一种照明器材的制作方法

1.本发明属于照明装置技术领域，特别是涉及一种用于微藻培育的照明器材和该照明器材的制作方法。


背景技术：

2.微藻是一类古老的低等单细胞植物，广泛分布在海洋、淡水湖泊等水域。微藻细胞小、形态多样，适应强、分布广泛。物种繁多的藻类在水域生态系扮演重要角色，是贝类、虾类和海参类养殖的重要天然饵料，是鱼类食物链的基础，海洋鱼类的天然饵料一般都直接或间接的来自浮游藻类，由于单细胞藻类中含有丰富的营养物质，又有繁殖快，产量高的特点，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，在医药工业、食品工业、动物饲养、环境监测及净化等方面有广泛的应用。
3.微藻植物和高等植物一样，都能在光照条件下，利用二氧化碳和水合成有机物质，生长迅速、效率高，是能独立生活的一类自养原植体植物。光照影响是决定微藻垂直分布的决定性因素，因为水体对光线的吸收能力很强，而且由于海水易于吸收长波长光线，造成各水层的光谱差异，导致生活在不同层深上的各种微藻对光强和光谱的要求也不同。绿藻一般生活于水表层吸收红色等长波长光线，而红藻、褐藻则能吸收绿、黄、橙等短波光线在深水中生活。目前能大量培育与生产的微藻主要有蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
4.光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，不同的植物适合的光谱比例有所不同。传统照明器材的光谱含有较多红外与紫外成分不适应植株吸收，并会产生较多的热量，而led能够发出植物光合作用所需要的单色光，是植物生物量与产量形成的基础，但目前植物照明所用的照明器材以红、蓝单色光为主，光谱连续性差，且缺少微藻培育生产所需的绿、黄、橙色光。
5.目前微藻培育主要采用6500k荧光灯，部分采用植物生长灯，也有采用多颜色芯片组合可选择调光的灯具，通过控制不同芯片的亮度组合实现不同的光谱,然而荧光灯其含有较多紫外成分，光谱利用率低；植物生长灯，其主要为红色与蓝色光谱，光谱成分单一，不适合藻类生长繁殖；可调光的灯具，灯具成本高、光效低，仅适合实验应用，不适于大范围培育使用。
6.因此如何针对不同微藻的吸收特性而设计和制作一种光谱吸收效率更高的led照明器材，用于提供微藻培育需要的绿、黄、橙色光，来满足各种微藻培育与光环境相关的需求，是一种亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于微藻培育的照明器材和该照明器材的制作方法，用于解决现有照明设备无法为微藻培育提供适宜环境的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于微藻培育的照明器材，括：照明器材组件和安装在所述照明器材组件上的至少一颗led灯珠，所述照明器材至少具有以下
发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱部分或全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
8.进一步地，所述红光的波长范围为600nm~660nm；所述蓝光的波长范围为400nm~500nm;所述绿光的波长范围为500nm~600nm。
9.进一步地，所述荧光材料为上转换材料。
10.更进一步地，所述上转换材料包括铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。
11.更进一步地，所述铝酸盐包括yag衍生物、luag衍生物中的一种或多种。
12.进一步地，所述照明器材包括至少一颗led灯珠，单颗所述led灯珠均具有上述a)、b)、c)、d)中的发光特性。
13.进一步地，所述led灯珠包括芯片支架、导线和峰值波长在400nm~500nm之间的蓝色芯片，所述芯片支架上设置有反射杯，所述蓝色芯片安装在所述反射杯的杯底上，所述导线连接所述蓝色芯片和两端引脚，所述荧光材料设置在所述反射杯中。
14.更进一步地，所述蓝色芯片为0.5w以下450nm的芯片。
