TW200929621A - Light emitting device with phosphor wavelength conversion - Google Patents

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TW200929621A
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Yi-Qun Li
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Intematix Corp
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Description

200929621 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有磷波長轉換的光發射裝置。更明確地 說’本具體實施例係關於發光二極體為基礎的發光系統， 其具有磷（光致發光）波長轉換以產生光之一所需色彩及/或 ‘ 色溫。 . Yi-Qun Li在2007年10月17日申請的標題為”具有磷波長 轉換的光發射裝置（Light Emitting Device with Phosphor o Wavelength Conversion)”的美國專利申請案第^/975,^0號 (律師檔案號碼ITMX-00225US0)。 【先前技術】 固態半導體裝置（尤其係發光二極體（LED))的發展已開 啟新一代節能發光系統的可能。直至以電磁頻譜之藍色/ 紫外線部分發射的LED係開發，開發基於LED的白色光源 ("白色LED")才變得實際。 ©例如US 5,998,925中所教導，白色LED包括一或多個磷 光體材料（其係光致發光材料），其吸收藉由LED晶片發射 的輻射之一部分並重新發射一不同色彩（波長）之光。一般 而言，該LED晶片或晶粒產生藍色光並且該（等）磷光體吸 收一百分比之藍色光並重新發射黃色光或綠色光與紅色 光、綠色光與黃色光或黃色光與紅色光之一組合。未藉由 該磷光體吸收的藉由該LED產生之藍色光之部分（即，藉由 該磷光體發射之部分）係與藉由該磷光體發射之光組合並 提供人眼看起來係幾乎白色的光，磷光體層通常係（例如） 135485.doc 200929621 相鄰或緊鄰該LED晶粒/晶片之一光發射表面來置放，該等 磷光體層自其獲得其激發能量。通常，該磷光體層係直接 塗布至該LED晶粒上以實現照明產物的所需強度與色彩。 如所知，一白色光源之相關色溫（CCT)係藉由比較其色 調與一理論加熱黑體輻射器來決定e CCT係以開氏溫度 (Κ)指定並對應於輻射與該光源相同的白色光之色調的黑 體輻射器之溫度。一白色LED之CCT一般係藉由該磷光體 組成物及併入該LED中之磷光體的量來決定。 今天，大部分使用LED的發光器具設計包含其中一 LED(更通常的係一 LED陣列，其用以實現產生的光之一所 需強度）取代傳統系統組件（例如白熾燈泡、汞汽及小型螢 光燈）的系統。在旨在產生一白色光照明產物之發光系統 的情況下，該等LED可包含紅色、綠色及藍色直射光產生 LED(即’不包括一波長轉換磷光體材料的lED)之一陣列 或最近係白色LED之一陣列。 如US 6,350,041、WO 2004/100226及吾人之共同待審美 國專利申請案11/827,890與11/714,464中所揭示，可遠離其 關聯激發源來提供該磷光體材料。 US 6,35〇,041教導基於一 LED之一固態燈，其徑向發射 分散光以用於室内照明及其他應用。該燈包含諸如一 LED 或雷射之一固態光源，其透過一分離器將光傳輸至一分散 器，該分散器以一所需圖案來分散該光及/或改變光的色 彩。在一具體實施例中，該光源包含一藍色光發射LED， 該分離器係一光導管或光纖裝置，而該分散器徑向地分散 135485.doc 200929621 該光並將某些藍色光轉換至黃色以產生一白色光照明產 物。該分離器將該LED自該分散器分隔一充分距離，以使 得當按室内照明所必需來以提高的電流操作該LED時來自 該LED的熱不會傳送至該分散器。此一燈可以許多圖案來 分散光，但尤其適用於用於室内照明的白色光之一徑向分 散，從而致能該燈在既有燈具與發光器具中係用作一替代 性光源。 2007年7月13日申請的序號為11/827,890的吾人之共同待 審美國專利申請案教導其中該磷光體材料係遠離其關聯激 發源（LED)定位的LED發光/照明系統/器具或燈具。藉由該 LED產生的光係經由一波導媒體運輸至該磷光體材料並將 激發輻射提供至該（等）磷光體及/或磷光體層，從而引起一 光致發光。來自該（等）磷光體的光可包含最終照明產物， 或可將其與來自該激發源之任何可見光相組合（例如，其 可在一藍色LED作為該激發源之情況下發生）。該最終照明 產物可以係白色光或任何色彩的光。可將該波導組態成一 發光系統的形狀，例如一懸掛式發光器具、一台式發光器 具、一落地式發光器具、一檯燈、軌道照明、聚光照明、 重點照明或用於併入至一懸吊天花板中之一發光面板。在 該發光面板組態中，該波導係實質上平面形式並具有提供 於該波導之整個光發射面上的磷光體。藉由複數個led產 生的激發輻射係耦合至該波導之一或多個邊緣中以便實質 上在整個波導中傳播並接著係透過該光發射面發射，其中 該激發輻射之至少一部分激發發射一第二波長之光的磷光 135485.doc 200929621 體。