專利名稱：一種led光觸媒面光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光觸媒面光源，尤其涉及一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置與制作方法，可廣泛應(yīng)用于顯示、照明、環(huán)保、醫(yī)療保健等與光觸媒相關(guān)的各技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球工業(yè)化后，人們的生活水平雖獲得改善，但是伴隨而來的環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。尤其是隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和人民生活消費(fèi)水平的快速提升，城鎮(zhèn)建設(shè)已進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，廣大消費(fèi)者對(duì)居住和工作環(huán)境提出了更高的要求。汽車尾氣與工業(yè)廢氣中的 CO、NOx與SA氣體越來越多，空氣質(zhì)量變差；并且用于居室和辦公樓的建筑材料、家具制品和裝修材料大多含有超標(biāo)或嚴(yán)重超標(biāo)的對(duì)人體健康極為有害的物質(zhì)，這些逐漸釋放出來的污染物(甲醛、苯、氨基及其他有機(jī)物)不能得到有效分解，使室內(nèi)污染相當(dāng)嚴(yán)重，形成令人恐懼的“毒氣室”。如何才能有效、快捷地根除這些污染哪，而光觸媒就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。光觸媒必須在特定波長(zhǎng)的光照射下，才會(huì)產(chǎn)生類似光合作用的光催化反應(yīng)，產(chǎn)生出氧化能力極強(qiáng)的自由氫氧基和活性氧，具有很強(qiáng)的光氧化還原功能，可氧化分解各種有機(jī)化合物和部分無機(jī)物，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和固化病毒的蛋白質(zhì)，可殺滅細(xì)菌和分解有機(jī)污染物，把有機(jī)污染物分解成無污染的水(H2O)和二氧化碳(C02)，而自身不起變化。所以光觸媒具有極強(qiáng)的殺菌、除臭、防霉、凈化空氣的助能；且還具有防污自潔的功能，可以減輕污染對(duì)光通量的影響，大大減少清潔的次數(shù)，減少維護(hù)的費(fèi)用。為了改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，有人將光觸媒材料應(yīng)用于空氣濾凈器，如日本專利文獻(xiàn) JP2003093486A中公開了一種空氣濾凈器，使其產(chǎn)生凈化空氣的功效。但由于空氣濾凈器的獨(dú)立設(shè)置，在使用上有占空間的缺點(diǎn)。此外，有人將光觸媒材料涂布于吊扇燈具之上，嘗試將吊扇、燈具及光觸媒材料結(jié)合使其兼具室內(nèi)散熱、照明與凈化空氣的效果，如歐洲專利文獻(xiàn)EP1870114A1所公開的吊扇燈具，利用吊扇的強(qiáng)制對(duì)流增加光觸媒材料凈化空氣的效率。然而，使用者因?yàn)闅夂蜃兓?，常常僅使用該照明功能，并不一定使用吊扇，因此無法發(fā)揮強(qiáng)制對(duì)流的功效，而使該光觸媒吊扇燈具無法適用于各種使用狀況。也有人嘗試將光觸媒材料與照明光源結(jié)合，期望能解決上述問題。例如日本專利文獻(xiàn)JP2004209359A所公開的，在照明光源的燈罩部分涂覆一層光觸媒材料，由此達(dá)到凈化空氣與節(jié)省空間的功效。然而由于光觸媒材料的催化反應(yīng)主要在其涂覆表面處發(fā)生，如涂覆面積不大，會(huì)導(dǎo)致凈化空氣的效率不高。中國發(fā)明專利CN101640160A披露的光觸媒燈具，將光觸媒材料涂布于散熱片之達(dá)到增加涂覆面積的目的。但至今還沒有將光觸媒材料直接應(yīng)用在燈具光源的出光面上，特別是還沒有將光觸媒材料直接應(yīng)用在LED光源的出光面上。本人申請(qǐng)的專利(申請(qǐng)?zhí)?01020517689. 2)中公開了一種在LED光源的出光面上覆蓋一層光觸媒膜層的LED光觸媒燈具的制作方法，也只僅局限于LED芯片波長(zhǎng)在365nm-410nm時(shí)才有明顯效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明根據(jù)LED面光源的特點(diǎn)、光觸媒原理及新電子薄膜材料及薄膜制備工藝技術(shù)，將光觸媒材料與LED面光源相結(jié)合，提出了一種效率高， 實(shí)施方便、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、性價(jià)比高，且還具有殺菌、除臭、防霉、凈化空氣、防污自潔、醫(yī)療保健、抗靜電、顯示、照明、環(huán)保等多功能相結(jié)合的LED光觸媒面光源裝置與制作方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)施的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置它包含LED點(diǎn)光源1、光催化發(fā)生器2、散熱器3，其特征在于所述的光催化發(fā)生器2，是指在其外表面覆蓋有光觸媒膜層8 的透明實(shí)心幾何體4。實(shí)心幾何體4指的是由實(shí)體所填充的空間是實(shí)的空間的立體物(許超、黃丹編著2002年08月第1版《立體構(gòu)成》PlO頁)。