201205892 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於以LED為基礎（以發光二極體為基礎）之發 光系統及以LED為基礎之發光裝置。特定而言（雖並非唯 一），本發明係關於產生白色光之發光系統及裝置。 本申請案主張由Li等人於2010年6月24日申請之標題為 「LED-BASED LIGHT EMITTING SYSTEMS AND DEVICES」之第61/358,349號美國臨時專利申請案及由Li 等人於2011年6月20曰申請之標題為「LED-BASED LIGHT EMITTING SYSTEMS AND DEVICES」之第 13/164,535號 美國專利申請案之優先權之權利，該美國臨時專利申請案 及該美國專利申請案皆以引用之方式併入本文中。 【先前技術】 發白色光之LED(「白色LED」）在此項技術中為人所習 知且係相對新近之創新。直至已開發出在電磁光譜之藍色/ 紫外線部分中發光之LED，開發基於LED之白色光源才變 得實際。舉例而言，如US專利第5,998,925號中所教示， 白色LED包含係光致發光材料之一或多個磷光體材料，其 吸收該LED所發射之輻射之一部分並重新發射一不同色彩 (波長）之輻射。通常，LED晶片或晶粒產生藍色光，且該 (等）磷光體吸收一定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、綠色光與橙色光或黃 色光與紅色光之一組合。該led所產生之藍色光之不由該 磷光體吸收之部分與該磷光體所發射之光組合，從而提供 157091.doc 201205892 在人眼看來在色彩上近似為白色的光。 由於高亮度白色LED之長預期操作壽命（>5〇,〇〇〇小時）及 尚發光效率（70流明/瓦特及更高），高亮度白色led正曰益 用於取代習用螢光光源、緊湊型螢光光源及白熾光源。現 今’利用白色LED之多數照明器具設計包括其中一白色 LED(更通常係一白色LED陣列）取代習用光源組件之系 統。此外’由於其緊湊大小，與習用光源相比較，白色 LED提供構建新穎且緊湊照明器具之可能性。 使用現色指數（CRI)來量測一光源呈現一物件之色彩之 能力’該現色指數給出一光源如何使一物件之色彩向人眼 顯現及如何展現色彩明暗之適當細微變化之一量測^ CRI 係與一黑體輻射體相比較對光源呈現色彩之能力之一相對 量測。在需要準確色彩呈現之應用（諸如例如，零售照 明、博物館照明及藝術品照明）中，非常期望一高CRI(通 常為至少90)。 與一白熾源（其CRI>95)相比較，白色LED之一缺點可係 其相對低之CRI(通常<75)。該低CRI係乃因缺少光譜紅色 (>600 nm)部分中之光所致。為改良一白色LED之CRI，習 知併入一發射紅色光之LED(紅色LED)。美國專利第 6,513,949號及第6,692，136號教示包括一或多個離散 LED(紅色或綠色）與由一藍色LED晶粒及與該藍色LED晶 粒之發光面直接接觸之一磷光體（綠色或琥珀色）組成之一 離散磷光體LED之一組合之混合白色LED發光系統。
Shimuizu等人之美國專利第6,577,073號揭示一種包含藍 157091.doc 201205892 色及紅色LED及一磷光體之LED燈。該藍色lED產生歸屬 於一藍色波長範圍之一發射。該紅色led產生歸屬於一紅 色波長範圍之一發射。該磷光體係藉由該藍色LED之發射 而光激發以展不具有在介於藍色波長範圍與紅色波長範圍 之間的一中間波長範圍中之一發射光譜之光致發光。該磷 光體係與該藍色LED晶粒之發光面直接接觸。
Sakai Toyohiro等人之日本專利公開案第jp 2008_085026 號教示一種包括含有具有在一光發射表面上之一磷光體之 一藍色LED及一紅色LED之一封裝（其中該等藍色及紅色 LED可獨立驅動）之發光裝置。
Van De Ven等人之美國專利第7,213,940號揭示一種包括 發射具有在一範圍430 nm至480 nm(藍色）及600 nm至030 nm(紅色）中之一主波長之光之第一及第二群組之固態光發 射器（LED)及發射具有在一範圍555 nm至585 nm(黃色）中 之一主波長之光之一磷光體材料之發白色光裝置。 雖然一發射紅光之LED之使用可改良發光效率及cri兩 者，但發明人已瞭解，此一裝置具有限制性。最值得注意 地，由此一裝置產生之光之CCT(相關色溫）及^幻可隨操作 溫度及時間而顯著變化。如所習知，一白色光源之CCT係 藉由將其色調與一理論、經加熱之黑體輻射體相比較來確 疋。CCT係以凱氏溫度（κ)為單位規定且對應於輻射與該 光源相同的白色光色調之黑體輻射體之溫度。如圖la中所 表示，發藍色光LED與發紅色光]LED之發射強度隨搡作溫 度及時間之改變係不同的。通常，隨著增加的操作溫度及 15709l.doc -6 - 201205892 時間，一紅色LED之發射強度比一藍色LED更迅速地顯著 減小。舉例而言，在25°C至75°C之一操作溫度範圍内，一 以GaN為基礎的藍色LED之發射強度可減小約5%而一以 AlGalnP為基礎的紅色LED之發射強度可減小約40%。在基 於藍色及紅色LED之一白色光裝置中，此等不同之發射/溫 度特性將（如圖lb中所示）導致發射產物之光譜組成之一改 變及因此隨增加的操作溫度之CCT之一增加。此外，如圖 lb中所示，發射產物中之紅色光之相對比例隨增加的操作 溫度及時間之一減小將導致CRI之一減小。 可調色發白色光裝置係習知的且通常包括發射紅色、綠 色及藍色光LED之一組合。可藉由控制發射產物中存在的 紅色、綠色及藍色光之比例來控制由該裝置所發射之光之 色彩。雖然此一裝置提供實際上產生任一色彩之光之可能 性’但操作此等裝置所需之驅動器電路之複雜性可使其對 諸多應用而言過於昂貴。
Li等人之美國專利第7,703,943號揭示一種包括可操作以 發射一第一色彩之光之一第一 LED配置及可操作以發射一 第二色彩之光之一第二LED配置之可調色發光裝置，該組 合光輸出包括該裝置之輸出。一或兩個LED配置包括在一 相關聯LED之遠處提供之一磷光體材料，該相關聯led係 可操作以產生一選定波長範圍之激發能且以照射該磷光體 以使得其發射一不同色彩之光，其中由該LED配置所發射 之光包括來自該LED之組合光及自該鱗光體發射之光。該 裝置進一步包括可操作以藉由控制該兩個LED配置之相對 157091.doc 201205892 光輸出而控制所發射之光之色彩之控制構件。可藉由控制 該專LED之驅動電流之相對量值或藉由控制一經脈寬調變 (PWM)之驅動電流之一工作循環來調節色彩。 本發明之一目標係提供一種至少部分地克服習知裝置之 限制性且特定而言補償因L E D之不同老化及/或由於操作溫 度所致之LED發射特性之改變所引起之發射產物之改變之 發光裝置。 【發明内容】 丰發明之實施例係關於以LED為基礎之系統及裝置，其 包括可操作以產生藍色光之一或多個藍色LED及可操作以 產生紅色光之一或多個紅色LED ^該等藍色及紅色Led較 佳地封裝於一單個封裝中且經組態以使得該等藍色及紅色 LED可依靠一各別驅動電流操作從而達成該等藍色及紅色 LED之單獨控制。在一個配置中，該封裝包括若干電觸 點’該等電觸點經組態以使得該等藍色及紅色LEd之驅動 電流可獨立控制。 該裝置或系統可進一步包括用於回應於該裝置之發射產 物中之藍色光及紅色光之所量測貢獻而控制由該等藍色及 紅色LED所發射之光之強度之一驅動器。該驅動器經組態 以控制該等LED以使得該發射產物中之藍色光及紅色光之 貢獻保持實質上恆定。此一控制系統可至少部分地減小由 於該等藍色及紅色LED之不同老化所致及/或由於該等LED 之發射特性之改變（由於操作溫度所致）所致之該裝置之發 射產物之色彩之改變。