CN101676604A - 农场规模的光线质量控制设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于作物的光线质量控制设备，其确保光源的安装、扩展和维护并且提高作物的生长和种子的采集。根据本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备包括以模块形式布置以适当地控制光辐射角度的多个LED，并且将其安装在支架上，从而使得通过连接器容易地将多个光线质量控制设备单元连接在一起。所述支架形成至少16面体形状以改进其制造的方便性并且均匀地照射作物而没有阴影区域。此外，根据本发明的另一个示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备可以发射660nm波长的红光以激活作为感光器蛋白质的光敏色素，以便控制作物的生长并且与其它已知的设备相比，减少60％到86％的电费，由此减少生产成本。例如，如果以至少0.2μmol m^－2.s^－1的强度的光来照射作物，那么可以加速作物的光合作用，其继而促进作物的生长。对于蔬菜紫苏，至少0.177μmol m^－2.s^－1的强度的、660nm波长的光可以抑制作物的开花而使得其能够可靠的生长。

Description

农场规模的光线质量控制设备

相关申请的交叉引用

本申请要求韩国知识产权局2008年9月3日提交的韩国专利申请序号2008-87013、2008年9月4日提交的韩国专利申请序号2008-87493和韩国专利申请序号2008-87494的权益，将其公开作为参考并入本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及用于作物的农场规模的光线质量控制设备，其包括红色发光二极管以促进作物的生长。

背景技术

光线是植物光合作用的能量来源并且是光周期现象和光形态建成以及昼长效应的信息来源。在对植物的光线辐射中，植物的光形态建成和光合作用产物的分布受到红光/远红外光的比率的影响，如1984年Kasperbauer所报导的。在1989年，Kasperbauer已经报导了叶等中的内部分布、水溶的糖、淀粉含量等受依赖于光线质量的光敏色素的活性而改变。此外，Kasperbauer等人已经报导了在昼长的结束时控制的红光和/或远红外光可以使得在昼长的结束时处理的烟草中的糖、有机酸、和/或氨基酸的含量改变(1970)。

植物可以使用感光器蛋白质(即，光敏色素)来感测红光(660nm)和远红外光(730nm)的改变。光敏色素起初以惰性形式Pr出现，由红光将Pr转换为活性形式Pfr，以诱发生物反应，然后由红外光再次使其返回到惰性形式Pr。也就是说，一旦红光诱发反应暴露在远红外下，其将失效，并且该反应是可逆的，将其称为光可逆性。光可逆反应是仅在生物系统中植物的具体的反应中发现的独特的反应。

另一方面，人们已经知道由红光引起的作物的各种生理反应并且可以包括，例如在红辣椒中的叶扩展，在黄瓜中的加速的茎扩展，在花椰菜中增加的己糖(离体繁殖)，在葡萄愈伤组织培养中的减少的花青素含量，在郁金香中加速的花柄扩展，在韭葱中增加的分蘖数量(拉丁名称是Alliumtuberosum Roth)，在苹果中的减少的花青素生成，嫁接苗中增强的建立嫁接(葫芦)，吊钟花的加速的扩展(培育的植物)，人参的增加的光和作用等。

使用红光用于作物照射的当前已知的方法可以应用具有增加的红色的红光光屏蔽和红色乙烯薄膜以将红光反射到光源，例如白炽灯、节能灯灯泡、用于钓鱼的汞弧等。

然而，大多数前述光源具有极大增加的电子消耗的问题并且难于扩展其设备以向广大的范围供电。光源总是暴露于高温度和高湿度的环境下并且需要频繁地更换新的光源。然而，传统的光源具有各种缺点，例如复杂的替换、由接线材料磨损引起的电击的危险等。

为了解决上述的问题，本发明公开描述一种用于作物的农场规模的光线质量控制设备，其具有优点例如容易安装、扩展和/或维护光源、利用低的功率消耗而得到提高的作物生长和种子采集等。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了用于作物的农场规模的光线质量控制设备，其包括：支架，该支架具有洞，通过所述洞将柱插入其中；和用于以波长为660nm的红光来照射作物的至少一个发光二极管(LED)模块，将其置于围绕在支架周围。

可以将在本发明的上述方面的光线质量控制设备中使用的支架形成截锥形状。

可以将根据本发明的上述方面的光线质量控制设备的LED模块放置在上述截锥类型支架的立柱上。

可以将截锥类型支架的上述立柱配置为多面体形式，该立柱中的每一个侧具有LED模块。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的支架可以具有十六(16)面体形式的立柱。

可以以6m的间隔布置根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的柱，所述支架位于地面上200cm到230cm处，并且支架的截锥部分可以与垂直方向倾斜45°角。

或者，可以以7m至8m的间隔来布置根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的柱，所述支架位于地面上200cm到230cm处，并且支架的截锥部分可以与垂直方向倾斜45°角。

