TW201231881A - Efficient LED-based illumination modules with high color rendering index - Google Patents

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Description

201231881 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 所闡述之實施例係關於包含發光二極體（LED)之照明模 【先前技術】 現色性指數（CRI)係與一理想或自然光源相比較對一光 源忠實地複製各種物件之色彩之能力之一量性量測。該 CRI系統係由國際照明委員會（CIE)管理。CIE選擇十五種 測試色彩樣本來將一白色光源之色彩性質分級。前八種測 試色彩樣本係相對低飽和色彩且均勻地分佈於整個色調範 圍内。採用此等八種樣本來計算一般現色性指數Ra。一般 現色性指數Ra係簡單地按照前八個現色性指數值（Ri至R8) 之平均值來進行計算^額外七種樣本提供關於該光源之現 色性性質之補充資訊；前四種著重於高飽和度，且後三種 代表眾所周知之物件。 對於一特定相關色溫（CCT)，可藉由將一光源之光譜回 應分別與每一測試色彩樣本之光譜回應進行比較來計算一 組現色性指數值（R1至R15)。該計算由如下來組成：獲得 接受測試之波長範圍上之任意數目個等間隔之波長下之一 測試色彩樣本之光譜功率分佈與該接受測試之光源之光譜 功率分佈之間的差ΔΕ〗。基於此等差，如下計算每一具體 現色性指數值： Ν ^100-4.6Δ£：; 尺= Σ— 户1 154187.doc (1) -4- 201231881 與各CRI指數相關聯之測試色彩樣本經設計以使得某些 理想或自然光源應針對每一指數達成1 〇〇之一 CRI值。舉例 而言’低於5,000凱氏溫度，黑體輻射物被視為理想光 源。因此’低於5,000凱氏溫度之一黑體輻射物針對每一 具體CRI值具有100之一 CRI。白熾燈具有接近1〇〇之一 CRI 級別’此乃因其等可建構為非常接近地近似一黑體輻射 物。有限光譜功率分佈之光源（諸如，弧光燈或發光二極 體（LED))通常展現非常低之cri值。一般而言，期望達成 高CRI值之照明源，此乃因該等照明源提供跨越可見光譜 有色之物件之鮮明的現色性。期望併入有LED且具有高 CRI值之一光源。 【發明内容】 一照明模組包含一光混合腔，該光混合腔具有與至少一 個發光二極體（LED)實體分離且經組態以將自該LED發射 之光引導至一輸出窗之一内部表面區域，該輸出窗亦與該 led實體分離且安置於該LED上方^該窗之—部分塗佈有 一第一波長轉換材料，且該内部表面區域之一部分塗佈有 一第二波長轉換材#。該輸出窗上之該波長轉換材料可包 含摻雜有鈽之镏鋁石榴石（LuAG:Ce)。該輸出窗上之該波 長轉換材料亦可包含在615奈米與655奈米之間具有一峰值 發射波長之一波長轉換材料，其中針對λ=5〇〇 1^至^65〇 二根據maX((測試（λ)_黑體（λ))/黑體⑽所量測，自該輸出 窗發射之光之光譜回應係在相同cc 丁下之一黑體輻射物之 20%，且更具體而言，15%之内。該led可發射由該光混 I54l87.doc 201231881 合腔以大於1 30 lm/W之一色彩轉換效率比轉換成一第二色 彩光之一第一有色光，該色彩轉換效率比係根據該模組之 輸出光通量除以該專LED之輻射量測輸出功率來量測，其 中該光混合腔包含在508奈米與528奈米之間具有一峰值發 射波長之一第一光致發光材料及在615奈米與655奈米之間 具有一峰值發射波長之一第二光致發光材料。 在下文之具體實施方式中闡述進—步之細節及實施例及 技術》本發明内容不試圖界定本發明。本發明係由申請專 利範圍界定。 【實施方式】 現將詳細參考先前技術實例及本發明之某些實施例，本 發明之實例圖解說明於隨附圆式中。 圖1圖解說明在3,000凱氏溫度之一相關色溫（(：(：丁）下之 一黑體輻射物之光譜回應。如上文所論述，低於5,〇〇〇凱 氏溫度，將一黑體輻射物之各CRI指數值設計為1〇〇。因 此，設計在低於5,000凱氏溫度之一 cct下展現高cRI值之 .、、、月模組之一種方法係設計用以發射具有緊密匹配所關 /主波長範圍内之一黑體輻射物之一光譜功率分佈之一光譜 功率分佈之光之模組。圖i亦圖解說明在45〇奈米附近具有 峰值發射之—實例性LED之光譜回應。在380奈米與490 奈米之間具有-峰值發射之LED因此峰值波長狀態中之 led之輻射量測效率而可被選擇作為—以LED為基之照明 模組中之光源。然@，如圖1中所圖解說明，該LED之光 曰回應係非常~ ’極其不同於一黑體輻射物之光譜回應， 154187.doc 201231881 且遭受一非常低之CRI。 為達成來自一以LED為基之照明模組之具有高cri值之 光輸出，將該LED之窄帶發射之一部分轉換成各種更高波 長以更接近地仿真一黑體輻射物之光譜回應。圖2圖解說 明一 LED及數個光致發光材料之發射光譜，當其等如本專 利文件中所述進行組合時緊密地匹配在3，〇〇〇凱氏溫度下 之一黑體輻射物之光譜回應^實例性光致發光材料中之每 一者具有一唯一化學組合物’諸如一特定磷光體。雖然可 對不同磷光體進行摻合’但出於本專利文件之目的，一光 致發光材料僅係一種確切之化學組合物，而非一摻合物。 可用於針對CRI指數（ri至r15)中之每一者獲得具有高CRI 值之高效率照明模組之實例性磷光體包含諸如以下磷光 體：CaAlSiN3:Eu、SrAlSiN3..Eu、CaAlSiN3:Eu、
