TWI717329B - 一種照明裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種照明裝置，其包括產生可見光之至少一個光源及一個光學組件。光學組件包括一個透明、半透明或者可反射之基材，以及在該基材表面之塗覆層。該塗覆層用於過濾經過光學組件之可見光而達到濾光之效果。該塗覆層包含一種具有Nd3+及F-之化合物。
Description
本發明係關於一種照明裝置，尤其係關於一種藉由在光學組件上塗覆材料實現對光源濾光效果之照明裝置。
相較於傳統之白熾燈及螢光燈，LED燈具有很多優勢，例如較長之使用壽命，較高之能量使用效率，及不需要預熱時間即可達到最大亮度等。文獻中已經報導過，LED(在此亦包括有機LED，OLED及相關產品)為固態半導體器件，可將電能轉化為可見光(波長範圍自400至750nm)形式之電磁輻射。LED通常情況下包括一個摻雜有半導體材料之晶片，來創建一個p-n接面。LED晶片電性連接至一個正極及一個負極，此等元件通常都在封裝之後一起安裝。相較於其他白熾燈或螢光燈，LED發出之可見光在較短之光束範圍有更好的指向性。
圖1所示為一種傳統之LED照明裝置10之立體圖。LED照明裝置(亦可稱為照明單元或燈)10包括泡殼12，螺紋連接頭14，位於泡殼12及連接頭14之間之基座16。
照明裝置10中之LED光源(未示出)為一個LED陣列，其中包含多個LED器件，位於泡殼12之下端並與基座16相鄰。此等LED器件會分別發射出不同之較窄波長範圍之可見光，例如，綠光，藍光，紅光及其類似光，此等不同之LED器件發出之光混合在一起使LED照明裝置10產生出不同的顏色，其中包括白光。除此之外，LED照明裝置10亦
可藉由藍光LED器件及螢光粉(例如：YAG：Ce)之混合得到近似之白光，其中螢光粉用於將部分藍光轉換成其他顏色，混合此等經轉換之顏色及剩餘之藍光可得到近似的白光。此等LED器件可安裝在一個載體上，該載體安裝在基座16上，亦可嵌入在基座16裏面。LED器件經一層保護層封裝在載體上，該保護層包括可增強LED器件可見光發射效果折射之配合材料。
為了促進LED照明裝置10發出之可見光可產生近似全方位光之效果，圖1所示之泡殼12之形狀為近似球體或橢球體。泡殼12使用之材料使泡殼12具有光學漫射器之效果，以便促進照明裝置產生近似全方位光之能力。此等使用之材料包括聚醯胺(例如：耐綸)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)或其他同類產品。此等聚合物材料中亦可加入SiO2以促進光之折射來獲得白光之反射效果。泡殼12之內表面塗覆了一層含有螢光粉之塗覆層(未示出)。
圖2為文獻「Controllable Energy Transfer in Fluorescence Upconversion of NdF3 and NaNdF4 Nanocrystals」，李等人，光學快訊，18卷第4期，頁碼：3364-3369(2010)中之附圖。圖中示出分散在水中之具有相同莫耳濃度(180mM)之NdF3及NaNdF4奈米晶體的光學性質。圖2所示為NdF3及NaNdF4奈米晶體之吸收光譜，NdF3及NaNdF4奈米晶體之吸收峰分別為578及583nm，都落在黃光之波長範圍內。
雖然藉由使用不同LED器件之混合及/或使用螢光粉可使LED照明裝置可提供白光之效果，其他方法作為替代或附加亦為需要的。
本發明在於提供一種照明裝置，該照明裝置包含具有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層，該塗覆層具有過濾可見光之效果。
在本發明之一個實施例中，一種照明裝置，其包括產生可見光
之至少一個光源及一個光學組件。光學組件包括一個透明、半透明或者可反射之基材，以及在該基材表面之塗覆層。該塗覆層用於過濾經過光學組件之可見光而達到濾光之作用。該塗覆層包含一種具有Nd3+及F-之化合物。
在本發明之一個實施例中，具有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層可藉由簡單便捷之方法塗覆至基材之表面。該塗覆層藉由對黃光波長之過濾，將光源發射之可見光的顯色效應增強。
