一种辅助植物生长的照明方法和设备的制造方法
【专利摘要】本申请的目的是一种辅助植物生长的照明方法和设备，所述照明设备包括发光芯片、荧光体，其中，所述发光芯片用于向所述荧光体投射激发光束；所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述荧光体的主波长包括640nm～680nm，且半波宽度大于或等于40nm。进而使得所发出的波长范围大部分都落在植物光合作用的高效能区间，且同时发出光线的波长囊括了促进植物发芽、长高、开花的光谱范围，从而，能够辅助植物快速的生长，以提高作物质量和产量，满足人们对一些经济作物的急速扩大的需求。
【专利说明】
_种辅助植物生长的照明方法和设备
技术领域
[0001]本申请涉及发光元器件领域，尤其涉及一种辅助植物生长的照明的技术。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高和现代农业技术的发展，人们对农作物的需求越来越高。用通常的种植方法，一些有药用价值的植物或者经济作物的生长周期比较长，季节性要求高，所以市场对于一些对农作物有辅助生长的技术有迫切的需求。
[0003]目前，在作物辅助照明上，通常采用的是荧光灯或者气体放电灯补光。由于荧光灯和气体放电灯发出的光谱通常是在280nm?100nm之间都有分布，所以其能量非常分散。而对光合作用最有利的高效光，主要分布在6 1nm?720nm部分，最高效能点在660nm前后。焚光灯和气体放电灯的光谱分布中，对植物能产生高效光合作用的能量分布非常有限，从而这两类光源的辅助生长作用比较低，且能耗很高，不能实现低碳环保。另一方面，也有普通的白光LED(发光二极管)做的作物辅助生长灯具，这类光源由于所发出的光广泛分布在400nm?780nm范围内，所以效率也不高。
[0004]目前，还有一些采用单色晶片(chip)封装的LED的植物生长灯，这类光源可以将发出的光的主波长设置在660nm前后，但是由于其半波宽度在20-25nm前后，因此需要两种以上的chip才能覆盖光和作用的高效点660nm和作物长高需要的720nm?100nm光谱，控制比较复杂，而且此类光源效能受温度影响很大，发射光谱能量随工作温度的升高急剧下降，因此综合效率也不是很高，且制作作物照明器具明显复杂，同时成本也很高。
【发明内容】
[0005]本申请的目的是提供一种辅助植物生长的照明的方法和设备，能够解决现有方案无法提供一种辅助植物生长的高综合效率和低成本的光源问题。
[0006]为解决上述技术问题，根据本申请的一个方面，提供了一种辅助植物生长的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括:发光芯片、荧光体，其中，所述发光芯片用于向所述荧光体投射激发光束;所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述焚光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo
[0007]进一步地，所述照明设备包括封装装置，所述发光芯片和荧光体设置于所述封装装置的内部。
[0008]进一步地，所述照明设备包括:电源装置;其中，所述发光芯片通过连接线与所述电源装置进行电连接;或所述发光芯片与所述电源装置通过引脚进行电连接。
[0009]更进一步地，所述封装装置包括:连接单元;其中，所述荧光体通过所述连接单元固定在所述封装装置的内表面。
[0010]进一步地，所述发光芯片包括一个或多个发光二极管芯片。
[0011]进一步地，所述发光芯片投射的激发光束为以下至少任一项:蓝光、紫光、紫外光。
[0012]进一步地，所述照明设备还包括:信号输入控制装置，其中，
[0013]所述信号输入控制装置用于通过控制所述发光二极管芯片端的电流信号进行选择所述发光二极管芯片的数量及所述激发光束的颜色。
[00? 4] 进一步地，所述焚光体的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nm。
[0015]根据本申请的另一方面，还提供了一种辅助植物生长的照明方法，所述方法包括:发光芯片向荧光体投射激发光束;所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述焚光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo[ΟΟ??] 进一步地，所述焚光体的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nm。
[0017]与现有技术相比，本申请提供的辅助植物生长的照明设备，包括发光芯片、荧光体，其中，所述发光芯片用于向所述荧光体投射激发光束;所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述荧光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nm。进而使得所发出的波长范围大部分都落在植物光合作用的高效能区间，且同时发出光线的波长囊括了促进植物长高的光谱范围，从而，能够辅助植物快速的生长，以提高作物质量和产量，满足人们对一些经济作物的急速扩大的需求。
