TW200938768A - Illumination device with LED and a transmissive support comprising a luminescent material - Google Patents

Illumination device with LED and a transmissive support comprising a luminescent material Download PDF

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TW098101924A
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Christoph Gerard August Hoelen
Rene Theodorus Wegh
Lars Rene Christian Waumans
Johannes Petrus Maria Ansems
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

200938768 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有包含冷光材料之透射式支撐的照明裝 置。本發明進一步關於一種用於調諧照明裝置之光的色點 之方法。 •【先前技術】 • 包含具有冷光材料之透射式支撐的照明裝置係此項技術 中為人已知。透射式陶瓷層或冷光陶瓷及其製備方法係此 ® 項技術中為人已知。其例如參考美國專利申請案序號第 10/861,172號（US 2005/0269582)，參考美國專利申請案序 號第 11/080,801 號（US 2006/0202105)，參考 WO 2006/ 097868，參考 WO 2007/080555，參考 US 2007/0126017 及 參考 2006/114726。 US 2005/0269582例如揭示一種與一佈置在藉由發光層 發射之光的路徑中之陶瓷層結合的半導體發光裝置。該陶 瓷層係由一例如冷光材料之波長轉換材料組成或包括其。 ❹
另一特定燈係在WO 2005/078335中揭示，其顯示一照明 單元，包含一形成如一習知光源之第一光元件，一形成如 ' 複數個發光二極體的第二光元件及一燈罩。根據WO ‘ 2005/078335，該第二光元件係形成為一具有一配件及一 第二燈罩之分開發光二極體模組，藉以第一及第二光元件 係經由配件及第二燈罩可移地附接，該配件及第二燈提供 在兩光元件間之電末端機械連接。 【發明内容】 136731.doc 200938768 先前技術系統之缺點係當系統在關閉狀態時，施加一 冷光材料層作為出射窗或成為對於一檢視者係可見之材料 可能導致出射窗之一色彩（尤其係黃橙色）。此係當塗布冷 光材料之窗在（例如）當此窗係發光出射窗時可直接檢視的 情況。通常不需要燈（或照明設備）之此一色彩外貌；一般 較佳係一中性外貌。 . 因此，本發明的一態樣係提供一替代性照明裝置，其較 佳係進一步消除一或多個上述缺點。尤其本發明之一態樣 ® 係提供一照明裝置，其在關閉狀態中中具有實質上非彩色 外貌’如在具有毛玻璃之許多習知燈泡中β 在一第一態樣中，本發明提供一種照明裝置，該照明裝 置包含一發光二極體（LED)，其係配置以發射發光二極體 放射；一透射式支撐，其包含一冷光材料，其中該冷光材 料係配置以吸收發光二極體放射之至少部分及發射冷光材 料放射，其中該發光二極體及該冷光材料係配置以產生一 ❿ 帛定色彩的光’其中該照明裝置進-步包含一半透明出射 窗，其係配置以透射該光之至少部分，其中（相對於該發 光二極體）該透射式支撐係在該發光二極體下游，因而提 供一大於0毫米（mm)之冷光材料發光二極體距離（dLL)，及 該半透明出射窗係在該透射式支撐之下游，因而提供一等 於或大於0 mm之冷光材料出射窗距離（dLw)。 具有所提議之照明裝置，當燈係在關閉狀態且用白光照 明時，該燈尤其可看成白色。其他優點（尤其相對於其中 冷光材料係提供在發光二極體上之系統）可為可提供一本 136731.doc 200938768 質上有效率系統（較少背向反射/再吸收），及可提供一暖白 色選擇（無熱淬滅；冷光材料上之「低」通量）^此外，根 據本發明之照明裝置係一相對較簡單概念（可僅基於藍色 發光一極體，其具有相對較易裝配及驅動的優點）且進一 步可實行一可調整色溫之選擇。
在基於發光二極體之光源中的遠端冷光材料就系統效能 而言似乎極有利’尤其用於產生具有低色溫（暖白色）之 光。在一透射式支撐或膜上施加一冷光材料塗層可導致高 系統效能’因4僅少4光可反射回進入發光二極體内，其 中具有被吸收之相當高機會。與在發光二極體封裝中具有 冷光=料之系統比較，使用遠離發光二極體之冷光材料可 導致高達約50%之效能增益。 以上所提及，在-出射窗之表面（尤其發射表面（即， 下游表面))處施加一冷光材料層，可導致當燈關閉且當 用白色光照明時該表面之相當飽和色點。出射窗出現之出 現色彩的飽和程度可（根據本發明）藉由在位於照明裝置之 =二極體及-擴散、半透明材料出射窗間之—透射式載 體上施加冷光材料塗層來減少。半透㈣射窗作為虛擬發 射窗:對於另外光學系，，其中光可被進—步操縱= 如束成型)。隨著增加在冷光材料層及半 距離叫半透明出射窗之色彩的飽和係進一步二 可藉由將冷光材料層與半透明出射窗分開至 =、有幾乎零間距（dLW)而從約62%減少至約寫，及可 藉由增加該間距進一步減少至少於約2〇%。此外，藉由將 I36731.doc 200938768 來自發射冷光材料層之光透過一具有大於發射冷光材料層 的表面區域(即透射式支撐之上游面區域(as i ”的上游表面 區域(AEW1)之半透明出射窗播|，亦可減少半透明出射 窗之色彩的飽和。