CN106102449A - 植物育成用照明装置及植物育成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种植物育成用照明装置，包含红光LED，发光波长为在600～680nm间；以及远红光LED或红外光LED，发光波长为在700～900nm间。该红光LED所发出红光与远红光LED或红外光LED所发出远红光及红外光系为能以脉冲状交互地照射。借此提供一种促进植物光合作用，植物生长良好的植物育成用照明装置及植物育成方法。
Description
技术领域
本发明是关于植物育成用照明装置及植物育成方法。
背景技术
现今寻求利用完全调控型的密闭工厂来育成并收获植物的技术。过往，这类技术使用荧光灯作为照明装置，因为电力消耗大而寻求预期能节能的LED(发光二极管)。然而，单只荧光灯型的替换成LED照明并无法进行良好的育成，进而寻求能够进行更良好育成的LED照明。
过往，这类照明装置所知有例如记载于专利文献1～3的构成。专利文献1中揭示利用周期0.5μ秒～20m秒、占空比(duty ratio)20～60％范围的脉冲光栽培植物的技术。其记载有，仅利用红光，或是蓝光与红光组合的光源，比起用连续光照射可大幅节省能源。
专利文献2中记载，照射出红光与红外光的各个的积分值比另一方为大的光的光源，而可抑制长日植物的开花作用。
专利文献3中记载的植物栽培装置，具有会发出波长400nm至波长500nm蓝光中的波长450nm的光通量为0％至50％，波长600nm至波长700nm红光中的波长660nm的光通量为40％至100％，波长700nm至波长800nm的远红光中的波长730nm的光通量为0％至10％，而合计100％的光的发光二极管。此植物栽培装置，不会造成对于植物光合作用与形态形成时的过多远红光所致的植物过度生长及烧焦叶子等危害，而用最适当的波长以最适当的光通量密度进行照射，维持植物的观赏价值。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开平8-242694号公报
专利文献2：日本特开2002-199816号公报
专利文献3：日本特开平10-178899公报
发明内容
然而，在专利文献1记载的照明装置的状况，会有发生植物的过度生长，而不全然是好的栽培结果的情况。特别是，占空比小的时候，会有容易造成过度生长的问题。
再者，在专利文献2中，虽揭示利用红外光可抑制开花作用，但对植物育成必要的光合作用的影响则不明确。
在专利文献3中，虽揭示RGB+红外光的LED连续照射的装置，但此种装置会消费大量能源。再者，必须搭载绿光与蓝光等许多种类的LED，而有使构造变得繁杂的问题。再者，关于红外光，有可依照植物生长阶段停止的技术。具体而言，在暗期开始前照射红外光，防止当株未充分发展时花芽分化的现象。
鉴于上述的问题点，本发明的目的是提供一种植物育成用照明装置及植物育成的方法，以促进植物的光合作用，让植物良好发育。
【解决问题的方法】
为达成上述目的，本发明提供一种植物育成用照明装置，包含：红光LED，发光波长为在600～680nm之间；以及远红光LED或红外光LED，包含发光波长为在700～900nm之间，其中该红光LED所发出的红光与该远红光LED或该红外光LED所发出的远红光及红外光为能以脉冲状交互地照射。
此植物育成用照明装置，比起过往用荧光灯照射的装置，及用单一波长或是用不同波长的LED同时照射的装置，更能促进植物的光合作用且促进植物的生长。
再者，该红光LED与该远红光LED或该红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上可任意进行变更者为佳。
此植物育成用照明装置，可因应植物的种类与各生长阶段提供最好条件的光照。
再者，更包含能放射出该红光、该远红光及该红外光以外的光，或可见光的全波长域的光的其他的光源为佳。
此植物育成用照明装置，适合育成以红光、远红光以及红外光以外的光，或是可见光的全波长领域的光为生长所需的植物。
再者，该其他光源为可放射蓝光或是白光的光源为佳。
