TW201907114A - Ｌｅｄ發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種LED發光裝置，其包含一基座以及一發光單元。該基座包含一連接座。該發光單元包含一白光元件、一第一發光元件、一控制電路。該白光元件包含一藍光晶粒以及一第一螢光層，該藍光晶粒產生的光經過該第一螢光層後會產生一白光。該第一發光元件包含一紫外光晶粒或紫光晶粒以及一第二螢光層，該紫外光晶粒或紫光晶粒產生的光經過該第二螢光層後會產生一補充光。該控制電路用來驅動該白光元件以及該第一發光元件。本發明LED發光裝置可以產生演色性高之白光。

Description

LED發光裝置

本發明係關於一LED發光裝置，尤指一種演色性佳之LED發光裝置。

演色性(Color Rendering Index,CRI)是一個將光源品質量化成0~100的數值，CRI100即是接近自然日光的光源，因此演色性越高的光源，在其照明下的物品色澤則越接近在陽光下所呈現的顏色。

現有LED發光裝置普遍存在演色性(Color Rendering,CRI)不足的問題。以CRI中的15種顏色R1~R15為例，R1~R15分別代表淡灰紅色到黃種人膚色等15種顏色，在檢視光譜時可能發現R12飽和藍色不足，或是R9飽和紅色不足等問題，而在這樣的LED發光裝置照明下，肉眼所看到的物體顏色會與在陽光下的物體顏色有所偏差。

演色性不足會造成LED發光裝置無法適用於特定場所，比如博物館、美術館、展示櫥窗等需要呈現飽和色彩的場所，或是在醫療照明或工業製造等需要照明充足且色彩呈現真實性高的照明設備。

此外，現今LED多是以定電流的方式驅動，在設計聚光燈時，需要依使用的LED數量來計算推動的電流。且現有的LED發光裝置多是固定於基板上，燈光的亮度在發光裝置出廠時便已固定，無法依實際情況調整燈具本身的亮度，僅能以開啟的燈具數量來控制亮度。

故，有必要提供一種LED發光裝置，補足發光頻譜不足的問 題，並且需要整合電路來驅動LED發光裝置，加上磁性連接使發光置得以進行熱插拔，以解決習用技術所存在的問題

本發明之主要目的在於提供一LED發光裝置，其包含一基座以及一發光單元。該基座有一個或多個連接座，該發光單元包含一白光元件、一第一發光元件、一控制電路以及一載板。該白光元件包含一藍光晶粒以及一第一螢光層，該藍光晶粒產生的光經過該第一螢光層後會產生一白光。該第一發光元件包含一紫外光晶粒或紫光晶粒以及一第二螢光層，該紫外光晶粒或紫光晶粒產生的光經過該第二螢光層後產生一波長400~680nm的補充光。該控制電路用來驅動該白光元件以及該第一發光元件。該白光元件、第一發光元件以及該控制電路位於該載板上。

本發明另提供一種LED發光裝置，其包含一基座以及一發光單元。該基座上具有一連接座。該發光單元包含一發光部、一控制電路以及一載板。該發光部包含一藍光晶粒、一紫光晶粒或一紫外光晶粒以及一螢光層，該藍光晶粒產生的光與該紫光晶粒或該紫外光晶粒產生的光經過該螢光層後會產生波長400~680nm之光線。該控制電路用來驅動該發光部。該發光部以及該控制電路位於該載板上。

本發明尚提供一種LED發光單元包含一發光部、一控制電路以及一載板。該發光部包含一藍光晶粒、一紫光晶粒或一紫外光晶粒以及一螢光層，該藍光晶粒產生的光與該紫光晶粒或該紫外光晶粒產生的光經過該螢光層後會產生波長400~680nm之光線。該控制電路用來驅動該發光部。該發光部以及該控制電路位於該載板上。其中該LED發光單元封裝為 一晶粒。

本發明利用第一發光元件產生的補充光，來補足白光元件所產生的白光強度不足之波段，並且利用控制電路來提供適當的電壓及電流，使得本發明之發光裝置產生演色性高之白光，利用本發明之LED發光裝置，物體便可呈現接近於太陽下照射下的色彩。並且本發明尚提供一磁性連接部，使得本發明之LED發光裝置可進行熱插拔。

