一種激光器植物照明燈及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光器植物照明燈，包括電路板、在所述電路板上封裝有半導體激光器管芯、在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板形狀相適應(yīng)的勻光片；所述半導體激光器管芯是邊發(fā)射型激光器，所述半導體激光器通過L形熱沉與所述的電路板電連接，所述的L形熱沉，包括L形的負極層、L形的絕緣層和L形的正極層，在所述的L形的負極層的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負極層和L形的正極層之間設(shè)置有L形的絕緣層。本發(fā)明可以提供植物所需波長的光線，具有光譜性好、功率高、響應(yīng)時間短、體積小、高可靠性、強耐用性、低成本、壽命長、環(huán)保節(jié)能等顯著特征。
【專利說明】一種激光器植物照明燈及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器植物照明燈及其制備方法，屬于植物照明燈具的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光是植物生長發(fā)育的基本因素之一。光質(zhì)對植物的生長、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達均有調(diào)控作用。作為第四代新型照明光源，LED照明具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠、體積小、重量輕、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點。伴隨著植物工廠的爆發(fā)式增長，植物照明的市場也會進一步的擴大，而導致植物工廠數(shù)量增加的主要原因如下:一、中國城市人口急劇增加，農(nóng)民數(shù)量不斷減少，而植物工廠大幅度提高生產(chǎn)能力，在這樣的情形下植物工廠將會爆發(fā)式增長；二、人們生活品質(zhì)不斷的提升，對反季節(jié)蔬菜瓜果的需求量不斷的增大，而植物工廠一年四季都可以生產(chǎn)各種蔬菜瓜果；三、溫室效應(yīng)導致自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，植物工廠可以在很大程度上減少自然災(zāi)害造成的損失。
[0003]傳統(tǒng)植物設(shè)施栽培中使用的光源一般是突光燈、金屬齒化物燈、高壓鈉燈和白熾燈，這些光源是依據(jù)人眼對光的適應(yīng)性所選擇的，其光譜有很多不必要的波長，對植物生長的促進作用少。而隨著光電技術(shù)革新和生產(chǎn)成本下降，LED照明成為植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的首選光源。
[0004]當前LED植物照明主要面臨兩個技術(shù)難題，第一，每一種植物對光的要求是不一樣的，具體植物需要特定的波長，當前一定波長的LED并非純正單色光，具有一定的光譜范圍。第二，光照強度對植物生長及形態(tài)結(jié)構(gòu)有重要作用。光能促進植物的組織和器官的分化，制約著各器官的生長速度和發(fā)育比例。光照不足，枝長且直立生長勢強，表現(xiàn)為徒長和黃化。另外，光能促進細胞的增大和分化、控制細胞的分裂和伸長，因此要使樹木正常生長，則必須有適合的光照強度。當光照不足時，對根系生長有明顯的抑制作用，甚至停止生長。由于目前技術(shù)所限，有些波長LED光照強度滿足不了植物生長所需光能。
[0005]激光器輸出功率大，單色性強，可代替LED解決上述兩個技術(shù)難題:
[0006]例如中國期刊《激光技術(shù)與應(yīng)用》2005年I月刊第8-13頁中記載了一篇名稱為《激光植物工廠的現(xiàn)狀與未來展望》的技術(shù)文章，文章對采用激光器作為植物照明光源做了理論上的應(yīng)用肯定，但均是基于激光器輸出功率的參數(shù)做出的基礎(chǔ)設(shè)想，并沒有記載具體的激光器應(yīng)用。將激光器作為植物照明光源還需要考慮激光器的多種硬件參數(shù)及封裝形式，以上的技術(shù)內(nèi)容尚未有報道。
[0007]在植物的光合作用色素中，葉綠素a起最重要的作用。葉綠素a、b和綠色植物的作用光譜主要由紅、藍光起作用，對紅光640-690nm和藍光420_470nm的波長比較適宜。
[0008]中國專利CN101867150A公開了 一種用于夜視照明的半導體激光器，它包括封裝結(jié)構(gòu)，光學整形勻化元件、半導體激光元件，所述光學整形勻化元件和半導體激光元件位于封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)。該專利將激光器封裝在基座上，然后加一與基座配合的封裝上蓋，利用多種光學元件完成增加散射角、均勻光斑的作用，最后經(jīng)過光學玻璃實現(xiàn)夜視照明，但該激光器還是基于C-MOUNT封裝方式的改進，較傳統(tǒng)激光器封裝更加復雜，原料成本和制備成本都較高，不利于將半導體激光器作為照明設(shè)備產(chǎn)業(yè)化。
[0009]中國專利CN1200797A描述了一種用于在紅外和可見光波段照明的垂直腔面發(fā)射激光器陣列。通過使用幾種不同的列陣，每個列陣產(chǎn)生一種不同波長的光，可獲得普通光源的替換。芯片通過串聯(lián)耦合和并聯(lián)耦合的組合被組合在一起，每個單元單獨控制，然后將多個陣列封裝在單個殼體內(nèi)被并行的驅(qū)動，該專利設(shè)計電路復雜難控。