典型地，具有8之表面區域比（AEwi/ AS1)，飽和係減少至約11%，及可藉由表面區域比之進一 步增加而進一步減少。 以上及在本文進一步所列之測量值係基於在系統中施加 額外散射或反射。然而，令人驚奇的係該系統效率幾乎守 恆，儘管一般在一系統中加入更多散射及更多（部分）反射 表面會造成該系統效率之極明顯減少。 發光二極體及冷光材料 在一具體實施例中，發光二極體係配置以發射藍色放射 且冷光材料包括（a)—綠色冷光材料，其係配置以吸收藍色 發光二極體放射的至少部分且發射綠色放射，及（b)一紅色 冷光材料，其係配置以吸收藍色發光二極體放射之至少部 为，或綠色放射的至少部分，或藍色放射之至少部分及綠 色放射之至少部分兩者及發射紅色放射。依此方式，一預 疋色彩之光可為白色光。尤其取決於發光二極體功率、藍 色發光二極體放射光譜及冷光材料數量，可組成不同色溫 的白色光。 在另一具體實施例中’發光二極體係配置以發射藍色放 射且其中冷光材料包含（a)—黃色光材料，其係配置以吸收 藍色放射之至少部分及發射黃色放射，及視需要（b)一或多 個其他冷光材料’其係配置以吸收藍色發光二極體放射之 136731.doc 200938768 至少部分’或黃色放射之至少部分，或藍色放射之至少部 分及黃色放射的至少部分兩者，及依一不同於該黃色放射 之放射波長發射放射。同樣地，依此方法，一預定色彩之 光可為白色光。取決於尤其藍色發光二極體放射光譜、發 光二極體功率及冷光材料數量，可組成不同色溫的白色 光。在一特定具體實施例中’冷光材料除了黃色冷光材料 (a)以外進一步包括（b) —紅色冷光材料，其係配置以吸收 藍色發光二極體放射的至少部分，或黃色放射的至少部 分’或藍色放射的至少部分及黃色放射的至少部分兩者及 發射紅色放射。此紅色冷光材料尤其可應用以進一步改進 CRI。 在一具體實施例中，該照明裝置包括複數個發光二極體 (LED)，其係配置以發射發光二極體放射，例如約2至 100，如 4至 64。
在本文之術語白色光係熟習此項技術人士已知。其尤其 係關於具有一相關色溫（CCT)之光，該色溫係在約2000及 20000 K(尤其係2700至20000 K)間，對於一般照明尤其在 約2700 Κ及6500 Κ之範圍中，及針對背光目的尤其在約 7000 Κ及20000 Κ之範圍中’且尤其在離BBL約15 SDCM (色彩匹配的標準差）内，尤其在離BBL約10 SDCM内，甚 至尤其更在離BBL約5 SDCM内。 術語「藍色光」或「藍色放射」尤其係關於具有一在約 410至490奈米（nm)範圍内之波長的光。術語「綠色光」尤 其係關於具有一在約500至570 nm範圍内之波長的光。術 136731.doc 200938768 語「紅色光」尤其係關於具有一在約59〇至65〇 nm範圍内 之波長的光。術語「黃色光」尤其係關於具有一在約56〇 至590 nm範圍内之波長的光。 此等術語不排除尤其冷光材料可具有一寬頻放射，其具 有用在例如分別約500至570 nm、約59〇至65〇 nm及約56〇 至590 nm之範圍外的波長之放射。然而，此等冷光材料 (或分別的發光二極體）之放射的主波長將分別於在本文給 定範圍内發現。因此，片語r具有在…範圍内之一波長」 ® 尤其指該放射可具有一在特定範圍内之主放射波長。 尤其較佳冷光材料係選自石榴石及氮化物，尤其分別用 三價鈽或二價銪掺雜。石榴石之具體實施例尤其包括 Α3Β5〇!2石榴石，其中A包括至少紀或銷且其中B包括至少 铭。此石榴石可用鈽（Ce)、用镨（pr)或鈽及镨的組合摻 雜；尤其用Ce»尤其B包括鋁（A1)，然而，B亦可部分地包 括鎵（Ga)及/或銳（Sc)及/或銦（In)，尤其高達約1〇%之鋁（即 _ B離子基本上由90或更多莫耳％之鋁，及10或更少莫耳％之 Ga、Sc及In中的一或多個組成）；B尤其可包括高達約1〇% 鎵。在另一變化中，B及0中可藉由矽（si)及氮（N)至少部 分地置換。元素A可尤其選自由釔（γ)、釓（Gd)、铽（Tb)及 镏（Lu)組成的群組。此外，Gd及/或Tb係尤其僅存在至約 20%數量之A。在一特定具體實施例中，石榴石冷光材料 包括（YhLuxhBsOu : Ce，其中X等於或大於〇，且等於或 小於1 〇 術語「： Ce」指在冷光材料中係藉由Ce置換的金屬離子 136731.doc 200938768 之部分（即在石榴石中：r A」離子的部分）。例如，假設 (YNxLux)3A15〇12 : Ce，則Y及/或Lu之部分係藉由Ce置換。 此δ己法係已為熟習此項技術人士所知^ c e置換A —般將不 多於10% ; —般而言，Ce濃度將在0.1至4%的範圍内，尤 其0.1至2°/。（相對於A)。假設l%Ce及10%Y，則完全正確化 學式可為（Υ〇.丨Lu0,89Ce0,0|)3Al5O丨2。石榴石中之ce係實質 " 上或僅在三價狀態中，如熟習此項技術人士已知。 在一具體實施例中，紅色冷光材料可包括選自由 ® (Ba，Sr，Ca)s : Eu、（Ba，Sr，Ca)AlSiN3 : Eu及（Ba，Sr，Ca)2Si5N8 :
Eu組成之群組的一或多個材料。在此等化合物中銪（Eu) 係實質上或僅二價’且置換所指二價陽離子之一或多個。 一般而言，Eu相對於其置換之陽離子將不會存在於大於 1〇0/。之陽離子的數量中’尤其在約0.5至1〇之範圍内，更尤 其在約0.5至5%範圍内。術語「： Eu」指金屬離子之部分 係由Eu(在此等範例中藉由Eu2+)置換。例如，假定2%刖在 ❿ CaA1SiN3 ·· Eu 中，則正確化學式可為（Ca〇 98Eu〇 〇2)AiSiN3。 二價銪一般將置換二價陽離子，例如以上二價鹼土陽離 子，尤其係Ca、Sr或Ba。 材料（Ba，Sr，Ca)S : Eu亦可指為河8 : Eu，其中厘係選自 由鋇（Ba)、锶（Sr)及鈣（Ca)組成之群組的一或多個元素； 尤其係’ Μ在此化合物中包括鈣或鳃，或鈣及锶，尤其更 包括鈣。在此，Eu被導入且置換Μ的至少部分（即，β&、 Sr及Ca中之一或多個）。 此外’材料⑽別㈤山義：Eu亦可指為邮咖： 136731.doc 200938768
