CN105737002A - 一种混合光质的植物生长led矩形模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合光质的植物生长LED矩形模组，该LED矩形模组由矩形网格胶框、基板、LED芯片、透镜和保护镜组成，所述的矩形网格胶框根据不同的应用场合将LED矩形模组分成复数个LED模块，每个LED模块都可以实现不同的光质比组合和分布；所述的LED芯片的灯珠分为红色、绿色和蓝色，通过涂覆相应的荧光粉激发满足植物生长所需的不同光质；所述的透镜下部耦接分立LED芯片、上部耦接保护镜，LED光束经透镜转化为横截面为矩形且均匀的混合光束。本发明提供的LED矩形模组大大提高了混光均匀性和工作面光效，实现了特定光谱的矩形配光，降低了灯具及二次光学的相关成本，将每平方植物生长所需的耗电量控制在100w以内。

Description

一种混合光质的植物生长LED矩形模组

技术领域

本发明属于LED照明技术，尤其涉及一种混合光质的植物生长LED矩形模组。

背景技术

光合作用是地球最重要的化学反应，是一切生物赖以生存的基础，光是光合作用的原动力，光质与光谱组成光的重要属性，可见光谱的波长范围是380-780，波长短于380nm的光为紫外光，长于780nm的光为远红外光，在自然的环境中，照到植物光谱组成是在不断变化，阴天时蓝光多，晴天的早晨和傍晚红光较多，中午光照很强且为白色，忽晴忽阴的天气光谱组分更是变化多端，目前随着大气的污染，雾霾的影响与大气的臭氧浓度的不断减少，地表接受的紫外线辐射不断的增加，日照天数不足光质已成为影响与大气的臭氧浓度的不断减少，地表接受的紫外线辐的不断的增加，日照天数不足光质已成为影响植物光合作用的一个重要因素。在农业种植中，植物生长灯已经开始用于作物的设施栽培，不同光质的LED灯被作为非化学手段来调节植物生长。不过目前市面上的植物生长灯的光质是固定的波长与独立的个体，对于不同的植物不同的生长阶段所需的光质是不同的。

目前，LED发光二极管由于具有耗电量低、环保节能等优点而得到社会各界的广泛关注和认可，众多相关的生产厂商积极响应国家提出的节能减排政策，在LED的研发和推广上做出了极大投入，许多公司都开发出了集成式LED模组，但现有的LED模组存在一些不足之处：LED模组光质单一且混合光照射不均匀，无法满足植物生长；LED模组为圆形配光，投射出圆形光斑，每平方米的配光重复面积高，能量浪费严重；LED模组中基板采用反射率低的普通铝基板，存在光效低下的问题，而且热阻高，散热性能也不好，导致LED模组的可靠性大大降低。

针对上述的植物生长灯的固定波长，无法适应于不同植物生长阶段的光质，需要提供一种节能型多光质的产品，解决封闭环境或自然环境的照明或补光问题，确保植物安全、健康生长。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种混合光质的植物生长LED矩形模组，该模组具有多光质组合、均匀混光以及矩形配光等优点，可以广泛应用于植物照明、大棚补光、植物实验、蔬菜育苗等领域。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种混合光质的植物生长LED矩形模组，其特征在于，包括网格胶框、基板、LED芯片、透镜和保护镜组成，所述的网格胶框下部通过封装胶与所述基板相连；所述的基板依据网格胶框的网格个数和位置，在每个正方形网格的中心位置设有相应LED灯正、负极金属焊点；所述的LED芯片对应焊接在基板的金属焊点上；所述的透镜由网格胶框支撑和固定，所述透镜的下部与LED芯片耦接，该透镜的上部与保护镜耦接；所述的保护镜的下边缘通过封装胶与网格胶框相连。

LED矩形模组的矩形网格胶框根据不同的应用场合将LED矩形模组分割成复数个LED模块，所述LED模块由复数个正方形LED单元组成；基板由镜面铝基板、绝缘感光胶层、导电线路层、镀锡层、金属层和白油保护层组成，所述的镜面铝基板上设有绝缘感光胶层，所述的绝缘感光胶层上设有导电线路层，所述导电线路层上设有用于连接LED芯片的正电极和负电极的镀锡层和用于保护导电线路层的白油保护层，所述镀锡层上面有用于焊接的金属层；LED芯片包括蓝色LED芯片、红色LED芯片和绿色LED芯片，所述LED芯片的正电极和负电极通过金属层与镀锡层连接。

