TW201103173A - Color adjusting arrangement - Google Patents
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201103173 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種色彩調整配置,其包括—第一波長轉 換材料及一互補波長轉換材料。 【先前技術】 基於發光二極體(LED)之照明裝置日益用於各種照明及 發信號應用。與傳統光源(諸如白熾燈與營光燈)相比, LED提供若干優點,包含長壽命、高流明效率、低操作電 壓及流明輸出之快速調變。 高效大功率LED係經常基於藍色發光InGaN材料。為了 產生具有一所要色彩(例如白色)輸出之一基於LED之照明 裝置,可提供通常稱為—磷光體之一適當波長轉換材料, 该波長轉換材料將該LED所發射之光的部分轉換為具有較 長波長之光以便於產生具有所要光譜特性之一光組合。在 用於發射白光之一基於藍色LED之裝置中使用之一適當波 長轉換材料之一實例為鈽摻雜記鋁石榴石(YAG:Ce)。 基於LED鱗光體之照明裝置之一缺點在於:在該裝置之 功能性關閉狀態中’該磷光體之色彩可為清晰可見。例 如’ YAG:Ce具有一明顯帶黃色外觀。因為在許多應用 中’處於該關閉狀態中之一光源之一彩色外觀係非所要, 所以技術已經發展以產生具有處於關閉狀態中之一中性 (例如白色或帶白色)外觀之基於LED之照明裝置。一此種 技術係揭示於WO 2008/044171中,其描述包括一LED及一 填光體層之一照明裝置。該照明裝置進一步包括用於將一 146597.doc 201103173 剩餘電流提供至處於功能性關閉狀態中之led之構件。由 於透過該照明裝置之處於功能性關閉狀態中之led之該剩 餘電流’該LED所產生之微量光比經反射環境光更強,及 由此該LED將看起來具有對人眼之一中性色彩。 然而,存在對於提供改良發光裝置之一技術需要,處於 功能性關閉狀態中之該發光裝置具有一白色或中性外觀。 【發明内容】 本發明之一目的為克服至少一些先前技術問題且提供一 種色彩調整配置,該色彩調整配置可減弱處於關閉狀態中 之一發光裝置之一波長轉換材料之一彩色外觀。 在一態樣中,本發明係關於一種色彩調整配置,其包 括: 一第一波長轉換材料,其經配置以接收自該色彩調整配 置外側之一觀看位置入射之環境光,且能夠將具有一第一 波長範圍之環境光轉換為具有一第二波長範圍之光,及/ 或反射具有5亥第二波長範圍之環境光,該第二波長範圍係 可見光譜之部分;及 一互補波長轉換材料,其經配置以接收環境光且能夠將 該環境光之部分轉換為具有一互補波長範圍之光,該互補 波長範圍互補於該第二波長範圍,且該互補波長轉換材料 經配置以允許混合具有該第二波長範圍之光與具有該互補 波長範圍之光, 使得由該第一波長轉換材料所發射及/或反射之具有該 第二波長範圍之光與具有該互補波長範圍之光在離開該色 146597.doc 201103173 彩調整配置朝向一觀看位置時被混合,離開該色彩調整配 置之該光具有大致上接近黑體線之一色點。因此,藉此表 現為不太彩色,亦即較佳地為中性(例如帶白色或白色)。 因此,虽曝露於環境光時,用於藉由轉換—LED所發射之 藍色光而獲得白色光之磷光體之色彩自外側看係不可見或 至少不太可見。藉由在各情況下加入一適當互補色彩(波 長範圍),該色彩調整配置係適用於各種基於磷光體之 LED ’含有-藍色以體、橙色/琥⑶鱗光體、紅色構光體 或綠色磷光體。 使用根據本發明之該色彩調整配置,為了給出一不太彩 色之關閉狀態外觀’不需要額外散射材料,其可引起一改 良之效率,因為可減小處於開啟狀態中之歸因於散射之光 損失量。 例士 °亥互補波長轉換材料可為能夠將在至多420奈米 波長範圍(諸如250奈米至420奈米,例如35〇奈米至42〇奈 米)中之%境光轉換為具有該互補波長範圍之光。有利的 疋γ可使用合適波長轉換材料將uv或深藍色光轉換為任 意可見波長M吏用一 uv吸收互補波長轉換材料之另一優 點在於:其可提供對該第一波長轉換材料及該色彩調整配 置之任意其他結構或包括該色彩調整配置之一照明裝置之 t意結構之保護’使其等免受㈣光。通常,該互補波長 範圍可自4〇〇奈米至5〇〇奈米。 ,該第一波長範圍可自300奈米至52〇奈米,例如自奈 ;; 不、米。此外,該第二波長範圍可自490奈米至780 146597.doc 201103173 奈米。 該色彩調整配置可包括一第一域,諸如包括該第一波長 轉換材料之-層,及一互補域,諸如包括該互補波長轉換 材料之—層。因此,該第一波長轉換材料及該互補波長轉 換材料可為空間分離,其可降低該第一波長轉換材料重新 吸收該互補波長轉換材料所發射之具有該互補波長範圍之 光之風險。此種重新吸收可減弱該互補波長轉換材料之色 丨調整效果。因此,藉由將該第一波長轉換材料及該互補 波長轉換材料配置在分離域中,可使用較少量之互補波長 轉換材料達到一色彩調整效果。 上文所述之該互補域可進一步包括可改良該色彩調整配 置之色彩調整效果之散射元件。例如,可將一散射域(例 如呈一散射層之形式)配置在經由該互補域延伸至該第一 域之入射環境光之路徑中,使得入射環境光首先到達該互 補域,隨後到達該散射域,&最後到達該第一域。