用于持续消毒的LED结构和照明器制造技术

本发明专利技术公开了一种LED结构、照明器材和提供白光照明的方法。LED结构包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体；第一类型的半导体发光源，其具有杀菌特性并安装于所述腔体中；第二类型的半导体发光源，其安装于所述腔体中，并能激发波长转换材料生成白光；以及波长转换材料层，其形成在半导体发光源之上。本发明专利技术实现具有消毒功能的照明光源或照明器，人眼感知为白光光源，因此不会对人体造成伤害，也不会引起不适。

LED structure and illuminator for continuous disinfection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于持续消毒的LED结构和照明器
本专利技术涉及人工照明设备以及用于光线消毒的方法。特别地，本专利技术涉及光电子学领域以及提供杀菌作用的白光发光二极管(LED)。本专利技术涉及一体式发光二极管结构以及持续操作的消毒照明器的应用。
技术介绍
众所周知，紫外线(UV)光源具有杀菌灭菌作用，非常适合用来消毒。已知深紫外(短波紫外线)光源有效抑制表面上的细菌生长，因此作为杀菌源被广泛使用。然而，使用短波紫外线光源如汞灯的弊端在于，短波紫外线对人体有伤害，因此当有人在场时，其使用就受到限制。已知深紫外消毒的机制在于使DNA分子裂解，其中DNA分子对波长260-290nm的紫外线具有尤其强的吸收。还已知，较长的波长也能够产生杀菌效果，但是其基于不同的物理机制。已知波长为365nm的长波紫外线抑制细菌生长，此外，蓝光/紫光也有类似的抑制细菌生长的作用。尽管蓝光/紫光波长的杀菌作用不太强，但是其可以作为持续操作的消毒光。众所周知，波长为405nm的光能够引起细胞内的活性氧(ROS)生成。这些带负电荷的氧离子反过来又会抑制细胞新陈代谢并且有效抑制例如菌群的生长。尽管消毒光线的强度具有主要的重要性，但是在表面或物体上积累的总剂量(单位J/m2)才最终定义消毒功率。任何具有合适的发射光谱的低强度光源都能够用来消毒，只要照射时间足够长，当然，还要具备实际价值。然而，同样，人的在场为这种光线设置了界限。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)和国际电工委员会标准IEC-62471定义了国际法规和安全准则。同样，国际非电离辐射防护委员会定义，紫外线波长为100-400nm。如果辐射源有短波发射，例如波长低于410nm，并且这一短波发射为主导强度或颜色，则人通常会感到不舒服。已知促进植物生长和光合作用的生长光包括蓝色光源和红色光源，有时还伴随有白色光源。因此，它们不能解决抗菌和杀菌的问题。CN104056289A公开了一种应用发光二极管和紫外线杀菌灯的光源。然而，由于紫外线对人体的不利影响，这种装置也不适合用于普通照明。EP2554583A1公开了一种在封闭环境中使用的具有消毒能力的LED光源。这种光源发射的波长小于300nm，同样由于紫外线对人体的不利影响而不适合用于普通照明。根据我们的实验室试验，多个独立且空间分离的发射波长为405nm的LED和多个单独白光LED的组合可形成引起不适的光源。基于单独封装的多个LED的光源不能产生光滑均匀的光场。特别是，具有密集短波发射的点光源会使人感到不安。有必要提供一种光源，在这种光源中，短波长点光源不会在多个白光LED之间明显视觉可见。然而，白光LED和405nm的LED的物理重叠不是直接的或可能的。US8398264公开了将光源进行空间混合的一个例子。扩散板和菲涅耳透镜组合使用来提供均匀的发射，并且避免光源平面中单独的短波长发射器直接可见。但是，已知的基于扩散板的装置比较复杂、昂贵。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种使用具有带消毒能力的可调节的发射光谱的一体式发光二极管结构的白光照明方法。某些实施例的一个方面提供了一种作为白光光源的一体式发光二极管结构，其包括：基板，至少一个或多个发射区，以及两个或三个电控制接口。