CN103199180B - 用于植物成长的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种用于植物成长的发光二极管，其包括有一蓝色LED芯片，其波长为440-460nm；至少二种不同颜色的荧光粉组成物，其中有一种必为红色荧光粉；一硅胶，与该荧光粉组成物混合，并涂布于该蓝色LED芯片上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线。使其激发出的光谱为与植物光合作用曲线接近，可达到最佳的植物成长效果。
Description
技术领域
本发明是有关于一种用于植物成长的发光二极管(lightemittingdiode.LED)，特别是指一种以蓝光LED为光源主体，并配合使用混合的荧光粉组成，其中有一种必为红色荧光粉；与硅胶混合，利用蓝光LED激发荧光粉组成，使散发出光源的光谱契合植物光合作用及成长所需的光谱，从而达成植物高成长效率，及光源节能。
背景技术
植物成长中所需的光源，其特性经研究，证明在不同的光强度，光谱及光周期条件下，对植物的成长各有不同的需求及条件，而其中最重要的光合作用，对绿色植物影响至巨，光源对植物光合作用的效率作用，经美、日学者研究，其最适合光谱曲线如图1所示，植物成长光源愈符合图1中所示的光谱图，则对植物光合作用效益愈大。
植物成长使用人工光源目前已被广泛应用于农业及园艺业，如一般的温室、及花卉、高经济作物的加速成长及反季节培育等用途，现有的植物成长光源有如下几种方式：
一、荧光灯：荧光灯的植物光源为传统照明用荧光灯演化而来，其优点为较其他传统光源较为节能，但使用寿命短，且其发出的光谱如图2所示，其与植物光合作用曲线契合程度偏低，且废弃的荧光灯有环境污染问题。
二、高压钠灯：高压钠灯使用于植物成长，其优点为光强度较大，照射面积广，但耗电量高，寿命短，且其发出的光谱如图3所示，其与植物光合作用曲线契合程度偏低。且高压钠灯发热量大，不利于植物生长环境的温度控制。
三、红蓝色发光二极管：以红色及蓝色二种发光二极管所组成的植物成长光源，其优点为节能省电，寿命长，无过量的发热，其缺点为所发出的光谱过窄，如图4所示，与植物光合作用曲线契合度偏低。
绿色植物的叶片行光合作用除了需要光之外，还需要足够的二氧化碳，而二氧化碳的吸收主要依靠叶片气孔的开闭作为控制，而决定叶片气孔开闭的机制则由光源中的蓝光440-460nm为启动气孔动作的枢纽，意即蓝光照射叶片的强弱决定气孔开闭的大小程度，进而影响二氧化碳吸收的数量，因此光源照射叶片时，其光谱同时符合植物光合作用及气孔开闭所需的光谱，植物才能顺利完成光合作用。许多文献均已证明，单独使用红色或蓝色光源，植物均无法健康成长，故目前有以红光LED及蓝光LED混合比8∶1如图4所示的方式作为植物成长光源，其效果较单独红光或蓝光均要优秀。目前市场多采此法，但此法缺点为LED单色光谱过窄，造成植物叶片厚度不足及茎部徒长，影响蔬菜口感及脆度。此外，植物生长过程中，除光合作用之外，其生命周期如发芽、分枝、开花及结果等各阶段，各阶段的开始及结束均需经不同光谱的光刺激触发方能进行，称为“光型态发生”，而“光型态发生”所需除一般的红、蓝光外，仍需要其他波长如700nm以上的红外光等，此为现有的红蓝色LED混光光源所欠缺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于植物生长的发光二极管，可有效提高植物成长的速度，并可以调整改变植物的开花或结果周期。
为实现上述目的，本发明提供的用于植物成长的发光二极管，其包括有：
一蓝色LED芯片，其波长为440-460nm；
至少二种不同颜色的荧光粉组成物；其中一种必为红色荧光粉；
一硅胶，与该荧光粉组成物混合，并涂布于该蓝色LED芯片上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该荧光粉组成物为绿色荧光粉，经激发后发射波长为515-540nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该绿色荧光粉与该红色荧光粉混合重量比例为12∶88。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该光谱的色度区块CIE坐标X值为0.31-0.35，Y值为0.31-0.38。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，荧光粉组成物为绿色荧光粉，经激发后发射波长为515-540nm，黄色荧光粉，经激发后发射波长为540-570nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光(Lu3Al5O12:Ce)，黄色荧光粉为硅酸盐荧光(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