因為就 光吸收而言,一些散射材料(例如Ti〇2)可與該互補波長轉 換材料競爭,所以可較佳地配置—互補波長轉換域,使得 該環境光在進入該散射材料之前進入此域。如此一來可更 有效地利用該互補波長轉換材料。 在本發明之若干實施例中,該色彩調整配置可包括具有 不同.散射屬性之複數個散射域。因此,可調諧散射對色彩 調整效果之貢獻且可有效地重循環該波長轉換材料所發射 之光。 該色彩調整配置可進一步包括一個二向色反射器,可將 146597.doc 201103173 其配置在經由該互補域延伸至該第一域之入射環境光之路 控中,使得入射環境光首先到達該互補域,隨後到達該二 向色反射器,及最後到達該第一域。—個二向色反射器之 存在可增加該互補波長轉換材料所轉換之光的數量。同 時,藉由保護該第一波長轉換材料及(當存在時之)該散射 層免受環境uv光,二向色反射器可避免或減小由uv引發 之破壞及/或改良該第一波長轉換材料及/或一散射層之效 能。 S玄互補波長轉換材料可包括一無機磷光體材料,較佳地 為一 B AM磷光體。該互補波長轉換材料可為一顆粒材料。 藉由適當選擇顆粒大小,當分散於一膠著劑或載體材料中 時’可調適該互補波長轉換材料對光散射之貢獻。 或者,δ亥互補波長轉換材料可包括有機材料。商用螢光 材料係易於購得。有機分子可溶解於一載體材料令及由此 不對光散射有貢獻,從而可改良光提取。 在另一態樣中,本發明係關於包括一半導體發光元件之 一照明裝置(諸如用於發射具有該第一波長範圍之光之一 LED或一固態雷射二極體)及如本文所述之一色彩調整配 置。 通常,可將該第一波長轉換材料配置在自該半導體發光 元件朝向該互補波長轉換材料之一光路徑中,使得在該照 明裝置之開啟狀態中,該半導體發光元件所發射之光在到 達該互補波長轉換材料之前到達該第一波長轉換材料。因 此’藉由將該互補波長轉換材料配置在該第一波長轉換材 146597.doc 201103173 料之頂°卩上」或「外側」,該互補波長轉換材料不阻擔 自该LED發射且意欲為該第一波長轉換材料所接收之光通 過因此,達到對處於開啟狀態中之該第一波長轉換層之 有效使用。同時’若該互補波長轉換材料係吸收UV,則 可提供對該等半導體發光元件以及該第^皮長轉換材料之 抵抗UV輻射之保護。此外’當該第一波長轉換材料及該 互補波長轉換材料之各自吸收波長範圍至少部分重疊(亦 即該互補波長轉換材料之吸收範圍與該第一波長範圍至少 部分重疊)時,將該互補波長轉換材料配置在該第—波長 轉換材料外側可進一步減小該第一波長轉換材料之非所要 之關閉狀態色彩發射及/或色彩.反射。例如,各種磷光體 材料可具有在藍色光譜部分而且在uv光譜部分中之吸收 帶。吸收環境UV之該互補波長轉換材料將防止該第一波 長轉換材料之UV激發及隨後之非所要色彩之重新發射。 在本發明之若干實施例中,該半導體發光元件經配置為 相互隔開於該第一波長轉換材料與該互補波長轉換材料之 至少一者。例如,該第一波長轉換材料及該互補波長轉換 材料兩者可與該半導體發光元件隔開,或僅該互補波長轉 換材料及該半導體發光元件可相互隔開,此遠端組態便於 使用鄰近該發光元件之高度反射表面再循環該磷光體所發 射之光使其向後朝向該半導體發光元件。 通* ’ S玄照明裝置可為在其之開啟狀態中發射白色光 (亦即具有大致上接近黑體線之一色點之光)之一照明裝 置。 H6597.doc 201103173 在本發明之若干實施例中,該照明裝置可進一步包括一 額外光源,較佳地為一額外半導體發光元件(諸如一 LED)忒半導體發光元件提供用於在該半導體發光元件之 關閉狀態中將具有—第—波長範圍之光、具有250奈米至 42〇不米之波長範圍之光發射至該互補波長轉換材料,該 互補波長轉換材料將其轉換為具有該互補波長範圍之光。 因此,即使該環境光缺失該互補波長轉換材料之吸收波長 範圍,但不缺失該第一波長範圍,則仍然可獲得一可接受 之色彩調整效果。 應注意,本發明係關於申請專利範圍中所列舉之特徵之 所有可能組合》 【實施方式】 現在將參考展示本發明之當前較佳實施例之附加圖式, 更細知地描述本發明之此等及其他態樣。 現在將參考附加圖式描述本發明之有利實施例。如該等 圖式中所繪示,出於繪示目的而放大若干層及若干區域之 大小,及由此其等經提供以繪示本發明之若干實施例之一 般結構。 圖1中繪示包括根據本發明之若干實施例之包括一色彩 調整配置之一照明裝置。該照明裝置丨包括一半導體光 源,其呈配置在一基板3上並藉由習知構件(未展示)連接至 一電源供應器之一:LED 2之形式。一第一波長轉換材料4經 配置以接收該LED 2所發射之具有該第一波長範圍之光之 至少部分,並發射具有一第二(不同)波長範圍之經波長轉 146597.doc •10- 201103173 換之光此外,—互補波長轉換材料6配置在入射至該第 波長轉換材料4之環境光之路徑中。最後,在該第一波 長轉換材料與4互補波長轉換材料之間及該[ED 2周圍提 供一散射域7。 該LED 2可為任意類型習知LED,諸如包括用於產生光 之一P-η接面之-無機娜。然而,在本發明之若干實施例 中°亥半岭體光源可為任意其他固態源,諸如一固態雷射 器在操作中,3亥LED 2經調適以發射具有至少一第一波
