study of mixed white light from the combination of rgb leds · mixed white light with other rg...

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遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版 293 紅綠藍發光二極體組合混成白光的研究 Study of Mixed White Light from the Combination of RGB LEDS 林俊鋒 遠東科技大學電腦應用工程系教授 黃琮暉 遠東科技大學自動化控制系助理教授 陳元鴻 遠東科技大學自動化控制系學生 本文是進行三基色紅、綠及藍等發光二極體(RGB LEDs)組合混成白光的 研究。首先進行配光曲線實驗,得到 RGB LEDs 個別在驅動電壓 4~10V 下與 白光 LED 在驅動電壓 3V 下的配光曲線含照度值,接著由光譜探測儀量測得 到光譜數據,並將配光曲線與光譜這二者數據輸入至 TracePro 軟體模擬,將 模擬出來的 RGB LEDs 混光之照度、混光實驗所得之配光曲線與光譜,與白 LED 對應之數據作比較。由混光光譜實驗結果知,當 B LED 電壓 6V 時飽 合,無法與其他 RG LEDs 混成出白光;及知當 RGB LEDs 電壓在 6V4V 4V 4V 4V 4V 下混光時,由光譜結果知其在 450nm~500nm 明顯較接近 白光光譜,但在 500nm ~700nm 則較不明顯。 關鍵詞:發光二極體、配光曲線、照度、光譜

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  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    293

    紅綠藍發光二極體組合混成白光的研究

    Study of Mixed White Light from the Combination of RGB LEDS

    林俊鋒 遠東科技大學電腦應用工程系教授

    黃琮暉 遠東科技大學自動化控制系助理教授

    陳元鴻 遠東科技大學自動化控制系學生

    摘 要

    本文是進行三基色紅、綠及藍等發光二極體(RGB LEDs)組合混成白光的

    研究。首先進行配光曲線實驗,得到 RGB LEDs 個別在驅動電壓 4~10V 下與

    白光 LED 在驅動電壓 3V 下的配光曲線含照度值,接著由光譜探測儀量測得

    到光譜數據,並將配光曲線與光譜這二者數據輸入至 TracePro 軟體模擬,將

    模擬出來的 RGB LEDs 混光之照度、混光實驗所得之配光曲線與光譜,與白

    光 LED 對應之數據作比較。由混光光譜實驗結果知,當 B LED 電壓 6V 時飽

    合,無法與其他 RG LEDs 混成出白光;及知當 RGB LEDs 電壓在 6V、4V 及

    4V 或 4V、4V 及 4V 下混光時,由光譜結果知其在 450nm~500nm 明顯較接近

    白光光譜,但在 500nm ~700nm 則較不明顯。

    關鍵詞:發光二極體、配光曲線、照度、光譜

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    294

    Lin Jing-Fung, Professor, Depart. of Computer Application Engineering, Far East University

    Huang Cong-Hui, Assistant Professor, Depart. of Automated Control System, Far East University

    Chen Yuan-Hong, Student, Depart. of Automated Control System, Far East University

    Abstract

    This paper focuses on the mixing of red, green, and blue LEDs to form a

    white light. First, we precede the measurement of Candela plot and illuminance

    when RGB LEDs under voltage from 4 to 10V and white LED under 3V. Next, we

    obtain the spectra from spectrometer. Then, both data above are input to TracePro

    to simulate the illuminance for the mixed white light. Compared to white LED,

    when B LED is applied on 6V, spectra saturation happens, and can not obtain a

    mixed white light with other RG LEDs. Further, when RGB LEDs are under the

    combination of 6,4,4V or 6,4,4V, respectively, we know their spectra are in

    450~500nm close to, in 500~700nm not obviously close to white light spectrum.

