CN109644718A - 植物补光用led光源及使用该光源的灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物补光用LED光源及使用该光源的灯具，所述植物补光用LED光源包括基板、LED晶片、第一胶粉层和第二胶粉层；所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体和红色荧光粉的混合物；所述第二胶粉层覆盖于所述第一胶粉层上。本发明的植物补光用LED光源，通过蓝光LED晶片激发红色荧光粉和黄色荧光粉，既能形成全光谱，又能突出植物光合作用特征的光配方，改变了现有技术中需要通过使用红色LED晶片、蓝色LED晶片、红外LED晶片、紫外LED晶片、绿色LED晶片多LED晶片组合才能实现的植物光配方，LED晶片投入成本和电路以及散热器成本大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物补光用LED光源及使用该光源的灯具，属于设施农业光照技术领域。
背景技术
根据植物的光生理特性，光辐射对植物的光合作用、生长发育、形态建成和植物代谢等都有调控作用。照射在植物上的不同波段的光对植物的生理影响不同，因而不同波段的光参与光合作用的权重也不同，并且随植物品种及生长的阶段而变化。叶绿素在植株体内负责光能的吸收、传递和转化，类胡萝卜素则行使光能捕获和光破坏防御两大功能，它们在光合作用中起着非常重要的作用。叶绿素a的最大吸收峰为410nm、430nm和660nm；叶绿素b的最大吸收峰为430nm、455nm和640nm。类胡萝卜素是重要的辅助色素，其所吸收的光能正好与叶绿素互补，能帮助叶绿素接收光能。类胡萝卜素吸收带在400～500nm的蓝紫光区，藻蓝素的吸收光谱最大值是在橙红光部分，藻红素则吸收光谱最大值是在绿光部分。
光照条件中光质的影响，尤其是光谱中红光(600nm～700nm，R)与远红光(700nm～800nm，FR)光的比值(R/FR)的作用日益受到人们的重视。光谱中红光与远红光的比值(R/FR)对植物体内赤霉素(CA)的含量的调控、植物形态建成、植株高度具有重要影响。科学家通过人工控制植物生长环境中的红光(R)或远红光(FR)的光量子流密度，改变R/FR的比值来调节植株的形态。当R/FR比值变大时植物的茎节间距变小矮化：反之当R/FR比值变小时则植物有伸长的倾向。
绿色植物在生长的过程中，需要可见光进行光合作用。但是众所周知，可见光是一种复合光，不同的植物在生长过程中，对可见光中的不同颜色的光的需求也不尽相同。
越来越多的研究表明，适当地将不同颜色的光以不同的比例进行混合照射，将有助于植物的生长。
但是，在具体的实现形式上，实际应用中，需增加光源中红色LED或者远红色LED的数量，来实现R/FR比值的调节，从而达到控制植株形态的目的；通过增加绿色LED的数量来弥补光谱中的不足。一般是通过采用多个不同颜色的LED光源进行组合来达到实现不同比例的不同光质的光环境，这对使用者来说极其不方便，如果在组合LED光源的过程中，不同颜色的LED光源的比例发生了错误，也就难以达到植物增产增质的目的。
现有技术中的LED光源如中国专利201180055432.7，201210414873.8，以及201210375582.2所记载。
但是，上述三个专利均通过蓝光激发红色荧光粉，同时发出红蓝光用于植物光合作用，但是需要通过增加紫外发光二极管、绿光发光二极管或者红外发光二极管来实现光谱中紫外光、绿光和近红外光的补充；由此，带来以下不足：
一是光谱中缺失重要成分，如紫外光、绿光或者红外光等，会在植物光形态建成上出现严重不足，影响植物生长发育和品质；
二是通过增加紫外发光二极管、绿光发光二极管或者红外发光二极管来弥补植物生物有效辐射光谱中的不足，增强光合作用或者是调整光质比例，大大增加了LED光源投入成本，如红光和紫外光LED晶片的价格是蓝光LED晶片价格的5-8倍；
三是由于增加紫外发光二极管、绿光发光二极管或者红外发光二极管，其光效低，大大增加后续的运营和维护成本，散热成本相应也增加，能耗大大增加；
四是光形态建成中紫外光(280nm～400nm)、和红外光(700nm～800nm)的光谱所占比例，在植物生物有效辐射(280nm～800nm)的光谱中比较低，LED发光角度小，所以在光谱均匀照射设计方面就很难达到要求。在红外或紫外LED光源个数较少的前提下很难将红外或紫外LED光源均匀配置，或即使将红外或紫外LED光源的扩散角指向性调整成最佳，紫外光、红外光与红光与蓝光的混色也不充分，因此易发生光谱分布不均。
发明内容
