TWI413536B - 光觸媒燈具 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種發光二極體燈具，特別是關於一種散熱片上塗覆有光觸媒材料之發光二極體燈具。
全球經工業化後，人們的生活水準雖獲得改善，但是伴隨而來的卻是環境污染，而光觸媒技術就在這樣的時空背景下應運而生。例如，在空氣污染方面，光觸媒材料能有效處理如氧化氮(NOx)、氧化硫(SOx)等污染物質。此外，由於光觸媒材料在反應中僅扮演催化角色，本身並不會消耗掉，又沒有不良副作用，因此成為防治空氣污染的利器。
光觸媒反應係藉由紫外光或陽光照射，使光觸媒材料表面的電子吸收足夠能量而脫離，而在電子脫離的位置形成帶正電的電洞，而電洞會將附近水分子游離出的氫氧基(OH-)氧化，亦即電洞會奪取其電子，使其成為活性極大的氫氧自由基(OH radical)；氫氧自由基一旦遇上有機物質便會將電子奪回，使得有機物質因鍵結潰散而分崩離析。一般的污染物或病源體多半是碳水化合物，分解後大部分會變成無害的水及二氧化碳，因此可以達到除污及滅菌的目的。
為了改善室內空氣品質，於是有人將光觸媒材料應用於空氣
濾淨器，如日本專利案JP2003093486A中揭示一空氣濾淨器，其為典型地利用風扇將外界空氣帶入本體，再由紫外光照射而催化光觸媒材料，使其產生淨化空氣的功效。然由於空氣濾淨器係獨立設置，因而在使用上有佔空間的問題。
亦有人嘗試將光觸媒材料與照明光源結合，期能解決上述問題。如日本專利案JP2004209359A所揭示，其在照明光源之燈罩部分塗覆一層光觸媒材料，藉此達成淨化空氣與節省空間的功效。然由於光觸媒材料之催化反應主要在其塗覆表面處發生，而僅藉由自然對流之空氣循環則顯然會導致淨化空氣之效率不彰的問題。
此外，如歐洲專利案EP1870114A1所揭示，有人將光觸媒材料塗布於吊扇燈具之上，嘗試將吊扇、燈具及光觸媒材料結合使其兼具室內散熱、照明與淨化空氣的效果，並利用吊扇之強制對流而增加光觸媒材料淨化空氣之效率。然而，使用者為因應氣候變化，常僅使用該發明之照明功能，並不一併使用吊扇，是故無法發揮強制對流的功效，而使該光觸媒吊扇燈具顯然無法適用於各種使用狀況。
為解決上述問題，本發明之目的為提供一種光觸媒燈具，藉以達到淨化空氣與節省空間之效，且藉由光觸媒燈具內部之風扇模組，而使光觸媒材料淨化空氣之效率提升。
為了達成上述目的，本發明提供一種光觸媒燈具，該光觸媒燈具包括一第一電性基板、多個第一發光二極體及一散熱裝
置，該些第一發光二極體可發出可見光且其配置於該第一電性基板上，而該第一電性基板配置於該散熱裝置下方，該散熱裝置則包括有多個散熱片，且散熱裝置與第一電性基板之中央分別具有一第一孔洞與一第二孔洞，且兩孔洞之位置相互對應；其特徵在於，該光觸媒燈具更包括一第二電性基板、多個第二發光二極體及光觸媒材料，該光觸媒材料是塗布於該些散熱片之上，該第二發光二極體是配置於該第二電性基板之上，且該第二發光二極體可發出紫外光而催化該光觸媒材料。
於上述光觸媒燈具之中，該散熱裝置更包括一風扇模組，該風散模組配置於散熱裝置之第一孔洞位置。
於上述光觸媒燈具之中，該光觸媒材料例如是二氧化鈦或二氧化鈦與鉑之混合物。
於上述光觸媒燈具之中，該些第二發光二極體所發出的紫外光波長範圍介於300-400nm，較佳波長範圍則介於360-390nm。在上述光觸媒燈具之中，該風扇模組為直下式風扇模組或側排風式風扇模組。
在上述光觸媒燈具之中，第二發光二極體例如是可撓性印刷電路板且其是環狀配置於該些散熱片整體的內緣或該些散熱片整體的外圍，且第二發光二極體面向該些散熱片。
在上述光觸媒燈具之中，更包括有一導流保護上蓋，該導流保護上蓋之中央為一圓形中空且其配置於散熱裝置之上，此
