CN107869700A - 一种光转换膜及其制备方法和在植物生长灯上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光转换膜及其制备方法和在植物生长灯上的应用。光转换膜包括光转换材料和聚合物载体，其中，光转换材料为量子点和/或无机荧光粉，聚合物载体包括聚合物纳米纤维垫或聚合物薄膜，聚合物材料折射率在1.45以上，且光转换材料的重量为聚合物载体的重量的0.3％‑11％。制备方法包括将光转换材料和聚合物混合，形成发光复合物，然后涂覆或倒模于基材上成形，再经热固化或UV固化，或者，将光转换材料涂覆、喷涂、或浸涂于聚合物纳米纤维垫上，然后低温烘干。本发明的光转换膜可使出光为同一光谱，增强光均匀性，提高植物生长效率，并且可根据植物生长周期在不同时间段进行更换，满足不同品种和生长阶段植物的光谱颜色需求。

Description

一种光转换膜及其制备方法和在植物生长灯上的应用

技术领域

本发明涉及一种光转换膜及其制备方法和在植物生长灯上的应用。

背景技术

植物生长灯是一种人造光源，其通过设计发射适合光合作用的电磁波谱(400-700nm)来刺激植物生长。光合作用是一个植物转换太阳能的过程，其中叶片中的叶绿素吸收阳光以提供植物所需的全部能量。

植物色素的颜色决定了植物对不同波长的选择性吸收。最常见的植物色素是叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷等。在光合作用过程中，占主导地位的植物吸收峰是可见光中的蓝光和红光部分。植物光合作用的主要色素为叶绿素和类胡萝卜素，它们吸收蓝光和红光；花青素是决定植物颜色的另一重要色素，主要吸收绿光。不同的植物色素吸收不同波长的可见光。叶绿素a在665nm和430nm附近有吸收峰，叶绿素b在640nm和450nm附近有吸收峰，类胡萝卜素在440nm和360nm附近有吸收峰，花青素在540nm附近有吸收峰。其中，叶绿素a和叶绿素b是绿色植物中主要的色素，叶绿素a可吸收650-700nm波长的光，叶绿素b可吸收380-500nm、530-650nm波长的光，而510-620nm波长的光不能被吸收、反射，造成光能浪费。可见，大多数植物仅吸收可见光谱中的某些特定光。

根据相关研究，红光有利于植物开花和结果，而蓝光则促进植物生长。对于植物生长，红光和蓝光的大致比例如下：在植物生长阶段红光和蓝光的比例大约为3:1；在植物开花结果阶段，红光和蓝光的比例大约为8:1。因此，需定制更适合植物培育所需光谱的植物生长灯。根据培育的植物类型或培育阶段(例如发芽/植物生长阶段或植物开花/结果阶段)，施用特定范围的光谱。

在传统的植物生长灯行业，植物生长灯的光谱只能通过电子设计控制，其需使用一个系统来控制红光LED和蓝光LED的数量，以提供生长所需的红灯和蓝灯的特定比例。当然，这种设计也可发展成目标光谱，例如红色:蓝色为3:1或5:1，但是，由于光不能均匀分散以及LED的照明角度有限，采用该系统产生的光的光谱均匀性不够高。

目前，大多数市售的植物生长灯是红光、绿光、蓝光和白光LED组合的植物生长灯，其发射的光谱实质上是单个R/G/B/W光谱的组合，该光谱在短距离范围内出光不均匀，导致植物从生长灯的不同相对位置吸收的光谱不同。而不均匀的出光条件会引起植物在不同受照位置生长状况发生差异，对同批次出产植物的质量均一性产生影响。为了避免这种状况，植物生长灯在结构设计和/或使用操作上较为复杂，不能很好地在植物生长中起到促进作用。

工业中通常使用的另一类型的植物生长灯是宽频HID(high-intensitydischarge)或高功率T8荧光管。但宽频HID或T8荧光管非常耗电，长时间使用这种类型的植物生长灯会浪费大量能量，非常不划算，而且其光谱是不可更换/改变的。因此，研发一种能够在植物不同生长阶段实现光谱精准控制且出光均匀，并且可简化植物生长灯结构，降低能耗的产品和/或方法成了本领域研究的重点。