LED矩形模组的透镜由单块固体材料形成，包括入射面、出射面和4个侧面组成，所述透镜的数目与正方形LED单元数目一致，所述的入射面为矩形，该矩形长为0.99mm、宽为0.86mm，所述出射面是边长为7.02mm的正方形，所述出射面与入射面的四边平行且距离4.32mm，所述出射面与入射面的中心点连线垂直于出射面和入射面，所述侧面为特定的曲面结构，由入射面进入透镜的光线经该曲面结构的折射，将变为矩形光束从出射面投出，该光束的半光强角为53°并且在工作面上形成矩形光斑；LED矩形模组的保护镜为PMMA材料的正方体结构，该保护镜的下端面与所述透镜的出射面耦接，并通过封装胶与所述网格胶框的上边沿相连，每个保护镜配合一个透镜进行工作。LED单元是LED矩形模组的最基本单元，该LED单元由LED芯片、正方形胶框、透镜和保护镜组成，所述的LED芯片焊接在基板的金属层上，所述的正方形胶框是由网格胶框分割而来，该正方形胶框的下部通过封装胶与所述基板相连，该正方形胶框的上部通过封装胶与所述保护镜的下部相连，所述的透镜位于正方形胶框的内部，该透镜的上部出射面与保护镜耦接，该透镜的下部入射面与LED芯片耦接。

本发明的LED模块分2种结构形式：形式一，所述的LED模块是由4个正方形LED单元组成的正方形LED模块，所述的4个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成正方形结构，所述正方形结构的每个边都由2个正方形LED单元组成；形式二，所述的LED模块是由2个正方形LED单元组成的矩形LED模块，所述的2个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成矩形结构；通过复数个正方形LED模块、矩形LED模块和正方形LED单元的合理组合和布局，可以构成紧密相邻且相互共用临边的LED矩形模组。

在植物生长LED矩形模组中，所述正方形LED模块可以实现5种光质比的组合：组合一，正方形LED模块的4个LED单元分别由1个红色LED芯片、2个蓝色LED芯片和1个绿色组成；组合二，正方形LED模块的4个LED单元分别由2个红色LED芯片、1个蓝色LED芯片和1个绿色芯片组成；组合三，正方形LED模块的4个LED单元分别由2个红色LED芯片和2个蓝色LED芯片组成；组合四，正方形LED模块的4个LED单元分别由1个红色LED芯片和3个蓝色LED芯片组成；组合五，正方形LED模块的4个LED单元分别由3个红色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成。

矩形结构的LED模块可以实现5种光质比的组合和分布：组合一，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个红色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成；组合二，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个红色LED芯片和1个绿色LED芯片组成；组合三，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个绿色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成；组合四，矩形LED模块的2个LED单元分别由2个红色LED芯片组成；组合五，所矩形LED模块的2个LED单元分别由2个蓝色LED芯片组成。

在植物生长LED矩形模组，正方形结构的LED模块针对不同数目的红、蓝和绿色LED芯片具有并排和对角线2种布置方案：所述的并排布置方案将颜色一致的LED芯片并排布置，同时将不同颜色的LED芯片隔行布置；所述的对角线布置方案是将颜色一致的LED芯片沿矩形对角线布置，同时将其他颜色的LED芯片对称布置在矩形对角线的两侧；这2种布置方案可以进一步提高LED矩形模组的混光均匀性。

本发明的有益效果是：

本发明专利通过复数个正方形LED模块、矩形LED模块和正方形LED单元的合理组合，构成紧密相邻且相互共用临边的任意种LED矩形模组，完成矩形配光，使得这种LED矩形模组在工作面上形成矩形光斑，有效避免了光照的重叠或空白区域，极大的提高了光照效率，使每平米植物生长所需的照明功率控制在100w以内。由于本发明采用多光质LED芯片组合，同时使用对角线或并排布置的方法，使得光照更加均匀、有效，促使植物健康茁壮生长。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

图1是LED矩形模组结构示意图；

图2是LED单元结构示意图；

图3是LED矩形模组透镜结构示意图；

图4是正方形LED模块示意图；

图5是矩形LED模块示意图；

图6是矩形LED模组并排布置示意图；

图7是矩形LED模组对角线布置示意图；

图8是传统LED的圆形配光示意图;

