CN103574489A - 一种植物生长用的led光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物生长用的LED光源，包括散热基板和密封环，所述密封环设置在散热基板表面，其中，所述散热基板的表面设置有若干颗氮化镓基蓝光芯片，所述氮化镓基蓝光芯片均位于密封环所围成的封闭区域内，氮化镓基蓝光芯片上密封有硅胶层，所述硅胶层的表面上涂布有红色荧光粉。本发明具有的有益效果：根据植物生长发育节律和光合作用原理，利用植物生长对光谱波长选择性吸收原理并根据植物对光谱敏感性的不同，对植物生长科学合理补光，确保植物充分进行光合作用，使植物叶片肥厚、根系发达、长势良好，增强了抵抗力和免疫力，促进植物早熟、增产，改善植物品质。

Description

一种植物生长用的LED光源

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域和植物生长技术领域，具体地说，是一种利用特定波段的固体发光芯片激发特定波段的荧光粉，两者组合成固体光源来促进植物生长、改善植物品质的植物补光光源。

背景技术

随着人们生活水平的逐步提高以及对食物需求的改变，健康、绿色、环保、便捷的生活方式越来越受到重视，卫生、营养、健康的食物越来越受到人们的喜爱，其中绿色无公害、新鲜洁净的蔬菜产品对人们的现代生活尤为重要。而如何快捷、保质保量地生产这种蔬菜成为人们关注的重要课题。

光照是植物生长发育必须的环境因子。作物的正常生长发育、开花结果都是通过光合作用、光形态建成反应、光周期调节来完成的。为保障植物正常生长发育，必须给植物提供良好的光照条件。但是在冬春季节和连阴雨雪的条件下，温室内光照严重不足，光照度较弱，光照强度和光照时间的不足会影响作物的光合作用，使生长受抑，从而导致产量下降。此外，作物在幼苗期和开花结果期，如果光照不足还会出现幼苗成活率低、畸形发育、落花落果、使得作物品质下降。为保证温室大棚内农作物的茁壮成长，需要对植物进行人工补光。

目前，植物补光以荧光灯作为主要的人工光源。荧光灯光谱中含有红外和远红外光，有相当多的热量以热效应的方式传递到环境中，产热量大，因此光能利用率低，不利于植物工厂内环境的精准控制，直接影响经济效益的提高。此外，荧光灯的耗电量大，电费已经成为植物工厂运行成本的主要部分，从而大大增加了产品的生产成本，也影响了作物生长潜力的发挥。如何合理地设置光源装置，如何使光源装置的光照强度、光质比例、光照频率、光照周期满足植物生长发育的要求，同时保证安装方便，实用美观，节能安全，成为农作物光源装置开发的一大难题。

研究表明，各种波长的光对植物光合作用、生长速率都有着不同的反应。在“红光”作用下叶面积扩展和光合速率加快，叶绿素含量、可溶性糖及总糖的含量均最高，叶绿素a/b值及总氮含量低；在“蓝光”作用下，促进幼苗茎增粗，调节气孔开放，促进细胞膜透性及细胞质环流；在“红蓝光”混合下幼苗的生长会优于“红光”。表明用波长为660nm的红色LED培养的小松菜,糖份是原来的1.3倍,用730nm的近红外LED照射,作物中维生素的含量增加了54%～72%，在应用LED为400ms频率和50%占空比下，生菜的生长速率、光合速率都提高20%以上，因此采用LED智能补光来照射植物是非常符合科学种植的。

作为第四代新型照明光源，LED具有许多不同于其他电光源的特点，这也使其成为节能环保光源的首选。应用于植物生长领域的LED还具有以下特征：波长类型丰富、正好与植物光合和光形态建成的光谱范围吻合；频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱；可以集中特定波长的光均衡地照射作物，大大提高光谱的利用率；不仅可以调节作物开花与结实，还能控制植株高度和植物的营养成分；系统发热少，占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化；此外，其特强的耐用性也降低了运行成本。由于这些显著的特征，LED十分适合应用于可控设施环境中的植物栽培，如植物组织培养、设施园艺与工厂化育苗和航天生态生保系统等。

表1不同光源有效光辐射对比分析

表1给出了不同光源生理有效辐射的对比分析，从表中可以看出，LED应用于温室栽培作物，具有其他光源无可比拟的优势，且LED光源符合国家节能减排政策的要求，是一种真正的绿色无污染的光源，具有实现产业化的技术背景和政策背景。

但是传统技术中用于植物生长的LED光源（如图1），一般是用蓝光芯片10和红光芯片11按照一定比例等间距进行搭配，以阵列的排布方式排布在基板12（可以是金属，也可以是陶瓷材料）上，然后再用硅胶层14密封在由环氧树脂环（或镀银铜环）13和基板12所组成的封闭空间内。这种LED光源由于相邻LED之间等间距排列，而红色LED和蓝色LED的个数相差悬殊（一般在5:1到9:1之间），所以出射的光难以进行充分混合，造成不同颜色的光分布不均匀的现象。混光不均匀会直接导致作物品质的不稳定性，且造成作物成熟时间不一，增加管理成本，降低生产效率。此外，红色芯片的成本要比同等规格的蓝光芯片高1~2倍，而且红光芯片的用量很大，这也是温室专用LED植物光源成本较高的一个重要原因，从而影响了LED植物光源的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术植物用LED光源的混光不匀、成本较高的问题，提供一种发光芯片和荧光粉配合使用的LED光源来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种植物生长用的LED光源，包括散热基板和密封环，所述密封环设置在散热基板表面，其特征在于：所述散热基板的表面按阵列式设置有若干氮化镓基蓝光芯片，所述氮化镓基蓝光芯片均位于密封环所围成的封闭区域内，氮化镓基蓝光芯片上密封有硅胶层，所述硅胶层的表面上涂布有红色荧光粉。