量子点(quantum dot,QD)或微纳米荧光粉(micron/nano-phosphor)具有独特的光转换属性，可使光从高能量转到低能量，其在植物生长灯上的应用也已有报道。目前QD或荧光粉与LED的集成通常是在LED生产过程中将QD或荧光粉加入LED发光腔体中(封装在LED内)，但由于LED芯片发热较大，封装在发光腔内的QD或荧光粉的寿命将因该高发热量，而受到严重影响。

综上，在植物生长灯领域，尚有以下问题需要解决：1)植物生长灯的光谱不可更换/改变以适应不同成长阶段或品种的蔬菜；2)市售植物生长灯由于通常使用红光LED、绿光LED、蓝光LED和白光LED的组合光谱，光谱均匀性差，导致植物因所在位置不同而吸收不同的光谱；3)市售植物生长灯的结构设计和使用操作较为复杂；4)宽频HID或荧光管植物生长灯非常耗电，没有经济优势；5)将QD或荧光粉与LED集成的植物生长灯使用寿命不长。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有的植物生长灯出光不均匀，不能实现植物不同生长阶段的光谱精准控制，结构设计和使用操作复杂，以及宽频HID或荧光管植物生长灯能耗高，QD或荧光粉的LED植物生长灯使用寿命短的缺陷，提供了一种光转换膜(lightemitting film,LEF)及其制备方法和在植物生长灯上的应用。本发明的光转换膜能够改变光谱分布，使出光具有均一的光谱，增强光均匀性，提高植物生长效率。将本发明的光转换膜和现有的LED技术集成，可精确地调节植物光合作用的具体光谱，满足植物变化和不同生长阶段的光谱颜色需求，同时相较于商业性农业使用的宽频HID或荧光灯节省能源。并且本发明植物生长灯的光转换膜容易更换，通过单类LED背光激发不同光转换膜即可实现光谱的切换和调节，满足各种不同的需要，且在高温高湿环境下具有良好的稳定性，使其方便清洗。

本发明的发明人发现，将QD或微纳米荧光粉与蓝光LED集成，可吸收LED发出光子的能量，并根据QD的尺寸或微纳米荧光粉的类型发射不同波长的光。其结果是，植物生长灯发出均一光谱。与目前使用LED组合的生长灯系统相比，光转换膜解决了光谱在不同受照位置的不均一问题，同时与目前将QD或荧光粉封装在LED内的生长灯系统相比，光转换膜采用远离LED光源的封装方式，利用空气层进行热隔离，有效解决了QD或荧光粉使用寿命不长的问题。

在本发明的研发过程中，发明人还进一步发现植物生长的特定波长可通过在聚合物膜中加入各种尺寸的QD或不同种类的荧光粉来实现。植物生长所需的不同比例的红光和蓝光可通过在聚合物膜中加入精确量的QD或荧光粉进行优化。此外，为提高光利用率，进一步促进植物生长效率，聚合物的折射率宜在某一水平之上。

最终本发明通过下述技术方案解决了上述技术问题。

本发明提供了一种光转换膜，所述光转换膜包括光转换材料和聚合物载体；所述光转换材料包括但不限于：量子点、无机荧光粉，或其组合；所述聚合物载体包括聚合物纳米纤维垫或聚合物薄膜；其中，用作载体的聚合物材料折射率在1.45以上；且所述光转换材料的重量为所述聚合物载体的重量的0.3％-11％。

本发明中，所述量子点的发射波长较佳地为500-750nm。所述量子点合适地为红色量子点和/或绿色量子点。本发明中，所述红色量子点特别指发射波长为600-660nm的量子点材料，包括但不仅限于：1)主核心量子点，如CdSe、CdTe、CdSe_xTe_1-x、InP、InP_xAs_1-x、CuInS₂；2)以上述材料为核心的核壳结构包覆改性材料，例如CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/CdS/ZnS、CuInS₂/ZnS、CdSe/CdS/ZnS；3)梯度合金量子點，如GA_CdSe/ZnS、GA_InP/ZnS。本发明中，所述绿色量子点特别指发射波长为500-560nm的量子点材料，包括但不仅限于：1)主核心量子点，如Cd_xZn_1-xSe、Cd_xZn_1-xTe、CdSe_xS_1-x、InP；2)以上述材料为核心的核壳结构包覆改性材料，例如CdSe/ZnS、Cd_xZn_1-xSe/ZnS/ZnO、CdTe/ZnS、InP/ZnS、CdSe/ZnS/ZnO；3)梯度合金量子点，如GA_CdSe/ZnS、GA_InP/ZnS。