    Keywords: light emitting diode, candela plot, illuminance, spectrum

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    295

    一、前 言

    1-1 序論

    自古以來,人類對光明之喜愛,對黑暗的害怕

    便眾所皆知。偶然間,由閃電擊中樹木所產生之火

    焰,更吸引著史前人類,使火所產生之光和熱成為

    史前人類第一個照明光源與熱源。照明也成為人類

    生活中極為重要,且不可或缺的一環。隨著文明演

    進,人們對於照明需求量及其品質日益增高,由燃

    燒木材、火把、燃油燈到之後的燈泡、日光燈、省

    電燈泡,皆為人類文明進步,對照明品質需求的證

    明。人類文明之進步隨之而來的生態環境汙染,溫

    室效應導致全球溫暖化與自然生態環境化現象日

    益嚴重,此一問題為世界各國共同之矚目焦點及重

    視,因此,發展兼具節能及環保效益高的照明產

    品,實為 21 世紀無可避免的重要環節之一。白光

    發光二極體(light emitting diodes, LEDs)將是未來

    引導綠色(環保)照明時代的主流,本文主要進行

    紅、綠及藍發光二極體(RGBs)組合混成白光的研

    究。

    1-2 白光 LED 重要性及應用

    自 1962 年第一顆發光二極體發表以來,隨著

    半導體製成技術的進步與材料科學的不斷突破,至

    1990 年 LED 的亮度已經達到原先的一千倍以上。

    早期的 LED 主要是以紅光及黃光 LED 為主,但是

    低亮度與無法產生白光的缺憾,使得當時的 LED

    大多應用在指示性質的產品上,1990 年代中期,藍

    光 LED 技術正式問世,而在 1996 年推出第一顆白

    光 LED 後,許多廠家也推出白光 LED 的產品,固

    態發光的技術走向白光及高輸出光流明的地位也

    因此確立。

    在全球能源危機的影響下,世界各國已經開始

    思考如何節約能源,因 LED 省電效率達 85%且壽

    命較一般燈泡長,由於 LED 光源具備體積小、省

    電、色純度高、反應速度快、可塑性高、壽命長、

    環保及直流電壓驅動等多項優點,使得白光 LED

    產品相繼推出,以手機、LCD 背光源、車用照明、

    室內外顯示看板、煞車燈、號誌照明及儀器儀錶顯

    示等。因此必成為未來的主流。因此在全球能源危

    機下,為了節省能源,採用白光 LED 是一種必然

    的趨勢。

    1-3 文獻回顧

    光學模擬的作用在於改善光學設計與計算上

    的錯誤率,並以最佳化的顯示呈現。各類光學工程

    師往往都以嘗試錯誤的方式來修改與設計,並在多

    次的模擬設計錯誤中學習寶貴的經驗。經驗的累積

    加上產品上的需求在相互抗衡下得到許多最優質

    的設計,最佳化的設計最終將被列為各公司所爭先

    爭取申請的專利之一。以下是近期文獻專利,各項

    專利共同的特點都是應用 LED 當光源,為了改善

    光路徑所申請發明的。

    95 年 6 月,國立台灣科技大學張詩意同學對白

    光 LED 混光實驗、模組設計及模擬優化的研究。

    RGB LED 三晶片混光將三顆各 1 W 的三色晶片封

    裝成一個 3 W 的白光 LED 基座光源,量測結果得

    到發光效率每瓦 20.13 流明,演色指數 50,如圖

    1-1[1]。

    圖 1-1 RGB LED 晶粒混光實驗頻譜圖[1]

    96 年 1 月,南台科技大學吳宜甄同學針對擴散

    板對 LED 混光影響作研究,將紅藍綠 LED 做混光

    實驗,紅藍綠各 1 顆才配合的出所需的白光,並加

    上擴散板搭配分光膜,這樣混出來的光才比較有均

    勻的效果[2]。如圖 1-2,圖左為 R、G、B 三顆 LED

    混成白光,圖中 UV LED+R、G、B 三色螢光粉,

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    296

    圖右則為藍色 LED+YAG 螢光粉[3]。

    圖 1-2 產生白光的三種方法[4]