15.更进一步地，所述荧光材料通过以下方法制备：以荧光粉的质量份为基准，将铝酸盐540nm系列绿色荧光粉和氮化物640nm红色荧光粉按7.5~8.5:1.5~2.5混合搅拌充分形成荧光粉混合物；以所述荧光粉混合物的质量份为基准，将所述荧光粉混合物与硅胶按照1.5~2.5:7.5~8.5混合搅拌充分形成荧光粉硅胶混合物，再将所述荧光粉硅胶混合物滴入至所述反射杯中。
16.进一步地，所述照明器材包括照明结构组件和安装在所述照明结构组件上的多颗不同颜色与不同色温的led灯珠，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠组合后具有上述a)、b)、c)、d)中的发光特性。
17.更进一步地，所述照明结构组件包括印刷电路板、驱动部件、散热结构件，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠的灯珠焊接在所述印刷电路板上，所述驱动部件驱动所述印刷电路板。
18.更进一步地，所述驱动部件为恒流转换电路。
19.更进一步地，所述散热结构件为压铸铝、挤压拉伸铝、高导热塑料、石墨中的任意一种。
20.本发明还提供一种用于微藻培育的照明器材的制作方法，所述照明器材包括至少一颗led灯珠，每颗led灯珠均具有以下发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；
d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
21.所述led灯珠的制作过程至少包括如下步骤：将单个峰值波长在400nm~500nm之间的蓝色芯片安装在芯片支架的反射杯杯底，并通过导线将芯片与两端引脚相电连；将荧光粉硅胶混合物滴入至所述反射杯内固化成相对应的荧光颗粒体；通过调整所述荧光粉硅胶混合物内各荧光材料的比例关系，使所述灯珠具有所述发光特性。
22.进一步地，所述荧光粉硅胶混合物制备步骤包括：以荧光粉的质量份为基准，将铝酸盐540nm系列绿色荧光粉和氮化物640nm红色荧光粉按7.5~8.5:1.5~2.5混合搅拌充分形成荧光粉混合物；以所述荧光粉混合物的质量份为基准，将所述荧光粉混合物与硅胶按照1.5~2.5:7.5~8.5混合搅拌充分形成荧光粉硅胶混合物。
23.更进一步地，通过调整所述绿色荧光粉与所述红色荧光粉的比例关系，能够实现所述第二峰在500nm~660nm之间位置的调整。
24.本发明还提供另外一种用于微藻培育的照明器材的制作方法，包括如下步骤：通过对安装在照明器材组件上的多颗不同颜色与不同色温灯珠的组合调整，最终使所述照明器材具有以下发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱部分或全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
25.进一步地，通过改变不同颜色灯珠的数量能够实现所述第二峰在500nm~660nm之间位置的调整。
26.更进一步地，所述照明结构组件包括印刷电路板、驱动部件、散热结构件，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠焊接在所述印刷电路板上，所述驱动部件驱动所述印刷电路板。
27.如上所述，本发明用于微藻培育的照明器材，具有以下有益效果：所述照明器材的发射光谱曲线不仅与微藻叶绿素、藻胆素的吸收光谱曲线相吻合，光能利用效率高，而且能够满足不同微藻的吸收，适应性好，适合大批量生产。另外本发明照明器材，结构简单可满足高井灯或线条灯等多种灯体形式的需要。
附图说明
28.图1显示为本发明照明器材的相对光谱曲线;图2显示为本发明照明器材的相对光谱曲线具有可调整的第二峰;图3显示为本发明照明器材实施例一中led灯珠的结构简图；图4显示为本发明照明器材实施例二的剖面图；图5显示为本发明照明器材实施例二的灯珠分布图；
图6显示为实施例四中色温为2700k的光谱曲线图；图7显示为实施例四中色温为6500k的光谱曲线图；图8显示为实施例四中非荧光粉激发红色led光谱曲线图；图9显示为实施例四中照明器材的光谱曲线图；图10显示为实施例五中色温为6500k的光谱曲线图；图11显示为实施例五中色温为1800k的光谱曲线图；图12显示为实施例五中照明器材的光谱曲线图。