10‧‧‧LED發光裝置

20‧‧‧基座

202‧‧‧連接座

260‧‧‧第一磁性連接部

280‧‧‧第一導電部

40‧‧‧發光單元

400‧‧‧載板

410‧‧‧控制電路

420‧‧‧白光元件

422‧‧‧第一螢光層

424‧‧‧藍光晶粒

430‧‧‧發光部

440‧‧‧第一發光元件

442‧‧‧第二螢光層

444‧‧‧紫外光晶粒或紫光晶粒

460‧‧‧第二磁性連接部

480‧‧‧第二導電部

60‧‧‧透光罩

第1圖：本發明LED發光裝置之立體圖。

第2圖：本發明LED發光裝置電路示意圖。

第3圖：本發明第一實施例之結構示意圖。

第4圖：本發明第二實施例之結構示意圖。

第5A、5B圖：習知白光元件與太陽光光譜圖。

第6A、6B圖：本創作LED發光裝置所產生的光線光譜圖。

第7A、7B圖：本發明LED發光裝置及習知LED發光裝置所產生的光線光譜圖及顯色指數測試值。

第8圖：本發明LED發光裝置剖面圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最 上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖，第1圖為本發明第一實施例之LED發光裝置10，LED發光裝置10主要包含一基座20以及一個或多個發光單元40，基座20上有一個或多個連接座202，發光單元40設計成一個可熱插拔式的元件，可以固定於連接座202，不需要時便可從連接座202上移除。本發明的LED發光裝置可以依照需求更換連接座上的發光單元40，或是調整位於基座20的發光單元40數量。連接座202的排列以及數量僅是為說明其結構，非用以限定本發明，連接座202的數量可以隨產品需求調整，連接座202的排列方式則可以地依照需求以陣列、交錯、環狀等方式排列，且基座20的形狀以及與連接座202的大小與比例，也皆可依照產品需求來調整。

請再參照第2圖，第2圖所示為本發明LED發光裝置10之電路示意圖，基座20上具有電源，基座20上的電源會提供至各個連接座202，發光單元40固定於連接座202時即可導通電源。該電源依照發光單元40的規格，可以是12伏特或24伏特的直流電，或是依照使用需求使用特定電壓的電源。本發明之LED發光裝置10將於下文利用第3至7圖逐一詳細說明第一實施例、第二實施例之上述各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

請再參照第3圖，第3圖所示為本發明第一實施例之發光單元40結構示意圖。發光單元40具有一載板400、一控制電路410、一白光元件420、一第一發光元件440。控制電路410、白光元件420以及第一發光元件440位於載板400上。控制電路410可以包含有穩壓、穩流、防突波、溫度監控或亮度調整等功能，較佳地，為縮小產品尺寸，控制電路410可整合成一 晶片。白光元件420具有一藍光晶粒，藍光晶粒上方有一第一螢光層422，藍光晶粒所產生的光經過了第一螢光層422後形成白光。本發明白光元件係以藍光晶粒發射的光為基礎，但藍光晶粒僅是一範例並非用以限定本發明，舉凡能產生白光的LED晶粒均是本發明之範疇。而第一發光元件440則是以一紫外光晶粒或紫光晶粒為光源，紫外光晶粒或紫光晶粒上則具有一第二螢光層442，紫外光晶粒或紫光晶粒產生的光線經過第二螢光層442後產生特定波長之光線，來補足白光元件420所不足的光譜。控制電路410用來控制白光元件420以及第一發光元件440的發光亮度，同時控制電路410也負責提供定電流以及定電壓給白光元件420以及第一發光元件440。

詳細地說，白光元件420、第一發光元件440以及第一螢光層和第二螢光層所產生的光，其波長的組合可以使發光單元40呈現近似於白光的光譜。白光元件可以選擇使用波長440~470nm的藍光晶粒，藍光晶粒經過了第一螢光層後可以產生波長約400~680nm的可見光。而第一發光元件則是360~430nm的光源，經過了第二螢光層後可以產生波長約400~680nm的可見光。

