TW201202673A - Screening method and combination of LED light sources - Google Patents

Description

201202673 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本個雜-種LED絲有關，特職與—種led光蘭選方法及 LED光源組合有關。 【先前技術】 -般目刖市面上的人工光源通常為固定顏色，例如日光燈、色溫箱、 舞台或攝伽賴之打紐等，其通常是利衫種螢紐辭或數種不同 籲之光源來混合，以符合色溫的要求，但其他如演色指數(c〇l〇r

Index，CRI)或光譜（Spectra)等都不符合國際照明協會c〇mmissi〇n International de TEclairage (CIE) mi'JtT#i,#^^^(standard Illuminants)^ 類，如A光、D65、D55、D50等等。其中上述標準光源之演色指數(crj) 都訂為100 ’而市面上之人工光源僅有達到70到80的演色指數。此外，如 需達到不同色溫要求，其等還需利用不同燈管替換以達到要求。 為了解決此問題，現有之混光照明技術乃利用所發出的紅光、綠光及 _ 藍光之發光二極體(Light Emitter Display, LED，以下以LED表示之)光源進 行混光，並個別控制紅光LED、綠光LED及藍光LED之發光強度，來改 變不同的顏色或.色溫要求。然而，每一個發光二極體係各自具有一單色波 峰，所以僅有紅光、綠光及藍光led混光而成的光譜會不均勻，而無法達 - 到高演色指數(CRI)» ' 因此’目前已有使用多種LED進行混光來達到高演色指數的技術，被 揭示於美國專利US 2008/0169770中。惟，對於市售的許多種的LED光源， 要選擇哪些種類以及個數作為混光之LED光源，實為一大難題。利用試誤 201202673 法(TrialandElxormethod)的方式來選擇光源，顯然是耗費時間與金錢 的，並且也無法得知所得出之LED光源組合是否為所有市售咖光源 最佳組合。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的在於提供一種發光二極體光源筛選方法，其 係用以解決如條市售LED絲巾選擇作桃光辆的最她合。、 本發明之P目的在於提供-種發光二極觀軌合，其伽以解決 無法切換不同色溫並達到高演色指數的問題。 為達上述之目的’本個提供—歸光二極體辆_方法，該發光 二極體光源篩選方法，制於在—發光二極趙光源群組中篩選出具有一高 演色指數組合’該高演色指數組合係最接近—CI£標準光源之光譜能量分 佈，該發光二極體光源群組包含複數個發光二極體光源，該篩選方法包含 下列步驟： (1) 統什該些發光二極體光源對應之複數個光譜能量分佈，該些光譜能量 分佈係為各個該等發光二極體光源之複數個波長對應的發光強度值。 (2) 排列該些光譜能量分佈以獲得對應該些發光二極體光源之一矩陣(Α)β 計算一重建係數，該重建係數係為該矩陣(Α)對該Cffi標準光源之光 譜能量分佈的一最小平方近似解。. (4)根據該重建係數來選擇出最佳的發光二極體光源組合。 在本發明之發光二極體光源篩選方法的較佳實施例中，其中該最小平方 近似解係用於計算該矩陣之一偽逆矩陣乘上該cffi標準光源之光譜能量分 佈，其中該偽逆矩陣以數學式表示係(αατ)·1α。 201202673 於本發明之較佳實施例中，該重建係數具有複數個數值，該些數值係為 正數且代表對應的該些發光二極體光源之貢獻程度。其中最佳的發光二極 體光源組合係選自該些重建係數數值，以達到最小平方近似解之發光二極 體光源組合。例如，該發光二極體光源群組係為市售的61種發光二極體光 源’而該所篩選出之最佳的發光二極體光源組合係為7種發光二極體光源， 且該組合演色指數係介於85到90之間。具體的說，7種發光二極體光源之 主波長範圍係分別選定為380〜420nm、480〜520nm、600〜630nm、 # 645〜675nm、645〜720nm與一藍色螢光粉摻雜之發光二極體光源，以及一黃 色螢光粉摻雜之發光二極體光源。