Eu，其中Μ係選自由鋇（Ba)、勰（Sr)及鈣（Ca)組成之群組的 一或多個元素；尤其係Μ在此化合物中包括锶及/或鋇。在 一進一步特定具體實施例中，Μ由Sr及/或Ba組成（未考慮 Eu的存在），尤其係50至100%(尤其係50至90%)之鋇，及50 至0%(尤其係50至1 〇%)之鹤，例如BauSro.sSisNs : Eu(即 75% Ba ; 25% Sr)。在此，Eu被導入及置換Μ之至少部 分，即Ba、Sr及Ca中之一或多個。 同樣地，材料（33,81^&)八18丨1^3:£11亦可指為]^八18丨1\[3: Eu，其中Μ係選自由鋇（Ba)、锶（sr)及鈣（Ca)組成之群組的 一或多個元素；尤其係Μ在此化合物中包括鈣或锶，或鈣 及銘’尤其更包括飼。在此’ Eu被導入及置換Μ之至少部 分（即Ba、Sr及Ca中之一或多個）。 在本文之術語冷光材料尤其係關於無機冷光材料，其有 時係亦指為磷光體。此等術語係熟習此項技術人士已知。 透射式支撐 尤其在一離發光二極體（即尤其離發光二極體之發光表 面（或晶粒））之非零距離處係配置一透射式支撐。 本文中之術語「透射式」在一具體實施例中可指透明且 在另一具體實施例中可指半透明。此等術語係熟習此項技 術人士已知。透射式尤其指光藉由透射式支撐之透射係至 少約20%、1尤其至少約5〇%，甚至更尤其至少約嶋（在 以光垂直照射透射式支撐下），該光尤其至少在藍色範圍 内，更一般係在整個可見範圍（即約38〇至68()11111)中。 透射式支撐可為自支撐，但其在一具體實施例中亦可為 136731.doc •11 - 200938768 一撓性臈，其係、（例如）經伸展# (如在裝置之發光二極 體空腔壁或擴散器空腔壁間(參見下文))。透射式支撐可具 有-實質上平的形狀(如一板)，但在另一具體實施例中可 具有一實質上凸面形狀，例如一圓頂。 . 透射式支樓在—具體實施例中可包括-有機材料。較佳 之有機材料係選自由PET(聚對苯二甲酸乙二醋）、叫聚乙 ’ 烯）、pp(聚丙烯）、Pc(聚碳酸醋）、P(M)MA(聚甲基丙烯酸 甲醋）、PEN(聚萘二甲酸乙二醋）及PDMS(聚雙甲基石夕氧貌） 組成之群組。聚碳酸酯提供（例如）良好之結果。 然而’在另-具體實施例中，透射式支揮包括一無機材 料。較佳之無機材料係選自由玻璃、（熔製）石英、陶瓷及 珍組成的群組^ 如以上所提及，透射式支撐包括冷光材料之至少部分。 透射式支撐包括冷光材料之事實不排除冷光材料的部分可 配置在照明裝置中之他處；然而’在一特定具體實施例 φ 中，實質上所有冷光材料係由透射式支撐構成。片語「透 射式支樓包含冷光材料」可關於一選自由一其中冷光材料 職入透射式支撲之透射式支樓、一係冷光材料本身之透 射式支撐、一具有包括冷光材料之一下游塗層（面對出射 窗之側面）之透射式支撐、一具有包括冷光材料之一上游 塗層（面對發光二極體之側面）之透射式支撐’或一具有包 括冷光材料之一上游和下游塗層兩者之透射式支撐所組成 之群組的透射式支撐。 在一較佳具體實施例中，該透射式支撐具有一包括該塗 136731.doc •12· 200938768 層之上游面’其中該塗層包括該冷光材料之至少部分。此 具體實把例兼文益於冷光材料之遠端位置（即遠離發光二 極體）及遠離出射窗之一相對遠端位置（當以白色光照明 時’出射窗色彩的去飽和）兩者。 在特定具體實施例中，冷光材料之至少部分包括一透 射式陶究冷光材料，其中該透射式支樓包括透射式陶:光冷 光材料。因此’在此具體實施财，該透射式支樓係—冷 光陶瓷。尤其適合之冷光陶瓷係基於含石榴石的鈽，如以 上描述。透射式陶究層或冷光陶瓷，及其製備方法係此項 技術中為人已知。其例如係參考美國專利申請案序號第 10/861,172號（US 2005/0269582)，參考美國專利申請案序 號第 11/080,801 號（US 2006/0202105)，或參考 w〇 2006/097868 ，參考 WO 2007/080555 ，參考 US 2007/0126017及參考2006/114726。該等文件，及尤其關於 在此等文件中提供之陶瓷層的製備資訊係藉由引用方式在 A 本文併入。 包括冷光材料之透射式陶瓷層而非配置冷光材料至發光 二極體的配置，允許一在冷光材料及發光二極體間之非零 距離。此距離在本文係指為dLL(冷光材料發光二極體距 離p距離dLL尤其係一最短距離。此意指在一具體實施例 中’任何在發光二極體及冷光材料間之最短距離係等於或 尤其大於0 mm。在一具體實施例中’冷光材料發光二極體 距離（dLL)係在0_5至50 mm之範圍中，尤其在3至20 mm的 範圍中。 136731.doc 13 200938768 透射式支撐具有一上游面，其具有一有效透射式支撐上 游面直徑（DS 1)。在本文係應用術語「有效直徑」。透射式 支撲可具有一環形的形狀（其具有一直徑），但亦可具有其 他形狀。然而任何上游面之表面區域1)可應用以計算 有效直徑（DS1=2V(AS1/t〇)。在一特定具體實施例中，比 dLL/DSl係在山…至！的範圍内，尤其在〇〇5至〇5的範圍 内，更尤其在0.1至0.4的範圍内。在此等範圍内可獲得尤 其良好的結果。 ❹
