TWI589034B - 磷光體轉換發光二極體、燈及燈具 - Google Patents

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Description

磷光體轉換發光二極體、燈及燈具
本發明係關於具有一相對較大演色指數之磷光體轉換發光二極體。本發明進一步係關於該磷光體轉換發光二極體在燈及燈具中之使用。
磷光體轉換發光二極體(LED)包括發光材料(諸如無機磷光體)以將由LED發射之光之一部分轉換成另一色彩之光以獲得一特定光發射。諸多磷光體轉換LED用於獲得具有接近於一色彩空間內之黑體線之一色點之光之一發射,因此,光對人類肉眼而言似乎呈白色。磷光體材料通常直接施加於發光二極體上,然而,本文件中所揭示之發明並不直接受限於此等實施例。
目前,上述磷光體轉換LED係基於與發光材料組合之發藍光LED,該等發光材料將藍光之一部分轉換成綠光及紅光以產生具有一相對較高演色指數(例如大於80)之白光。此等磷光體轉換LED之一實例係發射具有449奈米之一峰值波長之藍光的一LED,其包括一發綠光磷光體Y3Al5O12:Ce3+及一發紅光磷光體CaAlSiN3:Eu2+。該發紅光磷光體發射根據具有620奈米之一峰值波長及93奈米之一寬度(表示為一半峰全寬(FWHM)值)之一光譜分佈之紅光。可藉由組合特定數量之該等磷光體而製造發射具有相關色溫CCT=3000K之光之一磷光體轉換 LED。此特定磷光體轉換LED之總光發射功率包括來自發藍光LED之約11%光、來自發紅光磷光體之43%光及來自發綠光磷光體之46%光。總流明當量為每瓦特322.2流明且演色指數(表示為一RA值)為82.1。
流明當量強烈取決於發紅光磷光體發射之光在深紅區域內之數量。深紅光譜範圍開始於約650奈米,其使眼睛敏感度下降至低於其最大值之10%。若可限制深紅區域內所發射之光之數量,則流明當量可更高。
為改良流明當量,吾人已知:可使用量子點(QD),此係因為量子點具有一相對較窄之光發射光譜。例如,存在發射具有自610奈米至620奈米範圍內之一峰值波長之光且具有一光發射光譜(其具有30奈米之一寬度(FWHM))之QD。例如,當製造一磷光體轉換LED(其包括發射449奈米之一峰值波長之一發藍光LED,包括一綠色磷光體Y3Al5O12:Ce3+,包括具有一發射光譜(其具有612奈米之一峰值發射及30奈米之一寬度(FWHM))之發紅光量子點,及經組態以發射具有3000K之CCT之光)時,所發射之光具有與前一段落之磷光體轉換LED相同之演色指數(CRIRA=82.1),且流明當量朝向每瓦特364.9流明增大。因此,若根據前兩個實施例之兩個磷光體轉換LED具有相同數量之電能,則人類肉眼會感覺由後一磷光體轉換LED發射之光更明亮。
然而,量子點材料尚不足以保證磷光體轉換LED之一長使用壽命。此外,現今可用之最有效率的量子點材料包括存在已知環境相容性問題之鎘及/或硒化物。此外,發射具有一相對較高峰值波長之紅光且發射一窄頻帶內之光之已知替代發光材料亦存在穩定性問題。
本發明之一目的為提供比已知磷光體轉換LED更穩定且維持一相對較高流明當量及一相對較高演色指數之磷光體轉換發光二極體 (LED)。
本發明之一第一態樣提供一種磷光體轉換發光二極體。本發明之一第二態樣提供一種燈。本發明之一第三態樣提供一種燈具。附屬技術方案中界定有利實施例。
根據本發明之第一態樣之一磷光體轉換發光二極體(LED)包括一LED、一第一發光材料、一第二發光材料及一第三發光材料。該LED發射具有藍光譜範圍內之一第一峰值波長之一第一光譜分佈。該第一發光材料吸收該第一光譜分佈之光之一部分且使所吸收光之至少一部分朝向一第二光譜分佈之光轉換。該第二光譜分佈具有綠光譜範圍內之一第二峰值波長。該第二發光材料吸收該第一光譜分佈之光之一部分及/或該第二光譜分佈之一部分。該第二發光材料使所吸收光之至少一部分朝向一第三光譜分佈之光轉換。該第三光譜分佈具有一第三光譜寬度且具有一第三峰值波長。該第三發光材料吸收該第一光譜分佈、該第二光譜分佈及該第三光譜分佈之至少一者之光之一部分。該第三發光材料使所吸收光之至少一部分朝向一第四光譜分佈之光轉換。該第四光譜分佈具有一第四光譜寬度且具有一第四峰值波長。該第三峰值波長及該第四峰值波長係在橙/紅光譜範圍內。該第三峰值波長小於該第四峰值波長且該第三光譜寬度大於該第四光譜寬度。