[0010]中國專利CN101545582公開了一種半導體激光器陣列光束整形照明系統(tǒng)。包括半導體激光器陣列，對快軸光束發(fā)散角進行變換的光學系統(tǒng)，在快軸方向上對光束進行角度偏轉(zhuǎn)的裝置和對慢軸發(fā)散角進行變換且在慢軸方向上對光束進行偏轉(zhuǎn)的光學系統(tǒng)。其要點是通過控制各個激光單元的光束傳播軸線分別在快軸和慢軸方向上的偏轉(zhuǎn)程度，在遠場形成一種多個激光單元的高斯光束部分重合疊加的效果，從而構(gòu)造符合視場要求的照明光束，特別適用于作為面陣成像激光雷達和激光主動照明探測系統(tǒng)的照明光源。該專利的加工過程技術(shù)難度高，結(jié)構(gòu)復雜，制作成本高，不適于批量化生產(chǎn)，更難以滿足對植物的光照低成本、長壽命的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對上述的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種激光器植物照明燈，該照明燈以貼片封裝的形式封裝在電路板上，在照明燈上方加一勻光片，最終制作出光波長統(tǒng)一的激光器燈源。
[0012]本發(fā)明還提供了上述激光器植物照明燈的制備方法。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0014]一種激光器植物照明燈，包括電路板、在所述電路板上封裝有半導體激光器管芯、在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板形狀相適應(yīng)的勻光片；所述半導體激光器管芯是邊發(fā)射型激光器，所述半導體激光器通過L形熱沉與所述的電路板電連接，所述的L形熱沉，包括L形的負極層、L形的絕緣層和L形的正極層，在所述的L形的負極層的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負極層和L形的正極層之間設(shè)置有L形的絕緣層；所述半導體激光器管芯安裝在所述L形的負極層內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的負極層的材質(zhì)為金屬、復合金屬或單晶硅。所述的復合金屬是指兩種及以上不同種類的金屬用物理方法合成具有多相結(jié)構(gòu)的金屬材料或者是兩種及以上金屬成分按比例調(diào)和所形成金屬材料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的正極層的材質(zhì)為金屬、復合金屬或單晶硅。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為玻璃纖維、陶瓷、氧化鋁、氧化鋯、
二氧化硅、氮化硅、硅脂或絕緣導熱膠。
[0018]所述的硅脂為DX-9041導熱硅脂，俗名又叫散熱膏，是以特種硅油做基礎(chǔ)油，新型金屬氧化物做填料，配以多種功能添加劑，經(jīng)特定的工藝加工而成的膏狀物。顏色因材料不同而具有不同的外觀。其具有良好的導熱、耐溫、絕緣性能，是耐熱器件理想的介質(zhì)材料，而且性能穩(wěn)定，在使用中不會產(chǎn)生腐蝕氣體，不會對所接觸的金屬產(chǎn)生影響。
[0019]所述絕緣導熱膠是一類單組份室溫硫化的硅酮膠粘劑，具有使用方便、粘接強度高、固化后呈彈性體、抗沖擊、震動等特點，同時固化物還具有良好的導熱、散熱功能及優(yōu)異的耐高低溫性能和電氣性能。
[0020]一種激光器植物照明燈的制備方法，包括步驟如下:
[0021](I)將L形熱沉的L形負極層的水平面利用印刷電路板粘合劑封裝在電路板的負極上；
[0022](2)在激光器芯片的P電極上進行金絲鍵合至L形正極層的垂直面；
[0023](3)在L形正極層的水平面進行金絲鍵合，將金絲鍵合至電路板的正極上；
[0024](4)將多個半導體激光器管芯分別通過步驟(I) - (3)封裝在上述的電路板上，形成點光源、面光源或者線光源，對所述的電路板做好電性連接；
[0025](5)在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板形狀相適應(yīng)的勻光片。在組裝好的電路板外部加一勻光片，使光斑均勻，擴大發(fā)射角度，適于植物培育照明。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0027]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)難題克服激光器封裝形式的制約，提供一種激光器植物照明燈，可以提供植物所需波長的光線，波長范圍覆蓋400-700nm，具有光譜性好、功率高、響應(yīng)時間短、體積小、高可靠性、強耐用性、低成本、壽命長、環(huán)保節(jié)能等顯著特征。
[0028]本發(fā)明制作的激光器植物照明燈，光源波長窄，通過選擇不同的電路板控制激光器管芯偕同開關(guān)，滿足不同植物生長所需波長的光。利用本發(fā)明用于改良植物品種的實驗中時，可對植物進行單一波長的光線照射即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明所述邊發(fā)射型激光器與L形熱沉的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]在圖1-圖2中，1、L形的負極層；1_1、L形負極層的垂直面；1_2、L形負極層的水平面；2、L形絕緣層；3、L形的正極層；3-l、L形正極層的垂直面；3-2、L形正極層的水平面；
4、激光器芯片P電極與L形正極層的垂直面之間的鍵合金絲；5、L形正極層的水平面與光電電路的正極之間的鍵合金絲；6、邊發(fā)射型半導體激光器管芯；6-1、半導體激光器管芯的P電極；7、電路板；8、L形熱沉；9、勻光片。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0033]實施例1、