在一特定具體實施例中，冷光材料發光二極體距離 (dLL)係可調整。例如，使用例如調整螺絲之調整構件， 可變化冷光材料及發^極體間之距離。可用調整構件來 調整離透射式支推之距離，因而調整冷光材料發光二極體 距離。 :可包括多於一透射式支撐，其中一或多個此沒 體L離:括冷光材料’可能具有不同冷光材料發光二名 材料。L)。該多於-透射式支撑可例如包括不同冷3 半透明出射窗 尤：在一離由透射式支撐構成之 係配置-半透明出射窗。此出射窗传配置二：零距㈣ 光從該照明裴置逸出。 ’、乂允許照明裝1 半透明出射窗可 另-具體實施例中：有實皙的形狀(如板)，但” 半透明出射窗在面形狀’例如圓頂。 在-具體實施例中可包括有機材料 13673I.doc 200938768 之有機材料係選自由PET(聚對苯二甲酸乙二酯）、pE(聚乙 歸）:pp(聚丙歸）、PC(聚碳酸醋）、p⑽MA(聚甲基丙稀酸 )PEN(聚萘二甲酸乙二酯）及pDMs(聚雙甲基石夕氧炫） 組成之群組。 • 然而，在另—具體實施例中，半透明出射窗包括一無機 材料。較佳之無機材料係選自由玻璃、（熔製）石英、陶瓷 ' 及矽組成的群組》 φ 」而，5亥出射窗係半透明。例如，以上提及材料可具有 本質半透明f生質或可使該材料半透明（例如藉由使其成霧 狀（例如藉由喷沙或酸蝕刻））。此等方法係此項技術中為人 已知。半透明出射窗可允許一些光通過，但透過半透明材 ;斗看到之内(即，照明裝置之上游物體，在出射窗之上 游）係實質上擴散或不清晰。 不像其他可能之組態，在本發明之照明裝置中實質上無 冷光材料係配置在出射窗之上游或下游面處。實質上，所 〇 有冷光材料係由透射式支撐構成（如以上所述），因而提供 較佳係大於0 mm之冷光材料出射窗距離（dLW)。在一具體 f施例中’冷光材料可配置在透射式支撐之一下游面處， 且冷光材料可至少部分接觸出射窗，因而提供一實質上等 於零之冷光材料出射窗距離，然而較佳係該冷光材料出射 窗距離（dLW)係大於零。 距離dLW尤其係一最短距離。此意指在一具體實施例 中，任何在出射窗及冷光材料間之最短距離係等於或尤其 大於0 mm。在一具體實施例中，冷光材料出射窗距離 136731.doc -15· 200938768 (dLW)係在〇·〇1至100 mm之範圍中，尤其在1至50 mm的範 圍中，更尤其在10至30 mm的範圍中。一般而言，距離越 大’可出現半透明出射窗之色彩的越少飽和。 半透明出射窗具有一上游面，其具有一出射窗上游面區 域（AEW1)。如以上所提，透射式支撐具有一上游面區域 (AS1)。在一特定具體實施例中，出射窗及透射式支撐具 有一表面區域比AEW1/AS1>1 ;尤其22，更尤其係在2至 20的範圍内，甚至更尤其係3至1〇。再次，一般而言，該 比越大，可出現半透明出射窗之色彩的越少飽和。此外， dLW/DSl(即，冷光層出射窗距離及有效透射式支撐上游 面直徑）之比較佳係在0 〇丨至i的範圍内，尤其在〇 1至〇乃 的範圍内。一般而言，比越大，可出現半透明出射窗之色
彩的越少飽和D 照明裝置 相對於發光二極體，透射式支撐係配置在發光二極體的 下游。透射式支撐較佳係依此一方法配置，即藉由發光二 極體產生之實質上所有放射係在透射式支撐之方向中導 引，即透射式支撐係佈置在一藉由發光二極體發射之光的 路徑中。因此’在-較佳具體實施例中，冷光材料及/或 透射式支撐接收實質上所有發光二極體放射。因為在一具 體實施例中冷光材料及發光二極體間之距離係非零，因而 可旎有一發光二極體室或發光二極體空腔，其係藉由一支 撐發光二極體之發光二極體支撐、透射式支撐及視需要之 發光二極體空腔壁所封閉。冷光材料及/或透射式支撐可 136731.doc -16 - 200938768 接收在發光二極體室或發光二極體空腔中内部反射後的實 質上所有發光二極體放射。 半透明出射窗係配置在透射式支撐之下游。因此，透射 式支撐具有一導向至發光二極體之上游面及一導向至半透 明出射窗的下游面；半透明出射窗具有一導向至透射式支 撐之下游面的上游面’及一導向至照明裝置之外部的下游 面。
❹ 因為在一具體實施例中冷光材料及出射窗間之距離係非 零，可能一（其他）内部室或擴散器空腔（在本文係指為「混 口室」）藉由透射式支撐、出射窗及視需要擴散器空腔 壁、及視需要發光二極體支撐、及視需要發光二極體空腔 壁所封閉。在—特定具體實施例中，在冷光材料及出射窗 之至少部分間（因此尤其在擴散器空腔中），—材料係配置 具有等於或小於1>2之折射率（如在範圍中），如空 氣、二氧化碳、氦、氬或真空(真空係實際上缺乏任何材 以上所提，此出射窗係配置以允許光從照明裝置逸 出。然而’不排除另外的光學器件，如準直儀、反射器、 光導、光學層等等，以導引或影響照明裝置光，其可配置 在出射窗下游β 使用本發明’可實現遠端冷光材料模組及燈，其旦有極 dt良好演色’及現當在關閉狀態時亦可出現白色或 二色。具有在透射式支撐(例如臈)中或上之冷光材 料的所建議系統，亦致能辞 力双恥精由捲軸式處理價廉地大量生 136731.doc 200938768 產，及結合同質化與效率最佳化。 所提議組態可應用於大區域照明、氣氛照明(如光曼 磚）#光(如口示箱）、向下照明器、例如白熾之擴 散改良燈或TL替代燈、及壁清洗器，且（取決於體積及束 限制）用在一些聚光燈中。 ❹
在一特定具體實施射，本發明進—步提供—種用於根 據本發明調諧照明裝置之光的色點之方法，其中冷光材料 發光二極體距離（dLL)係可調整，及其中在發光二極體 (led)之操作期間，及視需要在不存在半透明出射窗時， 冷光材料發光二極體距離（dLL)被調整直至獲得一所需或 一預定色點，更尤其係直至—狀色點係藉由—配置以感 測藉由發光一極體及冷光材料產生之光的感測器感測到。 視需要’透射式支撐可包括冷光材料之一非均勻分散。例 如，磷光體之非均勻分散可增強調諧能力。尤其，用於調 諧的此方法可應用在調整該色點至一所需或一預定值。在 此，術語「可調整」尤其係關於透射式支撐之一橫向可活 動性（即，在相對於發光二極體之上游及/或下游方向令）。 本發明亦提供一種用於根據本發明調諧照明裝置之光的 色點之方法，其中透射式支撐包括冷光材料之一非均勻分 配，其中透射式支撐係可活動式，且其中在發光二極體 (LED)之操作期間及視需要在不存在半透明出射窗時，透 射式支撐相對於發光二極體之位置係變化直至獲得一所需 或一預定色點，更尤其係直至一預定色點係藉由一配置以 感測藉由發光二極體及冷光材料產生之光的感測器感測 136731.doc 200938768 到。此方法尤其可用來校正在透射式支撐中或上之（不符 合需要）冷光材料不同質性。在此，術語「可活動式」係 關於透射式支撐之側向可活動性、橫向可活動性及旋轉可 活動性中之一或多個。 【實施方式】 ❹