本专利技术的另一个目的在于避免以短波发射为主导强度或颜色的辐射源给人体带来的不适。本专利技术所基于的理念是提供一种发光二极管结构，其包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体；第一类型的半导体发光源，其具有杀菌和灭菌特性并安装于所述腔体中；以及第二类型的半导体发光源，其安装于所述腔体中，并能激发波长转换材料以生成白光。在另一实施例中，LED结构包括：基板，发光区，其限定在所述基板上作为腔体，半导体发光源，其安装于所述腔体中，波长转换材料层，其形成在所述半导体发光源的顶部上，以及电路层，其可选地在所述基板的顶表面上，用于将所述半导体发光源连接至电控制接口。在另一实施例中，LED结构包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体，半导体发光源，其安装于所述腔体中，波长转换材料层，其形成在所述半导体发光源的顶部上，以及电路层，其用于将所述半导体发光源连接至电控制接口，所述半导体发光源具有高于紫外波长且低于410nm的峰值波长发射，所述发射优选地基本上为405nm，并且所述发射的半高宽低于30nm。通常，在所述半导体发光源之上形成有波长转换材料层，并且存在电路层，用于连接所述半导体发光源至电控制接口。本专利技术还提供一种促进白光照明和持续消毒功能的照明器材，其包括至少一个一体式发光二极管光源，所述一体式发光二极管光源具有：第一发射，其对人眼不可感知，在360-430nm的范围内，并且半高宽小于30nm；以及人眼可感知为白光的第二发射峰，其最大发射在430-700nm的范围内。在优选的实施例中，有两种不同类型的发射器，其发射峰在波长405nm处或左右以及450nm处或左右。具体来讲，本专利技术由独立权利要求的特征部分的内容来描述。本专利技术具有很多优点。因此，本专利技术提供一种实现持续消毒处理的一体式LED结构和照明器。本专利技术实现了由照明光源或照明器进行的消毒，照明光源或照明器被人眼可视为白光光源，其不会对人体造成伤害，也不会引起不适。上述目标是通过将短波发射与白光发射重叠实现的。这种白光光源或照明器适合用于普通照明目的，同时还能用于提供对暴露表面或物体进行消毒的手段。所述的发射区通常包括一个或多个半导体发光二极管，这种半导体发光二极管作为光发射器提供光发射技术上可靠，经济上可行。本专利技术所公开的波长为405nm的电磁辐射的使用是安全的。这种新型的LED光源避免了短波长可见光的不利影响。在具体的实施例中，本专利技术还实现了一种具有对物体的消毒作用且还能促进植物的光合作用的光源。因此，这种一体式LED结构能够合并于白光光源中，用来提供具有杀菌、灭菌、抗病毒(杀菌)和光合作用的消毒。本专利技术通过所公开的一体式LED结构和照明器实现了为普通照明和光合作用照明提供消毒功能。空间集成给出了一体式LED结构，该一体式LED结构具有埋在波长转换层下面的、彼此非常靠近的405nm发射源和450nm蓝光发射源。在优选的实施例中，提供了对两种发射的独立控制，即对405nm辐射和白光发射的独立控制。这就使得405nm辐射的强度能够被控制，以便当不需要白光时，能够仅使用405nm辐射且以最大的强度进行使用，而白光辐射可以被关闭。而相反地，例如当有人或者在某些应用中有动物在场时，405nm的辐射强度可以被调低或者完全关闭，而保持白光照明在合适的水平。在一体式LED结构中，白光质量参数，如CRI和CCT，保持不变，因为405nm发射对光通量或光照度的影响可忽略。一体式结构提供了一种手段使得具有杀菌和灭菌作用的发射器和白光光源非常靠近地在空间上安装，并且在一些实施例中，甚至将两者结合在一起。当杀菌短波长的强度相对于白光强度适当选择时，光源即可被人眼感知为普通白光光源。此外，空间布置保证了405nm的发射不能被人辨识，因为其与白光发射重叠在一起。附图说明以下将结合非限制性示例并参考附图对本专利技术进行进一步说明。