TWI692133B - 使用釹-氟（Ｎｄ-Ｆ）材料的ＬＥＤ裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明說明書及圖式展現一種諸如照明裝置之新穎裝置，該裝置包含經配置以產生可見光(例如白光)的至少一個LED(或OLED)模組；及至少一個組件(例如光學組件)，該組件包含基本上由元素釹(Nd)及氟(F)組成且視情況包括一或多種其他元素的化合物。該照明裝置經配置以藉由使用該化合物過濾所產生的可見光以提供所欲光譜。
Description
本案非臨時美國專利申請案根據35 USC 119(e)條文主張在2014年10月7日申請的美國專利臨時申請案第62/061129號之優先權，該案之教示內容以參照之方式全文併入本文。本案非臨時美國專利申請案根據335 USC 119(a-d)條文主張在2014年10月8日申請的PCT國際專利申請案第PCT/CN2014/088116號之優先權，該案之教示內容以參照之方式全文併入本文。
本發明大致上有關照明應用及相關技術，本發明更具體但不排他的有關使用包含釹及氟之化合物以於LED燈裝置中賦予所欲之濾色效果。
本文所使用之發光二極體(LED)(亦涵蓋有機LED(OLED))是固態半導體元件，將電能轉化成電磁輻射，包括可見光(波長約400nm至750nm)。LED一般包
含摻雜有用以產生p-n接面之雜質的半導體材料晶片(晶粒)。LED晶片是電連至陽極及陰極，經常全部配置於LED包裝件內。與其他燈(例如白熾燈或螢光燈)比較下，LED發射指向性較高之較窄束可見光。
OLED一般包含至少一層位於電極(至少一個電極為透明)之間的發射性電致發光層(有機半導體膜)。該電致發光層因應流經電極之間的電流而發射光。
LED/OLED光源(燈)提供各式各樣超越傳統白熾燈及螢光燈的優點，包括但不限於較長之預期壽命、較高之能量效率及不需暖機時間的全亮度。
儘管LED/OLED照明具有效率、耐用年限、可變通性、及其他有利性質，但LED照明在使用於一般照明及顯示器應用兩種情況下，顏色性質皆仍持續需要改善，尤其是白色LED/OLED元件。
圖1為適於區域照明應用之以LED-為主之習知的照明裝置10。照明裝置(亦稱為「照明單元」或「燈」)10包括透明或半透明外殼或包殼12、具有螺紋之底座連接器14、及介於該包殼12與該連接器14之間的外罩或底座16。
以LED-為主之光源(未出示)，可為包括多個LED元件之LED陣列，可位於包殼12下端接近底座16處。因為LED元件發射窄頻帶波長之可見光，例如綠色、藍色、紅色，等，故LED燈通常會採用不同之LED元件的組合，以產生各種不同顏色之光，包括白色光。另
外，可藉由組合來自藍色LED之光及可將該藍色LED所發射之藍光中至少一部分轉化成不同顏色的磷光體(例如釔鋁石榴石：鈰，縮寫為YAV：Ce)之光，以產生表現出實質白色之光；該轉化的光與藍光之組合可產生白色或實質上白色之光。該LED裝置可裝配於在底座16內之載體上，且可在載體上以包含有指數匹配的材料之保護性外殼封裝，以增進自該LED裝置擷取可見光的效率。
為增進照明裝置10以近全向性之方式發射可見光之能力，圖1所示之包殼12可為實質球形或橢圓形。為進一步增進近全向性照明能力，包殼12可包括可使該包殼12作為光學漫射器之材料。用以製造漫射器之材料包括聚醯胺(例如尼龍)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)或諸如此類者。此等聚合物材料亦可包括SiO2以增進光之折射，且因而臻於白色反射性外觀。包殼12之內表面可具備含有磷光體組成物之塗層(未出示)。
雖然使用不同LED元件及/或磷光體之組合可用以增進LED燈產生白光效果的能力，但仍期望有用以改善LED元件產生白光之色彩特性之其他替代方案或進一步的方案。
根據本發明之一態樣，提供一種裝置，其包含至少一個發光二極體(LED)模組，其經配置以產生可見光；及至少一個組件，其包括包含釹(Nd)及氟(F)元素之化
合物，且經配置以藉由使用該化合物過濾所產生之可見光以提供所欲光譜。
本發明另一態樣，該化合物可包含Nd3+離子及F-離子。
根據本發明又另一態樣，該至少一個LED模組可包含有機LED。