图9是LED矩形模组的矩形配光示意图。

具体实施方式

图1是LED矩形模组结构示意图，该混合光质的植物生长LED矩形模组，包括网格胶框、基板、LED芯片、透镜和保护镜组成；网格胶框下部通过封装胶与所述基板相连；基板依据网格胶框的网格个数和位置，在每个网格的中心位置设有相应LED灯正、负极金属焊点，基板的两端有正负电源极；LED芯片对应焊接在基板的金属层上；所述的透镜由网格胶框支撑和固定，所述透镜的下部与LED芯片耦接，该透镜的上部与保护镜耦接。

图2是LED单元结构示意图，该LED单元由LED芯片、正方形胶框、透镜和保护镜组成，所述的LED芯片焊接在基板的金属层上，所述的正方形胶框是由网格胶框分割而来，该正方形胶框的下部通过封装胶与所述基板相连，该正方形胶框的上部通过封装胶与所述保护镜的下部相连，所述的透镜位于正方形胶框的内部，该透镜的上部出射面与保护镜耦接，该透镜的下部入射面与LED芯片耦接。

图3是LED矩形模组透镜结构示意图，透镜由单块固体材料形成，包括入射面、出射面和4个侧面组成，所述透镜的数目与正方形LED单元数目一致，所述的入射面为矩形，该矩形长为0.99mm、宽为0.86mm，所述出射面是边长为7.02mm的正方形，所述出射面与入射面的四边平行且距离4.32mm，所述出射面与入射面的中心点连线垂直于出射面和入射面，所述侧面为特定的曲面结构，所述LED芯片的发光由入射面进入透镜，经过透镜的折射作用，由出射面投出矩形混合光束，该光束的半光强角为53°。

图4是正方形LED模块示意图，正方形LED模块的由4个正方形LED单元组成，图中4个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成正方形结构，所述正方形结构的每个边都由2个正方形LED单元组成，图5是矩形LED模块示意图，矩形LED模块由2个正方形LED单元组成，图中2个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成矩形结构。通过复数个正方形LED模块、矩形LED模块和正方形LED单元的合理组合，可以构成紧密相邻且相互共用临边的任意种LED矩形模组，完成矩形配光，例如4*4式正方形LED模组是由4个正方形LED模块共用临边组成、3*6式正方形LED模组是由2个正方形LED模块、3个矩形LED模块和1个LED单元共用临边组成等等。

图6是矩形LED模组并排布置示意图，为了进一步增加混光的均匀性，将颜色一致的LED芯片并排布置，同时将不同颜色的LED芯片隔行布置。图中是一个2*3的矩形LED模组，该模组由1个正方形LED模块和1个矩形LED模块共用临边组成，其中红蓝光之比为2：1，蓝色LED单元并排布置在两排红色LED单元单元之间。

图7是矩形LED模组对角线布置示意图，对角线布置方案是将颜色一致的LED芯片沿矩形对角线布置，同时将其他颜色的LED芯片对称布置在矩形对角线的两侧。图中是一个3*3的矩形LED模组，该模组由1个正方形LED模块、2个矩形LED模块和1个LED单元共用临边组成，其中红蓝光之比为2：1，蓝色LED单元布置在矩形LED模组的对角线上。

图8是传统LED的圆形配光示意图，为了保证确定的矩形光照面积，图中圆形配光存在重叠部分，同时光照边缘不规整，因此在这种光斑下生长的植物均匀性较差，同时单位面积的光照功率高。图9是LED矩形模组的矩形配光示意图，图中矩形配光在没有光斑重叠的情况下，实现了充分的照明，为植物快速、健康的生长提供了保障。同时矩形混光极大的降低了光照功率，使每平米植物生长所需的照明功率控制在100w以内。

除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明作出种种改动和变动。

Claims (6)

1.一种混合光质的植物生长LED矩形模组，其特征在于，包括网格胶框、基板、LED芯片、透镜和保护镜组成；所述的网格胶框下部通过封装胶与所述基板相连；所述的基板依据网格胶框的网格个数和位置，在每个正方形网格的中心位置设有相应LED灯正、负极金属焊点；所述的LED芯片对应焊接在基板的金属焊点上；所述的透镜由网格胶框支撑和固定，所述透镜的下部与LED芯片耦接，该透镜的上部与保护镜耦接；所述的保护镜的下边缘通过封装胶与网格胶框相连。

