TWI760303B - 白光照明用之ｌｅｄ照明單元、材料及光學組件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於適用於照明單元以得到白光照明或接近白光照明之材料及其形成的光學組件，其包括利用一或多種發光二極體(LED)作為光源之照明單元。

Description

白光照明用之LED照明單元、材料及光學組件
本發明大抵係關於照明系統與相關技術。更具體地說，本發明係關於適用於照明單元以得到白光照明或接近白光照明之材料及光學組件，特定實例包括利用一或多種發光二極體(LED)作為光源之照明單元。
LED燈(有時稱為「燈泡」)提供各式各樣優於傳統白熾燈與螢光燈之優點，包括但不限於預期壽命較長、高能量效率、與不需時間加熱就全亮。如該領域內已知的，LED(此處所用者還可包含有機LED，或OLED)是將電能轉變為包括可見光的電磁輻射(波長約400至750nm)之固態半導體裝置。LED典型上包含摻雜雜質以產生P-N接面的半導體材料晶片(晶粒)。LED晶片電連接陽極與陰極，通常陽極與陰極被安裝在封裝內。由於，和其他燈(例如白熾燈或螢光燈)相比，LED發射在較窄光束中的更加定向性之可見光，傳統上業已將LED應用 於例如汽車照明、顯示器照明、安全/緊急性照明、與定向區域照明的應用上。然而，LED技術之發展業已使以LED為基礎的高效率照明系統在傳統上利用其他照明源型式之照明應用(包括以前利用白熾燈與螢光燈提供的全向照明應用)上能找到更加寬廣的用途。所以，LED越來越多地被用於在住宅設施、商業設施與市政設施中之區域照明應用上。
圖1表示一種適用於區域照明應用之以LED為基礎的照明單元之非限定性商業實例。照明單元(以下稱為燈)10被表示成被配置以提供近全向照明能力的General Electric Energy SmartTM LED燈泡或燈(ANSI A19型)。各式各樣其他結構之以LED為基礎的照明單元也是已知的。圖1中所示之燈10包含透明或半透明罩或外殼12、Edison型螺紋底座連接器14、在外殼12與連接器14之間的外殼或底座16、及加強輻射與對流熱傳到周遭環境之散熱鰭片18。
以LED為基礎的光源(通常是含有多個LED裝置之LED陣列)典型上位於接近底座16的外殼12下端。由於LED裝置發射在狹窄波長帶中之可見光(例如綠光、藍光、紅光等)，所以在LED燈中通常把不同LED裝置組合合併(或更典型為把LED與磷光體合併)以產生各式各樣燈光顏色，包括能被一般人眼感知為白光的照射。可把LED裝置安裝在被安裝至底座16或在底座16內之托架上，及可被(例如)用保護罩(通常由折射 率匹配物質形成)封裝在該托架上，以強化從LED裝置提取可見光的效率。舉一個非限定性實例來說，圖2表示一型的LED裝置20之一部分，其包含用作包封著被安裝在印刷電路板(PCB)26上的LED晶片24之透光或半透光外殼作用的圓頂22。也可使用磷光體以發射由LED產生之光以外的顏色之光。在這種情況下，圓頂22內表面可設有含有磷光體組成物的塗層28，在這種情況下，可利用該磷光體組成物吸收由LED晶片24發射之電磁輻射(例如藍色可見光、紫外光(UV)、或近可見光區的紫外光(NUV))，而導致該磷光體組成物激發以產生穿過圓頂22發射之可見光。另外，可用塗層把LED晶片24封裝在PCB 26上，而該塗層可隨意地含有磷光體組成物，以用於需要將LED-磷光體與LED磊晶(epi)晶圓或晶粒製造合併在一起的實施方式。
圖1中所示之外殼12為實質球形或橢球形的，以促進燈10以近全向方式發射可見光之能力。外殼12可由使該外殼12能起光擴散器作用之材料形成，以更加促進近全向照明能力。舉一個非限定性實例來說，外殼12可為或可包括含有一對半球形擴散器的組件，在該一對半球形擴散器之間可配置內反射器(未顯示)，以將LED裝置產生的可見光導入外殼12內部，一部分所產生之光被反射器反射到較接近底座16的半球形擴散器中，透過該擴散器把反射光散佈到燈10周遭的環境。剩餘的所產生之光穿過在反射器中的開口而進入第二個半球形擴 散器中，透過該擴散器把穿過之光散佈到燈10周遭的環境。通常用來製造擴散器之材料可包括聚醯胺(尼龍)、聚碳酸酯(PC)、與/或聚丙烯(PP)，該材料典型上可含有填料(例如氧化鈦TiO2)以促進可見光的折射，藉此實現白色反射外觀。外殼12之內表面可設有塗層(未顯示)，例如，含有磷光體組成物的塗層。
