TWM666178U - 白光發光晶粒及照明裝置 - Google Patents

Abstract

一種白光發光晶粒及照明裝置，照明裝置包含光源單元及控制單元。光源單元包括三個白光發光晶粒。各白光發光晶粒包含第一、第二、第三發光二極體元件及三個螢光層。第一發光二極體元件能夠發出波長介於410至450奈米的第一藍光。第二發光二極體元件能夠發出波長介於450至470奈米的第二藍光。第三發光二極體元件能夠發出波長介於460至490奈米的第三藍光。該等螢光層能夠分別被該第一藍光、該第二藍光與該第三藍光照射而激發，且激發後的混光呈現為具有藍綠光的白光，使各該白光發光晶粒產生白光，藉此，達到模擬太陽光的效果。

Description

白光發光晶粒及照明裝置

本新型是有關於一種發光晶粒及照明裝置，特別是指一種可發出白光的白光發光晶粒及色溫可調整的照明裝置。

參閱圖1，為一般的白光發光晶粒所發出的白光的光譜。所述白光的定義為其光譜連續，且其光譜範圍為380nm~780nm，其發光色調可能隨色溫而於偏紅、偏黃至偏藍間變化。由於一般的白光發光晶粒所發出的白光缺乏藍綠光(見圖1中的箭頭所指)，使得顯色指數R9、R12通常不超過90，而無法完整地模擬太陽光。因而，如何讓一般的白光發光晶粒所發出的白光可模擬真正的太陽光，便是目前白光發光晶粒開發者所關注的焦點。

參閱圖2，一般的照明裝置中通常設有色溫不同且亮度可調整的兩組發光晶粒。其中，該等發光晶粒中色溫較低的其中一者其在圖2所示的CIE色度圖中的座標定義為一低色溫座標110；該等發光晶粒中色溫較高的另一者其在圖2所示的CIE色度圖中的座標定義為一高色溫座標120。該等發光晶粒各自所發出的光混光之後即為該照明裝置所照射出的光。藉由分別調整該等發光晶粒的亮度，能讓混光後的光源(即該照明裝置所照射出的光)之色溫在該低色溫座標110與該高色溫座標120兩者的連線中變化。然而，該低色溫座標110與該高色溫座標120兩者的連線仍與圖2中代表太陽光的一黑體輻射線40有所偏 差，也就是說，一般的照明裝置所照射出的光之色溫相對於真正的太陽光之色溫仍存在明顯的落差。

因此，本新型的目的，即在提供一種能解決前述至少一種問題的白光發光晶粒。

於是，本新型白光發光晶粒，包含一底板、一第一發光二極體元件、一第二發光二極體元件、一第三發光二極體元件及三個螢光層。該第一發光二極體元件設置於該底板上，並能夠發出波長介於410nm至450nm之間的第一藍光。該第二發光二極體元件設置於該底板上，並能夠發出波長介於450nm至470nm之間的第二藍光。該第三發光二極體元件設置於該底板上，並能夠發出波長介於460nm至490nm之間的第三藍光。該等螢光層分別覆蓋於該第一發光二極體元件、該第二發光二極體元件與該第三發光二極體元件的表面。其中，當該等螢光層分別被該第一藍光、該第二藍光與該第三藍光照射時，該等螢光層會被激發而使該白光發光晶粒產生白光。

在一些實施態樣中，該第一發光二極體元件所發出的該第一藍光其色溫介於2700K至7500K之間，該第二發光二極體元件所發出的該第二藍光其色溫介於2700K至7500K之間，該第三發光二極體元件所發出的該第三藍光其色溫介於2700K至7500K之間。