另外，最佳的發光二極體光源組合中之 發光二極體光源個數，可根據所需之演色指數提高而增加組合中之發光二 極體光源個數。 為達上述之另一目的，本發明提供一種發光二極體光源組合，該發光二 極體光源組合包含有7個不同波長的發光二極體光源及一微處理器。其中 該7個不同波長的發光二極體光源，且各發光二極體光源的波長係分別選 •疋為 380〜42〇nm、480〜520nm、600〜630nm、645〜675nm、645〜720nm 與一 藍色螢光粉摻雜之發光二極體光源，以及—黃色螢光粉摻雜之發光二極體 光源。此外，該微處理器係同步送出脈波寬度調變(1>_訊號至各個發光 "一極體光源，藉此調製出各種色溫且尚演色指數之光源。 在本發明之容器的較佳實施例中，該發光二極體光源組合所具有之演色 指數係介於85到90之間。該發光二極體光源組合進一步包含有一發光二 極體光源’該發光二鋪絲驗鶴敎為63G〜645nm，贿得該發光 二極體光源組合具有介於9〇到95之間之演色指數。 201202673 在本發明之容器的另一較佳實施例中，該發光二極體光源組合進一步包 含有兩個發光二極體光源，該兩個發光二極體光源的波長係選定為 560~600nm及630〜645nm，以使得該發光二極體光源組合具有介於％到100 之間之演色指數。 依據本發明之發光二極體光源篩選方法篩選之發光二極體光源組合， 其光譜能量分佈可以達到近似CIE標準光源的效果，而其演色指數可以達 到85以上，而使得本發明可以解決需使用多種燈管以及只有色溫符合標準 光之缺陷。另外，該發光二極體光源篩選方法也可以讀保所篩選之發光二 極體光源組合係為最佳組合。為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文 特舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 以下將配合附圖來詳細說明本發明之發光二極體(Light Emitter Di〇de， LED，以下以LED來表示)光源篩選方法的一較佳實施例。請參照第丨圖， 第1圖中顯示61種市售之LED之波峰所在的波長，此61種LED係透過蒐 集所有市售的單一 led光源，並根據個別的光譜能量分m(Spectral Power Distribution，SPD.)加以歸納出此61種市售LED光源，並以每一種LED光 源之波峰(最大強度)所在之波長加以分類。第丨圖中的標號1〇是代表本發 明之此一較佳實施例的一 LED光源群組1〇，其中該LED光源群組1〇包含 有複數個LED光源。 本發明之此一較佳實施例之LED光源篩選方法，係用於在該1^]：)光源 群組10中篩選出具有一高演色指數的組合。該高演色指數組合係為最接近 一 cffi標準光源之光譜能量分佈。在此較佳實施例中，該αΕ標準光源係 201202673 選疋為D65標準光源。需注意的是，本發明並不限D65標準光源，也可選 自A光、D65、D55、D50等CIE標準光源所組成之群組之一。請參照第2 圖，第2圖中顯示本發明的一較佳實施例之LED光源篩選方法之流程圖。 該LED光源篩選方法包含下列步驟·· 執行步驟S10，統計該些LED光源對應之複數個光譜能量分佈，然後 執行步驟S20。該些光譜能量分佈係為各個該等LED光源之複數個波長對 應之發光強度值。舉例來說，首先，先統計該LED光源群組1〇中第1種 • LED光源(即波峰所在波長為401.8 nm)之光譜能量分佈，該種LED光源之 光譜能量分佈一般可由該LED元件資料表中取得，或者由光譜量測儀量測 出。更具體的說，可在波長範圍400至700nm内，每隔5nm設定一個波長 對應發光強度值之取樣點，這在以下的式子中是以山⑴、山(2)........di(61) 表不(下標“1”代表第1種光源），而dM(l)、dM(2)........dM(61)則代表第 Μ種的LED光源的光sf·能量分佈之波長對應發光強度值。使用1至6i點 的原因是因光譜是由4⑻至700nm每隔5nm做一次取樣，如此一來每一個 ♦光譜就會有61個取樣點。需注意的是，本發明並不偈限於每隔Snm統計一 個取樣點，亦可每隔10nm或者2nm就取一個取樣點，如此可降低取樣點 間隔，而可取得更精細的光源組合。 