CN108730790A - 荧光粉转换型植物生长用灯丝灯 - Google Patents

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Dalian Lide Lighting Research Center Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，包括发光二极管灯丝，其中，发光二极管灯丝包括基板、在基板上排列的多个蓝光芯片，以及至少覆盖在蓝光芯片表面上的包括荧光材料的层，荧光材料的发射峰值为500～800nm。该荧光粉转换型植物生长用灯丝灯通过改变光谱，控制照射时间，照射强度，改变植物生长方式，控制植物发育速度和形态，提高光合效率，改善植物品质，提高产量，更好满足植物补光要求；荧光材料化学性质稳定，发光效率高；灯丝设置方式具有360°发光角度，利于提高能源的利用率；保证发光质量且节约成本；混光均匀；光源稳定；能够通过改变荧光材料的配比，有针对性的对特定植物进行科学补光。

Description

荧光粉转换型植物生长用灯丝灯
技术领域
本发明属于植物照明领域，具体涉及一种荧光粉转换型植物生长用灯丝灯。
背景技术
自然界中，万物生长靠太阳。植物的生长萌芽、形态建成、光合作用以及基因表达的各个阶段都需要太阳光照。太阳光是一类连续光谱光。不同植物按其生命各个阶段的需要，从太阳光中获取所需波长的光。
太阳辐射的波长范围根据不同季节、时间、纬度、海拔高度，辐射到地面不同，大致分布为：290～400nm的紫外光，约占太阳辐射总能量的6％；400～800nm的可见光，约占太阳辐射总能量的52％；800～3000nm的红外光，约占太阳辐射总能量的42％。
植物生命的全部能量来源及主要物质来源是通过光合作用得到的。然而，并不是所有波段的阳光都对植物生长有益。因此，植物吸收利用的光线也具有特定的光谱响应曲线。
光合作用是绿色植物生长发育的必要条件。此过程用公式简单表示如下：
(1)波长位于400～480nm的蓝紫光可以被叶绿素、类胡萝卜素强烈吸收，促进作物茎叶生长，达到强光合作用；
(2)600～700nm的红橙光被叶绿素a、b吸收，光合作用最强，促进果实生长。
叶绿素最重要的性质是选择性地吸收光。因此，只有照明系统提供的光辐射能量可以被植物吸收利用才是有效辐射。
由上可知，90％植物基因受到光照控制。只要使照射于作物的光线波长特别处于440nm和650～670nm，就能使植物处于最佳生长状态。因此，补光光源颜色的改变能力至关重要。基于此，近年来利用人工光源对植物生长进行补光栽培的方法受到广泛关注。
目前，商用的人工补光光源主要有：荧光灯和高压钠灯。由于上述两种补光光源存在耗电量高、光能利用率低、与植物光合作用光谱响应曲线契合程度差、寿命短以及发热量大等缺点，而使其在植物照明领域的广泛应用受到限制。
近年来，在固态照明的推动下，具有单色性优异、节能效率高、寿命长和小型化的LED光源成为植物照明领域最有希望取代荧光灯、高压钠灯等光源的高品质光源。根据光合作用光谱响应曲线原理，可利用不同颜色、类型的半导体LED来构造适合植物生长所需的照明光源。
最早的可查的植物照明培养专利是授予挪威Solar Oasis的美国专利US6921182B2，公开了一种用于提高商业和家用植物补光的LED灯，提出了LED光源可应用于植物照明领域；但是由于单色LED光谱较窄，使得植物叶片厚度不足，并且其在发光稳定性方面表现较差。
在授予日本昭和电工(SHOWA DENKO)的美国专利US9485919B2中，公开了一种由红色、蓝色芯片封装组成的红蓝色发光二极管灯，其利用红色LED和蓝色LED搭配排列发光，发光波长为650nm至655nm。由于LED之间等距排列，红蓝LED个数差距悬殊，因此发射的光难以混合均匀，致使出现光分布不均现象。此外，其发射光谱较窄，欠缺重要的红光成分，并不适合植物生长照明。另外，红光LED成本要明显高于等规格的蓝光LED，并且红光LED用量大，管理成本增加，从而影响其推广使用。
在申请人为日本三菱化学(Mitsubishi Chemical Corporation)的欧洲专利申请EP2056364A1中，公开了一种包括固体光源和荧光体的LED光源，其光谱范围较宽，与植物光合作用光谱响应曲线能够有效契合。然而，其封装光源采用贴片形式，进行植物补光时发光面单一。
此外，过去最方便的途径是使用混合单色LED(红色、绿色和蓝色)，或在蓝光LED芯片上涂覆黄色或绿色荧光粉或红色荧光粉。但其缺点分别是发射光谱带较窄，并且现有的适合蓝光芯片激发的红色荧光粉发光效率低、稳定性差、难以普遍应用于高显色且高效率植物生长LED灯领域。
因此，目前广泛使用的植物照明光源仍然存在诸多缺陷(如混光不均匀、光源热稳定性差、照射角度单一、成本较高等)，存在对于稳定的照明光源性质、简化的封装工艺、成本低廉的植物LED照明光源等的需求。
发明内容
发明目的：
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种改进的蓝光芯片和荧光材料搭配使用的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其能够有效克服上述问题，其能够通过改变光谱，控制照射时间，照射强度，改变植物生长方式、控制植物发育速度和形态，提高光合效率，改善植物品质(如增加维生素含量)，提高产量，更好满足植物补光要求；荧光材料化学性质稳定，发光效率高；灯丝设置方式具有360°发光角度，利于提高能源的利用率；保证发光质量且节约成本；混光均匀；光源稳定；能够通过改变荧光材料的配比，有针对性的对特定植物进行科学补光。
