TWI612846B - 情境模擬照明裝置 - Google Patents

Description

情境模擬照明裝置

本創作是有關一種照明裝置，特別是一種可以模擬天空藍、白雲飄動和太陽光及光照模式的情境模擬照明裝置。

由於科技的進步，照明裝置採用的光源由早期的白熾燈(例如鎢絲燈、鹵素燈)、放電燈(例如日光燈、水銀燈、鈉燈)到固體光源(例如發光二極體LED)等，多種具有不同色溫及特性的光源已被開發成功並且上市。另一方面，由於生活水準的提高，使用照明裝置的主要目的不再只是於夜晚或暗處提供光源，依據使用的場所及用途選擇具有適合光源的照明裝置已成主流。

一般而言，照明裝置的選用原則除了考慮照明裝置提供的照度之外，光源的色溫為主要的選用條件，在大部份的情形下，照明裝置產生的光線以能接近自然光源者為佳。自然光源大體上而言是指陽光，陽光是自然界中最大的光源，也是萬物生存的最重要光源，一天當中自日出至日落，陽光的色溫並非固定不變，正午的陽光較強，色溫大約為5500K左右，清晨及下午橘黃的陽光色溫較低，大約為2700K-4000K。不同亮度和色溫的陽光對於生物的作息及生理時鐘影響甚鉅，白天的自然光源屬於較高的色溫，而到了黃昏的自然光源屬於低色溫，人類的大腦在高色溫照明下會比較有精神，而在低色溫照明下則會認為該睡了，因此，照明裝置的色溫以 能調整高低者為佳。

已知大部份的照明裝置係採固定式光源的設計，常見的照明裝置的光源大致上包括：傳統的白熾燈泡的色溫約為2800K，暖色螢光燈(暖色日光燈)的色溫約為3500K，晝光色螢光燈(晝光色日光燈)的色溫約為6500K，由於光源的不可調整或是變換就無法實現上述能調整色溫的目的。

本創作的目的在提出一種可以模擬自然環境之光線及光照模式的情境模擬照明裝置。

為達上述目的，本創作情境模擬照明裝置的一實施例，包括：一面發光器，具有由數種顏色的發光二極體組成的發光二極體矩陣，可以產生不同顏色和光照模式的光線；一環境亮度感測單元，用於感測自然環境的光線的色溫並產生一相應的色溫訊號；以及一控制器，控制器與面發光器以及環境亮度感測單元電性連接，控制器可依據環境亮度感測單元產生的色溫訊號，調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體的亮度以及控制其動作(發光或不發光)。

在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中面發光器包含：一背板、一發光單元設置於背板的一側表面，和一光擴散板設置於發光單元的出光側；其中發光單元包括由數種顏色的發光二極體組成的發光二極體矩陣，透過調變發光單元之數種顏色的發光二極體的發光亮度以及控制其動作，可以產生不同顏色和光照模式的光線，並且模擬天空藍、白雲飄動和太陽光等不同情境之光線，以及光照模式，進而提供一種接近自 然環境的照明效果。

在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中面發光器的發光單元的發光二極體矩陣包括：亮白色(bright white)發光二極體、暖白色(warm white)發光二極體和藍光發光二極體。

在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中面發光器的發光單元的發光二極體矩陣包括：亮白色(bright white)發光二極體、紅光發光二極體、綠光發光二極體和藍光發光二極體。

在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中環境亮度感測單元進一步包括感測自然環境的光線的亮度，並產生一相應的亮度訊號。

在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中環境亮度感測單元係透過無線通訊與控制器電性連接，利用無線通訊將環境亮度感測單元產生的色溫訊號傳送給控制器。

本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，包括：一色溫感測器與控制器電性連接，色溫感測器用於感測面發光器發出之光線的色溫然後傳送給控制器，用以自動回饋補正面發光器產生的照明光線的色溫。

在本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，控制器依據環境亮度感測單元產生的亮度訊號，自動調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體的亮度以及控制其動作(發光或不發光)。

在本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，控制器包括一手動控制面板，利用手動亮度控制器調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體的亮度以及控制其動作。

