CN104006306A - 发光二极管灯具及其应用于植物生长的用途及发光二极管单元 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管灯具，包括一基板、多个红光发光二极管、多个白光发光二极管、一第一控制电路以及一第二控制电路。所述红光发光二极管及所述白光发光二极管设置于基板。第一控制电路耦接并驱动所述红光发光二极管。第二控制电路耦接并驱动所述白光发光二极管。本发明还披露所述发光二极管灯具应用于植物生长的用途及一种发光二极管单元。

Description

发光二极管灯具及其应用于植物生长的用途及发光二极管单元

技术领域

本发明涉及一种发光二极管灯具及其应用于植物生长的用途，还涉及一种发光二极管单元。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种半导体元件，于最初发展时，常作为指示灯或用于显示板，然而，随着发光二极管的发展，及其效率高、节能及寿命长等优点，目前还作为各个领域的照明之用，举例而言，用于一般日常生活的照明设备或展场的展示照明等。而通过使用不同的发光二极管材料便可制造出不同波长的发光二极管，故发光二极管还被应用于医疗领域的光疗法，以及温室植物的特殊照明。

虽然目前仍是使用白炽灯作为温室植物照明用光源，但已有部分改用发光二极管作为照明用光源。这是由于不同材料所制成的发光二极管，可发出不同波长的光线，而植物进行光合作用会受到光谱的影响。例如光谱范围在280~315nm时，对植物形态与生理过程的影响极小，但此范围约为紫外光，对于植物生长环境的除虫、杀菌有其效果。光谱范围在315~400nm时，叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长。光谱范围在400~520nm时，约为肉眼可视的蓝光，叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大。光谱范围在520~610nm时，约为绿光，此时色素的吸收率不高。光谱范围在610~720nm时，约为红光，叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应(Photoperiodism effect)有显著影响。光谱范围在720~1,000nm时，吸收率低但能刺激细胞生长，间接影响开花与种子发芽。光谱范围大于1,000nm，转换成热能。前述光周期效应是指植物感受昼夜光照变化(通常是环境的明暗变化)或每日特定光照时间等因素，而对应触发例如开花等生理反应的自然现象。

由此可知，不同波长的光线对于植物进行光合作用的影响是不同的，而植物进行光合作用所需的是波长介于400~720nm的光线，其中尤以400~520nm的蓝光与610~720nm的红光对于光合作用具有最显著的影响。一般的白炽灯所发出的光线为连续光谱，无法分别加强400~520nm的蓝光与610~720nm红光的强度。

而目前现有的发光二极管作为植物照明是设计成全红光、全蓝光、或部分红/蓝光混合形式，以期满足不同植物生长所需不同波长光谱的吸收。然而，传统红蓝组合的发光二极管，主要是于单一灯管内设置多个红光发光二极管及蓝光发光二极管，以同时发出红色与蓝色的混光，但易有混光不均的情形发生，且蓝光及红光更易造成人眼观察时的不适，长期处于此环境对耕作者身体有不利影响。除此之外，红光及蓝光以外其他波长的光照亦有其特殊效果，例如紫外光的除虫作用。

因此，如何提供一种发光二极管灯具及发光二极管单元，除了可加强蓝光与红光的波长范围，更可同时提供其他波长的光线，且改变公知技术使用全红光、全蓝光、或部分红光/蓝光混合的形式，以降低蓝光及红光对人体造成不利影响的情形，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种发光二极管灯具及发光二极管单元，除了可加强蓝光与红光，更可同时提供其他波长的光线，且改变公知技术使用全红光、全蓝光、或部分红光/蓝光混合的形式，以降低蓝光及红光对人体造成不利影响的情形。

为达上述目的，依据本发明的一种发光二极管灯具，包括一基板、多个红光发光二极管、多个白光发光二极管、一第一控制电路以及一第二控制电路。红光发光二极管及白光发光二极管设置于基板。第一控制电路耦接并驱动红光发光二极管。第二控制电路耦接并驱动白光发光二极管。