根據第一態樣之磷光體轉換LED包括使藍光朝向橙/紅光及紅光轉換之兩個不同發光材料。包括(例如)量子點之第三發光材料具有最高峰值波長,且因此發射接近於深紅光譜範圍之光。第三發光材料之光譜分佈具有一相對較窄光發射分佈(尤其相較於第二發光材料)。因此,第三發光材料不大量發射深紅光譜範圍內之光,因此,流明當量不會因深紅光譜範圍內之一過大光發射而減小。第二發光材料具有橙/紅光譜或紅光譜範圍內之一較低峰值波長且具有一較寬光發射分佈(相較於第三發光材料),因此,第二發光材料發射較低紅光譜範圍內 且部分在第三發光材料之發射光之光譜範圍內之光。因此,第二發光材料促成沿整個紅光譜範圍且亦可在橙光譜範圍內之一足夠高之光發射。藉此,由磷光體轉換LED發射之光之演色指數保持相對較高。此外,可藉由使用亦發射第三發光材料之光譜分佈中之某一光之一第二發光材料而減少第三發光材料之所需數量,其在第三發光材料較昂貴或存在特定缺點時尤為有利。若第三發光材料之數量相對較低,則此材料之可能的穩定性問題總體上對磷光體轉換LED之使用壽命無影響,且磷光體轉換LED總體上比具有明顯更多發光材料(其發射具有橙/紅光譜範圍內之一相對較窄光譜分佈之光)之磷光體轉換LED更穩定。
換言之,不使用一單一發紅光磷光體,而是在本發明之第一態樣之磷光體轉換LED中應用一混合解決方案,其中兩個發光材料之一者發射具有相對較高峰值波長之足夠光,但防止深紅光譜範圍內之大量光發射,且其中另一發光材料用於發射整個紅光譜範圍(及可能之橙光譜範圍)內之足夠光,使得演色指數不被減小且所需量子點之數量不被減少。應注意:第二發光材料及第三發光材料必須用於如所揭示之特定組合中。若不欲使用該等發光材料之一者,則必須增加該等發光材料之另一者之數量,因此其將導致一減小演色指數、一減小流明當量或第三發光材料之過多使用之非所要效應之一者。
應注意:術語「光譜分佈」意指具有光之特定波長之光之數量分佈。光之數量可表示為依特定波長發射之能量之數量。此一光譜分佈亦可為一正規化分佈。可見光光譜可被細分為與人類肉眼所見之色彩相關之若干光譜子範圍。藍光譜範圍包括具有自400奈米至500奈米範圍內之一波長之光。綠光譜範圍包括具有自500奈米至570奈米範圍內之一波長之光。橙光譜範圍包括具有自570奈米至620奈米範圍內之一波長之光。紅光譜範圍包括具有自620奈米至750奈米範圍內之一波 長之光。橙/紅光譜範圍包括自570奈米至750奈米光譜範圍內之光。
第二發光材料及/或第三發光材料視情況包括一發紅光Eu2+磷光體。
第二發光材料視情況包括材料M2Si5N8:Eu2+(M=鹼土金屬)。發明者已發現:此可選實施例之材料之磷光體在如所主張之本發明中尤為有用。藉由組合鹼土原子且濃縮Eu活化劑而設定該材料之特定發射性質。該材料經組態以吸收藍光,該材料係穩定的且提供橙光譜及紅光譜範圍內之一有利的寬光發射分佈,使得當該材料與一窄的發紅光發光材料及一發綠光發光材料組合時,可製造具有一相對較高演色指數及一相對較高流明當量之一磷光體轉換LED。
第二發光材料視情況包括材料(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
第三發光材料視情況包括展現量子局限且至少在一維度上具有奈米範圍內之一尺寸之粒子。
量子局限意謂:粒子具有取決於粒子之尺寸之光學性質。此等材料之實例係量子點、量子棒及量子四腳體。第三發光材料至少包括至少在一維度上具有奈米範圍內之一尺寸之粒子。此(例如)意謂:若該等粒子實質上呈球形,則其等之直徑係在奈米範圍內。或者,此(例如)意謂:若該等粒子呈線形,則該線之一橫截面之一尺寸在一方向上係在奈米範圍內。一奈米範圍內之一尺寸意謂:該等粒子之尺寸至少小於1微米(因此小於500奈米),且大於或等於0.5奈米。在一實施例中,一維度上之尺寸小於50奈米。在另一實施例中,一維度上之尺寸係在自2奈米至30奈米之範圍內。
在本發明之實施例中,第三發光材料可包括量子點。量子點係一般具有僅數奈米之一寬度或之直徑之半導體材料之小晶體。當由入射光激發一量子點時,該量子點發射具有取決於晶體之尺寸及材料之一色彩之光。因此,可藉由調適該等點之尺寸而產生一特定色彩之 光。具有可見範圍內之發射之大多數已知量子點係基於具有諸如硫化鎘(CdS)及硫化鋅(ZnS)之殼體之硒化鎘(CdSe)。亦可使用無鎘量子點,諸如磷化銦(InP)、硫化銅銦(CuInS2)及/或硫化銀銦(AgInS2)。量子點具有一窄發射頻帶,因此,其等發射飽和色彩。此外,可藉由調適量子點之尺寸而容易地調諧發射色彩。此項技術中已知之任何類型之量子點可用在本發明中,前提為:其具有適當波長轉換特性。
在一可選替代實施例中,第三發光材料包括一窄頻帶發紅光磷光體(其為經Mn4+離子活化之六氟矽酸鹽)或一發紅光磷光體CaS:Eu之至少一者。
第三峰值波長視情況在自575奈米至615奈米之範圍內。在另一可選實施例中,第三峰值波長係在自590奈米至610奈米之範圍內。若第三光譜分佈之峰值波長係在此等可選範圍之一者內,則仍存在可用之足夠波長,第三發光材料可發射具有該等波長之光,使得具有紅光譜範圍內之不同波長之足夠光被發射,使得一相對較高演色指數被獲得且使得包括第二發光材料及第三發光材料之一磷光體轉換LED之流明當量足夠高。