在本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，控制器可以調變 發光二極體的發光亮度，其中發光二極體的發光亮度包括固定亮度和動態的亮度變化。

在本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，控制器可以依預設的時間控制發光單元的發光元件動作。

透過上述的說明，可以瞭解，本創作情境模擬照明裝置可以依據自然環境的光線，透過控制發光單元之數種顏色的發光二極體的發光亮度及其動作可以產生不同顏色和光照模式的光線，並且模擬天空藍、白雲飄動和太陽光等不同情境之光線，以及光照模式，進而提供一種接近自然環境的照明效果；另一方面，本創作情境模擬照明裝置還可以自動回饋補正輸出的照明色溫。

關於本創作的具體實施方式及其他的優點與功效，將配合圖式說明如下。

10‧‧‧面發光器

11‧‧‧背板

20‧‧‧發光單元

21‧‧‧發光二極體

30‧‧‧光擴散板

40‧‧‧環境亮度感測單元

41‧‧‧第一無線通訊單元

50‧‧‧控制器

51‧‧‧第二無線通訊單元

52‧‧‧微控制單元

53‧‧‧電源轉換器

54‧‧‧手動控制面板

60‧‧‧色溫感測器

B‧‧‧藍光發光二極體

G‧‧‧綠光發光二極體

R‧‧‧紅光發光二極體

BW‧‧‧亮白色發光二極體

WW‧‧‧暖白色發光二極體

S‧‧‧電源供應端

第1圖，為本創作情境模擬照明裝置的一實施例的功能方塊圖。

第2圖，為本創作情境模擬照明裝置的另一實施例的功能方塊圖。

第3圖，為發光二極體矩陣的一實施例構造圖。

第4圖，為第3圖在IV-IV位置的斷面構造圖。

第5A圖，為發光二極體矩陣的一實施例構造圖，繪示發光二極體矩陣之數種不同顏色發光二極體的配置方式。

第5B圖，為發光二極體矩陣的另一實施例構造圖，繪示發光二極體矩陣之數種不同顏色發光二極體的另一種配置方式。

第6圖，為本創作情境模擬照明裝置的另一實施例的功能方塊圖。

首先請參閱第1圖，為本創作情境模擬照明裝置的一實施例的功能方塊圖。如第1圖所示，本創作情境模擬照明裝置包括：一面發光器10，具有由數種顏色的發光二極體21組成的發光二極體矩陣(見第3圖)，可以產生不同顏色和光照模式的光線，在本創作以下的說明中，面發光器10所產生的光線的顏色與所述光線的色溫同義；一環境亮度感測單元40(Ambient Light Sensor,ALS)，用於感測自然環境的光線的色溫並產生一相應的色溫訊號；以及一控制器50，內建有一模擬控制程序，控制器50與面發光器10以及環境亮度感測單元40電性連接，控制器50的模擬控制程序可依據環境亮度感測單元40產生的色溫訊號，調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體的亮度以及控制其動作(發光或不發光)。

請參閱第3圖及第4圖，在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中面發光器10包含：一背板11、一發光單元20設置於背板11的一側表面，和一光擴散板30設置於發光單元20的出光側，光擴散板可以加強光線的出光角度，使得光線無論從何種角度跑出光擴散板，其亮度能夠盡量維持一致。

在面發光器20的一實施例，其中發光單元20包括由數種顏色的發光二極體21組成的發光二極體矩陣，請參閱第5B圖，在發光二極體矩陣的一實施例，其中面發光器10的發光單元20的發光二極體矩陣的發光二極體21的顏色種類包括：亮白色(bright white)發光二極體BW、暖白色 (warm white)發光二極體WW和藍光發光二極體B。請參閱第5A圖，在發光二極體矩陣的另一實例，發光單元20的發光二極體矩陣的發光二極體21的顏色種類包括：亮白色(bright white)發光二極體BW、紅光發光二極體R、綠光發光二極體G和藍光發光二極體B。因此，透過調變發光單元20之數種顏色的發光二極體21的發光亮度以及控制其動作的組合，就可以產生不同顏色和光照模式的光線。