在本发明一优选实施例中，第一控制电路及第二控制电路同时驱动红光发光二极管及白光发光二极管。

在本发明一优选实施例中，红光发光二极管与白光发光二极管同时发光形成一混合光谱，混合光谱的红光及蓝光的色谱比例是介于7:1至12:1之间。

在本发明一优选实施例中，红光发光二极管与白光发光二极管同时发光所消耗的功率比例是介于2:1至3:1之间。

在本发明一优选实施例中，红光发光二极管的发光波长范围介于620nm至680nm之间。

在本发明一优选实施例中，白光发光二极管的发光波长范围介于350nm至850nm之间。

在本发明一优选实施例中，白光发光二极管包括至少一蓝光发光二极管管芯以及至少一光波长转换材料。光波长转换材料吸收蓝光发光二极管管芯发出的光线后再发光。

在本发明一优选实施例中，蓝光发光二极管管芯的发光波长范围介于430nm至480nm之间。

在本发明一优选实施例中，光波长转换材料包括红色光致发光荧光粉、橙色光致发光荧光粉、黄色光致发光荧光粉、绿色光致发光荧光粉、或其组合。

在本发明一优选实施例中，白光发光二极管的发光色温范围介于2,000K至10,000K之间。

在本发明一优选实施例中，白光发光二极管的发光色度坐标点位于色度坐标图的黑体辐射线周围。

在本发明一优选实施例中，红光发光二极管与白光发光二极管呈交错设置。

在本发明一优选实施例中，红光发光二极管设置于所述白光发光二极管的至少一侧。

本发明还提供所述发光二极管灯具应用于植物生长的用途。

为达上述目的，本发明还提供一种发光二极管单元，包括一基板、一红光发光二极管以及一白光发光二极管。红光发光二极管设置于基板。白光发光二极管设置于基板，并与红光发光二极管相邻设置。其中，白光发光二极管的发光色度坐标点位于一色度坐标图的一黑体辐射线周围。

承上所述，依据本发明的发光二极管灯具及发光二极管单元，其利用红光发光二极管提供波长介于620nm至680nm的红光，并利用白光发光二极管本身所发出的光为连续性光谱，故可提供波长介于430nm至480nm的蓝光，上述两种波长范围皆利于植物进行光合作用，以加速植物生长。且使用红光发光二极管与白光发光二极管的混合色光，可解决公知技术使用红光发光二极管及蓝光发光二极管作为混合色光易有混光不均的情形，更可保留其他波长段的光线。

除此之外，分别驱动红光发光二极管及白光发光二极管，可令使用者必须靠近发光二极管灯具时，得以单独关闭红光发光二极管，减少红光对于人体的伤害。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的发光二极管灯具的示意图。

图2为图1所示的发光二极管灯具的上视图。

图3为图1所示的发光二极管灯具的侧视图。

图4为图1所示发光二极管灯具中的红光发光二极管的光谱分布图。

图5为图1所示发光二极管灯具中的白光发光二极管的光谱分布图。

图6为CIE-1931色度图的简单示意图。

图7为图1所示发光二极管灯具中白光发光二极管的内部结构示意图。

图8为图1所示发光二极管灯具中的红光发光二极管及白光发光二极管的混合光谱分布图。

图9A至图9C为依据本发明另一实施例的发光二极管灯具中的红光发光二极管及白光发光二极管的配置示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：发光二极管灯具

11：基板

12：红光发光二极管

13：白光发光二极管

131：蓝光发光二极管管芯

132：光波长转换材料

14：第一控制电路

15：第二控制电路

16：灯管

B：黑体辐射线

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依据本发明优选实施例的一种发光二极管灯具及发光二极管单元，其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。

图1为依据本发明一实施例的发光二极管灯具的示意图，图2为图1所示的发光二极管灯具的上视图，图3为图1所示的发光二极管灯具的侧视图，请同时参考图1至图3所示。本发明一实施例的发光二极管灯具1，包括一基板11、多个红光发光二极管12、多个白光发光二极管13、一第一控制电路14以及一第二控制电路15。其中，红光发光二极管12与白光发光二极管13皆设置于基板11，第一控制电路14耦接并驱动红光发光二极管12，第二控制电路15耦接并驱动白光发光二极管13。总的来说，红光发光二极管12与白光发光二极管13设置于基板11上，于本实施例中，第一控制电路14与第二控制电路15同样设置于基板11上，其整体装设于灯管16中。

进一步说明，第一控制电路14可单独驱动并控制红光发光二极管12，使红光发光二极管12发出红光，优选地，发出波长范围介于620nm至680nm之间的红色光，如图4所示，图4为图1所示发光二极管灯具中的红光发光二极管的光谱分布图，其中X轴表示光线的波长(nm)，Y轴表示光强度(W/nm)。另外，第二控制电路15可单独驱动并控制白光发光二极管13发出白光，优选地，所发出的白光波长范围介于350nm至850nm之间，如图5所示，图5为图1所示发光二极管灯具中的白光发光二极管的光谱分布图。色温范围介于2,000K至10,000K之间，且色度坐标点位于色度坐标图(如图6所示)的黑体辐射线B周围。

