大功率led植物生長(zhǎng)燈單元及植物生長(zhǎng)燈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于LED光電子器件的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元及植物生長(zhǎng)燈。
【背景技術(shù)】
[0002]用于植物生長(zhǎng)的人工光源已廣泛用于溫室內(nèi)蔬菜、水果、花卉等作物的栽培。這些人工光源可以在沒(méi)有日光條件下單獨(dú)使用，或者在日光不足的條件下作為補(bǔ)光使用，幫助植物正常生長(zhǎng)。它們甚至可以應(yīng)用到某些特殊領(lǐng)域，如為宇航員提供新鮮果蔬的外太空作物栽培。常見(jiàn)的人工光源有白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈或汞燈等，但是，這些傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源的光譜功率分布固定，光通量強(qiáng)度的可調(diào)范圍較小，并不能與植物生長(zhǎng)所需的理想光源條件相匹配，更何況不同植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光源的需求也存在差異，這樣便造成了光源的浪費(fèi)。此外，這些人工光源在電光轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等方面也存在劣勢(shì)。
[0003]日光連續(xù)光譜中280?800nm波段范圍對(duì)植物生長(zhǎng)具有重要意義，植物生長(zhǎng)需求能量比重最大的為藍(lán)光波段(380?500nm)和紅光波段(600?800nm)，主要用于進(jìn)行光合作用和植物主要性狀的正常表達(dá)。其中，380?700nm波段為光合作用活躍輻射區(qū)，是植物生長(zhǎng)最主要的光源區(qū)域;700?800nm遠(yuǎn)紅光波段主要影響植物性狀的正常表達(dá)，植物生長(zhǎng)對(duì)其的需求量相對(duì)較少，而紫外光、綠光波段的吸收比重很低，它們對(duì)植物生長(zhǎng)的影響很有限。
[0004]相比上述傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源，LED光源在諸多方面都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、體積小、抗震、防水防潮、低壓直流驅(qū)動(dòng)、可脈寬調(diào)制(PWM)輸出等優(yōu)點(diǎn)，已大量用于LCD背光源、顯示屏、信號(hào)燈、景觀照明、普通照明等領(lǐng)域。LED是一種光譜較窄，單色性較好的半導(dǎo)體固態(tài)光源，其光譜半高寬約為15?30nm，光譜峰值波長(zhǎng)覆蓋從紫外光到近紅外光的所有區(qū)域范圍。目前氮化物AlxInyGaityN(0 <x,y< l；x+y< I)藍(lán)光LED的外量子效率可以達(dá)到70%以上。并且，單顆藍(lán)光LED的發(fā)光功率已達(dá)到3W以上。根據(jù)Haitz定理，未來(lái)LED產(chǎn)業(yè)將以每10年光功率增加20%、價(jià)格下降10%的方式快速增長(zhǎng)。因此，LED光源不僅可以克服傳統(tǒng)植物生長(zhǎng)光源的缺點(diǎn)，而且具有良好的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?br>[0005]使用LED作為植物生長(zhǎng)光源已有許多外國(guó)專利、中國(guó)專利進(jìn)行過(guò)報(bào)道。如專利號(hào)為US6921182B2的美國(guó)專利EFFICIENT LED LAMP FOR ENHACING ⑶MMERCIAL AND HOMEPLANT GROWTH公開(kāi)了由兩種不同光束角、不同峰值波長(zhǎng)的紅光LED和藍(lán)光LED組成的促進(jìn)植物生長(zhǎng)燈;又如公開(kāi)號(hào)為CN1596606A的中國(guó)專利《高效節(jié)能LED植物生態(tài)燈》公開(kāi)了一種由藍(lán)光LED或紅光LED或藍(lán)光和紅光LED組合形成的植物生長(zhǎng)光源；公開(kāi)號(hào)為CN101387379A的中國(guó)專利《一種用于蘭科植物組培的LED混光燈具》公開(kāi)了一種由藍(lán)光與紅光LED可調(diào)的蘭科植物生長(zhǎng)光源。
[0006]在上述公開(kāi)的專利中，采用一種、兩種或兩種以上不同波長(zhǎng)的LED器件制造植物生長(zhǎng)光源，因?yàn)椴捎靡环N波長(zhǎng)的LED器件不能達(dá)到植物生長(zhǎng)的基本要求，而采用兩種或兩種以上不同波長(zhǎng)的LED器件制造植物生長(zhǎng)光源其光源混合的均勻性表現(xiàn)較差。因?yàn)椴煌墓庠磸牟煌奈恢谜丈涞街参锼诘钠矫鏁r(shí)，該平面不同位置的光譜組成和強(qiáng)度很難保證一致。除此之外，不同發(fā)射波長(zhǎng)的LED器件，其驅(qū)動(dòng)條件也是不同的，因此需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，如此將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及開(kāi)發(fā)、制造成本。
