TW201439461A - 發光二極體照明以及製造照明的方法 - Google Patents

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Abstract

本申請提供發光二極體照明設備，其包括白光發光二極體及紅光發光二極體。白光發光二極體的色度具有位於ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於2800 K至3700 K間的色彩溫度。色彩溫度的範圍對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。

Description

發光二極體照明以及製造照明的方法 【相關申請案的交叉參考】
本申請案主張2013年3月11日於韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2013-0025524號的優先權，其揭露內容以參考方式併入於此。
本申請案是有關於一種發光二極體照明設備以及發光二極體照明設備的製造方法。
一般說來，具有高色彩重現能力的發光二極體(light emitting diode,LED)照明設備具有高發射效率。因此，理想上要提高發光二極體照明設備的高演色性指數(color rendering index,CRI)，所謂的演色性指數(CRI)是一種色彩重現能力的指數。
一般發光二極體照明設備的CRI大概介於70到80之間。然而，使用於需要高色彩重現能力的場合(如商店或零售店)的照明設備需要具有約大於或等於90的CRI。因此，發射效率相對於發光二極體照明設備較低的鹵素燈泡或是白熾燈泡通常運用 於工業照明設備。在此同時，工業用照明設備也會使用CRI達到大於或等於90的發光二極體照明設備。然而，在此情況下，此種工業用照明設備因為結構較為複雜以及價格的上升在使用上顯得較不實際。
包含一般白光發光二極體的二極體照明設備相較於具有CRI約大於或等於95的白熾燈源，其具有相對低的CRI(約小於或等於75)。低CRI值可以是由缺乏光譜偏紅端(波長約在大於或等於600nm)的光線所造成。已發展整合發射紅光的螢光材料的技術，以增加白光發光二極體的CRI。然而，相較於黃色或綠色朝下轉換(down converting)螢光材料，發出紅光的螢光材料造成大的能量流失及燈源的低效率。
一般的高CRI發光二極體照明設備缺乏波長約大於或等於630nm的紅光構件，其會造成發光二極體照明設備的CRI下降。有鑒於此，藉由結合藍光和綠光發光二極體螢光材料以及白光和紅光發光二極體材料，達成約大於或等於90的CRI的發光二極體照明設備正在發展當中。
然而，由於發光二極體照明設備使用反饋感測器控制白光及紅光發光二極體的電流值，電路結構可能較為複雜且製造成本也可能提高。
根據本申請案的觀點，提供一種發光二極體照明設備， 其包括白光發光二極體及紅光發光二極體，其中白光發光二極體的色度可具有在依據ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於約2800K至約3700K間的色彩溫度，且色彩溫度的範圍可對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡(locus)較高的範圍。
白光發光二極體的色度的Y軸值大於黑體輻射所定義出的色度軌跡。
根據本申請案的觀點，亦提供一種發光二極體照明設備，其包括白光發光二極體、紅光發光二極體及擴散板，其中白光發光二極體的色度具有在依據ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於3500K至4500K間的色彩溫度，且白光發光二極體及紅光發光二極體輻射出的光的流明(lm)比例由紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14來限定。
根據本申請案的另一觀點，提供一種二極體照明設備的製造方法，此方法包括形成基板、形成至少一白光發光二極體於基板的上表面上；以及形成至少一紅光發光二極體於基板的上表面上，其中至少一白光發光二極體的色度具有在依據ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於2800K至3700K間的色彩溫度，且色彩溫度的範圍對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。
