TWI432668B

TWI432668B - 白光照明裝置及產生白光之方法

Info

Publication number: TWI432668B
Application number: TW99134613A
Authority: TW
Inventors: Koutso Chen; Jian Yu Lai
Original assignee: Optromax Corp
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2014-04-01
Also published as: TW201215800A; CN102444815B; CN102444815A

Description

白光照明裝置及產生白光之方法

本發明內容是有關於一種照明裝置，且特別是有關於一種白光照明裝置。

隨著科技的進步，使用者對於LED照明之需求日益增加，對照明品質的要求也逐漸提高。近年來，發光二極體(LED)已漸漸取代傳統的光源，主要是由於發光二極體與傳統光源相較之下，具有發光效率佳、壽命長、可靠度高以及體積小等優點，故其應用的範圍非常廣泛。

由於人眼對於不同波長的可見光感覺不同，且人眼由光亮環境到黑暗環境時，視覺上會產生變化，因此當發光二極體作為白光照明裝置時，人眼在日間和夜間不同環境下，對於同一發光二極體所發出的光於視覺上亦有所差異(如：人眼在日間感覺波長在555 nm左右的光線最明亮，但在夜間則感覺波長在507 nm左右的光線最明亮)。

依此，CIE國際照明委員會分別在明亮以及黑暗的視覺條件下，各自量測出明視覺以及暗視覺光譜效應函數，並藉此訂定「明視覺」和「暗視覺」的不同標準。

然而，由於目前業界一般均是依據CIE國際照明委員會所制訂的「明視覺」標準，來製作以發光二極體為主的白光照明裝置，因此這類符合「明視覺」標準的發光二極體所發出的光線，對於人眼在夜晚所產生的視覺而言，會產生亮度不足的情形。

本發明內容之一目的是在提供一種白光照明裝置，藉以使照明的光線在色溫1500K~50000K皆具有最高的人眼暗視覺光效，以更能符合人眼在夜間所產生的視覺。

本發明內容之一技術樣態係關於一種白光照明裝置，其包含一第一發光體以及一第二發光體。第一發光體用以發出具一短波長之光，且短波長係介於約474～519 nm波段之間。第二發光體用以發出相對應短波長且位於長波段之光而與具短波長之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。

在一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內，且短波長係介於約488～519 nm波段之間。

在另一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內，且短波長係介於約483～500 nm波段之間。

在又一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內，且短波長係介於約480～494 nm波段之間。

在再一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內，且短波長係介於約474～492 nm波段之間。

本發明內容之另一技術樣態係關於一種白光照明裝置，其包含一第一發光體以及一第二發光體。第一發光體用以發出具一長波長之光，且長波長係介於約575～643 nm波段之間。第二發光體用以發出相對應長波長且位於短波段之光而與具長波長之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。

在一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內，且長波長係介於約587～634 nm波段之間。

在另一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內，且長波長係介於約582～638 nm波段之間。

在又一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內，且長波長係介於約579～640 nm波段之間。

在再一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內，且長波長係介於約575～643 nm波段之間。

本發明內容之又一技術樣態係關於一種白光照明裝置，其包含一第一發光體以及一第二發光體。第一發光體用以發出具一短波長之光，且短波長係介於約474～519 nm波段之間。第二發光體用以發出具一長波長之光，且長波長係介於約575～643 nm波段之間。其中，第一發光體所發出之光與第二發光體所發出之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。

在一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內，短波長係介於約488～519 nm波段之間，長波長係介於約587～634 nm波段之間。

在另一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內，短波長係介於約483～500 nm波段之間，長波長係介於約582～638 nm波段之間。

在又一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內，短波長係介於約480～494 nm波段之間，長波長係介於約579～640 nm波段之間。

在再一實施例中，白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內，短波長係介於約474～492 nm波段之間，長波長係介於約575～643 nm波段之間。

本發明內容之另一目的是在提供一種產生白光之方法，藉以解決依照「明視覺」標準所產生的白光會讓人眼在夜間使用時有亮度不足的情形。

本發明內容之一技術樣態係關於一種產生白光之方法，其包含以下步驟：提供具一短波長之光，且短波長係介於約474～519 nm波段之間；提供具一長波長之光，且長波長係介於約575～643 nm波段之間；以及混合具短波長之光以及具長波長之光，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。

在上述實施例中，第二發光體可為一螢光物質。

根據本發明之技術內容，應用前述白光照明裝置以及產生白光之方法，不僅可使照明的光線更符合人眼在夜晚所產生的視覺，更可藉此改善習知依照「明視覺」標準所產生的白光在夜間帶給人眼亮度不足的情形。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。

