CN104728644A - 一种led补光灯珠 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED补光灯珠。它包括有蓝光LED芯片（1）、粘合剂和红色荧光粉（2）；所述蓝光LED芯片（1）表面经粘合剂作用涂覆有所述红色荧光粉（2）；所述红色荧光粉的组成为MeXTiF6:Mn4+，其中Me为K、Na、Li或者为Ca、Mg，X相应为2～1；所述红色荧光粉的基质为MeXTiF6，Mn元素取代基质MeXTiF6 中Ti元素的含量比例为0 at.%＜Mn at.%＜20.0 at.%。本发明中的LED补光灯珠功耗小、易于调控、补光均匀，可获得高比例的有用红蓝光。
Description
技术领域
本发明涉及补光控制设备，尤其涉及一种LED补光灯珠。
背景技术
随着经济水平、生活质量的提高，农业和花卉方面的巨大需求，使得大棚种植和室内栽种技术迅速发展。但由于大棚和室内缺少太阳光，加之很多地区雾霾天气，植被光照严重不足，植被生长发育受到了严重阻碍。对此，目前普遍采用LED灯作为补充光源。LED灯具有体积小、耗能低、无污染、安全可靠等优点，其电-光转换效率也远远高于钠灯、卤素灯等其他植物补光光源，能够提供更高效的人工植物光照。据研究，选用LED灯作为补光灯，可提高生菜的生长速率、光合速率达20%以上。
目前，市场上已有各种LED灯作为植物补光灯销售，但它们大都采用红光芯片灯珠和蓝光芯片灯珠组合按不同比例的进行放置来实现补光。其设计中如需调整红蓝光的比例，则需要重新设置红光灯珠和蓝光灯珠的个数和分布，因而调整光色十分不便，且红蓝光比例只能按一定比例值调控；且由于其设计是基于两种LED发出的光进行互补，因此会存在蓝、红光的均匀性问题，即由于发光角度的原因，使得一些地方的双色光重叠的多，而有些地方则重叠的较少，造成了植物补光的不均匀、照射范围覆盖不足（灯珠照射范围通常为120°），光的利用率不高，影响了植物的生长发育。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED补光灯珠，该LED补光灯珠功耗小、易于调控、补光均匀，可获得高比例的有用红蓝光。
本发明的目的是这样实现的：
一种LED补光灯珠，其特征在于：它包括有蓝光LED芯片、粘合剂和红色荧光粉；所述蓝光LED芯片表面经粘合剂作用涂覆有所述红色荧光粉；所述红色荧光粉的组成为MeXTiF6:Mn4+，其中Me可为K、Na、Li等离子或者为Ca、Mg等离子，X相应为2～1；所述红色荧光粉的基质为MeXTiF6，Mn元素取代基质MeXTiF6 中Ti元素的含量比例为0 at.%＜Mn at.%＜20.0 at.%。
上述红色荧光粉的激发峰为460 nm ± 10nm和365 nm ±10 nm，其发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为590 nm ± 2 nm、604 nm ± 2 nm、616 nm ± 2 nm、635 nm ± 2 nm和650 nm ± 2 nm，其中最强峰为635 nm ± 2 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm ± 2 nm。其激发峰为～460 nm和365 nm，能与LED蓝光芯片和汞蒸气发光匹配。
上述红色荧光粉是以MeXTiF6为基质，KMnO4为原料，HF为溶剂，并在添加有配体提供剂和还原剂的条件下反应而制得的；其中，所述配体提供剂可选择为KF、NaF、Li2CO3、Na2CO3等；所述还原剂可选择为H2O2、甲醇、乙醇、抗坏血酸等。
上述红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将MeXTiF6、KMnO4、配体提供剂先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入还原剂进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用甲醇、乙醇或丙酮等有机溶剂清洗，干燥而制得的。其中，所述配体提供剂可选择为KF、NaF、Li2CO3、Na2CO3等；所述还原剂可选择为H2O2、甲醇、乙醇、抗坏血酸等，且各反应物料的用量按照摩尔比为MeXTiF6：KMnO4：配体提供剂：还原剂：HF =1：0.1～0.5：0.1～1: 0.1～1 : 1～500进行配置。
上述粘合剂选择为AB胶，例如，具体可选择常规封装使用的道康宁6551AB胶，且所述红色荧光粉和所述AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=3～5：0.4～0.6：1.90～2.10进行配置。此外，还可采用封装使用的其他常规粘合剂。
上述LED补光灯珠，它还包括有外壳和导线。其中，外壳可选择为塑料外壳。
本发明具有以下有益效果：
本发明中的LED补光灯珠，采用蓝光LED芯片（420～500nm波段）激发自制的红色荧光粉，得到634nm左右红光宽带发射，进而得到了高比例的有用红蓝复合光，极大地提高了光的光色和对光的利用率，降低了补光照明功耗；与商用氮化物荧光粉封装的灯珠相比，该LED补光灯珠极大减少了无用黄光比例，通过对比、积分计算，少了约47%左右黄光；该LED补光灯珠发射的红蓝复合光，均匀地从荧光粉四周发出，照射范围大于常见120°，几乎达到180°，发光角度和照射覆盖范围极大，大大提高了补光的均匀性，用于植物补光时利于植物的生长；且因为在不同电流供电下，红蓝发射光的强度不一样，刚好呈现一减一增，例如从附图中可以看出电流从50mA增大至350mA时，蓝光明显增强，红光明显减弱，这样就实现了通过改变电流的大小来连续调节红蓝光的比例及强度，促进了植物不同阶段的生长发育。
附图说明
图1是实施例1中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的XRD谱图。
图2是实施例1中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的EDS谱图。