所述實(shí)心幾何體4 至少有一個(gè)外表面是入射面5，至少有個(gè)外表面是覆蓋有光觸媒膜層8的出光面6。入射面5指的是LED點(diǎn)光源1發(fā)光體的光線入射到實(shí)心幾何體4內(nèi)部的外表面；出光面6指的是發(fā)光器2的光線從實(shí)心幾何體4內(nèi)部出射的外表面。所述的出光面6上覆蓋的光觸媒膜層8，至少有一層納米顆粒的光觸媒半導(dǎo)體材料涂層，涂層厚度在0. 05mm-5mm。本發(fā)明的一個(gè)目的是進(jìn)一步優(yōu)化LED光觸媒面光源中的光觸媒半導(dǎo)體材料，根據(jù) 《煙塵纖維過濾理論、技術(shù)及應(yīng)用》(2007年3月第1版、向曉東編著、冶金工業(yè)出版社出版) P198頁知道，TiO2是目前最廣泛使用的光催化劑材料，與其他半導(dǎo)體材料相比，TiO2材料具有對(duì)紫外光的吸收率較高；具有良好的抗光腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性；氧化還原能力強(qiáng)，有較高的光催化活性；TiO2對(duì)很多有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用；TiO2價(jià)廉無毒，低成本。但是光觸媒材料所具有的諸多功效必須滿足一定的條件才能發(fā)生，其首要條件就是需要提供與能帶間隙(energy band gap以下縮寫成Eg)相符的能量。TiO2滿的價(jià)帶和空的導(dǎo)帶之間的禁帶寬度(帶隙能)雖較其它材質(zhì)小，但仍有3. 2eV (electron volt)，根據(jù)半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)λ (nm)與帶隙能Eg(eV)的關(guān)系λ = 1M0/Eg進(jìn)行計(jì)算相當(dāng)于波長(zhǎng)為387. 5nm光子所帶的能量。當(dāng)TW2吸收的光子的能量hv彡Eg,即受到波長(zhǎng)λ彡387. 5nm的紫外光照射時(shí)才能被吸收和利用。因此所述的LED點(diǎn)光源1芯片的發(fā)射波長(zhǎng)必須與光觸媒膜層8中的光觸媒材料吸收(也可稱激發(fā))波長(zhǎng)相匹配，匹配要求是光子發(fā)射波長(zhǎng)偏離度不超出光觸媒材料的有效吸收波長(zhǎng)的范圍；即所述的LED點(diǎn)光源1發(fā)出的光譜中必須含有365nm-410nm 的紫外光波長(zhǎng)或近紫外部分范圍，才能充分發(fā)揮光觸媒膜層8的作用。本人申請(qǐng)的專利(申請(qǐng)?zhí)?01020517689. 2)中公開了一種在LED面光源的出光面上覆蓋一層光觸媒膜層，LED點(diǎn)光源1芯片波長(zhǎng)在365nm-410nm時(shí)是選用的平均粒徑在 5nm-15nm,比表面積> 140m2/g的納米二氧化鈦。由于波長(zhǎng)365nm的LED點(diǎn)光源1芯片價(jià)格很高，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后選擇LED點(diǎn)光源1芯片波長(zhǎng)在380nm-410nm光觸媒膜層8是含有平均粒徑在5nm-15nm、比表面積> 140m2/g的銳鈦礦型晶體的納米二氧化鈦膜層，膜層光學(xué)厚度是91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍；或是將平均粒徑5nm_15nm、比表面積> 140m2/ g的銳鈦礦型晶體的納米二氧化鈦，按0. 1% -10%的重量比分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體中形成聚合物的固態(tài)光光觸媒膜層8，其膜層厚度是0. lmm-3mm，其性價(jià)比更高。但是該波長(zhǎng)仍落入紫外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，使用較為不便；且使用在室外時(shí)，太陽光能量中，分布最強(qiáng)的光源波長(zhǎng)約在530nm左右的范圍，而紫外光也只占到達(dá)地面上太陽光能的4-6%，因此對(duì)太陽光能的利用率很低，殺菌率不高。本發(fā)明的另一個(gè)目的就是選用在可見光區(qū)域中能產(chǎn)生很好的光催化作用的光觸媒材料，與LED點(diǎn)光源1的芯片波長(zhǎng)相匹配，在照明的同時(shí)也能產(chǎn)生很好的光催化作用。隨著光觸媒材料的發(fā)展，經(jīng)過研究表明將T^2中摻雜稀有金屬離子、過渡金屬離子等的二氧化鈦光觸媒的材料可使半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)域。我們將這種二氧化鈦光觸媒的材料稱為改性二氧化鈦光觸媒材料，因?yàn)樵诩{米TW2中采用離子注入法對(duì)TW2進(jìn)行離子的摻雜，可以促進(jìn)TW2微粒光生電子-空穴對(duì)的有效分離，提高催化劑的光催化活性。而使半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)域。選用不同波長(zhǎng)的LED芯片制成LED點(diǎn)光源1與改性二氧化鈦光觸媒材料的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行匹配可達(dá)到光催化最佳的效果。這桿LED光觸媒面光源可以通過選用不同的LED芯片調(diào)整波長(zhǎng)與改性二氧化鈦光觸媒材料的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行匹配，充分發(fā)揮改性二氧化鈦光觸媒的作用。