    96 年 6 月,和春技術學院王冠仁同學針對高功

    率三原色 LED 特性分析,證實高功率三原色 LED

    調光的控制變數。該論文採用直流驅動及脈波驅動

    的形式,進行 LED 的光學特性的測量,觀察 1W

    之 RGB-LED 在直流驅動及脈波驅動之下,LED 受

    到不同型態驅動的影響[5]。

    97 年 7 月,和春技術學院沈俊宏同學針對高功

    率 LED 散熱模組之專利分析與熱傳導模擬[6],是

    高功率LED在長時間高溫環境下,要如何提升LED

    的散熱功能及提升發光效率。另 LED 發光原理如

    圖 1-3[7]。

    圖 1-3 LED 發光原理[7]

    98 年 6 月,義守大學古輝廷同學對白光 LED

    光源模擬應用與設計的研究,此研究主要是當光線

    經光源射出後,穿透過光學合成膜而達到改變路徑

    的散光現象,散光後將更多的光線折射入 V-Cut。

    最後再將所有分析結果整合,並進行改善 LED 燈

    管模組,進而做出最佳化模擬設計與分析[8]。

    1-4 研究目的

    LED 的優點眾所皆知,將 LED 用至產品上的

    公司比比皆是,要如何有效的應用白光 LED 燈,

    卻是一大挑戰。本文是將單顆紅、綠及藍發光二極

    體(RGB LEDs)排列組合的方式混成白光,進行配

    光曲線、照度與光譜的比較研究。這樣排列組合的

    優點在於可以不需要經過螢光粉的轉換損失能

    量,而且色溫可以藉由分開控制 RGB LEDs 的光強

    度來改變,並且因為光譜分佈較廣,所以得到的演

    色性也會比較好。

    二、實驗與模擬方法

    2-1 實驗流程圖

    配光曲線數據

    單顆LED實驗 RGB混光實驗建模-LED外型

    設定光源和發光面

    設定配光曲線

    建立分析面

    設定照度圖和坎德拉圖

    設定光線追跡

    設定實驗係統架構

    實驗架構校正

    輸入電壓

    數據截取

    電腦紀錄

    設定實驗係統架構

    實驗架構校正

    輸入電壓

    數據截取

    電腦紀錄

    改變輸入電壓參數模擬結果

    改變輸入電壓參數

    光譜數據

    白光LED與RGB模擬比較

    圖 2-1 實驗流程圖

    2-2 TracePro 軟體介紹

    TracePro 是一套能進行傳統光學分析、設計照

    明系統、分析輻射度和光度的光學專業軟體。它是

    一套以符合工業標準的 ACIS(固體模型繪圖軟體)

