太阳光和人工光并用型光合转光玻璃平面光源

摘要

本发明属于光功能玻璃和半导体特种照明技术领域，涉及一种在太阳光中的绿光和蓝光以及AlInGaN芯片LED的人工蓝光照射下能够发射红光的转光玻璃平面光源。该平面光源由中空玻璃及其稀土发光材料膜和蓝光LED，中空玻璃组件的两片玻璃采用超白压花玻璃，在压花面沉积有稀土发光材料膜，蓝光LED条安装在两片玻璃的四周。该玻璃平面光源可以昼夜两用，发出红光。该玻璃平面光源发出的光在空间上分布均匀，防止材料和器件劣化，机械强度高，适合规模化工业生产。

权利要求

1.一种太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，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）和蓝光LED（3）组成，所述的中空玻璃组件（1）的上部为超白压花玻璃（4），中空玻璃组件（1）的下部同样为超白压花玻璃（4），超白压花玻璃（4）和硅酮密封胶和铝框条（6）形成中空玻璃，中空玻璃组件（1）的两片玻璃采用超白压花玻璃（4），在压花面（5）上沉积有稀土发光材料膜（2），蓝光LED（3）条安装在两片玻璃的四周。

2.根据权利要求1所述的一种太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，其特征在于：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（4）的压花面（5）溅射成稀土发光材料膜（2），薄膜厚度为10-40微米。

3.根据权利要求1所述的一种太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，其特征在于：稀土发光材料膜（2）由70%-50%质量的稀土发光材料颗粒和30%-50%质量的光油混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃（4）的压花面（5）成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜（2），薄膜厚度为20-80微米。

4.根据权利要求1所述的一种太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，其特征在于：稀土发光材料的化学计量比为Ca0.998-aS:aMn,0.002Eu，其中Eu离子和Mn离子的化学价为二价，a为原子摩尔数，0.002≤a≤0.006，该稀土发光材料在绿光和蓝光辐照下可以发出特征波长为660纳米的红光。

5.根据权利要求1所述的一种太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，其特征在于：平面光源组件的两片超白压花玻璃（4）之间的间隔距离是6毫米至15毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条（6）封闭，蓝光LED（3）条安装在两片玻璃的四周，蓝光LED发光条由AlInGaN蓝光LED组成，发射主波长为450纳米的蓝光，正向直流电流为20毫安培时正向电压为2.9至3.4伏。

说明书

太阳光和人工光并用型光合转光玻璃平面光源

技术领域

[0001] 本发明属于光功能玻璃和半导体特种照明技术，更具体地说，它涉及一种在太阳光中的绿光和AlInGaN芯片LED的人工蓝光照射下能够发射特征红光的光合转光玻璃组件平面光源。

背景技术

[0002] 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。具有同步蓝光和红光所对应的光谱称为光合有效光谱，这种特种光中不含有波长在280纳米至320纳米的紫外光，可防止对植物色素的伤害。同时具有特征红光和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。

[0003] 实现植物生长光合作用所需要的光源有太阳光、人工光以及混合光。在太阳光中，在太阳光中，太阳电磁辐射中99．9%的能量集中在红外区、可见光区和紫外区，太阳辐射主要集中在波长为400纳米至760纳米的可见光部分，占太阳辐射总能量的约50%。在可见光的蓝紫光和绿光波段中，包括577～492纳米的绿光，492～455纳米的蓝靛色和455～390纳米的蓝紫光，这些蓝紫光和绿光的能量并不被植物所吸收，具有特征光谱的红光光源尤为重要，需要研发高效率的转光材料和光源，把太阳光中的蓝紫光和绿光转成上述植物光合作用所需要的红光。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。目前AlGaInP四元合金体系的660纳米波长的红光芯片成本高， AlGaInN蓝光芯片成本低，已经形成规模化工业生产。

[0004] 在已经研发的掺有稀土的硫化钙发光材料中，主要用在塑料转光薄膜中，需要白天的太阳光辐照，不能用在夜间；发出的红光主波长要在660纳米并且要呈宽发射带，以便能够覆盖色素的吸收光谱并具有高的光合量子辐射效率，并且这些稀土发光材料暴露在湿热空气中，化学不稳定，容易潮解和劣化；这些稀土发光材料混入塑料，分散困难，塑料废弃后不容易降解，形成二次污染，机械强度低，混入的稀土元素也不容易回收。

[0005] 采用超白压花玻璃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

[0006] 本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种同时能够把太阳光中的绿光和蓝光以及AlInGaN芯片LED人工蓝光转化成特征波长为660纳米红光的玻璃平面光源。

[0007] 本发明的技术方案可以通过下述的技术措施来实现：

[0008] 中空玻璃是由两片以有效支撑铝条框均匀隔开并周边粘接硅酮密封胶密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。

[0009] 该平面光源包括中空玻璃组件及其稀土发光材料膜和蓝光LED条，中空玻璃组件的两片玻璃采用超白压花玻璃，其中一片玻璃在压花面沉积有稀土发光材料膜，蓝光LED条安装在两片玻璃的四周。

