DE11158693T1 - Pflanzenbeleuchtungsvorrichtung und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung zur Pflanzenkultur, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (100) eine Vielzahl von Quantenpunkten (110, 120, 130, 140, 150, 160) verschiedener Größen umfasst.

Claims (40)

  1. Eine Beleuchtungsvorrichtung zur Pflanzenkultur, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (100) eine Vielzahl von Quantenpunkten (110, 120, 130, 140, 150, 160) verschiedener Größen umfasst.
  2. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl multipler Quantentopfstrukturen für lichtemittierende Diode umfasst und wenigstens eine Quantentopfstruktur Quantenpunktstrukturen auf einer Sperrschicht umfasst.
  3. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverteilung der Vielzahl von Quantenpunkten (110, 120, 130, 140, 150, 160) angeordnet ist, ein Gesamtemissionsspektrum ähnlich dem Spektrum photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR) zu produzieren, außer dass das Emissionsspektrum die grün-gelbe (500–600) nm auslässt oder eine sehr geringe Intensität darin bereitstellt und in der dunkelroten 700–800 nm-Bande ein spektrales Merkmal hoher Intensität umfasst.
  4. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe wenigstens eines der Quantenpunkte gewählt ist, Photonen in einer Bande des Photonenspektrums mit einem gewissen photomorphogenetischen Effekt in Pflanzen zu emittieren.
  5. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die bewirkte photomorphogenetische Variable irgendeiner der folgenden biologischen Parameter ist: Gewicht, Blattzahl, Wurzelmasse, Stammhöhe, chemische Zusammensetzung (wie Vitamin-, Mineral- und/oder Nährstoffgehalt und/oder -konzentration) der Pflanze zu verschiedenen Zeitpunkten oder zur Erntereife.
  6. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Quantenpunkte (110, 120, 130, 140, 150, 160) aus irgendeiner der folgenden Legierungen gemacht ist: GaN, InGaN, AlGaN, GaAs, Cadmiumselenid, Cadmiumsulphid, Indiumarsenid, Indiumphosphid und/oder Cadmiumselenidsulphid oder irgendeiner Kombination davon.
  7. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverteilung der Quantenpunkte (110, 120, 130, 140, 150, 160) Quantenpunkte unterschiedlicher Größen im Bereich von 1 nm–20 nm umfasst.
  8. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Quantenpunkte (110, 120, 130, 140, 150, 160) durch MOCVD-Verfahren hergestellt ist.
  9. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Quantenpunkt (110, 120, 130, 140, 150, 160) durch kolloidale Synthese hergestellt ist.
  10. Eine Beleuchtungsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe wenigstens eines Quantenpunkts (110, 120, 130, 140, 150, 160) so gestaltet ist, dass er in der dunkelroten 700–800 nm-Bande emittiert.
  11. Ein Beleuchtungsverfahren zur Pflanzenkultur, dadurch gekennzeichnet, dass Licht durch eine Vielzahl von Quantenpunkten (110, 120, 130, 140, 150, 160) verschiedener Größen hergestellt wird und das Licht wenigstens eine Pflanze (310, 311) beleuchtet.
  12. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverteilung der Vielzahl von Quantenpunkten (110, 120, 130, 140, 150, 160) ein Gesamtemissionsspektrum ähnlich dem Spektrum photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR) produziert, außer dass das Emissionsspektrum die grün-gelbe (500–600) nm auslässt oder eine seht geringe Intensität darin bereitstellt und in der dunkelroten 700–800 nm-Bande ein spektrales Merkmal hoher Intensität umfasst.
  13. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe wenigstens eines Quantenpunkts (110, 120, 130, 140, 150, 160) so gewählt ist, dass Photonenemission in einer Bande oder in verschiedenen Banden mit vorgegebenen relativen Intensitäten im Photonenspektrum mit einem gewissen photomorphogenetischen Effekt in Pflanzen resultiert.
  14. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 11 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die bewirkte photomorphogenetische Variable irgendeiner der folgenden biologischen Parameter ist: Gewicht, Blattzahl, Wurzelmasse, Stammhöhe, chemische Zusammensetzung (wie Vitamin-, Mineral- und/oder Nährstoffgehalt und/oder -konzentration) der Pflanze zu verschiedenen Zeitpunkten oder zur Erntereife.
  15. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Quantenpunkte (110, 120, 130, 140, 150, 160) aus irgendeiner der folgenden Legierungen gemacht ist: GaN, InGaN, AlGaN, GaAs Cadmiumselenid, Cadmiumsulphid, Indiumarsenid, Indiumphosphid und/oder Cadmiumselenidsulphid oder irgendeiner Kombination davon.
  16. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverteilung der Quantenpunkte (110, 120, 130, 140, 150, 160) Quantenpunkte unterschiedlicher Größen im Bereich von 2 nm–200 nm umfasst.