蓝光与白光会依植物种类而有成为生长所必须的情形，因应育成的植物追加可放射蓝光或是白光的光源为佳。
此外，本发明提供一种植物育成方法，包含：照明装置的准备步骤，该照明装置包含发光波长为在600～680nm之间的红光LED，以及包含发光波长为在700～900nm之间的远红光LED或红外光LED；以及照射步骤，以该红光LED所发出的红光与该远红光LED所发出的远红光或该红外光LED所发出的红外光进行脉冲状交互地照射。
此植物育成用照明装置，比起过往用荧光灯照射的装置，及用单一波长或是用不同波长的LED同时照射的装置，更能促进植物的光合作用且促进植物的生长。
再者，于该照射步骤中，将该红光LED与该远红光LED或该红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上任意进行变更为佳。
此植物育成方法，可因应植物的种类与各生长阶段进行最佳照射条件的光照。
再者，于该准备步骤中，作为该照明装置更包含有能放射出该红光、该远红光及该红外光以外的光，或可见光的全波长域的光的其他的光源为佳。
此植物育成方法，适合育成以红光、远红光以及红外光以外的光，或是可见光的全波长领域的光为生长所需的植物。
再者，该其他光源为可放射蓝光或是白光的光源为佳。
蓝光与白光依植物种类有成为生长所必须的状况，因应育成的植物追加可放射蓝光或是白光的光源为佳。
本发明的植物育成照明装置与植物育成方法，可促进植物的光合作用与植物的生长。再者，可因应植物种类与各生长阶段设定照射条件，也可追加其他的光源。
附图简要说明
图1是显示本发明的脉冲照射条件的一实施例的示意图。
图2是显示本发明的脉冲照射条件的另一实施例的示意图。
图3是显示本发明的脉冲照射条件的另一实施例的示意图。
图4是显示本发明的植物育成用照明装置的构成图。
图5是显示本发明的植物育成用照明装置的LED配置的一实施例的示意图。
图6是绿光、黄光、橙光、红光及深红光LED的发光光谱。
图7是发光波长为730nm的远红光LED的发光光谱。
具体实施方式
以下对本发明作更详细的说明。
如同上述，本发明寻求一种植物育成用照明装置及植物育成方法，能促进植物光合作用及良好培育植物。
在此说明植物中被称为光敏色素(phytochrome)的光受器。已知光敏色素吸收红光(600nm)后活性化，进行各式各样的光反应。若此活性化光敏色素吸收远红光(730nm)后，则恢复到原本不活性化状态(吸收红光的形态)的光敏色素。此不活化光敏色素担任避荫反应(叶子往光照充足的地方生长)中的重要角色。此光敏色素被认为与发芽及茎的生长有关联，在植物育成初期非常地重要。
本发明者们为了促进植物的光合作用，特别是名为光敏色素的光受体，致力研究后发现，包含发光波长为600～680nm间的红光LED，与发光波长700～900nm间的远红光LED或是红外光LED，能以脉冲状交互照射该红光LED的红光、该远红光LED的远红光或是红外光LED的红外光的植物育成用照明装置，可解决上述课题而完成本发明。
以下参照图面具体说明本发明的植物育成用照明装置，而本发明则不限定于此。
[植物育成用照明装置]
图5是本发明的植物育成用照明装置的LED配置的一实施例的示意图。如图5所示，本发明的植物育成用照明装置，包含发光波长600～680nm的红光LED 1与700～900nm发光波长的远红光LED 2。
虽图5显示的实施例包含远红光LED 2，但可用红外光LED替代远红光LED 2。若为发光波长700～900nm的LED，包含任一种的LED皆可。
图5中，虽红光LED 1(660nm)、远红光LED 2(730nm)、该其他光源的蓝光LED 3(450nm)以9:2:3的比例配置作为一实施例，但LED的配置则不限于此。各LED后括号内数字表示最大发光强度的波长。
光通量，例如，虽可在250mm距离内产生180μmol/m2/s，但光通量也因育成系统或环境而不同，并不限于此。
此外，本发明的植物育成用照明装置，能以脉冲状交互照射该红光LED发出的红光、远红光LED发出的远红光或是红外光LED发出的红外光。