較佳地，該裝置或系統進一步包括 157091.doc 201205892 一或多個光偵測器（諸如光二極體），其經組態以量測發射 產物中藍色及/或紅色光分量之量值；及一回饋配置，其 用於控制該等藍色及/或紅色led之驅動電流以使得發射產 物中之藍色及紅色光之相對貢獻維持在選定值。 另外’可回應於該等藍色及紅色led之操作溫度而控制 該等LED之光發射，該操作溫度可使用併入於該裝置封裝 中之一溫度感測器（諸如熱敏電阻器）來量測。 該等藍色及紅色LED之輸出可藉由控制該等LED之個別 驅動電流或藉由控制一單個驅動電流以控制該等LED之相 對輸出來控制。該驅動電流可係D.C.或PWM(經脈寬調變） 且工作循環變化以控制該驅動電流。 為產生白色光，該系統及/或裝置可進一步包括至少一 種藍色光可激發填光體材料，該至少一種藍色光可激發鱗 光體材料係可操作以吸收一定比例之藍色光並發射一不同 色彩（通常係綠色、綠色/黃色或黃色）之光以使得該裝置之 組合光輸出在色彩上顯現為白色。在較佳實施例中，該填 光體材料提供作為與該裝置分離之一組件之一部分，從而 使得該系統能夠使用該相同裝置產生不同色彩及/或相關 色溫之光。在本發明說明書中，「分離」意指不併入於該 裝置中且指示該組件及鱗光體材料係可改變的。在一個配 置中’該磷光體材料係併入於位於該裝置之遠處之一光透 射窗中。該磷光體材料可在該組件之整個體積中均質分佈 或（另一選擇係）施加至該光透射窗之面成一或多個層。該 填光體材料可併入於該裝置封裝中，諸如例如施加至至少 157091.doc 201205892 該（等）藍色LED ^另一選擇係，在該等藍色及紅色led 一 起封裝（舉例而言）於一單個腔中之情形下，該磷光體材料 可施加至該等兩個LED。 根據本發明之一態樣，一種發光裝置，其包括：一封 裝；至少一個紅色LED，其褒納於該封裝中且可操作以發 射紅色光；至少一個藍色LED，其裝納於該封裝中且可操 作以發射藍色光，其中該裝置之發射產物包括由該等紅色 及藍色LED所發射之光之組合；及一光透射材料（諸如一聚 矽氧或環氧樹脂），其與該等LED直接接觸並覆蓋該等 led。通常，該光透射材料囊封具有至少〇3 mm、至少〇 $ mm或至少1 mm之厚度。與習知的以LED為基礎之發光裝 置相反，該光透射材料並不併入任一構光體材料。 該封裝較佳地具有用於裝納該等藍色及紅色led之至少 一個凹部'在一個配置中，該封裝具有足夠大以裝納藍色 LED與紅色LED兩者之一單個凹部。另一選擇係，該封裝 可包括用於該等藍色及紅色LED之每一者之一各別凹部。 在較佳實施例中，該封裝包括一正方形凹部陣列，其中每 一凹部裝納一各別藍色或紅色Χ^ΕΕ)。該封裝較佳地包括一 陶瓷材料，諸如一低溫共燒陶瓷（LTCC)。 在一較佳配置中’該封裝進一步包括若干電觸點，該等 電觸點經組態以使得該等藍色及紅色LED之驅動電流係可 獨立控制的。在一個配置中，一各別電觸點提供用於藍色 及紅色LED之陽極。另一選擇係（及/或另外），該等電觸點 可包括用於該等藍色及紅色LED之陰極之一各別電觸點。 157091.doc -10· 201205892 在需要產生白色光之情形下，該裝置進一步包括至少一 種藍色光可激發磷光體材料，該至少一種藍色光可激發磷 光體材料係可操作以吸收由該藍色LED所發射之該藍色光 之至少一部分且作為回應發射一不同色彩之光，且該裝置 之該發射產物包括由該等紅色及藍色LED所產生之光與由 該至少一種碳光體材料所產生之光之一組合。該至少一種 璃光體材料可提供作為與囊封至少該（等）LED之光透射材 料接觸之一層。另一選擇係，該至少一種磷光體材料係以 距該裝置至少1 mm、至少5 mm、至少1〇 mm或至少2〇 mm 之一距離提供於該裝置之遠處。在本發明說明書中，「遠 處」意指「與…不直接接觸」或「與…分離」。通常，該 填光體材料係藉由一氣隙與該裝置分離，但其可藉由除空 氣以外之一光透射介質分離。將該磷光體材料提供於該裝 置之遠處’更特定而言該LED晶粒之遠處，可減小該碟光 體材料之熱劣化且產生所發射光之一較一致之色彩，此乃 因與將磷光體直接提供至LED晶粒之發光表面相比，通常 將磷光體提供於一大得多之區域上方。 通常’該裝置經組態以使得由該至少一個藍色LED與該 至少一種磷光體材料所產生之光之組合具有位於αΐ·Ε•色 度圖之黑體輕射曲線上方之C.I.E·色度值。在一個配置 中，該裝置經組態以使得由該至少一個藍色LED與該至少 一種磷光體材料所產生之光之組合具有位於該C.i.e.色度 圖之由連接 C.I.E.值（〇.〇8，0.75)、（0.43，0.47)、（〇.22, 0.26)及（0.09，0.23)之點之直線所限界之區域内且更較佳地 157091.doc -11 - 201205892 位於該C.I.E.色度圖之由連接€1上值（〇15，0.58)、（0.42, 〇·44)、（0.29, 0.32)、（〇.〇9, 〇·3ΐ)及（〇.〇9, 0.45)之點之直線 所限界之區域内之C.I.E.色度值。 對照明應用而言’該裝置可經組態以使得發射產物在色 彩上顯現為白色且較佳地具有實質上位於該CIE.色度圖 之黑體輻射曲線上之色度值。 在併入本發明之裝置之一發光系統中，該系統可進一步 包括一驅動器’該驅動器係可操作以回應於該等紅色及/ 或藍色LED之所量測發射強度而控制該等led之一驅動電 流以便維持該發射產物中之該藍色光對該紅色光之一實質 上恆定之比率。便利地，該驅動器可併入於用於操作該系 統之一電源中或併入於該裝置封裝中。 在本發明之裝置或系統中，該至少一個藍色lED係可操 作以產生具有在一區域内之CXE.色度值之藍色光，該區 域由連接在C.I.E.色度圖上具有c.I.E.值（〇.〇8，〇·13)及 (0.16, 〇.〇1)之點之一直線與連接該等點之該cie色度圖 之邊界限界，同時該至少一個紅色LED係可操作以產生具 有在一直線上之C.I.E.色度值之紅色光，該直線連接在該 C.I.E.色度圖上具有 CIE·值（〇66, 〇34)及（〇72, 〇28)之 點。 根據本發明之另一態樣，一種發光裝置，其包括：一封 裝；至少一個紅色LED，其裝納於該封裝中且可操作以發 射具有在一範圍610 nm至670 nm中之一峰值波長之紅色 光；及至少一個藍色LED，其裝納於該封裴中且可操作以 157091.doc •12- 201205892 發射具有在一範圍440 nm至480 nm中之一峰值波長之藍色 光，其中該裝置之發射產物包括由該等紅色及藍色LED所 發射之光之組合且其中該封裝包括若干電觸點，該等電觸 點經組態以使得該等藍色及红色LED之驅動電流係可獨立 控制的。 為達成該等藍色及红色LED之驅動電流之獨立控制，該 等電觸點可包括用於該等藍色及紅色LED之陽極之一各別 電觸點。另一選擇係（及/或另外），該封裝可包括用於該等 藍色及紅色LED之陰極之一各別電觸點《在一進一步配置 中，該裝置包括用於該等藍色及紅色LED之該陽極及陰極 之一各別電觸點。 該裝置可進一步包括至少一種藍色光可激發磷光體材 料，該至少一種藍色光可激發磷光體材料係可操作以吸收 由該藍色LED所發射之該藍色光之至少一部分且作為回應 發射一不同色彩之光’且其中該裝置之發射產物包括由該 等紅色及藍色LED所產生之光與由該至少一種磷光體材料 所產生之光之一組合。該磷光體材料可以與至少該（等）藍 色LED接觸之方式提供，諸如例如併入於囊封該（等）藍色 LED之一光透射材料中。 