CN103104833A - 照明用色温调控装置、照明设备与调控色温的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明用色温调控装置、照明设备以及调控色温的方法。照明用色温调控装置用以调控与该照明用色温调控装置作用的光的色温，包括：光阀结构，以调控通过该光阀结构的出射光通量与进入该光阀结构的入射光通量的比例；以及调色结构，包括至少一种可将入射光波长转换为不同波长出射光的波长区段转换元件，其中，光阀结构和调色结构在光的行进路径上彼此不重叠，使自光源射出经过光阀结构的出射光与经过调色结构至少部分被转换为不同波长区段的出射光混成，形成与原光源不同色温的混成光。

Description

照明用色温调控装置、照明设备与调控色温的方法
技术领域
本发明是关于一种照明用色温调控装置与使用该照明用色温调控装置的照明设备，以及调控色温的方法。
背景技术
自从爱迪生发明白炽灯泡后，人类的生活型态因照明时间与空间的延伸而产生巨大变化，进而持续推进发展出更耐用、美观、且更有效率的照明产品。
然而，由于人类演化过程中对太阳光的适应，即使身处于人工光源照明下，人类视觉器官仍然偏好于接近自然光的照射环境。人眼的构造也对可见光的感应会随着其波长区段不同及所处环境明暗而变化。当可见光作用于人眼而产生光的感应，此时不仅与光的组成及强弱有关，还跟人视觉器官的生理特性及人的心理因素有关。所以，必需借助“光度量学”，根据人视觉器官的生理特性和某些约定的规范来评价光辐射所产生的视觉效应。
由于光度测量必需仰赖人视觉器官的生理特性，所以国际照明委员会(Commission Internationale de l’Eclariage,CIE)便统一制定了人眼对光感应知觉能力的评价标准。提出人眼视觉函数(eye sensitivity function)V(λ)联系辐射度量和光度量并进行转换，并用色度图将人眼对色彩感知标准化。1924年，CIE提出在2度小视场等能光谱实验中，明视觉条件下点状光源的视觉函数，称为CIE 1931视觉函数，据以推导得到如图1所示的CIE1931色彩空间色度图。由于人眼对不同波长区段的光视效能不同，CIE针对人类眼睛在蓝色与靛色光谱区域的敏感度，于1978年提出了CIE 1978视觉函数。这个修正过的函数，在波长低于460纳米(nm)的光谱区域有较高的响应值。然而，尽管明视觉CIE1978视觉函数可视为最精确的敏感度描述，但考虑到更换标准度量的不便，目前世界各国仍多以CIE1931色彩空间色度图为参考标准。
白光是照明应用中最广泛使用的光源，由于光同色异谱的特性，故可以从色度图中找到极多可见光谱组合来产生白光。由于所有白光之间最大的特征差别就是“色温”，所以相对于色度坐标的色温成为描述白光光源特性的一个重要参数。所谓“色温”，是指当一光源光谱分布与某黑体（指在任何温度下将落到它表面上的任何波长的辐射全部吸收的物体）辐射出来的光谱相同时，便可用该“黑体的表面绝对温度”这参数，来代表这样一个光源光谱分布。简言之，色温即是根据黑体辐射所放出的光色变化，所定义出来的颜色表示方式，单位是绝对温度K（Kelvin）。加热黑体时，不同的温度下黑体外表将会发出不同的颜色的光，如黑体加热到1000K时，黑体呈现红色，3000K以下为偏红黄色，约3000K至6500K时呈白色，而高于6500K时光色就会偏蓝色。因为可简单使用“色温”描述特定光谱，故常于照明相关产业中拿来做为设计的标准。
而随着温度的变化，黑体所发出的光的色温可在色度图上描绘出其轨迹，此黑体辐射光谱在CIE1931色彩空间色度图中的轨迹称为“普朗克轨迹（Plankian Locus）”或“黑体辐射轨迹（Black Body Locus,BBL）”。自然界中白光光谱非常类似于普朗克光谱。图1上的轨迹aa’即表示普朗克黑体辐射光谱在CIE1931色彩空间色度图中的“黑体辐射轨迹”以及其色温所对应的颜色。
而在色温的控制方面，对于一个白光照明灯具来说，不同色温就有不同的应用领域，如色温在3300K以下，称为“暖色光”，其与白炽灯相近且红光成分较多，能给人以温暖，健康，舒适的感受。因此暖色光适用与家庭，住宅，宿舍，宾馆等场所或温度比较低的地方。而色温在绝对温度3300K到绝对温度5300K之间，称为“冷色白光”；由于光线柔和，使人有愉快，舒适，安详的感受。此冷色白光适用于商店，医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。色温在绝对温度5300K以上，称为“冷色光”，其光源最接近自然光，有明亮的感觉使人精力集中。此冷色光适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等场所。所以，一个良好的白光照明设备必需是要能够完成色温上的调变，以大幅增加其应用层面与价值。
此外，评价照明用白光光源是否接近日光，物体在照射下的“演色性”亦成为一个重要的参数。物体在太阳光或白炽灯的照射下，由于这些光源宽频带(Boardband)的特性，会显示出所谓的“真实颜色”。光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的“演色性(color-rendering index，CRI或Ra)”，以对光源的演色性进行定量评价。以标准光源定为参考值，其演色性指数Ra定为100，其余光源的演色性指数均低于100。演色性指数值越大，代表光源的演色性越好。白炽灯演色性可达98，而日光灯则较差。由于人眼演化适应日光环境，因此CIE便以普朗克轨迹的黑体辐射光谱作为评价依据，对落于普朗克轨迹之上些微距离的日光，其演色性比相当高。
现代照明设备中，最常见的光源包括卤素灯、荧光灯、冷阴极射线管(CCFL)，以及发光二极管(Light Emitting Diode,LED)等。照明用光源一经制成完成，便不易再调控其色温与演色性。一般白炽钨丝灯泡色温与演色性佳但使用寿命短且发光效率低，卤素灯相较于白炽灯使用寿命与发光效率上有改善，但发高热及紫外线同样为人垢病。此外，传统以白炽发光原理的照明设备均受到发高热及出厂后色温及演色性即固定的限制。至于CCFL，则因含有汞而不环保且同样具有色温与演色性不足的问题。
近年来，由于LED具体积小、发光效率佳、寿命长、操作反应时间快，且符合环保的无热辐射与无水银等有毒物质的污染等优点，相较于其他传统照明光源具有相当优势。
LED为利用半导体制程技术来实现以二极管为发光主体的光学元件，其通过将电能转换成光波形成，放射光谱是属于单色光，波长区段涵盖红外光、可见光及紫外光。LED由于要形成照明用的白光，故其频谱必须横跨红、绿、蓝三个波段的三原色的光以进而混成光线，即波长区段必须横跨将近300nm左右(约400nm至700nm)。但是因LED放射光谱的半高宽能量差非常狭窄，所以仅能发出单一波长的单色光。长久以来，LED受限于三原色中的蓝色发光波段其发光亮度不佳，无法达成全彩影像与白光照明。
为实现LED白光照明，目前业界利用的方法可以分为两种：第一种方式为组合发出不同波长的LED芯片。例如通过红色－绿色－蓝色LED组合，或是蓝光－黄绿光LED组合，分别控制通过各个LED的电流，再经由光扩散薄膜层将分别发出的光加以混成产生白光。另一种方法则是利用可转换波长区段的材料，如半导体、荧光体或染料，搭配单色光的LED，达到发出白光的目的。此类白光发光技术中较成熟者，则属利用荧光体材料搭配单色光LED的技术。1996年日本日亚化学公司(Nichia Chemical)发展出以蓝色(GaxIn1-xN)LED配合发黄光的钇铝石榴石型(yttrium aluminum garnet；YAG)荧光体亦可成为一白光光源。黄色荧光体材料经由吸收蓝色LED放出的部分蓝光后，发出长波长区段的黄光，最后再把两种光色经由混成形成白光。这种方式因而只需要一组相同颜色的LED芯片。另一种常用的荧光体则为铽铝石榴石型(terbiumaluminum garnet；TAG)荧光体，其发光效率较YAG差，但相对演色性会较佳。目前利用可转换波长区段的材料搭配单色LED以得到白光光源的方法，仍以蓝色LED搭配黄色YAG或TAG荧光体。
然而，新兴的LED光源仍然无法完全取代传统照明，其主要原因在于现行市售的LED灯具产品均缺乏可精准表现一致色温的特性，以致产品之间无法避免地出现色温差异。市售的白光LED多是以蓝光LED和黄色荧光体混成调色；现行蓝光LED制程技术已趋成熟，但在与荧光体搭配混成白光时，仍会因为蓝光与黄色荧光体产生的光通量调配存在有很大的不确定性而出现偏离预定色温区域的状况，以致无法精准控制每个产品的出厂色温。不确定性的成因包括像是于制造时荧光体的调配比例、荧光体分布的均匀度、量产时点胶的时间以及对应不同特性的LED所造成。依目前荧光体搭配LED的方式完成的白色光源的量产技术，一般仍会造成正负200K以上色温误差。然而，人眼对于一个光源的色温若有正负100K以上的变动量，便会产生感觉。而较敏感的人甚至可轻易察觉高于50K的色温差异。故目前，一般照明产品对色度的容许差异已从100K缩小至50K，白光LED便是受限于以上各项不确定性的因素，而使得产量大减，不良的样品只得以较便宜的价格售出。
图2为规范不同色温下的白光LED色度的ANSI C78.377A固态照明规格（Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products for ElectricLamps）的CIE 1931色度坐标与色容差图。中间曲线即为图1中部分aa’曲线的黑体辐射轨迹BBL，而沿BBL上下每一个小方格边长约50K，代表在此方格内的色度均可视为“相同色温”，因为人眼对在相同方格内的色温感觉不出任何差异。一般照明用的白光灯源，其色温至少必需位于图中所示的某区域内。以至目前用于室内照明中以多个LED芯片组成的光源，若其中有一个LED芯片毁损，就需要更换全部LED芯片以达所有光源色温的一致性。
由上述可知，市面上的白光LED大部分为以蓝光LED和黄色荧光体来做混成调色，缺点便是在于无法精准控制每个产品的出厂色温；而无法精准控制的原因，就在于蓝光与黄光的光通量调配存在有很大的不稳定性。再者，每批白光光源的特定色温需由调配一定的荧光体比例完成，封装后便无法再自行改变此比例。此方法并无法随意调变白光光源色温，使得此照明设备的应用价值大幅下降。再者，室内照明应具备适当亮度、舒适光场，和空间与时间色彩均齐性；但现今LED灯多有空间色偏问题。所谓空间色偏是指LED灯会产生中间偏蓝、周围偏黄的“黄晕”，严重者会在某些角度形成极高色温的光束，对人体造成不良影响。
