一種使用cop濾光片的led光源的製作方法
2023-05-07 10:30:46 2
專利名稱：一種使用cop濾光片的led光源的製作方法
—種使用COP濾光片的LED光源技術領域
本發明屬於LED照明技術領域。具體涉及光過濾技術。技術背景
隨著超高亮LED的出現，其效率越來越高，且價格逐漸下降。同時LED具有壽命長、 耐震動、發光效率高、無幹擾、不怕低溫、無汞汙染問題和性價比高等特點，是被半導體行業 看好的替代傳統照明器具的一大潛力商品。超高亮度LED大大擴展了 LED在各種信號顯示 和照明光源領域中的應用，如汽車內外燈、各種交通信號燈，室內外信息顯示屏和背光源。 將LED產品用於照明，將為LED提供更廣闊的應用空間。
隨著LED光源的應用範圍越來越廣泛，LED光源的光輻射危害問題必須加以重視。
光輻射危害主要是指不同波段的光對人體的過度照射導致的危害，主要是對人眼 和皮膚，如皮膚和眼睛的光化學危害、眼睛的近紫外危害、視網膜藍光光化學危害、視網膜 無晶狀體光化學危害、視網膜熱危害和皮膚熱危害等，而兩者之中更容易受到傷害的是眼 睛。近年來，隨著大功率LED的日益增加，LED的亮度越來越高，輻射危害性也越來越強。
在光輻射的波段範圍中，紫色、近紫外、紫外的短波長和近紅外、紅外的長波長波 段更易引起生物危害。
光輻射對眼睛的危害如下1)當人體受到一定時間的紫外輻射照射，會引起光致 角膜炎和光致結膜炎；2)長期的紫外光照射會引發白內障；3)強烈的光輻射照射能導致視 網膜灼傷，造成這種危害的效果最明顯的波段是435 440nm ；4)伴隨著視網膜熱危害，光 輻射能對視網膜造成光化學危害，甚至能夠引發視網膜炎，波長440nm的光危害最大；5)長 期受到紅外輻射影響會引發白內障，危害最大的波段是780 1400nm。
而對於皮膚，光輻射所造成的傷害有1)耐久曬黑，導致皮膚發紅和發痛的最顯 著的波段是320nm以下的紫外輻射；2)皮膚老化，長期的光輻射能加速皮膚老化，呈現幹 燥、粗糙、皮革狀和皺紋累累的外觀；3)皮膚癌，長期接受紫外輻射導致的最嚴重結果是引 發皮膚癌。
目前國際國內在光輻射安全的測試評價方面已經制定了多個相應的標準。但是 LED是區別與傳統非相干光源和雷射等相干光源的新型光源，對於LED的光輻射危害的測 試與評價方法的研究目前還處於起步階段。
由於LED在照明領域的不斷發展，CIE (國際照明委員會)在最新版的CIE S 009/ E 2002標準中對LED的安全性做出了規定。對LED造成皮膚和眼睛的光化學危害、眼睛的 近紫外危害、視網膜藍光光化學危害、視網膜無晶狀體光化學危害、視網膜熱危害和皮膚熱 危害等危害的曝輻限值做出了規定。CIE S 009/E :2002標準出臺之後，IEC於2002年全部 引用，並與2006年據此出版新標準IEC-62471，於2007年發布IEC 60825-2007，其重要性 可見一斑。
國內，針對於普通非相干、寬波段的燈與燈系統的國家標準「燈與燈系統的光生物 安全性」已於2006年正式實施(GB/T 20145-2006)，該標準對各種燈具的光生物安全性給予指導。由此，LED照明技術領域中的光過濾技術工藝和材料成為一項重要的的學科。有關LED光源的專利文獻很多，但是未有對紫色、近紫外、紫外和近紅外、紅外波段過濾的專利，也未有關於截止紫外線/紅外線雙重功能的由環烯烴聚合物(Cyclo-olefin polymer簡稱COP)非晶型聚烯烴材料成型的透明基材鍍膜工藝的專利。
發明內容
本發明提供一種使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源。如圖1所示，本發明使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源，包括具有至少一個LED晶片11的LED器件1，以及安裝在LED器件上用於過濾LED晶片發出的光線的濾光片2，其中LED晶片發出的光經濾光片發射到外部；濾光片可以在封裝LED器件I時就加入，也可以在對LED器件進行二次封裝時安裝，又或者多個LED器件共同使用一個濾光片。LED器件可以為單色或多色，單色是在LED器件中封裝某一種發射波長的LED晶片，使其發出一種顏色的光，一個LED器件內至少有一個LED晶片；多色則是將多種不同發射波長的LED晶片共同封裝在一個LED器件中，如紅、藍、綠三色晶片共同封裝或其它顏色晶片組合的共同封裝。