TWI500381B - 可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構 - Google Patents

Description

可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構

本發明是有關於一種光源結構，特別是有關於一種可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構。

植物光合作用於可見光範圍內所吸收的光能占其生理輻射光能的60%至65%，而目前應用於植物生長之人工光源主要為450奈米波段之深藍光及660奈米波段之深紅光。其中，由於不同波段之光源對於植物之生長影響機制有所差異，因此於植物生長之各個階段中需要不同比例強度之紅光與藍光來作為所需之光源。

而目前比較常用之方式為直接陣列排列450奈米波段之藍光發光元件及660波段之紅光發光元件，藉由控制紅光發光元件及藍光發光元件之數量，藉以獲得所需之光源。而另一種方式則是藉由外部之電路分別控制紅光發光元件與藍光發光元件之光強度，此方式亦可獲得所需之光源。然而，此二種方式均需要各別控制藍光發光元件及紅光發光元件，將大幅度損耗電量。此外，由於藍光發光元件與紅光發光元件係直接陣列排列，所以將因為散射角之問題而使得色度無法均勻分布。

此外，另一種習知之方式為將藍光材料與紅光材料以摻雜方式整 合於薄膜元件中。然而如此之方式需要使用微量之摻雜製成，因而會限制發光元件之製作良率。並且，由於紅光材料與藍光材料係整合於同一元件中，因此使用者無法即時針對紅光與藍光之強度進行比例控制。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，藉由藍光元件搭配可更換式色轉換層之方式產生具有優異色度均勻性之雙波段光源，並且可快速且即時地於單一光源下控制藍光與紅光之強度比例。

緣是，為達上述目的，本發明提供一種可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，至少包含：藍光發光裝置，具有藍光元件及環繞該藍光元件之封裝層，且此藍光元件發射出波長介於430奈米至460奈米之間之藍光；透光基板，可拆式設置於藍光發光裝置上；以及色轉換層，位於透光基板上，且色轉換層與藍光元件各別位於封裝層相對之二側，而色轉換層轉換部分之藍光至波長介於640奈米至660奈米之間之紅光，其中此紅光與此藍光之光強度比例正相關於色轉換層之厚度。

因此，本發明之可調式雙波段光源結構之一特點在於，藉由透光基板可拆式設置於藍光發光裝置上，藉以可輕易更換不同厚度之色轉換層，進而可即時地於單一光源下控制藍光與紅光之強度比例。此外，本發明之可調式雙波段光源結構更可藉由色轉換層直接轉換部分之藍光至紅光，藉以不需驅動紅光元件，進而大幅度降低光源所需耗電量。並且，本發明之可調式雙波段光源結構藉 由色轉換層設置於藍光之行經路徑上，藉以提供優異之色度均勻性。

其中，藍光元件可為發射出波長介於430奈米至460奈米之間之發光二極體、有機發光二極體或其他之藍色光源。

其中，色轉換層包含封裝元件及色轉換元件，且色轉換層吸收波長介於430奈米至460奈米之間之藍光並且產生波長介於640奈米至660奈米之間之紅光，而色轉換元件可為無機螢光粉、有機螢光材料、有機磷光材料或其他適合之材料。