根據本申請案的另一觀點，亦提供一種二極體照明設備的製造方法，此方法包括形成基板、形成至少一白光發光二極體 於基板的上表面上、形成至少一紅光發光二極體於基板的上表面上；以及形成位於所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體的上部份處的擴散板，其中所述至少一白光發光二極體的色度具有在依據ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於3500K和4500K間的色彩溫度，且所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體輻射出的光線的流明比例由紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14來限定。
額外優勢及新穎特色將某程度上闡述於下面敘述中，闡述的程度在經由查看以下內容及附圖後將對於所屬領域中具有通常知識者是顯而易見的，亦或製造者及操作者可藉由範例來習得實行方法。本教示的優勢可經由以下討論的詳細範例中提出的方法、手段或此些方式的組合的各種觀點的實行或方法得以體現及獲得。
110‧‧‧殼體
120‧‧‧散熱器
130‧‧‧擴散板
210‧‧‧基板
220‧‧‧白光發光二極體
230‧‧‧紅光發光二極體
310‧‧‧範圍
320‧‧‧黑體軌跡
410‧‧‧範圍
420‧‧‧黑體輻射色度曲線
430‧‧‧色度值
440‧‧‧色度值
450、451、452、453‧‧‧模擬結果值
510‧‧‧範圍
520‧‧‧範圍
610‧‧‧基板
620‧‧‧白光照明設備
630‧‧‧紅光照明設備
640‧‧‧擴散板
650‧‧‧殼體
660‧‧‧散熱器
710‧‧‧基板
720‧‧‧白光照明設備
730‧‧‧紅光照明設備
740‧‧‧擴散板
741‧‧‧薄膜
750‧‧‧殼體
760‧‧‧散熱器
810‧‧‧範圍
820‧‧‧黑體輻射曲線
830‧‧‧座標
840‧‧‧座標
850‧‧‧色度值
860‧‧‧色度值
870‧‧‧色度值
910‧‧‧案例
920‧‧‧案例
1010‧‧‧範圍
1110、1120、1130、1140、1150‧‧‧步驟
結合了隨附如下的圖式，本申請案中這些和/或其他觀點、特徵及優勢由以下示範實施例的描述將會較為明顯且較容易領會：圖1為依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的外部結構的示意圖。
圖2為依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的內 部結構的示意圖。
圖3為說明美國國家標準協會(ANSI)C78.337-2008標準的範圍的圖表。
圖4為說明量測依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的色度的結果圖表。
圖5為說明依據本申請案的一實施例紅光與白光發光二極體混合後的色度範圍圖表。
圖6為說明依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的結構的側視圖。
圖7為說明依據本申請案的另一實施例的發光二極體照明設備的結構的側視圖。
圖8為說明計算依據本申請案的一實施例的二極體照明設備的色度的結果的圖表。
圖9為說明依據本申請案的一實施例使用藍光波長吸收劑及未使用藍光波長吸收劑的發光二極體照明設備的光譜曲線圖。
圖10為說明本申請案的一實施例包含在發光二極體照明設備裡的擴散板的相對透光率的曲線圖。
圖11為說明依據本申請案的一實施例發光二極體照明設備的製造方法的流程圖。
在以下的細節描述中，許多具體的細節將用實施例的方 式寫出，以提供對相關教示的徹底理解。然而，對於所屬領域中具有通常知識者，即使沒有此些細節也應是顯而易見且可以實施的。在其他例子中，眾所皆知的一些方法、程序、組成以及/或是電路將用相當高階且不包含細節的方式描述，以避免對本教示不必要的混淆。
現在將把詳細的描述寫於本申請案示範的實施例以作為參考，範例將會用隨附的圖示加以說明，但並不以此些實施例為限。
以下使用的術語是定義來適當的解釋實施例並可依據使用者、使用者的意圖及實行方法做變化。因此，術語的定義應依據整份說明書而決定。
圖1繪示依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的外部結構。
參照圖1，發光二極體照明設備的外觀包括殼體110(可包括安裝有白光發光二極體及紅光發光二極體的基板)、用以吸收由多個發光二極體產生的熱並且散熱的散熱器120及用以傳遞及擴散由多個發光二極體發出的光線的擴散板130。
圖2為依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的內部結構的示意圖。
