一種提高出光效率的降眩光防藍光led光學結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能夠提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，包括LED光源，柔性光學過渡層和透鏡，所述LED光源為利用InGaN芯片所發射的藍光激發Ce：YAG黃色熒光粉，然后再由藍光和熒光粉所產生的黃光進行混合而得到白光；所述柔性光學過渡層為柔性的聚硅氧烷凝膠，預裝在透鏡的底座光源腔中，當LED光源和透鏡連接在一起時會由于光源的擠壓而填充滿光源和透鏡之間的空隙。柔性光學過渡層能夠減少光在由光密介質進入光疏介質時引起的全反射損失和光學界面的反射損失，提高出光效率；相比于通過粘貼濾光膜來實現減少藍光的技術而言，本實用新型的優勢在于光學效率高，光線柔和，光斑均勻，顯色性好，工藝簡單，成本低廉。
【專利說明】
一種提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及光學照明、顯示技術領域，尤其是指一種能夠提高出光效率的降眩光防藍光光學結構。
【背景技術】
[0002]由于LED具有長壽命、體積小、光效高、節能、可靠性好、易于控制等傳統光源所難以比擬的優勢，已逐漸應用在燈具、電視、電腦顯示屏、智能手機、平板電腦等人們生活的方方面面，并保持飛速發展的態勢。但是，隨著LED光效的不斷提升，其亮度也不斷提高，功率從毫瓦級上升到數十瓦級，由此帶來的光生物安全性已越來越受到人們的重視。這些產品(尤其是LED燈與顯示屏)發出的光中含有大量的高能短波藍光。1966年Noell等研究發現藍光的照射可以引起視網膜細胞的損傷，導致視力下降甚至喪失。近幾十年來眼視光醫學界已經證實藍光污染對人類的視力會產生嚴重的影響。因此，有效避免過量藍光的輻射對保護視力至關重要。
[0003]此外，早期的照明產品往往片面強調節能效果，謀求更高的出光效率，而忽視了光對人們生活品質的影響。由于LED光源功率密度高，光源面積小，很容易產生刺眼的直接眩光，引起人們視覺上的不適，這不僅會影響空間的視看條件，還是導致視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處理的透光罩，使得發出的光線比較柔和。但是這種做法是以犧牲一部分光強為代價，光效比較低。因此，尋找合適的降眩光防藍光光學結構，對于兒童、長期在室內外強光環境下的工作者、有白內障及黃斑病變的患者、學生族以及長期使用電腦的上班族來說，都具有十分重要的意義。
[0004]為了防止藍光對人眼造成的傷害，人們通常采用兩種方法，一是在出光面部分添加一層濾光膜，來吸收光源發出的過量藍光，二是通過佩戴抗藍光的眼鏡。這兩種方法共同的缺點是，一是由于相當比例的藍光被吸收，導致真正到達視網膜的藍光比例偏低，從而降低了顯色指數，引起明顯的顏色失真，長此以往會造成視神經的色彩感光敏感度降低，有導致色弱乃至色盲的風險。二是不論是濾光膜還是抗藍光眼鏡，都對整體的光通量造成了一定程度的衰減，引起系統的出光效率降低。不僅如此，此類濾光膜和抗藍光眼鏡對長波可見光的選擇性透過率較低，容易引起視物和辨色能力下降。現階段采取的一致手段是蒸鍍多層增透膜，但效果有限，工藝繁瑣。并且現有的防藍光濾光膜或抗藍光眼鏡多是在樹脂基材中摻雜或表面浸染黃色素等有機染色劑，利用光學色彩的中和原理來達到一定的藍光中和或過濾效果。但是，由于有機染料耐候性較弱，經光源長期照射會老化褪色，不能經久耐用。
[0005]現有照明技術(圖2)中，光源和光學部件之間有一層空氣間隔層。由于LED封裝時往往在燈珠表面添加一層硅膠來起到保護和密封作用，其折射率約為1.56，而空氣的折射率為I，光在由光密介質進入光疏介質時，大于全反射角的光線會發生全反射，同時在每一光學界面都會引起反射損失，導致系統的光學效率降低。如何采取經濟有效的技術手段，來減少這部分反射損失，對于提高和改善照明效果，具有明顯的現實意義。【實用新型內容】
[000?]有鑒于此，本實用新型針對現有技術的不足，旨在提供一種在提尚出光效率的情況下，有效降低眩光和防止過量藍光對人眼造成傷害的LED光學結構。