為了防止光透過該面板的後部面損失，在該波導的後 部面（即，與該光發射面相對之面）上提供一反射層。 2007年5月3日申請的美國專利申請案序號11/714,464教 導其中該磷光體係提供於遠離該激發源（LED)定位之一遮 蔽物上的發光器具與系統。該遮蔽物（光學外殼）經組態用 以至少部分地圍繞該LED以使得激發輻射在自由空間中 (即，其並不藉由一光學媒體來導引）行進、傳播自該激發 源至該遮蔽物的至少一釐米之一距離。可將該磷光體提供 於該遮蔽物之内表面或外表面上或併入至該遮蔽材料内。 在一具體實施例中’該發光系統包含一艙壁燈，其包含一 含有一或多個LED的外罩，而該遮蔽物包含一前窗，其覆 蓋外罩開口。由一不透明材料製成的外罩包括反射内表面 以用於朝向該遮蔽物反射光。 WO 2004/100226揭示一LED面板燈’其包含裝載複數個 UV (ultraviolet ;紫外線）發射LED之一外殼與包含一或多 個UV可激發磷光體材料之一可卸除前光發射面板。因為 一磷光體材料產生在所有方向上相等輻射（各向同性）的 光，故某些磷光體產生的光將係導回至該外殼中。為了防 止此類光進入該外殼並係損失，該前面板在其内部表面上 包括一塗層’其對該led之波長而言係透射性而對藉由該 (等）磷光體產生的波長而言係反射性。此外，為了防止非 轉換的UV光之流過，該前面板可在其外部表面上包括一 第二塗層，其反射UV光並透射藉由該（等）磷光體產生的 光。該文件還說明類似一標準白熾燈泡之一發光系統，其 135485.doc 200929621 中在該燈泡包絡之内表面上包括一或多個磷光體材料。 雖然此類發光系統設計可具有一些客戶可接受的所示特 性（例如，諸如強度、色溫及色覺之特性），但仍需要基於 甚至更高效率的固態組件之一發光系統。 【發明内容】 本發明力圖提供一具有磷波長轉換的光發射裝置，其至 少部分地克服已知裝置的限制。本發明之具體實施例係關 於包含一激發源（例如，其可以係一led或一雷射二極體） 與包括一或多個磷光體（光致發光）材料之一光發射表面的 光發射裝置。來自該激發源之光提供一激發輻射至該（等） 磷光體從而引起一光致發光0與來自該激發源之光組合的 藉由該磷光體所產生之光包含該裝置之照明產物。與已知 裝置形成對比，該光發射區域進一步包含一或多個區域 (窗），其不包括磷光體材料並且其對藉由該磷光體與藉由 該激發源產生的兩種光而言係實質上透明。此類窗藉由最 大化由該裝置發射的光來改良該裝置之效率。 依據本發明，一光發射裝置包含：至少一激發源（例如 一或多個藍色發光二極體），其可操作以產生一第一波長 範圍之激發光；以及一光發射表面，其具有至少一磷光體 材料’該磷光體材料吸收該激發光之至少一部分並發射一 第二波長範圍之光，其中藉由該裝置發射的光包含藉由該 光發射表面發射的第一波長範圍與第二波長範圍之組合 光’其特徵為該光發射表面具有不包括該至少一碌光體材 料的至少一窗區域，該窗區域對第一波長與第二波長之光 135485.doc •10· 200929621 係實質上透明。 該光發射表面較佳的係包含一透明基板（例如一丙烯 酸、聚碳酸酯、聚乙烯或玻璃材料），其對第一波長與第 一波長之光係實質上透明並且在其一表面上具有該至少一 磷光體材料。該磷光體材料可包含磷光體區（島）之一陣列 (圖案），其中磷光體區之間的間隙定義該至少一窗區域。 * 為了確保發射的光之一均勻色彩及/或色溫，磷光體區之 圖案較佳的係實質上均勻地分佈於該光發射表面之實質上 整個區域上。在其中磷光體區之陣列包含正方形磷光體區 之一規則陣列的一此類配置中，該窗區域將係柵格狀形式 並係分佈於該光發射表面上。例如，該等磷光體區可以係 實質上多邊形、正方形、圓形、擴圓形、三角形或矩形的 形狀。相反，該磷光體材料可覆蓋整個光發射表面並包括 ®區域之陣列。為了確保發射的光之一均勻色彩及/或 色溫，窗區域之圖案較佳的係實質上均勻地分佈於該光發 φ 射表面之實質上整個區域上。如該等磷光體區，該等窗區 域可以係(例如)實質上多邊形、正方形、圓形、橢圓形、 三角形或矩形的形狀。磷光體區及/或窗區域之陣列可以 係一規則或不規則圖案。 可將該基板組態為—光學組件，該激發光與磷光體產生 的光透過其傳冑。替A地，可將該基板組態為一波導（光 導）媒體並且該激發源可經組態用以將激發光麵合至該基 板中纟此類配置中，該基板係實質上平面形式並且該 激發光係搞合至該基板之一邊緣之至少一部分中。較佳的 135485.doc 200929621 係，該裝置在與該光發射表面相對的基板之表面之至少一 部分上進一步包含一反射器以幫助確保實質上所有光都係 自該光發射表面發射1 了促進光自該光發射表面的發 射，該基板之光發射表面可包括一表面拓撲，例如一表面 圖案化。可藉由雷射或機械切割該基板表面，模製該基板 . 以包括該表面拓撲或粗糙化該表面來定義該表面拓撲。該 基板了包3其他波導形式（例如係伸長或圓柱形式），其中 該光發射表面係該波導之一實質上平坦面或彎曲表面。 在需要產生一特定色彩及/或CCT之光之處，該光發射表 面較佳的係包含至少兩個不同磷光體材料之一圖案。可使 用磷光體組成物、磷光體材料的密度及該等磷光體材料與 窗區域之相對總面積來控制該發射的光之色彩及/4CCT。 對於旨在產生具有一高CRI(演色性指數）的白色光之一 光發射裝置而言，該裝置可進一步包含一或多個LED，其 可操作以產生一第三波長範圍之光，該光有助於由該裝置 φ 藉由該光發射表面發射的光。在一配置中，藍色LED係用 以激發一綠色發射磷光體材料而橙色或紅色LED係用以產 生最終發射產物之橙色或紅色光成分。