图4是本发明的植物育成用照明装置的一实施例的构成图。如图4所示，本发明的植物育成用照明装置，例如由电源控制器4与灯具5所构成。电源控制器4，例如由AC/DC整流器6、DC/DC整流器7以及脉冲电路8所构成。灯具5，例如由红光LED 1以及远红光LED 2所构成。当然可用红外光LED取代远红光LED。灯具更可包含后述的其他光源。再者，灯具可像上述图5的方式配置。AC/DC整流器将交流电转换成适合LED的直流电。再者，DC/DC整流器变换电压以配合各LED因发光波长而不同的点灯电压。
虽无特别限定这些LED发出的光以脉冲状交互照射的控制方法，例如，可举出微电脑(控制器)9等的控制部件。这种情形，图4的脉冲电路8借由微电脑9的控制可让灯具5的脉冲照射时间错开。
如此一来，将上述的至少两种不同波长的光以脉冲状交互照射，可达成节省能源，可达到有良好效率的初期的育成(例如苗的育成)。甚至也可达到有良好效率的株的育成。借由本发明，可促进植物的光合作用。
再者，红光LED与远红光LED或红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上能够任意进行变更为佳。借由图4的电源控制器4的调控，可以任意地变更这些照射条件。如此一来，可依照植物种类、各生长阶段以及环境等因素设定照射条件，更加促进植物的生长。
另外，以后述的其他光源，例如蓝光LED进行照射时也相同，可依红光、远红光或红外光、蓝光的顺序照射(依序以脉冲状照射)。再者，可依各波长光的顺序照射，也可进一步在照射周期中设置未照射的时间。另外，也可让其他光源不以脉冲状进行照射。
[关于脉冲照射的条件]
在此参考图式具体说明脉冲照射的照射时间与关闭时间的时间调整的条件，而本发明并不限定于此。
图1的显示本发明的脉冲照射条件的一实施例的示意图。后述实施例中，以此脉冲照射条件进行植物育成。于图1中，横轴为时间，涂上图样的部分表示各LED照射的时间。如图1所示，可让红光LED(660nm)与其他光源的蓝光LED(450nm)同步，同时照射并同时OFF(休止)，于红光LED与蓝光LED OFF时，照射远红光LED(730nm)。在此情形，红光LED与蓝光LED的照射时间(200μ秒)，远红光LED的OFF时间(200μ秒)；远红光LED的照射时间(100μ秒)，红光LED与蓝光LED的OFF时间(100μ秒)。
图2是显示本发明的脉冲照射条件的另一实施例的示意图。如图2所示，远红光LED与红光LED的照射时间也可部分重叠。再者，也可让蓝光LED为连续光。
图3是显示本发明的脉冲照射条件的另一实施例的示意图。如图3所示，可对远红光LED与红光LED的其中任一个设置未照射时间(休止时间)。再者，可使用能放射白光的光源作为其他光源。在图3中，自此光源放射出的白光为连续光。
[关于LED]
于本发明可包含的红光LED、远红光LED及红外光LED，只要具有上述的发光波长则无特别限定，但峰值发光波长(发光强度最大的波长)包含在上述的波长范围内者为佳。再者，发光光谱中仅有单一个波峰的LED者为佳。
此外，一般虽规定远红光的波长约为700～800nm，红外光的波长约为700～1000000nm，但在本发明则并非必定要限定于此，只要是包含拥有700～900nm之间的发光波长的LED即可。
图6是绿光、黄光、橙光、红光及深红光LED的发光光谱。在图6中，纵轴为强度(发光强度)，横轴为波长。红光LED的具体例子，可举发光波长(峰值发光波长)为660nm者(图6的深红光LED)为例。此红光LED的材料(发光组件)包含AlGaInP。而材料不限于此，有上述发光波长者即可。例如，也可包含峰值波长620nm的红光LED(图6的红光LED)及605nm的橙光LED(在本发明中，发光波长落入600～680nm者皆当作属于红光LED)。因光敏色素会吸收660nm的光而活性化，这些LED中包含峰值发光波长为660nm的红光LED为佳。
图7是发光波长为730nm的远红光LED的发光光谱。于图7中，纵轴为强度，横轴为波长。图7的远红光LED的材料包含AlGaAs。而材料不限于此，有上述发光波长者即可。