如上述，當前實現白光照明之方法包括LED之組合，其產生不同顏色的光以產生能被一般人眼感知為白光之光譜功率分佈。例如，利用把紅光、綠光與藍光LED設置在彼此鄰近及適當地調節其輸出，而產生看起來是白光的光。如上述，另一種方法包含把LED與某些磷光體合併。舉一個非限定性實例來說，某些黃色磷光體塗層(例如，摻雜鈰(III)的釔鋁石榴石(YAG；Y3Al5O12：Ce3+)或鎦鋁石榴石(LuAG；Lu3Al5O12：Ce3+)磷光體)能將LED發射之短波長(例如，約450至470奈米的藍光波長)轉變以產生在從綠光至紅光範圍內的發光，而磷光體塗層之輸出大部分看起來是黃光。和剩餘的該LED產生之藍光合併，LED/塗層之組合產生之可見光的顏色看起來是白光。可進一步把這樣「藍光LED」與「黃光磷光體」(與在某些情況下是「綠光磷光體」)組合與「紅光磷光體」(例如，以CaAlSiN3(CASN)為基礎的磷光體)合併，以產生能被一般人眼感知為白光的光。
儘管可利用不同LED裝置與/或磷光體組合以 促進LED燈產生白光效應的能力，然而當評估燈所產生之白光品質時典型上考慮另外的因素。例如，通常最好調節在某些應用使用之燈的可見光輸出以實現所欲演色性指數，該演色性指數用作為光源忠實度之衡量，即，當和參考(理想或天然的)光源相比時光源之真實性有多少。天然的室外光被認為具有100的CRI值，而80或更佳的CRI值通常被認為足夠使一般應用(例如辦公室)用之色彩強度增加到最大限度。以LED為基礎的燈考慮之另一種指數是色飽和度指數(CSI)，色飽和度指數是指示光使色彩鮮明且可輕易區別的能力之統計上的指標。而對某些要求白光照明的應用而言，通常最好是低CSI位準(例如，低於零的CSI值)以避免感知明顯之顏色偏移(以色彩忠實度指數(CFI)統計地表示)或使之減到最少，在某些情況中的白光照明應用上，某些色彩飽和位準可具有令人滿意之效果。
本發明提供以LED為基礎之照明單元與適用於照明單元以得到白光照明或接近白光照明，同時還實現零或更大的CSI值之光學組件及其材料。
根據本發明之一態樣，以LED為基礎的照明單元包括產生藍光之以LED為基礎的光源，與光學組件和在該光學組件上之讓藍光穿過的磷光體塗層。該磷光體塗層至少含有黃色磷光體與紅色磷光體。由於該磷光體塗 層被藍光照明，而導致該黃色磷光體將至少一部分之該藍光轉變以產生包括黃光的發光，和該紅色磷光體發射紅光，及該黃光、該紅光、與該藍光未被轉變部分合併產生可見光，該可見光能被一般人眼感知為白光且特色為約零或更大的CSI值。
本發明之另外的態樣包括利用與製造Nd-O-F化合物或含有Nd3+離子之釹氧氟化合物，其中將該Nd-O-F化合物或釹氧氟化合物併入形成至少一部分之讓藍光穿過的光學組件之材料中。該Nd-O-F化合物或釹氧氟化合物能促進與該光學組件之材料的折射率匹配或不匹配，以分別使穿過該光學組件之藍光的光散射減到最少或提升，和以過濾一部分之該黃光，同時保持或賦予約零或更大的CSI值。
上述照明單元、光學組件及材料之技術效果較佳地包括把一或多種以LED為基礎的光源用於產生能被一般人眼感知為白光之可見光的能力，及用於促進該可見光之CSI值以促進某些照明效應。
從下列詳細說明會更瞭解本發明之其他態樣與優勢。
10‧‧‧照明單元(燈)
12‧‧‧罩或外殼或擴散器
14‧‧‧Edison型螺紋底座連接器
16‧‧‧外殼或底座
18‧‧‧散熱鰭片
20‧‧‧LED裝置
22‧‧‧圓頂
24‧‧‧LED晶片
26‧‧‧印刷電路板(PCB)
28‧‧‧塗層
圖1表示一種能從含有光學組件獲益之型式的以LED為基礎之照明單元，該光學組件包括根據本發明之一個非限定性實施方式的磷光體。
圖2表示一種能用於以LED為基礎之照明單元(例如圖1所示的型式)之型式的LED裝置之局部剖面圖。
