一种基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法和应用与流程

本技术涉及一种基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法和应用，属于照明。

背景技术：

1、传统led白光灯与太阳光光谱的对比。传统led光源依靠蓝光激发，蓝光成分远高于太阳光谱，蓝光可以透过人眼结构，直达人眼黄斑部，引起黄斑部病变，造成不可逆的伤害。而全光谱的光谱曲线接近阳光光谱曲线，能够有效提高用户用眼的舒适度，除此之外，全光谱还可以减小视网膜微循环短期障碍，以及减缓血供障碍造成的眼睛干涩疲劳，做到真真正正的护眼，量子点材料作为一种新兴的半导体材料，由于量子限域效应的存在，使得其具有发光波峰窄、波长可调、荧光量子产率高等优点，因此，相比于传统的荧光材料，量子点材料在显示与照明领域展现出巨大的优势，是一种更为优异的发光材料。

2、照明模组一般分为led光源、匀光用的光扩散板或者灯罩两部分所组成。通常情况下，led光源采用460nm附近的蓝灯芯片，辅之以黄色yag荧光粉进行封装。现有的全光谱照明方案，将不同波段荧光粉材料封装到灯珠里，例如在led光源内除了封装常见的黄色yag荧光粉以外，还会额外的掺入其他颜色的荧光粉，以实现补充光谱的目的，但是现有的全光谱照明方案一方面离led芯片距离过近，高温环境对荧光粉的稳定性提出了更为苛刻的要求，另一方面这种改灯的方式使得其灯珠成为非标制品不再具有通用性，提升了整体的制造成本。因此，需要一种可以免去灯珠的定制化、大幅降低成本的全光谱照明技术方案。

技术实现思路

1、根据本技术的一个方面，提供了基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法，采用量子点材料作为荧光粉，并使之与匀光用的光扩散板或灯罩相结合，相比于传统的在led芯片中加荧光粉的方式，本技术方法为远程激发发光，即转光材料与led芯片有一定的空间距离，一方面这种远程激发发光的方式可以降低对荧光粉材料稳定性的要求，另一方面直接将荧光粉与光扩散板(或者灯罩)相结合可以免去灯珠的定制化，大幅降低成本，同时量子点材料发光波长连续可调的特性使其可以在精细化调控后更加容易的拼凑出更为真实的自然光。

2、本技术采用如下技术方案：

3、一种基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法，包括如下步骤：

4、s1、获得灯具光源的光谱，与太阳光光谱相减得到目标光谱；

5、s2、根据步骤s1所述目标光谱选型转光量子点组合物；

6、s3、将含有步骤s2所述转光量子点组合物的聚合物成型，获得转光遮盖构件；

7、s4、将步骤s3得到的转光遮盖构件遮盖灯具光源，补偿所述目标光谱；

8、所述选型过程为：根据步骤s1所述的目标光谱进行光谱逆向拟合，得出组合物中所需的每种转光量子点的光谱参数及相应的量子点类型，然后通过定量实验精细化调控组合物中每种转光量子点的材料参数。

9、可选地，其特征在于，所述光谱逆向拟合为：根据量子点的理论计算光谱将所需的每种量子点逐个填充到目标光谱中，拟合叠加、优化，直到得出n种量子点理论计算光谱且经叠加后的理论计算光谱与目标光谱相吻合，得出组合物中所需的每种转光量子点的光谱参数及相应的量子点类型。