10‧‧‧傳統之LED照明裝置
12‧‧‧泡殼
14‧‧‧螺紋連接頭
16‧‧‧基座
30‧‧‧LED燈
32‧‧‧泡殼
34‧‧‧連接頭
36‧‧‧基座
38‧‧‧塗覆層
40‧‧‧本發明LED照明裝置
42‧‧‧圓頂
45‧‧‧LED晶片
46‧‧‧PCB(印刷電路板)
48‧‧‧塗覆層/塗層
50‧‧‧吸頂燈
52‧‧‧半球形基材
58‧‧‧塗覆層
60‧‧‧透鏡
62‧‧‧基材
70‧‧‧本發明LED照明裝置
72‧‧‧泡殼
75‧‧‧LED晶片
76‧‧‧可反射之基材
藉由結合附圖對於本發明之實施方式進行描述，可更好地理解本發明，在附圖中：圖1所示為一種現有之LED照明裝置之立體圖；圖2所示為已知之分散在水中之具有相同莫耳濃度(180mM)的NdF3及NaNdF4奈米晶體之吸收光譜；圖3所示為本發明LED照明裝置之第一實施例之剖面圖；圖4所示為本發明LED照明裝置之第二實施例之剖面圖；圖5所示為本發明LED照明裝置之第三實施例之剖面圖；圖6所示為本發明LED照明裝置之第四實施例之立體圖；圖7所示為本發明LED照明裝置之第五實施例之立體圖。
除非另作定義，否則此處使用之技術術語或者科學術語應當為本發明一般熟習此項技術者所理解之通常意義。本發明專利申請說明書以及申請專利範圍中使用之「第一」「第二」以及類似之詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而僅用來區分不同之組成部分。同樣，「一個」或者「一」等類似詞語亦不表示數量限制，而表示存在至少一個。「包括」或者「包含」等類似之詞語意謂出現在「包括」或者「包含」前面之元件或者物件涵蓋出現在「包括」或者「包含」
後面列舉之元件或者物件及其等同，並不排除其他元件或者物件。「連接」或者「相連」等類似之詞語並非限定於物理之或者機械之連接，而可包括電性之連接，不管為直接的亦或為間接的。
本發明提供照明裝置之塗覆層材料，用於給至少一個光源產生之可見光提供濾光功效，在一個實施例中，產生可見光之光源為LED晶片。在此所使用的，照明裝置之光學組件包括一個透明、半透明或者可反射之基材，以及在該基材表面之塗覆層。該塗覆層用於過濾經過光學組件之可見光，達到濾光之效果，尤其用於過濾黃光波長範圍內的可見光，例如波長範圍在560至600nm之光。該塗覆層包含一種具有Nd3+及F-之化合物。
在一個實施例中，用於塗覆層中之包含Nd3+及F-之化合物可能為Nd-F鍵合之化合物或為Nd-X-F鍵合之化合物。如在此所使用的，「Nd-F鍵合之化合物」應該擴展地解釋為包含有Nd，F及可選擇性添加其他元素之化合物。Nd-F鍵合之化合物包括氟化釹、氟氧化釹(例如：NdOxFy，其中2x+y=3)、包含有無定形水及/或氧之氟化釹、氟氫氧化釹(例如：Nd(OH)aFb，其中a+b=3)或多種顯而易見之其他同類型化合物。而對於Nd-X-F鍵合之化合物，X包含選自下群之至少一種元素：可與Nd鍵合組成化合物之元素，可與F鍵合組成化合物之不包括Nd之金屬元素，例如Na，K，Al，Ma，Li，Ca，Sr，Ba及Y。在一個實施例中，Nd-X-F鍵合之化合物可為氟氧化釹(Nd-O-F)。Nd-X-F鍵合之化合物中X可由Mg及Ca，或Ma、Ca及O組成，或其他含有Nd及F之鈣鈦礦結構。此等指定之Nd-X-F鍵合之化合物對波長580nm附近的光能夠達到更廣泛之吸收。
在一個實施例中，光學組件之透明、半透明基材為一個漫射器，該漫射器可為泡殼，透鏡及包圍LED之封套。在其他實施例中，光學組件包括一個可反射之基材，LED光源設置在可反射之基材外
圍，LED光源產生之可見光可經過可反射之基材並反射出來。
具有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層塗覆至基材之表面，其中塗覆層之厚度會對濾光效果產生影響。在一個實施例中，塗覆層之厚度在50nm至1000μm之間，在一較佳實施例中，塗覆層之厚度在100nm至500μm之間。
下面介紹幾種包含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層之照明裝置的實施例，但本發明並不侷限於此等實施例。