29.元件标号说明 1，灯珠；2，印刷电路板；3，散热结构件；4，驱动部件；5，芯片；6，芯片支架；7，反射杯；8，荧光颗粒体；9，引脚；10，导线。
具体实施方式
30.微藻是一类古老的低等单细胞植物，广泛分布在海洋、淡水湖泊等水域。微藻细胞小、形态多样，适应强、分布广泛。物种繁多的藻类在水域生态系扮演重要角色，是贝类、虾类和海参类养殖的重要天然饵料，是鱼类食物链的基础，海洋鱼类的天然饵料一般都直接或间接的来自浮游藻类，由于单细胞藻类中含有丰富的营养物质，又有繁殖快，产量高的特点，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，在医药工业、食品工业、动物饲养、环境监测及净化等方面有广泛的应用。
31.微藻植物和高等植物一样，都能在光照条件下，利用二氧化碳和水合成有机物质，生长迅速、效率高，是能独立生活的一类自养原植体植物。光照影响是决定微藻垂直分布的决定性因素，因为水体对光线的吸收能力很强，而且由于海水易于吸收长波长光线，造成各水层的光谱差异，导致各种微藻对光强和光谱的要求不同。绿藻一般生活于水表层吸收红色等长波长光线，而红藻、褐藻则能吸收绿、黄、橙等短波光线在深水中生活。目前能大量培育与生产的微藻主要有蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
32.光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，不同的植物适合的光谱比例有所不同。传统照明器材的光谱含有较多红外与紫外成分不适应植株吸收，并会产生较多的热量，而led能够发出植物光合作用所需要的单色光，是植物生物量与产量形成的基础，但目前植物照明所用的照明器材以红、蓝单色光为主，光谱连续性差，且缺少微藻培育生产所需的绿、黄、橙色光。
33.本专利提出的一种用于微藻培育的照明器材其针对不同微藻的吸收特性而设计，优化提供微藻培育需要的绿、黄、橙色光，能够满足各种微藻培育与光环境相关的需求，相较目前应用的荧光灯及单光谱led照明器材具有更高的光谱吸收效率，使用灵活具有广阔的应用价值。
34.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
35.请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数
目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
36.实施例一：如图1-3本发明提供一种用于微藻培育的照明器材，包括：照明器材组件和安装在所述照明器材组件上的至少一颗led灯珠，所述照明器材至少具有以下发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
37.本发明用于微藻培育的照明器材，其发射光谱曲线不仅与微藻叶绿素、藻胆素的吸收光谱曲线相吻合，光能利用效率高，而且能够满足不同微藻的吸收，适应性好适合大批量生产。
38.本实施例中所述红光的波长范围为600nm-660nm；所述蓝光的波长范围为400nm-500nm;所述绿光的波长范围为500nm-600nm。
39.本发明照明器材可以通过多种方式实现上述a)、b)、c)、d)发光特性，本实施中所述照明器材包括一颗led灯珠，单颗所述led灯珠具有上述a)、b)、c)、d)发光特性。
40.本实施例中所述led灯珠包括芯片支架6、导线10和峰值波长在400nm~500nm之间的蓝色芯片5，所述芯片支架6上设置有反射杯7，所述蓝色芯片5安装在所述反射杯7的杯底上，所述导线10连接所述蓝色芯片5和两端引脚9，所述荧光材料设置在所述反射杯7中。
41.本发明中的芯片5可以为大功率的芯片5，但考虑到中小功率（小于等于0.5w）的450nm的蓝色芯片5光电转换效率最高，且性价比较高，本实施例中所述蓝色芯片5为0.5w及以下450nm蓝色的中小功率芯片。
