CN104582471A

CN104582471A - 用于向作物提供园艺光的方法和用于园艺照明的照明设备

Info

Publication number: CN104582471A
Application number: CN201380037989.7A
Authority: CN
Inventors: M.P.C.M.克里恩; G-E.奥纳; A.J.M.范尼尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-04-29
Also published as: US10172295B2; JP2015530077A; BR112015000818A2; RU2015105378A; WO2014013400A2; US20150181811A1; MX2015000562A; WO2014013400A3; EP2874488A2

Abstract

本发明提供一种用于向作物（1）提供园艺光（511）的方法，该方法包括利用照明设备（500）的园艺光（511）侧向地照射作物（1），照明设备（500）包括栅格（530），栅格包括多个发光二极管（LED）（510）以及多个通孔（570），其中所述多个LED（510）中的一个或多个被配置成提供所述园艺光（511）。

Description

用于向作物提供园艺光的方法和用于园艺照明的照明设备

技术领域

本发明涉及一种用于向作物提供园艺光的方法，以及涉及一种用于园艺照明的照明设备。本发明还涉及它的一些具体的应用。

背景技术

园艺照明在本领域中是已知的。例如，US2010031562描述了一种在温室养殖中使用用来对温室中的作物进行照明的照明设施，其包括多个提供在将被照明的作物上方的诸如灯的光源和多个用于光源的调光设备，其特征在于调光设备具备控制构件，该控制构件用于根据预定的图案（pattern）周期性地、自动地改变与调光设备配合的光源的光强度。US2010031562旨在分别提供用于温室养殖的方法和照明设施。特别地，光源被分成多个组，照明设施被设计成使得在使用时每组的功率按照预定的图案改变，同时不同组的图案相对彼此而相移，使得联合组所消耗的电功率的变化小于各自组的功率变化的总和，更特别地使得联合组所消耗的电功率的变化小于单个的组的功率变化，还更特别地使得联合组所消耗的电功率以可能的最小程度改变，或者至少实际上没有变化。特别而言，所有图案都是相同的，而只是相对彼此相移。

发明内容

植物使用光合作用的过程以将光、CO₂和H₂O转化成碳水化合物（糖）。这些糖被用来为新陈代谢过程提供燃料。过剩的糖用于生物量形成。该生物量形成包括茎的伸长、叶面的扩大、开花、果实形成等等。负责光合作用的感光器是叶绿素。除了光合作用，光周期现象、向光性和光形态建成也是与辐射和植物之间的相互作用有关的代表性的过程：

● 光周期现象是指植物具有感受和测量辐射的周期性（例如诱发开花）的能力，

● 向光性是指植物朝向以及背向辐射的生长运动，以及

● 光形态建成是指响应于辐射的质量和数量的形状中的改变。

叶绿素a和b的两个重要的吸收峰值分别位于红色和蓝色区域中，特别是来自于625-675nm和来自于425-475nm。此外，还有近UV（300-400nm）处和远红（far red）区域（700-800nm）中的其他局域化的峰值。主要的光合作用活动似乎发生在波长范围400-700nm内。该范围内的辐射被称为光合有效辐射（PAR）。

植物中其他的光敏过程包括光敏色素。光敏色素活动操纵不同的响应，例如展叶、知邻（neighbor perception）、避荫、茎的伸长、种子萌芽以及开花诱发等。光敏色素光系统包括两种形式的光敏色素，Pr和Pfr，它们分别在660nm处的红色中和730nm处的远红色中具有它们的敏感度峰值。

在园艺中，以每单位面积上每秒的光子数量测量光合光子通量密度（PPFD）（单位是μmol/sec/m²; 一摩尔（mol）对应6·10²³个光子）。在实践中，当尤其对番茄施加例如中间照明（inter-lighting）（见下文）时，所使用的红色PPFD可典型地为200μmol/sec/m²并且蓝色：红色的比值可典型地为1:7（红色和蓝色的范围分别为625-675nm和400-475nm）。尤其地，光合光子通量密度可包含约10%的蓝和约90%的红。PPFD可以从光电二极管确定或者利用光电倍增器来直接地测量。

植物生长不仅依赖于光的量，还依赖于光谱组成、时长以及光入射到植物上的时机。依照这些方面的参数值的组合被称为用于种植植物的“光食谱”。

LED在园艺照明中可以发挥诸如以下方面的多种作用：

补充照明：为了增加（例如番茄的）产量或者在例如作物价格可能较高的秋、冬和春季时节期间扩大作物产量，使用补充自然日光的照明。

光周期照明：对于许多植物而言，每日的光的时长很重要。在24小时的周期内明暗时间段的比值影响许多植物的绽放响应。借助补充照明来操控该比值能够实现调节绽放的时间。

在植物工厂内的无日光栽培。

组织培养。

为了在秋、冬和春季期间在温室中（或全年在多层种植中）提供补充照明，一般而言使用高功率的气体放电灯，气体放电灯必须被安装在植物上方相对高的位置处以充分地确保跨植物的均一的光分布。目前，在温室中，使用从600W上至1000W（例如，高功率HID）范围的不同类型的高功率灯来为植物提供补充光。一个缺陷是从植物上方的位置，到达植物的较低部分处的光的量相当有限。同时，植物的较低部分往往是最需要补充光的。当使用安装在植物上方的固态照明时，同样的窘境持续。然而，LED照明（尤其是固态照明）具有超越基于放电的照明的一些优点。

因此，本发明的一个方面是提供用于园艺应用的替代性的照明设备和/或用于园艺应用的替代性的照明方法，其优选地、进一步地至少部分减轻上述缺陷中的一个或多个。

例如建议将灯定位在植物之间。尤其当使用LED时这是一种可能性，因为LED可以以例如这样的方式分布，即，它们在植物之间提供相当均一的照射而不会使与LED接触的植物叶子灼伤。这种补充照明的方法被称为中间照明（亦见图1）。然而，如下文所描述的，LED照明在具体的实施例中也可以被用来非均一地照射园艺或作物部分；例如为了处理（address）园艺的不同部分（例如果实），可能期望光的不同光谱分布。

为了使果实重量、外观和物理的强度（physical strength）得以发育，作物对各种过程使用光谱的各种部分。特别地，光谱的蓝色和红色区域中的光子（分别具有在440-470nm之间和660nm左右的波长）被植物吸收和有效率地使用用于光合作用，而且也用于其他的发育过程。因此，为了使每单位量的发射的光子的产率最大化，光源的光谱组成应优选地被限制于导致最佳结果的具体的光谱区域。因而，由于光谱发射范围窄，LED非常适合用于园艺应用且非常有效率。

聚焦各种植物的具体的需求，变得显而易见的是各种植物可以获益于唯一的光谱光组成。举例而言，在某些生长阶段的某些植物可能要求约5%的蓝光和约95%的红光的量，而其他植物和/或植物的其他生长阶段则可能需要约10%的蓝光和约90%的红光用于最佳的生长和发育（亦见上文）。此外，当光谱延展到远红时，即超过675nm，例如在675-800nm的范围内，比如约750nm，某些植物可能更有效率地发育。因此，每种类型的作物要求具体的光谱以及因而具体的LED选择/组合，导致了海量的不同的LED类型和数量。因此，对于园艺的照明，其意味着人需要广泛的产品范围用以涵盖作物的具体需求而同时在能量使用方面是有效率的，具有低的产品成本，或是人需要灵活的并且在LED模块生产成本和植物种植者的购置成本方面还实惠的产品。

