一种仿自然光LED健康照明器件及其制备方法与流程

本发明涉及led照明领域，尤其是涉及一种仿自然光led健康照明器件及其制备方法。
背景技术：
：科学研究发现，光作为人体昼夜节律系统主要驱动力之一，无论是自然的太阳光还是人造光源，都会引发一连串的生理节律反应。光通过视觉和非视觉作用，不同程度地影响着人体健康。因此，倡导“健康照明”，提高光品质及舒适性具有非常重要的现实意义。所谓健康照明，就是通过照明，改善并提高人们工作、学习、生活的条件和质量，促进心理和生理健康。太阳光谱是最健康的光谱，太阳光谱主要包括紫外、可见及红外光谱。紫外线具有杀菌消毒的作用.可以杀灭螨虫等微生物或病原体：促进维生素d合成，对佝偻病和软骨症有预防和治疗作用；还能预防老年人骨质疏松症；有消炎止痛、促进局部血液循环、调节免疫力等作用。红外线在人体组织代谢、血液循环、人体免疫功能增强等方面具有很好的治疗作用；同时对于肌肉痉挛、肌肉劳损、软组织损伤、身体组织消肿有治疗作用。所谓健康照明主要是指用于照明的人造光源光谱应尽可能接近太阳可见光谱(即仿自然光照明)，照明必须满足场所的功能性要求和人们的心理要求。既要求灯光的舒适度，又要在色温、亮度、光与影的和谐度方面满足人们的心理情绪。在高显色指数的基础上，减少蓝光(r12)的相对能量，以防止蓝光危害；增加红光(r9)的相对能量，以促进人体的身心健康。作为第四代照明光源，led光源是一种具有环保、节能、长寿命等特性的绿色光源。同时，led相对传统光源在频闪危害的控制、色彩还原度等方面更具优势。因此，只要设计合理、科学，作为健康照明的人造光源，led照明将是最佳选择。然而，目前白光led照明主要通过蓝光led+黄色荧光粉来形成。白光led的光谱范围较窄，尤其是短波蓝光区域的能量比较集中，与太阳光谱实际相差很大，还有明显的眩光效应，使得led照明光源对人体长时间照射会产生不利影响。现有的点胶封装工艺也存在光衰减风险；又因其散热性差，不能适应大功率照明要求。中国专利cn104263359a公布了一种全光谱荧光粉及其应用，其由下述重量百分数的下述成分组成：蓝光激发下发射峰值在490nm～505nm的蓝绿光荧光粉：20％-45％；蓝光激发下发射峰值在520nm～540nm的绿光荧光粉：20％-40％；蓝光激发下发射峰值在550nm～575nm的黄光荧光粉：25％-40％；蓝光激发下发射峰值在615nm～640nm的红光荧光粉：3％-15％；该专利技术中将led荧光粉直接涂覆于蓝光芯片做成高显色白光led灯，该led灯发出光光谱在600nm波长时的强度为1.0a.u.左右，在600-650nm的波长范围内急剧下降，而太阳光谱在600nm波长时，其强度为0.8a.u.左右，在600-650nm的波长范围内是均匀地缓慢下降，因此该专利技术的光谱与太阳光谱仍有较大差异。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿自然光led健康照明器件及其制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种仿自然光led健康照明器件，其特征在于，该led健康照明器件由发光陶瓷与led复合芯片采用正装或倒装的方式组装而成；所述发光陶瓷包括陶瓷基片和发光涂层；所述发光涂层的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂，厚度为0.02～0.1mm。所述led复合芯片由若干个主波长范围为400～470nmled芯片构成。优选地，所述led复合芯片包括主波长范围为405～410nm，410～420nm，420～425nm，430～440nm，440～445nm，450～455nm和465～470nm的led芯片。所述led复合芯片的激发电压为10.0～12.0v。所述釉料与所述led荧光粉的质量比为1:1～10，优选为1:5；所述釉料选自玻璃粉或陶瓷粉；所述研磨介质选自分子中碳原子数不大于10的有机物，该有机物的沸点和碳化点均不高于300℃。具体地，所述有机物选自无水乙醇、乙二醇、正丙醇或异丙醇中的一种或几种，优选为异丙醇。所述粘结剂为碳化温度不高于300℃的有机物粘结剂，例如聚偏氟乙烯(pvdf)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯醇缩甲醛(pvf)；该粘结剂还可以为无机粘结剂，如水玻璃；其中，粘结剂优选为聚偏氟乙烯(pvdf)。