TWI739005B

TWI739005B - 用於植物生長之燈具結構

Info

Publication number: TWI739005B
Application number: TW107116109A
Authority: TW
Inventors: 王良德
Original assignee: 好食股份有限公司
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2021-09-11
Also published as: TW201948004A

Abstract

一種用於植物生長之燈具結構，包括一基板上設置有串聯(及/或並聯) 型態的至少第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元和白光發光單元，而構成一發光模組。第一發光單元輸出波長範圍約400nm，第二發光單元輸出波長範圍約420nm，第三發光單元輸出波長範圍約470nm，共同組合輸出色溫範圍約3000K~5000K的白光發光單元，而獲得一適合多種植物生長之(總)輸出頻譜；所述(總)輸出頻譜的藍光光譜範圍/綠光光譜範圍的比例數值是0.5~2，紅光光譜範圍佔總輸出頻譜至少25%，改善習知技藝無法同時應用在多種植物生長培養的情形。

Description

用於植物生長之燈具結構

本發明係有關於一種用於植物生長之燈具結構及其輸出頻譜；特別是指一種應用複數個發光單元構成的發光模組，輸出不同波長範圍和比例，獲得一適合多種植物生長之總輸出光譜(或頻譜)之技術。

應用螢光燈或發光二極體(Light Emitting Diode，或稱LED)佈置金線、電極等，形成光源或照明裝置，係已為習知技藝。這些照明裝置也被廣泛使用在室外、室內的植物培養生長的農業場合及/或園藝環境。例如，台灣第100145870號「用於植物成長之發光二極體」專利案，係提供了一個典型的實施例。

就像那些熟習此技藝的人所知悉，依據美國科學家McCree針對22種植物(例如，玉米、小麥、稻米、萵苣、番茄...等)生長實驗，獲得一適合植物培養的平均生長頻譜或光譜；例如，第1圖所描繪的情形。

一個有關這類照明裝置應用在植物生長方面的課題是，習知技藝的燈具結構只能針對使用在單一或特定的植物生長上，無法輸出如第1圖顯示的植物生長的平均生長頻譜或光譜。

也就是說，習知照明裝置只能輸出單一或特定的光譜，無法依據不同植物提供不同的光譜範圍，來符合第1圖顯示的頻譜圖；因此，不同的植物培養即必須應用不同的燈具結構，而存在了麻煩和使用成本高的情形；而這種情形並不是我們所期望的。

代表性的來說，這些參考資料顯示了有關習知照明裝置在結構和應用方面的設計技藝；它們也反映出這些器具在實際使用的情形中，所存在的一些問題。如果重行設計考量它們的結構，使其構造不同於習用裝置，將可改變它的使用形態，而有別於舊法；實質上，也會建立一個比較理想的光譜輸出效果和機制，來改善習知技藝的缺點。

同時，我們也發覺如果重行設計照明裝置或燈具結構，使其輸出的光譜範圍可應用在不同植物生長，而提供人員調整或控制的作用，來符合第1圖顯示的型態，還包括了下列的課題：

1.假設使用單一藍光二極體設置組合螢光粉的照明裝置，產生波長範圍440nm~460nm的高量藍光光譜及波長範圍515nm~540nm或600nm~780nm的低量綠光或紅光頻譜；不僅和第1圖形成相當大的差異，並且無法達到應用於多種植物栽培的作用。

2.假設設計使用複數個藍光發光二極體、綠光發光二極體和紅光發光二極體的封裝組合結構型態，以提高藍光、綠光、紅光的輸出量或光譜；會產生波長範圍450nm、530nm、660nm的單一高峰量藍光、綠光、紅光頻譜，不僅和第1圖形成相當大的差異，也不符合使用效益。

在某些應用複數個藍光發光二極體、綠光發光二極體和紅光發光二極體組合結構的情形中，它們混光輸出的總光譜圖，經常發生藍光、綠光或紅光波長範圍的強度差異甚大的現象，而無法達到適合植物生長的較佳頻譜。

這是因為每一發光二極體在相同電流的條件下，會產生不同的輸出效率(及/或干擾現象)，造成某一波長範圍的光譜衰減情形；不僅無法符合第1圖的光譜圖，(封裝組合結構)也很難調整或修正其藍光、綠光及/或紅光的輸出比例。

而這些課題在上述的參考資料中均未被教示或具體揭露。

爰是，本發明之主要目的即在於提供一種用於植物生長之燈具結構，包括一基板上設置有串聯(及/或並聯)型態的至少第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元和白光發光單元，而構成一發光模組。第一發光單元輸出波長(峰值)範圍約400nm，第二發光單元輸出波長(峰值)範圍約420nm，第三發光單元輸出波長(峰值)範圍約470nm，共同組合輸出色溫範圍約3000K~5000K的白光發光單元，而獲得一適合多種植物生長之(總)輸出頻譜，改善習知技藝無法同時應用在多種植物生長培養的情形。

根據本發明之用於植物生長之燈具結構，所述(總)輸出頻譜的藍光光譜範圍/綠光光譜範圍的比例數值是0.5~2，紅光光譜範圍佔總輸出頻譜至少25%的型態。

根據本發明之用於植物生長之燈具結構，該基板設置有複數個或多個發光模組；每一個發光模組形成並聯聯接的結構型態。並且，每一個發光模組可輸出紫外光或藍光(波長範圍約390nm~500nm)、綠光(波長範圍約500nm~600nm)和波長範圍約600nm~780nm的紅光及/或紅外光頻譜。

