CN2790095Y - 以发光二极管为发光源的全彩发光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种以发光二极管(LED，LightEmitting Diode)为发光源的全彩发光装置，其包括：发光源，包括多个发光二极管裸芯片；导光单元，可传导发光源的发光；以及控制装置，可调控发光源的光出量大小，藉以达到全彩发光的效果。

Description

以发光二极管为发光源的全彩发光装置

技术领域

本实用新型涉及一种以发光二极管(LED，Light Emitting Diode)为发光源的全彩发光装置，特别是涉及利用二颗或二颗以上的发光二极管裸芯片作为发光源，而藉由控制装置个别调控LED裸芯片的光出量大小，以及导光单元传导发光源的发光，而藉以达到全彩发光的可全彩发光的电子荧光棒，以改良目前LED阵列光棒的无法全彩或混色不均匀的缺点。

背景技术

荧光棒是利用化学发光的原理来产生光线的产品，在大自然中，最佳的化学发光范例就是萤火虫。一般来说，化学发光的机制是将化学反应所释放的能量直接转换成光能。

为了方便使用，现有的化学荧光棒都会制作成如图1所示的双层结构，其中外层是由塑料制成的密封保护管，内层则是密封的玻璃管。荧光棒的玻璃管中存有溶液A，而在玻璃管与塑料管之间，则存放有溶液B。当然，溶液A与溶液B是两种完全不同的化学溶液。使用者只要将外层塑料管折弯，内层的玻璃管就会被折断，溶液A与溶液B就会互相接触混合，产生化学反应并立刻发出光线。使用者可再摇晃荧光棒，以促进两种溶液的完全混合。可参考美国专利第4379320号Chemical Lighting Device。

现有的化学荧光棒由于有外层密封塑料管的保护，所以正常使用下荧光棒内的化学发光液不会外泄。但若不慎发生泄漏，因荧光液所含成分为苯二甲酸和苯二甲酸二丁酯具有毒性，被人体误吸或碰触，会造成恶心、头晕、麻痹甚至昏迷等伤害人体健康的现象。

另外，目前市面上尚有如图2所示的电子荧光棒，是将封装好的发光二极管排成一整列不同色的LED模块，再以电流或脉冲控制其整列LED发光，通常为单色或基本的三原色两两混光，无法达到任一色光皆可调配出的全彩荧光棒。

因此，为了兼顾荧光棒在使用上的安全性，以及发光色彩能够更加多变与丰富，达到全彩发光的理想，有必要针对现有的化学荧光棒与电子荧光棒做一改进。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，为提供一种可自行混合红、绿、蓝三原色以产生单一混色的发光装置，以改良化学荧光棒无法变色的缺点及现有的电子荧光棒的无法达成全彩的缺点。本实用新型以发光二极管(LED，Light EmittingDiode)为发光源的全彩发光装置，尤指利用二颗或二颗以上的发光二极管裸芯片作为发光源，而藉由控制装置个别调控LED裸芯片的光出量大小，以及利用管状的导光单元传导发光源的发光，藉以达到全彩发光，可改良目前LED阵列光棒的无法全彩或混色不均匀的缺点，并且兼顾使用上的安全性及发光色彩的丰富性。

为达到上述目的，本实用新型提出一种以发光二极管(LED，LightEmitting Diode)为发光源的全彩发光装置，其包括：一发光源，包括多个发光二极管裸片；一导光单元，其传导该发光源的发光；以及一控制装置，其调控该发光源的光出量大小，藉以达到全彩发光的效果。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，为一可全彩发光的电子荧光棒。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该多个发光二极管裸芯片为二颗或二颗以上的发光二极管裸芯片。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该多个发光二极管裸芯片为可见光(波长380～780nm)的发光二极管裸芯片。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该多个发光二极管裸芯片可为红(AlInGaP、AlGaAs)、绿(InGaN)、蓝(InGaN)三原色的发光二极管裸芯片。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单元为一管状物。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单元的表面可部分反射光、部分穿透光。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单元可为不规则形状的实体，且其表面可部分反射光、部分穿透光。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单元的外侧可加上文字及图案以产生不同的光影变化。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单元的内侧可加上文字及图案以产生不同的光影变化。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该控制装置可为模拟式控制装置。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该控制装置可为数字式控制装置。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该控制装置更包括多个电流控制器，可个别独立控制该多个发光二极管裸芯片的光出量大小。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该控制装置包括一调控装置，所述调控装置可同步控制该多个发光二极管裸芯片的光出量大小。

如所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该控制装置包括一单键，所述单键可调控该发光源输出一特定色光。