[0034]一種激光器植物照明燈，包括電路板7、在所述電路板7上封裝有半導體激光器管芯、在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板7形狀相適應(yīng)的勻光片9 ;所述半導體激光器管芯是邊發(fā)射型激光器6，所述半導體激光器通過L形熱沉8與所述的電路板7電連接，所述的L形熱沉8，包括L形的負極層1、L形的絕緣層2和L形的正極層3，在所述的L形的負極層I的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極3層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負極層I和L形的正極層3之間設(shè)置有L形的絕緣層2 ;所述半導體激光器管芯安裝在所述L形的負極層3內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
[0035]所述L形的負極層I的材質(zhì)為銅。
[0036]所述L形的正極層3的材質(zhì)為銅。[0037]所述L形的絕緣層2的材質(zhì)為玻璃纖維。
[0038]實施例2、
[0039]如實施例1所述的一種激光器植物照明燈，其區(qū)別在于，所述L形的負極層I的材質(zhì)為單晶硅。所述L形的正極層3的材質(zhì)為單晶硅。
[0040]所述L形的絕緣層2的材質(zhì)為硅脂。所述的硅脂為DX-9041導熱硅脂，俗名又叫散熱膏，其具有良好的導熱、耐溫、絕緣性能，是耐熱器件理想的介質(zhì)材料，而且性能穩(wěn)定，在使用中不會產(chǎn)生腐蝕氣體，不會對所接觸的金屬產(chǎn)生影響。
[0041]實施例3、
[0042]如實施例1所述的一種激光器植物照明燈，其區(qū)別在于，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為絕緣導熱膠，所述絕緣導熱膠是一類單組份室溫硫化的硅酮膠粘劑，具有使用方便、粘接強度高、固化后呈彈性體、抗沖擊、震動等特點，同時固化物還具有良好的導熱、散熱功能及優(yōu)異的耐高低溫性能和電氣性能。
[0043]實施例4、
[0044]一種激光器植物照明燈的制備方法，包括步驟如下:
[0045](I)將L形熱沉8的L形負極層的水平面1-2利用印刷電路板粘合劑封裝在電路板7的負極上；
[0046](2)在激光器芯片的P電極6-1上進行金絲4鍵合至L形正極層的垂直面3_1 ；
[0047](3)在L形正極層的水平面3-2進行金絲鍵合，將金絲5鍵合至電路板7的正極上；
[0048](4)將多個半導體激光器管芯分別通過步驟(I) - (3)封裝在上述的電路板7上，形成點光源、面光源或者線光源，對所述的電路板7做好電性連接；
[0049](5)在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板7形狀相適應(yīng)的勻光片9。在組裝好的電路板7外部加一勻光片9，使光斑均勻，擴大發(fā)射角度，適于植物培育照明。
【權(quán)利要求】
1.一種激光器植物照明燈，其特征在于，該照明燈包括電路板、在所述電路板上封裝有半導體激光器管芯、在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板形狀相適應(yīng)的勻光片；所述半導體激光器管芯是邊發(fā)射型激光器，所述半導體激光器通過L形熱沉與所述的電路板電連接，所述的L形熱沉，包括L形的負極層、L形的絕緣層和L形的正極層，在所述的L形的負極層的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負極層和L形的正極層之間設(shè)置有L形的絕緣層；所述半導體激光器管芯安裝在所述L形的負極層內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器植物照明燈，其特征在于，所述L形的負極層的材質(zhì)為金屬、復合金屬或單晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器植物照明燈，其特征在于，所述L形的正極層的材質(zhì)為金屬、復合金屬或單晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器植物照明燈，其特征在于，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為玻璃纖維、陶瓷、氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氮化硅、硅脂或絕緣導熱膠。
5.一種如權(quán)利要求1所述激光器植物照明燈的制備方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: (1)將L形熱沉的L形負極層的水平面利用印刷電路板粘合劑封裝在電路板的負極上； (2)在激光器芯片的P電極上進行金絲鍵合至L形正極層的垂直面； (3)在L形正極層的水平面進行金絲鍵合，將金絲鍵合至電路板的正極上； (4)將多個半導體激光器管芯分別通過步驟(I)- (3)封裝在上述的電路板上，形成點光源、面光源或者線光源，對所述的電路板做好電性連接； (5)在所述半導體激光器管芯上方罩有一與所述電路板形狀相適應(yīng)的勻光片。
【文檔編號】A01G9/20GK103629596SQ201210313283
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】夏偉, 張秋霞, 左致遠, 于軍, 陳康 申請人:山東浪潮華光光電子股份有限公司