長範圍m該半㈣發光元件可經調適以發射具 有在300不米至52〇奈米(諸如350奈米至5〇〇奈米,例如4〇〇 奈米至500奈米,及尤其42〇奈米至48〇奈米)範圍中之一波 長之光此寻半導體發光元件之實例包含以inGaN、GaN 及AlInGaN或ZnSe為基材之LED。 肩LED 2可為一覆晶薄膜LED封裝。或者,該led 2亦可 為具有仍然存在於該LED頂部上(在11側上)之生長基板(通 常為藍寶石)之一覆晶裝置,在此情;兄下,一波長轉換材 料可沈積在該生長基板上。此外,可使用一LED,該led 使用用於頂部電極之一線接合連接器,在此情況下,塗敷 至該LED 2上之任意波長轉換材料可適當地經調適以允許 接合線通過。 為了發射具有一所要色彩之光(諸如白色光),圖丨之該 照明裝置包括一第一波長轉換材料4 ’該第一波長轉換材 料4經配置以接收該LED 2所發射之具有該第一波長範圍之 光之至少部分,且在該照明裝置之一光射出方向上發射經 146597.doc -11· 201103173 波長轉換之光。s亥波長轉換材料4吸收至少一此·^亥所接收 之光且隨後重新發送具有一第二(不同)波長範圍之光。典 型地選擇該LED 2及該波長轉換材料4,使得射出該照明= 置1之具有該第一波長範圍及該第二波長範圍之光之得到 之混合被感知為具有一所要色彩(諸如白色)。通常,為達 到白色光,當LED所發射之該第一波長範圍係自42〇奈米 至480奈米時,該第二波長範圍可為自47〇奈米至8⑼奈 米,例如490奈米至780奈米(YAG:Ce之發射範圍),或47T〇 奈米至710奈米(LuAG:Ce之發射範圍)。 適當波長轉換材料之實例包含亦稱為磷光體之無機波長 轉換材料。通常與一藍色led組合之可用於本發明之若干 實施例中之一第一波長轉換材料之一實例為摻雜鉋之釔鋁 石榴石(Y3Al5〇12:Ce3+,亦稱為YAG:Ce)。作為鉋之一替 代,可將另一適當元素(諸如轼(Tb)或銪(Eu))用作為一摻 雜劑。此外’可以釓(Gd)或鎵(Ga)取代部分鋁,諸如在 KAl’GdhOaCeh十,其中較多的Gd引起黃色發射之一 紅移。藉由入射光(通常為藍色光)之不完全轉換,該經混 合光可為白色,且由此以(^之取代可提供一較暖的白色發 射。可用於根據本發明之若干實施例之該第一波長轉換材 料之碟光體材料之其他實例包含具有一帶綠色發射之化學 式為Lu3Al5〇〗2:Ce3+之镥鋁石榴石LuAG:Ce,其中可實現類 似摻雜劑或A丨取代。藉由部分轉換為一帶綠之白色,該帶 綠色發射可與藍色混合。 大體上適當之發光材料可包含具有通式(Llh-x.y.a.bYxGdyh 146597.doc •12· 201103173 (A1丨·zGaz)50丨2:CeaPrb之鋁石榴石磷光體,其中, 0<y<l ’ 0<z$0.1 ’ 〇<as〇 2及 0<b$0.1。 此外,可使用1¾光源所激發之其他碟光體材才斗,例如氧 氮磷光體(諸如摻雜銪(Eu)之心%〇2^或以叫…乂或 CaSiaOW2)或氮磷光體(諸如摻雜銪之鋇鳃矽氮化物 (Ba,Sr)2Si5Ns或摻雜鎖之鈣銘矽氮化物)。 -般而言’適當發光材料可包含(SrixyBaxCa AlaN8.aOa:Euz2+,其中叱a<5,〇<xg,〇$y$i 及 ,諸 如發射處於紅色範圍中之光之Sr2Si5N8:Eu2+。 其他適當2發光材料可包含具有通式(Sri a bCabBae) SixNyOz:Eua2+ (a=〇.002-0.2 » b=0.0-0.25 · c=〇 〇.〇 25 x=1.5-2.5,y=1.5-2.5 , z=i.5_2.5)之材料。 在一替代實施例中,替代發射具有該第一波長之光之— 半導體發光元件,該照明裝置可包括發射具有短於該第— 波長範圍之一波長範圍之光之一半導體發光元件及一額外 波長轉換材料,該額外波長轉換材料經配置以接收該半導 體發光元件所發射之光且經調適以將此光轉換為具有該第 一波長範圍之光。因此,上文所述之該第一波長轉換材料 所接收之具有該第一波長範圍之光可源於該額外波長轉換 材料。例如,可使用與一吸收uv&藍色發光波長轉換材 料組合之一 UV發射LED替代一藍色發光lED。 該波長轉換材料4經配置以接收該LED 2所發射之光之至 少部分。在圖1中所示之實施例中,該波長轉換材料4係塗 敷至該LED 2之頂部上。例如,可將該波長轉換材料4燒結 146597.doc •13- 201103173 為一陶瓷組分並形成為一適當形狀(例如具有與該LED 2近 似相同之表面面積),且憑藉一接合層(未展示)附接至該 led。或者,可將該波長轉換材料分散在一膠著劑材料(例 如環氧樹脂或矽樹脂)中,並使用(例如)電泳沈積將其沈積 在該LED之頂部上。 或者,可將該第一波長轉換材料配置在距該LED 一段距 離處,從而形成一所謂之遠端磷光體配置,下文將參考圖 3細卽地予以描豸。在此一配置中,肖第一波長轉換材料 可接收多重LED源所發射之具有該第一波長範圍之光。 適用於塗敷在遠LED之頂部上之—波長轉換材料之膠著 劑材料之實例包含有機矽樹脂,聚醯亞胺,矽倍半氧烷或 形成矽馱鹽、曱基矽酸鹽或水揚酸笨酯網狀物之溶膠凝膠 類型材料。適合與一遠端鱗光體一起使用之膝著劑材料之 實例包含聚丙烯/丙烯酸樹脂(例如PMMA)、聚碳酸酯、聚 醯胺、聚酯、聚婦烴(例如聚乙烯、聚丙烯)及有機矽。 