根據本發明另外又一態樣，該至少一個組件可為沈積於該至少一個LED模組頂部之封裝層。此外，該封裝層可包含玻璃(例如低溫玻璃)、聚合物、聚合物前驅物、熱塑性或熱固性聚合物或樹脂、環氧樹脂、聚矽氧或聚矽氧環氧樹脂。再者，該至少一個組件可進一步包含磷光體。
根據本發明又另外一態樣，該至少一個組件可為沈積於包含磷光體之另一封裝層上，該另一封裝層則是沈積於至少一個LED頂部。
根據本發明又另外一態樣，該化合物可包含Nd-F及Nd-X-F化合物中之一或多者，其中X是元素O、N、S、Cl、OH、Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba及Y中之一或多者。此外，該化合物可為NdF3及NdFO中之至少一者。
根據本發明又另外一態樣，該至少一個組件可為光學組件，其包含透明、半透明或反射性基板，基板表面上具有塗層，該塗層包含含有Nd及F之化合物，以藉由過濾所產生之可見光提供所欲之光譜。此外，該化合
物於塗層中之重量百分比可為約1%至約20%，且塗層厚度可在約50nm至約1000μm範圍內。再者，該塗層可進一步包含折射率高於該化合物之添加劑，且其中該添加劑是選自金屬氧化物及非金屬氧化物(其中該添加劑是可選自由TiO2、SiO2及Al2O3所組成之群組)。再另外，該塗層可塗覆於該基板之內表面上。另外再者，該基板可為漫射器，選自由燈泡、透鏡、及包圍該至少一個LED模組的圓頂所組成之群組。再另外，該光學組件可進一步包含介於該基板與該塗層之間的結合層，該結合層包含有機黏著劑或無機黏著劑。
根據本發明之再另一態樣，該塗層可藉由噴塗法及靜電塗覆法中之一者塗覆在該基板表面上。
根據本發明之再另一態樣，該化合物可包含有機或無機材料之離散顆粒，該有機或無機材料之粒度在約1nm至約10μm範圍中。
根據本發明之再另一態樣，該裝置可包含電路(例如積體電路)及具有至少一個該組件(例如對應之複數個該組件)的複數個LED模組。
10‧‧‧以LED為主之照明裝置
12‧‧‧外殼或包殼
14‧‧‧具有螺紋之底座連接器
16‧‧‧外罩或底座
60a,b,c,d‧‧‧以LED為主之照明裝置
62‧‧‧圓頂
64a‧‧‧聚合物複合物層/封裝劑材料層
64b‧‧‧磷光體層
64c‧‧‧磷光體層
64d‧‧‧磷光體塗層
65‧‧‧LED晶片
66‧‧‧印刷電路板
68b‧‧‧封裝劑層
68c‧‧‧塗層
68d‧‧‧塗層
70‧‧‧LED燈
72‧‧‧燈泡
74‧‧‧連接器
76‧‧‧底座
78‧‧‧塗層
80‧‧‧吊燈
88‧‧‧塗層
90‧‧‧透鏡
92‧‧‧基板
100‧‧‧以LED為主之照明裝置
102‧‧‧燈泡
104‧‧‧連接器
105‧‧‧LED晶片
106‧‧‧反射性基板
在參考附圖閱讀以下發明說明之後，對本揭示內容之此等及其他特徵將可更徹底瞭解，其中在整份圖式中相同字符皆代表相同零件：圖1為習知之以LED為主之照明裝置的透視
圖；圖2為分散於聚矽氧中之氟化釹的可見光吸收光譜相對於標準釹玻璃的可見光吸收光譜的比較圖；圖3為摻合於聚矽氧中並直接沈積於市售LED包裝件(NICHIA 757)上之NdF3的發射光譜與基礎的NICHIA757 LED之發射光譜的比較圖；圖4為摻合於聚矽氧中並直接沈積於COB陣列(TG66)上之NdF3的發射光譜與基礎的TG66 COB之發射光譜的比較圖；圖5為摻合於聚矽氧中並直接沈積於市售LED包裝件(具4000K CCT之NICHIA 757)上之Nd-F-O的發射光譜與基礎的NICHIA757 LED之發射光譜的比較圖；圖6a至6d是以LED-為主之照明裝置的非限制實例，其併入Nd-F化合物(或更常見的如本文所述之Nd-X-F化合物)以及磷光體，以賦予本發明各種不同具體實施態樣有利的吸收/產生可見光之特性。
圖7是本發明一具體實施態樣之以LED為主之照明裝置之剖面圖；圖8是本發明另一具體實施態樣之以LED為主之照明裝置的剖面圖；圖9是本發明再一具體實施態樣之LED為主之照明裝置的透視圖。
圖10為是本發明又另一具體實施態樣之以
LED為主之照明裝置的透視圖。
本發明展現一種諸如照明裝置之新穎裝置，該裝置包含經配置以產生可見光(例如白光)的至少一個LED(或OLED)模組；及至少一個組件(例如光學組件)，該組件包含包含釹(Nd)及氟(F)之元素且視情況包括一或多種其他元素的化合物。該照明裝置如本文所述般地經配置以藉由使用該化合物過濾所產生的可見光提供所欲光譜。該化合物一般包含Nd3+離子及F-離子。針對本發明之目的，「Nd-F化合物」應廣義地解釋成包括包含釹及氟離子及可選擇之其他元素的化合物。
