TWI578903B - With low drag resistance of the variable wavelength LED lamps - Google Patents

Description

具低風阻之可變波長LED燈具

本發明係有關於一種具低風阻之可變波長LED燈具，尤指涉及一種具低風阻結構並依據水下生物趨光特性所設計之LED燈具，特別係指可依據不同海域、不同魚種及不同季節調變誘集魚群之最適光波長，藉以吸引魚群聚集，以增強LED燈具在海上之實用性者。

習知在漁船上常配置有集魚燈型式之光源裝置，以於海面上投射光線誘導魚群聚集。根據漁業訊息報導分析，在火誘漁船(燈火漁法)作業時各項油耗之百分比為：船舶動力約42%、儀控設備約3%、工作機具約17%、以及照明燈具約佔38%。由上述分析可發現，船舶動力及照明燈具為油耗最多之項目，由於漁船上主要係利用油料轉換電能，以提供船上日常與夜間用電，而以照明燈具來說，一般船用傳統集魚燈較多使用鎢絲、複金屬燈或高壓汞燈，然而大部分之波長穿透力低，因此需要提供大功率以達到應有之集魚功效，惟當瓦數過強時不僅會產生相當高之溫度，更會消耗過多之電力，造成能源之浪費以及成本之提高。因此，傳統集魚燈在使用上具有下列數項缺點：

1.耗電量高，傳統集魚燈泡功率消耗單顆就超過千瓦，功率消耗轉換成不可見光部分更是能源浪費，不僅增加油耗，更減少漁民收益。

2.啟動時間長，傳統集魚燈在操作時，若突然關燈，要再次啟動時，一般需要等待十幾分鐘之點燈時間。

3.安全性低，傳統集魚燈在照明時，長期散射之高溫與紫外光對漁民皮膚有傷害以及病變之危險，除了嚴重威脅漁民之健康，更影響魚群生態。

4.可靠度低，由於傳統集魚燈係採用單顆燈泡設計，一旦發生故障或毀損時，即無法再使用。

近年來，由於LED具有省電、低輻射熱、壽命長、及不含汞等優勢，故逐漸被應用於集魚燈領域。然而以目前提出之LED取代現有船用集魚照明系統之技術，雖可大幅減低照明方面之油耗量，但其LED集魚燈具係採用平板模組化，此平板模組型之LED集魚燈不僅安裝費工且因風阻係數較大，容易因強力海風導致船體晃動過大，進而危及船舶穩定度。另一方面，由於不同魚種會被不同波長之光線吸引，因此在漁船上必須裝設有多種可發出不同波長光線之燈具，在欲捕捉不同魚種時依照需求而選擇性開關，藉以捕捉不同之魚種。如此一來，在每種照射波長之燈具都需要一定量之照度下，需要裝設大量之集魚燈具，容易造成成本之提升。

鑑於上述傳統集漁燈具與習用LED集魚燈具在使用上之問題，故一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種依據水下生物趨光特性設計，不但可改善傳統LED燈具單一波長光源外，其低風阻結構亦可減少船隻航行時，因強力海風導致燈具斷裂或碰撞損壞之具低風阻之可變波長LED燈具。

本發明之次要目的係在於，提供一種可依據不同海域、不同魚種及不同季節調變誘集魚群之最適光波長，藉以吸引魚群聚集，以增強LED燈具在海上之實用性之具低風阻之可變波長LED燈具。

本發明之另一目的係在於，提供一種內建一般燈具接頭規格之燈頭，可直接沿用於傳統集魚燈之設備上，達到低成本與高安裝拆卸效率之餘，更能提高漁民之使用方便性與接受度，能在能源競爭之時代，降低沿近海與遠洋漁業之成本，並較其他LED集魚燈具有更為適合於現行漁船上使用優勢之具低風阻之可變波長LED燈具。