其中，色轉換層可利用印刷塗佈技術、旋轉塗佈技術或噴墨塗佈技術塗佈於該透光基板之一表面上。

其中，透光基板可為硬式透光基板或軟式透光基板。

其中，透光基板可為光學玻璃。

此外，本發明之可調式雙波段光源結構更可包含光源基板，且藍光元件與封裝層設置於光源基板上，藉以使得封裝層與光源基板共同密封藍光元件。

其中，光源基板可為玻璃基板或軟性基板。

其中，軟性基板可為塑膠基板或金屬薄片。

另外，本發明之可調式雙波段光源結構更可包含導光結構，此導光結構可設置於藍光元件或色轉換層上，藉以提升藍光元件或色轉換層之有效出光率。

綜上所述，依本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結 構，可具有一或多個下述優點：

(1)藉由透光基板可拆式設置於藍光發光裝置上，藉以可輕易更換不同厚度之色轉換層，進而可即時地於單一光源下控制藍光與紅光之強度比例。

(2)藉由色轉換層直接轉換部分之藍光至紅光，藉以不需驅動紅光元件，進而大幅度降低光源所需耗電量。

(3)藉由色轉換層設置於藍光之行經路徑上，藉以提供優異之色度均勻性。

(4)藉由藍光元件而非藍光元件與紅光元件之組合，藉以降低元件製作複雜度，進而提升元件製作良率，並且於不同光強度之情況下亦不會產生色度偏移之情況。

(5)藉由以塗佈之方式製作色轉換層，藉以可提供低製作成本及自動化快速生產之優勢，且可應用於大面積光源以及可撓曲式光源之製作，並可以大幅提升植物生長光源之均勻性。

100‧‧‧可調式雙波段光源結構

110‧‧‧光源基板

120‧‧‧藍光發光裝置

121‧‧‧藍光元件

122‧‧‧封裝層

130‧‧‧透光基板

140、140a、140b、140c‧‧‧色轉換層

141‧‧‧封裝元件

142‧‧‧色轉換元件

150‧‧‧導光結構

210、210a、210b、210c‧‧‧厚度

310‧‧‧藍光

320a、320b、320c‧‧‧紅光

第1圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之示意圖。

第2圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第一實施樣態示意圖。

第3圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第二實施樣態示意圖。

第4圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構 之第三實施樣態示意圖。

第5圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第一至第三實施樣態之紅/藍光光強度比較圖。

第6圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構於不同藍光光強度條件下之紅/藍光光強度比較圖。

請參閱第1圖，第1圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之示意圖。如第1圖所示，本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構100至少包含藍光發光裝置120、透光基板130以及色轉換層140。並且，色轉換層140位於透光基板130上，透光基板130可拆式設置於藍光發光裝置120上，藉以使得本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構100可更換不同厚度之色轉換層140，即可快速地於單一光源下控制藍光與紅光之間之光強度比例。

其中，藍光發光裝置120具有藍光元件121及環繞藍光元件121之封裝層122，藍光元件121可發射出波長約介於430奈米至460奈米之間之藍光。其中，藍光元件121可為任何能夠產生波長約介於430奈米至460奈之藍光之藍色光源。舉例而言，藍光元件121例如為可發射出波長約介於430奈米至460奈米之間之藍光之無機半導體之發光二極體(例如氮化鎵材料)或有機薄膜發光二極體元件。而環繞藍光元件121之封裝層122則可密封藍光元件121，藉以避免外部之水氣或灰塵進入藍光元件121中以保護藍光元件121。其中，封裝層122之材質可例如為銀膠或熱導係數較高之錫膏或 金錫焊料。

此外，透光基板130係可拆式設置於藍光發光裝置120上，使得使用者可依據植物於不同生長階段所需之光源色度，藉以簡易且快速地更換以調整紅光與藍光強度之比例。其中，透光基板130可例如為硬式透光基板或軟式透光基板。舉例而言，透光基板130可為光學玻璃或由其他可透光或透明之材質(例如樹脂)所製成。並且，透光基板130可依據使用者之需求而製造成平面狀、彎曲狀或任意形狀之透光基板130。

另外，色轉換層140位於透光基板130上，可藉由透光基板130可拆式設置於藍光發光裝置120上，藉以選擇性位於藍光元件121所發出之藍光之光行經路徑上。而當透光基板130設置於藍光發光裝置120上時，色轉換層140與藍光元件121係各別位於封裝層122相對之二側。並且，由於當透光基板130設置於藍光發光裝置120上時，色轉換層140係位於藍光元件121所發出之藍光之光行經路徑上，因此色轉換層140轉換部分之藍光至波長約介於640奈米至660奈米之間之紅光。其中，色轉換層140轉換出之紅光與轉換前之藍光之光強度比例正相關於色轉換層140之厚度210。亦即，色轉換層140之厚度210愈厚，紅光相對於藍光之光強度比例亦愈高。

其中，色轉換層140可例如包含封裝元件141及色轉換元件142，且色轉換元件142吸收波長約介於430奈米至460奈米之間之藍光，並產生波長約介於640奈米至660奈米之間之紅光。其中，色轉換元件142可例如為無機螢光粉、有機螢光材料、有機磷光材料或其他可吸收波長約430奈米至460奈米之間之藍光並產生波長約 640奈米至660奈米之紅光材料。而封裝元件141則可使得色轉換元件142固設於透光基板130上，且可避免外部之水氣或灰塵進入色轉換元件142中。

