CN108266704A - 一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于上转换紫外荧光粉的pc‑LEDs植物生长灯，其制备步骤如下：首先将包含有上转换紫外荧光粉的荧光粉颗粒与胶体混合形成均匀的粉浆，再将粉浆涂覆在蓝光LED芯片的出光方向表面上、并固化，实现一种基于蓝光LED芯片的植物生长的pc‑LEDs光源。本发明的植物生长光源通过蓝光激发其中的上转换荧光粉产生植物所需的200nm‑380nm紫外光，可以抑制植物疯长，可以使植物的外壳更加坚硬、厚实从而增强植物的抗性，可以促进植物开花结果，可以为植物表面以及土壤杀菌。通过改变胶和粉的比例，控制照射时间，可以实现植物生长所需光照的调控。该光源具有成本低、结构简单、便于调控光谱成分比例，实现相关功能的优势，在植物生长方面将会有很好的应用。
Description
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体涉及一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯的制备方法。
背景技术
光作为环境信号作用于植物，是影响植物生长发育的众多外界环境(光、温度、重力、水、矿物质等)中最为重要的条件。其重要性不仅表现在光合作用对植物体的建成的作用上，光还是植物整个生长和发育过程中的重要调节因子。而且光合作用实际上贯穿植物体后期生长发育的整个过程的，是生长发育的基础，通过在植物体幼苗分化、营养生长中起的作用而影响植物生长发育。在太阳光中，对植物生长起主要作用的可见光谱中的红蓝光，以及紫外光UVA和UVB、UVC。
对于植物生长的LED光源，其原理是提供植物多需要的光，提高光的利用率。其中红光促进开花结果，蓝光促进根茎叶生长；UVA(波长320nm-380nm)具有很强的穿透力，可以穿过大部分的透明材料，破坏生物表皮细胞，促进细胞老化，对于植物来讲，这个波段的光线能促进表皮细胞老化，让外壳坚硬、厚实，同时植物的抗性会增强，对外界物理性破坏的抵抗力会大幅增加，能极大程度的提高抵抗力及成活率。更为重要的是，表皮适度老化的植物，能避免在突然增强的阳光下的晒伤；UVB(波长280nm-320nm)具有中等穿透力，经过大气层只有2％左右的能到达地面。并且它可以抑制植物疯长，为其上色。从表象上来说，它可以使植物矮化，从而可以将养分大量地积累到植物的根茎部，最终目的是通过营养的积累提高植物的体质，促进开花、结果。从家庭栽培植物的角度来说，UVB的照射，可以让植物矮化，紧凑，表象上是更加美观，实质上是增加了抗性。UVC(波长200-280nm)，又称为短波灭菌紫外线，对植物形态与生理过程的影响极小，主要功能是杀菌。
LED与普通荧光灯相比具有许多明显的优势：(1)灯体小巧，LED灯是将很小巧，很精细的LED晶片封装在透明的环氧树脂里面，所以它非常小粒，非常轻巧，在制作与应用上可以节省大量的材料与空间。(2)能耗非常低，比节能灯减少70％以上。(3)LED灯使用寿命长，在恰当的电流和电压下，LED灯的使用寿命可达10万小时，也即理论上产品生命达到10年以上，较其它类型灯具有更长的使用寿命。(4)热量散发少，LED是更加先进的冷光源，它不像荧光灯那样辐射大量的红外线和紫外线，不会对周边环境构成温室效应。
因此，LED光源已经被植物种植领域高度重视，被认为是植物生长的理想光源。
发明内容
本发明通过将包含有上转换紫外荧光粉的荧光粉与胶体混合形成均匀的粉浆，再将粉浆应用到装配有蓝光LED芯片的结构上，实现了在蓝光LED芯片基础上输出植物生长所需光线的pc-LEDs器件。该技术具有成本低、结构简单、便于调控光谱成分比例，实现相关功能的优势，在植物生长方面将会有很好的应用。
本发明的技术方案为：一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将包含有上转换紫外荧光粉的荧光粉颗粒与胶体按照一定比例混合获得荧光粉粉浆；
(2)将荧光粉粉浆涂覆在蓝光LED芯片的出光方向表面上，将涂覆的荧光粉粉浆进行固化处理；
(3)在荧光粉层外包裹透光层；
(4)通过驱动电路，实现不同光强、光谱、光周期的调控。
所用的上转换紫外荧光粉是指在蓝色LED光激发下能发出紫外光谱成分的荧光粉；所用的上转换紫外荧光粉是指在蓝光LED(400～500nm)激发下能发出紫外光谱的荧光粉；所用的荧光粉其发射光谱主峰波长在紫外波段范围(200～380nm)，这些发紫外的荧光粉是Pr3+：Y2SiO5，或者是紫外荧光粉与其它颜色荧光粉按一定比例混合的荧光粉。