圖3是表示一種以LED為基礎之燈的光譜功率分佈圖，該燈利用藍光LED及黃色與紅色磷光體組合物以產生光，該光能被一般人眼感知為白光且特色為少於零的CSI值。
圖4是表示一種以LED為基礎之燈的光譜功率分佈圖，該燈利用藍光LED及改良型黃色與紅色磷光體組合物以產生光，該光能被一般人眼感知為白光且特色為約零的CSI值。
圖5含有二張表，該二張表證明對在從綠光至藍光範圍內之波長而言，用圖4的以LED為基礎之燈所實現之CSI值比用圖3的以LED為基礎之燈所實現之CSI值更高。
圖6是將氧化釹、氟化釹、與釹氧氟化合物之吸收光譜作比較的圖。
圖7、8與9含有表示可被進行以產生釹氧氟化合物的三種不同方法之步驟的流程圖。
下列詳細說明乃指特定顏色之磷光體與LED，例如藍光LED、黃色磷光體、紅色磷光體等。此處有關磷光體與LED及其產生之光的術語之用途與定義應 理解為指該LED或磷光體之能被一般人眼感知的電磁發光之主色，應理解該LED或磷光體的輸出可包含比可能理解之可見光光譜的特定顏色之波長範圍更大或更小的波長範圍。此外，術語「白光」與「白光照明」應理解為指能被一般人眼感知為白光的光，和「以LED為基礎」之燈與照明單元被用來指包含作為光源的LED之照明設備。下列詳細說明也專門是指圖1中所示的以LED為基礎之照明單元10及圖2中所示的LED裝置20。然而，應瞭解各式各樣其他結構的照明單元與LED裝置也屬於本發明之範圍內。
本發明提供以LED為基礎之燈與適用於照明單元以得到白光照明或接近白光照明，及實現相對高的CSI(色飽和度指數)值(通常約零或更大的值)之光學組件及其材料。此處所用之光學組件是具有至少一部分能讓可見光穿過以提供照明效應的物件。根據本發明之一較佳但非限定性態樣，圖1中所示的以LED為基礎之照明單元10旨在實現白光照明，及為此目的，LED晶片24是發射包括藍色可見光(「藍光」)之短波長LED，及和含有某些磷光體的磷光體組成物併用，該某些磷光體吸收一部分之藍光而導致該磷光體中至少一者激發以產生穿過圓頂22發射之可見光。此外或可替代地，可用塗層把LED晶片24封裝在印刷電路板(PCB)26上，而該塗層可隨意地含有需要將LED-磷光體與LED磊晶(epi)晶圓或晶粒製造合併在一起的實施方式用之磷光體組成物的全部或 一部分。此外或可替代地，可預見該磷光體組成物之全部或一部分可併入圖1的照明單元10之外殼/擴散器12中。LED裝置的圓頂與封裝物、照明單元之外殼/擴散器、及有意讓光穿過以提供照明效應的其他光學組件在下列詳細說明中全部被稱為光學組件。
可用作為LED晶片24之短波長LED的非限定性實例包括產生包括約450至470奈米之波長的波長範圍的LED，其之特定但非限定性實例包括InGaN LED。
可和本發明連用的磷光體組成物之非限定性實例含有至少一種黃色磷光體與至少一種紅色磷光體，二者可一起存在於單一塗層中，或一起或分別存在於多個塗層中。黃色磷光體之非限定性實例包括摻雜鈰(III)的釔鋁石榴石(YAG；Y3Al5O12：Ce3+)、鎦鋁石榴石(LuAG；Lu3Al5O12：Ce3+)、Tb3Al5O12：Ce3+、與CaGa2S4：Eu2+磷光體，該黃色磷光體能把LED裝置24發射之藍光(例如，發射在約400至約470nm範圍內的波長)轉變以產生包括黃光(例如，約500至約600nm的波長)的發光，但是在該黃色磷光體塗層的輸出(主要是黃光)下可為在從綠光至紅光範圍內(例如，約510至約650nm的波長)之發光。所以，LED裝置24與磷光體組成物的黃色磷光體實現的效應被稱為藍移的黃色(BSY)之效應。
紅色磷光體之非限定性實例包括紅色氮化物磷光體，其之非限定性實例是以CaAlSiN3(CASN)為基 礎的磷光體，該磷光體發射紅光且可包括約570至約700nm之波長。和剩餘的LED裝置24產生之藍光合併，LED裝置20產生的或至少照明單元10產生的可見光顏色被一般人眼感知為白光。根據本發明之一較佳態樣，該白光特色為約零或更大的CSI值，從統計角度指出(若可識別的話)組成該白光之個別波長帶(單色光)是鮮明且可輕易區別的。具有某種色飽和度位準之白光照明會有令人滿意之效果的情況包括顯示器與各式各樣在住宅設施、商業設施與市政設施中的區域照明應用，例如能利用從GE Lighting買得到之revealTM系列白熾燈泡的應用。