第三光譜寬度(表示為一半峰全寬值)視情況大於80奈米。若第三光譜寬度足夠大,則第二發光材料發射橙光譜及紅光譜範圍內之足夠光,使得一足夠高之演色指數被獲得且使得第三發光材料之數量可保持相對較低。如先前所論述,相對較少數量之第三發光材料導致更穩定且具有一更長使用壽命之一磷光體轉換LED。
第三峰值波長與第四峰值波長之間之一波長差視情況至少大於10奈米。若該等峰值波長之間之差足夠大,則由第二發光材料及第三發光材料發射之光沿一足夠寬之光譜範圍擴散以獲得一足夠高之演色指數。憑經驗而言,第四峰值波長越大,該波長差必定越大。
第四峰值波長視情況大於610奈米。若第四峰值波長足夠高,則 發射紅光譜範圍內之足夠光,使得演色指數保持足夠高。若第四峰值波長具有一足夠大之值,則仍存在橙/紅光譜範圍之一相對較大之可用部分,第二發光材料可具有該橙/紅光譜範圍內之第三峰值波長。
第四光譜寬度視情況小於60奈米(表示為一半峰全寬值)。若第四光譜寬度小於60奈米,則防止:發射深紅光譜範圍內之過多光以防止磷光體轉換LED之流明當量減小。
由第四發光材料發射之光之功率小於由磷光體轉換發光二極體發射之全部光之功率之20%。若由第四發光材料發射之光之功率(表示為由磷光體轉換LED發射之總功率之一部分)足夠低,則待使用之第四材料之數量相對較低且深紅光譜範圍內所發射之光之數量相對較低。因此,磷光體轉換LED更穩定且具有一相對較高之流明當量。
第一發光材料視情況包括一發綠光磷光體,其係石榴石Y3Al5O12:Ce3+、(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+(或Y經Gd取代或Al經Ga取代)或SiAlON磷光體之一者。吾人已證實:此等材料適合用於用在本發明中以獲得一相對較高之演色指數、一相對較高之流明當量及一相對較穩定之磷光體轉換LED。
第一峰值波長視情況在440奈米至460奈米之範圍內。發射具有指定波長之光之發藍光發光二極體相對較廉價且相對較有效率。另外,此光被本發明之各自發光材料完全吸收。
根據本發明之第二態樣,提供一種燈,其包括根據本發明之第一態樣之一磷光體轉換LED。根據本發明之第二態樣之該燈可為一改裝燈泡或一改裝燈管。在其他實施例中,該等具有另一形狀,例如一箱或嵌燈之形狀。
根據本發明之第三態樣,提供一種燈具,其包括根據本發明之第一態樣之一磷光體轉換LED或包括根據本發明之第二態樣之一燈。
根據本發明之第二態樣之燈及根據本發明之第三態樣之燈具提 供與根據本發明之第一態樣之磷光體轉換LED相同之益處,且具有與磷光體轉換LED之對應實施例類似之具有類似效應之實施例。
自下文中所描述之實施例明白本發明之此等及其他態樣,且將參考下文中所描述之實施例而闡明此等及其他態樣。
熟習技術者應瞭解:可依被視為有用之任何方式組合本發明之上述選項、實施方案及/或態樣之兩者或兩者以上。
熟習技術者可基於本發明而實施對應於磷光體轉換發光二極體之所描述修改及變動之磷光體轉換發光二極體、燈及/或燈具之修改及變動。
100‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
102‧‧‧發光二極體(LED)
104‧‧‧發光元件/陶瓷元件
130‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
132‧‧‧間隙
160‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
162‧‧‧第三發光材料/第三層
164‧‧‧第二發光材料/第二層
166‧‧‧第一發光材料/第一層
600‧‧‧改裝燈管/燈
602‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
630‧‧‧改裝燈泡/燈
632‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
660‧‧‧LED單元/燈
662‧‧‧層
664‧‧‧外殼
666‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
700‧‧‧燈具
圖1a至圖1c示意性呈現根據本發明之第一態樣之磷光體轉換發光二極體之不同結構之橫截面圖;圖2a示意性呈現一磷光體轉換LED之一第一實施例之一第一光發射光譜;圖2b示意性呈現一磷光體轉換LED之一第二實施例之一第二光發射光譜;圖3a示意性呈現一磷光體轉換LED之一第三實施例之一第三光發射光譜;圖3b示意性呈現一磷光體轉換LED之一第四實施例之一第五光發射光譜;圖4a示意性呈現一磷光體轉換LED之一第五實施例之一第六光發射光譜;圖4b示意性呈現一磷光體轉換LED之一第六實施例之一第七光發射光譜;圖5示意性呈現一磷光體轉換LED之一第七實施例之一第七光發射光譜; 圖6a至圖6c示意性呈現一燈之不同實施例;及圖7示意性呈現一燈具之一實施例。