经受根据本发明的上述方面的农场规模的光线质量控制设备处理的作物可以从瓜、莴苣和大白菜中选取。

本发明的另一个方面是提供用于作物的农场规模的光线质量控制设备，其包括：支架，其悬挂在天花板上；和置于支架周围的至少一个红色LED模块。

本发明的上述方面的光线质量控制设备中使用的支架可以形成截锥形状。

可以将根据本发明的上述方面的光线质量控制设备的LED模块放置在上述截锥类型支架的每一个立柱和底侧上。

也可以将截锥类型支架的上述立柱配置为多面体形式，该支架的每一个侧具有LED模块。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的支架可以具有16面体的立柱，其连同支架的底侧继而形成所述支架的十七(17)面体主体。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其一侧的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个17面体主体，以便于在660nm、以强度为0.177μmol m^-2.s^-1和0.675μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其的一个侧的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个17面体主体，以便于以6m的间隔在地面上方200cm到230cm处以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.675μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的17面体主体可以与垂直方向倾斜35°角。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其一侧处的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个17面体主体，以便于以4×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处以强度为0.194μmol m^-2.s^-1和0.361μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的17面体主体可以与垂直方向倾斜45°角。

本发明的另一个方面提供了用于作物的农场规模的光线质量控制设备，其包括：支架，将其固定到墙上；和置于支架周围的至少一个红色LED模块。

本发明的上述方面的光线质量控制设备中使用的支架可以形成半截锥形状。

可以将根据本发明的上述方面的光线质量控制设备的LED模块放置在上述半截锥类型支架的每一个立柱和底侧上。

也可以将上述半截锥类型支架的立柱配置为多面体形式，该立柱的每一个侧具有LED模块。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的支架可以具有在八(8)面体或四(4)面体形式的立柱，其连同支架的底侧继而形成九(9)面体或五(5)面体的主体。或者，所述立柱可以包括一对五面体，进而以整体形成十(10)面体主体。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其一侧处的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个五面体主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.530μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的立柱可以与垂直方向倾斜35°角。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其一侧处的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个十面体的主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.530μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

所述十面体主体，即，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的立柱可以包括一对上下对准的五面体并且两个五面体分别与垂直方向呈35°和25°角。

或者，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备可以具有至少一个LED模块，其包括在其一侧处的多个红色LED并且将所述至少一个LED模块置于遍布整个九面体主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处以强度为0.277μmol m^-2.s^-1和0.611μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的九面体主体可以包括所述半截锥类型支架的八面体立柱和底侧，并且所述立柱与垂直方向呈35°角。

如上所公开，根据本发明的上述方面的用于作物的农场规模的使用红色LED的光线质量控制设备具有有益的特征，因为可以安全地安装和检查所述设备，并且可以大大减少由于光发射所导致的各个方向的光散射同时笔直地发射光，由此具有高辐射使用效率并且防止光从期望的地点(例如装备、装置等)散射出去。此外，与其它已知的装置相比，由于将电费减少了大约60％到86％，因此使用上述光线质量控制设备可以有效地减少生产成本并且使得作物能够有质量的生长。

为了保持LED的恒定的辐射角度，将这些LED布置在模块中并且将多面体支架安装在光线质量控制设备上，以使得通过使用连接器可以容易地组合多个光线质量控制单元。此外，可以将多面体支架配置为五面体、九面体、十面体或16面体形式，以便改善在制造光线质量控制设备过程中的方便性并且使得能够将支架固定到柱、天花板、墙等，因此均匀地照射作物而不产生阴影区域。

附图说明

根据以下实施例的描述，结合其附图，本发明的这些和/或其它方面将变得明确并且更容易理解。

图1是示出了根据本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的分解透视图；

图2是示出了根据如图1中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的侧视图；

图3是示出了根据如图1中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的电路图；

图4是描述了使用根据如图1中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的示例；

图5是描述了使用根据如图1中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的另一个示例；

图6是示出了根据如图1中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备中使用的红色LED的波长的图；

图7是示出了根据本发明的另一个示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的分解透视图；

图8是示出了根据如图7中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的侧视图；

图9是描述了使用根据如图7中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的示例；

图10是示出了根据本发明的另一个示例性的实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的分解透视图；

图11是示出了根据如图10中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的侧视图；

图12是描述了使用根据如图10中所说明的本发明的示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的示例。

具体实施方式

在下文中，将详细参考本发明的实施例进行说明。

图1是示出了根据本发明的示范性实施例的用于作物的光线质量控制设备的分解透视图，图2是其侧视图。参照这些图，根据上述示范性实施例的光线质量控制设备包括支架110和置于支架周围的多个LED模块120。

支架110可以由塑料材料制成并且可以放置在作物上方，例如在柱1上，以向作物发光，因此均匀地照射在田地中培育的作物。在这种情况下，支架可以具有洞112，将柱插入该洞，并且可以将所述支架配置为截锥形以向下发光。

在实际的装配中，可以将截锥类型支架110配置为多面体形式以便于其的制造。例如，如果截锥类型支架具有呈多面体形式的立柱114，则可以容易地将LED模块120和PCB安装在支架上。当将支架110配置为至少16面体形式时，具有直线辐射性质的LED在照射作物期间可以没有盲区(即，阴影区域)。