本发明的技术方案：
本发明提供一种荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，包括发光二极管灯丝，其中所述发光二极管灯丝包括基板、在所述基板上排列的多个蓝光芯片，以及至少覆盖在所述蓝光芯片表面上的包括荧光材料的层，所述荧光材料的发射峰值为500～800nm。
在一些实施方案中，红色荧光材料的发射峰值为610～680nm。
在一些实施方案中，黄绿色荧光材料的发射峰值为530～580nm。
在一些实施方案中，蓝光芯片的材质可以选自GaN、InGaN和ZnSe中的一种及其组合组成的组。
在一些实施方案中，蓝光芯片优选使用InGaN。InGaN LED属于直接能隙的半导体材料，通常可以获得从紫外光、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。目前，InGaN有高亮度蓝光及绿光LED。
在一些实施方案中，蓝光芯片的波长为440～470nm。
在一些实施方案中，蓝光芯片的波长为460nm。植物的胡萝卜素吸收峰主要位于475nm和450nm左右的蓝光区，叶黄素吸收峰位于495nm和452nm的蓝绿光区，综合分析在460nm的光照下，叶绿素和类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大。因此，本发明优选的蓝光芯片的波长为460nm。
在一些实施方案中，荧光材料选自黄绿色荧光材料或氮化物红色荧光材料或者它们的混合物，其中氮化物红色荧光材料具有通式I的结构，并且黄绿色荧光材料具有通式II的结构。
在一些实施方案中，荧光材料包括通式I的化合物、通式II的化合物或其组合，
[M1-γ,(∑RE-1)γ]1+α(∑RE-2)zM’bAlcSidNnXy I
其中，n＝2/3(1+α)+z+1/3b+4/3d+c-1/3y，0＜α≤0.2，0.005≤γ≤0.15，0≤y≤0.05，0≤z≤0.01，b＝0或0.33<b≤1.0，0.01＜c≤0.63，1.34≤d＜1或1＜d≤2.8；
M选自由Sr、Ba、Ca、Mg、Zn及其组合组成的组；
M’选自由Li、Na及其组合组成的组；
X为F；
∑RE-1选自由Eu、Mn及其组合组成的组；
∑RE-2选自由Ce、Pr、La、Tb、Er及其组合组成的组；
[Lu1-e-g-h-2/3fYe∑(Ln-1)g∑(Ln-2)hM”f]3±δ[Al1-xGax]5(O1-1/2mX”m)12±1.5δII
其中，0.001≤e≤0.95,0≤f≤0.2,0≤g≤0.9,0.001≤h≤0.5,0＜δ≤1.5，0≤x≤0.5，0.001≤m≤0.2，0≤1-e-g-h-2/3f≤1；
∑(Ln-1)选自由La、Gd、Tb、Nd、Ho及其组合组成的组；
∑(Ln-2)表示激活剂，所述激活剂选自由Ce、Pr、Dy、Eu、Tm、Er、Sm、Yb、Sc及其组合组成的组；
X”表示共激活剂，所述共激活剂选自F、Cl及其组合组成的组；
M”表示Ca、Sr、Ba、Mg、Zn及其组合组成的组。
在一些实施方案中，所述通式I的化合物选自由如下化合物及其组合组成的组：
(Sr0.96,Eu0.04)1.0287Al0.1Si2.2N3.7144F0.01433，
(Sr0.92,Eu0.08)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Sr0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Ca0.90,Eu0.10)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，以及
(Sr0.85,Eu0.15)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264。
在一些实施方案中，所述通式II的化合物选自由如下化合物及其组合组成的组：
[Lu0.5875Y0.35Ce0.05Ba0.0188]3.35A15(O0.9985,F0.003)12.525，
[Lu0.461Y0.45Ce0.05Ba0.0585]2.8Al5(O0.995,F0.01)11.7，
[Y0.7623Gd0.17Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Y0.6323Gd0.29Ce0.06Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Y0.3823Gd0.55Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Lu0.10283Y0.77Gd0.07Nd0.0005Ce0.05Ba0.01]1.67[Al0.98Ga0.02]5(O0.999,F0.002)10.005，以及
[Y0.695Gd0.25Ce0.05Pr0.005]1.67Al5(O0.995,F0.01)10.005。
在一些实施方案中，优选地，本发明通式I的化合物和通式II的化合物的组合是：
