CN110061119A - 降低led光源色温和蓝光辐射的方法和一种led灯及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低LED光源色温和蓝光辐射的方法，用来解决高色温、高蓝光辐射LED光源对人体危害过大的问题。该方法具体操作包括：将制备好的ZnO量子点溶液均匀旋涂在LED光源上、烘干、封装。本发明制备低色温和低蓝光辐射的LED灯的方法具有成本低、制备条件温和、工艺简单、绿色环保的特点，该方法制备的LED灯可将初始色温为4200K的LED光源色温控制在4200K～2500K之间，蓝光辐射量降低60％。
Description
技术领域
本发明属于LED照明技术领域，尤其是涉及降低LED光源色温和蓝光辐射的方法，本发明还涉及利用该方法进一步制备的低色温和低蓝光辐射的LED灯及其制备方法。
背景技术
近年来，LED光源因其低功耗、低驱动电压、高亮度、寿命长等优点占据照明光源的主要市场。但目前市场上的LED光源蓝光辐射严重以及导致其色温过高，对人们的生活质量和健康产生较大的影响。
首先蓝光辐射具有极高的能量，能够穿透晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡；其次由于蓝光的波长短，聚焦点并不是落在视网膜中心位置，而是离视网膜更靠前一点的位置。要想看清楚，眼球会长时间处于紧张状态。短时间的高蓝光辐射会导致视觉疲劳，长时间的视觉疲劳则会导致人们近视加深、出现复视、阅读时易串行、注意力无法集中等症状，影响人们的学习与工作效率；严重者可能会导致黄斑病变以及白内障。生活在高蓝光辐射的环境下还会导致人们无法入睡、睡眠质量差等问题。而室内照明光源色温过高会给人一种冷清的感觉，长时间生活在这种环境会让人们感觉郁闷、烦恼。
目前主要通过在LED芯片上添加荧光粉来调节色温，但此方法无法降低光源的蓝光辐射，并且荧光粉材料稀缺、成本过高，且大多为有毒物质，会对人体造成伤害。因此寻找一种无害的物质来降低LED色温和蓝光辐射尤为重要。
发明内容
本发明的目的是解决现有目前LED光源蓝光辐射严重以及色温过高的问题，提供一种使用紫外激发可产生黄光的ZnO量子点降低LED蓝光辐射量及色温的方法。该实施方案在型号为CXA2540的COB灯珠上进行。使用GSD-DC光色电综合测试系统测试该光源的参数，其初始色温为4218K。
本发明低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法包括以下步骤：
1)配置二水合乙酸锌的乙醇溶液，冷凝回流，得到ZnO量子点前驱体溶液，冷藏待用；
2)配置高浓度NaOH乙醇溶液，将步骤1)所得的ZnO量子点前驱体溶液加热至45℃，将适量NaOH乙醇溶液一次性快速加入步骤1)所得的ZnO量子点前驱体溶液中，反应5min后倒出反应物，自然冷却，得到ZnO量子点溶液；
3)将过量的正己烷加入的步骤2)所得ZnO量子点溶液中搅拌5min，高转速离心取沉淀，用适量乙醇将沉淀溶解，重复步骤3)两次以上，即可得到紫外光激发可产生黄光的ZnO量子点溶液；
4)在LED光源中心滴加制备的紫外光激发可产生黄光的ZnO量子点溶液，旋涂，烘干；重复步骤4)数次，直至LED光源上出现均匀的白色固体；
5)使用195T有机硅灌封胶对步骤4)所制备的LED光源进行二次封装，得到低色温和低蓝光辐射的LED灯。
作为一种优选的实施方案，步骤1)中，二水合乙酸锌的浓度为45～60mmol/L，反应温度为70～100℃，反应时间为2～3小时，冷藏温度为5～10℃。
作为一种优选的实施方案，步骤2)中，NaOH乙醇溶液的浓度为2mol/L，NaOH乙醇溶液与ZnO量子点前驱体溶液的体积比为1:20。
作为一种优选的实施方案，步骤3)中，正己烷与ZnO量子点溶液的体积比为1:0.5～1，离心转速为10000～15000r/min，离心时间为10～20min；每次溶解沉淀时加入乙醇的体积与ZnO量子点溶液的体积比均为1:1。