在一些實施態樣中，該白光發光晶粒所產生的白光在環境溫度介於30℃~90℃中其顯色指數R9大於91。

在一些實施態樣中，該白光發光晶粒所產生的白光在環境溫度介於30℃~90℃中其顯色指數R12大於91。

本新型的另一目的，即在提供一種能提供逼近於黑體輻射線的基礎光源的照明裝置。

於是，本新型照明裝置，包含一光源單元及一控制單元。該光源單元包括至少三個前述的白光發光晶粒。該等白光發光晶粒所產生的白光其在一CIE色度圖中所對應的色座標分別定義為一第一座標、一第二座標及一第三座標。該第一座標、該第二座標與該第三座標的相關色溫彼此相異。該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線與一黑體輻射線形成兩個交點。該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線包圍界定一調光區域。其中，該調光區域包括部分的該黑體輻射線，且定義該光源單元混光後之光源在該CIE色度圖中的對應色座標為一混光座標。該控制單元電連接該光源單元，用以分別輸出電流至該等白光發光晶粒以分別控制其亮度變化，而使該混光座標於該調光區域中移動。

在一些實施態樣中，該第一座標、該第二座標與該第三座標中的至少兩者不位於該黑體輻射線上。

在一些實施態樣中，該第一座標、該第二座標與該第三座標皆不位於該黑體輻射線上。

在一些實施態樣中，該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線與該黑體輻射線形成兩個交點。其中一該交點之色溫不高於1800K，另一該 交點不低於10000K。

在一些實施態樣中，該第一座標與該第三座標之連線與該黑體輻射線形成兩個交點。其中一該交點之色溫不高於1800K，另一該交點不低於10000K。

在一些實施態樣中，該第一座標的相關色溫介於1800至2600K之間。

在一些實施態樣中，該第二座標的相關色溫介於2600至4500K之間。

在一些實施態樣中，該第三座標的相關色溫介於為6500至10000K之間。

在一些實施態樣中，該照明裝置還包含一基板。該等白光發光晶粒交錯排列於該基板。

在一些實施態樣中，該光源單元還包括電連接該控制單元且用以發出單色光的一紅光組、一綠光組及一藍光組。該紅光組、該綠光組及該藍光組分別接收該控制單元輸出之電流以改變其亮度變化。

在一些實施態樣中，該紅光組、該綠光組及該藍光組在該CIE色度圖中的相對應的色座標分別定義為一紅光座標、一綠光座標及一藍光座標。該紅光座標、該綠光座標與該藍光座標之連線包圍界定一混光區域，該混光區域之面積大於該調光區域之面積。

本新型之功效在於：藉由該第一發光二極體元件、該第二發光二 極體元件與該第三發光二極體元件發出波長介於410nm至450nm之間、波長介於450nm至470nm之間以及波長介於460nm至490nm之間的三種藍光，能讓該等螢光層被激發後的混光呈現為具有藍綠光的白光，以達到模擬太陽光的效果。此外，藉由該等白光發光晶粒所產生的白光在該CIE色度圖中的該調光區域包括部分的該黑體輻射線，能讓該光源單元混光後對應的該混光座標隨著該等白光發光晶粒的亮度變化而逼近於該黑體輻射線，以達到該照明裝置所發出的光在不同色溫中皆近似太陽光的效果。

參閱圖3與圖4，為本新型照明裝置的一實施例。該照明裝置包含一光源單元1、一電連接該光源單元1的控制單元2，及一供該光源單元1設置其上的基板3。該照明裝置可例如為攝影燈具、安裝於天花板上的崁燈、檯燈、植物生長燈等任何類型的照明裝置。

該光源單元1包括可發出白光且發出的白光其相關色溫(Correlated Color Temperature，簡稱：CCT)不同的一第一白光組11、一第二白光組12及一第三白光組13。該第一白光組11、該第二白光組12與該第三白光組13各包括多個白光發光晶粒10。該第一白光組11的該等白光發光晶粒10、該第 二白光組12的該等白光發光晶粒10及該第三白光組13的該等白光發光晶粒10交錯排列於該基板3上並整體排列為略呈一圓形。該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13的該等白光發光晶粒10交錯排列能使混色後的光源均勻，但在另一些實施態樣中，該光源單元1的排佈方式及形狀不以特定形式為限。且該第一白光組11、該第二白光組12與該第三白光組13也可以僅各包括一個該白光發光晶粒10，視實際需求而定。