    為核心所發展出來的光學軟體,也是一個結合真實

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    297

    固體模型、光學分析功能、資料轉換能力強的模擬

    軟體,並具有易上手的使用介面及價格合理等多項

    優點。

    TracePro 的應用領域包括:導光板、背光板、前

    光板、相機系統、投影顯示系統、雜散光分析、汽

    車照明系統、照明燈具、LED 設計及應用、紅外線

    成像系統、薄膜光學、...等[9]。

    2-3 實驗步驟

    本研究所使用的砲彈型 LED 燈(紅色、藍色、

    綠色)是在網路購買的,白色 LED 燈則是跟飛利浦

    公司購買的(Philips, LXHL-BW02),白色 LED 燈是

    屬於低電流高功率,所以不能像網路買的 LED 燈

    能加電壓至 10V,白色 LED 燈測量 2.5V 沒發光,

    超過 3V 會損壞,所以只測量 3V。

    2-3-1 單顆 LED 配光曲線實驗

    1. 單顆LED配光曲線實驗之架構如圖2-2。

    2. 將燈泡固定,在燈泡前方量測所需距離,再將照

    度計放置妥當。

    3. 照度計必須與三軸平台結合,這樣轉動角度才不

    會有誤差。

    4. 調整所需電壓,使用三軸平台以0度開始記錄以

    每3度記錄一次。

    圖 2-2 配光曲線實驗之架構

    2-3-2單顆LED光譜實驗

    1. 單顆LED光譜實驗之架構如圖2-3。

    2. 首先將燈泡固定在操作台上,並接上電源供應

    器。

    3. 將光譜探測儀對準燈泡中心點,取所需之距離。

    4. 微調電源供應器,調到所需電壓。

    5. 使用光譜探軟體,觀察電腦即可得知所需的光譜

    數據(波長與光子數)。

    圖2-3 (a)光譜實驗之架構

    圖2-3 (b)電腦顯示圖

    2-3-3三顆LED混光配光曲線實驗

    1. 三顆 LED 混光配光曲線實驗之架構如圖 2-4。

    2. 將三顆燈泡水平放置妥當後,在燈泡前方量測所

    需距離後,再將照度計固定住。

    3. 照度計下方放置三軸平台,將三軸平台跟照度計

    結合在一起並調整好角度。

    4. 給予各燈泡所需之電壓,利用三軸平台以0度開

    始轉動角度,以每3度轉動依序記錄一次。

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    298

    圖 2-4 混光配光曲線架構圖

    2-3-4 三顆LED混光光譜實驗

    1. 三顆LED混光光譜實驗之架構如圖2-5。

    2. 首先將RGB三種燈泡擺放至同一水平上,並將燈

    泡固定。

    3. 將光譜探測儀一端連接電腦,另一端則固定在離

    三顆燈泡距離23公分處(23公分量測最佳距

    離),以藍光LED為中心軸,紅光LED與綠光LED

    轉15度對準探測頭。

    4. 將RGB三種燈泡所射出的光微調至光譜探測儀

    上,讓RGB三種燈泡光點集中於一點。

    5. 燈泡個別微調所要的電壓大小,再觀看電腦上光

    譜探測軟體即可得知所要的光譜數據(波長與光

    子數)。

    圖2-5 混光光譜架構圖

    三、結 果

    3-1 單顆 LED 的配光結果

    3-1-1 單顆紅光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    4V

    6V

    8V

    10V

    圖 3-1 紅光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

    3-1-2 單顆綠光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    4V

    6V

    8V

    10V

    圖 3-2 綠光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

    3-1-3 單顆藍光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    4V

    6V

    8V

    10V

    圖 3-3 藍光 LED 4V~10V 的配光曲線圖

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    299

    3-1-4 飛利浦白光 LED 3V 的配光曲線圖

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    白光3V

    圖 3-4 白光 LED 3V 的配光曲線圖

    圖 3-5 飛利浦白光 LED 3V 的配光曲線圖

    3-2 單顆 LED 的光譜結果

    3-2-1 單顆紅光 LED 4V~10V 的光譜圖

    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    70000

    400 500 600 700 800

    光子

    數(counts)

    波長(nm)

    4v

    6v

    圖 3-6 紅光 LED 4V~10V 的光譜圖

    3-2-2 單顆綠光 LED 4V~10V 的光譜圖

    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    70000

    400 500 600 700 800

    光子

    數(counts)

    波長(nm)

    4v

    6v

    8v

    10v

    圖 3-7 綠光 LED 4V~10V 的光譜圖

    3-2-3 單顆藍光 LED 4V~10V 的光譜圖

    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    70000

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    光子

    數(counts)

    波長(nm)

    4

    v

    圖 3-8 藍光 LED 4V~10V 的光譜圖

    3-2-4 飛利浦白光 LED 3V 的光譜圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

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    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    LXHL-BW02-量

    圖 3-9 飛利浦 LXHL-BW02 白光 LED 3V 的光譜圖

    (量測)

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    300

    0

    0.1

    0.2

    0.3

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    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    LXHL-BW02-型錄

    圖 3-10 飛利浦 LXHL-BW02 白光 LED 3V 的光譜

    (型錄)