根據一態樣，該組件可包括位於LED(OLED)晶片之表面上的複合/封裝層，使得Nd-F化合物(例如NdF3)及/或本文中所揭示之其他者可例如連同磷光體一起摻入(分散於)該封裝層中，以達到有效之可見光吸收曲線。該複合/封裝層可使用低溫玻璃、聚合物、聚合物前驅物、聚矽氧或聚矽氧環氧樹脂或前驅物、及諸如此類者形成。
根據另一具體實施態樣，該光學組件可為透明、半透明、反射性或半透射性(部分反射且部分透射)基板，且當由該LED模組產生之可見光通經該光學組件時，位於基板表面上之塗層可對該可見光施以濾色效應，例如過濾黃光波長範圍之可見光，例如波長約560nm至
約600nm之可見光。
此外，光學組件之透明或半透明基板可為漫射器，例如燈泡、透鏡、及包圍該至少一個LED模組的外包殼。而且，基板可為反射性基板，且該LED晶片可配置於該基板之外。該Nd-F及/或Nd-X-F化合物塗層可安置於基板表面上，塗層厚度應足以達到濾色效應。該厚度一般介於50nm至1000μm範圍內，較佳厚度是介於100nm至500μm之間。
所得之元件可展現使用以NdF化合物/材料過濾之改良光參數，該等化合物/材料在可見光區中介於約530nm及600nm之間的本質吸收，增進下列參數中之至少一者：CSI(色彩飽和指數)；CRI(演色指數)；R9(特定色彩晶片之演色值)；「顯色性」(技術人員將演色度量解釋為意指照明偏好指數，LPI)；或諸如此類者。R9定義為未用於計算CRI之6個飽和試驗色彩中之一者。「顯色性」為基於LPI型式的發射光參數，描述於2014年9月9日申請之共待審共持有國際申請案PCT/US2014/054868(在2015年3月12日公告為WO2015/035425)，以引用方式併入相關部分中。
於一具體實施態樣中，較佳是採用相對低折射率(RI)的Nd-F材料(例如具約1.6之RI的NdF3)以配合封裝材料之RI，因而在LED包裝件及晶片直裝電路板(COB)陣列中達到較低的散射損耗。而且，另外有利的是可藉由在Nd-X-F材料中包括負電性「X」原子以調整吸
收光譜(其中X可為例如O、N、S、Cl或諸如此類者)，以增寬在580nm附近的吸收，因而可增強R9色彩晶片的演色性。前述任一者皆可摻入封裝材料內，以達到色彩調整的目的。在選擇適當之Nd-F或Nd-X-F材料(於下文將更完整的定義)時，因RI不相匹配所致之散射損耗可降至最低。使用Nd-F化合物亦可有利於使用在含有短UV波長之LED照明應用中，因為Nd-F化合物在約380至450nm波長範圍中通常不會活化。
根據另一具體實施態樣，該Nd-F化合物可包含氟化釹(NdF3)、或氧氟化釹(例如NdOxFy，其中2x+y=3，例如Nd4O3F6)、或包含不定的水及/或氧之氟化釹、或氫氧氟化釹(例如Nd(OH)aFb，其中a+b=3)、或經由以下說明即可變得顯而易見的許多其他包含釹及氟離子之化合物。在某些應用中，Nd-F化合物可具有相對低之折射率，例如配合所選擇之聚合物材料以提供低損耗摻合物的折射率。其中一種此類的Nd-F材料就是折射率約1.6之氟化釹(NdF3)，提供可與特定聚合物基質材料配合之適當低的折射率，使散射損耗降至最低。
根據另一具體實施態樣，可使用其他Nd-F化合物/材料以得到本文所述優點。例如，含有Nd-F之其他化合物，其非限制實例可包括Nd-X-F化合物。除了前文陳述X可為O、N、S、Cl、或諸如此類者之外，X亦可為至少一種可與氟形成化合物的金屬元素(Nd除外)。實例有：例如Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba、或Y之金