該波長轉換材料4之色彩外觀可由下列因素引起:i)部分 環境光(諸如自該照明裝置1外側之-觀看位置入射在該波 長轉換材料4上之環境光之部分藍色分量及/或部分叫 量)轉換為具有該波長轉換材料之一發射波長範圍之光: Π)該波長轉換材料對具有發射波長範圍之環境光之選擇性 反射及/或反向散射;叫該波長轉換材料之轉換/反射與反 射5亥丰導體光源或子基板裝置(尤其在該波長轉換材料呈 透月或半透明陶瓷之形式情況下)之-組合。例如, YAG.Ce可將具有4〇〇奈米至wo奈米之波長範圍之環境光 146597.doc -14- 201103173 轉換為具有例奈米至78G奈米之光,且亦部分反射具有處 ;不、米至800奈米之整個範圍中之波長之光。因此,該 YAG:Ce材料具有一黃色外觀。 =务月之|明人已經發現,可使用—額外波長轉換材料 。、牝夠將%境光轉換為互補於該第一波長轉換材料所發 射及/或反射之光之光),以避免或中性化或至少減弱處於 該照明裝置之關閉狀態中之該第一波長轉換材料之一非所 要之可見色彩。因&,繪示於圖ltf?之本發明之實施例包 括色Φ肩整配置,該色彩調整配置包括一互補波長轉換 材料6’該互補波長轉換材料6經配置以將環境光轉換為具 有一互補波長範圍之光,該互補波長範圍係互補於該第一 波長轉換材料4所發射之該第二波長範圍。因此,如上文 所述’在該照明裝置1之關閉狀態中之該第一》皮長轉換材 料4發射及/或反射具有該第二波長範圍之光,且該互補波 長轉換材料6發射具有該互補波長範圍之光,使得全部經 發射及/或經反射光之得到的組合藉此減弱該波長轉換材 料之衫色外觀。該結果由此可為一白色或帶白色外觀,亦 即具有大致上接近黑體線1〇(見圖2)之一色點。然而,在一 些實例中,可不必達到一全白色外觀,且由此該彩色外觀 之一減弱可為足夠。此外,由於效率原因,可期望保持_ 微弱的彩色外觀。 光」意指UV及可見電磁輻射。 「環境光」意指源於根據本發明之該照明裝置之周圍之 UV及可見輻射。因此,環境光可源於自然及人工光源兩 146597.doc -15- 201103173 者。 互補光」或「互補波長(範圍)」一般意指具有一色彩 之光,當以合適的比例將其與具有該第二波長範圍之光混 合時’產生具有大致上接近該黑體線10之一色點一中性色 彩(白色或帶白色)。 為繪示互補光之概念,圖2屐示CIE 1931 χ,少色度空間, 其中位置P1及P2經標記分別表示一 YAG:Ce材料(一第一波 長轉換材料之實例)(P1)所發射之光及一互補波長轉換材料 (P2)所發射之光。取決於具有互補波長範圍(此處:藍色 光)之光量與具有該第二波長範圍(此處··帶黃色光)之光量 之比率,獲得由沿著該等位置之間的線條之一位置所表示 之一光混合。 應注意,藉由適當選擇能夠將環境光轉換為具有一波長 範圍之光之一額外波長轉換材料,當該波長範圍與處於關 閉狀態中之該第一波長轉換材料所發射/反射之色彩混合 時提供合意的色彩,該色彩調整配置之原理亦可用於達到 在含有照明裝置之一磷光體之關閉狀態中之任意所要色 彩,該磷光體在其之開啟狀態中發射白色光或具有任意特 定色彩之光。在此等情況下,此一額外波長轉換材料:特 性可與本文所述之該互補波長轉換材料之特性相同,或對 應於本文所述之該互補波長轉換材料之特性。 較佳地,該互補波長轉換材料6能夠將uv或接近uv光轉 換為具有更長波長之光。例如’該互補波長轉換材料可為 能夠吸收具有300奈米至420奈米(例如大約35〇奈米至 I46597.doc -16- 201103173 奈米)之波長範圍之光,且重新發射處於4〇〇奈米至75〇奈 米(通常為400奈米至5〇〇奈米)波長範圍中之光。 此外’使㈣色彩調整配置所觀察之色彩減弱效果將取 决於入射光刀i1布。例如,若該互補波長轉換材料經調適以 僅將UV光轉換為具有互補波長範圍之光,且環境入射光 中幾乎不存在UV光,若該互補層亦為透明,則將不會達 到一令人滿思之色彩調整效果。然而,若該互補波長轉換 材料係散射’則仍然可達到一令人滿意之色彩調整效果。 此外,該互補波長轉換材料可為能夠透射具有比該互補 波長範圍更長之波長之光,諸如該第—波長轉換材料4所 發射之經轉換光。 該互補波長轉換材料可以—量存在,該量經調適使得離 開該裝置之具有該互補波長範圍之光之一強度與離開該裝 置之具有该第二波長範圍之光之一強度匹配,使得離開該 色彩周正配置之具有该第二波長範圍及該互補波長範圍之 光之所得組合具有-合意之減弱的彩色外觀,例如大致上 為白色或市·白色,亦即具有在該黑體線丨〇上或接近該黑體 線10之—色點。離開該裝置之具有該互補波長範圍之光之 該強度可為近似相同於離開該裝置之具有該第二波長範圍 之光之該強度。藉由由此使互補波長轉換材料之量經調適 於該第一波長轉換材料將環境光轉換為該第二波長範圍及/ 或在光射出方向上反射具有該第二波長範圍之環境光之能 力’獲得-所得光組合,其中具有該第二波長範圍之光之 強度及射出該照明裝置之該互補波長範圍之強度皆不為主 146597.doc •17- 201103173 導,使得不可清晰地區別該第一波長轉換材料之色彩及該 互補波長轉換材料之色彩。藉由調整層厚度、顆粒濃度或 經分子溶解之轉換材料之濃度或摻雜劑濃度,可調適波長 轉換材料之量。 該互補波長轉換材料6經配置以接收環境光以在一光射 出方向上發射經波長轉換之光,使得射出處於關閉狀態中 之該照明裝置1之光為具有該第二波長範圍及該互補波長 範圍之光之一混合物。因此,該互補波長轉換材料之功能 可依賴於環境照明條件。 