本發(fā)明LED點(diǎn)光源1芯片陣列是由遍布380nm-780nm發(fā)射波長(zhǎng)的多種芯片預(yù)制的 LED點(diǎn)光源模組或是SMD貼片模組固定在散熱器上，或是直接將遍布380nm-780nm發(fā)射波長(zhǎng)的多種芯片集成綁定在散熱器上的光源。光觸媒膜層8是含有改性的納米二氧化鈦顆粒材料的膜層，為了減少光的損失膜層光學(xué)厚度是91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍。更簡(jiǎn)便的方法是將改性的納米二氧化鈦，按0. -10%的重量比分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體的聚合物中，覆蓋在 LED面光源發(fā)光裝置的發(fā)光器2的出光面上，經(jīng)過固化形成的固態(tài)光觸媒膜層，其膜層厚度是0. lmm-3mm。改性二氧化鈦光觸媒材料給光觸媒LED面光源燈具的發(fā)展帶來了極大的發(fā)展空間。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)在銳鈦礦型納米TiA中采用離子注入法對(duì)Tio2進(jìn)行Cr6+、CU2+、i^e3+、V4+、 Ru3+、Mn2+、Pb2\ W6+等離子的摻雜，促進(jìn)TW2微粒光生電子一空穴對(duì)的有效分離，提高催化劑的光催化活性，就可使半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到600nm附近可見光區(qū)域。如中國專利CN101209413A、CN1583252A、CN1736584A、CN1799692A中所披露的摻雜過渡金屬離子的二氧化鈦，禁帶寬度可降到2. 2eV相當(dāng)于波長(zhǎng)563. 6nm光子所帶的能量，位于可見光波長(zhǎng)范圍之中，且與太陽光能量所占比例最多的光源波長(zhǎng)相近。由于摻雜不同的稀有金屬離子、過渡金屬離子，能帶間隙Eg相符的能量所對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)也不同，而調(diào)整LED點(diǎn)光源1的芯片波長(zhǎng)與光觸媒膜層8的光觸媒材料激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行匹配，LED光觸媒面光源可用不同波長(zhǎng)的芯片激發(fā)光觸媒材料，加強(qiáng)光催化作用，達(dá)到最佳匹配效果，同時(shí)還可通過調(diào)整LED點(diǎn)光源1的芯片波長(zhǎng)所占比例達(dá)到最佳照明與光催化效果的目的。本發(fā)明LED點(diǎn)光源1芯片波長(zhǎng)是450nm-600nm，光觸媒膜層8是在TW2中摻雜的過渡金屬離子如Cr6+、Cu2+、Fe3\ V4+、Ru3+、Mn2+、Pb2\ W6+等離子的膜層。膜層光學(xué)厚度是 91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍。或是將摻雜的過渡金屬離子如Cr6+、Cu2+、Fe3\ V4+、 Ru3\Mn2\Pb2M6+等的改性TiO2，按0. 1% -10%的重量比分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體的聚合物中，覆蓋在LED面光源發(fā)光裝置的光催化發(fā)光器2的出光面6上，經(jīng)過固化形成的固態(tài)光觸媒膜層，其膜層厚度是0. lmm-3mm。
為了降低LED點(diǎn)光源1的熱阻、減少LED點(diǎn)光源1的光衰，LED點(diǎn)光源1直接固定到散熱器3上，配置在光催化發(fā)光器2的入射面5上。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED點(diǎn)光源1 可以是預(yù)制的LED點(diǎn)光源如SMD貼片，也可以用預(yù)制的LED線光源模組，焊接在印刷板上固定到散熱器，配置在光催化發(fā)光器的實(shí)心幾何體入射面上。為了進(jìn)一步降低熱阻、減少光衰，最優(yōu)化的方法是直接將LED芯片集成綁定在散熱器3上的LED線光源或擴(kuò)展光源(即稱COB方法)。本發(fā)明的又一個(gè)目的是增加光觸媒涂覆面積，由于光觸媒材料的催化反應(yīng)主要在其涂覆表面處發(fā)生，而將光觸媒膜層與LED面光源相結(jié)合，大大增加了光觸媒涂覆面積，因此所述的光觸媒發(fā)光器2的實(shí)心幾何體4的形狀是實(shí)心多面體、實(shí)心旋轉(zhuǎn)體或?qū)嵭亩嗝骟w與實(shí)心旋轉(zhuǎn)體相互結(jié)合成的異型實(shí)心幾何體，如板狀、管狀、棒狀及曲板狀。除了入射面5 都可以成為出光面6覆蓋光觸媒膜層，由于出光面覆蓋光觸媒膜層可能降低了燈具的照度，因此根據(jù)實(shí)際應(yīng)用出光面可不全部覆蓋光觸媒膜層?？稍贚ED光觸媒面光源裝置外表面，或是外殼、或是帶有涂布光觸媒材料風(fēng)扇的散熱器3，照明光源的燈罩部分，散熱器3的散熱片上涂覆一層光觸媒材料，帶有涂布光觸媒材料風(fēng)扇的散熱器，利用風(fēng)扇將外界空氣帶入本體空氣濾凈器，在有光照射而催化光觸媒材料的同時(shí)產(chǎn)生凈化空氣的功效?？梢詼p少LED點(diǎn)光源1的光衰，降低LED點(diǎn)光源1的熱阻，同時(shí)增加光觸媒材料凈化空氣的效率。 將風(fēng)扇、燈具及光觸媒材料結(jié)合使其兼具散熱、照明與凈化空氣的效果，并利用風(fēng)扇的強(qiáng)制對(duì)流而增加光觸媒材料凈化空氣的效率，同時(shí)降低LED點(diǎn)光源1的熱阻。