一種適于led植物生長(zhǎng)復(fù)合光的全光譜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于LED燈珠領(lǐng)域，特別涉及一種適于LED植物生長(zhǎng)復(fù)合光的全光譜。
【背景技術(shù)】
[0002] 光照是植物生長(zhǎng)的必備條件，但太陽(yáng)光的強(qiáng)度隨著地理煒度、季節(jié)和天氣狀況而 變化，所以往往會(huì)出現(xiàn)光照不足，以至光照條件達(dá)不到植物生長(zhǎng)需要的情況。
[0003] 依據(jù)相關(guān)資料研宄可知，影響植物生長(zhǎng)的光照分為光質(zhì)（光譜/波長(zhǎng)）和光強(qiáng) (即光的亮度，光的效率）。如圖1所示，不同光質(zhì)的光對(duì)植物生長(zhǎng)有不同的影響，波長(zhǎng)在 300-1100NM的范圍對(duì)植物光合作用具有顯著的促進(jìn)作用。如圖3和圖4所示，不同光強(qiáng)的 光對(duì)植物生長(zhǎng)有不同的影響，不同植物對(duì)光強(qiáng)的要求也不同。并且植物的光合作用分為光 合作用明反應(yīng)和光合作用暗反應(yīng)，要滿足植物正常光合作用的光強(qiáng)要求，這其中又分為光 補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)。當(dāng)光強(qiáng)低于光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，植物進(jìn)行光合作用暗反應(yīng)。當(dāng)光強(qiáng)高于光補(bǔ) 償點(diǎn)時(shí)，植物進(jìn)行光合作用明反應(yīng)。另外，光強(qiáng)越大，植物光合成速率越快，直到光飽和點(diǎn)后 達(dá)到植物光合成作用的最高效率。
[0004] 針對(duì)光照不足的情況，補(bǔ)光使用的傳統(tǒng)燈具主要是熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉 燈和白熾燈。這些傳統(tǒng)光源的光譜是依據(jù)人眼對(duì)光的適應(yīng)性所選擇的，其光譜光源含有許 多不必要的波長(zhǎng)，對(duì)植物的生長(zhǎng)促進(jìn)較少，同時(shí)還具有能耗高、壽命短、易破碎和含汞對(duì)環(huán) 境污染等存在許多的缺點(diǎn)。LED發(fā)光二級(jí)管的燈具是目前最新的技術(shù)，由III-V族化合物組 成。如GaAs (砷化鎵）、GaP (磷化鎵）、GaAsP (磷砷化鎵）等固體半導(dǎo)體光源作為發(fā)光材 料，形成PN結(jié)。當(dāng)兩端加上正向電壓時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量激發(fā) 光子發(fā)射可見光。LED燈具作為第四代新型照明光源，具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠、使用壽命 長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短、體積小、發(fā)熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要 優(yōu)點(diǎn)。LED植物助長(zhǎng)燈，是通過將藍(lán)光與紅光led光源封裝在一起得到燈具，通過調(diào)節(jié)紅、 藍(lán)LED光源的比例控制光譜變化。相關(guān)研宄表明，植物中除含有大量的葉綠素、類胡蘿卜 素和花青素外，還含有一些微量的光敏受體，例如光敏色素、隱花色素和紫外光B受體。其 中，光敏色素是植物體內(nèi)最重要、研宄得最為深入的一種光敏受體，它對(duì)紅光和遠(yuǎn)紅光吸收 有逆轉(zhuǎn)效應(yīng)。光敏色素有兩種可以互相轉(zhuǎn)化的形式：吸收紅光（R)的Pr型（最大吸收峰在 紅光區(qū)的660nm)和吸收遠(yuǎn)紅光（FR)的Pfr型（最大吸收峰在遠(yuǎn)紅光區(qū)的730nm)，Pr是生 理鈍化型，Pfr是生理活化型。Pr和Pfr的吸收光譜在可見光波段上有相當(dāng)多的重疊，因此 在自然光照下植物體內(nèi)同時(shí)存在著Pfr型和Pr型兩種形式的光敏色素，Pfr光敏色素總量 (Ptot = Pr+Pfr)只占有一定的比例（Pfr/Ptot)，這個(gè)比例在飽和遠(yuǎn)紅光下為0. 025,在飽 和白光下為〇. 6,當(dāng)這個(gè)比例發(fā)生變化時(shí)，可以引起植物體內(nèi)的生理變化。
[0005] 20世紀(jì)40年代，以小球藻為材料研宄不同光質(zhì)的量子產(chǎn)率，發(fā)現(xiàn)大于680nm的遠(yuǎn) 紅光雖然仍可被葉綠素吸收，但量子產(chǎn)額急劇下降，這種現(xiàn)象被稱為紅降現(xiàn)象。1957年，愛 默生觀察到小球藻在用遠(yuǎn)紅光照射時(shí)補(bǔ)加一點(diǎn)稍短波長(zhǎng)的光（例如650NM)，則量子產(chǎn)額大 增，比這兩種波長(zhǎng)的光單獨(dú)照射的總和還要高。這種在長(zhǎng)波遠(yuǎn)紅光之外再加上較短波長(zhǎng)的 光可以促進(jìn)光合作用效率大大提高的現(xiàn)象被稱為雙光增益效應(yīng)或稱愛默生增益效應(yīng)。相關(guān) 實(shí)驗(yàn)證據(jù)和理論研宄都證明，遠(yuǎn)紅光在植物生長(zhǎng)過程中，具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)的LED植物生長(zhǎng)燈分為以下兩種方式：