應注意:不同圖中由相同參考元件符號標示之項具有相同結構特徵及相同功能,或為相同信號。若已解釋之此一項之功能及/或結構,則【實施方式】中不必重複其解釋。
該等圖僅係概略性的且未按比例繪製。尤其為了清楚,一些尺度被明顯放大。
圖1a中展示一第一實施例。圖1a呈現一磷光體轉換發光二極體(LED)100。磷光體轉換發光二極體100包括一發光二極體(LED)102及一發光元件104。發光元件104直接設置於LED之頂部上,更特定言之,設置於發射光之LED之一表面之頂部上。
LED 102發射一第一光譜分佈中之光,該第一光譜分佈具有藍光譜範圍內之一第一峰值波長。該藍光譜範圍包括具有自445奈米至495奈米範圍內之一波長之光。發光元件104包括一第一發光材料、一第二發光材料及一第三發光材料。該等不同發光材料被設置為發光元件104內之一混合物。發光元件104接收由LED發射之光。該第一發光材料經組態以吸收該第一光譜分佈之光之一部分且使所吸收光之一部分朝向一第二光譜分佈之光轉換,該第二光譜分佈具有綠光譜範圍內之一第二峰值波長。該綠光譜範圍包括具有自495奈米至570奈米範圍內之一波長之光。該第二發光材料經組態以吸收該第一光譜分佈之光之一部分且使所吸收光之一部分朝向一第三光譜範圍之光轉換,該第三光譜範圍具有一第三光譜寬度且具有一第三峰值波長。該第三發光材料經組態以吸收該第一光譜分佈之光之一部分且使所吸收光之一部分朝向一第四光譜範圍之光轉換,該第四光譜範圍具有一第四光譜寬度且具有一第四峰值波長。該第三峰值波長及該第四峰值波長係在橙/ 紅光譜範圍內,其意謂:該第三峰值波長及該第四峰值波長之各者係在該橙光譜範圍內或在該紅光譜範圍內。該橙光譜範圍包括具有自590奈米至620奈米範圍內之一波長之光。該紅光譜範圍包括具有自620奈米至750奈米範圍內之一波長之光。因此,該橙/紅光譜範圍包括自590奈米至750奈米光譜範圍內之光。此外,該第三峰值波長小於該第四峰值波長。另外,該第三光譜寬度大於該第四光譜寬度。應注意:發光元件104可基於一基質聚合物,諸如(例如)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或聚碳酸酯(PC)。該第一發光材料、該第二發光材料及該第三發光材料之粒子及/或分子可分散及/或溶解於該基質聚合物中。在其他實施例中,當使用無機發光材料時,發光元件104可為一陶瓷元件104。
圖1b示意性呈現一磷光體轉換LED 130之一替代結構。磷光體轉換LED 130類似於圖1a之磷光體轉換LED 100,然而,不同點在於:發光元件104不直接配置於LED 102之頂部上,而是LED 102與發光元件104之間存在一間隙132。該間隙可具有(例如)500微米之一深度,但亦可具有數毫米之一深度。
圖1c示意性呈現一磷光體轉換LED 160之另一替代結構。磷光體轉換LED 160類似於圖1a之磷光體轉換LED 100,然而,不同點在於:磷光體轉換LED 160不具有圖1a之發光元件104,而是具有配置於LED 102之一發光表面之頂部上之一堆疊之發光層。該堆疊之發光層包括具有第一發光材料、第二發光材料或第三發光材料之一者之一第一層166。第一層166直接設置於LED 102之發光表面上。該堆疊進一步包括插入於第一層166與一第三層162之間之一第二層164。第二層164包括第一發光材料、第二發光材料或第三發光材料之另一者。第三層162包括第一發光材料、第二發光材料及第三發光材料之群組之又一發光材料。換言之,第一發光材料、第二發光材料及第三發光 材料之群組之發光材料之一者配置於第一層、第二層及第三層之各者中。該等層之各者可基於其中分散或溶解各自發光材料之一基質聚合物。若各自發光材料為一無機化合物,則該等層之各者亦可為一陶瓷層。應進一步注意:在圖1c中,該堆疊之發光層設置於LED 102之頂部上,然而,在一替代實施例中,LED 102與發光層堆疊之間存在一間隙。
在下文中,論述磷光體轉換LED之不同實施例。應注意:在下文中,實施例主要相關於用在磷光體轉換LED中之特定發光材料。以下實施例之磷光體轉換LED可具有磷光體轉換LED之結構之上述實施例之一者之結構。
實施例1