支架110可以具有主体111和盖113。主体111可以包括立柱114和底部。盖113可以覆盖主体111的顶部。为了防水，盖113完全地覆盖主体111并且可以在盖和主体之间插入封装部分(未示出)。可以通过联轴器螺栓(从主体的下方向上插入)将主体111螺旋地耦合到盖113。

截锥类型支架110可以具有沿着立柱114的多个LED模块。LED模块中的每一个可以包括多个红色LED 122，其每一个直径是5mm，波长是660nm。在实际使用中，将多个红色LED集成以形成一个模块，以便容易地调节作物生长所需要的光线的强度。

根据上述示范性实施例所述的光线质量控制设备可以具有电源130，如在图3中所说明。电源130包括变压器132、直流(DC)转换器134、阻抗控制器136。变压器132将用于交流(AC)电的220V的电压减少到20V至50V，具有2A容量的DC转换器134将AC转换为DC，并且阻抗(或电流)控制器将电流控制在10A到35A的范围内以控制红色LED 122的光线强度。电源130还具有内置的数字计时器(未示出)以使LED模块120在某个时期中发光。一个电源可以具有驱动(或操作)连接在一起的50到100个光线质量控制设备单元的结构。光线质量控制设备单元中的一个可以容易地通过连接器2电连接到相邻的一个和/或外部的电源。

以下的示例将详细地描述以下内容：使用根据本发明的示范性实施例的前述的光线质量控制设备以控制作物的生长和其种子收集。这里，将用于光线照射的光线质量控制设备放置在柱1上面，柱1具有可变的长度和200到230cm的高度。控制设备具有16面体形式的支架110，如在图4中所说明。当以6m的间隔安装多个柱1时，多面体支架110的立柱可以相对于垂直方向倾斜55°角的以消除光线照射的可能的阴影区域。当以7m到8m的间隔放置柱1时，多面体支架110的立柱可以相对于垂直方向倾斜45°角。图5是示出了使用用于作物的光线质量控制设备的实际实施例的照片。

作为测量实验前在本发明的示范性实施例中使用的红色LED的光线波长的结果，光线波长的范围从最短的620nm到最长的680nm并且中间峰值的波长是660nm，如在图6中所示。

实验示例1

红光照射的瓜的产量反应

表1-红光照射的瓜产量和特征

光线波长	果实数量(数量/6.6m2)	果实重量(g/数量)	产量(kg/6.6m2)	数量指数
					对照组	147	284	41.8	100
红光，0.330*	146	314	45.9	110

^*μmol m^-2.s^-1

在日落之后，用红光照射瓜2至4个小时，之后调查瓜的产量和特征。在上面的表1中示出了该结果。红光照射的结果显示了瓜的果实重量增加了，因此与对照组相比，产量增加了10％。

实验示例2

红光照射的莴苣和大白菜的生长特征

表2-红光照射的莴苣和大白菜的生长特征

^*μmol m^-2.s^-1

为了识别对于大白菜和莴苣的红光照射效果，在日落之后，将植物中的每一个暴露在红光中2至4个小时并且在上面的表2中示出了所测量的结果。红光照射的结果显示了植物中的每一个的植物长度和鲜重与对照组相比相当大的增加了。

实验的示例3

红光照射的莴苣的叶产量

表3-红光照射的莴苣的每种类叶产量

光线波长	野莴苣(g/星期)	极快速(GrandRapids)(g/星期)	散叶莴苣(“Toocksum-Jeokchukmyeon”)(g/星期)
				对照组	137.4	115.8	128.8
红光，0.330*	156.7	135.9	144.6

^*μmol m^-2.s^-1

为了识别在生长阶段的对于莴苣的红光照射效果，在从移植期到生长后期的时期中，在日落之后，用红光照射莴苣2至4个小时，之后调查莴苣的叶产量。在上面的表3中示出了所测量的结果。参照该表，在日落之后红光照射的结果显示了莴苣的叶产量与对照组相比相当大地增加了。

实验的示例4

红光照射的大白菜的种子产量反应

表4-红光照射的大白菜的荚产量

光线波长	荚的数量(数量/星期)	荚重量(g/星期)
			对照组	7.0	0.3
红光，0.330*	13.3	0.9

^*μmol m^-2s^-1

为了识别对大白菜的花茎(花茎扩展)和荚(荚产量)的红光照射效果，在春天花茎生长阶段的开始，在日落之后，将通过在田地中越冬经历了一段低温度的时间的植物暴露在红光下2到4个小时，之后调查上述植物的荚产量。在上面的表4中示出了所测量的结果。参照该表，在日落之后红光照射的结果显示了在冬天后期的大白菜的花茎生长之后种子荚的数量和其重量显著地增加了，由此期望在其种子生产培育期间大白菜的种子的发芽会增加。

