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光電元件報告 台灣或全球光電產業之發展現況 指導老師：鄒文正老師 組別：第四組 學生： 陳亞任 494L0039 洪永安 494L0049 光電產業 光電產業是繼資訊產業及半導體產業之後，園區另一個閃閃發光的明 星產業。 園區的光電產業分為光電材料元件系統、太陽能電池、平面顯示器、 顯像管、光學資訊、光學元件系統及電池等七個次產業，包含的產品 領域相當廣泛，有發光二極體、平面顯示器、雷射二極體、影像元件 等產品及其相關領域。近年發光二極體及液晶顯示器引起國內的投資 熱潮。 2 目錄大綱 摘要 研究動機 LED 生物產業 醫療應用 結論 摘要 長久以來在農業生產上，螢光燈管 與高壓鈉燈是最主要也最普遍的人 工光源。 近年來光電技術的進步大幅提昇了發光二極體 (Light-Emitting Diode, LED)的亮度與效率，使得利用此種光源在農業生產上變得可行。 將LED 應用於醫療領域，關節炎、黃膽病、生理時鐘失調、紓解壓力、 青春痘、細胞加速復生與季節性情感失調等的治療。我們將針對近年 來發光二極體在生物產業上之應用做一回顧。 紅、藍光LED的持續降價有利於研發成果的推廣，高亮度LED做為醫療 儀器與設備光源更具高度發展潛力，生物生理的影響也是未來研究方 向之一。 研究動機 大致上討論主題分為兩種，始先是應用在生物產業上，其次則是 用在醫療產業。 LED 醫療 生物產業 5 LED 其主要基礎性能及屬性已經廣為人知，包括兼具體積小、省電、 壽命長、不需玻璃、汞或其它有毒氣體固態照明技術，搭配上 各種新興應用需求，已經是日常生活中隨處可見的光源。 各種不同波段頻率的光譜圖 6 LED三原色RGB光譜圖 7 農業生產上的應用 光為植物生長中重要的環境因子之一 導入人工光源來取代或補充天然日光的不足已是環 控農業中的常態 而LED具有高光電轉換效率、使用直流電、體積小、 壽命長、波長固定與低發熱等幾項優點。 螢光燈 高壓納燈 金屬鹵素燈 燈泡 8 組織培養室/植物生長箱 9 利用LED培養植物 可藉由調整光量、光質來培養植物。 10 光與植物栽培 光譜範圍對植物生理的影響 280 ~ 315nm 對形態與生理過程的影響極小 315 ~ 400nnm 葉綠素吸收少，影響光周期效應，阻止莖伸長 400 ~ 520nm（藍）葉綠素與類胡蘿蔔素吸收比例最大，對光合作用影響最 大 520 ~ 610nm 色素的吸收率不高 610 ~ 720nm（紅） 葉綠素吸收率低，對光合作用與光周期效應有顯著影響 720 ~ 1000nm 吸收率低，刺激細胞延長，影響開花與種子發芽 ＞1000nm 轉換成為熱量 11 LED所發射光線的波長表： royal blue 品藍：445nm 440nm~460nm blue 藍色：470nm 460~490nm cyan 青色：505nm 490~520nm green 綠色 :530nm 520~550nm red 紅色：627nm 620~645nm red-orange: 617nm 613~620nm amber:琥珀色 590nm 585~597nm 12 紅藍光比例9:1為最佳 13 LED蔬果保鮮 5度C保濕冷藏一週後 14 LED植物輸送/保鮮燈 3支LED光條 15 存放30天下 3支LED照光組 未照光組 16 生物醫療上的應用 光線與自律神經系統 紅光可以刺激交感神經系統，增加興奮和緊張；而藍光可刺激 副交感神經系統，代表放鬆、減輕焦慮和減輕敵意。 光線與生理時鐘 光線進入眼睛提供了視覺與非視覺功能，前者到視網膜，後者 到腦中的下視丘、腦下垂體與松果腺，其中松果腺則與生理時 鐘直接相關。 17 不同光源的應用 藉由不同光源頻段的LED在醫療應用上，相對會有不同的使用 方式跟療效! 紅光 紫外光 醫療應用 藍光 白光 18 白光LED應用於醫療I-治療季節性憂鬱症 憂鬱症通常發生在秋天、冬天，而春天、夏天就會消失，罹患 者是受到陽光不足的影響，心情通常都會隨著季節而改變。 有季節性憂鬱症的患者，其褪黑激素的分泌量會昇高。由於完 整光譜光線可以減少褪黑激素分泌，因此以光線治療患有季節 性憂鬱症的病患非常有效。 全光譜白光醫療器 19 白光LED應用於醫療II-膠囊內視鏡 膠囊形狀內視鏡，大小比一般的膠囊稍微大一點，透過口腔吞 入，其中最重要得當然是光源，而需要一個可以發光的元件讓 攝影機有足夠的光源可以拍攝，此部分就必須由LED所組成。 