應明白，在此一配 置中’該發射產物包含紅色（R)、綠色（G)及藍色（B)成分。 較佳的係’藍色LED與撥色或紅色LED晶片之比率係實質 上一比一以確保該綠色光供給足以實現一需要的CRI。應 明白，在此一配置中，藉由該等橙色或紅色lee>產生之光 並不導致該磷光體之激發並且此類光係發射透過光發射磷 光體表面中之一或多個窗區域。在一替代性配置中，可使 135485.doc _ n 200929621 用藍色LED來激發一橙色或紅色發射磷光體並且可使用一 或多個綠色發射LED晶片來供給綠色光至該發射產物。 該鱗光體材料可包含：一以矽酸鹽為主的磷光體；一以 銘酸鹽為主的碌光體；一以氣化物為主的磷光體材料；一 以硫酸鹽為主的磷光體材料；一以氮氧化物為主的磷光 體；一以硫酸氧鹽為主的磷光體；一石榴石材料；一般組 成物A3Si(OD)5之一以發酸鹽為主的鱗光體，其中si係石夕、 〇係氧、A包含锶（Sr)、鋇（Ba)、鎂（Mg)或鈣（ca)而D包含 氣（C1)、氟（F)、氮（N)或硫（S); —般組成物A2Si(〇D)4之一 以石夕酸鹽為主的填光體，其中A包含Sr、Ba、Mg或Ca而D 包含C卜F、N或S ;或化學式Mi.xEuxAly〇[丨+ 3y/2]之一以鋁 酸鹽為主的磷光體，其中Μ係包含Ba、Sr、Ca、Mg、 Μη、Zn、Cu、Cd、Sm或録（Tm)之二價金屬之至少一者。 依據本發明之另一態樣’一光發射裝置包含：一外殼， 其具有一反射内表面；至少一激發源，其係裝載於該外殼 内並可操作以產生一第一波長範圍之激發光；以及一光發 射表面，其覆蓋該外殼之開口並具有至少一磷光體材料， 該磷光體材料吸收該激發光之至少一部分並發射一第二波 長範圍之光，其中藉由該裝置發射的光包含藉由該光發射 表面發射的第一波長範圍與第二波長範圍之組合光，其特 徵為該光發射表面具有不包括該至少一磷光體材料的至少 一區域，該區域對第一波長與第二波長之光係實質上透明 從而允許激發光之一部分與反射的磷光體產生的光通過該 光發射表面。 135485.doc -13- 200929621 【實施方式】 圖1與2分別係依據本發明之一白色光發射發光面板_ 2視圖與斷面示意圖。該發光面板10旨在用於常用於辦公 室與商用住所中的一類型之一懸吊(吊頂)天花板中其中 . 支撐部件(τ條)之-柵格係藉由缦線自天花板懸吊而天花 . 板碑/發光面板係藉由支撐部件之柵格來支撐。一般而 t ’該等天花板碑係正方形（2英尺X2英尺，60 cmx60 cm) 或矩形（4英尺x2英尺，emx6G em)形狀，並且本發明之 Ό 發光面板經組態用以擬合於此一孔徑内。 該發光面板Η)包含一背光單元12與一光發㈣光體面板 14。該背光單元12包含一光箱16，其係（例如）自薄片金屬 裝成，自一塑膠材料模製而成或自任何其他適合材料建構 而成為了最大化來自該發光面板的光發射，該光箱16之 内表面18較佳的係包含光反射表面以朝向該光發射面板14 反射光。在該光箱16内提供發光二極體（LED) 2〇之一陣 〇 列。各LED 20皆可操作以產生波長λ!之光22並且各較佳的 係包含一以InGaN/GaN(氮化銦鎵/氮化鎵）為主的LED晶 片’其產生波長400至480 nm之藍色光。說明九個LED晶 片20之一正方形陣列，不過應明白可修改該等LED之數目 與布局以適應一需要的應用。如將說明，藉由該等LEd 20 產生之光22提供兩個功能：首先其包含最終照明產物32之 一部分；以及其次其提供激發輻射以用於激發該磷光體面 板14之磷光體材料，鑑於後者功能，下文中該光22將係稱 為激發光β 135485.doc -14 - 200929621 該光發射填光體面板14包含一透明基板24(例如，_丙 烯酸薄片），在一下方表面（即，面向該等LED的基板之表 面）上提供璃光體材料（光致發光材料）2 6之一層。在其他配 置中，該透明基板24可包含其他透明材料，例如一聚碳酸 醋、聚乙烯或玻璃。該麟光體材料26可包含能夠藉由該激 發光22來激發的任何光致發光材料，例如以；5夕酸鹽、正石夕 酸鹽、氮化物、氮氧化物、硫酸鹽、硫酸氧鹽、石榴石或 鋁酸鹽為主的磷光體材料。在較佳具體實施例中，該璘光 體材料係一般組成物A3Si(OD)5或A2Si(OD)4之一以矽酸鹽 為主的填光體，其中Si係矽，〇係氧，a包含錄（Sr)、鋇 (Ba)、鎂（Mg)或鈣（Ca)而D包含氣（C1)、氟（F)、氮（N)或硫 (S)。以石夕酸鹽為主的鱗光體之範例係吾人在2〇〇7年4月9 曰申請的共同待審的美國專利申請案US2006/0145123、 US2006/028122 、 US2006/261309 、 US2007029526 及 11/786,044中予以揭示，各申請案之内容在此以引用方式 併入本文中。 如在US2006/0145123中所教導，一銪（Eu2+)活化的以矽酸 鹽為主的綠色磷光體具有通式（Sr，Ai)x(Si，A2)(〇，A3)2+x:Eu2+， 其中.A〗係一 2+陽離子、1 +與3 +陽離子之一組合的至少一 者，例如 Mg、Ca、Ba、鋅（Zn)、鈉（Na)、鋰（Li)、鉍 (Βι)、釔（Y)或鈽（Ce) ; a2係一 3+、4+或5 +陽離子，例如硼 (B)、鋁（A1)、鎵（Ga)、碳（c)、鍺（Ge)、N或磷;以及 & 係一 1-、2-或3-陰離子，例如F、c卜溴（Br)、N4s。