本發明尚可以有一第二實施例，如第4圖所示，發光單元40同樣具有一載板400、一控制電路410以及一透光片432，發光單元40所發射的光線也是由兩個不同波長的光源組成，控制電路410控制兩個光源的強度。不同於第一實施例，第二實施例之發光單元40具有一藍光晶粒424、一紫外光晶粒或紫光晶粒444以及一第三螢光層434組成，第三螢光層434位於藍光晶粒424以及紫外光晶粒或紫光晶粒444上方，也就是透光片432之下。在第二實施例中，兩個不同波長的光源位於同一螢光層下，藍光晶粒424產 生波長約440~470nm的光源，紫外光晶粒或紫光晶粒444產生波長約360~430nm的光源，藍光晶粒424以及紫外光晶粒或紫光晶粒444產生的光經過第三螢光層434後，會產生波長約400~680nm的可見光。

第3及4圖所繪示的僅是本發明第一及第二實施例的結構示意圖，而非用以限定本發明。第一實施例中可以有一個或多個白光元件420以及一個或多個第一發光元件440，而白光元件420及第一發光元件440可以依照需求調整其排列或角度，以產生期望的波長或光強度。第二實施例中同樣可以有一個或多個藍光晶粒424以及一個或多個紫外光晶粒或紫光晶粒444，而藍光晶粒424及紫光晶粒444可以依照需求調整其排列或角度，以產生期望的波長或光強度。而載板400可以為一印刷電路板，或是該發光單元40所包含的所有元件封裝於該載板400上，使該發光單元40為一晶片，以縮小發光單元40的體積及尺寸。

除了白光元件420以及第一發光元件440，或是藍光晶粒424以紫外光晶粒或紫光晶粒444外，本發明之發光單元40尚包含一紅外光元件，紅外光元件可以是一紅外光LED或是紅外光晶粒，用來補足波長680~1200nm的光譜，也就是補足發光單元40的深紅光以及紅外光，使得顏色更加飽和，能呈現更接近於陽光下的顏色。因此附加紅外光元件的發光單元40適用於醫療等對光的真實程度要求較高的場合。

在某些應用中，也可以將第一實施例中的第一發光元件440換成紅外光LED，或是將第二實施例中的紫外光晶粒或紫光晶粒444換成紅外光晶粒，如此發光單元40所產生的光線，在波長較長的部份會具有較大的光強度。因此這類的發光單元40適用在展示櫥窗、商業照明等希望色彩 較為溫和的場所。

請參照第5A圖以及第5B圖，第5A圖中所示的是目前市面上由藍光晶粒組成的白光LED所產生的白光頻譜圖，而第5B圖所示的是太陽光頻譜圖，其中橫軸顯示的是波長(nm)，縱橫所示為強度。由第5A圖以及第5B圖中可以看到由藍光晶粒經過螢光粉所產生的白光，其頻譜相較於陽光缺少了紫光、紫外光等部份的波長，因此呈色的效果較差，因此只能應用於一般照明，無法在要求呈色需接近實際顏色的場所使用。

請參照第6A圖以及第6B圖，第6A圖以及第6B圖為本發明的LED發光裝置所產生之白光頻譜圖。由第6A圖以及第6B圖中可以看到，本發明在原本的白光LED上加入第一發光元件440，利用第一發光元件440所產生的光線以補足深藍光、紫光、紫外光的波長。本發明可以調整發光單元40所呈現的光譜分佈，第6A圖以及第6B圖中是兩種依照實際的照明需求，來調整LED發光裝置的發光效果。舉例來說，第6A圖中的譜頻波段完整，可應用於醫療或工業製造等需要強度高且呈色完美的場所。然而在博物館內的照明要求呈現的顏色要盡可能接近真實，然而同時又希望照明的光線中沒有紫外光，此時便可在設計時利用螢光層材料的不同，使得發光單元40不具有紫外光，或讓紫外光的光強度相當小，如第6B圖中所示的光譜圖。

