TW201433736A - 發光二極體燈具及發光二極體單元 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體燈具，包括一基板、複數個紅光發光二極體、複數個白光發光二極體、一第一控制電路以及一第二控制電路。該些紅光發光二極體及該些白光發光二極體設置於基板。第一控制電路耦接並驅動該些紅光發光二極體。第二控制電路耦接並驅動該些白光發光二極體。本發明另揭露一種發光二極體單元。

Description

發光二極體燈具及發光二極體單元

本發明係關於一種發光二極體燈具。

發光二極體（Light Emitting Diode，LED）是一種半導體元件，於初發展時，常作為指示燈或用於顯示板，然，隨著發光二極體的發展，及其效率高、節能及壽命長等優點，目前更作為各個領域的照明之用。舉例而言，一般日常生活的照明設備或展場的展示照明等。而藉由發光二極體所使用的材料不同便可製造出不同波長的發光二極體，故發光二極體更被應用於醫療領域的光療法，以及溫室植物的特殊照明。

雖然目前仍是使用白熾燈作為溫室植物照明用光源，但已有部分改用發光二極體（Light Emitting Diode，LED）作為照明用光源。這是由於不同材料所製成的發光二極體，可發出不同波長的光線，而植物行光合作用是受到光譜的影響。例如光譜範圍在280nm～315nm時，對植物形態與生理過程的影響極小，但此範圍約略為紫外光，對於植物生長環境的除蟲、殺菌有其效果。光譜範圍在315～400nm時，葉綠素吸收少，影響光週期效應，阻止莖伸長。光譜範圍在400~520nm時，約為肉眼可視之藍光，葉綠素與類胡蘿蔔素吸收比例最大，對光合作用影響最大。光譜範圍在520～610nm時，約為綠光，此時色素的吸收率不高。光譜範圍在610～720nm時，約為紅光，葉綠素吸收率低，對光合作用與光週期效應（Photoperiodism effect）有顯著影響。光譜範圍在720～1,000nm時，吸收率低但能刺激細胞生長，間接影響開花與種子發芽。光譜範圍大於1,000nm，轉換成熱能。前述光週期效應是指植物感受晝夜照光變化（通常是環境的明暗變化）或每日特定照光時間等因素，而對應觸發例如開花等生理反應之自然現象。

由此可知，不同波長的光線對於植物行光合作用的影響是不同的，而植物行光合作用所需的是波長介於400～720nm的光線，其中尤以400～520nm的藍光與610～720nm的紅光對於光合作用具有最顯著之影響。一般的白熾燈所發出的光線為連續光譜，無法分別加強400～520nm的藍光與610～720nm紅光的強度。

而目前現有的發光二極體作為植物照明係設計成全紅光、全藍光、或部分紅/藍光混合型式，以期滿足不同植物生長所需之不同波長光譜之吸收。然而，傳統紅藍組合的發光二極體，主要是於單一燈管內設置複數紅光發光二極體及藍光發光二極體，以同時發出紅色與藍色的混光，但易有混光不均的情形發生，且藍光及紅光更易造成人眼觀察時的不適，長期處於此環境對耕作者身體有不利影響。除此之外，紅光及藍光以外其他波長之光照亦有其特殊效果，例如紫外光的除蟲作用。

因此，如何提供一種發光二極體燈具及發光二極體單元，除了可加強藍光與紅光的波長範圍，更可同時提供其他波長之光線，且改變習知技術使用全紅光、全藍光、或部分紅光/藍光混合的型式，以降低藍光及紅光對人體造成不利影響的情形，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種發光二極體燈具及發光二極體單元，除了可加強藍光與紅光，更可同時提供其他波長之光線，且改變習知技術係使用全紅光、全藍光、或部分紅光/藍光混合的型式，以降低藍光及紅光對人體造成不利影響的情形。

為達上述目的，依據本發明之一種發光二極體燈具，包括一基板、複數個紅光發光二極體、複數個白光發光二極體、一第一控制電路以及一第二控制電路。紅光發光二極體及白光發光二極體設置於基板。第一控制電路耦接並驅動紅光發光二極體。第二控制電路耦接並驅動白光發光二極體。

