TW201727135A - 高品質光源的組合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種高品質光源的組合方法。本發明係基於人眼感受度以及褪色黑激素抑制而設計出一套方法流程,並且該方法流程係有助於工程人員組合、製造出一個能夠發出高品質光源的發光單元(模組);同時,經由多組實驗資料證實,所述高品質光源會展現出具有穩定的SRI值與低褪色黑激素抑制率的優勢特徵。
Description
本發明係關於分析與定義光源品質之技術領域,尤指一種高品質光源的組合方法。
光的使用為人類文明社會的一項重要應用,因此古人能夠靠著天然光而生活,日出而作,日入而息。自愛迪生發明燈泡之後,隨著科技之進步,人類所使用的光源已由燈泡發展至白熾燈(Incandescent bulb)以及螢光燈(Fluorescent tube);並且,進一步地,目前最新的照明技術為固態照明(Solid-State Lighting, SSL)技術,例如發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)、有機發光半導體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)以及高分子發光二極體(Polymer Light-Emitting Diode, PLED)都是固態照明技術(SSL)之產物。
照明品質綜合評價(Ergonomic Lighting Indicator, ELI)是一個全面性的照明品質評估標準。請參閱圖1,係照明品質綜合評價之程度指標圖。如圖1所示,照明品質綜合評價(ELI)以五種指標評估一個照明光源之品質程度,包括: A 視覺表現(Visual performance):包括照度、演色性、與對比度等因素; B 情境(Vista):包括使用者心理、視覺階層、與建築材料等因素; C 視覺舒適度(Visual comfort):包括光的分布均勻度、是否存在不舒適的眩光、以及光源有無閃爍等因素; D 生命力(Vitality):包括對人們心理的影響、與刺激等因素;以及E 權能(Empowerment):包括個人化的調光、選擇性的照明場景、與佈局等因素。
經由上述,吾人可以得知的是,包括視覺表現、情境、生命力、以及權能,照明品質綜合評價的五種評估指標之中就有四個指標係決定於人們的生理感受度;由此可知,人們的生理感受度對於照明品質綜合評價的重要性。
不同於照明品質綜合評價(ELI),演色性指數(Color Rendering Index, CRI)利用不同的方式來評估光的品質。測量演色性指數必須根據以下步驟:首先,以一待測光源照射一物件,使得該物件顯示其一物件顏色;接著,以一參照光源該物件,使得該物件顯示其一參照物件顏色;最後,將該物件顏色與該參照物件顏色於DIN 6169所規定之八個色樣上進行量化比較,即可獲得該待測光源之一演色性指數(CRI)。
由上述演色性指數之測量步驟,吾人可以得知該步驟主要係將待測光源與參照光源進行比對,並沒有考慮到人們對於該待測光源的生理感受度。由此,吾人可以預測的是,具有高演色性指數(CRI)的待測光源,其不一定帶給人們良好的視覺表現、情境、生命力、以及權能;也就是說,目前各照明設備廠商以演色性指數表示(或證明)其所販售的照明設備之光源品質,這樣的作法並不正確。
另一方面,經由研究發現,褪黑激素之產生與分泌主要係受到下列三種因素之影響:(A) 光線:光線透過視網膜神經傳至下視丘,再經由交感神經而傳至松果體,因而抑制褪黑激素之分泌,因此,於黑暗的環境中,係較可促使褪黑激素之分泌;(B) 晝夜韻律:下視丘係有如生理時鐘般地影響松果體對於褪黑激素之分泌,使得松果體所分泌褪黑激素之濃度,具有明顯晝夜韻律之差異,經研究統計,夜晚時,血液之中褪黑激素之濃度係為白天之六倍;以及(C) 電磁波:電磁波可抑制松果體合成褪黑激素之能力,同時,電磁波亦會抑制褪黑激素合成之活性。