為達以上之目的，本發明係一種具低風阻之可變波長LED燈具，係包括：一燈罩，其由下往上呈漸縮式泛球狀體型，該燈罩設有容置空間，且於該燈罩上端設置有一接頭，該接頭係以一照明角度可調機構與該燈罩連接，並於該燈罩下表面環設有數個水平或垂直開孔，上表面則環設有數個斜角開孔；一光源固定機構，係設置於該燈罩下端；一散熱機構，係設置於該燈罩之容置空間內，並組設於該光源固定機構之一端面上；一波長可調變之LED光源模組，係組設於該光源固定機構之另一端面上，該LED光源模組係具二種以上之光波組合，其包括設置有電路板，並於該電路板上排列裝設有數個可發出波長為350~700nm之光源之LED晶粒，該數個LED晶粒係包含同色系之紅光LED晶粒、綠光LED晶粒、藍光LED晶粒及白光LED晶粒，以紅綠藍三原色及白光混光組成全波長由紫外光、藍光、綠光、紅光到紅外光之不同色光之呈現，其中同色系之晶粒波長相隔為20~30nm之間；一收光透鏡，係設置於該光源固定機構之另一端面上，且該LED光源模組係設置於該收光透鏡之內緣，可形成誘魚光形；以及一控制器，係以有線或無線之方式與該LED光源模組呈電性連接，用以依據不同海域 、不同魚種及不同季節調整或開啟不同波長之LED晶粒，以產生誘集魚群之最適光波長。

於本發明上述實施例中，該接頭係為一般燈具接頭之規格。

於本發明上述實施例中，該控制器上設有數個旋扭開關，經由旋轉之操作方式控制該紅光LED晶粒、該綠光LED晶粒、該藍光LED晶粒及該白光LED晶粒之開啟或調整其照度值及所需之波長。

於本發明上述實施例中，該LED光源模組係已經經過一次封裝之LED晶片。

於本發明上述實施例中，該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、該光源固定機構、該LED光源模組、及該收光透鏡係構成一球泡型燈具。

於本發明上述實施例中，該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、及該光源固定機構為使用防鏽烤漆處理過之鋼鐵材質所製成。

於本發明上述實施例中，該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、及該光源固定機構表面塗有抗氧化層。

於本發明上述實施例中，該散熱機構為一散熱鰭片。

於本發明上述實施例中，該光源固定機構係由一固定件、一光源固定座、及一固定環所組成，該固定件包括一第一表面及一第二表面，該散熱機構係設置於該固定件之第二表面上，該光源固定座係設置於該固定件之第一表面上，且該光源固定座上環設有一凸緣，並於凸緣內構成一容置槽，該收光透鏡透過該固定環固定在該光源固定座之凸緣上，藉以將該LED光源模組固定於該光源固定座之容置槽內。

於本發明上述實施例中，該固定件在結合該光源固定座之其餘周邊部分係開設有數個通孔，該數個通孔係貫穿該第一表面與該第二表面。 於本發明上述實施例中，該光源固定座開設有數個穿孔，該固定件之第一表面開設有數個螺孔，透過數個固定螺絲穿經該光源固定座之數個穿孔並螺鎖於該固定件之數個螺孔。

