TWI425650B - 具改善調光性能之光源 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光源，其包含一發光裝置及一發光罩。更具體言之，本發明係關於一種光源，其包括能夠發出在自近UV(近紫外光)至藍光之範圍內之電磁輻射以回應一驅動構件之一驅動訊號的至少一個發光裝置，及一至少包含一第一活化劑及一第二活化劑以將該電磁輻射轉換成可見光之發光罩。本發明亦係關於一種調變上述類型之光源的方法。
對於白光固態光源之實現而言，如由S.Nakamura等人所描述(Appl.Phys.Lett.67,1995,1868)，基於半導體(In,Ga)N之藍光發光二極體得以廣泛應用。該光源充當一激勵發光材料之有效泵，其藉由發出綠光、黃光或紅光返回至其基態。添加之色彩混合導致寬頻帶光譜之產生，其被觀察為白光。
1996年，Nichia Chemical Industries Ltd.引入白光LED(發光二極體)，該白光LED使用包含Y3
Al5
O1 2
：Ce(YAG：Ce)或(Y,Gd)3
(Al1 － x
Gax
)5
O1 2
：Ce(YAGaG：Ce)之發光層以將由(In,Ga)N LED發出之藍光轉換成峰值為約565 nm之寬頻帶黃光發射光譜。發射帶充分寬以產生色溫(CT)範圍為5000 K至8000 K且演色性指數(CRI)為約75至85之白光。光源之CT被定義為具有相同顏色之黑體輻射器之溫度。光源之CRI為表示一測試目標在該光源下與其在相同溫度之標準燈下之顏色相比的所產生之色移程度的等級。
上述光源具有無法獲得較低色溫及較高演色性指數之缺點。US 2002/0158565揭示包含至少兩個磷光體之混合物的磷光體摻合物。藉由以適當比例混合該等磷光體，可產生提供所要CT及CRI之發射光譜之複合物。
與先前技術相關之問題在於此等光源之調光不引起一可察覺之色點(color point)轉變至如自白熾燈及自然日光已知之紅光光譜範圍。詳言之，室內照明應用需要具有一類似白熾燈之色溫及一類似白熾燈之調光性能的白光光源。
本發明之目標為提供上述類型的光源，其具有大體上類似於白熾燈在調光上之光譜改變之調光特徵。
此目標藉由提供一光源完成，該光源包含至少一個發光裝置，該發光裝置能夠發出在自近紫外光至藍光之範圍內之電磁輻射以回應驅動構件之一驅動訊號；及一發光罩，該發光罩至少包含一第一活化劑(A1
)及一第二活化劑(A2
)以將該電磁輻射轉換成可見光，其中該第一活化劑及該第二活化劑具有不同回應特徵，且該驅動構件經調適成改變該驅動訊號以控制用於該光源之該可見光之光譜該驅動訊號之改變引起自與發光罩相互作用之發光裝置之電磁輻射的改變。由於第一及第二活化劑之不同回應特徵，電磁輻射至可見光之轉換隨著該驅動訊號之改變而改變。因此，可控制可見光光譜以達成光源之所要調光性能。
詳言之，該驅動訊號為一經脈衝調製之驅動訊號且該驅動構件經調適成改變該經脈衝調製之驅動訊號之脈寬。在此實施例中，脈寬與第一及第二活化劑之回應特徵之間的關係判定該光源之可見光之光譜。藉由改變該脈寬，可見光之光譜由於此關係而改變。
其中該發光裝置為一固態光源，諸如一有機發光二極體或一半導體發光二極體，較佳為InGaN或AlInGaN材料的本發明之實施例具有優點：如此之光源能夠發出可由該發光罩吸收之電磁輻射。
其中該第一活化劑(A1
)為一回應時間τ1 / e
在10毫微秒至100微秒之範圍內之一快速活化劑且該第二活化劑(A2
)為一回應時間τ1 / e
在10微秒至100毫秒之範圍內之一緩慢活化劑的本發明之實施例之優點在於：已發現用於回應之所界定之範圍產生可見光輸出之光譜改變之所要性能。