【附图说明】
[0018]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0019]图1示出根据本申请一个方面的一种辅助植物生长的照明设备的结构示意图；
[0020]图2示出根据本申请一个方面的一个优选实施例的辅助植物生长的照明原理的示意图；
[0021]图3示出根据本申请一个方面的一个优选实施例中获得的光谱图形。
[0022]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
[0024]需要说明的是，下述实施例仅为本申请的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本申请的保护范围。
[0025]图1示出根据本申请一个方面的一种辅助植物生长的照明设备的结构示意图。所述照明设备包括:发光芯片7和荧光体4，其中，所述发光芯片7用于向所述荧光体4投射激发光束;所述荧光体4被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述荧光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo
[0026]在此，本申请的一实施例中通过采用特性波长的发光芯片，配合特别调配的荧光材料(焚光体)，其中，焚光体的主波长选用为640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nm，与一些添加剂调配成本申请所需的荧光材料，用发光芯片发出的激发光谱激发荧光体，使其发出的光谱的能量不小于能量强度峰值的10%的波长范围覆盖590nm?770nm区间，同时满足植物光合作用的高能效区间和植物长高的光谱区间。其中，所选的发光芯片优选为LED芯片，LED芯片能够将电能转化为可见光的半导体，具有寿命长、光效高、低功耗等优点；所选的荧光材料温度效率稳定性较高，能够在较高的工作温度即80度-150度范围内维持较高的光输出温度稳定特性，保持较高的电光转换效率，从而更加节能和促进植物生长。另外，荧光体接收发光芯片发出的激发光谱从而发出到植物的光优选为深红色光或红光这样的单色光，而若直接由发光芯片直接发出深红色光或红色光为植物提供所需的光谱，则所需的芯片制作工艺技术难度大且随着使用时的发热，光效会直降40%?50%，若为了满足植物生长要求，采用至少两种不同波长的单色芯片配合，则控制比较复杂，且成本较高。本申请一实施例中所述的辅助植物生长的照明设备能够一次性满足植物光合作用所需的610nm?700nm这一高效能波段和植物长高所需的720nm?770nm波段，且降低了成本，随着使用时发热造成的温度的升高，光效下降较少，相对稳定。
[0027]需要说明的是，因所用荧光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nm，使得焚光体被激发后照射到植物上的能量强度峰值主要分布在640nm?680nm内，能量强度峰值的约10%?85%会分布在590nm?770nm这一波段范围内，能量强度峰值的约30 %?85 %会分布在61nm?640nm内；与现有技术相比，本申请所述的照明设备使得植物需要光合作用的高能效区间光谱范围更集中，即能量主要集中在640nm?680nm这一波段，同时又囊括了植物长高所需的光谱范围720nm?770nm这一波段。所述照明设备满足低成本要求，且高效地辅助植物快速的发芽、生长、长高、开花，以提高作物质量和产量。同时，较宽的以660nm为主波长的发射半波宽，能够很好的覆盖目前发现的多种在植物生长中起关键作用的叶绿素的峰值吸收光谱，这样就不需要因为种植的植物种类发生变化而更换不同的辅助生长补光器具。
[0028]需要说明的是，所述发光芯片可以是包括但不限于包括注入式半导体发光器件、半导体激光器件和光电耦合器件，其中，所述注入式半导体发光器件包括发光二极管(LED)、数码管、符号管、米字管及矩阵管等。所述发光芯片结构包括但不限于包括水平芯片结构、垂直芯片结构、倒装芯片结构、CSP(chip scale package，芯片级封装)结构。在本申请的一个优选实施例中，将所述发光芯片优选为发光二极管(LED)芯片。当然，在本领域技术人员应能理解所述发光二极管(LED)芯片仅为所述发光芯片的一个方面的优选实施例，其他现有的或今后可能出现的所述发光芯片如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
[0029]优选地，所述照明设备包括封装装置3，所述发光芯片7和荧光体4设置于所述封装装置3的内部。