圖la(及另外圖ib至ie)示意性地描述一種照明裝置1〇， 其具有發光二極體20 ’發光二極體2〇係配置以發射發光二 極體放射21。在發光二極體2〇下游係配置一透射式支撐 5〇，其包括一冷光材料51。 透射式支撐50可例如為一具有冷光材料塗層52(即包括 冷光材料51的塗層52)之PET膜《冷光材料5 1係配置以吸收 發光二極體放射21的至少部分及發射冷光材料放射；透射 式支撐50係佈置於一藉由發光二極體發射之光的路徑中。 發光二極體2 0及冷光材料5 1係配置以產生一預定色彩13的 光例如白色。透射式支樓50具有一上游面或側面53及一 下游側面54。 照明裝置10進一步包括一半透明出射窗6〇，其係配置以 透射光13的至少部分，因而提供照明裝置光15。半透明出 射窗60尤其係配置以擴散來自照明裝置之光15 ;半透明出 射窗60係佈置於藉由冷光材料51發射及/或藉由透射式支 撐50透射之光的路徑中。半透明出射窗可例如經磨砂之聚 碳酸酯（PC)。半透明出射窗6()具有—上游面或側面^及— 下游面或側面64。 在此，相對於發光二極體20,透射式支撐5〇係在發光二 136731.doc -19- 200938768 極體20下游。冷光材料51及發光二極體2〇間之距離係用參 考dLL指示（在具有dll之圖式中指示）。在此，此匕係大於〇 mm。相對於發光二極體20，半透明出射窗6〇係再次在透 射式支撐50之下游。發光材料51及出射窗6〇間之距離係用 參考dLW指示（在具有dlw之圖式中指示）。 在此示意性具體實施例中，半透明出射窗6〇具有實質上 •平的形狀，且透射式支撐50亦具有實質上平的形狀。 在示意性具體實施例中，照明裝置10具有一發光二極體 室或發光二極體空腔11，其係藉由一支撐發光二極體之發 光二極體支撐30、透射式支撐50及發光二極體空腔壁“來 封閉。發光一極體支撐30可包括一（金屬核心）pCB(印刷電 路板）及一鋁外殼32。發光二極體空腔丨丨之内部之至少部 分（尤其發光二極體空腔壁45及支撐3〇)可具有一反射材 料，例如反射塗層。反射器係以參考數字4〇指示。至於反 射器40，可應用（例如）MCpET(小細胞聚對苯二甲酸乙 Λ 二酯）。 如以上所提，半透明出射窗60係配置在透射式支撐50下 游，且透射式支撐50具有導向至發光二極體2〇之上游面 53，及導向至半透明出射窗6〇的下游面54;半透明出射窗 60具有導向至透射式支撐5〇之下游面54的上游面63，及一 導向至照明裝置1 〇之外部的下游面64。 因為在此之冷光材料51及出射窗6〇間之距離dLw係非零 (在此，透射式支撐下游面54及出口窗上游面63間之距離 亦非零）故可有一（其他）内部室或擴散器空腔。在圖1&之 136731.doc -20- 200938768 示意性地描述之具體實施例中’此擴散器空腔係用參考數 字12指示 '在此，擴散器空腔12係藉由透射式支撐5〇、出 射窗60及擴散器空腔壁41來封閉。在一特定具體實施例 中’於冷光材料51及出射窗60間之至少部分（在此’事實 上疋在透射式支樓50及出射窗60間，更精確言之，是在擴 散器空腔12内）可配置一具有等於或小於12之折射率（如在 • 1至I2的範圍内）的材料’如空氣、二氧化碳、氦、氬或真 空。一般而言，將應用空氣。 在示意性圖式la至le中，冷光材料51係配置在透射式支 撐50之上游’即在透射式支撐5〇的上游面53處。然而，如 以上指示，其他組態亦可能，如在下游面54處，或在透射 式支#50之上游面53及下游面54兩者處，或包含在透射式 支樓50中’或係透射式支樓50本身（例如冷光陶究）。 圖1 b係照明裝置1 〇之另一具體實施例的示意性圖式。此 具體實施例並非實質上不同於圖1 a(以上描述）中示意性地 〇 描述之具體實施例。然而，冷光材料半透明出射窗距離 dLW係大於圖ia中示意性地描述之具體實施例中者。在此 具體實施例中，擴散器空腔12之擴散器空腔壁41亦具有一 反射裔40。應注意到在圖ia及丨15中，擴散器空腔壁々〗及發 光二極體空腔壁45可成為整件。 在圖la及lb之示意性具體實施例中，透射式支撐5〇之上 游表面區域（用參考AS1指示）及半透明出射窗6〇的上游表 面區域（用參考AEWi指示），係實質上相同（即aewi/ A S1。1) 〇 136731.doc 21 200938768 圖1 c至1 e示意性地描述其中AEW1 /AS 1 > 1之具體實施 例。 ❹ ❹ 參考圖lc，圖lc之示意性地描述的具體實施例係實質上 與圖lb(描述於上）的示意性地描述具體實施例相同，除了 AEW1/AS1比係大於1。此外，發光二極體空腔η係藉由基 板30、透射式支撐50及發光二極體空腔壁45封閉。此外， 在圖lc之示意性地描述的具體實施例中，擴散器空腔12係 藉由透射式支撐50、出射窗60、擴散器空腔壁41、發光二 極體支撐30及發光二極體空腔壁45所封閉。 應注意在其中擴散器空腔12係藉由發光二極體空腔壁45 至少部分封閉之具體實施例中，該發光二極體空腔壁45之 外側亦可具有一反射器40(未描述）。 圖Id係其中AEW1/AS1>1之具體實施例的另一示意性圖 式。在此，半透明出射窗6〇具有一實質上凸面形狀（「圓 頂」）且透射式支撐50具有一實質上平的形狀。應注意 dLW(即冷光層5 1及出射窗6〇間之最短距離）在透射式支撐 5〇之中心處可能比在透射式支撐50的邊緣更小得多。