3 ⁇ 0.04Cr 2 O 3 near-infrared luminescent material; among them, the near-infrared luminescent material has a D50 particle size of 38 ⁇ m, and the near-infrared luminescent material accounts for the total luminescent material 80% of the total mass ratio; the external quantum efficiency of the absorber material is 0.003.
  • the white light flux of the light-emitting device is 9lm
  • the total optical power in the 350nm-1000nm band is 631mW
  • the optical power A in the 650nm-1000nm band is 590mW
  • the optical power B in the 350nm-650nm band is 41mW
  • the near-infrared luminescent material of the present invention and the resin are uniformly mixed, stirred and defoamed to obtain a near-infrared fluorescence conversion layer mixture, which is sprayed on the surface of the LED chip, and cured into near-infrared by baking Fluorescence conversion layer. Then, the visible light material and the silica gel are mixed and uniformly coated on the near-infrared fluorescence conversion layer, cured, and packaged to obtain the required LED light-emitting device.
  • the white light flux of the light-emitting device is 20lm
  • the total optical power in the 350nm-1000nm band is 634mW
  • the optical power A in the 650nm-1000nm band is 610mW
  • the optical power B in the 350nm-650nm band is 24mW
  • An optical device the component of which is a blue LED chip with a wavelength of 470nm, the molecular formula is (Lu 0.3 Y 0.7 ) 2.6 (Al 0.8 Ga 0.2 ) 5 O 12 : 0.4Ce 3+ absorber material, and the external quantum efficiency is 0.006 ,
  • the molecular formula is Y 2 O 3 ⁇ 1.6Ga 2 O 3 ⁇ 0.06Cr 2 O 3 near-infrared light-emitting materials; among them, the near-infrared light-emitting material D50 particle size is 28 ⁇ m, and the near-infrared light-emitting material accounts for 78% of the total mass of the total light-emitting material. .
  • An optical device the component of which is a blue LED chip with a wavelength of 480nm, a light absorber material with a molecular formula of La 1.5 Si 6 N 11 :1.5Ce 3+ , an external quantum efficiency of 0.01, and a molecular formula of Y 2 O 3 ⁇ 2(Ga 0.5 Al 0.5 ) 2 O 3 ⁇ 0.03Cr 2 O 3 near-infrared light-emitting materials; wherein the D50 particle size of the near-infrared light-emitting materials is 45 ⁇ m, and the near-infrared light-emitting materials account for 60% of the total mass of the total light-emitting materials.
  • Table 1 shows the composition and luminescence properties of the luminescent materials and absorbing materials of all the examples of the present invention.
  • the data in the above table can be seen that the phosphor in the optical device of the present invention can be effectively excited by the LED chip, and through the optical device that combines visible light luminescent materials, near-infrared luminescent materials and light absorber materials, It can realize dual emission of white light and near-infrared light, and can effectively adjust and control the power of white light part and near-infrared light, and has a good application prospect in security and other fields.
  • the present invention provides an optical device comprising an LED chip, a light absorber and/or visible light emitting material, and a near infrared light emitting material, wherein the near infrared light emitting material, light absorber and/or visible light emitting material
  • A the 650-1000nm waveband light power emitted under the excitation of the LED chip
  • B the sum of the two is B, where B/A*100% is 0.1%-10%.
  • the optical device uses LED chips to simultaneously compound infrared light-emitting materials and light absorbers and/or visible light-emitting materials.
  • the same LED chip is used to achieve near-infrared and visible light emission at the same time, and obtain strong near-infrared light emission and weak visible light light emission, simplifying
  • the packaging process is reduced, the packaging cost is reduced, and the luminous efficiency is high and the reliability is excellent.