圖3含有繪示「標準型」以LED為基礎的燈之光譜功率分佈(SPD)的圖，該燈利用藍光LED裝置及黃色與紅色磷光體組合物以產生被一般人眼感知為白光之光。該LED裝置是含有「藍幫浦(blue pump)」LED(例如，約450nm)的封裝物，該黃色磷光體是YAG，及該紅色磷光體是以氮化物為基礎之CaAlSiN3：Eu。該黃色磷光體可以將該LED裝置發射的藍光轉變以產生包括黃光的發光(即BSY組合)。將黃色與紅色磷光體直接施加於該LED封裝物或直接施加成為位於該封裝物之外的「遠距」塗層。該燈發射之可見光(「合併光」)是CCT(相關色溫)2700K的暖白光，且特色為少於零之CSI值(具體地說-16)，其對應於相對高的色彩忠實度指數(CFI)(指示沒有感知明顯之顏色偏移)。
圖4是表示「改良型」以LED為基礎之燈的 SPD相似圖，該燈利用與被用來產生圖3之數據的相同藍光LED裝置及相同黃色與紅色磷光體。然而，該黃色與紅色磷光體之相對量比用來產生圖3的SPD之相對量有所修改。該燈發射之可見光(「合併光」)是(CCT約2900K)暖白光，但特色為約零之CSI值。和圖3的可見光「合併光」相比，我們推斷較高CSI值與白光的較低峰值及大於約530nm之波長(特別是在約550至610nm範圍內的波長)之較低白光位準有關連。從圖形看出，在此範圍內的白光同時還伴有在藍光與黃光發射峰值之間(特別是在包括約460至580nm的波長範圍內)之白光的曲線圖中發現之「拐點」(或在合併光譜中的轉折點)。在本實例中，在合併光譜中的轉折點出現在約500nm與約550nm之間。此外，在圖4中繪示之數據指出在黃光與紅光的峰值波長中之偏移，其特色為各者峰值波長比在圖3中繪示之峰值波長更低。
在圖5中的數據報告了組成圖3與4之白光的個別波長帶(單色光)之CSI值，我們認為在圖5中的數據指出較高的CSI值。在圖5中之數據證實在對應於綠光、藍綠光、與藍光的波長方面，圖4之「改良型」燈比圖3之「標準型」燈高得多，這指出在能被人眼感知的情況下，這些波長是鮮明且可輕易區別的。
從這些結果來看，我們認為必須藉由有意地控制被分別用於產生黃光與紅光的黃色與紅色磷光體之比例來控制由BSY效應產生的黃光與由紅色磷光體產生的 紅光之比例，以實現零或更大的CSI值。根據圖5中之數據，我們認為這比例(黃色磷光體：紅色磷光體)的適當範圍以頻譜加權計是約1：2至約2：1，取決於考慮設計之目標色坐標。在該LED裝置利用BSY-紅色磷光體組合情況下，我們認為這範圍是特別合適且有效的，此處所用之BSY-紅色磷光體組合乃指和將一部分的藍光LED裝置發射之藍光轉變而產生黃光的黃色磷光體併用之紅色磷光體。
根據圖5中的數據，進一步的結論是在實現較高的CSI值之在BSY-紅色磷光體組合中的黃色與紅色磷光體之相對量也可以補償可另外用來促進包括綠光、藍綠光、與/或藍光的波長之發光的其他化合物。這樣令人滿意的照明效應之值得注意的實例是用上述revealTM系列白熾燈泡實現，該燈泡被製造成具有由摻雜氧化釹(Nd2O3)的玻璃形成之外夾套以過濾某些光的波長，特別是就過濾黃光波長能力而論。這樣已知的白熾燈之外夾套的氧化釹含量可以選擇性地改良由白熾燈泡產生之白光的視覺外觀與光譜功率分佈，及，為此目的實現在綠光、藍綠光、與/或藍光中可感知的增加。由於在圖5中所示之增強綠光、藍綠光、與藍光波長的CSI值緣故，我們認為用圖4之「改良型」燈實現了稍微類似的效果。因此，在可將氧化釹或另一種以釹為基礎的化合物與以LED為基礎的照明單元連用(例如，把氧化釹併入LED晶片24之圓頂22中，或併入LED晶片24的封裝物中，或併入 照明單元10之外殼/擴散器12中)以促進令人滿意的照明效應之應用上，藉由適當地調節黃色與紅色磷光體的量以實現相對高之CSI值(例如零或更高)可將實現這樣效果另外需要之釹的量減少或省略。