在 此，在圖id之示意性地描述具體實施例中，擴散器空腔12 係藉由透射式支樓5〇、出射窗6〇、及發光二極體支榜及 發光二極體空腔卷4S4+pq , 腔Μ封閉。如以上所提，應注意發光二極 體空腔^ 45之外側亦可具有-反射器40。 最後’圖le再次係—其中aewi/asi>i之具體實施例的 另一示意性圖式。力士 ^ . 在此，+透明出射窗60具有一實質上凸 面形狀且透射式支撐5〇 ^ 貫質上凸面形狀（兩者皆 136731.doc •22· 200938768 圓頂」）。應注意dLW(即冷光層51及出射窗60間之最短 距離）在此情況下對於透射式支撐5〇上之各位置可實質上 相等。在此，圖1 e示意性地描述之具體實施例中，擴散器 空腔12係藉由透射式支撐50、出射窗60、發光二極體支撐 3〇封閉。發光二極體空腔11係藉由基板3〇及透射式支撐5〇 封閉。發光二極體空腔壁45及擴散器空腔壁41在此具體實 ’ 施例中係不存在’或可假設係分別藉由透射式支撐50及出 射窗60構成。 圖1 f在一透視側視圖中示意性地描述1&或lb之具體實施 例，以進一步說明此等具體實施例。在本文透射式支撐5〇 及半透明出射窗60兩者係環形（出射）窗，分別具有上游/下 游面53/54及63/64。透射式支撐5〇的上游面53具有一有效 直控DS1;半透明出射窗6〇的上游面63具有一有效直徑 DS2。透射式支撐5〇的上游面幻具有一區域AS1且半透明 出射窗60的上游面63具有一區域aEW1。 〇 以上描述及示意性地描述之具體實施例係非限制性，其 他組態亦可行。例如，一實質上平之出射窗60及—非平 (例如實質上凸面）、透射式支撐50亦可為一具體實施例。 圖2描述在一照明裝置1〇之具體實施例的情況中之光輪 出上之透射式支撐5〇(包含冷光材料51)的位置之影響，照 日月裝置1G具有—實質上平的透射式支樓观—實質上平之 半透明出射窗60，其中兩者係具有實質上相同直徑的環 形。資料2a相對於通量（以Ln^t)係用於一具有配置在透射 式支撐50之上游（即上游塗層52)之冷光材料的具體實施 136731.doc •23- 200938768 例；資料2b相對於通量（以Lm計）係用於一具有配置在透射 式支撐50之下游（即下游塗層）之冷光材料的具體實施例（兩 者皆左y軸）；資料2c及2d相對於相同系統但分别描述輻射 功率（以W計）（兩者係右7軸）。在此，藍色發光發光二極體 20及作為冷光材料51 ’ 一鈽摻雜石榴石及一銪摻雜氮化物 之混合物被施加以獲得白色光13。圖式描述透射式支樓5 〇 的位置在照明裝置10之此具體實施例的光輸出上之影響成 為dLL的函數。 在另一範例中’ DS1係固定在6〇 mm處，AEW1/AS1係固 定在1處，發光二極體20出射窗60距離（即，實質上 dLL+dLW)係固定在30 mm處且dLL之值係在5及30 mm間變 化。可獲得以下結果： dLL(mm) ! CCT(K) 7.5 1 2635 I 1 2664 22.5 ................................................._ ) 2698 1 30 -·...··，.............一.： 2719 丨 —............-............................................. j 可見到色溫可取決於冷光材料發光二極體距離dLL調整。 ❹ 在此，係施加藍色發光發光二極體2〇及成為冷光材料^ 飾推雜石權石以獲得白色光13。 保持半透明出射窗60之上游表面區域处们等於冷光材 料表面區域（為簡單緣故，在本文採取透射式窗上:面區 域AS1)及增加兩者間之距離dLW，確保在冷光材料μ及半 13673I.doc • 24· 200938768 透明出射窗60間形成壁41(即擴散器空腔12的壁41)之材料 的高漫反射比，導致減少飽和而系統效能幾乎不減少。 在一具體實施例中出現的出射窗6〇(在關閉狀態）之色彩 飽和的減少係如下：藉由從冷光材料區域（在此再次採取 AS1)之直徑的〇至8〇%來增加冷光材料51及半透明出射窗 60間的距離dLW ’飽和將從約5〇%減少至約2〇%。典型 地，在向下照明應用中，由於體積限制，將會希望限制縱 橫比至約5 0%。因此，有利的係設置冷光材料5丨相當靠近 發光二極體20。 在發光二極體20及遠端冷光材料51之應用中的另一關注 係照明裝置光15的同質性。為了在出射窗6〇處達到足夠同 質性，半透明出射窗60較佳係應置於一離發光二極體2〇之 足夠大的距離處：典型至少丨.5乘以發光二極體間之間 距，如約1.5至5乘以發光二極體間之距離（間距）。設置透 射式支撐包括靠近發光二極體20之冷光材料，其可能不均 勻發射光’及在離冷光材料51—些距離處設置一半透明出 射囪60，導致從半透明出射窗6〇發射的光15之極佳同質 性’且同時最佳化遠端冷光材料5丨的效率。 原型燈已用一毛玻璃燈泡建立作為一圍繞一 3〇 mm直徑 遠端程冷光材料模組之半透明出射窗6〇。通量測量顯示由 於半透明燈泡之應用的光損失被限制在5%，儘管該燈在 關閉狀態中看似完美的白色。 至於根據本發明之原型燈的另一範例，一配置用於向下 照明之模組1 〇係由在空腔11中之LED PCB組成（光學室或 136731.doc •25· 200938768 混合室）。在一支撐30上之LED PCB、一系列藍色發光二 極體產生藍色光。空腔12之底部及擴散器空腔壁係用一高 反射材料（如MCPET，E60L)覆蓋以確保光之良好混合及再 循環，光學室之出射窗由一擴散器組成，其將束成型至一 朗伯（lambertian)輻射圖案。在混合室12内，係置放一具有 冷光材料51之透射式支撐5〇，其依離開模組1〇之光15具有 所需色彩的此一方式部分地轉換來自發光二極體2〇之藍色 光至黃色’綠色/紅色’且部分地透射藍色。LED PCB係定 位在一熱播散器上’用來將模組和散熱器連接以確保正確 熱管理。