參閱圖5，各該白光發光晶粒10包含一底板101，設置於該底板101上的一第一發光二極體元件102、一第二發光二極體元件103及一第三發光二極體元件104，以及分別覆蓋於該第一發光二極體元件102、該第二發光二極體元件103與該第三發光二極體元件104的三個螢光層105。該第一發光二極體元件102、該第二發光二極體元件103與該第三發光二極體元件104皆為基礎進行的發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱：LED)封裝元件。具體來說，該第一發光二極體元件102能夠被施加電壓而發出波長介於410nm至450nm之間的第一藍光(圖未示)，且該第一發光二極體元件102所發出的該第一藍光其色溫介於2700K至7500K之間。該第二發光二極體元件103能夠被施加電壓而發出波長介於450nm至470nm之間的第二藍光(圖未示)，且該第二發光二極體元件103所發出的該第二藍光其色溫介於2700K至7500K之間。該第三發光二極體元件104能夠被施加電壓而發出波長介於460nm至490nm之間的第三藍光(圖未示)，且該第三發光二極體元件104所發出的該第三藍光其色溫介於2700K至7500K之間。

該等螢光層105例如為多種不同顏色的螢光粉所構成的結構，且該等螢光層105彼此之間的組成成分或組成比例會根據其所對應的發光二極體元件所發出的藍光波長而有所不同，並可依需求調整。

參閱圖6，當該等螢光層105分別被該第一藍光、該第二藍光與該第三藍光照射時，該等螢光層105會被激發而產生顏色不同的光。該等螢光層105所產生的顏色不同的光混光之後會呈現為具有藍綠光的白光，使該白光發光晶粒10產生白光，而模擬出太陽光。

該白光發光晶粒10所產生的白光有超高的顯色指數(即一光源呈現真實物體顏色的能力之定量程度，英文為：Color Rendering Index，簡稱：CRI)。具體地，該白光發光晶粒10所產生的白光其顯色指數R1~R15大於90，尤其是，該白光發光晶粒10所產生的白光在相關色溫為5886K時其顯色指數R9、R12皆大於93，而能讓色彩還原度提升。在本實施例中，該白光發光晶粒10在相關色溫為5886K時其顯色指數Ra、R1~R15的量測值如下表1所示。

參閱圖7，為該白光發光晶粒10以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度(T_P)中的相關色溫變化。其中，該白光發光晶粒10的相關色溫變 化是以圖7中的實線表示，一般的白光發光晶粒的相關色溫變化則是以圖7中的虛線表示。圖7中顯示該白光發光晶粒10相較於一般的白光發光晶粒其相關色溫受到環境溫度的影響較不明顯。

參閱圖8，為該白光發光晶粒10以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度中的顯色指數R9變化。其中，該白光發光晶粒10的顯色指數R9變化是以圖8中的實線表示，一般的白光發光晶粒的顯色指數R9變化則是以圖8中的虛線表示。圖8中顯示該白光發光晶粒10所發出的白光在不同的環境溫度(30℃~90℃)中其顯色指數R9恆大於91，且該白光發光晶粒10相較於一般的白光發光晶粒其顯色指數R9受到環境溫度的影響較不明顯。

參閱圖9，為該白光發光晶粒10以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度中的顯色指數R12變化。其中，該白光發光晶粒10的顯色指數R12變化是以圖9中的實線表示，一般的白光發光晶粒的顯色指數R12變化則是以圖9中的虛線表示。圖9中顯示該白光發光晶粒10所發出的白光在不同的環境溫度(30℃~90℃)中其顯色指數R12恆大於91。