所述的光源中,所用的上转换紫外荧光粉具有较宽的紫外光谱成分(200nm-380nm)，其中UVA(波长320nm-380nm)能促进表皮细胞老化，让外壳坚硬、厚实，同时植物的抗性会增强，能极大程度的提高抵抗力及成活率；UVB(波长280nm-320nm)可以抑制植物疯长，让植物矮化，紧凑，表象上是更加美观，实质上是增加了抗性，并能促进植物的开花结果；UVC(波长200-280nm)主要功能是为植物周围环境、土壤杀菌。
上述的混合荧光粉颗粒中可以加入红色荧光粉，为植物光合作用提供所需要的红光。这种红色荧光粉是指在蓝色LED光蓝光(400～500nm)激发下能发出红色或者含有红色光谱成分的荧光粉；所用的红色荧光粉其发射光谱主峰波长在红色波段范围(600-800nm)，且具有较宽的光谱成分，以适应不同种植物生长所需的光。这些发光的红色荧光粉为YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+和氮化物红色荧光粉其中的一种或者他们的组合；或者是红色荧光粉与其它颜色荧光粉按一定比例混合的荧光粉。
在步骤(1)中，所述荧光粉粉浆中荧光粉可调节的浓度为1％～35％；不同的荧光粉与配粉胶的比例，能够实现出射光中不同的蓝色光(400～500nm)/紫外光(200～380nm)比例,B/V＝0～100；当在上转换紫外荧光粉中混入红色荧光粉时，输出光中红色光与紫外光比例为R/V＝0～100，蓝色光(400～500nm)/红色光(600～700nm)比例为R/B＝0～100。
对于要获得不同成分比例的光源，可以通过控制胶体与上转换紫外荧光粉、红色荧光粉的比例实现，也可以通过控制荧光粉粉浆的涂覆量来控制芯片组整体的光源比例。
在步骤(1)中，所述胶体为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或感光胶中的一种或者多种组合；所述的感光胶体包括以下三类负性感光胶：①SBQ感光胶(聚乙烯醇环缩醛苯乙烯基吡啶盐树脂感光胶)、SBQ-PVA+高分子乳剂、SBQ-PVA+高分子乳剂+丙烯酸酯或有机苯乙烯基吡啶盐树脂感光胶体系中的一种或者多种的组合；②感光剂+成膜剂型，即感光性化合物+高分子化合物型，其中感光剂为重铬酸盐、铬酸盐、重氮化合物或者是叠氮基化合物中的一种或者多种的组合；成膜剂为聚乙烯醇(PVA)、***树胶、聚酰亚胺或聚乙酸乙烯酯乳剂中的一种或者多种的组合；③带感光基的高分子化合物型，主要有聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇-对-叠氮苯甲酸酯(PVAB)中的一种或者多种的组合；感光胶体为上述三类中的一类或多类的组合；
在步骤(2)中，任一出光方向表面上荧光粉涂敷的载体材料也可以是玻璃，环氧树脂、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(EP)中的一种或几种。
在步骤(2)中，所述的固化方式可以为炉体加热或红外加热的一种或多种组合，所需的固化温度和时间根据胶体(例如硅胶)的性质要求而定；也可以是光固化，使用光致固化胶体、感光胶等。
在步骤(2)中,可以将荧光粉粉浆涂覆在LED芯片的出光方向表面上，所述出光方向表面或者是LED芯片表面，或者是离开LED芯片表面的在光线出射方向的任一表面，用载体将荧光粉和蓝光LED隔离开，组成新型灯具。这种灯具中的荧光粉载体可以设置成圆形，三角形等不同形状；载体的数量也可以根据所需求的光的种类数量增加或者删减；蓝光LED芯片与载体的距离可以根据光强需求进行调节；灯具也可以根据时间、观赏需求、植物生长等不同的需求来转动玻璃片，发出红蓝光、紫外红蓝光、白光等，满足植物不同的需求。
所述的LED为有机LED、无机LED或者两者的组合；所述LED为单颗LED芯片，或者是同一基板的多颗LED芯片组，或者是整个晶圆，可以根据光照要求的不同，将芯片组合成不同形状和尺寸的结构(阵列)；或者根据需要将涂敷有荧光粉的晶圆切割成适当的大小和形状，以满足不同情况植物生长LED的要求。
所述的用于植物生长的LED光源中，可以提供植物生长所需的200～380nm的紫外和600～800nm红光、400～500nm蓝光，适当比例的红色，蓝色光，紫外，以及具有其他特定要求的光谱成分(如加入绿光可是使光照偏向白色，更具观赏性等)。可以精确的调节所需的光谱范围、节省能源。
运用本发明技术制作的LED光源中，可以控制荧光粉与配粉胶的比例，适当调节光谱比例，从而用于不同的植物培育。
附图说明
图1为荧光粉直接涂覆在LED芯片上的示意图。其中，1为LED芯片，2为荧光粉层，3为透光层，4为隔离载体，5为反光杯。