这里，建议提供（补充）照明发光体（luminaire）（本文中进一步被指示为“照明设备”），其可以位于植物（“作物”或“园艺作物”）之间，并且在实施例中可以基于具有连接线的开放式（open）LED栅格（grid）或网，其中LED栅格或网定义出栅格平面，并且其中LED尤其被配置成提供具有垂直于栅格平面的光轴的光束中的园艺光（亦进一步见下文）。在实施例中，LED的取向可以在从栅格的正面（F）或第一侧发送光和从栅格的背面（B）或第二侧发送光之间交替。因此，总数量的LED中的子组（或LED布置）可以相对于彼此反并联地配置（亦进一步见下文）。注意，取决于配置，正面和背面可以互换。

进一步地，在实施例中，LED可以成组使得驱动电压可以保持恒定，而不论LED栅格的大小。尤其地，在实施例中，栅格中的LED可以发射不同颜色的光。发射某种颜色的所有LED可以被布置在子栅格（子组）中，并且子栅格可以交织以使照射均匀度最大化。在实施例中，采用例如夹在两个塑料薄板之间、在合适的位置处具有对应于栅格中的开口的孔的透明塑料或箔片（foil）覆盖LED和电流线。

居于可以将发光体配置成位于（将来）作物之间这一事实之后，照明设备还可以被应用作为用于多层种植的顶部发光体。这个概念可因而在中间照明中应用并且还可应用于其他类型的照明，例如顶部照明，包括多层照明（见下文）。因此，本发明不限于中间照明应用。

在第一方面，本发明提供用于向作物提供（补充）园艺光的方法，该方法包括利用照明设备的园艺光照射作物，照明设备包括栅格，所述栅格包括多个发光二极管（LED）和通孔；LED被配置成（在使用期间）提供所述（补充）园艺光。在实施例中，该方法提供对作物的侧向照射。

尤其地，栅格包括栅格平面，并且LED被配置成（在使用期间）提供具有光轴的光束中的所述园艺光，并且LED被配置成（在使用期间）提供具有被配置为垂直于所述栅格平面的所述光轴的所述光束中的所述园艺光。

在又一方面，本发明提供可以在这种方法中被使用的照明设备（“设备”），其包括栅格，所述栅格包括多个发光二极管（LED）并且包括通孔，其中LED尤其被配置成（在使用期间）提供具有光轴的光束中的所述（补充的）园艺光，并且其中LED被配置成（在使用期间）提供具有被配置为垂直于所述栅格平面的光轴的所述光束中的所述园艺光。在实施例中，所述照明设备被布置成侧向地照射作物。

该（可选地颜色可调整的）设备和该（可选地颜色可调整的）照射方法的优点在于以相对容易的方式，可以利用最适合作物的种类、其阶段和/或相应的作物部分的光需求的光来照射不同种类的园艺作物、而且处在不同阶段的园艺作物、以及甚至作物的不同部分。进一步地，由于通孔的存在，气体运输和/或授粉可以不受妨碍。通孔的存在可以有益于控制和维持诸如温室的园艺环境中的气候（二氧化碳控制、湿度控制等），因为园艺照明设备对这些控制过程阻碍较小。通孔的存在还改进了园艺作物处的外界和/或室外光可利用性。

尤其地，设备可允许以及方法可包括根据以下的一个或多个改变园艺光的光谱强度分布：(a)作物的被处理的部分，(b)一天中的时间，(c)除园艺光之外的其他光的光强度和光分布，(d)作物的种类，(e)作物的生长阶段，(f)（作物的）果实的阶段，(g)收获的时间，(h)自收获起的时间，和(i)园艺布置（包括多个作物）中的位置。因此，在实施例中，实际上提供了适合于（补充的）园艺照明、并且可在合适的时间处理合适的作物部分处的合适的感光器的颜色可调整的设备和方法。

照明设备尤其被配置成生成园艺光。术语“园艺光”可以尤其涉及具有光谱分布的光，所述光谱分布至少具有选自400-475nm的范围的第一波长处的和选自625-800nm的范围，尤其至少625-675nm的第二波长处的光强度。这并不暗示当照明设备被接通时来自该照明设备的光将总是包括两个区域内的强度。照明设备可暂时性地提供具有仅其中一个光谱范围内的强度的光，比如蓝光或（远）红光。进一步地，由于设备包括多个LED这一事实，因此十分可行的是一个或多个LED主要给出蓝光，而一个或多个其他LED可主要给出（远）红光（亦见下文）。术语“园艺光”还可以附加地或替代性地包括具有光谱分布的光，所述光谱分布至少具有选自PAR范围的第一波长处的光强度（以及还可选地超出PAR，即超过700nm，亦进一步见下文）。“选自范围的波长”的说法还可以包括带发射器（band emitter）的使用，甚至是尽管至少在所述范围内的波长处发射但还在所述范围之外发射的带发射器。此说法可以尤其地但排他地包括具有该范围中的主发射波长的发射器。

可以应用自身生成这里所指示的波长的LED和/或可以应用与诸如有机或无机染料的转换材料相组合、提供具有所指示的（多个）波长的光的LED。例如，（多个）LED可以被配置成作为蓝色发射器生成具有选自400-475nm的范围的发射波长的光，并且这样的（多个）LED还可以被应用来基于由有机或无机染料将LED光的部分或全部转换成另一或交叠（overlaping）的波长或波长范围（比如这里所指示的625-800nm的范围内）而生成LED光。术语“染料”还可以涉及多种染料。

术语“园艺”涉及用于人类使用的（集约的）植物栽培并且在其行为方面十分多样化，其中包括食用类植物（水果、蔬菜、菌类、药膳）和非食用类作物（花、树木和灌木、草坪草、蛇麻草、葡萄藤、医用药草）。术语“作物”在本文中用来指示被种植或已经被种植的园艺植物。用于食物、衣装等的大规模种植的同种植物可被称为作物。作物是长成后将作为例如食物、牲畜饲料、燃料而被收获的或用于任何其他的经济用途的非动物类物种或品种。术语“作物”还可涉及多个作物。园艺作物可尤其指食物类作物（番茄、胡椒、黄瓜和生菜）以及指（潜在地）孕育这些作物的植物，例如番茄植物、胡椒植物、黄瓜植物等。园艺在本文中可大体上涉及例如作物和非作物植物。作物植物的示例有水稻、小麦、大麦、燕麦、鹰嘴豆、豌豆、豇豆、扁豆、绿豆、黑豆、黄豆、菜豆、蛾豆、亚麻籽、芝麻、黧豆（khesari）、大麻、辣椒、茄子、番茄、黄瓜、秋葵、花生、马铃薯、玉米、珍珠粟、黑麦、苜蓿、萝卜、卷心菜、生菜、胡椒、向日葵、甜菜、蓖麻、红三叶草、白三叶草、红花、菠菜、洋葱、大蒜、大头菜、西葫芦、香瓜、西瓜、黄瓜、南瓜、洋麻、油棕、胡萝卜、椰子、木瓜、甘蔗、咖啡、可可、茶叶、苹果、梨、桃、樱桃、葡萄、杏、草莓、菠萝、香蕉、腰果、朝天椒、木薯、芋头、橡胶、高粱、棉花、黑小麦、木豆和烟草。尤其受关注的有番茄、黄瓜、胡椒、生菜、西瓜、木瓜、苹果、梨、桃、樱桃、葡萄和草莓。

园艺作物可以尤其在温室中种植。因此，本发明尤其涉及设备和/或方法在温室中的应用。设备可布置在植物之间，或将成为的植物之间，这被称作“中间照明”。比如番茄植物的在挂线上（on wires）上的园艺种植可以是可利用本设备和方法来处理的针对中间照明的应用的具体的领域。设备还可布置在植物或将成为的植物的上方。尤其当园艺作物是在彼此重合（on top of each other）的层中种植的时候，人工照明是必要的。分层种植园艺作物被指示为“多层种植”并且可在植物工厂中进行。所述设备和/或方法同样可被应用在多层种植中。