图6为CIE-1931色度图的简单示意图，本发明所述色度坐标图是指CIE-1931色度图，即国际照明学会(简称CIE)为统一全球色彩标示，于1931年所设计的一虚拟的三次元色彩坐标，为具有马蹄形的CIE-1931色度图。而色温以绝对温度K来表示，即把标准黑体加热，温度升高到一定程度时标准黑体的颜色开始从深红、浅红、橙黄、白、蓝依序逐渐改变，并于CIE-1931色度图上形成一轨迹，称为黑体轨迹(或称普朗克轨迹)，此轨迹即为本案所述黑体辐射线B。而对于色温的定义是，当某光源与标准黑体于某一绝对温度的颜色相同时，便将该绝对温度定义为该光源的色温。因此，本实施例的白光发光二极管13所发出的白光便是于CIE-1931色度图的黑体辐射线B附近，而色温范围介于2,000K至10,000K之间的白光。

一般而言，白光发光二极管13所散发出的光为连续性光谱，故包含有蓝光。其中，本发明一实施例的白光发光二极管13还包括至少一蓝光发光二极管管芯131以及至少一光波长转换材料132，如图7所示，图7为图1所示发光二极管灯具中的白光发光二极管的内部结构示意图。本实施例的白光发光二极管13具有蓝光发光二极管管芯131，故可发出波长范围介于430nm至480nm之间的蓝光。另外，还具有光波长转换材料132，其包括红色光致发光荧光粉、橙色光致发光荧光粉、黄色光致发光荧光粉、绿色光致发光荧光粉、或其组合。故光波长转换材料132通过吸收蓝光发光二极管管芯131所发出的光线后再发光，使白光发光二极管13放出连续性的混合白光，即图5所示的480nm至730nm之间的连续曲线。

另外，第一控制电路14与第二控制电路15可同时驱动红光发光二极管12及白光发光二极管13，使红光发光二极管12与白光发光二极管13可同时发光，因此，发光二极管灯具1可发出红光及白光的混合色光，形成一混合光谱，如图8所示，图8为图1所示的红光发光二极管及白光发光二极管的混合光谱分布图。其中，混合光谱的红光及蓝光的色谱比例介于7:1至12:1之间，所谓色谱比例即为光强度的比例，即于混合光谱分布图中所测得的红光光强度为蓝光光强度的7至12倍。因此，本实施例的发光二极管灯具1可加强430nm至480nm的蓝光与620nm至680nm的红光，本实施例是以应用于植物生长为例，故以下以发光二极管灯具1应用于植物生长进行说明，而本发明不以此为限。

增强植物进行光合作用的效率，以加速植物的生长。而由此方式形成的混合色光的光谱较单纯，集中于430nm至480nm与620nm至680nm两侧，与传统的白炽灯相较之下，传统的白炽灯必须提供更高的电能，加强白炽灯的光强度，才可能达到等同于本案的蓝光与红光强度的效果，故本发明的发光二极管灯具1更具有节能的功效。

另外，亦可通过控制红光发光二极管12与白光发光二极管13的消耗功率，达到调整蓝光及红光混合比例的功效。详言之，控制红光发光二极管12与白光发光二极管13同时发光所消耗的功率，分别将其消耗功率控制于比例介于2:1至3:1之间。于本实施例中，使用24个白光发光二极管13与51个红光发光二极管12以达到混合光谱的红光及蓝光的色谱比例介于7:1至12:1之间，以及红光发光二极管12与白光发光二极管13消耗功率控制于2:1至3:1之间。需注明的是，图4为仅驱动红光发光二极管12所测得的光谱图，图5为仅驱动白光发光二极管13的光谱图，而图8则为同时驱动红光发光二极管12与白光发光二极管13的光谱图。

另外，更可依据所欲栽种的植物种类，决定红光发光二极管12与白光发光二极管13的比例，以调整红光及蓝光的色谱比例于一适当的范围。举例而言，蓝光有助于植物叶片的生长，而红光有助于植物的开花结果，故若以取得植物的叶片为目的，则可增加白光发光二极管13的比例，而若是以植物的开花或结果为目的，则可增加红光发光二极管12的比例。另由图7可知，本实施例的发光二极管灯具1所形成的混合光谱同时保留了480nm至620nm波长范围的混合光，避免公知技术仅使用全红光、全蓝光、或部分红光/蓝光混合的形式，而减少了其他波长光照的效果。