屬元素、或該等元素之組合。例如，Nd-X-F化合物可包含NaNdF4。Nd-X-F化合物之其他實例可包括其中X可為Mg及Ca或可為Mg、Ca及O之化合物；以及其他含Nd-F之化合物，包括摻雜釹之鈣鈦礦結構。特定之Nd-X-F化合物可有利地使波長在580nm附近之吸收範圍更大。因為氧氟化釹化合物可包含不同量之O及F(因為氧氟化釹化合物一般是自不同量之氧化釹Nd2O3及氟化釹NdF3衍生)，氧氟化釹化合物可具有介於Nd-O化合物(例如，氧化釹是1.8)至Nd-F化合物(例如，NdF3是1.60)之間的所選折射率。摻雜釹之鈣鈦礦結構材料非限制實例可包括含有至少一種折射率低於釹化合物(例如NdF3)之成分(例如，Na,K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba、及Y之金屬氟化物)的材料。該等「主體」化合物可具有在波長589nm之可見光譜中低於NdF3之折射率，其非限制實例可包括NaF(n=1.32)、KF(n=1.36)、AlF3(n=1.36)、MgF2(n=1.38)、LiF(n=1.39)、CaF2(n=1.44)、SrF2(n=1.44)、BaF2(n=1.48)及YF3(n=1.50)。摻雜高折射率Nd-F化合物(例如NdF3)之結果，就是所形成之經摻雜鈣鈦礦結構化合物可具有介於主體材料(例如，MgF2之1.38)至NdF3(1.60)之間的折射率。摻雜NdF3-之金屬氟化物化合物的折射率將視Nd與金屬離子之比例而定。
NdF3之折射率約為1.60。因此，有時被認為可提供RI與聚矽氧(可具有約1.51之折射率)匹配相當良好之摻合物。藉由混合NdF3與另一種可包含或可不包含
Nd之材料可得到更佳匹配性。例如，NaNdF4具有約1.46之RI。因此，藉由適當地摻合NdF3與另一種材料(例如NaF或NaNdF4)，可使得摻合物之折射率與聚矽氧更匹配。
圖2為分散於聚矽氧中之氟化釹以曲線22表示的可見光吸收光譜與波長之關係，並且與以曲線20表示之標準釹玻璃(例如使用Na2O-Nd2O3-CaO-MgO-Al2O3-K2O-B2O3-SiO2作為Nd玻璃之組成)之可見光吸收光譜作比較。顯然個別材料具有許多相同之共同吸收特性，尤其是在黃光區(例如約570nm至約590nm)。使用時，可使用封裝劑(例如聚矽氧、環氧樹脂、丙烯酸樹脂或諸如此類者)封裝LED晶片/晶粒；封裝劑可包含直接沈積於該LED晶片上或LED晶片陣列(例如晶片直裝電路板陣列，COB陣列)上之以Nd-F或Nd-F-O為主之材料，例如在聚矽氧中之NdF3，文中將進一步詳述。
圖3為NdF3摻入聚矽氧中並直接沈積於市售LED包裝件(NICHIA 757)上(即進一步封裝此LED包裝件)由曲線32表示之發射光譜比較圖。由圖3可見，光譜相當不同，與曲線30所示之基礎的NICHIA757 LED的發射光譜比較下，在介於約570nm與約590nm之間發現一個區域或多個區域有明顯降低的情形。
圖4為NdF3摻入聚矽氧中並直接沈積於COB陣列(TG66)上由曲線42表示之發射光譜與波長的關係，並且與由曲線40表示之基礎的TG66 COB陣列光譜相比
較。曲線42所表示之光譜類似於圖3之曲線32。
前述實例證實Nd-F材料(例如NdF3)在以作為封裝材料之一部分的形式施加於LED包裝件或陣列用作為吸光型濾色材料時，可改善以下照明度量中之至少一者：CSI、CRI、R9、或白度指數(即，對白體曲線的趨近性)、或諸如此類者。下表1列出圖3及圖4中實例的性能，並與習知之包含Nd玻璃之LED作比較。
如前述表1所示，NICHIA 757 LED元件通常具有236之流明/瓦數值。當使用在聚矽氧中之NdF3作為封裝劑時，CRI(演色指數/色彩飽和指數)為92，R9值(紅色晶片之演色值)為60，色域指數(GAI)為49，且發射光基於LPI的顯色性(如本文所定義)為110。當LED晶片之TG66陣列(COB陣列)以包含NdF3的聚矽氧材料封裝時，
發現CRI為90，R9值為39，GAI為50，且「顯色性」亦為110。此等值優於與白色LED組合的Nd玻璃(表1最低一排所示)。列出全部三種情況下之色度座標之值(CCX及CCY)及CCT之值(顏色相關溫度)作為參考。
Nd-F材料不需如同圖3及圖4實例中一般地僅有氟化釹(NdF3)。亦可為任一種Nd-X-F化合物，其中X如前文所述般地表示其他元素或元素組合，且與F化學結合。依此方式，該種Nd-X-F材料可改善以下照明度量中之至少一者：CSI、CRI、R9、白度指數(即對白體曲線的趨近性)或諸如此類者。
