TW201323573A - 用於植物成長之發光二極體 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種用於植物成長之發光二極體，其包括有一藍色LED晶粒，其波長為440~460nm；至少二種不同顏色之螢光粉組成物，其中有一種必為紅色螢光粉；一矽膠，係與該螢光粉組成物混合，並塗佈於該藍色LED晶粒上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者。如是，使其激發出之光譜為與植物光合作用曲線接近者，可達到最佳之植物成長效果。

Description

用於植物成長之發光二極體
本發明係有關於一種用於植物成長之發光二極體(light emitting diode.LED),特別係指一種以藍光LED為光源主體，並配合使用混合之螢光粉組成，其中有一種必為紅色螢光粉；與矽膠混合，利用藍光LED激發螢光粉組成，使散發出光源之光譜，契合植物光合作用及成長所需之光譜，從而達成植物高成長效率，及光源節能者。
植物成長中所需之光源，其特性經研究，證明在不同的光強度，光譜及光週期條件下，對植物之成長各有不同的需求及條件，而其中最重要的光合作用，對綠色植物影響至鉅，光源對植物光合作用的效率作用，經美、日學者研究，其最適合光譜曲線，如第一圖所示，植物成長光源愈符合第一圖中所示之光譜圖，則對植物光合作用效益愈大。
植物成長使用人工光源目前已被廣泛應用於農業及園藝業，如一般之溫室，及花卉、高經濟作物之加速成長及反季節培育等用途，現有之植物成長光源有如下幾種方式：
一、螢光燈：螢光燈之植物光源為傳統照明用螢光燈演化而來，其優點為較其他傳統光源較為節能，但使用壽命短，且其發出之光譜，如第二圖所示，其與植物光合作用曲線契合程度偏低，且廢棄之螢光燈有環境污染問題。
二、高壓鈉燈：高壓鈉燈使用於植物成長，其優點為光強度較大，照射面積廣，但耗電量高，壽命短，且其發出之光譜，如第三圖所示，其與植物光合作用曲線契合程度偏低.且高壓鈉燈發熱量大，不利於植物生長環境之溫度控制。
三、紅藍色發光二極體：以紅色及藍色二種發光二極體所組成之植物成長光源，其優點為節能省電，壽命長，無過量之發熱，其缺點為所發出之光譜過窄，如第四圖所示，與植物光合作用曲線契合度偏低。
綠色植物之葉片行光合作用除了需要光之外，還需要足夠的二氧化碳，而二氧化碳的吸收主要依靠葉片氣孔的開閉作為控制，而決定葉片氣孔開閉的機制則由光源中的藍光440~460nm為啟動氣孔動作的樞紐，意即藍光照射葉片的強弱決定氣孔開閉的大小程度，進而影響二氧化碳吸收的數量，因此光源照射葉片時，其光譜同時符合植物光合作用及氣孔開閉所需之光譜，植物才能順利完成光合作用.許多文獻均已證明，單獨使用紅色或藍色光源，植物均無法健康成長，故目前坊間有以紅光LED及藍光LED混合比8:1如第四圖所示之方式作為植物成長光源，其效果較單獨紅光或藍光均要優秀.目前市場多採此法，但此法缺點為LED單色光譜過窄，造成植物葉片厚度不足及徒長，影響蔬菜口感及脆度.此外，植物生長過程中，除光合作用之外，其生命週期如發芽，分枝，開花及結果等各階段，各階段之開始及結束均需經不同光譜的光刺激觸發方能進行，稱為”光型態發生”，而”光型態發生”所需除一般之紅.藍光外，仍需要其他波長如700nm以上之紅外光等，此為現有之紅藍色LED混光光源所欠缺。
有鑑於此，本發明人乃本於精益求精、創新突破之精神戮力於發光二極體之研發，而發明出本發明用於植物成長之發光二極體，可有效提高植物成長的速度，可改變植物之受光照時間，並藉以調整改變植物之開花或結果週期。
本發明之目的，在於提供一種用於植物生長之發光二極體，其具有提高植物成長之效率，以達到增加單位時間產出及降低使用能源之目的。
本發明之另一目的，在於提供一種用於植物生長之發光二極體，使其利用照射時間長短及溫度之控制，以調整植物光型態發生之週期，從而控制植物成長階段如開花或結果發生之延後或提前，進而達到調整作物如蔬菜，花卉及水果產期之目的。
為達上述之目的，本發明之特徵在於包括有一藍色LED晶粒，其波長為440~460nm；至少二種不同顏色之螢光粉組成物，其中有一種必為紅色螢光粉；一矽膠，係與該螢光粉組成物混合，並塗佈於該藍色之晶粒上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者。
如此，可提供植物對”光合作用”所需之光譜進行照射，並利用照射時間長短及溫度控制，調整植物”光型態發生”之週期，從而達到控制植物生命週期之縮短或延後或提前，而達到增加產量及反季節種植之目的。