化學 式係書寫以指不A】陽離子取代Sr ;該&陽離子取代si ;以 135485.doc •15- 200929621 及該As陰離子取代〇。χ之值係一整數或在2.5與3.5之間的 非整數。 US2006/028122揭示具有一化學式A2Si04:Eu2+D之一以 矽酸鹽為主的黃綠色磷光體，其中A係一二價金屬之至少 一者’其包含Sr、Ca、Ba、Mg、Zn或鎘（Cd);以及D係一 摻雜物’其包含F、CM、Br、碘（I)、P、S及N。該摻雜物d 可按範圍係自大約0.01至20莫爾百分比之一數量存在於該 磷光體中。該磷光體可包含（Sri-x_yBaxMy)Si04:Eu2+F，其 中Μ包含Ca、Mg、Zn或Cd。 U52006/261309教導一兩相位以石夕酸鹽為主的鱗光體， 其具有：一第一相位，其具有與（Ml)2Si04之晶體結構實質 上相同之一晶體結構；以及一第二相位，其具有與 (M2)3Si〇5之晶體結構實質上相同之一晶體結構，其中M1 與M2各包含Sr、Ba、Mg、Ca或Zn。至少一相位係以二價 銪（Eu2+)活化並且該等相位之至少一者包含一掺雜物〇， 該摻雜物包含F、Cl、Br、S或N。咸信至少某些該等摻雜 物原子係位於主矽酸鹽晶體之氧原子晶格位置上。 US2007/029526揭示具有化學式（Sri_xMx)yEUzSi05之一以 矽酸鹽為主的橙色磷光體，其中Μ係包含Ba、Mg、Ca或 Zn之一二價金屬之至少一者；〇<χ<〇·5 ; 2.6<y<3.3 ;以及 0·001<ζ<0.5。該磷光體經組態用以發射具有大於大約565 nm之一峰值發射波長的可見光。 11/786,044教導通式（AAJdSiBaOCOs之一橙紅色磷光 體，其中與A2各包含Sr、Ba、Mg、Ca、Zn、Y、鋼 135485.doc -16- 200929621 (La)、镨（Pr)、釤（Sm)或 Bi，B 丨包含Al、B、P、或〇e 而 Ci 包含 F、Cl、Br、S或 N。 該鱗光體亦可包含一以鋁酸鹽為主的材料，例如在吾人 之共同待審的專利申請案US2006/0158090與US2006/0027786 中所教導，各申請案之内容在此以引用方式併入本文中。 . US2006/0158090教導化學式 之一以鋁 • 酸鹽為主的綠色磷光體，其中Μ係包含Ba、Sr、Ca、Mg、 Μη、Zn、Cu、Cd、Sm及铥（Tm)之二價金屬之至少一者且 ❿ 其中 〇·1<χ<〇.9且 0.5SlyS12。 US2006/0027786揭示具有化學式（MbEu^MgzAlA^】之 一以銘酸鹽為主的麟光體’其中Μ係Ba或Sr之一二價金屬 之至少一者。在一組成物中，該磷光體經組態用以吸收範 圍係自大約280 nm至420 nm之一波長中的輻射，並用以發 射具有範圍係自大約420 nm至560 nm之一波長的可見光， 並且 0.05<x<0.5 或 0.2<x<0.5 ; 3SlyS12 且 0.8SlzS12。該鱗光 ❹ 體可進一步以一鹵素摻雜物Η(例如C卜Br或I)來摻雜並可屬 於 '~~ 般組成物（Mi_xEux)2_zMg2AlyO[i+3y/2].:H。 應明白’該磷光體並不限於本文中說明的範例，並可包 . 含任何無機磷光體材料，其包括（例如）氮化物與硫酸鹽磷 • 光體材料、氮氧化物與硫酸氧鹽碌光體或石權石材料。 圖3係該光發射麟光體面板14之一平面圖。在所說明的 具體實施例中’該磷光體層26在該面板之整個表面上包含 磷光體材料之一均勻層並具有不包括磷光體材料的圓形區 域28之一規則陣列（圖案）。該等圓形區域28構成光發射磷 135485.doc -17- 200929621 光體面板14内的窗或孔徑之一陣列或圖案。可藉由將該磷 光體材料與一黏合劑（例如，NAZDAR的透明網版油墨 9700)之一混合物網版印刷至該透明基板24之表面上來製 造光發射磷光體面板14。應明白，可藉由其他沈積方法 (例如噴灑、喷墨印刷等等）來產生該磷光體圖案◊為了保 護該磷光體圖案26，可將該面板14黏著至該背光單元12並 使該磷光體圖案26面向該等LED 20。在其他配置中，該光 發射磷光體面板可在該磷光體層上進一步包括一透明保護 層或膜（未顯示）。 圖1與2之發光面板1 〇經組態用以產生具有一 θ7〇〇〇 κ之 相關色溫（CCT)的冷白（CW)光，並且該磷光體材料26可包 含（例如）產生波長λ2»500至540 nm之光之一以石夕酸鹽為主 的綠色光發射磷光體材料、產生波長12354〇至58〇 nm之光 之一石權石或以矽酸鹽為主的黃色光發射磷光體、以矽酸 鹽為主的綠色與橙色光發射磷光體之一混合物或以矽酸鹽 為主的綠色與以氮化物為主的紅色光發射磷光體之一混合 物。在操作中’藉由該等LED 2〇發射的激發光22照射該光 發射麟光體面板14 ^該磷光體材料26吸收一比例之激發光 22從而引起重新發射波長χ2之綠色光3〇的磷光體之激發。 自該面板之上部面（光發射表面）34發射的光32(其包含最終 照明產物）係藉由該磷光體產生的綠色光（人2)與未藉由該破 光體吸收的藍色激發光（λ〗）之一組合，並且此對人眼將呈 現為白色。藉由該磷光體吸收的藍色激發光22之比例將取 決於每單位面積的磷光體材料之密度與該磷光體層26之厚 135485.doc •18- 200929621 度。由於嶙光體發光之各向同性性質所致，此意味著該鱗 光體將在返回至該發光面板中之一方向上發射其大約百分 之五十的輻射此類光將係藉由該光箱之反射内表面18反 射回朝向該面板之光發射表面34。