在實(shí)際使用時(shí)為了方便，所述的LED光觸媒面光源裝置中的光觸媒膜層8也可以是預(yù)制的光觸媒膜層薄片，薄片厚度是0. lmm-5mm。使用時(shí)將光觸媒膜層薄片粘貼在出光面 6上，或其他所需部位。本發(fā)明在室內(nèi)，通過LED光觸媒面光源裝置中LED點(diǎn)光源1、光觸媒膜層8的光催化作用，可將吸附于其表面的裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、 氨氣等這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這些物質(zhì)的濃度降低，減輕或消除室內(nèi)環(huán)境不適感。本發(fā)明在室外，既可通過LED光觸媒面光源裝置中光觸媒膜層LED點(diǎn)光源、光觸媒膜層的光催化作用又可通過太陽光與LED光觸媒面光源裝置中光觸媒膜層8的光催化作用，將來源于汽車尾氣與工業(yè)廢氣中的CO、NOx與氣體氧化，形成蒸汽壓低的硝酸或硫酸，這些硝酸或硫酸可在降雨過程中除去，從而達(dá)到降低大氣污染的目的。除此之外，在匹配波長(zhǎng)的光源照射后，LED光觸媒面光源裝置中光觸媒膜層，還可增加光觸媒的親水性，大幅降低物質(zhì)表面與水的接觸角度，消減疏水現(xiàn)象，避免水氣冷凝成水滴，而生成物質(zhì)表面模糊等不便，并可使水分容易滲入污垢與光觸媒的界面，讓污垢隨水沖刷脫落而具有自清效果。隨著電子薄膜技術(shù)的迅速發(fā)展，薄膜生成的方法也越來越多。本裝置光學(xué)膜層的生成，均可采用常用的公知制備方法，如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法、噴射法、濺射法……等方法給予實(shí)現(xiàn)。(《薄膜科學(xué)于技術(shù)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社1991年3月第一版清華大學(xué)田民波、沈陽真空技術(shù)研究所劉德令編譯)。綜上所述，本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)證明，將光觸媒膜層與LED面光源相結(jié)合，是一種實(shí)施方便、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、性價(jià)比高，且還具有殺菌、除臭、防霉、凈化空氣、防污自潔、醫(yī)療保健、抗靜電等多功能的光觸媒裝置，可廣泛應(yīng)用于顯示、照明、環(huán)保、醫(yī)療保健等與光觸媒相關(guān)的各技術(shù)領(lǐng)域。


圖Ia為本發(fā)明第一實(shí)施例一種側(cè)入式LED光觸媒平面光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖Ib為本發(fā)明第一實(shí)施例側(cè)入式LED光催化發(fā)生器的縱向剖視圖。圖加為本發(fā)明第二實(shí)施例一種直下式LED光觸媒平面光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b為本發(fā)明第二實(shí)施例直下式光催化發(fā)生器縱向剖視圖。圖3a為本發(fā)明第三實(shí)施例一種管狀LED光觸媒面光源結(jié)構(gòu)示意圖，圖北為本發(fā)明第三實(shí)施例管狀光催化發(fā)生器縱向剖視圖。圖如為本發(fā)明第四實(shí)施例一種LED光觸媒曲面光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4b為本發(fā)明第四實(shí)施例曲面光催化發(fā)生器橫向剖視圖。圖fe為本發(fā)明第五實(shí)施例一種LED光觸媒柱體面光源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖恥為本發(fā)明第五實(shí)施例側(cè)入式柱體光催化發(fā)生器縱向剖視圖。圖5c為本發(fā)明第五實(shí)施例側(cè)入與直下混合式柱體光催化發(fā)生器縱向剖視圖。圖6a為本發(fā)明第六實(shí)施例一種LED光觸媒多面體面光源發(fā)光器的結(jié)構(gòu)示意6b為本發(fā)明第六實(shí)施例多面體光催化發(fā)生器橫向剖視圖。圖7a為本發(fā)明第七實(shí)施例一種LED光觸媒異形面光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7b為本發(fā)明第七實(shí)施例LED點(diǎn)光源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7c為本發(fā)明第七實(shí)施例異形光催化發(fā)生器縱向剖視fe為本發(fā)明第八實(shí)施例LED光觸媒面光源日光燈結(jié)構(gòu)示意8b為本發(fā)明第八實(shí)施例光催化發(fā)生器縱向剖視9a為本發(fā)明第九實(shí)施例另一種LED光觸媒曲面光源結(jié)構(gòu)示意9b為本發(fā)明第九實(shí)施例曲面光催化發(fā)生器橫向剖視圖。圖10為本發(fā)明第十實(shí)施例一種LED光觸媒球面光源示意圖。