參閱圖3、圖4及圖10，該第一白光組11的該等白光發光晶粒10所發出的光混光後其在一如圖10所示的CIE色度圖(在本實施例中，為CIE 1976)中相對應的色座標定義為一第一座標112，該第二白光組12的該等白光發光晶粒10所發出的光混光後其在該CIE色度圖中相對應的色座標定義為一第二座標122，該第三白光組13的該等白光發光晶粒10所發出的光混光後其在該CIE色度圖中相對應的色座標定義為一第三座標132。該第一座標112、該第二座標122 及該第三座標132的相關色溫彼此相異。在本實施例中，是以該第一座標112、該第二座標122及該第三座標132皆不位於該黑體輻射線41上作為說明，但在另一些實施態樣中，也可以是以該第一座標112與該第三座標132的其中之一者位於該黑體輻射線41上，仍可達成本案所訴求之功效。該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13的相關色溫分別介於1800至2600K、2600至4500K、6500至10000K之間，在本實施例中，該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13的相關色溫分別是以1800K、3500K及10000K示例。

其中，該第一座標112、該第二座標122與該第三座標132之三角形連線與該黑體輻射線41形成兩個交點18。其中一該交點18之色溫不高於1800K，另一該交點18不低於10000K。在本實施例中，是以該等交點18位於該第一座標112與該第三座標132之連線作為說明，但該等交點18也可以是分別位於三角形連線的任兩個邊上，不以此為限。該第一座標112、該第二座標122及該第三座標132之三角形連線包圍界定一調光區域42，該調光區域42包括部分的該黑體輻射線41。也就是說，該調光區域42中的該黑體輻射線41即為預定調光的目標。定義該光源單元1混光後之光源在該CIE色度圖中的對應色座標為一混光座標17。

該控制單元2例如為微處理器、記憶體等儲存裝置、與電流驅動器之組合，並能根據一演算法來分別輸出驅動電流至該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13，以分別控制該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13所發出的白光的亮度變化，使該混光座標17根據三者的亮度變 化而於該調光區域42中移動，以混光出由1800K到10000K間不同相關色溫之光源。所述演算法是預先根據該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13的光譜，求出該混光座標17的預定色溫(例如：3000K)所對應的該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13的功率比例(例如，該第一白光組11為35%、該第二白光組12為63%、及該第三白光組13為3%)，並將其設定值擬合為一函數或一表格，再將該函數或該表格儲存於該控制單元2中做為該演算法使用。所述功率比例例如為：當該光源單元1預計使用300W之功率時，則依據上述功率比例，將300W之功率分配給該第一白光組11、該第二白光組12及該第三白光組13進行發光。

在本實施例中，該演算法中，該混光座標17於各色溫之功率比例設定如下表2所示。由表2中可見每一色溫的該混光座標17所測得之D_uv值(其定義為色座標距離該黑體輻射線41的距離)皆介於-0.0005至0.0005內，CRI值(顯色指數)也皆大於95。也就是說，本實施例混光出的光源所對應的該混光座標17能落在該黑體輻射線41或逼近於該黑體輻射線41，其光源相對於真正的太陽光僅存在極些微的差異，而能達成高度還原物體的真實顏色之功效。

參閱圖11、圖12，為本實施例的另一實施態樣。在本實施例的另 一實施態樣中，該光源單元1還包括電連接該控制單元2且用以發出單色光的一紅光組14、一綠光組15及一藍光組16。該紅光組14包括多個紅光發光二極體元件(圖未示)。該綠光組15包括多個綠光發光二極體元件(圖未示)。該藍光組16包括多個藍光發光二極體元件(圖未示)。該紅光組14、該綠光組15與該藍光組16分別接收該控制單元2所輸出的不同大小的電流，使該紅光組14、該綠光組15與該藍光組16所發出的單色光的亮度能受控調整。所述單色光的定義為半波寬範圍為5nm~30nm。