本发明中，所述量子点的尺寸合适地为2-15nm，较佳地为2-10nm。

本发明中，所述无机荧光粉的发射波长较佳地为500-750nm。所述无机荧光粉合适地为红色无机荧光粉和/或绿色无机荧光粉。本发明中，所述红色无机荧光粉特别指发射波长为600-660nm的无机荧光材料，包括但不限于：1)氧化物类，如ZnO:Zn、SnO₂:Eu、Y₂O₃:Eu；2)硫化物类，如ZnS:Cu；3)3)稀土化合物类，如稀土硫氧化物体系、稀土石榴体系、稀土掺杂化合物。本发明中，所述绿色无机荧光粉特别指发射波长为500-560nm的无机荧光材料，包括但不限于：La(PO₄):Ce,Tb、(Ce,Tb)MgAl₁₁O₁₉、(Gd,Ce,Tb)MgB₅O₁₀。

本发明中，所述光转换材料为量子点时，所述光转换材料的重量可低至所述聚合物载体的重量的0.3％，例如低至0.335％、低至0.4％、低至0.5％、低至0.6％、低至0.7％、低至0.8％、低至0.9％、低至1％。所述光转换材料为无机荧光粉时，所述光转换材料的重量可为所述聚合物载体的重量的5％-11％，例如10.3％。所述光转换材料为量子点和无机荧光粉的复合物时，所述光转换材料的重量可为所述聚合物载体的重量的0.3％-11％。

本发明中，所述光转换材料优选量子点和无机荧光粉的复合物，复合物中量子点和无机荧光粉的复配比例可根据植物的不同培育阶段进行调整。在本发明某一实施方式中，所述光转换材料为量子点和无机荧光粉的复合物，复合物中量子点和无机荧光粉的复配比例根据植物的不同培育阶段进行调整，例如但不限于，植物生长阶段两者的复配比例为1:3000，植物开花结果阶段两者的复配比例为1:1。

本发明中，所述纳米纤维垫一般是由聚合物通过电纺制备得到，所述电纺的方式可采用本领域常规使用的溶液电纺的方式，即选择合适的溶剂将聚合物溶解成具有一定浓度、粘度的溶液，再进行静电纺丝，其中溶液电纺中使用的主体聚合物材料可为本领域常规使用的聚合物材料，包括但不限于以下材料：尼龙6,6、聚氨酯(PU)、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚苯胺(PANI)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚偏二氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)，或其组合等。本发明的纳米纤维垫光转换膜的厚度可低至15μm，由于纳米纤维垫的结构带来光扩散作用，不需要加入扩散粉，从而可节约成本，以其高韧性和灵活性从而实现更广的运用。

本发明中，所述聚合物薄膜包括热固化聚合物薄膜和UV固化聚合物薄膜，所述热固化聚合物薄膜的固化温度较佳地为80-110℃，固化时间不作特殊限定，例如可为3-10min，如5min。所述聚合物薄膜的主体聚合物材料为本领域常规使用的聚合物材料，包括但不限于以下材料：环氧树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸改性环氧树脂、硅树脂、丙烯酸改性聚氨酯、氨基甲酸乙酯，或其组合等。本发明的聚合物光转换膜的厚度可为100-160μm，例如150μm，虽然相较于纳米纤维垫光转换膜更厚，但其隔水隔热性能更优。

本发明中，用作载体的聚合物材料的在1.45以上，较佳地在1.5以上。例如1.55，以提高光利用度，促进植物的生长效率。在本发明某一实施方式中，所述聚合物材料的折射率为1.45，光转换膜的发射光亮度为13.46cd/m²。在本发明另一实施方式中，所述聚合物材料的折射率为1.55，光转换膜的发射光亮度可达25.67cd/m²。

本发明中，所述光转换膜还可包括保护隔离膜，所述保护隔离膜可以设置在光转换膜的一个表面、或上下两个表面，以使光转换膜在高温高湿环境下保持更好的稳定性。所述保护隔离膜的材质为本领域常规使用的保护隔离膜材质，包括但不限于以下材料：聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。所述保护隔离膜的厚度不作特殊限定。

在本发明某一实施方式中，所述光转换膜由光转换材料和聚合物载体组成。在本发明另一实施方式中，所述光转换膜由光转换材料和聚合物载体以及设置在光转换膜一个表面、或上下两个表面上的保护隔离膜组成。