在本發明之若干實施例中,該照明裝置可包括一第—域 (例如包括該第一波長轉換材料之一層),及一互補域(例如 包括該互補波長轉換材料之一層)。該第一波長轉換材料 及該互補波長轉換材料可由此包括在分離域中。在該第一 波長範圍與該互補波長範圍發生重疊之實施例中,該互補 波長轉換材料與該第一波長轉換材料之空間分離可減小該 第一波長轉換材料重新吸收並轉換該互補波長轉換材料所 發射之光之風險。因此,有利的是,在分離域中配置該第 一波長轉換材料及該互補波長轉換材料可避免或至少減小 對該互補光之任意非所要之重新吸收,且由此可改良該互 補波長轉換材料之效果。 在本發明之若干實施例中,可將該第一波長轉換材料4 配置在自該LED 2朝向該互補波長轉換材料之光路徑中。 因此’在該照明裝置丨(其可為一白色照明裝置)之開啟狀態 中,该LED 2所產生之具有該第一波長範圍之光通常到達 146597.doc •18- 201103173 該第-波長轉換材料4,其中該光之一部分被吸收且隨後 重新毛射作為具有该第二波長範圍(亦即經轉換)之光,且 該光之部分被透射。然而,在本發明之若干實施例中,該 波長轉換材料4可轉換大致上全部具有該第一波長範圍之 光。因此,射出該第一波長轉換材料4之光為具有該第一 波長範圍之光及具有該第二波長範圍之光之一混合物。射 出泫第一波長轉換材料4之光之混合物隨後到達該互補波 長轉換材料6,該光之混合物透過該互補波長轉換材料6被 透射並視情況被散射。然後,具有該第一及第二波長範圍 之光之該混合物可射出該照明裝置1。 例如,可將該互補波長轉換材料6配置在該照明裝置1之 一光射出窗中。 本發明之該互補波長轉換材料可為一無機波長轉換材料 (諸如一磷光體),或一有機螢光材料(諸如一基於有機物之 光學增白劑(亦稱為螢光增白劑FWA))。 一適當無機互補波長轉換材料之一實例為一摻雜銪之 BAM類型磷光體,諸如BaMgAlwOeEu。對於與作為該第 一波長轉換材料之YAG:Ce材料組合之使用,此一 BAM磷 光體係尤其有利,因為其可將uv或接近uv光轉換為處於 400 π米至520奈米之一波長範圍中(通常具有在大約45〇奈 米處之一峰值發射)之光。 適當的有機螢光材料之實例包含4,4,-雙(苯並噁唑基_2_ 基)笑(商業名稱為UVITEX OB-ONE)、2·噻吩二基雙(5_叔 丁基苯並噁唑_1,3_基X商業名稱為UVItex 〇B)及六鈉_ I46597.doc •19- 201103173 2,2 _[伸乙稀基雙[3_績酸根基-4,1-伸苯基)亞胺基[6-(二乙 土胺土) ’3,5 —嗓-4,2-二基]亞胺基]]雙(苯“,斗·二續酸鹽) 及其等之混合物’尤其對於與作為該第-波長轉換材料之 YAG.Ce材料組合之使用。此外,亦可使用有機染色材 料,諸如余鹼染料、惡嗪染料、菁染料、羅丹明、香豆 素4對苯撐乙炔、三_(8_經基喹啉)铭(蝴3)或心二氛基 亞甲基-2-甲基·6_(對二甲基胺基苯乙烯呱喃(dcm” 在本發明之若干實施例中,該互補波長轉換材料可提供 對經發射及/或經透射之光之—光散射效果。通常,當該 波長轉換材料為具有在1〇〇奈米至15微米之範圍中之一平 句顆粒大小之一顆粒時,該互補波長轉換材料可對光散射 有貝,獻S政射可改良離開處於開啟狀態中之該照明裝置 1之光之均勻性,且可對減弱處於該照明裝置之關閉狀態 中之5亥第一波長轉換材料之彩色外觀有貢獻。一般而言, 具有小於100奈米之一平均顆粒大小之一顆粒互補波長轉 換材料不會對光散射有_著貢獻。該顆粒亦可分散在具有 類似折射率之一膠著劑中,其中該顆粒大致上不散射:、 5 ,该互補波長轉換材料可為一巨觀固體,例如 燒結陶曼组分。丨t卜_ h八上 能,及/或可包含額外散射顆粒
刀此組分中可包含孔隙以提供一散J 該互補波長轉換材料6可為視情況分散在—載體或膠著 劑材料中之-難材料。然後,該互補波長轉換材料之平 句顆粒大小(直禮)之範圍可自10奈米至大約15微米。在本 發月之右干實施例中,在工微米至15微米範圍中之一平均
146597.dOC •20· 201103173 顆粒大小可為較佳。麸 有小於⑽奈米之本發明之其他實施例中’具 可為較佳。藉由、“、蚊顆粒(其—般不對光散射有貢獻) %選㈣粒大小,當分散在—膠著劑或 載體材科中時,可拥 碉適該互補波長轉換材料對光散射之貢 獻0 S x互補波長轉換材料可為在-載體或膠著劑材料 二溶解’諸如上文參考該第一波長轉換材料所述之該等 膠者劑材料。每兮π、占丄 田^互補波長轉換材料溶於該膠著劑材料中 時’其般不會對光散射有貢獻。 在°亥’、、、明襄置1之關閉狀態中,該LED 2不產生光。入射 在4 ”、、月裝置1上之環境光可到達該互補波長轉換材料6, 且》亥入射環i兄光之部分(例如接近uv光)可被吸收且被重新 心射作為具有《互補波長範圍之光,而該互補波長轉換材 料6可透射或視情況散射該環境光之部分。該互補波長轉 換材料6所發射之光之至少部分可射出該照明裝置1。此 外4互補波長轉換材料6所透射之環境光之部分可到達 該第一波長轉換材料4,其中此光之一部分(通常為具有該 第一波長範圍之光)被吸收且重新發射作為具有該第二波 長範圍之光,而在該第二波長範圍内之入射光至少部分被 反射。該第一波長轉換材料4所發射之光之至少部分可射 出該照明裝置1。因此,射出處於關閉狀態中之該照明裝 置1之光可為具有該第一波長範圍及該互補波長範圍之光 之一混合物。 