專利名稱：高演色性發(fā)光二極管的配置方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高演色性發(fā)光二極管，尤其涉及一種高演色性發(fā)光二極 管的配置方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode;簡稱LED)，是一種可將電能轉(zhuǎn)化 為光能的電子零件，并同時(shí)具備二極管的特性。 一般給予直流電時(shí)，發(fā)光二 極管會穩(wěn)定地發(fā)光，但如果接上交流電，發(fā)光二極管會呈現(xiàn)閃爍的型態(tài)，閃 爍的頻率依據(jù)輸入交流電的頻率而定。發(fā)光二極管的發(fā)光原理是外加電壓， 使得電子與空穴在半導(dǎo)體內(nèi)結(jié)合后，將能量以光的形式釋放。
目前發(fā)光二極管芯片的組成主要包含三族砷化物、三族磷化物、三族氮 化物、或是II-VI族的半導(dǎo)體化合物等。伴隨著發(fā)光二極管芯片制造材料的 不同，產(chǎn)生出來的光子擁有的能量也不同，因此通過制造材料來控制發(fā)光二 極管芯片發(fā)光的波長，進(jìn)而生產(chǎn)出不同光譜與顏色的各種發(fā)光二極管芯片。 目前全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展出不同種類的發(fā)光二極管芯片已能夠發(fā)射出從紅外線到 藍(lán)色光之間不同波長的光線，而紫色至紫外線的發(fā)光二極管芯片的技術(shù)也正 在成熟中。上述的發(fā)光二極管主要重點(diǎn)是在單色光，或是單一頻率的發(fā)光二 極管。白光發(fā)光二極管的發(fā)光頻譜，不再是集中在某一單色光上，而是在可 見光的頻譜中有一個(gè)分布。目前用來形成白光發(fā)光二極管的組合主要分為多 芯片型及單芯片型兩種類型。
多芯片類型以紅色、綠色及藍(lán)色三色的發(fā)光二極管芯片，借由透鏡混合 此三種光，進(jìn)而產(chǎn)生我們所見的白光。其優(yōu)點(diǎn)為高發(fā)光率及光色可調(diào)，缺點(diǎn) 為須三種芯片，各芯片間有個(gè)別電路設(shè)計(jì)且三種芯片的衰減速率及壽命不盡 相同，難以控制白光發(fā)光二極管的壽命。
另外，以單芯片類型產(chǎn)生白光則可分為三種方式。第一種方式，也是主 流的方式，以藍(lán)色發(fā)光二極管芯片照射黃色熒光粉，將熒光粉激發(fā)而發(fā)出白
5光。這樣的產(chǎn)品在調(diào)整發(fā)光二極管的CIE值時(shí)，選對藍(lán)光發(fā)光二極管的波長 與黃色熒光粉的激發(fā)頻譜后，只要調(diào)整藍(lán)光發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度與黃色熒 光粉的濃度即可。這樣的白光發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光譜，紅色區(qū)域的光度太 弱而導(dǎo)致平均演色系數(shù)(General Color Rendering Index; Ra)值偏低。例如， 將這種產(chǎn)品應(yīng)用在數(shù)字相機(jī)的輔助光源，則拍照的人相往往沒有血色。因此， 目前高演色性白光發(fā)光二極管成為現(xiàn)階段各界追求的方向。
為了彌補(bǔ)紅色區(qū)域的光度，后續(xù)衍生以藍(lán)色發(fā)光二極管芯片照射綠色及 紅色熒光粉或以藍(lán)色發(fā)光二極管芯片照射綠色及黃色熒光粉產(chǎn)生白光提高 平均演色系數(shù)為第二種方式。第三種方式則以紫外光發(fā)光二極管芯片照射綠 色、紅色及藍(lán)色三種熒光粉產(chǎn)生白光。
一種方式請參閱美國專利公告號US 2007/0194695A1,其以藍(lán)色發(fā)光二 極管芯片搭配一橙色無機(jī)熒光粉及綠色無機(jī)熒光粉以產(chǎn)生白光。其橙色無機(jī) 熒光粉及綠色無機(jī)熒光粉的混合比例可以配比調(diào)整而增加熒光粉的吸收波 長的寬度而達(dá)到近真白光，例如以藍(lán)色發(fā)光二極管芯片激發(fā)經(jīng)由 Zn(Se(u，S。.9):Cu的橙色無機(jī)熒光粉及Eu-activated P-sialon的綠色無機(jī)熒光粉 混合的熒光粉
另一種方式請參閱中國臺灣專利公告號1263360，其中激發(fā)光源可發(fā)出 波長介于258nm至490nm間的一光源，而熒光粉則配置于激發(fā)光源周圍， 以接收激發(fā)光源所發(fā)出的光線。其熒光粉包括綠色熒光粉、洋紅光(Magenta) 熒光粉、以及紅光熒光粉及藍(lán)色熒光粉等。其中，綠光及洋紅光(Magenta) 熒光粉的材質(zhì)選g(Mei.x_yEuxRey)8Mgz(Si04)mCln所組成的族群其中之一或二 種以上；紅光熒光粉的材料選自(Me^.yEuxRey)S所組成的族群其中之一，藍(lán) 色熒光粉的材料選g(Cai_x.yEUxRey)5(P04)3Cl: Ei^+Gc^+所組成的族群其中之 一；0<x^0,8，而0^y^2,0， O^z^l.O, 1.0〇m^6.0， 0.1芻n芻3.0。此外， Me選自鈣、鍶、鋇所組成的族群其中之一，而Re選自鐠、銣、鏑、釤、鈥、 釔、鉺、銪、銩、鐿、鎦、釓、鎂、錳所組成的族群其中之一或二種以上。 上述四種熒光粉適當(dāng)配比后以波長385mn的紫光作為激發(fā)光，進(jìn)而形成一四 波長且演色性佳的白光。
在上述的方式，想要達(dá)成高演色性發(fā)光二極管的制作方式可為增加紅色 的熒光粉或是使用兩種以上的熒光粉等。然而，當(dāng)使用兩種熒光粉混光讓發(fā)光二極管產(chǎn)生特定的CIE值的光源時(shí)，總共有三種參數(shù)需要同時(shí)進(jìn)行調(diào)整， 也就是發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度與兩個(gè)熒光粉的濃度。為了達(dá)成某特定的CIE 值與演色性，需要進(jìn)行多次的嘗試錯(cuò)誤(trial-and-error)的方式去調(diào)整不同 的熒光粉之間的濃度比例以及藍(lán)光發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。例如在上述的中 國臺灣專利公告號1263360的先前技術(shù)中，就建議了四種熒光粉，需要調(diào)配 出特定的CIE值的過程，需要經(jīng)過嘗試錯(cuò)誤的時(shí)間會以指數(shù)的形式增加。另 外，在不同的色溫下，想要提供更佳演色性的白光發(fā)光二極管，需要更多的 時(shí)間去嘗試出最佳的熒光粉濃度。