在本發明一較佳實施例中，第一控制電路及第二控制電路是同時驅動紅光發光二極體及白光發光二極體。

在本發明一較佳實施例中，紅光發光二極體與白光發光二極體同時發光形成一混合光譜，混合光譜的紅光及藍光的色譜比例是介於7:1至12:1之間。

在本發明一較佳實施例中，紅光發光二極體與白光發光二極體同時發光所消耗的功率比例是介於2:1至3:1之間。

在本發明一較佳實施例中，紅光發光二極體的發光波長範圍介於620nm至680nm之間。

在本發明一較佳實施例中，白光發光二極體的發光波長範圍介於350nm至850nm之間。

在本發明一較佳實施例中，白光發光二極體包括至少一藍光發光二極體晶粒以及至少一光波長轉換材料。光波長轉換材料吸收藍光發光二極體晶粒發出的光線後再放光。

在本發明一較佳實施例中，藍光發光二極體晶粒的發光波長範圍介於430nm至480nm之間。

在本發明一較佳實施例中，光波長轉換材料包括紅光光激發螢光粉、橘黃光光激發螢光粉、黃光光激發螢光粉、綠光光激發螢光粉、或其組合。

在本發明一較佳實施例中，白光發光二極體的發光色溫範圍介於2,000K至10,000K之間。

在本發明一較佳實施例中，白光發光二極體的發光色度座標點位於色度座標圖的黑體輻射線周圍。

在本發明一較佳實施例中，紅光發光二極體與白光發光二極體呈交錯設置。

在本發明一較佳實施例中，紅光發光二極體設置於該些白光發光二極體的至少一側。

在本發明一較佳實施例中，其中發光二極體燈具是應用於植物生長。

為達上述目的，本發明更提供一種發光二極體單元，包括一基板、一紅光發光二極體以及一白光發光二極體。紅光發光二極體設置於基板。白光發光二極體設置於基板，並鄰設於紅光發光二極體。其中，白光發光二極體的發光色度座標點位於一色度座標圖之一黑體輻射線周圍。

承上所述，依據本發明之發光二極體燈具及發光二極體單元，其利用紅光發光二極體提供波長介於620nm至680nm的紅光，並利用白光發光二極體本身所發出的光為連續性光譜，故可提供波長介於430nm至480nm的藍光，上述兩種波長範圍皆利於植物行使光合作用，以加速植物生長。且使用紅光發光二極體與白光發光二極體的混合色光，可解決習知技術使用紅光發光二極體及藍光發光二極體作為混合色光易有混光不均的情形，更可保留其他波長段的光線。

除此之外，分別驅動紅光發光二極體及白光發光二極體，可令使用者必須靠近發光二極體燈具時，得單獨關閉紅光發光二極體，減少紅光對於人體的傷害。

1．．．發光二極體燈具

11．．．基板

12．．．紅光發光二極體

13．．．白光發光二極體

131．．．藍光發光二極體晶粒

132．．．光波長轉換材料

14．．．第一控制電路

15．．．第二控制電路

16．．．燈管

B．．．黑體輻射線

圖1為依據本發明一實施例之發光二極體燈具的示意圖。
圖2為圖1所示之發光二極體燈具的上視圖。
圖3為圖1所示之發光二極體燈具的側視圖。
圖4為圖1所示之紅光發光二極體的光譜分佈圖。
圖5為圖1所示之白光發光二極體的光譜分佈圖。
圖6為CIE-1931色度圖的簡單示意圖。
圖7為圖1所示之白光發光二極體的內部結構示意圖。
圖8為圖1所示之紅光發光二極體及白光發光二極體的混合光譜分佈圖。
圖9A至圖9C為依據本發明另一實施例之紅光發光二極體及白光發光二極體的配置示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種發光二極體燈具及發光二極體單元，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為依據本發明一實施例之發光二極體燈具的示意圖，圖2為圖1所示之發光二極體燈具的上視圖，圖3為圖1所示之發光二極體燈具的側視圖，請同時參考圖1至圖3所示。本發明一實施例之發光二極體燈具1，包括一基板11、複數個紅光發光二極體12、複數個白光發光二極體13、一第一控制電路14以及一第二控制電路15。其中，紅光發光二極體12與白光發光二極體13皆設置於基板11，第一控制電路14，耦接並驅動紅光發光二極體12，第二控制電路15耦接並驅動白光發光二極體13。總的來說，紅光發光二極體12與白光發光二極體13設置於基板11上，於本實施例中，第一控制電路14與第二控制電路15同樣設置於基板11上，其整體裝設於燈管16中。

進一步說明，第一控制電路14可單獨驅動並控制紅光發光二極體12，使紅光發光二極體12發出紅光，較佳的，發出波長範圍介於620nm至680nm之間的紅色色光，如圖4所示，圖4為圖1所示之紅光發光二極體的光譜分佈圖，其中X軸表示光線之波長（nm），Y軸表示光強度（W/nm）。另外，第二控制電路15可單獨驅動並控制白光發光二極體13發出白光，較佳的，所發出的白光波長範圍介於350nm至850nm之間，如圖5所示，圖5為圖1所示之白光發光二極體的光譜分佈圖。色溫範圍介於2,000K至10,000K之間，且色度座標點位於色度座標圖（如圖6所示）的黑體輻射線B周圍。