圖3所示為本發明LED照明裝置之第一實施例，該照明裝置應用於區域照明。在本實施例中，LED照明裝置(亦可稱為照明單元或燈)為一個用於產生近似全方位光之LED燈30。在其他實施方式中，LED燈30亦可為一個螢光燈或白熾燈。如圖3所示，LED燈30包括泡殼32，連接頭34，位於泡殼32及連接頭34之間之基座36，及塗覆在泡殼32外表面之塗覆層38。塗覆層38包含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物。在其他實施例中，泡殼32可替換為其他透明或半透明之基材。塗覆層38可塗覆在泡殼32之內表面。
圖4所示為本發明LED照明裝置40之第二實施例。在本實施例中，LED照明裝置40包括圓頂42，PCB(印刷電路板)46及安裝PCB46上之LED晶片45。罩在LED晶片45上之圓頂42為光學上透明或半透明之基材。在一些實施例中，螢光粉之塗層(未示出)塗覆在圓頂42之內表面，LED晶片45產生之電磁輻射(例如，藍色之可見光，紫外光或近紫外光)可經圓頂42上之螢光粉的塗層所吸收並激發產生其他顏色之可見光。LED照明裝置40亦包括含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗層48來達到濾光之效果，該塗層48塗覆在圓頂42之外表面。在其他實施例中，圓頂42可替換為其他不同形狀之光學透明或半透明之基材，例如平板或曲面。塗覆層48亦可塗覆在圓頂42之內表面。
圖5所示為本發明LED照明裝置之第三實施例。如圖5所示，LED
照明裝置為吸頂燈50。吸頂燈50包括半球形之基材52及含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層58，塗覆層58塗覆在半球形基材52之內表面。在一個可供選擇之實施例中，塗覆層可塗覆在半球形基材52之外表面
圖6所示為本發明LED照明裝置之第四實施例。如圖6所示，LED照明裝置為透鏡60。透鏡60包括基材62及含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層(未示出)。在一個可供選擇之實施例中，塗覆層可塗覆在基材62之外表面。
圖7所示為本發明LED照明裝置70之第五實施例。在本實施例中，LED照明裝置70包括泡殼72，至少一個LED晶片75及可反射之基材76。可反射之基材76用於反射LED晶片75所產生之可見光。在一個可供選擇之實施例中，含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物之塗覆層(未示出)塗覆在可反射之基材76的外表面。
在一個實施例中，照明裝置之此塗覆材料(包含具有Nd3+及F-之化合物)具有較小之散射效果。為了增大散射角達到更好之散射效果，塗覆材料使用的為有機或無機材料組成之離散之微粒。其中，有機或無機材料可單獨由含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物組成，亦可由含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物與其他材料之顆粒之混合物組成。
在一個實施例中，有機或無機材料組成之微粒之適合的尺寸為自1nm至10μm。對於如圖3所示之LED燈30，為了最大化其散射角使LED燈30達到近似全方位之照明，微粒之尺寸應遠小於300nm來產生所需之瑞利(Rayleigh)散射。
含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物可藉由如下之方法來進行塗覆，但不僅限於此等方法。例如噴塗、輥塗、彎月面塗或浸塗、燙印、絲網印刷、點膠、滾壓、刷塗、或噴射或任何其他之可提供均勻
厚度塗層之方法來塗覆。
下面將藉由三個實施例詳細介紹如何將含有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物塗覆至基材表面。
在一個實施例中，如圖3所示，塗覆層38藉由黏結之方法塗覆在泡殼32上。LED燈30亦包括一個在泡殼32及塗覆層38之間之黏結層(未示出)，該黏結層包括有機黏結劑或無機黏結劑。其中有機黏結劑可為環氧樹脂、有機矽黏結劑、丙烯酸樹脂等；無機黏結劑可為矽酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氧化物、硼酸鹽類之黏結劑。