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264和[Lu0.5875Y0.35Ce0.05Ba0.0188]3.35A15(O0.9985,F0.003)12.525组合；
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264和[Lu0.461Y0.45Ce0.05Ba0.0585]2.8Al5(O0.995,F0.01)11.7组合；
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264和[Y0.6323Gd0.29Ce0.06Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826组合，以及
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264和[Y0.3823Gd0.55Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826组合。
在一些实施方案中，氮化物红色荧光材料在蓝光激发下发射峰值为640nm、665nm、673nm，峰值范围位于630～680nm，半峰宽范围在53.4nm～122.1nm。氮化物红色荧光材料具有高显色性、稳定性强、低光衰、节能等优点。
在一些实施方案中，黄绿色荧光材料在蓝光激发下发射峰值为539nm、556nm、578nm，光谱覆盖范围530～580nm。黄绿色荧光材料具有高亮度、高显色性、稳定性强、抗光衰等优点。
通过将具有本发明的通式I结构的氮化物红色荧光材料与和具有通式II结构的黄绿色荧光材料组合制备的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯能够通过调整两种荧光材料的配比来改变光谱以便有针对性地对特定植物进行科学补光，并且通过控制照射时间、照射强度，改变植物生长方式、控制植物发育速度和形态，提高光合效率，改善植物品质，提高产量，更好满足植物补光要求；混合的荧光材料的化学性质稳定，发光效率高；灯丝设置方式具有360°发光角度，利于提高能源的利用率，保证发光质量且节约成本，混光均匀，光源稳定。
在一些实施方案中，LED灯丝灯的发光光谱特性(如强度、峰值、半峰宽)可以由荧光材料的种类和浓度进行调节。
在一些实施方案中，荧光材料包括重量比为4:96～20:80的通式I的化合物和通式II的化合物。
在一些实施方案中，荧光材料包括优选重量比为4:96～13:87的通式I的化合物和通式II的化合物。处于本发明的重量比范围内的荧光材料的显色指数较高，显色性更好；其经过封装后得到的植物生长用灯丝灯的B/R值在植物所需范围内变化。
在一些实施方案中，荧光材料与硅胶混合比例为3:1～4:1。本发明的所述荧光材料与硅胶的混合比例可以提高荧光粉的发光效率；并且在点胶过程中这样的比例不会造成荧光材料沉淀，避免出光色差问题；不易导致LED黄变。
在一些实施方案中，蓝光与红光混合比例为1:2～1:12。
在一些实施方案中，蓝光与红光优选混合比例为1:7～1:9.3。具有本发明的红光与蓝光混合比例的植物生长用灯丝灯适用于常见植物(如绿萝、生菜、韭菜、黄瓜、青菜、草莓等)生长光合作用所需的光源波长。
在一些实施方案中，基板的材质是AlN。这类材质的基板具有散热性好、耐高温、耐潮湿以及稳定性佳等优点。
在一些实施方案中，灯丝灯激发出的光谱与植物光合作用曲线匹配。
在一些实施方案中，包括荧光材料的层覆盖整个发光二极管灯丝。荧光材料被蓝光芯片激发发射红光或黄绿光，再与蓝光芯片发出的部分蓝光组合形成植物所需的互补光源，这个过程中全包覆有利于形成360°全向光束。
在一些实施方案中，本发明的新型荧光粉转换型植物生长用灯丝灯主要为红光LED、紫罗兰色LED、暖白光LED以及黄光LED。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯的有益效果主要体现在：
(1)通过改变光谱，控制照射时间，照射强度，改变植物生长方式，控制植物发育速度和形态，提高光合效率，也可以改善植物品质(如增加维生素含量)，提高产量，间接降低成本，更好满足植物补光要求；
(2)本发明的荧光材料化学性质稳定，发光效率高，光源稳定；
(3)本发明的灯丝设置方式具有360°发光角度，利于提高能源的利用率；
(4)采用AlN陶瓷基板，稳定性强、散热效果更佳，可以靠近植物，又不会损伤植物，保证发光质量且节约成本；
(5)蓝光芯片与激发的黄绿色荧光材料、氮化物红色荧光材料发出的光充分混合，有效克服传统植物照明灯具光均匀一致性差的问题；
(6)本发明的荧光材料在整个LED光源成本中所占的比例一般小于15％，与此相比，现有技术中红光芯片的比例则较大(一般需要60％)，很大程度降低成本；
(7)不受天气干扰；
(8)通过改变荧光材料的重量比，对强度、峰值、半峰宽进行调节，制订出针对特定植物所需的光线。
附图说明
通过参照对本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为常见绿色植物的光合作用光谱响应曲线；
图2所示为根据本发明具体实施例的一种植物生长用灯丝灯的平面示意图；
图3所示为根据本发明具体实施例的一种植物生长用灯丝灯的发光二极管灯丝剖面图；