1‧‧‧球泡型燈具

11‧‧‧燈罩

111‧‧‧容置空間

112‧‧‧水平或垂直開孔

113‧‧‧斜角開孔

12‧‧‧光源固定機構

121‧‧‧固定件

1211‧‧‧第一表面

1212‧‧‧第二表面

1213‧‧‧螺孔

1214‧‧‧通孔

122‧‧‧光源固定座

1221‧‧‧凸緣

1222‧‧‧容置槽

1223‧‧‧穿孔

123‧‧‧固定環

13‧‧‧散熱機構

14‧‧‧LED光源模組

141‧‧‧電路板

142‧‧‧LED晶粒

15‧‧‧收光透鏡

16‧‧‧接頭

17‧‧‧照明角度可調機構

2‧‧‧控制器

21‧‧‧旋扭開關

第1圖，係本發明球泡型燈具之立體示意圖。

第2圖，係本發明球泡型燈具之分解示意圖。

第3圖，係本發明球泡型燈具之剖面示意圖。

第4圖，係本發明LED光源模組之佈置結構示意圖。

第5圖，係本發明具低風阻之可變波長LED燈具之結構示意圖。

第6圖，係本發明各色波段光譜圖。

第7A圖，係本發明藍光LED色光光譜圖。

第7B圖，係本發明綠光LED色光光譜示意圖。

第7C圖，係本發明紅光LED色光光譜示意圖。

第8圖，係本發明各光波段全開所測得之光譜圖。

第9圖，係本發明各光波段開啟混合所測得之光譜圖。

請參閱『第1圖~第5圖』所示，係分別為本發明球泡型燈具之立體示意圖、本發明球泡型燈具之分解示意圖、本發明球泡型燈具之剖面示意圖、本發明LED光源模組之佈置結構示意圖、以及本發明具低風阻之可變波長LED燈具之結構示意圖。如圖所示：本發明係一種具低風阻之可變波長LED燈具，係包括一球泡型燈具1及一控制器2所構成，該球泡型燈具1包括一燈罩11、一光源固定機構12、一散熱機構13、一波長可調變之LED光源模組14、以及一收光透鏡15。 上述所提燈罩11如第1、2圖所示，由下往上呈漸縮式泛球狀體型，可減少流體阻力，使船隻在魚撈作業時，可減低風阻而提升安全系數。該燈罩11設有容置空間111，且於該燈罩11上端設置有一接頭16，該接頭16係以一照明角度可調機構17與該燈罩11連接，並於該燈罩11表面設計自然導流開孔結構，包括於下表面環設有數個可水平或垂直開孔112，讓氣流可順利進入該燈罩11內，藉由漸縮式之泛球狀體設計，使得熱空氣上升時可逐漸增加氣流壓力，再藉由上表面所環設之數個斜角開孔113，讓熱氣流產生螺旋轉動，增加氣體對流而提高散熱效率。

該光源固定機構12係設置於該燈罩11下端，該光源固定機構12係由一固定件121、一光源固定座122、及一固定環123所組成，該固定件121包括一第一表面1211及一第二表面1212，該光源固定座122係設置於該固定件121之第一表面1211上，且該光源固定座122上環設有一凸緣1221，並於凸緣1221內構成一容置槽1222，該收光透鏡15透過該固定環123固定在該光源固定座122之凸緣1221上，藉以將該LED光源模組14固定於該光源固定座122之容置槽1222內，如第3圖所示。

該散熱機構13係設置於該燈罩11之容置空間111內，並組設於該光源固定機構12之固定件121第二表面1212上。其中，該散熱機構13為一散熱鰭片，係針對海洋環境專用之抗鹽蝕鰭片。

該波長可調變之LED光源模組14係設置於該收光透鏡15之內緣，其具有至少二種以上之光波組合，該LED光源模組14係已經經過一次封裝之LED晶片，其佈置範圍如第4圖所示，包括設置有電路 板141，並於該電路板141上排列裝設有數個可發出波長範圍為350~700nm之光源之LED晶粒142。本實施例選擇可見光之11個波段之LED晶粒142，包含同色系之紅光LED晶粒(R1、R2、R3)、綠光LED晶粒(G1、G2、G3)、藍光LED晶粒(B1、B2、B3)、白光冷色系LED晶粒(W1)及白光暖色系LED晶粒(W2)，其中同色系之晶粒波長相隔20~30nm之間，以上述紅綠藍三原色及白光混光可組成全波長由紫外光、藍光、綠光、紅光到紅外光之不同色光之呈現。在LED光源模組14封裝技術上，首先將銀膠(epoxy)局部點著於電路板141表面，接著同時將多顆LED晶粒142藉由銀膠接合於電路板141上，之後開始進行加熱製程，以確保多顆LED晶粒142能黏著於電路板141表面。最後，開始利用打線製程將每一顆LED晶粒142上之電極連接至電路板141上之電路，以完成本發明所需之波長可調變之LED燈源。