COP濾光片是具有截止紫外線和紅外線雙功能的由環烯烴聚合物成型的透明基材鍍膜形成，能夠吸收波長小於445nm的短波長範圍和波長大於700nm的長波長範圍內的光。本發明還提供一種具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片及其製備方法。具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片由環烯烴聚合物(COP)成型的透明基材鍍膜，包括環烯烴聚合物透明基材成型的任意曲面的透鏡，或者任意薄膜片，或者任意立體幾何形狀；其特徵是由環烯烴聚合物成型的透明基材(以下簡稱COP透明基材)表面鍍有紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，紫外線截止膜層位於COP透明基材表面最外層或者紅外線截止膜層位於COP透明基材的最外層。所述的紫外線截止膜層為氧化鈦-氧化鈰膜層，氧化鈦和氧化鈰的質量比例為10 90% : 10 90%。所述的紫外線截止膜層厚度為10 500納米；其濾波波長範圍設定為445nm以下。所述的紅外線截止膜層由兩種高、低折射率材料薄膜相互間隔堆疊而成；該高折射率材料薄膜由五氧化二鉭形成；該低折射率材料薄膜由二氧化矽形成。所述的紅外線截止膜層厚度為10 500納米；其濾波波長範圍設定為大於700nm。其中環烯烴聚合物(COP)透明基材由注塑成型。環烯烴聚合物成型的透明基材具有光學透過率高(92% )、飽和吸水率低(< O. 01% )、玻璃轉化溫度和荷重彎曲溫度較高(分別為140°C和123°C )的特點，比較適合用於LED光源的濾光片。其折射率為1. 525。其中紫外線截止膜層和紅外線截止膜層均可以不止一層，可根據需要依一定次序鍍若干層紫外線截止膜層和紅外線截止膜層。如上所述的具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片的製備方法，其特徵是包括如下步驟I)首先對待鍍膜COP透明基材進行清洗、乾燥後，進行預真空過渡；最後在真空設備中進行離子反濺射清洗，讓加速離子轟擊基片表面，去除雜質，得到清潔的COP透明基材；2)然後採用磁控濺射鍍制方法鍍制膜層(I).配製截止紫外線和截止紅外線的靶材截止紫外線靶材由氧化鈦(TiO2)和氧化鈰(CeO2)組成，氧化鈦和氧化鈰各組份所佔質量百分比為氧化鈦10 90%，氧化鈰10 90% ;混合均勻並燒結成靶材。截止紅外線靶材低折射率薄膜靶材為高純度的矽；高折射率薄膜由五氧化二鉭組成；靶材為高純度的Ta205。(2).磁控濺射鍍膜在純氬氣或在氧氬混合氣體氛圍中對COP透明基材進行磁控濺射鍍膜，濺射氣壓範圍為O.1OPa 3. OPa，濺射時氬氧混合氣體中氧氣所佔質量百分比為O至90% ;採用下述三種方式之一進行鍍膜(a)先由氧化鈦-氧化鈰靶材對COP透明基材進行磁控濺射鍍內層膜，在此基礎上，再由矽靶材和五氧化二鉭靶材進行磁控濺射鍍外層膜得到濾光片；(b)先由矽靶材和五氧化二鉭靶材對COP透明基材進行磁控濺射鍍內層膜，在此基礎上，再由氧化鈦-氧化鈰靶材進行磁控濺射鍍外層膜得到濾光片，(c)依一定次序在COP透明基材上鍍若干層紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，得到濾光片。所述的步驟2)中的COP透明基材鍍膜時採用在線加熱，熱處理溫度為20 160。。。所述的步驟2)中得到的具有截止紫外線和紅外線雙功能的由環烯烴聚合物成型的透明基材鍍膜濾光片採用離線熱處理，熱處理溫度為20 160°C，熱處理時間為10 240分鐘。本發明使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源，可以製造任何形狀的照明燈具，並且符合IEC 60825-2007和IEC62471-2006，以及光輻射安全國家標準GB/T 20145-2006 「燈與燈系統的光生物安全性」。本發明用磁控濺射法在COP透明基材上鍍有紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，紫外線截止膜層除鈰離子吸收紫外線外，Ti離子在波長為380nm左右也有強烈吸收，Ti和Ce離子複合，能完全截止紫外線，紫外線截止率高，不影響可見光透過率；其製備方法簡單。所形成的濾光片適用於LED光源或其他光源上，使光源產品符合IEC 60825-2007和IEC 62471-2006，以及光輻射安全國家標準GB/T 20145-2006 「燈與燈系統的光生物安全性」。由於本發明的LED光源已經過濾了生物危害性較高的波段內的光輻射，因此，當該LED光源使用時，就不需要另外附加過濾裝置來降低光福射危害。