其间，图7是示出了根据本发明的另一个示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备分解透视图，图8是其侧视图。除了支架110没有固定在柱上(而是通过电线3悬挂在天花板上)之外，根据该示范性实施例的光线质量控制设备与根据前述的实施例的设备基本相似。所以，将省略对如在前述的实施例中描述的相同部分的详细解释，并且同样具有相同的数字编号的部分被认为是具有相同的功能，在下文中将省略对其的详细解释。

以下的示例将详细地描述以下内容：使用根据本发明的另一个示范性实施例的前述的光线质量控制设备以控制蔬菜紫苏的开花。这里，将用于光线照射的光线质量控制设备放置在蔬菜紫苏的叶的上面200cm到230cm之间，并且具有17面体形式的支架110，其以6m的间隔悬挂在天花板上，如在图9中所说明。当以6m的间隔安装多个支架110时，多面体支架110的立柱可以相对于垂直方向倾斜35°度以消除光线照射(标准17面体)的可能的阴影区域。当以4×2m的间隔将支架110放置在两行中时，多面体支架110的立柱可以相对于垂直方向倾斜45°角以消除光线照射(小17面体)的可能的阴影区域。

实验的示例5

蔬菜紫苏的开花的光可逆性

为了检查与蔬菜紫苏的生长和开花有关的光可逆性，在从移植阶段到开花阶段的时期中从晚上11:00按顺序，根据光线质量对植物采用红色LED和远红外LED使植物经受夜间中断(night break)处理方法，以调查植物的开花。作为调查的结果，发现示出了向植物的生殖生长发生改变的花蕾形成受到红光抑制，然后通过使用远红外光的连续处理方法来使植物开花。接下来，开花再次受到红光限制。根据这些结果可以判断这种由夜间中断引起的蔬菜紫苏的开花反应展示了感光体蛋白质(即光敏色素)的活性决定的光可逆性。这些结果与Downs报导的(1956)基本相似。

在以下的表5中示出了在进行光可逆的处理之后蔬菜紫苏的生长和开花。

表5-与蔬菜紫苏的生长和开花有关的光可逆性

光线质量	植物长度(cm)	叶的数量(数量/星期)	叶的鲜重(g/星期)	叶面积(cm2)	花蕾的数量(数量/星期)
						R	26.5	12.0	28.2	1,611	-
R+FR	29.8	10.0	14.3	502	38.0
						R+FR+R	26.3	12.0	26.0	1,063	3.0

^*蔬菜紫苏培育：1/5,000瓦氏盆，开放培育

^*光线处理(夜间中断)时间：从晚上11:00

^*R：红光(660nm)，FR：远红外(730nm)

^*R：红光15分钟，^*R+FR：红光15分钟+远红外光15分钟

^*R+FR+R：红光15分钟+远红外光15分钟+红光15分钟

^*光线强度：R(0.322～0.430μmol m^-2.s^-1)，FR(0.250～0.366μmol m^-2.s^-1)

人们发现：紧接在红光处理之后进行远红外光照射下的蔬菜紫苏显示了增加的植物长度，但是，叶的鲜重和叶的数量由于进一步使用红光的连续处理而减少。这些事实的原因是植物的生殖生长由远红外光所控制，因此抑制了叶的出现。

实验示例6

针对昼长延长的取决于红光强度的蔬菜紫苏的生长和开花特征

为了检查足以控制蔬菜紫苏开花的红光的强度，紧接在移值阶段之后，从上午6:00到下午5:00(持续11小时)，在具有受控的温度和光线强度的人工光线环境下的生长室中，使该植物经受每天的昼长处理。紧接在每天的昼长处理之后，从下午6:00到凌晨0:00(持续6个小时)，以0.046μmol m^-2.s^-1、0.114μmol m^-2.s^-1和0.177μmol m^-2.s^-1的强度使红光处理样本经受红光照射。因此，昼长处理的总时间是17个小时。使用计时器来调整光线照射时间。

为了进行对比，仅对对照组进行单个的处理，即，进行11小时的每天的昼长处理。在以下的表6中示出了生长和开花情况的结果。

表6-针对昼长延长的取决于红光强度的蔬菜紫苏的生长和开花特征

红光强度(μmol m-2s-1)	植物长度(cm)	叶的数量(数量/星期)	叶的鲜重(g/数量)	叶面积(cm2/星期)	花蕾的数量(数量/星期)	花蕾的重量(g/星期)
							对照组	26.0a	12.7a	26.7b	1,218b	23.3a	12.6a
0.046	24.0a	12.7a	38.0a	1,578ba	20.7a	2.3b
							0.114	23.3a	13.3a	39.4a	1,702a	11.3b	0.6c
0.177	25.0a	13.3a	42.4a	1,849a	-c	-c
							LSD	4.6	3.4	8.7	381	8.0	1.6

^*在列的范围内的共同字母意味着在最小显著差别测试的5％概率水平上没有显著的差异

^*对照组：单个的处理(昼长11小时)