因為該等窗28對藉由該 等LED發射之光（λι)與藉由該磷光體產生之光（μ)係透明 _ 的，故該等窗允許自該發光面板發射藍色光與綠色光兩 . 者。本發明之光發射裝置之一優點係超過已知配置之一增 ㈣光輸出並因此係、改良的效率。本發明之另-優點係因 為該磷光體材料係提供於與一併入一磷光體的LED相比較 相對較大之一區域上’故此防止該磷光體材料的熱退化。 圖4a與4b係依據本發明之另外具體實施例的光發射磷光 體面板14。在此等具體實施例中，該磷光體包含兩個不同 磷光體材料之一圖案。對於要產生一選定CCT之一白色光 的一發光面板而言，該磷光體材料可包含（例如）以矽酸鹽 為主的綠色（《500至54〇 nm)與橙色0575至61〇 發射磷 φ 光體。在一較佳配置中，該磷光體面板包含綠色與紅色光 發射磷光體之一圖案。 在圖4a中，該磷光體圖案包含交替磷光體材料之隔開的 正方形區域之一規則（正方形）陣列，其申綠色磷光體區4〇 ' 係藉由實心正方形指示而橙色磷光體區42係藉由交又斜線 的正方形指示。在磷光體材料之正方形島之間的所有區域 (即，不包含磷光體材料之區域）包含一窗28，其係柵格狀 形式並係均勻地分佈於該面板之整個表面區域上。可藉由 混和粉末狀磷光體材料與一透明網版油墨或透明油漆來網 135485.doc 19· 200929621 版印刷該鱗光體圖案。通常，填光體在沈積的材料中之重 量負載係在10與30%之間，不過其範圍可在1與99%之間， 視所需照明產物而定^為了每單位面積沈積一充分密度的 鱗光體材料（例如《0.02至0.04 g/cm2)，可能需要進行多回 印刷進程（4至12個進程），進程數目視該印刷網版的網目大 小。圖4a之磷光體圖案之一優點係因為該等磷光體區係隔 開，故此防止在製造該面板期間不同磷光體材料之間的任 何可能的交互作用。在旨在產生具有一改良演色性指數 (CRI)的光之一替代性具體實施例中，該橙色光發射磷光 體係藉由一紅色光發射磷光體予以取代。然而，由於紅色 鱗光體之更低效率所致’在藉由該面板發射之光的亮度方 面可能存在一折衷。 在圖4b中’該磷光體圖案包含該兩個磷光體材料的正方 形區之一規則陣列（一方格（棋盤）圖案），其中該等綠色磷 光體區40係藉由實心正方形指示’該等撥色碟光體區⑽ ❹ 藉由交又斜線正方形指示，並且該等透明窗區28(即’不 包含磷光體材料之區）係藉由加框正方形指示。與圖物之 具體實施例形成對比，該等磷光體區之轉角彼此鄰接。如 所說明，綠色與橙色磷光體區係窗區的大約兩倍。方便的 系β亥鱗光體圖案係網版印刷於一透明基板上，不過應明 白可使用任何適合的沈積技術。熟習此項技術者應明白其 他鱗光體圖案，並且其他磷光體圖案將取決於所需照明產 物並可包括(例如)形狀為多邊形、三角形、矩形、六邊形 或不規則的窗區及/或填光體區。此外，該等窗區及/或填 135485.doc •20· 200929621 光體區可包含規則或不規則圖案。該油墨或油漆中的磷光 體之濃度、不同磷光體區之厚度與相對面積及該（等）窗區 之面積與幾何形狀可以係最佳化以針對發射的光之一所需 色彩實現最高光輸出效率。例如，在其他具體實施例中， 各麟光體區可經組態用以吸收100%的激發光。此外，應 明白為了產生一實質上均勻的照明產物，該等窗區與磷光 • 體區應係實質上均勻地分佈於該面板之光發射表面上。 在替代性具體實施例中，可使用該透明基板24之一表面 ® 拓撲來定義該磷光體圖案。在一配置中，該表面拓撲定義 一凹陷陣列以用於接收該一或多個磷光體材料。在此一配 置中’該透明基板係藉由精度模製來製造並且一預先選定 體積的磷光體/黏合劑混合物係使用（例如）如Asymtek所製 造之一奈升大小的活塞型分配器頭來分配至各凹陷中。此 外’該光發射面板之光發射表面34可額外包括一表面拓 撲，其疋義諸如一透鏡陣列或一透鏡結構的一或多個光學 φ 組件。同樣，可藉由該透明基板之精度模製來製造此一結 構。 圖5與6a分別係依據本發明之另一具體實施例的一邊緣 發光白色光發射發光面板51〇的透視圖與斷面示意圖.在 - 此說明書中，前面係對應一給定具體實施例之第一圖號的 類似參考數字係用以表示類似部分。例如，在圖5與6a 中’圖1之光發射磷光體面板14係表示為514。 在此具體實施例中’該光發射磷光體面板514用作一波 導（光導）媒體並導引來自邊緣發光單元5 12之led 520的激 135485.doc 21 - 200929621 發光522。該光發射磷光體面板5 14包含透明材料（例如一 丙烯酸材料）之一平面薄片524，該透明材料之尺寸係使得 在該面板之周邊邊緣周圍包括該等邊緣發光單元512的發 光面板會擬合至一標準懸吊天花板之一碑孔徑中。各邊緣 發光單元512皆包含藍色發射LED晶片520之一線性陣列， 該等晶片係沿一發光條536之長度來黏著。該發光條536提 供至該等LED晶片520的電連接與藉由將熱傳導至該發光 條之外表面的晶片之熱管理，該發光條可包括一系列散熱 片（未顯示）以辅助熱自該發光面板之輻射。該發光條536之 内表面（即，面向該透明波導524之邊緣的表面）可包括一反 射表面538以防止光自該平面波導524之邊緣逃逸。替代 地’該波導524之邊緣可包括一反射表面以最小化光自該 等邊緣的逃逸。在所說明的範例中，邊緣發光單元512係 沿兩個正交邊緣提供，不過在其他具體實施例中，其可沿 该平面波導薄片524之一個、兩個、三個或所有邊緣來提 供。在該波導524之光發射表面534(如所說明，此係上部 面）上，存在具有窗區域528之一陣列的麟光體材料526之 一層。