該控制器2係以有線或無線之方式與該球泡型燈具1之LED光源模組14呈電性連接，該控制器2上設有數個旋扭開關21，經由旋轉之操作方式控制不同波長之LED晶粒142，藉以依據不同海域、不同魚種及不同季節開啟或調整該白光LED晶粒與該紅光LED晶粒、該綠光LED晶粒、及/或該藍光LED晶粒之照度值，以產生誘集魚群之最適光波長。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之具低風阻之可變波長LED燈具。

上述光源固定座122開設有數個穿孔1223，該固定件121之第一表面1211開設有數個螺孔1213，透過數個固定螺絲(圖中未示)穿經該光源固定座122之數個穿孔1223並螺鎖於該固定件121之數個螺孔1213，藉由固定螺絲直接將該光源固定座 122鎖附於該固定件121上，以達到更佳之固定功效。其中，該固定件121在鎖固該光源固定座122之其餘周邊部分係開設有數個通孔1214，該數個通孔1214係貫穿該第一表面1211與該第二表面1212。

本發明所提具低風阻之可變波長LED燈具100如第5圖所示，為因應目前船用燈具維護與快速換裝之作業需求，本發明設計之球泡型燈具1具備照明角度可調機構17，且其接頭16為一般燈具接頭之規格，採用標準E40燈頭，可沿用傳統燈具之螺旋式燈座，以達到低成本與高安裝拆卸效率之目標。並且，本發明所提收光透鏡15為薄型透鏡，可使光型更趨實用，而非如以往之指向性照射目標面，本發明將近似傳統集魚燈之照射光型，讓漁民更容易接受且效率也高於國外之LED集魚燈具。

本發明針對所選材料進行防鏽處理，藉以提高燈具之使用壽命，上述燈罩、照明角度可調機構、散熱機構、及光源固定機構為使用防鏽烤漆處理過之鋼鐵質為主要材質，防鏽烤漆處理最主要之優點為去除物件表面氧化殘留雜質、消除物件表面殘留應力及應力集中效應，並在該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、及該光源固定機構表面增加一層抗氧化層來防止不銹鋼被海水侵蝕並且提高不銹鋼在水下之使用時間。

當運用時，承上述，本發明選擇可見光之11個波段之LED晶粒，在此實施案列中，具低風阻之可變波長LED燈具，其光譜色光分屬為紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)、白光冷色系LED晶粒(W1)及白光暖色系LED晶粒(W2)，如B1、B2、B3、G1、G2、G3、R1、R2、R3併W，且同色系之晶粒波長設計相隔在20~30nm之間，可組成全 波長由紫外光、藍光、綠光、紅光到紅外光。如同在夏季之台灣海域，漁民可透過控制器自行調整W與G1、G2及G3等進行季節漁群(鰹魚、四破、鰺科等)之捕獲；在台灣北部之海域，漁民可透過控制器自行調整W與B1、B2及B3等進行小卷之捕獲；或在冬季北海道之捕捉秋刀魚時，漁民可透過控制器調整W或由R1、R2及R3等，以產生漁民認為最需要光波長(顏色)；或是南半球之阿根廷海域之魷魚亦可調整W與B1、B2及B3來進行補獲。本發明目的在改善目前漁民為找尋喜歡之光波長(顏色)，而一直更換燈具以造成魚獲成本之增加，或是在船上準備過多數量且多種不同之燈色之燈具，以適應不同海域、不同魚種及不同季節來誘集魚群。本發明具低風阻之可變波長LED燈具只需要透過控制器，將旋扭開關旋扭轉動即可得到所需之光色，且其建具E40燈頭可沿用傳統之螺旋式燈座，亦即本發明之LED燈具可使用傳統燈具之燈座，無需重新製作全新之燈架。