然而,光線乃日常生活中所不可或缺,人眼所能夠感知的光線稱為可見光,其中,天然的可見光為陽光,而人工的可見光之種類則相當繁多,例如:燭光、白熾燈、螢光燈、LED燈、OLED燈等。一般而言,可見光的波長範圍約為450nm至750nm之間;可見光之顏色則分別為紅色、橘色、黃色、綠色、藍色、紫色等。
根據文獻記載,不同顏色的光對於人體對黑激素所造成的感受程度亦不同,請參閱圖2,係光波長對於褪黑激素之光感受程度的曲線圖,於圖2中,曲線A表示不同波長的光的視見函數(photopic luminosity function),資料點群組則表示為不同波長的光對於人體褪黑激素所造成的光感受程度。由圖2之數據,吾人係能夠明顯得知波長越短的光對於褪黑激素所造成的光感受程度越高,反之,波長越長的光對於褪黑激素所造成的光感受程度則越低。因此,理所當然地,對於一般人而言,只要盡可能地避免身體暴露於短波長的光環境之下,即可阻止褪黑激素抑制現象之產生。
雖然圖2之資料係已證明短波長的光可對人體褪黑激素造成較高的光感受程度,然而,文獻中卻從未發現並記載下列之事實:如圖2所示,曲線B表示為單位流明(lumen)下不同波長之光量子(quanta)對於人體褪黑激素所造成的抑制程度。因此,如曲線B所示,在單位流明(lumen)下,短波長之光量子對於人體褪黑激素造成較高的抑制程度。
鑑於上述原由,目前對於光產品研發人員而言最為重要的課題在於:如何在同時考量照明品質綜合評價以及褪黑激素抑制程度的情況下,進而發展出高品質的光產品。因此,本案之發明人極力加以研究發明,終於研發完成本發明之一種高品質光源的組合方法。
本發明之主要目的,在於提供一種高品質光源的組合方法。本發明係基於人眼感受度以及褪色黑激素抑制而設計出一套方法流程,該方法流程有助於工程人員組合、製造出一個能夠發出高品質光源的發光單元(模組);同時,經由多組實驗資料證實,所述高品質光源會展現出具有穩定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理論效率的優勢特徵。
為了達成上述本發明之主要目的,本案之發明人提出一種高品質光源的組合方法,係包括以下步驟: (1)提供複數個發光元件,並驅動該複數個發光元件發出複數道色光; (2)確認是否該複數道色光所對應的複數個CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)座標位置係包圍一CIE座標圖之中的普朗克曲線(Planck’s locus);若是,則執行步驟(3),若否,則重複執行步驟(1); (3)將該複數道色光混合成一混光,且該混光係具有一特定CIE座標; (4)確認是否所述之特定CIE座標係位於該CIE座標圖之中的普朗克曲線(Planck’s locus)的上方位置;若是,則執行步驟(6),若否,則執行步驟(5); (5)驅動該複數個發光元件以調整該複數道色光之中的一道或一道以上色光的光強度,並重複步驟(3);以及 (6)將該複數個發光元件進一步整合成一發光單元或一發光模組,且該發光單元或該發光模組係能夠發出一高品質光源。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種高品質光源的組合方法,以下將配合圖式,詳盡說明本發明之較佳實施例。
說明本發明的方法之前,必須先簡單介紹一個發光單元(模組)的結構。請參閱圖3,係一發光單元的立體圖。如圖3所示,該發光單元1係包括:一容置體10、一驅動單元11、複數個發光元件、以及一透明罩體13;其中,該複數個發光元件係基本上包括一紅光晶片12R、一黃綠光晶片12G與一藍光晶片12B。當然,本發明並不限定所述發光元件為特定晶片,因此發光元件可以是OLED晶片、AMOLED或是LED晶片。
請繼續參閱圖3,並請同時參閱圖4A與圖4B,係本發明之一種高品質光源的組合方法的步驟流程圖。如圖4A與圖4B所示,本發明之高品質光源的組合方法包括6個主要步驟。