圖1是本發明使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源的結構剖面示意圖；圖2是本發明另一實施例的LED光源的剖面示意圖；圖3是本發明又一實施例多個LED器件共同使用一個COP濾光片形成的LED光源的不意圖4是本發明又一實施例一種燈具的示意圖；圖5是透過本發明具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片的入射光波長-入射光透射百分比的曲線圖；圖6是適用了本發明LED光源作為液晶電視背光源的示意圖。
具體實施例方式
實施例一請參閱圖1，一個LED器件1，其中封裝了一個LED晶片11，一個COP濾光片2位於LED晶片11上方，並固定。工作時，LED晶片11發出的光必須通過濾光片2後才能發射到外部，由濾光片2對LED晶片發出的波長小於445nm和大於700nm範圍內的光過濾。LED晶片11可以選擇任何所需要的發射波長，舉例如主波長為530nm的綠光，或主波長為620nm的紅光；再如主波長為460nm的藍光，並在灌封的膠內混合一定比例的YAG粉，通過LED晶片發出的藍光激發YAG粉，最後獲得色溫為8000K或其他所需色溫的白光。具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片的製備，包括如下步驟I)首先對待鍍膜COP透明基材進行清洗、乾燥後，進行預真空過渡；最後在真空設備中進行離子反濺射清洗，讓加速離子轟擊基片表面，去除雜質，得到清潔的COP透明基材；2)然後採用磁控濺射鍍制方法鍍制膜層(I).配製截止紫外線和截止紅外線的靶材截止紫外線的靶材(a)按質量比為9 I的比例稱取化學純的Ti02(純度為99.9% )和分析純的CeO2 (純度為99. 9% )粉末共IOOg ;然後將粉體混合物放入行星式球磨機中，以乙醇為介質，210r/min溼磨24h混合均勻；(b)研磨並過篩；(c)稱取70g粉體放入自製的石墨模具(Φ60_)中，利用多功能真空熱壓燒結爐，以5°C/min自動升溫，當溫度達200°C時通入保護氣體高純N2(純度99. 995% )，溫度為1050°C時，加壓，熱壓壓力為15Mpa，並保溫2h，之後隨爐冷卻至室溫，即可得到060mmX6mm的高緻密度Ce02/Ti02複合靶材。截止紅外線的靶材低折射率薄膜的靶材為純度99. 99%的直徑4英寸的矽靶；高折射率薄膜靶材為純度99. 99%的直徑4英寸Ta2O5靶。(2).磁控濺射鍍膜採用超高真空型立式三靶磁控濺射鍍膜系統，配備有轉動系統，可以使沉積的薄膜厚度均勻，可靠性較高。磁控濺射儀濺射沉積&02/1102複合薄膜，工藝參數為濺射氣體95%氬和5%氧混合氣體(純度> 99. 9% );濺射氣體流量60cm3/S ;濺射氣壓1. OPa ；背底真空度:6. OX KT5Pa ;濺射功率60ff,90ff, 120W和150W ;濺射時間3h ;靶材與COP透明基材的間距為65mm。紫外線截止膜層厚度為210納米。採用立式三靶磁控濺射鍍膜系統，採用Ta2O5靶，室溫條件下通入氬氣為濺射氣體，氧氣為反應氣體，氬氣與氧氣的氣體流量比例為16 4，功率100W，濺射氣壓為O. 2 1. OPa0採用反應射頻濺射法製備SiO2膜，靶材為純度99. 99%的矽靶，襯底為COP透明基材。樣品架與濺射靶面成45°角，間距連續可調；為了保證膜層的均勻性，樣品架無級變速旋轉；工作氣體為純度為99. 99%的氬氣和氧氣。濺射氣壓為O. 7Pa，濺射溫度不高於 250°C，濺射功率為IlOw左右。紅外線截止膜層厚度為180納米。
濺射結束後對塗層進行熱處理，採用普通箱式電阻爐，以5 8°C /min升溫至 160 C ;保溫4h後隨爐冷卻至室溫。
本實施例中，COP透明基材為圓形平板狀薄片。