在本創作的一實施例，環境亮度感測單元40的較佳設置位置係設置於能夠感測到自然光源的位置，用以感測環境的自然光色溫並轉換為相應的第一色溫訊號，再將第一色溫訊號傳送至控制器50。在本創作的第一種實施例，如第1圖所示環境亮度感測單元40係透過電線與控制器50電性連接，在另一實施例，如第2圖和第6圖所示，環境亮度感測單元40係透過無線通訊的方式與控制器50電性連接，其中一種實施方式，環境亮度感測單元40設有一第一無線通訊單元41，在控制器50設有一第二無線通訊單元51可以和第一無線通訊單元41進行訊號的傳輸，其中第一無線通訊單元41和第二無線通訊單元51可以是藍芽通訊器，較佳地係為低功耗藍芽調變器(Bluetooth Low Energy Module,BLE Module)。在本創作情境模擬照明裝置的一實施例，其中環境亮度感測單元40進一步包括感測自然環境的光線的亮度，並產生一相應的亮度訊號。

在本創作的一實施例，控制器50係為一種數位控制器，其中一種實施方式包括：一微控制單元52(Micro Controller Unit,MCU)和一電源轉換器53(Converter)，微控制單元52內建有數種模擬控制程序，電源轉換器53的輸入側與一電源供應端S(例如定電壓的電源供應器)電性連接，電源轉 換器53的輸出側與面發光器10電性連接，在其中一實施例，電源轉換器53可為直流-直流轉換器(DC-DC Converter)；微控制單元52與環境亮度感測單元40電性連接，微控制單元52的模擬控制程序可依據環境亮度感測單元40產生的色溫訊號及/或亮度訊號，調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體21的亮度以及控制其動作(發光或不發光)。調變的一種實施方式例如但不限於，由微控制單元52產生脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號，透過PWM訊號控制電源轉換器53的輸出模式(例如定電流或是定電壓)，進而透過電源轉換器53驅動發光單元20之數種顏色的發光二極體21動作(發光或不發光)以及調變發光單元20之數種顏色的發光二極體21的亮度，可以產生不同顏色和光照模式的光線。

在本創作的一實施例，依據面發光器10所產生的光照模式，包括；靜態的光照模式和動態的光照模式；其中在靜態的光照模式下，發光二極體矩陣產生的光線的亮度和色溫維持不變，在動態的光照模式下，發光二極體矩陣產生的光線的亮度和色溫則會發生變化。舉例說明如下。

在靜態的光照模式可以透過自動或是人工手動的方式，透過控制器50調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體21的亮度以及控制其動作(發光或不發光)；其中自動調變及控制的一種實施方式，如第1圖所示，控制器依據環境亮度感測單元40產生的色溫訊號，自動調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體21的亮度以及控制其動作；在手動調變及控制的一種實施例，其中的控制器50內建有一模擬控制程序，控制器50更包括一手動控制面板54(見第2圖)，使用者可以透過手動控制面板54可以選擇模擬控制程序，進而調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體21的 亮度以及控制其動作；因此，不論以自動或手動的方式，都可以透過控制器50調變發光二極體矩陣中不同顏色之發光二極體21的亮度以及控制其動作，實現模擬天空藍、白雲飄動和太陽光等不同情境之光線，以及光照模式，例如但不限於由面發光器的左側向右逐漸點亮發光二極體矩陣或是由面發光器的左側向右逐漸調變發光二極體矩陣的亮度及其色溫，透過這種動態的光照模式模擬一種有如日升和日落時的斜照及光影變化；另一種光照模式例如令面發光器10的半側發光(明亮)而另一半側不發光(昏暗)，以實現模擬早晨、黃昏時太陽光斜照的自然光照模式。

請參閱第6圖，為本創作情境模擬照明裝置的另一實施例的功能方塊圖。其中面發光器10、環境亮度感測單元40和控制器50的功能架構與第2圖之實施例相同，不同之處在於包括：一色溫感測器60與控制器50的微控制單元52電性連接，色溫感測器60用於感測面發光器10發出之光線的色溫並轉換為相應的一第二色溫訊號，然後傳送給微控制單元52，微控制單元52再依據色溫感測器60產生的第二色溫訊號調整脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號，透過PWM訊號調整電源轉換器53的輸出模式，進而自動回饋補正面發光器10輸出的照明光線的顏色(亦可視為色溫)。