首先,於步驟(S01)與步驟(S02)之中,係提供複數個發光元件,並驅動該複數個發光元件發出複數道色光,進而確認是否該複數道色光所對應的複數個CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)座標位置係包圍一CIE座標圖之中的普朗克曲線(Planck’s locus)。如圖3所示,複數個發光元件基本上包括一紅光晶片12R、一黃綠光晶片12G與一藍光晶片12B,且該紅光晶片12R、該黃綠光晶片12G與該藍光晶片12B係分別發出一紅光、一黃綠光與一藍光。進一步地,參閱圖5所繪示之CIE座標圖,其中顯示該紅光、該黃綠光與該藍光所對應的CIE座標分別為(0.64,0.34)、(0.32, 0.62)、與(0.15, 0.10),且該3個CIE座標係於CIE座標圖之上圍出一個三角形面積,且該三角形面積係包圍普朗克曲線。
繼續地,本發明之方法係接著執行步驟(S03)與步驟(S04),將該複數道色光混合成一混光,且該混光係具有一特定CIE座標,進而確認是否所述之特定CIE座標係位於該CIE座標圖之中的普朗克曲線的上方位置。如圖5所顯示的方形資料點所示,該混光之該特定CIE座標係為(0.54, 0.43),且該特定CIE座標確實位於普朗克曲線的上方位置。
於步驟(S04)的判斷式之中, 若判斷的結果為否,則方法係接著執行步驟(S05),進以透過所述驅動單元11驅動該複數個發光元件以調整該複數道色光之中的一道或一道以上色光的光強度。完成步驟(S05)之後,再重複執行步驟(S03)與步驟(S04),以確保該混光之該特定CIE座標係確實位於普朗克曲線的上方位置。完成步驟(S03)、步驟(S04)、與步驟(S05)之後,便可以確認該混光為一高品質光源,因此可以繼續地執行步驟(S06),進而將該複數個發光元件(12G, 12G, 12B)進一步整合成如圖3所示之發光單元1(模組)。
必須特別說明的是,圖5的方形資料點表示該混光的色溫約為2000K,但不以此限定本發明所製造出來的高品質光源的色溫。根據本發明之高品質光源的組合方法,熟悉發光元件製造的工程人員應該能夠基於本身經驗而製造出各種色溫的高品質光源。其中,各種色溫的高品質光源的CIE座標係示範性地整理於下表(一)之中。 表(一)
此外,本發明並非採用嘗試錯誤法則(try and error)或者經驗法則來完成步驟(S05)。本案的發明人係於實驗過程中發現,於調整該複數道色光之中的一道或一道以上色光的光強度之時,必須首先完成紅光、黃綠光與藍光之一色溫-紅光強度百分比之曲線、一色溫-黃綠光強度百分比之曲線以及一色溫-藍光強度百分比之曲線;接著,再繼續確認該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃綠光強度百分比之曲線與該色溫-藍光強度百分比之曲線是否共同圍出一個三角形面積。
如圖6所示的色溫-光強度百分比之資料曲線圖所顯示的,該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃綠光強度百分比之曲線與該色溫-藍光強度百分比之曲線是否共同圍出一個三角形面積。吾人可以透過圖6得知,基於這樣的色溫-光強度資料曲線所製造出來的各種色溫的高品質光源,其各個色溫的CIE座標皆會位於普朗克曲線的上方位置,並且會對應地落在普朗克之上的每條等溫線(isotherm)之上。如此一來,所獲得之高品質光源將展現出具有穩定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理論效率的優勢特徵。其中,SRI定義為自然光譜相似指數(Spectrum Resemblance Index,SRI),是一種基於人眼對於光的感受度所計算出來的指數,其詳細的計算方式可以參考台灣專利號: I476383。另外,褪色黑激素抑制率(Melatonin Suppression Fluence-Response, MSF)的量測與計算,則可以參考台灣專利號: I401063。
