TWI435655B - 發光二極體的光源以及調光源時使光源具有不同色光的方法 - Google Patents

Description

發光二極體的光源以及調光源時使光源具有不同色光的方法

本發明是有關於一種使用發光二極體(LED)的光源，且特別是有關於一種當調光時，可以將顏色改變為接近暖色光的光源。

發光二極體是各種應用於燈具中的其中一種光源。根據發光二極體的特性，不同的發光二極體發射出不同的色光，例如紅光、綠光、藍光或琥珀色光。以燈具的光源而言，需要使用到多個發光二極體。發光二極體燈具發出白光以取代習用的鎢絲白熱燈具。普遍來說，自發光二極體發出的光與色溫相關，且色溫更與施加的操作電壓相關。為了讓燈具的色溫可調整，習知技術提出幾種可控制發光二極體的燈具。

台灣專利號I226791揭露了一種同時使用紅光、綠光及藍光發光二極體的燈具。這三個發光二極體是分別由操作電壓控制。使這三個發光二極體發出的紅光、綠光及藍光混光以達到所需要的顏色。

台灣專利號532699亦揭露了一種使用三個發光二極體的燈具。這三個發光二極體形成一個單元並且由一外殼罩覆而呈燈泡狀。每一個發光二極體是由不同的電壓操作以改變光亮度及顏色。

台灣專利號M332777更揭露了一個使用兩種類型的發光二極體的燈具，其中這些發光二極體以二維的方式排列在一平面上。第一發光二極體發出第一色溫的光束，且第二發光二極體發出第二色溫的光束。一控制單元控制一可變阻抗以調整經過第二發光二極體的電流。因此，可以改變燈具的色溫。

在習知的燈具設計中，分別控制每一個不同類型的發光二極體，以發出可以調整顏色的混光。然而，將發光二極體燈具調暗的作用並未列入考量。

本發明提供一種使用發光二極體的光源，其可以藉由相同的操作電壓來調整亮度及色溫。當調光時，光的顏色從白色改變為紅光。

本發明也另外提供一種使用此發光二極體的光源發光的方法。

本發明的一實施例提供了一種發光二極體的光源，其包含至少一第一發光二極體以及至少一第二發光二極體。第一發光二極體具有隨著一可變操作電壓從一第一準位變化至一第二準位的一第一光學發光特性，其中第一準位大於第二準位。第二發光二極體具有隨著可變操作電壓從一第三準位變化至一第四準位的一第二光學發光特性，其中第三準位小於第四準位。相同的可變操作電壓同步控制第一發光二極體以及第二發光二極體發光。

在一實施例中，第一發光二極體以及第二發光二極體皆為白光發光二極體，以及當可變操作電壓為百分之百的一參考電壓時，第一發光二極體從一暖色溫狀態啟始且第二發光二極體從一冷色溫狀態啟始。

在一實施例中，當可變操作電壓為百分之百的一參考電壓時，第一發光二極體為一白光發光二極體，而第二發光二極體為發出較此白光發光二極體溫暖的一色光發光二極體。

本發明的另一實施例提供了一種使用發光二極體發光的方法，此方法包括提供至少一第一發光二極體，此第一發光二極體具有隨著可變操作電壓從一第一準位下降至一第二準位變化的一第一光學發光特性，其中第一準位大於第二準位。此方法還包括提供至少一第二發光二極體，第二發光二極體具有隨著可變操作電壓從一第三準位變化至一第四準位的一第二光學發光特性，其中第三準位小於第四準位。同步提供可變操作電壓至第一發光二極體及第二發光二極體，而使第一發光二極體及第二發光二極體發光。

在一實施例中，第一發光二極體及第二發光二極體皆為白光發光二極體，且當從百分之百的操作電壓變化至較低百分比的操作電壓時，第一發光二極體發出較第二發光二極體冷的光。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。需說明的是，在不違反本發明的架構之下，其他實施方式的應用及結構性的改變是允許的。此外，此處所使用的語法及詞語是用於描述但並非用以限制。“包含”、“包括”或“具有”及其他的詞彙在此處為相等的限制。除非有其他的限制，否則“連接”、“電連接”及“固定”以及其他不同的用語在此可以廣泛的解釋為直接或間接的連接方式。

在本發明的一實施例中，燈具可以是由一白光發光二極體及色光發光二極體所構成，例如，一紅光發光二極體以及/或一琥珀色發光二極體的組合或是由兩個分別為低色溫以及高色溫的白光發光二極體的組合，以產生一調光曲線。發光二極體可以經由單獨的可變操作電壓以及對應改變輸出的色溫與流明來控制。