因此，在另一方面，本发明还提供一种园艺应用，其也可被称作园艺站点（site），尤其选自包括温室和植物工厂的组，其中该园艺应用进一步包括诸如本文中所描述的照明设备。在实施例中，这样的园艺应用包括多个所述照明设备，其中所述照明设备可选地被配置成在所述园艺应用内侧向地照射作物。在另一个实施例中，该园艺应用包括用于多层作物种植的多个层，该园艺应用进一步包括多个所述照明设备，其被配置用于为所述多个层中的作物进行照明。在其中使用中间照明的实施例中，LED栅格将被大体上竖直地布置，而在具备多层作物种植的实施例中，LED栅格将被大体上水平地布置，尽管（较小大小的）中间照明还可能被应用于多层种植中。

尤其在其中园艺作物被种植成行（这可以被指示为园艺布置）的温室中，本发明的方法可以被应用来实现对作物的侧向照射，这也可以被称作侧面照明。“对作物的侧向照射”的说法尤其指示照明设备的这样的配置，即使得在作物生长过程的至少部分期间，作物从侧面被照射。这并不排除（附加的）顶部照明，而是至少本发明的方法的照明设备以这样的方式配置，即在作物生长过程的至少部分期间作物是从作物的侧面被照明。假设是成行的作物种植，则照明设备的至少部分（尤其是其光发射表面的至少部分）可以被布置在作物的行之间。因此，在根据本发明的实施例的方法中使用的照明设备的园艺光的至少部分可以具有水平的传播组分并且照射一个或多个作物。利用当前温室中的已知的顶部照明布置，这是不可能的。侧面照明的优点在于作物可以被更佳地（更完整地）照射，能量使用是更有效率的并且因而总体能耗可以被降低，而且，尤其利用本发明的设备，选择性地驱动设备的一部分来照射作物的全体或部分(例如，取决于作物的高度和/或将被照射的作物的部分)和/或选择具体的颜色来满足具体的龄期中的作物的需求可以是可能的。

术语“栅格”尤其涉及网络（network）。在LED栅格中，LED被布置于该网络内或网络上，或者LED总数中的部分被布置于网络中或网络上。因此，术语“栅格”也可以涉及电路或LED电路。栅格尤其包括LED的2D布置、阵列或矩阵。因此，所述栅格还可以被指示为2D栅格或矩阵。在具体的实施例中，栅格包括或是线网。“栅格”在本文中也被指示为“LED栅格”。

术语“栅格”还可以指示具有比宽度充分地更大（比如大10倍以上）的长度和高度的系统。如下文所指示的，栅格可以具有0.5m²或大更多的面积（即，被栅格覆盖的面积或栅格表面面积），而其厚度可以仅为几毫米（mm），或上至几厘米（cm）。栅格可以是柔性的（亦见下文）。栅格具有第一侧（正面）和第二侧（背面），它们彼此相对地布置，并且（在照明设备使用期间）园艺光可以从一侧或两侧发出。正面和背面侧的表面面积与栅格的覆盖面积（在栅格的平面中）大体上相同。栅格还定义出（虚拟的）栅格平面，其因而将大体上与第一侧和第二侧平行,第一侧和第二侧在本文中也被指示为正面（侧）和背面（侧）。栅格因此也可以被称作“平面栅格”，但不限于是平坦的或刚性的。通孔是从所述第一侧到所述第二侧。

尤其地，LED可以被配置成提供具有光轴的光束中的所述园艺光，，其中优选地所述光轴被配置为垂直于所述栅格平面。这可能尤其适用于设备的LED总数的至少75%，比如多个LED的至少90%。

因此，LED可以被配置成（在使用期间）提供具有垂直于所述栅格平面的光轴的光束中的所述园艺光。因此，竖直地布置的栅格可以提供水平地传播的光束。术语“垂直”还可以涉及“基本上垂直”。垂直因此可以涉及例如90°±10%，例如尤其90°±5%，例如90°±1%。同样地，术语“水平”可以指“基本上水平”，具有从地表面的微小偏离，比如10°以内，尤其5°以内，例如1°以内。

如上文所指示的，在实施例中，LED总数中的部分可以提供从栅格的背面发出的光以及LED总数中的部分可以提供从栅格的正面发出的光。因此，尤其地，多个发光二极管可以包括两个或更多的LED子组，其中一个或多个所述子组的（多个）LED被配置成提供与一个或多个其他子组的（多个）LED的方向相反的光束。这两个或更多的子组是可独立地控制的。

因此，设备还可以包括用以从设备的第一侧提供光的多个子组，所述子组被配置成提供具有不同的光谱光分布的光，以及用以从设备的第二侧提供光的多个子组，所述子组被配置成提供具有不同的光谱光分布的光，其中所有这些（背面和正面）子组是可独立地控制的。另一参数可以是（多个）LED或（多个）LED的（多个）子组的位置，通过该参数可以控制光谱光的空间分布；进一步见下文。

照明设备（尤其地栅格）可跨越（span）例如0.5-400m²的面积，比如2-400m²。每m²的LED数量（LED密度）例如可大约为1-400，比如4-100，尽管可能存在具有更多或甚至具有更少LED（每平方米）的栅格。注意，栅格上的LED分布可以是规则的或者可以在栅格的不同区域内变化。一般而言，LED将以规则的图案被布置，尽管可能不排除其他的图案。设备可以包括例如至少16个LED。在实施例中，设备包括n x m个LED，其中n至少是4，以及m至少是4，例如至少10。

LED尤其是固态LED，但可选地也可以是有机LED。还可以应用固态和有机LED的组合。术语“LED”也可涉及多个LED管芯。因此，在实施例中，在单个的LED的位置处，可布置多个LED管芯，例如两个或更多的LED管芯的LED封装。术语“LED”也可以涉及LED封装。

基于LED的固态照明的出现为在园艺中的应用提供了机会。使用LED的主要优点源自控制光的光谱组成以紧密地匹配植物的感光器的敏感度的可能性。与比如改进的热量控制和分布LED的自由的附加的益处一起，这提供了更优化的生产并且使得能够影响植物的形态和组成。它还为减小能量消耗（和相关联的成本）带来了希望。

固态LED容易被集成在数字控制系统中，便利于例如“日累积光（daily light integral）”照明和日出及日落模拟等照明程序。LED比当前的灯操作起来更安全，因为它们不带有玻璃罩且不含汞。

LED能够让人将光更靠近目标分布，这可以导致穿过屋顶并且进入温室的地面的更少的损失。此外，可以实现作物中更佳的光分布。对于比如番茄的高挂线（high-wire）作物，无疑是这种情形。

如上文所指示的，一个或多个LED可以包括（多种）转换材料，比如无机染料和有机染料中的一个或多个，其用于至少部分地将LED光转换成具有另一波长的光。

照明设备可以是柔性照明设备。例如，它可以是柔性（2D）线栅（wire grid）或柔性网。照明设备可以从屋顶或天花板悬挂下来，或者可以被提供于框架中（例如在也可以被用作电导体或包括电导体的轨之间），等等。

在实施例中，多个发光二极管包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管子组，其中可选地所述子组中的两个或更多个被布置在不同的高度处，并且其中所述方法进一步包括由所述子组中的一个或多个根据作物的高度或将被照射的作物的（高度）面积来提供园艺光。这两个或更多的子组是例如通过控制单元可独立地控制的。这样，两个或更多的子组的接通-关断状态以及可选地强度和/或可选地颜色可独个地被控制。LED可被布置在（导电）线栅中和/或（导电）线栅上。

在实施例中，第一子组包括多个发光二极管。在另一个实施例中，第二子组包括多个发光二极管。在又一个实施例中，第一子组包括多个发光二极管以及第二子组包括多个发光二极管。