此外，目前亦用使用红、蓝、绿三色LED光源，利用电路控制三者间相对强度，借以得到白色LED光。然而，由于三色光源间衰变速率的不同(红色光较快)，故此类光源在使用一段时间后，常会发生明显的色度偏移现象。包括LED在内，现行各式光源无论是用于照明设备或在波长区段调变上，其色温与演色性的变化与调控仍存在很大的问题或是完全无法操控。为了提升光源品质及其产品应用(如照明)价值及实用性，现行的用于像是照明的光源设备仍存在着极大的困难亟待克服。所以，如何将光源精准调变其最终出射光光谱分布或波长区段，不仅在照明的应用上极具价值，并且可运用在其他任何对光源品质高度要求的应用领域之中。
发明内容
本发明的一实施例在于提供一种照明用色温调控装置，以调控与该照明用色温调控装置作用的光的色温，其包括一光阀结构，以调控与该光阀结构作用的该光的第一入射光及第一出射光的光通量的比例、以及一调色结构，其包括至少一波长区段转换元件，以转换与该调色结构作用的该光的具第一波长区段的第二入射光成具第二波长区段的第二出射光，其中，该光阀结构与该调色结构在该光的行进路径上彼此不重叠，使该第一出射光与该第二出射光混成，以形成一与该光不同色温的混成光。
根据本发明的另一实施例，该光阀结构与该调色结构同样位于垂直于该光行进路径的一平面上。
本发明的一实施例在于提供一种照明设备，其包括一光源、以及如上述的照明用色温调控装置。
本发明的一实施例在于提供一种调控色温的方法，其包括提供一第一光源、提供一光阀结构以调控与该光阀结构作用的该第一光源中一第一入射光及一第一出射光的光通量的比例、提供一包括至少一波长区段转换元件的调色结构，以转换与该调色结构作用的该第一光源中一具第一波长区段的第二入射光成一具第二波长区段的第二出射光、以及混成该第一出射光与该第二出射光，以形成一与该第一光源不同色温的一混成光。
附图说明
本发明的上述和其他方面、特征及其他优点参照说明书内容并配合附加附图得到更清楚的了解，其中：
图1显示普朗克黑体辐射光谱在CIE1931色彩空间色度图与示范实施例的色度坐标和色温调控；
图2是规范不同色温下的白光LED色度的ANSI C78.377A固态照明规格的CIE 1931色度坐标与色容差图；
图3是本发明的照明用色温调控装置实施例示意图；
图4是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图5是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图6是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图7是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图8是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图9是本发明的照明用色温调控装置另一实施例示意图；
图10是液晶层结构的示意图；
图11A、图11B是NW模式的90°TN型液晶单元基本架构；
图11C、图11D是NB模式的90°TN型液晶单元基本架构；
图12是显示电压大小对液晶单元透光通量的曲线；
图13显示根据本发明的一示范实施例的照明用色温调控装置；
图14A、图14B是根据图13沿CD线的剖面示意图；
图15A、图15B是根据本发明的照明用色温调控装置的范例实施例；
图16A、图16B是根据本发明的照明用色温调控装置的范例实施例；
图17是根据本发明的照明用色温调控装置的范例实施例；
图18是CIE 1931色度图与实施例的色度坐标和色温调控；
图19是CIE 1931色度图与实施例的色度坐标和色温调控；
图20是CIE 1931色度图与实施例的色度坐标和色温调控；
图21A-图21F是荧光体分布的图案例示图；
图22显示根据本发明的实施例的照明用色温调控装置；
图23A、图23B显示根据本发明的实施例的照明用色温调控装置与设备；
图24A、图24B显示根据本发明的实施例的照明用色温调控装置与设备。
【主要元件符号说明】
300：照明用色温调控装置          301：第一光源
302：调色结构                    303：光阀结构
304：未通过调色与光阀结构的原光  305：第一入射光
306：第一出射光                  307：第二入射光
308：第二出射光                  400：照明用色温调控装置
401：第一光源                    402：调色结构
403：光阀结构                    404：未通过调色与光阀结构的原光
405：第一入射光                  406：第一出射光
407：第二入射光                  408：第二出射光
410：其他光                      411：第二光源
500：照明用色温调控装置          501：光源
502：调色结构                    503：光阀结构
600：照明用色温调控装置          601：光源
602：调色结构                    603：光阀结构
604：调色结构                    700：照明用色温调控装置
701：第一光源                    702：调色结构
703：光阀结构                    704：调色结构
705：第二光源                    800：照明用色温调控装置
801：光源                        802：调色结构
803：光阀结构                    900：照明用色温调控装置
901：光源                        902：调色结构
903：光阀结构                    904：隔板
1000：液晶层结构                 1001：透明电极
1002：透明电极              1003：间隙物
1004：透明基板              1005：透明基板
1006：液晶                  1007：偏振片
1008：偏振片                1011：配向层
1012：配向层                1300：照明用色温调控装置
1301：透明电极              1302：透明电极
1304：第一透明基板          1305：第二透明基板
1306：液晶层                1307：偏振片
1308：偏振片                1310：液晶层结构
1315：间隙物                1322：液晶单元
1330：黄色荧光体层          1422：液晶单元
1430：黄色荧光体层          1431：LED蓝光光源
1522：液晶单元              1530：黄色荧光体层
1531：LED蓝光光源           1532：红色荧光染料
1622：液晶单元              1630：黄色荧光体层
1631：LED蓝光光源           1633：LED红色光源
1722：液晶单元              1730：黄色荧光体层
1731：LED蓝光光源           1733：LED红色光源
2200：照明用色温调控装置    2201：微机电组件
2202：百叶片                2203：压电材料
2204：透明板                2205：控制元件
2310：照明用色温调控设备    2311：照明用色温调控装置
2312：液晶层结构            2314：荧光体层
2316：LED光源               2318：外壳
2319：镜面涂层              2320：照明用色温调控设备
2321：照明用色温调控装置    2322：液晶层结构
2324：荧光体层              2326：LED光源
2328：外壳                  2410：灯泡
2411：扩散膜层              2412：光导柱
2413：二氧化硅颗粒          2414：透明绝热材料
2415：LED光源             2416：液晶层结构
2417：外壳                2418：基座
2419：荧光体层            2420：柱状灯管
2422：光导柱              2425：LED光源
2426：变色玻璃            2427：外壳
2428：荧光体层            2430：照明用色温调控设备
具体实施方式
于下文中，本发明的多个示范实施例将参照附加附图详细描述。然而，对于熟悉本领域者而言，可在不背离本发明的范畴下进行修改或变更。然而，将提供本发明的示范实施例以使得熟悉本领域者更清楚了解本发明揭露内容。必需了解的是，本发明可以许多不同的形式具体实施，故示范实施例不应解释为对本发明的限制。确切地说，提供这些实施例以使得此揭示将完全和完整，并对熟悉此项技术者而言将完全表达了本发明的范围。于附图中，为了清楚显示的目的形状和尺寸可能予以夸大，而相同的元件符号于整份附图中用来表示相同或相似的组件。
根据本发明的示范实施例，本发明是揭示一种色温调控装置及方法，以及使用该色温调控装置的设备。简言之，是利用能连续调整光穿透率（入射/出射光比例）的如液晶单元(LC cell)或变色玻璃的“光阀”，以及像是包括可图样化荧光体层或是波长区段转换元件的“调色结构”，搭配来精准调变色温使根据本发明的装置及设备拥有可“连续”并“精准”调变光源色温的功能。此外，根据本发明的实施例，使用单一光源精准调变其最终出射光光谱分布或波长区段，达成原来需要多光源才能得到的光源效果。
所谓的“精准”调控色温，是指可通过根据本发明的照明用色温调控装置，将用于照明的经混成出射光的色温，控制于上下误差50K色温范围内(±50K)沿着BBL作调整(Black Body Locus区域)，以符合ANSI C78.377A的规范。
根据本发明的波长区段调控方法，除了运用一种以上荧光体材料加成，配合光阀手段调控各个光通量借以混成出所欲色温的光之外，亦可用光波长区段减去手段(例如加入吸收特定波长区段的材料)，吸收特定波长区段以降低其光通量借以调控混成光的色温或波长区段。又根据本发明的一个实施例，该调色结构是以干涉手段改变入射光波长区段以达成调色目的的调色结构。
