1． 國內外主流植物照明封裝廠技術及產品研究現狀

隨著LED照明技術的發展，眾多企業紛紛從競爭慘烈的通用照明市場轉戰植物、UV LED等特種照明應用領域，國內外照明巨頭也紛紛布局植物照明領域，其應用市場逐漸成為LED行業發展的新方向。目前，LED植物照明應用市場主要集中在歐美、日本等LED技術前沿以及從事農業人員較少的國家 ， 國內緊跟其后。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；國內公司主要包括：***億光、鴻海、臺積電， 大陸中科三安、鴻利、瑞豐、添光彩、巨宏光電等也一直在進行相關產品的開發。

LED植物照明應用被認為是21世紀解決世界資源、人口和環境問題的重要途徑。1949年，美國園藝學家和植物學家在加州建立了第一座人工氣候室，其出現就是植物工廠的早期模型，為植物工廠的發展和完善進行了成功的探索和實踐，并引發了模擬生態環境領域里的一場風暴。隨后，日本和前蘇聯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場真正建起了世界上第一座真正意義上的植物工廠，因為其規模達到了1000m？，采用人工光和太陽能并用技術，從播種到收獲采用全自動傳送帶流水作業，且產400萬袋水芹（100萬kg），而這些是植物工廠的重要特征。2009年，中環易達在吉林長春建成200m？植物苗工廠，此植物苗工廠采用LED光源。2010年，日本三菱化學用大型集裝箱改造植物工廠，并以LED光源進行農作物的光合作用，2012年首套LED照明的植物工廠系統用來栽培萵苣和嫩葉菜，并于當年開始銷售，從而拉開LED植物照明的帷幕。2014年松下在新加坡啟動了該國政府批準的首座室內蔬菜工廠，生產品種為紅葉生菜等10種蔬菜，年產量3．6噸。2015年，中科三安在福建安溪擬建植物工廠，2016年6月運用自有知識產權技術建成國際上單體面積最大的首棟1萬平方米的生長環境全智慧控制的植物工廠并正式投產，日產綠色無污染、高質量蔬菜1．5噸，7月，首條金線蓮生產線投產，標志中科三安開始藥用植物工廠種植的產業化發展。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合，為新建溫室安裝超過26000個GreenPower LED植株間照明模組，覆蓋10．6公頃總面積。目前，人工光源技術在植物照明領域的應用越來越廣泛，特別是LED以其光效高、發熱低、體積小、壽命長、調光技術等諸多優點，在植物照明領域優勢越來越明顯。

植物燈的光譜主要為紅（660nm）藍（450nm）以及遠紅（730nm）配合，常規光源光譜變化大，分布不均，而LED光源的光譜可以根據種植工藝要求進行設計，同時，LED光源的光譜可以通過調光技術實現可變光譜的控制，是目前唯一可以實現可變光譜的植物燈光源，可變光譜技術主要是針對光形態控制，普通植物燈通過光周期的調整也是可以調節，但應用成本會提高很多。隨著植物照明快速發展，準確客觀地評價照明產品以及現場照明環境越來越受到關注，有必要從兩點出發考慮對植物照明的評價，一是植物健康生長需求，二是充分節能環保的照明。

在植物照明封裝領域，封裝器件種類繁多而無統一測量評判標準體系，涉及此領域的廠家包括深圳阿凡達旗下子公司添光彩的2835／5730系列單色光和白光產品等，深圳瑞豐光電子的PCT2835單色光以及XC3535紅、藍單色光產品等。***地區廠家包括各種尺寸的高功率、中功率及低功率產品，如億光的2835／3030單色光與3535單色光和白光產品。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，結合植物生長特性和人性化照明環境，較國內產品，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優勢。

Lumileds推出LUXEON SunPlus3030／2020／COB植物照明系列LED芯片，導入光合作用光子通量（Photosynthetic Photon Flux，PPF） 以確保能夠系統設計出植物生長燈─提供特定的波長作為溫室、垂直農場和其他植物生長應用。歐司朗光電半導體的陶瓷3030借助Oslon Square Hyper Red原型的660nm波長，再加上450nm的深藍光和730nm的遠紅光，Oslon系列完美涵蓋了植物生長的整個過程。2017年在美國費城舉辦的照明展上，歐司朗光電半導體展示一款能促進植物健康生長的LED原型：Oslon Square Hyper Red，這款第三代2W級LED發射特性得到改善，光輸出更高，耐腐蝕性出眾，采用Oslon Square Hyper Red的植物照明系統具有很高的性價比。***億光在美國也展示了開發的波長涵蓋完整的PAR 450nm ～ 730nm全系列農業LEDs，當中包括了各式不同尺寸的高功率、中功率及低功率產品，以滿足各種植物在不同生長環境的需求，期望達到植物成長最大化及節能的目標。