在該波導524之下部面（即，導向支撐天花板之面） 上，存在咼度反射材料之一層540以確保實質上所有光係 自該光發射填光體面板514之光發射面5 3 4發射。 在操作中，藉由該等LED晶片520產生的激發光522(其 屬於一第一波長範圍λ!)係耦合至該平面波導524中並係在 該波導524之整個表面上予以導引。透過該上部面（光發射 表面）發射的光通過該填光體圖案中之一窗528或引起該填 135485.doc -22- 200929621 光體材料之激發，該磷光體材料重新發射一第二更長波長 範圍λ2之光530。包含該最終照明產物的自該光發射磷光 體面板514之上部面發射的光532係該激發光522與藉由該 磷光體發射之光530之一組合。一般而言，該照明產物將 係白色光’並且該磷光體層可包含綠色（5〇〇至54〇 nm)或 橙色（580至620 nm)發射磷光體或藉由該藍色激發光活化 的磷光體材料之一組合。藉由該面板51〇產生的光之相關 色溫（CCT)可藉由與磷光體區域相比較包含窗區域的光發 射面板之表面區域的比例與磷光體材料之數量、厚度及組 成物來選擇。在其他配置中，該面板可經組態用以藉由適 當選擇該磷光體材料、厚度及圖案來產生彩色光。 該波導524之光發射表面534可額外包括定義一或多個光 學組件（例如，透鏡之一陣列或透鏡結構）之一表面拓撲以 增強（促進）自該光發射表面之光發射及/或發射角度。在一 配置中’在沈積該磷光體圖案之前，以一互補圖案來雷射 切割該波導524之表面。在一替代性配置中，可精度模製 該波導以包括透鏡之一陣列或其他光學特徵，以促使光自 該波導之發射面射出。替代地，該波導之表面可包括該表 面之一粗糙化或該表面之一規則圖案化。 在其他配置中，如圖6b所說明，可使用一波導表面拓撲 來定義該磷光體/窗圖案以及促進光自該波導之光發射表 面的發射。在所示配置中，該平面波導524之光發射表面 534包括淺凹陷542之一陣列，其用於接收該磷光體材料 526。可藉由精度模製該透明基板524並接著使用（例如）如 135485.doc -23- 200929621
Asymtek所製造之一奈升大小的活塞型分配器頭來分配一 預先選疋體積的填光體/黏合劑混合物至各凹陷中來製造 該光發射磷光體面板5 14。替代地，可在該波導的整個光 發射表面上刷一磷光體/黏合劑混合物並接著以一撓性刀 片或輥（橡膠輥）來擦抹該表面以擦掉多餘磷光體材料，使 • 得磷光體材料僅保留在該等凹陷中。此外，該光發射鱗光 • 體面板514可包括透鏡544之一陣列或其他光學組件以聚焦 或以其他方式引導該發光面板之光發射532。 本發明之邊緣發光發光面板之一優點係該面板之小型性 質，尤其係總體厚度，其可與該光發射鱗光體面板514之 厚度相同（即，f»5至10 mm)。 雖然該發光面板5 1 0係說明為用於一懸吊天花板中，但 其亦可用於牆壁上，與天花板齊平，用作地板之一部分或 任何水平表面（例如櫃檯頂部）或其他平面表面（例如樓梯踏 板或豎板）。此外，該面板可用作一建築物之一結構組件 φ 之一部分或傢俱之部分。在樓梯踏板或豎板之情況下，該 波導較佳的係包含一層壓玻璃構造，其中該磷光體圖案係 併入插入層壓之一者内。除平坦面板發光以外，應明白可 按需要將該光發射面板製造為—彎曲表面或其他形式。 圖7係依據本發明之另一具體實施例之一反射器燈71〇的 部分剖面透視圖並旨在作為對一傳統河尺“型鹵素反射器 燈之一直接取代。該燈710包含具有一 GU10基底752之一 半球形反射器750並旨在用於電力幹線操作11〇至24〇 v AC (alternating current ;交流電）。應明白，可使用其他反射 135485.doc -24 - 200929621 器組態及/或基底，例如GU4、GU5·3、GX5.3、GY4及GZ4 反射器燈基底。在本發明之反射器燈71〇中，齒素燈泡係 藉由黏著於一散熱器754上的藍色發射LED晶片720之一陣 列所取代。驅動器電路756係裝載於該基底内以致能直接 自一電力幹線電源操作該等LED晶片。 β亥反射器燈710進一步包含一前蓋758，其覆蓋該反射器 • 750的開口。構成該燈之光發射表面734的前蓋758包含一 透明薄片（例如’ 一丙烯酸薄片），在其内部面（即，面向該 ® 等LED晶片之面）上具有磷光體材料之一層726。該磷光體 層（圖案）726包括窗728之一規則陣列（圊案），其不包括任 何麟光體材料。由於填光體發光之各向同性性質所致，藉 由該燈發射的光732將不具有一精確定義的光束圖案而與 當前反射器750無關。為了在一所需方向上準直及/或引導 該發射的光，該前蓋758可以係形成為一透鏡及/或在其外 表面上包括一透鏡結構。在一配置中，藉由（例如）精度模 φ 製該前蓋來在該蓋之外表面上定義一菲涅爾（Fresnel)透 鏡。如在其他具體實施例中，可使用該前蓋756之一表面（較 佳的係内表面）之一表面拓撲來定義該磷光體及/或窗圖案。 圖8係依據本發明之一燈泡81〇的部分剖面透視圖，其旨 • 在作為針對一傳統白熾燈泡之一直接取代。旨在用於電力 幹線操作110至240 V AC的燈泡810包含一透明包絡85〇與 E26‘準基底（螺絲連接器）86〇。應明白，可使用其他包 絡形狀及/或連接器，例如一插接連接器。在本發明至燈 /包810中，鎢絲配置係藉由黏著於一散熱器上的藍色發 135485.doc -25- 200929621 射LED晶片820之一陣列所取代。驅動器電路（未顯示）係裝 載於該螺絲連接器8 6 0内以致能直接自一電力幹線電源操 作該等LED晶片。 