在附图中：图1为显示了蓝色危害光的光谱加权函数的图表；图2为显示了蓝色危害光的光谱加权函数的图表，其中包括40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED结构，包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体；至少两个半导体发光源，其具有杀菌和灭菌特性并安装于所述腔体中，其中，所述半导体发光源都能够激发波长转换材料以生成白光，并且所述半导体发光源中的至少一个具有高于紫外波长且低于410nm的峰值波长发射，所述发射优选基本上在405nm，并且所述发射的半高宽低于30nm；以及波长转换材料层，其形成在所述半导体发光源之上以被所述半导体发光源激发。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.13 FI 201750271.一种LED结构，包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体；至少两个半导体发光源，其具有杀菌和灭菌特性并安装于所述腔体中，其中，所述半导体发光源都能够激发波长转换材料以生成白光，并且所述半导体发光源中的至少一个具有高于紫外波长且低于410nm的峰值波长发射，所述发射优选基本上在405nm，并且所述发射的半高宽低于30nm；以及波长转换材料层，其形成在所述半导体发光源之上以被所述半导体发光源激发。2.根据权利要求1所述的LED结构，其中，所述波长转换材料层适于具有低吸收，从而允许至少10％的所发射的光以高于紫外波长且低于410nm的发射波长透射通过所述波长转换材料层。3.根据权利要求2所述的LED结构，其中，所述波长转换材料层通过所述半导体发光源的高强度发射来漂白。4.根据权利要求1所述的LED结构，包括第二半导体发光源，其安装于所述腔体中并且具有基本上在470nm的峰值波长发射。5.根据权利要求1-4中任一项所述的LED结构，其中，所述第一类型的半导体发光源在365-430nm的波长范围内具有峰值光发射，且所述发射的半高宽低于30nm，并且，波长转换材料的第三发射峰在450-750nm的波长范围内。6.根据权利要求1-5中任一项所述的LED结构，其中，可见光谱的CRI大于70，且色温在2000K和8000K之间，并且至少5％的光功率在365-430nm的波长范围内发射。7.根据权利要求1-6中任一项所述的LED结构，其中，所述半导体发光源通过电路层连接至电控制接口，以便所述半导体发光源能够被独立控制。8.一种LED结构，包括：基板；发光区，其限定在所述基板上作为腔体；半导体发光源，其安装于所述腔体中；波长转换材料层，其形成在所述半导体发光源的顶部上；以及电路层，其用于将所述半导体发光源连接至电控制接口，所述半导体发光源具有高于紫外波长且低于410nm的峰值波长发射，所述发射优选基本上在405nm，并且所述发射的半高宽低于30nm。9.根据权利要求8所述的LED结构，其中，所述半导体发光源具有365-410nm的波长范围内的峰值光发射，且所述发射的半高宽低于30nm。10.根据权利要求8所述的LED结构，包括第二半导体发光源，其安装于所述腔体中并且具有基本上在470nm的峰值波长发射。11.根据权利要求8或9所述的LED结构，其中，所述发射区包括具有425-750nm的波长范围内的光发射带的波长转换材料，其中峰值发射在450-650nm的波长范围内且所述发射的半高宽至少为50nm。12.根据权利要求8-11中任一项所述的LED结构，其中，仅一种类型的半导体发光源具有位于405nm附近的中心发射。13.根据权利要求8-12中任一项所述的LED结构，其中，所述第一类型的半导体发光源在365-430nm的波长范围内具有峰值光发射，且所述发射的半高宽低于30nm，并且，波长转换材料的局部发射峰值在450-750nm的波长范围内。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤哈·兰塔拉，
申请(专利权)人：尤哈·兰塔拉，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH