LT5688B - Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti - Google Patents

Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti Download PDF

Info

Publication number
LT5688B
LT5688B LT2008084A LT2008084A LT5688B LT 5688 B LT5688 B LT 5688B LT 2008084 A LT2008084 A LT 2008084A LT 2008084 A LT2008084 A LT 2008084A LT 5688 B LT5688 B LT 5688B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
light
red
blue
phosphor
spectrum
Prior art date
Application number
LT2008084A
Other languages
English (en)
Other versions
LT2008084A (lt
Inventor
Art�ras �UKAUSKAS
Pavelas Duchovskis
Original Assignee
Uab "Hortiled"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uab "Hortiled" filed Critical Uab "Hortiled"
Priority to LT2008084A priority Critical patent/LT5688B/lt
Priority to EP09753227.9A priority patent/EP2356702B1/en
Priority to PCT/LT2009/000016 priority patent/WO2010053341A1/en
Publication of LT2008084A publication Critical patent/LT2008084A/lt
Publication of LT5688B publication Critical patent/LT5688B/lt

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/501Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502Wavelength conversion materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • A01G7/04Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/64Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
    • C09K11/641Chalcogenides
    • C09K11/643Chalcogenides with alkaline earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/67Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing refractory metals
    • C09K11/68Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing refractory metals containing chromium, molybdenum or tungsten
    • C09K11/681Chalcogenides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7701Chalogenides
    • C09K11/7703Chalogenides with alkaline earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7715Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses

Abstract

Šviesos diodas (šviestukas), skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti, turi puslaidininkinį lustą, kuris spinduliuoja trumpabangę šviesą dėl injekcinės elektroliuminescencijos, ir bangos ilgio keitiklį, kuris dėl fotoliuminescencijoskonvertuoja šią trumpabangę šviesą į ilgesnių bangos ilgių šviesą, kurios sudėtyje yra tolimoji raudona komponentė su spektro smaile srityje tarp maždaug 700 nm ir 760 nm, atitinkančioje augalų fotoreceptoriaus fitochromo Pfr formos optinės sugerties spektrą. Dalinės konversijos šviestuke lustas generuoja mėlyną šviesą, kurios dalis yra konvertuojama bent vienu fosforu, esančiu keitiklyje, į tolimąją raudoną šviesą. Papildomai, dalis mėlynos šviesos gali būti konvertuojama į raudoną šviesą. Visiškos konversijos šviestuke lustas generuoja artimą UV šviesą, kuri keitiklyje yra konvertuojama į tolimąją raudoną šviesą. Papildomai, dalis UV šviesos gali būti konvertuojama į kitas spektro komponentes, tokias kaip mėlyna ir (arba) raudona. Taigi, šviestukas spinduliuoja spektro komponentę (tolimąją raudoną), kuri tenkina augalų fotomorfogenezinius poreikius, o taip pat gali spinduliuoti kitas spektro komponentes (mėlyną ir raudoną), kurios tenkina kitus augalų fotofiziologinius poreikius.

Description

Šis išradimas yra susijęs su kietakūniais šviesos šaltiniais, kurių spinduliuotės spektras tenkina specifinius augalų fotomorfogenezinius poreikius. Konkrečiau, išradimas atskleidžia šviesos diodą, kuriame puslaidininkinio lusto generuojama šviesa yra dalinai arba visiškai konvertuojama bangos ilgio keitiklyje, kurio sudėtyje yra fosforas (angį. phosphor - tam tikra medžiaga, kuri paverčia trumpesnio bangos ilgio spinduliuotę į ilgesnio bangos ilgio spinduliuotę), kurio spinduliuotės spektro smailė yra tolimojoje raudonojoje srityje tarp maždaug 700 nm ir 760 nm, atitinkančioje augalų fotoreceptoriaus Pfr formos fitochromo sugerties spektrą.
Šis išradimas yra tiesiogiai susijęs su augalininkystei skirtu dirbtiniu apšvietimu, kuris yra grindžiamas kietakūne technologija.
Foto fiziologinius vyksmus augaluose kontroliuoja fitopigmentai (chlorofilai, karotinoidai, fitochromai, kriptochromai), kurie efektyviai naudoja fotonus tik specifiniuose bangos ilgių ruožuose. Konkrečiai, chlorofilams reikalinga šviesa bangos ilgių ruože nuo 620 nm iki 680 nm, karotenoidai sugeria šviesą srityje apie 450 nm, skirtingos fitochromo formos Pr ir Pfr yra žadinamos šviesa su bangos ilgiais atitinkamai ties 660 nm ir 730 nm, kriptochromai sugeria šviesą intervale tarp 340 nm ir 520 mn [M. S. Mc Donald, Photobiology of Higher Plants (Wiley, Chichester, 2003), xiv+354 p., ISBN 0470855223]. Tuo tarpu šviesa su bangos ilgiais trumpesniais nei 400 nm ir ilgesniais nei 800 nm gali žalingai įtakoti augalų morfogenezę. Todėl dirbtinio augalų apšvietimo našumas gali būti padidintas, naudojant šviesos šaltinius, kurių spektrą sudaro tik siauros juostos mėlynoje (apie 450 nm), raudonoje (apie
660 nm) ir tolimojoje raudonoje (apie 730 nm) spektro srityse.
Vienas iš augalų apšvietimo spektro optimizavimo būdų buvo įgyvendintas naudojant fluorescencines lempas, kurios yra žemo slėgio gyvsidabrio garų išlydžio lempos su fosforo danga. Ultravioletinė (UV) šviesa (254 nm), kuri yra generuojama išlydyje, gali būti konvertuojama fosforuose į kitus bangos ilgius tokiu pačiu būdu kaip baltose fluorescencinėse lempose, tačiau su padidintu srautu minėtuose spektriniuose ruožuose, kurie yra svarbūs augalams [JAV patentai No 3,287,586 (1963); 3,992,646 (1976); 4,371,810 (1983); 5,525,860 (1996); 7,259,509 (2007)]. Tačiau fluorescencinės lempos turi daug trūkumų, kurie neleidžia jas plačiai naudoti augalininkystėje. Pirma, fluorescencinių lempų našumas turi fizikines ribas,· kurias lemia ribotas UV šviesos generavimo žemo slėgio gyvsidabrio garų išlydyje našumas (apie 63%) ir didelis Stokso poslinkis konvertuojant UV šviesą j regimą šviesą (t.y., kai 254 nm šviesa yra konvertuojama į 450 nm, 660 nm, ar 730 nm Šviesą, neišvengiamai prarandama atitinkamai virš 40%, virš 60% ir virš 65% energijos). Tai lemia, kad visuminis fluorescencinių lempų našumas augalams svarbios šviesos generavime negali viršyti 25%, o tolimojoje raudonoje srityje šis rodiklis tegali siekti 22%. Priedo, fluorescencinėse lempose yra gyvsidabrio, kuris yra pavojinga medžiaga, jų efektyvi veikimo trukmė paprastai neviršija 20 000 valandų, jos yra dužios, naudoja aukštą įtampą ir spinduliuoja nepageidaujamą infraraudoną šviesą.
Kitas augalų apšvietimo spektro optimizavimo būdas, kuriame ženkliai sumažinami pagrindiniai fluorescencinių lempų trūkumai, yra kietakūnių šviesos šaltinių- šviesos diodų (šviestukų) naudojimas. Šviestukai remiasi injekcinės elektroliuminescencijos principu, kurio našumo neriboja fizikiniai veiksniai·. Todėl potencialiai šviestukai gali būti našesni nei kiti šviesos šaltiniai. Be to šviestukai yra pranašesni mechaniniu tvirtumu, mažais matmenimis, ilgaamžiškumu (iki . 100 000 valandų), sparčiu persijungimu, staigiai neperdega, naudoja žemą maitinimo įtampą (2-4 V), suderinami su kompiuterinėmis elektronikos priemonėmis, spinduliuoja siaurose spektrinėse juostuose be nepageidaujamų spektrinių komponenčių, neturi pavojingų medžiagų (gyvsidabrio) ir yra lankstūs montavimo j įvairios formos matricas požiūriu. Tai lemia, kad šviestukais grindžiama kietakūnio apšvietimo technologija palaipsniui skverbiasi į visas dirbtinės šviesos panaudojimo sritis, įskaitant augalininkystę [A. Žukauskas, M. S. Shur, R. Gaška, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, New York, 2002), xii+207 p., ISBN 0471215740].
Šviestukų spinduliuojamos šviesos spektras gali būti pritaikytas augalų fotofiziologiniams poreikiams tenkinti keliais būdais. Pirmas būdas yra tiesiogiai naudoti optoelektroninį principą (injekcinę elektroliuminescenciją), kai spinduliuojamos šviesos bangos ilgį lemia šviestuko aktyviojo sluoksnio draustinio tarpo energija, kuria galima keisti varijuojant puslaidininkinio lydinio cheminę sudėtį.
Tai leidžia tiksliai suderinti siaurajuostę šviestukų spinduliuotę su fitopigmentų sugerties spektrais. Netrukus po didelio skaisčio AlGaAs šviestukų sukūrimo, buvo pasiūlyta padidinti augalų fotosintezinį produktyvumą apšviečiant kvazimonochromine šviesa, kuri yra suderinta su chlorofilo sugerties spektru (ties 660 nm) tokiu būdu, kad būtų išvengta energijos nuostolių, būdingų trumpesnių bangų šviesos sugerčiai [Bula R. J., Morrovv R. C., Tibbitts T. W., Barta D. J., Ignatius R. W., Martin T. S., “Light-emitting diodes as a radiation source for plants,” HortScience 26 (2), p. 203-205 (1991)]. Po to sekusiame JAV patente No 5,012,609 (1991) buvo apibrėžti trys spalvotų optoelektroninių prietaisų matricos aprėpiami spektriniai ruožai, kurie yra reikalingi augalų augimui ir morfogenezei, o būtent- 620-680nm augalų fotosinteziniams poreikiams tenkinti, 700-760 nm - fotomorfogeneziniams poreikiams ir 400-500 nm - fototropiniams ir fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti. Vėliau buvo pasiūlyta įvesti į šviestukines matricas, skirtas augalininkystei, ir kitų rūšių elektroliuminecencijos principu veikiančius šviestukus, spinduliuojančius žalią ir U V šviesą [JAV patentas Nr. 6,725,598 (2004)], taip pat - oranžinę šviesą [JAV patentas
Nr. 6,921,182 (2005)] tam, kad paskatinti specifinius augalų fotofiziologinius atsakus.
Nors matricos, sudarytos iš elektroliuminescencinių šviestukų spinduliuojančių ties individualiais bangos ilgiais, kuriuos lemia aktyviojo sluoksnio draustinio tarpo energija, yra labai lankstūs ir potencialiai našūs augalininkystės Šviestuvai, jos turi kai kuriuos įgimtus trūkumus, kuriuos pagrindinai lemia šviestukų, pagaminti} iš skirtingų puslaidininkių, montavimas į vieną šviesos šaltinį. Pavyzdžiui, šviestukai, kurių aktyvusis sluoksnis yra pagamintas iš skirtingų puslaidininkių, turi skirtingas maitinimo įtampas, kurias lemia puslaidininkių draustinio tarpo energija ir nuoseklioji varža. Tai sunkina bendrų visoms šviestukų grupėms maitinimo šaltinių naudojimą ir reikalauja atskirų maitinimo grandinių kiekvienam šviestukų tipui. Antra, skirtingų rūšių šviestukai turi skirtingus temperatūrinius išėjimo koeficientus ir skirtingas degradavimo spartas. Tokie nevienodi šiluminiai ir senėjimo dreifai sukelia skirtingas spektrines komponentes atitinkančių dalinių fotoninių srautų kitimą sulig temperatūra ir eksploatavimo trukme. Pavyzdžiui, spinduliavimo našumas AlGaAs ir AlGalnP puslaidininkiuose, kurie yra naudojami raudonuose šviestukuose, yra ribotas ir labai jautrus temperatūrai dėl laidumo juostoje esančių šoninių slėnių, skirtingai nuo mėlynų InGaN Šviestukų, kuriems šis trūkumas nėra būdingas. Trečia, kai kurių puslaidininkių, tokių kaip AlGaAs ir AlGalnP gamyboje yra naudojamos labai toksiškos medžiagos (arsenas As, aršinas AsKį, fosfinas Pl-į), kurios yra nepageidaujamos aplinkosaugos požiūriu.
Alternatyvus kietakūnio apšvietimo būdas yra konversijos fosfore (liuminofore) šviestukų taikymas. Konversijos fosfore šviestukuose greta elektroliuminescencijos principo yra naudojamas fotoliuminescencįjos principas, kai puslaidininkinio lusto generuojama trumpabangė (mėlyna arba artimoji UV) spinduliuotė yra dalinai arba visiškai konvertuojama į reikiamo bangos ilgio spinduliuotę, panaudojant bangos ilgio keitiklį, turintį reikiamo fosforo. Tokie šviestukai yra kietakūniai fluorescencinių lempų atitikmenys, tačiau jie pasižymi eile privalumų tiek fluorescencinių lempų, tiek grynai elektroliuminescencinių šviestukų atžvilgiu. Palyginus su fluorescencinėmis lempomis, jų našumas gali būti daug didesnis, kadangi pirminio šviesos šaltinio našumas juose nėra ribojamas fizikinių veiksnių ir gali siekti 100%. Be to, dėl pirminiame šaltinyje generuojamos ilgesnio bangos ilgio šviesos konversijos našumas gali būti daug didesnis. Pavyzdžiui, konvertuojant 450 nm bangos ilgio šviesą j 730 nm bangos ilgio šviesą, konversijos našumas gali siekti 62%, o konvertuojant tą pačią šviesą į 660 nm bangos ilgio šviesą, našumas gali siekti 68%. Tuo tarpu palyginus su grynai elektroliuminescencinių šviestukų matricomis, konversijos fosfore šviestukai leidžia išvengti temperatūrai jautrių ir riboto našumo AlGaAs ir AlGalnP . šviestukų naudojimo. Kadangi konversijos fosfore šviestukai gali būti gaminami tik iš vienos rūšies puslaidininkio, tokio kaip InGaN, pagrindu, tai leidžia suvienodinti įvairių bangos ilgių šviesą spinduliuojančių šviestukų maitinimo įtampą. Be to InGaN puslaidininkio gamyboje naudojamo nemetalo azoto (N) pirmtakas paprastai yra amoniakas (NH3), kuris yra daug mažiau toksiškas, nei AlGaAs ir AlGalnP šviestukų gamyboje naudojami arseno (As) ir fosforo (P) pirmtakai. Taip pat InGaN puslaidininkio pagrindu gaminami šviestukai gali būti ilgaamžiškesni nei AlGaAs ir AlGalnP atitikmenys, kadangi jų aktyviojo sluoksnio sudėtyje nėra chemiškai reaktyvaus aliuminio (Al). Galiausiai, konversijos fosfore šviestukuose galima vienu metu generuoti šviesą su keliomis siaurajuostėmis komponentėmis, naudojant tik vieno tipo puslaidininkinį lustą ir vienintelį maitinimo šaltinį.
Įprasti konversijos fosfore šviestukai, kaip ir fluorescencinės lempos, yra naudojami baltos šviesos generavimui. Baltuose dalinės konversijos fosfore šviestukuose [JAV patentas Nr. 5,998,925 (1999)] dalis mėlynos šviesos, generuojamos InGaN luste, yra konvertuojama į geltoną šviesą naudojant granato tipo fosforą, kuris yra aktyvuotas trivalenčio cerio jonais. Susidaręs mėlynos ir geltonos šviesos mišinys žmogaus akies yra suvokiamas kaip balta šviesa. Baltuose visiškos konversijos fosfore šviestukuose [JAV patentas Nr. 6,084,250 (2000)] naudojamas artimąją UV spinduliuotę generuojantis puslaidininkinis lustas ir skirtingos cheminės sudėties fosforų mišinys, kuris spinduliuoja mėlyną, žalią ir raudoną šviesą. Balti konversijos fosfore šviestukai yra plačiai naudojami skystų kristalų vaizduoklių galiniam pašvietimui, signaluose, apšvietime, matavimo technologijose. Tokie šviestukai taip pat kai kada įterpiami į augalų auginimui skirtas šviestukų matricas kaip papildomų spektro komponenčių (pavyzdžiui, geltonos) šaltiniai [JAV patentas Nr. 6,725,598 (2004)]
Dauguma baltų konversijos fosfore šviestukų spinduliuoja vieną ar kelias spektro komponentes, kurios yra tinkamos kai kuriems augalų fotofiziologiniams poreikiams tenkinti. Pavyzdžiui, visų baltų dalinės konversijos fosfore šviestukų [pavyzdžiui, JAV patentai Nr. 5,998,925 (1999); 6,252,254 (2001); 6,501,102 (2002); 6,504,179 (2003); 6,982,045 (2006); 7,038,370 (2006)] pirminė spektro komponentė, kurią generuoja InGaN puslaidininkinis lustas, turi smailę mėlynoje srityje tarp 400 nm ir 500 nm, kuri atitinka karotenoidų ir kriptochromų optinės sugerties spektrą. Mėlynoje spektro srityje taip pat spinduliuoja dauguma baltų visiškos konversijos Šviestukų, kuriuose naudojami tokie fosforai kaip BaMgAlioOi7:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,084,250 (2000)], (Sr,Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+ ir BaMg2Ali6O27:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,294,800 (2001)], La3Si6Nn:Ce3+ ir SrSiAl2O3N2;Ce3+ [JAV patentas Nr. 6,670,748 (2003)] ir kiti. Kai kurie balti dalinės konversijos šviestukai turi bangos ilgio keitiklius, kurie spinduliuoja raudonoje srityje tarp 620 nm ir 680 nm, kuri atitinka chlorofilų ir Pr formos fitochromo optinę sugert}, Tam yra naudojami, pavyzdžiui, Y2O2S:Eu3+,Bi3+, YVO4:Eu3+,Bi3+ ir SrY2S4:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,252,254 (2001)], SrS:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,501,102 (2002)], CaS:Eu2+ ir Sr2Si5N8:Eu2+ [JAV patentas Nr. 7,038,370 (2006)] fosforai. Toje pačioje augalams svarbioje raudonoje spektro srityje taip pat spinduliuoja daugelis baltų visiškos konversijos fosfore šviestukų. Tam yra naudojami tokie fosforai kaip Y2O3:Eu3+,Bi3+ [JAV patentas Nr. 6,294,800 (2001)], MgO-MgF2-GeO2:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,621,211 (2003)], Sr2Si4A10N7:Eu2+ [JAV patentas Nr. 6,670,748 (2003)]. Pastaroji klasė oksinitridinių fosforų gali būti tiksliai suderinta su chlorofilų sugerties spektru.
Tačiau įprasti balti konversijos fosfore šviestukai negali visiškai patenkinti augalų fotofiziologinių poreikių, kadangi jie yra pritaikyti vizualiesiems taikymams ir stokoja spektro komponentės tolimojoje raudonoje srityje (700-760 nm), kuri yra būtina reversiniam Pfr formos fitochromo žadinimui. Vizualiesiems taikymams skirtuose šviestukuose tolimosios raudonos spektro komponentės yra vengiama, kadangi ilgesnio nei 660 nm bangos ilgio raudona spinduliuotė pasižymi menku šviesimu veiksmingumu, t.y. akies jautris šioje spektro srityje yra menkas, palyginus su 640—660 nm spektro sritimi, kurioje raudonos šviesos spalvinis suvokimas yra beveik toks pat. Tuo tarpu fitochromo reversinis žadinimas vaidina kertinį vaidmenį eilėje fotomorfogenezinių procesų, tokių kaip paros ciklo nustatymas, dygimas, stiebo aukščio bei lapų skaičiaus ir formos reguliavimas, žydėjimas, chlorofilo sintezė ir kt.
Artimiausias prototipas siūlomam konversijos fosfore šviesos diodui, skirtam augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti yra aukščiau minėtas baltos šviesos šviestukas InGaN puslaidininkinio lusto ir trivalenčio cerio jonais aktyvuoto granato pagrindu, atskleistas aukščiau nagrinėtame JAV patente Nr. 5,998,925 (1999).
Tačiau šis šviestukas negali visiškai patenkinti augalų fotofiziologinių poreikių, kadangi jis yra pritaikytas vizualiesiems taikymams ir stokoja spektro komponentės tolimojoje raudonoje srityje (700-760 nm), kuri yra būtina reversiniam Pt-r fitochromo žadinimui.
Šio išradimo tikslas yra sukurti konversijos fosfore šviestukus, kuriuose naudojama dalinė mėlynos šviesos arba visiška artimosios UV šviesos konversija bangos ilgio keitiklyje tokiu būdu, kad gauta šviesa turėtų spektrinę komponentę su smaile 700-760 nm bangos ilgių ruože, kuri yra būtina Pfr formos fitochromo sužadinimui.
Išradimo tikslas yra pasiekiamas šviesos diodu (šviestuku), turinčiu korpusą, kuriame patalpintas puslaidininkinis lustas, generuojantis trumpabangę spinduliuotę ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm dėka injekcinės elektroliuminescencijos, ir šio lusto spinduliuojamo fotonų srauto kelyje patalpintu keitikliu, skirtu minėtos spinduliuotės konvertavimui į ilgesnių bangų spinduliuotę dėka fotoliuminescencijos, ir turinčiu bent vieno tipo fosforo dalelių. Nauja yra tai, kad keitiklio sudėtyje yra fosforas, kurio spinduliuotės spektro smailė yra tolimojoje raudonojoje srityje tarp maždaug 700 nm ir 760 nm, atitinkančioje augalų fotoreceptoriaus fitochromo P|r formos sugerties spektrą, toks kaip
- ličio aliuminatas, aktyvuotas trivalentės geležies jonais,
- gadolinio ir galio oksidas, aktyvuotas trivalenčio chromo ir (arba) trivalenčio cerio jonais, arba
- kalcio sulfidas, aktyvuotas dvivalenčio iterbio jonais.
Dalinės konversijos atveju puslaidininkinis lustas yra generuojantis mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotomorfogenezinius ir fototropinius poreikius ir keitiklis yra pasižymintis šios šviesos daline konversija į ilgesnių bangų šviesą.
Visiškos konversijos atveju puslaidininkinis lustas yra generuojantis artimąją UV spinduliuotę arba violetinę arba mėlyną šviesą, kurios bangos ilgis yra trumpesnis nei .500 nm ir keitiklis yra pasižymintis visiška šios optinės spinduliuotės konversija j ilgesnių bangos ilgių šviesą.
Tiek dalinės konversijos, tiek visiškos konversijos atveju keitiklis gali turėti papildomą fosforą, kuris spinduliuoja raudoną šviesą 620-680 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotosintezinius ir fotomorfogenezinius poreikius, tokį kaip oksidinis, halooksidinis, chalkogenidinis, arba nitridinis junginys aktyvuotas dvivalenčio ar keturvalenčio mangano, dvivalenčio ar trivalenčio europio, trivalenčio bismuto, arba dvivalenčio alavo jonais.
Visiškos konversijos atveju keitiklis gali turėti papildomą fosforą, kuris spinduliuoja mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotomorfogenezinius ir fototropinius poreikius, tokį kaip oksidinis, halooksidinis ar nitridinis junginys, aktyvuotas dvivalenčio europio, dvivalenčio mangano, dvivalenčio alavo, arba trivalenčio cerio j onais.
Dalinės konversijos atveju bangos ilgio keitiklis turi arba tik vieną fosforą, kuris dalinai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją raudoną šviesą, arba kelis fosforus, kurie dalinai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą.
Visiškos konversijos atveju, kai puslaidininkinis lustas generuoja artimąją UV spinduliuotę, bangos ilgio keitiklis turi arba tik vieną fosforą, kuris visiškai konvertuoja artimąją UV spinduliuotę j tolimąją raudoną Šviesą, arba kelis fosforus, kurie visiškai konvertuoja artimąją UV spinduliuotę tik į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą, arba tik j tolimąją raudoną šviesą ir mėlyną šviesą arba į tolimąją raudoną šviesą, raudoną šviesą ir mėlyną šviesą.
Visiškos konversijos atveju, kai puslaidininkinis lustas generuoja mėlyną šviesą, bangos ilgio keitiklis turi arba tik vieną fosforą, kuris visiškai konvertuoja mėlyną šviesą j tolimąją raudoną šviesą, arba kelis fosforus, kurie visiškai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą.
Dalinės konversijos atveju puslaidininkinis lustas yra spinduliuojantis mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože ir turintis aktyvųjį sluoksnį pagamintą iš InxGai_xN puslaidininkinio lydinio.
Visiškos konversijos atveju puslaidininkinis lustas yra spinduliuojantis ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm ir turintis aktyvųjį sluoksnį pagamintą iš GaN puslaidininkinio junginio, arba iš InxGai_xN, AlyGai_yN ar AlyInxGai_x_yN puslaidininkinio lydinio.
Bet kuriuo iš minėtų atvejų, kai šviestukas spinduliuoja kelias spektro komponentes, kiekvienos spektro komponentės daliniai fotonų srautai ir smailių bangos ilgiai yra parinkti tokiu būdu, kad galutinė spinduliuojamos šviesos spektrinė sudėtis būtų tinkama tam, kad veikiami vien šios šviesos arba šios šviesos kartu su kitų šaltinių spinduliuote geriausiai augtų ir vystytųsi konkretūs šiltnaminiai augalai, tokie kaip salotos, agurkai, pomidorai, ridikėliai, morkos, svogūnai, kalafiorai, brokoliai, žalieji žirneliai, kviečių ar miežių želmenys ir t.t.
Generuojamos šviesos spektro komponentės turi šiuos dalinius fotonų srautus: apie 1:4, kai šviestukas spinduliuoja tik atitinkamai tolimąją raudoną ir mėlyną šviesą, apie 1:15, kai šviestukas spinduliuoja tik atitinkamai tolimąją raudoną ir raudoną šviesą, apie 1:15:4, kai Šviestukas spinduliuoja atitinkamai tolimąją raudoną, raudoną ir mėlyną šviesą.
Kiekvienos spektro komponentės daliniai fotonų srautai yra nustatomi parenkant fosforo dalelių dydį ir koncentraciją, bangos ilgio keitiklio storį, bangos ilgio keitiklio medžiagos lūžio rodiklį, atstumą tarp bangos ilgio keitiklio ir elektroliuminescencinio darinio, ir bangos ilgio keitiklio padėtį šviestuko korpuse arba už šviestuko korpuso ribų.
Optimaliu atveju generuojamos šviesos spektro komponentės turi šiuos smailių bangos ilgius:
apie 730±20 nm tolimosios raudonos spektro komponentės atveju, apie 660±20 nm raudonos spektro komponentės atveju, apie 450±20 nm mėlynos spektro komponentės atveju.
Be to, bangos ilgio keitiklis gali turėti papildomą fosforą, kuris spinduliuoja geltonoje, geltonai žalioje, žalioje ar žaliai mėlynoje srityje tokiu būdu, kad šviestuko generuojama šviesa žmogaus regos yra suvokiama kaip tam tikro spalvio šviesa, pavyzdžiui, kaip balta šviesa su nustatyta koreliuotąja spalvine temperatūra.
Siūlomo išradimo privalumai yra išdėstyti žemiau, po detalaus išradimo išaiškinimo.
Išradimas yra paaiškintas brėžiniais, kuriuose atvaizduota:
Fig.1 - mėlynos šviesos dalinės konversijos fosfore šviestuko, skirto augalininkystei, bazinė sandara.
Fig.2 - artimosios UV šviesos visiškos konversijos fosfore šviestuko, skirto augalininkystei, bazinė sandara.
Fig.3 - tipiniai puslaidininkinio lusto su InGaN aktyviuoju sluoksniu elektroliuminescencijos spektrai: (a) mėlynas spinduolis; (b) artimosios UV srities spinduolis.
Fig.4 - tipiniai neorganinių fosforų fotoliuminescencijos spektrai: (a) 10 tolimosios raudonosis srities spinduolis; (b) raudonas spinduolis; (c) mėlynas spinduolis.
Fig.5 - dalinės konversijos fosfore šviestukų, skirtų augalininkystei, spinduliuotės spektrai: (a) mėlynas-tolimosios raudonos srities šviestukas; (b) mėlynas-raudonas-tolimosios raudonos srities šviestukas.
Fig.6- visiškos konversijos fosfore šviestukų, skirtų augalininkystei, spinduliuotės spektrai: (a) tolimosios raudonos srities šviestukas; (b) mėlynastolimosios raudonos srities šviestukas; (c) raudonas-tolimosios raudonos srities šviestukas; (d) mėlynas-raudonas-tolimosios raudonos srities šviestukas.
Siūlomas šviestukas susideda iš puslaidininkinio lusto 1; 14 (Fig.1; Fig. 2), generuojančio trumpabangę spinduliuotę ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm dėka injekcinės elektroliuminescencijos, patalpinto reflektorinėje taurelėje 2;15 ir sujungto su išvadais 3; 16 vielutėmis 4; 17. Lustą 1; 14 dengia bangos ilgio keitiklis 5; 18, apgaubtas skaidriu korpusu 6; 19. Minėtas keitiklis yra skirtas minėtos spinduliuotės konvertavimui į ilgesnių bangų spinduliuotę dėl fotoliuminescencijos, ir turi bent vieno tipo fosforo (liuminoforo) dalelių 7;21, o taip pat gali turėti papildomų fosforų dalelių 8, 24, 27. Fotonai pavaizduoti pozicijose 9. 10, 11,12, 13; 20, 22,23, 25, 26,28.
Mėlynos šviesos dalinės konversijos fosfore šviestukas turi puslaidininkinį lustą 1 (Fig, 1), spinduliuojantį mėlyną šviesą 400-500 nm spektriniame ruože, kuri tenkina fotomorfogenezinius ir fototropinius augalų poreikius. Ši mėlyna šviesa taip pat yra suderinta su keitiklio 5 fosforų sugerties spektrais. Tam tikra pirminio srauto dalis yra konvertuojama tinkamais fosforais 7 į tolimąją raudoną šviesą 700-760 nm spektro ruože, kuri atitinka augalų fotoreceptoriaus fitochromo Pfr formos sugerties spektrą. Tuo tarpu likusi dalis pirminės mėlynos šviesos, tenkinančios augalų fototropinius ir fotomorfogenezinius poreikius, lieka nesugerta.
Artimosios UV šviesos visiškos konversijos fosfore šviestukas turi puslaidininkinį lustą 14 (Fig. 1), spinduliuojantį artimąją UV, violetinę arba mėlyną šviesą su bangos ilgiais trumpesniais nei 500 nm. Ši šviesa yra suderinta su fosforų sugerties spektrais ir yra visiškai konvertuojama bangos ilgio keitiklyje 18. Keitiklyje 18 yra fosforo 21, konvertuojančio trumpabangę spinduliuotę į tolimąją raudoną šviesą 700-760 nm spektro ruože, kuri atitinka augalų fotoreceptoriaus fitochromo Pft formos sugerties spektrą.
Be fosforų, spinduliuojančių tolimojoje raudonoje srityje, tokių šviestukų bangos ilgio keitiklis gali turėti papildomų fosforų 8;24;27, kurie spinduliuoja kituose augalų augimui ir vystymuisi svarbiuose spektro ruožuose. Augalininkystei skirtuose konversijos fosfore šviestukuose galima taikyti daugybę prieinamų fosforų [Inorganic Phosphors. Compositions. Preparation and Optical Properties, edited by W. M. Yen and M. J. Weber (CRC Press, Boca Raton, 2004), 475 p., ISBN 0849319498; R. Mueller-Mach, G. Mueller, M. R. Krames, H. A. Hoppe, F. Stadler, W. Schnick,
T. Juestel, and P. Schmidt, Phys. Status Solidi A, 202 (9), pp. 1727-1732 (2005); JAV patentai Nr. 6,084,250 (2000), 6,252,254 (2001), Nr. 6,294,800 (2001), Nr. 6,501,102 (2002), Nr. 6,621,211 (2003), Nr. 6,670,748 (2003), Nr.7,038,370 (2006)]. Fosforų spektrinių smailių padėtis ir juostų plotis yra suderinami su fitopigmentų sugerties spektrais, parenkant pagrindinio kristalo cheminę sudėtį ir aktyvatoriaus jonų rūšį.
Visiškos arba dalinės konversijos fosfore šviestuko keitiklyje 5;1S gali būti papildomo fosforo 8;24, kuris sugeria dalį trumpesnės nei 500 nm bangos ilgio spinduliuotės ir spinduliuoja raudoną šviesą 620-680 nm spektro ruože, kuri tenkina fotosintezinius ir fotomorfogenezinius augalų poreikius. Toks fosforas gali būti oksidinis, halooksidinis, chalkogenidinis, arba nitridinis junginys aktyvuotas dvivalenčio ar keturvalenčio mangano, dvivalenčio ar trivalenčio europio, trivalenčio bismuto arba dvivalenčio alavo jonais. Pavyzdžiui, papildoma raudona komponentė gali būti generuojama neorganiniuose fosforuose, tokiuose kaip Mg2SiO4:Mn2+, Mg4(F)GeO6:Mn2+, (Mg,Zn)3(PO)4:Mn2+, Y3Al50i2:Mn4+, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+, Sr2Si4A10N7:Eu2+, MgO-MgF2-GeO2:Eu2+, Y2O2S:Eu3+,Bi3+, YVO4:Eu3+,Bi3+,
Y2O3:Eu3+,Bi3+, SrY2S4:Eu2+ SrS:Eu2+ ar MgSr5(PO)4:Sn2+.
Visiškos konversijos fosfore šviestuko keitiklyje 18 gali būti papildomo fosforo
27, kuris sugeria dalį trumpesnės nei 430 nm bangos ilgio spinduliuotės ir spinduliuoja mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože, kuri tenkina fotomorfogenezinius ir fototropinius augalų poreikius. Toks fosforas gali būti oksidinis, halooksidinis, ar nitridinis junginys, aktyvuotas dvivalenčio europio, dvivalenčio mangano, dvivalenčio alavo, arba trivalenčio cerio jonais. Pavyzdžiui, papildoma mėlyna komponentė gali būti generuojama neorganiniuose fosforuose, tokiuose kaip CaMgSi2O6:Eu2+,
Ba5SiO4Cl6:Eu2+, Mg3Ca3(PO4)4:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+,
Ca2B5O9(Br,Cl):Eu2+, BaMgAli0O17:Eu2+,Mn2+, BaMg2Al16O27:Eu2+, (Lu,Gd)2SiO3:Ce3+, Sr2P2O7:Sn2+, SrSiAl2O3N2:Ce3+, ar La3Si6N,,:Ce3+.
Dalinės konversijos fosfore šviestukų spinduliuojamos šviesos spektras gali turėti arba dvi komponentes (mėlyną ir tolimąją raudoną) arba visas tris komponentes (mėlyną, raudoną ir tolimąją raudoną).
Visiškos konversijos fosfore šviestukų, kuriuose puslaidininkinis lustas 14 generuoja trumpesnio nei 430 nm bangos ilgio spinduliuotę, spinduliuojamos šviesos spektras gali turėti arba vieną komponentę (tolimąją raudoną) arba dvi komponentes (mėlyną ir tolimąją raudoną arba raudoną ir tolimąją raudoną) arba visas tris komponentes (mėlyną, raudoną ir tolimąją raudoną).
Visiškos konversijos fosfore šviestukų, kuriuose puslaidininkinis lustas 14 generuoja 430-500 nm bangos ilgio spinduliuotę, spinduliuojamos šviesos spektras turėti arba vieną komponentę (tolimąją raudoną) arba dvi komponentes (raudoną ir tolimąją raudoną).
Konversijos fosfore Šviestukas turi įprastos konstrukcijos puslaidininkinį lustą
1;14, kurį sudaro p tipo sluoksnis, sujungtas su anodo išvadų ir n tipo sluoksnis, sujungtas su katodo išvadų 3;16, kurie apvelka aktyvųjį sluoksnį. Aktyviajame sluoksnyje elektronai, injektuoti iš n tipo apvalkalinio sluoksnio, rekombinuoja su skylėmis, injektuotomis iš p tipo apvalkalinio sluoksnio.
Atskleidžiamų konversijos fosfore šviestukų puslaidininkinis lustas 1;14 turi aktyvųjį sluoksnį, kuris spinduliuoja mėlyną arba artimą UV šviesą. Aktyviajame sluoksnyje yra parankiausia naudoti trečios grupės nitridų junginius, kurių bendra formulė yra AynxGai_x_^N. Šios medžiagos pasižymi dideliu cheminiu ir fotocheminiu inertiškumu, lemiančių šviestukų ilgaamžiškumą. Šių puslaidininkių energinių juostų sandara (nutolę šoniniai slėniai) bei krūvininkų rekombinacijos ypatybės lemia silpną išėjimo srauto priklausomybę nuo temperatūros. Aktyviojo sluoksnio storis bei indžio ir (arba) aliuminio molinės dalys, atitinkamai x ir y, yra parinkti tokiu būdu, kad spinduliuotės juostos smailė būtų ties reikiamu bangos ilgiu.
Dalinės konversijos fosfore Šviestukuose, kuriuose puslaidininkinis lustas 1 spinduliuoja 400-500 mn bangos ilgių ruože, labiausiai tinkama aktyviojo sluoksnio medžiaga yra trigubas InxGa,^N lydinys.
Visiškos konversijos fosfore šviestukuose, kuriuose puslaidininkinis lustas 14 5 spinduliuoja ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm, aktyvusis sluoksnis gali būti pagamintas iš trigubo InxGa|.xN lydinio (bangos ilgių intervalas 370-500 nm), dvinario GaN junginio (bangos ilgis apie 360 nm), arba trigubo Al^Gai^N lydinio (bangos ilgiai trumpesni nei 360 nm). Taip pat visame bangos ilgių intervale galima naudoti keturgubą AlyInxGai_x_yN lydinį.
Tipiškai lustas 1, 14 yra montuojamas reflektoriaus taurelėje 2; 15 ir vielutėmis 4;
sujungiamas su metaliniais išvadais 3; 16, per kuriuos lustas 1; 14 yra maitinamas srove. Bangos ilgio keitiklis 5; 18, kuris yra dervos sluoksnis, kristalinė ar keramikinė plokštelė ar plastiko liejinys turintis fosforų dalelių, yra talpinamas šalia puslaidininkinio lusto 1; 14 tokiu būdu, kad dalis ar visas fotonų srautas generuojamas puslaidininkiniame luste būtų sugertas fosforų dalelių. Keitiklis 5; 18 taip pat gali būti už šviestuko korpuso ribų, pavyzdžiui, keitiklio funkcijas gali atlikti skaidrus šviestuvo dangtelis, padengtas fosforo dalelėmis.
Bangos ilgio keitiklis 5; 18 yra sukonstruotas tokiu būdu, kad Šviestukų spinduliuotės spektro komponenčių bangos ilgiai, o taip pat, kai spinduliuojamos kelios spektro komponentės, kiekvienos spektrinės komponentės daliniai fotonų srautai būtų labiausiai tinkami augalininkystei. Augalai gali būti veikiami vien siūlomų šviestukų generuojamos šviesos arba šios šviesos kartu su kitų šaltinių spinduliuote. Įvairūs šiltnaminiai augalai, tokie kaip salotos, agurkai, pomidorai, ridikėliai, morkos, svogūnai, kalafiorai, brokoliai, žalieji žirneliai, kviečių ar miežių želmenys ir t.t.
pasižymi fotosintezės ir morfogenezės ypatumais ir skirtinga atskirų augalo organų (stiebų, lapų, šaknų, šakniavaisių, žiedų, vaisių) vystimosi sparta, todėl jie gali turėti individualius poreikius šviesos spektro sudėčiai. Be to optimali šviesos spektro sudėtis gali skirtis įvairiuose augalo vystimosi tarpsniuose.
Žiūrint koks komponenčių skaičius ir jų spektro sritis, siūlomi šviestukai gali būti naudojami įvairiose augalų apšvietimo sistemose. Pavyzdžiui, vienkomponenčiai tolimosios raudonos srities šviestukai su visiška konversija fosfore gali būti naudojami vietoje to paties bangos ilgio AlGaAs šviestukų augalų auginimui skirtose šviestukų matricose, kombinuojant juos su raudonais ir mėlynais šviestukais. Dvikomponenčiai dalinės ar visiškos konversijos šviestukai, spinduliuojantys tolimojoje raudonoje ir mėlynoje spektro srityse gali būti naudojami augalų auginimui, kombinuojant juos matricose su raudonais šviestukais arba aukšto slėgio natrio lempomis. DvikomponenČiai visiškos konversijos šviestukai, spinduliuojantys tolimojoje raudonoje ir raudonoje spektro srityse, gali būti naudojami augalų auginimo įrenginiuose, kurie yra pritaikyti tik fotosintezinių ir (arba) fitochromo valdomų fotomorfogenezinių poreikių tenkinimui, arba kombinuojant juos su mėlynais šviestukais. Galiausiai, trikomponenčiai visiškos konversijos fosfore šviestukai, kurie spinduliuoja visose trijose augalų augimui ir vystimuisi svarbiose spektro srityse (tolimojoje raudonoje, raudonoje ir mėlynoje) gali būti naudojami šviestuvuose, skirtuose universaliam augalų kultivavimui, kuriame tenkinami visi foto fiziologiniai poreikiai.
Vidutiniškai optimali augalų poreikius tenkinančios šviesos sudėtis yra tokia, kai visuminiame fotonų sraute yra apie 75% raudonos šviesos, apie 20% mėlynos šviesos ir apie 5% tolimosios raudonos šviesos. Todėl siūloma, kad plataus pritaikymo konversijos fosfore šviestukų, kurių spinduliuotėje yra kelios spektro komponentės, kiekvienos komponentės dalinių srautų santykis atitiktų šias proporcijas. Pavyzdžiui, šviestukams, kurie spinduliuoja tik tolimąją raudoną ir mėlyną šviesą, atitinkamų dalinių srautų santykis būtų 1:4. Šviestukams, kurie spinduliuoja tik tolimąją raudoną ir raudoną šviesą, atitinkamų dalinių srautų santykis būtų 1:15. Trijų komponenčių šviestukams, kurie spinduliuoja tolimąją raudoną, raudoną ir mėlyną šviesą, atitinkamų dalinių srautų santykis būtų 1:15:4.
Dviejų ir trijų spektro komponenčių šviestukuose, skirtuose augalininkystei, kiekvienos spektrinės komponentės daliniai srautai gali būti nustatomi keliais būdais. Siūlomuose šviestukuose tai yra atliekama, parenkant fosforo dalelių dydį ir koncentraciją, bangos ilgio keitiklio storį, bangos ilgio keitiklio medžiagos lūžio rodiklį, atstumą tarp bangos ilgio keitiklio ir elektroliuminescencinio darinio ir bangos ilgio keitiklio padėtį šviestuko korpuse ar už jo ribų.
Optimalus augalų apšvietimo spektras gali būti pasiektas, kai šviestukų spektro komponentės yra tiksliai suderintos su fitopigmentų optinės sugerties spektrais. Šiuo atveju siūlomų šviestukų spinduliuotės tolimosios raudonos spektro komponentės smailė turi būti suderinta su Pfr formos fitochromo sugerties spektru ir atitikti maždaug 730 nm. Papildomos raudonos spektro komponentės smailė turi būti suderinta su chlorofilų sugerties spektru ir atitikti maždaug 660 nm. Papildomos mėlynos komponentės smailė turi būti suderinta su karotinoidų ir kriptochromų sugerties spektrais ir atitikti maždaug 450 nm. Kadangi fitopigmentų sugerties spektro juostos yra išplitę, nurodytos optimalios bangos ilgių vertės gali skirtis ±20 nm ribose.
Anksčiau pasiūlytų šviestukų vizualiai suvokiama spalva yra raudona (vienkomponenčio tolimosios raudonos srities ir dvikomponenčio raudono-tolimosios raudonos srities šviestukų atveju) arba purpurinė (dvikomponenčio mėlyno-tolimosios raudonos srities ir trikomponenčio raudono-mėlyno-tolimosios raudonos srities šviestukų atveju). Stipri tokios spalvos šviesa gali sukelti regimąjį diskomfortą ir spalvinės regos sutrikimus šiltadaržių darbuotojams, o taip pat šalia šiltadaržių gyvenantiems žmonėms. Todėl be minėtų trijų spektro komponenčių (tolimosios raudonos, raudonos ir mėlynos) šviestukų yra siūlomi šviestukai papildomai spinduliuojantys kitose spektro srityse. Pavyzdžiui, jų keitiklis gali turėti papildomą fosforą (neparodytas Fig. 1 ir Fig. 2), kuris spinduliuoja geltonoje, geltonai žalioje, žalioje ar žaliai mėlynoje srityje. Parinkus tokios papildomos spinduliuotės dalinį srautą, tokie šviestukai gali spinduliuoti šviesą, kuri žmogaus regos yra suvokiama kaip tam tikro kito spalvio šviesa, pavyzdžiui, kaip balta šviesa su nustatyta koreliuotąja spalvine temperatūra.
Atskleidžiami augalininkystei skirti konversijos fosfore šviestukai yra pranašesni pagrindinio prototipo [JAV patentas No 5,998,925 (1999)] ir kitų baltų šviestukų [JAV patentai No 6,084,250 (2000); 6,294,800 (2001); 6,501,102 (2002);
6,504,179 (2003) ir kt.], atžvilgiu tuo, kad jie generuoja spektro komponentę su smaile tolimojoje raudonoje srityje, kuri yra būtina Pfr formos fitochromo žadinimui.
Siūlomi konversijos fosfore šviestukai, skirti augalininkystei, taip pat turi eilę pranašumų palyginus su žinomais šviesos Šaltiniais, kurių spinduliuotės spektras yra optimizuotas augalų fotofiziologiniams poreikiams tenkinti.
Atskleidžiami augalininkystei skirti konversijos fosfore šviestukai yra pranašesni ankstesnių analogų, susijusių su augalininkystei skirtomis fluorescencinėmis lempomis [JAV patentai Nr. 3,287,586 (1963); 3,992,646 (1976); 4,371,810 (1983); 5,525,860 (1996); 7,259,509 (2007)], atžvilgiu potencialiai didesniu našumu. Pavyzdžiui, mėlyni šviestukai, turintys 70% spindulinį našumą, yra technologiškai įmanomi [J. M. Phillips, M. E. Coltrin, M. H. Crawford, A. J. Fischer, M. R. Krames,
R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, Y. Ohno, L. E. S. Rohwer, J. A. Simmons, and J. Y. Tsao, Laser & Photon. Rev 1 (4), pp. 307-333 (2007)]. Turint omenyje, kad konvertuojant mėlyną (450 nm) šviesą į tolimąją raudoną (730 nm) šviesą, Stokso poslinkis yra daug mažesnis, visuminis tolimosios raudonos šviesos generavimo našumas atitinkamame šviestuke su konversija fosfore gali siekti 43%, t.y. beveik du kartus daugiau nei teorinė našumo riba fluorescencinėse lempose (22%). Atitinkamai didesnis yra papildomų mėlynos ir raudonos spektro komponenčių generavimo našumas. Kiti konversijos fosfore šviestukų pranašumai fluorescencinių lempų atžvilgiu yra mechaninis tvirtumas, maži matmenys, ilgaamžiškumas (iki to 100 000 valandų), spartus persijungimas, staigaus perdegimo nebuvimas, žema maitinimo įtampa (2-4 V), suderinamumas su kompiuterinėmis elektronikos priemonėmis, siaurajuostė spinduliuotė be nepageidaujamų spektrinių komponenčių, pavojingų medžiagų (gyvsidabrio) neturėjimas ir lankstumas montavimo į skirtingos formos matricas atžvilgiu.
Atskleidžiami augalininkystei skirti konversijos fosfore šviestukai taip pat yra pranašesni grynai elektroliuminescencinių šviestukų matricų [JAV patentas Nr. 5,012,609 (1991)] atžvilgiu. Kai tolimoji raudona spektrinė komponentė yra generuojama vienkomponenčiame visiškos konversijos fosfore šviestuke, pranašumą teikia jame naudojamas InGaN puslaidininkio lustas, kuris lyginai su iki šiol naudojamu AlGaAs puslaidininkiu pasižymi didesniu spinduliniu našumu, didesniu išėjimo srauto temperatūriniu stabilumu ir didesniu atsparumu korozijai. Kai tolimoji raudona spektrinė komponentė yra generuojama daugiakomponenčiame dalinės ar visiškos konversijos fosfore šviestuke, be minėto pranašumo galima naudoti mažesnio kanalų skaičiaus maitinimo elektronines priemones. Kai konversijos fosfore šviestukas spinduliuoja visose trijose augalų augimui ir vystymuisi svarbiose spektro srityse, be minėtų pranašumų galima tolygiau paskirstyti skirtingų spektrinių komponenčių, turinčių nustatytus dalinius srautus, apšvietą po augalus, išvengiant sudėtingų topologijų, reikalingų skirtingų grupių šviestukų išdėstymui, ir išvengiant maitinimo srovių nustatymo skirtingų grupių šviestukams.
Fig. 1 vaizduoja mėlynos šviesos dalinės konversijos šviestuko, skirto augalininkystei, bazinę sandarą. Šviestuke yra puslaidininkinis lustas 1, kuris generuoja mėlyną šviesą injekcinės elektroliuminescencijos dėka. Lustas yra patalpintas į reflektoriaus taurelę 2 ir sujungtas su išvadais 3, naudojant prijungtas vielutes 4. Lustą dengia bangos ilgio keitiklis 5. Lustas ir keitiklis yra įkapsuliuoti j skaidrų korpusą 6, tokį kaip plastikinį ar silikoninį liejinį. Tipiškai puslaidininkinis lustas yra sudarytas iš p tipo sluoksnio, sujungto su anodo išvadų, ir n tipo sluoksnio, sujungto su katodo išvadų, kurie apvelka aktyvųjį sluoksnį. Aktyviajame sluoksnyje elektronai, injektuoti iš n tipo apvalkalinio sluoksnio spinduliniu būdu rekombinuoja su skylėmis, injektuotomis iš p tipo apvalkalinio sluoksnio. Tipinė aktyviojo sluoksnio medžiaga yra trigubas InxGai_xN lydinys, kai aktyviojo sluoksnio storis ir molinė indžio dalis lydinyje x yra parenkami tokiu būdu, kad spinduliuotės juosta turėtų smailę 400-500 nm spektro ruože.
Šviesa, generuojama puslaidininkiniame luste 1, praeina pro bangos ilgio keitiklį 5, kuriame yra pirmo tipo fosforo dalelių 7, o taip pat papildomai gali būti antro tipo fosforo dalelių 8 (Fig. 1. vaizduoja atvejį, kai naudojamos abiejų tipų fosforo dalelės). Fotonų, išspinduliuotų iš puslaidininkinio lusto, likimas gali būti dvejopas. Fotonas, kuris 1 pav. pažymėtas rodykle 9, nėra sugeriamas fosforo dalelėse ir ištrūksta iš lusto į aplinką pro skaidrų korpusą. Fotonas 10 yra sugeriamas pirmo tipo fosforo dalelėje 7 ir konvertuojamas į fotoną 11, kurio bangos ilgis atitinka spektro komponentę su smaile 700-760 nm (tolimajame raudoname) spektro ruože. Tuo tarpu fotonas 12 yra sugeriamas antro tipo fosforo dalelėje 8 ir konvertuojamas į fotoną 13, kurio bangos ilgis patenka į 620-680nm (raudoną) spektro ruožą. Galiausiai šviestukas spinduliuoja šviesą, turinčią bent dvi augalų fotofiziologijai svarbias spektro komponentes. Šviestukas, kurio keitiklis 5 turi tik pirmo tipo fosforo daleles 7, spinduliuoja dvikomponentę mėlyną-tolimąją raudoną šviesą, o šviestukas, kurio keitiklis turi abiejų tipų fosforo daleles 7 ir 8, spinduliuoja trikomponentę mėlynąraudoną-tolimąją raudoną šviesą.
Fig, 2 vaizduoja artimos UV šviesos visiškos konversijos fosfore šviestuko, skirto augalininkystei, bazinę sandarą. Šviestuke yra puslaidininkinis lustas 14, kuris generuoja artimąją UV šviesą injekcinės elektroliuminescencijos dėka. Lustas 14 yra patalpintas į reflektoriaus taurelę 15 ir sujungtas su išvadais 16, naudojant prijungtas vielutes 17. Lustą dengia bangos ilgio keitiklis 18. Lustas 14 ir keitiklis 18 yra įkapsuliuoti j skaidrų korpusą 19. Tipiškai puslaidininkinis lustas yra sudarytas iš p tipo sluoksnio, sujungto su anodo išvadų, ir n tipo sluoksnio, sujungto su katodo išvadų, kurie apvelka aktyvųjj sluoksnį. Aktyviajame sluoksnyje elektronai, injektuoti iš n tipo apvalkalinio sluoksnio spinduliniu būdu rekombinuoja su skylėmis, injektuotomis iš p tipo apvalkalinio sluoksnio. Tipinė aktyviojo sluoksnio medžiaga yra arba GaN puslaidininkinis junginys, arba trigubas In^Gai-^N ar AįGai^N lydinys, arba keturgubas In^-Al^Gai-^N lydinys, kai aktyviojo sluoksnio storis ir molinė indžio dalis x ar aliuminio dalis y lydinyje yra parenkamos tokiu būdu, kad spinduliuotės juosta turėtų smailę ties bangos ilgiu, trumpesniu nei 430 nm,
Šviesa, generuojama puslaidininkiniame luste 14, praeina pro bangos ilgio keitiklį 18, kuriame yra pirmo tipo fosforo dalelių 21, o taip pat papildomai jame gali būti antro tipo fosforo dalelių 24 ir (arba) trečio tipo fosforo dalelių 27 (Fig, 2. vaizduoja atvejį, kai naudojamos trijų tipų fosforo dalelės). Visi fotonai, išspinduliuoti iš puslaidininkinio lusto, yra sugeriami fosforo dalelėse. Fotonas, 20 yra sugeriamas pirmo tipo fosforo dalelėje 21 ir konvertuojamas į fotoną 22, kurio bangos ilgis atitinka spektro komponentę su smaile 700-760 nm (tolimajame raudoname) spektro ruože. Fotonas 23 yra sugeriamas antro tipo fosforo dalelėje 24 ir konvertuojamas į fotoną 25, kurio bangos ilgis patenka į 620-680 nm (raudoną) spektro ruožą. Tuo tarpu fotonas
26 yra sugeriamas trečio tipo fosforo dalelėje 27 ir konvertuojamas į fotoną 28, kurio bangos ilgis patenka j 400-500 nm (mėlyną) spektro ruožą. Galiausiai šviestukas spinduliuoja šviesą, turinčią bent vieną augalų foto fiziologijai svarbią spektro komponentę. Šviestukas, kurio keitiklis 18 turi tik pirmo tipo fosforo daleles 21, spinduliuoja tik tolimąją raudoną šviesą; šviestukas, kurio keitiklis turi tik pirmo tipo fosforo daleles 21 ir antro tipo fosforo daleles 24, spinduliuoja dvikomponentę raudoną-tolimąją raudoną šviesą; šviestukas, kurio keitiklis turi tik pirmo tipo fosforo daleles 21 ir trečio tipo fosforo daleles 27, spinduliuoja dvikomponentę mėlynątolimąją raudoną šviesą; šviestukas, kurio keitiklis turi visų trijų tipų fosforo daleles 21,24, ir 27, spinduliuoja trikomponentę mėlyną-raudoną-tolimąją raudoną šviesą.
Fig. 3. vaizduoja galimus puslaidininkinių lustų, kurie yra siūlomi naudoti augalininkystei skirtuose konversijos fosfore šviestukuose, elektroliuminescencijos spektrus. Esant tiek dalinei, tiek visiškai konversijai, šviestukų elektroliuminescencijos spektrai, turi būti suderinti su fosforų sugerties spektrais. Be to, esant dalinei konversijai, šviestuko elektroliuminescencijos spektras turi būti suderintas su augalų fotofiziologiniais poreikiais 400-500 nm spektro ruože.
Fig. 3 (a) vaizduoja elektroliuminescencijos spektrą, atitinkantį puslaidininkinį lustą, kurio aktyvusis sluoksnis yra pagamintas iš trigubo InAGai_.A.N lydinio, kai aktyviojo sluoksnio storis ir indžio molinė dalis lydinyje yra parinkti tokio būdu, kad spinduliuotės juostos smailė yra ties 450 nm mėlyname spektro ruože. Toks lustas gali būti naudojamas augalininkystei skirtame dalinės konversijos šveistuke. Fig. 3 (b) vaizduoja elektroliuminescencijos spektrą, atitinkantį puslaidininkinį lustą, kurio aktyvusis sluoksnis yra pagamintas iš trigubo InxGai_xN lydinio, kai aktyviojo sluoksnio storis ir indžio molinė dalis lydinyje yra parinkti tokio būdu, kad spinduliuotės juostos smailė yra ties 380 nm artimajame UV spektro ruože. Toks lustas gali būti naudojamas augalininkystei skirtame visiškos konversijos šviestuke.
Fig. 4 vaizduoja individualius fotoliuminescencijos spektrus, atitinkančius fosforus, kuriuos galima būtų panaudoti augalininkystei skirtuose konversijos fosfore šviestukuose. Fig. 4 (a) parodo fotoliumienscencijos spektrą, atitinkantį gadolinio ir galio oksido fosforą, aktyvuotą trivalenčio chromo jonais [GdsGasO^Cr31), kuris sugeria mėlyną arba artimąją UV šviesą ir spinduliuoja tolimąją raudoną šviesą, kurios spektro juostos smailė yra ties maždaug 730 nm. Toks fosforas gali būti naudojamas augalininkystei skirtuose dalinės arba visiškos konversijos šviestukuose tam, kad generuotų tolimąją raudoną spektro komponentę. Fig.4 (b) parodo fotoliuminescencijos spektrą, atitinkantį nitridosilikatinį fosforą, aktyvuotą dvivalenčio europio jonais [(Ca,Sr,Ba)2Si5Ng:Eu ], kuris sugeria mėlyną arba artimąją UV šviesą ir spinduliuoja raudoną šviesą, kurios spektro juostos smailė yra ties maždaug 660 nm. Toks fosforas gali būti naudojamas augalininkystei skirtuose dalinės arba visiškos konversijos šviestukuose tam, kad generuotų raudoną spektrinę komponentę. Fig. 4 (c) parodo fotoliuminescencijos spektrą, atitinkantį aliuminato fosforą, aktyvuotą divalenčio europio jonais (BaMgAlioOi7:Eu2+), kuris sugeria artimą UV šviesą ir spinduliuoja mėlyną šviesą, kurios spektro juostos smailė yra ties 450 nm. Toks fosforas gali būti naudojamas augalininkystei skirtuose visiškos konversijos šviestukuose tam, kad generuotų mėlyną spektrinę komponentę.
Fig. 5 vaizduoja siūlomų augalininkystei skirtų dalinės konversijos šviestukų spinduliuotės spektrus. Visi spektrai turi mėlyną komponentę, kurios smailė yra ties 450 nm, generuojamą InGaN puslaidininkinio lusto dėl injekcinės elektroliuminescencijos, ir tolimąją raudoną spektro komponentę, generuojamą, dėka bangos ilgio keitiklio fotoliuminescencijos. Daliniai srautai, atitinkantys liekamąją mėlyną šviesą ir šviesą, kurią generuoja kiekvienas fosforas, yra nustatyti parenkant fosforo dalelių koncentraciją, bangos ilgio keitiklio storį, bangos ilgio keitiklio medžiagos lūžio rodiklį, ir bangos ilgio keitiklio padėtį šviestuko korpuse ar už korpuso ribų. Fig, 5 (a) vaizduoja spektrą, atitinkantį dvikomponetę mėlyną-tolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama naudojant dalinę mėlynos šviesos konversiją Gd3Ga50i2:Cr fosfore, kuris spinduliuoja tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Mėlynos ir tolimosios raudonos šviesos daliniai fotonų srautai yra atitinkamai 80% ir 20%. Tokie mėlyni-tolimosios raudonosios srities raudoni šviestukai gali būti naudojami sudėtinėse apšvietimo sistemose, kurios turi kitus šaltinius, žadinančius fotosintezę chlorofiluose, tokius kaip aukšto slėgio natrio lempos. Fig. 5 (b) vaizduoja spektrą, atitinkantį trikomponentę mėlyną-raudonątolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama, naudojant dalinę mėlynos šviesos, generuojamos dėl elektroliuminescencijos, konversiją (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu ir
Gd3Ga50i2:Cr3+ fosforuose, kurie spinduliuoja atitinkamai raudoną ir tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Mėlynos, raudonos ir tolimosios raudonos šviesos daliniai fotonų srautai yra atitinkamai 20%, 75%, ir 5%. Tokie mėlyni-raudonitolimosios raudonosios srities šviestukai gali būti naudojami universaliam augalų kultivavimui, kai yra tenkinami visi augalų fotofiziologiniai poreikiai.
Fig. 6 vaizduoja siūlomų augalininkystei skirti) visiškos konversijos šviestukų spinduliuotės spektrus. Visi šie šviestukai, turintys puslaidininkinį lustą, · dėka injekcinės elektroliuminescencijos generuojantį šviesą, kurios bangos ilgis yra trumpesnis nei 430 nm, spinduliuoja bent vieną ilgesnių bangų komponentę dėka fosforų fotoliuminescencijos. Daugiakomponenčiuose šviestukuose daliniai fotonų srautai, atitinkantys kiekvieną fosforą, yra nustatyti parenkant fosforo dalelių koncentraciją, bangos ilgio keitiklio storį, bangos ilgio keitiklio medžiagos lūžio rodiklį, ir bangos ilgio keitiklio padėtį šviestuko korpuse ar už jo ribų. Fig.6 (a) vaizduoja spektrą, atitinkantį vienkomponentę tolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama, naudojant visišką artimosios UV šviesos konversiją Gd3Ga50i2:CrJ' fosfore, kuris spinduliuoja tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Toks tolimosios raudonos srities šviestukas gali būti naudojamas augalų auginimui kombinuojant su kitais šviesos šaltiniais, kurių spinduliuotė stokoja spinduliuotės ties 730 nm. Fig.6 (b) vaizduoja spektrą, atitinkantį dvikomponetę mėlyną-tolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama naudojant visišką artimosios UV šviesos konversiją BaMgAlioOn'Eu21 ir Gd3Ga50i2:Cr3+ fosforuose, kurie spinduliuoja mėlyną ir tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Mėlynos ir tolimosios raudonos šviesos daliniai fotonų srautai yra atitinkamai 80% ir 20%. Tokie mėlynitolimosios raudonosios srities šviestukai gali būti naudojami sudėtinėse apšvietimo sistemose, kurios turi kitus šaltinius, žadinančius fotosintezę chlorofiluose, tokius kaip aukšto slėgio natrio lempos. Fig.6 (c) vaizduoja spektrą, atitinkantį dvikomponetę raudoną-tolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama naudojant visišką artimosios UV šviesos konversiją (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+ ir Gd3Ga50i2:Cr3+ fosforuose, kurie spinduliuoja raudoną ir tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Raudonos ir tolimosios raudonos šviesos daliniai fotonų srautai yra atitinkamai 90% ir 10%.
Tokie raudoni-tolimosios raudonosios srities šviestukai gali būti naudojami augalų auginimo įrenginiuose, kurie yra pritaikyti tik fotosinteziniu ir (arba) fitochromo valdomų fotomorfogenezinių poreikių tenkinimui. Fig. 6 (d) vaizduoja spektrą, atitinkantį trikomponentę mėlyną-raudoną-tolimąją raudoną šviesą, kuri yra generuojama, naudojant visišką artimosios UV šviesos, generuojamos dėl elektroliuminescencijos, konversiją BaMgAlioOp.'Eu , (Ca,Sr,Ba)2Si5Ns:Eu , ir Gd3Ga50i2:Cr3+ fosforuose, kurie spinduliuoja atitinkamai mėlyną, raudoną ir tolimąją raudoną šviesą dėka fotoliuminescencijos. Mėlynos, raudonos ir tolimosios raudonos šviesos daliniai fotonų srautai yra atitinkamai 20%, 75%, ir 5%. Tokie mėlyni-raudoni10 tolimosios raudonosios srities šviestukai gali būti naudojami universaliam augalų kultivavimui, kai yra tenkinami visi augalų fotofiziologiniai poreikiai.

