CN106949406A - 一种led植物生长灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED植物生长灯，包括：灯具外壳、红绿蓝三基色LED灯珠、PMMA灯珠混光元件、漫反射底板和扩散型出光面板；所述LED灯珠安装于漫反射底板上，每个LED灯珠上装有一个PMMA灯珠制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上底面和下底面均为透光面，出射面板为扩散板。本发明使得LED的光线通过混光元件的反光面以及漫反射背板的漫反射在较小厚度的灯具内部通过不断反射达到增加混光距离的目的，进一步在控制了灯具厚度的前提下提高了灯具的混光均匀度，从而具有使得灯具在不同的PWM波形驱动下都可以达到均匀的出光效果等优点。

Description

一种LED植物生长灯
技术领域
本发明涉及一种生长灯技术，特别的涉及一种LED植物生长灯，该LED植物生长灯是一种高出光性能的LED植物生长灯，借用了LED室内照明所用的面板灯结构以获得均匀的照明效果。
背景技术
随着现代农业的迅速发展，作为植物生长的关键一环，光在植物工厂中占据着重要的地位，LED植物光源也应运而生，但是目前在植物工厂中使用的LED光源多是沿用根据传统LED灯具的光学结构，比如LED射灯的光学结构和LED广告灯的光学结构，这样虽然节省了设计成本，但是其在植物工厂中的使用效果令人堪忧，其在目标平面上的混光效果非常不均匀，会出现局部蓝光过多或者局部红光过多的问题，这样难以保证种植出的植物生长的均齐程度，最终会使得整一批次出产的植物的品质参差不齐；进一步的拿射灯结构来讲，射灯在室内照明中的作用往往是起到一个重点照明的作用，因此射灯的出光效果往往是出光角度小，能量较为集中，出光角度小就造成了在植物工厂中照射相同面积的植物就需要大量的灯具，增加了成本，同时增加了混光的难度，能量集中就导致了照射在植物表面的光量子通量密度过大，这样不仅不利于植物的生长相反会抑制植物的生长，这样为了获得一个适合植物增长的光量子通量密度的值不得不增大植物和光源之间的距离，这样就增加了植物工厂在建设过程中的成本。由其对于植物育苗灯，喜光植物在发芽及幼苗期对光非常敏感，种子接收的光成分不同就会对其发芽和幼苗的生长造成很大的影响。种子萌发的程度不同，幼苗生长的程度参差不齐，植株生长的程度不同也给整个植物工厂生产线上养料的控制，水分以及温湿度的控制都带来了一定的困难。综上所述，设计出光谱均匀，光量子通量密度均匀，且光子通量密度值适中的植物照明光源显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，为了解决现有植物生长灯出光不均匀，光量子通量密度分布不均等问题，提供一种发光光谱均匀，光量子通量密度均匀的高性能植物生长灯。
本发明的目的可以通过下述技术方案实现：一种LED植物生长灯，包括：灯具外壳、红绿蓝三基色LED灯珠、PMMA灯珠混光元件、漫反射底板和扩散型出光面板；所述LED灯珠安装于漫反射底板上，每个LED灯珠上装有一个PMMA灯珠制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上底面和下底面均为透光面，出射面板为扩散板。
所述的LED灯珠的芯片为红R、绿G、蓝B三基色大功率LED芯片，并且通过外部驱动电路的PWM波进行驱动。
每6个所述LED灯珠呈六边形阵列安装于漫反射背板上，并由若干个六边形拼合而成整灯的灯珠阵列，位于灯具边缘的不能构成六边形阵列的灯珠，通过边框内侧的反光面进行补偿。
所述混光元件通过反光的PMMA支柱连接于漫反射底板上。
上底面和下底面将LED灯珠发射的光线直接透射出出光面板，反光侧面将LED灯珠发射的光线反射至漫反射底板，两个混光元件之间的空隙可供LED灯珠发射的光线直射至出光面板；通过所述混光元件将LED灯珠的光线分为折射光线、反射光线和直射光线。
通过反光侧面和漫反射底板，使光线通过不断的反射和漫反射增加了混光距离，在较薄的灯具内部充分耦合以提高均匀度，透射光线与直射光线用于弥补由于混光元件的阻挡造成的局部暗区，实现出光面整体高均匀度。
所述漫反射底板结构为高导热性的铝板‐绝缘反光层‐电路层‐绝缘反光层‐灯珠，其中灯珠与电路层通过焊接工艺或贴片工艺相连接并由电路层引出至外电路进行控制。
所述边框内侧为反光镜面，与漫反射底板、出光面板相结合构成封闭的整灯结构，并且边框内具有防水防潮的胶条进行密封以提高灯具的IP防护等级。所述出光面板为扩散型出光面板。
