一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源的制作方法

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本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源的制備方法。

背景技術(shù)：

光照是引起魚類代謝系統(tǒng)的指導(dǎo)因子。光照通過魚視覺器官、腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)，影響內(nèi)分泌腦垂體活動(dòng)，進(jìn)而影響魚行為與代謝生長系統(tǒng)。光作為能量進(jìn)入水域生態(tài)系統(tǒng)，不僅為生命魚類帶來必須的水生動(dòng)植物能量，而且可以獨(dú)立的對魚類的攝食、生殖、內(nèi)分泌起著直接或間接地重要的影響。魚類生理學(xué)家已經(jīng)研究清楚光照明顯抑制魚類松果體合成與分泌褪黑激素。魚類褪黑激素合成與分泌的節(jié)律主要受到光照強(qiáng)度、時(shí)間、光譜范圍等因素的影響。因此，合理的光源設(shè)計(jì)和選擇對大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域具有重要意義。

用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源，其原理是利用光生物效應(yīng)，用特定波長的光照明顯抑制魚類松果體合成與分泌褪黑激素。對魚類下丘腦-腦垂體-性腺軸具有一定調(diào)節(jié)作用，魚類褪黑激素參與生殖、發(fā)育和生長方面的調(diào)節(jié)。研究表明，藍(lán)綠光(400～550nm)通過光化學(xué)作用促進(jìn)魚類激素分泌，加快細(xì)胞新陳代謝，促進(jìn)魚類生長。藍(lán)綠光也是多數(shù)水生動(dòng)物吸收最多的光源。長期以來，在水產(chǎn)養(yǎng)殖車間使用的人工光源絕大多數(shù)是民用建筑室內(nèi)常用的直管熒光燈或緊湊型熒光燈。然而，在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)使用這種光源引起的問題很多：首先這種產(chǎn)品平均壽命普遍較短，尤其在潮濕環(huán)境下；其次是這種氣體放電燈不能調(diào)光，不能滿足魚類個(gè)體在不同生長時(shí)期的光需求；再者熒光燈的廢棄含有汞等元素，會(huì)嚴(yán)重污染水源，從而被動(dòng)物體吸收卻不容易排出更不能被分解。它經(jīng)食物鏈進(jìn)行傳遞，會(huì)對人的身體造成傷害。因此，傳統(tǒng)氣體放電光源已經(jīng)不適應(yīng)綠色環(huán)保、節(jié)能減排以及優(yōu)化光環(huán)境參數(shù)的要求。

LED作為安全健康的“綠色光源”登入歷史舞臺，其廢棄后無污染，并且環(huán)保節(jié)能。其與普通熒光燈等相比具有顯著優(yōu)勢：首先是節(jié)能，白光LED的電能轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到80％以上；其次是環(huán)保，LED沒有產(chǎn)生有毒物質(zhì)，不含紫外和紅外輻射；再者是壽命長，使命達(dá)5萬小時(shí)以上，是熒光燈的5倍以上；另外，LED為冷光源，沒有紅外和遠(yuǎn)紅外的光譜成分，不存在熱輻射，長時(shí)間使用不影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境溫度。LED光強(qiáng)度、光周期等參數(shù)可以通過PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路調(diào)控，其光譜范圍可以通過熒光粉種類、熒光粉膠比例進(jìn)行調(diào)控。

因此，LED光源已經(jīng)被水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高度重視，被認(rèn)為是水產(chǎn)養(yǎng)殖的理想光源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過在藍(lán)光LED芯片上涂覆綠色熒光粉(或包含綠粉的混合熒光粉)獲得具有藍(lán)綠光的LED燈，這種熒光粉轉(zhuǎn)換型的LED燈(pc-LEDs)不同于傳統(tǒng)的多芯片結(jié)構(gòu)，只用單一的藍(lán)光LED芯片配合光致激發(fā)的綠色熒光粉(或包含綠粉的混合熒光粉)就能實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖所需要的藍(lán)綠光的輸出，通過PWM調(diào)控光強(qiáng)與光周期，實(shí)現(xiàn)了在藍(lán)光LED芯片基礎(chǔ)上輸出水產(chǎn)養(yǎng)殖所需光源的新器件。該技術(shù)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、藍(lán)綠光分布均勻、便于調(diào)控光源比例及光周期的優(yōu)勢，在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域?qū)?huì)有很好的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、將綠色熒光粉(或其他混合熒光粉)與膠體按照一定比例混合獲得熒光粉粉漿；

