TW455908B - Lighting system - Google Patents

Description

455908 五、發明說明（i) 本發明是關於一種發光系統，這種發光系統包含—個發 光體’操作時可發射出可見光，以及一個可以傳導光線 容器。 ^ 在第一頁所描述的發光系統類变'早*已為業界所熟悉，包 含如裝飾燈用的白熱燈泡，例如所謂的碳絲燈，其中白熱 體部分由螺旋狀碳絲架在支撐物上組成 這種類型的發光 系統還包括使用交錯形、星形或其他裝飾或甜蜜話語（例 如字-母LOVE)。 但這種發光系統的缺點是較低的照明效率，以及較短的 使用壽命。 本發明的目的是要提供一個如封'頁所描述的發光系統類 型，能夠增進照明效率和使用壽命。為了達成這個目標’ 符合本發明的發光系統的特徵為 發光系統包含至少一個光電元件，操作時可發出第一波 長範圍的光， 發光體具有轉換裝置，可將第一波長範圍的光轉換成第 二波長範圍的光，β及 具有塗層的容益，可至少反射第一波長範圍的光。 光電元件包括如發光二極體（LED)等的電子發光元件， 此種光電元件是用來作為照明用％白光或有色光的光源， f者作為訊號燈用的有色光或白光的光源，包栝交通號誌 系統、車輛、航空器或其他運輪裝置或系統上的訊號燈 具。在近年來，除了根據GaP的黃色和紅色發光二極體之 外’也已發展出高致率的GaN藍色和綠色發光二極體。這

O:\62\62564.PTD 第6頁 4 5 5 9 0 8 五、發明說明（2) 種光電元件具有較高的照明效率（2 2 0 1 m / W )，以及較長 的使用壽命（2 7 5 0 0 0小時）。對照之下，一個7 5瓦的碳絲 燈泡具有大約2 i m / W的照明效率，以及平均少於1 , 0 0 0小 時的使用壽命。 > , 一般燈泡在實際操作中，產生光線的方式是對真空密閉 容器中的熾熱發光體通過電流，使得該發光體因高熱而產 生光線。在一般燈泡中，熾熱發光體就是所謂主要的發光 源。而在本發明中，將一般燈泡内的熾熱發光體換成至少 一假光電元件以及一個具轉換裝置的裝置體，用來轉換由 光電元件所發射的第一波長範圍的光線成為第二波長範圍 的光線。採用本發明的發光系統中，光電元.件被視作主要 光源，而轉換裝置被視作第二光滹》轉換裝置是由光電元 件發射的光所激發。部分光線由轉換裝置經由如吸收和發 射的過程，轉換成第二波長範圍寸見光。 如本發明，傳導光線的容器包含至少可反射部分第一波 長光線的塗層。如此一來，由光電元件所產生的第一波長 範圍的光線，並不會直接被轉換裝置所吸收，因而可轉換 成第二波長範圍的光線；第一波長範圍的光線被容器内部 表面反射塗層所反射，除了部分被轉換裝置吸收外，其他 轉換成第二波長範圍的光線。轉換裝置發射出的光線可容 許穿透容器的反射塗層。反射塗層使發光體在理論上只從 底部向上發射光源，成為一同質性的發光體。 如本發明的方式，可得到一種更長使用壽命的高效率發 光系統。在採用本發明的發光系統中，容器（燈泡管）不再

第7頁 45 59 0 8 五、發明說明（3) 只是單純的真空容器，而是具有反射塗層的裝置。因為採 用本發明的燈泡不再只是個真空容器，所有使用上也會比 較安全。但如果有必要，也可省略具有反射塗層的容器。 那麼發光系統就至少要包含一個光電元件和具有轉換裝置 的裝置。 理想上轉換裝置最好包含發（冷）光性材料，這種材料特 別適合，因為其具有較高的量子效率，所以就具有較高的 1 m照度（1 m / W )，提升發光系統的照明效率。此外尚有其他 多穣穩定的非有機性與有機性發光材料（如磷光體），讓本 發明在選擇適合的材料時有更多的選擇，以提升色彩亮 度。 理想上冷光材料最好可用波長在4 0 0到5 0 0毫微米的光線 所激發。這種靈敏度可讓冷光材質特別適合於吸收藍色光 線。吸收後的光線再由冷光材質本身，以極高的效率步轉 換成可見光的波長，如綠色或紅色。發光系統的色溫決定 於應用在何種場合。對於外型酷似碳絲燈泡的發光系統， 適合選擇較低的色溫。至於其他應用方面，則或需要較高 的色溫。 採用本發明的發光系統的最佳應用，其特徵為至少具有 一個包含藍色發光二極體的光電元件，以及冷光材質的轉 換裝置，用以將部分發光二極體產生的光線轉換為紅色可 見光。 理想上藍色發光二極體所發出的光譜波長範圍最好在 4 6 0到4 9 0毫微米之間，而冷光材質所發出紅光的光譜波長