本发明的目的也可以通过以下技术方案实现：一种高性能的植物生长灯，其高性能主要体现在高出光均匀度，其中包括均一的光谱分布和均匀度的光量子通量密度，其特征在于，包括高IP防护等级的灯具外壳、红绿蓝三基色LED、PMMA混光元件、具有高漫反射率和高散热性能的底板和一种扩散型出光面板等结构；LED灯珠安装于漫反射底板上，每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上下底面为透光面；出射面板为扩散板。内侧为反光镜面的边框和出光面板等结构；红绿蓝三基色LED灯珠安装于底板上，漫反射底板的结构为铝板‐绝缘反光层‐电路层‐绝缘反光层‐灯珠，其中灯珠与电路层相连接并由电路层引出外电路进行控制，外电路为可以输出可变占空比的PWM波形的驱动电路，每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上下表面为透光面；出射面板为扩散板。
LED灯珠通过焊接或贴片工艺连接到漫反射底板的电路层，混光元件通过反光的PMMA支架支撑于LED灯珠上方。
进一步的，作为优选的，三基色LED灯珠的排布采用六边形阵列排布，并由多个六边形阵列拼合成整体灯具。
更进一步的，由于LED灯珠的排布阵列又六边形阵列拼合而成，对于矩形灯具或圆形灯具，位于灯具边缘未能构成完整六边形阵列的LED灯珠，利用边框内侧的镜面反射进行一定的补偿作用。(这句话说得不清晰)
优选的，LED灯珠采用大功率的3W红(R)、绿(G)、蓝(B)LED芯片。
优选的，所述混光元件为具有上下两个底面与侧面的立体元件，由透明支架支撑于LED灯珠上方。
更进一步的，混光元件的上底面面积应大于下底面面积，且下底面中心正对LED灯珠中心。
更进一步的，每个LED灯珠发出的光线可由位于其上方的混光元件的侧面反射至漫反射底板上，亦可由该混光元件的透光上下底面直接透射到出光面上。
本发明的高性能的植物生长灯，包括高IP防护等级的灯具外壳、红绿蓝三基色LED、PMMA混光元件、具有高漫反射率和高散热性能的底板和一种扩散型出光面板等结构；LED灯珠安装于漫反射底板上，每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上下底面为透光面；出射面板为扩散板。LED灯珠通过焊接或贴片工艺连接到漫反射底板的电路层，并通过外部PWM驱动电路进行驱动，以实现光谱的的可控，以便针对不同的植物输出不同的光谱，具体灯珠的排布方式呈六边形阵列排布，混光元件通过透明的PMMA支架支撑于LED灯珠上方，内侧为反光面的边框连接漫反射底板和出光面板构成封闭整灯结构。本发明使得LED的光线通过混光元件的反光面以及漫反射背板的漫反射在较小厚度的灯具内部通过不断反射达到增加混光距离的目的，进一步在控制了灯具厚度的前提下提高了灯具的混光均匀度，从而使得灯具在不同的PWM波形驱动下都可以达到均匀的出光效果，其中包括实现了出光光谱均匀以及受照面上的光量子通量密度均匀。
本发明相对于现有技术具有如下优点及效果：
(1)现有的植物生长灯多为简单的阵列型、射灯型、荧光灯管型植物生长灯，其光学结构借鉴了传统灯具的光学结构，光学结构简单，混光效果差，难以在受照面上达到均匀的光谱分布和光量子通量密度的分布，本发明借鉴了直下式LED面板灯的设计理念，其目的是为了提高受照面内的光谱分布均匀性和光量子通量密度的均匀性。
(2)本发明的高性能LED植物生长灯，虽然借鉴了之下式LED平板灯的结构，但是与市面直下式平板灯的光学结构相比具有突出性的创新点和优点，所述灯具采用六边形的LED灯珠阵列排布，由于单个类朗伯光源在受照面的照度等高线是同心圆，因此LED阵列式采用照度圆的叠加方式进行混光的，不同排列方式影响均匀度的主要因素是混光“盲区”所占比例，传统的矩形阵列混光“盲区”所占比例较大，而将混光“盲区”控制的较小的三角形阵列又存在着光源密度较大的缺点。本发明采用的六边形阵列可以在保证均匀度相对于三角形阵列劣化不大的前提下，达到比三角形甚至矩形排布方式更低的布灯密度。
(3)本发明利用了漫反射背板和混光元件的反光来增加LED的混光距离，提高平板灯均匀度的同时控制了灯具的厚度。传统的直下式LED平板灯为了得到合适的均匀度需要通过增加灯具厚度来得到足够的混光距离，而本发明利用漫反射背板和混光元件的侧面反光使得光线在较小厚度的灯具内不断反射达到充分耦合增加混光距离的效果，进一步的提高了灯具的均匀度。
附图说明
图1是本发明LED平板灯的整灯结构图。
图2是本发明棱锥型混光元件的结构图。
图3是本发明的光线分析图。
图4是本发明圆锥台型混光元件的结构图。
图5是本发明半球型混光元件的结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种高性能的植物生长灯，如图1所示，包括外壳1、LED2、混光元件3、漫反射底板4和出光面板5等结构，单个混光元件结构如图2所示，包括上底面6，下底面7，反光面8和透明支架9等结构。LED以六边形阵列排列于漫反射底板上，并在每一个LED上方由透明支架安装一个混光元件。混光元件由注塑工艺成型，保护上下透光面后利用真空蒸镀进行镀铝得反光面，最后打磨透光面使之透光。整灯尺寸为271mm*191mm*17的立方体，混光元件形状为四棱锥台形，上底面内接圆半径为5.5mm，下底面内接圆半径为0.35mm，厚度为2.6mm，元件距离LED高度为0.7mm，LED间距为35mm，灯具内部高度为15mm.
