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CN105405937B - 用于植物生长的光源及植物培养方法 - Google Patents

用于植物生长的光源及植物培养方法 Download PDF

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Abstract

一种用于植物生长的光源及植物培育方法。所述光源包括：LED芯片，其外延结构中包含复数个不同发射波长的量子阱；以及，荧光粉和/或量子点，用以与LED芯片配合而得到覆盖植物生长所需波长范围的光。进一步的，所述LED芯片的外延结构中，沿逐渐远离发光面的方向，各量子阱的发射波长依次增加。本发明提供的光源在单一LED芯片的外延结构内包含多个不同发射波长的量子阱，可达到多个波长或大波长范围的覆盖，并可采用常规方式封装、驱动，从而可在获得植物生长所需光波长全覆盖的同时，大幅简化光源及相应照明装置的结构，有效降低其成本，尤其是通过在光源中使用绿光激发的红色、远红色荧光粉等，还可有效降低或防止植物生长过程中病虫害的发生。

Description

用于植物生长的光源及植物培养方法
技术领域
本发明涉及一种基于半导体发光器件的光源，具体涉及一种基于LED的，用于植物生长的光源及植物培养方法。
背景技术
在植物生长时，光照是至关重要的条件之一，它的质量、数量和光照时间决定了植物是否可以健康生长。
具体而言，光照不仅影响光合作用，而且还影响植物的光周期，光型态和光取向等。它决定了很多种植物的开花/结果时间，植物的高矮，胖瘦，以及生长的方向和植物的营养组分与含量多少等。
由于生化反应的不同，植物在不同生长阶段对于养分种类和光波长的需求是不一样的。比如在生长初期主要是根与苗的生长发育，有些植物最需要的是与氮有关的营养物质，后续的还需要磷和钾等营养素。而对于光照的需求，在育苗和初期生长过程中，主要需求以短波长，比如蓝光为主的光能量。而随着生长大量的叶片，花和果实，植物越来越多的需要长波长的，比如红光的光子能量。
目前在植物生长过程中为了保证光质量(各种波长的组分)通常采用多个波长的LED芯片进行组合，从而达到覆盖植物生长所需要的光的波长范围。然而，由于LED芯片的发光波长的半峰宽较窄，一般在12-25nm范围，要覆盖叶绿素a，b以及贝塔胡萝卜素等吸收峰，需要使用多个不同波长的LED芯片。例如，为了制作出高效的LED植物照明灯，通常需要使用发射波长为430nm、460nm、485nm、630nm以及660nm等的LED芯片，这使得LED封装及其控制较为复杂，成本会居高不下。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于植物生长的光源及植物培养方法，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的实施例提供了一种用于植物生长的光源，其包括：
LED芯片，其外延结构中包含复数个不同发射波长的量子阱；
荧光粉和/或量子点，用以与所述LED芯片配合而得到覆盖植物生长所需波长范围的光。
在一些较为优选的实施方案中，所述LED芯片的外延结构中，沿逐渐远离发光面的方向，各量子阱的发射波长依次增加。
在一些较佳实施案例中，所述LED芯片的外延结构包括沿逐渐远离发光面的方向依次设置的发射波长为420～440nm的量子阱、发射波长为450～470nm的量子阱、发射波长为480～500nm的量子阱。
在一些较为优选的实施方案中，所述LED芯片的外延结构中包含至少能够发射紫、蓝光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点包括绿色、黄色，红色荧光粉和/或量子点。
在一些尤为优选的实施方案中，所述LED芯片的外延结构包括能够发射绿光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点选自能被绿光激发而发射波长为700～760nm的光的荧光粉和/或量子点。
进一步的，所述光源还包括蓝光和/或紫光LED芯片。或者，所述LED芯片的外延结构还包括能够发射紫、蓝光的量子阱，所述荧光粉和/或量子点还包括绿色、黄色，红色荧光粉和/或量子点。
在一些实施方案中，所述荧光粉和/或量子点直接覆盖在所述LED芯片表面。
在一些实施方案中，所述LED芯片上覆盖有透明封装材料层，所述荧光粉和/或量子点分布在所述封装材料层内和/或覆盖在所述封装材料层上。
在一些实施方案中，所述荧光粉和/或量子点涂覆在连续透明薄膜上和/或所述荧光粉和/或量子点分布在连续透明薄膜内，所述透明薄膜分布在与所述LED芯片的出光面相应位置处。