另外，在此需要特別說明，照射光源對植物之有效強度單位，與照明不同，並非以照度(LUX)為單位，其量測單位為光子流量強度(micro mole photon per square meter per second)。是以植物接受之特定面積的光子流量為單位，例如紅外線，若量測(LUX)對人眼其值是零，但對植物，光子流量強度數值是有一定數值的。但由於這是一個新興科技，過去市面並無充分的儀器以表達光子流量強度光譜圖，所以本專利所引用的文獻仍以相對能量強度來表達光譜圖。
所以，光源愈是符合第一圖之光譜圖，對植物之光合作用效率愈好，本發明之LED植物成長光源，因發射光譜貼近植物光合作用曲線，故能達到最高效能之光合作用。
本發明所使用之藍光LED晶粒，其波長範圍為440~460nm,此目的為提供植物行光合作用時，該波長範圍可增進植物葉片之氣孔開閉作用，從而促進對二氧化碳之吸收，以提高光合作用之速率。除此之外，本藍色LED晶粒，可同時作為提供激發螢光體之光源，螢光體經激發後所產生之光源至少有兩種，其中包含紅色光譜另加上綠色或黃色光譜，使整體光譜更接近植物光合作用曲線。故本發明中僅使用一種LED光源即可同時提供植物光合作用及葉片氣孔開孔所需，實為現今世界上唯有之創舉。
請參閱第五圖，本發明用於植物生長之發光二極體，其包括有提供一藍色LED晶粒10、提供至少二種不同顏色之螢光粉組成物12，其中一種必為紅色螢光粉及提供一矽膠14：其中本發明之第一實施例中，藍色晶粒10其波長為440~460nm，請配合參閱第六圖及第七圖，螢光粉組成物12為綠色螢光粉，經激發後發射波長為515~540nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
其中綠色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢光粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。而綠色螢光粉與紅色螢光粉混合比例為12:88，並將其與矽膠14混合後，直接點膠或塗佈於藍色發光二極體10上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者，其中該光譜之色度區塊CIE座標X值為0.31~0.35,Y值為0.31~0.38。
請配合參閱第八圖及第九圖，本發明之第二實施例中，螢光粉組成物12可為綠色螢光粉，經激發後發射波長為515~540nm，黃色螢光粉，經激發後發射波長為540~570nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
其中，綠色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),黃色螢光粉為矽酸塩螢光(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢光粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。而綠色，黃色與紅色螢光粉比例為：38 :49 :13，並將其與矽膠14混合後，直接點膠或塗佈於藍色發光二極體10上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者，其光譜之色度區塊CIE座標X值為0.31~0.46,Y值為0.25~0.36。
請配合參閱第十圖及第十一圖，本發明之第三實施例中，螢光粉組成物12可為黃色螢光粉，經激發後發射波長為540-570nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
其中黃色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢光粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
而黃色螢光粉與紅色螢光粉組成比例為85:15，並將其與矽膠14混合後，直接點膠或塗佈於藍色發光二極體10上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者，其光譜之色度區塊CIE座標X值為0.37~0.46,Y值為0.3~0.36。
藉由如上之說明，本發明用於植物成長之發光二極體，以藍光LED晶粒塗佈至少二種不同顏色之螢光粉組成物，使其激發出之光譜為與植物光合作用曲線接近者，可達到最佳之植物成長效果。