參照圖2，白光發光二極體220及紅光發光二極體230可安裝於基板210上，而殼體110可配置於基板210上覆蓋白光發光二極體220及紅光發光二極體230。詳細舉例來說，發光二極 體照明設備可包括電源迴路、基板210、六個白光發光二極體220、一個紅光發光二極體230、殼體110、散熱器120及擴散板130。白光發光二極體220及紅光發光二極體230可以是串聯連接且由電源迴路供給驅動電流。白光發光二極體220可以採用在由美國國家標準協會(American national Standards Institute,ANSI)C78.377-2008標準所制定的色度範圍內的發光二極體。此標準明確指出建議用於具有固態照明產品的一般照明設備(例如是發光二極體照明設備)的色度範圍，且確保產品的白光色度可符合消費者需求。此標準適用於具有控制電子裝置及散熱器併入於其中的發光二極體式固態照明產品。
圖3為說明ANSI C78.337-2008標準的範圍310的圖表。
根據圖3中的色度可決定ANSI C78.337-2008標準的範圍310。黑體輻射色度的範圍也可以用ANSI C78.337-2008標準來定義。舉例來說，根據ANSI C78.337-2008標準，範圍310可以由發光二極體的黑體軌跡320上的八個矩型的輪廓來表示，藉此，發光二極體的均勻性可提升。除此之外，ANSI C78.337-2008標準可依據色彩分類系統(color binning system)被定義成單一密度及精密色彩分類。
發光二極體照明設備可藉著調整可用的色度範圍和白光發光二極體及紅光發光二極體的比例(例如流明(lm)值的比例或封裝體數目的比例)來達到高效率的色彩溫度、色度及演色性指數(CRI)。舉例來說，白光發光二極體220的色度在ANSI C78.337-2008標準的範圍310內介於2800K到3700K之間，其對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。在白色發光二極體的色度中，Y軸的數值可以大於電性軌跡。
在發光二極體照明設備中，由白光發光二極體220及由紅光發光二極體230的光的流明比例可由方程式1限定：〔方程式1〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14
圖4為測量依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的色度的結果圖表。
發光二極體照明設備可以藉由改變白光發光二極體及紅光發光二極體間的比例得到如圖四的圖表所示的色度模擬結果。在標示黑體輻射色度曲線420的ANSI C78.337-2008標準的範圍410內，發光二極體照明設備可得到白光發光二極體的量測色度值430以及由混合白光發光二極體及紅光發光二極體所形成的光的量測色度值440。
舉例而言，當紅光發光二極體和白光發光二極體的比例是1：5時，依據紅光發光二極體及白光發光二極體的流明比例，發光二極體照明設備可得到大約2640K的色彩溫度以及大約94.2的CRI作為模擬結果值450，如453所示。當比例為1：6時，發光二極體照明設備可得到如圖四中452所指大約2721K的色彩溫度以及大約92.7的CRI。當比例為1：7時，發光二極體照明設備 可得到如圖四中451所指大約2783K的色彩溫度以及大約91.5的CRI。在此，發光二極體照明設備由約350mA的低電流所驅動。大約100流明可以由一個白光二極體輻射出，大約60流明可以由紅光發光二極體輻射出。紅光發光二極體的峰值波長範圍可以介於大約600nm到大約670nm之間。
在包含白光發光二極體及紅光發光二極體的發光二極體照明設備中，色度及CRI依據光的混合比例可以變化。舉例來說，顏色混合後，色度可以落在連接白光發光二極體色度及紅光發光二極體色度的一條直線上。當紅色部分增加時，混色後的CRI會近似紅光發光二極體的CRI，當紅光部分不足時，CRI不會有令人滿意的增加。然而，當紅色部分過多時，CRI會下降。因此，示例的是，發光二極體照明設備的CRI為約大於或等於90以及混色後色度在ANSI C78.337-2008標準的範圍內。
圖5為依據本申請案的一實施例說明紅光與白光發光二極體混合後的色度範圍的圖表。
請參考圖5，白光發光二極體及紅光發光二極體混合後的色度的範圍510在ANSI C78.337-2008標準的範圍內。有鑒於此，發光二極體照明設備的白光發光二極體的色度可調整至相較於從2800K至3700K的色彩溫度定義的線以及位於ANSI C78.377-2008標準的範圍內的黑體輻射更高的範圍520內。
並且，位於白光發光二極體及紅光發光二極體間的封裝體數量的比例可由方程式2來限定： 〔方程式2〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：4~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：8
舉例而言，當白光發光二極體及紅光發光二極體在串聯連接的情況下被驅動時，白光發光二極體及紅光發光二極體間的封裝體數量的發光二極體照明設備比例可調整到介於1：4和1：8之間。