膠囊內視鏡實體圖 20 白光LED應用於醫療III-無影手術燈 以白光LED為光源，醫療用的手術燈及牙科燈，因為具有無影 設計、忠實顯現傷口顏色及低溫的特點，讓醫師在手術時能迅 速分辨病變部位，低溫特性也讓醫生不用因擔心汗水乾擾手術 的進行。 無影手術燈與牙科燈，除符合醫療燈具所需的高演色、低色溫、 高聚光、與無影度等需求外，更具備壽命長及較佳光品質等特 點，將可提升醫療照明。 21 無影手術燈 22 藍光LED應用於醫療I-治療小兒黃膽、關節疼 痛 60%新生兒有一種稱為膽紅素的黃色色素累積在皮膚與身體組織， 終致皮膚泛黃，稱為小兒黃膽。臨床證實將患黃膽的新生兒暴露 於全譜光或藍光(450nm)八天可有效治療。 關節疼痛的減輕與藍光及接觸時間有直接關聯。接觸時間愈長， 疼痛減輕程度愈大。 23 藍光LED應用於醫療II-美白牙齒 使用LED燈當光源，發出480~520nm的高強度藍光(無紫外線和 紅外線)，激發銀離子作用，同時搭配使用過氧化氫成分的牙 齒美白藥劑產生氧化還原作用，所以能快速、均勻的美白！ LED藍光美齒器 24 紅光LED應用於醫療I-臉部美容 紅光二極體(633 nm)刺激纖維母細胞的細胞色素，以利製造膠 原蛋白，所以對細紋、毛細孔粗大、術後的腫脹，有不錯的效 果。 如臉部拉皮手術原本恢復期為1個月左右，而雙眼皮及眼袋手 術的恢復期也從2個星期縮短至1個星期即可復原，大大地縮短 了一半時間的復原期。 25 動力紅光面膜儀 動力紅光面膜儀，是採用數千顆高亮度（High Brightness） 的發光二極體（LED）所組成的紅光光罩。在光線治療中，紅 光頻譜是生物刺激活性最強的，對皮膚的效應也最佳。 LED動力紅光面膜儀 26 紅光LED應用於醫療II-治療偏頭痛 近來的研究顯示以不同速度間隔閃爍紅光，開始治療後1 小時， 72%患者表示嚴重的偏頭痛已停止，其餘的28%中，93%認為感 覺好了許多，大多數患者認為快速的閃爍及高強度的光是最舒 服的。 27 紅、藍光並用LED應用於醫療-治療青春痘 藍光(415nm)與紅光(660nm)併用可治療輕微至中度嚴重的青春 痘，其中藍光LED 光譜範圍內包括了9%在紫外光範圍，具殺菌 效果，且不會殺傷皮膚，而紅光具抗發炎效果。 紅、藍光青春痘治療器 28 紫外光LED應用於醫療-殺菌 UVC波段波長在240—260nm之間，為最有效之殺菌波段。波段 中最強點之波長是260nm。 有效達到抑菌、淨水、醫療領域、有害物質的高速分解處理等 範圍，都將是紫外線LED可應用之處。 紫外線LED 實體圖 29 紅外光LED應用於醫療-加速細胞復生 紅外光由於光熱效應使局部皮膚毛細血管擴張、充血、血流加 速，促進了局部的新陳代謝，加強了組織的營養過程，也加速 了組織的再生能力和細胞活性，波段為815nm近紅外線最能夠 促進傷口癒合。 紅外光LED照射儀器 30 結果與討論 LED 在生物產業範圍內的應用甚廣，除了在環控農業領域取代傳統人 工光源使用之外，在作物栽培模式，銷售運輸模式與儀器研發上都有 發展空間。 LED做為醫療儀器光源亦具有高度發展潛力，不同光譜下的影像可呈 現不同訊息。相較於動、植物光生理學，人體光生理學是值得深入了 解與待開發的一塊新領域。 現階段研究主要包括以下幾個領域： (1)光線與自律神經系統、(2)光與生理時鐘、(3)季節性憂鬱症光線 療法、(4)藍光的醫療應用、(5)紅光的醫療應用、(6)紅、藍光併用 的醫療應用、(7)紅外光的醫療應用。 以及光療法應用於美容、紫外光用於滅菌等相關研究。 31 參考文獻 方煒、饒瑞佶、李登華。2001。以發光二極體為光源的植物栽 培裝置。中華人民共和國實用新型專利第ZL 00 2 54762.7 號 方煒、李登華、蔡田龍。2001。以發光二極體為光源的植物栽 培裝置。中華民國新型第169676 號。 http://tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=12A&zNotes DocId=0000072765_B8B12D8EIR5L1SG69XNK1 http://tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=236&zNotes DocId=0000095772_A8K6DC6U0Q87JBS1KBQNO 32