一种植物生长灯制造技术

本发明专利技术公开了一种植物生长灯，该植物生长灯包括蓝光LED灯和设置在蓝光LED灯出光面外侧的光转换膜。本发明专利技术植物生长灯的光转换膜可更换，通过单类LED背光激发不同光转换膜即可实现光谱的切换和调节，满足不同品种和生长阶段植物的光谱颜色需求。

A plant growth lamp

The invention discloses a plant growth lamp, which comprises a blue LED lamp and a light conversion film arranged outside the outer surface of the blue LED lamp. The light conversion film of the plant growth lamp of the invention can be replaced by stimulating the different light conversion film by the single LED backlight, which can realize the switching and adjustment of the spectrum, so as to meet the spectral color demand of the plants of different varieties and growth stages.

【技术实现步骤摘要】
一种植物生长灯
本专利技术涉及一种植物生长灯。
技术介绍
植物生长灯是一种人造光源，其通过设计发射适合光合作用的电磁波谱(400-700nm)来刺激植物生长。光合作用是一个植物转换太阳能的过程，其中叶片中的叶绿素吸收阳光以提供植物所需的全部能量。植物色素的颜色决定了植物对不同波长的选择性吸收。最常见的植物色素是叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷等。在光合作用过程中，占主导地位的植物吸收峰是可见光中的蓝光和红光部分。植物光合作用的主要色素为叶绿素和类胡萝卜素，它们吸收蓝光和红光；花青素是决定植物颜色的另一重要色素，主要吸收绿光。不同的植物色素吸收不同波长的可见光。叶绿素a在665nm和430nm附近有吸收峰，叶绿素b在640nm和450nm附近有吸收峰，类胡萝卜素在440nm和360nm附近有吸收峰，花青素在540nm附近有吸收峰。其中，叶绿素a和叶绿素b是绿色植物中主要的色素，叶绿素a可吸收650-700nm波长的光，叶绿素b可吸收380-500nm、530-650nm波长的光，而510-620nm波长的光不能被吸收、反射，造成光能浪费。可见，大多数植物仅吸收可见光谱中的某些特定光。根据相关研究，红光有利于植物开花和结果，而蓝光则促进植物生长。对于植物生长，红光和蓝光的大致比例如下：在植物生长阶段红光和蓝光的比例大约为3:1；在植物开花结果阶段，红光和蓝光的比例大约为8:1。因此，需定制更适合植物培育所需光谱的植物生长灯。根据培育的植物类型或培育阶段(例如发芽/植物生长阶段或植物开花/结果阶段)，施用特定范围的光谱。在传统的植物生长灯行业，植物生长灯的光谱只能通过电子设计控制，其需使用一个系统来控制红光LED和蓝光LED的数量，以提供生长所需的红灯和蓝灯的特定比例。当然，这种设计也可发展成目标光谱，例如红色:蓝色为3:1或5:1，但是，由于光不能均匀分散以及LED的照明角度有限，采用该系统产生的光的光谱均匀性不够高。目前，大多数市售的植物生长灯是红光、绿光、蓝光和白光LED组合的植物生长灯，其发射的光谱实质上是单个R/G/B/W光谱的组合，该光谱在短距离范围内出光不均匀，导致植物从生长灯的不同相对位置吸收的光谱不同。而不均匀的出光条件会引起植物在不同受照位置生长状况发生差异，对同批次出产植物的质量均一性产生影响。为了避免这种状况，植物生长灯在结构设计和/或使用操作上较为复杂，不能很好地在植物生长中起到促进作用。工业中通常使用的另一类型的植物生长灯是宽频HID(high-intensitydischarge)或高功率T8荧光管。但宽频HID或T8荧光管非常耗电，长时间使用这种类型的植物生长灯会浪费大量能量，非常不划算，而且其光谱是不可更换/改变的。因此，研发一种能够在植物不同生长阶段实现光谱精准控制且出光均匀，并且可简化植物生长灯结构，降低能耗的产品和/或方法成了本领域研究的重点。量子点(quantumdot,QD)或微纳米荧光粉(micron/nano-phosphor)具有独特的光转换属性，可使光从高能量转到低能量，其在植物生长灯上的应用也已有报道。目前QD或荧光粉与LED的集成通常是在LED生产过程中将QD或荧光粉加入LED发光腔体中(封装在LED内)，但由于LED芯片发热较大，封装在发光腔内的QD或荧光粉的寿命将因该高发热量，而受到严重影响。综上，在植物生长灯领域，尚有以下问题需要解决：1)植物生长灯的光谱不可更换/改变以适应不同成长阶段或品种的蔬菜；2)市售植物生长灯由于通常使用红光LED、绿光LED、蓝光LED和白光LED的组合光谱，光谱均匀性差，导致植物因所在位置不同而吸收不同的光谱；3)市售植物生长灯的结构设计和使用操作较为复杂；4)宽频HID或荧光管植物生长灯非常耗电，没有经济优势；5)将QD或荧光粉与LED集成的植物生长灯使用寿命不长。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服现有的植物生长灯出光不均匀，不能实现植物不同生长阶段的光谱精准控制，结构设计和使用操作复杂，以及宽频HID或荧光管植物生长灯能耗高，QD或荧光粉的LED植物生长灯使用寿命短的缺陷，提供了一种光转换膜(lightemittingfilm,LEF)及其制备方法和在植物生长灯上的应用。本专利技术的光转换膜能够改变光谱分布，使出光具有均一的光谱，增强光均匀性，提高植物生长效率。将本专利技术的光转换膜和现有的LED技术集成，可精确地调节植物光合作用的具体光谱，满足植物变化和不同生长阶段的光谱颜色需求，同时相较于商业性农业使用的宽频HID或荧光灯节省能源。并且本专利技术植物生长灯的光转换膜容易更换，通过单类LED背光激发不同光转换膜即可实现光谱的切换和调节，满足各种不同的需要，且在高温高湿环境下具有良好的稳定性，使其方便清洗。本专利技术的专利技术人发现，将QD或微纳米荧光粉与蓝光LED集成，可吸收LED发出光子的能量，并根据QD的尺寸或微纳米荧光粉的类型发射不同波长的光。其结果是，植物生长灯发出均一光谱。与目前使用LED组合的生长灯系统相比，光转换膜解决了光谱在不同受照位置的不均一问题，同时与目前将QD或荧光粉封装在LED内的生长灯系统相比，光转换膜采用远离LED光源的封装方式，利用空气层进行热隔离，有效解决了QD或荧光粉使用寿命不长的问题。在本专利技术的研发过程中，专利技术人还进一步发现植物生长的特定波长可通过在聚合物膜中加入各种尺寸的QD或不同种类的荧光粉来实现。植物生长所需的不同比例的红光和蓝光可通过在聚合物膜中加入精确量的QD或荧光粉进行优化。此外，为提高光利用率，进一步促进植物生长效率，聚合物的折射率宜在某一水平之上。最终本专利技术通过下述技术方案解决了上述技术问题。本专利技术提供了一种光转换膜，所述光转换膜包括光转换材料和聚合物载体；所述光转换材料包括但不限于：量子点、无机荧光粉，或其组合；所述聚合物载体包括聚合物纳米纤维垫或聚合物薄膜；其中，用作载体的聚合物材料折射率在1.45以上；且所述光转换材料的重量为所述聚合物载体重量的0.3％-11％。本专利技术中，所述量子点的发射波长较佳地为500-750nm。所述量子点合适地为红色量子点和/或绿色量子点。本专利技术中，所述红色量子点特别指发射波长为600-660nm的量子点材料，包括但不仅限于：1)主核心量子点，如CdSe、CdTe、CdSexTe1-x、InP、InPxAs1-x、CuInS2；2)以上述材料为核心的核壳结构包覆改性材料，例如CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/CdS/ZnS、CuInS2/ZnS、CdSe/CdS/ZnS；3)梯度合金量子點，如GA_CdSe/ZnS、GA_InP/ZnS。本专利技术中，所述绿色量子点特别指发射波长为500-560nm的量子点材料，包括但不仅限于：1)主核心量子点，如CdxZn1-xSe、CdxZn1-xTe、CdSexS1-x、InP；2)以上述材料为核心的核壳结构包覆改性材料，例如CdSe/ZnS、CdxZn1-xSe/ZnS/ZnO、CdTe/ZnS、InP/ZnS、CdSe/ZnS/ZnO；3)梯度合金量子点，如GA_CdSe/ZnS、GA_InP/ZnS。本专利技术中，所述量子点的尺寸合适地为2-15nm，较佳地为2-10nm。本专利技术中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物生长灯，其特征在于，所述植物生长灯包括蓝光LED灯和设置在所述蓝光LED灯出光面外侧的光转换膜。