除了調節在BSY-紅色磷光體組合中之黃色與紅色磷光體的量之外，以釹為基礎的化合物也已經被認為適合併入LED裝置或照明單元中以產生白光(特色為約零或更高的CSI值)，如圖4與5中所述。特別地，可利用釹氧氟化合物，以使該釹氧氟化合物能夠與BSY-紅色磷光體組合互補以實現高CSI值同時也導致令人滿意之照明效應的方式(例如類似用該revealTM系列白熾燈泡實現之方式)，控制氧化釹(Nd2O3)與氟化釹(NdF3)的相對量。含有Nd3+離子源之Nd-F與Nd-X-F化合物已經被認定對提供濾光效應有效，特別是過濾在黃光波長範圍內的可見光(例如在約560至約600奈米範圍內之波長)。此處所用之「Nd-F」化合物是由Nd與F組成的化合。Nd-X-F化合物是包含Nd、F與X之化合物，其中X是與釹形成化合物的至少一種元素(例如氧、氮、硫、氯等)、或與氟形成化合物的至少一種Nd以外之金屬元素(例如Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba、與Y)、或上述元素的組合。Nd-X-F化合物之一個實例是NdOxFy，其中x是從0到少於1.5，及y是從約0.1到3，和x與y被選擇以使得該Nd是三價的。在x是0之極端情况下，則y=3，及該化合物是NdF3。另一個實施方式是x是1 與y是1，則該化合物是NdOF。可用於本發明之實施方式的某些種類之釹化合物包括Nd-M-F與Nd-X-F與Nd-O-F化合物，其之描述參見共同擁有的國際申請PCT/CN2015/070191，此案申請日為2015年1月6日(GE Docket 274946)及共同擁有的國際申請PCT/CN2014/088116，此案申請日為2014年10月8日(GE Docket 275441)，以引用方式將二案併入本案。
圖6是表示氧化釹(Nd2O3)、氟化釹(NdF3)、與釹氧氟化合物(NdOxFy)的光透射圖。圖6證實彼等在光透射方面之相似性，特別是就過濾黃光波長，例如，在約550至約610nm範圍內之波長的能力而論。圖6證實Nd2O3、NdF3、與NdOF(NdF3與Nd2O3莫耳比約1：1)的吸收峰彼此稍微偏移，及證實NdF3與NdOF在黃橙光區(約560至590nm之波長)中顯出比Nd2O3更大的吸收。此外，NdF3在藍綠光區(約500至520nm之波長)與紅光區(約720至750nm之波長)中顯出大得多的吸收。從圖6得到之結論是NdOF提供優異的特性組合，包括吸收在黃橙光區中的波長，但在藍綠光區與紅光區中沒有和NdF3有關連之吸收度的能力。
我們認為可控制在Nd-O-F化合物中之NdF3與Nd2O3濃度比例以決定在可見光區中的Nd-O-F化合物吸收區(對應於上述較高之CSI值)，及CRI與R9分數(深紅演色性指數)可能增加和CCT可能減少，以實現如上述之使用BSY-紅色磷光體組合以產生白光及進一步 使用含有NdOF(Nd-O-F化合物)的光學組件之LED裝置或照明單元的零或更大的CSI值。所以，儘管我們認為用摻雜Nd-F化合物之Nd-O化合物以產生Nd-O-F化合物(含有至少0.1%至多約99%的NdF3，剩餘則實質上或完全為Nd2O3)可實現足夠之濾光效應，然而我們還是認為用經評估的NdOF可實現令人滿意之濾光效應。可用來產生這樣Nd-O-F(即NdOxFy)化合物之方法包括在圖7與8中示意性地繪示的二種「濕」法和在圖9中示意性地繪示之一種「乾」法。在圖7中，可將氧化釹在氫鹵酸(HX，例如HCl)中溶解。然後，可加入HF酸以形成沉澱物。可用溶劑(例如水)清洗該沉澱物，然後實質地乾燥以形成Nd-O-F化合物，例如NdOxFy。在圖8中，可將氧化釹在氫鹵酸(HX，例如HCl)中溶解。可加入鹼鹽(例如碳酸氫銨NH4HCO3)以形成沉澱物。可隨意地在巨分子助沉澱劑存在下將該沉澱物用氫氟酸處理或轉變。經過清洗與乾燥，可得到Nd-O-F化合物(例如NdOxFy)。在圖9中，可將氧化釹放置在惰性氣(例如Ar)保護下，和在有效溫度(T)下用氟氣(或其他含有氟的氧化性氣體，例如OF2)處理規定之時間(t)，以提供Nd-O-F化合物，例如NdOxFy。