在本創作情境模擬照明裝置的另一實施例，控制器50可以依據預設的時間控制面發光器10的動作(發光或不發光)和光照模式並調變其顏色和亮度，例如控制面發光器10的亮度由微亮逐漸提高其亮度，可以實現一種喚醒模式的功能。

在一實施例，本創作情境模擬照明裝置可裝設於建築的天花 板或是牆面，用以作為照明燈具或是裝飾用途的氣氛燈，例如可以模擬晴空的藍白光色、太陽光或是摸擬森林綠葉的綠色環境，及其顏色的漸層式變化效果，例如由平面光源的一側朝向另一側逐漸地改變顏色及其亮度，而達到模擬自然光線變化的效果，可為都市建築提供模擬自然環境的光照模式。

雖然本創作已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

10‧‧‧面發光器

21‧‧‧發光二極體

30‧‧‧光擴散板

40‧‧‧環境亮度感測單元

41‧‧‧第一無線通訊單元

50‧‧‧控制器

51‧‧‧第二無線通訊單元

52‧‧‧微控制單元

53‧‧‧電源轉換器

54‧‧‧手動控制面板

S‧‧‧電源供應端

Claims (10)

1. 一種情境模擬照明裝置，包括：一面發光器，該面發光器具有由數種顏色的發光二極體組成的一發光二極體矩陣，可以產生不同顏色和光照模式的光線；一環境亮度感測單元，係設置於能夠感測到自然光源的環境位置，用於感測該自然光源環境之光線的色溫並產生一相應的一第一色溫訊號；以及一控制器，該控制器包含一微控制單元，該控制器與該面發光器以及該環境亮度感測單元電性連接，該控制器可依據該環境亮度感測單元產生的該第一色溫訊號，調變該發光二極體矩陣中不同顏色之該發光二極體的亮度以及控制其動作；一第二色溫感測器，該第二色溫感測器與該控制器的該微控制單元電性連接，該第二色溫感測器用於感測該面發光器發出之光線的色溫，並轉換為相應的一第二色溫訊號，然後傳送給該控制器之微控制單元，微控制單元再依據第二色溫訊號調整，並用以自動回饋補正該面發光器產生的照明光線的色溫。
2. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該面發光器包含：一背板、一發光單元設置於該背板的一側表面，和一光擴散板設置於該發光單元的出光側；其中該發光單元包括由數種顏色的該發光二極體組成的該發光二極體矩陣。
3. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該發光單元的該發光二極體矩陣包括：亮白色發光二極體、暖白色發光二極體和藍光發光二極體。
4. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該發光單元的該發光二極體矩陣包括：亮白色發光二極體、紅光發光二極體、綠光發光二極體和藍光發光二極體。
5. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該環境亮度感測單元進一步包括感測自然環境的光線的亮度，並產生一相應的亮度訊號。
6. 如請求項5所述之情境模擬照明裝置，其中該控制器依據環境亮度感測單元產生的該色溫訊號及/或該亮度訊號，自動調變該發光二極體矩陣中不同顏色之該發光二極體的亮度以及控制其動作。
7. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該環境亮度感測單元設有一第一無線通訊單元，在該控制器設有一第二無線通訊單元可以和該第一無線通訊單元進行訊號的傳輸，利用無線通訊將該環境亮度感測單元產生的該第一色溫訊號傳送給該控制器。
8. 如請求項7所述之情境模擬照明裝置，其中該第一無線通訊單元和該第二無線通訊單元係為低功耗藍芽調變器。
9. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中包括一手動控制面板，該手動控制面板電性連接該控制器，該控制器內建有一模擬控制程序，該手動控制面板可以選擇該模擬控制程序，進而調變該發光二極體矩陣中不同顏色之該發光二極體的亮度以及控制其動作。
10. 如請求項1所述之情境模擬照明裝置，其中該控制器可以依預設的時間控制該面發光器的動作並調變該發光二極體矩陣中不同顏色之該發光二極體的亮度以及控制其動作。