請參閱『第6圖~第9圖』所示，係分別為本發明各色波段光譜圖、本發明藍光LED色光光譜圖、本發明綠光LED色光光譜示意圖、本發明紅光LED色光光譜示意圖、本發明各光波段全開所測得之光譜圖、以及本發明各光波段開啟混合所測得之光譜圖。如圖所示：本發明依據不同海域、不同魚種及不同季節調變誘集魚群之最適光波長之調整範列如下說明：

案例1：當開啟W(100%)與B1(60%)、B2(70%)及B3(50%)，即可得到如第6圖(a)之光譜。

案例2：當開啟W(100%)與B2(30%)、G1(70%)、G2(80%)及G3(100%)，即可得到如第6圖(b)之光譜。

案例3：當開啟B1(60%)、B2(70%)、B3(50%)、G1(70%)、G2(80%)、R1(50%)、R2(70%)及R3(100%)，即可得到如第6圖(c)之光譜。

在其他不同設計之實施案列中，如第7A~7C圖所示，在具低風阻之可變波長LED燈具波長調變混光測試中，其光譜色光分別為紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)及白光(W)，而所量測之各色光波長分別為：第7A圖之藍光光譜，其波段分別為428nm、441nm及472nm；第7B圖之綠光光譜，其波段分別為492nm、525.8nm及546.8nm；第7C圖之紅光光譜，其波段分別為640.6nm、644.8nm及646.2nm。而除了單一色光波長量測外，也進行各色光之全波段量測，各色光加白光之波長量測與全色光全開加白光之波長量測，其量測數據如第8、9圖所示，其中圖(a)代表藍光，圖(b)代表綠光，圖(c)代表紅光，以及圖(d)代表白光

本發明設計照明角度可調機構以配合不同種類船隻之需求，並實際以漁船進行測試，由表一、二所示結果可知，本發明係可提高整體燈具之發光效率，並可適用於不同船型。其中表一係將本發明所提具低風阻之可變波長LED燈具與國內、外現有技術之比較結果；表二係目前水上集魚燈具之規格比較結果。

本發明根據水下生物趨光特性，利用傅立葉級數及能量映射方法設計誘魚光型之水下波長可調變之LED集魚燈具。其中能量映射方法係利用LED光源之配光曲線與誘魚光形之配光曲線進行透鏡設計，而傅立葉級數則用於建立誘魚光形之配光曲線模型，可調變波長集魚燈源包含了R、G、B三原色及白光之LED光源。此設計使LED集魚燈具效率更佳且可取代傳統燈具。

本發明成功地運用光學設計，調變波長控制電路技術完成研發LED高亮度集魚燈，並配合LED光學照度配置技術，讓有效面積內之照度可提昇10~20%。，依據水中光能量之傳遞特性與水下生物趨光特性，完成誘魚光型暨可調變波長LED水下集魚燈，可提升其投射範圍並製作符合水下環境操作之高亮度LED集漁燈。

藉此，本發明提出近似傳統燈具外型之具低風阻之可變波長LED燈具，並可直接沿用於傳統集魚燈之設備上，使其安裝拆卸快速方便，更能提高漁民之使用方便性與接受度，能在能源競爭之時代，降低沿近海與遠洋漁業之成本，並使本發明之具低風阻之可變波長LED燈具較其他LED集魚燈有更為適合於現行漁船上使用之優勢。

綜上所述，本發明係一種依據水下生物趨光特性所設計之具低風阻之可變波長LED燈具，可有效改善習用之種種缺點，不但可改善傳統LED燈具單一波長光源外，其低風阻結構亦可減少船隻航行時，因強力海風導致燈具斷裂或碰撞損壞，並透過魚群對波長之聚集特性，可依據不同海域、不同魚種及不同季節調變誘集魚群之最適光波長，藉以吸引魚群聚集，以增強LED燈具在海上之實用性；此LED燈具並內建具E40燈頭可沿用傳統之螺旋式燈座，可因應目前船用燈具維護、快速換裝之作業需求，達到低成本與高安裝拆卸效率，進而使本發明 之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧球泡型燈具