本发明目的是提供一种植物补光用LED光源及使用该光源的灯具，其在单一的LED照明设备中发出固定比例的不同光谱组成的光配方，方便生产制造、成本控制和使用者的使用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种植物补光用LED光源，其包括基板、LED晶片、第一胶粉层和第二胶粉层；
LED晶片安装于所述基板的一个表面上；其中，所述LED晶片为蓝光LED晶片；
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层和第二胶粉层；
所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体和红色荧光粉的混合物；
所述第二胶粉层覆盖于所述第一胶粉层上，并完整包裹所述第一胶粉层；所述第二胶粉层为胶粘体和黄色荧光粉的混合物；或者第二胶粉层为胶粘体和红外荧光粉的混合物。
可选的，在第一胶粉层中，所述胶粘体和红色荧光粉的重量比为100:10-150。
可选的，在第二胶粉层中，所述胶粘体和黄色荧光粉的重量比为100:10-30。
可选的，在第二胶粉层中，所述胶粘体和红外荧光粉的重量比为100:10-40。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种植物补光用LED光源，其包括基板、LED晶片和第一胶粉层；
LED晶片安装于所述基板的一个表面上；其中，所述LED晶片为蓝光LED晶片；
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层；
所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的混合物；或者所述第一胶粉层为胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的混合物。
可选的，所述胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的重量比为100:10-100:10-30。
可选的，所述胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的重量比为100:10-100:10-40。
可选的，所述蓝光LED晶片为在400nm～480nm范围内具有发光峰的LED晶片，或者蓝光LED晶片为在400nm～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
可选的，所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+和氮化物红色荧光粉其中的一种或者他们的组合。
可选的，所述红外荧光粉为Cr3+、Ce3+、Yb3+多掺杂的YAG近红外荧光粉的一种或者它们的组合。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种灯具，其包括上述的植物补光用LED光源。
本发明具有如下有益效果：相比于现有技术，通过蓝光LED晶片激发红色荧光粉和黄色荧光粉或者通过蓝光LED晶片激发红色荧光粉和红外荧光粉，既能形成全光谱，又能突出植物光合作用特征的光配方，改变了现有技术中需要通过使用红色LED晶片、蓝色LED晶片、红外LED晶片、紫外LED晶片、绿色LED晶片等多种LED晶片组合才能实现的光配方，LED晶片投入成本和电路以及散热器成本大大降低，植物补光用LED灯具寿命大大延长。
附图说明
图1为本发明的植物补光用LED光源的结构示意图；
图中标记示意为：1-LED晶片；2-第一胶粉层；3-第二胶粉层；4-基板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种植物补光用LED光源，包括基板、LED晶片、第一胶粉层和第二胶粉层。
所述LED晶片是从包括以下项的组中选择的任一项：半导体发光二极管；有机发光二极管OLED；量子点发光二极管QLED和微发光二极管Micro-LED。
所述LED晶片设置于所述基板上，并且优选地，所述基板为PCB板，LED晶片安装于所述基板的一个表面上，所述基板的另一个表面上安装有散热装置，例如散热基座等部件，以将LED晶片工作时产生的热量向外散发，使得LED晶片保持较好的工作温度，LED晶片工作状态稳定，使用寿命长。
其中，所述LED晶片可以为蓝光LED晶片，即所述LED晶片能生成400nm～480nm的蓝光。
