一种健康的全光谱光源及其制作方法与流程

本发明涉及一种健康的全光谱光源及其制作方法。

背景技术：

从人类发展至今，照明光源经历了火光、油灯、白炽灯、荧光灯，直到目前的(LED)半导体照明。但这些照明光源，在照明的光谱方面均存在缺陷，这种存在缺陷的照明光不能满足人类健康照明的需求；我们都知道，最好的照明光是自然光，因此，追求自然光照明一直是照明行业的愿景。

LED节能灯在许多方面具有传统光源无可比拟的优越性，主要表现在发光效率高、使用寿命长、耐用、采用低电压和低电流驱动、工作安全可靠、节能省电、环保、防震、防水、体积小、光控制方便，发光色彩丰富、色域宽、光束集中，响应速度快，可以智能化、网络化控制与调节等。它的特殊优势符合现代社会的“绿色”标准，也适应新兴科学技术快速发展的进程。

白光产业化实现方式为芯片上涂覆荧光粉实现白光,即为荧光转换型的白光。荧光粉则是白光中重要的关键技术和原料之一。荧光粉的选择有两个必须满足的条件,第一是荧光粉的激发光谱必须与所选的芯片发射光谱相匹配,这样可以确保获得更高的光转换效率第二荧光粉的发射光谱在紫外或近紫外激发下发出白光,或者在蓝光芯片激发下与芯片发射的蓝光能够复合成白光。因此,荧光粉的发展则由较不稳定的硫化物与卤化物,演变至化学稳定、高的热碎灭温度或热稳定性较佳的铝酸盐、硅酸盐、钨酸盐、铂酸盐、磷酸盐,、氮氧化物荧光材料。

目前,市场白光灯主流仍是蓝光芯片黄色荧光粉复合形成的白光为主。但是由于其发射光谱中缺少红光成分,显色指数中的值太低,如色温为4000K左右正向驱动电流的产品,光效高达120lm/W以上,但因缺乏红光,其显色指数仅为80左右,其中R9值在10左右,因而所得到的白光照明效果不够真实。为了弥补红光不足的缺陷通过利用红光芯片补偿红光或加入红色荧光粉,改善光谱性能是近年来国内外研究人员研究重点。相对而言,硫化物、硫氧化物、卤化物荧光粉存在发光效率低、稳定性差等缺陷,因此，效率高，稳定性好，使用时间长，自然光照明一直是照明行业的愿景。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、使用方便且安全可靠的健康的全光谱光源及其制作方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种健康的全光谱光源，包括LED支架，所述LED支架上中心位置设置有一第一LED芯片安装槽，所述第一LED芯片安装槽的两端分别设置有第一电极和第二电极，所述第一LED芯片安装槽中设置有多个LED红光芯片，所述第一LED芯片安装槽中填充有透明硅胶，且所述透明硅胶覆盖所述LED红光芯片，所述LED支架上位于所述第一LED芯片安装槽的两侧分别设置有一第二芯片安装槽，所述第二LED芯片安装槽的两端分别设置有第三电极和第四电极，所述第二LED芯片安装槽中设置有多个LED蓝光芯片，所述第二LED芯片安装槽中填充有荧胶，且所述荧胶覆盖所述LED蓝光芯片。

进一步的，所述第一LED芯片安装槽底部中心位置设置有第一LED芯片定位槽，多个所述LED红光芯片设置在所述第一LED芯片定位槽底部中心。

进一步的，所述第一LED芯片定位槽为梯形槽，所述LED红光芯片通过金线与设置在所述第一LED芯片定位槽外部两侧的第一电极焊点和第二电极焊点相连。

进一步的，多个所述LED红光芯片为两个LED红光芯片，且相互并联后通过金线分别与设置在所述第一LED芯片定位槽外部两侧的第一电极焊点和第二电极焊点相连，所述第一电极焊点与第一电极电连接，所述第二电极焊点与第二电极电连接。

进一步的，两个所述LED红光芯片的波长均为620nm。

进一步的，所述第二LED芯片安装槽底部中心位置设置有第二LED芯片定位槽，多个所述LED蓝光芯片设置在所述第二LED芯片定位槽底部中心，所述第二LED芯片定位槽为梯形槽，所述LED蓝光芯片通过金线与设置在所述第二LED芯片定位槽外部两侧的第三电极焊点和第四电极焊点相连。

进一步的，多个所述LED蓝光芯片为四个，且波长为455～475nm，且两两并联再串联后通过金线分别与设置在所述第二LED芯片定位槽外部两侧的第三电极焊点和第四电极焊点相连，所述第三电极焊点与第三电极电连接，所述第四电极焊点与第四电极电连接。