在一些实施例中，本发明还涉及其中多个发光二极管包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管子组的方法和/或设备，其中所述子组中的至少两个被配置成生成具有不同的光谱分布的光。尤其地，所述方法可以进一步包括根据以下的一个或多个改变园艺光的光谱分布：(a)作物的被处理的部分，(b)一天中的时间，(c)除园艺光之外的其他光的光强度和光分布，(d)作物的种类，(e)作物的生长阶段，(f)（作物的）果实的阶段，(g)收获的时间，(h)自收获起的时间，和(i) 包括多个作物的园艺布置中的位置。如上文所指示的，该方法和照明设备可以被用于补充园艺照明。

如在实施例中的，多个LED的不同的子组可以提供不同类型的光以使得光谱分布可以被调整至园艺过程的需要。在实施例中，光谱分布可以随时间被改变，而在另一个实施例中，光谱分布可以例如在设备的高度方向上被空间地改变。这样，例如，果实部分可以接收不同于叶子部分的另一类型的光。在实施例中，所述子组的一个或多个被配置成提供具有选自400-475nm的范围的第一波长的光，以及所述子组中的一个或多个被配置成提供具有选自600-800nm的范围的第二波长的光。在具体的实施例中，第一子组被配置成生成具有第一光谱分布的第一光，所述第一光谱分布至少具有所述第一波长处的光强度。第二子组可以在实施例中被配置成生成具有第二光谱分布的第二光，所述第二光谱分布至少具有选自625-675nm的范围的红波长处的和/或大于红波长、选自675-760nm的范围的远红波长处的光强度。尤其地，两个波长范围都可被表现出并且可以是园艺光（尤其是第二光）的部分。

尤其地，多个发光二极管的第一子组被配置成（在使用期间）发射具有基本上在400-475nm的范围内的光谱光分布的光，以及多个发光二极管的第二子组被配置成（在使用期间）发射具有基本上在625-800nm的范围内的光谱光分布的光。

如上文所指示的，照明设备可以包括两个或更多的LED子组。第一子组和第二子组可具有被布置成伸长的形状的LED，子组被平行地布置。例如，两个或更多的LED子组可以被提供为伸长的子组，比如以LED的行的形式。这样，可以提供其中条带（strip）可提供具有不同的光谱分布的光的照明设备。这两个或更多的子组是可独立地控制的。

照明设备可以包括多个第一子组和单个的第二子组。在又一个实施例中，照明设备包括单个的第一子组和多个第二子组。在又一个实施例中，照明设备包括多个第一子组和多个第二子组。

这些多个第一子组和第二子组可以作为平行的LED的行被布置，而且也可以布置成棋盘（棋盘格）的方式。因此，在实施例中，第一子组和第二子组被配置成第一子组与第二子组交替的栅格（比如伸长的平行的布置或棋盘布置）。尤其后者的优点在于可用“高”空间分辨率照射园艺作物或者园艺布置（见下文）的专门部分。利用大致相同的分辨率，园艺光的颜色可以被选择并且在恰当的位置处被提供。因此，照明设备在实施例中可包括“颜色像素”，它们可以被接通或关断，以此可以例如根据以下的一个或多个改变园艺光的光谱强度分布：(a)作物的被处理的部分，(b)一天中的时间，(c)除园艺光之外的其他光的光强度和光分布，(d)作物的种类，(e)作物的生长阶段，(f)（作物的）果实的阶段，(g)收获的时间，(h)自收获起的时间，和(i)园艺布置中的位置。代替棋盘配置，也可以应用六边形布置。原则上，子组中LED的或设备中多个子组的非对称的布置也可以是可能的。

可以以节距（pitch），即，两个最接近的同一类型的相邻LED之间的相互距离（尤其假设是规则的布置）来布置栅格中的提供相同类型的光的LED。在具体的实施例中，多个LED以节距被布置，其中LED进一步地以距作物的平均距离被布置，其中该距离对节距的比值至少是0.2，尤其至少0.25，例如至少0.3。通过调整LED的节距和/或从LED到作物的距离，可提供最佳且均一的照明。似乎在该比值之下，照明可能不及期望的均质，并且在该比值之上，照明则足够地均质。照明设备和/或作物可以以这样的方式布置，即，距离对节距的比值要求在作物生命期的大部分期间被达到。在具体的实施例中，多个光生成部件具有在5-30cm的范围内的节距，甚至更尤其是5-25cm，例如20cm。这样，由（多个）作物接收到的光可以基本上均质地分布。在实施例中，当存在多种节距时（例如在两个正交的方向上），尤其节距中一种达到这里所指示的标准，甚至更尤其地两种节距都达到这里所指示的标准。本领域技术人员将能够理解的是，居于距离对节距的比值之后，还需要考虑LED和/或栅格结构的光学光分布属性以确定照明设备相对于植物的适当的位置，以便在作物处获得均质的光分布，诸如例如LED的光发射角度或栅格的光漫射/散射属性。

如上文所指示的，照明设备可以包括通孔。假设是具有种植作物的行的园艺布置，在行之间布置有照明设备，则空气可以在作物周围以及行之间流动，而无大的阻碍，或者至少不会在照明设备的整个面积上被整体地阻挡。通孔允许空气流动，而且还可以减少阴影面积。在具体的实施例中，栅格具有覆盖或表面面积，其中通孔具有横截面积，其中通孔的横截面积的总面积在栅格覆盖面积的50-95%的范围内，这可以尤其提供上文所提到的有益的效果。

在具体的实施例中，照明设备包括LED栅格，所述LED栅格包括：

- 被布置成矩阵的LED，在矩阵内每个LED由连接线连接，并且矩阵被连接到电压轨，其中电压轨被连接到跨矩阵的面积分布的至少三条电力轨布线（line），其中所述LED被形成为：

- 第一LED子组，其被布置在第一电力轨布线和相邻的第二电力轨布线之间；

- 第二LED子组，其被布置在第二电力轨布线和与第一电力轨布线的电压相同的第三电力轨布线之间。

可选地，第三电力轨布线可以是与第二电力轨布线相邻的并且相比于第一电力轨布线是在第二电力轨布线的相对侧上。

在此设计中，LED可以因而被布置成连续的电力轨布线对之间的区段，而不是所有的都在单个的电压轨对之间。这样，驱动电压可以保持为低并且被调整至最佳值（例如从能耗、成本和安全的角度最佳）。

子组中的LED可以使它们的阳极被连接到较高电压的电力轨布线以及它们的阴极被连接到较低电压的电力轨布线，以使不同的区段被布置有相反的极性。通过以具有不同的极性方向的区段放置LED，不仅可能在低的（即，安全的）电压下驱动LED，而且还可能的是用于电源的模块化方式。LED矩阵以及子组的布置可以具有任意的尺寸。如果是被期望的情况，那么它还允许矩阵的多个LED子组被独个地处理。LED子组可以被布置在行或列的方向上，以使逐行的或逐列的处理成为可能。

可以有数量N的电力轨布线和数量N-1的LED子组，每个LED子组在相邻的电力轨布线对之间，其中相邻的电力轨布线对包括一条高电力轨布线和一条低电力轨布线。这样，设计是在二维可缩放的。电力轨布线可以在第一方向上交替（例如，在行的方向上），并且设计可以基于电力轨布线的数量被缩放，并且不改变电力轨布线电压。

通过改变在每个布置中有多少LED，设计还可以在垂直的方向上被缩放。

例如，第一LED子组可以包括第一电力轨布线和第二电力轨布线之间的LED堆，第一LED堆包括一个或多个并联的LED，以及第二LED子组可以包括第二电力轨布线和第三电力轨布线之间的第二LED堆，第二LED堆包括一个或多个并联的LED。

每个堆中的并联的LED的数量可以被用来确定针对固定数量的电力轨布线的缩放。

第一LED子组可以包括第一电力轨布线和第二电力轨布线之间的串联的多个第一LED堆，每个堆再次包括一个或多个并联的LED，以及第二LED子组可以包括第二电力轨布线和第三电力轨布线之间的串联的多个第二LED堆，每个堆包括一个或多个并联的LED。

