一种提高出光效率的降眩光防蓝光led光学结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能够提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，包括LED光源，柔性光学过渡层和透镜，所述LED光源为利用InGaN芯片所发射的蓝光激发Ce：YAG黄色荧光粉，然后再由蓝光和荧光粉所产生的黄光进行混合而得到白光；所述柔性光学过渡层为柔性的聚硅氧烷凝胶，预装在透镜的底座光源腔中，当LED光源和透镜连接在一起时会由于光源的挤压而填充满光源和透镜之间的空隙。柔性光学过渡层能够减少光在由光密介质进入光疏介质时引起的全反射损失和光学界面的反射损失，提高出光效率；相比于通过粘贴滤光膜来实现减少蓝光的技术而言，本实用新型的优势在于光学效率高，光线柔和，光斑均匀，显色性好，工艺简单，成本低廉。
【专利说明】
一种提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及光学照明、显示技术领域，尤其是指一种能够提高出光效率的降眩光防蓝光光学结构。
【背景技术】
[0002]由于LED具有长寿命、体积小、光效高、节能、可靠性好、易于控制等传统光源所难以比拟的优势，已逐渐应用在灯具、电视、电脑显示屏、智能手机、平板电脑等人们生活的方方面面，并保持飞速发展的态势。但是，随着LED光效的不断提升，其亮度也不断提高，功率从毫瓦级上升到数十瓦级，由此带来的光生物安全性已越来越受到人们的重视。这些产品(尤其是LED灯与显示屏)发出的光中含有大量的高能短波蓝光。1966年Noell等研究发现蓝光的照射可以引起视网膜细胞的损伤，导致视力下降甚至丧失。近几十年来眼视光医学界已经证实蓝光污染对人类的视力会产生严重的影响。因此，有效避免过量蓝光的辐射对保护视力至关重要。
[0003]此外，早期的照明产品往往片面强调节能效果，谋求更高的出光效率，而忽视了光对人们生活品质的影响。由于LED光源功率密度高，光源面积小，很容易产生刺眼的直接眩光，引起人们视觉上的不适，这不仅会影响空间的视看条件，还是导致视力下降和心理不快的重要因素。目前，通常的做法是使用磨砂处理的透光罩，使得发出的光线比较柔和。但是这种做法是以牺牲一部分光强为代价，光效比较低。因此，寻找合适的降眩光防蓝光光学结构，对于儿童、长期在室内外强光环境下的工作者、有白内障及黄斑病变的患者、学生族以及长期使用电脑的上班族来说，都具有十分重要的意义。
[0004]为了防止蓝光对人眼造成的伤害，人们通常采用两种方法，一是在出光面部分添加一层滤光膜，来吸收光源发出的过量蓝光，二是通过佩戴抗蓝光的眼镜。这两种方法共同的缺点是，一是由于相当比例的蓝光被吸收，导致真正到达视网膜的蓝光比例偏低，从而降低了显色指数，引起明显的颜色失真，长此以往会造成视神经的色彩感光敏感度降低，有导致色弱乃至色盲的风险。二是不论是滤光膜还是抗蓝光眼镜，都对整体的光通量造成了一定程度的衰减，引起系统的出光效率降低。不仅如此，此类滤光膜和抗蓝光眼镜对长波可见光的选择性透过率较低，容易引起视物和辨色能力下降。现阶段采取的一致手段是蒸镀多层增透膜，但效果有限，工艺繁琐。并且现有的防蓝光滤光膜或抗蓝光眼镜多是在树脂基材中掺杂或表面浸染黄色素等有机染色剂，利用光学色彩的中和原理来达到一定的蓝光中和或过滤效果。但是，由于有机染料耐候性较弱，经光源长期照射会老化褪色，不能经久耐用。
[0005]现有照明技术(图2)中，光源和光学部件之间有一层空气间隔层。由于LED封装时往往在灯珠表面添加一层硅胶来起到保护和密封作用，其折射率约为1.56，而空气的折射率为I，光在由光密介质进入光疏介质时，大于全反射角的光线会发生全反射，同时在每一光学界面都会引起反射损失，导致系统的光学效率降低。如何采取经济有效的技术手段，来减少这部分反射损失，对于提高和改善照明效果，具有明显的现实意义。【实用新型内容】
[000?]有鉴于此，本实用新型针对现有技术的不足，旨在提供一种在提尚出光效率的情况下，有效降低眩光和防止过量蓝光对人眼造成伤害的LED光学结构。