舉例而言，圖5為Nd-F-O摻入聚矽氧中並直接沈積於市售LED包裝件(具4000K CCT之NICHIA 757)上(如此進一步封裝此LED包裝件)由曲線52表示之發射光譜與波長之關係的比較圖。如同圖3及圖4之實例所示，並與以曲線50所示之基礎的NICHIA757 LED的發射光譜相比較，在介於約570nm與約590nm之間的光譜52中發現在一個區域或多個區域有明顯降低的情況。
下表2顯示圖5中的實例所得之性能，於聚矽氧中之Nd-F-O直接沈積於市售LED包裝件(具4000K CCT之NICHIA 757)上與具有習知的封裝劑之LED(具4000K CCT之NICHIA 757)，以及摻雜氧化釹(Nd2O3)且摻雜氟化釹(NdF3)之其他類型聚矽氧封裝劑的比較。表2列出如同表1之參數，加上前述材料之CSI(色彩飽和指數)參數。
應注意Nd2O3因折射率(RI)較高，故會具有高於NdFO或NdF3的散射損耗。然而，NdFO對於CSI與LPI間之平衡具有較佳性能。與Nd2O3比較下，Nd-F化合物(例如NdF3，單獨使用或與NdFO材料混合)會具有較低RI，使散射損耗降至最低。此外，與Nd2O3比較之下，
Nd-F化合物(例如NdF3，單獨或與NdFO材料混合)可在LED光的光譜中產生所欲之黃色吸收峰，以在流明犧牲程度較低的情況下達到較高之CSI。列出全部四種情況下的色度座標(CCX及CCY)、CCT及CRI之值作為參考。
在特定具體實施態樣中，可選擇Nd-F材料或Nd-F-O材料或Nd-X-F材料，以具有與封裝材料匹配之折射率，以使散射損耗降至最低。亦可摻合一種Nd-F材料(例如氟化釹)與另一種Nd-X-F材料(例如氧氟化釹)。可選擇Nd-X-F化合物中之元素「X」以調整在580nm附近區域的吸光度，以使光譜與「R9曲線」更加匹配。
在某些具體實施態樣中，該Nd-F材料(其廣義地涵蓋本文所述之Nd-X-F材料)可連同一或多種發光材料(例如磷光體)一起摻入封裝材料內。例如，Nd-F濾色材料可與黃綠色磷光體及/或紅色磷光體摻合。例如，Nd-F材料可與摻雜Ce之YAG磷光體及/或習知的紅色氮化物磷光體(例如摻雜Eu2+之CaAlSiN紅色磷光體)摻合。另一實例中，Nd-F-O材料可與YAG：Ce磷光體及紅色氮化物磷光體一起摻入聚矽氧中，封裝發藍光之NICHIA 757 LED。在不受限於理論之下，根據Mie散射理論，來自YAG：Ce磷光體及紅色氮化物磷光體之發射可藉由添加Nd-F-O而加強。
圖6a至6d個別闡釋以LED為主之照明裝置60a、60b、60c及60d之的不同非限制實例，其摻入Nd-F化合物(或更常見的如本文所述之Nd-X-F化合物)連同該
磷光體，以達到本發明各式各樣之具體實施態樣的有利可見光吸收/產生特性。在圖6a至6d中，以LED為主之照明裝置60a、60b、60c或60d包括圓頂62，其可為包圍著安置於印刷電路板(PCB)66上之LED晶片65的光學透明或半透明基板。導線將電流提供至LED晶片65，因而造成發射輻射。該LED晶片可為任一種當其發射輻射被導至該磷光體上時可產生白光之半導體光源，尤其是藍色或紫外光光源。尤其，半導體光源可為基於由通式IniGajAlkN(其中0
i；0
j；0
k且i+j+k=1)所示之氮化物化合物半導體的發藍光/發紫外光LED，發射波長較約200nm長且較約550nm短。更特別的是晶片可為發射波峰波長約400至約500nm之發射近UV或發藍光LED。再更特別的是，晶片可為發射波峰波長在約440至460nm範圍內之發藍光LED。該等LED半導體係技術界所熟知。
根據圖6a所示之一具體實施態樣，聚合物複合物層(封裝劑複合物)64a可包含Nd-F化合物(及/或一般之Nd-X-F化合物)，摻合磷光體，以賦予本文所述各種具體實施態樣之有利可見光吸收/產生特性。此複合物層64a可直接配置於LED晶片65表面上且與晶片為輻射耦合。「輻射耦合」意指來自LED晶片之輻射被傳輸至該磷光體，且該磷光體發射不同波長之輻射。特定具體實施態樣中，該LED晶片65可為藍色LED，且該聚合物複合層可包括Nd-F與黃綠色磷光體之摻合物，諸如經鈰摻雜之釔