另一選擇係，在併入本發明之裝置之一發光系統中，該 系統可進一步包括至少一種藍色光可激發磷光體材料，該 至少一種藍色光可激發磷光體材料係可操作以吸收由該藍 色LED所發射之該藍色光之至少一部分且作為回應發射一 不同色彩之光，且其中該系統之該發射產物包括由該等紅 157091.doc •13· 201205892 色及藍色LED所產生之光與由該至少一種磷光體材料所產 生之光之一組合’且其中該至少一種磷光體材料係以至少 1 mm、較佳地至少5 mm、更較佳地至少1 〇 mm或至少20 mm之一距離提供於該裝置之遠處。 有利的係該裝置或系統經組態以使得由該至少一個藍色 LED及該至少一種構光體材料所產生之光之該組合具有位 於C.I.E.色度圖之黑體輻射曲線上方之c.i.e.色度值。較佳 地，該色度值位於該C.I.E.色度圖之由連接C.i.E.值（0.08, 0.75)、（0.43, 0.47)、（0.22, 0_26)及（0.09, 0.23)之點之直線 所限界之區域内且更較佳地位於該C.I.E.色度圖之由連接 C.I.E.值（0.15，0.58)、（0.42，0.44)、（0.29，0.32)、（〇.〇9, 0.31)及（0.09, 0.45)之點之直線所限界之區域内。 β亥裝置或系統可經組態以使得該發射產物在色彩上顯現 為白色’且較佳地經組態以使得該發射產物具有實質上位 於C.I.E.色度圖之黑體輻射曲線上之色度值。 該裝置或系統可進一步包括一驅動器，該驅動器係可操 作以回應於該等紅色及/或藍色LED之所量測發射強度及/ 或溫度而控制該等LED之一驅動電流以便維持該發射產物 中該藍色光對該紅色光之一實質上恆定之比率。 根據一進一步實施例，一發光裝置包括一封裝；至少一 個紅色LED，其裝納於該封裝中且可操作以發射具有在一 範圍610 nm至670 nm中之一峰值波長之紅色光；至少一個 藍色LED，其裝納於該封裝中且可操作以發射具有在一範 圍440 nm至480 nm中之一峰值波長之藍色光；及至少一種 157091.doc •14· 201205892 藍色光可激發磷光體材料，其係可操作以吸收由該藍色 LED所發射之該藍色光之至少—部分且作為回應發射一不 同色彩之光，且其中該裝置之該發射產物包括由該等紅色 及藍色LED所產生之光與由該至少__種鱗光體材料所產生 之光之一組合且其中該封裝包括若干電觸點，該等電觸點 經組態以使得該等藍色及紅色LED之驅動電流係可獨立控 制的。在一個配置中，該封裝包括用於該等藍色及紅色 LED之陽極之一各別電觸點。另一選擇係（及/或另外），該 等電觸點包括用於該等藍色及紅色LED之陰極之一各別電 觸點。在一進一步配置中，該封裝包括用於該等藍色及紅 色LED之該陽極及陰極之一各別電觸點。 該裝置可進一步包括一驅動器，該驅動器係可操作以回 應於該等紅色及/或藍色LED之所量測發射強度及/或溫度 而控制該等LED之一驅動電流以便維持該發射產物中該藍 色光對該紅色光之一實質上恆定之比率。 在併入本發明之至少一個發光裝置之一發光系統中該 至少一種麟光體材料係以至少1 min、較佳地至少5 mm、 更較佳地至少10 mm或至少20 mm之一距離提供於該裝置 之遠處。 該裝置或系統較佳地經組態以使得由該至少一個藍色 LED及該至少一種鱗光體材料所產生之光之組合具有位於 C.I.E.色度圖之黑體輻射曲線上方之c.i.e.色度值。較佳 地’該色度值位於該C.I.E.色度圖之由連接c.I.E·值（〇.〇8, 0.75)、（0.43, 0.47)、（0.22, 0·26)及（0.09, 0.23)之點之直線 157091.doc •15- 201205892 所限界之區域内及更較佳地位於該C.I.E.色度圖之由連接 C.I.E·值（0.15，0.58)、（0.42，0.44)、（0.29，0.32)、（〇,〇9, 0.31)及（0.09，0.45)之點之直線所限界之區域内。較佳地， 該裝置或系統經組態以使得該發射產物在色彩上顯現為白 色且較佳地經組態以使得該發射產物具有實質上位於 C.I.E.色度圖之黑體輻射曲線上之色度值。 該系統有利地進一步包括一驅動器，該驅動器係可操作 以回應於該等紅色及/或藍色LED之所量測發射強度而控制 該等LED之一驅動電流以便維持該發射產物中該藍色光對 該紅色光之一實質上恆定之比率。 根據本發明之再一態樣，發光系統包括：一發光裝置， 其包括：一封裝；至少一個紅色LED，其裝納於該封裝中 且可操作以發射具有在一範圍61〇 nm至670 nm中之一峰值 波長之紅色光；至少一個藍色LED，其裝納於該封裝中且 "T操作以發射具有在一範圍440 nm至480 nm中之一峰值波 長之藍色光；及至少一種藍色光可激發磷光體材料其係 可操作以吸收由該藍色LED所發射之該藍色光之至少一部 分且作為回應發射一不同色彩之光，且其中該裝置之該發 射產物包括由該等紅色及藍色LED所產生之光與由該至少 一種磷光體材料所產生之光之一組合，且其中該至少一種 磷光體材料係以距該裝置至少1 mm、至少5 mm、至少1〇 mm或至少20 mm之一距離提供於該裝置之遠處。 較佳地，該封裝包括若干電觸點，該等電觸點經組態以 使得該等藍色及紅色LED之驅動電流係可獨立控制的。該 157091.doc • 16 · 201205892 封裝電觸點可包括用於該等藍色及紅色led之陽極之一各 別電觸點。另一選擇係（及/或另外），該等電觸點包括用於 該等藍色及紅色LED之陰極之一各別電觸點。 該系統可進一步包括一驅動器，該驅動器係可操作以回 應於該等紅色及/或藍色LED之所量測發射強度而控制該等 LED之一驅動電流以便維持該發射產物中該藍色光對該紅 色光之一實質上恆定之比率。 該系統可經組態以使得該發射產物在色彩上顯現為白色 且較佳地具有實質上位於C.I.E.色度圖之黑體輻射曲線上 之色度值。 根據本發明之又一態樣，一種發光系統包括：至少一個 紅色LED，其係可操作以發射具有在一範圍61〇 nm至670 nm中之一峰值波長之紅色光；至少一個藍色LED，其係可 操作以發射具有在一範圍440 nm至480 nm中之一峰值波長 之藍色光；至少一種藍色光可激發磷光體材料，其係可操 作以吸收由該藍色LED所發射之該藍色光之至少一部分且 作為回應發射-不同色彩之光，且其巾該裝置之該發射產 物包括由該等紅色及藍色LED所產生之光與由該至少一種 鱗光體材料所產生之光之-組合；及—驅動器，其係可操 作以回應於該等紅色及，或藍色LED之所量測發射強度而控 制該等LED之-驅動電流以便維持該發射產物中該藍色光 其中該至少一種磷光 1 mm、至少 5 mm、 對該紅色光之一實質上恆定之比率； 體材料係以以下之一距離提供：至少 至少10 mm或至少20 mm。 157091.doc -17· 201205892 該系統可進一步包括一封裝，其裝納該等藍色及紅色 LED。該封裝較佳地進一步包括用於該等藍色及紅色led 之一各別電觸點。另一選擇係（及/或另外），該封裝包括用 於該等藍色及紅色LED之陰極之一各別電觸點。 較佳地’該系統經組態以使得由該至少一個藍色led及 該至少一種填光體材料所產生之光之組合具有位於c.i.e. 色度圖之黑體輻射曲線上方之C.I.E·色度值。較佳地，該 系統經組態以使得由該至少一個藍色led及該至少一種鱗 光體材料所產生之光之該組合具有位於該C.I.E.色度圖之 由連接 C.I.E·值（0.08，0.75)、（0.43，0.47)、（0.22，0.2 6)及 (0.09，0.23)之點之一直線所限界之區域内及更較佳地位於 該 C.I.E.色度圖之由連接 C.I.E.值（〇.15，0.58)、（0.42, 0.44)、（0.29，0.32)、（0.09，0.31)及（〇.〇9，0.45)之點之直線 所限界之區域内之C.I.E.色度值。 