所述用于植物成长的发光二极管制，其中，绿色、黄色与红色荧光粉重量比例为：38∶49∶13。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该光谱的色度区块CIE坐标X值为0.31-0.46，Y值为0.25-0.36。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该荧光粉组成物为黄色荧光粉，经激发后发射波长为540-570nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，黄色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，黄色荧光粉与红色荧光粉组成重量比例为85∶15。
所述用于植物成长的发光二极管，其中，该光谱的色度区块CIE坐标X值为0.37-0.46，Y值为0.3-0.36。
本发明提供的用于植物成长的发光二极管，其具有提高植物成长的效率，以达到增加单位时间产出及降低使用能源之目的。
本发明提供的用于植物生长的发光二极管，使其利用照射时间长短及温度的控制，以调整植物光型态发生的周期，从而控制植物成长阶段如开花或结果发生的延后或提前，进而达到调整作物如蔬菜、花卉及水果产期的目的。
附图说明
图1为植物光合作用的光谱图。
图2为荧光灯的光谱图。
图3为高压钠灯的光谱图。
图4为红蓝光LED植物灯光谱图。
图5为本发明植物生长用的发光二极管构造示意图。
图6为本发明植物生长用的发光二极管的第一实施例光谱图。
图7为本发明植物生长用的发光二极管的第一实施例色块区域CIE坐标图。
图8为本发明植物生长用的发光二极管的第二实施例光谱图。
图9为本发明植物生长用的发光二极管的第二实施例色块区域CIE坐标图。
图10为本发明植物生长用的发光二极管的第三实施例光谱图。
图11为本发明植物生长用的发光二极管的第三实施例色块区域CIE坐标图。
附图中主要组件符号说明：
蓝色LED芯片10；
荧光粉组成物12；
硅胶14。
具体实施方式
本发明的特征在于包括有一蓝色LED芯片，其波长为440-460nm；至少二种不同颜色的荧光粉组成物，其中有一种必为红色荧光粉；一硅胶，与该荧光粉组成物混合，并涂布于该蓝色的芯片上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线。
如此，可提供植物对“光合作用”所需的光谱进行照射，并利用照射时间长短及温度控制，调整植物“光型态发生”的周期，从而达到控制植物生命周期的缩短或延后或提前，而达到增加产量及反季节种植的目的。
另外，在此需要特别说明，照射光源对植物的有效强度单位与照明不同，并非以照度(LUX)为单位，其量测单位为光子流量强度(micromolephotonpersquaremeterpersecond)。是以植物接受的特定面积的光子流量为单位，例如红外线，若量测光照度(LUX)对人眼其值是零，但对植物，光子流量强度数值是有一定数值的。但由于这是一个新兴科技，过去市面并无充分的仪器以表达光子流量强度光谱图，所以本发明所引用的文献仍以相对能量强度来表达光谱图。
所以，光源愈是符合图1的光谱图，对植物的光合作用效率愈好，本发明的LED植物成长光源，因发射光谱贴近植物光合作用曲线，故能达到最高效能的光合作用。
本发明所使用的蓝光LED芯片，其波长范围为440-460nm，此目的为提供植物行光合作用时，该波长范围可增进植物叶片的气孔开闭作用，从而促进对二氧化碳的吸收，以提高光合作用的速率。除此之外，本发明蓝色LED芯片可同时作为提供激发荧光体的光源，荧光体经激发后所产生的光源至少有两种，其中包含红色光谱另加上绿色或黄色光谱，使整体光谱更接近植物光合作用曲线。故本发明中仅使用一种LED光源即可同时提供植物光合作用及叶片气孔开孔所需。
以下结合附图作详细说明。
请参阅图5，本发明用于植物生长的发光二极管，其包括有提供一蓝色LED芯片10、提供至少二种不同颜色的荧光粉组成物12，其中一种必为红色荧光粉及提供一硅胶14：其中本发明的第一实施例中，蓝色芯片10其波长为440-460nm，请配合参阅图6及图7，荧光粉组成物12为绿色荧光粉，经激发后发射波长为515-540nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
其中绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。而绿色荧光粉与红色荧光粉混合重量比例为12∶88，并将其与硅胶14混合后，直接点胶或涂布于蓝色发光二极管10上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线，其中该光谱的色度区块CIE坐标X值为0.31-0.35，Y值为0.31-0.38。
请配合参阅图8及图9，本发明的第二实施例中，荧光粉组成物12可为绿色荧光粉，经激发后发射波长为515-540nm，黄色荧光粉，经激发后发射波长为540-570nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