其中該快速活化劑為一發綠光活化劑且該緩慢活化劑為一發紅光活化劑的本發明之實施例具有可獲得發白光光源之優點。
其中該第一活化劑及該第二活化劑為一單個發光組合物之部分的本發明之實施例具有如此一光源相對容易產生且相對便宜之優點。
較佳組合物為其中該第一活化劑及該第二活化劑係自包含摻雜入自基於硫化物、硫氧化物、氧化物、氮氧化物及氮化物之群中選出之一主晶格內之(Eu2 ＋
,Mn2 ＋
)、(Ce3 ＋
,Mn2 ＋
)、(VO4 3 －
,Eu3 ＋
)及(Bi3 ＋
,Eu3 ＋
)的群(第一活化劑、第二活化劑)中選出的組合物。
然而，亦可使用其中該第一活化劑及該第二活化劑各為不同發光組合物之部分的發光組合物。
較佳組合物為其中該第一活化劑係自包含摻雜入發綠光材料之一第一主晶格內之Eu2 ＋
、Ce3 ＋
、VO4 3 －
及Bi3 ＋
之群中選出，且該第二活化劑係自包含摻雜入發紅光材料之一第二主晶格內之Mn2 ＋
及Eu3 ＋
之群中選出的組合物。
應注意，上述實施例或其態樣可結合。
本發明亦係關於一種調光如上所述之光源的方法，詳言之係藉由將一經脈衝調製之驅動訊號施加至該發光裝置並改變該經脈衝調製之驅動訊號之脈寬。已參考該光源對此步驟之效應及優點進行了論述。
將參考示意性地展示根據本發明之較佳實施例之隨附圖式進一步說明本發明。應瞭解，本發明不以任何方式限制於此特定且較佳實施例。
圖1示意性地顯示一光源1，其包含提供於對可見光透明之封裝4中之發光裝置2及發光罩3。發光裝置2由導線5連接至驅動構件6，以提供具有圖2中說明之驅動訊號之發光裝置2。驅動構件6可為光源1之一整體部分或一外部地提供之驅動構件。
發光裝置2為一固態發光裝置，諸如有機發光二極體(LED)或半導體LED。例如，LED 2為InGaN LED。該LED 2能夠發出自近紫外光至藍光之範圍內(意即，在350 nm至490 nm之範圍內)之電磁輻射，以回應驅動構件6之驅動訊號。例如，該InGaN LED 2發出波長為460 nm之電磁輻射。
該LED 2充當一用於發光罩3之激勵源，該發光罩3沈積或塗佈於該LED 2之上或上方使得可接收該LED 2之電磁輻射。發光罩3(下文亦稱為罩3)包含第一活化劑A1
及第二活化劑A2
。活化劑A1
、A2
兩者將自該LED 2之入射電磁輻射轉換成可見光，藉以將該等兩個組份之發射光譜分別稱為Sp1
(λ)及Sp2
(λ)。入射電磁輻射由Sp0
(λ)指示。根據本發明之實施例，該等兩種活化劑A1
、A2
具有不同回應特徵或飽和性能，其可(例如)由活化劑A1
、A2
之不同摻雜位準或由其不同性質達成。
該第一活化劑A1
為回應時間τ1 / e
在10毫微秒至100微秒範圍內之快速活化劑且該第二活化劑A2
為回應時間τ1 / e
在10微秒至100毫秒範圍內之緩慢活化劑。該快速活化劑為一發綠光活化劑且該緩慢活化劑為一發紅光活化劑以獲得發白光光源1。
第一及第二活化劑A1
、A2
可含於一單個主晶格(HL：A1
、A2
，其中HL＝主晶格，A1
＝第一活化劑，A2
＝第二活化劑)中，意即，該第一活化劑A1
及該第二活化劑A2
為一單個發光組合物之部分。該第一活化劑A1
及該第二活化劑A2
係自包含摻雜入自基於硫化物、硫氧化物、氧化物、氮氧化物及氮化物之群中選出之主晶格HL內之(Eu2 ＋
,Mn2 ＋
)、(Ce3 ＋
,Mn2 ＋
)、(VO4 3 －
,Eu3 ＋
)及(Bi3 ＋
,Eu3 ＋
)的群(第一活化劑，第二活化劑)中選出。例如，使用組合物CaS：Ce3 ＋