2.如权利要求1所述的一种混合光质的植物生长LED矩形模组，其特征在于：

所述的矩形网格胶框根据不同的应用场合将LED矩形模组分割成复数个LED模块，所述LED模块由复数个正方形LED单元组成；

所述的基板由镜面铝基板、绝缘感光胶层、导电线路层、镀锡层、金属层和白油保护层组成，所述的镜面铝基板上设有绝缘感光胶层，所述的绝缘感光胶层上设有导电线路层，所述导电线路层上设有用于连接LED芯片的正电极和负电极的镀锡层和用于保护导电线路层的白油保护层，所述镀锡层上面有用于焊接的金属层；

所述的LED芯片包括蓝色LED芯片、红色LED芯片和绿色LED芯片，所述LED芯片的正电极和负电极通过金属层与镀锡层连接；

所述的透镜由单块固体材料形成，包括入射面、出射面和4个侧面组成，所述透镜的数目与正方形LED单元数目一致，所述的入射面为矩形，该矩形长为0.99mm、宽为0.86mm，所述出射面是边长为7.02mm的正方形，所述出射面与入射面的四边平行且距离4.32mm，所述出射面与入射面的中心点连线垂直于出射面和入射面，所述侧面为特定的曲面结构，由入射面进入透镜的光线经该曲面结构的折射，将变为矩形光束从出射面投出，该光束的半光强角为53°并且在工作面上形成矩形光斑；

所述的保护镜为PMMA材料的正方体结构，该保护镜的下端面与所述透镜的出射面耦接，并通过封装胶与所述网格胶框的上边沿相连，每个保护镜配合一个透镜进行工作。

3.如权利要求2所述的植物生长LED矩形模组，其特征在于，所述的LED单元是LED矩形模组的最基本单元，该LED单元由LED芯片、正方形胶框、透镜和保护镜组成，所述的LED芯片焊接在基板的金属层上，所述的正方形胶框是由网格胶框分割而来，该正方形胶框的下部通过封装胶与所述基板相连，该正方形胶框的上部通过封装胶与所述保护镜的下部相连，所述的透镜位于正方形胶框的内部，该透镜的上部出射面与保护镜耦接，该透镜的下部入射面与LED芯片耦接。

4.如权利要求2所述的植物生长LED矩形模组，其特征在于，所述的LED模块分2种结构形式：

形式一，所述的LED模块是由4个正方形LED单元组成的正方形LED模块，所述的4个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成正方形结构，所述正方形结构的每个边都由2个正方形LED单元组成；

形式二，所述的LED模块是由2个正方形LED单元组成的矩形LED模块，所述的2个正方形LED单元紧密相邻且相互共用临边构成矩形结构；

通过复数个正方形LED模块、矩形LED模块和正方形LED单元的合理组合和布局，可以构成紧密相邻且相互共用临边的LED矩形模组。

5.如权利要求4所述的植物生长LED矩形模组，其特征在于，所述正方形LED模块可以实现5种光质比的组合：

组合一，正方形LED模块的4个LED单元分别由1个红色LED芯片、2个蓝色LED芯片和1个绿色组成；

组合二，正方形LED模块的4个LED单元分别由2个红色LED芯片、1个蓝色LED芯片和1个绿色芯片组成；

组合三，正方形LED模块的4个LED单元分别由2个红色LED芯片和2个蓝色LED芯片组成；

组合四，正方形LED模块的4个LED单元分别由1个红色LED芯片和3个蓝色LED芯片组成；

组合五，正方形LED模块的4个LED单元分别由3个红色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成；

所述矩形结构的LED模块可以实现5种光质比的组合和分布：

组合一，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个红色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成；

组合二，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个红色LED芯片和1个绿色LED芯片组成；

组合三，矩形LED模块的2个LED单元分别由1个绿色LED芯片和1个蓝色LED芯片组成；

组合四，矩形LED模块的2个LED单元分别由2个红色LED芯片组成；

组合五，所矩形LED模块的2个LED单元分别由2个蓝色LED芯片组成；

不同光质比的组合和分布可以适合不同植物，在不同阶段的生长需要。

6.如权利要求4所述的植物生长LED矩形模组，其特征在于，所述正方形结构的LED模块针对不同数目的红、蓝和绿色LED芯片具有并排和对角线2种布置方案：

所述的并排布置方案将颜色一致的LED芯片并排布置，同时将不同颜色的LED芯片隔行布置；

所述的对角线布置方案是将颜色一致的LED芯片沿矩形对角线布置，同时将其他颜色的LED芯片对称布置在矩形对角线的两侧；

上述2种布置方案可以进一步提高LED矩形模组的混光均匀性。