Claims (15)

  1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS
    1. Šviesos diodas (šviestukas), turintis korpusą, kuriame patalpintas puslaidininkinis lustas, generuojantis trumpabangę spinduliuotę ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm dėka injekcinės elektroliuminescencijos, ir šio lusto spinduliuojamo fotonų srauto kelyje patalpintas keitiklis, skirtas minėtos spinduliuotės konvertavimui į ilgesnių bangų spinduliuotę dėka fotoliuminescencijos ir turintis bent vieno, tipo fosforo dalelių, besiskiriantis tuo, kad keitiklio (5; 18) sudėtyje yra fosforas (7;21), kurio spinduliuotės spektro smailė yra tolimojoje raudonojoje srityje tarp maždaug 700 nm ir 760 nm, atitinkančioje augalų fotoreceptoriaus fitochromo Pfr formos sugerties spektrą, toks kaip
    - ličio aliuminatas, aktyvuotas trivalentės geležies jonais,
    - gadolinio ir galio oksidas, aktyvuotas trivalenčio chromo ir (arba) trivalenčio cerio jonais, arba
    - kalcio sulfidas, aktyvuotas dvivalenčio iterbio jonais.
  2. 2. Šviestukas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinis lustas (1) yra generuojantis mėlyną šviesa 400-500 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotomorfogenezinius ir fototropinius poreikius ir keitiklis (5) yra pasižymintis šios šviesos daline konversija į ilgesnių bangų šviesą.
  3. 3. Šviestukas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinis lustas (14) yra generuojantis artimąją UV spinduliuotę arba violetinę arba mėlyną šviesą, kurios bangos ilgis yra trumpesnis nei 500 nm ir keitiklis (18) yra pasižymintis visiška šios optinės spinduliuotės konversija j ilgesnių bangos ilgių šviesą.
  4. 4. Šviestukas pagal 2 arba 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo bangos ilgio keitiklis (5; 18) turi papildomą fosforą (8;24), kuris spinduliuoja raudoną šviesą 620-680 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotosintezinius ir fotomorfogenezinius poreikius, tokį kaip oksidinis, halooksidinis, chalkogenidinis, arba nitridinis junginys aktyvuotas dvivalenčio ar keturvalenčio mangano, dvivalenčio ar trivalenčio europio, trivalenčio bismuto, arba dvivalenčio alavo jonais.
  5. 5. Šviestukas pagal 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo bangos ilgio keitiklis (18) turi papildomą fosforą, (27) kuris spinduliuoja mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože, kuri tenkina augalų fotomorfogenezinius ir fototropinius poreikius,
    5 tokį kaip oksidinis, halooksidinis ar nitridinis junginys, aktyvuotas dvivalenčio europio, dvivalenčio mangano, dvivalenčio alavo, arba trivalenčio cerio jonais.
  6. 6. Šviestukas pagal 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad bangos ilgio keitiklis (5) turi arba tik vieną fosforą (7), kuris dalinai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją
    10 raudoną šviesą, arba kelis fosforus (7; 8), kurie dalinai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą.
  7. 7. Šviestukas pagal 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo bangos ilgio keitiklis (18) turi arba tik vieną fosforą (21), kuris visiškai konvertuoja artimąją UV
    15 spinduliuotę į tolimąją raudoną šviesą, arba kelis fosforus (21; 24; 27), kurie visiškai konvertuoja artimąją UV spinduliuotę tik į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą (fosforai 21 ir 24), arba tik į tolimąją raudoną Šviesą ir mėlyną šviesą (fosforai 21 ir 27) arba į tolimąją raudoną šviesą, raudoną šviesą ir mėlyną šviesą (fosforai 21, 24 ir 27).
  8. 8. Šviestukas pagal 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad bangos ilgio keitiklis (18) turį tik vieną fosforą (21), kuris visiškai konvertuoja mėlyną šviesą tik į tolimąją raudoną šviesą, arba kelis fosforus (21; 24), kurie visiškai konvertuoja mėlyną šviesą į tolimąją raudoną šviesą ir raudoną šviesą.
  9. 9. Šviestukas pagal 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinis lustas (1) yra spinduliuojantis mėlyną šviesą 400-500 nm spektro ruože ir turintis aktyvųjį sluoksnį pagamintą iš InxGa,_AN puslaidininkinio lydinio.
    30
  10. 10. Šviestukas pagal 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinis lustas (14) yra spinduliuojantis ties bangos ilgiu trumpesniu nei 500 nm ir turintis aktyvųjį sluoksnį pagamintą iš GaN puslaidininkinio junginio, arba iš In^Gai-^N, AlyGai-yN ar AlyInxGai_x_7N puslaidininkinio lydinio.
  11. 11. Šviestukas pagal 2 arba 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad kiekvienos spektro komponentės daliniai fotonų srautai ir smailių bangos ilgiai yra parinkti tokiu būdu, kad galutinė spinduliuojamos šviesos spektrinė sudėtis būtų tinkama tam, kad veikiami vien šios šviesos arba šios šviesos kartu su kitų šaltinių
    5 spinduliuote geriausiai augtų ir vystytųsi konkretūs šiltnaminiai augalai, tokie kaip salotos, agurkai, pomidorai, ridikėliai, morkos, svogūnai, kalafiorai, brokoliai, žalieji žirneliai, kviečių ar miežių želmenys ir t.t.
  12. 12. Šviestukas pagal 2 arba 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo generuojamos 10 šviesos spektro komponentės turi šiuos dalinius fotonų srautus:
    apie 1:4, kai šviestukas spinduliuoja tik atitinkamai tolimąją raudoną ir mėlyną šviesą,
    15 apie 1:15, kai šviestukas spinduliuoja tik atitinkamai tolimąją raudoną ir raudoną šviesą, apie 1:15:4, kai šviestukas spinduliuoja atitinkamai tolimąją raudoną, raudoną ir mėlyną šviesą.
  13. 13. Šviestukas pagal 2 arba 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad kiekvienos spektro komponentės daliniai fotonų srautai yra nustatomi parenkant fosforo (7;8;21 ;24;27) dalelių dydį ir koncentraciją, bangos ilgio keitiklio (5;18) storį, bangos ilgio keitiklio medžiagos lūžio rodiklį, atstumą tarp bangos ilgio keitiklio ir
    25 elektroliuminescencinio darinio (1;14), ir bangos ilgio keitiklio padėtį šviestuko korpuse arba už šviestuko korpuso ribų.
  14. 14. Šviestukas pagal 2 arba 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo generuojamos šviesos spektro komponentės turi šiuos smailių bangos ilgius:
    apie 730±20 nm tolimosios raudonos spektro komponentės atveju, apie 660±20 nm raudonos spektro komponentės atveju.
    apie 450±20 nm mėlynos spektro komponentės atveju.
  15. 15. Šviestukas pagal 6, 7 arba 8 punktą, besiskiriantis tuo, kad jo bangos ilgio keitiklis (5,18) turi papildomą fosforą (Fig.1 ir Fig.2 neparodytą), kuris
    5 spinduliuoja geltonoje, geltonai žalioje, žalioje ar žaliai mėlynoje srityje tokiu būdu, kad šviestuko generuojama šviesa žmogaus regos yra suvokiama kaip tam tikro spalvio šviesa, pavyzdžiui, kaip balta šviesa su nustatyta koreliuotąja spalvine temperatūra.
LT2008084A 2008-11-07 2008-11-07 Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti LT5688B (lt)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2008084A LT5688B (lt) 2008-11-07 2008-11-07 Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti
EP09753227.9A EP2356702B1 (en) 2008-11-07 2009-10-30 Phosphor conversion light-emitting diode for meeting photomorphogenetic needs of plants
PCT/LT2009/000016 WO2010053341A1 (en) 2008-11-07 2009-10-30 Phosphor conversion light-emitting diode for meeting photomorphogenetic needs of plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2008084A LT5688B (lt) 2008-11-07 2008-11-07 Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2008084A LT2008084A (lt) 2010-05-25
LT5688B true LT5688B (lt) 2010-09-27