外，第二電性基板是環狀配置於導流保護上蓋之下表面，且第二發光二極體面向該些散熱片。
在上述光觸媒燈具之中，該些散熱片是平板型鰭片，且該些散熱片是以輻射狀、矩陣排列或不規則狀排列而配置於該第一孔洞外圍。
在上述光觸媒燈具之中，該些散熱片是針狀鰭片，且該些散熱片之橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
綜上所述，由於本發明的光觸媒燈具為光觸媒材料與燈具之結合，而非如一般空氣清淨器需獨立設置，因而可節省空間。再者，由於第二發光二極體可發出紫外光而催化光觸媒材料，故可分解空氣中的有機物質或病源體。此外，光觸媒材料是塗布於散熱片之上，而可利用發光二極體產生的廢熱提高光觸媒材料分解有機物質的反應速率。另外，藉由風扇模組的強制對流效果，可令光觸媒燈具淨化空氣之效率提昇。是故，本發明之光觸媒燈具可兼具室內照明、淨化空氣及節省空間等功效。
為讓本發明之上述目的、特徵和優點更能明顯易懂，下文將以實施例並配合所附圖示，作詳細說明如下。
1、2、3、4、5、6、7‧‧‧光觸媒燈具
10‧‧‧保護罩
110‧‧‧第三孔洞
20‧‧‧反射環圈組
201‧‧‧外反射環圈
202‧‧‧內反射環圈
30‧‧‧第一電性基板
310‧‧‧第二孔洞
40‧‧‧第一發光二極體
50、50’‧‧‧散熱裝置
501‧‧‧風扇模組
502‧‧‧散熱片
510‧‧‧第一孔洞
520‧‧‧氣流
60、60’、60”‧‧‧第二電性基板
70、70’、70”‧‧‧第二發光二極體
80‧‧‧上外殼
801‧‧‧圓形中空
802‧‧‧弧形開孔
803‧‧‧殼體
90‧‧‧功率積體電路
100‧‧‧導流保護上蓋
105‧‧‧圓形中空
圖1所繪示為本發明之光觸媒燈具之第一實施例的爆炸圖。
圖2所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第一實施例的組合圖。
圖2a-圖2h所繪示為散熱裝置之散熱片的數種配置態樣。
圖3所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第二實施例的組合圖。
圖4所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第三實施例的組合圖。
圖5所繪示為第三實施例之第二電性基板配置圖。
圖6所繪示為光觸媒燈具之第四實施例的爆炸圖。
圖7為本發明之光觸媒燈具之第五實施例的組合圖。
圖8為第五實施例之散熱裝置的另一實施態樣。
圖9所繪示為使用側排風式風扇模組之光觸媒燈具的氣流方向示意圖。
圖10所繪示為使用直下式風扇模組之光觸媒燈具的氣流方向示意圖。
請參閱圖1，圖1所繪示為本發明之光觸媒燈具之第一實施例的爆炸圖。該光觸媒燈具1包括有一保護罩10、一反射環圈組20、一第一電性基板30、多個第一發光二極體40、一散熱裝置50、一第二電性基板60、多個第二發光二極體70及一上外殼80。該保護罩10配置於第一電性基板30之下，而第一發光二極體40可發出可見光，且第一發光二極體40可為點狀配置或以圖1所示之長條狀結構配置於第一電性基板30之面向
保護罩10側。此外，散熱裝置50配置於第一電性基板30上方，而上外殼80則再配置於散熱裝置50上方。其中，散熱裝置50包括有一風扇模組501與多個散熱片502。再者，散熱裝置50、第一電性基板30及保護罩10之中央分別具有一第一孔洞510、第二孔洞310及第三孔洞110，且三孔洞之位置相互對應。另外，反射環圈組20包括有一外反射環圈201及一內反射環圈202，其中，外反射環圈201是配置於保護罩10外緣，內反射環圈202是配置於保護罩10之第三孔洞110內緣，而反射環圈組20與保護罩10之結合方式例如是藉由壓合或螺紋旋入之方式固定。此外，第一發光二極體40、散熱裝置50及上外殼80之間例如是藉由螺絲(未繪示)或其他鎖固元件而固定連結。