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层和第二胶粉层；本实施例中，所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体和红色荧光粉的混合物，其中，所述胶粘体和红色荧光粉的重量比为100:10-150，并且可以选择100:50，或者100:100作为优选方案。
所述红色荧光粉受到LED晶片所发出的蓝光的激发而发出发光峰落在波长红光605nm～680nm的范围内的红光。
所述第二胶粉层覆盖于所述第一胶粉层上，并完整包裹所述第一胶粉层；本实施例中，所述第二胶粉层为胶粘体和黄色荧光粉的混合物，其中，所述胶粘体和黄色荧光粉的重量比为100:10-30，并且优选地，所述胶粘体和黄色荧光粉的重量比为100:20。
也就是说，通过黄色荧光粉的设置，以及蓝光激发黄色荧光粉，能够产生500nm～560nm波长的绿光以及红外光，绿光可以调整视觉和光合作用，红外是调整植物光形态。
本实施例中，通过控制第一胶粉层的胶粘体和红色荧光粉的重量比，以及该第一胶粉层的厚度；同时控制第二胶粉层的胶粘体和黄色荧光粉的重量比，以及该第二胶粉层的厚度，使得红光(600nm～680nm):蓝光(420nm～480nm):红外光:绿光:紫外光的光子通量密度的比例为(PPFD)为70～90:10～30:1～30:5-20:0.01～1。
优选地，所述第一胶粉层的厚度可以设置为0.1mm-0.5mm；所述第二胶粉层的厚度可以设置为0.1mm-0.9mm，以使得光子通量密度的比例在上述范围内。
蓝光LED晶片在400nm～480nm范围内具有发光峰，或者为在400nm～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
所述黄色荧光粉为硅酸盐黄粉、铝酸盐黄粉，氮化物和氮氧化物荧光粉等黄色荧光粉中的一种或者组合。
所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+、氮化物红色荧光粉、Mn4+掺杂的K2SiF6和K2SnF6深红色荧光粉其中的一种或者它们的组合。
所述胶粘体为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)、聚碳酸醋(PC)，或感光胶体中的一种或者多种组合。根据不同的需要，固晶过程和灌封过程采用相应的胶。
相比于现有技术，通过蓝光LED晶片激发红色荧光粉和黄色荧光粉组合，既能形成全光谱，又能突出植物光合作用特征的光配方，改变了现有技术中需要通过使用红色LED晶片、蓝色LED晶片、红外LED晶片、紫外LED晶片、绿色LED晶片等多晶片组合才能实现的光配方，LED晶片投入成本和电路以及散热器成本大大降低(红色LED晶片、红外LED晶片、绿色LED晶片价格远远高于蓝光LED晶片，且发光效率很低)；
而且，本发明的植物补光用LED光源的光配方更加均匀，光源发光角度可控；但是现有技术中的植物补光LED中，红色LED晶片使用量大，红外LED晶片、绿色LED晶片使用量小，要实现均匀的光质分布难度很大。
本发明的植物补光用LED光源寿命更长，散热成本更低。蓝光LED晶片激发红色荧光粉和黄色荧光粉组合，无需使用红色LED晶片、红外LED晶片、绿色LED晶片，大大降低植物生长光源的功率，而且电路设计简单化(蓝光LED、红色LED晶片、红外LED晶片、绿色LED晶片工作压降不同所致电路复杂化，全用蓝光LED晶片激发红色荧光粉与黄色荧光粉就可实现所需光谱，电路设计简化)，电容使用量减少，电路成本低，寿命大大延长。
本发明的蓝光LED晶片激发红色荧光粉和黄色荧光粉的光源作为光配方照射生菜，结果发现：在同等光量子流密度辐照下，采用本发明的光源处理的生菜中，可溶性糖含量较采用红光LED光源和蓝光LED光源的补光下高出30％-50％，而且光源的成本下降一半以上。
而且在同等光量子流密度辐照下，本发明在R/FR＝2.5处理下菊花花径及花梗长度比最大，植株生长更健壮、提高切花菊的观赏品质，有效控制花期提高花整齐度。
实施例2
本实施例提供了一种植物补光用LED光源，包括基板、LED晶片和第一胶粉层。
所述LED晶片是从包括以下项的组中选择的任一项：半导体发光二极管；有机发光二极管OLED；量子点发光二极管QLED和微发光二极管Micro-LED。
所述LED晶片设置于所述基板上，并且优选地，所述基板为PCB板，LED晶片安装于所述基板的一个表面上，所述基板的另一个表面上安装有散热装置，例如散热基座等部件，以将LED晶片工作时产生的热量向外散发，使得LED晶片保持较好的工作温度，LED晶片工作状态稳定，使用寿命长。
其中，所述LED晶片可以为蓝光LED晶片，即所述LED晶片能生成450nm～480nm的蓝光。