附图说明

图1：现有的化学荧光棒示意图。

图2：现有的电子荧光棒示意图。

图3：本实用新型优选实施例的以发光二极管(LED，Light Emitting Diode)为发光源的全彩发光装置示意图。

图4：控制装置33具有可独立控制红色LED裸芯片311、绿色LED裸芯片312及蓝色LED裸芯片313的电流控制器331、331及333。

图5：等能光谱色的相对亮度图。

图6：红光625nm、绿光525nm及蓝光470nm，以1∶1∶2的比例混合的波形。

图7：红光625nm、绿光525nm，以1∶2的比例混合的波形。

图8：红光625nm、蓝光470nm，以1∶1的比例混合的波形。

图9：三色分布系数曲线图。

图10：x-y色坐标图的颜色区域。

简单符号说明

图标主要元件的符号如下：

31：发光源                       311：红色LED裸芯片

312绿色LED裸芯片                 313：蓝色LED裸芯片

32：碗杯                         33：控制装置

331、332、333：电流控制器        34：握把

35：传导光源发光的管状物

具体实施方式

请参见图3，为本实用新型优选实施例的以发光二极管(LED，LightEmitting Diode、)为发光源的全彩发光装置示意图，为一支可全彩发光的电子荧光棒。如图所示，本实用新型所采用的发光源31，为红311、绿312、蓝313三原色的发光二极管裸芯片(不限于单一颗，多颗可增加整体亮度)，发光源31置于承载的碗杯32中，且连接可调控个别LED芯片光出量大小的控制装置33(可设置于荧光棒的握把34上)。使用者可以藉由调整，以达到其理想输出颜色。

控制发光颜色最简单的方式，提供红、绿、蓝三色皆各自有一可调装置，即如图4所示，控制装置33内具有电流控制器331、电流控制器332及电流控制器333，可分别独立控制红色LED裸芯片311、绿色LED裸芯片312及蓝色LED裸芯片313的亮度，使其从全暗到全亮的连续变化作不同的选择。但其变化不限于此，例如控制装置33可采用数字输入方式，或提供快速键直接按出特定发光色等等，皆在本实用新型权利要求范围内。

图3中的管状物35为本实用新型全彩发光装置的导光单元，用以传导发光源31的发光，须经雾化处理以达到发光均匀的效果。管状物35内侧的反射系数，须足以将光源经多重反射后到达管状物35的后端，以达到整体荧光棒皆能发光的要求。其原理为利用部分光全反射及部分光散射而达成。

至于荧光棒亮度增加的方式，除了增加LED裸芯片的数目外，另一方法可以使用高功率LED(High power LED)来增强其发光强度。如此，本实用新型的应用范围，便可取代现有的化学或电子荧光棒在演唱会、秀场、钓鱼、露营、求生及指挥交通等方面的运用。

至于本实用新型以发光二极管为发光源的全彩发光装置，如何能透过控制红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色光的光出量大小，以混合而达到全彩发光的目的，以下进一步说明。

各种光源发出的光，由于光谱能量分布的差异，呈现各种不同的颜色。对于光源发光的颜色，常采用色坐标或色温来表示。国际照明委员会规定了两种表色系统：RGB表色系统和XYZ表色系统。CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色，对等能光谱色从380nm到780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。实验时，匹配光谱每一波长为λ的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值，记为 r(λ)， g(λ)， b(λ)它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为1的等能光谱色C(λ)的颜色方程式为

C(λ)≡ r(λ)(R)+ g(λ)(G)+ b(λ)(B)                 (1)

式(1)中(R)、(G)、(B)为三原色的单位量，分别为1.0000、4.5907、0.0601；C(λ)在数值上表示等能光谱色的相对亮度，如图5所示，其中最大值为C(555)。且有C(555)＝1，即

C(555)≡ r(555)(R)+ g(555)(G)+ b(555)(B)＝1.000      (2)

在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，本人引入色度坐标r、g、b

$\left.\begin{array}{c}r=R/(R+G+B)\\ g=G/(R+G+B)\\ b=B/(G+G+B)\end{array}\right\}----\left(3\right)$

从式(3)可知r+g+b＝1。

若待配色为等能光谱色，则式(3)可写为

$\left.\begin{array}{c}r\left(\mathrm{\λ}\right)=\stackrel{\‾}{r}\left(\mathrm{\λ}\right)/[\stackrel{\‾}{r}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{g}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{b}\left(\mathrm{\λ}\right)]\\ g\left(\mathrm{\λ}\right)=\stackrel{\‾}{g}\left(\mathrm{\λ}\right)/[\stackrel{\‾}{r}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{g}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{b}\left(\mathrm{\λ}\right)]\\ b\left(\mathrm{\λ}\right)=\stackrel{\‾}{b}\left(\mathrm{\λ}\right)/[\stackrel{\‾}{r}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{g}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{b}\left(\mathrm{\λ}\right)]\end{array}\right\}$