11‧‧‧燈罩

112‧‧‧水平或垂直開孔

113‧‧‧斜角開孔

12‧‧‧光源固定機構

121‧‧‧固定件

1211‧‧‧第一表面

1212‧‧‧第二表面

122‧‧‧光源固定座

123‧‧‧固定環

13‧‧‧散熱機構

14‧‧‧LED光源模組

15‧‧‧收光透鏡

16‧‧‧接頭

17‧‧‧照明角度可調機構

2‧‧‧控制器

21‧‧‧旋扭開關

Claims (10)

1. 一種具低風阻之可變波長LED燈具，係包括：一燈罩，其由下往上呈漸縮式泛球狀體型，該燈罩設有容置空間，且於該燈罩上端設置有一接頭，該接頭係以一照明角度可調機構與該燈罩連接，並於該燈罩下表面環設有數個水平或垂直開孔，上表面則環設有數個斜角開孔；一光源固定機構，係設置於該燈罩下端；一散熱機構，係設置於該燈罩之容置空間內，並組設於該光源固定機構之一端面上；一波長可調變之LED光源模組，係組設於該光源固定機構之另一端面上，該LED光源模組係具二種以上之光波組合，其包括設置有電路板，並於該電路板上排列裝設有數個可發出波長為350~700nm之光源之LED晶粒，該數個LED晶粒係包含同色系之紅光LED晶粒、綠光LED晶粒、藍光LED晶粒及白光LED晶粒，以紅綠藍三原色及白光混光組成全波長由紫外光、藍光、綠光、紅光到紅外光之不同色光之呈現，其中同色系之晶粒波長相隔為20~30nm之間；一收光透鏡，係設置於該光源固定機構之另一端面上，且該LED光源模組係設置於該收光透鏡之內緣，可形成誘魚光形，其中該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、該光源固定機構、該LED光源模組、及該收光透鏡係構成一球泡型燈具；以及一控制器，係以有線或無線之方式與該LED光源模組呈電性連接，用以依據不同海域、不同魚種及不同季節調整或開啟不同波長之LED晶粒，以產生誘集魚群之最適光波長。
2. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該接頭係為一般燈具接頭之規格。
3. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該控制器上設有數個旋扭開關，經由旋轉之操作方式控制該紅光LED晶粒、該綠光LED晶粒、該藍光LED晶粒及該白光LED晶粒之開啟或調整其照度值及所需之波長。
4. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該LED光源模組係已經經過一次封裝之LED晶片。
5. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、及該光源固定機構為使用防鏽烤漆處理過之鋼鐵材質所製成。
6. 依申請專利範圍第5項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該燈罩、該照明角度可調機構、該散熱機構、及該光源固定機構表面塗有抗氧化層。
7. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該散熱機構為一散熱鰭片。
8. 依申請專利範圍第1項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該光源固定機構係由一固定件、一光源固定座、及一固定環所組成，該固定件包括一第一表面及一第二表面，該散熱機構係設置於該固定件之第二表面上，該光源固定座係設置於該固定件之第一表面上，且該光源固定座上環設有一凸緣，並於凸緣內構成一容置槽，該收光透鏡透過該固定環固定在該光源固定座之凸緣上，藉以將該LED光源模組固定於該光源固定座之容置槽內。
9. 依申請專利範圍第8項所述之具低風阻之可變波長LED燈 具，其中，該固定件在結合該光源固定座之其餘周邊部分係開設有數個通孔，該數個通孔係貫穿該第一表面與該第二表面。
10. 依申請專利範圍第8項所述之具低風阻之可變波長LED燈具，其中，該光源固定座開設有數個穿孔，該固定件之第一表面開設有數個螺孔，透過數個固定螺絲穿經該光源固定座之數個穿孔並螺鎖於該固定件之數個螺孔。