根据本发明的一实施例的装置、设备及方法，参照图3所示的照明用色温调控装置300，其包含欲调控色温的光(由第一光源301发出)、一光阀结构303、以及一调色结构302，其中，该光阀结构303与该调色结构302在该光的行进路径上彼此不重叠。
如图3所示，一部分自该第一光源301发散出的该光为与该光阀结构303作用的该光的一第一入射光305，该第一入射光305经该光阀结构303后，成为一第一出射光306由该光阀结构303射出，而该光阀结构303即用以调控与该光阀结构作用的该光的该第一入射光305及该第一出射光306的光通量的比例。
如图3，另一部分自第一光源301发散出的该光成为与该调色结构302作用的该光的一第二入射光307，该第二入射光307经该调色结构302后，成为一第二出射光308由该调色结构302射出，而该调色结构302即用以将与该调色结构作用的该光的一具第一波长区段的该第二入射光307，转换成一具第二波长区段的该第二出射光308。
最后，该第一出射光306与该第二出射光308二者混成，形成一与该光不同色温的混成光。
根据本发明的另一实施例的装置、设备及方法，其中该第二波长区段包含第一波长区段，即该第二出射光308仍包含部分未经转换的第一光源301的波长区段。换言之，进入该调色结构302的第一光源301成为该第二入射光307，其一部分被该调色结构中的该波长区段转换元件改变了波长区段，而仍有部分则维持原第二入射光307（即第一光源301）的波长区段，使得射出该调色结构的该第二出射光308具有比该第二入射光307的第一波长区段范围更广却包括第一波长区段的第二波长区段。
根据本发明的一实施例，该第一出射光306与该第二出射光308的混成光，是进一步与该第一光源301射出后未通过光阀结构303与调色结构302的原光304混成。
根据本发明的另一实施例的装置、设备及方法，如图4所示的照明用色温调控装置400，进一步包含一第二光源411发散出的其他光410，该其他光410与上述该第一出射光406、该第二出射光408、以及自该第一光源401射出后未通过光阀与调色结构的原光404四者混成，形成一与该光不同色温的混成光。
根据本发明的另一实施例，光源使用不同颜色组合，或是白光搭配单一或不同颜色色光的组合。
根据本发明的另一实施例，如图5所示，该调色结构502在光的行进路径上与该光阀结构503位于同一平面上不重叠且位于该光阀结构503两旁，并与该光阀结构503邻接，使该光源501所发出的该光分别被该光阀结构503以及该调色结构502转为第一出射光以及该第二出射光以混成一与该光不同色温的混成光。
根据本发明的另一实施例，如图6所示，包含一光源601、调色结构602(区域A)、604(区域C)、以及一光阀结构603(区域B)，其中该二调色结构和该光阀结构，三者在光的行进路径上位于同一平面上不重叠且区域A和区域C将区域B夹至其中，值得注意的是，区域A和区域C是包含不同波长区段转换元件的调色结构，故可将原光源601入射各该调色结构602、604的该光，转换为各自不同的波长区段，再和通过该光阀结构603的该光混成一与该光不同色温的所欲混成光，其中该调色结构604(区域C)的光通量面积小于该调色结构602(区域A)，主要是因为该调色结构602(区域A)是发挥主要调色作用，而该调色结构604(区域C)则发挥更进一步提供该混成光色温的微调作用，故本实施例可执行更具弹性同时也是更细腻的光混成操作。
又根据本发明的另一实施例，如图7所示，进一步包含一第二光源705，因此除了原先从A、B与C区所发射出三种不同波长区段的光外，另一种不经任何物件结构而直接从该第二光源705射出的光线也一起参与混成。
又根据本发明的另一实施例，如图8所示，包含一光源801、调色结构802、以及一光阀结构803，其中该二调色结构802在光的行进路径上与该光阀结构803位于同一平面上不重叠且位于该光阀结构803两旁，但不与该光阀结构803邻接，使该光源801所发出的该光分别被该光阀结构803以及该调色结构802转为第一出射光、该第二出射光、以及穿过上述两结构之间由该光源801射出的该光，三者混成一与该光不同色温的混成光。
再根据本发明的另一实施例，如图9所示，包含一光源901、一调色结构902、二光阀结构903、以及二隔板904，其中该二光阀结构903在光的行进路径上与调色结构902不重叠亦不在同一平面上且位于该调色结构902两旁，该隔板904使该光源901所发出的该光不会有经过该调色结构902又经光阀结构903的情形，而是分别被该光阀结构903以及该调色结构902转为第一出射光以及该第二出射光以混成一与该光不同色温的混成光。
根据本发明的实施例，其中图3至图9中光阀结构与调色结构与光源的相对位置可依需要调整。例如，光阀结构在调色结构之间或是调色结构在光阀结构之间，亦可相同适用于上述的各实施例中，只须在上述各实施例的图示中，将光阀结构位置与调色结构位置交换。
根据本发明的一实施例，其中该光阀结构，是运用电引发物质变化进而影响其透光性、折射率等光学性质改变。这里所说的电引发物质变化包括如下但不局限于此的变化：(1)氧化还原；(2)电致相变化；(3)电引发物质结构或密度变化；(4)电引发物质(材料)亲殊水性质的改变。通过上述电引发的物质变化，可以操控到仅影响特定某一段光谱(如某颜色)的透射、折射、反射的量。亦即，可以选择性针对特定波长的放大或吸收，作为入射光中某一特定波段的光阀，而不一定是全部入射光光源的光阀。
根据本发明的一实施例，其中该光阀结构，只要可控制穿过其元件的入射/出射光比例者，无论是以机械、电子、甚或化学方式，像是液晶层结构、微机电(MEMS)组件、电子纸、压电装置/材料、油墨电湿润元件、变色玻璃及其组合等，均适用于本发明的实施例，其中该等光阀结构的组合方式可为一立体结构。
根据本发明的一实施例，其是通过该光阀结构控制通过特定区域的入射光与出射光的穿透比例，再将进入该调色结构中波长区段转换元件的光，进行波长区段的转换后，使所有的出射光(包括原光源)混成，进而调整出所欲混成后出射光的色温。其中，该波长区段转换元件是一波长区段转换材料或一波长区段转换结构单元。
根据本发明的一实施例，调色结构的该波长区段转换材料可使用特定光致发光材料(Photoluminescence,PL)使的进行波长区段的转换。
而所谓“光致发光材料(PL)”，是指当材料接收电磁波照射(如蓝光、紫外光、激光、X光或电子束)吸收了能量足够的光之后，电子获得足够的能量便可跃迁至激发态，当电子在掉回基态时将放出能量，若是放出能量的形式为光时，便称之为“光致发光效应”。
上述具PL性质的材料中，除荧光体(phosphors)外尚有其他可替代的材料，基本上，凡是可将入射光转换为特定波长等的材料均可运用，如：(a)具光致荧光效应的荧光染料(如DCM、CV670等(种类可见“Exciton”网页www.exciton.com/wavelength_chart.html)；(b)运用遮挡类型的材料：颜料(pigment)与染料(dye)，一般的染料具有完全吸收某特定波段光的特性，故可将光源中不必要的波段过滤掉，只留下特定波段的光来与来源光作混成。以遮挡类型的材料来替代荧光体，会有光源使用效率较低的状况，但仍可用来作为本发明荧光体的替代材料。
根据本发明的一实施例，其中该荧光体是氧化物荧光体、氧氮化物荧光体、氮化物荧光体、含锌化合物荧光体、半导体荧光体、有机荧光体、光致荧光染料、及其组合。
根据本发明的一实施例，其中该染料是吸收型染料、光致荧光型染料、或其组合。
此外，波长区段转换材料(如荧光体材料等)的添加物亦可为具光致发光性质的“量子点(quantum dot)”(如GaAs,CdSe,CdS等)，或是将量子点加入其他荧光体、染料、颜料之中组合。当材料的尺度小至100纳米以下的等级左右时，只要该材料的尺寸小于自己本身的电子费米波长，便可称之为“量子点”。量子点因其电子受到局限作用(称之为“量子局限效应”，quantum confinementeffect)，能阶便会产生如同原子般不连续的状态，故量子点也同时称为人造原子，不同的尺度可以产生不同的能阶，因而改变量子点的尺度大小将可以改变其因“电子跃迁”激发后所辐射放射出来的可见光波长，即光的颜色。然而，由于量子点的光致荧光效应非材料性质而是尺寸依存性质，用于室内照明时色温调控应用上作为波长区段转换材料功效不彰且成本太高，故仅可作为辅佐色温调控使用将其掺杂于波长区段转换材料中。
根据本发明的另一替换实施例，其中的调色结构中该波长区段转换元件是由波长区段转换结构单元所组成。于一实施例中，此波长区段转换结构单元是将原光入射至两薄板，以干涉手段并且调控两薄板状材料的间隙的方式，达成入射光波长区段的转换，而不是利用波长区段转换材料。
根据本发明的一实施例，该波长区段转换结构单元为胆固醇型液晶、蓝相位液晶、全像式高分子分散液晶(Holographic PDLC)材料、有色油墨电湿润元件、或是微机电组件所组成的元件。
基本上，可用于本发明的范例实施例中调控色温的“参数条件”包括：“荧光体涂布面积/各色比率”、“驱动电极/荧光体相对位置与面积”、“偏振片面积/彼此相对位置/与荧光体相对位置”、“常态白（normally white，NW)/常态黑（normally black，NB)”、“光源颜色”等，但不局限于上述条件。在各项参数条件都经过最佳化之后，此出射光源将可在冷白与暖白两色温之间精准调控。举例而言，参数条件可以是荧光体所占的区域大小或是其掺杂浓度。若是透过波长区段转换元件经转换波长成黄光光通量过多，导致色温无法调控至特定色温的白光时，可调整上述荧光体参数条件，改变不同波长区段的透过光通量的混成比例借以形成所欲达成的特定白光色温。
根据本发明的一实施例，在决定使用何种色温的光源时，作为波长区段转换材料的荧光体颜色的搭配可以参考图1的CIE 1931色彩空间色度图。如图1所示，色度图中间的曲线为“黑体辐射轨迹(BBL)”；此线将通过红绿蓝光三原色光混成的白光区域，在此区域中，右边的区域为暖白光，左边区域为冷白光，而一般照明用的白光光源，其色度坐标至少必需落在此区域之中，才具有照明的应用价值。所以在选择光源色度以及荧光体的颜色时，必须让两者的色度在色度图上位置的连线穿过此一区域；而若是能更进一步，让此连线能与BBL有交点，我们便能通过调控光源强度或荧光体激发光的强度，来使混成光源的色度恰落于此交点上。例如，图1中的线段bb’是由波长为450nm蓝色LED光源(色温坐标为b点)搭配CIE 1931色度坐标(CCx,CCy)=(0.4204,0.5563)的黄绿色荧光体(色温坐标为b’点)两端点所构成，而bb’线段上任一点，均可以两端点的光源以不同比例混成得到，其与BBL的交点色温为α。另外，像是线段cb，则可使用色温坐标为b点的450nm蓝色LED光源搭配纯黄色荧光体(色温坐标为c点)的两端点构成，其与BBL交点色温则为β，为一暖色光的坐标。同理，亦可选用紫色光源、绿色光源以改变上述线段的左侧端点，进而调控其与BBL的交点色温。