针对在11小时昼长的单个处理下的对照组，与红光处理的样本相比，其生成花蕾而叶的鲜重和叶的面积减少。对于使用0,046和0.114μmolm^-2.s^-1强度的红光所处理的样本，其生长了一些花蕾，尽管其数量比对照组的数量少。在另一方面，使用0.177μmol m^-2.s^-1红光所处理的样本没有植物的花蕾而保持并且持续植物的输出生长。因此，可以确定适于保持蔬菜生长和产生叶的红光强度的安全界限是0.177μmol m^-2.s^-1。

试验的示例7

针对昼长延长的取决于红光强度的蔬菜紫苏的生长和开花特征

为了延长昼长并且抑制蔬菜紫苏的蔬菜生长进入到生殖生长而保持蔬菜生长以生长植物的叶，大多数农场主目前使用各种光源，例如白炽灯、节能灯灯泡、用于钓鱼的汞弧灯等，并且通常地使用白光源。为了比较已知的白光源与均匀地发射660nm光的红色LED之间的昼光延长效应，准备了与在农场中用于蔬菜紫苏培育的塑料大棚基本相似的测试环境。改变用于昼长延长的光源，调查植物的生长和开花的特征，在以下的表7-1中示出了其结果。

表7-1：针对昼长延长的取决于红光强度的蔬菜紫苏的生长和开花特征

光源	植物长度(cm)	叶的数量(数量/星期)	叶面积(g/星期)	叶的鲜重(g/10星期)	花蕾的数量(数量/星期)
						对照组	76.9a	10.1a	22.0a	1,077a	26.6a
白炽灯	76.9a	10.6a	22.4a	1,131a	-b
						红色LED	79.4a	11.4a	27.2a	1,356a	-b
LSD	7.2	2.2	9.4	465.9	11.8

^*LSD为5％

^*对照组：单个的处理(昼长是11小时)

在8月5日该植物被移植，在8月20日之后培育并且持续地生长，在8月20日昼长缩短到12小时30分钟以下。对照组(自然单个的处理)示出了由缩短的昼长引起的生殖生长，导致花蕾的生长。与此形成对比，使用农场通常使用的白炽灯所处理的植物和使用红色LED所处理的植物都在持续地进行蔬菜的生长。红光所处理的植物显示了开花抑制效应，其与白炽灯所处理的植物基本相似。

对于对照组(自然单个的处理)，由于开花的过程，与使用白炽灯与红色LED两者来处理的植物相比，植物长度、叶的数量、叶的鲜重和叶面积减少。在被测量为叶龄的第6阶段之后持续地收获叶，植物开花并且结果，然后植物的叶没有进一步长出。另一方面，对于使用白炽灯和红光所处理的植物中的每一个的植物长度、叶的数量、叶的鲜重和叶面积趋向于增加，例如对于植物的长度是3％，对于叶的数量是12％，对于叶的鲜重是19％，对于叶面积是21％。所处理的植物都正常地开花，并且特别地，与白炽灯所处理的植物相比，红光处理的植物显示出在植物长度、叶的数量、叶的鲜重、茎的鲜重和花的重量等方面有增加。这些事实的预期原因是由于从下午6:00到凌晨0:00的6个小时的昼长延长效应以及在白炽灯和/或红光灯下进行光合作用，所以抑制了开花。更特别的是，在660nm的红光针对光合作用比白炽灯更有效。因此，可以确定与使用白炽灯相比，使用红色LED所处理的蔬菜紫苏的生长是加速的并且可靠的。

基于前述的结果，检查适合于蔬菜紫苏的红色LED的光强度界限是在0.177到0.675μmol m^-2.s^-1的范围内。如果光线强度超过0.675μmol m^-2.s^-1，那么红光没有经济优势。

表7-2：实验结果

试验的示例8

对比在蔬菜紫苏的光培养中使用的不同的光源之间的功率消耗和电费

比较了在蔬菜紫苏的光培养中使用的不同的光源之间的功率消耗，并且将其结果显示在以下的表8-1中。

表8-1：对比在蔬菜紫苏的光培养中使用的白炽灯和红色LED之间的功率消耗

^*光线质量控制设备的机器折旧(线缆折旧、AC/DC转换下降等)：应用1.6

标准17面体类型和小17面体类型光线质量控制设备分别地显示了4.6W到13.8W和2.3W到9.2W的功率消耗，其功率消耗比60W的典型的白炽灯消耗的功率显著地减小。因此，如果将具有红色LED的光线质量控制设备应用到用于蔬菜紫苏的大约1,270公顷的全国的耕地面积以替代白炽灯，那么上述的标准17面体类型光线质量控制设备可以将85,068Kwh的功率消耗减少到70,861Kwh，而小17面体类型光线质量控制设备可以将88,620Kwh的功率消耗减少到77,965Kwh，两种设备所对应的功率消耗减少率的范围分别是92％到76％和96％到84％。