圖6為CIE-1931色度圖的簡單示意圖，本發明所述之色度座標圖係指CIE-1931色度圖，即國際照明學會（簡稱CIE）為統一全球色彩標示，於1931年所設計之一虛擬的三次元色彩座標，為具有馬蹄形的CIE-1931色度圖。而色溫以絕對溫度K來表示，即把標準黑體加熱，溫度升高到一定程度時標準黑體的顏色開始從深紅、淺紅、橙黃、白、藍依序逐漸改變，並於CIE-1931色度圖上形成一軌跡，稱為黑體軌跡（或稱普朗克軌跡），此軌跡即為本案所述之黑體輻射線B。而對於色溫的定義是，當某光源與標準黑體於某一絕對溫度的顏色相同時，便將該絕對溫度定義為該光源的色溫。因此，本實施例之白光發光二極體13所發出之白光便是於CIE-1931色度圖的黑體輻射線B附近，而色溫範圍介於2,000K至10,000K之間的白光。

一般而言，白光發光二極體13所散發出的光係為連續性光譜，故包含有藍光。其中，本發明一實施例之白光發光二極體13更包括至少一藍光發光二極體晶粒131以及至少一光波長轉換材料132，如圖7所示，圖7為圖1所示之白光發光二極體的內部結構示意圖。本實施例之白光發光二極體13具有藍光發光二極體晶粒131，故可發出波長範圍介於430nm至480nm之間的藍光。另外，更具有光波長轉換材料132，其包括紅光光激發螢光粉、橘黃光光激發螢光粉、黃光光激發螢光粉、綠光光激發螢光粉、或其組合。故光波長轉換材料132藉由吸收藍光發光二極體晶粒131所發出的光線後再放光，使白光發光二極體13放出連續性的混合白光，即圖5所示之480nm至730nm之間的連續曲線。

另外，第一控制電路14與第二控制電路15可同時驅動紅光發光二極體12及白光發光二極體13，使紅光發光二極體12與白光發光二極體13可同時發光，因此，發光二極體燈具1可發出紅光及白光的混合色光，形成一混合光譜，如圖8所示，圖8為圖1所示之紅光發光二極體及白光發光二極體的混合光譜分佈圖。其中，混合光譜之紅光及藍光的色譜比例係介於7:1至12:1之間，所謂色譜比例即為光強度的比例，即於混合光譜分佈圖中所測得的紅光光強度為藍光光強度的7至12倍。因此，本實施例之發光二極體燈具1可加強430nm至480nm的藍光與620nm至680nm的紅光，本實施例是以應用於植物生長為例，故以下以發光二極體燈具1應用於植物生長說明之，而本發明不以此為限。

增強植物進行光合作用的效率，以加速植物的生長。而由此方式形成之混合色光的光譜較單純，集中於430nm至480nm與620nm至680nm二側，與傳統的白熾燈相較之下，傳統的白熾燈必須提供更高的電能，加強白熾燈的光強度，才可能達到等同於本案之藍光與紅光強度的效果，故本發明之發光二極體燈具1更具有節能之功效。

另外，亦可藉由控制紅光發光二極體12與白光發光二極體13的消耗功率，達到調整藍光及紅光混合比例的功效。詳言之，控制紅光發光二極體12與白光發光二極體13同時發光所消耗的功率，分別將其消耗功率控制於比例是介於2:1至3:1之間。於本實施例中，使用24個白光發光二極體13與51個紅光發光二極體12以達到混合光譜之紅光及藍光的色譜比例係介於7:1至12:1之間，以及紅光發光二極體12與白光發光二極體13消耗功率控制於2:1至3:1之間。需註明的是，圖4為僅驅動紅光發光二極體12所測得的光譜圖，圖5為僅驅動白光發光二極體13的光譜圖，而圖8則為同時驅動紅光發光二極體12與白光發光二極體13的光譜圖。

另外，更可依據所欲栽種的植物種類，決定紅光發光二極體12與白光發光二極體13的比例，以調整紅光及藍光的色譜比例於一適當之範圍。舉例而言，藍光有助於植物葉片的生長，而紅光有助於植物的開花結果，故若以取得植物的葉片為目的，則可增加白光發光二極體13的比例，而若是使植物的開花或結果為目的，則可增加紅光發光二極體12的比例。另由圖7可知，本實施例之發光二極體燈具1所形成之混合光譜同時保留了480nm至620nm波長範圍的混合光，避免習知技術僅使用全紅光、全藍光、或部分紅光/藍光混合的型式，而減少了其他波長光照的效果。