(2)、將熒光粉粉漿涂覆在藍(lán)光LED芯片發(fā)光方向的表面上，將涂覆的熒光粉粉漿進(jìn)行固化處理；

(3)、獲得特定形狀的熒光粉層后，在其層外包裹透光層；

(4)、將完成上述步驟的一顆或一組LED芯片通過PWM脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路控制實(shí)現(xiàn)LED光強(qiáng)度的輸出。

上述所用的綠色熒光粉是指在藍(lán)色LED光激發(fā)下能發(fā)出綠光或含有綠光光譜成分的熒光粉；所用的綠色熒光粉其發(fā)射光譜主峰波長在綠光波段范圍(500-550nm)，且具有較寬的光譜成分，以適應(yīng)不同種魚蝦類所需的環(huán)境生長光。這些發(fā)有綠光的熒光粉為Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺、SrGa₂S₄:Eu²⁺、(Ba,Sr)₂SiO₄:Eu²⁺其中的一種或者多種組合；或者是綠色熒光粉與其它顏色熒光粉按一定比例混合的熒光粉。

上述所用的熒光粉也可以在綠色熒光粉的基礎(chǔ)上混合少量紅色熒光粉，使得所制備的光源成分近似全光譜。其作用有兩個(gè)：其一，光源所發(fā)出的光趨近于白光，使得人眼觀看更加舒適，具有觀賞效果；其二，紅光可以促進(jìn)水中水生植物的生長，使得生態(tài)系統(tǒng)整體更加穩(wěn)定。

所述的一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源，熒光粉與配粉膠的比例可以根據(jù)所需光源成分的要求進(jìn)行控制，例如，在含有寬光譜范圍的綠光成分外，仍需要藍(lán)光來調(diào)節(jié)魚類活性周期，可以通過降低熒光粉的比例，使得光源成分中同時(shí)含有熒光粉轉(zhuǎn)換后的綠光以及芯片所發(fā)出的未被熒光粉轉(zhuǎn)換的藍(lán)光。

在步驟(1)中，所述熒光粉粉漿中熒光粉可調(diào)節(jié)的濃度為5％～25％；不同的熒光粉與配粉膠的比例，能夠?qū)崿F(xiàn)出射光中不同的綠色光(500～550nm)/藍(lán)色光(400～500nm)比例,G/B＝0.1～100；當(dāng)在綠色熒光粉中混入紅色熒光粉時(shí)，輸出光中綠色光與紅色光比例為G/R＝0.1～10，紅色光(600～700nm)/藍(lán)色光(400～500nm)比例為R/B＝0.1～100。

在步驟(1)中，所述膠體為硅膠、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或感光膠中的一種或者多種組合；所述的感光膠體包括以下三類負(fù)性感光膠：①感光劑+成膜劑型，即感光性化合物+高分子化合物型，其中感光劑為重鉻酸鹽、鉻酸鹽、重氮化合物或者是疊氮基化合物中的一種或者多種的組合；成膜劑為聚乙烯醇(PVA)、阿拉伯樹膠、聚酰亞胺或聚乙酸乙烯酯乳劑中的一種或者多種的組合；②SBQ感光膠(聚乙烯醇環(huán)縮醛苯乙烯基吡啶鹽樹脂感光膠)、SBQ-PVA+高分子乳劑、SBQ-PVA+高分子乳劑+丙烯酸酯或有機(jī)苯乙烯基吡啶鹽樹脂感光膠體系中的一種或者多種的組合；③帶感光基的高分子化合物型，主要有聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇-對-疊氮苯甲酸酯(PVAB)中的一種或者多種的組合；感光膠體為上述三類中的一類或多類的組合；

所述的LED為有機(jī)LED、無機(jī)LED或者兩者的組合；所述LED為單顆LED芯片，或者是同一基板的多顆LED芯片組，或者是整個(gè)晶圓，可以根據(jù)光照要求的不同，將芯片組合成不同形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)(陣列)；或者根據(jù)需要將涂敷有熒光粉的晶圓切割成適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?，以滿足不同情況下水產(chǎn)養(yǎng)殖LED的要求。