接著，請同時參考圖1及圖2，圖2所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第一實施例的組合圖。在光觸媒燈具1中，風扇模組501是配置於散熱裝置50之中央第一孔洞510位置，且該些散熱片502是以輻射狀配置於風扇模組501外圍。此外，光觸媒燈具1更可包括多個功率積體電路90，該些功率積體電路90配置於散熱片502之外緣，而每一功率積體電路90與兩相臨之功率積體電路90等距相隔，且功率積體電路90係藉由導線或其他連接器(Connector，未繪示)與第一電性基板30及第二電性基板60電性連接。再者，由於第一發光二極體40及第二發光二極體70之電性相同，因而可共用電源，亦即第一發光二極體40及第二發光二極體70皆分別藉由第一電
性基板30及第二電性基板60而與功率積體電路90電性連接。
此外，第二電性基板60為一可撓性印刷電路板而環狀配置於該些散熱片502整體之外圍，而第二發光二極體70配置於第二電性基板60上而面向該些散熱片502，且第二發光二極體70可發出紫外光。另外，該些散熱片502上塗布有光觸媒材料。換言之，光觸媒材料可藉由第二發光二極體70所發出之紫外光而催化分解空氣中的有機物質，達到淨化空氣之效。
如圖2所示，在本實施例中，該些散熱片502是平板型鰭片，並以輻射狀配置於風扇模組501外圍，然本領域具有通常知識者亦可如圖2a所示以另一輻射狀排列配置該些散熱片502，或如圖2b所示而以矩陣排列配置該些散熱片502，抑或如圖2c所示而採不規則排列配置該些散熱片502。另外，本領域具有通常知識者也可依需求而如圖2d所示改用針狀鰭片之散熱片502並配置於風扇模組501外圍。再者，本發明之散熱裝置50之外觀並不限於圓形，本領域具有通常知識者亦可改用其他幾何形狀，例如圖2e-2g所示之矩形外觀或圖2h所示之不規則外觀。
再者，請參考圖3，圖3所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第二實施例的組合圖。第二實施例與第一實施例之構件與配置方式有雷同之處，於此不再贅述。不同的地方在於，在第二實施例之光觸媒燈具2中，第二電性基板60’是環狀配置於風扇模組501側邊與該些散熱片502整體的內緣之間，而第二發光二極體70’配置於第二電性基板60’上且面向該
些散熱片502。因此，塗布於散熱片502上的光觸媒材料可被第二發光二極體70’發出之紫外光催化而分解空氣中的有機物質，達到淨化空氣之效。
請參考圖4，圖4所繪示為尚未安裝上外殼之光觸媒燈具之第三實施例的組合圖。第三實施例與第一實施例之構件與配置方式有雷同之處，於此不再贅述。不同的地方在於，在第三實施例中，光觸媒燈具3更包括一導流保護上蓋100，該導流保護上蓋100之中央為一圓形中空105(如圖5所示)，且其位於風扇模組501之上。接著，請同時參考圖4及圖5，圖5所繪示為第三實施例之第二電性基板配置圖。其中，第二電性基板60”是環狀配置於該導流保護上蓋100之下表面，且第二發光二極體70”配置於第二電性基板60”上而面向該些散熱片502。因此，塗布於散熱片502上的光觸媒材料可被第二發光二極體70”發出之紫外光催化而分解空氣中的有機物質，達到淨化空氣之效。另外，在本實施例中，第二電性基板60”不限於使用可撓性印刷電路板，也可使用一般常見之玻璃纖維印刷電路板或導熱性較佳之氧化鋁陶瓷基板。