考量發光二極體與鎢絲白熱燈具的調光特性的現象，對於眼睛有不同的視覺效果。對於鎢絲白熱燈具而言，當調暗光線，通常是從白光改變至紅光。這會讓眼睛有較為舒適的感覺。然而，當調暗一個發光二極體燈具時，色溫並不會隨著輸出的流明而減少。標準白熱燈具或鹵素燈具的色溫隨著輸出的流明而遞減。

圖1為色溫(絕對溫度，Kelvin)及亮度(流明，Lumen)隨著操作電壓百分比而變化的曲線示意圖。如圖1所示，當操作電壓減少時，以虛線表示的色溫曲線100也跟著減少，其中是以正常電壓的百分比來表示，此也是一個參考電壓。同時，以流明為單位的流明曲線110以實線表示。當輸出的光減少，色溫也隨之下降。此為大部份使用物的特性，且眾所周知當調暗燈具時會有較溫暖的感覺。

然而，這種溫暖的感覺也是發光二極體燈具的其中一個考量點。此實施例提供了一個簡單的解決方法讓使用物(燈具)可以具有與鎢絲燈相同的表現。此實施例使用標準的調光器且色溫可以依據相同實施方式的白熱燈具所輸出的流明而改變。使用者感覺到的光特性與以往習用光源相同。此實施例可有不同的應用。

以下將列舉數個實施例來說明本發明。然而，本發明並未侷限於以下所列的實施例。此外，這些實施例也可以依照需求而適當地彼此組合。

以光源具有兩個發光二極體單元為例說明。圖2為依據本發明一實施例之色溫及亮度變化的曲線示意圖。如圖2所示，第一發光二極體以及第二發光二極體皆為白光發光二極體，且具有不同的色溫。例如，第一發光二極體具有3200K的高色溫且處於冷色溫狀態，而第二發光二極體具有2400K的低色溫且處於暖色溫狀態。

第一發光二極體具有隨著一可變操作電壓從一第一準位，例如2000K變化至一第二準位的第一光學發光特性112，其對應40%的操作電壓。第二發光二極體具有一第二光學發光特性114，此第二光學發光特性114隨著可變 操作電壓從對應於一百分之百的操作電壓的一第三準位變化至對應於40%的操作電壓的一第四準位。相同的可變操作電壓同步控制第一發光二極體及第二發光二極體發光，且所發出的光的流明曲線110具有所有光學發光特性，此流明曲線110為第一光學發光特性112以及第二光學發光特性114的加總。

值得注意的是，以虛線表示的色溫曲線100下降以產生溫暖感。

色溫及輸出的流明之間的相關關係可以用關係式來表示。流明曲線(Lmx)110以及色溫曲線100(Kx)可以藉由分別控制兩個發光二極體的流明來改變，其中x表示操作電壓百分比。與表格1一致的關係式如下：(1)Bx=(Kx-Ac)*Lmx/(Bc-Ac)；以及(2)Ax=Lmx-Bx。此外，Kx=U^3.4-4.0 ，Lmx=U^3.6-3.0 ，U表示電壓的真實數值。其中，Kx是依照需求由索引範圍3.4至4.0中選出的一個固定指標值，而Lmx是依照需求由索引範圍3.6至3.0中選出的一個固定指標值。Ax及Bx的特性是依據發光二極體的表現，所以可以得到流明曲線110以及色溫曲線100。此外，還可以由流明曲線110以及色溫曲線100以選擇發光二極體。

明顯地，上述是以兩個白光發光二極體為例說明。計算的數值是對應一個標準電壓的不同操作電壓百分比，由100%下降至40%的變化下理論計算所得。然而在實際的設計中，電壓會於百分比的某個範圍中操作。此外，發光二極體的數量通常並非是剛好兩個。

在另一實施例中，發光二極體也可以選用一個白光發光二極體及一個色光發光二極體，如琥珀色發光二極體或紅光發光二極體，對應色溫1000k。圖3為依據本發明另一實施例之色溫及亮度變化的曲線示意圖。

如圖3所示，其中一個發光二極體在調暗之前的初始狀態是發紅光。在選擇適當特性的紅光發光二極體，所表現的會與圖2所示的相似，但是數量不同。表格2示出對應圖3的曲線而計算出的結果。第一光學發光特性112’以及第二光學發光特性114’是對應二個發光二極體的特性。

如所見，兩個發光二極體的組合可以協調為相同的單一操作電壓。亮度的調暗伴隨著色溫的下降。此實施例確實可以讓眼睛感覺到溫暖。依據所建議的工作原理，發光二極體可以用於實際形成不同設計的燈具。

圖4為依據本發明一實施例之平面燈具的示意圖。如圖4所示，本發明的實施例的光源可應用於一個平面型發光二極體燈具中。在此實施例中，發光二極體單元204、206裝設在一底座202上以形成一光源200。在一實施例中，這兩個發光二極體單元204、206可以交替地配置於底座202上。一集光板208用於收集由不同形式的發光二極體單元204、206個別發出的如圖2或圖3所示的特性的光。集光板208從入射面的那一側聚集光並且混光以形成更為均勻的平面光。該技術領域具有通常知識者能夠將此集光板208應用於平面燈具中。

