近年來，隨著光電技術的發展，帶動了高亮度紅光、藍光與遠紅光發光二極體(Light Emitting Diode; LED)的誕生，使低能耗人工光源有機會應用在農業領域上。LED 具有高光電轉換效率、使用直流電、體積小、壽命長、耗能低、波長固定與低發熱等優點，與目前普遍使用的高壓鈉燈和螢光燈相比，不僅光量、光質（紅/ 藍光比例或紅/ 遠紅光比例等）可調，而且還是低發熱量的冷光源，可近距離照射使植物的栽培層數和空間利用率大幅提高。
LED 的基本特徵與優勢
LED 是一種可以直接將電轉化成光的半導體元件，由III-V 族化合物，如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、氮化銦鎵(InGaN)等半導體材料製成，其核心是PN 接面。其利用固體半導體晶片做為發光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發生復合(Recombination)，放出過剩的能量而引起光子發射產生可見光。
LED 與高壓鈉燈、白熾燈、螢光燈等人工光源相比，其優勢在於：1. 使用低電源電壓直流驅動，每顆紅光LED 驅動電壓一般在1.9~2.4V ，黃、綠光 LED 驅動電壓一般在2.3~2.7V ， 藍光LED 驅動電壓一般在2.3 ~ 3.0V ，白光LED 驅動電壓在2.8~3.5V ，比使用高壓電源更安全，且可搭配自然能源，如太陽能、風力發電等使用；2. 低耗電、高效節能，將1W 能量轉化成白光，理論值最高360 lm/W 。目前大功率LED ，實驗室已達到 186 lm/W (Cree)， 小功率的LED ，實驗室已達到247 lm/W（日亞），是目前光效最高的照明產品。耗電量僅為白熾燈的八分之一、螢光燈的二分之一。4. 冷光源、低發熱，減少降溫所需成本，可以近距離照射植物，提高空間利用率，進而提高單位空間產能； 9. 無金屬汞、紫外線、電磁輻射等，是綠色環保產品。
LED在農業領域的應用現狀
光合作用系統由多種色素組成，如葉綠素a (Chlorophyll a)、葉綠素b (Chlorophyll b)、類胡蘿蔔素(Carotenoids)等組成。既拓寬了光合作用的作用光譜，其他的色素也能吸收過度的強光而產生光保護作用(Photoprotection)，植物體內的色素是一種化學物質，可吸收特定波長，影響植物生長特性，如圖三所示。葉綠素主要吸收紫光、藍光及紅光區域，類胡蘿蔔素及葉黃素(Xanthophyll)主要吸收藍光區域，花青色素(Anthocyanins)當光子打到光合作用系統的色素分子時，電子會在分子之間移轉，最後到反應中心。
圖三、植物色素的吸收光譜
植物成長有90~95% 來自光合作用，光品質將會影響農作物的形態架構、生長發育及生理化反應，光譜、光照強度、光質(Light Quality) （紅、藍光比例，紅、遠紅光比例等），以及光照週期為影響作物幾個最重要的參數。光質可藉由調整紅光/ 藍光波長比例或逕以可見光照射來進行光合作用使其生長；光週期可藉由光照強度來調節感光性植物之光週期；光形態則藉由調整紅光/ 遠紅光比例來控制植物形態發生。光質是光譜成分或光譜能量分布，簡言之是光波長光譜(Wavelength Spectral)，光質將會影響農作物的形態架構、生長發育及生理化反應，光質與植物發育的關係，最著名的文獻為“Photo morphogenesis in Plant”之論述資料，如表二所示，作者為R. E. Kendrick 與G. H. M. Kronenberg（1986 年，Martinus Nijhoff Publishers）。
表二、光波長光譜對植物生理的影響
植物敏感的波長光譜範圍380~700 nm ，稱為光合有效輻射(Photosynthetic Active Radiation; PAR)。在可見光光譜範圍內，植物光合作用所吸收的光能占其生理輻射光能的……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：廖文毅 / 工研院電光所