鋁石榴石Ce：YAG。LED晶片所放射之藍光與該聚合物複合層之磷光體所放射之黃綠光混合，經Nd-F過濾之淨發射顯示為白光。因此可在LED晶片65上包覆封裝劑材料層64a。封裝劑材料可為低溫玻璃、熱塑性或熱固性聚合物或樹脂、或聚矽氧或環氧樹脂。LED晶片65及封裝劑材料64a可封裝於由圓頂62所限制的殼層內。或者，LED裝置60a可僅包括封裝劑層64a，而無外部殼層/圓頂62。另外，可在封裝劑材料中包埋散射粒子。該散射顆粒可為例如氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)或氧化鈦(TiO2)。散射顆粒可有效地散射自LED晶片發射之指向性光，吸光量可忽略為較佳。
為了在LED晶片表面上形成包括Nd-F(Nd-X-F)之聚合物複合物層，可將顆粒分散於聚合物或聚合物前驅物中，尤其是聚矽氧或聚矽氧環氧樹脂，或其前驅物。該等材料為LED封裝界所熟知。藉由任一適當方法將分散混合物塗覆於晶片上，具有較大密度或粒度之顆粒或具較大密度與粒度之顆粒優先沉降於LED晶片附近之區域，形成具有梯度組成之層。沉降可發生於聚合物或前驅物之塗覆或固化期間，如技術界已知，可藉離心方法加速。進一步應注意，可選擇磷光體及Nd-F(Nd-X-F)之分散參數(例如包括顆粒密度及粒度及程序參數)，以使該磷光體材料比Nd-F(Nd-X-F)化合物更靠近LED晶片65處，以藉由Nd-F/Nd-X-F化合物來適當地過濾由該磷光體組分產生之光。
在圖6b所示之另一例示具體實施態樣中，該磷光體層64b可為習知的技術製造之封裝劑層，且可使用例如適當之習知的沈積技術/顆粒分散於聚合物或聚合物前驅物中之技術，將另一含有Nd-F(Nd-X-F)化合物之封裝劑層68b沈積於該磷光體層64b的頂部。
在圖6c所示之另一例示具體實施態樣中，可將Nd-F/Nd-X-F複合物層68c塗覆於該圓頂(殼層)62之外表面。塗層68c之性能類似圖6b中含有Nd-F(Nd-X-F)化合物之封裝劑層68b。或者，圖6c中塗層68c可沈積於圓頂62之內表面。參考圖7至10將討論有關塗覆圓頂/基板之更多實施細節。應注意圓頂62本身可為透明或半透明。
在另一例示具體實施態樣中，如圖6d所示，可使用圓頂(殼層)62以將Nd-F/Nd-X-F複合物層/塗層68d沈積於圓頂62之外表面，且將磷光體塗層64d沈積於圓頂62之內表面。進一步應注意此解決方式有不同變化型式。例如，塗層64d及68d可兩者皆沈積於圓頂62之同一表面(外表面或內表面)，但磷光體塗層64d要比塗層68d更接近LED晶片65。而且，塗層64d及68d(當沈積於圓頂62之同一表面時)可如同圖6a中封裝劑複合物層64a般的組合成單一層。應注意圓頂62本身可為透明、半透明或半透射性，以施行圖6d所示實例之不同變化型式。
以下是使用含有Nd-F及/或Nd-X-F化合物以
產生所欲濾色效應之塗層的以LED為主之照明裝置的數個非限制實例。
圖7為本發明之一具體實施態樣適於區域照明應用的以LED為主之照明裝置。以LED為主之照明裝置(亦可稱為「照明單元」或「燈」)為LED燈70，其可經配置以提供近全向性照明能力。如圖7所示，LED燈70包括燈泡72、連接器74及介於燈泡72與連接器74之間的底座76及位於燈泡72之外表面上的塗層78。該塗層78包括本文所述之Nd-F及/或Nd-X-F化合物。其他具體實施態樣中，燈泡72可置換成其他透明或半透明基板。或者，該塗層78可塗覆於燈泡72的內表面上，而燈泡72可為透明或半透明。
圖8為本發明另一具體實施態樣的以LED為主之照明裝置80。如圖8所示，該以LED為主之照明裝置為吊燈80(未出示LED晶片)。吊燈80包括半球形基板82及含有Nd-F及/或Nd-X-F化合物之塗層88；該塗層88位於該半球形基板82之內表面上。或者，該塗層88可塗覆於半球形基板82的外表面上，而該半球形基板82可為透明或半透明。
圖9為本發明另一具體實施態樣的以LED為主之照明裝置。如圖9所示，該以LED為主之照明裝置、為透鏡90，且該透鏡90包括基板92(例如平面基板)。在此具體實施態樣中，基板92之內表面及/或外表面上包括Nd-F及/或Nd-X-F化合物塗層(未示出)。
圖10為本發明另一具體實施態樣的以LED為主之照明裝置100。以LED為主之照明裝置100包括燈泡(圓頂)102、至少一個LED晶片105及反射性基板106。反射性基板106係經配置以反射由LED晶片105產生之可見光。在本文所述之具體實施態樣中，反射性基板106之外表面上具有包括Nd-F及/或Nd-X-F化合物塗層(未示出)，以提供所欲之過濾。在圖10中，圓頂(102)可由漫射性材料構成，以使得來自LED之光有特定量可通過，且有特定量之光會被反射回到腔內(此等量視圓頂材料之漫射性有多高而定)。反射光會鏡面反射或漫射反射，視圓頂102之漫射性而定。此等來自圓頂102之鏡面反射及/或漫射反射會入射於根據本文所述之一具體實施態樣塗覆的反射性基板106上。或者，圓頂102可由半反射性材料構成，以提供相同的功能。