1、LED點(diǎn)光源 2、光催化發(fā)生器3、散熱器4、實(shí)心幾何體 5、入射面6、出光面7、反射面8、光觸媒膜層9、反射膜層10、擴(kuò)散膜層本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施例一一種側(cè)入式LED光觸媒平面光源，如圖la，LED點(diǎn)光源1采用35^SMD 貼片LED其波長(zhǎng)365nm-410nm ；焊接在長(zhǎng)165mm、寬IOmm的鋁基印刷板上，先在散熱器3上固定，然后配置到光催化發(fā)生器2的入射面5上，光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為長(zhǎng)160mm、 寬65mm、厚6mm的PMMA板材，其幾何形狀為用PMMA材料制成的實(shí)心的多面體中的六面幾何體，共有六個(gè)外表面；LED點(diǎn)光源1配置在六面體的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面，則此發(fā)光側(cè)面為入射面5，因此圖中有兩個(gè)入射面，其余外表面作為出光面6，此光催化發(fā)生器是以側(cè)面入射光線、幾何體的其余外表面出光的側(cè)入式發(fā)光器。出光面用公知的溶膠一凝膠法，經(jīng)過涂敷、 成膜、干燥等工藝流程覆蓋光觸煤膜層8。如圖Ib 經(jīng)過多次試驗(yàn)，選擇平均粒徑5nm，比外表面積50-250 (m2/g)的納米二氧化鈦粉體，將其按0. 4%的重量比均勻分散于光學(xué)透明的環(huán)氧樹脂或光學(xué)透明的硅樹脂母體的聚合物中，用溶膠一凝膠法覆蓋在實(shí)心幾何體出光面6上，在低于80°C的溫度下經(jīng)過固化，在出光面6形成厚度在0. 05mm的固態(tài)光觸媒膜層8。如對(duì)照度要求高可以設(shè)置反射面7 (另一個(gè)平行外表面及另兩個(gè)側(cè)面均為反射面)，覆蓋反射膜9，或用預(yù)制成的反射膜片粘貼在反射面7上。覆蓋時(shí)必須注意將實(shí)心幾何體4的其他外表面給予掩蔽，才能制成合格的發(fā)光器。本實(shí)施例的實(shí)心幾何體4是PMMA材料其折射率n = 1491，而光觸媒材料的折射率η > 1491因此覆蓋光觸媒膜層8的光催化發(fā)生器2 同時(shí)又是極好的面光源組件。實(shí)施例二 一種直下式LED光觸媒平面光源，如圖加光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為PMMA板材，其幾何形狀為實(shí)心的多面體中的六面幾何體，共有六個(gè)外表面；LED點(diǎn)光源1發(fā)光體配置在六面體的一個(gè)平行面上，則此平行面為入射面5，另一個(gè)平行面為出光面 6，其余側(cè)面均為反射面7，此光催化發(fā)生器是以幾何體一個(gè)平行面入射光線、幾何體的另一個(gè)平行面出光即為直下式發(fā)光器。其出光面6為直下式發(fā)光器出光面，出光面覆蓋光觸媒膜層8，如圖2b 本實(shí)施例采用改性二氧化鈦光觸媒材料，添加到透明環(huán)氧樹脂母體中。在膜層厚度為Imm時(shí)，將其按0.4%的重量比均勻分散于光學(xué)透明的環(huán)氧樹脂或光學(xué)透明的硅樹脂母體的聚合物中，然后混合攪拌用溶膠一凝膠法覆蓋在實(shí)心幾何體出光面6上，在低于80°C的溫度下經(jīng)過固化，在直下式發(fā)光器出光面6上形成固態(tài)光觸媒膜層8。經(jīng)過固化制成的固態(tài)光觸媒膜層，通過從出光面發(fā)射出來的含波長(zhǎng)380nm-780nm光線的輻射產(chǎn)生光觸媒效果。如在改性二氧化鈦光觸媒材料中同時(shí)添加粒徑大于可見光波長(zhǎng) (0. 38ym-0. 78 μ m)的光擴(kuò)散劑(如高純度二氧化硅粉末、輕質(zhì)硫酸鋇)或添加粒徑大于可見光波長(zhǎng)的改性二氧化鈦光觸媒材料按重量比-5%的比例分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體中成為聚合物，由于光擴(kuò)散劑粒子的直徑比可見光的波長(zhǎng) (0. 38 μ m-o. 78 μ m)大，所以分散在樹脂里的足量的粒子能有效的遮蔽光源，而相臨兩個(gè)粒子的距離很小。因此，產(chǎn)生多次散射，使耀眼的入射光變成親和人眼的勻和柔光，達(dá)到透光不透明的舒適效果?；旌蠑嚢韬蟾采w在實(shí)心幾何體出光面上進(jìn)行固化，形成膜層厚度在 lmm-3mm的擴(kuò)散膜層10。增加光的散射，遮住發(fā)光源以及刺眼光源的同時(shí)，又能使整個(gè)出光面發(fā)出更加柔和，達(dá)到透光不透明的舒適效果。經(jīng)檢測(cè)膜層霧度>80%，擴(kuò)散率>0.6，透光率>80%?；緷M足LED面光源的要求。實(shí)施例三一種管狀光觸媒LED面光源，如圖3a 先直接將遍布380nm-780nm發(fā)射波長(zhǎng)的多種芯片集成直接綁定在散熱器3的環(huán)平面上預(yù)制成的LED點(diǎn)光源模組，光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為PMMA管材，其幾何形狀為實(shí)心的旋轉(zhuǎn)體中的環(huán)狀幾何體。外表面是由內(nèi)外兩個(gè)曲面及兩個(gè)底面組成，LED點(diǎn)光源1配置在環(huán)狀幾何體的一個(gè)底面，則此底面為入射面5，因此圖中只有一個(gè)入射面，另一個(gè)底面為反射面7，環(huán)狀幾何體的內(nèi)曲面也為反射面7。環(huán)狀幾何體的外曲面為出光面6，此光催化發(fā)生器是以環(huán)狀幾何體的一個(gè)底面入射光線、環(huán)狀幾何體外曲面出光的側(cè)入式發(fā)光器。如圖北本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋改性二氧化鈦光觸媒材料膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例四一種LED光觸媒曲面光源，如圖如光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為 PMMA材料，其幾何形狀為部份旋轉(zhuǎn)環(huán)狀幾何體，外表面是由兩個(gè)平面、兩個(gè)曲面及兩個(gè)環(huán)面組成。