本发明中，可选地，所述光转换膜的前面还可设置一扩散膜，以使出光更均匀，消除光斑和其它出光问题。此处，“前面”相对于光转换膜的光发射面而言。所述扩散膜的材质为本领域常规使用的扩散膜材质，包括但不限于以下材料：聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、环氧树脂等。

本发明还提供了上述光转换膜的制备方法。所述制备方法可按照本领域常规方法进行，例如可按照但不限于如下方法进行：将所述光转换材料和聚合物混合，形成发光复合物，然后将所得发光复合物涂覆或倒模于基材上，经热固化或UV固化成膜；或者，将所述光转换材料涂覆、喷涂、或浸涂于所述聚合物纳米纤维垫上，然后低温烘干即可。

其中，所述基材可为本领域常规使用的基材，例如PET、PP、PE或其它聚合物基材料，只要其能够作为成膜的载体即可。

其中，所述热固化的温度较佳地为80-110℃。

其中，所述热固化或UV固化的固化时间不作特殊限定，例如可为1-10min，如2min。

其中，所述低温烘干一般指50℃以下烘干，例如20-40℃。所述低温烘干的时间不作特殊限定，例如可为5-30min，如15min。

其中，所述光转换材料一般以溶液形式使用，以利于涂覆、倒模、喷涂、浸涂操作。对于光转换材料的溶液浓度不作特殊限定，只要能够使光转换材料和聚合物的混合物在基材上可以形成基本上连续的膜，或者能够使光转换材料在聚合物纳米纤维垫上均匀附着即可。

本发明还提供了上述光转换膜在植物生长灯中的应用。

本发明中，所述植物生长灯可为本领域常规使用的植物生长灯，通常可用作水培生长系统、温室耕种、垂直农业和其它室内或室外养殖系统的主要光源或辅助光源。

本发明中，所述植物生长灯较佳地为LED植物生长灯，更佳地为蓝光LED植物生长灯。将光转换膜应用于LED植物生长灯时，所述光转换膜较佳地采用远离LED光源的封装方式，利用空气层进行热隔离，以提高QD或荧光粉的使用寿命；更佳地，所述光转换膜设置在LED灯出光面外侧并且与LED灯表面的距离为2-3cm。

本发明中，所述光转换膜具有能量向下转换功能，应用时可将光从高能量(较短波长)转换到低能量(较长波长)。本发明的光转换膜应用于植物生长灯时可实现光谱更换，具体可根据植物生长周期在不同时间段通过手动或自动系统更换光转换膜来实现。这样只需单类LED设置即可实现光谱的切换和调节，满足各种不同需要。该可调节的光谱适于或有利于植物的不同生长阶段，例如1)播种，2)植物生长，3)植物开花和4)果实生长或旨在用于特定的生长应用。

本发明还提供了一种植物生长灯，所述植物生长灯包括蓝光LED灯和设置在蓝光LED灯出光面外侧的上述光转换膜。本发明使用LED作为生长灯，至少可节省一半的照明电成本，增加蔬菜的商业价值。

其中，所述光转换膜为可更换的，包括手动更换和自动更换，具体可根据植物生长周期在不同时间段进行更换，这样可在植物的不同生长阶段变换光源光谱。因此，对于某一特定种类的植物，可以预先设定生长光谱，对植物生长更有针对性。

当生长灯的光谱能够变换时，也就没有必要将蔬菜从一个生长架转移动到另一个生长架，大大节省了劳动力成本。而常规植物生长灯至少需采用蓝红LED配光方式来达到所需光谱，需要变换光谱时只能通过更换LED灯具或控制使用不同的LED芯片来进行。本发明只需更换蓝光LED光源外侧的光转换膜，光源本身无需更换，大大简化了使用操作。

而且，本发明的光转换膜具有均匀分布的量子点和/或荧光粉，与只用红光、蓝光、和白色LED组合的生长灯相比，其产生的光谱在植物不同受照位置要均匀很多。

本发明中，所述植物生长灯还可包括薄膜切换装置，所述光转换膜固定在所述薄膜切换装置上，其中，所述固定的方式为本领域常规，例如可贴附固定或通过卡槽固定。手动更换光转换膜时，只需将光转换膜从薄膜切换装置中抽出即可。

