徐仁宏、劉燕妮、賴宏仁／工研院材化所；李允椉、張惠媚／金頓科技股份有限公司
微波驅動電漿光源是一種高效能全光譜光源，其是利用磁控管發射的微波能量激發石英燈泡內的發光物質，使被激發之發光物質產生一連續發光光譜。微波電漿燈具有大功率、高光效能、長壽命、高顯色性、無汞污染、高光通量等優點，它可發射出近似太陽光之連續光譜，非常適用於太陽光模擬器、植物生長燈或室外特用照明等多種用途。
【內文精選】
前 言
無電極燈(Electrodeless Lamp)常見之驅動方式有RF感應驅動與微波驅動二大類。早在1967年，美國通用電氣公司(GE)就申請了感應驅動無電極燈的專利，到1994年，GE開始生產感應燈Genura，其工作頻率為2.65 MHz。在1996年，歐司朗(OSRAM)公司開始銷售其工作在250 kHz的Endura感應燈系統。大多數感應照明系統的額定使用時間為100,000小時。
國內應用是從2009年起，由工研院與金頓科技公司太陽光電先進檢測設備研發中心合作，引進國外微波電漿燈源系統，應用於工研院量測技術發展中心太陽光電計量實驗室之太陽能電池模組之量測設備。工研院材料與化工研究所團隊近期經由調配所填充之金屬鹵化物組成，達成發光光譜與色溫可調控，發展出大型植物工廠用白光與黃光等光源。金頓公司合作已陸續應用於草莓、小黃瓜、香草植物之栽培與研究，也成功地應用於茶葉、咖啡豆與烏魚子等日曬及烘培，未來預期可衍生許多利基市場之創新應用。
微波電漿燈的基本原理
圖一所示為微波電漿燈系統與燈泡之發光示意圖，是利用微波激發內部發光物質的無電極光源。首先在石英燈內充入金屬鹵化物或固態硫，以及惰性氬氣，啟動時，微波磁控管產生頻率為2.45 GHz的微波，先激發氬原子放電發光，當氬原子放電產生的熱量和微波能量，會引發金屬鹵化物蒸發為氣態，氣態發光物質在微波作用下放電發光，在幾十秒內光源由惰性氬原子發光過渡到穩定的發光物質發光，完成啟輝過程。微波電漿燈設備具有微波源、波導、諧振腔和石英球泡等幾部分，其中微波源一般由變頻高壓電源和磁控管所構成。
圖一、微波電漿燈系統與燈泡之發光示意圖
微波電漿光源之應用
2. 國內微波光源之應用
(1) 太陽光模擬器之應用
工研院研發團隊與金頓科技公司合作開發微波金屬鹵化物燈，經這幾年研究已經成功開發出能符合IEC 60904-9、JIS C8912、CNS 13059-9等光譜特性與量測規範之標準光源，滿足Class-A等級規範之標準光源。其發光光譜與純微波硫燈之光譜比較分布如圖八所示，從光譜比較中可以看出使用金屬鹵化物之微波電漿燈，更能展現出連續發光光譜分布之廣度，不僅提升了微量紫外部分，更提升了紅黃光區之光譜能量。工研院所開發出之標準太陽光模擬器經量測結果如表一所示，已經正式推廣至太陽光模擬器上使用，金頓公司在國內自製之3A級太陽光模擬器系統之照片如圖九所示。
圖八、微波標準燈與微波硫燈(S01)之光譜比較
(4) 其他應用
綜合以上微波電漿光源之光譜特性，並經過合作廠家對於微波電漿光源之推廣應用不遺餘力，以下舉例說明幾項可能應用的商機。
②光能量咖啡研發：工研院所開發可將微波轉化為全光譜的微波電漿燈源，提供金頓公司應用於咖啡烘焙設備，藉由微波來激發氧化物，產生的模擬太陽光光譜波長，涵蓋UV至紅外線，此燈具運用於咖啡豆烘焙，光源中的UV光可降解咖啡生豆存放過程衍生的黴菌和赭麴毒素。經SGS檢驗，此光烘焙咖啡豆的綠原酸含量，比一般烘焙豆高出2~3倍的綠原酸成分。換言之，也就是使用太陽光模擬器光源的光譜下，能呈現出優於戶外曝曬陽光的品質，讓咖啡擁有如太陽光譜照射後，誘導了的活性、茶多酚、胺基酸、咖啡鹼含量的變化，促進了沖泡後香氣的形成，並降解其中對身體有害的物質，讓咖啡喝起來更健康、尾韻香醇回甘、風味更提升。如圖十六所示，阿波羅光能量精品咖啡已正式推出，意者可於材料世界網洽購…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》419期，更多資料請見下方附檔。