CN103280506A - 人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源 - Google Patents

人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，属于光功能玻璃和半导体照明技术领域。平面光源包括中空玻璃组件及其稀土发光材料膜和蓝紫光LED，中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃和另一片阳光控制镀膜玻璃组成。平面光源在蓝紫光LED辐照下产生具有同步发射特征波长为660纳米的红光和430纳米的蓝光的光合作用光谱。该平面光源采用一种近紫外LED和一种发光材料就可以产生光合有效辐射，混光均匀，耐候性能好，机械强度高，适合规模化工业生产。

Description

人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源
技术领域
本发明涉及一种光功能玻璃和半导体发光技术，更具体地说，它涉及一种在蓝紫光LED光源辐照下，具有同步发射特征波长为660纳米的红光和430纳米的蓝光的光合转光玻璃平面光源。 
背景技术
植物光合作用需要的光照波长通常包括400纳米至500纳米的蓝光和620纳米至680纳米的红光以及720纳米至740 纳米的远红光，对植物的趋光性、光合作用和光形态发生作用，这种具有上述波段对应的红光和蓝光同步辐射称为光合有效辐射。同时具有特征波长为660纳米的红光和450纳米蓝光的光源可提高植物生长的光合量子产率，其中波长为660纳米的宽谱带红光发射尤为重要。具有光合有效辐射的玻璃称为光合转光玻璃，或者称为光合玻璃，光合玻璃的形式有光合转光中空玻璃组件和光合转光体玻璃两大类型。 
植物生长光合作用需要的光能由太阳光、人工光和混合光源提供。人工光包括高压钠灯、荧光灯以及半导体发光二极管，采用蓝紫光波段的人工光源产生光合有效辐射的光源称为人工蓝紫光型光合光源，在人工光源中，传统的光源采用含汞的荧光灯和耗电量大的高压钠灯，不仅存在耗电、汞害的问题，而且这些光源发射出的大量光能特别是绿光不能被植物所吸收，导致耗电高。随着以LED为代表的节能环保型半导体技术发展，自从蓝光二极管芯片发明以来，以蓝光和红光LED成阵列组合的植物生长固态光源在节能、使用寿命和紧凑型体积结构方面都比传统荧光灯有了很大的优越性。在使用半导体构筑红蓝光技术方案中，存在若干技术不足：（1）现在的商业红光LED波长范围在580纳米至610纳米范围，实际上不在特征光合作用光谱范围内，采用AlGaInN四元合金体系的660纳米波长的红光芯片成本高，（2）把AlGaInN红光芯片和特征波长为450纳米的AlInGaN蓝光芯片混合使用时，由于两种芯片的正向驱动电压有差异，导致驱动电路复杂；采用超高亮度的AlGaInN红光芯片和特征波长为450纳米的AlInGaN蓝光芯片的光源板，芯片发热导致光源寿命，要采用专用散热片与风扇，使光源结构复杂，（3）采用InGaN蓝光LED激发稀土纯氮化物组合来产生光合作用光谱的方案，纯氮化物红光发光材料的制备在高温高压条件，成本高，（4）直接采用红光芯片产生660纳米的红光、用蓝光芯片产生蓝光和蓝光芯片辐射发光材料的方案，都存在芯片发光的发射波段不宽、不能完全覆盖植物吸收光谱的缺点，并且红光和蓝光在空间上的光子能量分布不均匀。 
在光合辐射光谱的材料实现形态方面，把转光材料混入薄膜生产的的转光塑料薄膜也是一个技术方案，但是也有明显不足，塑料薄膜在长期使用后容易劣化；废弃后也不容易降解，形成二次污染；把微米发光颗粒分散在塑料中也会困难；混入的稀土元素也不容易回收；这种塑料转光薄膜的机械强度很低，容易破损。 
采用超白压花玻璃工业产品实现光合有效发射的方案是一个新技术，把发射红蓝光的材料和光源放置于中空玻璃组件内，可以隔离发光源受环境的影响，通过玻璃表面的微米纳米结构可以解决出射光的反射以及导出效率问题。 
发明内容
本发明的目的是针对上述技术存在的问题，提供一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源方案，平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝紫光LED 4，中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃3和另一片阳光控制镀膜玻璃5组成。 
本发明的技术方案可以通过下述的技术措施来实现： 
稀土发光材料颗粒经过热等静压制成靶材，采用直流磁控溅射法，该靶材在超白压花玻璃6的压花面7上溅射成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为10-40微米，得到稀土发光材料膜玻璃3。
稀土发光材料的化学计量比为Ba1.25Sr1.74Mg0.8Si2O8: Eu2+, Mn2+，该发光材料能够同时发射出特征波长为640-680纳米红光和420-440纳米蓝光的光合作用有效光谱。 
采用一片稀土发光材料膜玻璃3和阳光控制镀膜玻璃5安装，两片玻璃之间的间隔距离是6毫米至10毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条8封闭，蓝紫光LED 4发光条商品放置于框内四周和阳光控制镀膜玻璃5的镀膜面9，蓝紫光LED的主波长为380纳米至400纳米，正向电流为20毫安培时正向电压为3.5伏至3.8伏，组装后得到人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源。 
本发明的技术方案中的稀土发光材料膜玻璃3还可以通过以下措施来实现： 
稀土发光材料颗粒与光油商业产品按照质量百分比为70-50:30-50混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃6的压花面7成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜玻璃3，薄膜厚度为20-80微米，得到稀土发光材料膜玻璃3。
本发明的优点是：该平面光源采用压花玻璃和镀膜玻璃组装的中空玻璃，通过一种蓝紫光LED和一种发光材料就可以实现光合作用有效光谱发射，混光均匀，耐候性能好，机械强度高，适合规模化工业生产。 
附图说明
图1是人工蓝紫光型光合转光玻璃组件平面光源的结构图； 
图2是图1的I-I剖视图；
 图3是人工蓝紫光型光合转光玻璃组件平面光源的发射光谱图；
图中1是中空玻璃组件，2是稀土发光材料膜，3是稀土发光材料膜玻璃，4是蓝紫光LED，5是阳光控制镀膜玻璃，6是超白压花玻璃，7是压花面， 8是硅酮密封胶和铝框条，9是镀膜面。
具体实施方式
实施例1： 
人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源的结构如图1所示。平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝紫光LED 4，中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃3和另一片阳光控制镀膜玻璃5组成。稀土发光材料颗粒经过热等静压制成靶材，采用直流磁控溅射法，该靶材在超白压花玻璃6的压花面7上溅射成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为10-20微米，稀土发光材料的化学计量比为Ba1.25Sr1.74Mg0.8Si2O8: Eu2+, Mn2+。采用一片稀土发光材料膜玻璃3和阳光控制镀膜玻璃5安装，两片玻璃之间的间隔距离是6毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条8封闭，蓝紫光LED 4发光条商品放置于框内四周和阳光控制镀膜玻璃5的镀膜面9，蓝紫光LED的主波长为380纳米，正向电流为20毫安培时正向电压为3.6伏，组装后得到人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源。在蓝紫光LED照射下平面光源的发射光谱如图2中的曲线1所示。
实施例2： 
人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源的结构如图1所示。平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝紫光LED 4，中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃3和另一片阳光控制镀膜玻璃5组成。稀土发光材料颗粒与光油商业产品按照质量百分比为70-50:30-50混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃6的压花面7成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜玻璃3，薄膜厚度为30-40微米，稀土发光材料的化学计量比为Ba1.25Sr1.74Mg0.8Si2O8: Eu2+, Mn2+。采用一片稀土发光材料膜玻璃3和阳光控制镀膜玻璃5安装，两片玻璃之间的间隔距离是8毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条8封闭，蓝紫光LED 4发光条商品放置于框内四周和阳光控制镀膜玻璃5的镀膜面9，蓝紫光LED的主波长390纳米，正向电流为20毫安培时正向电压为3.6伏，组装后得到人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源。在蓝紫光LED照射下的发射光谱如图2中的曲线2所示。
实施例3： 
人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源的结构如图1所示。平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝紫光LED 4，中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃3和另一片阳光控制镀膜玻璃5组成。稀土发光材料颗粒经过热等静压制成靶材，采用直流磁控溅射法，该靶材在超白压花玻璃6的压花面7上溅射成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为30-40微米。稀土发光材料的化学计量比为Ba1.25Sr1.74Mg0.8Si2O8: Eu2+, Mn2+。采用一片稀土发光材料膜玻璃3和阳光控制镀膜玻璃5安装，两片玻璃之间的间隔距离是10毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条8封闭，蓝紫光LED 4发光条商品放置于框内四周和阳光控制镀膜玻璃5的镀膜面9，蓝紫光LED的主波长为400纳米，正向电流为20毫安培时正向电压为3.8伏，组装后得到人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源。在蓝紫光LED照射下的发射光谱如图2中的曲线3所示。