较佳地，所述薄膜切换装置为可旋转的薄膜切换装置，所述光转换膜均匀或不均匀地分布在薄膜切换装置表面，这样只需旋转薄膜切换装置即可实现光转换膜的更换，以得到所需光谱。所述可旋转的薄膜切换装置可沿任意方向旋转，例如可沿一个方向旋转，或者沿两个方向旋转。在本发明一较佳实施例中，所述可旋转的薄膜切换装置为滚筒形旋转切换装置，其可沿轴向旋转。在本发明另一较佳实施例中，所述可旋转的薄膜切换装置为球形旋转切换装置，其可沿轴向或径向旋转。较佳地，所述植物生长灯还包括至少1个马达，用于驱动所述可旋转的薄膜切换装置，实现光转换膜的自动切换，以得到所需光谱。

本发明中，所述光转换膜的数量可根据灯具大小和种类进行选择。较佳地，所述植物生长灯包括至少4个光转换膜，用于针对植物的不同生长阶段，所述生长阶段包括但不限于以下阶段：1)播种、2)植物生长，3)植物开花和4)果实生长。

本发明中，所述光转换膜的形状可为任意形状，例如条状或圆形状。

本发明中，所述光转换膜较佳地置于所述蓝光LED灯出光面的外侧，所述光转换膜与所述蓝光LED灯表面的距离可为但不限于2-3cm。

本发明中，所述光转换膜的设置角度一般需考虑以下两种情况：1)光转换膜本身有光学效应层(带有光学涂层或图样)，需按照指定的设置方向使用；2)光转换膜无光学效应层，无需特殊设置光转换膜的角度。

本发明中，所述蓝光LED灯较佳地在430-470nm具有发射光谱峰，用于驱动所述光转换膜。

本发明中，所述植物生长灯较佳地还包括一导光板，以产生平面光源，所述导光板设置在所述LED灯和光转换膜的两侧。

本发明中，所述植物生长灯的光转换膜可模制成不同形状以改变出光角度及出光光形。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

(1)本发明的光转换膜通过利用远程量子点/微纳米荧光粉能够改变光谱分布，使出光为同一光谱，增强光均匀性，提高植物生长效率。

(2)本发明的光转换膜在高温高湿环境下具有良好的稳定性。

(3)将本发明的光转换膜和现有的LED技术集成，可精确地调节植物光合作用的具体光谱，适应不同品种和生长阶段的植物，因此无需将植物从一个生长架转移动到另一个生长架，大大节省了劳动力成本，同时相较于商业性农业使用的宽频HID或荧光灯节省能源。

(4)本发明的植物生长灯相较于市售红光、蓝光、白光LED组合的植物生长灯光谱更均匀，可有效消除光斑及其它发光问题，并且简化了植物生长灯的结构设计，降低了系统复杂度，只采用单一蓝光LED光源，无需像常规植物生长灯那样需要不同比例的R/G/B/W(红光/绿光/蓝光/白光)LED灯。

(5)本发明的光转换膜还可模制成不同形状，以改变出光角度及出光光形，避免伤害操作者的眼睛，也可使受照面积更为均匀。

附图说明

图1为实施例4中手动更换的膜切换装置示意图，(a)为立体结构示意图，(b)为俯视图，(c)为主视图，(d)为左视图。

图2为实施例5中光转换膜采用6个自动更换的轴向旋转薄膜切换装置示意图，(a)为立体结构示意图，(b)为轴向横剖面结构示意图，(c)为径向纵剖面结构示意图，(d)为轴向纵剖面结构示意图。

图3为实施例5中光转换膜采用4个自动更换的轴向旋转薄膜切换装置的径向纵剖面结构示意图。

图4为实施例6中光转换膜采用3个自动更换的球形旋转薄膜切换装置示意图，(a)为立体结构示意图，(b)为左视图，(c)为主视图，(d)为后视图。

图5为实施例6中不同光转换膜数量的自动更换的球形旋转薄膜切换装置的结构示意图，其中，(a)-(b)中显示的结构包括4个光转换膜，(c)中显示的结构包括5个光转换膜。

图6为本发明光转换膜的光转换过程图。

图7a为以白光LED光源照射本发明的光谱。

图7b为以蓝光LED光源照射本发明的光谱。

图8a为平面PET膜下的配光曲线图。

图8b为PET圆锥膜下的配光曲线图。

图8c为PET半球膜下的配光曲线图。

图8d为PET半圆柱膜下的配光曲线图。

图8e为入光面棱条出光面半球形PET膜下的配光曲线图。

图9为本发明实施例1的光转换膜在高温(40℃)环境下烘烤1000h的光致发光图谱。

图10a和图10b分别为本发明实施例2的光转换膜在高温(85℃)环境下烘烤500h的色域变化趋势图和亮度变化趋势图；图10c为本发明实施例2的光转换膜在高温高湿(65℃，95％湿度)下烘烤500h的亮度和色域变化趋势图。