一發光二極體驅動器用所需電流提供能量予發光 二極體模組。發光二極體驅動器可為固定輸出，但亦可為 可調光。一反射器可置於模組1〇之出射孔處以產生一所需 束圖案。在模組10的外殼處，已增加各種定點以固定散熱 器、反射器及照明外殼部分至模組。 在根據本發明之原型燈的另一範例中，係設計一白熾修 整燈。一範例係在圖3中示意性地顯示。燈泡燈係由以下 部分及材料製成。燈插座通常係由具有絕緣之金屬製成且 類似傳統燈泡燈。燈罩係由金屬或塑膠製成且併入所需電 子器件以提供能量予發光二極體20。外殼亦用作散熱器 (用參考70指示），即其經設計以致帶走燈中藉由發光二極 體20、驅動器及冷光材料51產生的熱。為了此目的，其可 具有垂直散熱片。外殼之上表面可製成高度反射，例如白 色或金屬。發光二極體20(及視需要其他光源）係置於燈之 頂部區’具有可能高度反射材料（如白色塑勝或MCPET)圍 136731.doc •26- 200938768 繞其用於增加性能（如圖16中）。透射式支撐上之冷光材料 51係置於發光二極體上。冷光材料51可塗布在透射式支撐 50上或併入透射式支撐50内。透射式支撐50可由玻璃、塑 膠（如PC)或任何其他透射式材料製成。外部燈泡（出射窗 60)係置於外殼的頂部及可由玻璃、塑膠或其他（半）透明材 料製成。某一位準之擴散性係在生產期間使用塗層或添加 劑至基底材料來導入。此外，照明裝置1〇可具有一蓋71。 一進一步系列之裝置係製成，其結果在圖4中描述。在 辦公至（TL)照明下之關閉狀態中的燈之色彩的x,y CIE值被 測量。最右方的資料（用4a指示）關於其中冷光材料係提供 在不同類型出射窗的下游面上之裝置。資料4b係關於其中 冷光材料提供在不同類型之出射窗的上游面上的裝置。橢 圓部分中之資料（4c)係關於一些具體實施例，其中冷光材 料係分別在離出射窗之不同距離dLW處提供在透射式支撐 上其中s亥裝置進一步包括一根據本發明之半透明出射 ❹ 固’及其中dLW範圍從出射窗直徑DS2之10%至80% ’其中 具有較大CIE X值之資料點對應於較小乩西值。圓圈“中 之資料係用一在冷光材料及出射窗間之相對較大平均距離 €得’雖然具有-小的最小距離，及因此- dLW之小值； 然而，4c及4d間之差異係4c具體實施例中之比AEWi/asi 係實質上為1，#中4(1具體實施例中之aewi/asi係大於 1。用圓圈4e指示之資料相對於與用切指示之相同類型的 t體實施例；然而，4d及4e間之差異係4e具有一磨砂出射 固60及係'透明之透射式支撑5〇，且^之具體實施例具有 136731.doc •27- 200938768 ’丄磨ο出射窗60及一係（亦）半透明（磨砂聚碳酸酯）之透 射式支樓50’其中冷光材料51提供在透射式支撐之上游面 處。因此，在一特定具體實施例中，透射式支撐50亦半透 明。 在些以上示意性描述之具體實施例中，透射式支撐5〇 及出射窗60係描述為環形及實質上平的特徵（參看圖la至 ^ ;及圖Id中之透射式支撐5〇)0尤其假設一實質上平的 透射式支撐50，透射式支撐5〇可實質上環形，但在另一具 體實施例中亦可為方形，或亦可具有熟習此項技術人士已 知之其他形狀。同樣地，尤其假設一實質上平的出射窗 6〇，該出射窗60可為環形或在另一具體實施例中可為方 形或亦可具有熟習此項技術人士已知的其他形狀。 熟習此項技術人士將會瞭解在本文之術語「實質上」， 如在「實質上所有放射」中或在「實質上由…組成」中。 術語「實質上」亦可包括具有「整個」、「完整」、「所有」 等等之具體實施例。因此’在具體實施例中，亦可實質上 移除形容詞。當可應用時，術語「實質上」亦可係關於 90%或更高，如95%或更高，尤其係99%或更高，甚至更 尤其99.5%或更高’其包括1〇〇%。術語「包括」亦包括其 中術語「包括」意指「由…組成」之具體實施例。在本文 之裝置尤其係在操作期間加以描述。例如，術語「藍色％ 光二極體j指一在其操作期間產生藍色光之發光二極體. 換句話說：發光二極體係配置以發射藍色光。如熟習此項 技術人士將會瞭解，本發明不受限於操作的方法或操_巾 136731.doc -28- 200938768 之裝置。 曰應注意，以上提及之具體實施例為解說而非限制本發 、t %此項技術者應能設計許多替代性具體實祐存丨 而不脫離隨附申請專利範圍之㈣。在技術方案中實= 置於括弧之間的參考符號不應視為限制該申請專利範圍。 動凋包括」及其詞型變化的使用並不排除存在除了一請 ^項中陳述者以外之元件或步驟。於-元件之前的冠詞 —| 」戈 個」並不排除存在複數個此類元件。在列舉 數個構件的该裝置請求項中，可藉由一及相同項硬體來體 現此等構件之數個。在互不相同的相關請求項中引用某些 方法之僅有事實，並不指示不能有利地使用此等方法之組 合0 【圖式簡單說明】 現在僅藉由範例參考所附示意圖說明本發明的具體實施 例’其中對應參考符號指示對應部分，及其中： 圖1 a至1 e示意性地描述一非限制數目之本發明的照明裝 置之可能具體實施例；圖lf在一透視側視圖中示意性描述 具體實施例la或lb ; 圖2描述在一特定照明裝置之光輸出上之透射式支撐（包 含冷光材料）的位置之影響（成為dLL之函數）； 圖3示意性地描述本發明之照明裝置的另一具體實施 例；及 圊4描述本發明之具體實施例相對於在辦公室（TL)照明 下之關閉狀態中的其他系統之色彩外貌。 136731.doc -29- 200938768 僅描述基本元件。熟習此項技術人士已知之其他元件， 如驅動器、另外的光學器件（如濾光器、準直儀、配件等 等）未在示意性圖式中描述。 【主要元件符號說明】
10 照明裝置 11 發光二極體空腔 12 擴散器空腔 15 光 20 發光二極體 30 發光二極體支撐/基板 32 鋁外殼 40 反射器 41 擴散器空腔壁 45 發光二極體空腔壁 50 透射式支撐 51 冷光材料 52 冷光材料塗層 53 上游面/側面 54 下游側面 60 半透明出射窗 63 上游面/側面 64 下游面/侧面 71 蓋 136731.doc -30-