[0010] 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的压花面溅射成稀土发光材料膜，薄膜厚度为10-40微米。

[0011] 采用的稀土发光材料化学计量比为Ca0.998-aS:aMn,0.002Eu，其中Eu离子和Mn离子的化学价为二价，a为原子摩尔数，0.002≤a≤0.006，该稀土发光材料在绿光和蓝光辐照下可以发出特征波长为660纳米的红光。

[0012] 平面光源组件由两片超白压花玻璃安装。两片玻璃之间的间隔距离是6毫米至15毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条封闭，蓝光LED条安装在两片玻璃的四周，蓝光LED发光条由AlInGaN蓝光LED商业产品组成，发射主波长为450纳米的蓝光，正向直流电流为20毫安培时正向电压为2.9至3.4伏。

[0013] 本发明的技术方案中的稀土发光材料膜还可以通过以下措施来实现：

[0014] 稀土发光材料膜由70%-50%的稀土发光材料颗粒和30%-50%的光油混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃的压花面成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜，薄膜厚度为20-80微米。

[0015] 本发明与现有技术相比具有下列优点：1、该平面光源既可以把太阳光中的绿光和蓝光转换成特征红光，也可以把价格便宜的蓝光LED中的蓝光转换成特征红光，玻璃平面光源可以昼夜两用；2、LED和光合转光膜放在中空玻璃内，发出的红光和蓝光辐射强度在空间上均匀分布，可以防止湿热环境导致的转光材料和器件劣化，机械强度高，适合规模化工业生产。

附图说明

[0016] 图1是太阳光和人工光并用型玻璃平面光源的结构图。

[0017] 图2是图1的I-I剖面图。

[0018] 图3是太阳光辐照下光合转光玻璃面光源的发射光谱图。

[0019] 图4是蓝光LED人工光辐照下光合转光玻璃面光源的发射光谱图。

[0020] 1是中空玻璃组件，2是稀土发光材料膜，3是蓝光LED，4是超白压花玻璃，5是超白压花玻璃的压花面，6是硅酮密封胶和铝框条。

具体实施方式

[0021] 实施例1：

[0022] 平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝光LED3，中空玻璃组件1的两片玻璃采用超白压花玻璃4，其中一片玻璃在压花面5沉积有稀土发光材料膜2，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周。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4的压花面5溅射成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为15微米。采用的稀土发光材料化学计量比为Ca0.998-aS:0.002Mn,0.002Eu，其中Eu离子和Mn离子的化学价为二价；平面光源组件由两片超白压花玻璃4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6封闭，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周，蓝光LED发光条由AlInGaN蓝光LED商业产品组成，发射主波长为450纳米的蓝光，正向直流电流为20毫安培时正向电压为2.9伏，得到太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，结构如图1和图2所示，太阳光辐照下光合转光玻璃面光源的发射光谱图如图
3所示。

[0023] 实施例2：

[0024] 平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝光LED3，中空玻璃组件1的两片玻璃采用超白压花玻璃4，其中一片玻璃在压花面5沉积有稀土发光材料膜2，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周。稀土发光材料膜由70%-50%的稀土发光材料颗粒和
30%-50%的光油混合调制成油墨，采用丝网印刷法在超白压花玻璃4的压花面5成膜，经过紫外固化后成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为40微米。采用的稀土发光材料化学计量比为Ca0.998-aS:0.006Mn,0.002Eu，其中Eu离子和Mn离子的化学价为二价；平面光源组件由两片超白压花玻璃4安装。两片玻璃之间的间隔距离是15毫米，两片玻璃四周用硅酮密封胶和铝框条6封闭，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周，蓝光LED发光条由AlInGaN蓝光LED商业产品组成，发射主波长为450纳米的蓝光，正向直流电流为20毫安培时正向电压为3.4伏。得到太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，结构如图1和图2所示，蓝光LED辐照下光合转光玻璃面光源的发射光谱图如图4中曲线1所示。

[0025] 实施例3：

[0026] 平面光源包括中空玻璃组件1及其稀土发光材料膜2和蓝光LED3，中空玻璃组件1的两片玻璃采用超白压花玻璃4，其中一片玻璃在压花面5沉积有稀土发光材料膜2，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周。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4的压花面5溅射成稀土发光材料膜2，薄膜厚度为40微米。采用的稀土发光材料化学计量比为Ca0.998-aS:0.004Mn,0.002Eu，其中Eu离子和Mn离子的化学价为二价；平面光源组件由两片超白压花玻璃4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6封闭，蓝光LED条3安装在两片玻璃的四周，蓝光LED发光条由AlInGaN蓝光LED商业产品组成，发射主波长为450纳米的蓝光，正向直流电流为20毫安培时正向电压为3.1伏。得到太阳光和人工光并用型光合转光玻璃组件平面光源，结构如图1所示，蓝光LED辐照下光合转光玻璃面光源的发射光谱图如图
4中曲线2所示。

[0027] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。