實施例1之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式Y3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係來自BSSNE 2-5-8系統之一發紅光磷光體。第二發光材料發射具有597奈米之一峰值波長及91奈米之一光譜寬度(表示為半峰全寬值(FWHM))之一光發射分佈中之光。來自BSSNE 2-5-8系統之一磷光體具有含1%Eu之M2Si5N8:Eu2+(M=60%Ba,36%Sr,3%Ca)之一通式。第三發光材料包括根據一光譜分佈而發射之量子點,該光譜分佈具有612奈米之一峰值波長且具有30奈米之一光譜寬度(FWHM)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有3000K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖2a中之一光發射分佈。圖表之x軸表示光之波長,及y軸表示各自波長之(正規化)強度。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有82.2之一演色指數(CRI)(其表示為一Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特355.3流明,且由磷光體轉換LED發射之光功率之 12.9%直接源自LED,61.0%源自第一發光材料(綠光),8.6%源自第二發光材料(發橙光/紅光BSSNE磷光體),及17.5%源自量子點。
當比較此實施例與【先前技術】中所論述之第二實施例(具有量子點之磷光體轉換LED)時,尤其是量子點之數量被顯著減少。發紅光量子點不夠穩定,且藉由減少其等之所需數量而增加磷光體轉換LED之總體穩定性。此外,減少量子點之可能的環境問題(當量子點包括(例如)鎘或硒時)。
實施例2
實施例2之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式Y3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係來自BSSNE 2-5-8系統之一發紅光磷光體。第二發光材料發射具有605奈米之一峰值波長且具有96奈米之一光譜寬度(FWHM)之一光發射分佈中之光。第三發光材料包括根據一光譜分佈而發射之量子點,該光譜分佈具有612奈米之一峰值波長且具有30奈米之一光譜寬度(FWHM)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有3000K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖2b中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有81.8之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特340流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之11.9%直接源自LED,46.7%源自第一發光材料(綠光),33.3%源自第二發光材料(發橙光/紅光BSSNE磷光體),及8.2%源自量子點。
實施例3
實施例3之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式Y3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係來自BSSNE 2-5- 8系統之一發紅光磷光體。第二發光材料發射具有580奈米之一峰值波長且具有90.3奈米之一光譜寬度(FWHM)之一光發射分佈中之光。第三發光材料包括根據一光譜分佈而發射之量子點,該光譜分佈具有630奈米之一峰值波長且具有25奈米之一光譜寬度(FWHM)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有3000K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖3a中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有81.6之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。
實施例4
在本發明之實施例4之內文之一第一比較實例中,論述不具有第三發光材料之一第一比較磷光體轉換LED。此第一比較磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一光譜分佈。具有化學式(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一發光材料。具有635奈米之一峰值發射及101奈米之一光譜寬度(FWHM)之一發紅光(Sr,Ca)AlSiN3Eu2+活化磷光體用在該第一比較磷光體轉換LED中。發光材料之混合物經選擇使得由該第一比較磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此外,吾人已知:根據此實施例之該第一比較磷光體轉換LED具有90.2之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特278流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之7.8%直接源自LED,40.0%源自發綠光磷光體,及52.3%源自發紅光磷光體。