[0030]在此，所述封装装置3包括LED支架或基板，例如SMD( Surf ace mounted devices，表面贴装器件)封装需要支架，C0B(chip on board，板上工艺)封装需要基板，CSP(chipscale package，芯片级封装)类封装可以不含支架或基板，参考图1，在本申请的一优选实施例中，采用了低成本的封装支架塑胶体作为封装装置，优选地，所述封装装置3包括:连接单元，其中，所述荧光体通过所述连接单元固定在所述封装装置的内表面。例如，图1中，连接单元5优选为封装胶，荧光体4通过封装胶涂覆在封装装置3的内部，从而荧光体4能够吸收由发光芯片7所投射的激发光谱，并转换成高效能的单色光，通过封装装置3照射到植物上。
[0031]本领域技术人员应能理解，上述实施例中所述的封装形式仅为本申请的一优选实施例，其他现有的或今后可能出现的封装形式如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
[0032]优选地，所述照明设备包括:电源装置;其中，所述发光芯片通过连接线与所述电源装置进行电连接;或所述发光芯片与所述电源装置通过引脚进行电连接。
[0033]在此，所述发光芯片通过连接线与所述电源装置进行电连接，继续参考图1，在一优选实施例中，支架包括负电极1、正电极2和封装支架塑胶体3，电源装置包括负电极I和正电极2，LED芯片7固定在负电极I上，也可以固定在正电极2上，通过两条连接线6分别与负电极I和正电极2保持电连接，其中，连接线6根据实际场景应用优选为金线，通过正电极2的电流可以通过金线6流经LED芯片7，使LED芯片7发出激发光谱，流经LED芯片7的电流通过另一条金线6到达负电极I，流出本LED光源器件。在本申请又一优选实施例中，当采用COB封装或其他需要基板的封装时，所述发光芯片固定在固定装置上，所述电源装置设置于所述固定装置中，所述发光芯片与所述固定装置中的电源装置通过引脚进行电连接。在此，所述固定装置包括PCB板(印刷电路板)或FPC板(柔性电路板)或其他基板，一方面为发光芯片提供支撑，一方面为发光芯片供电，例如，发光芯片通过引脚焊接与电源装置进行电连接。
[0034]优选地，所述发光芯片包括一个或多个发光二极管芯片。
[0035]在此，所述发光芯片可以为一个LED芯片，也可以是多个LED芯片，其中，所述发光芯片投射的激发光束为以下至少任一项:蓝光、紫光、紫外光。在一实施例中，LED芯片为一个时，发出的光束为蓝光或紫光或紫外光，优选地为蓝光这一单色光，因对于同一面积大小的晶片来说，单色光中蓝色光的能量效率会更高，且价格更加经济而容易获得。也可以是多个LED芯片组成的发光芯片，都是发蓝光的芯片或都是发紫光的芯片或有些是发蓝光剩下的发紫光等情况的组合。
[0036]更优选地，所述照明设备还包括:信号输入控制装置(未示出)，其中，所述信号输入控制装置用于通过控制所述发光二极管芯片端的电流信号进行选择所述发光二极管芯片的数量及所述激发光束的颜色。
[0037]在此，信号输入控制装置通过控制LED芯片端的电流信号进行选择LED芯片的数量，如是一个LED芯片进行发光还是多个芯片进行发光，发出蓝光的LED芯片数量和发出紫光的LED芯片数量，选择所要发光的LED芯片数量后能够确定发光芯片发出的光束的颜色。例如，有三个发蓝光的LED芯片和两个发紫光的LED芯片，将发出同一颜色光的LED芯片放在同一条电路上，通过两条电路上的电流进行控制LED芯片进行发光的芯片数量和所发出的光束的颜色。
[0038]优选地，所述焚光体的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nm。
[0039]在一优选实施例中，荧光体4可以是一种荧光体，也可以是两种或两种以上的荧光体的混合。主波长优选为660nm时发射的半波宽，最有利于植物的光合作用，能够很好的覆盖目前发现的多种在植物生长中起关键作用的叶绿素的峰值吸收光谱，这样就不需要因为种植的植物种类发生变化而更换不同的辅助生长补光器具。在此，需要说明的是，由于半导体参杂时，电子云禁带宽度(band gap)—般都是一个固定值造成，所以空穴和电子复合时，能量是一个很固定的范围，对应这个能量的光的波长为一个固定值造成，因而形成的颜色很纯或者饱和度很高的单色光，因此它的半波宽度很窄，适合普通的照明领域，而本申请实施例中所用的荧光体的色饱和比较差，在做RGB(红绿蓝颜色模型)混光时色域空间比较小，在和其他荧光粉合成激发白光时，会造成合成的白光效率比较低，在普通照明领域为不优秀荧光材料，但依照植物生长需求方面，本申请所用的荧光体的半波宽度会比较宽，能够实现很宽的光谱覆盖，因此在本申请的实施例中，采用荧光体的主波长与半波宽度进行相互配合为植物提供所需的光谱范围，为一种比较优秀的方案。需要说明的是，半波宽度小于40nm时，接收发光芯片的激发光谱进行转换的波长在710nm以上的光谱能量会很低，为了保证710nm以上的波段的光谱能量能够满足植物生长要求，半波宽度需要大于或等于40nm，需要注意的是，在实际应用中，半波宽度还应小于150nm，因当半波宽度大于150nm时，会使促进光合作用的能量很大一部分分散到低能效区间，降低光合作用的效率。