本發明在第一實施例，第二實施例及第三實施例中，經多次實際反覆實驗證明，只要螢光膠體塗佈於藍光LED晶粒上，使其發光之色度區塊座標CIE落在X:0.31~0.46;Y:0.25~0.38之範圍內時，所激發出之光譜即可接近植物光合作用曲線，其有效光合作用之光子流量數，也因貼近植物光合作用曲線，而遠高於其他坊間現有人工植物光源。故經此光源照射之植物均能獲得良好之成長效果。在上述實施例中，均以單一之LED晶粒光源，經螢光體組合激發出含多項顏色之光譜組合，使本發明之LED光源同時具備對植物光合作用，葉片氣孔開閉及植物光型態發生均有良好之促進作用及效果，為現今人工植物光源中唯一具備此特色及功能者。
10．．．藍色LED晶粒
12．．．螢光粉組成物
14．．．矽膠
第一圖為植物光合作用之光譜圖。
第二圖為螢光燈之光譜圖
第三圖為高壓鈉燈之光譜圖
第四圖為紅藍光LED植物燈光譜圖。
第五圖為本發明植物生長用之發光二極體構造示意圖。
第六圖為本發明植物生長用之發光二極體之第一實施例光譜圖。
第七圖為本發明植物生長用之發光二極體之第一實施例色塊區域CIE座標圖。
第八圖為本發明植物生長用之發光二極體之第二實施例光譜圖。
第九圖為本發明植物生長用之發光二極體之第二實施例色塊區域CIE座標圖。
第十圖為本發明植物生長用之發光二極體之第三實施例光譜圖。
第十一圖為本發明植物生長用之發光二極體之第三實施例色塊區域CIE座標圖。

Claims (13)

  1. 用於植物成長之發光二極體，其包括有：一藍色LED晶粒，其波長為440~460nm；至少二種不同顏色之螢光粉組成物；其中一種必為紅色螢光粉。一矽膠，係與該螢光粉組成物混合，並塗佈於該藍色LED晶粒上，而激發出之光譜為接近植物光合作用曲線者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該螢光粉組成物可為綠色螢光粉，經激發後發射波長為515-540nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該綠色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該綠色螢光粉與該紅色螢光粉混合比例為12:88。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該光譜之色度區塊CIE座標X值為0.31~0.35,Y值為0.31~0.38。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於植物成長之發光二極體，其中螢光粉組成物可為綠色螢光粉，經激發後發射波長為515~540nm，黃色螢光粉，經激發後發射波長為540~570nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於植物成長之發光二極體，其中綠色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光(Lu3Al5O12:Ce),黃色螢光粉為矽酸塩螢光(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢光粉(CaAlSiN3:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之用於植物成長之發光二極體製，其中綠色，黃色與紅色螢光粉比例為：38:49:13。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該光譜之色度區塊CIE座標X值為0.31~0.46,Y值為0.25~0.36。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之用於植物成長之發光二極體，其中該螢光粉組成物可為黃色螢光粉，經激發後發射波長為540~570nm，及紅色螢光粉，經激發後發射波長為600~780nm。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之用於植物成長之發光二極體製，其中黃色螢光粉為矽酸塩螢光粉(BaSr)2SiO4:Eu或鋁酸塩螢光粉(Lu3Al5O12:Ce),紅色螢光粉為氮化物螢光粉(CaAlSiN3:Eu,:Eu,Ca2Si5N8:Eu)或氮氧化合物螢光粉(Ba3Si6O12:Eu)。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之用於植物成長之發光二極體，其中黃色螢光粉與紅色螢光粉組成比例為85:15。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之用於植物成長之發光二極體製，其中該光譜之色度區塊CIE座標X值為0.37~0.46,Y值為0.3~0.36。
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