在本發明之實施例4之內文之一第二比較實例中,論述不具有第二發光材料之一第二比較磷光體轉換LED。此第二比較磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一光譜分佈。具有化學式(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一發光材料。具有620奈米之一峰值發射及25奈米之一光譜寬度 (FWHM)之一發紅光量子點用在該第二比較磷光體轉換LED中。發光材料之混合物經選擇使得由該第二比較磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此外,吾人已知:根據此實施例之該第二比較磷光體轉換LED具有90.2之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特350流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之9.4%直接源自LED,56.1%源自發綠光磷光體,及34.4%源自發紅光磷光體。
本發明之第一態樣之實施例4之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係具有一光發射分佈之一發紅光磷光體,該光發射分佈具有580奈米之一峰值波長及91奈米之一光譜寬度(FWHM)。第二發光材料包括含0.4%Eu之M2Si5N8:Eu2+(M=90%Ba,10%Sr)磷光體。第三發光材料包括根據一光譜分佈而發射之量子點,該光譜分佈具有630奈米之一峰值波長且具有25奈米之一光譜寬度(FWHM)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖3b中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有90.5之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特336流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之9.3%直接源自LED,41.1%源自第一發光材料(綠光),23.4%源自第二發光材料(發橙光/紅光磷光體),及26.2%源自量子點。
當比較磷光體轉換LED與第一比較磷光體轉換LED時,可獲知:流明當量實質上更高。當比較磷光體轉換LED與第二比較磷光體轉換LED時,可獲知:演色指數具有大致相同值;流明當量處於大致相同位準;及實施例4之磷光體轉換LED中之量子點之數量因此顯著低於 第二比較實例中之量子點之數量。
實施例5
在一軟體程式中模擬一磷光體轉換LED之第五實施例以瞭解專利申請案US2006/0169998中所揭示之一特定窄頻帶發紅光磷光體之用法。US2006/0169998中已揭示:經Mn4+離子活化之六氟矽酸鹽展現具有約630奈米波峰之一窄紅光發射。
實施例5之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式Y3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係具有590奈米之一峰值波長及87奈米之一光譜寬度(FWHM)之一發紅光磷光體。第二發光材料包括含0.4%Eu之M2Si5N8:Eu2+(M=60%Ba,40%Sr)。第三發光材料包括如US2006/0169998中所描述之K2SiF6:Mn(其具有紅光譜範圍內之一窄頻帶光發射)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖4a中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有90.7之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特344流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之9.5%直接源自LED,45.5%源自第一發光材料(綠光),19.9%源自第二發紅光發光材料,及25.1%源自磷光體K2SiF6:Mn。
實施例6
一磷光體轉換LED之第六實施例經模擬以瞭解專利申請案US2006/0169998中所揭示之一特定窄頻帶發紅光磷光體之用法。US2006/0169998中已揭示:經Mn4+離子活化之六氟矽酸鹽展現具有約630奈米波峰之一窄紅光發射。