  17. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Quantenpunkt (110, 120, 130, 140, 150, 160) durch kolloidale Synthese hergestellt ist.
  18. Ein Beleuchtungsverfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe wenigstens eines Quantenpunkts (110, 120, 130, 140, 150, 160) so gestaltet ist, dass der Quantenpunkt in der dunkelroten 700–800 nm-Bande emittiert.
  19. Eine Gewächshaus-Beleuchtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung wenigstens einen Quantenpunkt (110, 120, 130, 140, 150, 160) umfasst.
  20. Ein Gartenbau-Beleuchtungskörper, umfassend wenigstens einen Quantenpunkt mit a) ersten spektralen Charakteristika, einschließlich einem Gipfel im Wellenlängenbereich von 600 bis 700 nm und angeordnet, eine Halbwertsbreite von wenigstens 50 nm oder mehr aufzuweisen; b) zweiten spektralen Charakteristika mit einem Maximum von 50 nm Halbwertsbreite und angeordnet, um eine Gipfelwellenlänge im Bereich von 440 bis 500 nm aufzuweisen, und c) die gesamte oder ein Teil der Emission bei einer Frequenz von 600–800 nm wird unter Verwendung einer gesamten oder teilweisen Wellenlängen-Umwandlung der Strahlungsleistung des Quantenpunktchips und/oder durch einen anderen elektrisch angetriebenen Quantenpunkt erzeugt wird.
  21. Ein Gartenbau-Beleuchtungskörper, umfassend wenigstens einen Quantenpunkt mit a) ersten spektralen Charakteristika, einschließlich einem Gipfel im Wellenlängenbereich von 600 bis 700 nm und angeordnet, um eine Halbwertsbreite von wenigstens 50 nm oder mehr aufzuweisen; b) zweiten spektralen Charakteristika mit einem Maximum von 50 nm Halbwertsbreite und angeordnet, um eine Gipfelwellenlänge im Bereich von 440 bis 500 nm aufzuweisen, und c) wenigstens ein Teil oder die gesamte Emission bei Wellenlängen von 500–600 nm ist angeordnet, minimiert und/oder ausgelassen zu werden und/oder unter die Intensität in der 400–500 nm-Bande und unter die Intensität in der 600–700 nm-Bande reduziert zu werden.
  22. Der Beleuchtungskörper des Anspruchs 20, wobei wenigstens ein Teil oder die gesamte Emission bei Wellenlängen von 500–600 nm angeordnet ist, minimiert und/oder ausgelassen zu werden und/oder unter die Intensität in der 400–500 nm-Bande und unter die Intensität in der 600–700 nm-Bande reduziert zu werden.
  23. Der Beleuchtungskörper des Anspruchs 20, 21 und/oder 22, wobei der Quantenpunkt ein spektrales Charakteristikum hat mit einem frei einstellbaren Gipfel in dem Wellenlängenbereich von 500 bis 800 nm und angeordnet, wenigstens 30 nm Halbwertsbreite aufzuweisen.
  24. Der Beleuchtungskörper des Anspruchs 20, 21, 22 und/oder 23, wobei die Emissionsintensitäten der ersten, zweiten und optional dritten spektralen Charakteristika des Quantenpunkts angeordnet sind, einstellbar zu sein.
  25. Der Beleuchtungskörper irgendeines der Ansprüche 20 bis 24, umfassend einen zweiten Quantenpunkt mit wenigstens einem spektralen Charakteristikum mit maximal 50 nm Halbwertsbreite und einer Gipfelwellenlänge im Bereich von 400 bis 500 nm, und optional zweiten und dritten spektralen Charakteristika, angeordnet, frei einstellbare Gipfelwellenlängen im Bereich von 450 nm bis 800 nm zu haben.
  26. Der Beleuchtungskörper irgendeines der Ansprüche 20 bis 25, wobei der PPF-Wert des Körpers pro Watt 0,35 oder höher ist.
  27. Der Beleuchtungskörper irgendeines der Ansprüche 20 bis 26, wobei die spektralen Emissionscharakteristika; Intensität, Gipfelwellenlänge und Halbwertsbreite durch Größe, Zahl und Art von Quantenpunkten kontrolliert werden.
  28. Der Beleuchtungskörper irgendeines der Ansprüche 20 bis 27, wobei a) der erste LED Quantenpunkt erste spektrale Charakteristika hat, umfassend eine Gipfelwellenlänge im Wellenlängenbereich von 600 bis 700 nm, und angeordnet ist, wenigstens eine Halbwertsbreite von wenigstens 50 nm aufzuweisen; b) der erste Quantenpunkt weiter zweite spektrale Charakteristika hat, umfassend einen Gipfel im Wellenlängenbereich von 440 bis 500 nm; und c) der erste Quantenpunkt optional dritte spektrale Charakteristika einer frei einstellbaren Gipfelwellenlänge im Bereich von 500 nm bis 800 nm hat, angeordnet, wenigstens 30 nm Halbwertsbreite aufzuweisen; d) Emissionsintensitäten der ersten, zweiten und optional dritten spektralen Charakteristika in jeglichem Verhältnis einstellbar sind.
