TWI575181B - 光線發射模組 - Google Patents

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Description

光線發射模組
本發明係有關於一種光線發射模組的結構；特別是指一種使紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換材料，提供白色輸出光的光線發射系統之技術者。
應用發光二極體（Light Emitting Diode，或稱LED）形成光源或照明裝置，係已為習知技藝，而被廣泛使用在許多場合或環境。在習知技藝中，為了獲得白色輸出光，投射在展示的環境或商品上，包括了應用藍光LED的光線激發黃色螢光粉或磷光體，產生白光之發光模組；應用紅、藍、綠色LED混合組成白光發光模組等手段。
為了獲得良好的白光顯色性或白色光顯現效果，習知技藝也已揭示了一種應用波長範圍在440nm〜460nm的藍光發光二極體設置一波長轉換材料（例如，波長500nm〜780nm的螢光粉或磷光體），使波長轉換材料將藍光LED的光線轉換成綠〜紅色的有色光，混合一發光波長範圍在400nm〜440nm的深藍光發光二極體，而可獲得“潔白＂的白光輸出效果。
上述技術使波長轉換材料將藍光LED的光線轉換成綠〜紅色的有色光，組合一深藍光LED發射出一定量波長或短波長的深藍光，而獲得白色輸出光；所述深藍光LED的光線沒有經過波長轉換材料來轉換它的波長，並且所述深藍光LED發射的光線不是正常的藍色，才能達到整個發光模組輸出“潔白＂白光的效果。
一個有關這類白光發射模組在結構和應用方面的課題是，習知技藝無法依據商品屬性、環境或應用條件，調整白光發射模組的白光顯現效果或混光不均勻的情形。
代表性的來說，這些參考資料顯示了有關白光發射模組等相關組合結構的設計技藝。如果重行設計考量該白光發射模組的LED和波長轉換材料的組合結構，使其構造不同於習用者，將可改變它的使用型態，而有別於舊法；實質上，也會改善它的應用情形，提高它的白光顯現效果等作用。並且，使習知技藝產生混光不均勻的情形，被儘可能的降到最低。而這些課題在上述的參考資料中均未被教示或具體揭露。
爰是，本發明之主要目的即在於提供一種光線發射模組，提供一較佳的白光顯色性，使該LED光線之波形趨近於傳統鹵素燈之波形，以符合許多應用場合所期望的“顯白＂效果。包括一（電路）基板、設置在基板上的至少一紫外光發射體和藍光發射體；該紫外光發射體的光線波長是380nm〜420nm，藍光發射體的光線波長是440nm〜470nm。以及，佈置一波長轉換層，包含第一波長轉換材料和第二波長轉換材料；第一波長轉換材料用以接收該紫外光發射體發射的光線，激發紫外光發射體的光線產生一可見光；第二波長轉換材料用以接收該藍光發射體發射的光線，將藍光發射體的光線轉換成白光，經混光後而獲得一潔白的總輸出光譜。
根據本發明之光線發射模組，紫外光發射體係一紫外光發光二極體；該藍光發射體係一藍光發光二極體。該波長轉換層的第一波長轉換材料混合第二波長轉換材料，設置或包覆該紫外光發射體和藍光發射體；以及，第一波長轉換材料包含至少一種UV螢光材料，第二波長轉換材料包含至少一種螢光材料。第一波長轉換材料轉換或激發紫外光發射體的光線，產生一期望的可見光（例如，色溫範圍2000K〜18000K的有色光）；第二波長轉換材料轉換或激發藍光發射體的光線，產生一期望的可見光（例如，色溫範圍2000K〜18000K的有色光）。
根據本發明之光線發射模組，紫外光發射體係一紫外光發光二極體；該藍光發射體係一藍光發光二極體。該波長轉換層的第一波長轉換材料形成第一波長轉換層，第二波長轉換材料形成第二波長轉換層；第一波長轉換層和第二波長轉換層相疊合成一複層結構，佈置在紫外光發射體和藍光發射體上或設置在距離該紫外光發射體和藍光發射體一設定高度的位置。
請參閱第1、2及3圖，本發明之光線發射模組包括一成幾何形輪廓的基板，概以參考編號10表示之。基板10選擇一可導電、導熱的金屬基板（例如，銅基板、鋁基板…等）或電路基板、陶瓷基板等；基板10上設置有至少一紫外光發射體20和至少一藍光發射體30。該紫外光發射體20選擇一紫外光發光二極體，光線波長的範圍或光譜範圍是380nm〜420nm；藍光發射體30選擇一藍光發光二極體，光線波長的範圍或光譜範圍是440nm〜470nm。以及，佈置一波長轉換層40，用以至少接收該紫外光發射體20及藍光發射體30發射的光線；並且，激發紫外光發射體的光線產生一可見光，將藍光發射體的光線轉換成白光，經混光後而獲得一潔白的總輸出光譜。