所述的用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED燈，在步驟(2)中，可以將熒光粉粉漿直接涂覆在LED芯片的發(fā)光表面上，也可以將熒光粉粉漿涂覆在LED芯片任一出射方向表面上的載體上，通過載體隔離熒光粉層和LED芯片。

在步驟(2)中，任一出射方向上熒光粉涂敷的載體材料也可以是玻璃，環(huán)氧樹脂、硅膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(EP)中的一種或幾種。

在步驟(2)中，所述的固化方式可以為爐體加熱或紅外加熱的一種或多種組合，所需的固化溫度和時(shí)間根據(jù)膠體(例如硅膠)的性質(zhì)要求而定；也可以是光固化，例如使用光致固化膠體、感光膠等。

所述的一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源，其特征在于：在步驟(3)中，所述的特定形狀的熒光粉層形狀可以是方形、半球形、保型形的一種，可根據(jù)不同的要求選擇。

所述的一種用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED光源，其特征在于：在步驟(3)中，所述的透光層為透光材料，其材料為環(huán)氧樹脂、硅膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(EP)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或幾種；所述的透光層的獲得方法可以為：傳統(tǒng)點(diǎn)膠、噴涂、靜電噴涂、透鏡灌入。透光層可以根據(jù)需求對外部形狀調(diào)整，一般情況下為半球形。

在所述的LED燈制備步驟(3)中，透光層可以包含透鏡帽，利用帶透鏡帽，并灌入的方式得到。灌封的作用可以隔絕空氣和水，延長芯片、器件壽命，同時(shí)可以減少震蕩對芯片、器件的損害，灌封結(jié)構(gòu)還可以起到抽光透鏡的作用，可以更好的散熱和提高LED出光質(zhì)量。

在所述的LED燈制備步驟(4)中組裝的LED燈結(jié)構(gòu)可以是食人魚燈、射燈、球泡燈、筒燈、燈管燈、燈絲燈、平板燈，不同的結(jié)構(gòu)滿足不同場合、不同方式對水產(chǎn)養(yǎng)殖照明的需要。

對于要獲得不同成分比例的光源，可以通過控制膠體與綠色熒光粉的比例實(shí)現(xiàn)，也可以通過控制熒光粉粉漿的涂覆量來控制，也可以通過PWM驅(qū)動(dòng)電路分別調(diào)節(jié)不同芯片的發(fā)光強(qiáng)度來控制芯片組整體的光源比例。

運(yùn)用本技術(shù)可以使LED出光含有一定比例的綠光和藍(lán)光。

運(yùn)用本技術(shù)，所制備的光源發(fā)出的藍(lán)綠光在水中吸收系數(shù)小，具有很好的透射能力，從而被生物體吸收；且不含有可見光之外的光譜成分，對生物體不會(huì)造成損傷。

運(yùn)用本發(fā)明技術(shù)制作的LED器件，可以提供水產(chǎn)養(yǎng)殖所需的500～550nm綠光和400～500nm藍(lán)光，適當(dāng)比例的綠色、藍(lán)色光，以及具有其他特定要求的光譜成分(如補(bǔ)充紅色光促進(jìn)水生植物的生長等)?？梢跃_的調(diào)節(jié)所需的光譜范圍、節(jié)省能源。

附圖說明

圖1為綠色熒光粉與芯片非接觸方式涂覆且添加透光層后的LED示意圖。其中，1為LED芯片，2為熒光粉層，3為透光層，4為隔離載體，5為反光杯。

圖2為圖1所示LED芯片串聯(lián)或并聯(lián)而成的芯片組，通過PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路對其整體控制光強(qiáng)度。

圖3為透光層表面為一種自由曲面的涂覆完成的LED芯片。其中，1為LED芯片，2為熒光粉層，3為透光層，4為隔離載體，5為反光杯。

圖4為涂覆不同粉膠比例熒光粉層的芯片組成的芯片組，通過PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路對整組光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)控，其中1，2，3為不同比例的熒光粉層。

圖5為熒光粉涂覆在透鏡表面的LED芯片結(jié)構(gòu)。其中，1為LED芯片，2為熒光粉層，3為灌封硅膠層，4為反光杯。

圖6為所述所用綠色熒光粉的發(fā)射光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1