此外，比较在蔬菜紫苏的光培养中使用的不同的光源的电费并且在以下的表8-2中示出了其结果。

表8-2：在蔬菜紫苏的光培养中使用的白炽灯与红色LED之间的电费比较

^*合同容量：如果应用10KW、60W白炽灯并且具有农场规模B和C(10a)，那么控制设备的84个单元在10a中以2m的间隔排列在一条直线上。

^*基本速率：农场规模B(930韩元/kw)，农场规模C(1,070/kw)

^*功率容量电费：农场规模B(26.3韩元/kwh)，农场规模C(36.4韩元/kwh)

^*计算单元：10a/8个月

^*培育蔬菜紫苏的大多数农场家庭属于农场规模C的范畴(Korea ElectricPower Corporation，(KEPOC)，’07.10)

光线质量控制设备，例如标准17面体类型和小1 7面体类型控制设备的功率消耗范围分别是4.6W到13.8W和2.3W到9.2W。即，与典型的60W的白炽灯相比，功率消耗显著地减少。因此，如果将具有红色LED的光线质量控制设备应用到用于蔬菜紫苏的大约1,270公顷的全国耕地面积以替代白炽灯，那么按照农场规模B，上述的标准17面体类型光线质量控制设备可以将2,237百万韩元的电费减少到1,864百万韩元而小17面体类型光线质量控制设备可以将2,331百万韩元电费减少到2050百万韩元。这种结果所对应的电费减少率的范围分别是88％到73％和91％到80％。

此外，图10是示出了根据本发明的另一个示范性实施例的用于作物的农场规模的光线质量控制设备的分解透视图，图11是其侧视图。参照这些图示，根据上述示范性实施例的光线质量控制设备包括支架210，其具有洞和置于所述支架周围的至少一个LED模块220。

支架210可以由塑料材料制作并且可以放置在作物上方，例如在墙体上以向作物发光，因此均匀地照射在塑料大棚中培育的作物。在这种情况下，可以将支架210形成为半圆截锥形(在下文中，将称为“半截锥形”)，其具有向下倾斜的侧面以便均匀地照射靠近支架210的作物。

在实际的装配中，半截锥类型支架210可以具有立柱214，将所述立柱214配置为多面体形式以便于其的制造。例如，如果截锥类型支架具有呈多面体形式的立柱214，则可以容易地将LED模块220和PCB安装在支架上。在图10中，(a)和(b)分别地示出了八面体立柱和四面体立柱，而图(c)示出了十面体类型的立柱，其以两行五面体A和B形式来布置的。

支架210可以具有主体211和盖213。主体211可以包括立柱214和底部215。盖213可以覆盖主体211的顶部。为了防水，盖213完全地覆盖主体211并且可以在盖和主体之间插入封装部分(没有示出)。主体211可以通过联轴器螺栓(从主体的下方向上插入)将主体211螺旋地耦合到盖213。

半截锥类型支架210可以具有在立柱214上的多个LED 222和底部215。对于八面体(图10(a))和四面体(图10(b))，将LED安装在底部215上以便消除具有直线辐射性质的LED的光线照射的可能阴影区域。LED222的每一个可以是直径为5mm，波长为660nm的红色LED 122。在实际使用中，将多个红色LED集成以形成一个模块，以便容易地调节作物生长所需要的光线的强度。上述示范性实施例的光线质量控制设备还可以包括电源130，如在图3中所说明。

以下的示例将详细地描述以下内容：使用根据本发明的前述示范性实施例的前述光线质量控制设备，以便控制菊花的开花。这里，将用于光线照射的光线质量控制设备放置在菊花的叶的上面200cm到230cm，如在图12中所说明。支架110形成五面体形状(包括四面体立柱和底部)或九面体形状(包括8面体立柱和底部)。此外，可以以3.5×2m的间隔将多个支架布置在两行中。当以7m的间隔安装多个支架210时，多面体支架210的立柱可以相对于垂直方向倾斜35°角以消除光线照射的可能阴影区域(A、C组)。当以3.5×2m的间隔将支架210放置在两行并且形成十面体的形状时，多面体支架210中的A和B行中的立柱分别可以相对于垂直方向倾斜35°和25°角以消除光线照射的可能阴影区域(B组)。

实验示例9

菊花的开花的光可逆性

为了检查与菊花的生长和开花有关的光可逆性，在塑料大棚中，在从移植阶段到开花阶段的时期中从晚上11:00按顺序，根据光线质量对植物采用红色LED和远红外LED使植物经受夜间中断的处理方法，以调查植物的开花。作为调查的结果，发现示出了向菊花的生殖生长发生改变的花蕾形成受到红光抑制，然后通过使用远红外光的连续处理方法来使植物开花。接下来，开花再次受到红光限制。根据这些结果可以判断这种由夜间中断引起的菊花的开花反应展示了感光体蛋白质(即光敏色素)的活性决定的光可逆性。这些结果与Borthwick报导的(1962)基本相似。