由上述光觸媒燈具之三個實施例可知，第二電性基板與第二發光二極體有三種配置方式，因此本領域具有通常知識者也可於光觸媒燈具上設置不只一組第二電性基板/第二發光二極體。請參考圖6，圖6所繪示為光觸媒燈具之第四實施例的爆炸圖。在第四實施例中，光觸媒燈具4結合以上三種第二
電性基板/第二發光二極體的配置方式，而設置了三個第二電性基板60、60’、60”與三組第二發光二極體70、70’、70”。因此，塗布於散熱片502上的光觸媒材料可被第二發光二極體70、70’、70”發出之紫外光催化而分解空氣中的有機物質，達到淨化空氣之效。
接著，請參考圖7，圖7為本發明之光觸媒燈具之第五實施例之組合圖。在光觸媒燈具5中，第二電性基板60環狀配置於該些散熱片502整體之外圍，其上配置有多個第二發光二極體70，且散熱裝置50’不包含有風扇模組501(請參閱圖6)。此時，散熱片502是以輻射狀配置於散熱裝置50’之第一孔洞510外圍。此外，上外殼80之頂部具有一圓形中空801，而上外殼80之側緣具有多個弧形開孔802，且弧形開孔802的數量對應於功率積體電路90之數量，同時，上外殼80之側緣的殼體803與功率積體電路90之位置互相對應。是故，外界空氣可經由上外殼80頂部之圓形中空801、側緣之弧形開孔802與散熱裝置50’之第一孔洞510而進行自然對流，並將自散熱片502逸散的廢熱除出於外界。
接著，請同時參考圖6與圖7。在第五實施例中，第二電性基板60雖是配置於該些散熱片502整體之外圍，然本領域具有通常知識者也可將第二電性基板60設置於其他位置，例如在散熱片整體之內緣環狀配置一第二電性基板60’，或於散熱裝置50’之上配置一導流保護上蓋100並在導流保護上蓋100之下表面環狀配置一第二電性基板60”，同時，在第二電
性基板60’、60”上配置多個第二發光二極體70’、70’’，使其可照射塗布於散熱片502上之光觸媒材料而產生淨化空氣之效。
在本實施例中，該些散熱片502雖是以輻射狀配置於第一孔洞510外圍，然本領域具有通常知識者也可改以矩陣排列或不規則狀排列方式而將散熱片502配置於第一孔洞510外圍，而獲致散熱之功效。此外，在本實施例中，該些散熱片502雖是平板型鰭片，然本領域具有通常知識者也可如圖8所示而改用針狀鰭片並將其配置於第一孔洞510之外圍。在圖8中，該些散熱片502之橫截面雖是圓形，然也可選擇使用橫截面為橢圓形、矩形或其他多邊形之針狀鰭片。除了用以散熱之外，使用針狀鰭片之另一優點在於，其可更有彈性地排列配置於散熱裝置50’之上，例如在圖8中，該些散熱片502是以輻射狀配置於第一孔洞510外圍，然本領域具有通常知識者亦可使用矩陣排列或其他不規則狀排列方式配置該些散熱片502。
此外，在光觸媒燈具之中，該風扇模組可為直下式風扇模組或側排風式風扇模組，兩者分別會產生不同的氣流路徑。請先參考圖9，圖9所繪示為使用側排風式風扇模組之光觸媒燈具的氣流方向示意圖。在光觸媒燈具6中，風扇模組501為一側排風式風扇模組。此時，氣流520由風扇模組501所處之散熱裝置50之第一孔洞510(請參閱圖6)進入，藉由風扇模組501作功而流經散熱片502之間的氣流路徑，同時帶走第一發
光二極體40(請參閱圖6)、第二發光二極體70所產生的熱能，最後由上外殼80頂部之圓形中空801及側緣之弧形開孔802逸散至外界環境。接著，請參考圖10，圖10所繪示為使用直下式風扇模組之光觸媒燈具的之氣流方向示意圖。在光觸媒燈具7中，風扇模組501為一直下式風扇模組。此時，氣流520主要由上外殼80側緣之弧形開孔802進入，而後流經散熱片502之間的氣流路徑，同時帶走第一發光二極體40(請參閱圖6)、第二發光二極體70所產生的熱能，並藉由風扇模組501作功而從上外殼80頂部之圓形中空801逸散至外界環境。