LED點(diǎn)光源1配置在旋轉(zhuǎn)環(huán)狀幾何體的一個(gè)側(cè)平面，則此側(cè)面為入射面5，圖中只有一個(gè)入射面，環(huán)狀幾何體的外側(cè)曲面為出光面6，其余各面均作為反射面7。此光催化發(fā)生器是以環(huán)狀幾何體的側(cè)平面入射光線、一個(gè)外側(cè)曲面出光的側(cè)入式發(fā)光器。如圖4b 本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例五一種LED光觸媒柱體面光源，如圖fe 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4 為PMMA板材，其幾何形狀為實(shí)心旋轉(zhuǎn)體中的圓臺(tái)幾何體，外表面是由上下兩個(gè)底面及一個(gè)側(cè)面組成。本實(shí)施例按不同用途有多種變化1)、如圖恥=LED點(diǎn)光源1配置在圓臺(tái)的下底面，則此底面為入射面5，因此圖中只有一個(gè)入射面，圓臺(tái)的上底面為反射面7，圓臺(tái)的側(cè)表面為出光面6。此光催化發(fā)生器是以幾何體的底面入射光線、側(cè)表面出光的側(cè)入式發(fā)光器。本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7 上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋的光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。2)、如圖5c =LED點(diǎn)光源1配置在圓臺(tái)的下底面，則此底面為入射面5，圓臺(tái)的側(cè)表面及上表面為出光面6，沒有反射面。此光催化發(fā)生器是以幾何體的底面入射光線、側(cè)表面和上底面出光的側(cè)入、直下混合式發(fā)光器。如在改性二氧化鈦光觸媒材料中同時(shí)添加粒徑大于可見光波長(zhǎng)(0.38μπι-0.78μπι)的光擴(kuò)散劑(如高純度二氧化硅粉末、輕質(zhì)硫酸鋇) 或添加粒徑大于可見光波長(zhǎng)的改性二氧化鈦光觸媒材料，按重量比-5%的比例分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體中成為聚合物，然后混合攪拌后用溶膠-凝膠法，覆蓋在直下式發(fā)光器出光面，經(jīng)過固化形成膜層厚度在lmm-3mm的光觸媒擴(kuò)散膜層10。由于光擴(kuò)散劑粒子的直徑比可見光的波長(zhǎng)(0. 38ym-0. 78 μ m)大，所以分散在樹脂里的足量的粒子能有效的遮蔽光源，而相臨兩個(gè)粒子的距離很小。因此，產(chǎn)生多次散射，使耀眼的入射光變成親和人眼的勻和柔光，達(dá)到透光不透明的舒適效果，增加光的散射，遮住發(fā)光源以及刺眼光源的同時(shí)，又能便整個(gè)出光面發(fā)出更加柔和，達(dá)到透光不透明的舒適效果。經(jīng)檢測(cè)膜層霧度>80%，擴(kuò)散率>0.6，透光率>80%?；緷M足LED面光源的要求。本實(shí)施例出光面6 上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例六一種LED光觸媒多面體面光源，如圖6a 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體 4為PMMA板材，其幾何形狀為實(shí)心多面體中的六棱柱，外表面是由上下兩個(gè)底面及六個(gè)側(cè)面組成。LED點(diǎn)光源1裝置在六棱柱的一個(gè)底面，則此底面為入射面5，因此圖中只有一個(gè)入射面，另一個(gè)底面為反射面7，其余六個(gè)側(cè)面均為出光面6，此光催化發(fā)生器是以幾何體的一個(gè)底面入射光線、側(cè)面出光的側(cè)入式發(fā)光器。如圖6b 本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重
Μ. ο還有一種實(shí)施例(圖中未給出)即是LED點(diǎn)光源1裝置在六棱柱的一個(gè)底面，則此底面為入射面5，另一個(gè)底面及其余六個(gè)側(cè)面均為出光面6，沒有反射面，此光催化發(fā)生器是以幾何體的一個(gè)底面入射光線、各個(gè)側(cè)面及另一個(gè)底面出光，所以為側(cè)入、直下混合式發(fā)光器。本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的上底面出光面6覆蓋的擴(kuò)散膜層10與側(cè)表面出光面6 上覆蓋的光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例七一種LED光觸媒異形面光源，如圖7a 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4 為PMMA材料制成的組合體，其幾何形狀為實(shí)心的旋轉(zhuǎn)體中的環(huán)狀幾何體與實(shí)心的長(zhǎng)方體的組合體，外表面是由十個(gè)平面、內(nèi)外兩個(gè)曲面及上下兩個(gè)環(huán)面組成。如圖7b =LED點(diǎn)光源1是預(yù)制的LED點(diǎn)光源模組，直接將LED芯片綁定在散熱器3的光源模組裝置。