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

目前涉及植物照明產業鏈的公司和機構如下圖所示：

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

日本的LED技術在國際上處于領先地位，且擁有完善的LED產業鏈，同時，日本的生物技術水平較高，因此在結合LED和生物的應用領域，擁有其他國家和地區無法比擬的優勢。歐司朗作為持續關注LED技術的發展的跨國公司，目前已經形成了外延芯片、LED器件、熒光材料、應用等全產業鏈的布局。近年來，歐司朗逐漸將旗下LED聚焦在植物燈的應用層面，全力搶攻農業市場。這些國際大廠在全球LED市場有較完整的專利布局，如果聯合控股的下游廠家或者與研究機構合作進入植物照明領域將具有較強的競爭力。國內植物照明領域的發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，國內一些大廠雖然均已開發植物照明產品，但由于大部分是“重LED，輕植物”的發展模式，缺少技術人才、投入成本高、核心專利缺失、產品出口難度大等因素制約，進度緩慢。

采用Osram植物照明技術方案的植物工廠

2． 植物照明單色光封裝器件的技術及產品現狀

植物照明單色光（主要450nm、660nm、730nm） 封裝器件，國內外多家公司均涵蓋，而國內產品種類較為繁雜，規格較多，國外廠家產品較為標準化，同時在光合光子通量、光效等上國內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，國內外都在進行新產品開發，部分國內外封裝廠單色光產品如下：

Lumileds和Osram植物照明單色光光譜如下圖4、5，兩家產品B（Blue）、DR（Deep Red）產品光譜分布相似，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

圖 5 Osram 單色光 B／DR／FR 光譜圖

植物照明單色光封裝器件除了主要波段450nm、660nm、730nm產品，很多廠家也在開發其他波段的新產品，實現產品完整的PAR（450nm－730nm）波長涵蓋。如Osram的3030單色光芯片470nm、528nm、590nm、617nm、623nm植物照明彩光系列；Lumileds的采用450nm芯片加熒光粉調配的2020／3535／COB Purple、Lime色光植物產品，規格參數和光譜如下：

Osram470nm單色光 Osram528nm單色光 Osram590nm單色光

Osram617nm單色光 Osram623nm單色光

圖 6 Osram 其他色光光譜

圖 7 Lumileds 2020／3535Purple、Lime 色光光譜圖

圖 8 Lumileds COB Purple色光光譜圖

3． 植物照明全光譜封裝器件的技術及產品現狀

由于每種植物在生長階段的統計數據并不完善，單色光LED植物生長燈并非適用于任何植物的生長，全光譜LED的優勢因此而凸顯，因為它適合于大多數植物的補光需求。植物生長照明設備的全光譜首先要達到可見光全光譜400－700nm全覆蓋，另外要提高470nm－510nm藍綠光、660nm－700nm深紅光兩處波段表現，綠光及黃光屬于配色用于提高 CRI／Ra表現，400nm以下UV波段則根據客戶需求添加。用普通LED藍光或者紫外芯片搭配熒光粉做到“全”光譜，其光合效率各有高低，行業內沒有統一規格和標準。植物單色光封裝器件很多國內外廠商都有涉及，而在植物照明全光譜封裝器件上主要還是國內大廠、日韓和歐美企業，比如深圳瑞豐光電子、德國歐司朗、日本日亞，韓國三星、首爾等，其主要產品規格如下：