  29. Der Beleuchtungskörper des Anspruchs 28, umfassend einen zweiten Quantenpunkt mit wenigstens einem spektralen Charakteristikum mit maximal 50 nm Halbwertsbreite und Gipfelwellenlänge im Bereich von 400 bis 500 nm, und optional zweite und dritte spektrale Charakteristika mit frei einstellbaren Gipfelwellenlängen im Bereich von 450 nm bis 800 nm.
  30. Ein lichtemittierender Bestandteil einer Gartenbau-Beleuchtung, umfassend; – einen lichtemittierenden Quantenpunkt-Halbleiterchip; und – einen Lichtwellen-Umwandlungs-Quantenpunkt, welcher in direkter Nähe des Quantenpunkt-Chips abgelegt ist; wobei der Bestandteil in der Lage ist, zwei charakteristische Lichtemissionsgipfel zu emittieren, und wenigstens ein Teil oder die gesamte Emission bei Wellenlängen von 500–600 nm angeordnet ist, minimiert und/oder ausgelassen zu werden und/oder unter die Intensität in der 400–500 nm-Bande und unter die Intensität in der 600–700 nm-Bande reduziert zu werden.
  31. Der lichtemittierende Bestandteil des Anspruchs 30, wobei der Lichtwellenlängen-Umwandlungs-Quantenpunkt direkt auf der Oberfläche des Quantenpunkt-Chips abgelegt ist oder mit anderem optischen Material beabstandet ist.
  32. Der lichtemittierende Bestandteil irgendeines der Ansprüche 30 oder 31, wobei der lichtemittierende Quantenpunkt-Halbleiterchip eine Gipfelemission im Bereich von 440 bis 500 nm hat.
  33. Der lichtemittierende Bestandteil irgendeines der Ansprüche 30 bis 32, wobei der Wellenlängen-Umwandlungs-Quantenpunkt angeordnet ist, einen Teil der von dem Quantenpunkt-Halbleiterchip emittierten Lichtemissionsenergie zu der hohen Wellenlänge von 600 bis 700 nm umzuwandeln.
  34. Der lichtemittierende Bestandteil irgendeines der Ansprüche 30 bis 33, wobei die zwei charakteristischen Lichtemissionsgipfel bei 440 nm–500 nm beziehungsweise 600–700 nm sind.
  35. Der lichtemittierende Bestandteil irgendeines der Ansprüche 30 bis 34, wobei die zwei charakteristischen Lichtemissionsgipfel spektrale Charakteristika auslassen, einer wenigstens 50 nm Halbwertsbreite und ein anderer maximal 50 nm Halbwertsbreite und beide bei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen.
  36. Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung oder des Körpers des Anspruchs 1, 20 und/oder 21 zum Bereitstellen von Licht für wenigstens eine Pflanze, wobei die wenigstens eine Pflanze bei Umgebungslicht oder in einer dunklen Aushöhlung mit der Beleuchtungsvorrichtung oder dem Körper als einziger Lichtquelle ist.
  37. Verwendung des lichtemittierenden Bestandteils des Anspruchs 30 zum Bereitstellen von Licht für wenigstens eine Pflanze, wobei die wenigstens eine Pflanze bei Umgebungslicht oder in einer dunklen Aushöhlung mit der Beleuchtungsvorrichtung oder dem Körper als einziger Lichtquelle ist.
  38. Ein Verfahren zur Steigerung des Pflanzenwachstums, wobei wenigstens eine Beleuchtungsvorrichtung oder ein Körper des Anspruchs 1, 20 und/oder 21 Licht zu wenigstens einer Pflanze emittiert, wobei die wenigstens eine Pflanze bei Umgebungslicht oder in einer dunklen Aushöhlung mit der Beleuchtungsvorrichtung oder dem Körper als einziger Lichtquelle ist.
  39. Ein Verfahren zur Steigerung des Pflanzenwachstums, wobei wenigstens ein lichtemittierender Bestandteil des Anspruchs 30 Licht zu wenigstens einer Pflanze emittiert, wobei die wenigstens eine Pflanze bei Umgebungslicht oder in einer dunklen Aushöhlung mit der Beleuchtungsvorrichtung oder dem Körper als einziger Lichtquelle ist.
  40. Eine lichtemittierende Vorrichtung, Körper und/oder Bestandteil wie in irgendeinem der Ansprüche 1, 20, 21 und/oder 30 beansprucht, wobei die lichtemittierende Vorrichtung, der Körper und/oder Bestandteil von einer beschattenden Aushöhlung umgeben ist, die optional mit einem Deckel geschlossen sein kann.
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