较为优选的，沿着设定方向，分布在所述连续透明薄膜上和/或内的荧光粉和/或量子点中，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较长的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐提升，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较短的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐降低，且在植物生长过程中，所述连续透明薄膜沿所述设定方向从所述LED芯片的出光面处依次通过。
本发明的实施例还提供了一种植物培养方法，它是基于所述的用于植物生长的光源而实施的，所述植物培养方法包括：在植物生长过程中，使所述光源发光并照射所述植物，且随着植物生长时间的增加，使照射在所述植物的光中波长相对较短的光的比例逐渐降低，而使波长相对较长的光的比例逐渐提升。
与现有技术相比，本发明的优点至少在于：
(1)提供的光源在单一LED芯片的外延结构内包含多个不同发射波长的量子阱，可达到覆盖多个波长或大波长范围的目的，其结构简单，可采用常规方式封装、驱动，从而可以在达到获得植物生长所需光波长的全覆盖的目的的同时，大幅简化光源及相应照明装置的结构，有效降低其成本；
(2)优选的，通过使用绿光激发的红色以及远红色(700-760nm)荧光粉或量子点与能发射绿光的LED而获得植物生长所需要的红光，再与紫光、蓝光等LED芯片或能发射蓝光、紫光的量子阱配合，不仅可以达成获得植物生长所需光波长的全覆盖的目的，而且利用所述光源发射的绿光还可驱赶昆虫，有效减少或防止植物生长过程中病虫害的发生。
附图说明
图1是本发明实施例中一种用于植物生长的光源中一种LED芯片的外延结构示意图；
图2是本发明实施例中一种用于植物生长的光源中一种LED芯片的封装结构示意图；
附图标记说明：LED芯片1、荧光粉2、引线3、芯片支架4、衬底10、第一量子阱20、第二量子阱30、第三量子阱40、荧光粉50。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明的第一实施例提供了一种用于植物生长的光源，其包括：
LED芯片，其外延结构中包含复数个不同发射波长的量子阱；
荧光粉和/或量子点，用以与所述LED芯片配合而得到覆盖植物生长所需波长范围的光。
较为优选的，在所述LED芯片的外延结构中，沿逐渐远离发光面的方向，各量子阱的发射波长依次增加。这样的设计，可以有效减少在LED芯片内部由于吸收产生的光损失。
例如，请参阅图1，在本实施例的一个实施方案中，所述LED芯片的外延结构包括沿逐渐远离发光面的方向依次设置的发射波长为430nm的第三量子阱、发射波长为460nm的第二量子阱、发射波长为480nm的第一量子阱。
在本实施例的一个实施方案中，所述LED芯片的外延结构中包含有能够发射紫、蓝光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点包括绿色、黄色、红色荧光粉和/或量子点，藉由所述LED芯片与所述荧光粉和/或量子点的配合，可以达到获得植物生长所需光波长的全覆盖的目的。
本实施例的所述LED芯片可利用常规的MOCVD等外延生长工艺制成，其中的各量子阱可以在一个外延生长过程中形成。而其在应用时，可利用业界已知的常规驱动结构而实现LED芯片的发光。
进一步的，所述LED芯片与所述荧光粉之间可采用业界已知的任何合适方式配合。
例如，在本实施例的一些实施方案中，所述荧光粉可直接覆盖在所述LED芯片表面。而可采用的方式包括：借助喷涂、打印、涂布等方式将荧光粉直接涂覆到LED芯片表面，形成均匀的荧光粉层，也可以通过化学、物理沉积方式使荧光粉沉积到LED芯片表面而形成均匀荧光粉层。
例如，在本实施例的一些实施方案中，所述LED芯片上覆盖有透明封装材料层，所述荧光粉分布在所述封装材料层内和/或覆盖在所述封装材料层上。其中，所述透明封装材料层可以由业界已知的环氧树脂、有机硅胶等形成。在一更为具体的实施方案中，请参阅图2，可将所述LED芯片1固定于一芯片支架4中，并以掺杂有所述荧光粉2的透明封装材料包覆所述LED芯片，同时以引线3等使所述LED芯片的电极与外界电源导通，使其可以正常工作。
在一较为优选的方案中，可以将所述荧光粉和/或量子点涂覆在连续透明薄膜上和/或将所述荧光粉和/或量子点填入连续透明薄膜内，并将所述透明薄膜分布在与所述LED芯片的出光面相应位置处，例如，直接覆盖在所述LED芯片的出光面上，而所述透明薄膜与LED芯片之间可不留间隙或留有间隙，优选采用后一种方式。
采用该优选的方案，可以通过在植物生长的不同阶段，采用包含有不同荧光粉和/或量子点的透明薄膜与所述LED芯片配合，从而实现以所述光源向植物提供不同波长的光的辐照，满足植物在不同生长阶段的需求。例如，在育苗和初期生长过程中，使所述光源向植物提供以短波长为主的光能量而在叶片，花和果实生长阶段，使所述光源向植物提供以长波长为主的光能量。