[0007]公開(kāi)號(hào)為CN103361054A中國(guó)專利《氮化物紅色熒光粉合成方法及LED植物生長(zhǎng)燈》公開(kāi)了一種采用GaN基小功率藍(lán)光LED芯片和氮化物紅光熒光粉組合成的直插式LED(又稱為草帽燈)植物生長(zhǎng)燈的技術(shù)方案。其中，紅光熒光粉的氮化物材料組分為稀土摻雜的Ca2Si5N8、Sr2Si5N8、Ba2Si5N8或CaAlSiN3,其發(fā)射波長(zhǎng)為610?720nm。雖然該方案較之前的藍(lán)光LED組合紅光LED的方式具有電路控制相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)勢(shì)，并且在此種方案中藍(lán)光和紅光是從同一個(gè)LED器件中出射而來(lái)，光源的均勻性得到了很好的改善。但是，上述LED植物生長(zhǎng)光源的單顆電功率較小，大約僅為0.05瓦，光功率輸出更小。因此，對(duì)于需要較高的光合有效光量子流密度(Photosynthetic Photon Flux Density，PPFD)的應(yīng)用場(chǎng)合(比如PPFD>200ymOl/(m2.s)的應(yīng)用要求)，或者是大面積、多數(shù)量的植物栽培的應(yīng)用場(chǎng)合，上述小功率直插式LED植物生長(zhǎng)燈的使用將大為受限。所以，有必要設(shè)計(jì)一種功率更高(>1W)的LED植物生長(zhǎng)器件的改善方案，以解決現(xiàn)有方案的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元及植物生長(zhǎng)燈，本發(fā)明采用大功率藍(lán)光LED芯片配合紅光轉(zhuǎn)換層的方式，同時(shí)使用大功率LED器件封裝結(jié)構(gòu)來(lái)制作大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元，以克服小功率LED植物生長(zhǎng)燈單元的光功率輸出較低的缺點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0010]一種大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元，包括:大功率藍(lán)光LED芯片、光學(xué)透鏡、ESD保護(hù)組件、紅光轉(zhuǎn)換層、印刷電路和散熱基板;所述印刷電路穿過(guò)散熱基板并覆蓋在散熱基板的上面和下面，所述大功率藍(lán)光LED芯片安裝在印刷電路或者散熱基板的上面并與印刷電路連接，用于實(shí)現(xiàn)大功率藍(lán)光LED芯片與印刷電路的導(dǎo)通；所述紅光轉(zhuǎn)換層以保形涂層(conformal coating)的方式或半球涂層的方式設(shè)于所述大功率藍(lán)光LED芯片的外部，用于將大功率LED芯片發(fā)射的部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成紅光;所述紅光轉(zhuǎn)換層的外部包覆有光學(xué)透鏡;所述光學(xué)透鏡由封裝材料制備而成;所述ESD保護(hù)組件與所述印刷電路連接，且ESD保護(hù)組件與所述大功率藍(lán)光LED芯片并聯(lián)，其中，所述大功率藍(lán)光LED芯片的數(shù)量大于等于一顆。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述半球涂層的方式為所述紅光轉(zhuǎn)換層為半球形，且紅光轉(zhuǎn)換層包覆在大功率藍(lán)光LED芯片的外部。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述半球涂層的方式為在所述大功率藍(lán)光LED芯片外部包覆有半球形的透明導(dǎo)光層，在所述透明導(dǎo)光層的外部包覆有紅光轉(zhuǎn)換層，其中，所述透明導(dǎo)光層由封裝材料制備而成。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述大功率藍(lán)光LED芯片的類型為正裝、倒裝或垂直結(jié)構(gòu)，所述大功率藍(lán)光LED芯片的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)范圍是380?500nm。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述紅光轉(zhuǎn)換層由封裝材料和均勻分布在該封裝材料中的紅光熒光粉或紅光量子點(diǎn)制備而成;其中，所述紅光轉(zhuǎn)換層的激發(fā)波長(zhǎng)范圍是380?500nm;所述紅光轉(zhuǎn)換層的發(fā)射譜峰值波長(zhǎng)范圍是600?800nm。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述ESD保護(hù)組件為齊納二極管或瞬態(tài)電壓抑制二極管。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述散熱基板的材質(zhì)為氮化鋁、氮化硼、氧化鋁、環(huán)氧樹(shù)脂模塑料、碳化硅、金剛石、硅或石墨。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述封裝材料為聚碳酸酯、丙烯酸、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂和有機(jī)硅環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。
[0018]—種大功率LED植物生長(zhǎng)燈，包括:多個(gè)上述的大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元和PCB板，其中，所述PCB板從下至上依次為基板、絕緣層和導(dǎo)電線路，導(dǎo)線電路上焊接有多個(gè)所述大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元。
[0019]在上述技術(shù)方案中，多個(gè)所述大功率LED植物生長(zhǎng)燈單元為并聯(lián)或串聯(lián);所述P