實(shí)施時(shí)直接將光源模組裝置嵌入在組合體的四個(gè)內(nèi)側(cè)平面及一個(gè)下環(huán)面中，則此四個(gè)內(nèi)側(cè)平面及下環(huán)面為入射面5，因此圖中共有五個(gè)入射面，組合體的一個(gè)外曲面、一個(gè)上環(huán)面及一個(gè)上平面為出光面6，其余各面均作為反射面7。此光催化發(fā)生器是以幾何體的四個(gè)內(nèi)側(cè)平面及一個(gè)下環(huán)面入射光線，上環(huán)面、外曲面及上平面出光的側(cè)入直下混合式發(fā)光器。如圖7c 本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，在出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例八LED光觸媒面光源日光燈，如圖8a 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為 PMMA材料，其幾何形狀為實(shí)心的部份環(huán)狀旋轉(zhuǎn)幾何體，外表面是由兩個(gè)平面、兩個(gè)曲面及兩個(gè)環(huán)面組成，此光催化發(fā)生器是以環(huán)狀幾何體的兩個(gè)側(cè)平面入射光線、一個(gè)外側(cè)曲面出光的側(cè)入式發(fā)光器。LED點(diǎn)光源1是預(yù)制的LED點(diǎn)光源模組，直接將LED芯片綁定在散熱器3 的光源模組裝置。實(shí)施時(shí)直接將光源模組配置在旋轉(zhuǎn)環(huán)狀幾何體的兩個(gè)側(cè)平面，圖中有兩個(gè)入射面5，環(huán)狀幾何體的外側(cè)曲面為出光面6，內(nèi)側(cè)曲面及其余各面均作為反射面7。如圖 8b 本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例九另一種LED光觸媒曲面光源，如圖9a 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4 為PMMA材料，其幾何形狀為部份旋轉(zhuǎn)環(huán)狀幾何體，外表面是由兩個(gè)平面、兩個(gè)曲面及兩個(gè)環(huán)面組成。LED點(diǎn)光源1配置在旋轉(zhuǎn)環(huán)狀幾何體的一個(gè)側(cè)平面，則此側(cè)面為入射面5，圖中只有一個(gè)入射面，環(huán)狀幾何體的內(nèi)側(cè)曲面為出光面6，其余各面均為反射面7。此光催化發(fā)生器是以環(huán)狀幾何體的側(cè)平面入射光線、一個(gè)外側(cè)曲面出光的側(cè)入式發(fā)光器。如圖9b 本實(shí)施例在實(shí)心幾何體的反射面7上覆蓋反射膜層9，出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同不再重復(fù)。實(shí)施例十為一種LED光觸媒球面光源示意圖，如圖10 光催化發(fā)生器2的實(shí)心幾何體4為PMMA材料，其幾何形狀為環(huán)面所圍成的環(huán)體(圖中未畫)，其外表面是球面出光面 6，大大增加了光觸媒涂覆面積，出光面6上覆蓋光觸媒膜層8，覆蓋方法與以上實(shí)施例相同
不再重復(fù)。通過對(duì)以上實(shí)施例照明燈具的實(shí)用化試驗(yàn)表明，可大幅度地降低污染，減輕污染對(duì)光通量的影響，大大減少清潔的次數(shù)，還可以減少維護(hù)的費(fèi)用。此外還確認(rèn)了在室內(nèi)涂有光觸媒的照明燈具還具有除臭的效果，最引人注目的它的抗菌作用。光觸媒在殺滅細(xì)菌的同時(shí)也會(huì)將毒素分解，這是其他抗菌劑所沒有的功能。當(dāng)考慮具有優(yōu)越的抗菌、防塵光觸媒反應(yīng)時(shí)本發(fā)明LED面光源的應(yīng)用將有一個(gè)非常廣闊的領(lǐng)域，經(jīng)檢測(cè)覆蓋有光觸媒光學(xué)膜層的發(fā)光器干燥后硬度為> 5H，凈化效果達(dá)到甲苯濃度降低80%，氨降解率> 80%，甲醛降解率>80%，硫化氧>90%以上，殺菌率>98%。本實(shí)施例就是很好的光觸媒組件，可以凈化空氣、殺菌，成為極好的環(huán)保發(fā)光器。本發(fā)明覆蓋光觸媒膜層后，不僅能克服LED點(diǎn)光源產(chǎn)生的直接眩光，而且由于可以在發(fā)光器實(shí)心幾何體外表面上直接生成光學(xué)膜層，極大的提高了面光源的發(fā)光強(qiáng)度，拓展了面光源的功能，不僅可作為一種照明、顯示燈具及背光源，而且還能凈化空氣、殺菌、抗靜電，光療、植物光照，制成LED凈化燈具、LED殺菌燈具、LED抗靜電燈具、LED光療燈具、 LED植物光照燈具。隨著電子薄膜技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)給LED面光源應(yīng)用產(chǎn)品開拓更多的商機(jī)。 還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，它包含LED點(diǎn)光源(1)、光催化發(fā)生器O)、散熱器(3)，其特征在于所述的光催化發(fā)生器O)，是指在其外表面覆蓋有光觸媒膜層(8)的透明實(shí)心幾何體(4)；所述的實(shí)心幾何體至少有一個(gè)外表面是入射面(5)，至少有一個(gè)外表面是覆蓋有光觸媒膜層(8)的出光面(6)；所述的出光面(6)上覆蓋的光觸媒膜層(8)，至少有一層納米顆粒的光觸媒半導(dǎo)體材料涂層，涂層厚度在0. 