在另一较为优选的方案中，可以将所述荧光粉和/或量子点涂覆在连续透明薄膜上和/或将所述荧光粉和/或量子点填入连续透明薄膜内，且沿着设定方向，使在所述薄膜上和/或内分布的荧光粉和/或量子点中，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较长的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐提升，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较短的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐降低，且在植物生长过程中，所述连续透明薄膜沿所述设定方向从所述LED芯片的出光面处依次通过。如此，可以随着植物的生长，利用所述光源向植物提供不同波长的光的辐照，满足植物在不同生长阶段的需求。
本发明的第二实施例提供的一种用于植物生长的光源中，所述LED芯片的外延结构可与该第一实施例基本相同，但还可包括能够发射绿光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点还包括能被绿光激发而发射波长为700～760nm的光的荧光粉和/或量子点。其中，通过使用以绿光激发的红色以及远红色荧光粉或量子点的方法可以获得植物生长所需要的红光。再与紫光，蓝光等量子阱配合，可以得到植物生长所需光波长的全覆盖的目的。
该第二实施例的光源可采用与第一实施例光源基本相同的结构设计和/或基本相同的方式工作。
该第二实施例的光源中采用绿光激发红光的设计，一方面，因绿光与红光的波长差别比较小，在光波长转换时stocks损失比蓝光激发的小，另一方面，采用绿光可以驱赶昆虫，因此用绿光激发的红光对于作物生长有利，不容易产生病虫害，避免了因蓝光、紫光所造成的有害昆虫聚集而可能导致的植物虫害。
应理解的是，本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种用于植物生长的光源，其特征在于包括：
LED芯片，其外延结构中包含复数个不同发射波长的量子阱；以及
荧光粉和/或量子点，用以与所述LED芯片配合而得到覆盖植物生长所需波长范围的光；
所述荧光粉和/或量子点涂覆在连续透明薄膜上和/或所述荧光粉和/或量子点分布在连续透明薄膜内，所述透明薄膜分布在与所述LED芯片的出光面相应位置处，并且，沿着设定方向，分布在所述连续透明薄膜上和/或所述连续透明薄膜内的荧光粉和/或量子点中，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较长的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐提升，能够与所述LED芯片配合发出波长相对较短的光的荧光粉和/或量子点的比例逐渐降低，且在植物生长过程中，所述连续透明薄膜沿所述设定方向从所述LED芯片的出光面处依次通过。
2.根据权利要求1所述的用于植物生长的光源，其特征在于：所述LED芯片的外延结构中，沿逐渐远离发光面的方向，各量子阱的发射波长依次增加。
3.根据权利要求2所述的用于植物生长的光源，其特征在于：所述LED芯片的外延结构包括沿逐渐远离发光面的方向依次设置的发射波长为420～440nm的量子阱、发射波长为450～470nm的量子阱、发射波长为480～500nm的量子阱。
4.根据权利要求1所述的用于植物生长的光源，其特征在于：所述LED芯片的外延结构中包含至少能够发射紫、蓝光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点包括绿色、黄色、红色荧光粉和/或量子点。
5.根据权利要求1所述的用于植物生长的光源，其特征在于：所述LED芯片的外延结构包括能够发射绿光的量子阱，而所述荧光粉和/或量子点包括能被绿光激发而发射波长为700～760nm的光的荧光粉和/或量子点。
6.根据权利要求5所述的用于植物生长的光源，其特征在于：所述光源还包括蓝光和/或紫光LED芯片；或者，所述LED芯片的外延结构还包括能够发射紫、蓝光的量子阱，所述荧光粉和/或量子点还包括绿色、黄色、红色荧光粉和/或量子点。
7.一种植物培养方法，其特征在于它是基于权利要求1-6中任一项所述的用于植物生长的光源而实施的，所述植物培养方法包括：在植物生长过程中，使所述光源发光并照射所述植物，且随着植物生长时间的增加，使照射在所述植物的光中波长相对较短的光的比例逐渐降低，而使波长相对较长的光的比例逐渐提升。
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