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层；本实施例中，所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的混合物，其中，所述胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的重量比为100:10-100:10-30，优选地可以设置为100:50:20，即通过红色荧光粉的加入，蓝光激发红色荧光粉产生红光，并且通过黄色荧光粉的加入，使得蓝光激发黄色荧光粉，产生绿光和红外。
本实施例中，通过控制第一胶粉层的胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的重量比，以及该第一胶粉层的厚度；使得红光(600nm～680nm):蓝光(420nm～480nm):红外光:绿光:紫外光的光子通量密度的比例为(PPFD)为70～90:10～30:1～30:5-20:0.01～1。
本实施例中，可以将上述第一胶粉层的厚度设置为0.2mm～1.4mm，以使得光子通量密度的比例在上述范围内。
蓝光LED晶片在400nm～480nm范围内具有发光峰，或者为在400nm～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
所述黄色荧光粉为硅酸盐黄粉、铝酸盐黄粉，氮化物和氮氧化物荧光粉等黄色荧光粉中的一种或者组合。
所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+、氮化物红色荧光粉、Mn4+掺杂的K2SiF6和K2SnF6深红色荧光粉其中的一种或者它们的组合。
所述胶粘体为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)、聚碳酸醋(PC)，或感光胶体中的一种或者多种组合。根据不同的需要，固晶过程和灌封过程采用相应的胶。
实施例3
本实施例提供了一种植物补光用LED光源，其与实施例1的不同之处在于，使用红外荧光粉替换黄色荧光粉，此时：
所述胶粘体和红外荧光粉的重量比为100:10-30，并且优选地，所述胶粘体和红外荧光粉的重量比为100:25。
也就是说，通过红外荧光粉的设置，以及蓝光激发红外荧光粉，能够产生红外光，其中，所述红外光的波长为700nm-760nm，最优的730nm，从而通过红外调整植物光形态。
本实施例中，通过控制第一胶粉层的胶粘体和红色荧光粉的重量比，以及该第一胶粉层的厚度；同时控制第二胶粉层的胶粘体和红外荧光粉的重量比，以及该第二胶粉层的厚度，使得红光(600nm～680nm):蓝光(420nm～480nm):红外光:绿光:紫外光的光子通量密度的比例为(PPFD)为70～90:10～30:1～30:5-20:0.01～1。
优选地，所述第一胶粉层的厚度可以设置为0.1mm-0.5mm；所述第二胶粉层的厚度可以设置为0.1mm-0.9mm，以使得光子通量密度的比例在上述范围内。
蓝光LED晶片在400nm～480nm范围内具有发光峰，或者为在400nm～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+、氮化物红色荧光粉、Mn4+掺杂的K2SiF6和K2SnF6深红色荧光粉其中的一种或者它们的组合。
所述红外荧光粉为Cr3+、Ce3+、Yb3+多掺杂的YAG近红外荧光粉其中的一种或者它们的组合，如Y3Al5O12:Cr,Ce,Yb。
所述胶粘体为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)、聚碳酸醋(PC)，或感光胶体中的一种或者多种组合。根据不同的需要，固晶过程和灌封过程采用相应的胶。
实施例4
本实施例提供了一种植物补光用LED光源，其与实施例2的不同之处在于，使用红外荧光粉替换黄色荧光粉，此时：
所述胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的重量比为100:10-100:10-40，优选地可以设置为100:50:20，即通过红色荧光粉的加入，蓝光激发红色荧光粉产生红光，并且通过红外荧光粉的加入，使得蓝光激发红外荧光粉，产生红外光，其中，所述红外光的波长为700nm-760nm，最优的730nm。
本实施例中，通过控制第一胶粉层的胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的重量比，以及该第一胶粉层的厚度；使得红光(600nm～680nm):蓝光(420nm～480nm):红外光:绿光:紫外光的光子通量密度的比例为(PPFD)为70～90:10～30:1～30:5-20:0.01～1。