可將該互補波長轉換材料6(視情況如上文所述分散在— 146597.doc •21· 201103173 膠著劑材料中)配置為可與包括該第一波長轉換材料4之一 層为離之一層。當該第一波長轉換材料4及該互補波長轉 換材料6包括在分離層中時’可為較佳的是,將包括該第 -波長轉換材料之層配置在自該LED朝向包括該互補波 長轉換材料之一層之光路徑中。可提供彼此鄰近之該等分 離層,或可由一間隔層(諸如一透明層,例如一透明黏= 劑、一散射層或一空氣間隙)將其等分離。 替代地或額外地,在本發明之若干實施例(其中將一膠 著劑材料(諸如包括分散於其中之該第—波長轉換材料: 矽樹脂)塗敷至該LED 2之頂部上)中,該膠著劑材料可進 一步包括該互補波長轉換材料之至少部分。 在本發明之若干實施例中,除該等波長轉換材料以外, 該色彩調整配置可包括一散射域。如圖丨中所繪示,可在 該LED 2及該第一波長轉換材料4之頂部上及至少部分圍繞 該LED 2及該第一波長轉換材料4提供一散射域7。在自— 觀察者至該第一波長轉換材料之視線上提供之一散射域可 減弱該第一波長轉換材料之一色彩之可見性。一散射域亦 可改良光分佈。例如,可在該第一波長轉換材料4與該互 補波長轉換材料6之間提供一散射材料。適當的散射材料 之實例為包含二氧化鈦(Ti〇2 ’包含銳鈦型及金紅石及其 等之混合物)、氧化鋁(八!2〇3)、二氧化矽(以…)、氧化錯 (Zr〇2) '氧化釔(Υ2〇3)及硫化辞(ZnS)及其等之兩者或兩者 以上之混合物之顆粒分散物。此等散射顆粒之大小可為自 1〇〇奈米至15微米,通常自200奈米至i微米。該等顆粒可 146597.doc •22- 201103173 分散在適當膠著劑中,該等適當膠著劑可為類似於可用於 該互補波長轉換材料之膠著劑。替代地或額外地,一散射 域亦可包括散射孔隙’諸如通常存在於經燒結散射陶瓷層 (例如散射氧化鋁、氧化锆、氧化鈦、氧化釔或氧化鍅)中 之孔隙,或其可由在晶粒邊界處散射之多晶材料(諸如密 集燒結氧化鋁)組成。 該散射域可為高度散射以致大致上為反射^…一組恐 中,該散射層之高度反射部分僅可覆蓋該第一波長轉換材 料之部分,通常僅為側面。此外,該色彩調整配置可包括 具有各種散射程度之散射域,例如該第一波長轉換材料之 橫側處之一高度散射(反射)域及該第一波長轉換材料之頂 部表面處之—輕度散射(漫射)域。該等高度散射側面亦將 在很大程度上反射入射環境光,且因此可增加處於關閉狀 態中之該照明裝置之一色彩中性反射率,而處於開啟狀態 =所產生之光未受嚴重阻擋且由此㈣可達到__顯著的光 提取,尤其當與該頂面面積相比’該側面面積係相對小之 二有助於消除光洩漏至未被該第-波長轉換 材枓所轉換之具有該第-波長範圍之光之側部或透過存在 :該半導體發光元件與該第一波長轉換材料之 層浅漏之光或來自該等發光元件側面之光1此,該反; :面發射可有助於改良色彩比角(c〇l〇r,er,gle) 一致 之:實下::考圖4更細節地描述包… 應注意 —波長轉換材料自身可具有散射屬性 。在本發 146597.doc -23· 201103173 明之若干實施例中,尤其該互補波長轉換材料亦可提供一 散射功能,如上文所述。 圖3中繪示基於一遠端磷光體配置之本發明之一實施 例。在此實施例中,該照明裝置1包括如上文參考圖1所述 之配置在一基板3上之一 LED 2,且進一步包括一第一域 4’該第一域4包括配置在距該LED 2 —段距離處之該第一 波長轉換材料。該波長轉換材料4可(例如)由一空氣間隙與 該LED 2分離。因此,此實施例表示一遠端磷光體配置。 通常’該LED與該第一波長轉換材料之間的距離可為自0.5 毫米至200毫米。該第一波長轉換材料4可分散在一膠著劑 材料(諸如一丙烯酸酯膠著劑)中,且塗佈至一箔片上或喷 塗至一基板(諸如—以(例如)一玻璃包絡為基材之彎曲的基 板)上。然後’可將包括一層該第一波長轉換材料之該络 片或基板配置在距該LED—段距離處。藉由使用該照明裝 置之一内壁(未展示)及/或具有一高反射性之反射表面之一 基板3 ’ 一遠端磷光體組態允許高效再循環光。 此外’在圖3中所繪示之實施例中,該互補波長轉換材 料係包括在位於遠離面對該LED之該第一域4之側部上之 一分離域6中。 在另一實施例中,該第一波長轉換材料可經定位靠近該 led,例如沈積在該LED上,且該互補波長轉換材料可定 位在距該LED —段距離處。 在本發明之又—實施例中,其中該散射層7係可透射具 有該互補波長轉換材料經調適以吸收之波長之光,可將該 146597.doc -24- 201103173 散射層配置在該互補域6之頂部上,亦即在朝向該互補波 長轉換材料之人射環境光之隸t。例如,氧键散射顆 粒不吸收接近uv光,因此允許部分接近旧光透射。 在本發月之又-實施例中,該色彩調整配置可包括複數 個散射域,例如具有不同散射屬性之若干層。圖4中繪示 此一實施例之一實例,其中如上文參考圖3所述,在包括 該第-波長轉換材料之一第一域與包括該互補波長轉換材 料之一互補域之間提供—散射層71。該散射層?!可為漫 射。此外’在該LED 2之各側上提供至少一散射域72。該 散射域72可為至少部分圍封該LED 2之-域。該散射域可 比散射層71更具反射性,例如高度反射。同時,如上文所 述可將忒散射層71配置在該互補域6之頂部上,亦即在 朝向β亥互補波長轉換材料之入射環境光之路徑中。 