於步驟S20中，排列該些光譜能量分佈以獲得對應於該些LED光源之 -矩陣A ’織執行步驟S30。舉例來說，第丨種光源之光譜能量分 佈山⑴、dl(2)……dl(61)排列在第1列’下一列係為第2種LED光源之光 譜能量分佈d2(l)、d2(2)........排列在第2列，第Μ種LH)光源之 光譜能量分佈dM(l)、dM(2)........‘(61)排列在第Μ列，依此類推。其排 201202673 列而成的矩陣A如下列式1 ·· d】(D d!(2)…4(61)-A = ·· _dM(l) dM⑵…dM(6l)j …式1 在此較佳實施例中，該LED光源群組10具有61種LED光源，故該矩 陣A之第μ列即為第61列(亦即M=61)。 於步驟S30巾，計算一重建係數，該重舰數係為該轉A對該挪 鮮光源之光譜能量分佈的-最小平方軸解^請參考第3圖及第4圖所 示’第3圖中顯示CIE標準光源D65之光譜能量分佈，第4圖中顯示弧 標準光源D65之取樣點之數據。在此較佳實施例中，該Cffi標準光源d65 之光譜能量分佈壯第3圖之實線所示，其中水平減表的做長_， 垂直軸代表祕強度之絕對值4中第3圖之點係絲隔—取—個取樣 點’其具體數值如第4圖所示。 第4圖之該cIE標準光源D6S之光譜能量分佈之61個數值以一 6⑻ 列向量έ表示^而該重建餘以線性代數來說，岐式2之解： …式2 置矩陣(Tran+spose)，如下式3 ·· ATx = g 需注意的是’ Ατ代表的是矩陣a的轉 尖⑴ d6,(l)~ Ατ = d,(2) • • * · · d61(2) • • _巾(61) • d61(61) …式3 式2中X的表示為一個61x1 係為另一個61x1之列向量，Ατ 之列向量，由矩陣乘法可知Ατχ之結果 X· 之第—個（即1x1)數值即該LED光源 201202673 群組10之該些LED光源，位於4〇Onm之強度某些比例的加總。理想中， 該第-個數值即係4 DM之光譜能量分佈位於*⑻圆之強度值。由於實際 上該LED光源群組1〇無法完全重建CI£標準光源〇65之光譜能量分佈， 因此式2中之A X矣g，需求其最佳近似解，以交表示。其中最佳的意義 在此是指誤差平方I2最*，即最小平方近似〇east-squares approximation)解》 該最小平方近似解交在線性代數中，係為計算該矩陣A之-偽逆 φ (Pseudomverse)矩陣A+乘上該CIE標準光源之光譜能量分佈，即向量g， 其中該偏逆矩陣A+S以數學式表示係為(AAT)-lA。由此可知該重建係數可 由計算(aaVa£得出，以列向量0表示之。 該重建係數’即列向量C之係數具有複數個數值。在此較佳實施例中， 列向里C之係數具有61數值。由上述可之，該些數值代表對應的該些LED 光源之貢獻程度，因此貞數為不合理。因此該些該重建係數皆需為正數。 於步驟S40中，根據該重建係數選擇出最佳的LED光源組合。具體而 鲁δ ’最佳的LED光源組合係選自該些數值中之複數個最大值所對應的該些 LED光源。在此較佳實施例中，選擇該些數值中之前7個最大值所對應的 LED光源，且該最佳的LED光源組合之演色指數係介於％到9〇之間。須 注意的是，最佳的LED光源組合中之LED光源個數可根據所需之演色指數 提问，而增加組合中之LED光源個數。例如，需要演色指數係介於9〇到 95之間’則LED光源組合就需要有8個LED光源；需要演色指數係介於 95到1〇〇之間’則LED光源組合就需要有$個LED光源。 根據上述之LED光源篩選方法，同樣地可用來篩選符合^正標準光源 201202673 如A光、D55及D50之個別最接近之7種LED光源，再將符合A光、D65、 D55及D50之各組之7種LED光源比較並統計出7個較佳的波長區間，以 使得該7個波長區間内之LED光源可模擬符合上述之CIE標準光源。例如， 該7個波長區間内之LED光源欲模擬〇65之光譜能量分佈，則可根據上述 計算出之重建係數之前7個最大值之比例，並個別調製該7個LED光源的 強度，以符合D65之光譜能量分佈。 