[0007] 方式一：是紅、藍(lán)LED光源組合，由于僅僅是紅、藍(lán)LED光源的組合，在應(yīng)用時(shí)只適 合于不同植物所需不同波長(zhǎng)光的燈具時(shí)，需要找到350~1000 nm之間不同波段的全光譜 LED光源，這在燈具廠商的實(shí)際生產(chǎn)中是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是目前從技術(shù)上還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅 光LED光源，即使能實(shí)現(xiàn)成本也異常昂貴；而且不同波段的LED光源正向電壓VF值都不一 樣，這就導(dǎo)致了 LED燈具的電路設(shè)計(jì)將會(huì)相當(dāng)復(fù)雜，可靠性降低，不利于規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí) 很難找到匹配的電源驅(qū)動(dòng)；此外，當(dāng)幾顆紅色LED光源和藍(lán)色LED光源組合時(shí)，在沒有完全 混光情況下發(fā)出的光會(huì)是一段紅、一段藍(lán)，實(shí)際照在植物上的是一部分枝葉紅光、一部分枝 葉藍(lán)光，僅僅是簡(jiǎn)單的兩種色光而非均勻一致的光，如同通?？吹降募t綠藍(lán)三種色光一樣， 而不是均勻一致的白光，這樣的光照射在植物上并不能滿足植物生長(zhǎng)的需要。方式二：在 LED植物燈的燈罩內(nèi)表面和/外表面設(shè)置有量子點(diǎn)材料層，光源發(fā)出的光通過量子點(diǎn)材料 層后的發(fā)射光譜波段包括兩個(gè)或兩個(gè)以上400~I IOOnm范圍內(nèi)的發(fā)射峰，這種方式雖然解 決了方式一中光不均勻，但是存在電壓VF值不一樣等問題。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)橹参?生長(zhǎng)的環(huán)境不同，所使用的燈具的款式也是不同的。所需的燈罩也不一樣。因此，通過在燈 罩設(shè)置量子點(diǎn)材料層這種工藝，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的工藝非常復(fù)雜，成本異常昂貴。而且可 以根據(jù)圖3及圖4所示可知，植物生長(zhǎng)的必備條件除了需要特定的波長(zhǎng)的光譜以外，還需要 足夠的光強(qiáng)。不同光強(qiáng)的光對(duì)植物生長(zhǎng)有不同的影響，不同植物對(duì)光強(qiáng)的要求不同。光強(qiáng) 越大，植物光合成速率越快。但是，通過這種方式射出的光強(qiáng)效果會(huì)非常低，而大多數(shù)植物 都需要強(qiáng)光照射。這就導(dǎo)致了照射在植物上的光強(qiáng)不能滿足植物生長(zhǎng)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種降低光折射消耗率，提高光效，及使用 方便的適于LED植物生長(zhǎng)復(fù)合光的全光譜。
[0009] 本發(fā)明的目的在于，提供一種適于LED植物生長(zhǎng)復(fù)合光的全光譜，其中，LED光源 發(fā)出的光照射到稀土熒光粉上后產(chǎn)生的發(fā)射光譜波段包括兩個(gè)或兩個(gè)以上350~IlOOnm 范圍內(nèi)的發(fā)射峰。在稀土熒光粉內(nèi)添加量子點(diǎn)材料；通過對(duì)量子點(diǎn)材料組成元素的選擇和 粒徑的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光譜波段的發(fā)射峰在350~IlOOnm全波段范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。由此， LED光源發(fā)出的光照射到稀土熒光粉上，被稀土熒光粉中的量子點(diǎn)材料吸收光的能量，并且 被激發(fā)，進(jìn)而折射出復(fù)合光。經(jīng)折射后復(fù)合光的光譜波段發(fā)射峰位置在350~IlOOnm全波 段范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)；由此，上述稀土熒光粉與量子點(diǎn)材料等傳統(tǒng)的發(fā)光材料相比，不僅發(fā)射 光譜波段的峰位可調(diào)，而且半峰寬也比較寬，對(duì)于植物生長(zhǎng)所需的特異性光譜的調(diào)制十分 有利；通過量子點(diǎn)材料組成元素的選擇和粒徑的調(diào)節(jié)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)發(fā)射光譜波段的 發(fā)射峰位置在350~IlOOnm全波段范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，從而為植物生長(zhǎng)的光合作用提供了所需 要的特異性光譜；通過設(shè)置稀土熒光粉（如圖2層1，如圖2b層1層2)，只使用一種LED光 源就可以提供全波段范圍內(nèi)峰位可調(diào)節(jié)的發(fā)射光譜，避免了電路和驅(qū)動(dòng)電源的復(fù)雜設(shè)計(jì)， 而且還可以使得LED植物助長(zhǎng)燈發(fā)出的光均勻一致，避免出現(xiàn)混光不完全的現(xiàn)象。并且由 LED光源直接通過稀土熒光粉發(fā)光，有效降低光折射消耗率，提高光效。光效比量子點(diǎn)材料 等傳統(tǒng)的發(fā)光材料要高。由此，上述350-1100nm范圍的波長(zhǎng)對(duì)植物的光合作用和植物細(xì)胞 的生長(zhǎng)具有顯著的影響，尤其是610~720nm的紅光與720~1000 nm的遠(yuǎn)紅光同時(shí)照射在 植物上會(huì)產(chǎn)生雙光增益效應(yīng)（愛默生增益效應(yīng)）促進(jìn)光合作用的效率大大提高。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，發(fā)射光譜波段包括至少一個(gè)發(fā)射峰范圍在350~720nm的可 見光波段和至少一個(gè)發(fā)射峰范圍在720~IlOOnm的遠(yuǎn)紅光波段。由此，350-1100nm范圍 的波長(zhǎng)對(duì)植物的光合作用和植物細(xì)胞的生長(zhǎng)具有顯著的影響。由此，610~720nm的紅光 與720~1000 nm的遠(yuǎn)紅光同時(shí)照射在