根據本發明之某些態樣，含有在基質材料中的Nd-O-F化合物及被用來形成光學組件之複合材料可具有就算有也不多的光散射(散射)效果，或可導致在光穿過時相當多的光散射，這取決於該複合材料之組成、該基 質材料之組成、及在該複合材料中的Nd-O-F化合物之組成與量。例如，較佳的複合材料包含聚合物基質材料，其中散佈著含有作為Nd3+離子源之Nd-O-F化合物的無機微粒材料。該Nd-O-F化合物可以在該微粒材料中的摻雜劑形式存在，或以離散微粒(可隨意地與其他材料之離散微粒合併以組成該微粒材料)形式存在。為了促進該微粒材料與聚合物基質材料的折射率匹配(即，使折射率差異減到最少)足夠把低霧度(低擴散率)光學效應賦予穿過該複合材料之可見光，可把含有該Nd-O-F化合物的離散微粒(例如，一部分或全部由該Nd-O-F化合物形成)與/或摻雜該Nd-O-F化合物之離散微粒的微粒材料與聚合物基質材料合併。或者，微粒材料可只由釹氧氟化合物之離散微粒(例如，一部分或全部由該Nd-O-F化合物形成)組成，與/或可由該Nd-O-F化合物之離散微粒(例如，一部分或全部由該Nd-O-F化合物形成)與由至少一種其他不同材料形成的離散微粒之混合物組成，以使得該微粒材料具有充分不同於該聚合物基質材料之折射率以實現在該微粒材料與該聚合物基質材料之間的折射率不匹配(即，使折射率差異增加)，以將光散射效應賦予穿過該複合材料之可見光。
鑒於這種調節複合材料之光散射效應能力，由含有該Nd-O-F化合物的複合材料形成之光學組件可提供濾光效應(例如用於形成圖2之LED裝置20用的圓頂22或封裝物)，或另外提供光散射效應(例如用於形成 圖1之照明單元10的外殼/擴散器12)。在該Nd-O-F化合物中的NdF3與Nd2O3濃度比例決定該Nd-O-F化合物之折射率，該折射率在約589nm的波長下是在NdF3折射率(約1.6)至Nd2O3折射率(約1.80)範圍內，其能提供適度低的折射率來與某些聚合物基質材料折射率匹配以使散射損失減到最少。由於將該Nd-O-F化合物與其他材料併用，例如將鈣鈦礦型結構摻雜該Nd-O-F化合物，而導致可進一步調節由含有該Nd-O-F化合物之複合材料形成的光學組件之光散射效應。可摻雜該Nd-O-F化合物的鈣鈦礦型結構材料之非限定性實例包括含有至少一種折射率比該Nd-O-F化合物低的成分(例如Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba、與Y的金屬氟化物)之材料。這樣「主體」化合物在可見光區中有比該Nd-O-F化合物低的折射率，其之非限定性實例包括：在589nm的波長下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)、與YF3(n=1.50)。由於摻雜高折射率之Nd-O-F化合物，而導致摻雜該Nd-O-F化合物的鈣鈦礦型結構化合物具有介於主體化合物(例如，MgF2的1.38)與該Nd-O-F化合物之間的折射率。
通常，若該基質材料與微粒材料彼此在可見光區中的折射率是在0.1以內，則此處認為實現了由於最小的光散射位準所導致之低霧度(低擴散率)光學效應。若將該Nd-O-F化合物用作為在光學組件(其中聚合物基 質材料是聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯(PS))中的唯一無機微粒材料，則該Nd-O-F化合物之折射率是從約1.60至約1.80及PC與PS折射率是約1.586，以使得當光穿過該光學組件時可發生最小的光散射位準。該Nd-O-F化合物之具有在0.1以內的折射率之聚合物的另一個實例是摻雜氟之聚酯(折射率約1.607)。就這一點而言，根據具有類似該Nd-O-F化合物的折射率來選擇該聚合物基質材料，以實現低霧度(低擴散率)光學效應。