然而，单单以黄色荧光体搭配蓝色LED产生白光，其光谱波长分布的连续性虽已十分接近真实太阳光，但与太阳光光谱之间仍有空隙存在，其主要的原因是缺乏三原色中的红光源，使得色光混成后会在可见光光谱间出现空隙，导致光源演色性低。此时，可透过使用第二种颜色(如红色)的荧光体(即可将至少部分入射光源转换为不同波长区段的PL材料)，或采用不同于黄色荧光体的他色染料(dye)或颜料(pigment)，并配合一独立光阀结构(如液晶元件)实施，以使混成光增加某波段光谱(即引入第三混色光)，提高了混成光的演色性。
根据本发明的一实施例，其中该光源是选自由下列其中之一所组成的群组：LED、白炽灯、卤素灯、太阳光、CCFL、日光灯及其组合。其中该光源除了采用一种或多种有色光源之外，亦可使用白光光源，亦可使用有色光源搭配白光光源。根据本发明的实施例，使色温有偏差的白光光源，通过调控光阀结构使混成的光精准落至BBL区域中。同样的，对一已知色度坐标的白光光源（不限定为LED的光源），可选择相对应色光的荧光体，使此白光光源与激发荧光体后所发出的改变波长区段的光，混成为预计色度范围内的白光。并透过电压操控光阀结构改变其透光通量，便能使混成光在原白光与暖白光之间切换。
可于本发明照明用色温调控装置及方法中使用的光源基本上可为所有既存的照明光源，只需满足光源强度足以致使荧光体作用而将至少一部分入射光波长区段转换成另一出射光的波长区段的条件。以LED光源为例，现行的高功率LED产品中，除蓝光LED制程技术已趋成熟，其他色光的LED (如白光LED等)，因制程不稳定的缘故，发光效率亦不及蓝光LED，且产品通常合格率不佳，同一批产品中常常会有偏离预定色温区域的样本出现，而即使是合格优良的LED产品，在与荧光体搭配混成白光时，亦可能会因为荧光体的取量失误而出现偏离预定色温区域的状况，白光LED便是受限于此两种不确定性的因素，而使得产量大减，不良的样品只得以较便宜的价格售出。但是若以根据本发明的实施例中的装置来调控白光，便不会有如此的状况发生；只要荧光体与LED的色度坐标在色度图中的连线，有通过如图2中的区域，便能透过微调电压控制光通过液晶的穿透量，来达到将色温坐标精准的控制落于某特定区域的目的。
根据本发明的一个实施例，作为光阀的液晶层结构包括至少一个液晶单元。此处所谓“液晶层结构”，是指由两片透明基板内侧夹透明电极、包含液晶分子的液晶层、及选择性于两片透明基板外侧各自加上偏振片。“液晶单元”，是指该液晶层中，可独立施加偏压调控穿过液晶层的电场，进而通过改变液晶分子排列的扭转与倾斜角度或其相稳定状态，达到调控液晶单元灰阶的目的。
液晶为一种长棒状分子，具有重新导向光线的偏振方向或借以阻挡部分光线通过的作用。目前主流的液晶种类，大致上包含有丝状液晶(即Nematic LC、或称向列型液晶)、层状液晶、铁电型液晶、胆固醇型液晶(Cholesteric LC,CLC)、蓝相液晶、盘状液晶、以及高分子分散液晶(Polymer Dispersed LC,PDLC)等，而其中属丝状液晶最为广泛的运用于日常生活中，如显示器。
液晶目前在显示器上的运用非常多元化，且根据不同的设计，液晶分子可以被多种不同的驱动模式操作，如扭转向列（Twist Nematic，TN液晶分子旋转90度或其他角度）、超扭转向列（Super TN，STN，液晶分子转240~270度等大角度）、IPS（In-Plane Switch）、FFS（Fringe Field Switching）、VA（Vertical Alignment）、MVA（Multi-domain VA）、OCB（Optically CompensatedBend）、ECB（Electrically Controlled Birefringence）与ASM（Axially SymmetricAligned Microcell）模式等，其中最基本的架构为90°TN模式，而其他各种模式亦各有其特殊优势，如视角增广、快速反应等。
图10显示一液晶层结构1000示意图。两片透明基板1004、1005的相对表面上镀有透明电极ITO(Indium Tin Oxide)1001、1002，用以施加电压于透明基板间建立电场；ITO上涂布有配向层(alignment layer)1011、1012，其上布有细微的沟槽，以此沟槽来导引液晶分子的排列；两层透明基板间以间隙物(Spacer)1003作均匀分隔，之后再将液晶(Liquid Crystal,LC)1006填充满剩余的区域；随后视元件在运用上可能会有不同的需求，通常以90°TN的液晶来说，可在整个元件的上下两侧再贴上两片偏振方向互为垂直的偏振片(polarizer)1007、1008。当上下两片透明基板上的ITO电极通以适当电压时，在液晶单元内所建立的电场便能驱使液晶分子作连续性地扭转至电场方向，最后与电场方向呈平行排列。当光通过第一偏振片后，经偏极的线性偏振光，接着穿透会随着外加偏压改变排列方向的液晶分子，其出射光的偏振状态就会随着外加偏压大小而改变，最后配合第二偏振片的线性偏极效应，即所穿透的出射光就会产生代表灰阶的不同光亮度，此即为最基本的90°TN架构的液晶单元。通过此液晶层结构的实施例，可调节入射光与出射光通量的比例，以作为本发明调控色温方法中的“光阀”之用。
依无外加电压存在下液晶单元为透光状态(light-permeable state)或不透光状态，液晶单元的操作模式可分为常态白（normally white，NW）与常态黑（normally black，NB）两种。
根据本发明的一个例示实施例，如图11A-图11D所示，以TN型液晶来分别例示说明本发明中液晶单元的NW与NB模式基本架构与透光操作模式。图11A以及图11B中，上下两层配向层的沟槽方向互相垂直，这将导致液晶分子在此两片基板之间作90度的扭转排列，可令通过的偏振光线的偏振方向大致顺着液晶的扭旋旋转90度；故只要将上下两面的偏振片互相垂直并与各该面液晶配向的方向做平行排列，入射光便能轻易的穿透整个液晶单元，形成一个透光状态(称之为“亮状态”)，在无外加电压下为透光状态的TN液晶元件如图11A所示，便称为NW的TN液晶元件，此外图11B即NW模式下具有外加电压下的不透光状态。而NW与NB模式的差别只在于两片偏振片的相对摆放位置；将两片偏振方向互为垂直的偏振片，改为偏振方向互相平行，如图11C以及图11D，即成为NB模式（即图11C），而图11D即NB模式下具有外加电压下的透光状态。使用NW模式，若预设无外加电压时光为全数通过的状态，可以减少光能的损失与电压驱动的浪费。但应用时亦可就实际需求采NB模式液晶元件的设计。
图12显示电压大小对液晶单元透光通量变化的曲线，此处驱动电压的大小仅为举例方便说明，实际驱动电压会随液晶种类不同或其他参数有关。从液晶单元从全亮到全暗的状态，其中纵轴为穿透率(T(%))，横轴为施加于两边电极的电压(V)。全亮的状态(通常定义为光穿透率>90%)即图中施加电压低于1.75V时的状态，全暗的状态则为大于3.5V时的状态，存在灰阶的状态(图12中的虚线中区域)对应的电压值范围在1.75V~3.0V之间。光线由全亮到全暗，“全亮”犹如白色之意，“全暗”则有黑色之意，故处在全亮和全暗之间的“连续”过渡状态，就称之为“灰阶”的状态。若将电压调控到这范围间，便能靠着略为增加或减小电压，来连续控制光透过量的大小，以将液晶的元件作为光阀。
根据本发明的另一实施例，如图10于两透明基板相对于液晶层1006外侧使用的偏振片1007、1008，除了传统吸收型偏振片之外，也可采用“非吸收型偏振片”，以降低于光源调控时光通量的损失。非吸收型偏振片的原理是利用多层膜干涉互相垂直的PE与PM波，造成PE波消失而PM波增长的现象因而形成偏极的功能；或是像非吸收型的散射式偏极片，其利用主、客材料折射率一致(match)的方向作为光穿透轴，而折射率不匹配(mismatch)并与穿透轴垂直的方向，则作为光波因干涉而消失(回收)的该轴，因而形成偏极的功能，而回收的光能可再利用成为入射光。一般而言，非吸收型偏振片通常可以提高透亮度到1.5倍或以上，故可使用非吸收型偏振片来增加光透光率，以利提高照明的效率。
根据本发明的一实施例的照明用色温调控装置1300，如图13所示，其中第一、第二透明基板1304、1305之间夹由液晶分子和间隙物1315所构成的液晶层1306，借以形成一液晶层结构1310。液晶层1306中包括多个可控灰阶的液晶单元(LC cell)1322，其可配合位于第一、第二透明基板1304、1305上的一对透明电极1301及1302，对液晶单元1322施加电压，借以改变透明电极间该些液晶单元1322中液晶分子的排列(扭转)方向。第一、第二透明基板1304、1305相对于液晶层的外侧各具有一偏振片1307及1308，在本实施例中，偏振片极化方向相对于90°TN液晶层中液晶分子排列为常态白(NW)的状态，即在无外加电压下该液晶单元1322为透光状态。通过对各该液晶单元1322施加电压的改变，以连续变化液晶单元的灰阶进而控制透过各该液晶单元1322的出光通量。
根据本发明的实施例，其中的该第一、第二透明基板可为一刚性或可挠性薄板，或是具弧度状物件。而该第一、第二透明基板可由选自以下材质所构成：玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmetharylate,PMMA）、聚苯乙烯（polystyrene,PS）、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（methylmethacrylate-co-styrene,MS)、聚碳酸酯树酯(polycarbonate,PC)、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS），但不局限于此。
