[实用新型]荧光转换植物生长灯单元、植物生长灯器件及植物生长灯

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种荧光转换植物生长灯单元、植物生长灯器件及植物生长灯，特别涉及一种基于LED倒装芯片的荧光转换植物生长灯单元及植物生长灯，属于LED光电子器件的制造技术领域。

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。它们的应用甚至包括某些特殊领域，如为宇航员提供新鲜果蔬的外太空作物栽培。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。

日光连续光谱中280～800nm波段范围对植物生长具有重要意义。植物生长需求能量比重最大的为蓝光波段(是390～500nm)和红光波段(600～800nm)，主要用于进行光合作用和植物主要性状的正常表达。其中，390～700nm波段为光合作用活跃辐射区，是植物生长最主要的光源区域；700～800nm远红光波段主要影响植物性状的正常表达，植物生长对其的需求量相对较少。而紫外光、绿光波段的吸收比重很低，它们对植物生长的影响很有限。

另一方面，各种波段光源之间的比例也会影响植物生长。比如，蓝光与红光的光子数比例对光合作用有决定性影响；而红光和远红光的光子数比例则对种子发芽、秧苗生根、避荫反应、成花诱导等产生影响。光谱组成和各组成的功率或功率比表现为光源的光谱功率分布。

除光谱功率分布外，光源到达植物表面的光子通量强度和光周期(周期为24小时)也会对植物生长产生重要影响。

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，已大量用于LCD背光源、显示屏、信号灯、景观照明、普通照明等领域。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。LED的理论电光转换效率为100％，目前氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1)蓝光LED的外量子效率可以达到70％以上。并且，单颗蓝光LED的发光功率已达到3W以上。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。

使用LED作为植物生长光源已有许多外国专利、中国专利进行过报道。如专利号为US6921182B2的美国专利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；又如公开号为CN1596606A的中国专利《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；公开号为CN101387379A的中国专利《一种用于兰科植物组培的LED混光灯具》公开了一种由蓝光与红光LED可调的兰科植物生长光源。

可以看到，除了LED光源的高能效、长寿命等优点外，采用LED固态光 源可以通过辅助的驱动控制器或控制系统对植物生长光源的光子通量强度和光周期进行准确控制。

公开号为CN103361054A中国专利《氮化物红色荧光粉合成方法及LED植物生长灯》公开了一种采用GaN基蓝光LED正装芯片和氮化物红光荧光粉组合成植物生长灯的技术方案。其中，红光荧光粉的氮化物材料组分为稀土掺杂的Ca₂Si₅N₈、Sr₂Si₅N₈、Ba₂Si₅N₈或CaAlSiN₃，其发射波长为610～720nm。然而，Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1)蓝光LED正装芯片在电流扩展、热量管理等方面存在着劣势，特别对于大功率LED器件而言，上述劣势更加突出地表现出来。