10、可选地，所述光谱逆向拟合包括如下步骤：

11、s21、自目标光谱的低波长端开始，选择第1种量子点，将其理论计算光谱填充到目标光谱中，然后优化第1种量子点；

12、s22、选择第2种量子点，将其理论计算光谱填充到目标光谱中，并与第1种量子点的理论计算光谱进行拟合叠加，然后优化第2种量子点；

13、第2种量子点的理论发光波长大于第1种量子点的理论发光波长；

14、可选地，第2种量子点比第1种量子点的理论发光波长大40～120nm；

15、可选地，第2种量子点比第1种量子点的理论发光波长大50～100nm；

16、s23、选择第3种量子点，将其理论计算光谱填充到目标光谱中，并与第1种量子点和第2种量子点的理论计算光谱进行拟合叠加，然后优化第3种量子点；

17、第3种量子点的理论发光波长介于第2种量子点与第1种量子点的理论发光波长之间；

18、s24、选择第4种量子点，将其理论计算光谱填充到目标光谱中，并与第1至3种量子点的理论计算光谱进行拟合叠加，然后优化第4种量子点；

19、第4种量子点的理论发光波长大于第2种量子点的理论发光波长；

20、可选地，第4种量子点比第2种量子点的理论发光波长大40～120nm；

21、可选地，第4种量子点比第2种量子点的理论发光波长大50～100nm；

22、重复上述s22至s24，依次填充、拟合叠加、优化每种量子点，直到n个量子点理论计算光谱叠加后的光谱与目标光谱相吻合，得出组合物中所需的每种转光量子点的光谱参数及相应的量子点类型；

23、所述优化为将量子点的理论计算光谱强度升高直到其谱线轮廓峰触及目标光谱谱线。

24、可选地，所述精细化调控具体包括：

25、根据目标光谱进行光谱逆向拟合得出的组合物中每个转光量子点的光谱参数，通过实验调节每种转光量子点的材料参数，使得每种转光量子点的实际发光光谱与逆向拟合出的光谱参数近似，使转光量子点组合物叠加的实际发光光谱与目标光谱相减后达到目标发射要求；

26、可选地，所述转光量子点为钙钛矿量子点时，通过熔融挤出原位制备法、热注入或larp法的方式合成不同卤素比例的钙钛矿量子点，测定不同卤素比例量子点的荧光光谱，并通过对比量子点叠加的光谱与目标光谱的一致性，然后精细化调控，通过实验调节每种转光量子点材料参数，使得每种转光量子点的实际发光光谱与逆向拟合出的光谱参数近似，使转光量子点组合物叠加的实际发光光谱与目标光谱相吻合，最终确定采用的转光量子点的材料参数。

27、可选地，所述光谱参数包括发射峰位、半峰宽、线型中的至少一种。

28、可选地，所述材料参数包括组分、粒径大小、带隙、浓度的至少一种。

29、可选地，所述步骤s2中，所述量子点选自cdse量子点、inp量子点、钙钛矿量子点中的至少一种。

30、可选地，所述步骤s3中，所述转光遮盖构件选自光扩散板、灯罩中的至少一种。

31、可选地，所述步骤s3中，所述成型包括：

32、将转光量子点组合物掺入聚合物中挤出或注塑成型，和/或，

33、将转光量子点组合物中每种量子点分别掺入聚合物中多层共挤出或注塑成型。

34、其中转光量子点组合物掺入聚合物中挤出或注塑成型包括使用单层平口板材挤出模具或单层注塑模具，是将可拼出自然光光谱的、不同发射波长(不同颜色)的量子点荧光粉与光扩散板(或灯罩)所需的生产原料混合放入同一层，即制备单层混色的光扩散板或灯罩。实现此种远程激发的全光谱自然光，要求不同荧光粉在混合及加工过程中之间不会发生相互干扰，如传统的钙钛矿量子点挤出技术无法满足此要求，则采用可拼出自然光光谱的、不同波长(不同颜色)、氧化物薄膜化学包覆好的量子点荧光粉，氧化物薄膜可选自al2o3薄膜、tio2薄膜、hfo2薄膜、zro2薄膜中的至少一种。

35、其中转光量子点组合物中每种量子点分别掺入聚合物中多层共挤出或注塑成型，制备光扩散板是选用多层共挤出板材加工设备，不同挤出机机台内加入不同波长的量子点荧光粉，经过共挤模具复合后制备生成量子点光扩散板；制备灯罩原理同多层共挤出的板材类似，不同的注塑机台里加入不同波长的量子点荧光粉，最后复合注塑出量子点灯罩。

36、可选地，所述聚合物选自pmma、ps、pp中的至少一种。

37、现有的全光谱照明方案，将不同波段荧光粉材料封装到灯珠里，荧光粉材料距离led芯片过近，高温环境对荧光粉的稳定性的影响问题一直存在，并且这种改灯的方式使得其灯珠成为非标制品不再具有通用性，整体的制造成本控制仍旧是在难题。

