200926882 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光裝置及其控制方法’特別 是有關於一種可穩定發光單元之演色性與流明效益之技 術領域。 【先前技術】 請參閱第1圖’其係顯示習知技藝之發光系統之示 意圖。圖中，發光系統1係使用回饋控制（feedback control) 架構來發出並穩定一欲得光色（desired Hght color)，其包 含一發光模組1〇、一控制模組11及至少一光偵測模組 12。發光模組10係由複數的不同顏色之發光二極體（LED) 所組成，控制模組11係用以驅動發光模組1〇發出一光 束。光偵測模組12電性連接控制模組11，其用以偵測發 光模組10所發出之多種顏色之光之光強度，並將偵測結 果傳送至控制模組11。繼之，控制模組11將一預設資料 與光偵測模組12之偵測結果13進行比對，並根據比對 結果來調整發光模組10,藉此使發光模組10發出此欲得 光色？例如，若光偵測模組12所偵測到光強度小於預設 資料，則控制模組11驅動發光模組10增強光束之光強 度。反之，若光偵測模組12所偵測到光強度大於預設資 料，則控制模組11驅動發光模組10減弱光束之光強度。 對於照明系統而言，顯示被照物件的真實色彩的能 力是頻估照明系統的重要標準。其中，人類使用人工發 光源來表現色彩的自然程度，這種逼真的效果稱為演色 性。演色性是物體在發光源下的感受與在太陽光下的感 200926882 受的真實度百分比，演色性高（越接近100)的發光源對顏 色的表現較逼真，眼睛所呈現的物體愈接近自然原味。 然而，在上述習知的回饋控制過程中，控制模組11 容易單純地朝向光色恆定方向對各色LED發光單元強度 作調整，以逼近預設資料。此習知方式於穩定單色LED 的光色尚可適用，但是用於三波長以上的LED組合時， 由於此方法無法得知各色LED發光單元強度的真實配 比，以及掌握這些LED的即時光學特性，因此往往在多 次回饋控制後，控制模組11無法控制發光模組10之演 色性數值（CRI)與流明效益（luminous efficacy)，導致發光 單元的效能之下降。 j 有鑑於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決 之，本發明人基於多年研究開發與諸多實務經驗，提出 一種發光裝置及其控制方法，以作為改善上述缺點之實 現方式與依據。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種發光裝置 及其控制方法，以解決習知技藝無法控制各色發光單元 強度的真實配比，而導致在控制過程中發光單元之效能 下降之缺點。 根據本發明之目的，提出一種發光裝置，其包含一 發光單元、一光偵測單元、一處理單元、一計算單元以 及一驅動單元。當發光單元用以發出一光束，光偵測單 元用以接收且量化此光束的光譜，而處理單元係判斷光 偵測單元所偵測之光譜與一預定光譜光學特性之差異值 200926882 是否大於一門檻值，若是，則處理單元係測量出該發光 單元之一光學特性。計算單元係根據此光學特性進行演 算分析以得到此修正訊號，而驅動單元運用此修正訊號 驅動發光單元，致使發光單元發出符合此預定光譜光學 特性之光束。 此外，本發明更提出一種發光控制方法，用以控制 一發光單元，其包含下列步驟：偵測此發光單元所發出 之光束之光譜，判斷此所偵測之光譜與一預定光譜光學 ^ 特性之差異值是否大於一門檻值，若是，則測量出此光 譜之一光學特性；根據此光譜之光學特性及此預定光譜 光學特性，以計算出一修正訊號；根據此修正訊號調整 ' 此發光單元所發出之光束之光譜以符合此預定光譜光學 特性。 承上所述，因依本發明之發光裝置及其控制方法， 具有以下優點： (1) 此發光裝置及其控制方法可即時偵測LED之光 學特性，而非單純調整LED發光強度來做回饋控制，因 ® 此可避免在控制過程中特定顏色LED電流被調整的過大 而導致的過熱問題。。 (2) 此發光裝置及其控制方法可進行一次調整便完 成光色校正，此舉可有效地減短了光色校正時間。 茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到 之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例 及配合詳細之說明如後。 7 200926882 【實施方式】 以下將參照相關圖示，說明依本發明較佳實施例之 發光裝置及其控制方法。請參閱第2圖，其係為本發明 之發光裝置之示意圖。圖中，發光裝置2包含一發光單 元21、一光偵測單元23、一處理單元24、一計算單元 25及一驅動單元26。光偵測單元23係接收及量化發光 單元21所發出之光束22之光譜分布之光學特性27，例 如光束22之波長、一光強度、一色座標或一演色性等等。 處理單元24係計算此光偵測單元23所偵測之光譜分布 之光學特性27與一預定光譜光學特性之差異值，並判斷 此差異值是否大於一門檻值。