作为一种优选的实施方案，步骤4)中，每次滴加ZnO量子点溶液的体积为0.05～0.2ml，每次旋涂时间为5～30s，旋涂转速为50～1000r/min，烘干的温度为50℃，烘烤时间为5～20min；
作为一种优选的实施方案，步骤4)中，重复操作的次数为20次以上，LED光源上旋涂厚度为0.05～0.3mm；
作为一种优选的实施方案，步骤5)中，195T有机硅灌封胶室温下固化时间为24h。
本发明相对于现有技术，所取得的技术效果在如下。
(1)本发明通过在在LED光源中心均匀旋涂适量的ZnO量子点材料来代替现有技术中主要通过在LED芯片上添加荧光粉，发光材料环保廉价，不但有效地解决了荧光粉材料稀缺、成本过高，且大多为有毒物质，会对人体造成伤害的技术缺陷，而且相对于使用荧光粉材料，能够进一步降低LED灯蓝光辐射量及色温，光源色温最低可降至2494K，蓝光辐射量可降低60％以上。
(2)利用本发明提供的降低LED蓝光辐射量及色温的方法所制备的LED灯，极大地降低了蓝光辐射量，有效地解决了现有技术中因长期的LED蓝光辐射，导致人体视觉疲劳以及对视网膜造成的伤害而带来的系列影响人体生理、心理健康的问题。
(3)本发明所提供的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，在较低的操作温度和常压下就可实现，操作工序少、工艺简单，产品成功率高，且所需发光材料安全环保，价格廉价，有利于实现规模化工业生产和推广应用。
附图说明
附图1为光源原始光谱图和实施例1、实施例2、实施例3制备的光源光谱图对照。如图所示：实施例1、实施例2、实施例3制备的光源400～500nm波段光强相比于原始光谱图均有明显下降。
具体实施方式
现结合实施例对本发明进行进一步解释说明。
实施例1
称1.2514g二水合乙酸锌固体于烧杯中，加入200ml乙醇，搅拌5min，在35℃的条件下超声震荡10min至二水合乙酸锌固体完全溶解。将溶液倒入三颈烧瓶中，在80℃的数显控温磁力搅拌油浴锅中冷凝回流2h，倒出至烧杯中放入4℃的冰箱中冷藏待用；称8.00g NaOH固体于烧杯中，加入100ml乙醇，搅拌10min，35℃条件下超声震荡30min至固体充分溶解，放置待用；取100ml前驱液于三颈烧瓶中，磁力搅拌油浴锅加热至45℃，使用注射器快速加入5.00ml上述NaOH的乙醇溶液，反应5min后倒出至烧杯中，冷却至室温待用；在反应溶液中加入100ml正己烷，搅拌5min，12000r/min离心10min，取沉淀加100ml乙醇充分搅拌溶解，重复上述离心操作和取沉淀溶解操作3次，所得溶液为ZnO量子点溶液。
在CXA 2540型白光COB灯珠滴加0.05ml上述ZnO量子点溶液，使用旋涂仪在100r/min的条件下旋涂5s，放入50℃烘箱中烘烤10min，重复上述滴加ZnO量子点溶液、旋涂、烘干操作10次，直至LED光源上出现均匀的白色固体。然后用195T有机硅灌封胶对所制备的LED光源进行封装，经检测，所得COB灯珠色温为3262K，与原始光源光谱图的对照结果如图1所示，400～500nm的蓝光波段的光强有明显降低。
实施例2
称1.2514g二水合乙酸锌固体于烧杯中，加入200ml乙醇，搅拌5min，在35℃的条件下超声震荡10min至二水合乙酸锌固体完全溶解。将溶液倒入三颈烧瓶中，在80℃的数显控温磁力搅拌油浴锅中冷凝回流2h，倒出至烧杯中放入4℃的冰箱中冷藏待用；称8.00g NaOH固体于烧杯中，加入100ml乙醇，搅拌10min，35℃条件下超声震荡30min至固体充分溶解，放置待用；取100ml前驱液于三颈烧瓶中，磁力搅拌油浴锅加热至45℃，使用注射器快速加入5.00ml上述NaOH的乙醇溶液，反应5min后倒出至烧杯中，冷却至室温待用；在反应溶液中加入100ml正己烷，搅拌5min，12000r/min离心10min，取沉淀加100ml乙醇充分搅拌溶解，重复上述离心操作和取沉淀溶解操作3次，所得溶液为ZnO量子点溶液。