图11为本发明植物生长灯出光光谱均匀性的测试结果图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中涉及的原料信息：

红色量子点购自香港纳米及先进材料研发院有限公司提供的CdSe/CdS量子点，发射波长为640-660nm，尺寸为2-15nm；

绿色量子点购自香港纳米及先进材料研发院有限公司提供的GA_InP/ZnS量子点，发射波长为525-550nm，尺寸为2-15nm；

红色无机荧光粉由Intematix公司提供，发射波长为650nm；

硅树脂购自Dow corning公司提供的184；

UV固化胶水购自Loctite公司提供的3491；

聚合物纳米纤维垫购自索尔维公司提供的聚偏氟乙烯。

实施例1

一种光转换膜，包括光转换材料和作为载体的聚合物薄膜，其中，光转换材料为量子点和无机荧光粉的复合物，聚合物薄膜由折射率为1.5±0.1的184硅树脂制备而得。

该光转换膜的制备方法如下：将3ml CdSe/CdS红色量子点溶液(溶于氯仿，10mg/mL)和1g红色无机荧光粉混合均匀，所得混合溶液再与10g184硅树脂混合，形成发光复合物，然后涂覆在PET基材上，热固化(80℃，5分钟)即得。

实施例2

一种光转换膜，包括光转换材料、作为载体的聚合物薄膜、以及上下两层保护隔离膜。其中，光转换材料为复合量子点，聚合物为折射率为1.48的UV固化胶水。

该光转换膜的制备方法如下：将0.89ml GA_InP/ZnS绿色量子点溶液(溶于氯仿，10mg/mL)和0.1189ml CdSe/CdS红色量子点溶液(溶于氯仿，10mg/mL)混合均匀；将所得量子点溶液和2g UV固化胶水混合，形成发光复合物，然后涂覆于PET保护隔离膜上，经压膜成形，UV固化得到；之后对光转换膜的四周进行封装。

实施例3

一种光转换膜，包括光转换材料、作为载体的聚合物纳米纤维垫、以及上下两层保护隔离膜。其中，光转换材料为复合量子点，聚合物纳米纤维垫为聚偏氟乙烯，折射率为1.42。

该光转换膜的制备方法如下：将0.89ml GA_InP/ZnS绿色量子点溶液(溶于氯仿，10mg/mL)和0.1189g CdSe/CdS红色量子点溶液(溶于氯仿，10mg/mL)混合均匀；将所得量子点溶液涂覆、喷涂、或浸涂于20×40mm聚偏氟乙烯纳米纤维垫上，然后低温烘干(40℃，15min)；用热固密封胶将纳米纤维发光层密封于PP保护隔离膜之间。

实施例4

一种植物生长灯，包括一蓝光LED条状灯和设置在蓝光LED条状灯出光面外侧的条状光转换膜，光转换膜与蓝光LED灯表面的距离为约2-3cm，光转换膜通过卡槽固定在薄膜切换装置上，手动更换光转换膜时，只需将光转换膜从卡槽中抽出即可，手动的薄膜切换装置示意图具体可参见图1，(a)为立体结构示意图，(b)为俯视图，(c)为主视图，(d)为左视图。其中，光转换膜可为本发明任一描述的光转换膜，其数量可根据实际情况选择。蓝光LED灯在430-470nm具有发射光谱峰，用于驱动光转换膜。

实施例5

一种植物生长灯，包括一蓝光LED条状灯和设置在蓝光LED条状灯出光面外侧的6个条状光转换膜，6个光转换膜均置于蓝光LED条状灯外侧，与蓝光LED灯表面的距离为约2-3cm；6个光转换膜贴附固定在滚筒形旋转切换装置上，滚筒可沿长轴方向旋转，这样只需旋转滚筒即可实现光转换膜的更换；该植物生长灯还包括一马达，用于驱动滚筒形旋转切换装置，实现光转换膜的自动切换，以得到所需光谱。自动的轴向旋转薄膜切换装置示意图具体可参见图2，(a)为立体结构示意图，(b)为轴向横剖面结构示意图，(c)为径向纵剖面结构示意图，(d)为轴向纵剖面结构示意图，其中图2(c)中光转换膜1-6的标示仅为方便说明，并不对光转换膜的顺序作限制。

