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用染料掺杂聚合物降低白光LED灯的蓝光危害

2016-01-04 11:33
黯影冰风
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  目前,白光LED的制造方法一般有三种。第一种是二基色白光LED,它是利用InGaNLED芯片所发射的蓝光激发Ce:YAG荧光粉,然后再由LED的蓝光和Ce:YAG荧光粉所产生的荧光进行混合得到白光。该技术较为成熟,成本较低,因而应用非常广泛。第二种是基于三基色荧光粉转换的合成白光LED,它利用紫外LED光激发红、绿、蓝三基色荧光粉,达到白光输出。由于紫外LED效率低,荧光粉配比困难等问题而较少应用。第三种是多芯片白光LED,它是将辐射红、绿、蓝三种颜色的LED的光进行混合得到白光输出。该技术对芯片的控制要求较高,增加了技术成本,因而目前也较少应用。

  研究表明:用蓝光的截止滤光片过滤掉蓝光之后可以降低蓝光对人眼的伤害。目前的市售消蓝光防护镜和防护屏是基于镀膜技术来制作的蓝光滤光片,以过滤掉绝大部分的蓝光。该技术是将光源中的蓝光部分给反射掉,因此光源的总亮度出现了一定程度的衰减,篮光的能量被浪费掉了。

  实际上还可以采用另外一种办法,既能衰减光源中的大部分蓝光,又能让蓝光转换为对人眼没有伤害的绿光和黄光,从而使得光源的总亮度衰减较小。这种技术就是利用合适的荧光染料来有针对性地吸收LED灯中的蓝光,并通过染料分子的荧光辐射发射出绿光和黄光,来补充蓝光被吸收而导致的光源亮度的损失。

  本文研究利用染料掺杂的聚合物吸收LED灯中的蓝光以降低LED灯的蓝光危害,并对吸收前后的光源的光谱和色度进行对比和评估。

  1、样品合成与光谱测量装置

  本研究所采用的染料掺杂聚合物的合成方法简单描述如下:将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、偶氮二异丁腈、正丁硫醇试剂以适当比例混合,先在80℃温度下预聚合15分钟左右,冷却并掺入配制好的染料溶液,然后再在55℃、80℃和100℃的温度继续聚合共17小时而得到染料掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物。聚合物经机械切削成合适厚度的圆片,然后将其端面进行研磨和抛光后用于实验测量。圆片的直径为10mm,厚度分别为4mm和8mm,染料在聚合物中的掺杂浓度为0.01mg/g。

  图1是用于测量吸收前后的LED灯的光谱的实验装置示意图。LED光源为从市场上购买的功率为3W的投射灯,其投射出的平行光经过染料掺杂的PMMA片后再由L1和L2透镜组成的收光系统成像在单色仪的入射狭缝处。单色仪的型号为Omniλ3005(卓立汉光),其焦距为30cm,波长扫描范围为300-900nm,光电倍增管为CR114型。为了消除不同衍射级的光谱重叠,在出射狭缝处加有滤光片,该滤光片的选择由波长扫描软件自动控制。扫描光谱时,光电倍增管的信号经A/D转换后被记录下来做进一步的处理。单色仪的波长扫描控制和光谱数据存储由一台计算机完成。

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