所述的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，包括以下重量份含量的组分：所述青粉选自basi2n2o2:eu或srsi2n2o2:eu，优选为basi2n2o2:eu；所述绿粉选自mn2s2:eu或ca8mg(sio4)4cl:eu，其中m为ba、sr或ca，n为al、ga或in，优选为baal2s2:eu；所述黄粉选自yag:ce、tag:ce或m2sio4:eu，m为sr、ba或ca，优选为yag:ce；所述红粉选自ms:eu或m2si5n8:eu，m为ba、ca或sr，优选为cas:eu。所述的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料，该陶瓷基片的透光率＞50％，该陶瓷基片可选用商品透明氧化铝，厚度为0.1mm-2.0mm，厚度优选为0.1mm-1.0mm，更优选地，陶瓷基片的厚度为0.4mm。所述led健康照明器件的出光光谱中420-470的蓝光光谱比重不大于整个可见光区的20％。本发明还提供了一种仿自然光led健康照明器件的制备方法，包括以下步骤：led荧光粉、釉料、粘合剂和研磨介质混合、研磨处理得到发光涂层浆料；将该发光涂层浆料涂覆在所述陶瓷基片表面，经过低温烧结得到所述发光陶瓷；选择不同波段范围的led芯片，采用串联或并联的方式连接成所述led复合芯片；将所述发光陶瓷和所述led复合芯片采用正装或倒装的方式组装，得到所述仿自然光led健康照明器件。其中发光涂层浆料涂覆的具体技术为喷釉、浇釉、丝网印刷或静电喷涂；所述陶瓷基片为经过预处理的陶瓷基片，具体预处理过程为将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗10～20min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃～80℃烘干，备用。涂覆技术优选为丝网印刷，所述丝网印刷所用丝网板的目数为100-800目及以上，优选200目；所述通过丝网印刷得到的陶瓷片上发光涂层厚为0.02～0.2mm；低温烧结的温度为500～800℃；优选为600℃。本发明通过led芯片的功率和光谱匹配，共激发发光陶瓷并可调制照明器件的光色性；具体的核心技术为：(1)发光陶瓷的制备技术：以透明氧化铝陶瓷为基片，与多种led发光材料、介质及基础釉料复合制作发光陶瓷。改变荧光粉的组成及发光层的厚度，可以调节出光效率和光谱特性。(2)多光色led复合芯片光源的设计；确保芯片功率和光谱匹配。复合芯片可以共激发发光陶瓷并可调制照明器件的光色性。结合上述发光陶瓷与复合芯片，采用倒装的方式组装，成为led健康照明器件。真正实现高拟合自然光的led健康照明。本发明通过改变荧光粉的组成，将上述的青粉、绿粉、黄粉和红粉按照特定比例混合，得到仿太阳光的led荧光粉，其中关键组分是黄粉30～70份；红粉5.0～25份。因为所选黄粉、红粉吸收、发射光谱宽，效率高，与led芯片组合，最有可能形成平缓宽带的仿自然可见光谱。并且本发明进一步优化了发光涂层的厚度，为0.02～0.1mm。如果涂层太薄，不能有效吸收复合芯片的蓝紫光发射，导致器件的蓝光成分增加；如果太厚，器件的光色性也达不到可见自然光的要求；本发明设计了led复合芯片与发光陶瓷配合，进一步优化器件发出光谱，采用主波长范围为405～470nm的多波段led复合芯片组合，结合本发明得到的发射光谱为480～650nm发光陶瓷，led复合芯片主动发射400～470nm蓝紫光谱，被发光陶瓷部分吸收后，发光陶瓷发射480～650nm光谱。二者复合后即可得到400～700nm的平缓宽带的仿自然可见的全光谱。本发明具有以下技术特点：(1)使用本发明获得的发光陶瓷可以得到高仿可见自然光光谱；(2)用于制作发光陶瓷的荧光粉的用量和选择范围大大增加；(3)发光陶瓷是面光源，可以明显减少蓝光污染和眩光现象；(4)发光陶瓷具有优异的导热性能，可以制作大功率的照明器件；(5)发光陶瓷制备工艺不需点胶，可以大大降低光衰减风险；(6)发光陶瓷结构工艺简单，可以降低成本，提高效率。本发明采用led发光材料制成发光陶瓷，再将发光陶瓷与led激发光源组装成led照明器件，而现有技术中为将led发光材料直接涂布在led芯片上。与现有技术相比较，利用本发明制得的发光陶瓷结合多光色led复合芯片，得到一种光谱更接近可见自然光的led健康照明器件，真正实现仿自然光led健康照明。使用本发明方法制备的led照明器件，可以减少蓝光，光谱均衡、连续、更接近可见自然光。同时，保持led照明节能、环保的特点。由于发光陶瓷具有很好的导热性能及光散射作用，照明光源实际为面光源，大大减少了眩光效应，利用这一技术还可满足大功率照明的应用需求。该技术不需要点胶工艺，可以大大降低光衰减风险，同时可增加荧光粉的用量和选择范围。该制备方法工艺简单，生产周期短，成本低，适合规模生产。