图4所示为本发明实施例2-3的发射光谱图；
图5所示为本发明实施例4-7的发射光谱图；
图6所示为单叶植物在不同单一光源照射下的CO2含量变化谱图。
具体实施方式
在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显地，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。在其他示例中，公知的结构和装置在方框图表中示出。在这方面，所举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受上述具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。
在以下的实施例中所采用的各荧光材料、硅胶、蓝光芯片、植物等，均可以通过商业途径获得。
本发明所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括设置在AlN基板，在该基板上排列设置多个蓝光芯片(该蓝光芯片的波长为440～470nm)，采用通式为[M1-γ,(∑RE-1)γ]1+α(∑RE-2)zM’bAlcSidNnXy的氮化物红色荧光材料和/或通式为[Lu1-e-g-h-2/3fYe∑(Ln-1)g∑(Ln-2)hM”f]3±δ[Al1-xGax]5(O1-1/2mX”m)12±1.5δ的黄绿色荧光材料；将该荧光材料或其组合与硅胶以一定的比例混合，然后至少覆盖于蓝光芯片表面，从而激发出适合植物光合作用光谱响应曲线的光谱。
针对制备荧光材料的层/发光层/覆盖的方法，其包括：按照重量比称量A、B胶(1：1)和荧光材料，常温下将A、B胶混合后充分搅拌均匀，抽真空，将称量好的荧光材料装入自动点粉机后设定程序自动点粉，自动点胶，设定硅胶厚度范围0.1～0.15mm，盖透镜及压边，100～120℃下烘烤35～45分钟，操作方式为市场普遍使用的点胶机方式。
本发明植物生长用灯丝灯(参见图2)，包括灯头4、灯罩3、设置于灯罩3内部的4根发光二极管灯丝1、与发光二极管灯丝相连接的玻璃支架2以及电源驱动器(图中未显示)。
本发明的示例植物生长用灯丝灯的发光二极管灯丝(参见图3)，包含AlN基板I、排列在AlN基板I上的发光单元-蓝光芯片II、覆盖整个AlN基板I的荧光材料层III，以及两端的电极垫IV。电极垫IV与玻璃支架2或电源驱动器采用电焊方式形成电连接。
荧光材料的光学特性参数由设备(EVERFINE)HAAS-2000测量。具体地，测量样品反射的复合蓝光(455nm)二极管辐射的黄-橙色荧光光谱，反射角为45°，波长范围在500nm～800nm。荧光材料封装蓝光芯片后的色度学参数由设备(EVERFINE)HAAS-2000在积分球内测量得到。
荧光材料的光学特性参数测试项目的简写代号如下：
1.相对亮度(I)；
2.主波长(λdom，nm)；
3.峰值波长(λpeak，nm)；
4.色坐标(x,y)；
5.半峰宽(nm)；
6.色温(Tc，K)。
实施例1
对上述各荧光材料进行各个光学特性参数的测试，测试所得数据参见表1和表2。
表1.氮化物红色荧光材料的光学特性参数
表2.黄绿色荧光材料的光学特性参数
实施例2
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；采用分子式为(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264的氮化物红色荧光材料，将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝4:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图4中实线a所示。
由图4可知，本实施例灯丝灯的发射光谱覆盖600nm～800nm的宽带，发射峰值位于652nm附近，半峰宽为119.8nm，光通量高达244.5lm，相应色温(Tc)约为1350K。蓝光与红光混合比例(B/R)约为1:7.9。
相较于现有技术植物生长用灯，红光发射更接近光合作用光谱响应曲线中叶绿素a、b的波长值。因此，采用该氮化物红色荧光材料的灯丝灯适用于茎类蔬菜和草莓类红色浆果作物。
实施例3
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，以及排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；采用分子式为(Sr0.85,Eu0.15)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264的氮化物红色荧光材料，将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝3.5:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图4中虚线b所示。
由图4可知，本实施例灯丝灯的发射光谱覆盖600nm～820nm的宽带，发射峰值位于663nm附近，半峰宽为135nm，光通量高达100lm，相应色温(Tc)约为1315K。蓝光与红光混合比(B/R)约为1:9.3。
相较于现有技术植物生长用灯，紫罗兰色光发射更接近光合作用光谱响应曲线中叶绿素a、b波长值。
实施例4