其中，光转换膜1用于播种，光转换膜2用于植物生长，光转换膜3-4用于植物开花，光转换膜5-6用于果实生长，蓝光LED灯在430-470nm具有发射光谱峰，用于驱动光转换膜；在开始的生长阶段，光转换膜1将用于播种，一定时间后，例如1-2周的生长阶段后，生长灯光系统将通过马达切换到光转换膜2，用于植物生长阶段；在这个阶段，光转换膜2将保持2-4周以完成整个生长过程；如果植物能够开花，生长灯系统将进一步切换到光转换膜3-4，以提供适应该植物生长阶段光谱；开花后，有可能会经历一结果阶段，这时光转换膜5-6将负责完成该整个阶段，并提供一个更适合生长的光谱。

整个过程中，光转换膜根据植物生长阶段变化而预设的程序自动切换，以完成植物的整个生长过程。而且光转换膜也是可变换的，这样某些具体种类的植物也可通过特定的生长光谱生长。

本领域技术人员还可根据灯具大小、植物种类、植物生长阶段具体选择光转换膜的数量，其中自动轴向旋转薄膜切换装置可根据本实施例作简单变化，例如4个光转换膜，用于针对植物的以下不同生长阶段：1)播种、2)植物生长，3)植物开花和4)果实生长，该自动旋转薄膜切换装置的径向纵剖面结构示意图参见图3。

实施例6

一种植物生长灯，包括一蓝光LED条状灯和均置在蓝光LED条状灯出光面外侧的3个圆形状光转换膜；3个光转换膜贴附固定在球形旋转切换装置上，其可沿轴向和径向两个方向旋转；该植物生长灯还包括一马达，用于驱动球形旋转切换装置，实现光转换膜的自动切换，以得到所需光谱。自动的球形旋转薄膜切换装置示意图具体可参见图4，(a)为立体结构示意图，(b)为左视图，(c)为主视图，(d)为后视图，其中图4(b)和4(d)中光转换膜1-3的标示仅为方便说明，并不对光转换膜的顺序作限制。

其中，光转换膜1用于植物生长，光转换膜2用于植物开花，光转换膜3用于果实生长，蓝光LED灯在430-470nm具有发射光谱峰，用于驱动光转换膜。整个过程中，植物生长光谱随着植物生长阶段的变化自动切换。

本领域技术人员根据灯具大小和种类还可具体选择光转换膜的数量，除了上述例举的3个光转换膜外，例如还可为4个光转换膜，5个光转换膜，其自动球形旋转薄膜切换装置可根据本实施例作简单变化，具体可参见图5(a)–(c)的结构示意图。

效果实施例1

本发明光转换膜的光转换过程图参见图6，光转换膜吸收白光或蓝光LED光源发出光子的能量，根据量子点的尺寸或微纳米荧光粉的类型重新发射不同颜色的光。图7a和7b分别为以白光LED和蓝光LED光源照射本发明实施例1光转换膜得出的出光谱图。从图中可以看到，光源通过光转换膜发射出来，可以得到均匀的发光光谱，从而避免了点光源出光产生光斑和光谱不均的问题。实施例2-3的效果与实施例1相当。

效果实施例2

本发明的光转换膜可为各种形状，本发明的光转换膜还可利用微米压印技术模制成不同形状，以改变出光角度及出光光形，避免伤害操作者的眼睛，同时使出光更为均匀，具体参见附图8a-8e。

如图8a所示，在普通PET下光源呈圆形四散，而通过改变PET上的不同形状，可以对光形进行控制。如果使用圆锥形图案，可以对光形进行汇聚作用，加强中间的光强。而半球形和半圆柱形图案，都可以对光形起到中间汇聚的作用，从而限制出光角度。而入光面棱条出光面半球的图案可以得到蝙蝠状光斑，使受照面光强分布更为均匀。这可以调整和适应不同的种植环境和位置。相比于单一的PET扩散膜，本发明的光转换膜可以改变和调整LED出光光形，增强出光光谱的均匀性，通过控制扩散膜的图案从而实现对光形精准的调控，提高植物的生长效率，方便植物种植的美观设计以及种植的灵活性。