同樣地，若該7個波長區間内之LED光源欲模擬D55之光譜能量分 佈，則可根據所計算出的符合D55之重建係數的前7個最大值之比例，個 別調製該7個LED光源的強度，以符合D55之光譜能量分佈。其中該符合 D55之重建係數係為該偽逆矩陣A+乘上D55之光譜能量分佈。 在此較佳實施例中，計算出之7種LED光源之主波長範圍係分別選定 為 380〜420nm、480〜520nm、600〜630nm、645〜675nm、645〜720nm 與一藍 色螢光粉摻雜之LED光源，以及一黃色螢光粉摻雜之led光源。可調製各 別之LED光源以符合CIE標準光源A光、D65、D55及D50，並且該最佳 的7種LED光源組合之演色指數係介於85到90之間。 如需要演色指數係介於90到95之間，則LED光源組合就需要增加一 個LED光源，該LED光源的波長係選定為63〇〜645nm。如需要演色指數 係介於95到100之間，則LED光源組合就需要增加兩個LED光源，該等 兩個LED光源的波長係選定為560〜600nm及630〜645nm。 請參考第5圖，第5圖顯示出一較佳實施例中，以9種LED光源模擬 A光、D65、D55及D50之光譜能量分佈。其中實線係表示a光、D65、 D55及D50之光譜能量分佈，虛線係表示9種LED光源之主波長範圍係分 201202673 別選定為 38G〜42Gnm、彻〜52Gnm、600_nm、645~675_ 645~72()nm % 560〜600nm、63G〜645nm、該藍色螢紐摻雜之LED絲及該黃色勞光粉 摻雜之LED光源所模擬出之光譜能量分佈。 綜上所述，其光譜能量分佈可以達到近似αΕ標準光源的效果，而其 演色才曰數可以達到95以上，以使得本發明可以解決需使用多種燈管及只有 色溫符合標準光之缺陷。 此外，以下將配合附圖來詳細說明本發明之LED光源組合的一較佳實 •施例。請參考第6圖，第6圖顯示本發明的一較佳實施例之LED光源組合。 該LED絲組合係以標號20來表示，該LED光源組合20包含有7個不同 波長的LED光源31、32、33、34、35、36、及37 ,以及-微處理器4〇。 該些LED光源31至37係設置於一導線架3〇上，且該些LED光源31至 37係為根據上述之LED光源篩選方法所選定的38〇〜42〇nm、48〇〜52〇nm、 600〜630nm、645〜675nm、645〜720nm與一藍色螢光粉摻雜之LED光源， 以及一黃色螢光粉摻雜之LED光源。 ® 該些LED光源31至37的各針腳(未圖示)一端接地，另一端係電性連 接於該微處理器40’該微處理器40會同步送出脈波寬度調變(PWM)訊號至 各個LED光源31至37，以調製控制各個LED光源31至37的亮度，以達 到可調製不同Cffi標準光源如A光、D65、D55及D50的效果。

其中該些脈波寬度調變(Pulse-width modulation, PWM)訊號，係為於一 週期中該些LED光源31至37的發光時間，該些LED光源31至37的發光 時間可根據上述之該重建係數的前7個最大值之比例分配，以達到調製出 CIE標準光源如A光、D65、D55或D50的光譜能量分佈。此外，該LED 11 201202673 光源組合31至37係具有介於85到90之間之演色指數。 在此較佳實施例中，同樣地，如需要演色指數係介於90到95之間， 則LED光源組合就需要增加一個LED光源38，該LED光源38的波長係 選定為630~645nm。如需要演色指數係介於95到100之間，則LED光源 組合就需要增加兩個LED光源38及39，該等兩個LED光源38及39的波 長係選定為560〜600nm及630〜645nm。 綜上所述’本發明之LED光源組合20係具有高演色指數的光源，並 且以單一個LED光源組合，即可調製出任意的上述標準光源或色溫所需之 光譜’並同時具有多種CIE標準光源合為一體的效果，而不需要為了產生 各種不同色溫而要裝置不同之光源的煩雜過程，又可以節省成本及空間， 達到更符合標準光源的需求。 雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本 發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内， 當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示61種市售之LED之波峰所在波長。 