电力轨布线对之间的串联的堆的数量确定所要求的电压。因而可以找到所要求的电压范围和电力轨布线的数量之间的折衷。

电力轨布线中的每条可以被连接到高压轨和低压轨的中的一个。此外，所有的高压电力轨布线可以被连接在一起以及所有的低压电力轨布线可以被连接在一起。这意味着仅需要一个外部的高压布线连接和仅需要一个外部的低压布线连接。

可以在每个相邻的电力轨布线对之间提供开关布置。这使得能够实施短接功能，以使被耦合在特定的电力轨布线对之间的LED可以被调光或关断。这可以被用来控制总的输出视亮度，或者甚至是输出颜色（如果不同的LED具有不同的颜色输出）。例如，第一LED子组的LED可以具有不同于第二LED子组的LED的输出颜色。

照明设备可以进一步包括具有被连接到LED矩阵的第一和第二电压布线的电源，第一和第二电压布线中的一个被连接到电力轨布线中的每条。因而，实质上电力轨布线为跨矩阵的两条电压布线配电，以使矩阵能够在不改变电压布线电压的情况下被缩放。

单独的电源可以被连接到较高电压的电力轨布线中的每条，和/或单独的电源可以被连接到较低电压的电力轨布线中的每条。当栅格被缩放时，电源可以按要求被添加/移除而不重新设计保留的电源。单独的电源中的每个可以具有可独个地控制的输出电流，而且这可以被用来实施局部的调光或局部地关断LED。

在另一方面，本发明提供驱动LED栅格的方法，其包括：

- 将LED阵列连接成矩阵，在矩阵内每个LED由连接线连接，并且矩阵被连接到电压轨，电压轨被连接到跨矩阵的面积分布的至少三条电力轨布线，其中所述方法包括：

- 控制至少三条电力轨布线，从而驱动第一电力轨布线和相邻的第二电力轨布线之间的第一LED子组以及驱动第二电力轨布线和与第一电力轨布线的电压相同的第三电力轨布线之间的第二LED子组，第三电力轨布线在实施例中与第二电力轨布线是相邻的并且相比于第一电力轨布线是在第二电力轨布线的相对侧上。

多个LED可以被嵌在透明箔片中。尤其地，透明箔片包括从箔片的第一侧到第二侧的通孔。这些通孔可以基本上与上文提到的栅格的通孔一致，或可以甚至就是这些通孔。尤其地，箔片具有箔片面积，并且其中通孔具有横截面积，其中通孔的横截面积的总面积在箔片面积的50-95%的范围内。再次地，这可以有益于气候控制，因为例如空气流动可以比利用封闭的照明设备基本上更少地受阻。

本发明提供用来刺激植物生长和发育的新的方式的人工照明，被公认为园艺照明的技术。特别地，存在其中使用人工照明的两个主要的园艺环境。第一，除了日光之外，其中使用顶部照明和蓬内部照明来增加作物产量的温室。第二，其中作物主要在无日光条件下生长，并且因而严重地依靠人工照明的多层系统。在本发明公开中，我们考虑用于温室中的比如番茄、黄瓜和甜椒（红椒）的高挂线作物以及用于植物工厂中的多层作物种植的优化的基于LED的补充照明发光体。

本文中的术语“基本上”（例如在“基本上所有的发射”中或在“基本上由……构成”中）将被本领域技术人员理解。术语“基本上”还可包括采用“整个地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因此，在这些实施例中，形容词“基本上”也可被移除。在适用的情况下，术语“基本上”还可涉及90%或更高，例如95%或更高，尤其99%或更高，甚至更尤其99.5%或更高，包括100%。术语“包括”还包括其中该术语“包括”意指“由……构成”的实施例。

此外，本说明书中和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等被用于区分相似的元件，并且不一定用于描述有顺序的或者按照时间排序的次序。将能够被理解的是，这样使用的术语在合适的条件下是可以互换的，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或图示的顺序的顺序操作。

本文中的设备是在操作期间被描述的设备其中之一。如对本领域技术人员将是清楚的，本发明不限于用于操作的方法或操作中的设备。

应当注意的是，上文提到的实施例图示本发明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计出许多替代性的实施例。在权利要求中，任何放置在括号之间的附图标记都不应被解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其连词的使用不排除除权利要求所陈述的那些之外的元件或步骤的存在。位于元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可借助于包括若干分立元件的硬件以及借助于可适当地编程的计算机来实施。在列举了若干构件的设备权利要求中，这些构件中的若干个可通过一个并且同一硬件项目被体现。某些措施被记载于相互不同的从属权利要求中的单纯事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

本发明进一步适用于包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征的一个或多个的设备。本发明进一步涉及包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征的一个或多个的方法或者过程。

本专利中讨论的各个方面可以组合起来以便提供附加的优点。而且，特征中的一些可以构成一个或多个分案申请的基础。

附图说明

现将参考示意性附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：

图1-2示意性地绘出一些应用；

图3示出根据本发明的LED栅格的第一示例，同时图4示出针对图3的LED布置的等效电路；

图5示出根据本发明的LED栅格的第二示例，同时图6示出针对图5的LED布置的等效电路；

图7a-7i示意性地绘出一些示例；

图8a-8c示意性地绘出本发明的一些方面；以及

图9a-9d示意性地绘出一些另外的示例。

这些附图不一定按比例绘制。

图10示出针对若干个LED电功率（P），根据LED节距的由LED栅格发射的光子通量（F）。这里，假设LED被布置成方形栅格并且仅朝一侧发射。LED的效率被认定为2μmol/sec/W_elec的PAR辐射（对蓝、红和远红LED而言，虽然有些高却合理的值）。

图11绘出绿色植物中的一些常见感光器的相对吸收光谱。

具体实施方式

图1示意性地绘出用于例如番茄生长的园艺应用。用附图标记1指示园艺作物。附图标记2指示可能的（多个）果实（在这种情况下是番茄）。仅用番茄作物作为示例来说明一些方面。

作物或番茄植物被布置成行。行之间、并且因此植物之间的中间距离（interdistance）用附图标记L1指示并且可以例如在1-2m的范围内，比如1.5m。用附图标记H指示的距地平面的总高度可例如在2-4m的范围内，比如约3m。该总高度对园艺照明尤其相关的部分可覆盖高度H1并且是在0.5-1m的范围内，并且在地面上方大约为高度H2，该高度H2可在0.5-1.5m的范围内，尤其约1m。用附图标记500指示的照明设备可尤其对在所述高度H1上的园艺作物进行处理；然而，在左侧，只是通过示例的方式示出相对较高的照明设备500。附图标记d指示照明设备500（的（多个）光发射表面）和作物1之间的距离。附图标记511指示可以由照明设备500生成的园艺光。如上文所指示的，在照明设备500的高度和/或长度上，园艺光511在强度和光谱分布方面可以有所不同。

附图标记1000指示园艺应用，在此以温室为例。多行作物1可以被指示为园艺布置。

设备500可以包括多个发光二极管。在实施例中，该多个发光二极管可以包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管子组（见下文）。所述子组的两个或更多个可被布置在不同的高度处。这样，园艺光511可以由所述子组的一个或多个作为例如作物1的高度的函数被提供给（多个）作物1。

照明设备包括LED的栅格或2D布置，这将在下文中作进一步阐明。栅格用附图标记530指示。栅格具有栅格平面580，在该附图中栅格平面580垂直于附图的平面。如图9A-9D中图示的，栅格530 的第一侧531和第二侧532平行于栅格平面580。注意，第一侧和/或第二侧不一定是平坦的，因为栅格可以例如包括具有被布置于其上的LED的线网（wire mesh）。