或者,忒互補域6可為散射。例如,除該互補波長轉換 材料以外,該互補域6可包括如上文所述之散射顆粒,及/ 或該互補域6可包括散射結構,諸如孔隙。因此,該互補 域6可執行漫散射功能,且由此可省略一分離層71。 視情況,該互補域6可經配置以覆蓋該散射域72。 因為某些散射材料(例如二氧化鈦)可吸收υν及/或接近 UV光,所以當一散射材料存在時,其可與該互補波長轉 換材料競爭該環境光之υν&/或接近υν分量,從而引起具 有4互補波長範圍之光之一減少的發射。為了避免當使用 一 UV/接近UV吸收散射材料時對υν及/或接近光之競 爭,可將該互補波長轉換材料配置在朝向該散射材料延伸 146597.doc 25· 201103173 之入射環境光之路徑中。因ι該環境光將在到達該散射 材料之前到達該互補波長轉換材料。因此,如圖3中所徐 不,可在包括該第一波長轉換材料4之—層與包括該互補 波長轉換材料6之一層之間提供一散射層7。視情況,任意 兩個此等層可由一大致上透明層(諸如一基板或接合層二 分離,或藉由存在於該等層之間的—空氣間隙所分離。 不吸收接近UV光之-散射材料之—實例為氧化在呂。 在本發明之若干實_中’該照明裝置可經設計用於替 換習知燈泡且可具有-泡狀包絡。通常,在此等實施例 中,可將該第一波長轉換材料配置在距該LED 一段距離 處,例如塗敷在該包絡之内側之至少一部分上(亦即面向 該LED之該包絡之側部)。然後可將該互補波長轉換材料塗 敷在該包絡之相對側或外側。因此,該包絡(通常為一玻 璃基板)可分離該第一波長轉換材料與該互補波長轉換材 料。 又在其他實施例中,該照明裝置可具有聚光燈類型。因 此’一準直器可存在於該半導體發光元件上而將光引導至 6亥射出窗並準直此光通量。通常,在此等實施例中,可將 該第一波長轉換材料配置在距該led—段距離處,例如在 該照明裝置之一光射出窗中。例如,可將該第一波長轉換 材料塗敷至一透射板或包絡之内側上。亦可將該互補波長 轉換材料塗敷至該透射板或包絡上,塗敷在與該第一波長 轉換材料相同之側部上(較佳地在該第一波長轉換材料與 該透射板或包絡之間),或塗敷在該透射板或包絡之相對 146597.doc 26· 201103173 側上。 在本發明之若干實施例中,該照明裝置可包括一個二向 色反射器,該二向色反射器能夠反射UV光及/或接近υν及/ 或紫/深藍(諸如具有短於430奈米波長之光),且該二向色 反射器能夠透射具有更長波長之光。因此,該二向色反射 器為充當一長通濾光片之一干涉濾光片。可調言皆該二向色 濾光片自透射切換至反射之波長,且最佳化該波長以匹配該 互補波長轉換材料之吸收特性及該第一波長轉換材料/LED 組合之發射特性。 當存在一個二向色反射器時,較佳地將該互補波長轉換 材料配置在該二向色反射器之外側上,亦即在遠離面對該 LED 2之該二向色反射器之側部上。可將該互補波長轉換 材料直接配置在該二向色反射器上。因此,在第一次通過 3亥互補波長轉換材料期間未經轉換之入射環境υν光將被 反射回來且由此具有另一被轉換機會。因此,使用一個二 向色反射器可增加由該互補波長轉換材料所轉換之光量。 同時,藉由保護該第一波長轉換材料及該散射層(當存在 時)免受環境UV光,一個二向色反射器可避免或減小由uv 引發之破壞及/或改良該第一波長轉換材料及/或一散射層 之效能》 在本發明之若干實施例中,該二向色層亦可反射具有該 互補波長範圍之至少一部分之光,尤其在該第一波長轉換 材料為一全轉換磷光體(亦即大致上轉換具有該第一波長 範圍之全部入射光之一磷光體)之時。此一磷光體之一實 I46597.doc •27· 201103173 例為一發紅光鱗光體。藉由反射具有處於該互補波長範圍 中之-波長之該環境光之—組份,該二向色反射可對根據 本發明之若干實施例之該色彩調整配置之色彩調整效果有 貝獻。然而’在包括—藍色LED及—發黃光波長轉換材料 之一白色發射照明裝置令,—個二向色反射器可較佳地反 射具有至多大約430奈米之波長之光而大致上透射具有更 長波長之力U $減小該纟置之開啟狀態發射效率及開啟 狀態色4> δ周整效果。該:向色滤光片功能將取決於光之入 射角,且隨著自法線增加角偏向,該濾光片自反射切換至 透射之波長將由此朝向更短波長移位。此可有助於部分抑 制接近法線之過量的藍色光,歸因於在較大角度處之較長 路徑長度/吸收長度,與以較大角度透射之藍色光相比, 處於開啟狀態中之該第一波長轉換材料可在一更大程度上 透射接近法線之藍色光。因&,—個二向色反射器亦可增 強開啟狀態之色彩比角。 、在本發明之若干實施财,主動照明可詩提供由該互 補波長轉換材料轉換為該互補波長範圍之&。例如,若將 破轉換為該互補波長範m之該環境光之組份(例如旧光)係 稀少’則-額外光源可用於發射具有該料波長範圍之光 (例如UV光)。因此,該互補波長轉換材料之主動照明(例 如具有UV光)引起具有該互補波長範圍之一增加的光量。 通常’當該LED 2被關閉 該額外光源可為一額外LED。 時,該額外光源被點亮。 在本發明之其他實施例中 該照明裝置可包括定位在該 146597.doc -28- 201103173 照明裝置之—光射出窗處之一鏡片。該鏡片可為一平面 鏡,諸如一菲涅耳(Fresnel)透鏡。該鏡片可收集該裝置所 發射之角光分佈之一大部分,並聚集處於一預先定義、較 窄角度範圍中之此光,以便於進一步準直該光。