    3-3 單顆 LED 的模擬照度結果

    3-3-1 單顆紅光 LED 4V~10V 的照度圖

    圖 3-11 紅光 LED 4V 的照度圖

    圖 3-12 紅光 LED 6V 的照度圖

    圖 3-13 紅光 LED 8V 的照度圖

    圖 3-14 紅光 LED 10V 的照度圖

    3-3-2 單顆綠光 LED 4V~10V 的照度圖

    圖 3-15 綠光 LED 4V 的照度圖

    圖 3-16 綠光 LED 6V 的照度圖

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    301

    圖 3-17 綠光 LED 8V 的照度圖

    圖 3-18 綠光 LED 10V 的照度圖

    3-3-3 單顆藍光 LED 4V~10V 的照度圖

    圖 3-19 藍光 LED 4V 的照度圖

    圖 3-20 藍光 LED 6V 的照度圖

    圖 3-21 藍光 LED 8V 的照度圖

    圖 3-22 藍光 LED 10V 的照度圖

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    302

    3-3-4 單顆白光 LED 3V 的照度圖

    圖 3-23 白光 LED 3V 的照度圖

    3-4 單顆 LED 的比較結果與討論

    3-4-1 配光曲線圖比較

    1. 電壓越高,照度值波峰相對越高。

    2. 電壓越低,所量測的發光角度範圍越小;紅光

    LED-40 至 40 度,其他綠藍 LED 則是-30 至 30

    度。

    3. 我們量測白光的配光角度是-80 至 80 度,白光配

    光曲線最高峰照度值發生於-32 度與 32 度,相對

    強度皆是 100%,而廠商飛利浦白光的配光角度

    是-90至 90度,配光曲線最高峰照度值發生於-43

    度,相對強度 98%與 41 度,相對強度 100%,

    雖相差 10 度但外型相似,相差的原因可能與廠

    商量測距離或方式而有所不同。

    3-4-2 光譜圖比較

    1. 同一顆 LED 燈所量測的光譜圖,波峰大致在相

    同的波長上。

    2. 同一顆 LED 燈所量測的光譜圖,光子數隨電壓

    而增加。

    3. 紅光 LED 的波峰比較尖銳,藍光和綠光 LED 的

    頻譜則比較寬。

    4. 白光 LED 光子數最高峰發生在波長/相對頻譜功

    率值(nm/%) 436/0.95、479/0.059 及 554/0.45 如圖

    3-9,而廠商提供的飛利浦白光 LED 數據圖,最

    高峰發生在 437/0.96、480/0.062 及 556/0.49 如圖

    3-10,經計算誤差值為 2.4 %,相當吻合。

    單顆 LED 與白光 LED 的光譜誤差值整理如表

    3-1,誤差公式為 2 2 21 1 2 2(( ) ( ) ...... ( ) ) /n nE X Y X Y X Y n (X=

    實驗數據,Y=飛利浦白光 LED 光譜數據),經比較

    可發現在 4V 與 6V 時單顆 LED 與白光 LED 的誤

    差值低於3.5%,所以我們進行4V與6V的三顆LED

    的配對,共分八組。

    表 3-1 單顆 LED 與白光 LED 4V~10V 的光譜誤差

    值比較表

    LED(E, %) 紅光 綠光 藍光

    電壓(V)

    4 3.24 2.90 2.85

    6 3.53 3.47 3.50

    8 3.59 3.61 3.60

    10 3.65 3.68 3.63

    3-4-3 模擬照度圖比較

    表 3-2 單顆紅色 LED 的 4V~10V 照度比較表

    照度

    (lux) 水平最大 垂直最大 平面最大

    電壓(V)

    4 36000 21500 40000

    (左下)

    6 38000 24500 42500

    (左下)

    8 45500 31500 60000

    (中間)

    10 41500 28500 60000

    (左下)

    表 3-3 單顆綠色 LED 的 4V~10V 照度比較表

    照度(lux) 水平最大 垂直最大 平面最大

    電壓(V)

    4 18000 19500 27500

    (左下)