Claims (5)

1.一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，其特征在于：平面光源包括中空玻璃组件（1）及其稀土发光材料膜（2）和蓝紫光LED（4），中空玻璃组件由一片稀土发光材料膜玻璃（3）和另一片阳光控制镀膜玻璃（5）组成，所述的中空玻璃组件（1）的上部为超白压花玻璃（6），中空玻璃组件（1）的下部为阳光控制镀膜玻璃（5），阳光控制镀膜玻璃（5）和超白压花玻璃（6）由硅酮密封胶和铝框条（8）形成中空玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，其特征在于：稀土发光材料膜玻璃（3）的稀土发光材料颗粒经过热等静压制成靶材，采用直流磁控溅射法，该靶材在超白压花玻璃（6）的压花面（7）上溅射成稀土发光材料膜(8)，薄膜厚度为10-40微米。
3.根据权利要求1所述的一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，其特征在于：稀土发光材料膜玻璃的稀土发光材料颗粒与光油商业产品按照质量百分比为70-50:30-50混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃（6）的压花面（7）上成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜玻璃（3），薄膜厚度为20-80微米。
4.根据权利要求1所述的一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，其特征在于：稀土发光材料的化学计量比为Ba1.25Sr1.74Mg0.8Si2O8: Eu2+, Mn2+，该发光材料能够同时发射出特征波长为640-680纳米红光和420-440纳米蓝光的光合作用有效光谱。
5.根据权利要求1所述的一种人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源，其特征在于：平面光源采用一片稀土发光材料膜玻璃（3）和阳光控制镀膜玻璃（5）安装，两片玻璃之间的间隔距离是6毫米至10毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条（8）封闭，蓝紫光LED（4）发光条放置于框内（8）的四周和阳光控制镀膜玻璃（5）的镀膜面(9)上，蓝紫光LED的主波长为380纳米至400纳米，正向电流为20毫安培时正向电压为3.5伏至3.8伏，组装后得到人工蓝紫光型光合转光玻璃平面光源。
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