[0007]為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:一種提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，包括LED光源，柔性光學過渡層和透鏡，所述LED光源為利用InGaN芯片所發射的藍光激發Ce:YAG黃色熒光粉，然后再由藍光和熒光粉所產生的黃光進行混合而得到白光;所述柔性光學過渡層為柔性的聚硅氧烷凝膠，預裝在透鏡的底座光源腔中，當LED光源和透鏡連接在一起時會由于光源的擠壓而填充滿光源和透鏡之間的空隙。柔性光學過渡層能夠減少光在由光密介質進入光疏介質時引起的全反射損失和光學界面的反射損失，提高出光效率。
[0008]進一步地，所述聚硅氧烷凝膠光學過渡層中摻入相當于聚硅氧烷凝膠添加質量0.1%-0.3%的藍光吸收劑。
[0009]進一步地，所述聚硅氧烷凝膠的折射率在1.5-1.6之間。
[0010]進一步地，所述聚硅氧烷凝膠的透光率大于95%。
[0011]進一步地，所述聚硅氧烷凝膠中還包括增亮劑和光擴散劑。
[0012]進一步地，所述藍光吸收劑可以選用市場上可以得到的藍光吸收劑，例如取代苯基偶氮苯基化合物，具體的可以是1-芳基-3-烷基-4-乙烯基苯偶氮基-5-羥基吡唑;在本實用新型的一個優選實施例中選用了由表面活性劑包覆的金屬基卟啉衍生物，其中表面活性劑與金屬基卟啉衍生物的質量比為I?10:1。
[0013]進一步地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0014]進一步地，所述透鏡的光學表面布滿不同形狀和大小的鱗甲結構，所述鱗甲結構可為四邊形、五邊形或六邊形中的一種或多種。光學表面的鱗甲結構將LED光源波面分割成眾多的像，從而極大地提升人眼感知的發光面積，降低了眩光。
[0015]采用本實用新型所帶來的有益效果為，在降低過量藍光的同時，不但不會引起出光效率的降低，反而會使出光效率得到進一步的提升，同時保持足夠的顯色性;通過在藍光吸收劑表面添加一層表面活性劑，提高和改善了藍光吸收劑的耐候性;通過透鏡光學表面的鱗甲設計，降低燈具或光學系統的眩光。相比于通過粘貼濾光膜來實現減少藍光的技術而言，本實用新型提供的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構光學效率高，光線柔和，光斑均勻，顯色性好，工藝簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0016]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本實用新型的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構【具體實施方式】的整體結構示意圖；
[0018]圖2是現有技術中的LED光學結構不意圖；
[0019]圖3是光學表面為鱗甲的透鏡【具體實施方式】的結構示意圖；
[0020]圖4是現有技術中的LED光學結構的光譜分布曲線；
[0021 ]圖5是本實用新型的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構的光譜分布曲線。
[0022]圖6是本實用新型的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構的光路示意圖。
[0023]【附圖說明】:1.LED光源;2.柔性光學過渡層;3.透鏡;4.表面活性劑;5金屬基卟啉衍生物。
【具體實施方式】
[0024]為進一步了解本實用新型的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，解析本實用新型的優點與精神，藉由以下結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型做進一步的解釋。