Claims (1)

  1. 200938768 七、申請專利範圍：
    1. 一種照明裝置（1 0)，該照明裝置（1 〇)包含一發光二極體 (20)(LED)，其經配置以發射LED放射（21); —透射式支 撐（50)，其包含一冷光材料（51)，其中該冷光材料（51)經 配置以吸收該LED放射（21)之至少部分及發射冷光材料 放射’其中該LED(20)及該冷光材料（51)經配置以產生一 預定色彩的光，其中該照明裝置（1〇)進一步包含一半透 明出射窗（60) ’其經配置以透射該光之至少部分，其中 相對於該LED(20)，該透射式支撐（5〇)係在該LED(2〇)之 下游，因而提供一大於〇 mm之冷光材料（51)LED(2〇)距 離（dLL)，且該半透明出射窗（6〇)係在該透射式支撐（5〇) 之下游，因而提供一等於或大於〇 mm之冷光材料（51)出 射窗（60)距離（dLW)。 2. 如明求項1之照明裝置（1〇)，其中在該冷光材料（51)及該 出射窗（60)之至少部分間，一材料係配置具有一等於或 小於1.2之折射率。 其中該透射式 3.如别述請求項中任一項的照明裝置（1〇) 支樓（50)包括-有機材料，其係選自由ρΕτ(聚對苯二甲 心乙- ^ )、ΡΕ(聚乙婦）、ρρ(聚丙埽）、pc(聚碳酸醋）、 p(m)ma(聚甲基丙稀酸甲酯）、pEN(聚萘二甲酸乙二酯） 及PDMS(聚雙甲基矽氧烷）組成之群組。 4.如凊求項1或2之照明奘番,,n、 月裝置（10)，其中該透射式支撐（5〇) 包括一無機材料，其孫，联ώA 士 再係選自由玻璃、（熔製）石英、陶瓷 及矽組成的群組。 136731.doc 200938768 5. 6. ❿8. 9. 10. Φ 11. 如請求項1或2之照明裝置（10)，其中該冷光材料（51)之 至少部分包括一透射式陶瓷冷光材料，及其中該透射式 支撐（50)包括該透射式陶瓷冷光材料。 如請求項！或2之照明裝置（10)，其中該冷光材料LED距 離（dLL)係可調整的。 如請求項【或2之照明裝置（10)，其中該冷光材料led距 離（dLL)係在〇.5至50 mm之範圍中，尤其在3至2〇 的 範圍中。 如請求項1或2之照明裝置（10)，其中該冷光材料出射窗 距離（dLW)係在0.01至1〇〇 mm之範圍中，尤其在丨至5〇 mm的紅圍中’更尤其在1〇至3〇 mm的範圍中。 如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該透射式支撐（5〇) 具有一包括一塗層之上游面，其中該塗層包括該冷光材 料（5 1)的至少部分。 如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該半透明出射窗 (60)具有一上游面（63)，其具有一出射窗上游面區域 (AEW1)，及其中該透射式支撐（5〇)具有一上游面，其具 有一透射式支撐上游面區域（AS丨），其中出射窗（6〇)及透 射式支撐（50)具有一表面區域比AEW1/AS1>1 ;尤其 22’更尤其係在3至1〇的範圍内。 如請求項1或2之照明裝置（丨〇 )，其中該透射式支撐（5 〇) 具有一上游面（53),其具有一有效透射式支撐上游面直 徑（DS1)，其中該比dLL/Dsl係在〇〇1至1的範圍内尤 其在〇.〇5至0.5的範圍内，更尤其在〇1至〇4的範圍内。 13673I.doc 200938768 12. 如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該透射式支撐 八有上游面（53)’其具有一有效透射式支樓上游面直 徑（DSl) ’其中該比dLW/DSl係在0.01至1的範圍内，尤 其在〇.1至0.5的範圍内。 13. 如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該半透明出射窗 (60)具有一實質上凸面形狀。 14. 如請求項1或2之照明裝置（10)，其中該透射式支撐（5〇) 具·有一實質上凸面形狀。 ® I5.如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該半透明出射窗 (6〇)具有一實質上平的形狀。 16. 如請求項1或2之照明裝置（1〇)，其中該透射式支撐 具有一實質上平的形狀。 17. 如請求項丨或2之照明裝置（1〇),其中該照明裝置包 括複數個發光二極體（led)，其經配置以發射LED放射 (21)。 Φ 一種用於調諧如前述請求項中任一項之照明裝置（10)之 該光之色點的方法，其中該冷光材料（51)LE]D(20)距離 (dLL)係可調整的，且其中在該發光二極體（2〇mled)之 操作期間，及視需要在不存在該半透明出射窗（6〇)時， 該冷光材料LED距離（dLL)被調整直至一感測器感測到一 預疋色點’其中該感測器經配置以感測由該Led(2〇)及 該冷光材料（51)產生之該光。 1 9. 一種用於調諧如前述請求項中任一項之照明裝置（1 〇)之 該光之色點的方法，其中該透射式支撐（5〇)包括該冷光 136731.doc 200938768 材料（51)之一非均勻分配，其中該透射式支撐（50)係可 活動式，且其中在該發光二極體（20)(LED)之操作期間及 視需要在不存在該半透明出射窗（60)時，該透射式支撐 (5 0)相對於該LED(20)之位置被調整直至一感測器感測到 預定色點，其中該感測器經配置以感測由該LED(20)及 該冷光材料（51)產生之該光。 136731.doc
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