Ba3Si6012N2:Eu、Ba2Si04:Eu、Sr2Si04:Eu、Ca2Si04:Eu、 Ca3Sc2Si3012:Ce、Ca3Mg2Si3012:Ce、CaSc204:Ce、
CaSi2〇2N2:Eu 、 SrSi202N2:Eu 、 BaSi202N2:Eu 、
Ca5(P04)3Cl:Eu 、 Ba5(P〇4)3Cl:Eu 、 Cs2CaP207 、
Cs2SrP207 、 SrGa2S4：Eu 、 Lu3A150 丨 2:Ce 、
Ca8Mg(Si04)4Cl2:Eu、Sr8Mg(Si04)4Cl2:Eu、La3Si6N丨丨：Ce、 Y3Al5〇i2：Ce 、 Y3Ga5〇i2：Ce 、 Gd3Al5012:Ce 、
Gd3Ga5012：Ce 、 Tb3Al5〇,2：Ce 、 Tb3Ga5012:Ce 及
Lu3Ga5〇i2:Ce o 圖 2圖解說明由 Mitsubishi Chemical Corporation(日本）製 造之一發射紅色之CaAlSiN3:Eu磷光體之光譜回應，該發 154187.doc 201231881 射紅色之CaAlSiNyEu磷光體經設計在大約65〇奈米處展現 一峰值發射。圖2亦圖解說明由Merck(德國）製造之一 LuAG:Ce磷光體之發射光譜，該LuAG:Ce.光體經設計在 大約518奈米處展現一峰值發射。圖2亦圖解說明由 Phosphor Technology Ltd.(英國）製造之 Y3Al5〇】2:Ce (YAG) 磷光體之發射光譜，該(YAG)磷光體經設計在 大約555奈米處展現一峰值發射。此等具體磷光體係實例 性且亦可或替代性採用諸多其他磷光體組合物。在本實例 中，針對面臨存在於各種照明環境中之環境條件之溫度穩 定性、長期可靠性及耐用性來選擇此等磷光體。為獲得針 對CRI指數（R1至R1 5)中之每一者具有高cri值之高效率照 明模組，可採用在618奈米與055奈米之間具有一峰值發射 波長之一發射紅色之磷光體。為補償因使用該發射紅色之 磷光體所形成之在介於460奈米與525奈米之間的波長範圍 内之光譜回應之一不足，可採用在5〇8奈米與528奈米之間 具有一峰值發射波長之一發射綠色之磷光體。以此方式， 可獲得在介於500奈米與650奈米之間的波長範圍内具有在 一黑體輻射物之一發射光譜之2〇%内之一光譜回應之一照 明模組。在其他實例中，可獲得在介於5〇〇奈米與65〇奈米 之間的波長範圍内具有在一黑體輻射物之一發射光譜之 15 /〇内之一光谱回應之一照明模組。在其他實例中，可獲 得在介於500奈米與65〇奈米之間的波長範圍内具有在一黑 體輻射物之一發射光譜之1〇%内之一光譜回應之一照明模 組。此外，以此方式建構之照明模組可展現大於13〇 im/w 154187.doc 201231881 之色彩轉換效率比，如下文所論述。另外，可採用在介於 545奈米與565奈米之間的波長範圍内具有一峰值發射之一 發射黃色之磷光體。在某些實例中，將發射綠色之磷光 體、發射紅色之磷光體與發射黃色之磷光體以如下重量比 例混合以獲得高效率、高CRI之照明模组：介於55份與9〇 份之間的綠色磷光體、介於5份與25份之間的紅色磷光體 及介於5伤與35份之間的黃色填光體β 一般而言，選擇至 少三種光致發光材料以使得其等峰值發射波長之每一者彼 此相隔至少三十五奈米且彼此不超過一百五十奈米。舉例 而s ’採用具有在5〇5奈米與655奈米之間相隔之峰值發射 波長之至少三種磷光體來轉換自一 LED所發射之光之部分 以產生具有高CRI值之經色彩轉換之光。藉由選擇具有以 此方式相隔之峰值發射波長之三種磷光體，該經色彩轉換 之光更接近地近似一黑體輻射物之光譜回應。 除達成具有高CRI值之色彩轉換以外，亦期望如此做具 有高效率。選擇具有緊密地匹配該LED之發射光譜之激發 光譜之磷光體來改良色彩轉換效率。圖3圖解說明關於圖2 所論述之三種構光體之激發光譜。實例性寶藍色lEd之發 射光譜歸屬於LuAG磷光體與YAG磷光體之激發光譜内。 換言之’此等磷光體高效率地轉換寶藍色光。若激發源係 一紅色光’則此等磷光體中之每一者將展現非常少之回 應’因此色彩轉換效率將非常低。在一項實例中，選擇至 少兩個磷光體’其中其等激發光譜之峰值在自該以led為 基之照明模組之該等LED所發射之光之發射光譜之峰值之 154187.doc 201231881 一百奈米内。在另一實例中，選擇至少兩個磷光體，其中 其等激發光譜之峰值在自該以LED為基之照明模組之該等 LED所發射之光之發射光譜之峰值之五十奈米内。 圖4圖解說明一發光二極體（LED)照明裝置i 〇〇之一實施 例之一透視圖。照明模組100可（例如）用作一貨架照明模 組、一街道照明模組、一洗牆照明模組、一重點照明模 組、一定向照明模組或任一其他所期望之照明模組。圖5 展示圖解說明LED照明裝置1〇〇之組件之一分解圖。應理 解，如本文中所界定，一LED照明裝置並非係一LED，而 係一 LED光源或燈具或一 LED光源或燈具之組件部件。 LED照明裝置丨00包含一個或多個LED晶粒或經封裝led及 led晶粒或經封裝LED附接至其之一安裝板。圖6圖解說明 LED照明裝置100之一實施例之一透視剖視圖。 參考圓5，LED照明裝置100包含一個或多個固態發光元 件，諸如安裝於安裝板104上之發光二極體（LED)〗〇2。將 女裝板104附接至安裝基座101且藉由安裝板定位環1〇3(例 如，使用適當緊固件、緊固特徵或緊固黏著劑）固定於適 當位置。