如可以从图9A-9D看出的，园艺光511从栅格530的第一和/或第二侧发出。设备的LED（其在另外的附图中被更详细地绘出）发射用附图标记511a指示的光束。这些光束具有光轴581。如在附图中可以看出的，光轴垂直于栅格平面。

接下来将参考图2讨论另一个实施例。在该实施例中，如本文所描述的照明设备500用于多层种植。用附图标记1010指示多个层。在这种情况下，有益的是所有的LED在朝向植物的相同方向上发射。在这种情况下，将LED栅格夹在两个箔片之间可能是有利的。这能够实现在机械方面更鲁棒并且更好地被遮蔽于植物工厂中存在的潮湿环境的LED栅格。优选地，通过并入含有基于诸如TiO₂的微粒的白色涂料的层使得LED的背面处的箔片能够漫反射。优点在于被植物反射回到光源的光得以回收。箔片用附图标记360指示。在实施例中，箔片360可以包括通孔（亦见下文）。

本发明还提供其中LED被布置成矩阵的LED布置。矩阵被连接到至少三条电力轨布线。所述LED被形成作为被布置在第一电力轨布线和第二电力轨布线之间的第一LED子组以及被布置在第二电力轨布线和与第一电力轨布线的电压相同的第三电力轨布线之间的第二LED子组。这意味着存在用LED的矩阵点缀的交替的电力轨线。这能够使得驱动电压保持低并且它改进了设计的可缩放性（scalability）。根据本发明的第一示例在图3中被示出。

LED布置再次包括布置成矩阵的LED 510（或LED封装）的栅格530，其中每个LED（或LED封装）由连接线连接在矩阵内，并且矩阵被连接到电压轨10、12。

电压轨连接至用于LED 510的电力轨布线以供应电力。术语“电力”轨布线仅仅用来区分（唯一的）两个“电压”轨10、12，所有的电力轨布线连接这两个电压轨。“电力轨布线”仅仅是施加有电压并且被用来将电力（即，电流）输送至所连接的LED的布线。

这些电力轨布线跨矩阵分布，以使存在连接至两个电压轨10、12的至少三条电力轨布线。存在用LED的矩阵点缀的交替的电力轨布线。在所示出的示例中，存在三条（较高电压）电力轨布线30被连接到高压轨10以及三条（较低电压）电力轨布线32被连接到低压轨12。LED被形成为被布置在相邻的电力轨布线之间的单独的LED子组，其中所述相邻的电力轨布线为一条较高电压的电力轨布线和一条较低电压的电力轨布线。

本发明可以用三条电力轨布线来实施，例如图3中靠左侧的前两条高电力轨布线30和第一低电力轨布线32。在这种情况下，仅存在第一电力轨布线30和第二电力轨布线32之间的第一LED子组510a以及第二电力轨布线32和与第一电力轨布线的电压相同的第三电力轨布线30之间的第二LED子组510b。

每个LED子组根本上可以是单个的LED。它反而可以是可包括多个LED的LED封装。它还可以是LED的串联连接、LED的并联堆、或并联堆的串联连接（如在图3中的）。

图3示出其中每个LED子组具有由2个并联的LED构成的3个堆的串联连接的示例。因而，每个LED子组中的LED被置于3*2的矩阵中：“并联”方向上2和“串联”方向上3。

使用该方式，对于3V的LED电压降，驱动电压10被固定为3*3V=9V。

该布置使得LED矩阵在两个正交的方向上尺寸能够被缩放。在图3所示的示例中，电力轨布线在列的方向上铺设（run）并且它们的极性在行的方向上交替。

在这种情况下，LED矩阵在行的方向上可以通过增加或减少电力轨布线的数量被缩放。LED矩阵在列的方向上可以通过增加或减少LED子组510a、510b的每个堆中的并联的LED的数量被缩放。

该缩放使得LED矩阵能够被制成如所期望的一样大，同时仍然保持相同的驱动电压。

当然，LED矩阵越大，驱动电流越大。然而，这可以仅仅通过起始于具有固定的驱动电压范围和固定的驱动电流范围的驱动源（driver supply）、并且使用与为整个阵列供电所需的一样多的这些源（supplies）来实现。因而，驱动源的数量可以仅仅与电力轨布线30、32的数量相互关联。

这提供了模块化方式，该方式避免了缝合（stitch）单独的矩阵的必要。这便于阵列的制造，例如允许持续的卷对卷的制造过程，代替更昂贵的分批过程。

图5中示出具有图6中的等效电路的第二示例。

LED矩阵的布局在概念上是相同的。然而，电力轨布线30、32在行的方向上铺设，而且每个LED子组510a、510b包括由三个并联的LED构成的堆。

再次地，LED矩阵在两个方向上是可缩放的。行方向的缩放牵涉改变每个并联堆中的LED数量，而列方向的缩放牵涉改变电力轨布线的数量。

图5和6被用来示出通过在行的方向上铺设电力轨布线，允许这些行的逐行的切换或调光是可能的。当然，利用90度的旋转，逐列的控制是可能的。

在图5和6示出的布局中，每一行LED可以被独个地处理。通过使用每个相邻的电力轨布线对之间的诸如晶体管的开关50能够实现这一点。这可以被用来全部地或部分地使负责特定行的电源短路。然后恒流源将驱动电流通过短接晶体管。替代性地，开关可与每个电源串联地被放置。对于这个选择方案，参考图5，有若干个子选择方案：

（i）用于高电力轨（用“+”标记）的每条电力轨布线30可以在“0”和“+”状态（以及之间的用于调光的状态）之间切换。这意味着一次可以将两行切换至被调光的或关断的状态。

（ii）所有的电力轨布线30和32可以在“0”和“+”状态（以及之间的用于调光的状态）之间切换。这意味着除了上面的（i）中的两行式控制之外，独个的行可以被接通或被调光。

使每行（或行的组）发射具有不同颜色的光也是可能的。

图5示出一种光颜色的LED的奇数行（图中以阴影示出）以及另一种光颜色的偶数行（图中以无阴影示出）。

例如，偶数行可以发射第一园艺相关颜色（例如，蓝色）以及奇数行发射第二园艺相关颜色（例如，红色）。使用逐行的处理，整个LED矩阵可以被控制来接连发射（emit on）具有任意园艺光谱分布的光（例如，蓝色和红色的组合）。沿着行或列的方向还可以创建动态的图案（取决于电力轨布线的配置）。

本发明还可以被应用于针对诸如例如全高度的高挂线（high-wire）园艺生长的众多应用的大面积的LED矩阵中。

LED可以是已知的设计的，并且出于这个原因它们未被详细地描述。它们包括分立式封装的组件，可以设置到该组件的线连接。线和LED的矩阵可以被包封在透明的薄膜中。

线和LED的矩阵也可以被层叠（laminated）至诸如帆布或毯的柔性衬底。线可以是织于纺织物中的导线。

在所示出的示例中，两条电压轨被示出为“+”和“-”或“+”和“0”。所需的仅是电压差以便适当地给LED施加偏压。因而，实际电压并不相关—它们可以都是正的或都是负的。

如上文所提到的，电力轨布线跨矩阵的面积分布。

在图3的示例中，在行的方向上电力轨布线在两种电压之间交替，而电力轨布线实质上在列的方向上铺设。因而，从左至右（即，在行的方向上）存在均匀间隔的、极性交替的电力轨布线。为了避免交叉，一种极性的电力轨布线向上延伸以连接至其中一条电压轨布线，以及另一种极性的电力轨布线向下延伸以连接至其中另一条电压轨布线。

在图5的示例中，在列的方向上电力轨布线在两种电压之间交替，而电力轨布线实质上在行的方向上铺设。因而，从上至下（即，在列的方向上）存在均匀间隔的、极性交替的电力轨布线。