第7A圖以及第7B所示是本發明的另一實施例，第7A圖是一般的LED之光譜圖以及顯色指數測試值，而7B圖則是應用本發明的LED發光裝置之光譜圖以及顯色指數測試值。從光譜圖以及顯色指數測試值發現，利用本發明的LED發光裝置，可以使演色指標(CRI)中R12飽和藍色的 部分表現更好。若使用第7A圖中的LED發光裝置，則原本深藍色的物體看起來可能像深紫色。利用本發明的LED發光裝置，便改善此類的色差問題，因此可以應用在服飾店等需要忠實呈現色彩的場所。

請參照第8圖，第8圖所示為本發明基座20及發光單元40相連後的剖面圖，第8圖所示形狀、大小比例及相對位置僅是為方便說明基座20與發光單元40如何相連，而非以限定本發明LED發光裝置的結構。發光單元40上有一發光部430，依據照明的波段以及強度的需求，在第一實施例中，發光部430可以由控制電路410、一個或多個白光元件420以及一個或多個第一發光元件440組成。在第二實施例中，發光部430可以由控制電路410、一個或多個藍光晶粒424以及一個或多個紫外光晶粒或紫光晶粒444組成，並且在發光部430中還包含透光片432以及第三螢光層434。LED發光裝置10也用以利用控制電路410來進行PWM(Pulse Width Modulation)調光，來調整各個發光元件的發光強度。如此一來，透過本發明的LED發光裝置結構，產品可以依據照明的波段及強度需求來調整發光部430所組成的元件，來產生期望的波段或光強度。

連接座202尚有一第一磁性連接部260以及一第一導電部280，而發光單元40的載板上400上則是具有一第二磁性連接部460以及一第二導電部480。第一磁性連接部260可以與第二磁性連接部460磁性連接，使得發光單元40安裝於基座20上。第一磁性連接部260及第二磁性連接部460可以是磁鐵或電磁鐵，或是第一磁性連接部260及第二磁性連接部460其中之一為磁鐵或電磁鐵，另一個為具有磁性的材料所構成的連接部。

藉由第一磁性連接部260以及第二磁性部460的磁性連接，本 發明之發光單元40不需其他工具便可以隨時插拔於基座20的連接座202，如此一來，便可以依需求輕易地拆卸或更換發光單元40，來調整LED發光裝置10的亮度，或是更換適用於不用場合的發光單元40。舉例來說，聚光燈需要亮度較高的照明，而此時便可以安裝較多的發光單元40於基座20上，來提高LED發光裝置10的亮度。或是展覽場地因為展示物品的不同，需要由呈色良好燈更換為不具紫外光波段的燈，此時便可透過熱插的功能更換發光單元40。為了配合本發明熱插拔的功能，控制電路410尚具有防突波以及計算電流/電壓的功能，可以於發光單元40插拔時保護其電路及元件，並提供適當的電流及電壓至發光單元40。第一導電部280則是用來透過第二導電部480提供電源至發光單元40。發光單元40所產生的光線由透光罩60往外照射。

本發明LED發光裝置中的第一螢光層422、第二螢光層442以及第三螢光層434可以是任何螢光材料所組成，例如：氮化鎵(GaN)等氮化物或氮氧化物。但氮化物或氮氧化物僅是一範例，而非用以限定本發明，舉凡是可以達到本發明中所期望的波段之螢光材料，或是螢光材料的組合物或混合物，均是本發明的範圍。

此外，本發明的LED發光裝置尚可有一監控單元450，用來監控溫度及使用狀況的功能，並且將LED發光裝置的情況通過網路傳送至遠端控制中心。比如當LED發光裝置溫度過高時，監控單元450便可以傳送一警告訊息至遠端控制中心，遠端控制中心接收到警告訊息後便可安排人員前往查看，如此便可避免LED發光裝置過熱造成的危險，也可以提昇維修效率。監控單元450可整合於控制電路410上，如此便能監控單一發光單 元的使用情況，同時簡化LED發光裝置的結構與線路。監控單元450也可設於基座，如此便可統一監控所有的發光單元。