【技术特征摘要】
2016.09.28 US 62/495,8791.一种植物生长灯，其特征在于，所述植物生长灯包括蓝光LED灯和设置在所述蓝光LED灯出光面外侧的光转换膜。2.如权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于，所述植物生长灯还包括薄膜切换装置，所述光转换膜固定在所述薄膜切换装置上；可选地，所述固定的方式为贴附固定或通过卡槽固定。3.如权利要求2所述的植物生长灯，其特征在于，所述薄膜切换装置为可旋转的薄膜切换装置，所述光转换膜均匀或不均匀地分布在所述薄膜切换装置表面。4.如权利要求3所述的植物生长灯，其特征在于，所述可旋转的薄膜切换装置设置为沿任意方向旋转；可选地，所述可旋转的薄膜切换装置设置为沿一个方向旋转，或者沿两个方向旋转。5.如权利要求4所述的植物生长灯，其特征在于，所述可旋转的薄膜切换装置为滚筒形旋转切换装置，所述滚筒形旋转切换装置设置为沿轴向旋转；或者，所述可旋转的薄膜切换装置为球形旋转切换装置，所述球形旋转切换装置设置为沿轴向或径向旋转。6.如权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于，所述光转换膜置于所述蓝光LED灯出光面外侧，并与所述蓝光LED灯表面的距离为2-3cm；和/或，所述植物生长灯包括至少4个所述光转换膜；和/或，所述蓝光LED灯在430-470nm具有发射光谱峰；和/或，所述植物生长灯还包括导光板，所述导光板设置在所述蓝光LED灯和所述光转换膜的两侧。7.如权利要求1-6任一项所述的植物生长灯，其特征在于，所述植物生长灯还包括至少1个马达，用于驱动所述可旋转的薄膜切换装置。8.如权利要求1所述的植物生长灯，其特征在于，所述光转换膜包括光转换材料和聚合物载体；所述光转换材料为量子点和/或无机荧光粉；所述聚合物载体为聚合物纳米纤维垫或聚合物薄膜；其中，用作所述聚合物载体的聚合物材料的折射率在1.45以上；且所述光转换材料的重量为所述聚合物载体的重量的0.3％-11％。9.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志豪，刘晨敏，杜沛昕，涂宁，许美美，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81