隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，眾多企業(yè)紛紛從競爭慘烈的通用照明市場轉(zhuǎn)戰(zhàn)植物、UV LED等特種照明應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外照明巨頭也紛紛布局植物照明領(lǐng)域，其應(yīng)用市場逐漸成為LED行業(yè)發(fā)展的新方向。目前，LED植物照明應(yīng)用市場主要集中在歐美、日本等LED技術(shù)前沿以及從事農(nóng)業(yè)人員較少的國家 ， 國內(nèi)緊跟其后。國外公司主要包括：德國Osram、西門子，美國Cree、Lumileds，日本日亞、三菱、夏普等;國內(nèi)公司主要包括：臺(tái)灣億光、鴻海、臺(tái)積電， 大陸中科三安、鴻利、瑞豐、添光彩、巨宏光電等也一直在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。

LED植物照明應(yīng)用被認(rèn)為是21世紀(jì)解決世界資源、人口和環(huán)境問題的重要途徑。1949年，美國園藝學(xué)家和植物學(xué)家在加州建立了第一座人工氣候室，其出現(xiàn)就是植物工廠的早期模型，為植物工廠的發(fā)展和完善進(jìn)行了成功的探索和實(shí)踐，并引發(fā)了模擬生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域里的一場風(fēng)暴。隨后，日本和前蘇聯(lián)也先后建立了這種人工氣候室。

從某種意義上說，1957年丹麥在哥本哈根市郊約克里斯頓農(nóng)場真正建起了世界上第一座真正意義上的植物工廠，因?yàn)槠湟?guī)模達(dá)到了1000m?，采用人工光和太陽能并用技術(shù)，從播種到收獲采用全自動(dòng)傳送帶流水作業(yè)，且產(chǎn)400萬袋水芹(100萬kg)，而這些是植物工廠的重要特征。2009年，中環(huán)易達(dá)在吉林長春建成200m?植物苗工廠，此植物苗工廠采用LED光源。2010年，日本三菱化學(xué)用大型集裝箱改造植物工廠，并以LED光源進(jìn)行農(nóng)作物的光合作用，2012年首套LED照明的植物工廠系統(tǒng)用來栽培萵苣和嫩葉菜，并于當(dāng)年開始銷售，從而拉開LED植物照明的帷幕。2014年松下在新加坡啟動(dòng)了該國政府批準(zhǔn)的首座室內(nèi)蔬菜工廠，生產(chǎn)品種為紅葉生菜等10種蔬菜，年產(chǎn)量3.6噸。2015年，中科三安在福建安溪擬建植物工廠，2016年6月運(yùn)用自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)建成國際上單體面積最大的首棟1萬平方米的生長環(huán)境全智慧控制的植物工廠并正式投產(chǎn)，日產(chǎn)綠色無污染、高質(zhì)量蔬菜1.5噸，7月，首條金線蓮生產(chǎn)線投產(chǎn)，標(biāo)志中科三安開始藥用植物工廠種植的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2017年10月，飛利浦將HPS頂光照明和Philips GrennPower LED植株間照明模組高輸出型結(jié)合，為新建溫室安裝超過26000個(gè)GreenPower LED植株間照明模組，覆蓋10.6公頃總面積。目前，人工光源技術(shù)在植物照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是LED以其光效高、發(fā)熱低、體積小、壽命長、調(diào)光技術(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在植物照明領(lǐng)域優(yōu)勢越來越明顯。

植物燈的光譜主要為紅(660nm)藍(lán)(450nm)以及遠(yuǎn)紅(730nm)配合，常規(guī)光源光譜變化大，分布不均，而LED光源的光譜可以根據(jù)種植工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，LED光源的光譜可以通過調(diào)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)可變光譜的控制，是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的植物燈光源，可變光譜技術(shù)主要是針對光形態(tài)控制，普通植物燈通過光周期的調(diào)整也是可以調(diào)節(jié)，但應(yīng)用成本會(huì)提高很多。隨著植物照明快速發(fā)展，準(zhǔn)確客觀地評價(jià)照明產(chǎn)品以及現(xiàn)場照明環(huán)境越來越受到關(guān)注，有必要從兩點(diǎn)出發(fā)考慮對植物照明的評價(jià)，一是植物健康生長需求，二是充分節(jié)能環(huán)保的照明。

在植物照明封裝領(lǐng)域，封裝器件種類繁多而無統(tǒng)一測量評判標(biāo)準(zhǔn)體系，涉及此領(lǐng)域的廠家包括深圳阿凡達(dá)旗下子公司添光彩的2835/5730系列單色光和白光產(chǎn)品等，深圳瑞豐光電子的PCT2835單色光以及XC3535紅、藍(lán)單色光產(chǎn)品等。臺(tái)灣地區(qū)廠家包括各種尺寸的高功率、中功率及低功率產(chǎn)品，如億光的2835/3030單色光與3535單色光和白光產(chǎn)品。國外大廠主要在大功率、COB和模組方向，兼顧植物照明白光系列，結(jié)合植物生長特性和人性化照明環(huán)境，較國內(nèi)產(chǎn)品，其在可靠性、光效、不同植物不同生長周期光合輻照特性研究等方面有較大的技術(shù)優(yōu)勢。