灯具工作时如图3所示，光线路径主要分为直射路径，折射路径和反射路径，出射角度处于θ2与θ3之间的光线直接照射到出光面出光，出射角度处于θ1与θ2之间的光线照射到混光元件的侧面并反射置反光背板进行漫反射以增加混光距离，而出射角度小于θ1的光线将透过混光元件的下底面和上底面折射到出光面出光，以弥补由于元件遮光造成暗区的现象，这三者的结合可以达到出光面高均匀度的效果。
实施例2
本实施例采用的混光元件形状为圆锥台型，其他结构与实施例相同。整灯尺寸为271mm*191mm*17mm.混光元件结构如图4所示，包括上底面10，下底面11，反光面12和透明支架13等结构。圆锥台形混光元件上底面半径为6mm，下底面半径为0.35mm，元件厚度为2.5mm，元件距离LED高度为0.7mm，LED间距为35mm，灯具内部高度为15mm。
实施例3
本实施例采用的混光元件形状为半球型，该半球型混光元件为球体的截取部分。混光元件结构如图5所示，包括上底面14，下底面15，反光面16和透明支架17等结构。上底面半径为4mm，下底面半径为0.6mm，元件厚度为3.0mm，元件距离LED高度为0.7mm，LED间距为35mm，灯具内部高度为15mm。
上述三种混光元件均由注塑工艺成型结合真空蒸镀制得，均为上下两底面为透光面，侧面为反光面。
上述实施例均为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LED植物生长灯，其特征在于，包括：灯具外壳、红绿蓝三基色LED灯珠、PMMA灯珠混光元件、漫反射底板和扩散型出光面板；所述LED灯珠安装于漫反射底板上，每个LED灯珠上装有一个PMMA灯珠制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上底面和下底面均为透光面，出射面板为扩散板。
2.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述的LED灯珠的芯片为红R、绿G、蓝B三基色大功率LED芯片。
3.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，每6个所述LED灯珠呈六边形阵列安装于漫反射背板上，并由若干个六边形拼合而成整灯的灯珠阵列，位于灯具边缘的灯珠通过边框内侧的反光面进行补偿。
4.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述混光元件通过反光的PMMA支柱连接于漫反射底板上。
5.根据权利要求3所述的LED植物生长灯，其特征在于，上底面和下底面将LED灯珠发射的光线直接透射出出光面板，反光侧面将LED灯珠发射的光线反射至漫反射底板，两个混光元件之间的空隙可供LED灯珠发射的光线直射至出光面板；通过所述混光元件将LED灯珠的光线分为折射光线、反射光线和直射光线。
6.根据权利要求4所述的LED植物生长灯，其特征在于，通过反光侧面和漫反射底板，使光线通过不断的反射和漫反射增加了混光距离，在较薄的灯具内部充分耦合以提高均匀度，透射光线与直射光线用于弥补由于混光元件的阻挡造成的局部暗区，实现出光面整体高均匀度。
7.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述漫反射底板结构为高导热性的铝板‐绝缘反光层‐电路层‐绝缘反光层‐灯珠，其中灯珠与电路层通过焊接工艺或贴片工艺相连接并由电路层引出。
8.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述边框内侧为反光镜面，与漫反射底板、出光面板相结合。
9.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于，所述出光面板为扩散型出光面板。
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