,Mn2 ＋
。
或者，使用獨立主晶格(HL1
：A1
及HL2
：A2
，HL1
＝主晶格1且HL2
＝主晶格2)，意即，該第一活化劑A1
及該第二活化劑A2
為不同發光組合物之部分。該第一活化劑A1
係自包含摻雜入發綠光材料之第一主晶格HL1
內之Eu2 ＋
、Ce3 ＋
、VO4 3 －
及Bi3 ＋
之群選出，且該第二活化劑A2
係自包含摻雜入發紅光材料之第二主晶格HL2
內之Mn2 ＋
及Eu3 ＋
之群中選出。展示對藍光及近紫外光之強吸收之發綠光材料為(例如)CaS：Ce3 ＋
、SrGa2
S4
：Eu2 ＋
、(Ba,Sr)2
SiO4
：Eu2 ＋
或(Ba,Sr)Si2
N2
O2
：Eu2 ＋
。發紅光組合物將由諸如Mn2 ＋
或Eu3 ＋
之緩慢活化劑活化。一實例為Y2
O2
S：Eu3 ＋
。
驅動構件6可包含供應至LED 2以產生電磁輻射之光譜Sp0
(λ)之在2伏至10伏範圍內之低電壓脈衝的脈衝產生器。
在連續驅動之情況下，意即，如圖2之上部圖所示，LED 2之電輸入功率在時間t上為恆定的，兩個磷光體被均勻地激發且由該LED發出之有效光譜由下式給出：Sp總
(λ)＝α×Sp0
(λ)＋Sp1
(λ)＋Sp2
(λ)
其中α為來自該LED 2之未經轉換之初始電磁輻射之分率。
與之相比，如圖2之中間圖所示，根據本發明之實施例，驅動構件6之驅動訊號為不連續之脈衝驅動。由於第二活化劑A2
或磷光體之回應時間大於第一活化劑A1
，故自光源1獲得之有效光譜由下式給出：Sp總
(λ)＝α×Sp0
(λ)＋Sp1
(λ)＋ε×Sp2
(λ)
其中ε＝0...1＝第二活化劑/磷光體之飽和程度。
根據本發明之實施例，該驅動訊號為一經脈衝調製之驅動訊號P且驅動構件6經調適成改變該經脈衝調製之驅動訊號P之脈寬W，由圖1中之箭頭7指示。換言之，如說明50%之工作週期之圖2的下部圖中所顯示，調節該LED 2之工作週期。為減少該工作週期，總輸入功率由該LED 2以一較短時間間隔耗散，而平均輸入功率與圖2之上部圖中所示之連續驅動的情況保持相等。以此方式，可藉由控制經脈衝調製之驅動訊號P之寬度W及高度H調諧光源1之CT。
藉由調變用於包含根據上述組合物之罩3之該LED 2的驅動訊號P的脈寬W，歸因於在該光譜中之發紅光組份之飽和度，可調諧可見光之光譜。此特徵在因經濟原因而置換白熾燈或鹵素燈之所有應用區域係所要的。目前，為此目的而大多安裝了節能燈，儘管此類型燈之色點若調光時轉變為藍光。
此問題藉由本發明減少或消除。此實施例涉及包含發光罩3之發藍光LED 2之應用，該發光罩3含有採用上述離子對之一者之磷光體。
CaS：Ce3 ＋
,Mn2 ＋
磷光粉懸浮八用於罩3之可撓性填充之矽前驅物內。通常，在該懸浮液中之磷光體濃度允許在10 μg與300 μg之間的磷光體沈積於具有約1 mm2
之表面積的該LED 2上。添加一催化劑以聚合該矽前驅物，且藉由透明塑料封裝4密封該LED 2。
發460 nm光之InGaN LED 2由供應矩形脈衝(2 V至10 V)之脈衝產生器6以10 kHz之頻率驅動。該矩形脈衝之持續時間在0.1 μs與100 μs之間，因此對應於0.1%至100%之工作週期。
圖3展示用於以10 kHz之頻率驅動之LED 2之發射光譜，具有對應於1%之工作週期DC的1 μs的脈寬(黑色)、對應於50%之工作週期DC的50 μs的脈寬(深灰色)及對應於95%之工作週期DC的90 μs的脈寬(淺灰色)。
圖4展示顯示由於工作週期之改變而引起之CT中的變化的CIE 1931色彩圖。
