在植物照明领域，由于培养系统受照面随植物的生长不断变化,植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果，使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单，并且只针对某一具体参考平面进行优化，无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题，以整个植物培养架的照明空间为研究对象，以空间照明理论为依据，以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源，通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程，变异数分析精细优化关键结构参数，更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后，最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%，混色均匀度分别为90%和87.13%，种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。

针对现有植物光源系统架构难以提供优质的照明环境,提出空间照明均匀度理论。采用多光源模块的植物光源系统实现植物生长空间内的高空间照度均匀度以及色度均匀度,多光源模块由倒置光源、直下式光源以及在生长空间的中部光源组成。通过多光源模块的立体化混光方式达到设计的目的,根据Taguchi理论简化实验过程并结合变异数分析深入优化关键因子,从而找到植物光源系统的最优解。进一步优化LED灯珠的形状和间距,最终获得水平面和竖直面的照度均匀度分别为91.35%和89.71%,混色均匀度分别为87.67%和88.54%的立体化植物光源系统。对植物生长进行模拟和实物测试,实验结果表明植物光源系统能够在整个植物生长空间提供高质量的照明效果。

传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究了结构参数对照明效果的影响。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,并结合ANOVA分析,获得了最佳方案的最优结构参数。然后,基于所得最优解,对植物生长过程中的照明效果进行了测试。最后,介绍了立体化光源系统相对传统阵列式LED光源的技术优势。实验结果表明:最优结构可提供一个均匀照明空间,该空间内的水平面照明均匀度和垂直面照明均匀度分别为92.00%和83.12%,并且两个空间参考平面上的红蓝光混色均匀度分别达到94.19%和90.70%。该植物光源系统可为植物提供其生长过程中所需的均匀空间照明环境。

目前植物工厂培养架所使用的LED光源模块光学结构简单, 照度均匀度和混色均匀度难以保证, 导致农作物的品质参差不齐。为了提高种植物品质, 需要优化植物光源的照明效果, 设计高均匀度的植物光源。本文针对这一问题提出并研究了一种倒置光源的植物培养架设计方案。将LED灯珠安置在种植面同侧, 并结合曲面反射顶面对LED发出的光线进行进一步均匀分配, 在植物培养架有限的种植空间内增加光线耦合距离和耦合程度, 提高了培养架植物光源的均匀度。经过多次结构优化后, 最终获得了一个照度均匀度为91.64%、混色均匀度为89.73%的高均匀度植物照明培养架。然后基于优化得出的植物光源, 研究植物生长过程对照明效果的影响后表明植物在生长过程中均可获得良好的照明环境。最后研究了不同形状和不同配光曲线的灯珠对培养架均匀度和光能利用率的影响。

针对现有植物工厂采用的植物培养架照度、混色均匀度差导致农产品作物品质参差不齐的现状, 提出一种高混光、高混色均匀度的植物培养架设计方案。不同于光源在上种植面在下的培养架设计模式, 将红、蓝LED灯珠间隔排列阵列光源安装在植物种植平面上的凸台上, 并把培养架顶部设计成漫反射面。漫反射面的引入起到增加混光距离的作用, 提高光线耦合程度, 从而达到了提高混光、混色均匀度的效果。进一步引入光量子通量密度均匀度以及混色均匀度共同作为考察指标, 利用Taguchi方法设计并进行实验, 研究不同因子对植物种植区光源均匀性的影响, 再利用ANOVA理论分析了各因子对品质的影响程度多次优化后, 最终获得照度均匀度为94.58%、混色均匀度为90%、能量利用率为41.42%的最优系统设计方案。然后研究了不同配光曲线的灯珠对培养架均匀度的影响, 最后通过测量植物在不同高度时种植面和植物表面的照度及光谱的分布情况检测植物的生长是否会遮挡光线。结果表明该植物照明系统可以在植物生长过程中提供均匀的照明, 遮挡问题几乎可以忽略不计。

现有的植物工厂采用“上光下植”的种植模式, 培养架的照度均匀度以及混色均匀度不高, 导致不同位置的植物生长情况良莠不齐, 严重影响工厂生产效益。为解决这一问题, 提出一种高照明均匀度植物光源及植物培养架设计方案, 将光源“倒置”于种植平面两侧的三棱柱凸台, 利用棱柱斜面初次分配光线并提高其分布均匀性, 进一步通过培养架顶部反射增加混光距离, 提高光线耦合程度, 从而提高混色均匀度和照度均匀度。借助TracePro软件对提出的光学结构进行仿真分析, 利用Taguchi方法设计并进行实验, 最终利用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度并进一步优化结果, 获得照度均匀度为94.30%、混色均匀度为90%的最优设计方案。最后通过测量种植面和植物体表面照度及光谱的分布情况检测植物的生长是否会对光线有遮挡, 结果表明该植物照明系统可以保持植物在生长过程中种植面和植物体顶部及侧面都具有良好的照明效果, 遮挡问题几乎可以忽略不计, 并保证植物生长过程中良好的照明效果。

针对LED样品检测中的样品短路失效、LED光源黑化、光通量下降和芯片表面通孔异常现象, 采用金相切片、机械微操、静电测试等方式结合扫描电镜和能谱仪(EDS)等表征手段对失效机制进行了分析, 揭示了LED失效原因。包括镀层银离子与杂质硫离子导致光源黑化; 芯片抗静电电压低, 部分样品发生静电击穿; 失效芯片通孔下面的Ni-Sn共晶层存在大量空洞, 使得复杂结构的芯片通孔应力不均, 样品工作时芯片表面开裂破碎, 从而导致PN结短路失效; 封装胶中残存的杂质离子腐蚀芯片负电极导致电极脱落而出现漏电、光衰和死灯等现象。

针对现有植物灯均匀度差的问题, 通过在R(红)、G(绿)、B(蓝)三色LED芯片上加装导光管和光纤透镜, 实现了高均匀度的出光效果, 通过调节导光管和光纤的尺寸获得了达90%的混色、光谱以及光量子通量密度(PPFD)的均匀性。进一步对光源的热学性能进行表征发现光纤透镜的增加有利于减少光源正面的热量, 并且基于光量子学照明参数对该灯的均匀度进行评价, 并进一步提出有效光能利用率来更加科学的表征光源性能。结果表明, 混色均匀性与PPFD均匀性可达90%, 有效光能利用率可达到43%。进一步将该灯用于鲜切玫瑰花保鲜, 并通过脉冲宽度调制技术(PWM)实现了光谱的动态可调, 通过对玫瑰花鲜重日失重率以及抗氧化物质如黄酮素等物质含量变化的测量, 探究鲜切玫瑰花保鲜的最佳光照条件。实验结果表明, 最有利于鲜切玫瑰保鲜的光质条件和光照周期为R+G、6 h/24 h。

为了探究发光二极管(LED)封装胶对LED失效性的影响, 选取LED封装硅胶失效案例进行了失效性分析.利用傅里叶转换红外光谱分析和气相色谱质谱联用仪对失效样品进行成分分析, 根据分析结果总结样品的失效机理.分析结果表明: LED灯珠封装气密性检测过程中材料的化学不兼容性导致封装胶失效, LED灯珠气密性变差, 进而影响到光、电、热、机械结构、材料特性等, LED可靠性降低.在LED生产制造过程中, 需要避免材料的不兼容性, 增加LED的可靠性.