圖5為依據本發明一實施例之光源的側視圖。如圖5所示，兩種形式的發光二極體單元204、206的數量可以是相同或是不同。發光二極體的排列方式也是依照實際的需求來設計。在此實施例中，發光二極體204及發光二極體206的數量可以是兩個、一個。換言之，任一的發光二極體單元206是配置於兩個發光二極體單元204之間。通常而言，發光二極體的排列方式並不需要特別的設計。

圖6為依據本發明一實施例之平面光源的側視圖。如圖6所示，發光二極體單元發出的光投射至集光板。集光板包括一導光板210，且此導光板210的一側具有一反射層212。反射層212的一表面可具有多個微結構以增加反射效果。此外，為了使輸出的光更為均勻，一光學擴散結構(optical diffuser) 214可形成於導光板210的另一側。本發明並未受限於此平面燈具的架構。如圖2以及圖3所示的光學特性皆可應用於這些設計中。

圖7為依據本發明一實施例之使發光二極體以陣列形式排列作為光源的示意圖。如圖7示，發光二極體230可以是以一維的方式排列配置於底座上以形成一發光二極體光條220，此發光二極體光條220具有用於提供不同電壓給每一個發光二極體230的一控制電路。幾個發光二極體光條220沿著並環繞集光板的周緣表面裝設。圖8為依據本發明一實施例之使發光二極體以二維陣列形式排列作為光源的示意圖。如圖8所示，發光二極體230也可以依照實際需求而改以二維陣列的形式排列。

也可以選擇性地使用一集光罩做為集光裝置。圖9為依據本發明一實施例之燈泡型燈具的示意圖。如圖9示，多個發光二極體可以裝設於可提供不同電壓給發光二極體的一燈泡的底座250。發光二極體包括多個白光發光二極體252以及多個色光發光二極體254，如琥珀色發光二極體或紅光發光二極體。集光罩260罩覆於位於燈泡底座250上的發光二極體252、254。根據如本發明之實施例所述的控制機制，當色溫適度地下降時，光也會隨之調暗。

圖10為依據圖9之做為光源的發光二極體的排列示意圖。如圖10示，發光二極體可以任意形式排列配置。例如，琥珀色發光二極體254可以配置在白光發光二極體252之間。琥珀色發光二極體254的使用數量依照需求決定。換句話說，依據相同的色溫以及輸出的流明的調整機制，發光二極體的排列方式可以依照實際需求設計。

特別的是，當白光發光二極體以及紅光發光二極體一同使用時，兩種類型的發光二極體的標準操作電壓不同。然而，可使用附加電路以降低電壓。圖11為依據本發明一實施例的光源的驅動電路示意圖。如圖11所示，提供可變操作電壓Vcc給需要較高操作電壓如3.5V(伏特)的白光發光二極體300。紅光發光二極體302需要較小的操作電壓，如2.3V。在此情況下，可使用附加的電阻器304以降低操作電壓。更可再使用附加的二極體306。然而，提供兩種類型的發光二極體此單一可變操作電壓Vcc，可容易地控制使光變暗且讓色溫隨著操作電壓變化。

從方法的觀點看來，本發明的一實施例亦提供了一種使用發光二極體發光的方法。此方法包括提供至少一第一發光二極體，此第一發光二極體具有隨著可變操作電壓從一第一準位下降至一第二準位變化的一第一光學發光特性，其中第一準位大於第二準位。此方法亦包括提供至少一第二發光二極體，此第二發光二極體具有一隨著可變操作電壓從一第三準位變化至一第四準位的一第二光學發光特性，其中第三準位小於第四準位。之後，同步提供可變操作電壓至第一發光二極體及第二發光二極體，而使第一發光二極體及第二發光二極體發光。

上述有關於本發明較佳實施例的描述僅為說明之用，然其並非用以限定本發明。相對應的，應將上述的描述視為舉例用而非限定用。顯然地，本技術領域人員可以據以模擬及加以變化。上述的實施例是用於解釋本發明的最佳原則及最佳實施方式，讓本技術領域人員可以從不同的實施例了解本發明並思忖後加以改變以適當地變化。任何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內，當可作些許之更動與潤飾，故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。摘要是遵循法條而提供，以使搜索者可經由技術的揭露或任何議題快速地搜尋到標的，但並非用以解釋或限制申請專利範圍的架構或意義。