應注意，上述實施例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者能夠在不偏離附加之申請專利範圍之範疇的情況下設計許多替代實施例。本發明之要旨係關於對驅動訊號之改變允許對有具有不同回應特徵之活化劑之光源的適當調光性能的洞悉。在申請專利範圍中，置放於圓括號之間的任何參考標記不應理解為限制該請求項。詞"包含"不排除存在不同於彼等列於請求項中之元件或步驟。在一元件前面之詞"一"不排除存在複數個如此之元件。某些方法在互不相同之附屬項中陳述之事實並非指示不能有利地使用此等方法之組合。
1．．．光源
2．．．發光裝置
3．．．發光罩
4．．．封裝
5．．．導線
6．．．驅動構件
7．．．箭頭
圖1示意性地顯示根據本發明之一實施例之光源；圖2顯示根據本發明之一實施例之用於圖1的光源的驅動訊號；圖3展示用於圖1之光源之可見光的光譜的改變之實驗結果，及圖4展示一CIE 1931圖。
1．．．光源
2．．．發光裝置
3．．．發光罩
4．．．封裝
5．．．導線
6．．．驅動構件
7．．．箭頭
Claims (11)
- 一種光源，其包含至少一個發光裝置，該發光裝置經調適以發出在自近紫外光至藍光之範圍內之電磁輻射以回應驅動構件之一驅動訊號；及一發光罩，該發光罩至少包含一第一活化劑及一第二活化劑以將該電磁輻射轉換成可見光，其中該第一活化劑及該第二活化劑具有不同回應特徵，且該驅動構件經調適成改變該驅動訊號以控制用於該光源之該可見光之光譜。
- 如請求項1之光源，其中該驅動訊號為一經脈衝調製之驅動訊號且該驅動構件經調適成改變該經脈衝調製之驅動訊號之脈寬。
- 如請求項1之光源，其中該發光裝置為一固態光源，諸如一有機發光二極體或一半導體發光二極體，較佳為InGaN或AlInGaN材料。
- 如請求項1之光源，其中該第一活化劑為一回應時間τ1/e 在10毫微秒至100微秒之範圍內之一快速活化劑且該第二活化劑為一回應時間τ1/e 在10微秒至100毫秒之範圍內之一緩慢活化劑。
- 如請求項4之光源，其中該快速活化劑為一發綠光活化劑且該緩慢活化劑為一發紅光活化劑。
- 如請求項1之光源，其中該第一活化劑及該第二活化劑為一單個發光組合物之部分。
- 如請求項6之光源，其中該第一活化劑及該第二活化劑係自包含摻雜入自基於硫化物、硫氧化物、氧化物、氮 氧化物及氮化物之群中選出之一主晶格內之(Eu2+ ,Mn2+ )、(Ce3+ ,Mn2+ )、(VO4 3- ,Eu3+ )及(Bi3+ ,Eu3+ )的群(第一活化劑、第二活化劑)中選出。
- 如請求項1之光源，其中該第一活化劑及該第二活化劑各為不同發光組合物之部分。
- 如請求項8之光源，其中該第一活化劑係自包含摻雜入發綠光材料之一第一主晶格內之Eu2+ 、Ce3+ 、VO4 3- 及Bi3+ 之群中選出，且該第二活化劑係自包含摻雜入發紅光材料之一第二主晶格內之Mn2+ 及Eu3+ 之群中選出。
- 一種調整(dimming)一光源之方法，該光源包含至少一個發光裝置，該發光裝置能夠發出在自近UV(近紫外光)至藍光之範圍內之電磁輻射以回應一驅動構件之一驅動訊號；及一發光罩，該發光罩至少包含一第一活化劑及一第二活化劑以將該電磁輻射轉換成可見光，其中該第一活化劑及該第二活化劑具有不同回應特徵，包含改變該驅動訊號以控制該可見光之光譜之步驟。
- 如請求項10之方法，其包含將一經脈衝調製之驅動訊號施加至該發光裝置並改變該經脈衝調製之驅動訊號之脈寬的步驟。
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