[0007]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:一种提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，包括LED光源，柔性光学过渡层和透镜，所述LED光源为利用InGaN芯片所发射的蓝光激发Ce:YAG黄色荧光粉，然后再由蓝光和荧光粉所产生的黄光进行混合而得到白光;所述柔性光学过渡层为柔性的聚硅氧烷凝胶，预装在透镜的底座光源腔中，当LED光源和透镜连接在一起时会由于光源的挤压而填充满光源和透镜之间的空隙。柔性光学过渡层能够减少光在由光密介质进入光疏介质时引起的全反射损失和光学界面的反射损失，提高出光效率。
[0008]进一步地，所述聚硅氧烷凝胶光学过渡层中掺入相当于聚硅氧烷凝胶添加质量0.1%-0.3%的蓝光吸收剂。
[0009]进一步地，所述聚硅氧烷凝胶的折射率在1.5-1.6之间。
[0010]进一步地，所述聚硅氧烷凝胶的透光率大于95%。
[0011]进一步地，所述聚硅氧烷凝胶中还包括增亮剂和光扩散剂。
[0012]进一步地，所述蓝光吸收剂可以选用市场上可以得到的蓝光吸收剂，例如取代苯基偶氮苯基化合物，具体的可以是1-芳基-3-烷基-4-乙烯基苯偶氮基-5-羟基吡唑;在本实用新型的一个优选实施例中选用了由表面活性剂包覆的金属基卟啉衍生物，其中表面活性剂与金属基卟啉衍生物的质量比为I?10:1。
[0013]进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
[0014]进一步地，所述透镜的光学表面布满不同形状和大小的鳞甲结构，所述鳞甲结构可为四边形、五边形或六边形中的一种或多种。光学表面的鳞甲结构将LED光源波面分割成众多的像，从而极大地提升人眼感知的发光面积，降低了眩光。
[0015]采用本实用新型所带来的有益效果为，在降低过量蓝光的同时，不但不会引起出光效率的降低，反而会使出光效率得到进一步的提升，同时保持足够的显色性;通过在蓝光吸收剂表面添加一层表面活性剂，提高和改善了蓝光吸收剂的耐候性;通过透镜光学表面的鳞甲设计，降低灯具或光学系统的眩光。相比于通过粘贴滤光膜来实现减少蓝光的技术而言，本实用新型提供的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构光学效率高，光线柔和，光斑均匀，显色性好，工艺简单，成本低廉。
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构【具体实施方式】的整体结构示意图；
[0018]图2是现有技术中的LED光学结构不意图；
[0019]图3是光学表面为鳞甲的透镜【具体实施方式】的结构示意图；
[0020]图4是现有技术中的LED光学结构的光谱分布曲线；
[0021 ]图5是本实用新型的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构的光谱分布曲线。
[0022]图6是本实用新型的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构的光路示意图。
[0023]【附图说明】:1.LED光源;2.柔性光学过渡层;3.透镜;4.表面活性剂;5金属基卟啉衍生物。
【具体实施方式】
[0024]为进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本实用新型的优点与精神，藉由以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型做进一步的解释。