    6 26500 28000 37500

    (左下)

    8 55000 53000 65000

    (左上)

    10 57000 52500 65000

    (左上)

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    303

    表 3-4 單顆藍色 LED 的 4V~10V 照度比較表

    照度(lux) 水平最大 垂直最大 平面最大

    電壓(V)

    4 18000 17500 25000

    (左下)

    6 26500 28000 37500

    (左下)

    8 27000 31500 40000

    (中間)

    10 31500 34000 42500

    (中間)

    3-5 混光的配光結果

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    R4V G4V …

    圖 3-24 LEDs (紅光 4V 綠光 4V 藍光 4V)的配光曲

    線圖

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    R4V G6V B4V

    圖 3-25 LEDs (紅光 4V 綠光 6V 藍光 4V)的配光曲

    線圖

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    R6V G4V B4V

    圖 3-26 LEDs (紅光 6V 綠光 4V 藍光 4V)的配光曲

    線圖

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

    照度

    值(lux)

    角度(deg.)

    R6V G6V

    B4V

    圖 3-27 LEDs (紅光 6V 綠光 6V 藍光 4V)的配光曲

    線圖

    3-6 混光的光譜結果

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R4V G4V

    B4V

    圖 3-28 LEDs (紅光 4V 綠光 4V 藍光 4V)的光譜圖

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    304

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R4V G4V B6V

    圖 3-29 LEDs (紅光 4V 綠光 4V 藍光燈 6V)的光譜

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R4V G6V B4V

    圖 3-30 LEDs (紅光 4V 綠光 6V 藍光 4V)的光譜圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R4V G6V B6V

    圖 3-31 LEDs (紅光 4V 綠光 6V 藍光 6V)的光譜圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R6V G4V

    B4V

    圖 3-32 LEDs (紅光 6V 綠光 4V 藍光 4V)的光譜圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R6V G6V B4V

    圖 3-33 LEDs (紅光 6V 綠光 6V 藍光 4V)的光譜圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R6V G4V B6V

    圖 3-34 LEDs (紅光 6V 綠光 4V 藍光 6V)的光譜圖

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

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    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    相對

    頻譜

    功率(%)

    波長(nm)