第1A圖係依照本發明實施例繪示一種白光照明裝置的概略示意圖。第2圖係依照本發明實施例繪示一種CIE色度圖。在本實施例中，白光照明裝置100可為一發光二極體(Light Emitting Diode，LED)元件或裝置，且包含載體105、第一發光體110以及第二發光體120，其中載體105承載第一發光體110以及第二發光體120，而第一發光體110和第二發光體120各自所發出的光，經混合後形成白光。在此值得注意的是，第1A圖所示之結構僅為方便說明而概略示意而已，並非用以限定本發明。

在一實施例中，第一發光體110係用以發出具一短波長的光(例如：青綠色光、青藍色光)，且上述短波長係介於約474～519 nm波段之間(例如：474～480 nm、480～490 nm、490～500 nm、500～510 nm、510～519 nm)，而第二發光體120則是用以發出相對應短波長且位於長波段的光(例如：橘紅色光)，使得第一發光體110所發出的光與第二發光體120所發出的光混合，以產生在一CIE 1931色度圖(如第2圖所示)中色度座標點大致位於一黑體輻射線(Black Body Locus，BBL) 200上的白光。

在此值得注意的是，在實作上，第一發光體110以及第二發光體120可同時以發光二極體晶片或其它發光元件(發光源)來實現，或者可將其中一者利用發光二極體晶片或其它發光元件(發光源)來實現，而另一者則是以螢光粉來實現(如第1B圖所示)，在此並不限於發出的光是以何種形式產生。第1B圖係依照本發明另一實施例繪示一種白光照明裝置的概略示意圖，相較於第1A圖而言，第一發光體110可利用發光二極體晶片或其它發光元件(發光源)來實現，而第二發光體則可為一螢光物質130。換言之，任何本領域具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可設計不同的發光源或是搭配螢光材料，來實現本發明中之兩發光體及其於發光後混合產生白光的效果。

上述發光體於實作時，可藉由一般習知的基板(如：ZnSe、Al₂ O₃ 、ZnS、GaP基板)、發光層(如：ZnSe、GaN、ZnS、GaP發光層)或螢光材料(如：YAG、SrGa₂ S₄ 、SrS材料)，並利用有機金屬化學氣相磊晶(MOCVD)、液相磊晶(LPE)、汽相磊晶(VPE)...等方法來完成。

其次，上述色度座標點位於黑體輻射線200上的白光，其色溫可介於1500～50000 K範圍內，而根據不同的色溫範圍，第一發光體110所發出的光波長會介於不同的波段範圍內。舉例而言，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內時，短波長係介於約488～519 nm波段之間。其次，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內時，短波長係介於約483～500 nm波段之間。另，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內時，短波長係介於約480～494 nm波段之間。又，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內時，短波長係介於約474～492 nm波段之間。

雖然上述僅就第一發光體110發出的光波長其所在的波段範圍作描述，然而任何本領域具通常知識者，當可設定第二發光體120發出相對應位於長波段的光，使得兩者混合後產生的白光可位於相對應的色溫範圍內。

相反地，在另一實施例中，第一發光體110係用以發出具一長波長的光(例如：橘紅色光)，且上述長波長係介於約575～643 nm波段之間(例如：575～580 nm、580～590 nm、590～600 nm、600～610 nm、610～620 nm、620～630 nm、630～643 nm)，而第二發光體120則是用以發出相對應長波長且位於短波段的光(例如：青綠色光、青藍色光)，使得第一發光體110所發出的光與第二發光體120所發出的光混合，以產生在CIE色度圖中色度座標點大致位於黑體輻射線200上的白光。

同樣地，上述色度座標點位於黑體輻射線200上的白光，其色溫可介於1500～50000 K範圍內，而根據不同的色溫範圍，第一發光體110所發出的光波長會介於不同的波段範圍內。舉例而言，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內時，長波長係介於約587～634 nm波段之間。其次，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內時，長波長係介於約582～638 nm波段之間。另，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內時，長波長係介於約579～640 nm波段之間。又，當白光的色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內時，長波長係介於約575～643 nm波段之間。

雖然上述僅就第一發光體110發出的光波長其所在的波段範圍作描述，然而任何本領域具通常知識者，當可設定第二發光體120發出相對應位於短波段的光，使得兩者混合後產生的白光可位於相對應的色溫範圍內。

如上所述，本領域具通常知識者可先設定其中一個發光體所發出的光波段範圍，然後為了使產生的白光位於黑體輻射線上相對應的色溫範圍內，自然可得知應選擇的另一個發光體所發出的光波段範圍來作搭配。