图14A、图14B是根据图13沿CD线的剖面示意图，用以说明使用图13实施例的色温调控方法。图14A是使用LED蓝光光源1431，该光源的一部分光线进入作为光阀结构的液晶单元1422(B区)调控该部分光线的穿透光通量，而另一部分来自光源的光线进入作为调色结构的黄色荧光体层1430(A区)进行波长区段转换，进入A区的该部分光线，仅一部分转为黄色光波长区段，而另一部分仍为来自LED光源的蓝色光波长区段。进入黄色荧光体层可被转换为黄色光波长区段的蓝色入射光比率可由荧光体选用的材料、荧光体层中荧光体的浓度、或是荧光体层的厚度等等参数控制。最后A区及B区的出射光再混成白光。在图14A的B区为未通电的光通量最大的情形，接着在图14B中对作为光阀结构的液晶单元1422(B区)以趋动电压方式控制蓝光的光通量，借以精准混成蓝色光与黄色光的出射光比例借以得到所欲色温的白光。确切言之，透过液晶单元1422，可精确地调控混成光中的蓝光光通量与固定光通量的通过荧光体(A区)的黄/蓝光的混成比例，达到连续且精准调整所欲色温的目的。此外，黄色荧光体层1430的面积A可选择大于或小于液晶单元1422的面积。另外，有关于黄色荧光体层1430区域A与未涂布荧光体层区域B的总面积比例所需大小，则需视实际应用面的需求或所欲得到的色温而定。于图14A、图14B中，虽然所示包括四个LED光源，但数目不局限于此，仅是为了示意说明起见。此外，该黄色荧光体层1430严格来说应为黄绿色的荧光体，但因为方便说明起见，故仍称之为黄色荧光体层。在本实施例中，该波长区段转换材料为上述的黄色荧光体层，即第一波长区段转换材料。
如图18所示，线段pq是由波长为450nm蓝色LED光源搭配CIE 1931色度坐标(CCx,CCy)=(0.4204,0.5563)的黄色荧光体两端点所构成，色度坐标p为B区的纯蓝光，色度坐标q为A区的黄蓝混成光，而pq线段上任一点，均可以两端点的光源以不同比例混成得到，其与BBL的交点色温为γ。如图18中所示，假设起始的色温即设定于γ(在B区未驱动时)，来自A区的黄/蓝光与来自B区的蓝光得以混成白光；当B区域的电压上升时，蓝光透光通量将渐渐的减少，此时的混成光便会由原白光色温γ往q移动而渐变为偏黄的色光，等到电压上升至蓝光区域(B区)关闭(如图14B)即B区的蓝光完全被遮挡下来，此时光的来源便只剩下A区的黄光/蓝光的混成光(色度坐标q)，即透射出来的光线为黄色/蓝色的混成光。
根据本发明的另一替代实施例，是使用黄偏橘色的荧光体来替代黄色荧光体，使其与蓝色LED光源混成后的光偏向更暖的暖色光。此外，对于冷色光(>5300K)的光源来说，可以使用纯黄色荧光体及/或黄偏橘色的荧光体来调整混成后的出射光变成冷色白光(>3300K)、暖色光或更暖的暖色光。另外，作为本发明的其它替换实施例，选择使用紫光光源，荧光体采用黄绿色荧光体；或是使用绿光光源，选择红色荧光体，均可混成出所需要的白色混成光。
而根据本发明的替换实施例，两偏振片是排列成于无外加电压下该液晶单元为不透光状态的常态黑(NB)模式。不同于图14A、图14B显示的实施例，本实施例中两片偏振片是如图11C以及图11D彼此平行排列，故在未加电压时光线基本上完全无法穿透液晶单元（NB模式），但电压在驱动过程的现象仍可以用图18来解释，差别只在常态黑(NB)与常态白(NW)的施加电压大小刚好相反。假设起始的色温设定为x，是在图14A-图14B的区域B以电压驱动液晶到光亮度达最大时(操作于NB的模式)，而此时黄光与蓝光得以混成白光，但此处起始的白光色温坐标x，是落在BBL曲线的下方不远处(见图18)，为与BBL曲线有交点，操作上则慢慢地降低蓝光区域的电压时，于是蓝光渐渐的被遮挡，混成光便会由原白光(色温x)渐进成黄/蓝光混成的偏黄色光(色温q)，其光色温的偏移会如图18中的虚线路径往q点方向移动，移动的过程中会与BBL曲线有交点，其与BBL的交点色温为γ，其色温坐标为冷色白光，所以通过调控液晶可以精准微调元件的色温到BBL的曲线上。另一替代实施例，是使用纯黄色的荧光体层材料替代来实施，混成光便将会由原白光渐进成BBL曲线上的暖色光(即图1所示的色温β附近)。
根据本发明照明用色温调控装置的另一实施例，如图15A-图15B所示，图15A与图15B是使用LED蓝光光源1531，该光源的一部分光线进入作为光阀结构的液晶单元1522(B区)调控该部分光线的穿透光通量，而另一部分来自光源的光线进入作为调色结构的黄色荧光体层1530(A区)进行波长区段转换，进入A区的该部分光线，仅一部分转为黄色光波段，而另一部分仍为来自LED光源的蓝色光波段。进入黄色荧光体层可被转换为黄色光波长区段的蓝色入射光比率可由荧光体选用的材料、荧光体层中荧光体的浓度、或是荧光体层的厚度等等参数控制。在本实施例中，黄色荧光体层1530内掺杂红色荧光染料1532，而A区的黄色荧光体层1530的面积较B区来得大，此处所使用红色荧光染料1532是指掺杂于黄色荧光体层中，接受蓝光激发会放射出具红色光波长范围的红色荧光染料，使LED蓝光于穿透黄色荧光体层1530后也带有红色波段的光谱。运用于荧光体层中掺杂染料的手段，可扩展LED与黄色荧光体层1530在色度图上所涵盖的范围，即增加混成光的演色性。如图19所示，蓝光光源于穿透掺杂(或混和)一定量红色荧光染料(激发光色度坐标为r)的黄色荧光体层后，因在A区中原先未与黄色荧光粉反应的蓝光，其部分会被红色荧光染料吸收，故原先A区黄/蓝色混成的色度坐标会从q点沿pq线段移至q’点，接着再与色度坐标r连线做比例混成，于q’r连线上得到色度坐标为s’的色温。此时透过作为光阀结构的液晶元件调控B区蓝光(色度坐标p)的出射光强度，与A区的色度坐标为s’的固定出射光做混成，即可以精准调控出s’p线段上与BBL曲线相交的s点色温，此s点可为一暖色光的坐标，故掺杂或混和适量的红色荧光染料于黄色荧光体中，可使最终混成光的色温落在偏暖色光的BBL曲线上。
根据本发明的一替换实施例，是于黄色荧光体层的上方或下方涂布适当浓度与厚度的红色荧光体层来替代红色荧光染料的掺杂，然后再与透过区域B并可调变强度的蓝光作混色，即可以精准调控混成光的色温落在自然光的BBL曲线上。
又根据本发明的另一替换实施例，是于黄色荧光体层的左侧或其前、后方固定一适当厚度与浓度的红色荧光体层来替代红色荧光染料的掺杂，然后再与透过区域B并可调变强度的蓝光作混色。在本实施例中，以上黄色荧光体层为第一波长区段转换材料，而红色荧光体层则为第二波长区段转换材料，故根据本实施例所述的照明用色温调控装置，其中该波长区段转换材料为一第一波长区段转换材料及一第二波长区段转换材料。
根据本发明照明用色温调控装置的范例实施例的另一实施例，如图16A-图16B所示，图16A与图16B是使用LED蓝光光源1631(图中标示为B)与LED红色光源1633(图中标示为R)，该LED红色光源1633的光线进入作为光阀结构的液晶单元1622(B区)调控该部分光线的穿透光通量，而该LED蓝色光源1631的光线则进入作为调色结构的黄色荧光体层1630(A区)进行波长区段转换，进入A区的该部分光线，仅一部分转为黄色光波段，而另一部分仍为来自LED蓝光光源1631的蓝色光波段。图16A-图16B装置的操作模式可同样参见图18来说明，如图18所示，对作为光阀结构的液晶单元1622(B区)以趋动电压方式控制红光的光通量(色度坐标r)，A区则为固定光通量的通过黄色荧光体1630的黄/蓝光的混成比例(色度坐标q)，此两点的连线rq与BBL曲线的交点色温为s点，就rq线段而言，两个不同的色光端点分别控制两色光的强弱(在本实施例即调整区域B的红光穿透度)，可以精准调控出rq线段上的任一个色度坐标所代表的色温。确切言之，透过作为光阀结构的液晶单元，可精确地调控混成光中的红光光通量与固定光通量的蓝色LED光源通过黄色荧光体的黄/蓝光的混成比例，达到连续且精准调整所欲色温的目的。
在此实施例中，光源是使用不同颜色LED的组合，而此外像其他白光搭配单一或不同颜色色光的组合亦是本发明的发明内容。
根据本发明的照明用色温调控装置的又另一范例实施例，如图17所示，是加入一可独立驱动的液晶单元1722(C区)于图17的装置中，该液晶单元可调控其下方蓝色LED光源1731(图中标示为B)的穿透光通量，如此可搭配原来另一可独立调整红色LED光源1733(图中标示为R)的出光量的液晶单元1722(B区)，以使B区与C区的混成光色度坐标能在图18中从p点能一路移动到r点，此蓝/红色的混成光再加上固定光通量的蓝色LED光源通过黄色荧光体的黄/蓝光(色温q)，参照图18可知，分别独立驱动区域B透射红光的液晶单元以及区域C透射蓝光的液晶单元，将可调控出射的混成光沿着图18的CIE1931色度表中的γs线段移动。换言之，可调控混成出射光的色温沿着BBL曲线移动。此外，p、q和r点分别透射出不同色温的出射光，则混成光的色度坐标便可以是p、q与r所围成的三角型区域中的任一点，如此演色性也会提高。
根据本发明的另一实施例，本发明的可调波长区段的装置及方法，可简化并优化光源的使用。配合不同光源(non-coherent可见光、紫外线、红外线、及coherent激光光源)，精确微调波长区段或以“连续大范围调整波长区段”来取代多个波段的光源照射，故不必用到好几个不同光波长区段的光源以大幅节省成本。根据本发明的一示范实施例，是利用照明用色温调控装置，来精准且有效地将射出光的色度调控至CIE色度图上的普朗克轨迹上的黑体辐射光谱。此外，根据本发明的照明设备不仅可用于色温固定的照明产品，亦可做为可变色温的照明设备。
本发明中所称光源泛指能发出特定波长区段或混合多个波长区段的光（包括白炽光、CCFL及LED光源等），可与选用的PL材料在CIE1931色度图的坐标上以光通量比例变化，混成所欲特定波长区段的出射光或是白光。本发明以LED光源作为范例说明，主要是因为LED白光光源本身色温偏移自然光(色偏)与演色性不足的问题，正适合用来说明根据本发明的照明用色温调控装置及方法的功效。如前述，白光LED若发生色偏状况，色温落在图2的区域范围之外，即完全不具室内照明应用上的价值。但是，通过本发明的用于照明的色温调控装置及方法，便可将已有色偏状况的LED光源或元件，调控至如黑体辐射轨迹(BBL)上的正确色温。然而，虽然根据本发明的诸实施例是使用LED光源说明，但本技术领域具有通常知识人士于阅读本发明揭露内容后将可了解，本发明的装置对其它光源亦具有相同的色温调控功效。
根据本发明的一实施例，是利用光源透过液晶层结构并与透过该荧光体所激发的光线产生“光混成”作用。此外，本发明可利用液晶使光源可从冷白一路调到暖白而且强度（射出光通量）不会出现明显改变故肉眼不易察觉（光通量变化低于15%）。较佳而言，可改善到调色温时的强度改变小于7%。此外，本发明也克服了调整电流时LED会闪烁或电路设计复杂等问题。
出射光的均匀混成－扩散膜与光导板
根据本发明范例实施例的照明用色温调控设备所制成的元件，其大小为1.5cmx1.5cm，以特定图样形成的荧光体分布区域所混成的白光，有可能会因为蓝光或黄光的光点过大而无法使整片区域看起来为均匀白色，此时利用一片扩散膜(diffusion film)来将色光均匀扩散，将可模糊不同色光的边界，使整体色光更均匀一致。