效果实施例3

本发明的光转换膜在高温高湿环境下具有优良的稳定性，可以正常工作。

将本发明实施例1的光转换膜置于40℃高温下烘烤1000h后亮度没有明显变化，趋于稳定，具体参见图9。

将本发明实施例2的光转换膜置于85℃高温下烘烤500h后亮度没有下降趋势，并且稳定(参见图10a、图10b)，而没有保护薄膜的光转换膜的亮度和色域均下降50％。

同时，本发明实施例2的光转换膜也进行了65℃，95％湿度，500h的测试。经过500h的测试，光转换膜的亮度下降12％后呈稳定的趋势，而色域下降15％也呈现稳定的趋势，具体可参见附图10c。

效果实施例4

测试本发明植物生长灯在不同位置的出光光谱均匀性，具体地在距离蓝光LED条状灯下方30cm处的七个不同位置测量所得的光谱，结果如图11所示，可以看出，七个不同位置测量所得光谱极为均匀。

Claims (10)

1.一种光转换膜，其特征在于，所述光转换膜包括光转换材料和聚合物载体；所述光转换材料为量子点和/或无机荧光粉；所述聚合物载体为聚合物纳米纤维垫或聚合物薄膜；其中，用作所述聚合物载体的聚合物材料的折射率在1.45以上；且所述光转换材料的重量为所述聚合物载体的重量的0.3％-11％。

2.如权利要求1所述的光转换膜，其特征在于，所述量子点为红色量子点和/或绿色量子点；

和/或，所述量子点的尺寸为2-15nm；

和/或，所述无机荧光粉为红色无机荧光粉和/或绿色无机荧光粉。

3.如权利要求2所述的光转换膜，其特征在于，所述红色量子点选自CdSe、CdTe、CdSe_xTe_1-x、InP、InP_xAs_1-x、CuInS₂、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/CdS/ZnS、CuInS₂/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、GA_CdSe/ZnS和GA_InP/ZnS中的一种或多种；

和/或，所述绿色量子点选自Cd_xZn_1-xSe、Cd_xZn_1-xTe、CdSe_xS_1-x、InP、CdSe/ZnS、Cd_xZn_{1- x}Se/ZnS/ZnO、CdTe/ZnS、InP/ZnS、CdSe/ZnS/ZnO、GA_CdSe/ZnS和GA_InP/ZnS中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的光转换膜，其特征在于，所述聚合物纳米纤维垫由聚合物通过电纺制备得到；所述电纺较佳地采用溶液电纺的方式；

可选地，所述溶液电纺中使用的主体聚合物材料选自尼龙6,6、聚氨酯、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚苯胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚(偏二氟乙烯)、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚(9-乙烯基咔唑)和聚醋酸乙烯酯中的一种或多种；

和/或，所述聚合物薄膜为热固化聚合物薄膜或UV固化聚合物薄膜；所述热固化聚合物薄膜的固化温度较佳地为80-110℃；

可选地，所述聚合物薄膜的主体聚合物材料选自环氧树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸改性环氧树脂、硅树脂、丙烯酸改性聚氨酯和氨基甲酸乙酯中的一种或多种。

5.如权利要求1-4任一项所述的光转换膜，其特征在于，所述光转换材料为量子点或量子点和无机荧光粉的复合物时，所述光转换材料的重量为所述聚合物载体的重量的0.3％-11％；

所述光转换材料为无机荧光粉时，所述光转换材料的重量为所述聚合物载体的重量的5％-11％。

6.如权利要求1所述的光转换膜，其特征在于，所述光转换膜还包括保护隔离膜，所述保护隔离膜设置在光转换膜的一个表面、或上下两个表面。

7.如权利要求1-5任一项所述光转换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将所述光转换材料和聚合物混合，形成发光复合物，然后将所得发光复合物涂覆或倒模于基材上，经热固化或UV固化成膜，所述热固化的温度较佳地为80-110℃；或者，将所述光转换材料涂覆、喷涂、或浸涂于所述聚合物纳米纤维垫上，然后低温烘干即可。

8.如权利要求1-6任一项所述光转换膜在植物生长灯中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述植物生长灯为LED植物生长灯，较佳地为蓝光LED植物生长灯；将光转换膜应用于LED植物生长灯时，所述光转换膜较佳地采用远离LED光源的封装方式，更佳地，所述光转换膜设置在LED灯出光面外侧并且与LED灯表面的距离为2-3cm。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，将光转换膜应用于植物生长灯时，可根据植物生长周期在不同时间段通过手动或自动系统更换光转换膜实现光谱的切换和调节。