图3是实施例1中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的激发光谱图。
图4是实施例1中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的发射光谱图。
图5是实施例1中所述LED补光灯珠的结构示意图。
图6是实施例1中所述LED补光灯珠在不同电流作用下所发射的红蓝光的相对强度检测图。
图7是实施例1中所述LED补光灯珠和采用市售商用红色荧光粉封装的灯珠的发光光谱。
图8是实施例2中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的EDS谱图。
图9是实施例2中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的激发光谱图。
图10是实施例2中所述LED补光灯珠中的红色荧光粉的发射光谱图。
具体实施方式
以下为本发明较佳的实施例，而并非用于限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1～7所示：一种LED补光灯珠，它包括有蓝光LED芯片1、道康宁6551AB胶、红色荧光粉2、塑料外壳3和导线4；其塑料外壳3内部设置蓝光LED芯片1，该蓝光LED芯片1表面涂覆有道康宁6551AB胶和红色荧光粉2的混合物，且蓝光LED芯片1两端连接有导线4；其红色荧光粉和道康宁6551AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=3：0.4：1.90进行配置；其红色荧光粉的组成为K2TiF6:Mn4+；结合附图1、2、3和4可知：该红色荧光粉晶体的主体结构为基质K2TiF6，其Mn元素取代基质K2TiF6中Ti元素的含量比例为5.7 at.%，其激发峰为463.4 nm和363 nm，发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为590.0 nm、603.6 nm、616.2 nm、634.6 nm和650.4 nm，其中最强峰为634.6 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm；本例中的红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将K2TiF6、KMnO4、KF先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入H2O2进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用丙酮清洗，干燥而制得的。其中，各反应物料的用量按照摩尔比为K2TiF6：KMnO4：KF：H2O2：HF =1：0.5：1: 1 : 50进行配置。
本例中其红色荧光粉的制备反应的原理为：
2KMnO4 + 2KF + 10HF + 3H2O2 → 2K2MnF6 + 8H2O + 3O2
上述反应进行的同时，生成的Mn4+与基质K2TiF6也进行反应，使得Mn4+微量取代了基质K2TiF6中的Ti4+；这两个反应同时发生，相互促进，最终实现了在K2TiF6中引入Mn4+而制得了K2TiF6:Mn4+。
根据附图6和7所示可知，本发明中的LED补光灯珠与采用商用市售红色荧光粉封装的相同结构的LED灯珠的发光相比，减少了47%的无用黄光成分,提高了蓝红光的利用率；且本发明中的LED补光灯珠可通过调节电流来连续调控红蓝光相对强度，满足了植物不同阶段的生长发育需要，如长叶阶段可通过调节电流增多蓝光，结果阶段可通过调节电流增多红光。
实施例 2
如图8～10所示：一种LED补光灯珠，它包括有蓝光LED芯片、道康宁6551AB胶、红色荧光粉、塑料外壳和导线；其具体结构与实施例1相同，塑料外壳内部设置蓝光LED芯片，该蓝光LED芯片表面涂覆有道康宁6551AB胶和红色荧光粉的混合物，且蓝光LED芯片两端连接有导线；其红色荧光粉和道康宁6551AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=5： 0.6： 2.10进行配置；其红色荧光粉的组成为K2TiF6:Mn4+；结合附图8、9和10可知：该红色荧光粉晶体的主体结构为基质K2TiF6，其Mn元素取代基质K2TiF6中Ti元素的含量比例为5.0 at.%，其激发峰为465.2 nm和362 nm，发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为590.4 nm、603.2 nm、616.4 nm、634.8 nm和650.4 nm，其中最强峰为634.8 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm；本例中的红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将K2TiF6、KMnO4、KF先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入H2O2进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用丙酮清洗，干燥而制得的。其中，各反应物料的用量按照摩尔比为K2TiF6：KMnO4：KF：H2O2：HF =1：0.4：0.8:0.8: 100进行配置。
实施例 3