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Abstract

一种光学装置，其包含LED芯片(2)、吸光剂(6)和/或可见光发光材料以及近红外发光材料(1)，其中近红外发光材料(1)、吸光剂(6)和/或可见光发光材料在LED芯片(2)激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外和可见光发光材料在LED芯片(2)激发下发射的350-650nm波段光功率，以及LED芯片(2)激发近红外和可见光发光材料后LED芯片(2)在350-650nm波段的残留发射光功率，两者之和为B，其中B/A*100％为0.1％-10％。光学装置利用LED芯片(2)同时复合近红外发光材料(1)、吸光剂(6)和/或可见光发光材料的实现方式，用同一LED芯片(2)同时实现近红外及可见光发光，且得到强的近红外发光和弱的可见光发光，具有无红爆的优势，且简化了封装工艺，降低了封装成本，具有发光效率高，可靠性能优异的特点。

Description

一种光学装置 技术领域
本发明涉及红外光学技术领域，特别涉及LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料、以及近红外发光材料的光学装置。
背景技术
近年来，近红外光在安防监控、生物识别、3D感测、食品/医疗检测领域的应用成为国内外焦点。其中近红外LED因其具有指向性好、功耗低以及体积小等一系列优点已然成为国际研究热点。目前近红外LED的主要实现方式是采用近红外半导体芯片的实现方式，如安防领域主要应用730nm、750nm、850nm以及940nm波段的红外芯片，特别是短波红外芯片在使用过程中会产生非常严重的红爆现象，通常还会外置一颗或多颗白光LED以求在夜晚探测过程中进行光线补偿以及降低红外芯片产生的红爆现象。该实现方式中白光LED灯珠和红外LED灯珠的驱动电流差别太大，影响整个发光装置的使用寿命，且红外芯片价格较高，且采用多颗芯片封装的工艺复杂，成本较高，限制了红外LED光学装置的应用和推广。
采用LED芯片复合近红外发光材料的封装方式具有制备工艺简单、成本低、发光效率高等优点，且近红外发光材料发射波长丰富，能够实现近红外应用的各种特定波长。目前该实现方式存在的主要问题是：近红外发光光功率仍需进一步提升，白光光功率难以实现可控调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料、以及近红外发光材料的光学装置。该光学装置用同种LED芯片同时实 现近红外及可见光发光，具有无红爆的优势，极大简化了封装工艺，降低了封装成本，同时实现了光谱中白光成分的可调可控。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种光学装置，该光学装置包含LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料以及近红外发光材料，其中近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外和可见光发光材料在LED芯片激发下发射的350-650nm波段光功率，以及LED芯片激发近红外和可见光发光材料后LED芯片在350-650nm波段的残留发射光功率，两者之和为B，其中B/A*100％为0.1％-10％。
该发明中的LED芯片为同种LED芯片，如蓝光LED芯片，可以一颗，或者多颗蓝光LED芯片同时存在，以增强近红外发光的光功率。
作为优选，所述LED芯片的发射峰值波长位于420-470nm范围内。
作为优选，所述吸光剂分子式为(La,Y,Lu) 3-xSi 6N 11:xCe 3+和(Lu,Y,Gd) 3- y(Al,Ga) 5O 12:yCe 3+中的一种或两种，其中0.35≤x≤1.5，0.15≤y≤0.45。
作为优选，吸光剂可以吸收发射峰值波长位于420-470nm的发射光，并在460nm激发下发射500-780nm波段的可见光，吸光剂外量子效率为0.001-0.05。
作为优选，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
作为优选，所述可见光发光材料分子式为(La,Y,Lu) 3-eSi 6N 11:eCe 3+、(Lu,Y,Gd) 3-z(Al,Ga) 5O 12:zCe 3+中的一种或两种，其中0.001≤e＜0.15，0.001≤z＜0.15。
作为优选，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和 Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
作为优选，所述β-Ga 2O 3结构近红外发光材料中还可以包含In元素。
作为优选，所述近红外发光材料中值粒径D50为15-40μm，近红外发光材料占其与可见光发光材料质量之和的50-80％。
作为优选，所述近红外发光材料位于LED芯片上方，吸光剂和/或可见光发光材料位于近红外发光材料上方。