其中，該紅光組14、該藍光組16及該綠光組15在如圖12所示的該CIE色度圖中相對應的色座標分別定義為一紅光座標141、一綠光座標151及一藍光座標161。該紅光座標141、該綠光座標151與該藍光座標161之連線包圍界定一混光區域43，該混光區域43的範圍在該CIE色度圖上包含該調光區域42且面積大於該調光區域42。

於實際應用時，先藉由該控制單元2調整該第一白光組11、第二白光組12及該第三白光組13之功率比例，而使該光源單元1提供逼近於該黑體輻射線41的基礎光源。接著，再根據需求，調整該紅光組14、該綠光組15及該藍光組16之功率而對基礎光源進行染色。例如，當攝影時需要類似太陽光的紅光時，可在調整出逼近於該黑體輻射線41的基礎光源後，再依所需的紅光的飽和度來調整該紅光組14的亮度。如此，即可提供在基礎光源上添加紅光的光源。

綜上所述，藉由該第一發光二極體元件102、該第二發光二極體元件103與該第三發光二極體元件104發出波長介於410nm至450nm之間、波長 介於450nm至470nm之間以及波長介於460nm至490nm之間的三種藍光，能讓該等螢光層105被激發後的混光呈現為具有藍綠光的白光，以達到模擬太陽光的效果。此外，藉由該等白光發光晶粒10所產生的白光其相關色溫彼此相異，且該等白光發光晶粒10所產生的白光在該CIE色度圖中的該調光區域42包括部分的該黑體輻射線41，再搭配設置該控制單元2輸出電流以分別控制該等白光發光晶粒10所產生的白光的亮度變化，能讓該光源單元1混光後對應的該混光座標17隨著該等白光發光晶粒10的亮度變化而逼近於該黑體輻射線41，以達到該照明裝置所發出的光在不同色溫中皆近似太陽光的效果，而能達成高度還原該物體的真實顏色之功效。另外，藉由設置該紅光組14、該綠光組15及該藍光組16，可以在調整出逼近於該黑體輻射線41的基礎光源後，再根據需求調整該紅光組14、該綠光組15及該藍光組16之功率而對基礎光源進行染色。如此，可以達到在兼顧良好的顯色度的情況下，能再提升混光後之光源的色彩飽和度，以因應攝影或各種環境之應用，故確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

1:光源單元

10:白光發光晶粒

101:底板

102:第一發光二極體元件

103:第二發光二極體元件

104:第三發光二極體元件

105:螢光層

11:第一白光組

112:第一座標

12:第二白光組

122:第二座標

13:第三白光組

132:第三座標

14:紅光組

141:紅光座標

15:綠光組

151:綠光座標

16:藍光組

161:藍光座標

17:混光座標

18:交點

2:控制單元

3:基板

41:黑體輻射線

42:調光區域

43:混光區域

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一光譜圖，說明一般的白光發光晶粒所發出的白光在不同波長中的相對光強變化；圖2是一CIE色度圖，說明一般的照明裝置其兩組發光晶粒所相對應的色坐標；圖3是說明本新型照明裝置之一實施例的一方塊示意圖；圖4是一示意圖，說明該實施例的多個白光發光晶粒及一底板的連接關係；圖5是一示意圖，說明任一該白光發光晶粒的一底板、一第一發光二極體元件、一第二發光二極體元件、一第三發光二極體元件及三個螢光層的連接關係； 圖6是一光譜圖，說明任一該白光發光晶粒所發出的白光在不同波長中的相對光強變化；圖7為該白光發光晶粒以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度中的相關色溫變化圖；圖8為該白光發光晶粒以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度中的顯色指數R9變化圖；圖9為該白光發光晶粒以及一般的白光發光晶粒在不同的環境溫度中的顯色指數R12變化圖；圖10是該實施例的一CIE色度圖；圖11是說明該實施例的另一實施態樣的一方塊示意圖；及圖12是該實施例的另一實施態樣的一CIE色度圖。