10:第一發光單元

20:第二發光單元

30:第三發光單元

40:白光發光單元

45:紅光發光單元

50:發光模組

55:光學透鏡

90:基板

95:框架

100:總成

第1圖係McCree之植物培養的生長頻譜示意圖；圖中虛線、假想線部分分別顯示了不同植物的光譜，粗實線部分顯示了植物的平均生長光譜的情形。

第2圖係本發明之立體結構示意圖。

第3圖係第2圖之一平面結構示意圖；顯示了發光單元形成方形矩陣排列型態的結構情形。

第4圖係本發明之另一實施例的平面結構示意圖；描繪了發光單元形成線性排列型態的結構情形。

第5圖係係本發明之操作實施例構成植物最佳平均生長光譜的示意圖。

請參閱第2、3及4圖，本發明之用於植物生長之燈具結構，包括一基板；概以參考編號90表示之。基板90可被安裝包覆在一框架95內。基板90設置有形成串聯型態的發光模組50，而構成一照明裝置或燈具結構總成100。

在所採的實施例中，發光模組50包括至少第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30和白光發光單元40。以及，第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30可選擇含藍光的LED；白光發光單元40可選擇高演色性的LED或其類似物。

圖中假想線部分顯示了發光模組50可配置光學透鏡55，來輔助增加發光模組50的輸出效能。

在所採的實施例中，第一發光單元10輸出波長(峰值)範圍約400nm(或390nm~410nm的紫外光)，第二發光單元20輸出波長(峰值)範圍約420nm(或405nm~435nm的藍光或紫光)，第三發光單元30輸出波長(峰值)範圍約470nm(或455nm~485nm的藍光)，共同組合輸出色溫範圍約3000K~5000K的白光發光單元40，而獲得一適合多種植物生長之總輸出光譜(或接近第1圖的光譜型態)的作用，例如第5圖所描繪的情形。

以及，第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30的輸出光，可構成該總輸出光譜的藍光區域；使藍光光譜範圍/綠光光譜範圍的比例數值是0.5~2，紅光光譜範圍佔總輸出頻譜至少25%(但不包含50%以上)的型態；改善習知技藝無法同時應用在多種植物生長培養的情形。

第2、3及4圖也描繪了基板90設置了複數個或多個發光模組50；每一個發光模組50可形成並聯聯接的結構型態。例如，第2、3圖顯示了複數個發光模組50的第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30和白光發光單元40成方形矩陣排列的結構型態，第4圖顯示了複數個發光模組50的第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30和白光發光單元40成線型排列的結構型態。

圖中描繪的每一個發光模組50包括第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30和複數個白光發光單元40。並且，每一個發光模組50可輸出藍光(波長範圍約400nm~500nm)、綠光(波長範圍約500nm~600nm)和波長範圍約600nm~780nm的紅光及紅外光頻譜。

圖中假想線部分顯示了一個較佳的實施例是發光模組50可包括一輸出波長(峰值)範圍約660nm的紅光發光單元45，來提高紅光輸出量。

須加以說明的是，依據艾默生效應(Emerson effect)，綠色植物在紅光(波長660nm)和紅外光(波長>680nm)分別照射下，各有各自的光合成率。但植物在這二種光同時照射下，它們的光合成率遠大於這二種光單獨照射時的光合成率的總和。因此，上述實施例也可增加植物的光合成率。

代表性的來說，這用於植物生長之燈具結構在符合方便操作和應用的條件下，相較於舊法而言，包括了下列的優點和考量：

1.該基板90設置發光模組50等部分構成之總成100的組合結構已被重行設計考量；例如，發光模組50包括形成串聯型態的至少第一發光單元10、第二發光單元20、第三發光單元30和白光發光單元40，分別輸出波長範圍約390nm~410nm的紫外光、波長範圍約420nm的藍光或紫光、波長範圍約470nm的藍光，共同組合色溫範圍約3000K~5000K的白光；複數個發光模組50成並聯結構型態等部分，明顯不同於習知結構型態。

2.特別是，該總成100可依據不同植物生長栽培特性，輸出最佳或比較理想的光譜模型及/或植物最佳的平均生長光譜模型等作用，明顯改善了習知技藝只能應用在單一或特定的植物生長，或無法符合第1圖顯示的植物生長的平均生長頻譜的情形。

相對的，也改善了舊法只能輸出單一或特定的光譜，無法依據不同植物提供不同的光譜範圍及不同的植物培養必須使用不同的燈具結構，所存在的麻煩、使用成本高等情形。

3.該總成100也改善了使用單一藍光二極體設置組合螢光粉的照明裝置，產生高量藍光光譜、低量綠光或紅光頻譜，而相異於第1圖，無法達到應用於多種植物栽培的情形。以及，應用複數個藍光發光二極體、綠光發光二極體和紅光發光二極體的封裝組合結構型態，產生單一高峰量藍光、綠光、紅光頻譜，或混光輸出的總光譜模型，經常發生藍光、綠光或紅光波長範圍的強度差異大的現象，而無法達到適合植物生長的較佳頻譜、不符合使用效益和造成某一波長範圍的光譜衰減、不利於調整或修正等情形，也被儘可能的減到最小。

故，本發明係提供了一有效的用於植物生長之燈具結構，其空間型態係不同於習知者，且具有舊法中無法比擬之優點，係展現了相當大的進步，誠已充份符合發明專利之要件。

惟，以上所述者，僅為本發明之可行實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。