請參考第1、2圖，在所採的實施例中，波長轉換層40包含第一波長轉換材料和第二波長轉換材料。第一波長轉換材料轉換或激發紫外光發射體20產生一期望的可見光（例如，色溫範圍2000K〜18000K的有色光）；第二波長轉換材料轉換或激發藍光發射體30產生一期望的可見光（例如，色溫範圍2000K〜18000K的有色光）。波長轉換層40包括有至少一種螢光材料（例如，螢光粉、螢光劑或磷光體）及/或多種色彩UV螢光材料的組合；例如，綠色、黃色、紅色螢光粉等。
因此，波長轉換層40的第一波長轉換材料包含至少一種UV螢光材料（例如，UV螢光粉、UV螢光劑或UV 磷光體）或多種色彩UV螢光材料的組合，可將紫外光發射體20發射的光線轉換成白光或其他有色光（例如，綠〜紅色等可見光或發光波長範圍500nm〜660nm的有色光）；以及，波長轉換層40的第二波長轉換材料包含至少一種螢光材料，將藍光發射體30發射的光線轉換成白光，而使整個光線發射模組獲得潔白白色的總輸出光譜。
較佳的，上述可見光的波長範圍包括了520nm〜560nm的綠色可見光和610nm〜650nm的紅（橙）色可見光等兩個主要波段。
第2圖描繪了波長轉換層40的第一波長轉換材料混合第二波長轉換材料，設置或包覆該紫外光發射體20和藍光發射體30的結構型態。可了解的是，波長轉換層40也可設置在距離紫外光發射體20和藍光發射體30一設定高度的位置。
請參閱第2A圖、第3圖，在一個可行的實施例中，該波長轉換層40的第一波長轉換材料形成第一波長轉換層41；第二波長轉換材料形成第二波長轉換層42。第2A圖顯示了第一波長轉換層41和第二波長轉換層42相疊合成一複層結構，設置在距離該紫外光發射體20和藍光發射體30一設定高度的位置（或佈置在紫外光發射體20和藍光發射體30上）。第3圖顯示了第一波長轉換層41佈置在紫外光發射體20上；第二波長轉換層42佈置在藍光發射體30上的結構型態（或使第一波長轉換層41和第二波長轉換層42分別設置在距離該紫外光發射體20和藍光發射體30一設定高度的位置）。
因此，紫外光發射體20發射的紫外光激發第一波長轉換層41的UV螢光材料，而轉換產生白光或綠〜紅色可見光（例如，發光波長範圍500nm〜660nm的有色光）。第二波長轉換層42主要包括有黃色螢光粉；藍光發射體30發射的藍光激發第二波長轉換層42，而轉換產生白色輸出光；並且，所述白色輸出光和上述紫外光發射體20、第一波長轉換層41轉換產生的白光或綠〜紅色可見光混合輸出，而建立一具有較佳的白光顯色性之光線發射模組。
從第2、2 A、3圖可了解到，第2圖的波長轉換層40可將至少一種螢光材料組合至少一種UV螢光材料；第2A圖係將波長轉換層40（或第一波長轉換層41、第二波長轉換層42）設成複層或至少二層的結構；第3圖係將第一波長轉換層41、第二波長轉換層42分別設置在紫外光發射體20、藍光發射體30上的結構。
第3A圖描繪了該第一波長轉換材料或第一波長轉換層41應用了藍光UV螢光材料的情形；橫軸是波長（nm），縱軸是強度。圖中的光譜A顯示了藍光發射體30組合第二波長轉換層42的光線波長輸出範圍；光譜B顯示了紫外光發射體20組合第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的光線波長輸出範圍。因此，紫外光發射體20和第一波長轉換材料（或第一波長轉換層41）提高了藍光輸出量。
第3B圖描繪了該第一波長轉換材料或第一波長轉換層41應用了綠光UV螢光材料的情形。圖中的光譜A顯示了藍光發射體30組合第二波長轉換層42的光線波長輸出範圍；光譜C顯示了紫外光發射體20組合第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的光線波長輸出範圍。因此，紫外光發射體20和第一波長轉換材料（或第一波長轉換層41）提高了綠光輸出量。
第3C圖描繪了該第一波長轉換材料或第一波長轉換層41應用了紅光UV螢光材料的情形。圖中的光譜A顯示了藍光發射體30組合第二波長轉換層42的光線波長輸出範圍；光譜D顯示了紫外光發射體20組合第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的光線波長輸出範圍。因此，紫外光發射體20和第一波長轉換材料（或第一波長轉換層41）提高了紅光輸出量。