红外光LED的具体实例，可举发光波长为850nm者为例。此情形下，可以使用AlGaAs作为材料。而材料不限于此，有上述发光波长者即可。
因光敏色素会吸收730nm的光回到不活化状态，上述的远红光LED、红外光LED中，包含峰值发光波长为730nm的远红光LED特别为佳。
另外，本发明使用的红光、远红光及红外光LED的发光波长并非必定要与使光敏色素活化的波长(660nm)及不活化的波长(730nm)重叠。
如同上述，照射光源至少包含红光LED与远红光LED或红外光LED，更可包含发出红光、远红光及红外光以外的光、或是可见光的全波长(300～800nm)域的光的光源。例如，可包含图6的发光波长为570nm的绿光LED及590nm的黄光LED等。
其他光源是可放射蓝光或是白光的光源。例如蓝光LED、白光LED为佳。如图5所示，可包含作为可放射蓝光光源的蓝LED 3。其他光源虽为降低电力消耗而使用LED为佳，但不限定于LED。例如，可以荧光灯作为其他光源。包含其他光源的植物育成用照明装置，适合育成以红光、远红光以及红外光以外的光，或是可见光的全波长领域的光为生长所需的植物。
[关于植物育成方法]
并且，本发明提供一种植物育成方法，包含：
照明装置的准备步骤，该照明装置包含发光波长为在600～680nm之间的红光LED，以及包含发光波长为在700～900nm之间的远红光LED或红外光LED；
照射步骤，以该红光LED所发出的红光与该远红光LED所发出的远红光或该红外光LED所发出的红外光进行脉冲状交互地照射。如此一来，比起过往用荧光灯照射的方法，与单一波长或同时以不同波长的LED照射的方法，更能促进植物的光合作用，促进植物的生长。
[准备步骤]
首先准备包含拥有600～680nm间的发光波长的红光LED，拥有700～900nm间的发光波长的远红光LED或红外光LED的照明装置。红光LED、远红光LED及红外光LED可用与上述植物育成用照明装置所包含相同的装置。
[照射步骤]
其次，红光LED发出的红光与远红光LED发出的远红光，或是与红外光LED发出的红外光进行脉冲状交互地照射。虽无特别限定将这些LED所发的光以脉冲状交互地照射的方法，例如，借由准备包含有图4的微电脑9等控制组件的照明装置，可进行脉冲状交互地照射。脉冲照射的条件可采用如图1～图3所示的条件，但不限定于此。
再者，于该照射步骤中，将该红光LED与该远红光LED或该红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上任意进行变更为佳。如此一来，可因应植物的种类与各生长阶段提供最好条件的光照。虽没有特别限定任意变更照射条件的方法，例如，可准备包含上述图4的电源控制器4的照明装置，借由此电源控制器4的调控可进行任意变更这些照射条件。
再者，于准备步骤中，作为照明装置，准备具有可以放射红光、远红光以及红外光以外的光，或是可见光全波长领域的光的其他光源为佳。这样的植物育成用照明装置，适合育成以红光、远红光以及红外光以外的光，或是可见光的全波长领域的光为生长所需的植物。
再者，其他光源是可放射蓝光或是白光的光源为佳。蓝光与白光因依植物的种类也有成为生长所必须的情形，故因应育成的植物，追加可以放射蓝光或是白光的光源为佳。其他光源可用与上述植物育成用照明装置包含相同的光源。
以下借由显示实施例及比较例对本发明进行更具体的说明，本发明则不限定于此实施例。
(实施例1、2、3、4)
利用图4,5所示的照明装置进行皱叶莴苣的苗育成。
栽培试验借由完全人工光型水耕栽培系统进行，其中使用红光(660nm)、远红光(730nm)、蓝光(450nm)LED的脉冲照射光源。再者，以图1所示条件进行脉冲照射。此时，红光、远红光、蓝光LED的脉冲照射时间(ON时间)如表1所示，按照实施例改变并进行栽培。表1中显示实施例的条件与栽培结果。
(比较例1、2)
比较例1是利用荧光灯、比较例2是利用红光与蓝光LED的连续照射型光源，进行皱叶莴苣苗的育成。表1中显示比较例的条件与栽培结果。