實施例6之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈 米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式Y3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係具有600奈米之一峰值波長及87奈米之一光譜寬度(FWHM)之一發紅光磷光體。第二發光材料包括含1%Eu之M2Si5N8:Eu2+(M=50%Ba,50%Sr)。第三發光材料包括如US2006/0169998中所描述之K2SiF6:Mn(其具有紅光譜範圍內之一窄頻帶光發射)。相較於實施例6而減少第三發光材料之數量。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖4b中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具有81.5之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特346流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之9.6%直接源自LED,41.6%源自第一發光材料(綠光),36.3%源自第二發紅光發光材料,及12.5%源自磷光體K2SiF6:Mn。
實施例7
實施例7之磷光體轉換LED包括一發藍光LED,其發射具有449奈米之一峰值波長之一第一光譜分佈。具有化學式(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+之一發綠光磷光體用作為一第一發光材料。第二發光材料係具有612奈米之一峰值波長及87奈米之一光譜寬度(FWHM)之一發紅光磷光體。第二發光材料包括含3%Eu之M2Si5N8:Eu2+(M=50%Ba,50%Sr)。第三發光材料包括具有一光發射分佈之CaS:Eu,該光發射分佈具有650奈米之一峰值波長及66奈米之一光譜寬度(FWHM)。
發光材料之混合物經選擇使得由磷光體轉換LED發射之光具有2700K之一相關色溫(CCT)。此一磷光體轉換LED具有呈現於圖5中之一光發射分佈。此外,吾人已知:根據此實施例之磷光體轉換LED具 有84.6之一演色指數(CRI)(其表示為Ra值)。此磷光體轉換LED之流明當量為每瓦特313流明,且由該磷光體轉換LED發射之光功率之10.7%直接源自LED,45.8%源自第一發光材料(綠光),30.0%源自第二發紅光發光材料,及13.5%源自磷光體CaS:Eu。
基於一磷光體轉換LED之所論述實施例,吾人可推斷:可藉由將一寬頻帶發紅光磷光體與一窄頻帶發紅光發光材料組合於具有一發藍光LED及一綠色磷光體之一磷光體轉換LED中而獲得一磷光體轉換LED,該磷光體轉換LED因使用一相對較低數量之窄頻帶發紅光發光材料而具有一相對較高之演色指數、一相對較高之流明當量及一相對較長之使用壽命。
圖6a示意性展示根據本發明之第二態樣之一燈之一第一實施例。該燈係一改裝燈管600。燈管600包括沿一橫向方向之複數個磷光體轉換LED 602。燈管600之玻璃係光出射窗且磷光體轉換LED 602朝向該光出射窗發射光。
圖6b示意性展示一燈之一第二實施例,其係一改裝燈泡630。改裝燈泡630包括其上設置根據本發明之第一態樣之至少一磷光體轉換LED 632之一基底。
圖6c示意性展示一燈之一第三實施例,其係一LED單元660。LED單元660包括具有一圓柱形形狀之一外殼664。外殼664圍封其中設置根據本發明之第一態樣之複數個磷光體轉換LED 666之一空腔。由封閉該空腔之一層662形成光出射窗。層662可為一漫射層。替代地,層662可為一透明層。
圖7示意性展示根據本發明之第三態樣之一燈具700。該燈具包括根據本發明之第一態樣之一或多個發光總成或包括根據本發明之第二態樣之一燈。
應注意:上述實施例繪示而非限制本發明;及熟習技術者將能 夠在不背離隨附申請專利範圍之範疇之情況下設計諸多替代實施例。
在申請專利範圍中,位於括號之間之任何參考元件符號不應被解釋為限制申請專利範圍。動詞「包括」及其變化之使用不排除存在除一請求項中所陳述之元件或步驟之外之元件或步驟。一元件前之冠詞「一」不排除存在複數個此等元件。可藉由包括若干不同元件之硬體而實施本發明。在列舉若干構件之裝置請求項中,可由硬體之同一項實施此等構件之若干者。在互不相同之從屬請求項中敘述某些措施之純事實並不指示:不能有利使用此等措施之一組合。
102‧‧‧發光二極體(LED)
160‧‧‧磷光體轉換發光二極體(LED)
162‧‧‧第三發光材料/第三層