第3D圖描繪了該第一波長轉換材料或第一波長轉換層41包含有藍光UV螢光材料、綠光UV螢光材料和紅光UV螢光材料的情形。圖中的光譜A顯示了藍光發射體30組合第二波長轉換層42的光線波長輸出範圍；光譜B顯示了紫外光發射體20的光線激發第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的藍光UV螢光材料之藍光波長輸出範圍；光譜C顯示了紫外光發射體20的光線激發第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的綠光UV螢光材料之綠光波長輸出範圍；光譜D顯示了紫外光發射體20的光線激發第一波長轉換材料或第一波長轉換層41的紅光UV螢光材料之紅光波長輸出範圍。
請參閱第3E圖，上述光譜A、B、C、D共同獲得了光譜E的光線波長輸出範圍。圖中也顯示了光譜E的範圍接近於鹵素燈的光譜F的範圍；因此，可了解上述應用紫外光發射體20和藍光發射體30組合波長轉換層40（例如，第一波長轉換材料、第二波長轉換材料或第一波長轉換層41、第二波長轉換層42），可獲得如鹵素燈的白光顯現效果，而明顯優於習知技藝的白光輸出效果。
請參閱第1、2及3圖，顯示了該基板10設置在一導光器50的底部53；所述導光器50係一光學反射元件，包括有一反射壁51和連接反射壁51的開口52（或出光孔徑）。反射壁51係一具有反射材料的反射層；例如，可選擇金屬表面反射層或其他材料構成反射效果的組織結構。以及，反射壁51以一參考軸χ為基準，形成一碗狀輪廓、拋物線輪廓或其他幾何形輪廓的型態。
在一個可行的實施例中，該波長轉換層40可設置在距離紫外光發射體20及/或藍光發射體30一設定高度的位置；例如，導光器50的開口52位置。
請參考第4圖，基板10上設置了複數個排列配置的紫外光發射體20和藍光發射體30，形成串聯及/或並聯的電性聯接，而共同建立一發光串列的光線發射模組；紫外光發射體20和藍光發射體30的設置比例是1：2。第5圖顯示了該光線發射模組輸出的光譜圖；也就是說，經測試後，所述實施例可讓整個光線發射模組的色彩顯現指數（CRI）達到80。
請參閱第6圖，在一個修正的實施例中，基板10上設置了複數個排列配置的紫外光發射體20、藍光發射體30和複數個副光發射體60，形成串聯的電性聯接，而共同建立一發光串列的光線發射模組。副光線發射體60選擇一紅光發光二極體（或綠光發光二極體、藍光發光二極體），提供光線波長的範圍或光譜範圍是610nm〜650nm（或500nm〜580nm、450nm〜500nm），使整個光線發射模組的演色性被儘可能的提高，並且增加白色物品顯現原色彩的效果；例如，第7圖的光譜圖所描繪的情形。也就是說，第6圖揭示的實施例可讓整個光線發射模組的色彩顯現指數達到90。
可了解的是，副光線發射體60可包括紅光發光二極體、綠光發光二極體、藍光發光二極體的組合，而混合形成白光輸出。副光線射體60也可組合波長轉換層40，使波長轉換層40接收該副光線發射體60發射的光線，而轉換產生白光或綠〜紅色可見光。
在一個衍生的實施例中，假設基板10上只設置了（複數個）紫外光發射體20，並且使波長轉換層40包含至少三種UV螢光材料（或UV螢光粉、UV螢光劑、UV磷光體等）；UV螢光材料可選擇紅光、綠光、藍光UV螢光粉等。紫外光發射體20發射的光線會分別激發波長轉換層40的紅光、綠光、藍光螢光材料，轉換產生紅光光線、綠光光線、藍光光線，而混合形成白光輸出。
在上述的衍生實施例中，假設波長轉換層40設置或包覆在數個紫外光發射體20上，其他的紫外光發射體20沒有組合設置波長轉換層40，而直接發射出紫外光；則組合設置有波長轉換層40的紫外光發射體20會激發出紅光光線、綠光光線、藍光光線所共同形成的白光；所述白光會和上述其他紫外光發射體20發射出的紫外光混合輸出。
代表性的來說，這光線發射模組在具備有提供白光輸出效果的條件下，相較於舊法而言，係包括了下列的優點和考量： 1. 該光線發射模組或其相關結合組件（例如，紫外光發射體20、藍光發射體30組合波長轉換層40或使紫外光發射體20、藍光發射體30發射的光線分別激發該包含有UV螢光粉的第一波長轉換材料（第一波長轉換層41）、第二波長轉換材料（第二波長轉換部42）；配合基板10設置導光器10等部份）在使用和結構設計、組織關係等，已被重行設計考量，使其不同於習用的LED和波長轉換材料的組合結構，而有別於舊法；並且，改變了它的使用型態和應用範圍，也明顯提高了它的白光顯現效果，使習知技藝產生混光不均勻的情形，被儘可能的降到最低。 2. 特別是，從上述第3A〜3E圖可了解這光線發射模組提供的白光輸出效果或顯色性等，明顯可改善習知技藝無法依據商品屬性、環境或應用條件，調整白光顯現效果或波長輸出範圍的情形。