構成該燈泡之光發射表面834的包絡858較佳的係包含一 透明塑膠材料（例如，一丙烯酸材料）並在其整個表面上具 有磷光體材之一層826。該磷光體層826包括窗828之一圖 案（陣列）’其不包括任何磷光體材料《可在該包絡之内表 面或外表面上提供該磷光體層，不過為方便製造前者較 佳。因為該磷光體材料更容易提供於該包絡之外表面上， 故該燈泡較佳的係進一步包括覆蓋該磷光體層之一透明外 保護層（未顯示）。 圖9係依據本發明之另一具體實施例之一管狀燈91〇的部 分剖面透視示意圖。該燈910可用以取代一傳統管狀白織 燈泡或可用作對一螢光管之一替代物並旨在用於電力幹線 操作110至240 V AC。在此具體實施例中，該燈91〇係伸長 形式並包含一伸長外殼962，其裝載包含藍色lEd晶片920 之一線性陣列的一發光條964。該等LED晶片920係沿該發 光條964之長度相等地隔開以在該外殼内提供一實質上均 勻的照明。該發光條964與外殼962可由一導熱材料（金屬 或金屬負載的環氧樹脂/聚矽氧）製成並較佳的係彼此熱流 通以將藉由該4 LED晶片920產生的熱自該燈的後部導 出》該外殼的後部可進一步包括一系列散熱片（未顯示）以 輔助熱的有效消耗。驅動器電路（未顯示）係裝載於該外殼 内以致能經由連接引線966直接自一電力幹線電源操作該 135485.doc -26- 200929621 等LED晶片。 該燈910之光發射表面934包含具有沿其長度延伸之—開 口的一般管狀透明蓋950並係由一透明塑膠材料（例如一丙 烯酸材料）製成。該蓋在其整個表面上具有磷光體材料之 一層926並包括不包括任何磷光體材料的窗928之一圖案。 該蓋968之開放邊緣係黏著於該外殼962中並且不透明端蓋 970覆蓋該蓋之開放端以防止光自該燈之端逃逸。 應明白，本發明並不限於所說明的特定具體實施例並且 可進行在本發明之範疇内的變更。本發明之具體實施例係 關於具有一光發射表面的光發射裝置與發光系統，該光發 射表面包括一或多個磷光體材料與一或多個窗區域以允許 激發光與磷光體產生的光之發射。 該等磷光體區及/或窗區域之配置與相對比率可以係選 擇以實現發射的光之一所需色彩及/或色溫。為了確保在 該光發射表面之整個區域上產生一實質上均勻的色彩照明 產物’該等窗區域及/或磷光體區應係實質上均勻地分佈 於該光發射表面上。可將該光發射表面組態為一光傳輸或 一波導光學配置。在一配置中’該光發射表面包含一透明 膜’其上沈積鱗光體材料之一圖案。接著，可將此一膜施 加至現有光學組件之光發射表面。 為了進一步增強發射的光之色彩均勻度，該裝置可進一 步包括一光擴散層，其可（例如）包含承載光散射粒子（例如 二氧化矽）之一透明材料。 此外，雖然在所說明的範例中一單一色彩LED(較佳的 135485.doc -27· 200929621 ❹ e 係藍色）係既用作一磷光體激發源又用以供給光至該發射 產物’但在其他具體實施例中可設想使用兩個或兩個以上 不同色彩LED與一或多個磷光體材料之一組合以產生該需 要的光發射產物。例如’在旨在產生具有一高CRI(演色性 指數）的白色光之一配置中’藍色LED晶片係用以激發一綠 色磷光體材料而橙色或紅色LED晶片係用以產生最終發射 產物之橙色或紅色光成分。在此一配置中，該發射產物包 含紅色（R)、綠色（G)及藍色（B)成分。較佳的係，藍色led 與橙色及/或紅色LED晶片之比率係實質上二比一以確保該 綠色光供給足以實現一需要的CRh應明白，在此一配置 中，藉由該等橙色及/或紅色LED產生之光並不導致該磷光 體之激發並且此類光係發射透過該光發射磷光體表面中之 一或多個窗。在一替代性配置中，可使用藍色LED來激發 一橙色或紅色發射磷光體並且可使用一或多個綠色發射 LED晶片來供給綠色光至該發射產物。 【圖式簡單說明】 為了更佳地瞭解本發明 明的具體實施例，其中： 圖1係依據本發明之一 意圖； ，已參考附圖經由範例說明本發 彦光發光面板的部分分解透視示
2係圖1之背光發光面板透過一 圖， 平面AA的示意斷面 的依據本發明之一光發 圖3係用於圖1與2之發光面板中 射填光體面板； 135485.doc •28· 200929621 圖4a與4b係依據本發明之另外具體實施例的光發射磷光 體面板； 圖5係依據本發明之一邊緣發光發光面板的部分分解透 視不意圖； 圖6a係圖5之邊緣發光發光面板的示意斷面圖； 圖6b係依據本發明之另一態樣之一邊緣發光發光面板的 不意斷面圖；
圖7係依據本發明之一反射器燈的部分刮面透視圖； 圖8係依據本發明之一燈泡的部分剖面透視圖；以及 圖9係依據本發明之一管狀燈的部分剖面透視示意圖。 【主要元件符號說明】 10 發光面板 12 背光單元 14 光發射麟光體面板 16 光箱 18 光箱之内表面 20 發光二極體/激發源 22 光 24 透明基板 26 碟光體材料（光致發 28 窗區域 30 綠色光 32 照明產物 34 光發射表面 ❹ 135485.doc -29- 200929621 40 綠色磷光體區 42 橙色磷光體區 510 發光面板 512 邊緣發光單元 514 光發射磷光體面板 ' 520 LED晶片 • 522 激發光 524 波導/平面薄片/透明基板 ® 526 磷光體材料 528 窗區域 530 光 532 光 534 光發射面 536 發光條 538 反射表面 * 540 ❹ 局度反射材料層 542 凹陷 544 透鏡 ' 710 反射器燈 - 720 藍色發射LED晶片 726 磷光體材料層 728 窗 732 光 734 光發射表面 135485.doc -30- 200929621 ❹ 參 750 半球形反射器 752 基底 754 散熱器 756 驅動器電路 758 前蓋 810 燈泡 820 藍色發射LED晶片 826 磷光體材料層 828 窗 834 光發射表面 854 散熱器 858 包絡 860 E26標準基底（螺絲連接器） 910 管狀燈 920 藍色LED晶片 926 磷光體材料層 928 窗 934 光發射表面 962 伸長外殼 964 發光條 966 連接引線 968 蓋 970 不透明端蓋 135485.doc -31