根据本发明范例实施例的装置元件，扩散膜加装在该光源的相对侧。如果要制作成灯泡时，亦可以涂布的方式将该扩散膜涂布于灯泡的内层；该扩散膜亦可用扩散板或扩散透镜来替代，例如使用光导板(Light guide plate,LGP)可让光线的投射模式更多元化，并且光导板中具有许多的SiO2小球可以让光线均匀地向四面八方散射，此技术能使光导板具有类似像扩散板一样的功能，能够将光线向各个方向均匀散射出去。此外，亦可在其外部再贴上一层扩散膜以增加光散射或光混成的均匀性，至于那些不需透光的区域便以反射镜覆盖，使本来要从此处透射的光再度被反射至另一处。在实际应用上，该扩散膜、该扩散板或该扩散透镜是位于该照明用色温调控装置的出射光侧或圈绕该照明用色温调控装置。
入射光光源相对于色温调控装置的位置
根据本发明的实施例，来自光源的入射光，亦可利用反射式光学元件，将光源照射入该光阀结构(如具反射镜的液晶层结构、变色玻璃、电子纸、油墨电湿润元件或具反射镜的微机电/压电结构)。根据本发明的实施例，该调色结构以及该光阀结构与入射光光源的相对位置可组合发挥功能，或是分别作用后再予组合达到调控光色温或颜色的目的。
多个光阀结构/调色结构形成的立体结构
根据本发明的一实施例，其中的利用二片以上光阀结构(如液晶层结构、变色玻璃)，彼此以立体架构方式设置，独立调控出射光进入所对应调色结构的光通量，将图1中的α与β端点之间引入另一切分点，借以混成所欲的色温(如更接近BBL曲线的色温)。
换言之，一或多个光阀结构与一或多个波长区段转换元件可组合形成一立体结构，配合光学元件(如面镜、透镜)，可将入射光依设计分别或切换导入透射过立体结构中的光阀，再调控需要的出射光通量进入所对应的波长区段转换元件，借以更为细部微调出色光色温，像是可达成更接近BBL曲线的目的。
光路径调控结构
根据本发明的装置、设备或方法的实施例，可使用棱镜或特殊结构可以增进其光学效果，为增加亮度或增进极化效果(将非穿透方向偏极光转化为穿透方向偏极光)，根据本发明的色温调控装置可选择性地包括任何合适的光学元件，像是透镜、面镜、光导板、增亮膜(brightness enhancement film,BEF)、反射型偏振增光片(dual brightness enhancement film,DBEF)、菱镜片、偏振片、双凸透镜膜(lenticular film)，以及上述元件的组合。
根据本发明的一个示范实施例，是利用照明用色温调控装置，来精准且有效地将射出光的色度调控至CIE色度图上的普朗克轨迹上的黑体辐射光谱。此外，根据本发明的照明设备不仅可用于色温固定的照明产品，亦可做为可变色温的照明设备。
此外，根据本发明的实施例，在使用单一光源的情况下即可精准调变其最终出射光光谱分布或波长区段，达成原来需要多光源才能得到的光源效果。
本实施例的液晶层结构如图14A-图14B的实施例，仅将其中的蓝光光源置换成一般白光光源或LED白光光源。
如图20所示，使用的白光光源色度坐标为o点：(CCx,CCy)=(0.3,0.25)，利用色度坐标为c的黄色荧光体，使穿透过作为光阀的液晶层结构的出射原白光与黄色光源的色度坐标连线成线段oc，并通过BBL曲线与的相交于β点，其中β点为一暖色光的色温坐标。
另一替代实施例，是使用黄偏橘色的荧光体来替代黄色荧光体，使其与原白光混成后的光偏向更暖的暖色光。反之，若欲使混成后的光变成较冷的色光，在操作上则需使用黄绿色的荧光体来替代黄色荧光体，使透过黄绿色荧光体的出射光与原白光混成后变成冷色白光或冷色光。
而目前白光LED光源则是蓝绿强、黄绿弱，光谱中间的黄绿部分凹下去。此外，单单黄光混成蓝光时，色温会偏冷而令人感到不舒服。此时，可加入红色染料或红色荧光体材料调色，使蓝光转变为偏紫光，再与黄光混成，得到偏暖色色温的混成光。
借此，利用本发明的照明用色温调控装置的范例实施例，可将任一偏离BBL的人眼可辨认出的不自然白光，精准调控其色度值至BBL的曲线上，或是调至其它任一所欲的色度坐标。
根据本发明的一个替换性实施例，蓝光光源仅部分使用白光光源替代。
根据本发明的示范实施例，光阀结构和调色结构的分布图案可如图21A-图21F所示，其中白色区域代表光阀结构、斜线区域表示调色结构，通过测量得知调色结构中黄色荧光体层区域以及蓝光LED区域各自的单位面积的透光通量，可精准计算黄色荧光体所须占色温调控装置全体区域的比例，以使混成后的白光得到预设的色度，之后便可再透过外加电压来驱动液晶单元(光阀结构)，调控透射光的光通量，如可调控蓝光透射光的光通量，来作细微的色度调整达到所欲的色温。
图21A与图21B中显示本发明照明用色温调控装置的范例实施例，其中图中斜线区域的大小比例仅为示意，实际运用时应如上述所述，依荧光体层波长转换率及光源的色温，对所欲的色温作计算得到适合的比例。
其中，图21C到图21F中显示本发明照明用色温调控装置的另一范例实施例，其中可将调色结构的荧光层作更细腻的切割，以单位变小而分布更均匀的方式得到更佳的混光效果。根据另一替换实施例，如图21E中所示，将照明装置由内而外分为A、B、C三个区域，其中液晶单元(A和C区)可用来调整背后光源的穿透率大小，再和穿透过荧光体层(B区)的光混成出所欲色温。采用此方法，在设计上如图21E中所示，区域C在这个应用上占有比较小的面积(约15%)，利用调控C区的液晶单元，可使位于周围的C区透光度低于位于中心的A区透光度，透过能大幅降低LED灯外围色偏较大区域的出光量，可调整现今LED灯多有的空间色偏问题。
根据另一替换实施例，如图21B所示，若欲透过降低LED灯外围(A区)色偏较大区域的出光量，以调整现今LED灯多有的空间色偏问题时，在设计上图21B中的区域A在这个应用上就只需占较小的面积(约15%左右)，以免LED的光强度损失太多。而面积区域较大(约85%)的区域B内，则可规划两种颜色(或以上)的同心圆荧光体层，使穿透过荧光体层(B区)与液晶单元区域(A区)的光，在搭配合适的光学元件后，能均匀混成出所欲色温的出射光。
根据另一替换实施例，如图21A到图21F中所示，白色区域作为光阀的液晶单元，可以微机电（MEMS）组件、变色玻璃、油墨电湿润元件、电子纸或上述的组合代替。又根据另一替换实施例，如图21A到图21F中所示，图案化调色结构的荧光调色层，可以染料或荧光体与染料的组合代替。
根据本发明的示范实施例，如图21E中所示，将照明装置由内而外分为A、B、C三个区域，在本实施例中A、B、C三个区域的面积没有一定大小关系。区域A为中空或一透明板使该光直接通过，和穿透过荧光体层(B区)以及经过液晶单元(C区)的光，三种光线混成出所欲色温。其中，该透明板可为一刚性或可挠性薄板，或是具弧度状物件(如透镜等)，可由选自以下材质所构成：玻璃、石英、聚苯乙烯（polystyrene,PS）、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（methylmethacrylate-co-styrene,MS)、聚碳酸酯树酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmetharylate,PMMA）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS），但不局限于此。
又根据另一替换实施例，不同于图13显示的实施例，荧光调色层的图案化如图21B所示，将较大区域A(约85%)安排在外围，较小区域B(约15%)在内，再搭配使用合适的光学元件，可使色光更容易混成均匀；在图21B里也可以换成是区域A具有荧光体层，并可在A区域内规划两种颜色(或以上)的同心圆荧光体层，而区域B则改成是由纯粹液晶单元构成的区域。再者，如图21E所示，将区域划分为三个区域A、B、C，但在此处区域A与C是改成具不同颜色的荧光体层所构成，而区域B则换成是纯粹液晶单元的区域，至于A、B、C三区面积的大小则没有一定限制，同理配合适当的光学元件，即可使不同色的出射光能够混成均匀。
根据本发明的一实施例，如图22所示，照明用色温调控装置2200，包括作为基底的透明板2204，其一表面分为区域A及B，区域A表面上涂布黄色荧光体，区域B上则具有作为光阀结构的微机电组件2201，包括于未施加电压时表面完全覆盖的四片百叶片2202，其彼此独立以压电材料2203，透过控制元件2205各自转动操控与下方透明板2204之间的开启角度，借以调控通过百叶片的光通量。
根据本发明的一替换实施例，百叶片(即光阀结构)2202长度为图22的一半，亦即光阀2202分为两个独立操作的组件，各自转动操控与下方透明基板间开启角度，借以调控通过百叶片的光通量。根据本发明的另一替换实施例，每一条百叶片2202分为10片长宽等长的方形鳞片，而每一方形鳞片间亦可独立操控调整其与下方透明基板间的开启角度。又，亦可对方形鳞片表面施以镜面镀膜，以使此微机电组件构成的光阀改以光反射模式来操作。
本实施例中百叶片的开启方式不限于转动，依实际需要可以微机电元件(Micro Electro Mechanical System(MEMS)element)滑动、平移、升降等运动方式改变与下方透明基板间的距离，借以调控通过百叶片的光通量。此外，亦可运用其它光学元件，如镜面、透镜，配合压电材料随施加电压改变其尺寸维度的特性，借以调控入射光与出射光(可为透射或反射光形式)的光通量比例。
照明设备
根据本发明的一照明用色温调控设备范例实施例，如图23A所示，该照明用色温调控设备2310，其中照明用色温调控装置2311包括液晶层结构2312及荧光体层2314。照明用色温调控设备2310尚包括设置于外壳2318的中的LED光源2316，而外壳2318内表面均镀有镜面涂层2319，将向左、右与下方的LED光源的光线反射朝向色温调控装置2311。
根据本发明的另一照明用色温调控设备替换实施例。如图23B所示，该照明用色温调控设备2320中包含一LED光源2326、一照明用色温调控装置2321、以及一外壳2328。其中该照明用色温调控装置2321包括一液晶层结构2322以及一荧光体层2324。包含于该照明用色温调控设备2320的该LED光源2326非紧贴照明用色温调控装置2321中的液晶层结构2322，而是彼些间有一距离d。由于与光源2326的距离较图23A所示的设备2310中为大，在光源强度相同的条件下，液晶层结构2322所处的环境温度TB低于液晶层结构2312的环境温度TA。此外，本实施例中的外壳2328中底面未镀有镜面涂层。
此外，利用前述的光导板的概念，可以设计出任意的形状，如一柱状型，则透射进光导“柱”的光线便会在柱中均匀散射开来，使整个光导柱均匀的“亮”起来。