[0025]本實用新型的基本設計理念如下:根據光學結構的應用環境確定適宜的配光方式，并用光學模擬軟件按照規定的透鏡尺寸、出光角度、照度和均勻度設計光學表面為鱗甲的透鏡。通過鱗甲結構6設計，將LED光源I波面分割成數以百計的像，極大提升人眼感知的發光面積，從而降低眩光。鱗甲可以采取多種形式，四邊形，六邊形都是允許的。設計時將光源I和透鏡3之間的介質預設為折射率1.56的聚硅氧烷凝膠。透鏡的材料為PMMA或PC，設計結果如圖1所示。采用照明計算軟件分析由此種光學結構形成的燈具在實際應用環境中的統一眩光值(UGR)，改變鱗甲(6)的大小、起伏高度和形狀，檢驗設計結果是否滿足GB50034-2013《建筑照明設計標準》的要求。根據設計結果制作透鏡。將制作好的透鏡和設計目標進行對比分析并進行適當修正，以確保實際效果和預設目標一致。
[0026]稱取99.Sg用于制作光學過渡層2的聚硅氧烷凝膠，加入0.2g由十二烷基苯磺酸鈉包覆的金屬基卟啉衍生物5，其中含有0.18g十二烷基苯磺酸鈉，0.02g金屬基卟啉衍生物，通過磁力攪拌器使由十二烷基苯磺酸鈉包覆的金屬基卟啉衍生物5均勻分散于聚硅氧烷凝膠中，并用工業真空栗進行脫氣處理待用。
[0027]取適量由以上所述方法制取的混合物，填充于透鏡底部的光源腔中。柔性聚硅氧烷凝膠的填充量以當LED光源和透鏡結合在一起時有少量溢出為宜，溢出質量為添加質量的1%?20%。用LED快速光色電綜合測試系統測試經以上處理后的光譜分布，測試結果見圖4。從圖4可知，與未經處理前的測試結果(圖3)相比，藍光的強度和比例得到了一定的降低。
[0028]適用于本實用新型的有機聚硅氧烷凝膠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適量的芳香部分以便使聚硅氧烷的折射率至少大于1.5。優選地，所述每個聚硅氧烷單元平均分子量大約在1000-10000之間。并且聚硅氧烷的分子量大約大于1000，但是不高于300000。
[0029]現有照明技術中(圖2)，由于對LED光源和透鏡之間的空氣間隔層沒做適當的處理，由于光從光密介質進入光疏介質時的全反射損失和光學界面處的反射損失，最后只能得到發光芯片發出的總光通量中88%左右的光通量。本實用新型中(圖6)，由于在LED光源
(I)和透鏡3之間添加了柔性光學過渡層2，雖然柔性光學過渡層2中的藍光吸收劑會引起光通量的少許損失，但由于減少了光學界面處的反射損失，因此大約可以獲得發光芯片發出的總光通量中96%的光通量。
[0030]以上所述實施例僅表達了本實用新型的部分實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，所做的任何修改、等同替換、改進、變形等，均包含在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，其特征在于，包括LED光源(I)，柔性光學過渡層(2)和透鏡(3)，所述LED光源(I)利用InGaN芯片所發射的藍光激發Ce: YAG黃色熒光粉，然后再由藍光和熒光粉所產生的黃光進行混合而得到白光;所述柔性光學過渡層(2)為柔性的聚硅氧烷凝膠，預裝在透鏡(3)的底座光源腔中，當所述LED光源(I)和透鏡(3)連接在一起時會由于光源的擠壓而填充滿光源(I)和透鏡(3)之間的空隙。2.根據權利要求1所述的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，其特征在于，所述光學結構出射光的(:^(1，7)坐標為(0.33±0.05，0.33±0.05)。3.根據權利要求1所述的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，其特征在于，所述光學結構出光的顯色指數大于80。4.根據權利要求1所述的提高出光效率的降眩光防藍光LED光學結構，其特征在于，所述透鏡的光學表面布滿鱗甲結構(6)。
【文檔編號】H01L33/56GK205657086SQ201620341937
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月21日 公開號201620341937.X, CN 201620341937, CN 205657086 U, CN 205657086U, CN-U-205657086, CN201620341937, CN201620341937.X, CN205657086 U, CN205657086U
【發明人】李杰民, 潘麗君
【申請人】常州市友晟電子有限公司