38、根据本技术的另一方面，提供了一种上述全光谱自然光补偿方法在照明灯具中的应用。

39、可选地，所述照明灯具包括灯板和设置在灯板上的灯具光源，所述灯板边缘包围有灯具壳体，所述灯具壳体上安装有可以遮盖灯具光源的转光遮盖构件。

40、可选地，所述灯具光源选自蓝色led芯片、加荧光粉的蓝光led芯片、加荧光粉的紫外uv-led芯片中的至少一种。

41、可选地，所述荧光粉选自量子点荧光粉、yag粉、氮氧化物荧光粉、ksf荧光粉、β-silon荧光粉、稀土荧光粉中的至少一种。

42、转光遮盖构件与灯具光源形成一定的空间距离，即本技术中采取的是远程激发发光的方式。

43、可选地，所述全光谱自然光补偿的补偿发光波长范围为400～800nm。

44、转光遮盖构件中使用量子点材料，如cdse，其尺寸只有纳米尺度，当量子点晶粒尺寸由小到大逐渐变化时，它的带隙也会随之不断减小，表现出荧光发光的波长逐渐变长。钙钛矿材料是abx3结构式，其中a＝ma+(ch3nh3+)，fa+(ch3(nh2)2+，cs+，b＝pb2+，sn2+，x＝i-，br-，cl-，scn-。不同于传统核壳结构的量子点，钙钛矿量子点的光学性能，包括发射波长、吸收系数等并没有明显的尺寸依赖性，主要与钙钛矿组份相关，因此，只要调节各组分的比例，通常是a与x，就可以实现发射波长的连续可调。

45、本技术能产生的有益效果包括：

46、本技术所提供的基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法，利用量子点材料尤其是钙钛矿量子点材料光转化效率高、带隙连续可变、荧光发射波长可以实现400～800nm可见光波段连续可调全覆盖等的特点，在原先照明灯具主体构造不变的基础上(即白光光源经过光扩散板或灯罩进行匀光发散)，选择合适的、不同规格、不同数量的多种量子点荧光材料，通过熔融挤出或者注塑的方式，将其掺入到光扩散板或者灯罩中，进而补全原先仅靠蓝灯led芯片加黄色yag荧光粉这一方式与自然光谱(am1.5g)相缺失的部分，最终营造出更加接近自然光、更加健康的照明光源。同时，还解决了传统全光谱技术中荧光材料离led芯片距离过近，高温环境对荧光粉的稳定性要求苛刻的问题，并可以免去灯珠的定制化，大幅降低成本，本技术所提供的基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法在照明灯具中应用中具有重要的商业应用价值。

技术特征：

1.一种基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述光谱逆向拟合为：根据量子点的理论计算光谱将所需的每种量子点逐个填充到目标光谱中，拟合叠加、优化，直到得出n种量子点理论计算光谱且经叠加后的理论计算光谱与目标光谱相吻合，得出组合物中所需的每种转光量子点的光谱参数及相应的量子点类型。

3.根据权利要求2所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述光谱逆向拟合包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述精细化调控具体包括：

5.根据权利要求1所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述量子点选自cdse量子点、inp量子点、钙钛矿量子点中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述转光遮盖构件选自光扩散板、灯罩中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述成型包括：

8.根据权利要求7所述的灯具全光谱自然光补偿方法，其特征在于，所述聚合物选自pmma、ps、pp中的至少一种。

9.权利要求1至8任一项所述全光谱自然光补偿方法在照明灯具中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述照明灯具包括灯板和设置在灯板上的灯具光源，所述灯板边缘包围有灯具壳体，所述灯具壳体上安装有可以遮盖灯具光源的转光遮盖构件；

技术总结
本申请公开了一种基于量子点的灯具全光谱自然光补偿方法，包括如下步骤：S1、获得灯具光源的光谱，与太阳光光谱相减得到目标光谱；S2、根据步骤S1所述目标光谱选型转光量子点组合物；S3、将含有步骤S2所述转光量子点组合物的聚合物成型，获得转光遮盖构件；S4、将步骤S3得到的转光遮盖构件遮盖灯具光源，补偿所述目标光谱。应用在照明灯具中时一方面这种远程激发发光的方式可以降低对荧光粉材料稳定性的要求，另一方面直接将荧光粉与光扩散板(或者灯罩)相结合可以免去灯珠的定制化，大幅降低成本，同时量子点材料发光波长连续可调的特性使其可以在精细化调控后更加容易的拼凑出更为真实的自然光。

技术研发人员：伏睿,王清晨
受保护的技术使用者：致晶科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23