Claims (1)

  1. 200929621 十、申請專利範園： 一種光發射裝置，其包含：至少一激發源，其可操作以 產生一第一波長範圍之激發光；及一光發射表面，其具 有至少一磷光體材料，該磷光體材料吸收該激發光之至 少一部分並發射一第二波長範圍之光，其中藉由該裝置 發射的光包含藉由該光發射表面發射的該等第一波長範 圍與第二波長範圍之組合光，其特徵為該光發射表面具 有不包括該至少一磷光體材料的至少一窗區域，該窗區 域對該等第一波長與第二波長之光係實質上透明。 2·如請求項1之光發射裝置’其中該光發射表面包含一基 板’其對該等第一波長與第二波長之光係實質上透明並 且在其一表面上具有該至少一磷光體材料。 3，如請求項2之光發射裝置’其中該至少一磷光體材料包 含鱗光體區之一陣列，其中磷光體區之間的間隙定義該 至少一窗區域。 4. 如請求項3之光發射裝置，其中該等磷光體區係分佈於 該光發射表面之實質上整個表面上。 5. 如請求項4之光發射裝置，其中該等磷光體區係實質上 均勻地分佈於該光發射表面上。 6·如請求項3之光發射裝置，其中該等磷光體區之形狀係 選自以下實質上形狀組成的群組：多邊形、正方形、圓 形、橢圓形、三角形及矩形。 7·如請求項2之光發射裝置，其中該至少一磷光體材料實 質上覆蓋該光發射表面並包括窗區域之一陣列。 135485.doc 200929621 8. 如請求項7之光發射裝置，其中該等窗區域係分佈於該 光發射表面之實質上整個表面上。 9. 如請求項8之光發射裝置’其中該等窗區域係實質上均 勻地分佈於該光發射表面上。 10. 如請求項7之光發射裝置，其中該等窗區域之形狀係選 自以下實質上形狀組成的群組：多邊形、正方形、圓 形、橢圓形、三角形及矩形。 11. 如請求項2之光發射裝置，其中該基板包含一波導媒體 且其中該激發源經組態用以將激發光耦合至該基板令。 12. 如請求項11之光發射裝置，其中該基板係實質上平面形 式且其中該激發光係耦合至該基板之一邊緣之至少一部 分中。 13. 如请求項12之光發射裝置，且其進一步包含在與該光發 射表面相對的該基板之表面之至少一部分上之一反射 14·如請求項12之光發射裝置，且其進一步包含具有用以促 進光自該光發射表面基板的發射之一表面拓撲的該基板 之該光發射表面。 15. 如請求項2之光發射裝置，且其進一步包含至少兩個不 同磷光體材料之一圖案。 16. 如請求項2之光發射裝置，其中該基板係選自以下材料 組成的群組：一丙烯酸、一聚碳酸酯、一聚乙烯及一玻 璃。 17. 如請求項1之光發射裝置，其中該至少一激發源包含一 135485.doc 200929621 藍色發光二極體。 18·如清求項17之光發射裝置’且其進一步包含至少一發光 一極體’其可插作以產生一第·=波長範圍之光，該光有 助於由該裝置藉由該光發射表面發射的光。 19. 如請求項18之光發射裝置，其中該至少一發光二極體可 操作以產生一第三波長範圍之光，其係選自以下光組成 的群組：橙色光、紅色光及綠色光。 20. 如請求項1之光發射裝置，其中該至少一磷光體材料係 選自由以下磷光體材料組成的群組：一以矽酸鹽為主的 磷光體；一以鋁酸鹽為主的磷光體；一以氮化物為主的 磷光體材料；一以硫酸鹽為主的磷光體材料；一以氮氧 化物為主的磷光體；一以硫酸氧鹽為主的磷光體；一石 榴石材料；一般組成物A3Si(OD)5之一以矽酸鹽為主的碟 光體，其中Si係矽、0係氧、A包含鳃（Sr)、鋇（Ba)、鎂 (Mg)或鈣（Ca)而D包含氣（C1)、氟（F)、氮（N)或硫（S); — 般組成物AjiCOD)4之一以矽酸鹽為主的磷光體，其中a 包含Sr、Ba、Mg或Ca而D包含Cl、F、N或S ;以及化學 式Mi.xEuxAlyO[1+3y/2]之一以鋁酸鹽為主的碟光體，其中 Μ係包含 Ba、Sr、Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、Cd、Sm或録 (Tm)之一二價金屬之至少一者。 21. —種光發射裝置’其包含：一外殼’其具有一反射内表 面；至少一激發源，其係裝載於該外殼内並可操作以產 生一第一波長範圍之激發光；以及一光發射表面，其覆 蓋該外殼之該開口並具有至少一磷光體材料，該磷光體 135485.doc 200929621 材料吸收該激發光之至少一部分並發射一第二波長範圍 之光，其中藉由該裝置發射的光包含藉由該光發射表面 發射的該等第一波長範圍與第二波長範圍之組合光，其 特徵為該光發射表面具有不包括該至少一磷光體材料的 至少一區域，該區域對該等第一波長與第二波長之光係 實質上透明，從而允許激發光之一部分與反射的鱗光體 - 產生的光通過該光發射表面。 Ο 135485.doc
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