本发明中，所述散热基板为镀有高反层的金属基散热基板或陶瓷基散热基板。

本发明中，所述密封环为树脂环或镀有高反射层的压铸金属环。

本发明中，所述红色荧光粉为硅酸盐系红色荧光粉。

本发明中，所述氮化镓基蓝光芯片的主发光波长为430~470nm，所述红色荧光粉的主发光波长为640~680nm。

本发明中，所述LED光源的色品坐标为x=0.41，y=0.16。

本发明中，所述树脂环为高耐温性树脂环或由围坝点胶机围坝形成的树脂环。

本发明中，所述密封环的形状为正方形、长方形、圆形、椭圆形、菱形和六边形中的一种。

本发明的有益效果主要体现在：根据植物生长发育节律和光合作用原理，利用植物生长对光谱波长选择性吸收原理并根据植物对光谱敏感性的不同，对植物生长科学合理补光，确保植物充分进行光合作用，使植物叶片肥厚、根系发达、长势良好，增强了抵抗力和免疫力，促进植物早熟、增产，改善植物品质。

本发明的优点在于：

和传统农业生产中使用的普通电光源相比，本发明根据光合作用原理和波长选择性吸收的原理，通过对具体光谱的光照强度、光质比例、光照频率进行针对性的合理搭配，满足植物生长发育的特殊需求；由于可近距离照射，能够更好地满足植物的光补偿点要求，照射光源效率较高，特别适合应用于人工光控制型植物的设施栽培环境。

本发明除具有以上传统LED植物光源的一些优点外，还具有以下一些独特的特征和显著的优点：

1）光质配比更为适合植物生长的需要，光色均匀一致性更好。由于蓝光发出的蓝光和激发红色荧光粉发出的红光经过充分的混合，因此不存在传统LED植物生长用灯具光色均匀一致性较差的问题。

2）电路控制更为简单，不存在传统LED植物生长用灯具中需要多路控制的问题，并且通过控制电路中电流的大小可方便地调节光照的强弱。

3）由于荧光粉在整个LED光源成本中所占的比例一般小于15%，而红光芯片在整个LED植物光源成本中所占的比例较大（一般大于60%），因此采用本方案可以大大降低LED植物光源的成本。

附图说明

图1为现有技术的植物生长用LED光源的剖面图；

图2为本发明中实施例1的剖面图；

图3为本发明中实施例2的剖面图。

具体实施方式

实施例1

参看图2，在陶瓷散热基板22上面，用围坝点胶机点胶形成封闭的树脂环23，封闭的树脂环23可以是方形或圆形，其他情况，比如菱形或六边形也是允许的，在陶瓷散热基板22和封闭的围坝23形成的空间内贴装有若干颗氮化镓基蓝光芯片21，氮化镓基蓝光芯片21按阵列的排布方式进行排列，每一排氮化镓基蓝光芯片21为12颗（但不限定为12颗），氮化镓基蓝光芯片21用硅胶进行密封，然后在150℃下烘烤1-3小时形成硅胶层24，最后在硅胶层24表面上涂布一层红色荧光粉25，涂布红色荧光粉35时测试其色坐标，保证色坐标位于x=＝0.41，y=＝0.16附近，通过色坐标控制红色荧光粉35的添加量，烘烤后得到LED植物光源。

实施例2

参看图3，在金属基散热基板32上方，固定有环氧树脂形成的封闭圈层33，封闭的树脂圈层33可以是方形或圆形，其他情况，比如菱形或六边形也是允许的，在金属基散热基板32和封闭的环氧树脂圈层33形成的空间内贴装有若干颗氮化镓基蓝光芯片31，蓝光芯片31按阵列的排布方式进行排列，每一排氮化镓基蓝光芯片21为12颗（但不限定为12颗），氮化镓基蓝光芯片31用硅胶进行密封，然后在150℃下烘烤1-3小时，形成硅胶层34，最后在硅胶层上方涂布一层硅酸盐系红色荧光粉35，涂布红色荧光粉35时测试其色坐标，保证色坐标位于x=0.41，y=0.16附近，通过色坐标控制红色荧光粉35的添加量，烘烤后得到LED植物光源。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种植物生长用的LED光源，包括散热基板和密封环，所述密封环设置在散热基板表面，其特征在于：所述散热基板的表面按阵列式设置有若干氮化镓基蓝光芯片，所述氮化镓基蓝光芯片均位于密封环所围成的封闭区域内，氮化镓基蓝光芯片上密封有硅胶层，所述硅胶层的表面上涂布有红色荧光粉。

2.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述散热基板为镀有高反层的金属基散热基板或陶瓷基散热基板。

3.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述密封环为树脂环或镀有高反射层的压铸金属环。

4.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述红色荧光粉为硅酸盐系红色荧光粉。

5.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述氮化镓基蓝光芯片的主发光波长为430~470nm，所述红色荧光粉的主发光波长为640~680nm。

6.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述LED光源的色品坐标为x=0.41，y=0.16。

7.根据权利要求3所述的LED光源，其特征在于：所述树脂环为高耐温性树脂环或由围坝点胶机围坝形成的树脂环。

8.根据权利要求1或3所述的LED光源，其特征在于：所述密封环的形状为正方形、长方形、圆形、椭圆形、菱形和六边形中的一种。

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