Family

ID=41519560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2008084A LT5688B (lt) 2008-11-07 2008-11-07 Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2356702B1 (lt)
LT (1) LT5688B (lt)
WO (1) WO2010053341A1 (lt)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT5521B (lt) 2006-12-27 2008-10-27 Uab "Gumos Technologijos" Nusidėvėjusių padangų perdirbimo ir gumos trupinių modifikavimo įranga
FI20095967A (fi) 2009-09-18 2011-03-19 Valoya Oy Valaisinsovitelma
US8983039B2 (en) 2010-05-05 2015-03-17 Suinno Oy Caller ID surfing
JP5498904B2 (ja) * 2010-09-27 2014-05-21 パナソニック株式会社 作物育成システム
JP5450559B2 (ja) * 2010-11-25 2014-03-26 シャープ株式会社 植物栽培用led光源、植物工場及び発光装置
DK2698056T3 (en) * 2010-12-21 2015-05-26 Valoya Oy Method and means for acclimatization of seedlings to live outdoors
TWI435481B (zh) * 2011-02-18 2014-04-21 Genesis Photonics Inc Light emitting diode device
EP2500952B1 (en) * 2011-03-17 2016-12-14 Valoya Oy Method for dark growth chambers
DE11158693T8 (de) 2011-03-17 2013-04-25 Valoya Oy Pflanzenbeleuchtungsvorrichtung und Verfahren
EP2499900A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-19 Valoya Oy Method and means for enhancing greenhouse lights
AU2015213403B2 (en) * 2011-03-17 2017-04-13 Valoya Oy Plant illumination device and method for dark growth chambers
EP2532224A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-12 Valoya Oy Method and means for improving plant productivity through enhancing insect pollination success in plant cultivation
JP5173004B1 (ja) * 2011-09-14 2013-03-27 シャープ株式会社 植物栽培用の発光装置およびその製造方法
KR102049129B1 (ko) 2012-01-25 2019-11-26 제너럴 하이드로포닉스, 인코포레이티드 광합성에 유효한 방사선을 최적화하기 위한 조성물, 장치 및 방법
US20130326941A1 (en) * 2012-04-05 2013-12-12 Nanoco Technologies Ltd. Quantum Dot LED's to Enhance Growth in Photosynthetic Organisms
RU2632961C2 (ru) 2012-07-11 2017-10-11 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В., Nl Осветительное устройство, способное обеспечивать садовое освещение, и способ освещения в садоводстве
JP2014090684A (ja) * 2012-11-01 2014-05-19 Sharp Corp 照明装置
RU2640960C2 (ru) * 2012-12-21 2018-01-18 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. Интерфейс для освещения в растениеводстве для взаимодействия по меньшей мере с одной системой освещения
CN104871323B (zh) * 2012-12-28 2018-07-13 夏普株式会社 发光装置
RU2667769C2 (ru) 2013-01-11 2018-09-24 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. Растениеводческое осветительное устройство и способ стимулирования роста растений и биоритма растения
EP2957166A4 (en) * 2013-02-15 2016-03-02 Sharp Kk LED LIGHT SOURCE FOR PLANT CULTURE
US9184350B2 (en) 2013-06-21 2015-11-10 Venntis Technologies LLC Light emitting device for illuminating plants
CN104329624A (zh) * 2013-07-23 2015-02-04 展晶科技(深圳)有限公司 用于植物生长的发光二极管照明装置
CN103582255B (zh) * 2013-10-25 2015-08-26 西安理工大学 温室大棚光谱在线分析及智能补光系统及补光方法
US9528876B2 (en) 2014-09-29 2016-12-27 Innovative Science Tools, Inc. Solid state broad band near-infrared light source
US20170014538A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Juha Rantala LED structure and luminaire for continuous disinfection
BR122019025643B1 (pt) * 2016-01-26 2021-04-20 Merck Patent Gmbh composição, folha conversora de cor, dispositivos de diodo emissor de luz, seus métodos de preparação e usos
JP6481663B2 (ja) * 2016-06-29 2019-03-13 日亜化学工業株式会社 発光装置及び植物栽培方法
US20180204984A1 (en) * 2017-01-13 2018-07-19 Intematix Corporation Narrow-band red phosphors for led lamps
US10535805B2 (en) 2017-01-13 2020-01-14 Intematix Corporation Narrow-band red phosphors for LED lamps
DE102017120642A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtdiode, Verwendung einer Leuchtdiode, Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode
JP7009879B2 (ja) * 2017-09-26 2022-01-26 豊田合成株式会社 発光装置
EP3492554B1 (en) * 2017-11-30 2020-08-19 Nichia Corporation Light emitting device, illumination device and plant cultivation method
US10667467B2 (en) 2018-01-24 2020-06-02 Nano And Advanced Materials Institute Limited Light control device for stimulating plant growth and method thereof
CN111885953B (zh) 2018-03-28 2023-11-07 松下知识产权经营株式会社 内窥镜用发光装置及使用了该发光装置的内窥镜以及荧光成像方法
CN109768144B (zh) * 2018-12-25 2020-03-31 旭宇光电(深圳)股份有限公司 植物照明用的发光装置
CN113227321A (zh) * 2018-12-27 2021-08-06 松下知识产权经营株式会社 发光装置、电子设备以及发光装置的使用方法
US11781714B2 (en) 2019-03-18 2023-10-10 Bridgelux, Inc. LED-filaments and LED-filament lamps
EP3942620A1 (en) 2019-03-18 2022-01-26 Intematix Corporation Packaged white light emitting device comprising photoluminescence layered structure
CN113841238A (zh) 2019-03-18 2021-12-24 英特曼帝克司公司 Led灯丝
US11342311B2 (en) 2019-03-18 2022-05-24 Intematix Corporation LED-filaments and LED-filament lamps utilizing manganese-activated fluoride red photoluminescence material
KR20210141505A (ko) 2019-03-22 2021-11-23 바스프 에스이 식물 재배 방법
JP7220363B2 (ja) * 2019-03-28 2023-02-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 波長変換部材、光源装置、及び照明装置
RU192891U1 (ru) * 2019-05-16 2019-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Светодиодный облучатель
CN114080676A (zh) * 2019-06-25 2022-02-22 亮锐有限责任公司 用于微led应用的磷光体层
US11362243B2 (en) 2019-10-09 2022-06-14 Lumileds Llc Optical coupling layer to improve output flux in LEDs
WO2021230221A1 (ja) * 2020-05-13 2021-11-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 発光装置及びそれを用いた電子機器
JP7462242B2 (ja) 2020-06-19 2024-04-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 光照射型美容装置及び電子機器
CN112385491A (zh) * 2020-11-19 2021-02-23 江苏省农业科学院 一种基于led光源促进番茄开花结果的栽培方法
CN112616601A (zh) * 2020-12-16 2021-04-09 福建省中科生物股份有限公司 一种防止大豆爬蔓加速大豆生长的室内种植方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3287586A (en) 1963-10-01 1966-11-22 Sylvania Electric Prod Plant growth lamp
US3992646A (en) 1972-08-04 1976-11-16 Westinghouse Electric Corporation Plant growth type fluorescent lamp
US4371810A (en) 1980-05-05 1983-02-01 Westinghouse Electric Corp. Plant growth type fluorescent lamp
US5012609A (en) 1988-12-12 1991-05-07 Automated Agriculture Associates, Inc. Method and apparatus for irradiation of plants using optoelectronic devices
US5525860A (en) 1992-02-07 1996-06-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plant growing 4 phosphor fluorescent lamp having a photon flux ratio of from 0.8 to 1.0 for light in the 600 NM-700 NM and 700 NM-800 NM bands
RU5688U1 (ru) 1996-03-01 1997-12-16 Александр Владимирович Астафьев Устройство регулятора тока в системе управления реверсивного вентильного преобразователя
US6725598B2 (en) 2001-07-05 2004-04-27 Ccs Inc. Plant cultivator and control system therefor
US6921182B2 (en) 2003-05-13 2005-07-26 Solaroasis Efficient LED lamp for enhancing commercial and home plant growth
US7259509B2 (en) 2004-03-22 2007-08-21 Patent-Treuhand-Gesellschaft Feur Elektrische Gluehlampen Mbh Phosphor coating composition for a mercury low-pressure discharge lamp for illuminating plants

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001352101A (ja) * 2000-06-06 2001-12-21 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
JP2006012766A (ja) * 2004-05-27 2006-01-12 Toshiba Lighting & Technology Corp 蛍光ランプおよび植物栽培用照明器具
CN101488541A (zh) * 2008-01-14 2009-07-22 晶元光电股份有限公司 半导体发光装置与其制造方法
JP2009277997A (ja) * 2008-05-16 2009-11-26 Asahi Glass Co Ltd 発光素子被覆用混合ガラス粉末、ガラス被覆発光素子及びガラス被覆発光装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3287586A (en) 1963-10-01 1966-11-22 Sylvania Electric Prod Plant growth lamp
US3992646A (en) 1972-08-04 1976-11-16 Westinghouse Electric Corporation Plant growth type fluorescent lamp
US4371810A (en) 1980-05-05 1983-02-01 Westinghouse Electric Corp. Plant growth type fluorescent lamp
US5012609A (en) 1988-12-12 1991-05-07 Automated Agriculture Associates, Inc. Method and apparatus for irradiation of plants using optoelectronic devices
US5525860A (en) 1992-02-07 1996-06-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plant growing 4 phosphor fluorescent lamp having a photon flux ratio of from 0.8 to 1.0 for light in the 600 NM-700 NM and 700 NM-800 NM bands
RU5688U1 (ru) 1996-03-01 1997-12-16 Александр Владимирович Астафьев Устройство регулятора тока в системе управления реверсивного вентильного преобразователя
US6725598B2 (en) 2001-07-05 2004-04-27 Ccs Inc. Plant cultivator and control system therefor
US6921182B2 (en) 2003-05-13 2005-07-26 Solaroasis Efficient LED lamp for enhancing commercial and home plant growth
US7259509B2 (en) 2004-03-22 2007-08-21 Patent-Treuhand-Gesellschaft Feur Elektrische Gluehlampen Mbh Phosphor coating composition for a mercury low-pressure discharge lamp for illuminating plants

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.ŽUKAUSKAS ET AL: "Introductionto Solid -State Lighting", pages: 207
M. S. MC DONALD ET AK: "Photobiolohy of higher plants", pages: 354
R.J. BULA ET AL: "Light emitting diodes as aradiation source for plants", pages: 203 - 205

Also Published As

Publication number Publication date
EP2356702B1 (en) 2017-11-22
LT2008084A (lt) 2010-05-25
EP2356702A1 (en) 2011-08-17
WO2010053341A1 (en) 2010-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
LT5688B (lt) Konversijos fosfore šviesos diodas, skirtas augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti
US11864508B2 (en) Dark cavity lighting system
RU2580325C2 (ru) Светоизлучающее устройство, источник света на основе сида (светоизлучающего диода) для растениеводства и промышленное предприятие по выращиванию растений
US9883635B2 (en) Plant illumination device and method for dark growth chambers
CN107047093B (zh) 园艺led照明器材
JP2013106550A (ja) 植物育成用照明装置
TWI482317B (zh) 調整植物生長的光源裝置
US11953195B2 (en) Solid-state grow-lights for plant cultivation
KR101389929B1 (ko) 원예용 led 조명장치
KR102530385B1 (ko) 청색 색소를 갖는 청색 방출 인광체 변환 led
NL2008815C2 (en) Light emitting diode for plant growth.
JP2019161076A (ja) 発光装置及び植物栽培方法
CN109538979B (zh) 植物补光用led装置及灯具
CN109854979B (zh) 倒装型植物补光用led装置及灯具
US11477945B2 (en) Horticulture lighting device
RU153425U1 (ru) Светильник для теплиц
WO2020230742A1 (ja) 植物育成用半導体発光装置、並びに照明方法及び設計方法
KR102616929B1 (ko) 항균 식물 성장 백색 led 조명
KR102619002B1 (ko) 항균 식물 성장 백색 led 조명
CN211320094U (zh) 一种量子点发光装置
CN110957311A (zh) 一种量子点发光装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM9A Lapsed patents

Effective date: 20181107