光学器件及其制备方法与流程

本发明涉及照明领域。尤其涉及光学器件及其制备方法。

背景技术：

照明光源，包括发光二极管(lightemittingdiode，led)都是人造光源，而太阳光是人类及其他生物健康照明的基础，万物的滋养和进化都有赖于太阳光的照射，因此理想的人造光源应该能够最大可能的还原太阳光。

然而，现有技术中的led光源发射的光无法形成连续光谱，且波峰波谷波动非常大，显色指数偏低，人眼识物和照明物体不能真实还原。另外，现有技术中的主流led光源大多是蓝光芯片激发荧光粉，其中由于蓝光的波峰和比例都较高，对人眼伤害极大，且光谱范围太窄，在短波和长波段降幅很大，几乎没有光谱，而且不是连续光谱，无法做到接近太阳光全光谱。

因此，有必要开发一种新型的光学器件以避免现有技术中存在的上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光学器件及其制备方法，使所述光学器件发射的光能够最大限度地还原太阳光。

为实现上述发明目的，本发明的所述光学器件包括封装结构和设置于所述封装结构的led芯片，所述led芯片包括至少两个led子芯片，所述封装结构包括激发体；至少两个所述led子芯片配置为分别发射不同波长范围的光，以形成由顺次部分重叠的若干子连续光谱组成的第一连续光谱，所述激发体配置为发射另外不同波长范围的光，以形成第二连续光谱；所述第一连续光谱与所述第二连续光谱部分重叠，以使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱。

本发明的所述光学器件的有益效果在于：至少两个led子芯片分别发射不同波长范围的光形成的第一连续光谱与通过所述激发体配置为发射另外不同波长范围的光形成的第二连续光谱部分重叠，且所述第一连续光谱由顺次部分重叠的若干子连续光谱组成，在扩大光谱范围的同时降低了led芯片的蓝光比例并使所述第一连续光谱的波峰波谷的变动幅度减小，以有利于使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱，从而最大限度地还原太阳光。

优选的，所述第一连续光谱的波长范围包括400-500nm。其有益效果在于：降低对人眼伤害较大的短波蓝光的比例。

进一步优选的，相邻所述子连续光谱的中心波长的差值为10-50nm，所述子连续光谱的半峰宽为20nm-100nm，以使相邻所述子连续光谱之间部分重叠以形成重叠区域。其有益效果在于：有利于进一步减小所述第一连续光谱的波峰波谷的变动幅度。

进一步优选的，所述第二连续光谱的波长范围包括450-780nm。其有益效果在于：有助于使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱，从而最大限度地还原太阳光。

进一步优选的，所述激发体包括若干不同颜色的荧光粉，以通过所述led芯片激发产生所述另外不同波长范围的光，若干所述荧光粉的颜色包括蓝色、绿色、橙色和红色。其有益效果在于：便于通过不同颜色的所述荧光粉之间的配比来快速调整所述类太阳光的连续光谱的呈现形式。

优选的，每个所述led子芯片包括子有源区发光层量子阱，不同的所述子有源区发光层量子阱中，元素种类或同一元素相对于对应的所述子有源区发光层量子阱的含量不同，以形成所述子连续光谱的发光峰值。其有益效果在于：便于在同一反应腔内通过调控反应条件形成不同的所述子有源区发光层量子阱，以优化制备过程的生产效率。

进一步优选的，所述子有源区发光层量子阱由氮化铟镓和氮化镓中的任意一种或两种组成，不同所述子有源区发光层量子阱的氮化铟镓中的铟元素含量不同。

本发明的所述光学器件的制备方法包括：

s1：提供衬底和封装结构，所述封装结构包括载体和所述激发体；

s2：在所述衬底上外延生长包括多量子阱结构在内的功能层以形成led芯片，所述多量子阱结构被配置为分别发射不同波长范围的光，以通过形成若干顺次部分重叠的子连续光谱而形成所述第一连续光谱；

s3：将所述led芯片分成至少两个led子芯片后设置于所述载体；

s4：将所述激发体设置于所述载体，以使发射另外不同波长范围的光并形成第二连续光谱，所述第一连续光谱与所述第二连续光谱部分重叠，以使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱。

本发明的所述制备方法的有益效果在于：通过所述步骤s2使至少两个led子芯片分别发射不同波长范围的光形成的第一连续光谱与通过所述步骤s3将所述激发体配置为发射另外不同波长范围的光形成的第二连续光谱部分重叠，在扩大光谱范围的同时降低了led芯片的蓝光比例并使所述第一连续光谱的波峰波谷的变动幅度减小，以有利于使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱，从而最大限度地还原太阳光。

优选的，所述led子芯片包括子有源区发光层量子阱，不同所述led子芯片的不同子有源区发光层量子阱中，控制元素种类或同一元素相对于对应的所述子有源区发光层量子阱的含量不同，以使相邻的所述子连续光谱之间部分重叠。其有益效果在于：便于在同一反应腔内通过调控反应条件形成不同的所述子有源区发光层量子阱，以优化制备过程的生产效率。