在以下的表9中示出了在进行光可逆的处理之后菊花的生长和开花特征。

表9-与菊花的生长和开花有关的光可逆性

光线质量	植物长度(cm)	叶的数量(数量/星期)	枝的数量(数量/星期)	花蕾的数量(数量/星期)
					R	47.0	38.3	14	-
R+FR	56.4	46.0	18	12
					R+FR+R	61.2	51.8	17	-

^*菊花培育：1/5,000瓦氏盆，开放培育

^*光线处理(夜间中断)时间：从晚上11:00

^*R：(红光)660nm，FR：(远红外)730nm

^*R：红光15分钟，^*R+FR：红光15分钟+远红外光15分钟

^*R+FR+R：红光15分钟+远红外光15分钟+红光15分钟

^*光线强度：R(0.322～0.430μmol m^-2.s^-1)，FR(0.250～0.366μmol m^-2.s^-1)

实验示例10

针对昼长延长的取决于红光强度的菊花的生长和开花特征

在对该菊花幼苗移植到培育地点之后，从晚上6:00到凌晨0:00，持续40天，使植物经受使用了典型的白炽灯和红色LED中的每一个的光线处理，以控制其开花。检查植物的生长情况并且在以下的表10-1中示出了其结果。

表10-1针对昼长延长的取决于红光强度的菊花的生长和开花特征

光源	植物长度(cm)	叶的数量(数量/星期)	叶面积(cm2/星期)	叶的鲜重(g/数量)	花蕾的数量(数量/星期)
						对照组	76.9a	10.1a	22.0a	1,077a	26.6a
白炽灯	76.9a	10.6a	22.4a	1,131a	-b
						红色LED	79.4a	11.4a	27.2a	1,356a	-b
LSD	7.2	2.2	9.4	465.9	11.8

^*LSD为5％

^*对照组：单个的处理(昼长是11小时)

在使用红色LED作为在光线处理中的光源的情况下，植物没有长出花蕾。该结果与在使用白炽灯时的结果基本相似。所以，红色LED和白炽灯两者可以有效地控制菊花的开花。与白炽灯相比，使用红色LED的光线处理使植物的长度增加2％，叶的数量增加4％，叶的鲜重增加8％，茎的鲜重增加15％。

基于前述的结果，将菊花在以下的表10-2中示出的各种情况下暴露于红光。对于其它作物或植物，例如瓜，如果光线强度至少是0.2μmol m^-2.s^-1，那么红光可以帮助光合作用并且加速植物的生长。

表10-2：菊花的光线强度实验的结果

实验示例11

对比在菊花的光培养中使用的不同的光源之间的功率消耗和电费

比较了在菊花的光培养中使用的不同的光源之间的功率消耗，并且将其结果显示在以下的表11-1中。

表11-1：对比在菊花的光培养中使用的白炽灯和红色LED之间的功率消耗

^*合同容量：如果应用10KW、100W白炽灯并且具有农场规模B和C(10a)，那么控制设备的186个单元在10a中以2m的间隔排列在一条直线上。

^*基本速率：农场规模B(930韩元/千瓦)，农场规模C(1,070/千瓦)

^*功率容量电费：农场规模B(26.3韩元/千瓦小时)，农场规模C(36.4韩元/千瓦小时)

^*计算单元：10a/50天

^*培育菊花的大多数农场家庭属于农场规模C的范畴(Korea Electric PowerCorporation，(KEPOC)，’07.10)

光线质量控制设备，例如五面体类型(A组)、十面体类型(B组)和九面体类型(C组)控制设备的功率消耗的范围分别是5.7W到14.2W、5.7W到14.2W和6.1W到14.3W。即，与典型的60W的白炽灯相比，功率消耗显著地减少。因此，如果将具有红色LED的光线质量控制设备应用到用于菊花的大约700公顷的全国的耕地面积以替代白炽灯，那么就农场规模B的电费而言，上述的五面体类型、十面体类型和九面体类型控制设备分别可以将1,049百万韩元的功率消耗减少到954百万韩元、将1,049百万韩元减少到954百万韩元、将1,045百万韩元减少到953百万韩元。这种结果所对应的电费减少率的范围分别是89％到81％和88％到80％。

此外，比较了在菊花的光培养中使用的不同的光源之间的电费，并且将其结果显示在以下的表11-2中。

表11-2：对比在菊花的光培养中使用的白炽灯与红色LED之间的电费

^*合同容量：如果应用10KW、100W白炽灯并具有农场规模B和C(10a)。

^*基本速率：农场规模B(930韩元/kw)，农场规模C(1,070/kw)

^*功率容量电费：农场规模B(26.3韩元/kwh)，农场规模C(36.4韩元/kwh)

^*计算单元：10a/50天

^*培育菊花的大多数农场家庭属于农场规模C的范畴(Korea Electric PowerCorporation，(KEPOC)，’07.10)