【表1】
如表1所示，实施例1～4于任一条件下，皆比单独使用荧光灯作为光源的比较例1，以及比使用红光与蓝光的连续光光源的比较例2的结果，有较佳的重量提升与育成效率。特别是，于实施例1～4，红光+蓝光LED的ON时间(照射时间)为200μ秒与400μ秒的情况中，以400μ秒者有较佳的育成结果。进一步以红光+蓝光LED的ON时间为相同条件来比较，远红光照射时间为100μ秒与50μ秒的情况中，以较短的50μ秒者有较佳的育成结果。
(实施例5、6、7、8)
皱叶莴苣苗在荧光灯下生长14天后移植，用第4、5图所示的照射装置进行株的育成。再者，以图1所示条件进行脉冲照射。此时，如表2所示，按照实施例改变红光、远红光、蓝光LED的脉冲照射时间来进行株的育成。表2中显示实施例的条件与育成结果。
(比较例3、4)。
皱叶莴苣苗在荧光灯下生长14天后移植，比较例3用荧光灯、比较例4用红光与蓝光LED的连续照射型光源进行株的育成。表2中显示比较例的条件与育成结果。
【表2】
如表2所示，实施例5～8于任一条件下，皆比单独使用荧光灯的比较例3及比使用红光与蓝光的连续光光源的比较例4的结果，有较佳的重量提升与育成效率。虽不像苗育成时的结果同样明显，红光+蓝光LED的ON时间(照射时间)为200μ秒与400μ秒的情况中，以400μ秒者有较重的倾向。进一步，株育成时与苗育成时一样，以红光+蓝光LED的ON时间为相同条件来比较，远红光照射时间为100μ秒与50μ秒的情况中，以较短的50μ秒者有较佳的育成结果。
(实施例9)
以未照射蓝光的条件进行皱叶莴苣的株的育成。其他条件(照射时间等)与实施例8相同。结果显示于表3。
(比较例5)
以未照射红光的条件进行皱叶莴苣株的育成。其他条件(照射时间等)与实施例8相同。结果显示于表3。
【表3】
从实施例9与比较例5的结果可知，对植物光合作用有效的照射条件为红光与远红光的照射，而蓝光则扮演辅助的角色。
而本发明不限定于上述的实施形态。上述实施形态为一实施例，若拥有和记载于申请专利范围内相同的技术思想与实质上同样的构成，产生相同的作用效果者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。
Claims (8)
1.一种植物育成用照明装置，包含：
红光LED，发光波长为在600～680nm之间；以及
远红光LED或红外光LED，包含发光波长为在700～900nm之间，
其中该红光LED所发出的红光与该远红光LED或该红外光LED所发出的远红光及红外光系为能以脉冲状交互地照射。
2.根据权利要求1所述的植物育成用照明装置，其中
该红光LED与该远红光LED或该红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上为能任意进行变更。
3.根据权利要求1或2所述的植物育成用照明装置，更包含
包含能放射出该红光、该远红光及该红外光以外的光，或可见光的全波长域的光的其他的光源。
4.根据权利要求3所述的植物育成用照明装置，其中
该其他的光源为能放射出蓝光或白光的光源。
5.一种植物育成方法，包含：
照明装置的准备步骤，该照明装置包含发光波长为在600～680nm之间的红光LED，以及包含发光波长为在700～900nm之间的远红光LED或红外光LED；
照射步骤，以该红光LED所发出的红光与该远红光LED所发出的远红光或该红外光LED所发出的红外光进行脉冲状交互地照射。
6.根据权利要求5所述的植物育成方法，其中
于该照射步骤中，将该红光LED与该远红光LED或该红外光LED的照射时间、关闭时间及照射强度的其中一个以上任意进行变更。
7.根据权利要求5或6所述的植物育成方法，其中
于该准备步骤中，作为该照明装置更包含有能放射出该红光、该远红光及该红外光以外的光，或可见光的全波长域的光的其他的光源。
8.根据权利要求7所述的植物育成方法，其中
将能放射出蓝光或白光的光源作为该其他的光源。
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