可用改良微粒材料來實現和具有在可見光區中與該Nd-O-F化合物相差多於0.1的折射率之其他聚合物匹配的折射率。例如，可將該Nd-O-F化合物與一或多種其他材料併用以產生實現光學組件的最小光散射位準之有效折射率，該光學組件的聚合物基質材料具有在可見光區中與該Nd-O-F化合物相差多於0.1的折射率，例如丙烯酸聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯；PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚矽氧等。舉一個非限定性實例來說，可將由金屬氟化物與/或金屬氧化物形成之微粒摻雜該Nd-O-F化合物以具有在該Nd-O-F化合物與該金屬氟化物與/或金屬氧化物折射率之間的折射率。合適金屬氟化物與金屬氧化物之非限定性實例包括NaF(折射率約1.32)與MgF2(折射率約1.38)。藉由選擇該Nd-O-F化合物與該金屬氟化物與/或金屬氧化物的合適比例，可調節微粒材料折射率以匹配或近匹配通常被用於LED封裝的PMMA(約1.49)、聚偏二氟乙烯(約1.42)、或甲基 型聚矽氧(約1.41)。
若該光學組件的基質材料與微粒材料之折射率在可見光區中相差超過0.1，則此處認為實現了由於相當大的光散射位準而導致之光散射效應。例如，該Nd-O-F化合物可用作為在光學組件中的唯一無機微粒材料，該光學組件之聚合物基質材料具有充分不同於該Nd-O-F化合物(例如PMMA、PVDF、或聚矽氧)的折射率。例如，可使用含有金屬氧化物與該Nd-O-F化合物之由鈣鈦礦型結構材料形成的微粒材料。這樣鈣鈦礦型結構材料包括含有Ca、Ba、Al、Y、V、Gd、與Sr中至少二者之氧化物的鈣鈦礦型結構材料(其可顯出大於1.7的折射率)，以使得可以將這些材料與聚合物基質材料(例如PC、PS、PMMA、PVDF、或聚矽氧)併用來實現令人滿意之濾光效應與光散射。
將該Nd-O-F化合物之微粒與其他材料的微粒合併也可增加折射率不匹配，值得注意的實例包括金屬氧化物，例如氧化鈦(TiO2；折射率約2.74)與Nd-O化合物(例如Nd2O3)或其他含有釹之金屬氧化物(例如含有Nd的鈣鈦礦型結構材料)。採用這種方法，該Nd-O-F化合物的微粒可為濾光效應之很大或唯一的原因，及該第二微粒可為實現相當大的光散射位準之很大或唯一的原因。
我們認為對在560至約600奈米範圍內之黃光波長而言，由於可見光譜中該Nd-O-F化合物提供的可見光吸收所導致之濾光效應優於Nd-O化合物(例如 Nd2O3)。該Nd-O-F化合物由於具有更接近各式各樣標準光學級透明塑膠(例如PC、PS、PMMA、PVDF、聚矽氧、與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))的折射率而更加優於Nd-O化合物，及可以使由折射率不匹配與Nd離子吸收所引起之散射的光損失更佳地平衡。藉由過濾黃光波長可調整白光LED裝置陣列發射的光以強化顏色效應，該調整係透過過濾黃光波長來分離綠光與紅光。除了使CSI增加之外，藉由使LED裝置產生的白光之CRI(演色性指數)增加與/或使色點能夠更接近白軌跡可促進這樣效應，例如，類似用revealTM系列白熾燈泡實現的令人滿意之照明效應。
我們認為在用來形成光學組件之複合材料中的Nd-O-F化合物之體積量與粒徑對該複合材料的濾光效應有影響。此外，在該複合材料中之任何第二材料的相對量與粒徑對濾光效應有影響。通常，我們認為由標準光學級透明塑膠(例如PC、PS、PMMA、PVDF、聚矽氧、或PET)形成之複合材料應該含有至少0.1體積%及更佳為約1至約20體積%的該Nd-O-F化合物以實現所欲濾光效應。如果存在的話，任何第二材料(例如，TiO2、含有Nd之化合物、具有比NdF3高之折射率的鈣鈦礦型結構材料等)可以至多20體積%，更佳為約0.01至約2體積%的量存在，取決於光擴散器所欲之散射分佈。我們認為在該複合材料中之總微粒含量較佳為至少0.01至多20體積%，更佳為約0.01至約2體積%。我們進一步認為該微粒 材料的合適粒徑是至多約50微米及較佳為約0.5至約5微米。在這些含量與粒徑下，複合材料(其中基質材料是上述標準光學級透明塑膠中的一者)典型上可輕易地模製成各式各樣形狀，但在較小粒徑與較高含量方面可能遭遇困難。
儘管業已依據某些實施方式來說明本發明，然而顯而易知的是該領域之習知技藝者可採用其他的形式。最後，儘管隨附的申請專利範圍列舉了如上述的被認為與本發明有關連性之某些態樣，然而彼等不一定是本發明的範圍之限制。

Claims (15)