本发明还提供一种健康的全光谱光源的制作方法，该方法包括以下步骤：

S1：采用蓝宝石作为LED支架，并制作成LED支架；

S2：在LED支架设置上第一LED芯片安装槽和第二LED芯片安装槽，且在第一LED芯片安装槽中设置LED红光芯片，在第二LED芯片安装槽中设置LED蓝光芯片；

S3：在第一LED芯片安装槽中沉积均匀的透明硅胶，在第二LED芯片安装槽中均匀沉积均匀的荧胶；

S4：根据全光谱光源的光谱设计需要，确定全光谱光源的功率；

S5：根据所需要的全光谱光源，计算所选用的LED红光芯片的数量和LED蓝光芯片的数量。

进一步的，所述步骤S1中蓝宝石的制备方法包括以下步骤：

a)原料制备，首先以α-Al₂O₃20原料为主原料，加入立方结构的BN、纳米ZrO₂和纳米TiO₂，将上述材料在混合机中混合15～30min，其中α-Al₂O₃20、立方结构的BN和纳米ZrO₂和纳米TiO₂的质量比为10～25:2～5:2～3:1～4；

b)将原料放入晶体生长炉抽真空并通入氦气保护气，升温至2000～2100℃将原料融化为熔融状态的熔体，熔融后保温4～5h；

c)该晶体生长炉上部具有一模具，该模具的截面为圆形，中心具有一个小孔，通过小孔的毛细作用使得熔体导入模具顶端，选用C向的定向籽晶对该熔体进行提拉从而促进晶体生长，期间控制熔体表面温度为2089℃，该提拉的速度为10～20mm/h，待晶体生长结束后，降温至1480～1570℃，保温15～30min之后再对晶体进行降温处理，控制温度以30～60℃/h的速度降温得到晶体；

d)切割设备对晶棒进行切割，得到所需要形状的晶片；

e)研磨，采用研磨机对晶片进行研磨；研磨时，加入自制的研磨液，研磨盘对晶片加压至0.025～0.027Mpa，研磨盘的转速为1000～1200rpm/min，研磨完成后用无水乙醇清洗；

f)退火，将晶片放入退火炉内，首先升5温至500℃保温1-2h，升温至800℃时保温2-4h，升温至1600℃分别保温2～4h，然后以210-220℃的温度进行降温，降温至1300℃时保温0.5～1h，降温至1000℃时保温1～2h，降温至600℃时候保温1～3h，之后温度以20～40℃/h的速度降温至室温取出；g)抛光，先用无水乙醇对晶体进行清洗3～5遍，将清洗后的晶体放入抛光机中固定；抛光时，加入抛光液，抛光盘的转速为1000～1500rpm/min、将抛光好的晶片用无水乙醇清洗后，在室温下进行自然冷却。。

进一步的，所述步骤a)中所述α-Al₂O₃20原料的粒径为0.5～5μm，密度为3.98g/cm³；

所述步骤e)中所述研磨液由0.1～2μm的金刚砂颗粒，1-μm的Al2O3颗粒，聚α－烯烃，N，N-乙撑双酯酰胺和去离子水，所述金刚砂颗粒，Al2O3 15颗粒，聚α－烯烃，N，N-乙撑双酯酰胺和去离子水的质量比为1～5:1～5:5～10:3～6:30～50；

所述步骤g)中所述抛光液组分由氧化铈微米颗粒，烷基糖苷，羟甲基纤维素钠，丙三醇，羟乙基二胺和离子水组成，所述氧化铈颗粒，烷基糖苷，羟甲基纤维素钠，丙三醇和离子水的质量比为：1～5:10～15:6～8:5～10:30～50，所述羟乙基二胺用于控制抛光液的pH,使得抛光液pH值为8-10的碱性溶液。

本发明具有以下优点和有益效果：

本发明提供一种健康的全光谱光源，可解决目前窄光谱照明的缺陷，尤其是保护人的视觉，且LED全光谱照明的优点在于：(1)可降低视觉疲劳；(2)可提高眼睛变色能力，降低色弱风险；(3)蓝光的光谱相对比例较低，可降低对视网膜黄斑区的伤害；(4)可减少视网膜微循环短期障碍，血供障碍造成的眼睛干湿疲劳。这种接近自然光中可见光谱的照明，是最理想的健康照明之光；