05mm-5mm ；所述的LED點(diǎn)光源(1)是LED芯片陣列，其芯片的發(fā)射波長(zhǎng)與覆蓋的光觸媒膜層(8) 的光觸媒吸收波長(zhǎng)相匹配，匹配要求是芯片發(fā)射波長(zhǎng)偏離度不超出光觸媒材料的有效吸收波長(zhǎng)的范圍；所述的LED點(diǎn)光源⑴固定到散熱器(3)、配置在光催化發(fā)生器⑵入射面(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于光觸媒膜層(8)中的光觸媒基礎(chǔ)材料是激發(fā)波長(zhǎng)可調(diào)的納米二氧化鈦或改性納米二氧化鈦顆粒材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的LED點(diǎn)光源(1)芯片波長(zhǎng)是380nm-410nm，光觸媒膜層(8)是含有平均粒徑在5nm-15nm、比表面積> 140m2/g的銳鈦礦型晶體的納米二氧化鈦膜層，膜層光學(xué)厚度是 91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍；或是將平均粒徑在5nm_15nm、比表面積> 140m2/g的銳鈦礦型晶體的納米二氧化鈦，按0. 1% -10%的重量比分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體中形成聚合物的固態(tài)光觸媒膜層，其膜層厚度是0. lmm-3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的LED點(diǎn)光源(1)芯片波長(zhǎng)是400nm-780nm，光觸媒膜層(8)是改性納米二氧化鈦顆粒材料的膜層，膜層光學(xué)厚度是91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍；或是將改性納米二氧化鈦，按0. -10%的重量比不分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體的聚合物中，覆蓋在LED面光源發(fā)光裝置的發(fā)光器2的出光面上，經(jīng)過固化形成的固態(tài)光觸媒膜層，其膜層厚度是 0. lmm-3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的LED點(diǎn)光源(1)芯片波長(zhǎng)是450nm-600nm，光觸媒膜層(8)是在TiO2中摻雜金屬離子、過渡金屬離子Sn4+、Cr6+、Cu2+、Fe3\ V4+、Ru3+、Mn2+、Pb2\ W6+的膜層。膜層光學(xué)厚度是91. 25nm奇數(shù)倍到102. 5nm的奇數(shù)倍；或是將在TW2摻雜金屬離子、過渡金屬離子Sn4+、 Cr6+、Cu2+、Fe3+、V4+、Ru3+、Mn2+、Pb2+、W6+ 的 TiO2，按 0. 1% -10% 的重量比分散于透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂母體的聚合物中，覆蓋在LED面光源發(fā)光裝置的發(fā)光器2的出光面上，經(jīng)過固化形成的固態(tài)光觸媒膜層，其膜層厚度是0. lmm-3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的實(shí)心幾何體(4)的材料是光學(xué)塑料，或光學(xué)玻璃或光學(xué)陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的實(shí)心幾何體的形狀是實(shí)心多面體、實(shí)心旋轉(zhuǎn)體或?qū)嵭亩嗝骟w與實(shí)心旋轉(zhuǎn)體相互結(jié)合成的異型實(shí)心幾何體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的LED點(diǎn)光源(1)芯片陣列是由遍布380nm-780nm發(fā)射波長(zhǎng)的多種芯片預(yù)制的LED 點(diǎn)光源模組是SMD貼片模組固定在散熱器上，或是直接將遍布380nm-780nm發(fā)射波長(zhǎng)的多種芯片集成綁定在散熱器上的光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置，其特征在于所述的光觸媒膜層(8)是覆蓋在LED光觸媒面光源裝置外表面，或是外殼、或是帶有涂布光觸媒材料風(fēng)扇的散熱器(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置其特征在于所述的光觸媒膜層(8)是預(yù)制的光觸媒膜層薄片，薄片厚度是0. lmm-5mm。
全文摘要
一種覆蓋有光觸媒膜層的LED光觸媒面光源裝置它包含LED點(diǎn)光源、光催化發(fā)生器、散熱器，其特征在于所述的光催化發(fā)生器，是指在外表面覆蓋有光觸媒膜層的透明實(shí)心幾何體。所述實(shí)心幾何體至少有一個(gè)外表面是入射面，至少有一個(gè)外表面是覆蓋有光觸媒膜層的出光面。所述的出光面上覆蓋的光觸媒膜層，至少有一層納米顆粒的光觸媒半導(dǎo)體材料涂層，涂層厚度在0.05mm-5mm。本發(fā)明的目的是選用在可見光區(qū)域中能產(chǎn)生很好光催化作用的光觸媒材料，與LED點(diǎn)光源的芯片波長(zhǎng)相匹配，在照明的同時(shí)也能產(chǎn)生很好的光催化作用，同時(shí)增加光觸媒涂覆面積。可廣泛應(yīng)用于顯示、照明、環(huán)保、醫(yī)療保健等與光觸媒相關(guān)的各技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F21V19/00GK102466145SQ20101053801
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者吳明番, 柴永芳 申請(qǐng)人:吳明番