在薄的閃 光LED模組中,此一組態可為合意,以達到對於若干應用 (諸如行動電話或照相機之相機閃光燈或此等應用中之視 訊閃光目的)之小型閃光燈。 一般而言,使用標準YAG:Ce材料之白色LED裝置發射可 被感知為「冷」(亦即具有一相對高的相關色溫之白色 光。在本發明之若干實施例中,為了達到較暖的白色外觀 (相對低的Tc),可使用包括取代一單一第一波長轉換材料 之至少兩種不同波長轉換材料之一雙磷光體系統。以上文 所述之該第一波長轉換材料為例,可使用一 YAG:Ce材料 (例如呈一陶瓷層形式)與塗敷於其上之一額外發紅光磷光 體(例如一塗層)之一組合。在此實例中,然後該led所發 射之藍色光之部分經透射穿過該磷光體堆疊,其中該原始 YAG.Ce磷光體將该光之部分轉換為黃色,且該額外磷光 體將该光之部分轉換為紅色。然後,該所發射之整體光可 具有一較暖的頁色外觀,例如類似橙色。因此,該第一波 長轉換材料可由至少兩種可堆疊為不同域或層或混合在一 單一域或層中之不同波長轉換材料組成。 熟習此項技術者瞭解’本發明衫限於上文所述之該等 較佳實施例。與之相反’在附加申請專利範圍内,許多修 改及《#可^❹’該照明裝置中可包括複數個半導 I46597.doc •29- 201103173 體發光元件(例如一LED陣列在此等實施例中,該色彩 調整配置或其之一部分可涵蓋複數個半導體發光元件。 【圖式簡單說明】 圖1繪示包括根據本發明之若干實施例之一色彩調整配 置之一照明裝置; 圖2展不根據本發明之若干實施例之CIE 1931 X,少色度空 間,其中若干位置經標記分別表示具有第一波長範圍之光 及具有互補波長範圍之光; 圖3繪不包括根據本發明之若干實施例之一色彩調整配 置之一照明裝置;及 圖4繪不包括根據本發明之若干實施例之一色彩調整配 置之一照明裝置。 【主要元件符號說明】 1 照明裝置
2 LED 3 基板 4 波長轉換材料 6 互補波長轉換材料 7 散射層 10 黑體線 71 散射層 72 散射域 146597.doc
Claims (1)
- 201103173 七、申請專利範圍·· 1 · 一種色彩調整配置,其包括: 一第一波長轉換材料(4) ’其經配置以接收自該色彩調 整配置之外側之一觀看位置入射之環境光,且能夠將具 有一第一波長範圍之環境光轉換為具有一第二波長範圍 之光’及/或反射具有該第二波長範圍之環境光,該第二 波長範圍係可見光譜之部分;及 一互補波長轉換材料(6) ’其經配置以接收環境光且 夠將該環境光之部分轉換為具有一互補波長範圍之光, ’且該互補波長 二波長範圍之光 該互補波長範圍互補於該第二波長範圍, 轉換材料(6)經配置以允許混合具有該第二 與具有該互補波長範圍之光, 使得由該第一波長轉換材料(句所發射及/或反射之具 有該第二146597.doc 201103173 包括該互補波長轉換材料(6)之一層。 4'如凊求項3之色彩調整配置,其中該互補域額外地包括 諸散射元件。 5.如請求項3之色彩調整配置,其中一散射域(7、71),諸 如散射層,係配置在經由該互補域延伸至該第一域之 入射環境光之路徑中,使得入射環境光首先到達該互補 域,隨後到達該散射域(7、71),及最後到達該第一域。 6·如請求項3至5中任一項之色彩調整配置,其包括具有不 同散射屬性之複數個散射域(71、72)。 7.如請求項3至6中任一項之色彩調整配置,其包括—個二 向色反射态’該二向色反射器較佳地配置在經由該互補 域延伸至4第-域之人射環境光之路徑—,使得入射環 境光首先到達該互補域,隨後到達該二向色反射器 最後到達該第一域。 8·如先别凊求項中任一項之色彩調整配置,其中該互補波 長轉換材料⑹包括一無機碟光體材料,較佳為一Μ 光體。 f 9·如請求項1至7中任-項之色彩調整配置,其中該互補波 長轉換材料⑹包括-有機材料。 補波 1〇.如先前請求項中任一項之色彩調整配置,其 ^範圍係、自奈米至520奈米,例如自420奈米至48〇奈 只’及/或该第二波長範圍係自490奈米至78〇奈 丁、 :種照明裝置,其包括用於發射具有該第—波 光之至少一半導體發光元件(2)及如請求項1至10中任一 146597.doc 201103173 項之一色彩調整配置。 12.如請求項11之照明裝置,其中該第-波長轉換材料⑷係 配置在自该半導體發光元件⑺朝向該互補波長轉換材料 (6)之一光路徑中,使得在該照明裝置⑴之開啟狀態 中由°亥半導體發光元件(2)所發射之光在到達該互補波 長轉換材料(6)之前到達該第—波長轉換材料(4)。 13. 如凊求項^或12之照明裝置,其中該半導體發光元件⑺ 經配置成與該第一波長轉換材料(4)及該互補波長轉換材 料(6)之至少一者相互隔開。 14. 如請求項U至13中任一項之照明裝置,其中處於其之開 啟狀態中之該照明裝置⑴錢具有大致上接近該黑體線 (10)之一色點之光。 15. 如請求項11至14中任一項之照明裝置,其進一步包括一 額外光源,較佳為一額外半導體發光元件,該額外半導 體發光元件係提供用於在該半導體發光元件(2)之關閉狀 態中將具有一第一波長範圍之光、具有自25〇奈米至42〇 奈米之波長範圍之光發射至該互補波長轉換材料(6),以 轉換為具有該互補波長範圍之光。 146597.doc
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