CN107543038A - 植物生长照明装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种植物生长照明装置，包括第一光源单元。第一光源单元产生第一输出光谱包括第一峰值波段、第二峰值波段及第三峰值波段。其中第一峰值波段介于350nm至500nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度。第二峰值波段介于500nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度。第三峰值波段介于600nm至700nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度。其中第三峰值相对强度与第二峰值相对强度的比值介于1至10之间。本公开可以为植物提供良好的生长光源条件。

Description

植物生长照明装置

技术领域

本公开涉及植物生长照明技术领域，具体而言，涉及一种具全光谱波段、非商照白光的植物生长照明装置。

背景技术

绿色植物行光合作用时，叶绿素a与叶绿素b的主要吸收光谱波段分别为400nm至500nm与600nm至700nm。早期植物生长人工光源为提高光源利用效率，常仅提供叶绿素进行光合作用主要吸收的波段光源，例如设计成全红光LED、全蓝光LED、或部分红/蓝光LED等混合形式。然而，绿色植物成长所需特定光谱复杂且多变，除光合作用主要所需的红光与蓝光的光源外，还需要其他频段波长的光照以进行其他生理反应与次级代谢物的合成。另一方面，若仅利用全红光LED或全蓝光LED作为植物生长照明光源时，易造成人眼观察时的不适，故近年来，植物生长光源已朝向全光谱光源发展。

然而，目前大部分的植物光源生产者并非农业专业，众多宣称的全光谱植物照明光源几乎由人类商业照明的光谱组成，而非针对植物生长所量身订做，无法完全满足植物生理所需。传统商业照明使用的白光光源光谱主要以蓝光二极管芯片混合黄色荧光粉产生全光谱光源，但其所含植物所需的红光660nm比例极低，且绿光波峰大部分为550nm至580nm，无法满足绿色植物进行某些生理反应的需求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种植物生长照明装置，其具有全光谱植物光源，可以给植物提供良好的生长光源条件，增加植物生理反应效率。

本公开的另一目的在于提供一种植物生长照明装置，以提供全光谱波段，同时包括蓝光波段、绿光波段及红光波段，并使蓝光波段峰值、绿光波段峰值与红光波段峰值的波段分布及强度配比符合实际植物生长需求，提供绿色植物进行生理反应需求与次级代谢物的合成，进而提升植物实际生长产量。

本公开的又一目的在于提供一种植物生长照明装置，其光谱具有相当强度的绿光波峰波段介于510nm至540nm，有助于合成维生素C，同时具有相当强度的红光波峰波段介于610nm至650nm，可提高叶绿素利用光能的效率。

本公开的再一目的在于提供一种植物生长照明装置，利用电路控制单元控制调整多个高效能LED发光光源，利用基础白光LED光源附加组合不同波峰波段的LED芯片光源，以产生300nm至850nm全光谱光源，并可依不同作物品种需求调整其光源波段组成与能量多少，以符合实际植物生长需求，使之有利于绿色植物进行生理反应需求与次级代谢物的合成，进而提升植物实际生长产量。

为达上述目的，本公开提供一种植物生长照明装置，包括第一光源单元，其中第一光源单元产生第一输出光谱包括第一峰值波段、第二峰值波段及第三峰值波段。其中第一峰值波段介于350nm至500nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度。第二峰值波段介于500nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度。第三峰值波段介于600nm至700nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度。其中第三峰值相对强度与第二峰值相对强度的比值介于1至10之间。

为达上述目的，本公开还提供一种植物生长照明装置，包括第一光源单元、至少一第二光源单元以及电路控制单元。其中第一光源单元用于产生第一输出光谱，该第一输出光谱包括第一峰值波段、第二峰值波段及第三峰值波段。其中第一峰值波段介于350nm至500nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度。第二峰值波段介于500nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度。第三峰值波段介于600nm至700nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度。其中第三峰值相对强度与第二峰值相对强度的比值介于1至10之间。至少一第二光源单元，用于产生第二输出光谱，该第二输出光谱包括第四峰值波段，该第四峰值波段具有第四峰值相对强度。电路控制单元，连接至第一光源单元及第二光源单元，以组配控制第一光源单元及第二光源单元，并调整第四峰值相对强度与第一峰值相对强度的比值，或第四峰值相对强度与第三峰值相对强度的比值。