除此之外，本發明係以第一控制電路14控制紅光發光二極體12的啟動與關閉的時程，另以第二控制電路15控制白光發光二極體13啟動與關閉的時程，以二個控制電路單元分別各自的調控紅光發光二極體12與白光發光二極體13的開關，令使用者需靠近栽培裝置時，例如施肥或採收，可單獨關閉紅光發光二極體12所發出的紅光，可減少對於使用者的不適及傷害。

復參考圖1及圖2所示，於本實施例中，紅光發光二極體12設置於白光發光二極體13的至少一側，即白光發光二極體13二側之中的任一側設置有紅光發光二極體12，且紅光發光二極體12與白光發光二極體13於基板11上呈交錯設置。當然，本發明不以此配置方式為限，僅需大致均勻的排列，使紅光及白光的混合色光不致有不均勻的情形。圖9A至圖9C為依據本發明另一實施例之紅光發光二極體及白光發光二極體的配置示意圖，請參考圖9A至圖9C所示。舉例而言，如圖9A所示，紅光發光二極體12設置於白光發光二極體13的一側，未交錯設置，而紅光發光二極體12與白光發光二極體13為均勻的配置，故仍可形成均勻的混合色光。或如圖9B及圖9C所示，紅光發光二極體12與白光發光二極體13於基板11上交錯設置，只要其交錯的方式不會特定集中紅光發光二極體12或白光發光二極體13，亦可達到均勻混合色光之功效。

另外，本發明另提供一種發光二極體單元，包括一基板、一紅光發光二極體以及一白光發光二極體。紅光發光二極體設置於基板。白光發光二極體設置於基板，並鄰設於紅光發光二極體。其中，白光發光二極體的發光色度座標點位於一色度座標圖之一黑體輻射線周圍。其紅光發光二極體與白光發光二極體的設置方式及特性已詳述於前，於此不加贅述。

綜上所述，依據本發明之發光二極體燈具及發光二極體單元，其利用紅光發光二極體提供波長介於620nm至680nm的紅光，並利用白光發光二極體本身所發出的光為連續性光譜，故可提供波長介於430nm至480nm的藍光，上述兩種波長範圍皆利於植物行使光合作用，以加速植物生長。且使用紅光發光二極體與白光發光二極體的混合色光，可解決習知技術使用紅光發光二極體及藍光發光二極體作為混合色光易有混光不均的情形，更可保留其他波長段的光線。

除此之外，分別驅動紅光發光二極體及白光發光二極體，可令使用者必須靠近發光二極體燈具時，得單獨關閉紅光發光二極體，減少紅光對於人體的傷害。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．發光二極體燈具

11．．．基板

12．．．紅光發光二極體

13．．．白光發光二極體

14．．．第一控制電路

15．．．第二控制電路

16．．．燈管

Claims (15)

1. 一種發光二極體燈具，包括：
   一基板；
   複數個紅光發光二極體，設置於該基板；
   複數個白光發光二極體，設置於該基板；
   一第一控制電路，耦接並驅動該些紅光發光二極體；以及
   一第二控制電路，耦接並驅動該些白光發光二極體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該第一控制電路及該第二控制電路是同時驅動該些紅光發光二極體及該些白光發光二極體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈具，其中該些紅光發光二極體與該些白光發光二極體同時發光形成一混合光譜，該混合光譜的紅光及藍光的色譜比例是介於7:1至12:1之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈具，其中該些紅光發光二極體與該些白光發光二極體同時發光所消耗的功率比例是介於2:1至3:1之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些紅光發光二極體的發光波長範圍介於620nm至680nm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些白光發光二極體的發光波長範圍介於350nm至850nm之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該白光發光二極體包括：
   至少一藍光發光二極體晶粒；以及
   至少一光波長轉換材料，吸收該藍光發光二極體晶粒發出的光線後再放光。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體燈具，其中該藍光發光二極體晶粒的發光波長範圍介於430nm至480nm之間。
9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體燈具，其中該光波長轉換材料包括紅光光激發螢光粉、橘黃光光激發螢光粉、黃光光激發螢光粉、綠光光激發螢光粉、或其組合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些白光發光二極體的發光色溫範圍介於2,000K至10,000K之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些白光發光二極體的發光色度座標點位於色度座標圖的黑體輻射線周圍。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些紅光發光二極體與該些白光發光二極體呈交錯設置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該些紅光發光二極體設置於該些白光發光二極體的至少一側。
14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，是應用於植物生長。
15. 一種發光二極體單元，包括：
    一基板；
    一紅光發光二極體，設置於該基板；以及
    一白光發光二極體，設置於該基板，並鄰設於該紅光發光二極體；
    其中，該白光發光二極體的發光色度座標點位於一色度座標圖之一黑體輻射線周圍。