在另一例子中，由白光發光二極體及紅光發光二極體輻射出的光線的流明比例可調整到介於1：6和1：14之間。
除此之外，藉由增加吸收藍光波長的材料至加工過的擴散板130或擴散覆蓋物可增加白光發光二極體的可用色度範圍。此外，在本案例中，可減少製作成本。由於發光二極體照明設備的白光發光二極體的發射效率可以被限制，因此可藉由增加擴散板130或擴散覆蓋物來放寬可用二極體的限制條件。
圖6為依據本申請案的一實施例的發光二極體照明設備的結構的側視圖。圖7為依據本申請案的另一實施例的發光二極體照明設備的結構的側視圖。
參考圖6，發光二極體照明設備包括基板610、白光照明設備620、紅光照明設備630、擴散板640、殼體650及散熱器660。擴散板640可包括吸收藍光波長範圍的材料。
請參考圖7，發光二極體照明設備包括基板710、白光照明設備720、紅光照明設備730、擴散板740、殼體750及散熱器 760。擴散板740內部可塗有藍光波長吸收劑。或者，包含藍光波長吸收劑的薄膜741可附著於擴散板740的內部。舉例來說，藍光波長吸收劑包括樹脂材料或包括包含用於半導體設備之類的黃色的薄膜。
圖8為計算依據本申請案的另一實施例的發光二極體照明設備的色度的結果圖表。
參考圖8，當發光二極體照明設備不包括藍光波長吸收材料時，發光二極體照明設備的色度的範圍840會超過包含黑體輻射曲線820的ANSI C78.377-2008標準的範圍810。然而，當發光二極體照明設備包括藍光波長吸收劑時，色度會移動，且發光二極體照明設備可得到落在ANSI C78.377-2008標準的範圍810內的色度值850、860、870。
在此，座標830指的是白光發光二極體的色度。座標840可得到不具有擴散板的發光二極體照明設備的色度，其中色彩溫度約為3033K而CRI約為92.8。座標850可得到具有擴散板的發光二極體照明設備的色度，其中擴散板的透光度約60%，色彩溫度約2778K且CRI約91.0。座標860可得到具有擴散板的發光二極體照明設備的色度，其中擴散板的透光度約53%，色彩溫度約2740K且CRI約90.5。座標870可得到具有擴散板的發光二極體照明設備的色度，其中擴散板的透光度約46%，色彩溫度約2703K且CRI約90.0。
由於發光二極體照明設備中的白光發光二極體可在位於 ANSI C78.377-2008標準的範圍810內的4000K左右使用，因此發光二極體照明設備可在較低花費下使用。
圖9為依據本申請案的一實施例使用藍光波長吸收劑的發光二極體照明設備的光譜圖及不使用藍光波長吸收劑的發光二極體照明設備的光譜圖。
請參考圖9，使用藍光波長吸收劑的案例920的藍色區間其強度小於未使用藍光波長吸收劑的案例910中的藍色區間。
圖10為依據本申請案的一實施例說明包含於發光二極體照明設備中的擴散板的相對透光度曲線圖。
請參考圖10，當發光二極體照明設備的參考波長約580nm時，發光二極體照明設備的白光發光二極體的藍色組成部分的於峰值波長(例如約450nm)的透光度可以是位於範圍1010內且介於約40%及約60%之間。在此例中，發光二極體照明設備的色彩再現性(reproduction)可以藉由包含紅光發光二極體及藍光波長吸收劑的擴散板而增加。
發光二極體照明設備可包括白光發光二極體、紅光發光二極體及擴散板。白光發光二極體的色度可具有位於ANSI C78.377-2008標準的範圍810中介於3500K至4500K的色彩溫度。由白光發光二極體和紅光發光二極體輻射出的光的流明比率可由方程式3限定：〔方程式3〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白 光發光二極體=1：14
在此，將580nm的波長標準化為100%，關於450nm的波長，擴散板的透光度為約45%到約60%。
圖11為依據本申請案的一實施例說明發光二極體照明設備的製造方法的流程圖。
參考圖11，在步驟1110中，根據發光二極體照明設備的製造方法形成基板。在步驟1120中，於基板的上表面上形成至少一白光發光二極體。在步驟1130中，於基板的上表面上形成至少一紅光發光二極體，從而製造出發光二極體照明設備。在此，所述至少一白光發光二極體的色度可具有位於ANSI C78.377-2008標準的範圍810內並介於約2800K到3700K之間的色彩溫度，其對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。
所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體輻射出的光線的流明比例及封裝體數量的比例可參考先前的敘述，在此不再贅述。