在上述光觸媒燈具6、7中，其並未安裝有導流保護上蓋100，然本領域具有通常知識者也可依需求而於風扇模組501之上裝設一導流保護上蓋100，除可進一步引導氣流520之外，還可達到保護光觸媒燈具6、7內部元件之效。
由於風扇模組501之裝設並搭配散熱片502、導流保護上蓋100的配置結構，可使光觸媒燈具達到較佳的強制對流，因此散熱效果可顯著提昇。再者，由於光觸媒材料之催化反應基本上僅在其塗布表面處發生，而強制對流的作用可加強空氣循環的效果，因此可使光觸媒材料淨化空氣之效率提昇。
在本發明之光觸媒燈具1~7中，光觸媒材料為二氧化鈦或二氧化鈦與鉑之混合物(Pt/TiO2)，其是利用溶液噴塗法或化學蒸鍍法而塗布於該些散熱片502之上。此外，第二發光二極體70、70’、70”發出之紫外光波長範圍介於300-400nm。由於二氧化鈦的能隙寬度為3.2電子伏特，其所
對應之波長約為387nm，因此第二發光二極體70、70’、70”發出之紫外光較佳波長範圍介於360-390nm。再者，第二發光二極體70、70’、70”之材質例如是銦氮化鎵、鋁氮化鎵或氮化鋁。另外，第一電性基板30可為一般常見之玻璃纖維印刷電路板或導熱性較佳之陶瓷基板，例如氧化鋁陶瓷基板。
在本發明中，光觸媒材料可為二氧化鈦與鉑之混合物。由於反應溫度的提昇有助於增加Pt/TiO2催化分解有機物質之轉化率。例如：當溫度由32℃提昇至90℃時，Pt/TiO2催化分解乙烯之轉化率由9%提昇至接近100%。此外，由於鉑本身為一種熱觸媒，故鉑除了可增進二氧化鈦的光催化反應之效能外，同時可以在提高反應溫度的情形下，利用鉑本身的熱觸媒特性而增加有機物質的分解度，亦即會有協同作用(Synergisticeffect)發生，對於反應速率的提昇有正面的助益。因此，在光觸媒燈具中，Pt/TiO2是被塗布於散熱片之上，而散熱片可用以傳導發光二極體所產生之廢熱，此時Pt/TiO2即可充分利用發光二極體所產生的熱能，而增進有機物質的分解速率。
另外，本發明之光觸媒燈具可應用於室內照明、室外照明及生醫環境等不同使用情形。在室內照明之使用情形中，光觸媒燈具可安裝於傳統燈具的安裝位置，如此即可兼具良好的照明效果與有效率地淨化空氣等優點。
綜上所述，由於本發明的光觸媒燈具為光觸媒材料與燈具之
結合，而非如一般空氣濾淨器需獨立設置，因而可節省空間。再者，由於第二發光二極體可發出紫外光而催化光觸媒材料，故可分解空氣中的有機物質或病源體。此外，光觸媒材料是塗布於散熱片之上，而可利用發光二極體產生的廢熱提高光觸媒材料分解有機物質的反應速率。另外，藉由風扇模組的強制對流效果，可令光觸媒材料淨化空氣之效率提昇。是故，本發明之光觸媒燈具可兼具良好的照明效果、較有效率地淨化空氣及節省空間等功效。
本發明以實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
4‧‧‧光觸媒燈具
10‧‧‧保護罩
110‧‧‧第三孔洞
20‧‧‧反射環圈組
201‧‧‧外反射環圈
202‧‧‧內反射環圈
30‧‧‧第一電性基板
310‧‧‧第二孔洞
40‧‧‧第一發光二極體
50‧‧‧散熱裝置
501‧‧‧風扇模組
502‧‧‧散熱片
510‧‧‧第一孔洞
60、60’、60”‧‧‧第二電性基板
70、70’、70”‧‧‧第二發光二極體
80‧‧‧上外殼
801‧‧‧圓形中空
802‧‧‧弧形開孔
803‧‧‧殼體
90‧‧‧功率積體電路
100‧‧‧導流保護上蓋
105‧‧‧圓形中空
Claims (18)