故，本發明係提供了一有效的光線發射模組，其技術特徵係不同於習知者，且具有舊法中無法比擬之優點，係展現了相當大的進步，誠已充份符合發明專利之要件。
惟，以上所述者，僅為本發明之可行實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧基板
20‧‧‧紫外光發射體
30‧‧‧藍光發射體
40‧‧‧波長轉換層
41‧‧‧第一波長轉換層
42‧‧‧第二波長轉換層
50‧‧‧導光器
51‧‧‧反射壁
52‧‧‧開口
53‧‧‧底部
60‧‧‧副光線發射體
A、B、C、D、E、F‧‧‧光譜
χ‧‧‧參考軸
第1圖係本發明光線發射模組設置組合導光器之結構示意圖。
第2圖係第1圖之局部結構示意圖；顯示了該紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層、基板等部份之結構情形。
第2A圖係本發明之一實施例之結構剖視示意圖；描繪了該波長轉換層設置在距離紫外光發射體、藍光發射體一設定高度之結構情形。
第3圖係本發明之一實施例之結構剖視示意圖；描繪了該紫外光發射體、藍光發射體分別設置波長轉換層之結構情形。
第3A圖係本發明光線發射模組之一光譜示意圖；顯示紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層的光線波長輸出範圍。
第3B圖係本發明光線發射模組之另一光譜示意圖；顯示紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層的光線波長輸出範圍。
第3C圖係本發明光線發射模組之又一光譜示意圖；描繪紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層的光線波長輸出範圍。
第3D圖係本發明光線發射模組之再一光譜示意圖；顯示紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層的光線波長輸出範圍。
第3E圖係本發明光線發射模組之一光譜示意圖；描繪紫外光發射體、藍光發射體組合波長轉換層的光線波長輸出範圍和鹵素燈光譜的情形。
第4圖係本發明之一修正實施例之結構示意圖；顯示了基板配置了複數個排列配置的紫外光發射體、藍光發射體的結構情形。
第5圖係本發明光線發射模組之一光譜示意圖。
第6圖係本發明之另一修正實施例之結構示意圖；描繪了基板配置了複數個排列配置的紫外光發射體、藍光發射體和複數個副光發射體的結構情形。
第7圖係第6圖實施例之光譜示意圖。
10‧‧‧基板
20‧‧‧紫外光發射體
30‧‧‧藍光發射體
40‧‧‧波長轉換層
50‧‧‧導光器
51‧‧‧反射壁
52‧‧‧開口
53‧‧‧底部
χ‧‧‧參考軸

Claims (18)

  1. 一種光線發射模組，包括：一基板；設置在基板上的至少一紫外光發射體和藍光發射體；該紫外光發射體的光線波長是380nm~420nm，藍光發射體的光線波長是440nm~470nm；在紫外光發射體和藍光發射體的光線路徑上，佈置一波長轉換層，波長轉換層具有第一波長轉換材料和第二波長轉換材料；第一波長轉換材料包含至少一種UV螢光材料，第二波長轉換材料包含至少一種螢光材料；第一波長轉換材料接收轉換紫外光發射體的光線，產生一色溫範圍2000K~18000K的有色光，所述的有色光包含白光、綠到紅色可見光的其中之一，其發光波長範圍是500nm~660nm；第二波長轉換材料接收激發藍光發射體的光線，將藍光發射體的光線轉換產生一色溫範圍2000K~18000K的白光；經混光後而獲得一白光總輸出光譜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光線發射模組，其中該紫外光發射體是一紫外光發光二極體；藍光發射體是一藍光發光二極體；該第一波長轉換材料包括藍光、綠光、紅光UV螢光材料的至少其中之一；以及該第二波長轉換材料包括黃、綠、紅螢光材料的至少其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該第一波長轉換材料混合第二波長轉換材料，設置在紫外光發射體、藍光發射體上和波長轉換層設置在距離紫外光