  1. 一種以LED為基礎之照明單元，其包含：產生藍光的以LED為基礎之光源；讓該藍光穿過之光學組件，該光學組件包含磷光體摻合物；其中該磷光體摻合物包含至少一種黃色磷光體與紅色磷光體，該黃色磷光體與紅色磷光體比例為1：2至2：1，由於該磷光體塗層被該藍光激發而導致該黃色磷光體將至少一部分之該藍光轉變以產生包括黃光的發光，該紅色磷光體發射紅光；其中該黃光、該紅光、與該藍光未被轉變部分合併產生可見光，該可見光包含白光且特色為大於零的色飽和度指數(CSI)值，其中該CSI值係基於該磷光體摻合物中該黃色磷光體與該紅色磷光體之相對量的定義組合被配置。
  2. 如申請專利範圍第1項的以LED為基礎之照明單元，其中該磷光體摻合物是以在該光學組件上的塗層形式存在。
  3. 如申請專利範圍第1項的以LED為基礎之照明單元，其中該可見光特色為含有對應於該藍光、該黃光、該紅光、與該白光各者的曲線與高峰之光譜功率分佈，其中該白光之峰強度低於該黃光與紅光之峰強度。
  4. 如申請專利範圍第3項的以LED為基礎之照明單元， 其中該白光之峰值是在大於約530nm的波長。
  5. 如申請專利範圍第3項的以LED為基礎之照明單元，其中該白光之峰值是在從約550nm至約610nm的波長範圍內。
  6. 如申請專利範圍第3項的以LED為基礎之照明單元，其中該白光之光譜功率分佈曲線包含在該藍光與該黃光的峰值之間的波長之轉折點。
  7. 如申請專利範圍第1項的以LED為基礎之照明單元，其中至少一部分的該光學組件包括含有聚合物材料與無機微粒材料之複合材料，該無機微粒材料包含Nd-O-F化合物。
  8. 如申請專利範圍第7項的以LED為基礎之照明單元，其中該Nd-O-F化合物在形式上包含約0.1至約99莫耳%NdF3，剩餘則實質上為Nd2O3。
  9. 如申請專利範圍第7項的以LED為基礎之照明單元，其中該Nd-O-F化合物是NdOF。
  10. 如申請專利範圍第7項的以LED為基礎之照明單元，其中該Nd-O-F化合物與該聚合物材料具有彼此在可見光區中的在0.1以內之折射率。
  11. 如申請專利範圍第7項的以LED為基礎之照明單元，其中該Nd-O-F化合物與該聚合物材料具有彼此在可見光區中的相差多於0.1之折射率。
  12. 如申請專利範圍第1項的以LED為基礎之照明單 元，其中該光學組件是該以LED為基礎之光源的外殼或圓頂或封裝物。
  13. 如申請專利範圍第1項的以LED為基礎之照明單元，其中該光學組件是該照明單元的擴散器。
  14. 一種以LED為基礎之照明單元，其包含：產生藍光的以LED為基礎之光源；讓該藍光穿過之光學組件，該光學組件包含磷光體摻合物，其中該光學組件是該以LED為基礎之光源的外殼或圓頂或封裝物；其中該磷光體摻合物包含至少一種黃色磷光體與紅色磷光體，該黃色磷光體與紅色磷光體比例為1：2至2：1，由於該磷光體塗層被該藍光激發而導致該黃色磷光體將至少一部分之該藍光轉變以產生包括黃光的發光，該紅色磷光體發射紅光；其中至少一部分之該光學組件包括含有Nd-O-F化合物的無機微粒材料；其中該黃光、該紅光、與該藍光未被轉變部分合併產生可見光，該可見光包含白光且特色為大於零的色飽和度指數(CSI)值，其中該CSI值係基於該磷光體摻合物中該黃色磷光體與該紅色磷光體之相對量的定義組合被配置。
  15. 一種以LED為基礎之照明單元，其包含：產生藍光的以LED為基礎之光源；讓該藍光穿過之光學組件，該光學組件包含磷光體摻 合物，其中該光學組件是該照明單元的擴散器；其中該磷光體摻合物包含至少一種黃色磷光體與紅色磷光體，該黃色磷光體與紅色磷光體比例為1：2至2：1，由於該磷光體塗層被該藍光激發而導致該黃色磷光體將至少一部分之該藍光轉變以產生包括黃光的發光，該紅色磷光體發射紅光；其中至少一部分的該光學組件包括含有Nd-O-F化合物之無機微粒材料；其中該黃光、該紅光、與該藍光未被轉變部分合併產生可見光，該可見光包含白光且特色為大於零的色飽和度指數(CSI)值，其中該CSI值係基於該磷光體摻合物中該黃色磷光體與該紅色磷光體之相對量的定義組合被配置。
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