若此光偵測單元23所偵測 之光譜分布之光學特性27與一預定光譜光學特性之差異 值大於門檻值，表示發光單元21所發出的混光之光譜分 布之光學特性已經過度偏離預定光譜光學特性，因此處 理單元24便進行光色校正之動作。造成上述光譜分布偏 移的原因可能有下列原因： (i) 發光單元21的使用時間過長而材料開始老 化，使得發光效率下降。 (ii) 發光單元21的操作溫度過高，使得發光效率下 降。 因為上述使用時間過長之原因、或操作溫度過高之 原因，或是因為其他原因而造成發光單元21的光學特性 改變，所以必須進行光色校正，處理單元24測量此發光 單元21目前的光學特性28。接著，計算單元25根據發 光單元21目前的光學特性28與此預定光譜光學特性計 算出一修正訊號29，而驅動單元26依照此修正訊號29 來驅動發光單元21，使發光單元21發出符合此預定光譜 8 200926882 光學特性之光束。 其中，發光單元21較佳的是包含複數個不同波長之 發LED，例如紅光LED係發出波長介於620nm至660nm 之間的光，而綠光LED係發出波長介於51 Onm至550nm 之間的光，而藍光LED係發出波長介於440nm至470nm 之間的光。光偵測單元23較佳為一紫外線偵測器、一可 見光偵測器、一矽光電二極體，且光偵測單元23視需要 亦可包含一濾光片。驅動單元26可包含一脈衝寬度調變 〇 (PWM)訊號產生器及複數個電晶體，此外，驅動單元26 亦可為一電流控制裝置，其可控制輸出發光單元21之電 流之大小，藉此來控制發光單元21之發光特性。處理單 - 元24及計算單元25較佳的是由微處理器執行一程式之 軟體方式來實現。而發光裝置2更可包含一記憶體，以 儲存微處理器所執行之程式以及相關的資料。 請參閱第3圖，其係為本發明之發光裝置之實施例 之示意圖。圖中，發光裝置3包含一 PWM訊號產生器 32、一微處理器33、一記憶體34、至少一紅光LED 301、 Ο 至少一綠光LED 302、至少一藍光LED 303、複數個電晶 體 321、322、323 以及分別對應 LED 301、302、303 之 光偵測單元311、312、313。記憶體34係儲存微處理器 33所執行的程式以及相關資料，例如預定光譜光學特性。 此複數個電晶體321、322以及323之閘極與PWM 訊號產生器32電性連接，而其汲極分別與LED 3(Π、302 以及303之負極電性連接，其源極接地。電晶體321、322 以及323之閘極分別接收PWM訊號產生器32所輸出之 PWM訊號325來控制流經LED之驅動電流。PWM訊號 200926882 325包含高電位部分與低電位部分，當閘極接收到高電位 部分，則此電晶體進入開啟狀態並形成一通道，至使電 流流向發光二極體而致使發光二極體發光。當閘極接收 到低電位部分，則電晶體進入關閉狀態並形成一斷路， 則LED不發光。因此，可透過改變脈衝寬度調變訊號之 高電位部分之寬度或改變高電位部分及低電位部分之比 例，以調整LED之發光強度。 光偵測單元311、312以及313分別包含一滤光片及 一矽光電二極體，光偵測單元311、312以及313之濾光 片係用以分別濾過紅光波長（620nm〜660nm)、綠光波長 (510nm〜550nm)以及藍光波長（440nm〜470nm)，致使光偵 測單元311、312以及313之矽光電二極體可分別偵測到 紅光LED 301、綠光LED 302以及藍光LED 303所發出 之光束之光譜分布之光學特性，並傳送此些光譜分布之 光學特性到微處理器33。 微處理器33將此些光譜分布之光學特性與一預定光 譜光學特性進行比對，若此些光譜分布之光學特性與一 ❹ 預定光譜光學特性之差異值大於一門檻值，表示發光裝 置3所發出的混光之光譜分布之光學特性已經過度偏離 此預定光譜光學特性，因此微處理器33便開始量測LED 301、302及303目前的光學特性。以下將詳細描述一量 測LED之光學特性之實施例，此實施例係以LED的操作 溫度過高而導致光學特性改變為例。 請續參閱第4圖’其係顯示LED在不同溫度之光強 度-驅動電流之曲線圖。圖中，以紅光LED 301為例，標 不溫度50 C的曲線係為紅先LED 301在操作溫度5〇°C之 200926882 光學特性，即光強度-驅動電流之曲線。而在發光裝置3 發出符合預設光譜資料之條件下，紅光LED 301係以電 流10毫安培（mA)驅動而發出光強度C0流明（Im)。由於 紅光LED 301的操作溫度升高至100°C，造成發光效率 下降，光偵測單元311所偵測到之光強度為C0’，表示紅 光LED 301在100°C的光學特性，即光強度-驅動電流之 曲線和50°C的曲線不同。為了可以一次調整便完成光色 校正，必須先量測出紅光LED 301在100°C的光學特性。 微處理器33係控制PWM訊號產生器產生複數個高電位 ® 部分及低電位部分之比例皆不相同的PWM訊號，使紅光 ' LED 301接收不同的驅動電流而發出不同光強度之光， - 而光偵測單元偵測對應不同驅動電流之光之光強度，而 微處理器33可根據此些光強度與驅動電流之對應關係計 算出LED在100°C的光學特性。 