在CXA 2540型白光COB灯珠滴加0.05ml上述ZnO量子点溶液，使用旋涂仪在100r/min的条件下旋涂5s，放入50℃烘箱中烘烤10min，重复上述滴加ZnO量子点溶液、旋涂、烘干操作20次，直至LED光源上出现均匀的白色固体。然后用195T有机硅灌封胶对所制备的LED光源进行封装，经检测，所得COB灯珠色温为2978K，与原始光源光谱图的对照结果如图1所示，400～500nm的蓝光波段光强相比实施例1明显减弱。
实施例3
称1.2514g二水合乙酸锌固体于烧杯中，加入200ml乙醇，搅拌5min，在35℃的条件下超声震荡10min至二水合乙酸锌固体完全溶解。将溶液倒入三颈烧瓶中，在80℃的数显控温磁力搅拌油浴锅中冷凝回流2h，倒出至烧杯中放入4℃的冰箱中冷藏待用；称8.00g NaOH固体于烧杯中，加入100ml乙醇，搅拌10min，35℃条件下超声震荡30min至固体充分溶解，放置待用；取100ml前驱液于三颈烧瓶中，磁力搅拌油浴锅加热至45℃，使用注射器快速加入5.00ml上述NaOH的乙醇溶液，反应5min后倒出至烧杯中，冷却至室温待用；在反应溶液中加入100ml正己烷，搅拌5min，12000r/min离心10min，取沉淀加100ml乙醇充分搅拌溶解，重复上述离心操作和取沉淀溶解操作3次，所得溶液为ZnO量子点溶液。
在CXA 2540型白光COB灯珠滴加0.05ml上述ZnO量子点溶液，使用旋涂仪在100r/min的条件下旋涂5s，之后放入50℃烘箱中烘烤10min，重复上述滴加ZnO量子点溶液、旋涂、烘干操作30次，直至LED光源上出现均匀的白色固体。然后用195T有机硅灌封胶对所制备的LED光源进行封装，经检测，所得COB灯珠色温为2694K，与原始光源光谱图的对照结果如图1所示，400～500nm的蓝光波段光强相比实施例2明显减弱。
实施例4
称1.2514g二水合乙酸锌固体于烧杯中，加入200ml乙醇，搅拌5min，在35℃的条件下超声震荡10min至二水合乙酸锌固体完全溶解。将溶液倒入三颈烧瓶中，在80℃的数显控温磁力搅拌油浴锅中冷凝回流2h，倒出至烧杯中放入4℃的冰箱中冷藏待用；称8.00g NaOH固体于烧杯中，加入100ml乙醇，搅拌10min，35℃条件下超声震荡30min至固体充分溶解，放置待用；取100ml前驱液于三颈烧瓶中，磁力搅拌油浴锅加热至45℃，使用注射器快速加入5.00ml上述NaOH的乙醇溶液，反应5min后倒出至烧杯中，冷却至室温待用；在反应溶液中加入100ml正己烷，搅拌5min，12000r/min离心10min，取沉淀加100ml乙醇充分搅拌溶解，重复上述离心操作和取沉淀溶解操作3次，所得溶液为ZnO量子点溶液。
在CXA 2540型白光COB灯珠滴加0.10ml上述ZnO量子点溶液，使用旋涂仪在100r/min的条件下旋涂5s，之后放入50℃烘箱中烘烤10min，重复上述滴加ZnO量子点溶液、旋涂、烘干操作30次，直至LED光源上出现均匀的白色固体。然后用195T有机硅灌封胶对所制备的LED光源进行封装，经检测，所得COB灯珠色温为2542K，性能与实施例3相比没有明显提高。
实施例5
称1.2514g二水合乙酸锌固体于烧杯中，加入200ml乙醇，搅拌5min，在35℃的条件下超声震荡10min至二水合乙酸锌固体完全溶解。将溶液倒入三颈烧瓶中，在80℃的数显控温磁力搅拌油浴锅中冷凝回流2h，倒出至烧杯中放入4℃的冰箱中冷藏待用；称8.00g NaOH固体于烧杯中，加入100ml乙醇，搅拌10min，35℃条件下超声震荡30min至固体充分溶解，放置待用；取100ml前驱液于三颈烧瓶中，磁力搅拌油浴锅加热至45℃，使用注射器快速加入5.00ml上述NaOH的乙醇溶液，反应5min后倒出至烧杯中，冷却至室温待用；在反应溶液中加入100ml正己烷，搅拌5min，12000r/min离心10min，取沉淀加100ml乙醇充分搅拌溶解，重复上述离心操作和取沉淀溶解操作3次，所得溶液为ZnO量子点溶液。