為了證實透過本發明之方法所組合出的高品質光源的確具備上述3個優勢特徵,以下將藉由多組實驗數據加以證實之。首先請參閱以下表(二),其中紀錄了目前常用的各式燈具的CRI與褪色黑激素抑制率(MSF)。 表(二)
接著,請參閱圖7A與圖7B,係分別為LED發光單元與OLED發光單元的色溫-SRI資料曲線圖。請同時參考圖5、圖7A與圖7B,其中方形資料點表示光源之CIE色標係位於等溫線(isotherm)的上端點處,三角形資料點表示光源之CIE色標係位於等溫線的中點處,且圓形資料點表示光源之CIE色標係位於等溫線的下端點處。並且,由圖7A可以發現,不管LED光源之CIE色標係位於等溫線的上端點處、中點處或者下端點處,三道光源之SRI值並不會隨著色溫的升高而產生歧異;這樣的現象也同樣發生在OLED光源之上(圖7B)。
繼續地,請參閱圖8A與圖8B,係分別為LED發光單元與OLED發光單元的色溫-CRI資料曲線圖。由圖8A可以發現,CIE色標位於等溫線的上端點處、中點處與下端點處的三道LED光源,其CRI值係隨著色溫的升高而產生歧異;這樣的現象也同樣發生在OLED光源之上(圖8B)。由於CRI係根據顏色相似度進行比對且SRI係根據人眼感受度進行比對,因此圖7A、圖7B、圖8A、與圖8B的實驗結果正好驗證了CRI與SRI兩者之間的計算基礎之不同。
請繼續參閱圖9A與圖9B,係分別為LED發光單元與OLED發光單元的色溫-MSF資料曲線圖。由圖9A可以發現,隨著色溫的升高,CIE色標位於等溫線的上端點處、中點處與下端點處的三道LED光源,其MSF值也隨之上升。值得注意的是,CIE色標位於等溫線的上端點處的LED光源的MSF值係低於CIE色標位於等溫線的下端點處之LED光源的MSF值約24%。同樣的,由圖9B可以發現,隨著色溫的升高,CIE色標位於等溫線的上端點處、中點處與下端點處的三道OLED光源的MSF值也隨之上升。並且,CIE色標位於等溫線的上端點處的OLED光源的MSF值係低於CIE色標位於等溫線的下端點處之OLED光源的MSF值約34%。
接著請繼續參閱圖10A與圖10B,係分別為LED發光單元與OLED發光單元的色溫-理論效率資料曲線圖。由圖10A可以發現,隨著色溫的升高,CIE色標位於等溫線的上端點處、中點處與下端點處的三道LED光源,其理論效率值係隨之下降。值得注意的是,CIE色標位於等溫線的上端點處的LED光源的理論效率值係高於CIE色標位於等溫線的下端點處之LED光源的理論效率值約16.8%。同樣的,由圖10B可以發現,隨著色溫的升高,CIE色標位於等溫線的上端點處、中點處與下端點處的三道OLED光源的理論效率值也隨之微微下降。並且,CIE色標位於等溫線的上端點處的OLED光源的理論效率值係高於CIE色標位於等溫線的下端點處之OLED光源的理論效率值約21.8%。
綜上,發明人已完整且清楚地揭露本發明之高品質光源的組合方法;總的來說,本發明之方法係具有以下之主要優點:本發明係基於人眼感受度以及褪色黑激素抑制而設計出一套方法流程,該方法流程有助於工程人員組合、製造出一個能夠發出高品質光源的發光單元(模組);重要的是,所述高品質光源會展現出具有穩定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理論效率的優勢特徵。