植物照明白光封裝器件大部分廠家采用Blue chip＋熒光粉實現全光譜，如深圳瑞豐光電子的2216／2835／3528小功率產品、日亞、三星的中高功率產品3030、COB等，Ra均在90 以上。其中瑞豐產品顯色指數可做到97以上，并且增加660－700nm深紅光段的表現，更有利于植物生長（圖9）。三星和日亞產品470nm－510nm藍綠光波段表現較佳（圖10、11），在2018法蘭克福展上，三星展示的White＋Red植物照明產品，并將其光譜與普通植物照明的白光光譜及Blue＋Red光譜進行比對，凸顯了其對植物生產所需光譜的契合程度（圖12）。歐司朗植物照明EQ白光產品，在470nm－510nm藍綠光、660nm－700nm深紅光的缺失，非真正意義上的全光譜，其白光產品更注重高光效、補光與人性化的工作環境（圖13）。首爾半導體聯手Yeelight，采用Sunlike技術，結合先進的紫光LED芯片技術與TRI－R熒光粉技術，從而生成的光譜非常接近自然光，包含了405nm的紫光波段和730nm的遠紅光波段，同時減少了對人眼有害的過量藍光，顯色指數更高達97（圖 14）。主要廠家產品光譜如下圖：

圖 9 瑞豐全光譜產品光譜圖（Bchip＋熒光粉Ra95）

圖 10 日亞植物照明產品光譜圖（Bchip＋熒光粉Ra90／95）

圖11三星Mid power 植物照明產品光譜圖

圖 12 三星植物照明（White＋Red）產品光譜圖

圖 13 歐司朗植物照明EQ白光產品光譜（Bchip＋熒光粉Ra70）

圖 14 首爾半導體sunlike系列光譜圖（UVchip＋熒光粉Ra97）

4． 植物照明調光類封裝器件的技術及產品現狀

植物照明封裝器件除了單色光和藍光或紫外芯片加熒光粉實現白光的封裝模式外，還有一種使用兩種或者以上波長芯片復合封裝的模式，比如紅＋藍／紫外、RGB、RGBW。這種封裝模式在調光方面有很大優勢。對于R／B或者R／B／DR更多采用的模組封裝模式用于植物照明，如廣州巨宏光電的JH－50RB14G45系列植物生長燈（圖15），單顆多波段芯片復合封裝各廠家常采用RGB或者RGBW封裝模式。

圖16 天電光電EMC3030 3 in 1 RGB

圖 17 CREE XML RGBW5050

在調光類封裝器件領域，深圳市瑞豐光電子開發的全球首創，擁有自主專利的5050五色合一產品（圖18），此款產品結構緊湊，滿足燈珠密集排布，集成度高，可結合植物生長光環境和人性化環境調節光色，一種產品可實現無限種可能。

圖 18 瑞豐 5050RGBWW

5． 植物照明封裝器件競爭格局總結及目前的問題點

植物照明是一項專業性、綜合性很強的技術，植物照明系統應用包括育苗技術、植保技術、植物生長調控技術、植物品質控制技術等，而目前國內大部分植物燈僅僅是圍繞在植物生長方面的應用。而就植物生長的應用，也缺乏光質、光量子、光周期的技術研究能力。此外國內LED封裝器件廠一直都存在“重LED、輕植物”的問題，光源企業的研發人員對植物及其栽培原理缺乏深刻的認識，實際工作中往往以LED為主體，而不是以植物為主體，沒有從植物栽培原理的總體性需求綜合考量；而農業領域的研究人員對光合光源缺乏原理性深刻認識，因而難以從光和光源的角度，為植物對光的合理需求并為光源研制應用提供適宜的方案。同時隨著國內大批企業紛紛涌入LED植物照明這篇新藍海，但市場并沒有制定一系列的標準規范，以至于目前市場較為混亂。與國外相比，政府對LED植物照明支持力度不夠，缺乏系統性的研究與推廣，LED植物照明產品評價和測量標準體系仍有待完善。

單從植物照明封裝器件領域，國內外在單色光、全光譜、復合封裝均有布局，國內產品種類繁多，光效不高，往往單從封裝角度發展植物照明；國外大廠產品在光效、大功率產品、光合輻照度上擁有很大技術優勢，通常結合植物研究能提出自己完整的技術方案。植物照明封裝領域前沿技術仍掌握在歐美和日韓手里，如半導體芯片外延片大量的核心專利掌握在日本日亞、美國科銳等企業手中。國外照明封裝器件大廠往往布局整個植物照明產業鏈，結合植物研究，智能控制，芯片外延片等方面優勢完善發展自己的植物照明技術方案，國內植物照明領域發展仍然任重道遠。