較佳地’該系統經組態以使得該發射產物在色彩上顯現 為白色且較佳地具有實質上位於C.I.E.色度圖之黑體輻射 曲線上之色度值。 該系統較佳地進一步包括一驅動器，該驅動器係可操作 以回應於該等紅色及/或藍色LED之所量測發射強度而控制 該等LED之一驅動電流以便維持該發射產物中該藍色光對 該紅色光之一實質上恆定之比率》 【實施方式】 為更好地理解本發明，現在將參考隨附圖式僅以舉例之 方式闡述根據本發明之以LED為基礎之發光系統及裝置。 157091.doc -18 · 201205892 本發明之實施例係針對包括可操作以產生藍色光之至少 一個藍色LED及可操作以產生紅色光之至少一個紅色led 之以LED為基礎之發光系統及裝置。該系統或裝置可進一 步包括用於回應於發射產物中之藍色光及紅色光之所量測 貝獻而控制由該等.藍色及紅色led所發射之光之強度之一 驅動器（控制器）。該驅動器經組態以控制該等LED以使得 發射產物中之藍色光及紅色光之貢獻保持實質上恆定從而 維持所發射光之一選定色彩。該驅動器可係可操作以控制 一或兩個LED之發射強度》為產生白色光，該系統或裝置 進一步包括可操作以吸收一定比例之該藍色光並發射一不 同色彩（通常係綠色、綠色/黃色或黃色）之光以使得該裝置 之組合光輸出在色彩上顯現為白色之至少一種藍色光可激 發磷光體材料。在此一裝置中’發射產物之CCT可藉由控 制該等藍色及紅色LED之發射強度來維持。此控制可用於 至少部分地補償因該等藍色及紅色LED之不同老化、由於 溫度改變所致之該等LED之發射特性之改變及/或該鱗光體 材料之發射特性之改變所引起之發射產物之改變。 在本專利說明書通篇中，相同元件符號用於表示相同部 件。
白色LED 在闡述根據本發明之以LED為基礎之發光系統及裝置之 前，將參考圖2(其係一C.I.E. 1931色度圖）闡述一白色LED 之操作原理。 如所習知，一白色LED通常包括可操作以產生藍色光 157091.doc ,〇 201205892 (如該色度圖上點2所指示）之一藍色LED。另外，一白色 LED進一步包括可由該藍色光激發並發射一不同色彩（通常 在色彩上係黃-綠色）之光之一或多個磷光體材料。在圖2 中’點4指示由該（等）破光體材料所產生之光之色彩，此取 決於該（專）碗光體材料之組成。連接點2及點4之一大約直 線6表示來自該白色LED之可能光發射，其中發射產物8之 確切色彩取決於該（等）磷光體材料之數量。在點2(無磷光 體材料之情形）處，所發射之光在色彩上係藍色。在點4(其 中存在用以吸收由該LED所發射之所有藍色光之一足量磷 光體材料之情形）處，所發射之光之色彩對應於由該（等）磷 光體材料所產生之光之色彩。在沿線6且介於點2與點4之 間的若干點處’所發射之光係由該（等）碟光體材料所發射 之光與來自該LED之未被該（等）磷光體材料吸收之藍色光 之一組合。藉由適當選擇該（等）磷光體材料之量，該白色 LED可經組態以在線6與黑體曲線（Planckian軌跡）10交會之 點8處產生一選定CCT之白色光。由一白色LED所產生之光 之CCT係固定的且係藉由該（等）磷光體材料之組成及磷光 體材料之量而確定。 現有白色LED之一問題係其產生之光之色彩可由於該 (等）磷光體材料之光致發光性質（舉例而言）因吸收水而隨 時間改變（通常由該磷光體材料所發射之光之強度隨時間 減小）而隨時間改變。由於一白色LED所發射之光之色彩係 固定的，因此不存在藉由其可控制發射色彩以維持發射產 物處於一選定色彩及/或CCT之機制。 157091.doc -20- 201205892 以LED為基礎之發光裝置 現在參考圖3(其展示該裝置之平面圖及穿過該裝置之A_ A之剖視圖）闡述根據本發明之一實例性實施例之一以led 為基礎之發光裝置20 ^裝置20包括一陶瓷封裝22,諸如一 低溫共燒陶瓷（LTCC)，其具有經組態為5列x5行之一正方 形陣列之二十五個圓形凹部（腔）24之一陣列。每一凹部24 經組態以裝納一藍色（B)LED晶片26或一红色（R)LED晶片 28之一各別者。如所圖解說明，裝置20可包括十六個藍色 LED晶片26及九個紅色LED晶片28，其中一各別紅色LED 晶片28係裝納於中心腔、拐角腔中每一者及沿每一側之中 點之腔中之每一者中。應瞭解，藍色及紅色LED晶片之數 目及組態僅係實例性且熟習此項技術者將明瞭其他組態。 較佳地’藍色LED晶片26包括可操作以產生具有在440 nm至480 nm(通常係465 nm)之一波長範圍中之一峰值波長 之藍色光30之以GaN為基礎（以氮化鎵為基礎）之LED。紅 色LED晶片2 8有利地包括可操作以產生具有在61 〇 nm至 670 nm之一波長範圍中之一峰值波長之紅色光32之 AlGaAs(砷化鋁鎵）、GaAsP(磷砷化鎵）、AlGaInP(磷化鋁 鎵銦）或GaP(磷化鎵）LED。 每一凹部24之壁可係傾斜的且可包含一光反射表面（諸 如銀或鋁之一金屬化層）以使得每一凹部24包括用於增加 來自該裝置之光之發射之一反射杯（reflect〇r CUp)。封裝22 係一多層式結構且併入經組態以互連LED晶片26、28成一 所期望組態（例如’串聯連接之各別LED晶片串）之一導電 157091.doc •21· 201205892 軌跡型樣。該等導電軌跡經組態以使得其一部分延伸至凹 部24中以在該凹部之基底上提供一對電極墊％用於一各別 LED μ片26、28之電連接。在封裝22之一下端面上，提供 銲墊34、36用於向該等藍色及紅色lED晶片提供電力。根 據本發明之一態樣，可提供各別銲墊34、36用於藍色LED 晶片26及紅色LED晶片28，該等銲墊經組態以使得能夠獨 立控制該等藍色及紅色LED晶片之正向驅動電流iB、iRe 舉例而言，如圖3中所示，裝置可包括分別對應於該等藍 色及紅色LED晶片之陽極及陰極之四個銲墊34(+藍色）、 34(·藍色）、36(+紅色）、36(紅色另一選擇係該封裝 可匕括該等藍色及紅色LED晶片之一個電極（陽極或陰極） 所共有之一單個銲墊及用於該等藍色及紅色LED晶片之另 一電極之一各別銲墊.銲墊34、36可藉由導熱通孔（未展 不）連接至該等導電軌跡。每一 LED晶片26、28係以使用一 導熱黏合劑（諸如一經填銀之環氧樹脂）或藉由焊接與該凹 部之基底熱連接之方式安裝。LED晶片26、28上之電極係 藉由一接合線37連接至凹部24之該基底上之一各別電極墊 33。母一凹部24完全填（裝）滿一光透射（透明）聚合材料 38(諸如一聚矽氧或環氧樹脂材料）且提供對led晶片及接 合線37之保護。光透射聚矽氧材料之實例可包含shinEtsu MicroSi，lnc·公司的撓性聚矽氧KJR 9〇22& ge公司的聚矽 氧RTV615。自該LED晶片之發光表面所量測光透射囊封38 之厚度tj (圖3)通常係至少0.3 mm至0.5 mm。如所展 不，囊封38可完全填滿該凹部以使得該囊封之外部表面大 157091.doc •22- 201205892 體扁平。在其他實施例中，如圖3中之虛線所指示，每一 凹部24可經過填充以使得該囊封係圓頂形狀（大體半球形） 且形成一透鏡。此一組態可藉由減小囊封内之内反射之幾 率來增加總發射光。通常在此一配置中，該囊封之厚度 「t」係至少1 mm且可係至少5 mm且主要地取決於該凹部 之大小。 以LED為基礎之發光系統 圖4係併入本發明之發光裝置20之一發白色光系統4〇之 一示意圖。如圖4中所示，在需要產生白色光之情形下， 發光系統40包括至少一種藍色光可激發磷光體材料42，經 組態以使得在操作中發光裝置20藉助藍色光30照射磷光體 材料42。磷光體材料42吸收藍色光30之一部分且作為回應 發射一不同色彩（通常在色彩上係黃·綠色）之光44。