在一個實施例中，如圖3所示，塗覆層38藉由水塗法塗覆在泡殼32上。首先，製備一種液體混合物，該混合物包括NdFO及/或NdF3化合物、SiO2、分散劑(例如Dispex A40)及選擇性添加之TiO2及/或Al2O3。隨後，將該液體混合物噴塗至泡殼32上。最後，將泡殼32上之混合物固化得到具有塗覆層之LED燈30。
在一個實施例中，如圖3所示，塗覆層38藉由靜電噴塗法塗覆在泡殼32之外表面上。首先，製備一種帶電之粉末，該粉末包括NdFO及/或NdF3化合物、SiO2及Al2O3。隨後，將該帶電之粉末噴塗至與其帶相反電性之泡殼32上而實施塗覆。
在本發明之實施例中，水塗法及靜電噴塗法都沒有用到含有有機溶劑及有機化合物之材料，如此，可延長照明裝置之使用壽命，且避免了光學組件由於磺化引起之變色。
在一個實施例中，塗覆層中NdF3或其他含有Nd3+之化合物(例如，Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物)之質量百分比為1%至20%。在較佳之實施例中，塗覆層中NdF3或其他含有Nd3+之化合物的質量百分比為1%至10%。
在一個實施例中，為了促進光之折射並實現白色反光之效果，塗覆層亦包括一種相較於Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物有更高折
射率之添加劑。該添加劑選自至少一種金屬氧化物或非金屬氧化物，例如TiO2、SiO2及Al2O3。
綜上所述，本發明揭示之具有Nd-F鍵合及/或Nd-X-F鍵合化合物塗覆層之照明裝置，可在不改變折射率的前提下達到濾光之效果，特別可過濾黃光波長範圍之可見光，將光源發射之可見光之顯色效應增強。
本發明之專利保護範圍由申請專利範圍限定，該保護範圍亦可包括嫻熟此項技術者可能想到之其他例子。若此等其他例子包括之結構元件沒有不同於申請專利範圍之文字語言，或者其包括之等效結構元件只與申請專利範圍的文字語言有非本質之差別，則此等例子落入本發明申請專利範圍之範圍。
各種替換及具體實施例預期落入隨附申請專利範圍之範圍，此等申請專利範圍特別地指出並清楚地聲明本發明之主題。
30‧‧‧LED燈
32‧‧‧泡殼
34‧‧‧連接頭
36‧‧‧基座
38‧‧‧塗覆層
Claims (12)
- 一種照明裝置，其包括產生可見光之至少一個光源及一個光學組件，該光學組件包括一透明、半透明或者可反射之基材，以及在該基材表面之塗覆層，該塗覆層用於過濾經過該光學組件之可見光而達到濾光之作用，該塗覆層包含具有Nd3+及F-之化合物，其中該化合物係為具有Nd-X-F鍵合之化合物，且其中X包含選自以下所組成之群組之至少一種元素：可與Nd鍵合組成化合物之元素，及除Nd以外可與F鍵合組成化合物之金屬元素。
- 如請求項1之照明裝置，其中該化合物包括NdFO。
- 如請求項1之照明裝置，其中該化合物包含由有機或無機材料組成之離散之微粒，該微粒之尺寸範圍為自1nm至10μm。
- 如請求項1至3中任一項之照明裝置，其中該塗覆層中該化合物之質量百分比為1%至20%。
- 如請求項4之照明裝置，其中該塗覆層中該化合物之質量百分比為1%至10%。
- 如請求項1之照明裝置，其中該塗覆層之厚度範圍為自50nm至1000μm。
- 如請求項1之照明裝置，其中該塗覆層亦包含一折射率高於該化合物之添加劑，該添加劑包含選自以下群組之至少一種組分：金屬氧化物及非金屬氧化物。
- 如請求項7之照明裝置，其中該添加劑包含TiO2，SiO2及Al2O3中之一或多者。
- 如請求項1之照明裝置，其中該塗覆層塗覆在該基材之外表面及/或內表面。
- 如請求項9之照明裝置，其中該基材為一漫射器，該漫射器選自 泡殼，透鏡及包圍LED之封套。
- 如請求項1之照明裝置，其中該光學組件亦包括在該基材及該塗覆層之間之黏結層，該黏結層包括有機黏結劑或無機黏結劑。
- 如請求項1之照明裝置，其中該塗覆層藉由水塗法或靜電噴塗法塗覆至該基材表面。
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