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；将本发明实施例2中的分子式为(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264的氮化物红色荧光材料与分子式为[Lu0.5875Y0.35Ce0.05Ba0.0188]3.35A15(O0.9985,F0.003)12.525的黄绿色荧光材料按13:87的重量比组合形成LED荧光材料组合物，再将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝4:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图5中实线1所示。
由图5可知，本实施例的灯丝灯的发射光谱覆盖500nm～700nm的宽带，发射峰值位于604nm附近，半峰宽为113.8nm，光通量高达4000lm，相应色温(Tc)约为3000K。蓝光与红光混合比例(B/R)约为1:11.6。
相较于现有技术植物生长用灯，本实施例的灯丝灯形成的光谱覆盖了植物光合作用响应曲线中叶绿素a、b的峰值，促进植物生长效果更佳。
实施例5
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；将分子式为[Lu0.461Y0.45Ce0.05Ba0.0585]2.8Al5(O0.995,F0.01)11.7和(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264按87:13的重量比组合形成LED荧光材料组合物，将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝3:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图5中破折线2所示。
由图5可知，本实施例灯丝灯的发射光谱覆盖500nm～750nm的宽带，发射峰值位于612nm附近，半峰宽为152.9nm，光通量高达622.8lm，相应色温(Tc)约为2700K。蓝光与红光混合比例(B/R)约为1:9.3。
选用该混合荧光材料的灯丝灯适用于生菜等多叶蔬菜作物的光照需求。
实施例6
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；将实施例2中的分子式为(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264的氮化物红色荧光材料与分子式为[Y0.6323Gd0.29Ce0.06Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826的黄色荧光材料按10:90的重量比组合形成LED荧光材料组合物，再将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝4:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图5中点线3所示。
由图5可知，本实施例灯丝灯的发射光谱覆盖550nm～750nm的宽带，发射峰值位于643nm附近，半峰宽为143.9nm，光通量高达350lm，相应色温(Tc)约为2017K。蓝光与红光混合比例(B/R)约为1:4.54。
实施例7
本实施例所制备的植物生长用灯丝灯中的发光二极管灯丝包括AlN基板I，排列设置在AlN基板I上的多个蓝光芯片II，该蓝光芯片II的波长为460nm；将实施例2中的分子式为(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264的氮化物红色荧光材料与分子式为[Y0.3823Gd0.55Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826的黄色荧光材料按6:94的重量比组合形成LED荧光材料组合物，再将其与硅胶按照荧光材料:硅胶＝4:1的比例混合，然后覆盖于蓝光芯片II上。
经测试，可得制得的植物生长用灯丝灯的发射光谱如图5中双点破折线4所示。
由图5可知，本实施例灯丝灯的发射光谱覆盖500nm～775nm的宽带，发射峰值位于632nm附近，半峰宽为147nm，光通量高达320lm，相应色温(Tc)约为2064K。蓝光与红光混合比例(B/R)约为1:11.7。
实施例8
本实施例为对单叶植物进行单色LED的分阶段照射下的CO2含量变化实验。分别采用550nm绿色LED、本发明实施例4和5中的植物生长用灯丝灯，以及460nm蓝色LED对绿萝进行照射，经测试，得到光合作用所需CO2含量随时间变化的谱图(如图6所示)。其中，采用气体探头检测仪，通过空间中气体变化与电压关系反映CO2含量的变化。
由图6可知，绿光照射下的CO2含量变化平缓，说明植物的光合作用进行缓慢；白光照射下的CO2含量下降，说明植物开始进行光合作用；相较于白光照射下的CO2含量，蓝光和红光照射下的CO2含量变化曲线的斜率增加，说明在蓝光和红光照射下，光合作用进行地更加充分。结果表明，光质对于作物光合作用影响程度为红光＞蓝光＞白光＞绿光。
基于此，本发明的新型荧光粉转换型植物生长用灯丝灯主要为红光LED、紫罗兰色LED、暖白光LED以及黄光LED。
实施例9