式(4)中，r(λ)，g(λ)，b(λ)为光谱色度坐标。这一系统规定的等能白光(E光源，色温5500K)，位于色度图的中心(0.33，0.33)。在CIE-RGB色度图中色度坐标反映的是三原色各自在三刺激值总量中的相对比例，一组色度坐标表示了色相相同和饱和度相同而亮度不同的那些颜色的共同特征，因此CIE-RGB色度图并不反映颜色亮度的变化，色度图的轮廓表达出了颜色的色域范围。

例如以红光625nm、绿光525nm及蓝光470nm，以1∶1∶2混合，经计算后得出色温4098K的白光。其波形如图6所示。又例如以红光625nm、绿光525nm并以1∶2的比例混合，经计算后得出色温2953K的黄光。其波形如图7所示。又例如以红光625nm、蓝光470nm并以1∶1的比例混合，经计算后得出色温1699K的紫光。其波形如图8所示。

1931CIE-RGB系统的 r(λ)， g(λ)， b(λ)光谱三刺激值是从实验得出来的，本来可以用于颜色测量和标定以及色度学计算，但是实验结果得到的用来标定光谱色的原色出现了负值，正负交替十分不便，不易理解，因此，1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系统-1931CIE-XYZ系统，又称XYZ国际坐标制。

图9中 x(λ)， y(λ)， z(λ)各曲线所包括的总面积，分别表示X、Y、Z。CIE1931标准观察者等能光谱各波长的 x总量、 y总量和 z总量是相等的，都是21.371，即X＝Y＝Z＝21.371。-这个数是相对数，没有绝对意义，它仅仅表明：一个等能白光(E光源)是由相同数量的X、Y、Z组成的。但是，由于刺激值 y(λ)＝V(λ)，符合明视觉光谱效率函数，所以，用y曲线可以计算一个颜色的亮度特性。

x色度坐标相当于红原色的比例，y色度坐标相当于绿原色的比例。由图10中的马蹄形的光谱轨迹各波长的位置，可以看到：光谱的红色波段集中在图10的右下部，绿色波段集中在图10的下部，蓝色波段集中在轨迹图10的左下部。中心的白光点E(标示于图10中)的饱和度最低，光源轨迹在线饱和度最高。如果将光谱轨迹上表示不同色光波长点与色度图中心的白光点E相连，则可以将色度图划分为各种不同的颜色区域，如图10所示。因此，如果能计算出某颜色的色度坐标x、y，就可以在色度中明确地定出它的颜色特征。例如蓝绿色样品的表面色色度坐标为x＝0.1、y＝0.33，它在色度图中的位置为A点，落在蓝绿色的区域内。

例如要调出白光，则由调控装置将色度坐标调成x＝y＝z＝0.33的混色比例组合；若要调出黄光，则由调控装置将色度坐标调成x＝0.5，y＝0.4(z＝0.1)等混色比例落于黄区的组合；若要调出紫光，则由调控装置将色度坐标调成x＝0.4，y＝0.2(z＝0.4)等混色比例落于紫区的组合。因此，本人即可透过控制红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色光的光出量大小，而达到全彩发光的目的。

虽然本实用新型以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当包括这些变形形式。

Claims (15)

1.一种以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，包括：

一发光源，包括多个发光二极管裸芯片；

一导光单元，其传导该发光源的光；以及

一控制装置，其调控该发光源的光出量大小，藉以达到全彩发光的效果。

2.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该装置为一全彩发光的电子荧光棒。

3.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该多个发光二极管裸芯片为二颗或二颗以上的发光二极管裸芯片。

4.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该多个发光二极管裸芯片为可见光的发光二极管裸芯片。

5.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该多个发光二极管裸芯片为红、绿、蓝三原色的发光二极管裸芯片。

6.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其中该导光单位为一管状物。

7.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该导光单位的表面部分反射光、部分穿透光。

8.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该导光单位为不规则形状的实体，且其表面部分反射光、部分穿透光。

9.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该导光单位的外侧加上文字及图案以产生不同的光影变化。

10.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该导光单位的内侧加上文字及图案以产生不同的光影变化。

11.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该控制装置为模拟式控制装置。

12.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该控制装置为数字式控制装置。

13.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该控制装置还包括多个电流控制器，个别独立控制该多个发光二极管裸芯片的光出量大小。

14.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该控制装置包括一调控装置，所述调控装置同步控制该多个发光二极管裸芯片的光出量大小。

15.如权利要求1所述的以发光二极管为发光源的全彩发光装置，其特征在于，该控制装置包括一单键，所述单键调控该发光源输出一特定色光。

Images