- 一種光觸媒燈具，該光觸媒燈具包括：一散熱裝置，該散熱裝置包括有多個散熱片，且該散熱裝置之中央具有一第一孔洞，該些散熱片配置於第一孔洞外圍；一第一電性基板，該第一電性基板配置於該散熱裝置下方，且該第一電性基板之中央具有一第二孔洞，該第二孔洞與第一孔洞相互對應；及多個第一發光二極體，該些第一發光二極體發出可見光且配置於該第一電性基板上，該些第一發光二極體設置在第一電性基板的與散熱裝置相反的一面，其產生的熱量藉由第一電性基板傳遞到散熱裝置；其特徵在於，該光觸媒燈具更包括：一第二電性基板，該第二電性基板為可撓性印刷電路板，其環狀配置與該些散熱片整體的內緣或者外圍；光觸媒材料，該光觸媒材料是塗布於該些散熱片之上；及多個第二發光二極體，該第二發光二極體是配置於該第二電性基板之上，該些第二發光二極體面向該些散熱片，且該第二發光二極體可發出紫外光而催化該光觸媒材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該散熱裝置更包括一風扇模組，該風散模組配置於散熱裝置之第一孔洞位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該光觸媒材 料為二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該光觸媒材料為二氧化鈦與鉑之混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該些第二發光二極體所發出的紫外光波長範圍介於300-400nm。
- 如申請專利範圍第5項所述之光觸媒燈具，其中該些第二發光二極體所發出的紫外光波長範圍介於360-390nm。
- 如申請專利範圍第2項所述之光觸媒燈具，其中該風扇模組為直下式風扇模組。
- 如申請專利範圍第2項所述之光觸媒燈具，其中該風扇模組為側排風式風扇模組。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光觸媒燈具，其中該光觸媒燈具更包括有一導流保護上蓋，該導流保護上蓋之中央為一圓形中空且其配置於散熱裝置之上，且導流保護上蓋之圓形中空與第一孔洞相互對應。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片是平板型鰭片。
- 如申請專利範圍第10項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片是以輻射狀或矩陣排列而配置於該第一孔洞外圍。
- 如申請專利範圍第2項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片是平板型鰭片。
- 如申請專利範圍第12項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片是以輻射狀或矩陣排列而配置於該風扇模組外圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片 是針狀鰭片。
- 如申請專利範圍第14項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片之橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
- 如申請專利範圍第2項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片是針狀鰭片。
- 如申請專利範圍第16項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片之橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
- 如申請專利範圍第17項所述之光觸媒燈具，其中該些散熱片配置於該風扇模組外圍。
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