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基本信息

項(xiàng)目名稱：
用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)是一種用于促進(jìn)植物生長(zhǎng)的LED紅藍(lán)雙光同時(shí)發(fā)射的固態(tài)照明系統(tǒng)，它由GaN基藍(lán)光芯片和氮化物紅色熒光粉組成，采用單一GaN基藍(lán)光芯片激發(fā)氮化物紅色熒光粉封裝成大功率LED固態(tài)光源，其發(fā)射光譜包括GaN基芯片透過(guò)的藍(lán)光和氮化物熒光粉發(fā)出的紅光兩個(gè)波段，剛好與植物的光合作用吸收光譜相吻合，從而能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。
詳細(xì)介紹：
在太陽(yáng)光譜中，280－380nm的近紫外光、500-600nm黃綠光和720nm以上的紅外光是植物生長(zhǎng)較少需要的光源類型；而430-480nm藍(lán)紫光和630-690紅光卻對(duì)光合作用有著重要意義，能夠有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)。因此本創(chuàng)新型項(xiàng)目“用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)”是一種用于促進(jìn)植物生長(zhǎng)的LED紅藍(lán)雙光同時(shí)發(fā)射的大功率（1w以上）固態(tài)照明系統(tǒng)，它由單一GaN基藍(lán)光芯片和氮化物紅色熒光粉組成。采用單一GaN基藍(lán)光芯片（440-460nm）激發(fā)氮化物紅色熒光粉（600-650nm）封裝成LED固態(tài)光源，其發(fā)射光譜包括GaN基芯片透過(guò)的藍(lán)光和氮化物熒光粉發(fā)出的紅光兩個(gè)波段，剛好與植物的光合作用吸收光譜相吻合，從而能有效地促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。另外本照明系統(tǒng)是全固態(tài)的LED，具有低能耗，長(zhǎng)壽命，環(huán)境友好等特性，加上用太陽(yáng)能電池驅(qū)動(dòng)，避免采用220V市電驅(qū)動(dòng)整流過(guò)程的能量損耗，是未來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)光源的趨勢(shì)，具有潛在的市場(chǎng)價(jià)值。

作品圖片

  • 用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)
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  • 用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)
  • 用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)
  • 用于植物生長(zhǎng)的單芯片紅藍(lán)雙光二極管的固態(tài)照明系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

科學(xué)研究表明綠色植物光合作用的吸收光譜包括440-460nm的藍(lán)光帶和600-650nm的紅光帶，為了提供這兩個(gè)發(fā)射帶，分立的紅藍(lán)LED點(diǎn)陣組合是目前LED補(bǔ)光光源的主要模式，但由于不同LED的驅(qū)動(dòng)電流不一致，使得這種模式的驅(qū)動(dòng)電路非常復(fù)雜。而我們的核心創(chuàng)新技術(shù)是采用單一藍(lán)光GaN基芯片與特殊的氮化物熒光材料組合，實(shí)現(xiàn)藍(lán)、紅光同時(shí)發(fā)射。即用單一GaN基藍(lán)光芯片激發(fā)氮化物紅色熒光粉封裝成LED固態(tài)光源，其發(fā)射光譜包括GaN基芯片透過(guò)的藍(lán)光（440-460nm）和氮化物熒光粉發(fā)出的紅光（600-650nm）兩個(gè)波段，剛好與植物的光合作用吸收光譜相吻合，從而能有效地促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。而選用大功率藍(lán)光的GaN基芯片組裝成照明系統(tǒng)是我們重點(diǎn)研究對(duì)象。 從藍(lán)光二極管芯片發(fā)明以來(lái)，以藍(lán)光和紅光LED成陣列組合的植物生長(zhǎng)固態(tài)光源正在被推廣開(kāi)來(lái)。已有許多研究對(duì)這種設(shè)備的可行性和可靠性進(jìn)行了論證，表明該光源在節(jié)能、使用壽命和緊湊性體積結(jié)構(gòu)方面比傳統(tǒng)熒光燈植物型生長(zhǎng)燈性比有著固態(tài)光源的一般性優(yōu)勢(shì)。我們又用太陽(yáng)能電池對(duì)LED照明系統(tǒng)進(jìn)行低壓供電，形成了完美的節(jié)能環(huán)保能源方案。所以本項(xiàng)目的特色是體現(xiàn)了創(chuàng)新綠色照明技術(shù)在節(jié)能、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面的應(yīng)用。 從總體上來(lái)看，這種用于植物生長(zhǎng)的固態(tài)照明技術(shù)首先要解決紅、藍(lán)光的同時(shí)發(fā)射、色比問(wèn)題。特別是大功率（1瓦以上）條件下的散熱、色穩(wěn)定性、照度、效率和壽命等光電性能，涉及熒光材料的測(cè)試評(píng)價(jià)、器件的封裝和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等為該項(xiàng)目的主要內(nèi)容。