本实施例中，可以将上述第一胶粉层的厚度设置为0.2mm-1.4mm，以使得光子通量密度的比例在上述范围内。
蓝光LED晶片在400nm～480nm范围内具有发光峰，或者为在400nm～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+、氮化物红色荧光粉、Mn4+掺杂的K2SiF6和K2SnF6深红色荧光粉其中的一种或者它们的组合；所述红外荧光粉为Cr3+、Ce3+、Yb3 +多掺杂的YAG近红外荧光粉其中的一种或者它们的组合，如Y3Al5O12:Cr,Ce,Yb。
所述胶粘体为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)、聚碳酸醋(PC)，或感光胶体中的一种或者多种组合。根据不同的需要，固晶过程和灌封过程采用相应的胶。
实施例5
本实施例提供一种灯具，其包括实施例1至4中的植物补光用LED光源。
而且，所述灯具还包括电连接器和LED驱动器；所述植物补光用LED光源可以串联连接，或者并联连接，或者串并联连接。
所述PCB板上设置有绝缘层和导电线路，所述导电线路通过引线连接于LED晶片的正极和负极，从而实现LED晶片的电路连接。
所述导电线路与LED驱动器输出连接；所述LED驱动器用于驱动所述植物补光用LED光源。
所述PCB板为条形PCB板、矩形PCB板或圆盘形PCB板，并可以采用氮化铝、铜基板、铜合金基板、氧化铝、环氧树脂模塑料、碳化硅、金刚石、硅、石墨铝基板、铝铁合金基板中、高导热塑料基板或铝包塑基板的一种。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种植物补光用LED光源，其特征在于，包括基板、LED晶片、第一胶粉层和第二胶粉层；
LED晶片安装于所述基板的一个表面上；其中，所述LED晶片为蓝光LED晶片；
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层和第二胶粉层；
所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体和红色荧光粉的混合物；
所述第二胶粉层覆盖于所述第一胶粉层上，并完整包裹所述第一胶粉层；所述第二胶粉层为胶粘体和黄色荧光粉的混合物；或者第二胶粉层为胶粘体和红外荧光粉的混合物。
2.根据权利要求1所述的植物补光用LED光源，其特征在于，在第一胶粉层中，所述胶粘体和红色荧光粉的重量比为100:10-150。
3.根据权利要求2所述的植物补光用LED光源，其特征在于，在第二胶粉层中，所述胶粘体和黄色荧光粉的重量比为100:10-30。
4.根据权利要求2所述的植物补光用LED光源，其特征在于，在第二胶粉层中，所述胶粘体和红外荧光粉的重量比为100:10-40。
5.一种植物补光用LED光源，其特征在于，包括基板、LED晶片和第一胶粉层；
LED晶片安装于所述基板的一个表面上；其中，所述LED晶片为蓝光LED晶片；
在所述LED晶片的上方覆盖有第一胶粉层；
所述第一胶粉层将LED晶片固定于所述基板上，且其为胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的混合物；或者所述第一胶粉层为胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的混合物。
6.根据权利要求5所述的植物补光用LED光源，其特征在于，所述胶粘体、红色荧光粉和黄色荧光粉的重量比为100:10-100:10-30。
7.根据权利要求6所述的植物补光用LED光源，其特征在于，所述胶粘体、红色荧光粉和红外荧光粉的重量比为100:10-100:10-40。
8.根据权利要求1或5所述的植物补光用LED光源，其特征在于，所述蓝光LED晶片为在400nm～480nm范围内具有发光峰的LED晶片，或者蓝光LED晶片为在400～480nm的范围内拥有发光峰的多波长蓝光LED晶片组合。
9.根据权利要求1或5所述的植物补光用LED光源，其特征在于，所述红色荧光粉采用YAGG、YAGG:Ce3+、YAG:Eu2+、氮化物红色荧光粉、Mn4+掺杂的K2SiF6和K2SnF6深红色荧光粉其中的一种或者它们的组合；所述红外荧光粉为Cr3+、Ce3+、Yb3+多掺杂的YAG近红外荧光粉的一种或者它们的组合。
10.一种灯具，其特征在于，包括权利要求1-9之一所述的植物补光用LED光源。
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