[发明专利]一种用于植物生长的发光二极管模块

说明书

一种用于植物生长的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)模块，特别是一种组合至少两种以上不同波长的LED芯片，并搭配指定波长的荧光粉，封装成发光组件。其中，一蓝光LED芯片，其发光波长介于425nm至435nm之间，搭配一红色荧光粉并经激发后发射波长介于620nm至730nm之间的红色光；另一蓝光LED芯片，其发光波长介于445nm至455nm之间，搭配一黄绿色荧光粉混合物并经激发后发射波长介于515至560nm之间的黄绿色光。本发明的用于植物生长的发光二极管模块所产生的一综合合成光谱，趋近McCree光合作用曲线，是用于植物成长的发光二极管的最佳光谱。

技术领域

本发明属于光电技术及农业技术领域，更具体地涉及一种用于植物生长的发光二极管(light emitting diode，LED)模块，特别是一种组合至少两种以上不同波长的LED芯片，搭配指定波长的荧光粉，封装成发光组件。

背景技术

近年来，人工光源已广泛应用于农业作物的促成栽培及产期调节，其中，LED植物光源具有省电及低发热等优点，为未来农业光源发展的趋势。植物成长所需的光源，会因为植物种类的不同及生长时期的差异，对光强度、光谱及光周期均有不同的需求。其中对植物生长影响最大的为光合作用。经美、日学者研究光源对植物光合作用效率的影响，其最适合的能量光谱曲线即为McCree光合作用曲线，如图1所示。因此，人工光源若越能够符合图1中所示的植物成长的光合作用的吸收光谱图，则对植物光合作用效益会越大。

光合作用是植物将光能转换为化学能的重要光化学反应，必须要有光的刺激，才能诱导体内各种生化反应的进行，使植物正常生长。叶绿素是植物体内的绿色色素，主要分布于叶与茎部，根据结构的不同，可分为叶绿素a及叶绿素b两种。叶绿素a为进行光反应的主要色素，负责捕光与电价分离(charge separation)两种功能，是光合作用光反应的中心。叶绿素b与其他色素(类胡萝卜素、叶黄素)只负责捕光，之后将吸收的光能传递给叶绿素a进行光反应，故又称为辅助色素。

叶绿素a及叶绿素b的吸收光谱如图2所示。叶绿素a分别在430nm(蓝光)及662nm(红光)有较高的吸收率，叶绿素b则在454nm(蓝光)及643nm(红光)有较高的吸收率。在绿光波段(500-540nm)，叶绿素也有微量吸收率。

为了使得人工光源所产生的光谱趋近叶绿素a及叶绿素b的吸收光谱，目前市售的第一种人工光源以460nm蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，并且外加单一660nm红光LED芯片，其所形成的复合吸收光谱如图3所示。然而，其缺点为缺乏叶绿素a吸收峰值为430nm波段而导致光能捕捉效率低下，因此植物在此光源下生长时只能靠叶绿素b及辅色素进行光能捕捉，然后再将捕捉到的能量传送至光合作用反应中心叶绿素a，这使得光合作用效率低、植物成长效率差，并容易导致植物生长异常例如叶片薄弱与株型异常等情况发生。

另外，除了光合作用之外，植物的生命周期需经历种子萌芽、分枝、开花等阶段。各阶段均需要700nm以上的红外光(如730nm)刺激作为信号，方能触发各种重要形态的转变与发生，使植物得以正常生长。例如，烟草、莴苣、毛地黄的种子，受光刺激则能萌芽或加速萌芽。多数植物的幼苗需有光的刺激才能转成绿色并正常生长，且生长中植物的茎会向有光或光较强的方向弯曲。这种因为700nm以上的红外光的刺激所产生的萌芽、加速萌芽、转成绿色并正常生长以及茎的向光弯曲等形变，称为光形态发生。

然而，市售的第二种人工光源以红光LED芯片及蓝光LED芯片组合(组合比例为8∶2或9∶1)制作成植物生长用的人工光源，其所形成的复合吸收光谱如图4所示。前述第一种人工光源及第二种人工光源，两者均缺乏波长700nm以上(如730nm)的光谱，植物在此光源下生长，并无法正常完成光形态发生。