42.本发明中的荧光材料可以设置为多种形式，如涂刷在反射杯7内壁上的荧光层等，其只要能够部分激发蓝色芯片5发出的光即可，使激发后波长在500nm~660nm之间的激发光与400nm~500nm蓝色芯片5直接发出的未激发的蓝色光复合成具有上述a)、b)、c)、d)四种特性的宽光谱即可。
43.本发明中的荧光材料可以本领域的常规荧光材料，如铝酸盐（yag衍生物、luag衍生物）、硅酸盐、氮化物、氮氧化物等上转换材料，但较佳本实施例中的荧光材料采用540nm系列绿色荧光粉和氮化物640nm红色荧光粉，并通过以下步骤制备而成：1）以荧光粉的质量份为基准，将铝酸盐540nm系列绿色荧光粉和氮化物640nm红色荧光粉按7.5~8.5:1.5~2.5混合搅拌充分形成荧光粉混合物；2）以所述荧光粉混合物的质量份为基准，将所述荧光粉混合物与硅胶按照1.5~2.5:7.5~8.5混合搅拌充分形成荧光粉硅胶混合物；3）再将荧光粉硅胶混合物滴入至所述反射杯7内固化成相对应的荧光颗粒体8。
44.利用上述方法制备的目标灯珠，荧光粉颗粒悬浮在硅胶中，蓝色芯片5发出的蓝光，一部分经荧光材料激发，一部分直接从硅胶中透出，经过激发的激发光与从硅胶中透出的未激发光组合成上述具有上述a)、b)、c)、d)四种特性的宽光谱。所述宽光谱中波长在
500nm~660nm之间的光谱全部由荧光材料激发转换而成，并且经测试目标灯珠光谱峰值波长在440nm~460nm间，光谱黄绿色部分较为平滑，且其500nm~660nm之间相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25，红光与蓝光或与绿光的辐射能量比r/b、r/g均在0.5~1之间。
45.实施例二：如图4-5所示，本实施例提供一种用于微藻培育的led照明器材，包括照明结构组件和多颗led灯珠1，每颗所述led灯珠1均为实施例一中所述的led灯珠，每颗所述的led灯珠均具有实施一中所述的a)、b)、c)、d)四种发光特性。所述照明结构组件包括印刷电路板2、驱动部件4、散热结构件3，多颗所述led灯珠1通过回流焊接在所述印刷电路板2上，并在焊盘周围涂覆透明硅胶防潮，所述驱动部件4驱动所述印刷电路板2。
46.本发明led照明器材的散热结构件3可以为压铸铝、挤压拉伸铝、高导热塑料、石墨中的任意一种，较佳的本实施中为散热良好的压铸铝。
47.本实施例中的所述驱动部件4为恒流转换电路，以将高压交流或直流电源转换为led灯珠1合适的电流，连接驱动焊接有多颗所述led灯珠1的印刷电路板2。
48.本实施例中的照明器材的发光单元均采用实施例一中所述的用于微藻培育的led灯珠，照明器材的色温为5000k—6000k。
49.实施例三：本实施例提供一种用于微藻培育的照明器材的制作方法，所述照明器材包括至少一颗led灯珠，每颗led灯珠均具有以下发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
50.所述led灯珠的结构参见图3，所述led灯珠的制作过程至少包括如下步骤：将一个峰值波长在400nm~500nm之间的蓝色芯片5安装在芯片支架6的反射杯7杯底，并通过导线10将芯片5与两端引脚相电连；将荧光粉硅胶混合物滴入至所述反射杯7内固化成相对应的荧光颗粒体8；通过调整所述荧光粉硅胶混合物内各荧光材料的比例关系，使所述led灯珠具有上述a)、b)、c)、d)中的发光特性。
51.其中所述荧光粉硅胶混合物制备步骤包括：以荧光粉的质量份为基准，将铝酸盐540nm系列绿色荧光粉和氮化物640nm红色荧光粉按7.5~8.5:1.5~2.5混合搅拌充分形成荧光粉混合物；以所述荧光粉混合物的质量份为基准，将所述荧光粉混合物与硅胶按照1.5~2.5:7.5~8.5混合搅拌充分形成荧光粉硅胶混合物。
52.利用上述方法制备的单颗灯珠，经测试光谱峰值波长在440nm~460nm间，光谱黄绿色部分较为平滑，且其500nm~660nm之间相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25，红光与蓝光或与绿光的辐射能量比r/b、r/g均在0.5~1之间。