100．．．色溫曲線

110．．．流明曲線

112、112'．．．第一光學發光特性

114、114'．．．第二光學發光特性

200．．．光源

202．．．底座

204、206．．．發光二極體單元

208．．．集光板

210．．．導光板

212．．．反射層

214．．．光學擴散結構

220．．．發光二極體光條

230．．．發光二極體

250．．．底座

252．．．白光發光二極體

254．．．色光發光二極體

260．．．集光罩

300．．．白光發光二極體

302．．．紅光發光二極體

304．．．電阻器

306．．．二極體

Vcc．．．可變操作電壓

圖1為色溫(絕對溫度，Kelvin)及亮度(流明，Lumen)隨著操作電壓百分比而變化的曲線示意圖。

圖2為依據本發明一實施例之色溫及亮度變化的曲線示意圖。

圖3為依據本發明另一實施例之色溫及亮度變化的曲線示意圖。

圖4為依據本發明一實施例之平面燈具的示意圖。

圖5為依據本發明一實施例之光源的側視圖。

圖6為依據本發明一實施例之平面光源的側視圖。

圖7為依據本發明一實施例之使發光二極體以陣列形式排列作為光源的示意圖。

圖8為依據本發明一實施例之使發光二極體以二維陣列形式排列作為光源的示意圖。

圖9為依據本發明一實施例之燈泡型燈具的示意圖。

圖10為依據圖9之做為光源的發光二極體的排列示意圖。

圖11為依據本發明一實施例的光源的驅動電路示意圖。

100．．．色溫曲線

110．．．流明曲線

112．．．第一光學發光特性

114．．．第二光學發光特性

Claims (13)

1. 一種發光二極體的光源，包括：至少一第一發光二極體，具有隨著一可變操作電壓從一第一準位變化至一第二準位的一第一光學發光特性，其中該第一準位大於該第二準位；以及至少一第二發光二極體，具有隨著該可變操作電壓從一第三準位變化至一第四準位的一第二光學發光特性，其中該第三準位小於該第四準位，其中相同的該可變操作電壓同步控制該第一發光二極體以及該第二發光二極體發光，其中該第一發光二極體以及該第二發光二極體皆為白光發光二極體，以及當該可變操作電壓為百分之百的一參考電壓時，該第一發光二極體從一冷色溫狀態啟始且該第二發光二極體從一暖色溫狀態啟始，其中當該可變操作電壓下降時，該第一發光二極體與該第二發光二極體所組成的光源的亮度會下降，且色溫也隨著下降。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該第一光學發光特性與該第二光學發光特性疊加以產生隨著該可變操作電壓變化的一平滑下降曲線，當調光時，光的顏色從白色變為紅色。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該暖色溫狀態的色溫為2400K以及該冷色溫狀態的色溫為3200K。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該第一發光二極體及該第二發光二極體的數量相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該第一發光二極體及該第二發光二極體的數量不同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，更包括一集光板以接收位於一側邊入光面的該第一發光二極體及該第二發光二極體的光。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，更包括一集光罩，覆蓋於該第一發光二極體及該第二發光二極體以接收光。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該第一光學發光特性從該第一準位平滑地下降至該第二準位，而該第二光學發光特性從該第三準位平滑地增加至該第四準位。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的光源，其中該第一光學發光特性從該第一準位平滑地下降至該第二準位，而該第二光學發光特性從該第三準位平滑地先增加後下降至該第四準位。
10. 一種使用發光二極體發光的方法，包括：提供至少一第一發光二極體，該第一發光二極體具有隨著一可變操作電壓從一第一準位變化至一第二準位的 一第一光學發光特性，其中該第一準位大於該第二準位；提供至少一第二發光二極體，該第二發光二極體具有隨著該可變操作電壓從一第三準位變化至一第四準位的一第二光學發光特性，其中該第三準位小於該第四準位；以及同步提供該可變操作電壓至該第一發光二極體及該第二發光二極體而使該第一發光二極體及該第二發光二極體發光，其中該第一發光二極體以及該第二發光二極體皆為白光發光二極體，以及當該可變操作電壓為百分之百的一參考電壓時，該第一發光二極體從一冷色溫狀態啟始且該第二發光二極體從一暖色溫狀態啟始，其中當該可變操作電壓下降時，該第一發光二極體與該第二發光二極體所組成的光源的亮度會下降，且色溫也隨著下降。
11. 如申請專利範圍第10項所述之使用發光二極體發光的方法，更包括一集光裝置，適於收集及混合該第一發光二極體以及該第二發光二極體個別發出的光。
12. 如申請專利範圍第10項所述之使用發光二極體發光的方法，其中該第一光學發光特性與該第二光學發光特性疊加以產生隨著該可變操作電壓變化的一平滑下降曲線，當調光時，光的顏色從白色變為紅色。
13. 如申請專利範圍第10項所述之使用發光二極體 發光的方法，其中設定該暖色溫狀態的色溫為2400K且設定該冷色溫狀態的色溫為3200K。