总体而言，电力轨布线基本上均一地跨栅格面积分布。“基本上均一地”意思是指“若忽略边缘影响则是均一地”。这意味着栅格可以被切成一定大小（cut to size）。图3和图5的设计中的每个可以在行和列的方向上被切成一定大小。

附图中示出的每个LED 510都可以是一个或多个LED的LED封装。

如上文所解释的，本发明（在有限的情况下）可以使用仅三条电力轨布线。然而，优选地存在至少4条电力轨布线，以及更优选地10条或更多条，例如20条以上。电力轨布线越多，剪裁LED栅格的大小的能力越大。

图7a和7b示意性地绘出一些另外的实施例，与图3-6中的那些类似。不同的子组用附图标记510a、510b等指示。如图7b中所绘出的，通过将LED放置成具有相反的极性的区段，可以保持低的驱动电压并且可以将它调整到最佳值（例如从能耗、成本和安全的角度是最佳）。采用此方法，LED栅格可以被缩放至如所优选的尺寸（在两个方向上），同时保持相同的驱动电压。当然，LED栅格越大，驱动电流越大。仍然地，这可以仅仅通过起始于具有固定的驱动电压范围和固定的驱动电流范围的驱动源并且使用与为整个栅格供电所需的一样多的这些源来实现。这样，使得模块化方式成为可能。此外，因为整个的栅格可以在持续的过程中制成，所以无需将单独的LED栅格缝合在一起。附图标记Px和Py分别指示x和y方向上的节距。

利用所提出的连接LED的方法，允许行（或列）的或行（或列）的组合的切换或调光是相对容易的。在图7c所示的布局中，每个三行LED的组合被独个地处理。这是通过使用开关（例如，FET）使负责该行组合的恒流源短路来完成的。替代性地，开关与每个电源串联地被安放。每个行组合的调光可以通过对FET栅极处的信号进行脉冲宽度调制来实现。

在图7c中，用字母R指示行以及用C1和C3指示发光不同的LED，其中通过示例的方式，C1涉及红色以及C3涉及蓝色。从上至下，7行为红色、蓝色、红色、红色、蓝色、红色和红色发光行，它们可以被独个地控制。具有同一颜色的行可以是被控制的单个的子组，或者可以包括多个相同的子组，其中的每个子组都可以被独个地处理。因此，在前一个实施例中，所有的“红色行”可以被全体一起地接通和关断，而在后一个实施例中，人可以选择一个或多个“红色行”。

在图7d中，我们示出另一布局。这一布局和其他布局都已被实际建立并且被证实运作得很好。注意，附图中独个的LED实际上是并联LED的组。与图7c的情况相反，此时所有的接地（图中标记为GND）可以被连接起来。针对正压（图中VCC）的情况也是一样。注意，PET PWM_CH2切换组2（LED D7-D12）。在图中，所有对FET的标记都相同。

在图7e中，我们示出我们如何能够将在光谱的不同部分中发射的不同类型的LED组合成为单个的栅格布局。布局的方式是这样的，即，由同一类型的LED组建的子栅格再次地是规则的栅格（方形或六边形），导致所产生的照射图案的最佳均匀度。考虑例如图7中在向前的方向上（标记为F）发射的红LED。它们组建具有针对x方向和y方向相等的LED间隔的子栅格（Px和Py在图7中是相等的）。这是获得均一的照射分布的前提（这是大体上所期望的，尽管照明设备还可能包括子组的层（亦见上文））。在图7e中，蓝（C3）和红（C1）LED的行R交替；进一步地LED 510的向一侧的发射和向另一侧的发射交替。附图标记“F”是指向前发射，而附图标记“B”是指向后发射。

在图7f中，基于三种类型的LED的LED栅格被示出。LED再次被安排（ordered）使得它们的发射方向在向前和向后的方向之间交替。在这种情况下，是不可能得出针对独个的LED类型的具有方形或六边形几何形状的子栅格的。

取决于构造，C1、C2和C3可以全部属于不同的子组。然而，附加地或替代性地，从背面（B）照明或从正面（F）照明的LED可以被两个（或更多）不同的子组包含。

如图7g中所示的，这可以通过修剪栅格以及允许独个的LED之间的互连具有不同的长度来修缮（现在可以再次地使Px和Py相等）。附图标记C1指红色，而附图标记C3指蓝色。附图标记C2可例如指黄色，其被包括在PAR光谱中。

总体而言，在LED栅格中，例如由具有相同正向操作电压来表征的同一类型的LED可以被并联地放置，而不同类型的LED可以被串联地放置。然而有时候，使不同类型的LED并联地被布置可能是便利的。假如LED要求不同的正向电压，则不同类型的LED将传导不同的电流并且因此导致不同的光输出。这可以通过将晶体管与要求最低的正向电压的类型的LED串联地放置在某种程度上被修缮。实施例在图7h中被示意性地绘出：两个发射红色的LED被串联地放置并且被与蓝LED并联地放置。对于通过LED中的每个的相同电流（比方说0.2A），两个串联的红LED典型地要求2 x 2.9 = 5.8V，而蓝LED要求3.1V。为了实现如此，晶体管被与蓝LED串联地安放。对于这一特定的示例，电阻应为R = (5.8 - 3.1) / 0.2 = 13.5Ω。因此，当适当的电阻（用附图标记517指示）被包括时，具有不同的操作电压的LED 510仍然可能是被并联地放置的。LED栅格中的一些或所有的LED还可以被反向并联地放置，如图7I中的示例中所示出的。在此示例中，红和蓝LED被反向并联地放置。通过改变跨LED的电压的极性，发射的颜色可以从红色改变至蓝色，并且反之亦然。

图8a很示意性地绘出照明设备500的实施例，其具有被示出为2D阵列的LED栅格530。阵列具有长度LA和宽度WA。在LED 510之间，可以存在从LED栅格的第一侧延伸至LED栅格的背面侧的通孔570。通孔可具有横截面。在实施例中，通孔570的横截面积的总和可以至少是50%的阵列的表面面积（即，LA*WA；人还可以将此指示为栅格面积）。

另一个实施例在图8b中被示意性地绘出。由于高湿度和温度以及被用来作为用于植物的养料的腐蚀性盐的存在，温室和植物工厂代表着对电子设备而言的不友好的环境。发光体因此需要符合IP（国际保护等级）规则（例如，IP66）。通过将LED栅格夹在透明的塑料箔片之间，这样的规则能够被满足。局部地，箔片可以是开放的以便不阻碍空气流并且因此防止（局部）微气候的形成。箔片用附图标记360指示；通孔用附图标记363指示。箔片中的通孔是从箔片360的正侧361到箔片360的背侧362的。箔片360的通孔363可以基本上与LED栅格530中的通孔570一致。图8c示意性地绘出其中栅格的正侧被绘出在左侧以及背侧被绘出在右的侧视图。通过孔363的潜在的气流用双向式箭头指示。

LED栅格也可以用薄的透明塑料层来覆盖（例如，通过浸入塑料前驱物或树脂中，其（然后）被UV辐射固化）。替代性地，透明层可以通过在LED栅格结构上模制透明的材料（例如，硅树脂）形成。

图9a和9b示意性地绘出这样的嵌在箔片360中的LED栅格530，其中在图9a中，所有的LED 510（当被驱动时）提供离开第一侧361的一个方向上的光，以及其中在图9b中，LED 510被配置成（当被驱动时）提供两个方向上的光，即离开第一侧361和离开第二侧362。LED因此也可分别用字母F和B指示。在图9c中，示出了将两个单独的LED栅格组合成一个的双夹构造。用于温室中的LED栅格的安装布置被示出在图9d中。附图标记526指示安装托架，以及附图标记527指示衡重体。当然，其他的配置也可以是可能的，例如框架。