53.需要说明的是本实施例中通过调整所述绿色荧光粉与所述红色荧光粉的比例关
系，能够实现所述第二峰在500nm~660nm之间位置的调整。
54.实施例四：如图4-5所示，本实施例提供一种用于微藻培育的照明器材，所述照明器材包括照明结构组件和安装在所述照明结构组件上的多颗不同颜色与不同色温的led灯珠，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠组合后具有如下发光特性：a）波长在500nm~660nm之间的光谱，部分由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
55.需要说明的是，本发明中照明器材中的多个不同颜色与不同色温的灯珠，其可以是加荧光粉产生不同色温的灯珠，类似于日常照明类，也可以是单独蓝色+红色+不同色温的白光灯珠，只要他们一起发光后满足上述具有a)、b)、c)、d)四种特性即可。本实施例中将色温为2700k具有如图6所示光谱的灯珠、色温为6500k具有如图7所示光谱灯珠、非荧光粉激发红色led（光谱曲线如图8所示）按照1:7:1混合后，即得到如图9所示具有a)、b)、c)、d)四种特性光谱。
56.需要进一步说明的是本实施例中所述红光的波长范围为600nm-660nm；所述蓝光的波长范围为400nm-500nm;所述绿光的波长范围为500nm-600nm。
57.本实施例中的led照明器材其发光特性a）中500-660nm之间的光谱，部分为荧光材料激发转换而成，即500-660nm之间的光谱其中一部分是由2700k与6500k灯珠经荧光材料激发转换而成，另一部分是非荧光粉激发的红色led芯片本身发出的红色光。
58.较佳地，本实施例中所述照明结构组件包括印刷电路板2、驱动部件4、散热结构件3，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠1阵列焊接在所述印刷电路板2上，所述驱动部件4驱动所述印刷电路板2。
59.散热结构件3可以为压铸铝、挤压拉伸铝、高导热塑料、石墨等多种材质，较佳的本实施中为散热良好的压铸铝。
60.本实施例中的所述驱动部件4为恒流转换电路，以将高压交流或直流电源转换为led灯珠1合适的电流，连接驱动焊接有所述led灯珠1的印刷电路板2。
61.实施例五：本实施例提供一种用于微藻培育的照明器材的制作方法，包括如下步骤：通过对安装在照明器材组件上的多颗不同颜色与不同色温灯珠的组合调整，最终使所述照明器材具有以下发光特性：a) 波长在500nm~660nm之间的光谱，全部由荧光材料激发转换而成；b）光谱峰值波长在400nm~500nm之间，且其光谱半波宽小于50nm；c）光谱在500nm~660nm之间具有第二峰，且其相对光谱的峰与谷的绝对差值小于0.25；d）在所述照明器材的光谱中，红光与蓝光的辐射能量比以及红光与绿光的辐射能量比在0.5~1之间。
62.本发明中可以通过多颗不同颜色与不同色温灯珠的不同组合形式来实现上述具有a)、b)、c)、d)四种特性光谱，但本实施例中将如图10所示色温为6500k的光谱与如图11所示色温为1800k的光谱按照3:1混合后，即得如图12具有上述具有a)、b)、c)、d)四种特性光谱。其中6500k与1800k灯珠500-660nm的光谱全部由荧光材料激发转换而成。
63.在本实施例中可以通过改变不同颜色灯珠的数量能够实现所述第二峰在500nm~660nm之间位置的调整。
64.在本实施例中所述照明结构组件包括印刷电路板、驱动部件、散热结构件，所述多颗不同颜色与不同色温的led灯珠焊接在所述印刷电路板上，所述驱动部件驱动所述印刷电路板。
65.综上所述，本发明用于微藻培育的照明器材的发射光谱曲线不仅与微藻叶绿素、藻胆素的吸收光谱曲线相吻合，光能利用效率高，而且能够满足不同微藻的吸收，适应性好,适合大批量生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
66.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。