[发明专利]园艺LED照明器材

说明书

技术领域

本发明涉及将LED应用于园艺照明应用中。特别地，本发明涉及促进植物生长的照明器材(lighting fixture)，其包括至少一个发光二极管(LED)，该发光二极管具有包括在600至700nm波长范围内的峰的光谱特性。本发明还涉及新颖的发光部件，其特别适用于促进植物生长且包括发光化合物半导体芯片。

背景技术

在地球上，太阳是主要的可见(即光)和不可见电磁辐射源，并是维持生命存在的主要因素。到达地球的净日平均太阳能约为28×10^23J(即265EBtu)。该值是2007年估算的世界全年一次能量消耗479PBtu的5500倍。对于地球表面可测量到的太阳辐射的光谱分布具有约300nm和1000nm之间的宽波带范围。

但是到达地表的辐射中仅50％是光合成有效辐射(PAR)。根据CIE(Commission Internationale de L′Eclairage：国际发光照明委员会)推荐量，PAR包括电磁谱的400nm和700nm之间的波长范围。光化学定律通常表达为植物收获辐射。辐射的双重性质使其在空间传播时表现为电磁波并且在与物质相互作用时表现为粒子(即辐射能的光子或量子)。感光体是主要存在于植物的叶子上的活性元素，其负责光子捕获以及用于将光子能量转换为化学能。

由于光合作用的光化学性质，所以表示每单位时间的O₂演化量或CO₂固定量的光合作用率与叶子表面上每秒落在每单位面积的光子数量相关。因此，PAR的推荐量基于量子系统且利用光子的摩尔(mol)数或微摩尔(μmol)数表达。用于报告和量化PAR瞬时测量的推荐术语是光合光量子通量密度(PPFD)，且其通常以μmoles/m²/s表示。这定义了每单位时间落在每单位面积表面上的光子摩尔数。术语光合光子通量(PPF)也常常用于表达相同的量。

存在于诸如植物的生命有机体中的感光体利用捕获的辐射能来介导重要生物学过程。这种介导(mediation)或相互作用可以按各种方式发生。光合作用(photosynthesis)以及光周期现象(photoperiodism)、向光性(phototropism)和光形态发生作用(photomorphogenesis)是涉及辐射和植物之间的相互作用的四个代表性过程。下述表达式示出光合作用的简化化学方程式：

6H₂O+6CO₂(+光子能)→C₆H₁₂O₆+6O₂

如上述方程式所示，诸如糖葡萄糖(C₆H₁₂O₆)的碳水化合物以及氧气(O₂)是光合作用过程的主要产物。它们利用光子能从二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)中合成并转换为化学能，光子能通过使用诸如叶绿素的专门的感光体收集。

通过光合作用，辐射能也被用作化学能的主要来源，其对于植物的生长发育是重要的。当然，方程式的输入-输出反应物平衡还依赖于辐射能的数量(即光子的数量)和质量(即光子的能量)以及由此产生的植物的生物体(biomass)的数量和质量。“光周期现象”是指植物必须感知并测量辐射的周期性的能力，向光性是指植物朝向或远离辐射的生长运动，且光形态发生作用是指响应于辐射质量和数量的形态改变。

图1中示出最常见的光合作用以及诸如叶绿素a、叶绿素b和β胡萝卜素的光形态发生感光体以及光敏素(phytochrome)的两种可互变形式(Pfr和Pr)的典型吸收光谱。

与光合作用不同，光形态发生响应可在非常低的光量(light quantity)下实现。光合作用感光体和光形态发生感光体的不同类型可划分到至少三个公知的光合体系中：光合作用、光敏素和蓝光受体(Cryptochrome)或蓝/UV-A(紫外线A)。