實施例二
與實施例一基本相同，不同的是COP濾光片的製備，先由矽靶材和五氧化二鉭靶 材對COP透明基材進行磁控濺射鍍內層膜，在此基礎上，再由氧化鈦-氧化鈰靶材進行磁控 濺射鍍外層膜得到產品。
實施例三
與實施例一基本相同，不同的是濾光片由COP透明基材成型為圓形透鏡曲面，如 圖2所示；又或是成型為方形透鏡曲面，再進行清洗和鍍膜。
實施例四
與實施例一基本相同，不同的是在COP透明基材上先鍍紫外線截止膜層，再鍍紅 外線截止膜層，然後再鍍紫外線截止膜層，這樣形成三層鍍膜的濾光片；或根據需要，依一 定次序鍍若干層紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，形成濾光片。
實施例五
與實施例一基本相同，不同的是一個LED器件中，封裝了多個同波長或不同波長 的LED晶片，舉例如兩個藍色晶片共同封裝，又如紅、藍、綠三色LED晶片共同封裝。工作 時，同波長或不同波長的LED晶片發出的光必須通過濾光片後才能發射到外部，由濾光片 對LED晶片發出的波長小於445nm和大於700nm範圍內的光過濾。
實施例六
如圖3所示，多個LED器件I組合在一起，安裝在PCB 3上。在所有LED器件的出 光方向，安裝了一個具有截止紫外線和紅外線雙功能的濾光片2。
由多個LED器件共同使用一個濾光片，還包括其他必須元件如PCB、外殼、電子元 件等，構成一個LED光源；整個LED光源的結構根據需要而定。此LED光源工作時，所有LED 器件中的LED晶片發出的光必須通過濾光片後才能發射到外部，由濾光片對LED晶片發出 的波長小於445nm和大於700nm範圍內的光過濾。
其中LED器件I可以為單色或多色，為單色時，在LED器件中封裝至少一個某一種 發射波長的LED晶片，舉例如主波長為530nm的綠光，或主波長為620nm的紅光；再如主波 長為460nm的藍光，並在灌封的膠內混合一定比例的YAG粉，通過LED晶片發出的藍光激發 YAG粉，最後獲得色溫為8000K或其他所需色溫的白光。為多色時，將多種不同發射波長的 LED晶片共同封裝在一個LED器件中，舉例如紅、藍、綠三色晶片共同封裝或其它顏色晶片 組合的共同封裝。
實施例七
如圖4所示，是一種燈具的例子，同樣是由多個LED器件共同使用一個濾光片。多 個LED器件I按照一定規律組合在一起，外部安裝了一個立體球形罩子2，這個罩子是具有 截止紫外線和紅外線雙功能的濾光片。此LED光源工作時，所有LED器件中的LED晶片發 出的光必須通過濾光片後才能發射到外部，由濾光片對LED晶片發出的波長小於445nm和大於700nm範圍內的光過濾。實施例八圖6是適用了本發明實施例一 實施例五的LED光源作為液晶電視背光源系統的示意圖。多個使用濾光片的LED光源4安裝在PCB5上，LED光源均勻排列。LED光源採用貼片安裝(SMT)的形式，PCB上已製作好相應的電路，使LED光源可以正常工作。在LED光源的出光方向，依次排列著擴散板6和一系列光學膜7。工作時，LED光源所發出的光都進入擴散板，經過充分反射混合，再通過光學膜，其作用是對光線的方向進行整理。最後光線照射到液晶面板的後表面，形成背光照明。作為背光源，本實施例可以用於各種液晶顯示設備，尤其是有輻射安全性或夜視兼容性要求的顯示設備。例如液晶電視、監控器、顯示器，適用於工業、民用、軍用等領域。以上只是本發明的優選實施方式進行了描述，本領域的技術人員在本發明技術的方案範圍內，進行的通常變化和替換，都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源，其特徵在於包括具有至少一個LED晶片的LED器件，以及安裝在LED器件上用於過濾LED晶片發出的光線的濾光片，其中LED晶片發出的光經濾光片發射到外部。
2.根據權利要求1所述的LED光源，其特徵在於所述濾光片在封裝LED器件時就加入， 或者在對LED器件進行二次封裝時安裝，又或者多個LED器件共同使用一個濾光片。
3.根據權利要求1所述的LED光源，其特徵在於LED器件為單色或多色，單色是在LED 器件中封裝某一種發射波長的LED晶片，一個LED器件內至少有一個LED晶片；多色是將多種不同發射波長的LED晶片共同封裝在一個LED器件中。