附图说明图1为本发明得到的光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1一种发光陶瓷，包括陶瓷基片和发光釉膜，发光涂层的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂；釉料与led荧光粉的质量比为1:5。其中的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料；该陶瓷基片的透光率＞50％，厚度为0.4mm；釉料为熔点低于800℃的玻璃粉。其中，本实施例中的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，由发射波长为490-510nm的青粉(basi2n2o2:eu)、发射波长为510-520的绿粉(baal2s2:eu)、发射波长530-540nm为黄粉(yag:ce)和发射波长为645-650nm红粉(cas:eu)混合而成，具体组分的重量份含量为：发射波长为490-510nm的青粉：30份、发射波长为510-520的绿粉：10份、发射波长为530-540nm的黄粉：50份、发射波长为645-650nm的红粉：10份。研磨介质为异丙醇，粘结剂为偏氟乙烯(pvdf)。本实施例的制备方法为：陶瓷片的预处理：将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗10min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃烘干，备用；称取发射波长为490-510nm的青粉(basi2n2o2:eu)、发射波长为510-520的绿粉(baal2s2:eu)、发射波长530-540nm为黄粉(yag:ce)、发射波长为645-650nm红粉(cas:eu)以及玻璃粉加入玛瑙研钵中，加入少量粘合剂聚偏氟乙烯(pvdf)，以异丙醇为介质充分研磨，得到均匀混合的粉体浆料。将浆料通过丝网印刷技术涂覆在透明陶瓷上，厚度约为0.04mm，在60℃烘箱中烘10min，之后再600℃(空气气氛)下焙烧20min，得到发光陶瓷。实施例2将实施例1中的青粉basi2n2o2:eu换为srsi2n2o2:eu，其他均不变，制得led发光陶瓷。实施例3将实施例1中的绿粉baal2s2:eu换为ca8mg(sio4)4cl:eu，其他均不变，制得led发光陶瓷。实施例4将实施例1中的黄粉yag:ce换为tag:ce，其他均不变，制得led发光陶瓷。实施例5将实施例1中的红粉cas:eu换为sr2si5n8:eu，其他均不变，制得led发光陶瓷e。实施例6一种发光陶瓷，包括陶瓷基片和发光涂层，发光涂层的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂；釉料与led荧光粉的质量比为1:1。其中，的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料；该陶瓷基片的透光率＞50％，厚度为0.1mm；釉料为熔点低于800℃的玻璃粉。其中，本实施例中的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，由发射波长为480-510nm的青粉(srsi2n2o2:eu)；发射波长为530-560nm的黄粉sr2sio4:eu；发射波长为610-650nm的红粉ba2si5n8:eu；具体组分的重量份含量为：青粉：30份、黄粉：50份、红粉：10份。研磨介质为无水乙醇，粘结剂为聚乙烯醇(pva)。本实施例的制备方法为：陶瓷片的预处理：将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗20min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃烘干，备用；称取青粉、黄粉和红粉混合成led荧光粉，将led荧光粉和玻璃粉加入玛瑙研钵中，加入少量粘合剂聚乙烯醇(pva)，以无水乙醇为介质充分研磨，得到均匀混合的粉体浆料。将浆料通过丝网印刷技术涂覆在透明陶瓷上，厚度约为0.1mm，在60℃烘箱中烘10min，之后再500℃(空气气氛)下焙烧60min，得到发光陶瓷f。实施例7一种发光陶瓷，包括陶瓷基片和发光釉膜，发光釉膜的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂；釉料与led荧光粉的质量比为1:10。其中，的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料；该陶瓷基片的透光率＞50％，厚度为0.1mm；釉料为熔点低于800℃的玻璃粉。