[0025]本实用新型的基本设计理念如下:根据光学结构的应用环境确定适宜的配光方式，并用光学模拟软件按照规定的透镜尺寸、出光角度、照度和均匀度设计光学表面为鳞甲的透镜。通过鳞甲结构6设计，将LED光源I波面分割成数以百计的像，极大提升人眼感知的发光面积，从而降低眩光。鳞甲可以采取多种形式，四边形，六边形都是允许的。设计时将光源I和透镜3之间的介质预设为折射率1.56的聚硅氧烷凝胶。透镜的材料为PMMA或PC，设计结果如图1所示。采用照明计算软件分析由此种光学结构形成的灯具在实际应用环境中的统一眩光值(UGR)，改变鳞甲(6)的大小、起伏高度和形状，检验设计结果是否满足GB50034-2013《建筑照明设计标准》的要求。根据设计结果制作透镜。将制作好的透镜和设计目标进行对比分析并进行适当修正，以确保实际效果和预设目标一致。
[0026]称取99.Sg用于制作光学过渡层2的聚硅氧烷凝胶，加入0.2g由十二烷基苯磺酸钠包覆的金属基卟啉衍生物5，其中含有0.18g十二烷基苯磺酸钠，0.02g金属基卟啉衍生物，通过磁力搅拌器使由十二烷基苯磺酸钠包覆的金属基卟啉衍生物5均匀分散于聚硅氧烷凝胶中，并用工业真空栗进行脱气处理待用。
[0027]取适量由以上所述方法制取的混合物，填充于透镜底部的光源腔中。柔性聚硅氧烷凝胶的填充量以当LED光源和透镜结合在一起时有少量溢出为宜，溢出质量为添加质量的1%?20%。用LED快速光色电综合测试系统测试经以上处理后的光谱分布，测试结果见图4。从图4可知，与未经处理前的测试结果(图3)相比，蓝光的强度和比例得到了一定的降低。
[0028]适用于本实用新型的有机聚硅氧烷凝胶包括但不限于丙烯酸酯封端的聚硅氧烷和甲基丙烯酸酯封端的聚硅氧烷，其中所述聚硅氧烷含有适量的芳香部分以便使聚硅氧烷的折射率至少大于1.5。优选地，所述每个聚硅氧烷单元平均分子量大约在1000-10000之间。并且聚硅氧烷的分子量大约大于1000，但是不高于300000。
[0029]现有照明技术中(图2)，由于对LED光源和透镜之间的空气间隔层没做适当的处理，由于光从光密介质进入光疏介质时的全反射损失和光学界面处的反射损失，最后只能得到发光芯片发出的总光通量中88%左右的光通量。本实用新型中(图6)，由于在LED光源
(I)和透镜3之间添加了柔性光学过渡层2，虽然柔性光学过渡层2中的蓝光吸收剂会引起光通量的少许损失，但由于减少了光学界面处的反射损失，因此大约可以获得发光芯片发出的总光通量中96%的光通量。
[0030]以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，所做的任何修改、等同替换、改进、变形等，均包含在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，其特征在于，包括LED光源(I)，柔性光学过渡层(2)和透镜(3)，所述LED光源(I)利用InGaN芯片所发射的蓝光激发Ce: YAG黄色荧光粉，然后再由蓝光和荧光粉所产生的黄光进行混合而得到白光;所述柔性光学过渡层(2)为柔性的聚硅氧烷凝胶，预装在透镜(3)的底座光源腔中，当所述LED光源(I)和透镜(3)连接在一起时会由于光源的挤压而填充满光源(I)和透镜(3)之间的空隙。2.根据权利要求1所述的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，其特征在于，所述光学结构出射光的(:^(1，7)坐标为(0.33±0.05，0.33±0.05)。3.根据权利要求1所述的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，其特征在于，所述光学结构出光的显色指数大于80。4.根据权利要求1所述的提高出光效率的降眩光防蓝光LED光学结构，其特征在于，所述透镜的光学表面布满鳞甲结构(6)。
【文档编号】H01L33/56GK205657086SQ201620341937
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月21日 公开号201620341937.X, CN 201620341937, CN 205657086 U, CN 205657086U, CN-U-205657086, CN201620341937, CN201620341937.X, CN205657086 U, CN205657086U
【发明人】李杰民, 潘丽君
【申请人】常州市友晟电子有限公司