优选的，通过调配不同颜色的所述荧光粉之间的配比以激发所述另外不同波长范围的光。其有益效果在于：便于通过不同颜色的所述荧光粉之间的配比来快速调整所述类太阳光的连续光谱的呈现形式。

优选的，所述外延生长的方式包括金属-有机化合物化学气相沉积。

附图说明

图1为本发明一些实施例中光学器件的俯视图；

图2为本发明一些实施例中第一连续光谱的示意图；

图3为本发明一些实施例中色温为4000k时的全光谱光谱的示意图。

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，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种光学器件，所述光学器件包括封装结构和设置于所述封装结构的led芯片。

本发明还提供了所述光学器件的制备方法，包括：

s1：提供衬底和封装结构，所述封装结构包括载体和所述激发体；

s2：在所述衬底上外延生长包括多量子阱结构在内的功能层以形成led芯片，所述多量子阱结构被配置为分别发射不同波长范围的光，以通过形成若干顺次部分重叠的子连续光谱而形成所述第一连续光谱；

s3：将所述led芯片分成至少两个所述led子芯片后设置于所述载体；

s4：将所述激发体设置于所述载体，以使发射所述另外不同波长范围的光并形成第二连续光谱，所述第一连续光谱与所述第二连续光谱部分重叠，以使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱。

本发明一些实施例的所述步骤s1中，所述载体为支架或基板。具体的，所述支架包括表面贴装器件(surfacemounteddevices，smd)支架、陶瓷支架、直插支架和板上芯片封装(chiponboardlight，cob)支架中的任意一种。

本发明一些实施例的所述步骤s1中，所述衬底为蓝宝石。

本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，多量子阱包括5～10个单量子阱，调节所述单量子阱中铟的含量以调节单量子阱的波长，进而相互叠加形成连续的光谱，并获得更大的半峰宽。

本发明一些实施例的所述步骤s3中，至少两个所述led子芯片设置于所述载体。具体地，所述led子芯片的类型为正装芯片、倒装芯片、垂直芯片和高压芯片中的任意一种。

本发明一些具体的实施例中，将至少两个所述led子芯片通过固晶工序固定于所述支架，然后通过焊线或焊接工艺联通所述支架和每个所述led子芯片，使每个所述led子芯片形成电气连接通道。

本发明一些实施例中，至少两个所述led子芯片配置为分别发射不同波长范围的光，以形成由顺次部分重叠的若干子连续光谱组成的第一连续光谱。

本发明一些实施例中，所述第一连续光谱的波长范围包括400-500nm，且包含多峰结构，波峰相对平滑连续，以降低对人眼伤害较大的短波蓝光的比例。具体的，所述第一连续光谱具有的波峰数目至少为2。

本发明一些实施例中，相邻的子连续光谱的中心波长的差值为5-50nm，所述子连续光谱的半峰宽为10nm-100nm，以使相邻的所述子连续光谱之间部分重叠以形成重叠区域。

图1为本发明一些实施例的光学器件的俯视图。

参照图1，光学器件1包括基板11，所述基板11表面设置有第一led子芯片12和第二led子芯片13。所述第一led子芯片12和所述第二led子芯片13由led芯片(图中未表示)分割而成。

现有技术中的led蓝光芯片发光形成的光谱的波长范围通常为445-470nm，并以455nm为中心波长，半峰宽为20nm，在此波长内的蓝光大部分为有害蓝光，具有较高的能量，会使眼睛内的黄斑区毒素量增高，严重威胁眼底健康。

本发明一些实施例中，所述第一led子芯片12被配置为在第一波长范围发光。具体的，所述第一波长范围为400-500nm，并以400-440nm为中心波长，所述第一led子芯片12发光形成的子连续光谱的半峰宽为30-60nm，与现有技术的led蓝光芯片相比，扩大光谱范围的同时降低了led芯片的蓝光比例，减少了对人眼的伤害程度。

本发明一些实施例中，所述第二led子芯片13被配置为在第二波长范围发光。具体的，所述第二波长范围为400-500，并以440-480nm为中心波长，所述第二led子芯片13发光形成的子连续光谱的半峰宽为30-60nm，与现有技术的led蓝光芯片相比，扩大光谱范围的同时降低了led芯片的蓝光比例，减少了对人眼的伤害程度。

本发明一些实施例中，所述第一波长和所述第二波长在400-500nm范围内重叠，所述第一led子芯片12的中心波长与所述第二led子芯片13的中心波长之间的差值为10-60nm，所述第一led子芯片12和所述第二led子芯片13发光形成的连续光谱的波长为380-500nm，并能够形成两个峰结构，拓宽光谱范围的同时有效降低440-480nm之间的蓝光的比例和强度。

本发明一些实施例中，所述基板11的表面还设置有第三led子芯片和第四led子芯片，并分别配置为在第三波长和第四波长范围发光。具体的，所述第三波长和所述第四波长的范围为所述第一波长和所述第二波长范围之外的波长范围，用以弥补和配合所述第一led子芯片12的发光波长以及所述第二led子芯片13的发光波长，以进一步扩大光谱范围并降低蓝光比例。进一步地，所述基板上可以设置5个、6个或更多个led子芯片，其中，波长的设计与两个led子芯片的波长设计原理相同，在此不再详细赘述。