[0040]本申请所述的照明设备，通过发光芯片7发出的激发光谱激发荧光体4，使其发出波长范围也囊括了720nm?770nm这一段促进植物长高的光谱范围，另外，一小部分未照射到荧光体4的激发光谱，连同荧光体辐射的深红色光，透过封装胶5照射出去，而透射出去的这一小部分光的波长恰好在450nm前后，这是植物光合作用的次高效波长，这部分光也能很好的辅助植物进行光合作用。通过这种方式，获得的植物生长需要的波长在590nm?770nm的光。
[0041]本申请还提供了一种辅助植物生长的照明方法，其特征在于，所述方法:发光芯片向荧光体投射激发光束;所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述焚光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo
[0042]图2示出根据本申请另一个方面的一个优选实施例的辅助植物生长的照明原理的示意图；其中，B为发光芯片7发出的蓝光或紫光或紫外光;R是B激发荧光体4产生的深红色光，优选地，所述焚光体4的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nm。可以是一种焚光体，也可以是两种或两种以上的荧光体的混合。利用本申请所述的辅助植物生长的方法包括:激发光谱B直接或者通过封装支架塑胶体3与负电极I及正电极2的反射，一部分照射到荧光体4上，激发荧光体4产生辐射深红色光R，一小部分未照射到荧光体4的激发光谱B，连同荧光体4辐射的深红色光R，透过封装胶5照射出去，从而获得植物生长需要的波长在590nm ?770nm的光。
[0043]在本申请一优选实施例中，荧光体4的主波长优选为663nm，半波宽度为104nm，发光芯片4的主波长优选为450nm，通过实验获得的光谱如图3所示，图3示出根据本申请一个方面的一个优选实施例中获得的光谱图形。本领域技术人员应能理解，光谱图形中，能量强度峰值作为100%，以能量强度峰值作为参考进行绘制光谱图形。在该优选实施例中，设置能量强度峰值的10%为波长筛选阈值，获取不小于能量强度峰值的10%的波长，由图3可看出，利用本申请所述的方法和设备，可获得波长在590nm?770nm的高能量的光，从而满足植物光合作用和长高的需求。
[0044]对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此夕卜，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【主权项】
1.一种辅助植物生长的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括:发光芯片、荧光体，其中， 所述发光芯片用于向所述荧光体投射激发光束； 所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述荧光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括:封装装置，所述发光芯片和荧光体设置于所述封装装置的内部。3.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括:电源装置;其中， 所述发光芯片通过连接线与所述电源装置进行电连接;或 所述发光芯片与所述电源装置通过引脚进行电连接。4.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述封装装置包括:连接单元； 其中，所述荧光体通过所述连接单元固定在所述封装装置的内表面。5.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述发光芯片包括一个或多个发光二极管芯片。6.根据权利要求4所述的照明设备，其特征在于，所述发光芯片投射的激发光束为以下至少任一项:蓝光、紫光、紫外光。7.根据权利要求5或6所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备还包括:信号输入控制装置，其中， 所述信号输入控制装置用于通过控制所述发光二极管芯片端的电流信号进行选择所述发光二极管芯片的数量及所述激发光束的颜色。8.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述荧光体的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nmo9.一种辅助植物生长的照明方法，其特征在于，所述方法: 发光芯片向荧光体投射激发光束； 所述荧光体被所述激发光束所激发进行发光，所发光照射在植物上，所述荧光体的主波长包括640nm?680nm，且半波宽度大于或等于40nmo10.根据权利要求9所述的照明方法，其特征在于，所述荧光体的主波长为660nm，且半波宽度为40nm?150nmo
【文档编号】A01G7/04GK106051551SQ201610561177
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】盛书华
【申请人】江苏华旦科技有限公司