图2为涂覆不同粉胶比例荧光粉层的芯片组成的芯片组，通过PWM脉宽调制驱动电路对整组光强度进行调控，其中1，2，3为不同比例的荧光粉层。
图3为荧光粉粉浆涂覆在离开LED芯片的任一出射方向的表面上所组成灯具的俯视图，1是蓝光LED，2是荧光粉载体，3是灯具支架。
图4为所述荧光粉载体与蓝光LED相隔开的灯具的立体图，1是蓝光LED，2是荧光粉载体，3是灯具支架。
图5为所述所用红色荧光粉的发射相对光谱图。
图6为所述所用上转换紫外荧光粉的发射相对光谱图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施案例对本发明作进一步描述：
实施例1
按1:9比例称取上转换紫外荧光粉与配粉胶并将两者混合均匀，脱泡机抽真空除去气泡获得荧光粉粉浆；
采用点胶法将荧光粉粉浆涂覆在透明玻璃表面上，用干燥箱加热(150℃)干燥2小时，获得荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例2
按1:9比例称取上转换紫外荧光粉与配粉胶并将两者混合均匀，脱泡机抽真空除去气泡获得荧光粉粉浆；
用等离子清洗机对透明玻璃表面清洗，先用喷枪在上述玻璃表面均匀喷涂一定厚度硅胶作为载体层，再将荧光粉粉浆涂覆在载体层上，放入干燥箱中加热(150℃)干燥2小时，得到固化的荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例3
将实施例1中的上转换紫外荧光粉与配粉胶的比例调整为1:16，其余操作均与实施例1相同。
实施例4
将实施例2中的上转换紫外荧光粉与配粉胶的比例调整为1:16，其余操作均与实施例2相同。
实施例5
将实施例1中的上转换紫外荧光粉与配粉胶的比例调整为1:22，其余操作均与实施例1相同。
实施例6
将实施例2中的上转换紫外荧光粉与配粉胶的比例调整为1:22，其余操作均与实施例2相同。
实施例7
按2:1:18比例称取上转换紫外荧光粉、红色荧光粉与配粉胶并将三者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
采用点胶法将荧光粉粉浆涂覆在透明玻璃表面上，用干燥箱加热(150℃)干燥2小时，获得荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例8
按2:1:18比例称取上转换紫外荧光粉、红色荧光粉与配粉胶并将三者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
用等离子清洗机对透明玻璃表面清洗，先用喷枪在玻璃表面均匀喷涂一定厚度硅胶作为载体层，再将荧光粉粉浆涂覆在载体层上，放入干燥箱中加热(150℃)干燥2小时，得到固化的荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例9
按2:4:1:25比例称取上转换紫色荧光粉，绿色荧光粉，红色荧光粉与配粉胶并将三者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
采用点胶法将荧光粉粉浆涂覆在透明玻璃表面上，用干燥箱加热(150℃)干燥2小时，获得荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例10
按1:5:1:36比例称取上转换紫外荧光粉，绿色荧光粉，红色荧光粉与配粉胶并将三者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
用等离子清洗机对透明玻璃表面清洗，先用喷枪在玻璃表面均匀喷涂一定厚度硅胶作为载体层，再将荧光粉粉浆涂覆在载体层上，放入干燥箱中加热(150℃)干燥2小时，得到固化的荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例11
称取0.3g上转换紫外荧光粉(或上转换紫外荧光粉与红粉混合)、1.2ml感光胶(用PVA溶液和ADC溶液混合配得)并将两者混合均匀；
用等离子清洗机对透明玻璃表面清洗，先用喷枪在玻璃表面均匀喷涂一定厚度硅胶作为载体层，再采用点胶法将与感光胶混合后的荧光粉粉浆涂覆在LED芯片表面上，曝光0.75ms并显影；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例12
分别按多种不同比例称取上转换紫外荧光粉与配粉胶并将两者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