10:白光發光晶粒

101:底板

102:第一發光二極體元件

103:第二發光二極體元件

104:第三發光二極體元件

105:螢光層

Claims (15)

1. 一種白光發光晶粒，包含： 一底板； 一第一發光二極體元件，設置於該底板上，並能夠發出波長介於410nm至450nm之間的第一藍光； 一第二發光二極體元件，設置於該底板上，並能夠發出波長介於450nm至470nm之間的第二藍光； 一第三發光二極體元件，設置於該底板上，並能夠發出波長介於460nm至490nm之間的第三藍光；及 三個螢光層，分別覆蓋於該第一發光二極體元件、該第二發光二極體元件與該第三發光二極體元件的表面， 其中，當該等螢光層分別被該第一藍光、該第二藍光與該第三藍光照射時，該等螢光層會被激發而使該白光發光晶粒產生白光。
2. 如請求項1所述的白光發光晶粒，其中，該第一發光二極體元件所發出的該第一藍光其色溫介於2700K至7500K之間，該第二發光二極體元件所發出的該第二藍光其色溫介於2700K至7500K之間，該第三發光二極體元件所發出的該第三藍光其色溫介於2700K至7500K之間。
3. 如請求項1所述的白光發光晶粒，其中，該白光發光晶粒所產生的白光在環境溫度介於30℃~90℃中其顯色指數R9大於91。
4. 如請求項1所述的白光發光晶粒，其中，該白光發光晶粒所產生的白光在環境溫度介於30℃~90℃中其顯色指數R12大於91。
5. 一種照明裝置，包含： 一光源單元，包括至少三個如請求項1至4中任一項所述的白光發光晶粒，該等白光發光晶粒所產生的白光其在一CIE色度圖中所對應的色座標分別定義為一第一座標、一第二座標及一第三座標，該第一座標、該第二座標與該第三座標的相關色溫彼此相異，該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線與一黑體輻射線形成兩個交點，該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線包圍界定一調光區域，其中，該調光區域包括部分的該黑體輻射線，且定義該光源單元混光後之光源在該CIE色度圖中的對應色座標為一混光座標；及 一控制單元，電連接該光源單元，用以分別輸出電流至該等白光發光晶粒以分別控制其亮度變化，而使該混光座標於該調光區域中移動。
6. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該第一座標、該第二座標與該第三座標中的至少兩者不位於該黑體輻射線上。
7. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該第一座標、該第二座標與該第三座標皆不位於該黑體輻射線上。
8. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該第一座標、該第二座標與該第三座標之連線與該黑體輻射線形成兩個交點，其中一該交點之色溫不高於1800K，另一該交點不低於10000K。
9. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該第一座標與該第三座標之連線與該黑體輻射線形成兩個交點，其中一該交點之色溫不高於1800K，另一該交點不低於10000K。
10. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該第一座標的相關色溫介於1800至2600K之間。
11. 如請求項10所述的照明裝置，其中，該第二座標的相關色溫介於2600至4500K之間。
12. 如請求項11所述的照明裝置，其中，該第三座標的相關色溫介於為6500至10000K之間。
13. 如請求項5所述的照明裝置，還包含一基板，該等白光發光晶粒交錯排列於該基板。
14. 如請求項5所述的照明裝置，其中，該光源單元還包括電連接該控制單元且用以發出單色光的一紅光組、一綠光組及一藍光組，該紅光組、該綠光組及該藍光組分別接收該控制單元輸出之電流以改變其亮度變化。
15. 如請求項14所述的照明裝置，其中，該紅光組、該綠光組及該藍光組在該CIE色度圖中的相對應的色座標分別定義為一紅光座標、一綠光座標及一藍光座標，該紅光座標、該綠光座標與該藍光座標之連線包圍界定一混光區域，該混光區域之面積大於該調光區域之面積。