系統40 之發射產物46包括由LED 26、28發射之組合光30、32及由 磷光體材料42所產生之光44。 如將進一步闡述’系統40可進一步包括一驅動器48,該 驅動器係可操作以控制藍色及紅色LED之正向驅動電流 iFB、iFR以補償該等LED及/或磷光體材料之發射特性之色 彩之改變。驅動器48可回應於發射產物46中之藍色光貢獻 及紅色光貝獻之所量測強度IB&IR而可操作。藉助一回饋 配置’驅動器48使用該等所量測強度iB、Ir來調整藍色及/ 或紅色LED之正向驅動電流iB、iR以補償該等LED及/或磷 光體材料之發射特性之色彩中發生之改變。另一選擇係 (及/或另外）’該驅動器可係可操作以回應於該等LEd之操 157091.doc •23- 201205892 作溫度T而控制一或兩個LED驅動電流。 現參考圖5及圖6闡述根據本發明之一實施例之一發白色 光系統之一實例，其中圖5係根據本發明之一 LED下照燈 50之一分解透視圖且圖6係該下照燈之一端視圖及穿過該 下照燈之B-B之該下照燈之一剖視圖。下照燈5〇經組態以 產生具有=3100 K之一相關色溫（CCT)、650流明至700流明 之一發射強度及60°(寬泛光）之一標稱光束展開度之白色 光。意欲用作一習用白熾六英吋下照燈之一能量高效替換 物0 下照燈50包括由（舉例而言）壓鑄鋁製作而成之一中空大 體圓柱形導熱體52 ^本體52充當一散熱體且驅散由該等 LED所產生之熱。為增加來自下照燈5〇之熱輻射且從而增 加對發光裝置20之冷卻，本體52可包含朝向該本體之底部 疋位之一連串緯度方向螺旋延伸之熱輻射散熱片54。為進 一步增加熱輕射，該本體之外部表面可經處理以增加其發 射率’諸如例如，經塗黑色漆或經陽極處理。本體52進一 步包括一大體截頭圓錐體（亦即’頂端被平行於底部之一 平面截去之一圓錐體）軸向室56 ’該軸向室自該本體之前 端延伸該本體之長度之大約三分之二之一深度。本體52之 外觀尺寸經組態以使得能夠將該下照燈直接改裝成如在美 國所通常使用之一標準六英吋下照燈器具（箱）。 根據本發明之四個發白色光裝置2〇以一正方形矩陣之方 式安裝於一圓形形狀MCPCB(金屬核心印刷電路板）58上。 如所習知，一 MCPCB包括由一金屬核心底部（通常係鋁）、 157091.doc -24 - 201205892 ’’、、電、、、邑緣電介質層及用於以一所期望電路組態電連 接電組件之-鋼電路層構成之一層式結構。藉助於一導熱 化^物（諸如例如’含有氧㈣或氮化㉟之—標準散熱體 —物）以經由室56之基底60與該本體熱連接之方式來 ^裝MCPCB 58之金屬核心底部。如圖5中所示，可藉由一 ^ 螺釘螺栓或其他機械緊固件62而將]VJCPCB 5 8機 械地固定至該本體之基底6〇。 下照燈50進一步包括環繞發光裝置2〇之陣列之一中空大 體圓柱形歧射室壁遮罩64<>室壁遮罩64可係由—塑膠材 料製成且較佳地具有—白色或其他光反射光潔面。使用具 有接合於本體52中之對應孔隙中之可彈性變形之倒鉤70之 環形鋼夾68來女裝一光透射窗66使其上伏於室壁遮罩64 之前端。 光透射窗66包含可係在該窗之一或兩個面上呈一或多個 均勻厚度層之形式或在該窗之整個體積中均質分佈之一或 多個磷光體材料40。在其中該磷光體材料係在該窗之表面 上呈一或多個均勻厚度層之形式之配置中，該磷光體材料 (通常係呈粉末形式）係以預選定比例與諸如一聚合材料（諸 如例如一可熱固化或可紫外光（UV)固化之丙烯酸、聚矽氧 或環氧樹脂材料）、一適合溶劑或一透明油墨（諸如Nazdar 9700絲印油墨）之一光透射（透明）黏結劑材料充分混合。光 透射聚矽氧材料之實例可包含Shin-Etsu MicroSi，Inc.公司 的撓性聚碎氧KJR-9022及GE公司的聚；ε夕氧RTV615。將鱗 光體充填至聚合物黏結劑之重量比通常係在一範圍35%至 157091.doc -25· 201205892 95°/〇中，其中確切之充填取決於該裝置之發射產物之所需 CCT。該磷光體/聚合物沈積於窗66之面上方以便在該窗之 該整個表面上方形成一實質上均勻之厚度層。端視該黏結 劑材料，可藉由絲網印刷、旋轉塗佈、刮板塗佈（亦即， 使用一刮板（squeegee)或撓性刮刀（flexible bade))、薄帶成 形、喷塗、喷墨印刷或藉由熟習此項技術者將明瞭之其他 沈積技術來將該磷光體/聚合物混合物施加至該窗。構光 體/聚合物層40通常具有在一範圍約1〇 至約5〇〇 (較 佳地約10 μιη至約1〇〇 μιη)中之一厚度。如在將該磷光體充 填至聚合物之重量之情形下，該磷光體/聚合物層之厚度 將取決於該系統所產生之光之目標CCT。 另一選擇係’如圖5及圖6中所指示，該（等）踏光體材料 可併入於光透射窗66中。在此等配置中，該磷光體材料係 以預選定比例與一光透射（透明）聚合材料（諸如例如，一聚 碳酸酯、丙烯酸、聚矽氧或環氧樹脂）充分混合且該混合 物經擠出以形成均勻厚度「X」（圖6)之一均質磷光體/聚合 物片’其中峨光體在該窗之整個體積中均勻分佈。將構光 體充填至聚合物之重量比及該磷光體/聚合物片之厚度 「X」將取決於由該系統所產生之光之目標CCT。 應瞭解，在此實例性實施例中，該磷光體材料係提供於 用於激發該（等）磷光體材料之發光裝置2〇(更特定而令，該 藍色LED)之遠處。在本發明說明書中，「遠虛 <处·」思指不直 接接觸或通常藉由（舉例而言）一氣隙分離。如圖4及圖^中 所示，磷光體材料40藉由一氣隙與該裝置分離且經定位距 157091.doc •26· 201205892 該發光裝置一距離「d」，其中d通常係至少20 mm(2 cm)。 在其他實施例中，該磷光體材料可係以至少1 mm、至少5 mm或至少10 mm之一距離定位於該藍色LED之遠處。此將 與其中磷光體材料係與LED之發光表面直接接觸之習知發 白色光裝置（白色LED)相反。在LED晶粒之遠處提供磷光 體之益處包含減小之磷光體之熱劣化及所發射光之一較一 致之色彩及/或CCT，此乃因與將磷光體直接提供至led晶 粒之發光表面相比，通常將磷光體提供於一大得多之區域 上方。通常，磷光體材料藉由一氣隙與該藍色led分離， 但在其他實施例中預想磷光體材料藉由其他光透射介質與 該藍色LED分離。舉例而言，磷光體材料可提供作為與光 透射封裝38接觸之一層。 潘如例如 該磷光體材料可包括一無機或有機磷光體 大致組成為A3Si(0，D)5或A2Si(0，D)4之以矽酸鹽為基礎之 磷光體，其中Si為矽，〇為氧，A包括鳃（Sr)、鋇（Ba)、鎂 (Mg)或鈣（Ca)，且D包括氯（C1)、氟（F)、氮（N)或硫卜該 麟光體材料（通常係呈粉末形式）與諸如—聚合物材料（舉例 而言’-可熱固化或可紫外光固化之聚石夕氧或一環氧樹脂 材料)之-透明黏結劑材料混合，且該聚合物/磷光體混合 物以-或多個均句厚度層之形式施加至光導取發光面: 聚光燈之發射產物之色彩及/或CCT係由磷 碟光體材料數量所確^產生—所期望色料⑽之^ 光所需要之該（等）填光體材料可包括任_(任何）呈 形式之麟光體材料η包括―無機或有機料體，諸:例 157091.doc -27· 201205892 如一大致組成為A3Si(0，D)5或A2Si(0，D)4之以矽酸鹽為基 礎之磷光體，其中Si為矽，Ο為氧，A包括锶（Sr)、鋇 (Ba)、鎂（Mg)或鈣（Ca)，且D包括氯（C1)、氟（F)、氮（N)或 硫（S)。美國專利第 7,575,697 號「Europium activated silicate-based green phosphor」（受讓於 Intematix Corp.