用等离子清洗机对玻璃表面清洗，先用喷枪在玻璃表面均匀喷涂一定厚度硅胶作为载体层，再将不同比例的荧光粉粉浆分别涂覆在载体层上，放入干燥箱中加热(150℃)干燥2小时，得到不同粉胶比例固化的荧光粉层；
再用点胶法在荧光粉层上均匀涂覆特定形状的硅胶作为透光层，然后在干燥箱中加热(120℃)固化2小时，获得透光层；
最后通过PWM脉宽调制驱动电路实现对一组LED芯片进行光强度的调节。
实施例13
分别按多种不同比例称取上转换紫外荧光粉与配粉胶并将两者混合均匀，用真空脱泡机对混合粉浆进行抽真空处理，除去气泡后获得荧光粉粉浆；
用等离子清洗机对荧光粉载体表面清洗，再将不同比例的荧光粉粉浆分别涂覆在荧光粉载体上，放入干燥箱中加热(150℃)干燥2小时；
将得到的荧光粉载体与蓝光LED组成如图3的灯具，通过转动载体在获得不同的光。
Claims (9)
1.一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
(1)将包含有上转换紫外荧光粉的荧光粉颗粒与胶体按照一定比例混合获得荧光粉粉浆；
(2)将荧光粉粉浆涂覆在蓝光LED芯片的出光方向表面上，将涂覆的荧光粉粉浆进行固化处理；
(3)在荧光粉层外包裹透光层；
(4)通过驱动电路，实现不同光强、光谱、光周期的调控。
2.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(1)中，所用的上转换紫外荧光粉是指在蓝色LED光激发下能发出紫外光谱成分的荧光粉；所用的上转换紫外荧光粉发射光谱主峰波长在200nm～380nm的紫外波段；所述包含有上转换紫外荧光粉的荧光粉颗粒可以是上转换紫外荧光粉也可以是上转换紫外荧光粉与其它颜色荧光粉按一定比例混合的荧光粉；所述上转换紫外荧光粉可以是Pr3+：Y2SiO5，或者是其他上转换紫外荧光粉及其组合；上述的上转换紫外荧光粉发出的200-380nm的紫外光可以抑制植物疯长，可以使植物的外壳更加坚硬、厚实从而增强植物的抗性，可以促进植物开花结果，可以为植物表面以及土壤杀菌。
3.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述的荧光粉粉浆浓度为1％～35％；不同的荧光粉与配粉胶的比例，能够实现出射光中不同的蓝色光(400～500nm)/紫外光(200～380nm)比例，B/V＝0～100。
4.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(1)中的包含上转化紫外荧光粉的荧光粉可以通过调节荧光粉的比例，使得光源成分中同时含有未被荧光粉转换的芯片所发出的蓝光，蓝光可以促进植物的光合作用。
5.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述配粉胶为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等热固性胶，或感光胶体中的一种或者多种组合。
6.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(2)中,荧光粉粉浆涂覆在LED芯片的出光方向表面上，所述出光方向表面或者是LED芯片表面，或者是离开LED芯片表面的在光线出射方向的任一表面。
7.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述的固化方式可以是热固化，所需的固化温度和时间根据胶体(例如硅胶)的性质要求而定，也可以是光固化，使用光致固化胶体、感光胶等。
8.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述的透光层采用环氧树脂、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(EP)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或几种；所述的透光层的获得方法可以为：传统点胶、喷涂、静电喷涂、透镜灌封、丝网印刷。
9.根据权利要求1所述的一种基于上转换紫外荧光粉的pc-LEDs植物生长灯，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述的LED为单颗或多颗、一种或多种涂覆不同荧光粉的LED芯片的组合；所述驱动电路可以是脉冲宽度调制(PWM)对LED的调控，可以分别对单颗LED芯片，或者是单一基板的多颗LED芯片组进行调控；也可以对组合好的多颗或多组芯片进行整体调控。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180710 |