同時，填充有LED 102之安裴板104及安裝板扣環 103構成光源子總成i丨5。光源子總成i丨5係可操作以使用 LED 102將電能轉換成光。 LED照明裝置100亦可包含一光轉換子總成ιΐ6，其可包 3腔體105及輸出窗108，且視情況包含可放置於安裝板 104上方之底部反射器嵌件106及可放置於腔體105内部之 側壁嵌件107。輸出窗108可係由丙烯酸材料（其包含（例如） 154187.doc •10· 201231881 由Ti02、ZnO、或BaS04製成或由以結晶形式（藍寶石）或 以陶瓷形式（氧化鋁）之A102製成之散射粒子），或在整個 可見光譜上具有低吸收之其他材料製造。輸出窗1〇8固定 至腔體105之頂部。腔體105或側壁嵌件1〇7(若使用）包含内 部侧壁110(在圖6令圖解說明）。内部側壁11 〇應係高度反 射，其可（例如）藉由拋光腔體105之内部（其可能係鋁），或 使用含有二氧化鈦（Ti02)、氧化鋅（ZnO)及硫酸鋇（BaS04) 粒子或此等材料之一組合之一反射塗層來達成。在使用側 壁嵌件107之情況下’可藉助由一反射材料（諸如由德國公 司Alanod所生產之Miro®)製造該側壁嵌件來達成内部側壁 11 〇之高反射性。底部反射器喪件1 〇6(若使用）可類似地由 Alanod所生產之Miro®製造〇 當將腔體105安裝於光源子總成115上方時，腔體ι〇5(或 側壁嵌件107(若使用））之内部側壁11 〇、安裝板丨04(或底部 反射器嵌件106(若使用））之頂部與輸出窗1〇8圍起一體積， 該體積界定了 LED照明裝置1 〇〇中之一主要光混合腔1 〇9， 在圖6中圖解說明。在光混合腔1〇9内，來自LED 102之光 之—部分受到反射直至其透過輸出窗108離開。可視情況 安置於安裝板104上方之底部反射器嵌件106包含孔以使得 每一LED 102之發光部分不被底部反射器嵌件ι〇6遮擋。 出於執行色彩轉換之目的’將自光源子總成115所發射 之光引導至光混合腔109以進行色彩轉換及色彩混合。在 一項實施例中’光轉換子總成116包含塗佈内部側壁11 〇、 輸出窗108及安裝板104之頂部（或底部反射器嵌件丨〇6(若使 I54187.doc 201231881 用））中之一 —者或多者之至少一
圖6中所圖解說明。若期望， 種或多種不同波長轉換材料1〇8Β，如 ^期望，波長轉換材料11〇八及1〇犯可 包含多於一種類型之波長轉換材料，其等可摻合在一起、 在彼此上方鋪設或施加於不同區域中，或前述之任一組 合。若期望’可將散射粒子（諸如Ti〇2、加及/或如⑽ 粒子）混合至波長轉換材料層中。 在離開輸出窗108之前在腔109内反射該光具有混合該光 且提供自LED照明裝置1〇〇所發射之該光之一更均勻分佈 之效應。因此，該等波長轉換材料之光致轉換性質與在腔 109内之光之混合組合而生成藉由輸出窗ι〇8輸出之一均勻 分佈之經色彩轉換之光。藉由調整該等波長轉換材料之化 學性質及腔109之内部表面上塗層之幾何性質，可指定藉 由輸出窗108輸出之光之具體色彩性質，例如，色點、色 溫及現色性指數（CRI)。 在此實施例中，LED 102皆可發射在UV至藍色範圍内之 不同峰值發射波長之光。當與可（例如）位於輸出窗1〇8中或 上、經施加至腔109之側壁、經施加至安裝板} 〇4之頂部 (或底部反射器嵌件1 〇6(若使用））或經施加至放置於該腔内 154187.doc -12- 201231881 部之其他組件（未展示）之構光體（或其他波長轉換構件）組 合使用時，照明裝置100之輸出光具有所期望之具有高CRI 值之色彩。該照明裝置之色點之調節可藉由替換可類似地 塗佈或浸潰有一種或多種波長轉換材料之側壁嵌件丨〇 7及/ 或輸出窗108來實現。色點之調節可藉由如下來達成：選 擇界定該腔之該等側壁之形狀及高度，選擇該腔之該等部 分中之哪一者將覆蓋有磷光體或者不覆蓋磷光體，及優化 δ 亥等碌光體之厚度或密度。 在第一實例中，在2700飢氏溫度之一目標cct下比較 兩個照明模組100之效能。一參考照明模組包含9個經選擇 以在介於440奈米與460奈米之間的寶藍色範圍内發射之 LED及一個經選擇以在介於46〇奈米與49〇奈米之間的藍色 範圍内發射之LED。在大約630奈米處具有一蜂值發射之 一發射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體覆蓋側壁嵌件1〇7之 一部分。將該磷光體以按體積計在2%至6%範圍内之一比 例混合入一聚矽氧黏結劑中，以在6〇微米至12〇微米範圍 内之一厚度均勻地施加至側壁嵌件107，且加以固化。在 一項實例中，將該磷光體以按體積計大約4%之一比例混 合入一聚矽氧黏結劑中’以大約90微米之一厚度均勻地施 加至側壁嵌件107，且加以固化。另外，然後將一發射黃 色之YsAlsOaCe填光體以按體積計在50%至80%範圍内之 一比例混合入一聚矽氧黏結劑中，以在90微米至13〇微米 範圍内之一厚度均勻地施加至輸出窗108，且加以固化。 在一項實例中，將該磷光體以按體積計大約70%之一比例 I54187.doc -13· 201231881 &合入一聚石夕氧黏結劑中，以大約110微米之一厚度均勻 地施加至側壁嵌件107，且加以固化。視情況，亦可將一 疋量之發射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體與該發射黃色之 Y3Al5〇12:Ce碟光體混合。 一尚CRI照明模組包含7個經選擇以在介於440奈米與460 奈米之間的寶藍色範圍内發射之LED及三個經選擇以在介 於460奈米與490奈米之間的藍色範圍内發射之led。