公 司）、第 7,601，276 號「Two phase silicate-based yellow phosphor」（受讓於 Intematix Corp·公司）、第 7,655,156 號 「Silicate-based orange phosphor」（受讓於Intematix Corp. 公司）及第 7,311，858 號「Silicate-based yellow-green phosphor」（受讓於Intematix Corp·公司）中揭示以石夕酸鹽為 基礎之磷光體之實例。磷光體亦可包括一以鋁酸鹽為基礎 之材料，諸如美國專利第7,541，728號「Aluminate-based green phosphor」（受讓於 Intematix Corp.公司）及第 7,390,437 號「Aluminate-based blue phosphor」（受讓於 Intematix Corp·公司）中所教示、一石夕酸I呂填光體，如美國 專利第 7,648,650 號「Aluminum-silicate orange-red phosphor」（受讓於Intematix Corp.公司）中所教示、或一以 氮化物為基礎之紅色磷光體材料，諸如2009年12月7曰申 請之共同待決美國專利申請案第12/632,550號（公開案第US 2010/0308712號）中所教示。應瞭解，該磷光體並不限於本 文中所闡述之實例且可包括任一磷光體材料，包含氮化物 及/或硫酸鹽磷光體材料、氧氮化物及含氧硫酸鹽磷光體 或石榴石材料（YAG)。 下照燈50進一步包括一光反射罩72，其經組態以界定該 157091.doc •28· 201205892 下照燈之選定發射角度（光束展開度）（亦即，在此實例中為 50)。罩72包括具有三個連續（相連）内部光反射截頭圓錐 形體表面之一大體圓柱形殼體。罩72較佳地係由具有一金 屬化層之丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS)製成。最後，下照燈 50可包括亦可由ABS製作之一環形裝飾（鑲圈）74。 現在參考圖7闡述根據本發明之一發白色光系統4〇及下 照燈50之操作之原理，圖7係一 C.I.E. 1931色度圖，其中 點30、32、44分別指示由藍色LED 26、紅色LED 28及填 光體材料42所產生之光之色彩。圖7亦指示各種磷光體材 料（諸如由加利福尼亞州夫利蒙市之Intematix Corporation 公司生產之彼等磷光體材料）之發射光44之色彩。 連接點30及點44之一大約直線80表示來自藍色LED 26及 磷光體材料42之組合光82之可能光發射，其中確切色彩取 決於該罐光體材料之數量。在點3〇(無填光體材料之情形） 處，組合光82在色彩上係藍色。在點44(其中存在用以吸 收由該藍色LED所發射之所有藍色光之一足量磷光體材料 之情形）處’組合光82之色彩對應於由該磷光體材料所產 生之光之色彩。在沿線80介於點30與點44之間的點82處， 光係由該磷光體材料所發射之光與未被該磷光體材料所吸 收之藍色光之一組合。在點82處之光之色彩係固定的且係 由該罐光體材料組成及破光體材料之數量所確定^應注 意’填光體材料組成及填光體材料之數量經組態以使得由 藍色LED 26及礙光體材料42所發射之組合光82位於黑體輻 射曲線10上方。 157091.doc -29· 201205892 系統40之發射產物46位於連接點82及點32之一直線84 上，其中確切點取決於藍色LED 26及紅色LED 28之正向 驅動電流iB、iR。如圖7中所示，藉由適當選擇該等LED之 正向驅動電流，系統可經組態以產生具有對應於其中線84 與黑體輻射曲線1 0相交（交叉、交會）之點之一選定CCT之 白色光。由該系統所產生之光46之CCT係固定的且係由碟 光體材料組成及磷光體材料42之數量確定。如由圖7中實 線箭頭所圖解說明，發射產物46之色彩可藉由改變該等正 向驅動電流之比率iR:iB而改變。相對於藍色led之正向驅 動電流ιΒ之正減小（丨）之紅色LED之正向驅動電流iR(丨iR:iB) 導致發射產物46之色彩遠離黑體曲線1〇沿線84朝向點82移 動。相反地’相對於藍色LED之正向驅動電流iB之正增加 ⑴之紅色LED之正向驅動電流iR(TiR:iB)導致發射產物46之 色彩遠離黑體曲線1 〇以一相反方向沿線8 4朝向點3 2移動。 圖8係指示由藍色LED 26及紅色LED 28所發射之光之較 佳色彩之色度值之一色度圖。如圖8中所指示，藍色LED 較佳地產生具有位於由連接點(0 08，〇 13))、點 3〇b(C.I.E. (0.16，0.01))之一直線與連接該等點之色度圖之 邊界所限界之一區域内之色度值之藍色光。紅色LED較佳 地產生具有位於連接點32a(c丄E (〇 66，〇 34))、 32b(C.I.E. (0.72, 0.28))之一線上之色度值之光。 與一白色LED相同，發白色光系統4〇之發射產物46之 CCT係固定的且係由磷光體材料組成及數量所確定。然 而，與一白色LED相反，藉由控制藍色LED及紅色LED之 157091.doc -30- 201205892 驅動電流’本發明之系統可經組態以減小由於該等紅色及 藍色LED之光發射之不同改變及/或由於老化所致之磷光體 材料之發射特性之改變所致之對該發射產物之影響。 圖9係指示驅動器46如何控制藍色LED及紅色LED之驅動 電流iB、iR以補償由於老化及/或操作溫度所致之該等紅色 及藍色LED之相對發射特性之改變之一 c.i.e. 1931色度 圖。在圖9中’系統40經組態以產生具有=2600 K之一 CCT 之白色光46且係基於產生具有一發射波長λΒ=48〇 nm之藍 色光30之一藍色LED 26及產生具有一發射波長、=61〇 nm 之紅色光32之一紅色LED 2 8。填光體材料組成及數量經選 擇以使得連接點32及點82之線84與黑體曲線1〇相交在一 CCT=2600 K處。如上文所闡述，一紅色LED之發射強度因 老化及/或操作溫度（圖1 a)通常比一藍色LED更迅速下降。 如圖9中所示’該等藍色及紅色LED之發射特性之此一不 同改變之效應導致該系統之發射產物46之遠離黑體輻射曲 線10沿線84以朝向點82之一方向之一色彩位移86。在不補 償此一色彩位移86之情況下，該系統將不再發射白色光且 將發射藍綠色光，如點88所指示。根據本發明，可藉由藉 助控制一或兩個驅動電流iR、iB而改變藍色Led 26及紅色 LED 28之相對發射來減小或甚至消除色彩位移％之效應。 增加比率iR:iB 90(亦即’相對於藍色LED之光輸出增加紅 色LED之光輸出），系統40可經組態以再次發射具有=26〇〇 K之一 CCT之白色光46。 除該等藍色及紅色LED之發射特性之不同改變以外，本 157091.doc -31 · 201205892 發明之系統可減小由於（舉例而言）水分之吸取或操作溫度 之一增加所致之該磷光體材料之發射特性之改變（由構光 體材料所發射之光之強度隨老化而減小，亦即量子效率之 一減小）對發射產物之影響。此一改變可視為等效於磷光 體材料數量之一減小，且如圖ίο中所指示，導致由雄光體 材料及藍色LED所發射之組合光82a沿線80以朝向點30之 一方向之一改變92。由磷光體材料及藍色LED所發射之組 合光之新色彩由點82b指示。如箭頭94所指示（圖1〇)，鱗光 體發射及LED發射之改變之淨結果導致一淨色彩改變，且 該系統不再發射白色光，如由點96所指示。根據本發明， 可藉由藉助控制驅動電流iR、iB之一或兩者來改變藍色 LED 26及紅色LED 28之相對發射而減小此等色彩改變之 效應。相對於藍色LED之光輸出而增加紅色LED之光輸 出，該系統可經組態以再次發射白色光，如點98所指示， 雖然其現在將處於一不同CCT，其中連接點32及點82b之 線84與黑體輻射曲線1 〇交叉。