本文所述之塗層材料包括含有Nd3+離子及F-離子之化合物，可幾乎不具有光學散射(漫射)效應；或者可對通過之光造成相當明顯之光學散射效應。為了增加散射角，該塗層可包括有機材料或無機材料之離散顆粒。或者，該有機材料或無機材料可僅由Nd-F及/或Nd-X-F化合物之離散顆粒構成(例如完全或部分地由Nd-F及/或Nd-X-F化合物形成)且/或由Nd-F及/或Nd-X-F化合物之離散顆粒(例如完全或部分地由Nd-F及/或Nd-X-F化合物形成)及由至少一種其他不同材料形成之顆粒的混合物構成。
於一具體實施態樣中，該有機材料或無機材
料的適當粒度可由約1nm至約10μm。就圖7所示之LED燈70而言，為了使散射角最大化，以使LED燈70可達到全向性照明，可選擇遠小於300nm之粒度，以使瑞利散射(Rayleigh scattering)效率達到最大值。
雖然未用以限制的情況，Nd-F及/或Nd-X-F化合物塗層可藉由例如噴塗、輥塗、半月板塗覆(meniscus coating)或浸塗、打印、篩網、散布、輥塗、刷塗、結合、靜電塗覆或任何其他可提供均一厚度塗層的方法施加。下文描述如何將Nd-F及/或Nd-X-F化合物塗層施加於基板上的三個非限制實施例。
在一個具體實施態樣中，如圖7所示，塗層37可藉結合法塗覆於燈泡72上。LED燈70可包括介於燈泡72與塗層78之間的結合層(未示出)，且該結合層可包括有機黏著劑或無機黏著劑。該有機黏著劑包括環氧樹脂、有機聚矽氧黏著劑、丙烯酸樹脂等。該無機黏著劑可包括矽酸鹽無機黏著劑、硫酸鹽黏著劑、磷酸鹽黏著劑、氧化物黏著劑、硼酸鹽黏著劑等。
在另一具體實施態樣中，如圖7所示，塗層78可藉噴塗法塗覆於燈泡72外表面上。首先，形成含有例如NdFO及/或NdF3化合物、聚矽氧二氧化物、分散劑(例如Dispex A40)、水及視情況之TiO2或Al2O3之液體混合物。之後，將所形成之液體混合物噴於燈泡72上。最後，使燈泡72固化以得到經塗覆之LED燈70。
在一具體實施態樣中，如圖7所示，塗層78
可藉靜電塗覆法塗覆於燈泡72外表面上。首先，製造由例如NdFO及/或NdF3化合物s、SiO2及Al2O3所組成之帶電粉末。接著，將粉末塗覆於帶相反電荷之燈泡72上。
在本發明之其他具體實施態樣中，噴塗法及靜電塗覆法兩者皆可在不存在有機溶劑或有機化合物下使用材料，如此可延長LED燈裝置的使用壽命，且可避免一般因磺酸化而造成的變色。
另一具體實施態樣中，NdF3或另一Nd3+離子來源(例如，使用Nd-F化合物及Nd-X-F化合物)於塗層中之重量百分比可介於1%至約20%之間。於一特定具體實施態樣中，NdF3或另一Nd3+離子來源於塗層中之重量百分比可在約1%至約10%範圍中。於其他具體實施態樣中，為增加光之折射以達到白色反射性外觀，該塗層可另外包括折射率高於Nd-F及/或Nd-X-F化合物的添加劑。該添加劑可選自金屬氧化物及非金屬氧化物，例如TiO2、SiO2及Al2O3。
除非另有定義，否則本發明所使用之技術及科學術語皆具有如同一般瞭解本發明所屬之技術者所認知之意義。本發明所使用之語詞「第一」、「第二」及「諸如此類者」並非表示任何順序、數量或重要性，而係用於區分其中一元件與其他元件。而且，語詞「一(a,an)」並非表示數量限制，而是表示存在至少一個該相關語詞。本發明使用之「包括」、「包含」或「具有」及其變化型式
是用以涵蓋其下文中所列之項目及其等效物，以及附加項目。語詞「連接」及「耦合」不限於物理性或機械性連接或耦合，且可包括電及光學連接或耦合(不論為直接或間接)。
此外，熟悉所屬技術領域之技術人員會從不同具體實施態樣確認各種特性之可互換性。所屬技術領域中具有通常知識者可融合且配合所述之各種不同特徵及就各個特徵之已知的其他等效物，以建構符合本發明揭示內容之原理的其他系統及技術。