综上所述，本发明提供了一种光学装置，该光学装置包含LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料以及近红外发光材料，其中近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的350-650nm波段光功率为B，LED芯片激发近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料后LED芯片在350-650nm波段的残留发射光功率为C，其中(B+C)/A*100％为0.1％-10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)该光学装置利用LED芯片复合近红外发光材料和可见光发光材料的实现方式，用同种LED芯片同时实现近红外及可见光发光，极大简化了封装工艺，降低了封装成本；
(2)该光学装置具有发光效率高/可靠性能优异、抗干扰能力强、可实现白光补偿等特点；
(3)本发明所提供的可见光与近红外光复合的光学装置，可消除红爆现象，其白光部分光功率可调可控，在安防监控等领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种优选实施例中所提供的发光装置的示意图。
附图标记：1-近红外发光材料层，2-半导体芯片，3-引脚，4-热沉，5-基座，6-吸光剂材料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供了一种光学装置，该光学装置包含LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料、以及近红外发光材料，其中近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外和可见光发光材料在LED芯片激发下发射的350-650nm波段光功率，以及LED芯片激发近红外和可见光发光材料后LED芯片在350-650nm波段的残留发射光功率，两者之和为B，其中B/A*100％为0.1％-10％。
该光学装置中350-650nm波段发光的主要作用是消弱650-1000nm波段发光造成的红爆现象，但350-650nm波段发光光功率过高会造成强烈的视觉冲击，产生白光眩晕，因此经过本技术方案，实现B/A*100％为0.1％-10％。
作为优选，所述LED芯片的发射峰值波长位于420-470nm范围内。
作为优选，所述吸光剂分子式为(La,Y,Lu) 3-xSi 6N 11:xCe 3+和(Lu,Y,Gd) 3- y(Al,Ga) 5O 12:yCe 3+中的一种或两种，其中0.35≤x≤1.5，0.15≤y≤0.45。
作为优选，吸光剂可以吸收发射峰值波长位于420-470nm的发射光，并在460nm激发下发射500-780nm波段的可见光，吸光剂外量子效率为0.001-0.05。吸光剂主要作用是吸收LED芯片激发可见光和近红外发光材料后LED芯片的残留发射光，吸光剂的外量子效率过低会造成可见光光功率不足，而外量子效率过高则使得残留可见光发射过强，无法实现对可见光及红外光光 功率的有效控制。
作为优选，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
作为优选，所述可见光发光材料分子式为(La,Y,Lu) 3-eSi 6N 11:eCe 3+、(Lu,Y,Gd) 3-z(Al,Ga) 5O 12:zCe 3+中的一种或两种，其中0.001≤e≤0.15，0.001≤z≤0.15。该光学装置中，可见光发光材料分子式中括号内的元素可以单独存在，也可以为两种或者三种元素共同存在，其主要目的是调节可见光发光材料的发射波长、半峰宽以及发光强度等性能。为了调节光学装置的色坐标、色温、显色能力、光功率等综合性能，可见光发光材料还可以包含(Ca,Sr,Ba) 2Si 5N 8:Eu 2+、(Sr,Ca)AlSiN 3:Eu 2+、(Ba,Ca,Sr)Si 2O 2N 2:Eu 2+、β-SiAlON:Eu 2+，可采用一种或多种可见光发光材料调节光学装置的光色参数。
作为优选，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
作为优选，所述β-Ga 2O 3结构近红外发光材料中还可以包含In元素，上述β-Ga 2O 3结构近红外发光材料中In元素的引入，可以进一步调控近红外发光材料的发光性能。
作为优选，所述近红外发光材料中值粒径D50为15-40μm，近红外发光 材料占其与可见光发光材料质量之和的50-80％。近红外发光材料中值粒径D50直接决定了红外波段发光性能，优选中值粒径D50为15μm以上的近红外发光材料，可以显著增强红外波段光功率的强度。然而由于过大晶粒会影响近红外光有效透过，从而降低近红外光的光功率，因此中值粒径D50最大为40μm。