164‧‧‧第二發光材料/第二層
166‧‧‧第一發光材料/第一層

Claims (15)

  1. 一種磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其包括一發光二極體(102),其發射具有藍光譜範圍內之一第一峰值波長之一第一光譜分佈,一第一發光材料(166),其經組態以吸收該第一光譜分佈之光之一部分且使該所吸收光之至少一部分朝向一第二光譜分佈之光轉換,該第二光譜分佈具有綠光譜範圍內之一第二峰值波長,一第二發光材料(164),其經組態以吸收該第一光譜分佈之光之一部分及/或該第二光譜分佈之一部分且使該所吸收光之至少一部分朝向一第三光譜分佈之光轉換,該第三光譜分佈具有一第三光譜寬度且具有一第三峰值波長,一第三發光材料(162),其經組態以吸收該第一光譜分佈、該第二光譜分佈及該第三光譜分佈之至少一者之光之一部分且使該所吸收光之至少一部分朝向一第四光譜分佈之光轉換,該第四光譜分佈具有一第四光譜寬度且具有一第四峰值波長,其中該第三峰值波長及該第四峰值波長係在橙/紅光譜範圍內,該第三峰值波長小於該第四峰值波長,且該第三光譜寬度大於該第四光譜寬度。
  2. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第二發光材料及/或該第三發光材料包括一發紅光Eu2+磷光體。
  3. 如請求項2之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第二發光材料包括材料M2Si5N8:Eu2+,其中M 係一鹼土金屬。
  4. 如請求項2之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第二發光材料包括材料(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
  5. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第三發光材料包括以下之至少一者:粒子,其等展現量子局限且至少在一維度上具有奈米範圍內之一尺寸,一窄頻帶發紅光磷光體,其為經Mn4+離子活化之六氟矽酸鹽,及一發紅光磷光體CaS:Eu。
  6. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第三峰值波長係在自575奈米至615奈米之範圍內。
  7. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中表示為一半峰全寬值之該第三光譜寬度大於80奈米。
  8. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第三峰值波長與該第四峰值波長之間之一波長差至少大於10奈米。
  9. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第四峰值波長大於610奈米。
  10. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中表示為一半峰全寬值之該第四光譜寬度小於60奈米。
  11. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中由該第四發光材料發射之光之功率小於由該磷 光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666)發射之全部光之功率之20%。
  12. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第一發光材料包括一發綠光磷光體,該發綠光磷光體係石榴石Y3Al5O12:Ce3+、SiAlON磷光體或(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+(或Y經Gd取代或Al經Ga取代)或石榴石之一混合物之一者。
  13. 如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666),其中該第一峰值波長等於或大於440奈米且該第一峰值波長等於或小於460奈米。
  14. 一種燈(600、630、660),其包括如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666)。
  15. 一種燈具(700),其包括如請求項1之磷光體轉換發光二極體(100、130、160、602、632、666)或包括如請求項14之燈(600、630、660)。
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