本发明采用的蓝宝石晶体制备方法，先切割、研磨、退火后再抛光，可以提高研磨、抛光的生产效率在抛光之前退火有利于消除线切割、研磨等机械加工工序所产生的内应力，使得晶片在抛光时不宜碎裂，有效提高成品率；(2)严格控制晶体生长时的界面温度、拉升速度、旋转速度和退火参数，严格控制界面温度从而使得晶体的产能高，缺陷密度低，质量好，成品率高，可以大大地降低生产成本；(3)该蓝宝石晶体外观透明，透光率高，内部无散射颗粒；采用立方结构的BN、纳米ZrO₂和纳米TiO₂进行掺杂后该晶体具有良好的断裂韧性，且具有高透光性、耐高温等优异性能；同时Ti离子在掺钛蓝宝石晶体生长过程中,钛离子部分以正三价的Ti³⁺进入基质晶格,从而发生Ti³⁺不等径取代基质的Al³⁺,引发晶格的畸变,能够极大的提高晶体断裂强度和硬度；(4)所得到的蓝宝石晶体的密度(g/cm³)＝6.2～7.0，硬度(HRA)为1300～1450，弯曲强度(MPa)为1300～1400，抗压强度(MPa)为3700～3950，热传导率(W(m k))＝3.1～3.3，介电强度(V*10³)＝12～14，透光率＝80～89％。

附图说明

图1为本发明实施例提供的健康的全光谱光源的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的健康的全光谱光源的实测光谱曲线图；

图4为本发明实施例提供的健康的全光谱光源的实测光谱曲线图与自然光(可见光部分光谱)光谱图的对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图4所示：本发明实施例提供的一种健康的全光谱光源，包括LED支架100，LED支架100上中心位置设置有一第一LED芯片安装槽108，第一LED芯片安装槽108两端分别设置有第一电极105和第二电极106，第一LED芯片安装槽108中设置有多个LED红光芯片113，第一LED芯片安装槽108中填充有透明硅胶102，且透明硅胶102覆盖LED红光芯片113，LED支架100上位于第一LED芯片安装槽108的两侧分别设置有一第二芯片安装槽107，第二LED芯片安装槽107的两端分别设置有第三电极103和第四电极104，同时，第一电极105和第三电极103的正负极为同向，即均为正极或均为负极，第二电极106和第四电极104的正负极为同向，即均为负极或均正极，且第二LED芯片安装槽107中设置有多个LED蓝光芯片114，第二LED芯片安装槽107中填充有荧胶101，且荧胶101覆盖LED蓝光芯片114，上述健康的全光谱光源，其中：LED蓝光芯片114的光源和LED红光芯片113的光源的配置比例为：LED蓝光芯片114的总光通量与LED红光芯片113的总辐射光通量之比为2～6:1，或当其单颗LED蓝光芯片114和单颗LED红光芯片113的功率相同时，LED蓝光114的数量和LED红光芯片113的数量比例为3～10:1。

作为上述实施例的优选实施方式，第一LED芯片安装槽108底部中心位置设置有第一LED芯片定位槽112，多个LED红光芯片113设置在第一LED芯片定位槽112底部中心，上述透明硅胶102填满第一LED芯片定位槽112中。

作为上述实施例的优选实施方式，第一LED芯片定位槽112为梯形槽，LED红光芯片113通过金线110与设置在第一LED芯片定位槽112外部两侧的第一电极焊点116和第二电极焊点117相连，且LED红光芯片113采用正装工艺进行封装。

作为上述实施例的优选实施方式，多个LED红光芯片113为两个LED红光芯片，且相互并联后通过金线110分别与设置在第一LED芯片定位槽112外部两侧的第一电极焊点116和第二电极焊点117相连，同时，第一电极焊点116与第一电极电105连接，第二电极焊点117与第二电极106电连接。

作为上述实施例的优选实施方式，两个LED红光芯片113的波长均为620nm。

作为上述实施例的优选实施方式，第二LED芯片安装槽107底部中心位置设置有第二LED芯片定位槽111，多个LED蓝光芯片114设置在所述第二LED芯片定位槽111底部中心，上述荧胶101填满第二LED芯片定位槽111中，且荧胶由下列组分组成：660nm荧光粉、490nm荧光粉、540nm荧光粉、A胶和B胶，且660nm荧光粉:490nm荧光粉:540nm荧光粉:硅胶A：硅胶B＝(1～2％):(2～3％):(7～10％):(10～15％):(60～70％)。

作为上述实施例的优选实施方式，第二LED芯片定位槽111为梯形槽，上述LED蓝光芯片114通过金线110与设置在第二LED芯片定位槽111外部两侧的第三电极焊点109和第四电极焊点115相连，且LED蓝光芯片114采用倒装工艺进行封装。