本發明的LED發光裝置利用第一發光元件，使得白光LED具有更良好的演色性，使得本發明的LED發光裝置所產生的光更接近太陽光，並且視需求可以再加入紅外光元件來補足高波長的光譜，使LED發光裝置可以適用於需要呈現真實顏色的場所。而於特定場所若需要沒有特定波段的光線，本發明的LED發光裝置可以透過發光元件的佈置來調整發光波長，比如使用紅外光元件來取代第一發光元件，使LED發光裝置不具有紫外光波段。同時控制電路也以利用PWM調光，來調整各個發光元件的發光強度，如此LED發光裝置便可產生所需的光波長及光強度。此外，本發明的LED發光裝置還具有熱插拔的功能，固定及拆卸簡單，可以依照需求增加或減少發光單元的數量，或是於損壞時也方便更換，相較於傳統的LED發光裝置更加方便。

如上所述，相較於習知的LED發光裝置演色性不佳且拆卸不便，本發明的LED發光裝置藉由紫外光或紫光及/或紅外光做為光源，配合適當的螢光層來產生高演色性的白光，同時利用控制電路來提供適當的電源，並且利用磁性連接來安裝發光單元，使得本發明的LED發光裝置有良好的呈色效果，同時也具有安裝、拆卸方便的優點。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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。

Claims (10)

1. 一種LED發光裝置，其包含：一基座，包含一連接座；一發光單元，安裝於該連接座，該發光單元包含：一白光元件，包含一藍光晶粒以及一第一螢光層，該藍光晶粒產生的光經過該第一螢光層後會產生一白光；一第一發光元件，包含一紫外光晶粒或紫光晶粒以及一第二螢光層，該紫外光晶粒或紫光晶粒產生的光經過該第二螢光層後會產生一波長400~680nm的補充光；一控制電路，用來驅動該白光元件以及該第一發光元件；以及一載板，該白光元件、第一發光元件以及該控制電路位於該載板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中該連接座包含一第一導電部以及一第一磁性連接部，該載板包含一第二導電部以及一第二磁性連接部，該第一導電部耦接於該第二導電部以導通電源，該第一磁性連接部與該第二磁性連接部磁性連接，使該發光單元固定於該基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中該發光單元另包含一波長680~1200nm的紅外光元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中該藍光晶粒產生波長440~470nm的藍光，該紫外光晶粒或紫光晶粒產生波長360~430nm的光線。
5. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其另包含一 監控單元，用於當該LED發光裝置溫度達一預設值時傳送一警告訊號至一遠端控制中心。
6. 一種LED發光裝置，其包含：一基座，具有一連接座；一發光單元，安裝於該連接座，並包含：一發光部，包含：一藍光晶粒；一紫光晶粒或一紫外光晶粒；以及一螢光層，該藍光晶粒產生的光與該紫光晶粒或該紫外光晶粒產生的光經過該螢光層後會產生波長400~680nm之光線；一控制電路，用來驅動該發光部；以及一載板，該發光部以及該控制電路位於該載板上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之LED發光裝置，其中該發光部包含一紅外光晶粒，產生波長680~1200nm的紅外光。
8. 如申請專利範圍第6項所述之LED發光裝置，其中該連接座包含一第一導電部以及一第一磁性連接部，該載板包含一第二導電部以及一第二磁性連接部，該第一導電部耦接於該第二導電部以導通電源，該第一磁性連接部與該第二磁性連接部磁性連接，使該發光單元固定於該基板。
9. 如申請專利範圍第6項所述之LED發光裝置，其中該藍光晶粒產生波長440~470nm的藍光，該紫外光晶粒或紫光晶粒晶粒產生波長360~430nm的光線。
10. 一種LED發光單元，其包含： 一封裝殼體；一發光部，包含：一藍光晶粒；一紫光晶粒或一紫外光晶粒；以及一螢光層，該藍光晶粒產生的光與該紫光晶粒或紫外光晶粒產生的光經過該螢光層後會產生波長400~680nm之光線；一控制電路，用來驅動該發光部；以及一載板，該發光部以及該控制電路位於該載板上；其中該發光部、該螢光層、該控制電路和該載板封裝於該封裝殼體內。