4.根據權利要求1所述的LED光源，其特徵在於所述COP濾光片是具有截止紫外線和紅外線雙功能的由環烯烴聚合物成型的透明基材鍍膜形成，能夠吸收波長小於445nm的短波長範圍和波長大於700nm的長波長範圍內的光。
5.根據權利要求4所述的具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片，由環烯烴聚合物(COP)成型的透明基材鍍膜，包括環烯烴聚合物透明基材成型的任意曲面的透鏡，或者任意薄膜片，或者任意立體幾何形狀；其特徵是由環烯烴聚合物成型的透明基材表面鍍有紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，紫外線截止膜層位於COP透明基材表面最外層或者紅外線截止膜層位於COP透明基材的最外層。
6.根據權利要求5所述的濾光片，其特徵是所述的紫外線截止膜層為氧化鈦-氧化鈰膜層，氧化鈦和氧化鈰的質量比例為10 90% 10 90%。
7.根據權利要求5所述的濾光片，其特徵是所述的紫外線截止膜層厚度為10 500納米；其濾波波長範圍設定為445nm以 下。
8.根據權利要求5所述的濾光片，其特徵是所述的紅外線截止膜層由兩種高、低折射率材料薄膜相互間隔堆疊而成；該高折射率材料薄膜由五氧化二鉭形成；該低折射率材料薄膜由二氧化矽形成。
9.根據權利要求5所述的濾光片，其特徵是所述的紅外線截止膜層厚度為10 500納米；其濾波波長範圍設定為大於 700nm。
10.根據權利要求5所述的濾光片，其特徵是根據需要依一定次序鍍若干層紫外線截止膜層和紅外線截止膜層。
11.一種具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片的製備方法，其特徵是包括如下步驟1)首先對待鍍膜COP透明基材進行清洗、乾燥後，進行預真空過渡；最後在真空設備中進行離子反濺射清洗，讓加速離子轟擊基片表面，去除雜質，得到清潔的COP透明基材；2)然後採用磁控濺射鍍制方法鍍制膜層(1).配製截止紫外線和截止紅外線的靶材截止紫外線靶材由氧化鈦(TiO2)和氧化鈰(CeO2)組成,氧化鈦和氧化鈰各組份所佔質量百分比為氧化鈦10 90%,氧化鋪10 90% ;混合均勻並燒結成祀材。截止紅外線靶材低折射率薄膜靶材為高純度的矽；高折射率薄膜由五氧化二鉭組成；靶材為高純度的Ta205。(2).磁控濺射鍍膜在純氬氣或在氧氬混合氣體氛圍中對COP透明基材進行磁控濺射鍍膜，濺射氣壓範圍為O.1OPa 3. OPa,濺射時氬氧混合氣體中氧氣所佔質量百分比為O至90% ;採用下述三種方式之一進行鍍膜(a)先由氧化鈦-氧化鈰靶材對COP透明基材進行磁控濺射鍍內層膜，在此基礎上，再由矽靶材和五氧化二鉭靶材進行磁控濺射鍍外層膜得到濾光片；(b)先由矽靶材和五氧化二鉭靶材對COP透明基材進行磁控濺射鍍內層膜，在此基礎上，再由氧化鈦-氧化鈰靶材進行磁控濺射鍍外層膜得到濾光片；(c)依一定次序在COP透明基材上鍍若干層紫外線截止膜層和紅外線截止膜層，得到濾光片。
12.根據權利要求11所述的濾光片的製備方法，其特徵是所述的步驟2)中的COP透明基材鍍膜時採用在線加熱，熱處理溫度為20 160°C。
13.根據權利要求1所述的LED光源，其特徵在於可以製造任何形狀的照明燈具，並且符合ffiC 60825-2007和IEC 62471-2006，以及光輻射安全國家標準GB/T 20145-2006「燈與燈系統的光生物安全性」。
全文摘要
本發明提供一種使用具有截止紫外線和紅外線雙功能COP濾光片的LED光源，包括具有至少一個LED晶片的LED器件，以及安裝在LED器件上用於過濾LED晶片發出的光線的濾光片，其中LED晶片發出的光經濾光片發射到外部；濾光片可以在封裝LED器件時就加入，也可以在對LED器件進行二次封裝時安裝，又或者多個LED器件共同使用一個濾光片。濾光片是具有截止紫外線和紅外線雙功能的由COP成型的透明基材，表面鍍有紫外線截止膜層和紅外線截止膜層；能夠吸收波長小於445nm的短波長範圍和波長大於700nm的長波長範圍內的光。本發明還提供一種具有截止紫外線和紅外線雙功能的COP濾光片及其製備方法。
文檔編號F21V9/00GK103047615SQ20091010727
公開日2013年4月17日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者李欣洋 申請人:李欣洋