附图说明

图1示意性示出本公开示例性实施例中一种植物生长照明装置的架构示意图。

图2示意性示出图1中植物生长照明装置的混合输出光谱。

图3示意性示出本公开示例性实施例中另一种植物生长照明装置的架构示意图。

图4A示意性示出图3中植物生长照明装置的第二输出光谱。

图4B示意性示出图3中植物生长照明装置的混合输出光谱。

图5示意性示出本公开示例性实施例中再一植物生长照明装置的架构示意图。

图6A示意性示出图5的植物生长照明装置的第二输出光谱。

图6B示意性示出图5的植物生长照明装置的混合输出光谱。

图7示意性示出植物生长照明装置的第二输出光谱的另一实施方式。

符号说明

1、2、3：植物生长照明装置

10：第一光源单元

101：发光二极管晶粒

101a：光线

102：光波长转换材料

102a：光线

11：第一输出光谱

111：第一峰值波段

112：第二峰值波段

113：第三峰值波段

12：第二光源单元

121：发光二极管晶粒

121a：光线

13：电路控制单元

14：第二输出光谱

141：第四峰值波段

15：混合输出光谱

I1、I1’：第一峰值相对强度

I2、I2’：第二峰值相对强度

I3、I3’：第三峰值相对强度

I4、I4’：第四峰值相对强度

具体实施方式

体现本公开的特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开的能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的的范围，且其中的说明及图式在本质上应当作说明之用，而非用于限制本公开。

图1为本公开较佳实施例的植物生长照明装置的架构示意图，图2公开了图1的植物生长照明装置的混合输出光谱。如图1及图2所示，植物生长照明装置1至少包括一第一光源单元10，其中该第一光源单元10产生的第一输出光谱11至少包括第一峰值波段111、第二峰值波段112及第三峰值波段113。其中第一峰值波段的范围介于440nm至470nm之间，其半波宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)小于50nm，且具有第一峰值相对强度I1。第二峰值波段112的范围介于520nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度I2。第三峰值波段113的范围介于600nm至675nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度I3。在本实施例中，第一输出光谱11的第三峰值相对强度I3大于第二峰值相对强度I2，且第三峰值相对强度I3与第二峰值相对强度I2的比值更介于1至10之间。此外，于第一输出光谱11中第二峰值相对强度I2或第三峰值相对强度I3的至少其中之一大于第一峰值相对强度I1的二分之一。需强调的是，在其他实施例中，第一输出光谱11的第一峰值波段111范围介于350nm至500nm之间，第二峰值波段112范围介于500nm至570nm之间，第三峰值波段113范围介于600nm至700nm之间，第三峰值相对强度I3与第二峰值相对强度I2的比值介于1至10之间，且第二峰值相对强度I2或第三峰值相对强度I3的至少其中之一大于第一峰值相对强度I1的二分之一，则提供该第一输出光谱11的第一光源单元10亦得以构成本公开的植物生长照明装置1的全光谱植物光源，提供植物良好的生长光源条件，增加植物生理反应效率。其中第二峰值波段112含有相当强度的绿光波峰波段介于510nm至540nm，有助于合成维生素C，同时第三峰值波段113含有相当强度的红光波峰波段介于610nm至650nm，可提高叶绿素利用光能的效率。

请再参阅图1，在本实施例中，第一光源单元10包括至少一发光二极管晶粒101及至少一光波长转换材料102。其中第一输出光谱11的第一峰值波段111即由发光二极管晶粒101所发出的一光线101a所生成，第二峰值波段112及第三峰值波段113则系该光波长转换材料102吸收发光二极管晶粒101所发出的光线101a后再转换而生成的另一光线102a。因此，第一峰值波段111的范围可藉由发光二极管晶粒101的选用而界定其波段范围，由于第一峰值波段111由发光二极管晶粒101产生，故其半波宽小于50nm。另一方面，第二峰值波段112及第三峰值波段113则可藉由光波长转换材料102的选用而界定其波段范围，由于第二峰值波段112及第三峰值波段113由光波长转换材料102吸收发光二极管晶粒101所发出的光线101a后再转换而生成，故其半波宽介于50nm至100nm之间。值得注意的是，通过发光二极管晶粒101与光波长转换材料102的组配封装，即可构成如图1中的第一光源单元10，并使该第一光源单元10具有图2所示的第一输出光谱11。简而言之，第一光源单元10可由一白光LED光源构成，当然本公开并不以此为限。