根据本发明的照明用色温调控设备的另一范例实施例，如图24A所示，该照明用色温调控设备的半圆球的灯泡2410，包括基座2418、外壳2417，扩散膜层2411均匀涂布在灯泡2410内层。如图所示，光导柱LGP 2412中分散有尺寸不同的二氧化硅(SiO2)颗粒2413，能将根据本发明范例实施例的照明用色温调控设备2410所混成的光延伸扩散至全圆球的灯泡。本实施例中的LED光源2415与液晶层结构2416不仅彼此分离，且中间可选择置入一透明绝热材料2414，以降低设备中液晶层结构所处的环境温度。
根据本发明的照明用色温调控设备的另一范例实施例，如图24B所示，该柱状灯管2420，包括类似图23A中的照明用色温调控设备2430，其中包括LED光源2425、外壳2427及照明用色温调控装置－变色玻璃2426。如图所示，光导柱LGP 2422呈柱状，可让混成的出射光均匀从整根柱子的表面透射出来。因此，此柱状LGP 2422亦可设计成当作“灯管”来使用；辅以光导板LGP的概念，根据本发明的照明用色温调控设备可更广泛运用在更多层面上。
在调控光强度方面，传统的白炽钨丝灯泡或是饭店内常见的杯灯灯具，均能够利用一般简易调光器(即固定电压，改变电阻以调变通过电流)来精准连续调变光源的强弱。而LED本身为一种二极管，其电流对电压的特性曲线为指数函数增加，所以无法使用传统的调光器来任意控制变换光强度。目前市面上LED灯泡，大都是阶段性的调变光强度，如八段式变换强度等，此种方式都需要额外复杂的控制模组取代简易的调光器，因而成本大幅增加。目前市售具有连续调变光强度功能的LED灯泡，其在低发光强度下，LED灯泡会一直闪烁不定，此现象会造成LED灯泡寿命的减少以及伤害到人的感官。
灯泡开关与可变电阻旋钮可整合在一起(利用一卡榫式旋钮)，用以调整可变电阻来改变液晶元件(光阀结构)两端的电压，进而造成穿透液晶元件的光通量产生改变，如此可用于连续改变混成光的色温，或仅用来连续调整出射光的强度。根据本发明的一替换实施例，灯泡2410的基座上可配置“环形旋钮”，调整该环形旋钮可改变可变电阻大小，如此亦可用于连续改变混成光的色温，或是用于连续调整出射光的强度。
根据本发明的一实施例，可将灯泡开关以控制电路方式制作，控制电压使通过该光阀结构或是该调色结构的光通量产生改变，如此可用于连续改变混成光的色温，或仅用来连续调整出射光的强度。
根据本发明的另一替换性实施例，其中的调色结构是以干涉手段(如上所述的调控两薄板状材料的间隙)达成入射光波长区段的转换，而不是利用波长区段转换材料。
根据本发明的另一替换性实施例，将LED光源加上根据本发明的色温调控装置，设置于外型类似现今日光灯管的导光圆柱的两端，此导光圆柱内具有能使光均匀散射的粒子(亦可在其表面贴附能使光更加均匀分布的扩散膜)，用以取代水银蒸汽放电激发荧光粉作用的日光灯管；而对于较长型灯管的实施例，除两端之外灯管中间的内部亦可再加入LED光与色温调控装置。
值得一提的是，背光光源(如LED、CCFL)，搭配运用液晶层调控灰阶以控制进入滤光片中一像素中三原色的光量得到该像素所欲的色彩，已运用在液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)中。然而，所谓“显示器”，是指显示器要能靠N×M个像素使人类眼睛获取能辨识的信息，并在人类视觉暂留内呈现特定画面(即动画)，即一定要能够传递能使人辨别或理解的信息(或画面)。所以，显示器都须要复杂的驱动电路。驱动电路要在16毫秒(ms)的时间内将三原色所需的信号扫瞄完显示器所有的像素，而通常N、M都需至少大于100至200才有所谓显示器的功能，否则会有解析度不够（信息量表现不足）的问题。
反之，照明用的使用图形化控色层搭配液晶单元则不同，其不需要几百个像素，也不需要复杂的驱动电路，同时也没有液晶反应时间要够快的问题。另外，液晶单元与LCD最大的不同在于不需要传递人类可辨识的画面或信息。再者，用于显示器的LC，由于其高画质需求，故所需液晶材料必须具备快速反应时间、高对比度、广视角等性质，故对于LC材料本身的稳定性要求极高。其他例如LC配向层的选择可使用无机镀膜的方式制造，而无机配向层的优点是具有比传统配向层材料更耐高温的功能，故比较适合于室内照明中应用，此外像是利用高能离子束撞击材料表面的配向方法也是不错的选择。
综言之，由于液晶单元与LCD中的液晶层设置目的完全不同，所以直接影响以电压驱动调控灰阶的液晶单元的数量便有极大的差异，做为用于显示必需具有一定条件，不可能仅靠数个只是用来做光闸的液晶单元达成而已。不同于显示器用的LC，根据本发明的照明用色温调控装置，其液晶层结构还需考虑到整体元件的透光效率与对光源产生热的承受温度。此外，本发明利用液晶单元具常态白NW与常态黑NB两种模式，还可将入射光源从亮调到暗或从暗调到亮。更重要的是，传统LCD的滤光片是完全将背光光源转换成红蓝绿三原色或四色，并于次像素中吸收其它波长区段。所以，背光光源的光通量经过LCD三色滤光片后，其每个次像素上强度的耗损通常都会超过70%，若再考虑光通过偏振片至少会有50%以上的光被吸收，故其出射光的强度(相对于原背光强度)将只剩下15%不到，若再加上其他光学膜片等的吸收，则光的透过率会比15%还更低。反之，根据本发明的照明用色温调控装置及方法，则是将光源中的部分，透过波长区段转换材料(如荧光体)使的转换为不同的波长区段，再与原光源中的其它部分(如通过液晶单元的光)作混成，故恰如说明书内所述，如果被驱动并有偏极片的区域占整个液晶元件面积的25%，其光通量的损失通常会在15%上下。此时若使用非吸收型偏极片来替换以上例子的传统偏极片，其光通量的损失会减少至约7%以下。此外，若应用此方法于精准“微调”一光源的色温时，因为相对来说要被驱动的液晶区域面积可以更小，故光通量的损失将可以比7%还来得更低。当然，若直接采用变色玻璃作为光阀，如此也就无偏极片的需求，那光通量的损失率可以小到约3-5%以下，即光穿透率可达到至少95%以上。综合以上所陈述，由于可以经济节能手段将任何光源调控至“太阳光”的色温，故将可大幅改变人类的生活模式。
由于光波本身具电磁性质以及其他能量形式间自由转换(如热、位能)，一但可通过本发明的实施例得以精准调控其波长区段，即可广泛应用于人类生活中的各领域中。举例而言，根据本发明的精准调控色温的装置与设备可应用于各类领域，除各类室内外照明(台灯/桌灯等)用途之外，尚可广泛运用于如户外建筑投射与广告看板照明；交通信号装置；车用灯具；医疗用途(如激光美白、抗细菌/病毒/霉菌的滋生、培养、抗癌，照射分解特定过敏原等)；人因应用(情境空间照明、提神、助眠、视力辅助等)；能源(电池等)；信号传输(光纤、连续调变耦合元件、区分不同频率光波的分频器等)；安全设施(逃生装置等)；检测分析(材料非破坏性检测、光谱仪等)；光学元件(微投影器(microdisplay)光源，光学读写头元件等)；农业应用与生态养殖(植裁、水果培育/温室育种与鱼/虾/蟹/贝等渔业养殖与捕捞等)；军事用途(夜视/抬头显示器等)；航空飞行(警示与照明等)；及野外求生(照明与信号等)等领域。
根据本发明的实施例的色温调控装置、设备和方法，在医疗领域中，可用于提供不同色温(即不同波长区段混成)的激光光源，除/淡斑(老人斑、色素斑、肝斑、暗沉、血管瘤)，除痔除毛；磨皮；电波拉皮；缩小毛孔。近年流行的鸡尾酒激光疗法，即是结合发出波长功率不同的激光(如纤白、彩冲、瞬白的脉冲光、红宝石激光、脉冲染料激光等)的激光机组，达到除/淡斑，除痔除毛；磨皮；缩小毛孔得到等功效，最后得到如陶瓷娃娃般的白晰紧致肤质与肤色。
此外，根据本发明的一个实施例可用于动力光医疗用途。动力光疗原是发展用来抑制恶性皮肤黑色素肿瘤增生，经降低照光源的功率，近来已大幅应用于医疗美容领域。所谓动力光，包含有波长633nm红光及413nm蓝光两种不同色光的光源，在可见光谱中，波长最长的红光穿透最深，故动力红光可进入真皮层，具有舒张、强化微血管而促进血液循环，以及刺激纤维母细胞，强化胶原纤维结构，达到淡化细纹的目的；还可运用在极干或过敏性肤质治疗，例如在涂抹高效保湿、或含有维他命C的保养品之后照射红光，可促使表皮细胞活化，达到治疗及保湿的效果。动力蓝光主要用来治疗痤疮，即俗称的青春痘。痤疮常起因于一种可分解皮脂的痤疮杆菌过度增生，导致毛囊皮脂腺发炎。这种痤疮杆菌会产生一种名为“内紫质”的荧光物质，而照射特定波长的蓝光可以使这种内紫质变性，借以杀死痤疮杆菌，达到治疗痤疮的目的。
研究指出，照射特定色温或波长光波，有助于(干)细胞分化/复制/增生/细胞组织培养，以及生医/生理学等相关研究。根据本发明的实施例，将经调控具特定波长的混成光集中照射局部细胞，像是照射头皮，活化/再生细胞用于活化毛囊细胞或促增毛囊附近的血液循环，达到生发或强/粗化发质，降低脂漏的目的。
根据本发明的实施例，可用于眼睛相关疾病的手术与治疗。如可在不增加光照强度下，连续以不同波长区段的光引入玻璃体中打散引发飞蚊症的聚集体，或是引入水晶体打散引发白内障的混浊物或让其对特定光波长吸收分解。青光眼是因眼内房水的流动性较差，导致眼压上升，使得视神经受到压迫所造成，故可使用特定波长区段照射，促使眼内房水正常流动以压低眼压。
根据本发明的实施例，可用于医用或光学仪器之中，如(光学)望远镜、(光学)显微镜的激光光源(可激发不同荧光蛋白的波长)；内视镜摄影/检测/治疗/手术时的可切换波长区段的辅助光源；皮肤癌的检测、以特定光源照射恶性肿瘤分期手术中取下的检体“切片”，分析组织切片的颜色；尿液(尿蛋白)光谱检测。根据本发明的实施例，经精准调控色温(或光波长区段)的光源可用于刑事鉴定，不同的人类组织(例如血迹)与人造化学品(如纤维)经多波段光源照射下会显示特定颜色。
根据本发明的实施例，可连续调控色温(或波长区段)的光，能够用于细胞培养/脏器组织等生理性实验研究(如光纤导入体内照射/收集/分析反应)。此外，亦可使用于化学/物理(拉曼或FTIR光谱仪)/材料(干涉仪测材料厚度、3D拓蹼表面分析仪)/化工/光电/生物(HPLC)/试管作光散(scattering)(实验了解分子反应发生动力行为过程)等的实验研究领域。
具特定波长的激光可激发经荧光染料染色而具有一定荧光反应的蛋白质、胺基酸以及被荧光染色的细胞组织，目前已在使用染料定出肿瘤区域，像是使用蓝、绿光照射经荧光染料染色的组织细胞。而根据本发明的一实施例，将单一电射光源作波长转换，以可变波段的光照射人体组织中的待检测区域。针对正常与异常细胞的蛋白质，以多种类不同波长反应的荧光染料予以染色后，使用根据本发明的一实施例的可微调、精确选择波长区段电射光源，面对极少量的癌细胞也可明确定出两者间的界线，以于分期手术中尽可能将恶性肿瘤或异常组织切除。例如，若仅某特定癌症细胞对特定荧光染料有反应(如对特定波长区段黄绿光最有反应)，即可于手术中将激光光源调到特定比例的黄光与绿光，便可找出具该特定癌症的癌细胞组织，加以定位处理。