雖然上述實驗係基於圖3所示之發光單元1而完成,但不應以此限定高品質光源之發光單元1係由一紅光晶片12R、一黃綠光晶片12G與一藍光晶片12B所組成。本發明的基礎精神在於: 驅動複數個發光元件發出複數道色光,進而確認是否該複數道色光所對應的複數個CIE座標位置係包圍一CIE座標圖之中的普朗克曲線。因此,所述的複數個發光元件的數量也可以是4個、5個或6個。請參閱圖11,係一發光單元的第二實施例的立體圖。如圖11所示,該發光單元1係包括:一容置體10、一驅動單元11、複數個發光元件、以及一透明罩體13;其中,該複數個發光元件係基本上包括一紅光晶片12R、一黃光晶片12Y、一天藍光晶片12SB、與一藍光晶片12B,並且該紅光晶片12R、該黃光晶片12Y、該天藍光晶片12SB、與該藍光晶片12B係分別發出一紅光、一黃光、一天藍光、與一藍光。進一步地,參閱圖12所繪示之CIE座標圖,其中顯示該紅光、該黃光、該天藍光、與該藍光所對應的CIE座標分別為(0.64,0.34)、(0.49, 0.51)、(0.18, 0.34)、與(0.15, 0.10),且該4個CIE座標係於CIE座標圖之上圍出一個四角形面積,且該四角形面積係包圍普朗克曲線。
根據本發明之方法步驟,為了使得該發光單元1能夠發出一高品質光源,必須調整該4道色光之中的一道或一道以上色光的光強度。如圖13所示的色溫-光強度百分比之資料曲線圖所顯示的,色溫-紅光強度百分比之曲線、色溫-黃光強度百分比之曲線、色溫-天藍光強度百分比之曲線、與色溫-藍光強度百分比之曲線係共同圍出一個四角形面積。因此,吾人可以得知的是,基於這樣的色溫-光強度資料曲線所製造出來的各種色溫的高品質光源,其各個色溫的CIE座標皆會位於普朗克曲線的上方位置,並且會對應地落在普朗克曲線上的每條等溫線(isotherm)之上。如此一來,所獲得之高品質光源將展現出具有穩定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理論效率的優勢特徵。
本必須加以強調的是,上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本案之專利範圍中。
<本發明>
S01~S04‧‧‧方法步驟
S05~S06‧‧‧方法步驟
1‧‧‧發光單元
10‧‧‧容置體
11‧‧‧驅動單元
13‧‧‧透明罩體
12R‧‧‧紅光晶片
12G‧‧‧黃綠光晶片
12B‧‧‧藍光晶片
12Y‧‧‧黃光晶片
12SB‧‧‧天藍光晶片
S01~S04‧‧‧方法步驟
S05~S06‧‧‧方法步驟
1‧‧‧發光單元
10‧‧‧容置體
11‧‧‧驅動單元
13‧‧‧透明罩體
12R‧‧‧紅光晶片
12G‧‧‧黃綠光晶片
12B‧‧‧藍光晶片
12Y‧‧‧黃光晶片
12SB‧‧‧天藍光晶片
<習知>
無
無
圖1係顯示照明品質綜合評價之程度指標圖; 圖2係顯示光波長對於褪黑激素之光感受程度的曲線圖; 圖3係顯示發光單元的立體圖; 圖4A與圖4B係顯示本發明之一種高品質光源的組合方法的步驟流程圖; 圖5係顯示CIE座標圖; 圖6係顯示色溫-光強度百分比之資料曲線圖; 圖7A係顯示LED發光單元的色溫-SRI資料曲線圖; 圖7B係顯示OLED發光單元的色溫-SRI資料曲線圖; 圖8A係顯示LED發光單元的色溫-CRI資料曲線圖; 圖8B係顯示OLED發光單元的色溫-CRI資料曲線圖; 圖9A係顯示LED發光單元的色溫-MSF資料曲線圖; 圖9B係顯示OLED發光單元的色溫-MSF資料曲線圖; 圖10A係顯示LED發光單元的色溫-理論效率資料曲線圖; 圖10B係顯示OLED發光單元的色溫-理論效率資料曲線圖; 圖11係顯示發光單元的第二實施例的立體圖; 圖12係顯示CIE座標圖; 圖13係顯示色溫-光強度百分比之資料曲線圖。
S01~S04‧‧‧方法步驟
Claims (10)