雖然該白色光之ccT將不相 同，（通常其由於該磷光體材料之發射強度之減小而將更 高）’但人眼對CCT之改變比對光實際色彩之改變較不敏 感。 驅動器48可經組態以回應於該等藍色及紅色LED之發射 強度Ib、Ir而調整該等藍色及紅色LED之驅動電流iFB、 iFR。在一個配置中’使用併入於該發光裝置中之一各別光 偵測器（諸如光二極體或光電晶體）來量測該等藍色及紅色 LED之發射強度。另一選擇係，可使用包含具有對應於該 157091.doc -32· 201205892 紅色光或藍色光之一光譜回應之一波長濾波器之一各別光 偵測器來量測發射產物46中之該藍色及紅色光貢獻之強 度。在此一配置中’ S亥等光偵測器較佳係—匹配對以減小 任何不同溫度對該等偵測器之效能之影響。雖然可回應於 該等藍色及紅色發射強度之量值而控制該裝置，但發明人 已發現可使用β亥專強度之比率匕心或該等強度之間的一差 Ib-Ir來達成充足控制。此一控制配置減小控制器電路之複 雜性。本發明之裝置之一特定益處係由於其係僅基於紅色 及藍色LED，因此此減小該驅動器之複雜性且消除量測該 裝置之發射產物之實際色彩之需要。 另外’驅動器48可係可操作以回應於該等藍色及紅色 led之操作溫度τ而調整該等藍色及紅色lED之驅動電流 iB iR。可使用併入於該裝置中之一熱敏電阻器來量測該 等LED之操作溫度。通常，該等LED將安裝至一導熱基 板，且可藉由量測該基板之溫度T(其將大約與該等LED之 操作溫度相同）來量測該等led之溫度。 在操作中，驅動器48回應於所量測強度Ib、1{1及/或溫度 T而調整該等藍色及/或紅色led之電流以便使比率匕七之 改變最小化。驅動器48可經組態以藉由以下步驟而增加該 紅色LED之光輸出：⑴增加該紅色LED之正向驅動電流iR 同時維持該藍色LED之正向驅動電流iB恆定，或（π)減小該 藍色LED之正向驅動電流&同時維持該紅色led之正向驅 動電流iR值定。第一控制組態具有該裝置之發射產物之強 度將不下降同樣多之益處。亦設想，驅動器48係可操作以 157091.doc •33- 201205892 調整兩個正向驅動電流iR、iB以便使發射強度匕及Ib之絕對 值之任一改變最小化。此一控制組態可不僅減小發射產物 之色彩之任何改變，亦另外減小該裝置之總發射強度之任 一改變 雖然已將驅動器闡述為控制該驅動電流之量值，此暗示 藉助一 D.C.電流驅動該等LED，但亦預想動態地切換該驅 動電流，諸如一 PWM(經脈寬調變）驅動電流。在此一配置 中’該驅動器可藉由控制電流之工作循環而控制驅動電流 之量值。較佳地，驅動器48與該發光裝置分離且便利地併 入於一外部電源中，但其可併入於該發光裝置封裝内。 圖11係圖解說明由經組態以產生具有在一範圍=2500 κ 至4500 Κ中之一 CCT之白色光之發光系統及/或裝置之磷 光體材料及藍色LED所發射之組合光82之較佳色彩之一 C.I.E. 1931色度圖。如圖11中所指示，由該藍色LED及磷 光體材料所產生之組合光之色彩經組態以位於由連接點 82a 至點 82e(具有各別色度值 c.I.E.(〇.l5，0.58)、C.I.E. (0.42，0.44)、C_I.E. (0.29，0·32)、C.I.E. (0.09，0.31)及 C.I.E. (0,09, 0.45))之若干直線所限界之c j Ε圖之區域1〇〇 内。色彩選擇取決於選定之CCT且取決於該等藍色及紅色 LED之波長》 圖12係圖解說明由經組態以產生具有在一範圍=2〇〇〇 κ 至=2000 Κ中之一 CCT之白色光之發光系統及/或裝置之磷 光體材料及藍色LED所發射之組合光82之較佳色彩之一 C.I.E. 1931色度圖。如圖12中所指示，由該藍色LED及磷 157091.doc -34 - 201205892 光體材料所產生之組合光之色彩經組態以位於由連接點 82a 至點 82d(具有各別色度值C.I.E· (0.08，0.75)、C.I.E. (0.43, 0.47)、C.I.E. (0.22, 0·26)及 C.I.E. (0.09, 0.23))之若 干直線限界之C.I.E.圖之區域100内。色彩選擇取決於選定 之CCT且取決於該等藍色及紅色LED之波長。 可調色之以LED為基礎之發光裝置 現在參考圖13(其係該裝置之平面圖及穿過該裝置之a· a 之剖視圖）闡述根據本發明之一實施例之一可調色之以led 為基礎之發光裝置102。裝置102類似於圖3之裝置且包括 具有經組態以裝納一藍色（B)LED晶片26、一紅色（R)LED 晶片28或一橙色（〇)LED晶片104中之一各別者之二十五個 圓形凹部（腔）24之一陣列之一陶瓷封裝22。如所圖解說 明’裝置102可包括十六個藍色LED晶片26、五個紅色LED b曰片2 8及四個燈色LED晶片1 〇4 ’其中·一各別紅色LED晶片 28裝納於中心腔及拐角腔之每一者中，且一各別燈色LED 晶片104裝納於沿每一側之中點之腔之每一者中。應瞭 解，藍色、紅色及橙色LED晶片之數目及組態僅係實例性 且熟習此項技術者將明瞭其他組態。 橙色LED晶片104可包括可操作以產生具有在59〇 11111至 610 nm之一波長範圍中之一峰值波長之橙色光1〇6之以 GaAsP為基礎（磷砷化鎵）、A1GaInP(磷化鋁鎵銦）或以Gap 為基礎（磷化鎵）之LED。在封裝22之一下端面上，提供銲 墊34、36、108用於向該等藍色、紅色及橙色LED晶片提 供電力。根據本發明，提供各別銲墊34、36、1〇8用於藍 157091.doc •35· 201205892 色LED晶片26、紅色LED晶片28及橙色LED晶片104，該等 辉塑*經組態以使得能夠獨立控制該等藍色、紅色及橙色 LED日曰片之驅動電流&、^。舉例而言，在一個配 置中’可對應於該等藍色、紅色及橙色LED晶片之陰極及 陽極提供六個電極墊34(·藍色）、34(+藍色）、36(_紅色）、 36(+紅色）、ι〇8(_橙色）、1〇8(+橙色）（圖π)。另一選擇 係’該封裝可包括該等LED晶片所共有之一銲墊（陰極或陽 極）及用於該等藍色、紅色及橙色LED晶片之另一電極一各 別電極墊》 可調色溫之以LED為基礎之發光系統 圖14係基於圖13之發光裝置1〇2之一可調色溫之發白色 光系統110之一示意圖。發光系統11 〇包括至少一種藍色光 可激發填光體材料42，其經組態以使得在操作中發光裝置 102藉助藍色光30照射填光體材料42。碟光體材料42吸收 藍色光30之一部分且作為回應發射一不同色彩（通常在色 彩上係黃-綠色）之光44。系統110之發射產物in包括由 LED 26、28、102所發射之組合光30、32、106及由破光體 材料42所產生之光44。 系統110可進一步包括一驅動器48，該驅動器係可操作 以控制該等藍色、紅色及橙色LED之正向驅動電流iB、 iR、i〇以補償該等LED及/或磷光體材料之發射特性之色彩 之改變》驅動器48可回應於發射產物112中之藍色光貢 獻、紅色光貢獻、橙色光貢獻之所量測強度IB、IR、10而 可操作。藉助一回饋配置’驅動器48使用該等所量測強度 157091.doc •36- 201205892