再者，除上述匹配方式之外，亦可同時考量兩發光體所發出的光波段範圍：換言之，第一發光體110發出具短波長的光(例如：青綠色光、青藍色光)，且短波長係介於約474～519 nm波段之間，而第二發光體120發出具長波長的光(例如：橘紅色光)，且長波長係介於約575～643 nm波段之間，使得第一發光體110所發出之光與第二發光體120所發出之光混合，以產生在CIE色度圖中色度座標點大致位於黑體輻射線200上之白光。

同樣地，依據上述混合後產生的白光所在的不同色溫範圍，本領域具通常知識者亦可同時考量上述之短波段以及長波段的光，使得混合後產生的白光可位於相對應的色溫範圍內。舉例而言，介於約488～519 nm波段內的短波長的光，匹配介於約587～634 nm波段內的長波長的光，可產生色度座標點位於黑體輻射線上介於約1500～3500 K色溫範圍內的白光。其次，介於約483～500 nm波段內的短波長的光，匹配介於約582～638 nm波段內的長波長的光，可產生色度座標點位於黑體輻射線上介於約3500～5500 K色溫範圍內的白光。另，介於約480～494 nm波段內的短波長的光，匹配介於約579～640 nm波段內的長波長的光，可產生色度座標點位於黑體輻射線上介於約5500～8000 K色溫範圍內的白光。又，介於約474～492 nm波段內的短波長的光，匹配介於約575～643 nm波段內的長波長的光，可產生色度座標點位於黑體輻射線上介於約8000～50000 K色溫範圍內的白光。

由於習知技術均多是採用藍光混合其激發黃色螢光粉所產生的黃光方式來產生白光，但人眼在夜間對黃光與藍光的敏感度均不高，因此傳統白光照明裝置所產生的白光在夜間對於人眼視覺而言會有亮度不足和飽和度不足的缺點。以紅色與綠色光而言，由於其演色性相較藍光及黃光而言較佳，且紅色與綠色的的視覺感覺相對藍光及黃光的視覺感覺較佳，故本發明實施例採用橘紅色光混合青綠色光來產生白光，使得產生的白光更符合人眼在夜晚所產生的視覺。

上述相互匹配的光波段範圍及其對應的白光色溫範圍可整理如下列表(一)所示。

上述關於光波段的數據或資料，均是依據CIE國際照明委員會在黑暗的視覺條件下所量測出的暗視覺光譜效應函數，為產生色度座標點位於黑體輻射線上之白光的目的，對長波段和短波段的光進行計算、模擬或匹配而得。

第3圖係依照本發明實施例繪示一種依據暗視覺光譜效應函數計算在色溫約6500 K時長波段的光匹配短波段的光及其相對應強度的示意圖。如第3圖所示，利用波長約為480 nm而強度約0.6絕對單位的光，去匹配波長約為580 nm而強度約0.4絕對單位的光，即可混合產生色度座標點位於黑體輻射線上之白光，且白光的色溫約6500 K。第4圖係繪示如第3圖所示之長波長的光相對短波長的光的強度比例的變化情形。

第5圖係繪示不同波長的光混合所產生的白光於相同的輸出光能量下，在日間(明視)與夜間(暗視)不同環境時的光效(或經由人眼感覺的亮度)(計算單位為lm/W的比較示意圖。如第5圖所示，當波長約為440 nm的光混合波長約為568 nm的光而產生白光時，在日間與夜間的光效差異不大；另一方面，當波長約為491 nm的光混合波長約為610 nm的光而產生白光時，在夜間的人眼視覺光效則會遠大於在日間的人眼視覺光效。由此可知，藉由上述本發明之實施例所產生的白光光源，對於人眼在夜間的感覺會較人眼在日間的感覺更為明亮。

此外，如第5圖所示，由於不同波長的光混合時會產生具不同光效的白光，例如：利用波長約為480 nm的光，去混合波長約為580 nm的光，在暗視的情形下會產生約893 lm/W的白光，因此本領域具通常知識者在不脫離本發明之精神和範圍內，可根據其所想要產生的白光光效，來選擇不同的光波段或光波長。

舉例來說，當想要產生色溫在1500K~50000K之間且具有各色溫的最大暗視光效之80%強度的白光時，可選擇約474～519 nm波段的光去混合約575～643 nm波段的光。其次，當想要產生具85%最大暗視光效的白光時，可選擇約477～518 nm波段的光去混合約579～638 nm波段的光。另，當想要產生具90%最大暗視光效的白光時，可選擇約479～518 nm波段的光去混合約584～633 nm波段的光。又，當想要產生具95%最大暗視光效的白光時，可選擇約481～517 nm波段的光去混合約591～626 nm波段的光。