其中，本实施例中的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，由发射波长为480-510nm的青粉(srsi2n2o2:eu)；发射波长为530-540nm的绿粉(baal2s2:eu)；发射波长为530-560nm的黄粉(ba2sio4:eu)；发射波长为610-650nm的红粉(ca2si5n8:eu)；具体组分的重量份含量为：青粉：20份、绿粉：20份、黄粉：30份、红粉：5份。研磨介质为乙二醇，粘结剂为聚乙烯醇缩甲醛(pvf)。本实施例的制备方法为：陶瓷片的预处理：将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗15min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃烘干，备用；称取青粉、绿粉、黄粉和红粉混合成led荧光粉，将led荧光粉和玻璃粉加入玛瑙研钵中，加入少量粘合剂聚乙烯醇(pva)，以无水乙醇为介质充分研磨，得到均匀混合的粉体浆料。将浆料通过丝网印刷技术涂覆在透明陶瓷上，厚度约为0.2mm，在60℃烘箱中烘10min，之后再800℃(空气气氛)下焙烧5min，得到发光陶瓷g。实施例8一种发光陶瓷，包括陶瓷基片和发光釉膜，发光釉膜的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂；釉料与led荧光粉的质量比为1:10。其中，的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料；该陶瓷基片的透光率＞50％，厚度为0.1mm；釉料为熔点低于800℃的玻璃粉。其中，本实施例中的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，由发射波长为480-510nm的青粉(srsi2n2o2:eu)；发射波长为530-540nm的绿粉(srga2s2:eu)；发射波长为530-560nm的黄粉(ca2sio4:eu)；发射波长为610-650nm的红粉(sr2si5n8:eu)；具体组分的重量份含量为：青粉：45份、绿粉：10份、黄粉：70份、红粉：25份。研磨介质为正丙醇，粘结剂为聚乙烯醇缩甲醛(pvf)。本实施例的制备方法为：陶瓷片的预处理：将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗15min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃烘干，备用；称取青粉、绿粉、黄粉和红粉混合成led荧光粉，将led荧光粉和玻璃粉加入玛瑙研钵中，加入少量粘合剂聚乙烯醇(pva)，以无水乙醇为介质充分研磨，得到均匀混合的粉体浆料。将浆料通过丝网印刷技术涂覆在透明陶瓷上，厚度约为0.2mm，在60℃烘箱中烘10min，之后再800℃(空气气氛)下焙烧5min，得到发光陶瓷g。实施例9一种发光陶瓷，包括陶瓷基片和发光釉膜，发光釉膜的原料包括led荧光粉、釉料、研磨介质和粘结剂；釉料与led荧光粉的质量比为1:10。其中，的陶瓷基片为透明或半透明的陶瓷材料；该陶瓷基片的透光率＞50％，厚度为0.1mm；釉料为熔点低于800℃的玻璃粉。其中，本实施例中的led荧光粉为紫外到蓝光激发的荧光粉，由发射波长为480-510nm的青粉(srsi2n2o2:eu)；发射波长为530-540nm的绿粉(cain2s2:eu)；发射波长为530-560nm的黄粉(ca2sio4:eu)；发射波长为610-650nm的红粉(sr2si5n8:eu)；具体组分的重量份含量为：青粉：30份、绿粉：10份、黄粉：50份、红粉：10份。研磨介质为正丙醇，粘结剂为聚乙烯醇缩甲醛(pvf)。本实施例的制备方法为：陶瓷片的预处理：将陶瓷片完全浸泡在纯水中，超声清洗15min，取出后用蒸馏水冲洗干净，然后放入烘箱中，60℃烘干，备用；称取青粉、绿粉、黄粉和红粉混合成led荧光粉，将led荧光粉和玻璃粉加入玛瑙研钵中，加入少量粘合剂聚乙烯醇(pva)，以无水乙醇为介质充分研磨，得到均匀混合的粉体浆料。将浆料通过丝网印刷技术涂覆在透明陶瓷上，厚度约为0.2mm，在60℃烘箱中烘10min，之后再800℃(空气气氛)下焙烧5min，得到发光陶瓷g。实施例10一种多光色led复合芯片设计，该led复合芯片产生激发光源，本发明中的发光陶瓷与该led复合芯片组合成led照明器件。本实施中激发光源由单一460nm的芯片a产生。实施例11一种多光色led复合芯片设计，该led复合芯片产生激发光源，本发明中的发光陶瓷与该led复合芯片组合成led照明器件。