对实施例2-7的灯丝灯进行封装测试，所得的光学特性参数参见如下表3。
表3灯丝灯封装测试光学特性参数
实施例10
将生菜在实施例2和实施例4的植物生长用灯丝灯下交替照射，分别在一定时间后多次采集其生物学数据。表4-6分别为与日光实际扣棚后性能比较。
表4.净光合速率值比较
项目 第一次取样 4个月后取样 备注
日光 10.29 14.10 ——
本发明LED植物生长用灯丝灯 12.75 16.20 ——
其中，净光合速率值的单位为umol/m2/s，每个棚取10片年轻叶片，采用CI-301-CO2气体分析仪测其净光合速率值，取平均值。
表5.作物产量比较
表6.作物果实维生素含量比较
项目 维生素(mg/100g) 固型物(mg/100g) 备注
日光 59 4.1 ——
本发明LED植物生长用灯丝灯 130 5.1 ——
由上述数据可知，相较于日光，采用本发明的LED植物生长用灯丝灯照射的作物的净光合速率值大、同期产量优势显著，作物果实维生素含量增加明显。
通过以上实施例可以发现，本发明提供的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯能够通过改变光谱，控制照射时间，照射强度，改变植物生长方式，控制植物发育速度和形态，提高光合效率，改善植物品质(如增加维生素含量)，提高产量，更好满足植物补光要求；荧光材料的化学性质稳定，发光效率高；灯丝设置方式具有360°发光角度，利于提高能源的利用率；保证发光质量且节约成本；混光均匀；光源稳定；通过调整荧光材料的配比，有针对性的对特定植物进行科学补光。
尽管已经在上面以细节描述了数个示例性实施方案，但是所公开的实施方案仅是示例性而非限制性的，并且本领域技术人员将容易意识到，在示例性实施方案中很多其他修改，改动和/或替换是可能的，而不实质偏离本公开的新颖性教导和优点。因此，所有这些修改，改动和/或替换意图被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。

Claims (12)

1.一种荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，包括发光二极管灯丝，其中，所述发光二极管灯丝包括基板、在所述基板上排列的多个蓝光芯片，以及至少覆盖在所述蓝光芯片表面上的包括荧光材料的层，所述荧光材料的发射峰值为500～800nm。
2.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述荧光材料的发射峰值为610～680nm。
3.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述荧光材料的发射峰值为530～580nm。
4.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述蓝光芯片的波长为440～470nm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述荧光材料包括通式I的化合物、通式II的化合物或其组合，
[M1-γ,(∑RE-1)γ]1+α(∑RE-2)zM’bAlcSidNnXy I
其中，n＝2/3(1+α)+z+1/3b+4/3d+c-1/3y，0＜α≤0.2，0.005≤γ≤0.15，0≤y≤0.05，0≤z≤0.01，b＝0或0.33<b≤1.0，0.01＜c≤0.63，1.34≤d＜1或1＜d≤2.8；
M选自由Sr、Ba、Ca、Mg、Zn及其组合组成的组；
M’选自由Li、Na及其组合组成的组；
X为F；
∑RE-1选自由Eu、Mn及其组合组成的组；
∑RE-2选自由Ce、Pr、La、Tb、Er及其组合组成的组；
[Lu1-e-g-h-2/3fYe∑(Ln-1)g∑(Ln-2)hM”f]3±δ[Al1-xGax]5(O1-1/2mX”m)12±1.5δ II
其中，0.001≤e≤0.95,0≤f≤0.2,0≤g≤0.9,0.001≤h≤0.5,0＜δ≤1.5，0≤x≤0.5，0.001≤m≤0.2，0≤1-e-g-h-2/3f≤1；
∑(Ln-1)选自由La、Gd、Tb、Nd、Ho及其组合组成的组；
∑(Ln-2)表示激活剂，所述激活剂选自由Ce、Pr、Dy、Eu、Tm、Er、Sm、Yb、Sc及其组合组成的组；
X”表示共激活剂，所述共激活剂选自F、Cl及其组合组成的组；
M”表示Ca、Sr、Ba、Mg、Zn及其组合组成的组。
6.根据权利要求5所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述通式I的化合物选自由如下化合物及其组合组成的组：
(Sr0.96,Eu0.04)1.0287Al0.1Si2.2N3.7144F0.01433，
(Sr0.92,Eu0.08)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Sr0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Ca0.90,Eu0.10)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，
(Ca0.88,Eu0.12)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264，以及