舉例而言，色轉換元件142可例如為紅色螢光粉，而封裝元件141可例如為溶膠。因此，本發明之可調式雙波段光源結構100之色轉換層140之製作方式可例如先將紅色螢光粉與溶膠充分攪拌混合，再將混合後之紅色螢光粉與溶膠利用印刷塗佈技術、旋轉塗佈技術或噴墨塗佈技術等塗佈技術塗佈於透光基板130之表面上。亦即，本發明之可調式雙波段光源結構100之色轉換層140可利用印刷塗佈技術、旋轉塗佈技術或噴墨塗佈技術等塗佈技術塗佈於透光基板130之表面上。而當塗佈混合後之紅色螢光粉與溶膠於透光基板130之表面上後，再高溫烘烤此塗佈有混合後之紅色螢光粉與溶膠之透光基板130。接著，再將高溫烘烤後之此塗佈有混合後之紅色螢光粉與溶膠之透光基板130放置於室溫下進行冷卻，即可完成將色轉換層140塗佈於透光基板130上。

此外，本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構100可藉由色轉換層140塗佈於透光基板130上之厚度210，藉以製作出不同厚度之色轉換層140。並且，可使得使用者藉由更換透光基板130及位於透光基板130之色轉換層140，藉以依據不同之情況調整藍光與紅光之光強度比例。

請接續參閱第2圖至第5圖，第2圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第一實施樣態示意圖，第3圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第二實施樣態示意圖，第4圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙 波段光源結構之第三實施樣態示意圖，第5圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構之第一至第三實施樣態之紅/藍光光強度比較圖。其中，本發明之可調式雙波段光源結構之第一實施樣態、第二實施樣態及第三實施樣態之差別僅在於色轉換層之厚度不同。

如第1圖至第5圖所示，本發明之可調式雙波段光源結構100可依據色轉換層140a、140b、140c各別之厚度210a、210b、210c，藉以轉換波長約介於430奈米至460奈米之間之藍光310至不同光強度之波長約介於640奈米至660奈米之間之紅光320a、320b、320c。舉例而言，當藍光元件121之亮度為1000燭光/平方公尺(cd/m2)，且本發明之可調式雙波段光源結構100之第一實施樣態中之色轉換層140a之厚度210a為50微米(micrometer)時，色轉換層140a轉換出之紅光320a與藍光310之間之光強度比例約為1：4；當本發明之可調式雙波段光源結構100之第二實施樣態中之色轉換層140b之厚度210b為150微米時，色轉換層140b轉換出之紅光320b與藍光310之間之光強度比例約為1：1；以及當本發明之可調式雙波段光源結構100之第三實施樣態中之色轉換層140c之厚度210c為300微米時，色轉換層140c轉換出之紅光320c與藍光310之間之光強度比例約為4：1。

因此，本發明之可調式雙波段光源結構100僅需更換不同厚度之色轉換層140，即可簡易地於單一光源(藍光元件121)下調整藍光與紅光之光強度比例，藉以輕易地配合植物於不同生長階段所需之光源。

除此之外，申請人更提出實驗數據以證明本發明之可調式雙波段 光源結構100之效果除了可簡易地於單一光源下調整藍光與紅光之光強度比例外，更於不同光強度之情況下亦不會產生色度偏移之情況。請接續參閱第6圖，第6圖係為本發明之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構於不同藍光光強度條件下之紅/藍光光強度比較圖。如第1圖及第6圖所示，當色轉換層140之厚度210為150微米時，不論藍光元件121之亮度為1000燭光/平方公尺、3000燭光/平方公尺或5000燭光/平方公尺，本發明之可調式雙波段光源結構100所產生之藍光及紅光僅於光強度值上具有變化，而於藍光及紅光之間之光強度比例以及各別之色度上則未有變化。因此，本發明之可調式雙波段光源結構100於不同光強度之情況下亦不會產生色度偏移之情況。亦即，本發明之可調式雙波段光源結構100之光源設計具有極佳之操作穩定性，非常適合於植物生長所需要之穩定光源。