此外，若欲使光色調整之過程不為使用者察覺，本 實施例¥對用於量測LED光學特性之驅動電流進行設 計。如第4圖所示，當微處理器33判斷目前發光裝置3 n 所發出的混光之光譜分布之光學特性已經過度偏離預走 光譜光學特性，則微處理器33可以目前LED所接收之驅 動電流10之微調後的驅動電流來量測LED目前的光學特 性，如第4圖所示之電流II、12、13及14。由於電流II、 12、13及14與電流10的差異微小，所以使用者的眼睛 察覺不出用此些電流驅動LED所產生的光之光強度差 異。其中，其為調幅較佳的是0.5%至10%。 當電流II、12、13及14分別輸入紅光LED 301時， 光偵測單元311分別量測出光強度Cl、C2、C3及C4。 11 200926882 接著，微處理器33可以最小平方法或其他演算法，根據 C 0’、cn、C2、C3及C4計算出一最接近C 0’、C卜C2、 C3及C4分布之二元函數，如第4圖中標示100°C之虛 線。因此，若欲在操作溫度l〇〇°C時驅動紅光LED 301 發出光強度C0,可利用上述計算出的二元函數來算出所 需的驅動電流，如第4圖所示之15。因此，微處理器33 產生一修正訊號至PWM訊號產生器32使PWM訊號產 生器32產生一可讓紅光LED 301接收15的PWM訊號。 重複上述流程，讓微處理器33量測出所有LED的光學特 © 性，便可一次性地完成光色校正，維持發光裝置3之發 ' 光特性。 ' 請參閱第5圖，其係為本發明之發光控制方法之步 驟流程圖，此方法係對應於第2圖所示之發光裝置2，用 以控制發光單元21發出之光束之光譜分布之光學特性。 此方法包含下列步驟： 步驟50:使用偵測元件23來偵測發光單元21所發出 之光束22之光譜分布之光學特性27 ; φ 步驟51 :由處理單元24判斷此所偵測之光譜分布之 光學特性27與一預定光譜光學特性之差異 值是否大於一門檻值，若是，則執行步驟52, 若否，則執行步驟50 ; 步驟52:由處理單元24產生複數個不同數值之電性 訊號，例如電流，輸入至發光單元21，來測 量出此發光單元21目前的光學特性28 ; 步驟53:由計算單元25根據發光單元21目前的光學 特性28及此預定光譜光學特性，以計算出一 修正訊號29 ;以及 12 200926882 步驟54 :由驅動單元26根據此修正訊號29驅動發光 單元21，使其可發出符合此預定光譜光學特 性之光束。 其中，步驟52更可包含提供多個不同數值之電流予 發光單元21，並使用偵測元件23偵測對應此些電流之光 強度，再由處理單元24根據此些電流之數值及相對應的 光強度計算出此發光單元21目前的光學特性。 請參閱第6圖，其係本發明之使用三種顏色與四種 〇 顏色LED之發光裝置之溫度·演色性之模擬圖。圖中，四 條曲線係為以高斯分佈模擬三種顏色與四種顏色LED在 不同溫度下的白光混色結果。四種顏色之LED所組成的 白光光源在演色性的表現可接近95，而三種顏色之LED 組合的白光光源的演色性約為85左右。由此可知四種顏 色之LED之組合較適合作為照明裝置，再透過本發明之 發光控制方法，可有效地維持此照明裝置之演色性及照 明效率，以解決習知回饋控制架構在維持多色LED組合 之發光光色時容易造成演色性及照明效率下降的問題。 ’ 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫 離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變 更，均應包含於後附之申請專利範圍中。 13 200926882 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知技藝之發光裝置之示意圖； 第2圖係為本發明之發光裝置之示意圖； 第3 圖係為本發明之發光裝置之第一實施例之示意圖； 第4 圖係為LED在不同溫度之光強度-驅動電流之曲線 fgn · 圃， 第 ς 圖本發明之發光控制方法之步驟流程圖；以及 第6圖係為本發明之使用三種顏色與四種顏色LED之發 光裝置之溫度-演色性之模擬圖。 14 200926882 【主要元件符號說明】 I :發光系統； 10 :發光模組； II :控制模組； 12 :光偵測模組； 13 :偵測結果； 2： 發光裝置； 21 :發光單元； 22 :光束； ❹ 23 :光偵測單元； * 24 :處理單元； . 25 :計算單元； 26 :驅動單元； 27 :光譜分布之光學特性； 28 :光學特性； 29 :修正訊號； 301、302、303 :發光二極體； 311、312、313 :矽光電二極體； ® 32 : PWM訊號產生器； 321、322、323 :電晶體； 325 ·· PWM 訊號； 33 :微處理器； 34 :記憶體；以及 50〜54 :步驟流程。 15