作为上述实施例的优选实施方式，多个LED蓝光芯片114为四个LED蓝光芯片114，，多个所述LED蓝光芯片的波长为455～475nm，且两两并联再串联后通过金线110分别与设置在第二LED芯片定位槽111外部两侧的第三电极焊点109和第四电极焊点115相连，同时，第三电极焊点109与第三电极103电连接，第四电极焊点115与第四电极104电连接。

作为上述实施例的优选实施方式，两个第二LED芯片安装槽107分别对称设置在第一LED芯片安装槽108的两侧。

本发明提供的一种健康的全光谱光源，采用上述全光谱光源，可得到如图3的光谱，这种连续光谱，接近自然光中(400～700nm)的可见光谱，如图4所示；其光谱的具体特征如下：

(1)波长在460～480nm范围的相对光谱比例大于0.30；

(2)波长在600～620nm范围的相对光谱比例大于0.60；

(3)波长在650～680nm范围的相对光谱比例大于0.65；

(4)波长在680～700nm范围的相对光谱比例大于0.70。

本发明还提供一种健康的全光谱光源的制作方法，该方法包括以下步骤：

S1：采用蓝宝石作为LED支架，并制作成LED支架；

S2：在LED支架设置上第一LED芯片安装槽和第二LED芯片安装槽，且在第一LED芯片安装槽中设置LED红光芯片，在第二LED芯片安装槽中设置LED蓝光芯片；

S3：在第一LED芯片安装槽中沉积均匀的透明硅胶，在第二LED芯片安装槽中均匀沉积均匀的荧胶；

S4：根据全光谱光源的光谱设计需要，确定全光谱光源的功率；

S5：根据所需要的全光谱光源，计算所选用的LED红光芯片的数量和LED蓝光芯片的数量。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤S1中蓝宝石的制备方法包括以下步骤：

a)原料制备，首先以α-Al₂O₃20原料为主原料，加入立方结构的BN、纳米ZrO₂和纳米TiO₂，将上述材料在混合机中混合15～30min，其中α-Al₂O₃20、立方结构的BN和纳米ZrO₂和纳米TiO₂的质量比为10～25:2～5:2～3:1～4；

b)将原料放入晶体生长炉抽真空并通入氦气保护气，升温至2000～2100℃将原料融化为熔融状态的熔体，熔融后保温4～5h；

c)该晶体生长炉上部具有一模具，该模具的截面为圆形，中心具有一个小孔，通过小孔的毛细作用使得熔体导入模具顶端，选用C向的定向籽晶对该熔体进行提拉从而促进晶体生长，期间控制熔体表面温度为2089℃，该提拉的速度为10～20mm/h，待晶体生长结束后，降温至1480～1570℃，保温15～30min之后再对晶体进行降温处理，控制温度以30～60℃/h的速度降温得到晶体；

d)切割设备对晶棒进行切割，得到所需要形状的晶片；

e)研磨，采用研磨机对晶片进行研磨；研磨时，加入自制的研磨液，研磨盘对晶片加压至0.025～0.027Mpa，研磨盘的转速为1000～1200rpm/min，研磨完成后用无水乙醇清洗；

f)退火，将晶片放入退火炉内，首先升5温至500℃保温1-2h，升温至800℃时保温2-4h，升温至1600℃分别保温2～4h，然后以210-220℃的温度进行降温，降温至1300℃时保温0.5～1h，降温至1000℃时保温1～2h，降温至600℃时候保温1～3h，之后温度以20～40℃/h的速度降温至室温取出；g)抛光，先用无水乙醇对晶体进行清洗3～5遍，将清洗后的晶体放入抛光机中固定；抛光时，加入抛光液，抛光盘的转速为1000～1500rpm/min、将抛光好的晶片用无水乙醇清洗后，在室温下进行自然冷却。。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤a)中所述α-Al₂O₃20原料的粒径为0.5～5μm，密度为3.98g/cm³；

所述步骤e)中所述研磨液由0.1～2μm的金刚砂颗粒，1-μm的Al2O3颗粒，聚α－烯烃，N，N-乙撑双酯酰胺和去离子水，所述金刚砂颗粒，Al2O3 15颗粒，聚α－烯烃，N，N-乙撑双酯酰胺和去离子水的质量比为1～5:1～5:5～10:3～6:30～50；

所述步骤g)中所述抛光液组分由氧化铈微米颗粒，烷基糖苷，羟甲基纤维素钠，丙三醇，羟乙基二胺和离子水组成，所述氧化铈颗粒，烷基糖苷，羟甲基纤维素钠，丙三醇和离子水的质量比为：1～5:10～15:6～8:5～10:30～50，所述羟乙基二胺用于控制抛光液的pH,使得抛光液pH值为8-10的碱性溶液。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。