根据本发明的实施例，可用于像是牙科固着材料中需光催化固化(photocuring)材料的光源。
另有研究指出，特定色温和波长的光可加速或影响动/植物的生长。根据本发明的实施例，可于特定环境下(如温室/鱼池)不同时间调控转变照射植物/动物的波长区段，营造出最利于植物/动物生长的光照环境。根据本发明的实施例，于渔业养殖或渔捞作业时照射特定波长区段光，加速作物生长或聚集于光下以利捕捞。
根据本发明的实施例，其中的波长区段调控元件或方法步骤，可于调色结构中加入吸收特定波长材料或元件，以降低其光通量借以调控混成光的色温或波长区段。例如，可于物件或食品包装材料上加入稳定随时间分解劣化(decay)的特定波段吸收材料，配合混成光颜色的设计，让照射过该调光结构后的混成光随时间变化，借以作为示性元件(indicator)或是设计成为一个包含LED光源的定时器，显示此物件已使用时间或食品已过期。
根据本发明的实施例，可用于军事用途，如军用红外线夜视镜及头载型目镜(near-eye goggle)，可通过过滤吸收/强化不同波长入射光，达到强化目视影像的信息处理的目的。此外，根据本发明的实施例，可用于机场(公共场所)安检，例如以红外线波段照射入境旅客以测量其体温，为公共卫生把关。在其他方面，无论是大型太空望远镜，或是小型业余望远镜，均可利用根据本发明实施例的可调色温装置，把星星当作光源连续切换光谱，可将部分所欲观察的光谱区域，改变其强度或转换其波长区段，如红外光谱转换为其它频谱等应用。
根据本发明的实施例，利用纳米碳管的物理、化学及力学特性，使用纳米碳管(或其他材质的纳米管)作为光阀结构，或具方向性的量子点，而光源亦可利用纳米管LED(纳米碳管通电时会发光)。此外，可搭配纳米碳管与特定成分连接，做为散热之用。
根据本发明的实施例，可将照明用的色温调控装置及方法用于制造人造太阳光，即制作太阳光模拟设备，用于太阳光能的实验或太阳灯或日光浴床(或日晒机)。于太阳灯的应用上，通过调控皮肤色素敏感的光波长区段，达到对皮肤作古铜着色(sun tanning)的目的，也可除去对皮肤有害的波长区段，降低皮肤癌发生的危险。根据本发明的一个实施例，可制作平价实验用太阳光摸拟器，现在的太阳光模拟器原理是用高能激发等离子产生，加上一堆校正器得到全光谱(含时变的可见光光谱和低强度UV、IR频谱)光源。太阳光整体而言偏黄绿色，根据本发明的实施例，可利用卤素灯与白炽灯光源组合，或是LED白光光源外加IR和UV光源，加入包括黄绿色荧光体层的调光结构并减低蓝光强度，便可得到拟真的太阳光。
根据本发明的实施例，经波长调控的光源，可用于具声光娱乐效果的物件上，如玩具或游乐器。此外，于珠宝鉴定上，根据本发明的可连续精准调控色温(光波长区段)的装置能够提供所需特殊光源。
根据本发明的实施例，将可调控色温(光波长区段)装置运用于化学/光合作用反应机转上。例如，于化工/工业/塑胶(高分子)原料的制造与产品合成，石油原料裂解与合成，药物合成等制程中，于反应时照射特定波长区段的光，可加速/促使化学反应。此外，根据本发明的另一个实施例，能够于化工/食品产业上，如面包制作/酿酒等方面，对酵母照射特定波长区段的光以加速或影响操控酵母活性与发酵反应的进行。
根据本发明的实施例，于半导体微影制程中使用光阻剂的曝光机(如使用深UV光源浸润曝光)中，使用根据本发明的照明(光照)设备，可连续调变光波长区段节省灯源成本。并由于光源波长区段的可变化多样性，能促进各类潜在性光阻剂研发以及曝光/显影技术发展。
虽然本发明已结合多个示范实施例进行说明和描述，但是熟悉本领域者可明白到本发明可进行许多修改或变动，而不背离本发明定义于附加的权利要求书的范畴与精神。例如本发明中用以连续调控出光通量的光阀，即可变化使用其他类似的现有技术予以取代。或者，像是CIE 1931色度图亦可依需求使用其它CIE色度图作为BBL的坐标参考。

Claims (30)

1.一种照明用色温调控装置，其特征在于，以调控与该照明用色温调控装置作用的光的色温，包括：
一光阀结构，以调控与该光阀结构作用的该光的第一入射光及第一出射光的光通量的比例；以及
一调色结构，包括至少一波长区段转换元件，以转换与该调色结构作用的该光的具第一波长区段的第二入射光成具第二波长区段的第二出射光，
其中，该光阀结构与该调色结构在该光的行进路径上彼此不重叠，使该第一出射光与该第二出射光混成，以形成一与该光不同色温的混成光。
2.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该第二波长区段包含该第一波长区段。
3.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该混成光和未与该照明用色温调控装置作用的该光的部分进一步混成。
4.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该光阀结构与该调色结构同样位于垂直于该光行进路径的一平面上。
5.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该光阀结构与该调色结构同样位于垂直于该光行进路径的一平面上且相邻接。
6.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该光阀结构为一平面光阀结构，是选自由下列构件组成的群组：微机电组件、变色玻璃、电子纸、油墨电湿润元件、液晶层结构、及其组合；或为一立体光阀结构，是包括多个所述构件所组成。
7.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该波长区段转换元件是一波长区段转换材料或一波长区段转换结构单元。
8.根据权利要求6的照明用色温调控装置，其特征在于，该液晶层结构包括
一第一透明基板，具有第一侧及第二侧；
一第二透明基板，具有第一侧及第二侧；
一液晶层，介于该第一透明基板的第二侧与该第二透明基板的第一侧之间，包括至少一个可控灰阶的液晶单元；以及
一偏压单元，以对该液晶层中的该至少一个可控灰阶的液晶单元施加电压。
9.根据权利要求8所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该第一透明基板的第一侧的部分与该第二透明基板的第二侧的部分至少其中的一包括偏振片。
10.根据权利要求7所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该波长区段转换材料为一第一波长区段转换材料，或一第一波长区段转换材料及一第二波长区段转换材料。
11.根据权利要求10所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该第一波长区段转换材料或第二波长区段转换材料是选自下列材料所组成的群组：荧光体、染料、及其组合。
12.根据权利要求7所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该波长区段转换结构单元为胆固醇型液晶、蓝相位液晶、全像式高分子分散液晶材料、有色油墨电湿润元件、或是微机电组件所组成的元件。
13.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该混成光的色温是在CIE1931色度图中的黑体辐射轨迹上。
14.根据权利要求11所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该荧光体是选自由下列材料组成的群组：氧化物荧光体、氧氮化物荧光体、氮化物荧光体、含锌化合物荧光体、半导体类荧光体、有机荧光体、光致荧光染料、及其组合。
15.根据权利要求11所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该染料是选自由下列材料组成的群组：吸收型染料、光致荧光型染料、及其组合。
16.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，该混成光与至少一个其他光进一步混成。
17.根据权利要求1所述的照明用色温调控装置，其特征在于，其进一步包括一控制元件，其是选自由下列所组成的群组：控制电路、卡榫式旋钮、环形旋钮及其组合。
18.一种照明设备，其特征在于，包括：
一第一光源以发射该光；以及
权利要求1的照明用色温调控装置。
19.根据权利要求18所述的照明设备，其特征在于，其进一步包含一光学扩散件，该光学扩散件是选自由下列组成的群组：扩散膜、扩散板、扩散透镜，以及其组合。
20.根据权利要求18所述的照明设备，其特征在于，该第一光源是选自至少一个由下列所组成的群组：发光二极管、白炽灯、卤素灯、太阳光、冷阴极射线管、日光灯、及其组合。
21.根据权利要求20所述的照明设备，其特征在于，该发光二极管是白光发光二极管或蓝光发光二极管。
22.根据权利要求18的照明设备，其特征在于，其进一步包括第二光源，发射一其他光用以直接与该照明用色温调控装置形成的该混成光混成。
23.一种调控色温的方法，其特征在于，包括：
提供一第一光源，以发出第一光；
提供一光阀结构以调控与该光阀结构作用的该第一光中一第一入射光及一第一出射光的光通量的比例；
提供一包括至少一波长区段转换元件的调色结构，以转换与该调色结构作用的该第一光中一具第一波长区段的第二入射光成一具第二波长区段的第二出射光；以及
混成该第一出射光与该第二出射光，以形成一与该第一光不同色温的一混成光。
24.根据权利要求23所述调控色温的方法，其特征在于，该混成光和未与该光阀结构或调色结构作用的该第一光的部分进一步混成。
25.根据权利要求23所述调控色温的方法，其特征在于，该光阀结构是选自由下列组成的群组：微机电组件、变色玻璃、电子纸、油墨电湿润元件、液晶层结构、及其组合。
26.根据权利要求23所述调控色温的方法，其特征在于，该第一光源是选自由下列组成的群组：发光二极管、白炽灯、卤素灯、太阳光、冷阴极射线管、日光灯、及其组合。
27.根据权利要求26所述调控色温的方法，其特征在于，该发光二极管是白光发光二极管或蓝光发光二极管。
28.根据权利要求23所述的调控色温的方法，其特征在于，进一步包括提供一第二光源，其发射一第二光以与该混成光混成。
29.根据权利要求23所述调控色温的方法，其特征在于，该波长区段转换元件是一波长区段转换材料或一波长区段转换结构单元。
30.根据权利要求29所述调控色温的方法，其特征在于，该波长区段转换材料是选自下列材料所组成的群组：荧光体、染料、及其组合。
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