第2圖繪示本發明的一較佳實施例之LED光源篩選方法之流程圖。 第3圖繪示CIE標準光源D65之光譜能量分佈。 第4圖顯示CIE標準光源D65之取樣點之數據。 第5圆係繪示本較佳實施例之9種LED光源模擬A光、D65、D55及 D50之光譜能量分佈。 12 201202673 第6圖係繪示本發明的一較佳實施例之LED光源組合。 【主要元件符號說明】 10 LED光源群組 20 LED光源組合 30 導線架 31〜37 LED光源 40 微處理器 S10〜S40步驟 13

Claims (1)

1. 201202673 七、申請專利範圍： 1· -種發光二極縣源H選方法，其制於在-發光二極體絲群組中筛 選出具有一高演色指數組合，該高演色指數組合係為最接近一 CIE標準 光源之光譜能量分佈，該發光二極體光源群組包含有複數個發光二極體 光源’該篩選方法包含下列步驟： 統計該些發光二極體光源對應之複數個光譜能量分佈，該些光譜能 量分佈係為各個該發光二極體光源之複數個波長所對應之發光強度值； 排列該些光譜能量分佈以獲得對應該些發光二極體光源之一矩陣 (A)； 計算一重建係數，該重建係數係為該矩陣(A)對該Cffi標準光源之 光譜能量分佈的一最小平方近似解；以及 根據該重建係數選擇出最佳的發光二極體光源組合。 2·如申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源篩選方法，其中該最小平 方近似解係計算該矩陣之-偽逆矩陣乘上該CIE標準光源之光譜能量分 佈’其中該偽逆矩陣以數學式表示係(ΑΛΤ)-、。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源篩選方法，其中該重建係 數具有複數個數值，該些數值係為正數且代表對應的該些發光二極體光 源之貢獻程度。 4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源篩選方法，其中該發光二 極體光源群組係為市售的發光二極體光源，而該篩選出之最佳的發光二 極體光源組合係為7種發光二極體光源。 5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體光源篩選方法，其中該等7種 201202673 發光二極體光源之主波長範圍係分別選定為380〜420nm、48〇~52Qnm、 600〜630nm、645〜675mn、645〜720nm與-藍色榮光粉摻雜之發光二極 體光源，以及一黃色螢光粉摻雜之發光二極體光源。 6.如申請專利範圍第4項所述之發光二極體光源筛選方法，其中最佳的發 光二極體光源組合中之發光二極體光源個數，可根據所需之演色指數提 高而增加組合中之發光二極體光源個數。 7· —種發光二極體光源組合，其包含有： 7個不同波長的發光二極體光源，且各個發光二極縣源的波長係 分別選定為 380〜420nm、480〜520mn、600〜630nm、045〜675nm、 645〜720nm與一藍色螢光粉摻雜之發光二極體光源，以及一黃色螢光粉 摻雜之發光二極體光源；以及 一微處理器，該微處理器係同步送出脈波寬度調變(pWM^訊號至各 個發光二極體光源，藉此調製出各種色溫且高演色指數之光。 8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體光源組合，其中該發光二極體 光源組合係具有介於85到90之間之演色指數。 9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體光源纽合，其中該發光二極體 光源組合進一步包含有一發光二極體光源，該發光二極體光源的波長係 選疋為630〜645nm。 1〇·如申請專利範圍第7項所述之發光二極體光源組合，其中該發光二極體 光源組合進—步包含有兩個發光二極體光源，該兩個發光二極體光源的 、皮長係選疋為560〜goonm及630〜645mn。 15