(Sr0.85,Eu0.15)1.0525Al0.1Si2.2N3.7262F0.0264。
7.根据权利要求5所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述通式II的化合物选自由如下化合物及其组合组成的组：
[Lu0.5875Y0.35Ce0.05Ba0.0188]3.35A15(O0.9985,F0.003)12.525，
[Lu0.461Y0.45Ce0.05Ba0.0585]2.8Al5(O0.995,F0.01)11.7，
[Y0.7623Gd0.17Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Y0.6323Gd0.29Ce0.06Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Y0.3823Gd0.55Ce0.05Ba0.02655]2.884Al5(O0.9985,F0.003)11.826，
[Lu0.10283Y0.77Gd0.07Nd0.0005Ce0.05Ba0.01]1.67[Al0.98Ga0.02]5(O0.999,F0.002)10.005，以及
[Y0.695Gd0.25Ce0.05Pr0.005]1.67Al5(O0.995,F0.01)10.005。
8.根据权利要求5所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述荧光材料包括重量比为4:96～20:80的所述通式I的化合物和所述通式II的化合物。
9.根据权利要求8所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中所述荧光材料包括重量比为4:96～13:87的所述通式I的化合物和所述通式II的化合物。
10.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，其中蓝光与红光混合比例为1:2～1:12。
11.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，所述基板材质是AlN。
12.根据权利要求1所述的荧光粉转换型植物生长用灯丝灯，所述包括荧光材料的层覆盖整个所述发光二极管灯丝。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219968U1 (ru) * 2023-04-11 2023-08-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Светодиодная лампа

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202281062U (zh) * 2011-08-29 2012-06-20 浙江锐迪生光电有限公司 一种LED芯片4π出光的高显色指数LED灯泡
CN105698023A (zh) * 2016-03-31 2016-06-22 苏州汉克山姆照明科技有限公司 一种植物生长专用灯泡
CN105985772A (zh) * 2015-02-11 2016-10-05 大连利德照明研发中心有限公司 固体光源用荧光材料、其制造方法及包含该荧光材料的组合物
CN205655123U (zh) * 2016-03-31 2016-10-19 苏州汉克山姆照明科技有限公司 一种led灯丝及采用该灯丝的植物生长专用灯泡
CN106190124A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 张伯文 一种led芯片发光灯条基板材料及led球泡灯

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202281062U (zh) * 2011-08-29 2012-06-20 浙江锐迪生光电有限公司 一种LED芯片4π出光的高显色指数LED灯泡
CN105985772A (zh) * 2015-02-11 2016-10-05 大连利德照明研发中心有限公司 固体光源用荧光材料、其制造方法及包含该荧光材料的组合物
CN105698023A (zh) * 2016-03-31 2016-06-22 苏州汉克山姆照明科技有限公司 一种植物生长专用灯泡
CN205655123U (zh) * 2016-03-31 2016-10-19 苏州汉克山姆照明科技有限公司 一种led灯丝及采用该灯丝的植物生长专用灯泡
CN106190124A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 张伯文 一种led芯片发光灯条基板材料及led球泡灯

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219968U1 (ru) * 2023-04-11 2023-08-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Светодиодная лампа

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