在大 約650奈米處具有一峰值發射之一發射紅色之（SrCa) AlSiNvEu磷光體覆蓋側壁嵌件1〇7之一部分。將該磷光體 以按體積計在2%至6%範圍内之一比例混合入一聚矽氧黏 結劑中’以在60微米至120微米範圍内之一厚度均勻地施 加至側壁嵌件107，且加以固化。在一項實例中，將該磷 光體以按體積計大約4%之一比例混合入一聚矽氧黏結劑 中’以大約90微米之一厚度均勻地施加至側壁嵌件丨〇7， 且加以固化》另外，組合按重量計在大約丨〇份至25份 YAG、5 份至 15 份（SrCa)AlSiN3:Eu 及 60 份至 80 份 LuAG:Ce 之範圍内之一磷光體混合物。環境條件及每一磷光體之條 件影響針對任一特定磷光體組合所獲得之結果。在一項實 例中’組合包含按重量計大約17份YAG、大約11份（SrCa) AlSiNfEu及大約72份LuAG:Ce之一磷光體混合物。然後以 按聚矽氧之體積計在50%至80%範圍内之一比例將此混合 物混合入一聚矽氧黏結劑中，以在90微米至130微米範圍 内之一厚度均勻地施加至輸出窗108，且加以固化。在一 項實例中，將該混合物以按體積計大約75%之一比例混合 154187.doc • 14· 201231881 入聚石夕氧黏、结劑t，以大約110微米之一厚度均勻地施 加至輸出窗108，且加以固化。 圖7A圖解說明在2,7〇〇凱氏溫度下之一黑體輻射物之模 擬發射光譜以及此實例之該參考照明模組與該高照明 模”且兩者之所量測之發射光譜。在此圖申，該黑體輻射物 之發射光譜已在640奈米處歸一化。比較所得光譜，在500 奈米至650奈米之範圍内，該高CRI照明模組之光譜回應比 忒參考照明模組更接近地近似該黑體輻射物。更具體而 言’使用以下公式 max 測試(Λ)-黑體.⑷ A=650nm 黑體 (4 A=500nm (2) 該參考照明模組在介於500奈米與65〇奈米之間的波長範圍 内具有在一黑體輻射物之發射光譜之48%内之一光譜回 應，該高CRI照明模組在該同一波長範圍内係在一黑體輻 射物之發射光譜之14〇/。内。 圖7B比較兩個模組之每一具體CRI值且每一 CR][值均得 以改良。特定而言，在此實例中，將與深紅色之現色性相 關之h之自一分數27改良至97。概言之，以如上文所論述 之一方式建構之一高CRI照明模組發射具有Ra>95、r9>95 之光，對於具有2,700凱氏溫度之一目標CCT之模組，平均 值為 CRI 值 R10iRu>95 且 R15>95。 在一第二貫例中，比較在3,000凱氏溫度之一目標cct下 兩個照明模組100之效能。一參考照明模組包含9個經選擇 154187.doc •15- 201231881 以在寶藍色範圍内發射之LED及一個經選擇以在藍色範圍 内發射之LED。在大约630奈米處具有一峰值發射之一發 射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體覆蓋側壁嵌件1〇7之一部 分。將該磷光體以按體積計在2%至6%範圍内之一比例混 合入一聚矽氧黏結劑中，以在60微米至12〇微米範圍内之 一厚度均勻地施加至側壁嵌件丨〇7，且加以固化。在一項 實例中，將該磷光體以按體積計大約4%之一比例混合入 一聚矽氧黏結劑中，以大約9〇微米之一厚度均勻地施加至 側壁嵌件1 07，且加以固化。另外，然後將一發射黃色之 YsAlsO丨2:Ce瑞光體以按聚矽氧之體積計在5〇%至8〇%範圍 内之一比例混合入一聚矽氧黏結劑中，以在9〇微米至丨3〇 微米範圍内之一厚度均勻地施加至輸出窗1〇8，且加以固 化。在一項實例中’將該磷光體以按體積計大約7〇%之一 比例混合入一聚矽氧黏結劑中，以大約11〇微米之一厚度 均勻地施加至側壁嵌件丨〇7，且加以固化。視情況，亦可 將一定量之發射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體與該發射黃 色之Y3Al5〇i2:Ce鱗光體混合。 一高CRI照明模組包含7個經選擇以在介於44〇奈米與46〇 奈米之間的寶藍色範圍内發射之LED及三個經選擇以在介 於460奈米與490奈米之間的藍色範圍内發射之LED。在大 、’·勺650奈米處具有一峰值發射之一發射紅色之 (SrCa)AlSiN3:Eu磷光體覆蓋側壁嵌件107之一部分。將該 碌光體以按體積計在2%至6%範圍内之一比例混合入一聚 石夕氧黏結劑中，以在60微米至120微米範圍内之一厚度均 154187.doc •16- 201231881 勻地施加至側壁嵌件107，且加以固化。在一項實例中， 將該磷光體以按體積計大約4%之一比例混合入一聚矽氧 黏結劑中’以大約90微米之一厚度均勻地施加至側壁嵌件 107 ’且加以固化》另外，組合按重量計在大約丨〇份至25 份 YAG、5 份至 15 份（SrCa)AlSiN3:Eu 及 60 份至 80 份 LuAG:Ce之範圍内之一磷光體混合物。環境條件及每一磷 光體之條件影響針對任一特定磷光體組合所獲得之結果。 在一項實例中，組合包含按重量計大約17#YAG、大約1]t 份（SrCa)AlSiN3:Eu及大約72份LuAG:Ce之一磷光體混合 物。然後以按體積計在50°/〇至80°/。範圍内之一比例將此混 合物混合入一聚矽氧黏結劑中’以在9〇微米至丨3 〇微米範 圍内之一厚度均勻地施加至輸出窗1 ，且加以固化。在 一項實例中’將該混合物以按體積計大約7〇%之一比例混 合入一聚矽氧黏結劑中’以大約u〇微米之一厚度均勻地 施加至輸出窗108，且加以固化。 