Lumileds推出LUXEON SunPlus3030/2020/COB植物照明系列LED芯片，導(dǎo)入光合作用光子通量(Photosynthetic Photon Flux，PPF) 以確保能夠系統(tǒng)設(shè)計(jì)出植物生長燈─提供特定的波長作為溫室、垂直農(nóng)場和其他植物生長應(yīng)用。歐司朗光電半導(dǎo)體的陶瓷3030借助Oslon Square Hyper Red原型的660nm波長，再加上450nm的深藍(lán)光和730nm的遠(yuǎn)紅光，Oslon系列完美涵蓋了植物生長的整個(gè)過程。2017年在美國費(fèi)城舉辦的照明展上，歐司朗光電半導(dǎo)體展示一款能促進(jìn)植物健康生長的LED原型：Oslon Square Hyper Red，這款第三代2W級LED發(fā)射特性得到改善，光輸出更高，耐腐蝕性出眾，采用Oslon Square Hyper Red的植物照明系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。臺(tái)灣億光在美國也展示了開發(fā)的波長涵蓋完整的PAR 450nm ～ 730nm全系列農(nóng)業(yè)LEDs，當(dāng)中包括了各式不同尺寸的高功率、中功率及低功率產(chǎn)品，以滿足各種植物在不同生長環(huán)境的需求，期望達(dá)到植物成長最大化及節(jié)能的目標(biāo)。

芯片外延片作為植物照明封裝領(lǐng)域的重要組成部分，其大量的核心專利仍掌握在日本日亞、美國科銳等早期領(lǐng)跑企業(yè)手中，國內(nèi)芯片廠商仍缺乏具有市場競爭力的專利產(chǎn)品。其中三安光電開發(fā)的基于Si襯底的AlGaInP R6(650-670nm)、R7(680-700nm)、R8(720- 740nm)系列植物照明應(yīng)用封裝芯片。臺(tái)灣晶元AlGaInP 660nm芯片調(diào)整磊晶結(jié)構(gòu)提升量子井發(fā)光效率外，在晶片制程端亦導(dǎo)入新的技術(shù)平臺(tái)，提高外部發(fā)光效率，開發(fā)出WPE≈40～44%660nm LED產(chǎn)品 (BRPN42B)，將產(chǎn)品效能再提升。國外芯片廠商利用核心專利擁有很大的市場占有率，同時(shí)很多公司在植物照明封裝芯片領(lǐng)域也在開發(fā)新的技術(shù)，如歐司朗基于薄膜技術(shù)令芯片緊密地封裝在一起，創(chuàng)造出大面積照明表面，將波長660nm的高效LED節(jié)能40%。

目前涉及植物照明產(chǎn)業(yè)鏈的公司和機(jī)構(gòu)如下圖所示：

植物照明雖是新興市場，但國外巨頭已開發(fā)得較為成熟，并早已在專利方面進(jìn)行嚴(yán)密的布局，尤其是上游芯片領(lǐng)域的核心專利。在開發(fā)模式上，則基本是LED光源公司與植物工廠相配合的模式進(jìn)行。

日本的LED技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先地位，且擁有完善的LED產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)，日本的生物技術(shù)水平較高，因此在結(jié)合LED和生物的應(yīng)用領(lǐng)域，擁有其他國家和地區(qū)無法比擬的優(yōu)勢。歐司朗作為持續(xù)關(guān)注LED技術(shù)的發(fā)展的跨國公司，目前已經(jīng)形成了外延芯片、LED器件、熒光材料、應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈的布局。近年來，歐司朗逐漸將旗下LED聚焦在植物燈的應(yīng)用層面，全力搶攻農(nóng)業(yè)市場。這些國際大廠在全球LED市場有較完整的專利布局，如果聯(lián)合控股的下游廠家或者與研究機(jī)構(gòu)合作進(jìn)入植物照明領(lǐng)域?qū)⒕哂休^強(qiáng)的競爭力。國內(nèi)植物照明領(lǐng)域的發(fā)展可以說是剛剛開始，植物工廠概念在近幾年才逐漸被人們接受，國內(nèi)一些大廠雖然均已開發(fā)植物照明產(chǎn)品，但由于大部分是“重LED，輕植物”的發(fā)展模式，缺少技術(shù)人才、投入成本高、核心專利缺失、產(chǎn)品出口難度大等因素制約，進(jìn)度緩慢。

采用Osram植物照明技術(shù)方案的植物工廠

2. 植物照明單色光封裝器件的技術(shù)及產(chǎn)品現(xiàn)狀

植物照明單色光(主要450nm、660nm、730nm) 封裝器件，國內(nèi)外多家公司均涵蓋，而國內(nèi)產(chǎn)品種類較為繁雜，規(guī)格較多，國外廠家產(chǎn)品較為標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)在光合光子通量、光效等上國內(nèi)與國外封裝大廠仍存在很大差距，并且在其他波段單色光方面，國內(nèi)外都在進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，部分國內(nèi)外封裝廠單色光產(chǎn)品如下：

Lumileds和Osram植物照明單色光光譜如下圖4、5，兩家產(chǎn)品B(Blue)、DR(Deep Red)產(chǎn)品光譜分布相似，峰值波長分別為450nm和660nm;FR(Far Red)光譜分布兩者略有差別，Osram峰值波長725nm，Lumileds峰值波長735nm，并且半波寬略長。

圖 4 Lumileds單色光光譜圖