作为优选，所述近红外发光材料位于LED芯片上方，吸光剂和/或可见光发光材料位于近红外发光材料上方。近红外发光材料位于LED芯片上方可以保证近红外发光材料对LED芯片发射光的有效吸收，达到较高的近红外发光光功率，吸光剂和/或可见光发光材料位于近红外发光材料上方，可以实现对光学装置中350-650nm波段发光的整体控制，达到对350-650nm波段以及650nm-1000nm波段，两个波段发光光功率的可调可控。
此外，本发明的保护范围不限于上述所有材料涉及到的具体分子式形式，通过元素含量范围微调达到类似本发明效果仍落到本专利要求保护范围内，如，(La,Y,Lu) 3Si 6N 11:Ce 3+分子式中的元素含量分别在2-4、5-7、8-13范围内微调取得类似发明效果，仍是属于本发明专利保护范围内。
本发明所涉及的光学装置不限定具体的制备方法，然而可以通过以下制备方法提高光学装置的光功率。
将LED芯片固定在支架和热沉上，焊接好电路，将本发明中的吸光剂和/或可见光发光材料、近红外发光材料的粉体材料分别或者同时与硅胶或者树脂按照比例经过混合均匀，然后搅拌、脱泡，得到荧光转换层混合料，将荧光转换层混合料通过点胶或者喷涂的方式覆盖在LED芯片上，通过烘烤使其固化，最后封装后获得所需的LED发光装置。或者将吸光剂和/或可见光发光材料、近红外发光材料的粉体材料按照本发明的比例混入到玻璃材料、塑料材料中混合均匀，然后按照玻璃材料、塑料材料的常规方法制备成荧光玻璃、荧光塑料，或者直接烧制成荧光陶瓷，然后将荧光玻璃、荧光塑料或者荧光陶瓷与LED芯片组合在一起，封装后得到本发明的光学装置。
以下为本发明的实施例和实施方式，只是为了说明本发明所涉及的近红 外光学装置，但本发明并不局限于该实施例和实施方式。
实施例1
一种光学装置，其组成部件为波长为440nm的蓝光LED芯片、分子式为Y 2.65Ga 5O 12:0.35Ce 3+的吸光剂材料，分子式为Y 2O 3·1.6Ga 2O 3·0.06Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为18μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的65％；吸光剂材料的外量子效率为0.003。将本发明中近红外发光材料与树脂混合均匀，搅拌、脱泡，得到近红外荧光转换层混合料，将该混合料通过喷涂的方式覆盖在LED芯片表面，通过烘烤使其固化成近红外荧光层。然后将吸光剂材料与硅胶混合均匀涂覆在近红外荧光转换层的上面，进行固化，封装后获得所需的LED发光装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为3.5lm，350nm-1000nm波段总光功率为749mW，650nm-1000nm波段光功率A为720mW，350nm-650nm波段光功率B为29mW，光功率比值B/A*100％＝4％。
实施例2-4的制备方法以及发光装置的结构同实施例1相同，只需根据各实施例发光材料和吸光剂材料的分子式和性能特点，根据各自的比例混合得到。
实施例5
一种光学装置，其组成部件为波长为455nm的蓝光LED芯片、分子式为Y 2.65Ga 5O 12:0.35Ce 3+的吸光剂材料，分子式为La 2.9Si 6N 11:0.1Ce 3+的可见光材料，分子式为Y 2O 3·1.6Ga 2O 3·0.06Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为30μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的80％；吸光剂材料的外量子效率为0.003。将本发明中近红外发光材料与硅胶混合均匀，搅拌、脱泡，得到近红外荧光转换层混合料，将该混合料通过点胶的方式覆盖在LED芯片表面，通过烘烤使其固化。然后将吸光剂材料与硅胶混合均匀涂覆在近红外荧光转换层的上面，进行固化，第三步将可见光发光材料与硅胶混合均匀涂覆在吸光剂层的上面，进行固化，封装后获得所需的LED发光装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为10lm， 350nm-1000nm波段总光功率为666mW，650nm-1000nm波段光功率A为640mW，350nm-650nm波段光功率B为26mW，光功率比值B/A*100％＝4％。
实施例6-9的制备方法以及发光装置的结构同实施例5相同，只需根据各实施例发光材料和吸光剂材料的分子式和性能特点，根据各自的比例混合得到。
实施例10
一种光学装置，其组成部件为波长为420nm的蓝光LED芯片、分子式为Y 2.65Ga 5O 12:0.35Ce 3+的吸光剂材料，分子式为La 2.9Si 6N 11:0.1Ce 3+的可见光材料，分子式为(Y 0.7Al 0.3) 2O 3·1.6Ga 2O 3·0.04Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为38μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的80％；吸光剂材料的外量子效率为0.003。将本发明中近红外发光材料与硅胶混合均匀，搅拌、脱泡，得到近红外荧光转换层混合料，将该混合料通过点胶的方式覆盖在LED芯片表面，通过烘烤使其固化。然后将可见光发光材料和吸光剂材料与硅胶混合均匀涂覆在近红外发光材料层的上面，进行固化，封装后获得所需的LED发光装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为9lm，350nm-1000nm波段总光功率为631mW，650nm-1000nm波段光功率A为590mW，350nm-650nm波段光功率B为41mW，光功率比值B/A*100％＝7％。