在CXA 2540型白光COB灯珠滴加0.10ml上述ZnO量子点溶液，使用旋涂仪在100r/min的条件下旋涂不同时间之后放入50℃烘箱中烘烤10min，重复上述步骤100次数，直至LED光源上出现均匀的白色固体。然后用195T有机硅灌封胶对所制备的LED光源进行封装，经检测，所得COB灯珠色温为2550K，性能与实施例4相比没有明显提高。
Claims (10)
1.一种降低LED光源色温和蓝光辐射的方法，其特征在于，在LED光源中心均匀旋涂适量的使用紫外光激发可产生黄光的ZnO量子点材料。
2.如权利要求1所述的降低LED光源色温和蓝光辐射的方法，其特征在于，所述方法的操作过程为，在LED光源中心均匀旋涂ZnO量子点溶液，烘干，重复操作数次，直至LED光源上出现均匀的白色固体。
3.一种低色温和低蓝光辐射的LED灯，其特征在于，所述LED灯的光源中心均匀旋涂厚度为0.05～0.3mm的使用紫外光激发可产生黄光的ZnO量子点材料。
4.一种低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，包括如下步骤：
1)配置二水合乙酸锌的乙醇溶液，冷凝回流，得到ZnO量子点前驱体溶液，冷藏待用；
2)配置高浓度NaOH乙醇溶液，将步骤1)所得的ZnO量子点前驱体溶液加热至45℃，将适量NaOH乙醇溶液一次性快速加入步骤1)所得的ZnO量子点前驱体溶液中，反应5min后倒出反应物，自然冷却，得到ZnO量子点溶液；
3)将过量的正己烷加入到步骤2)所得ZnO量子点溶液中搅拌5min，高转速离心取沉淀，用适量乙醇将沉淀溶解，重复步骤3)两次以上，即可得到紫外光激发可产生黄光的ZnO量子点溶液；
4)在LED光源中心旋涂步骤3)所制备的ZnO量子点溶液，烘干，重复旋涂、烘干操作数次，直至LED光源上出现均匀的白色固体；
5)使用195T有机硅灌封胶对步骤4)所制备的LED光源进行二次封装，得到低色温和蓝光辐射的LED灯。
5.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，二水合乙酸锌的浓度为45～60mmol/L，反应温度为70～100℃，反应时间为2～3小时，冷藏温度为5～10℃。
6.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，NaOH乙醇溶液的浓度为2mol/L，NaOH乙醇溶液与ZnO量子点前驱体溶液的体积比为1:20。
7.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述正己烷与ZnO量子点溶液的体积比为1:0.5～1，离心转速为10000～15000r/min，离心时间为10～20min；每次溶解沉淀时加入乙醇的体积与ZnO量子点溶液的体积比均为1:1。
8.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤4)中，每次滴加ZnO量子点乙醇溶液的体积为0.05ml～0.2ml，每次旋涂时间为5s～30s，旋涂转速为50～1000r/min，烘干的温度为50℃，烘烤时间为5min～20min。
9.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤4)中，重复操作的次数为20次以上，LED光源上旋涂厚度为0.05～0.3mm。
10.如权利要求4所述的低色温和低蓝光辐射的LED灯的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述195T有机硅灌封胶室温下固化时间为24h。
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