第8頁 455908 修正丨 案號 89101820 五、發明說明（4) 範圍最好在6 1 0到6 3 0毫微米之間。 採用本發明的發光系統的最佳應用，操作時其光電元件 的光流（luminous flux)至少要為5 Ιβι。本發明的發光系 統可帶來連續、一致的高密度照明效果。如果要有效利用 具有5 1 m以上的光電元件，發光系統本身必須要具有散熱 裝置。只有具有高lm的光電發光系統才可取代傳統的熾熱 光燈泡。本發明其中一個特點是具有散熱裝置，可減低發 光系統在操作過程中，由燈座（lamp cap)或供電裝置所產 生的熱度。 上述本發明以及其他方面的特徵可透過下文的圖例進一 步解釋說明。 例圖： 圖1為以部分截面且部分側視所呈現之採用本發明發光 系統的具體實例； 圖2 A為採用本發明發光系統的具體實例的截面圖； 圖2 B為採用本發明發光系統的另種具體實例的載面圖； 以及 圖2 C為採用本發明發光系統的下一種具體實例的截面 圖 這些圖例只是為了說明之用，所以並沒有按比例來繪 製。特別是為了清晰起見，有些部分的尺寸會過度誇大。 這些圖例上的標示號碼為其對應的零件號碼。 圖1顯示採用本發明發光系統的具體實例，其係以部分 截面且部分侧視所呈現。本例中的發光系統包含傳導光線 的容器

O:\62\62564.ptc 第9頁 2001.07. 20. 009 455908 五、發明說明（5) 5以及燈座7。本發明的發光系統包含至少一個光電元件 2， 2’ 。圖1的例子中具有兩個光電元件2， 2，，這兩個光 電元件組成產生和發射預定波長光源的發光部分，加上傳 導光線的容器，例如採用透鏡的形·式、光電元件2， 2 ’就 是電子發光元件’比如說發光二極體LED。發光二極體可 產生特定顏色的光線。適合的發光二極體包括 -藍色GaN發光二極體（Nichiaf):發射光最大波長： 470牵微米，FWHM(半峰全寬）：20毫微米； -藍綠GaN發光二極體（Nichia製）：發射光最大波長： 520毫微米’FWHM(半峰全寬）：40毫微米； _育色GaP發光二極體（Hewiett Packard製）：發射光最 大波長：590毫微米，FWHM(半峰禽寬）· 20毫微米。 發光體1具有轉換裝置3，該轉換裝置3由光電元件2, 2, 的發射光所激發。其所發射的光線部分被轉換裝置3轉換 成第二波長範圍的可見光。在圖1的範例中，發光體1並不 兀全具有轉換裝置3，在無法發射光線的部分，即不具有 轉換裝置功能。 理想上轉換裝置3最好採用冷光材質，適合用來將藍光 轉成綠光的冷光材質有：（Sr, Ca)2Si04: Eu2+ ’ Ba2Si04: Eu2+, SrGa2S4, ZnS ： Cu+ ,ZnS； Au+ ,ZnS: Al3+ ,(Zn,Cd)S: Ag+和CaS: Ce3+。適用轉換藍光或綠光為紅光的冷光材質 有-CaS: Eu,Mn ;CaS: Eu ;SrS: Eu;(Zn，Cd)S: Ag;

SrO: Eu； Sr3B206； Eu ； s r2Mg (B03 )2; Ca S : Eu, fin ； CaS： Eu 或SrS : Eu。該材質在轉換第一波長範圍光源至第二波長

455908 五、發明說明C6) 範圍光源上，具有較高的量子效能。 發光系統的可見光傳導容器5具有可（部分）反射第一波 長範圍的塗層，因此光電元件2， 2 ’所發射的第一波長範 圍光線，並沒有直接或完全被轉換•裝置3轉換成第二波長 範圍的光線，因為部分被容器5的反射塗層6反射，然後被 轉換裝置3轉換成為第二波長範圍的光線。由轉換裝置3所 產生的光線可穿透具有反射塗層6的容器54。 理想上塗層6應包含多層反射塗層。這種塗層可藉由現 有的塗層技術來達成（蒸汽析出法、濺鍍法、化學蒸汽析 出法、浸潰法）。理想的塗層是將不同折射係數的材料， 以高低係數交錯的方式鍍積而成，例如Nb2 05.、Ta2 05或S i3N4 為高折射係數的塗層材質，S i 02 CMgF2為低折射係數的塗 層材質。選擇不同塗層的厚度即可獲得 >斤需的反射光譜。 理想上塗層6可反射藍光，如果'光電元件2， 2 ’產生藍 光，如果這道藍光不被轉換裝置3所轉換，則由塗層6所反 射，如此一來，藍光即無法離開容器5。由轉換裝置3所產 生的光線可穿透具有反射塗層的容器5。因此採用本發明 的發光系統即可發射出可見光。 理想上容器5表面的塗層6，其反射方向是對準發光體 1 。藉由如此設計*即可避免發光系統在操作時可能會發 生的損壞。 在圖1的範例中，發光系統的調整環8是用來改變光電元 件的光流量。調整環8可將光度調低，發光系統也可具有 第二調整環（未顯示在圖1上），可用來改變光電元件2，2 ’