实施例11和12的制备方法以及发光装置的结构同实施例10相同，只需根据各实施例发光材料和吸光剂材料的分子式和性能特点，根据各自的比例混合得到。
实施例13
一种光学装置，其组成部件为波长为455nm的蓝光LED芯片，分子式为La 2.9Si 6N 11:0.1Ce 3+的可见光材料，分子式为Y 2O 3·1.6Ga 2O 3·0.03Cr 2O 3的近 红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为15μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的70％。将本发明中近红外发光材料与树脂混合均匀，搅拌、脱泡，得到近红外荧光转换层混合料，将该混合料通过喷涂的方式覆盖在LED芯片表面，通过烘烤使其固化成近红外荧光转换层。然后将可见光材料与硅胶混合均匀涂覆在近红外荧光转换层的上面，进行固化，封装后获得所需的LED发光装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为20lm，350nm-1000nm波段总光功率为634mW，650nm-1000nm波段光功率A为610mW，350nm-650nm波段光功率B为24mW，光功率比值B/A*100％＝4％。
实施例14
一种光学装置，其组成部件为波长为455nm的蓝光LED芯片，分子式为La 2.9Si 6N 11:0.1Ce 3+的可见光材料，分子式为0.6Sc 2O 3·Ga 2O 3·0.1Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为35μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的80％。将本发明中近红外发光材料与硅胶混合均匀，搅拌、脱泡，得到近红外荧光转换层混合料，将该混合料通过点胶的方式覆盖在LED芯片表面，通过烘烤使其固化。然后将可见光发光材料与硅胶混合均匀涂覆在近红外荧光转换层的上面，进行固化，封装后获得所需的LED发光装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为18lm，350nm-1000nm波段总光功率为657mW，650nm-1000nm波段光功率A为608mW，350nm-650nm波段光功率B为49mW，光功率比值B/A*100％＝8％。
实施例15和16的制备方法以及发光装置的结构同实施例14相同，只需根据各实施例发光材料和吸光剂材料分子式和性能特点，根据各自的比例混合得到。
实施例17
一种光学装置，其组成部件为波长为470nm的蓝光LED芯片，分子式为(Lu 0.3Y 0.7) 2.6(Al 0.8Ga 0.2) 5O 12:0.4Ce 3+的吸光剂材料，外量子效率为0.006，分子式为Y 2O 3·1.6Ga 2O 3·0.06Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为28μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的78％。将本发明中近红外以及可见光材料分别制成荧光陶瓷片，将近红外荧光陶瓷片组合在LED芯片上方，然后将可见光荧光陶瓷片组合在近红外荧光陶瓷片上方，封装得到光学装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为5.8lm，350nm-1000nm波段总光功率为657mW，650nm-1000nm波段光功率A为620mW，350nm-650nm波段光功率B为37mW，光功率比值B/A*100％＝6％。
实施例18
一种光学装置，其组成部件为波长为480nm的蓝光LED芯片，分子式为La 1.5Si 6N 11:1.5Ce 3+的吸光剂材料，吸光剂外量子效率为0.01，分子式为Y 2O 3·2(Ga 0.5Al 0.5) 2O 3·0.03Cr 2O 3的近红外发光材料；其中近红外发光材料D50粒径为45μm，近红外发光材料占总发光材料总质量比例的60％。将本发明中近红外以及吸光剂材料混入玻璃材料中，分别制备成近红外荧光玻璃以及可见光荧光玻璃，再将近红外荧光玻璃与LED芯片组合，将可见光荧光玻璃覆盖在近红外荧光玻璃上层，封装得到光学装置。用1000mA电流点亮测试，本发光装置的白光光通为4.5lm，350nm-1000nm波段总光功率为704mW，650nm-1000nm波段光功率A为658mW，350nm-650nm波段光功率B为46mW，光功率比值B/A*100％＝7％。