科學(xué)性、先進(jìn)性

該固態(tài)照明系統(tǒng)采用單GaN基藍(lán)光芯片激發(fā)氮化物紅色熒光粉封裝成大功率LED固態(tài)光源，其發(fā)射光譜包括GaN芯片透過(guò)（600-650nm）的藍(lán)光（440-460nm）和氮化物熒光粉發(fā)出的紅光兩個(gè)波段，剛好與植物生長(zhǎng)的光合作用吸收光譜相吻合，能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)作用。它與現(xiàn)在的市場(chǎng)上用分立藍(lán)光二極管和紅光二極管按點(diǎn)陣排列組成的植物生長(zhǎng)照明系統(tǒng)完全不同，減少了因兩種LED的驅(qū)動(dòng)電流不一致，使得驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的限制。 同時(shí)我們并對(duì)二極管的性能進(jìn)行了測(cè)試（包括光輻射功率、照度、亮度等參數(shù)），其中每個(gè)二極管的光功率為1w，其兩個(gè)峰值波長(zhǎng)為453nm和636nm。 此外，整個(gè)系統(tǒng)中我們用太陽(yáng)能電池對(duì)LED照明器件進(jìn)行低壓供電，合理的利用了資源。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本項(xiàng)目得到了教育部的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”的立項(xiàng)支持。

作品所處階段

制備出了藍(lán)光可激發(fā)的熒光粉；進(jìn)行了二極管封裝；制作了直管式和圓盤式照明燈具原型。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)入股或者技術(shù)服務(wù)。

作品可展示的形式

紅藍(lán)雙光照明燈實(shí)物；植物生長(zhǎng)系統(tǒng)圖片。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本項(xiàng)目是用于促進(jìn)植物生長(zhǎng)的固態(tài)照明器件，采用單一芯片同時(shí)產(chǎn)生紅藍(lán)雙光的大功率二極管與分立紅、藍(lán)光二極管相比，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、組裝方便，這是一大創(chuàng)新。 二極管具有不容易破碎，無(wú)汞害，低電壓，節(jié)電的顯著優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛，加上我們用太陽(yáng)能電池對(duì)二極管照明系統(tǒng)進(jìn)行低壓供電，形成了完美的節(jié)能環(huán)保能源方案，從“節(jié)能、減排”的角度出發(fā)，又是一大進(jìn)步。 隨著大功率的藍(lán)光芯片批量化和商業(yè)化，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，為滿足人們對(duì)于綠色食品的需求以及對(duì)季節(jié)性強(qiáng)的綠色食品的渴望，推動(dòng)則促進(jìn)植物生長(zhǎng)的固態(tài)照明快速地發(fā)展，我們的促進(jìn)植物生長(zhǎng)的固態(tài)照明器件將越來(lái)越多的應(yīng)用于溫室種植。

同類課題研究水平概述

促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年，最早采用的是鈉燈作為補(bǔ)光光源，但鈉燈存在發(fā)射光譜與植物光合作用吸收光譜不匹配以及高能耗、低效率等缺點(diǎn)。目前廣泛使用的三基色熒光燈，雖然能達(dá)到與植物光合作用吸收光譜高匹配度，但仍然有使用壽命短，汞污染等不足。發(fā)光二極管（LED）以其節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)被廣泛用于指示、景觀裝飾、特種照明等領(lǐng)域，并逐步向普通照明領(lǐng)域發(fā)展。其中在特種照明領(lǐng)域中用LED光源作為溫室大棚的補(bǔ)光光源國(guó)內(nèi)外已有相當(dāng)研究，日本以及國(guó)內(nèi)的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)都在這方面做了大量的研究。綠色植物光合作用吸收光譜包括420-480nm的藍(lán)光帶和600-650nm的紅光帶，為了提供這兩個(gè)發(fā)射帶，采用分立紅、藍(lán)LED點(diǎn)陣組合是目前LED補(bǔ)光光源的主要模式，通過(guò)紅藍(lán)LED數(shù)量比來(lái)調(diào)控紅藍(lán)成份。該模式存在如下問(wèn)題：第一，兩種LED的組合將帶來(lái)光學(xué)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；第二，為了便于顏色混合，現(xiàn)有器件中均采用5mm管芯，但這限制系統(tǒng)器件朝大功率方向發(fā)展。然而，在使用大功率芯片作為結(jié)構(gòu)單元時(shí)將會(huì)遇到顏色混合均勻性的障礙。 我們實(shí)驗(yàn)小組曾提出了用近紫外芯片激發(fā)紅藍(lán)雙波段熒光粉的LED模式，可有效解決驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的問(wèn)題。但是目前近紫外芯片技術(shù)，特別是在大功率近紫外芯片還不是很成熟，而且這種紅藍(lán)雙波段熒光體的發(fā)光效率比較低，在一定程度上限制了其在現(xiàn)階段的發(fā)展應(yīng)用。 此外，國(guó)際上在推行這種人工固態(tài)照明在太空飛行器、航海艦只、立體溫室、人工溫室等領(lǐng)域的應(yīng)用，目前還只局限在采用由分立的 紅、藍(lán)光二極管元件組裝的照明器件。
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