光线质量控制设备，例如五面体类型、十面体类型和九面体类型控制设备的功率消耗的范围分别是5.7W到14.2W、5.7W到14.2W和6.1W到14.3W。即，与典型的60W的白炽灯相比，功率消耗显著地减少。因此，如果将具有红色LED的光线质量控制设备应用到用于菊花的大约700公顷的全国的耕地面积以替代白炽灯，那么按照农场规模C，上述的五面体类型、十面体类型和九面体类型光线质量控制设备分别可以将1,452百万韩元的功率消耗减少到1,321百万韩元、将1,452百万韩元减少到1,321百万韩元、将1,477百万韩元减少到1,319百万韩元。这种结果所对应的电费减少率的范围分别是89％到81％、89％到81％和89％到81％。

尽管已经示出并且描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员将会意识到可以对这些实施例做出改变而不脱离本发明的精神和原理，本发明的范围由权利要求及其等效物限定。

Claims (29)

1、一种用于作物的农场规模的光线质量控制设备，包括：

支架，该支架具有洞，柱通过所述洞插入；以及

至少一个发光二极管(LED)模块，用于以波长为660nm的红光来照射所述作物，将所述发光二极管模块置于所述支架周围。

2、根据权利要求1所述的设备，其中，所述支架可以形成截锥形状。

3、根据权利要求2所述的设备，其中，将所述LED模块放置在所述截锥类型支架的立柱上。

4、根据权利要求3所述的设备，其中，将所述立柱配置为多面体形状，所述立柱的每一侧具有所述LED模块。

5、根据权利要求3或4所述的设备，其中，将所述立柱配置为十六(16)面体的形式。

6、根据权利要求1所述的设备，其中，以6m的间隔布置所述柱，所述支架位于地面上方200cm到230cm处，并且使所述支架的截锥部分与垂直方向倾斜55°角。

7、根据权利要求1所述的设备，其中，以7m至8m的间隔来布置所述柱，所述支架位于地面上方200cm到230cm处，并且使所述支架的截锥部分与垂直方向倾斜45°角。

8、根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述作物从瓜、莴苣和大白菜中选取至少一个。

9、一种用于作物的农场规模的光线质量控制设备，包括：

支架，将其悬挂在天花板上；以及

至少一个红色LED模块，将其置于所述支架周围。

10、根据权利要求9所述的设备，其中，所述支架形成截锥形状。

11、根据权利要求10所述的设备，其中，将所述LED模块放置在所述截锥类型支架的立柱和底侧两者上。

12、根据权利要求11所述的设备，其中，将所述立柱配置为多面体的形式，所述立柱的每一侧具有所述LED模块。

13、根据权利要求12所述的设备，其中，所述截锥类型支架包括16面体形式的立柱和所述底侧，进而以整体形成十七(17)面体主体。

14、根据权利要求13所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个所述17面体主体，以便于以660nm、强度为0.177μmol m^-2.s^-1和0.675μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

15、根据权利要求13所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个所述17面体主体，以便于以6m的宽度间隔在地面上方200cm到230cm处并以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.675μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

16、根据权利要求15所述的设备，其中，所述17面体主体与垂直方向倾斜35°角。

17、根据权利要求13所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个所述17面体主体，以便于以4×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处并以强度为0.194μmol m^-2.s^-1和0.361μmol m^-2.s^-1的红光来照射蔬菜紫苏。

18、根据权利要求17所述的设备，其中，所述17面体主体与垂直方向倾斜45°角。

19、一种用于作物的光线质量控制设备，包括：

支架，将其固定到墙上；以及

至少一个红色LED模块，将其置于所述支架周围。

20、根据权利要求19所述的设备，其中，所述支架可以形成半截锥形状。

21、根据权利要求20所述的设备，其中，将所述红色LED模块置于所述半截锥类型支架的每一个立柱和底侧上。

22、根据权利要求21所述的设备，其中，将所述立柱配置为多面体形式，所述立柱的每一个侧具有所述红色LED模块。

23、根据权利要求20所述的设备，其中，所述支架包括以八(8)面体或四(4)面体形式的立柱，其连同所述支架的底侧继而形成九(9)面体主体或五(5)面体主体，或者，所述立柱包括一对五面体进而整体形成十(10)面体主体。

24、根据权利要求23所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个所述五面体主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处并以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.530μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

25、根据权利要求24所述的设备，其中，所述立柱与垂直方向倾斜45°角。

26、根据权利要求23所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个所述十面体主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处并以强度为0.215μmol m^-2.s^-1和0.530μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

27、根据权利要求26所述的设备，其中，所述十面体主体包括一对上下对准的五面体，并且两个五面体分别与垂直方向倾斜35°和25°角。

28、根据权利要求23所述的设备，其中，所述LED模块包括在其一侧上的多个红色LED，并且将所述LED模块置于遍布整个九面体主体，以便于以3.5×2m间隔的两条线在地面上方200cm到230cm处并以强度为0.277μmol m^-2.s^-1和0.611μmol m^-2.s^-1的红光来照射宽度为7m的地面面积。

29、根据权利要求28所述的设备，其中，所述九面体主体包括所述半截锥类型支架的八面体立柱和底侧，并且所述立柱与垂直方向倾斜35°角。

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