下表1是本发明所有实施例发光材料、吸光材料组成及发光性能。
表1
Figure PCTCN2019102048-appb-000001
Figure PCTCN2019102048-appb-000002
从以上表格可以看出从上表数据可看出，本发明所述光学装置中的荧光粉可以有效被LED芯片激发，并通过复合可见光发光材料、近红外发光材料以及吸光剂材料的光学装置，能实现白光和近红外光的双重发射，且可有效进行白光部分和近红外光功率可调可控，在安防等领域具有很好的应用前景。
综上所述，本发明提供了一种光学装置，该光学装置包含LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料、以及近红外发光材料，其中近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外和可见光发光材料在LED芯片激发下发射的350-650nm波段光功率，以及LED芯片激发近红外和可见光发光材料后LED芯片在350-650nm波段的残留发射光功率，两者之和为B，其中B/A*100％为0.1％-10％。该光学装置利用LED芯片同时复合红外发光材料和吸光剂和/或可见光发光材料的实现方式，用同一LED芯片同时实现近红外及可见光发光，且得到强的近红外发光和弱的可见光发光，简化了封装工艺，降低了封装成本，具有发光效率高/可靠性能优异的特点。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

  1. 一种光学装置，该光学装置包含LED芯片、吸光剂和/或可见光发光材料以及近红外发光材料，其中近红外发光材料、吸光剂和/或可见光发光材料在LED芯片激发下发射的650-1000nm波段光功率为A，近红外和可见光发光材料在LED芯片激发下发射的350-650nm波段光功率，以及LED芯片激发近红外和可见光发光材料后LED芯片在350-650nm波段的残留发射光功率，两者之和为B，其中B/A*100％为0.1％-10％。
  2. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述LED芯片的发射峰值波长位于420-470nm范围内。
  3. 根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述吸光剂分子式为(La,Y,Lu) 3-xSi 6N 11:xCe 3+和(Lu,Y,Gd) 3-y(Al,Ga) 5O 12:yCe 3+中的一种或两种，其中0.35≤x≤1.5，0.15≤y≤0.45。
  4. 根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述吸光剂可以吸收发射峰值波长位于420-470nm的发射光，并在460nm激发下发射500-780nm波段的可见光，吸光剂外量子效率为0.001-0.05。
  5. 根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，其中0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
  6. 根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述可见光发光材料分子式为(La,Y,Lu) 3-eSi 6N 11:eCe 3+、(Lu,Y,Gd) 3-z(Al,Ga) 5O 12:zCe 3+中的一种或两种，其中0.001≤e≤0.15，0.001≤z≤0.15。
  7. 根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述近红外发光材料包含分子式为aSc 2O 3·A 2O 3·bCr 2O 3和Ln 2O 3·cE 2O 3·dCr 2O 3中的一种，其中A元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，Ln元素至少 含有Y、Lu、Gd元素中的一种，必含Y元素，E元素至少含有Al和Ga元素中的一种，必含Ga元素，其中0.001≤a≤0.6，0.001≤b≤0.1，1.5≤c≤2，0.001≤d≤0.2，上述两种分子式分别具有β-Ga 2O 3结构以及石榴石结构。
  8. 根据权利要求5或7所述的光学装置，其特征在于，所述β-Ga 2O 3结构近红外发光材料中还可以包含In元素。
  9. 根据权利要求5或7所述的光学装置，其特征在于，所述近红外发光材料中值粒径D50为15-40μm，近红外发光材料占其与吸光剂和/或可见光发光材料质量之和的50-80％。
  10. 根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述近红外发光材料位于LED芯片上方，吸光剂和/或可见光发光材料位于近红外发光材料上方。
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