一种LED补光灯珠，它包括有蓝光LED芯片、道康宁6551AB胶、红色荧光粉、塑料外壳和导线；其具体结构与实施例1相同，塑料外壳内部设置蓝光LED芯片，该蓝光LED芯片表面涂覆有道康宁6551AB胶和红色荧光粉的混合物，且蓝光LED芯片两端连接有导线；其红色荧光粉和道康宁6551AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=4：0.5：2.0进行配置；其红色荧光粉的组成为Na2TiF6:Mn4+；该红色荧光粉晶体的主体结构为基质Na2TiF6，其Mn元素取代基质K2TiF6中Ti元素的含量比例为10.5 at.%，其激发峰为465.5 nm和366 nm，发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为591.0 nm、604.2 nm、616.4 nm、635.8 nm和650.4 nm，其中最强峰为635.8 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm；本例中的红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将Na2TiF6、KMnO4、NaF先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入甲醇进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用乙醇清洗，干燥而制得的。其中，各反应物料的用量按照摩尔比为Na2TiF6：KMnO4：NaF：甲醇：HF =1：0.2：0.5:0.6: 300进行配置。
实施例 4
一种LED补光灯珠，它包括有蓝光LED芯片、道康宁6551AB胶、红色荧光粉、塑料外壳和导线；其具体结构与实施例1相同，塑料外壳内部设置蓝光LED芯片，该蓝光LED芯片表面涂覆有道康宁6551AB胶和红色荧光粉的混合物，且蓝光LED芯片两端连接有导线；其红色荧光粉和道康宁6551AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=4：0.6：1.9进行配置；其红色荧光粉的组成为CaTiF6:Mn4+；该红色荧光粉晶体的主体结构为基质CaTiF6，其Mn元素取代基质CaTiF6中Ti元素的含量比例为12.5 at.%，其激发峰为463.5 nm和364 nm，发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为591.6 nm、604.2 nm、616.0 nm、634.8 nm和650.4 nm，其中最强峰为634.8 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm；本例中的红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将CaTiF6、KMnO4、CaF2先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入甲醇进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用丙酮清洗，干燥而制得的。其中，各反应物料的用量按照摩尔比为CaTiF6：KMnO4：CaF2：甲醇：HF =1：1：0.5:0.6: 100进行配置。
Claims (10)
1.一种LED补光灯珠，其特征在于：它包括有蓝光LED芯片（1）、粘合剂和红色荧光粉（2）；所述蓝光LED芯片（1）表面经粘合剂作用涂覆有所述红色荧光粉（2）；所述红色荧光粉的组成为MeXTiF6:Mn4+，其中Me为K、Na、Li或者为Ca、Mg，X相应为2～1；所述红色荧光粉的基质为MeXTiF6，Mn元素取代基质MeXTiF6 中Ti元素的含量比例为0 at.%＜Mn at.%＜20.0 at.%。
2.根据权利要求1所述LED补光灯珠，其特征在于：所述红色荧光粉的激发峰为460 nm ± 10nm和365 nm ±10 nm，其发射光谱在580～660 nm之间宽带发射：有五个交叉的发射峰，分别为590 nm ± 2 nm、604 nm ± 2 nm、616 nm ± 2 nm、635 nm ± 2 nm和650 nm ± 2 nm，其中最强峰为635 nm ± 2 nm，且最强峰的半峰宽为10 nm ± 2 nm。
3.根据权利要求1或2所述LED补光灯珠，其特征在于：所述红色荧光粉是以MeXTiF6为基质，KMnO4为原料，HF为溶剂，并在添加有配体提供剂和还原剂的条件下反应而制得的；所述配体提供剂为KF、NaF、Li2CO3或Na2CO3；所述还原剂为H2O2、甲醇、乙醇或抗坏血酸。
4.根据权利要求1或2所述LED补光灯珠，其特征在于，所述红色荧光粉具体是通过：在常温常压下，将MeXTiF6、KMnO4、配体提供剂先加入HF溶液中，搅拌均匀后加入还原剂进行反应，待反应完毕后，再经抽滤，用甲醇、乙醇或丙酮清洗，干燥而制得的；所述配体提供剂为KF、NaF、Li2CO3或Na2CO3；所述还原剂为H2O2、甲醇、乙醇或抗坏血酸；各反应物料的用量按照摩尔比为MeXTiF6：KMnO4：配体提供剂：还原剂：HF =1：0.1～0.5：0.1～1: 0.1～1 : 1～500进行配置。
5.根据权利要求1或2所述LED补光灯珠，其特征在于：它还包括有外壳（3）和导线（4）；所述粘合剂选择为AB胶。
6.根据权利要求3所述LED补光灯珠，其特征在于：它还包括有外壳（3）和导线（4）；所述粘合剂选择为AB胶。
7.根据权利要求4所述LED补光灯珠，其特征在于：它还包括有外壳（3）和导线（4）；所述粘合剂选择为AB胶。
8.根据权利要求5所述LED补光灯珠，其特征在于：所述AB胶选择为道康宁6551AB胶，且所述红色荧光粉和所述AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=3～5：0.4～0.6：1.90～2.10进行配置。
9.根据权利要求6所述LED补光灯珠，其特征在于：所述AB胶选择为道康宁6551AB胶，且所述红色荧光粉和所述AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=3～5：0.4～0.6：1.90～2.10进行配置。
10.根据权利要求7所述LED补光灯珠，其特征在于：所述AB胶选择为道康宁6551AB胶，且所述红色荧光粉和所述AB胶的用量按照重量比为红色荧光粉：A胶：B胶=3～5：0.4～0.6：1.90～2.10进行配置。
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