圖8A圖解說明在3,000凱氏溫度下之一黑體輻射物之模 擬發射光谱以及此實例之該參考照明模組與該高CRI照明 模組兩者之所量測之發射光譜。在此圖中，該黑體輻射物 之發射光譜已在640奈米處歸一化。在5〇〇奈米至65〇奈米 之範圍内，該高CRI照明模組之光譜回應比該參考照明模 組更接近地近似該黑體輻射物。更具體而言，使用方程式 (2)之公式，該參考照明模組在介於5〇〇奈米與65〇奈米之間 的波長範圍内具有在一黑體輻射物之發射光譜之49%内一 光譜回應，該高CRI照明模組在該同一波長範圍内係在一 154187.doc •17· 201231881 黑體輻射物之發射光譜之12%内。 圖8Β比較兩個模組之每一具體cri值且每一 CRI值均得 以改良。特定而言’在此實例中，將R9之自一分數16改良 至98。概言之’以如上文所論述之一方式建構之一高CRI 照明模組發射具有Ra>95、R09O之光，對於具有3 〇〇〇凱 氏溫度之一目標CCT之模組，平均值為 且 R15>95。 在一第三實例中，比較在4,〇〇〇凱氏溫度之一目標C(：Tt 之兩個照明模組100之效能。該參考照明模組包含7個經選 擇以在寶藍色範圍内發射之LED及三個經選擇以在藍色範 圍内發射之LED。在大約630奈米處具有一峰值發射之一 發射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體覆蓋側壁嵌件1〇7之一 «Ρ勿。將該碟光體以按體積計在2〇/。至6〇/。範圍内之一比例 混合入一聚矽氧黏結劑中，以在6〇微米至12〇微米範圍内 之一厚度均勻地施加至側壁嵌件1〇7，且加以固化。在一 項實例中，將該磷光體以按體積計大約4%之一比例混合 入-聚矽氧黏結劑中’以大约90微米之一厚度均勻地施加 至侧壁嵌件1〇7’且加以固化。另外，然後將一發射黃色 之YsAlWaCe磷光體以按聚矽氧之體積計在5〇%至8〇%範 圍内之比例混&入一聚石夕氧黏結劑中，以在川微米至 U0微米範圍内之一厚度均勾地施加至輸出窗ι〇8，且加以 固化。在-項實例中，將該鱗光體以按體積計大約65%之 -比例混合人-聚碎氧黏結劑中，以大Μ職米之一厚 度均勻地施加至側壁嵌件107，且加以固化。視情況，亦 154187.doc •18- 201231881 可將一定量之發射紅色之（SrCa)AlsiN3:Eu磷光體與該發射 黃色之Y3Al5〇12:ce鱗光體。 該高CRI照明模組亦包含7個經選擇以在寶藍色範圍内發 射之LED及三個經選擇以在藍色範圍内發射之led。在大 約650奈米處具有一峰值發射之一發射紅色之 (SrCa)AlSiN3:EU磷光體覆蓋側壁嵌件1〇7之一部分。將該 碳光體以按體積計在2%至6%範圍内之一比例混合入一聚 石夕氧黏結劑中’以在60微米至12〇微米範圍内之一厚度均 勻地施加至側壁嵌件107，且加以固化。在一項實例中， 將該鱗光體以按體積計大約4%之一比例混合入一聚矽氧 黏結劑中’以大約90微米之一厚度均勻地施加至側壁嵌件 107 ’且加以固化。另外，組合按重量計在大約丨〇份至25 份 YAG、5 份至 15 份（SrCa)AlSiN3:Eu 及 60 份至 80 份 LuAG:Ce之範圍内之一磷光體混合物。環境條件及每一磷 光體之條件影響針對任一特定磷光體組合所獲得之結果。 在一項實例中，組合包含按重量計大約丨7份YAG、大約i i 份（SrCa)AlSiN3:Eu及大約72份LuAG:Ce之一磷光體混合 物。然後將此混合物以按體積計在5〇%至8〇%範圍内之一 比例混合入一聚矽氧黏結劑中’以在90微米至130微米範 圍内之一厚度均勻地施加至輸出窗丨〇8，且加以固化。在 一項貫例中’將該混合物以按體積計大約7〇%之一比例混 合入一聚矽氧黏結劑中’以大約110微米之一厚度均勻地 施加至輸出窗108，且加以固化。 圖9A圖解說明在4, 〇〇〇凱氏溫度條件下之一黑體輻射物 154187.doc •19· 201231881 之模擬發射光譜以及此實例之該參考照明模組及該高CRI 照明模組兩者之所量測之發射光譜。在此圖中，該黑體輻 射物之發射光s普已在635奈米處歸一化。在5〇〇奈米至650 奈米之範圍内’該高CRI照明模組之光譜回應比該參考照 明模組更接近地近似該黑體輻射物。更具體而言，使用方 程式（2)之公式’該參考照明模組在介於5〇〇奈米與650奈米 之間的波長範圍内具有在一黑體輻射物之發射光譜之57% 内之一光譜回應，該高CRI照明模組在該同一波長範圍内 係在一黑體輻射物之發射光譜之i 9%内。 圖9B比較兩個模組之每一具體CRI值且每一 CRJ值均得 以改良。特定而言，在此實例中，將I之自一分數22改良 至90。概言之，以如上文所論述之一方式建構之一高cri 照明模組發射具有Ra>95、R085之光，對於具有4,000凱 氏溫度之一目標CCT之模組，平均值為CRI值 且 Ri5>95。 圖10概括在一組自450奈米至750奈米之波長範圍上之圖 7至圖9中所量測之光譜偏離於每一各別黑體曲線之百分標 準偏差。每一百分標準偏差值係基於在該組波長範圍之對 應波長範圍内所評估之方程式（2)之公式而計算。舉例而 =在5 00奈米至5 25奈米之波長範圍内，在3〇〇〇凱氏溫 度之一目標CCT下（見圖8)之一高cRI照明模組之所量測光 譜展現偏離於3，綱飢氏溫度之—黑體曲線之9%之一最大 百刀糕準偏差。此外，在500至650奈米之波長範圍内該 最大百为標準偏差係12%，且如所圖解說明，此發生於 154187.doc -20· 201231881 625奈米至650奈米之波長範圍内。 :另#施例中’瞭解到—照明模組⑽達成一大於肋