图3为本公开第二较佳实施例的植物生长照明装置的架构示意图，图4A公开了图3的植物生长照明装置的第二输出光谱，以及图4B公开了图3的植物生长照明装置的混合输出光谱。如图3、图4A及图4B所示，植物生长照明装置2包括第一光源单元10、至少一第二光源单元12以及电路控制单元13。在本实施例中，植物生长照明装置2的第一光源单元10与图1中植物生长照明装置1的第一光源单元件10相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。相较于图1的植物生长照明装置1，本实施例的植物生长照明装置2还包括至少一第二光源单元12及电路控制单元13。其中第二光源单元12产生一第二输出光谱14。相对于第一光源单元10产生第一输出光谱11(请参阅图2)的第一峰值波段111、第二峰值波段112及第三峰值波段113外，第二输出光谱14还包括至少一第四峰值波段141，其中第四峰值波段141具有一第四峰值相对强度I4。在本实施例中，电路控制单元13电性连接至第一光源单元10及第二光源单元12，以组配控制第一光源单元10输出第一输出光谱11及第二光源单元12输出第二输出光谱14，第一光源单元10的第一输出光谱11与第二光源单元12的第二输出光谱14即可构成植物生长照明装置2最后所输出的混合输出光谱15。在此实施例中，可以以第一输出光谱11的第一峰值相对强度I1为基础，再调控第二输出光谱14的第四峰值相对强度I4即可合成所需的混合输出光谱15。在该混合输出光谱15中，对应图2中的第一峰值波段111、第二峰值波段112、第三峰值波段113及图4A中的第四峰值波段141即混合图4B中的第一峰值相对强度I1’、第二峰值相对强度I2’、第三峰值相对强度I3’以及第四峰值相对强度I4’。其中第一峰值相对强度I1’、第二峰值相对强度I2’以及第三峰值相对强度I3’的相对比值可参考图2中第一输出光谱11，即第三峰值相对强度I3’与第二峰值相对强度I2’的比值介于1至10之间，且第二峰值相对强度I2’或第三峰值相对强度I3’的至少其中之一大于第一峰值相对强度I1’的二分之一。

在本实施例中，第二光源单元12包括至少一发光二极管晶粒121。其中第二输出光谱14的第四峰值波段141即由发光二极管晶粒121所发出的一光线121a所生成。因此，第四峰值波段141的范围可藉由发光二极管晶粒121的选用而界定其波段范围，由于第四峰值波段141由发光二极管晶粒121产生，故其半波宽小于50nm。简而言之，第二光源单元12为一特定波段的LED芯片光源，当然本公开并不以此为限。在本实施例中，第四峰值波段141的范围介于635nm至685nm之间，尤以660nm为最佳。另一方面，通过电路控制单元13的调控第一光源单元10的第一输出光谱11(如图2所示)与第二光源单元12的第二输出光谱14(如图4A所示)所合成产生的混合输出光谱15中(如图4B所示)，合成后第四峰值相对强度I4’与第一峰值相对强度I1’的比值介于15至30之间。应强调的是，本实施例中的植物生长照明装置2所输出的混合输出光谱15中，除原第一光源单元10中的第二峰值波段112含有相当强度的绿光波峰波段介于510nm至540nm，有助于合成维生素C，第三峰值波段113含有相当强度的红光波峰波段介于610nm至650nm，可提高叶绿素利用光能的效率外，更可由第二光源单元12提供叶绿素行光合作用主要吸收的红光波段光源，即第四峰值波段141为660nm。实际应用时，当电路控制单元13如前述实施例所示调控合成产生的混合输出光谱15时，使第四峰值相对强度I4’与第一峰值相对强度I1’的比值介于15至30之间的条件下，均可相对增加绿色植物的生长重量。其中在一实施例中，于第四峰值相对强度I4’与第一峰值相对强度I1’的比值为25的条件下，绿色植物的生长重量将可相对增加15％至30％。