在步驟1140中，擴散板可形成於所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體的上部份處。在步驟1150中，可提供散熱器於基板的下表面處。
除此之外，雖然發光二極體照明設備可由前述的製造方法製成，但白光發光二極體的色度的色彩溫度仍可於調整至ANSI C78.377-2008標準的範圍內約3500K至4500K間。
以上描述了一些範例。儘管如此，可以理解的是各式修 正仍可被實行。舉例而言，以上描述的技術若以不同的次序或者/且系統中描述的組成、結構、裝置或電路用不同的方式互相組合且/或由其他組成或與其等價的方式取代或補充，仍會得到合適的結果。
雖然先前已描述了被認為是最好的施行方式及/或其他例子，但可以理解的是各式對實施例的修改皆為可能，在此揭露的素材亦可實施於各樣的形式或範例，且上述教示也能夠用於許多的應用上，而其中只有少部分的應用於本說明書中被提及。以下的申請專利範圍試圖主張任何且是所有屬於本教示適用範圍內的應用、修改和變化。
110‧‧‧殼體
120‧‧‧散熱器
130‧‧‧擴散板
210‧‧‧基板
220‧‧‧白光發光二極體
230‧‧‧紅光發光二極體

Claims (10)

  1. 一種發光二極體照明設備，包括：白光發光二極體及紅光發光二極體，其中：所述白光發光二極體的色度具有位於ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於2800K至3700K間的色彩溫度，且所述色彩溫度的範圍對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體照明設備，其中所述白光發光二極體的色度的Y軸值大於所述黑體輻射所定義出的所述色度軌跡。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體照明設備，其中所述白光發光二極體及所述紅光發光二極體輻射出的光的流明比例由方程式1限定：〔方程式1〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體照明設備，其中所述白光發光二極體及所述紅光發光二極體之間的封裝體數量比例由方程式2限定：〔方程式2〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：4~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：8。
  5. 一種發光二極體照明設備，包括：白光發光二極體；紅光發光二極體；以及擴散板，其中：所述白光發光二極體的色度具有依據位於ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於3500K至4500K間的色彩溫度，且所述白光發光二極體及所述紅光發光二極體輻射出的光的流明比例由方程式3限定：〔方程式3〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體照明設備，其中當580nm的波長被標準化為100%時，對於450nm的波長，所述擴散板的透光度為45%至60%。
  7. 一種發光二極體照明設備的製造方法，包括下列步驟：形成基板；形成至少一白光發光二極體於所述基板的上表面上；以及形成至少一紅光發光二極體於所述基板的上表面上，其中：所述至少一白光發光二極體的色度具有在依據ANSI C78.377-2008標準的範圍內並介於2800K至3700K間的色彩溫度，且 所述色彩溫度的範圍對應到相較於黑體輻射所定義出的色度軌跡較高的範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體照明設備的製造方法，其中所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體輻射出的光的流明比例由方程式4限定：〔方程式4〕紅光發光二極體：白光發光二極體=1：6~紅光發光二極體：白光發光二極體=1：14。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體照明設備的製造方法，其中所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體的演色性指數大於等於90。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體照明設備的製造方法，更包括：設置擴散板於所述至少一白光發光二極體及所述至少一紅光發光二極體的上部份處，其中當580nm的波長被標準化為100%時，對於450nm的波長，所述擴散板的透光度為45%至60%。
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