RmRa同時維持大於⑼ww之-色彩轉換效率 .出於本專利文件之目的’將—色彩轉換效率比定義為 . 明為單位所量測之-照明模组之光度輸出除以以瓦特 為單位所量測之LED之光輸出之輕射量測功率之比。色彩 轉換效率之此定義著重於該照明模組之色彩轉換過程之效 率。 在第實例中，在3,000凱氏溫度之一目標CCT下比較 :個照明模組100之效能以闡明一般CRI效能及經改良之色 彩轉換效率。該參考照明模組與該高效率、高cri照明模 組兩者皆包含10個經選擇以全部在寶藍色範圍内發射之 LED。選擇寶藍色LED乃因其等展現比發射較長波長之 led高之輻射效率。此外，LED製造之當前趨勢係進一步 改良較短波長之LED(諸如在介於440奈米與460奈米之間的 波長範圍中之彼等LED)之輻射效率。 採用三種磷光體之該高效率、高CRi照明模組包含覆蓋 側壁嵌件107之一部分在大約618奈米處具有一峰值發射之 • 一發射紅色之（SrCa)AlSiN3:Eu磷光體。將該磷光體以按體 • 積計在2%至6%範圍内之一比例混合入一聚矽氧黏結劑 中’均勻地施加至側壁嵌件107，且加以固化。在一項實 例中’將該磷光體以按體積計大約4%之一比例混合入一 聚矽氧黏結劑中，均勻地施加至側壁嵌件107，且加以固 化。組合按重量計在5份至15份YAG、5份至15份
S 154187.doc -21- 201231881 (SrCa)AlSiN3:Eu及70份至95份LuAG之範圍内之一攝光體 混合物。環境條件及每一磷光體之條件影響針對任一特定 磷光體組合所獲得之結果《在一項實例中，組合包含按重 量計大約8份YAG、大約8份（SrCa)AlSiN3:Eu及大約84份
LuAG之一磷光體混合物。然後將此混合物以按聚碎氧之 體積計在50%至80%範圍内之一比例混合入一聚石夕氧黏結 劑中，以在90微米至13〇微米範圍内之一厚度均勻地施加 至輸出窗108 ’且加以固化。在一項實例中，將此混合物 以按體積計大約70%之一比例混合入一聚矽氧黏結劑中， 以大約110微米之一厚度均勻地施加至輸出窗丨〇8，且加以 固化。由於具有大約618奈米之一峰值發射之 (SrCa)AlSiN3:Eu與具有較高峰值發射波長之紅色磷光體相 比之相對高之色彩轉換效率，因此採用該 (SrCa)AlSiN3:Eu。另一方面，採用兩種磷光體之該參考照 明模組包含覆蓋側壁嵌件1〇7之一部分且在大約63〇奈米處 具有一峰值發射之—發射紅色之（SrCa)MSiN3:Eu磷光體。 將該磷光體以按體積計在2%至6%範圍内之一比例混合入 一聚矽氧黏結劑中，均勻地施加至側壁嵌件1〇7，且加以 固化。在一項實例中，將該磷光體以按體積計大約4%之 一比例混合入一聚矽氧黏結劑中，均勻地施加至側壁嵌件 1〇7 ’且加以固化。另外，然後將在大約555奈米處具有一 峰值發射之YAGi|光體以按體積計在蕭至嶋範圍内戈 一比例混合入一聚矽氧黏結劑中，均勻地施加至輸出读 108，且加以固化。在一項實例中，將該磷光體以按聚句 154187.doc •22- 201231881 氧之體積計大約70%之一比例混合入一聚矽氧黏結劑中， 均勻地施加至輸出窗108，且加以·固化。 圖Π圖解說明在色彩轉換效率及CR][方面之改良。兩種 構光體之參考照明模組發射具有78之一一般CRI及136之一 色彩轉換效率比之光。三種磷光體之高效率、高CRI照明 模組達成81之一 CRI及141之一色彩轉換效率比。僅在 4,000飢氏溫度之一目標cCT下在如上文所論述建構之一參 考模組與高效率、高CRI模組之比較中圖解說明類似改 良。在此情形中’該參考模組發射具有74之--般CRI及 146之一色彩轉換效率比之光。該高效率、高明模組 達成81之一 CRI及158之一色彩轉換效率比。獲得了 cri與 色彩轉換效率兩者之意料之外的改良。此等改良係意料之 外的，此乃因通常在一光混合腔中使用較大數目之碳光體 引起再吸收之增加及減少色彩轉換效率之相關聯損失。然 而，藉由如本專利文件中所闡述地仔細選擇磷光體、其等 比例及其等在該光混合腔中之佈置，可有效減輕此等損 失。
圖12A圖解說明以上文所論述之方式建構之三個群組之 兩個高效率、高CRI模組之色彩轉換效率。每一模组群組 係按發射光至光混合腔109中之LED之數目來區分。一第 一群組包含四個LED，一第二群組包含七個LED且一第三 群組包含十個LED。在每一群組内，一個模組展現3,〇〇〇凱 氏溫度之一目標CRI及4,000凱氏溫度之另一目標cri。每 一群組内之兩個模組皆展現至少80之--般CRI。圖12A I54187.doc -23· 201231881 圖解說明每一模組能夠達成大於140之一色彩轉換效率 比。因此，針對發射光至光混合腔1 〇9中之LED之一範 圍，獲得類似色彩轉換效率。 圖12B圖解說明另外三個群組之兩個高效率、高（：111模 組之色彩轉換效率。此等模組係以關於圖12 A所論述之方 式建構’然而，此等三個模組之側壁嵌件之一部分塗佈有 在大約630奈米處具有一峰值發射之一發射紅色之 (81*〇&)八18丨>13:只11麟光體（紅色630)而非在大約618奈米處具 有一峰值發射之一發射紅色之（SrCa)A1SiN3:Eu磷光體（紅 色618)。圖12B圖解說明每一模組能夠達成大於13〇之一色 彩轉換效率比。雖然在該等側壁上使用紅色63〇而非紅色