图5为本公开的第三较佳实施例的植物生长照明装置的架构示意图，图6A公开了图5的植物生长照明装置的第二输出光谱，以及图6B公开了图5的植物生长照明装置的混合输出光谱。如图5、图6A及图6B所示，在本实施例中，植物生长照明装置3的结构与图3中植物生长照明装置2相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图3的植物生长照明装置2，本实施例的植物生长照明装置3中至少一第二光源单元12所产生的第四峰值波段141的范围介于700nm至900nm之间，尤以730nm为最佳，如图6A所示，属远红外光波段范围。在本实施例中，第一光源单元10所产生的第一输出光谱11与前述实施例相同，即如图2所示。第一输出光谱11至少包括第一峰值波段111、第二峰值波段112及第三峰值波段113，其中第一峰值波段的范围介于440nm至470nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度I1。第二峰值波段112的范围介于520nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度I2。第三峰值波段113的范围介于600nm至675nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度I3。当然，第一输出光谱11中第一峰值波段111、第二峰值波段112及第三峰值波段113可为的峰段范围并不以此为限，利用发光二极管晶粒101生成的光线101a构成的第一峰值波段111范围介于350nm至500nm之间，以及利用光波长转换材料102转换的光线102a构成的第二峰值波段112范围介于500nm至570nm之间与第三峰值波段113范围介于600nm至700nm之间，且令第三峰值相对强度I3与该第二峰值相对强度I2的比值介于1至10之间，第二峰值相对强度I2或第三峰值相对强度I3的至少其中之一大于第一峰值相对强度I1的二分之一，均可构成本公开的植物生长照明装置3的全光谱植物光源，提供植物良好的生长光源条件，增加植物生理反应效率。

在本实施例中，相对于第一光源单元10的第一输出光谱11，第二光源单元12的第二输出光谱14还包括至少一第四峰值波段141，具有第四峰值相对强度I4(如图6A所示)。在本实施例中，通过电路控制单元13控制第一光源单元10输出第一输出光谱11及第二光源单元12输出第二输出光谱14，并组配合成输出的混合输出光谱15(如图6B所示)。于该混合输出光谱15中，对应图2中的第一峰值波段111、第二峰值波段112、第三峰值波段113及图6A中的第四峰值波段141即混合图6B中的第一峰值相对强度I1’、第二峰值相对强度I2’、第三峰值相对强度I3’以及第四峰值相对强度I4’。其中混合后第三峰值相对强度I3’与第二峰值相对强度I2’的比值介于1至10之间，且第二峰值相对强度I2’或第三峰值相对强度I3’的至少其中之一大于第一峰值相对强度I1’的二分之一。值得注意的是，在本实施例的混合输出光谱15中，使第四峰值相对强度I4’与第三峰值相对强度I3’的比值介于0.1至10之间。实际应用时，当电路控制单元13如前述实施例所示调控合成产生混合输出光谱15时，于第四峰值相对强度I4’与第三峰值相对强度I3’的比值为0.1的条件下，绿色植物的生长重量将可相对增加10％至20％。

如前所述，本公开的植物生长照明装置3包括一电路控制单元13、一第一光源单元10及至少一第二光源单元12。在其他实施例中，植物生长照明装置3除必要的第一光源单元10外，更可同时包括两个第二光源单元12，其一产生图4A的第二输出光谱14，另一产生图6A的第二输出光谱14，可以为多种组合方式，本公开亦不以此为限。值得注意的是，第二光源单元12提供的第二输出光谱14除了前述图4A与图6A所分别公开的红光波段及远红外光波段外，亦可为紫外光波段，尤其是指275nm至320nm的UVB紫外光波段。图7为公开本公开的植物生长照明装置第二输出光谱的另一实施方式。当该第二输出光谱14与图2的第一输出光谱11合成后，所得的合成输出光谱15中，第三峰值相对强度I3’与第二峰值相对强度I2’的比值同样介于1至10之间，且第二峰值相对强度I2’或第三峰值相对强度I3’同样大于第一峰值相对强度I1’的二分之一。然而，其第四峰值相对强度I4’与第一峰值相对强度I1’的比值介于0.05至0.5之间，即令图7中第二输出光谱14的第四峰值相对强度I4为图2中第一输出光谱11的第一峰值相对强度I1的0.05至0.5即可。在实际应用时，当电路控制单元13如前述实施例所示调控合成产生混合输出光谱15时，当第四峰值相对强度I4’与第一峰值相对强度I1’的比值介于0.05至0.5的条件下，可增加绿色植物维生素C含量，同时促进次级代谢物的合成。

综上所述，本公开的植物生长照明装置，其具有全光谱植物光源，可以给植物提供良好的生长光源条件，增加植物生理反应效率。且其所提供的全光谱植物光源中，具有相当强度的绿光波峰波段介于510nm至540nm，有助于合成维生素C，同时具有相当强度的红光波峰波段介于610nm至650nm，可提高叶绿素利用光能的效率。另一方面，藉由电路控制单元控制调整多个高效能LED发光光源，利用基础白光LED光源附加组合不同波峰波段的LED芯片光源，以产生300nm至850nm全光谱光源，并可依不同作物品种需求调整其光源波段组成与能量多少，以符合实际植物生长需求，使之有利于绿色植物进行生理反应需求与次级代谢物的合成，进而提升植物实际生长产量。