由上述本發明實施例可知，應用前述白光照明裝置或產生白光之方法，不僅可使照明的光線更符合人眼在夜晚所產生的視覺，更可藉此改善習知依照「明視覺」標準所產生的白光帶給人眼夜間亮度不足的情形及傳統LED照明裝置黃光與藍光飽和度不足的缺點。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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。

100．．．白光照明裝置

105．．．載體

110．．．第一發光體

120．．．第二發光體

130．．．螢光物質

200．．．黑體輻射線

第1A圖係依照本發明實施例繪示一種白光照明裝置的概略示意圖。

第1B圖係依照本發明另一實施例繪示一種白光照明裝置的概略示意圖。

第2圖係依照本發明實施例繪示一種CIE色度圖。

第3圖係依照本發明實施例繪示一種依據暗視覺光譜效應函數計算在色溫約6500 K時長波段的光匹配短波段的光及其相對應強度的示意圖。

第4圖係繪示如第3圖所示之長波長的光相對短波長的光的強度比例的變化情形。

第5圖係繪示不同波長的光混合所產生的白光於相同的輸出光強度下，在日間(明視)與夜間(暗視)不同環境時的光效(或經由人眼感覺的亮度)的比較示意圖。

Claims

一種白光照明裝置，包含：一第一發光體，用以發出具一短波長之光，該短波長係介於約474~519nm波段之間；以及一第二發光體，用以發出相對應該短波長且位於長波段之光而與具該短波長之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。
如請求項1所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約1500~3500K色溫範圍內，該短波長係介於約488~519nm波段之間。
如請求項1所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約3500~5500K色溫範圍內，該短波長係介於約483~500nm波段之間。
如請求項1所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約5500~8000K色溫範圍內，該短波長係介於約480~494nm波段之間。
如請求項1所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約8000~50000K色溫範圍內，該短波長係介於約474~492nm波段之間。
如請求項1之白光照明裝置，其中該第二發光體係一螢光物質。
一種白光照明裝置，包含：一第一發光體，用以發出具一長波長之光，該長波長係介於約575~643nm波段之間；以及一第二發光體，用以發出相對應該長波長且位於短波段之光而與具該長波長之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。
如請求項7所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約1500~3500K色溫範圍內，該長波長係介於約587~634nm波段之間。
如請求項7所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約3500~5500K色溫範圍內，該長波長係介於約582~638nm波段之間。
如請求項7所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約5500~8000K色溫範圍內，該長波長係介於約579~640nm波段之間。
如請求項7所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約8000~50000K色溫範圍內，該長波長係介於約575~643nm波段之間。
如請求項1之白光照明裝置，其中該第二發光體係一螢光物質。
一種白光照明裝置，包含：一第一發光體，用以發出具一短波長之光，該短波長係介於約474~519nm波段之間；以及一第二發光體，用以發出具一長波長之光，該長波長係介於約575~643nm波段之間；其中，該第一發光體所發出之光與該第二發光體所發出之光混合，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光。
如請求項13所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約1500~3500K色溫範圍內，該短波長係介於約488~519nm波段之間，該長波長係介於約587~634nm波段之間。
如請求項13所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約3500~5500K色溫範圍內，該短波長係介於約483~500nm波段之間，該長波長係介於約582~638nm波段之間。
如請求項13所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約5500~8000K色溫範圍內，該短波長係介於約480~494nm波段之間，該長波長係介於約579~640nm波段之間。
如請求項13所述之白光照明裝置，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約8000~50000K色溫範圍內，該短波長係介於約474~492nm波段之間，該長波長係介於約575~643nm波段之間。
如請求項13之白光照明裝置，其中該第二發光體係一螢光物質。
一種產生白光之方法，包含：提供具一短波長之光，該短波長係介於約474~519nm波段之間；提供具一長波長之光，該長波長係介於約575~643nm波段之間；以及混合具該短波長之光以及具該長波長之光，以產生在一CIE色度圖中色度座標點大致位於一黑體輻射線上之白光，其中一第一發光體，用以發出該短波長之光，以及一第二發光體，用以發出該長波長之光。
如請求項19所述之產生白光之方法，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約1500~3500K色溫範圍內，該短波長係介於約488~519nm波段之間，該長波長係介於約587~634nm波段之間。
如請求項19所述之產生白光之方法，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約3500~5500K色溫範圍內，該短波長係介於約483~500nm波段之間，該長波長係介於約582~638nm波段之間。
如請求項19所述之產生白光之方法，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約5500~8000K色溫範圍內，該短波長係介於約480~494nm波段之間，該長波長係介於約579~640nm波段之間。
如請求項19所述之產生白光之方法，其中白光的色度座標點位於該黑體輻射線上介於約8000~50000K色溫範圍內，該短波長係介於約474~492nm波段之間，該長波長係介於約575~643nm波段之間。