618導致一較低紅色轉換效率比，但一般而言，亦存在cRI 之一增加。以此方式，高效率模組可經設計而具有較高 CRI 值。 雖然在上文出於指導目的闡述了某些具體實施例，但本 專利文件之教示内容具有一般適用性且並不限於上文所闡 述之具體實施例《舉例而言，雖然將LED 1〇2闡述為在1;乂 至藍色範圍中具有一峰值發射之LED，但LED 1〇2可藉由 直接發射或藉由磷光體轉換（例如，其中將磷光體層施加 至該等LED作為該LED封裝之-部分）而發射不同或相同色 彩。因此，照明裝置！ 〇〇可使用有色LED丨〇2(諸如，紅 色 表色、藍色、琥珀色或青綠色）之任一組合，或led 102可全部產生相同色彩之光或可全部產生白色光。在所 闡述之實施例中’出於實例性之目的而闡述具體鱗光體， 154I87.doc -24- 201231881 但可採用各自在上文所論述之範圍内具有峰值發射之任一 數目之磷光體。舉例而言，該等磷光體可選自由以下化學 式所標示之組·· YsAhOeCe(亦稱為YAG:Ce，或簡稱 YAG)、（Y’Gd)3Al5012:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、 SrGa2S4:Eu > Ca3(Sc,Mg)2Si3012:Ce > Ca3Sc2Si3〇12：Ce ^
Ca3Sc2〇4:Ce、Ba3Si6012N2:EU、（Sr，Ca)AlSiN3:Eu、
CaAlSiNyEu。此外，在所闡述之實施例中，出於實例性 之目的闡述磷光體之具體比例，但可使此等比例變化以產 生類似結果。舉例而言，可將此等比例調整2〇%且仍達成 本專利文件中所闡述之現色性及效率效能。在所闡述之實 施例中’出於實例性之目的闡述與聚矽氧黏結劑組合之碟 光體之具體百分比及薄膜厚度。可使此等百分比及厚度變 化以產生類似結果。因此，可實踐對所闡述之實施例之各 種特徵的各種修改、改動及組合而不背離如申請專利範圍 中所陳述之本發明之範疇。 【圖式簡單說明】 隨附圖式圖解說明本發明之實施例’其中相同編號指示 相同組件。 圖1圖解說明在3,000凱氏溫度之一相關色溫（CCT)下之 一黑體輻射物之光譜回應及在450奈米附接具有一峰值發 射之一實例性LED之光譜回應。 圖2圖解說明一 led及數個光致發光材料之發射光譜。 圖3圖解說明一led之發射光譜及關於圖2所論述之三種 磷光體之激發光譜。 154187.doc 25· 201231881 圖4圖解說明一發光二極體（led)照明裝置之一實施例之 一透視圖。 圖5展示圖解說明LED照明裝置之組件之一分解圖。 圖6圖解說明該LED照明裝置之一實施例之一透視剖視 圖。 圖7 A圖解說明在2,700就氏溫度下之一黑體輕射物之模 擬發射光譜以及一參考照明模組及一高CRI照明模組之所 量測之發射光譜。 圖7B比較圖7A之該參考照明模組及該高CRI照明模組之 每一具體CRI值。 圖8A圖解說明在3,000凱氏溫度下之一黑體輻射物之模 擬發射光譜以及一參考照明模組及一高CRI照明模組之所 量測之發射光譜。 圖8B比較圖8A之該參考照明模組及該高CRI照明模組之 每一具體CRI值。 圖9A圖解說明在4,000凱氏溫度下之一黑體輻射物之模 擬發射光譜以及一參考照明模組及一高CRI照明模組之所 量測之發射光譜。 圖9B比較圖9 A之該參考照明模組及該高cri照明模組之 每一具體CRI值。 圖10圖解說明在一組波長範圍上數個照明模組之所量測 之光譜偏離於黑體曲線之最大百分標準偏差。 圖11圖解說明使用三種磷光體之一高效率、高CRI照明 模組及使用兩種磷光體之一參考照明模組在色彩轉換效率 154187.doc •26- 201231881 及CRI方面之改良。 圖12A圖解說明在兩種不同目標CCT下三個群組之高效 率、高CRI模組之色彩轉換效率》 圖12B圖解說明在兩種不同目標CCT下另外三個群乡旦之 高效率、高CRI模組之色彩轉換效率。 【主要元件符號說明】 !00 發光二極體（LED)照明裝置 安裝基座 1〇2 發光二極體（LED) 103 安裝板定位環 104 安裝板 105 腔體 106 107 108 108B 109 110 110A 115 116 底部反射器嵌件 側壁嵌件 輸出窗 波長轉換材料 光混合腔 内部側壁 波長轉換材料 光源子總成 光轉換子總成 154187.doc -27·

Claims (1)

  1. 201231881 七、申請專利範園： ]· 一種設備，其包括： 太，個發光二極體（LED)，其可操作以發射由在38〇 ;;一 9〇不米之間具有一峰值波長之一發射光譜表徵 之一第一有色光；及 "一主要光混合腔，其可操作以以大於13〇 im/w之一色 彩轉換效率比將該第一有色光轉換成一第二有色光，該 色象轉換效率比係根據輸出光通量除以該至少一個 之輻射量測輸出功率來量測，其中與該至少一個led實 -刀離之β亥主要光混合腔之一部分包含在奈米與Mg 奈米之間具有一峰值發射波長之一第一光致發光材料及 在615奈米與655奈来之間具有一峰值發射波長之一第二 光致發光材料。 2.如請求項1之設備，其中該主要光混合腔包含在Μ5奈米 與565奈米之間具有一峰值發射波長之一第三光致發光 材料。 3. 如請求項2之設備，其中該第一、第二及第三光致發光 材料係以一重量比例混合在一起’其中該比例係介於55 份與90份之間的該第一材料、介於5份與25份之間的該 第二材料’及介於5份與35份之間的該第三材料。 4. 如請求項2之設備’其中該第一材料係摻雜有鈽之錦紹 石權石（LuAG:Ce) ’ §亥第二材料係（srca)AlSiN3:Eu，且 該第三材料係摻雜有鈽之釔鋁氧化物（Y3Al5〇12:Ce)。 