本公开的得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求书所欲保护者。

Claims (19)

1.一种植物生长照明装置，其特征在于，具有第一光源单元，该第一光源单元产生第一输出光谱，该第一输出光谱包括：

第一峰值波段，介于350nm至500nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度；

第二峰值波段，介于500nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度；以及

第三峰值波段，介于600nm至700nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第三峰值相对强度，

其中该第三峰值相对强度与该第二峰值相对强度的比值介于1至10之间。

2.如权利要求1所述的植物生长照明装置，其中该第二峰值相对强度或该第三峰值相对强度大于该第一峰值相对强度的二分之一。

3.如权利要求1所述的植物生长照明装置，其中该第一光源单元包括一发光二极管晶粒及一光波长转换材料，该第一峰值波段由该发光二极管晶粒所发出的光线生成，该第二峰值波段及该第三峰值波段由该光波长转换材料吸收该发光二极管晶粒所发出的该光线后再转换而生成。

4.如权利要求1所述的植物生长照明装置，还包括第二光源单元，其中该第二光源单元产生第二输出光谱，该第二输出光谱包括第四峰值波段，且该第四峰值波段具有第四峰值相对强度。

5.如权利要求4所述的植物生长照明装置，其中该第二光源单元包括一发光二极管晶粒，该第四峰值波段由该发光二极管晶粒所发出的光线所生成。

6.如权利要求4所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于635nm至685nm之间，其半波宽小于50nm，且该第一输出光谱与该第二输出光谱合成产生一混合输出光谱，其中该第四峰值相对强度与该第一峰值相对强度的比值介于15至30之间。

7.如权利要求6所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段为660nm。

8.如权利要求4所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于700nm至900nm之间，其半波宽小于50nm，且该第一输出光谱与该第二输出光谱合成产生一混合输出光谱，其中该第四峰值相对强度与该第三峰值相对强度的比值介于0.1至10之间。

9.如权利要求8所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段为730nm。

10.如权利要求4所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于250nm至350nm之间，其半波宽小于50nm，且该第一输出光谱与该第二输出光谱合成产生一混合输出光谱，其中该第四峰值相对强度与该第一峰值相对强度的比值介于0.05至0.5之间。

11.一种植物生长照明装置，其特征在于，包括一第一光源单元，用于产生第一输出光谱，其中该第一输出光谱包括：

第一峰值波段，介于350nm至500nm之间，其半波宽小于50nm，且具有第一峰值相对强度；

第二峰值波段，介于500nm至570nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度；以及

第三峰值波段，介于600nm至700nm之间，其半波宽介于50nm至100nm之间，且具有第二峰值相对强度，其中该第三峰值相对强度与该第二峰值相对强度的比值介于1至10之间；

至少一第二光源单元，用于产生第二输出光谱，其中该第二输出光谱包括第四峰值波段，该第四峰值波段具有第四峰值相对强度；以及

一电路控制单元，电性连接至该第一光源单元及该第二光源单元，以组配控制该第一光源单元及该第二光源单元，并调整该第四峰值相对强度与该第一峰值相对强度的比值，或该第四峰值相对强度与该第三峰值相对强度的比值。

12.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第二峰值相对强度或该第三峰值相对强度大于该第一峰值相对强度的二分之一。

13.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第一光源单元包括一发光二极管晶粒及一光波长转换材料，该第一峰值波段由该发光二极管晶粒所发出的光线所生成，该第二峰值波段及该第三峰值波段由该光波长转换材料吸收该发光二极管晶粒所发出的该光线后再转换而生成。

14.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第二光源单元包括一发光二极管晶粒，该第四峰值波段由该发光二极管晶粒所发出的光线所生成。

15.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于635nm至685nm之间，其半波宽小于50nm，且该第四峰值相对强度与该第一峰值相对强度的比值介于15至30之间。

16.如权利要求15所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段为660nm。

17.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于700nm至900nm之间，其半波宽小于50nm，且该第四峰值相对强度与该第三峰值相对强度的比值介于0.1至10之间。

18.如权利要求17所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段为730nm。

19.如权利要求11所述的植物生长照明装置，其中该第四峰值波段介于250nm至350nm之间，其半波宽小于50nm，且该第四峰值相对强度与该第一峰值相对强度的比值介于0.05至0.5之间。