在描述所申請之裝置的替代具體實施態樣時，採用特定術語以求清楚明確。然而，本發明不欲受限於所選擇之特定術語。因此，應瞭解每個特定元素各包括所有依類似方式操作以達類似功能的技術等效物。
應瞭解前文是用以說明而非限制本發明由所附申請專利範圍定義之範圍。其他具體實施態樣亦涵蓋在以下申請專利範圍內。
應注意本發明所述及所申請之各個非限制具體實施態樣，皆可針對特定應用分開、組合或選擇性地組合使用。
此外，前述非限制具體實施態樣的某些不同特徵可較優先使用，而不需對應地使用所述之其他特徵。因此，前文說明應視為僅用於闡釋本發明原理、教示內容及例示具體實施態樣，而非限制。
Claims (16)
- 一種包含釹-氟化合物之LED裝置，該裝置包含：至少一個發光二極體(LED)模組，其經配置以產生可見光；及至少一個組件，其含有包含釹(Nd)及氟(F)元素之化合物，且經配置以藉由該化合物過濾所產生之可見光以提供所欲之光譜，其中該化合物包含Nd-F及Nd-X-F化合物中之一或多者，其中X是O、N、S、Cl、OH、Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba及Y中之一或多者。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該化合物包含Nd3+離子及F-離子。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一個組件是沈積於該至少一個LED模組頂部的封裝層。
- 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該封裝層是玻璃、聚合物、聚合物前驅物、熱塑性或熱固性聚合物或樹脂、環氧樹脂、聚矽氧或聚矽氧環氧樹脂。
- 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該至少一個組件進一步包含磷光體。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一個組件是封裝層，且該裝置進一步含有包含磷光體之個別層。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該化合物是NdF3及NdFO中之至少一者。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一個 組件是光學組件，其包含透明、半透明或反射性基板，且在該基板的一表面上具有塗層，該塗層包含含Nd及F之該化合物，以藉由過濾所產生之可見光以提供所欲之光譜。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該化合物於塗層中之重量百分比是約1%至約20%。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該塗層厚度是在約50nm至約1000μm範圍中。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該塗層進一步包含折射率高於該化合物之添加劑，且其中該添加劑是選自金屬氧化物及非金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該塗層是塗覆在該基板內表面上。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該基板為漫射器，選自由包圍該至少一個LED模組的圓頂、燈泡及透鏡所組成之群組。
- 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該光學組件進一步包含介於該基板與該塗層之間的結合層，該結合層包含有機黏著劑或無機黏著劑。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該化合物包含有機或無機材料之離散顆粒，該有機或無機材料之粒度在約1nm至約10μm範圍中。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包含電路及具有至少一個該組件的複數個LED模組。
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