    R6V G6V B6V

    圖 3-35 LEDs (紅光 6V 綠光 6V 藍光 6V)的光譜圖

    3-7 混光照度的模擬結果

    圖 3-36 LEDs (紅光 4V 綠光 4V 藍光 4V)+探測面

    的照度圖

    圖 3-37 LEDs (紅光 4V 綠光 6V 藍光 4V)+探測面的

    照度圖

    圖 3-38 LEDs (紅光 6V 綠光 4V 藍光 4V)+探測面的

    照度圖

    圖 3-39 LEDs (紅光 6V 綠光 6V 藍光 4V)+探測面的

    照度圖

    3-8 混光的比較結果與討論

    3-8-1 配光曲線圖比較

    1. LEDs(紅 4V 綠 4V 藍 4V)、(紅 4V 綠 6V 藍 4V)、

    (紅 6V 綠 4V 藍 4V)及(紅 6V 綠 6V 藍 4V)的配

    光曲線如圖 3-24 至 3-27,可知發光角度在-70 至

    70 度,小於我們所量測的圖 3-4,白光 LED 3V

    的發光範圍-80 至 80 度,與小於圖 3-5Philips 白

    光 LED 3V 的發光範圍-90 至 90 度。

    2. 以上四組的發光外型在 0 度處與圖 3-4 及圖 3-5

    白光 LED3V 有明顯的不同。這四組在 0 度處有

    一個有高峰照度值分別為 32、76、36 及 83lux,

    而白光 LED 則在-32 與 32 度有兩個高峰照度值

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    306

    分別為 506 及 513lux。

    3. 在表 3-5中非上述之另外四組因有光譜光子數過

    飽和的現象,所以沒有列出其配光曲線。

    3-8-2 光譜圖比較

    1. 由圖 3-28 到 3-35 的光譜圖與 3-9 白光的光譜圖

    比較統計成表 3-5。由表 3-5 可得知,只要藍光

    LED 6V 時,光譜圖就能呈現過飽和狀態。

    2. 由於 LEDs(紅 4V 綠 4V 藍 4V) 與 LED(紅 6V

    綠 4V 藍 4V)和白光 LED 光譜外型較相似,但

    波段範圍與光子數最高峰所在波長有所不同。這

    兩組的光子數最高峰發生在波長/相對頻譜功率

    值(nm/%) 480/1、508/0.27、521/0.34 與 480/1、

    508/0.26、521/0.33 和圖 3-10Philps 的白光 LED

    436/0.95、479/0.059 及 554/0.45,光譜誤差分別

    相差為 3.60%及 3.59%。

    表 3-5 混光 LED 與白光 LED 的光譜比較表

    3-8-3 模擬照度圖比較

    圖 3-36 到圖 3-39 是我們模擬得到的照度圖,

    比較如表 3-6,發現 LEDs(紅 4V 綠 4V 藍 4V)和

    LEDs(紅 6V 綠 4V 藍 4V)這兩組平面最大照度值

    18000lux 較大,但仍與白光 LED 照度值 2600000lux

    有一段差距,相差超過 100 倍。

    表 3-6 混光 LED 與白光 LED 的照度比較表

    照度(lux) 水平最大 垂直最大 平面最大

    電壓(V)

    R4V G4V B4V 16500 15500 18000

    (左上)

    R4V G6V B4V 11500 10500 14000

    (中間)

    R6V G4V B4V 16500 15500 18000

    (中間)

    R6V G6V B4V 12000 10500 14000

    (中間)

    W3V 2250000 2200000 2600000

    (中間上)

    四、結 論

    本文紅、綠及藍等發光二極體(RGB LEDs)組

    合混成白光LED,由混光模擬結果可知在照度值、

    照度分佈與飛利浦白光LED結果是有明顯差異,由

    TracePro軟體模擬的結果,發現四組三顆LED所混

    出的平面最大照度值是遠低於飛利浦白光LED的

    平面最大照度值。在光譜上,可知藍光光譜範圍在

    400nm~500nm、綠光光譜範圍在500nm~600nm、紅

    光光譜範圍在500nm~700nm,而白光D65照明譜範

    圍分 為兩 區段 , 400nm~500nm 有一 特徵 峰、

    500nm~700nm為一特徵峰,飛利浦白光LED是接近

    白光D65照明,但因飛利浦白光LED是用藍光LED

    結合螢光粉燈罩,螢光光譜範圍介於580nm~600nm

    之間,所以500nm~700nm較為明顯與吻合。由混光

    光譜結果,知當B LED電壓6V時有飽和現象,而無

    法與其他RG LEDs混成出白光;及知RGB LEDs電

    壓在6、4及4V或4、4及4V下時混光,由光譜結果

    知其在450nm~500nm明顯較接近白光光譜,但在

    500nm ~700nm則較不明顯。未來考慮將RGB LEDs

    封裝成一個LED或設計補償分光路,進行改進。

    組 紅光 綠光 藍光 誤差

    (%)

    光譜

    一 4V 4V 4V 3.60

    二 4V 4V 6V 4.11 飽和

    三 4V 6V 4V 3.72

    四 4V 6V 6V 4.20 飽和

    五 6V 4V 4V 3.59

    六 6V 6V 4V 3.77

    七 6V 4V 6V 4.04 飽和

    八 6V 6V 6V 4.14 飽和

  • 遠東學報第二十八卷第三期 中華民國一百年九月出版

    307

    參考文獻

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    及模擬優化.國立台灣科技大學,中華民國九十五

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    出版股份有限公司.

    http://www.lumileds.com/

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    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    70000

    400 450 500 550 600 650 700 750 800

    波長(nm)

    光子

    數(cou

    nts)

    4v6v8v10v