本实施中，灯珠的led芯片选择420～425nm，430～435nm，440～445nm，450～455nm芯片组合，灯珠排列为串并联结合，得到多光色复合芯片b。实施例12一种多光色led复合芯片设计，该led复合芯片产生激发光源，本发明中的发光陶瓷与该led复合芯片组合成led照明器件。本实施中，灯珠的led芯片选择405～410nm，420～425nm，440～450nm，460～470nm芯片组合，灯珠排列为串并联结合，得到多光色复合芯片c。实施例13一种多光色led复合芯片设计，该led复合芯片产生激发光源，本发明中的发光陶瓷与该led复合芯片组合成led照明器件。本实施中，灯珠的led芯片选择405～410nm，420～425nm，440～445nm，450～455nm，465～470nm芯片组合，灯珠排列为串并联结合，得到多光色复合芯片d。实施例14一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与单一460nm芯片a组装，发光层厚为0.08mm，得到照明器件a，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例15一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.08mm，当激发电压为10.5v,得到照明器件b，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1，得到的光谱图见图1。实施例16一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.08mm，当激发电压为10.8v,得到照明器件c，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例17一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.08mm，当激发电压为11.2v,得到照明器件d，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例18一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.08mm，当激发电压为11.5v,得到照明器件e，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例19一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.06mm，当激发电压为10.5v,得到照明器件f，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例20一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.065mm，当激发电压为10.5v,得到照明器件g，该照明器件得到的光谱流明效率、cct，以及色坐标见表1。实施例21一种发光陶瓷的应用，将该发光陶瓷与激发光源复合制成仿自然光的led健康照明器件。将发光陶瓷a与多光色芯片d组合，发光层厚为0.07mm，当激发电压为10.5v,得到照明器件g，流明效率、cct，以及色坐标见表1。表1实施例14～21中的照明器件的流明效率、cct以及色坐标实施例流明效率cct色坐标实施例14211lm/w4490kx＝0.3708，y＝0.4183实施例15108lm/w5313kx＝0.3375，y＝0.3525实施例16147lm/w5253kx＝0.3393，y＝0.3625实施例17105lm/w4988kx＝0.3470，y＝3686实施例18125lm/w5127kx＝0.3427，y＝0.3654实施例19108lm/w5517kx＝0.3390，y＝0.3625实施例20102lm/w5739kx＝0.3267，y＝0.3533实施例21101lm/w5837kx＝0.3247，y＝0.3453从表1中可以看出，用单一460nm芯片激发发光陶瓷，器件具有高的流明效率，发射光谱为460nm-720nm的宽带光谱，色坐标有些偏离自然光谱。用多光色芯片激发该发光陶瓷，流明效率降低，发射光谱基本为自然光谱。综上，本发明通过将荧光粉与透明陶瓷复合，使led光源与自然光接近，让人眼在灯光下感到舒适。并且，利用陶瓷优异的散热性能，可以大功率使用。led光源发光均匀性好，色温色坐标处于理想太阳光范围。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12