此外，本發明之可調式雙波段光源結構100更可包含光源基板110，且藍光元件121與封裝層122可設置於光源基板110上，藉以使得封裝層122與光源基板110共同密封藍光元件121，進而避免外部之水氣或灰塵進入藍光元件121中而降低藍光元件121之損壞率。其中，光源基板110可例如為玻璃基板或軟性基板，且軟性基板可例如為塑膠基板、金屬薄片或其他適合之軟性基板。因此，本發明之可調式雙波段光源結構100可藉由光源基板110及透光基板130之形狀組合，藉以可變化本發明之可調式雙波段光源結構100之形狀，進而可設置本發明之可調式雙波段光源結構100於任意之表面或物體上。

另外，本發明之可調式雙波段光源結構100更可包含導光結構150 ，且此導光結構150可設置於藍光元件121或色轉換層140上，藉以提升藍光元件121所發射出之藍光或色轉換層140轉換出之紅光之有效出光率。舉例而言，導光結構150可設置於色轉換層140上，且導光結構150之寬度可大於色轉換層140之寬度，藉以使得經過色轉換層140之藍光以及色轉換層140轉換出之紅光均經過導光結構150而均勻出光，進而提升本發明之可調式雙波段光源結構100之有效出光率。其中，導光結構150可例如為光纖組合或導光結構150之周圍表面具有可反射光之材料。

綜上所述，本發明之可調式雙波段光源結構100之一特點在於，藉由透光基板130可拆式設置於藍光發光裝置120上，藉以可輕易更換不同厚度210之色轉換層140，進而可即時地於單一光源下控制藍光與紅光之光強度比例。此外，本發明之可調式雙波段光源結構100更可藉由色轉換層140直接轉換部分之藍光至紅光，藉以不需使用紅光發光元件，進而大幅度降低光源所需耗電量。並且，本發明之可調式雙波段光源結構100藉由色轉換層140設置於藍光之行經路徑上，藉以提供優異之色度均勻性。

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。

100‧‧‧可調式雙波段光源結構

110‧‧‧光源基板

120‧‧‧藍光發光裝置

121‧‧‧藍光元件

122‧‧‧封裝層

130‧‧‧透光基板

140‧‧‧色轉換層

141‧‧‧封裝元件

142‧‧‧色轉換元件

150‧‧‧導光結構

210‧‧‧厚度

Claims (10)

1. 一種可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，至少包含：一藍光發光裝置，具有一藍光元件及環繞該藍光元件之一封裝層，該藍光元件發射出一波長介於430奈米至460奈米之間之藍光；一透光基板，可拆式設置於該藍光發光裝置上；以及一色轉換層，塗佈於該透光基板之一表面上且具有一厚度，該可調式雙波段光源結構並利用該透光基板可拆式設置於該藍光發光裝置上，而更換該可調式雙波段光源結構中之該色轉換層之厚度，當該透光基板設置於該藍光發光裝置上時，該色轉換層與該藍光元件各別位於該封裝層相對之二側，該色轉換層轉換部分之該藍光至一波長介於640奈米至660奈米之間之紅光，其中該紅光與該藍光之光強度比例正相關於該可調式雙波段光源結構中之該色轉換層之該厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該藍光元件係為發射出該波長介於430奈米至460奈米之間之發光二極體或有機發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該色轉換層包含一封裝元件及一色轉換元件，該色轉換層吸收該波長介於430奈米至460奈米之間之藍光並且產生該波長介於640奈米至660奈米之間之紅光，該色轉換元件為無機螢光粉、有機螢光材料或有機磷光材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段 光源結構，其中該色轉換層係利用印刷塗佈技術、旋轉塗佈技術或噴墨塗佈技術塗佈於該透光基板之該表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該透光基板係為一硬式透光基板或一軟式透光基板。
6. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該透光基板係為一光學玻璃。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，更包含一光源基板，該藍光元件與該封裝層設置於該光源基板上，使得該封裝層與該光源基板共同密封該藍光元件。
8. 如申請專利範圍第7項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該光源基板為一玻璃基板或一軟性基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，其中該軟性基板係為塑膠基板或金屬薄片。
10. 如申請專利範圍第1項所述之可應用於植物生長之可調式雙波段光源結構，更包含一導光結構設置於該藍光元件或該色轉換層上，以提升該藍光元件或該色轉換層之有效出光率。