發射體、藍光發射體一設定高度位置的其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料形成第一波長轉換層；第二波長轉換材料形成第二波長轉換層；第一波長轉換層和第二波長轉換層相疊合成一複層結構；以及第一波長轉換層，第二波長轉換層設置在紫外光發射體、藍光發射體上和第一波長轉換層，第二波長轉換層設置在距離紫外光發射體、藍光發射體一設定高度位置的其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料形成第一波長轉換層；第二波長轉換材料形成第二波長轉換層；第一波長轉換層佈置在紫外光發射體上和設置在距離該紫外光發射體一設定高度位置的其中之一；第二波長轉換層佈置在藍光發射體上和設置在距離該藍光發射體一設定高度位置的其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料將紫外光發射體發射的光線轉換成的有色光包括了520nm~560nm的綠色可見光和610nm~650nm的紅色可見光兩個波段。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料將紫外光發射體發射的光線轉換成的有色光包括了520nm~560nm的綠色可見光和610nm~650nm的紅色可見光兩個波段。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料將紫外光發射體發射的光線轉換成的有色光包括了520nm~560nm的綠色可見光和610nm~650nm的紅色可見光兩個波段。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之光線發射模組，其中該波長轉換層的第一波長轉換材料將紫外光發射體發射的光線轉換成的有色光包括了520nm~560nm的綠色可見光和610nm~650nm的紅色可見光兩個波段。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該紫外光發射體組合第一波長轉換材料、藍光發射體組合第二波長轉換材料，共同獲得一光譜；以及所述光譜的範圍相同於鹵素燈的光譜範圍。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之光線發射模組，其中該紫外光發射體組合第一波長轉換材料、藍光發射體組合第二波長轉換材料，共同獲得一光譜；以及所述光譜的範圍相同於鹵素燈的光譜範圍。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之光線發射模組，其中該紫外光發射體組合第一波長轉換材料、藍光發射體組合第二波長轉換材料，共同獲得一光譜；以及所述光譜的範圍相同於鹵素燈的光譜範圍。
  13. 如申請專利範圍第5項所述之光線發射模組，其中該紫外光發射體組合第一波長轉換材料、藍光發射體組合第二波長轉換材料，共同獲得一光譜；以及所述光譜的範圍相同於鹵素燈的光譜範圍。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該基板是一金屬基板、電路基板和陶瓷基板的其中之一，設置在一導光器的底部；導光器係一光學反射元件，包括有一反射壁和連接反射壁的開口；反射壁係一具有反射材料的反射層；以及 反射壁以一參考軸為基準，形成一幾何形輪廓的結構。
  15. 如申請專利範圍第1或2項所述之光線發射模組，其中該基板設置了複數個排列配置的紫外光發射體和藍光發射體，形成串聯和並聯至少其中之一的電性連接，而共同建立一發光串列的光線發射模組。
  16. 如申請專利範圍第3項所述之光線發射模組，其中該基板上設置了複數個排列配置的紫外光發射體和藍光發射體，形成串聯和並聯至少其中之一的電性連接，而共同建立一發光串列的光線發射模組。
  17. 如申請專利範圍第4項所述之光線發射模組，其中該基板上設置了複數個排列配置的紫外光發射體和藍光發射體，形成串聯和並聯至少其中之一的電性連接，而共同建立一發光串列的光線發射模組。
  18. 如申請專利範圍第5項所述之光線發射模組，其中該基板上設置了複數個排列配置的紫外光發射體和藍光發射體，形成串聯和並聯至少其中之一的電性連接，而共同建立一發光串列的光線發射模組。
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