- 一種高品質光源的組合方法,係包括以下步驟: (1)提供複數個發光元件,並驅動該複數個發光元件發出複數道色光; (2)確認是否該複數道色光所對應的複數個CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)座標位置係包圍一CIE座標圖之中的普朗克曲線(Planck’s locus);若是,則執行步驟(3),若否,則重複執行步驟(1); (3)將該複數道色光混合成一混光,且該混光係具有一特定CIE座標; (4)確認是否所述之特定CIE座標係位於該CIE座標圖之中的普朗克曲線(Planck’s locus)的上方位置;若是,則執行步驟(6),若否,則執行步驟(5); (5)驅動該複數個發光元件以調整該複數道色光之中的一道或一道以上色光的光強度,並重複步驟(3);以及 (6)將該複數個發光元件進一步整合成一發光單元或一發光模組,且該發光單元或該發光模組係能夠發出一高品質光源。
- 如申請專利範圍第1項所述之高品質光源的組合方法,其中,該發光元件為一有機發光二極體、有源矩陣有機發光二極體或者一發光二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述之高品質光源的組合方法,該複數道色光係包括:一紅光、一黃綠光與一藍光。
- 如申請專利範圍第1項所述之高品質光源的組合方法,該複數道色光係包括:一紅光、一黃光、一天藍光、與一深藍光。
- 如申請專利範圍第1項所述之高品質光源的組合方法,該複數道色光係包括:一紅光、一橘紅光、一黃光、一綠光、與一深藍光。
- 如申請專利範圍第1項所述之高品質光源的組合方法,該複數道色光係包括:一紅光、一橘紅光、一黃光、一綠光、一天藍光、與一深藍光。
- 如申請專利範圍第3項所述之高品質光源的組合方法,其中,於該步驟(5)之中,該複數道色光之該紅光、該黃綠光與該藍光係分別具有一色溫-紅光強度百分比之曲線、一色溫-黃綠光強度百分比之曲線以及一色溫-藍光強度百分比之曲線;並且,該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃綠光強度百分比之曲線與該色溫-藍光強度百分比之曲線係共同圍出一三角形面積。
- 如申請專利範圍第4項所述之高品質光源的組合方法,其中,於該步驟(5)之中,該複數道色光之該紅光、該黃光、該天藍光、與該深藍光之間係分別具有一色溫-紅光強度百分比之曲線、一色溫-黃光強度百分比之曲線、一色溫-天藍光強度百分比之曲線、以及一色溫-深藍光強度百分比之曲線;並且,該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃光強度百分比之曲線、該色溫-天藍光強度百分比之曲線、與該色溫-深藍光強度百分比之曲線係共同圍出一四角形面積。
- 如申請專利範圍第5項所述之高品質光源的組合方法,其中,於該步驟(5)之中,該複數道色光之該紅光、該橘紅光、該黃光、該綠光、與該深藍光之間係分別具有一色溫-紅光強度百分比之曲線、一色溫-橘紅光強度百分比之曲線、一色溫-黃光強度百分比之曲線、一色溫-綠光強度百分比之曲線、以及一色溫-深藍光強度百分比之曲線;並且,該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-橘紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃光強度百分比之曲線、該色溫-綠光強度百分比之曲線、與該色溫-深藍光強度百分比之曲線係共同圍出一五角形面積。
- 如申請專利範圍第6項所述之高品質光源的組合方法,其中,於該步驟(5)之中,該複數道色光之該紅光、該橘紅光、該黃光、該綠光、該天藍光、與該深藍光之間係分別具有一色溫-紅光強度百分比之曲線、一色溫-橘紅光強度百分比之曲線、一色溫-黃光強度百分比之曲線、一色溫-綠光強度百分比之曲線、一色溫-天藍光強度百分比之曲線、以及一色溫-深藍光強度百分比之曲線;並且,該色溫-紅光強度百分比之曲線、該色溫-橘紅光強度百分比之曲線、該色溫-黃光強度百分比之曲線、該色溫-綠光強度百分比之曲線、該色溫-天藍光強度百分比之曲線、以及該色溫-深藍光強度百分比之曲線係共同圍出一六角形面積。
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