[发明专利]一种用于植物生长的LED全谱可调光源装置

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体固态照明光源，特别是用于植物生长的LED全谱可调光源装置。

背景技术

用于植物生长的人工光源已广泛用于温室内蔬菜、水果、花卉等作物的栽培。这些人工光源可以在没有日光条件下单独使用，或者在日光不足的条件下作为补光使用，帮助植物正常生长。常见的人工光源有白炽灯、荧光灯、高压钠灯或汞灯等。但是，这些传统植物生长光源的光谱功率分布固定，光通量强度的可调范围较小，并不能与植物生长所需的理想光源条件相匹配，更何况不同植物在不同生长阶段对光源的需求也存在差异，这样便造成了光源的浪费。此外，这些人工光源在电光转换效率和使用寿命等方面也存在劣势。

    相比上述传统植物生长光源，LED光源在诸多方面都表现出明显的优势，如节能、环保、长寿命、体积小、抗震、防水防潮、低压直流驱动、可脉宽调制PWM输出等优点。LED是一种光谱较窄，单色性较好的半导体固态光源，其光谱半高宽约为15~30nm，光谱峰值波长覆盖从紫外光到近红外光的所有区域范围。根据Haitz定理，未来LED产业将以每10年光功率增加20%、价格下降10%的方式快速增长。因此，LED光源不仅可以克服传统植物生长光源的缺点，而且具有良好的市场发展潜力。

现有技术中，使用LED作为植物生长光源已有许多国内、外专利进行过报道。如美国专利专利号为US6921182B2的EFFICIENT LED LAMP FOR ENHACING COMMERCIAL AND HOME PLANT GROWTH公开了由两种不同光束角、不同峰值波长的红光LED和蓝光LED组成的促进植物生长灯；又如中国专利公开号为CN1596606A的《高效节能LED植物生态灯》公开了一种由蓝光LED或红光LED或蓝光和红光LED组合形成的植物生长光源。上述技术仅使用了蓝光和红光LED作为生长光源，主要考虑到了这些光源对光合作用的贡献，但却忽略了其它波段光谱对植物生理机能（如气孔的开闭、叶绿体迁移、种子发芽、秧苗生根、光形态反应、避荫反应、成花诱导等等）的影响。

根据相关文献（I. V?nninen et al., Annals of Applied Biology, Vol. 157, Pages:393-414, 2010）报道，植物对光源的吸收具有“波段选择性”。在日光光谱中，对植物能够施加影响的波长区域为280~800nm波段范围。进一步地，又可将上述波段分为以下七部分：①UV-B（280~320nm）、②UV-A（320~390nm）、③蓝光（390~500）、④绿光（500~580nm）、⑤黄光（580~600nm）、⑥红光（600~700nm）、⑦远红光（700~800nm）。另据相关文献报道（Y. L. Jiao et al., Natural Reviews Genetics, Vol. 8, Is. 3, Pages:217-230, 2007），植物（高等植物）对光源的“波段选择性”与其具有的各种光感受器密不可分。植物体内的光感受器至少可以分为四个种类：UV-B光感受器、向光素、隐花色素和光敏素，它们负责有选择性对280~800nm波长范围内的光线进行感知，具体的波段分布如图1所示。这些感知器会将外界环境的光照信息传导给植物体的基因调控网络，进而影响生长、发育、遗传性状表达等生理特征。另一方面，各种波段光源之间的比例也会影响植物生长。不同植物在不同生长阶段对光源的光谱功率分布、光子通量强度、光周期的需求是不同的。但是，现有技术中的LED 光源都没有照顾到上述植物在光谱波段、不同生长阶段及对各种光特性进行调节的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术中LED植物生长光源的缺点，本发明的目的是提供一种用于植物生长的LED全谱可调光源装置。它具备植物生长所需的全波段光照条件，并且它能够根据不同植物在不同生长阶段对光源的不同要求，调整光源的光谱功率分布、光子通量强度和光周期，为植物生长提供最佳的光照条件。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：