本发明一些实施例中，所述第二led子芯片13与所述第一led子芯片12的中心波长之间的差值为10-60nm，所述第二led子芯片13发光形成的子连续光谱的半峰宽为20nm-60nm，所述第一led子芯片12发光形成的子连续光谱的半峰宽为20nm-60nm。

本发明一些实施例中，所述第一led子芯片12和所述第二led子芯片13形成的子连续光谱顺次部分重叠形成所述第一连续光谱。进一步地，3个、4个、5个或更多个led子芯片形成所述第一连续光谱的原理与两个led子芯片的原理相同，在此不再详细赘述。

具体的，由于400-500nm的蓝光区内，435-460nm的蓝光对人眼的危害性更大，所述第一连续光谱的大部分峰结构形成于400-435nm和460-500nm波长范围内，减少了435-460nm的波长比例。例如，当所述第一连续光谱具有两个峰结构，其中两个峰结构位于400-435nm和460-500nm波长范围内，在435-460nm波长范围内不形成尖峰。

本发明一些实施例中，所述激发体配置为发射另外不同波长范围的光，以形成第二连续光谱，所述第一连续光谱与所述第二连续光谱部分重叠，以使所述光学器件发射类太阳光的连续光谱。

图2为本发明一些实施例中第一连续光谱的示意图。图3为本发明一些实施例中色温为4000k时的全光谱光谱的示意图。所述第一连续光谱的波长范围为400-500nm，所述第二连续光谱的波长范围包括455-780nm，以使形成的所述类太阳光的连续光谱的波长范围为380-780nm，从而有助于最大限度地还原太阳光。

本发明一些实施例中，所述激发体包括若干不同颜色的荧光粉，以激发所述另外不同波长范围的光。

本发明一些实施例的所述步骤s4中，通过调配不同颜色的所述荧光粉之间的配比以激发所述另外不同波长范围的光，便于通过不同颜色的所述荧光粉之间的配比来快速调整所述类太阳光的连续光谱的呈现形式。

本发明一些具体的实施例中，选择青色、红色、橙色、黄色和绿色的荧光粉，以使若干所述荧光粉的颜色从蓝色渐变为绿色，再由绿色渐变为红色。通过配粉点胶工艺来调整不同所述荧光粉的配比以调节色温，从而形成混合荧光粉。然后将所述混合荧光粉和粘接材料注入所述支架的封装功能区域，通过烘烤固化工序完成封装。所述配粉点胶工艺和所述烘烤固化工序为本领域技术人员采用的常规手段，在此不做赘述。

一些实施例中，蓝色荧光粉的配比为52.4～56.4％，黄色荧光粉的配比为21.5～25.5％，绿色荧光粉的配比为15.5～19.5％，红色荧光粉的配比为2.5～6.5％，以形成色温为6500k，波长范围为400-770nm的类太阳光的连续光谱。

又一些实施例中，蓝色荧光粉的配比为56.6～60.6％，黄色荧光粉的配比为22.7～26.7％，绿色荧光粉的配比为10.3～14.3％，红色荧光粉的配比为2.5～6.5％，以形成色温为5000k，波长范围为400-770nm的类太阳光的连续光谱。

又一些实施例中，蓝色荧光粉的配比为48.8～52.8％，黄色荧光粉的配比为20.3～24.3％，绿色荧光粉的配比为18.3～22.3％，红色荧光粉的配比为4.5～8.5％，以形成色温为4000k，波长范围为400-770nm的类太阳光的连续光谱。

又一些实施例中，蓝色荧光粉的配比为60.1～64.1％，绿色荧光粉的配比为28～32％，红色荧光粉的配比为5.6～9.6％，以形成色温为3000k，波长范围为400-770nm的类太阳光的连续光谱。

又一些实施例中，蓝色荧光粉的配比为60.1～64.1％，绿色荧光粉的配比为28～32％，红色荧光粉的配比为6～10％，以形成色温为2700k，波长范围为400-770nm的类太阳光的连续光谱。

本发明一些实施例中，每个所述led子芯片包括子有源区发光层量子阱，不同的所述子有源区发光层量子阱中，元素种类或同一元素相对于对应的所述子有源区发光层量子阱的含量不同，以使相邻的所述子连续光谱之间部分重叠。

本发明一些实施例中，所述子有源区发光层量子阱由氮化铟镓和氮化镓中的任意一种或两种组成，不同所述子有源区发光层量子阱的氮化铟镓中的铟元素含量不同。

本发明一些实施例的所述步骤s2中，所述外延生长的方式包括金属-有机化合物化学气相沉积(metal-organicchemicalvapordeposition，mocvd)。

本发明一些具体的实施例中，以纯度大于99.9％的三甲基铟、三甲基镓以及氨气分别作为铟源、镓源以及氮源，在蓝宝石衬底上周期性沉积氮化镓和氮化铟镓，通过调控铟源的流量以及沉积的温度来控制不同所述子有源区发光层量子阱的氮化铟镓中的铟元素含量。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。