Ib、Ir、1〇來調整該等藍色、紅色及/或橙色LED之正向驅 動電流iB、iR、i〇以補償該等LED及/或磷光體材料之發射 特性之色彩中發生之改變。另一選擇係（及/或另外），該驅 動器可係可操作的以回應於該等LED之操作溫度τ而控制 一或多個LED驅動電流。 現在參考圖15闡述發白色光系統110之操作原理，圖15 係一 C.I.E. 1931色度圖，其中點30、32、106分別指示由 藍色LED 26、紅色LED 28及橙色LED 104所產生之光之色 彩。連接點32及點106之一粗實線114表示來自紅色LED及 橙色LED之組合光116之可能光發射，其中該色彩取決於 橙色LED及紅色LED之正向驅動電流之比率i〇:iR(i〇:R)。系 統110之發射產物112位於連接點82及點116之一直線118 上，其中確切點取決於橙色/紅色LED之正向驅動電流對藍 色LED之正向驅動電流之比率（i0:R):iB。如圖15中所示，藉 由適當選擇比率（i0:R):iB，系統可經組態以產生具有對應 於線118與黑體輻射曲線10相交（交叉、交會）之點之一選定 CCT之白色光。藉由包含燈色LED，此使得能夠調節由該 系統所產生之光112之CCT且取決於橙色LED之正向驅動電 流對紅色LED之正向驅動電流之比率i0:R。與圖4之系統相 同，由藍色LED及填光體材料所產生之組合光82之色彩係 固定的且係由磷光體材料組成及磷光體材料之數量所確 定。然而，該系統之發射產物112之CCT係由線118與黑體 輻射曲線交會之點（此取決於由該點紅色及橙色LED所產生 之組合光116之色彩）所確定。由於可獨立控制該等紅色及 157091.doc -37- 201205892 橙色LED之驅動電流，因此此使得能夠選擇線118且因此 選擇CCT。舉例而言，比率i0:R越大，發射產物之CCT越 低。如圖15中所指示，針對光116之某些色彩，線118可與 黑體輻射曲線交會在兩個不同CCT處。 圖16係指示驅動器48可如何控制藍色、紅色及撥色LED 之驅動電流iB、iR、i〇以補償由於老化及/或操作溫度所致 之該等LED之相對發射特性之改變以及該磷光體材料之發 射特性之改變之一C.I.E. 1931色度圖。系統11〇經組態以 產生具有=5900K之一 CCT之白色光112且係基於產生具有 一發射波長λΒ=480 nm之藍色光30之藍色LED、產生具有 一發射波長λκ=700 nm之紅色光32之紅色LED及產生具有 一發射波長λ〇=590 nm之橙色光1〇6之橙色LED。選擇燈色 LED正向驅動電流對紅色LED正向驅動電流之比率i〇:R# 確保由該等橙色及紅色led所發射之組合光116a(630 nm) 導致連接點116a及82a之線118a與黑體輻射曲線10交叉在 一 CCT4900 K處。一紅色/橙色led之發射強度通常因老 化及/或操作溫度比一藍色LED更迅速下降，將假定，該等 橙色及紅色LED之發射強度之下降係類似的以使得比率 I〇:IR保持大約恆定（亦即，點U6a保持固定）。如圖16中所 示，該等LED之發射特性之此—不同改變之效應導致該系 統之發射產物46之遠離黑體輻射曲線1〇沿線丨丨心以朝向點 82a之-方向之-色彩位移86β在不補償此一色彩位移％ 之情況下’該系統將不再發射自色光且將發射藍綠色光， 如點88所指示。根據本發明，可藉由藉助控制驅動電流 i5709I.doc -38- 201205892 iB、iR、i〇而改變藍色LED及紅色/撥色LED之相對發射來 減小或甚至消除色彩位移86之效應。增加⑴比率 (i〇:1r):1b(亦即’相對於藍色LED之光輸出增加紅色及橙色 LED之光輸出同時維持比率}。:iR恒定），發白色光系統ιι〇 可經組態以再次發射具有=29〇〇 κ之一 CCT之白色光112。 預期可藉由改變比率i〇:iR而補償比率i〇:Ir之任一改變。 除能夠補償該等藍色、紅色及橙色LED之發射特性之改 變以外，本發明之系統亦可減小填光體材料之發射特性之 改變對發射產物之影響。通常，一磷光體材料之發射特性 之改變導致產生較少光致發光光且此等改變可視為等效於 磷光體材料數量之一減小。如圖16中所指示，磷光體之發 射特性之一改變導致由磷光體材料及藍色LED所發射之組 合光82a之沿線80以朝向點30之一方向之一改變％。由磷 光體材料及藍色LED所發射之該組合光之新色彩係由點 82b指示。如由箭頭94所指示，磷光體發射及led發射之 組合改變導致一淨色彩改變以使得該系統不再發射白色 光，如由點96所指示。 根據本發明，可藉由改變由該等橙色及紅色LED所發射 之光之比率及藉由改變該燈色/紅色LED發射對藍色led發 射之比率來實際上消除此等改變之組合效應。藉由相對於 紅色LED增加（T)燈色LED之光輸出（亦即，τ i〇:iR)，由該 等橙色及紅色led所產生之組合光（點116b =6〇〇 nm)可經 組態以使得連接點82b及點116b之一線U8b將再次與黑體 輻射曲線10交又在2900 K之一 CCT處。另外藉由相對於藍 I57091.doc -39- 201205892 色LED之輸出增加撥色/紅色led輸出之比率（亦即， Ti〇:R:iB)，系統可經組態以再次發射具有29〇〇 κ之一 CCT 之白色光112。預想，藉由適當組態該系統，應可能維持 該系統之發射產物在一選定色彩及/或CCT2±五個、更佳 土兩個McAdams橢圓内。 應瞭解，根據本發明之以LED為基礎之發光系統及裝置 並不限於所闡述之實例性實施例且可在本發明之範鳴内作 出變化。舉例而言，應瞭解，該等藍色及紅色LED可封裝 於其他封裝配置中。較佳地，該封裝配置包含使得能夠可 獨立控制該等紅色及藍色LED之驅動電流之電極墊34、36 且通常需要至少三個電極墊。 【圖式簡單說明】 在附圖中： 圖la係針對如先前所闡述之藍色及紅色led之所發射光 之強度對操作溫度之一曲線圖； 圖lb係針對如先前所闡述包括藍色及紅色led之一習知 發白色光裝置之所發射光之CCT及CRI對操作溫度之一曲 線圖； 圖2係圖解說明一白色LED之操作原理之一 C.I.E.(國際照 明委員會）1931色度圖； 圖3係根據本發明之一實施例之一以LED為基礎之發光 裝置之一平面圖及穿過該以LED為基礎之發光裝置之A-A 之一橫剖視圖； 圖4係併入根據圖3之該發光裝置之一發光系統之一示意 157091.doc -40· 201205892 性表示； 圖5係根據本發明之一以LED為基礎之發光系統、LED下 照燈之一分解透視圖； 圖0係圖5之LED下照燈之端視圖及穿過圖5之led下照燈 之B-B之剖視圖； 圖7至圖12係圖解說明圖4之發光系統之操作之c.i.e. 1931色度圖； 圖13根據本發明之另一實施例之一可調色之以lEd為基 礎之發光裝置之一平面圖及穿過該可調色之以led為基礎 之發光裝置之A-A之一橫剖視圖； 圖14係併入圖13之發光裝置之一可調色溫之發白色光系 統之一示意性表示；及 圖15及圖16係圖解說明圖14之該發光系統之操作之 C.I.E. 1931 色度圖。 【主要元件符號說明】 20 以發光二極體為基礎之發光裝置 22 陶瓷封裝 24 圓形凹部 26 藍色（B)發光二極體晶片 28 紅色（R)發光二極體晶片 33 電極墊 34 銲墊 36 銲墊 37 接合線 157091.doc • 41 · 201205892 38 光透射（透明）聚合材料（光透射囊 30 藍色光 32 紅色光 40 發白色光系統 42 藍色光可激發磷光體材料 44 光 46 發射產物 48 驅動器 50 發光二極體下照燈 52 中空大體圓柱形導熱體 54 熱輻射散熱片 56 袖向室 58 圓形形狀金屬核心印刷電路板 60 基底 62 機械緊固件 64 中空大體圓柱形光反射室壁遮罩 66 光透射窗 68 環形鋼夾 70 倒鉤 72 光反射罩 74 環形裝飾（聚光圈） 82 組合光 102 以發光二極體為基礎之發光裝置 104 橙色（〇)發光二極體晶片 157091.doc -42- 201205892 106 橙色光 108 銲墊 110 發光系統 112 發射產物 116 組合光 157091.doc 43-