5 ·如請求項2之設備’其中將該第一材料、該第二材料及 154187.doc 201231881 該第三材料係施加至該主要光混合腔之一輸出窗。 6. 如吻求項5之设備，其中該主要光混合腔進一步包括·· 一側壁嵌件，其中該側壁嵌件包含該第一、第二及第 三光致發光材料中之至少一者。 7. 如請求項2之設備，其中該第一光致發光材料及該第二 光致發光材料之該激發光譜之該等峄值在該光源子總成 之該峰值發射波長之五十奈米内。 8. 如請求項2之設備，其中該第二有色光具有大於8〇之一 一般現色性指數（〇111)值。 9. 如請求項2之設備，其中該第二有色光具有大於“之一 現色性指數（CRI)值R9。 10. —種設備，其包括： 一第一發光二極體（LED)，其係安裝至一安裝板之一 頂表面；及 一主要光混合腔，其具有與該第一 LED實體分離且經 組態以將自該第一 LED發射之光引導至一輸出窗之一内 部表面區域，其中該輸出窗與該第一 LED實體分離且安 置於該第一 LED上方，其中該輸出窗之一第一部分塗佈 有包含摻雜有鈽之镏鋁石榴石（LUAG:Ce)之一第一波長 轉換材料，且其中該主要光混合腔之該内部表面區域之 一第一部分塗佈有一第二波長轉換材料》 11. 如請求項10之設備，其中第一類型之波長轉換材料包含 在615奈米與655奈米之間具有一峰值發射波長之一第一 光致發光材料及在545與5 65奈米之間具有一峰值發射波 154187.doc -2 - 201231881 長之一第二光致發光材料，且其中該LuAG:Ce在508奈米 與528奈米之間具有一峰值發射波長。 12. 如請求項U之設備，其中該LuAG:Ce、該第一光致發光 材料及該第二光致發光材料係以一重量比例混合在一 起’且其中該比例係介於55份與90份之間的LuAG:Ce， "於5份與25份之間的該第一光致發光材料及介於5份與 3 5份之間的該第二光致發光材料。 13. 如請求項12之設備’其中該第一光致發光材料係（SrCa) AlSiNvEu ’且其中該第二光致發光材料係摻雜有鈽之釔 鋁氧化物（Y3Al5012:Ce)。 14. 如請求項10之設備，其中該第一 led係可操作以發射由 在440奈米與460奈米之間具有一峰值波長之一發射光譜 表徵之光。 15. 如請求項10之設備，其中該第二波長轉換材料包含在 015奈米與655奈米之間具有一峰值發射波長之（SrCa) AlSiN3:Eu 〇 16·如請求項ι〇之設備，其中自該輸出窗發射之一光具有8〇 或更高之一現色性指數值Ra。 17. 如請求項1〇之設備，該設備包括至少一個[ED，其中該 主要混合腔之該色彩轉換效率比大於i 3 〇丨m/w，該色彩 轉換效率比係根據該主要混合腔之輸出光通量除以該至 少一個LED之輻射量測輸出功率來量測。 18. 如請求項1〇之設備，其中自該輸出窗發射之一光係在一 目標相關色溫（CCT)之70凱氏度内，其中該目標CCT係 154187.doc 201231881 自由以下訊氏溫度組成之群組取得：2,700凯氏溫度、 3,〇〇〇凱氏溫度及4,000凱氏溫度。 19. 如請求項10之設備，其中該設備係一照明模組且其中該 照明模組係自由以下模組組成之群組取得：一貨架照明 模組、—街道照明模組、一洗牆照明模組、一重點照明 模組及一定向照明模組。 20. 如請求項10之設備，其中光散射粒子混合有該第一波長 轉換材料。 21·如請求項10之設備，其中該第一LED係可操作以發射由 在460奈米與490奈米之間具有—峰值波長之一發射光譜 表徵之光》 22. 如請求項21之設備，其中該第二波長轉換材料包含在 620奈米與640奈米之間具有一峰值發射波長之（srca) AIS1N3:Eu 0 23. 如凊求項22之設備’其中自該輸出窗發射之一光具有％ 或更大之-現色性指數值心、85或更大之一現色性指數 值R9、95或更大之-平均現色性指數值㈣至及似 更大之一現色性指數值R1 5。 24. —種設備，其包括： 一王蛋线合腔，其具有與—第—發光二極體（led) 實體分離且經組態以將自該第—咖發射之光引導至一 輸出窗之一内部表面區域1中該輸出窗係與該第一 咖實體分離且安置於該第，上方，其中該輸出窗 之一第-部分塗佈有包含在615奈米與⑹奈米之間具有 154187.doc 201231881 一峰值發射波長之一第一光致發光材料及摻雜有鈽之餾 銘石榴石（LuAG:Ce)之一第一波長轉換材料以使得針對 λ=500 nm至λ=650 nm根據max((設備⑷_黑體⑴黑體 (λ))所量測之自該輸出窗發射之一光之一光譜回應在該 相同色溫之一黑體輻射物之2〇%内。 25. 如請求項24之設備，其中該第一波長轉換材料包含在 545奈米與565奈米之間具有一峰值發射波長之一第二光 致發光材料。 26. 如請求項25之設備，其中該LuAG:Ce、該第一光致發光 材料及該第二光致發光材料係以一重量比例混合在一 起，且其中該比例係介於55份與9〇份之間的“八&以、 ”於5伤與25伤之間的該第一光致發光材料及介於5份與 3 5份之間的該第二光致發光材料。 如項25之《備’其中該第—光致發光材料係（SrCa) A1SiN3.Eu J_其中μ二光致發光材料係、摻雜有飾之纪 鋁氧化物（Y3Al5012:Ce)。 如#长項24之认備’其中自該輪出窗發射之一光具有 或更大之一現色性指數值Ra。 154187.doc
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