除此之外，本发明以第一控制电路14控制红光发光二极管12的启动与关闭的时程，另以第二控制电路15控制白光发光二极管13启动与关闭的时程，以两个控制电路单元分别各自地调控红光发光二极管12与白光发光二极管13的开关，令使用者需靠近栽培装置时，例如施肥或采收，可单独关闭红光发光二极管12所发出的红光，可减少对于使用者的不适及伤害。

再次参考图1及图2所示，于本实施例中，红光发光二极管12设置于白光发光二极管13的至少一侧，即白光发光二极管13两侧之中的任一侧设置有红光发光二极管12，且红光发光二极管12与白光发光二极管13于基板11上呈交错设置。当然，本发明不以此配置方式为限，仅需大致均匀的排列，使红光及白光的混合色光不致有不均匀的情形。图9A至图9C为依据本发明另一实施例的发光二极管灯具中红光发光二极管及白光发光二极管的配置示意图，请参考图9A至图9C所示。举例而言，如图9A所示，红光发光二极管12设置于白光发光二极管13的一侧，未交错设置，而红光发光二极管12与白光发光二极管13为均匀的配置，故仍可形成均匀的混合色光。或如图9B及图9C所示，红光发光二极管12与白光发光二极管13于基板11上交错设置，只要其交错的方式不会特定集中红光发光二极管12或白光发光二极管13，亦可达到均匀混合色光的功效。

另外，本发明还提供一种发光二极管单元，包括一基板、一红光发光二极管以及一白光发光二极管。红光发光二极管设置于基板。白光发光二极管设置于基板，并与红光发光二极管相邻设置。其中，白光发光二极管的发光色度坐标点位于一色度座坐标的一黑体辐射线周围。其红光发光二极管与白光发光二极管的设置方式及特性已详述于前，于此不加赘述。

综上所述，依据本发明的发光二极管灯具及发光二极管单元，其利用红光发光二极管提供波长介于620nm至680nm的红光，并利用白光发光二极管本身所发出的光为连续性光谱，故可提供波长介于430nm至480nm的蓝光，上述两种波长范围皆利于植物进行光合作用，以加速植物生长。且使用红光发光二极管与白光发光二极管的混合色光，可解决公知技术使用红光发光二极管及蓝光发光二极管作为混合色光易有混光不均的情形，更可保留其他波长段的光线。

除此之外，分别驱动红光发光二极管及白光发光二极管，可令使用者必须靠近发光二极管灯具时，得以单独关闭红光发光二极管，减少红光对于人体的伤害。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求的范围中。

Claims (15)

1.一种发光二极管灯具，包括：

一基板；

多个红光发光二极管，设置于该基板；

多个白光发光二极管，设置于该基板；

一第一控制电路，耦接并驱动所述红光发光二极管；以及

一第二控制电路，耦接并驱动所述白光发光二极管。

2.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中该第一控制电路及该第二控制电路同时驱动所述红光发光二极管及所述白光发光二极管。

3.如权利要求2所述的发光二极管灯具，其中所述红光发光二极管与所述白光发光二极管同时发光形成一混合光谱，该混合光谱的红光及蓝光的色谱比例介于7:1至12:1之间。

4.如权利要求2所述的发光二极管灯具，其中所述红光发光二极管与所述白光发光二极管同时发光所消耗的功率比例介于2:1至3:1之间。

5.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述红光发光二极管的发光波长范围介于620nm至680nm之间。

6.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述白光发光二极管的发光波长范围介于350nm至850nm之间。

7.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述白光发光二极管包括：

至少一蓝光发光二极管管芯；以及

至少一光波长转换材料，吸收该蓝光发光二极管管芯发出的光线后再发光。

8.如权利要求7所述的发光二极管灯具，其中该蓝光发光二极管管芯的发光波长范围介于430nm至480nm之间。

9.如权利要求7所述的发光二极管灯具，其中该光波长转换材料包括红色光致发光荧光粉、橙色光致发光荧光粉、黄色光致发光荧光粉、绿色光致发光荧光粉、或其组合。

10.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述白光发光二极管的发光色温范围介于2,000K至10,000K之间。

11.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述白光发光二极管的发光色度坐标点位于色度坐标图的黑体辐射线周围。

12.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述红光发光二极管与所述白光发光二极管呈交错设置。

13.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其中所述红光发光二极管设置于所述白光发光二极管的至少一侧。

14.如前述任一项权利要求所述的发光二极管灯具应用于植物生长的用途。

15.一种发光二极管单元，包括：

一基板；

一红光发光二极管，设置于该基板；以及

一白光发光二极管，设置于该基板，并与该红光发光二极管相邻设置；

其中，该白光发光二极管的发光色度坐标点位于一色度坐标图的一黑体辐射线周围。