在所有的图9a-9d中，LED 510被配置成光束中的园艺光511，所述光束具有被配置为垂直于所述栅格平面580的光轴581。然而，在图9b和9c中，（多个）LED 510的一个或多个子组被配置成提供与一个或多个其他子组中的（多个）LED 510的方向相反的光束。这导致LED 510被用Bs和Fs指示。

对于光合作用，植物在从400nm至700nm的波长区域中是敏感的。在此波长窗口中的所有辐射被称为光合有效辐射（PAR）。而且，通过近似，具有在此窗口内的波长的所有的光子同等地为光合作用作贡献。这便是为何PAR辐射的量被传统地以每秒的光子的量表达，通过单位μmol/sec来指示（摩尔（mol）是物质的量的国际单位制单位（SI unit）；它的值是6.02 x 10²³）。

对于园艺中的LED照明，蓝LED（450nm）和红LED（625-675nm）被主要地使用。代替蓝LED，也可以使用白LED。替代性地，除蓝和红LED中的一个或多个之外，发射白色的LED可以被应用。在光谱的绿色部分中发射的LED的效率低得多。而且，光合作用对绿色是有些低效率的。需要进一步注意的是，植物对不同颜色的光响应不同。在园艺中，以每单位面积上每秒的光子数量测量光合光子通量密度（PPFD）（单位是μmol/sec/m²; 一摩尔（mol）对应6·10²³个光子）。在实践中，当对番茄施加中间照明时，所使用的红色PPFD例如是200μmol/sec/m²，其中典型地使用蓝色：红色=1:7的比值（红色和蓝色区域来自625-675nm和来自400-475nm）。

图10中被示出的是最佳的LED节距如何取决于LED功率（瓦特）和所要求的在作物处的照射通量。y轴以μmol/sec/m²指示通量，以及x轴以mm指示节距P。

图11绘出绿色植物中的一些常见感光器的相对吸收光谱，其中1表示叶绿素（chl）a，2表示β-胡萝卜素，3表示光敏色素（Pr），4表示叶绿素（chl）b，以及5表示光敏色素（Pfr）。在x轴上，波长被表示，以及在y轴上，那些感光器的吸收（以任意的单位）被表示。本发明可以应用于用于向比如番茄的高挂线作物提供补充照射的园艺以及植物工厂中的多层照明（换言之，本发明可以被应用于园艺市场的主要部分）。

这里，我们呈现了用于例如温室中的高挂线作物以及用于植物工厂中的多层种植的基于LED的补充照明发光体。所述发光体适用于园艺市场的大部分。对于高挂线作物，发光体在植物的行之间（即，它们接收相对较低的量的自然光的那些地方）提供照明。

所述发光体基于LED的栅格，其对光是透明的、对空气是非阻碍性的、朝两侧发射、以及具有允许在不同的高度处组合和选择不同颜色的LED同时仍然导致均一的照射的连接线的拓扑结构。所公开的方法代表一种用于园艺的低成本解决方案。

Claims

1.一种用于向作物（1）提供园艺光（511）的方法，该方法包括利用照明设备（500）的所述园艺光（511）侧向地照射所述作物（1），所述照明设备（500）包括栅格（530），所述栅格包括多个发光二极管（LED）（510）和多个通孔（570），其中所述多个LED（510）的一个或多个被配置成提供所述园艺光（511）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述栅格（530）定义出栅格平面（580），并且其中所述LED（510）被配置成提供具有光轴（581）的光束中的所述园艺光（511），并且其中所述LED（510）被布置成使得所述光轴（581）垂直于所述栅格平面（580）。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个发光二极管（510）包括两个或更多的LED（510）的子组（510a、510b、……），其中所述子组的一个或多个中的（多个）LED（510）被配置成提供第一方向上的园艺光以及其中一个或多个其他子组中的（多个）LED（510）被配置成提供与所述第一方向相反的第二方向上的园艺光。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个发光二极管（510）包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管（510）的子组（510a、510b、……），其中相对于所述栅格的竖直布置，所述子组（510a、510b、……）中的两个或更多个被布置在不同的高度处，并且其中所述方法进一步包括由所述子组（510a、510b、……）中的一个或多个提供作为所述作物（1）的高度的函数的园艺光（511）。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个发光二极管（510）包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管（510）的子组（510a、510b、……），其中所述子组（510a、510b、……）中的至少两个被配置成生成具有不同的光谱分布的光，并且其中所述方法进一步包括根据以下中的一个或多个改变所述园艺光（511）的所述光谱分布：(a)所述作物（1）的被处理的部分，(b)一天中的时间，(c)除所述园艺光（111）之外的其他光的光强度和光分布，(d)作物（1）的种类，(e)作物（1）的生长阶段，(f)果实（2）的阶段，(g)收获的时间，(h)自收获起的时间，和(i) 包括多个作物（1）的园艺布置中的位置。

6.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其中所述子组（510a、510b、……）中的一个或多个被配置成提供具有选自400-475nm的范围的第一波长的光，并且其中所述子组中的一个或多个被配置成提供具有选自625-800nm的范围的第二波长的光。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个LED（510）具有节距（p），其中所述LED以所述作物（1）的平均距离（d）被布置，其中所述距离（d）对所述节距（p）的比值至少是0.25。

8.一种包括栅格（530）的照明设备（500），所述栅格定义出栅格平面（580），其中所述栅格包括多个发光二极管（LED）（510）和多个通孔（570），其中所述LED（510）被进一步配置成提供具有光轴（581）的光束中的园艺光（511），并且其中所述LED（510）被布置成使得所述光轴（581）垂直于所述栅格平面（580）。

9.根据权利要求8所述的照明设备（500），其中所述多个发光二极管（510）包括两个或更多的LED（510）的子组（510a、510b、……），其中所述子组的一个或多个中的LED（510）被配置成提供第一方向上的光束以及一个或多个其他子组中的LED（510）被配置成提供与所述第一方向相反的第二方向上的光束。

10.根据权利要求8-9中的任一项所述的照明设备（500），其中所述栅格具有覆盖面积，并且其中所述通孔具有横截面积，其中所述通孔的所述横截面积的总面积在所述栅格的所述覆盖面积的50-95%的范围内。

11.根据权利要求8-10中的任一项所述的照明设备（500），包括：

- 被布置成矩阵的LED（511），在所述矩阵内每个LED由连接线连接，并且所述矩阵连接到电压轨，其中所述电压轨连接到跨所述矩阵的面积分布的至少三条电力轨布线，其中所述LED被形成为：

- 第一LED子组，其被布置在第一电力轨布线（30）和相邻的第二电力轨布线（32）之间；

- 第二LED子组，其被布置在所述第二电力轨布线（32）和与所述第一电力轨布线的电压相同的第三电力轨布线（30）之间。

12.根据权利要求8-11中的任一项所述的照明设备（500），其中所述多个发光二极管（510）包括两个或更多的可独立地控制的发光二极管（510）的子组（510a、510b、……），其中所述子组（510a、510b、……）中的至少两个被配置成生成具有不同的光谱分布的光。

13.根据权利要求8-12中的任一项所述的照明设备（500），其中所述子组中的一个或多个被配置成提供具有选自400-475nm的范围的第一波长的光，并且其中所述子组中的一个或多个被配置成提供具有选自625-800nm的范围的第二波长的光。

14.根据权利要求8-13中的任一项所述的照明设备（500），其中所述多个LED（510）被嵌在透明箔片（360）中，其中所述透明箔片包括从箔片的第一侧（361）到箔片的第二侧（362）的通孔（363），其中所述箔片具有箔片表面面积，并且其中所述通孔具有横截面积，其中所述通孔的所述横截面积的总面积在所述箔片表面面积的50-95%的范围内。

15.一种选自包括温室和植物工厂的组的园艺应用（1000），其中所述园艺应用进一步包括根据权利要求8-14中的任一项所述的照明设备（500）。