其中，绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，黄色荧光粉为硅酸盐荧光(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。而绿色、黄色与红色荧光粉重量比例为38∶49∶13，并将其与硅胶14混合后，直接点胶或涂布于蓝色发光二极管10上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线，其光谱的色度区块CIE坐标X值为0.31-0.46，Y值为0.25-0.36。
请配合参阅图10及图11，本发明的第三实施例中，荧光粉组成物12可为黄色荧光粉，经激发后发射波长为540-570nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。其中黄色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物荧光粉(Ba3Si6O12:Eu)。而黄色荧光粉与红色荧光粉组成重量比例为85∶15，并将其与硅胶14混合后，直接点胶或涂布于蓝色发光二极管10上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线者，其光谱的色度区块CIE坐标X值为0.37-0.46，Y值为0.3-0.36。
由如上说明，本发明用于植物成长的发光二极管，以蓝光LED芯片涂布至少二种不同颜色的荧光粉组成物，使其激发出的光谱为与植物光合作用曲线接近，可达到最佳的植物成长效果。
本发明在第一实施例、第二实施例及第三实施例中，经多次实际反复实验证明，只要荧光胶体涂布于蓝光LED芯片上，使其发光的色度区块坐标CIE落在X：0.31-0.46，Y：0.25-0.38的范围内时，所激发出的光谱即可接近植物光合作用曲线，其有效光合作用的光子流量数，也因贴近植物光合作用曲线，而远高于其他坊间现有人工植物光源。故经此光源照射的植物均能获得良好的成长效果。在上述实施例中，均以单一的LED芯片光源，经荧光体组合激发出含多项颜色的光谱组合，使本发明的LED光源同时具备对植物光合作用，叶片气孔开闭及植物光型态发生均有良好的促进作用及效果，为现今人工植物光源中唯一具备此特色及功能。
Claims (9)
1.一种用于植物成长的发光二极管，其包括有：
一蓝色LED芯片，其波长为440-460nm；
至少二种不同颜色的荧光粉组成物，其中一种必为红色荧光粉；
荧光粉组成物为绿色荧光粉和红色荧光粉时，其色度区块CIE坐标X值为0.31-0.35，Y值为0.31-0.38；
荧光粉组成物为黄色荧光粉和红色荧光粉时，其色度区块CIE坐标X值为0.37-0.46，Y值为0.3-0.36；
荧光粉组成物为绿色荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉时，其色度区块CIE坐标X值为0.31-0.46，Y值为0.25-0.36；
其中，绿色荧光粉经激发后发射波长为515-540nm，黄色荧光粉经激发后发射波长为540-570nm，红色荧光粉经激发后发射波长为600-780nm；
一硅胶，与该荧光粉组成物混合，并涂布于该蓝色LED芯片上，而激发出的光谱为接近植物光合作用曲线。
2.根据权利要求1所述用于植物成长的发光二极管，其中，该荧光粉组成物为绿色荧光粉，经激发后发射波长为515-540nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
3.根据权利要求2所述用于植物成长的发光二极管，其中，该绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)。
4.根据权利要求2所述用于植物成长的发光二极管，其中，该绿色荧光粉与该红色荧光粉混合重量比例为12:88。
5.根据权利要求1所述用于植物成长的发光二极管，其中，绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光(Lu3Al5O12:Ce),黄色荧光粉为硅酸盐荧光(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)。
6.根据权利要求1所述用于植物成长的发光二极管，其中，绿色、黄色与红色荧光粉重量比例为：38:49:13。
7.根据权利要求1所述用于植物成长的发光二极管，其中，该荧光粉组成物为黄色荧光粉，经激发后发射波长为540-570nm，及红色荧光粉，经激发后发射波长为600-780nm。
8.根据权利要求7所述用于植物成长的发光二极管，其中，黄色荧光粉为硅酸盐荧光粉(BaSr)2SiO4:Eu或铝酸盐荧光粉(Lu3Al5O12:Ce)，红色荧光粉为氮化物荧光粉(CaAlSiN3:Eu，Ca2Si5N8:Eu)。
9.根据权利要求7所述用于植物成长的发光二极管，其中，黄色荧光粉与红色荧光粉组成重量比例为85:15。
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