第11頁 五'發明說明（7) 的相對光流量。燈具也可具有第三調整環（未顯示在圖1 上），可用來改變發光系統所發射出光線的顏色或色溫。 這些調整環可整合在一起，成為具有多功能的單一調整 環。發光系統或可具有額外的光電*元件，例如使用不同顏 色的發光二極體，以獲得所需的顏色再生係數。 圖1所顯示發光系統實例外觀酷似一般的碳絲燈泡，因 為發光體1包含螺旋狀的絲線，通電後會發出可見光，也 因為此發光系統具有可傳導光線的容器。螺旋狀的轉換裝 置將光電元件的藍光，轉換成比藍光波長範圍還高的可見 光。在相較於一般的發光系統，採用本發明的發光系統具 有更高照明效率（2 2 0 1 m / W )，以及更長的使用壽命（g 7 5，0 0 0 小時）。 、 圖2 A、2 B和2 C顯示採用本發明具體實例的各種發光體的 截面圖。圖2 A顯示具有轉換裝置2‘3的十字形元件2 1。圖2 B 顯示具有轉換裝置33的星形元件31和支撐裝置37，支撐裝 置37通常不具有塗層。圖2C顯示具有轉換裝置43， 43’的 裝飾元件41，41’ ，圖2C並未顯示出用於將裝飾元件41, 41’ 固定於燈座的支撐元件。 本發明在嫻熟藝術創作者的手中可演化出許多種的可 能，舉例來說，發光體的外型並不限於圖1、2 A、2 B和2 C 的造型。事實上這有很多種造型的可能性，例如三度空間 的祈禱文字造型，或是聖者雕像的造型。其他可能的例子 包括建築模型或圖晝或其他二度空間的影像，在適當的部 分（比如說邊緣部分）採用發光材質（可由使用者指定）。發

第12頁 455908 五、發明說明（8) 光體也可（部分）容許（可見）光通過，以便將光電元件隱藏 在發光體下方，讓觀者看不到部分的發光系統。轉換裝置 的運用並不限於一種類行，也可結合不同轉換裝置或冷光 材料來使用。而且發光體的不同部.分可採用具有不同轉換 裝置的塗層，所以這些部分會發出不同的顏色。藉著適當 結合光電元件和轉換裝置，達成不同光線和顏色的效果* 這可由使用者來調整C經由調整環）。舉例來說，適當選擇 藍色和綠色的光電元件，加上對藍光和綠光敏感的紅色5粦 光體，改變藍光和綠光之間的平衡量，即可獲致特殊的顏 色效果。在這個例子中，反射層理想上可部分反射藍光和 綠光，如有必要，發光系統可省略具有反射塗層的容器。 在這個例子中，發光系統要包含至少一個光電元件和（具 有轉換裝置的）發光體。此外也可省略皮射塗層。在這個 例子中，發光體只從下方發射光耜，而不再發射均勻發射 光源。 本發明的保護範圍不限於上述範例。本發明可採用新的 特性以及新的特性組合方式，在申請專利範圍的參照號碼 並不限制所保護的範圍。使用『包含』一詞並不能排除申 請專利範圍中未提及的元件。元件前的『一』或『一個』 並不代表沒有多數的可能。

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Claims (1)

1. 455308 --1^· 89101820 泠1 7 月 i^lL· 六'_請專利範圍 Γ 7 補充I 1，一種發光系統，包含一操作時能發出可見光的發光體 (1)，以及一能夠傳導光線的容器（5)，其特徵為： 發光系統包含至少一個光電元件（2， 2’）’操作時可 發出第 '波長範圍的光線， 具有轉換裝置（3)的發光體（1),用於將第一波長範圍 的光線轉換為第二波長範圍的光線，以及 具有塗層（6)的容器（5)，可至少反射第一波長範圍的 光線19 2.如申請專利範圍第1項之發光系統，其特徵為轉換裝 置（3)包含一種冷光材質β 3 ·如申請專利範圍第1或2項之發光系統’其特徵為轉換 系統（3 )可由波長4 〇 〇到5 0 0毫微米的光線所激發。 4.如申請專利範圍第1或2項之發光系統’其特徵為光電 元件（2， 2 )包含一發光二極體。 5·如申請專利範圍第1或2項之發光系統，其特徵為塗層 (6)包含多層反射塗層。 6. 如申請專利範圍第1或2項之發光系統，其特徵為塗層 (6)可反射藍光β 7. 如申請專利範圍第1或2項之發光系統，其特徵為容器 (5 )表面塗層（6 )的光線反射方向指向發光體（1 )。 8. 如申請專利範圍第1或2項之發光系統’其特徵為發光 體包括一螺旋狀的絲線。 9·如申請專利範圍第1或2項之發光系統，其特徵為發光 體包括·--1"字形元件（21)、星形元件（31)或裝飾性元件

   2〇〇1.〇7. 20.015 455908

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