當(dāng)市面上開發(fā)出來的熒光粉種類愈來愈多的時(shí)候，或是希望使用兩種以 上的熒光粉進(jìn)行混光，調(diào)配不同種類的熒光粉而達(dá)到高演色性發(fā)光二極管的 開發(fā)時(shí)間也愈來愈長。對于產(chǎn)品的上市而言無疑是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)利益的需求，本發(fā)明提供一種配 置高演色性發(fā)光二極管的方法，其步驟包含先計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)頻譜，其中標(biāo)準(zhǔn)頻 譜是在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻譜。之后，提供一發(fā)光二 極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一第二熒光粉的發(fā)射頻譜。 借由標(biāo)準(zhǔn)頻譜調(diào)整第一熒光粉與第二熒光粉的濃度而得到一第一混光頻譜， 使得第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)頻譜接近。
上述的計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的步驟，是利用普朗克(Planck)方程式計(jì)算而 得。上述的第一混光頻譜是由發(fā)光二極管，第一熒光粉，與第二熒光粉激發(fā) 輻射后得到。在得到該第一混光頻譜后，先計(jì)算第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板 的演色性，然后找出演色性最差的色板修正第一熒光粉與第二熒光粉的濃 度，因而得到一第二混光頻譜。
本發(fā)明也提供一種配置高演色性發(fā)光二極管的方法其步驟包含先計(jì)算 一標(biāo)準(zhǔn)頻譜，而標(biāo)準(zhǔn)頻譜是在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻 譜。之后，提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一 第二熒光粉的發(fā)射頻譜。借由標(biāo)準(zhǔn)頻譜調(diào)整第一熒光粉與第二熒光粉的濃度 而得到一第一混光頻譜。計(jì)算第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的演色性。然后， 找出演色性最差的色板修正第一熒光粉與第二熒光粉的濃度，因而得到一第二混光頻譜。
本發(fā)明也提供一種配置高演色性發(fā)光二極管的系統(tǒng)，包含用以計(jì)算一標(biāo) 準(zhǔn)頻譜的手段，其中的標(biāo)準(zhǔn)頻譜是在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見
光頻譜；用以提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及 一第二熒光粉的發(fā)射頻譜的手段；借由標(biāo)準(zhǔn)頻譜用以調(diào)整第一熒光粉與第二 熒光粉的濃度而得到一第一混光頻譜的手段；用以計(jì)算第一混光頻譜在各標(biāo) 準(zhǔn)色板的演色性的手段；以及找出演色性最差的色板用以修正第一熒光粉與 第二熒光粉的濃度的手段，因而得到一第二混光頻譜。
本發(fā)明也提供一種配置高演色性發(fā)光二極管的系統(tǒng)，包含一第一數(shù)據(jù) 庫，用以儲存一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉發(fā)射頻譜，及一第二 熒光粉發(fā)射頻譜。 一第二數(shù)據(jù)庫，用以儲存各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜。 一混色 單元，用以計(jì)算在第一數(shù)據(jù)庫中發(fā)光二極管，第一熒光粉，及第二熒光粉的 混光頻譜，其中混光頻譜為一第一混光頻譜。 一標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器，用以 產(chǎn)生在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻譜。 一頻譜比較單元，用 以比對第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻譜。 一標(biāo)準(zhǔn)色板 的反射頻譜產(chǎn)生單元，用以讀取第二數(shù)據(jù)庫中各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜，并且 對第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)頻譜分別產(chǎn)生第一混光頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜 以及標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜。 一色板頻譜比較單元，用以比對第一 混光頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜以及標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜。
其中上述的計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的步驟、手段或系統(tǒng)，是利用普朗克(Planck)
方程式計(jì)算而得。上述的第一混光頻譜是由發(fā)光二極管，第一熒光粉，與第 二熒光粉激發(fā)輻射后得到。其中上述的第一熒光粉可為CaSC204:Ce， (MgCaSrBa)2Si04:Eu, Ca3Sc2Si3012:Ce， (Ca^MguCeo.cBXSc^Yo.OSisOh或 (Ca2.97Cea()3)Sc2(Si，Ge)3012 。其中上述的第二熒光粉可為CaAlSiN3:Eu， (CaEu)AlSiN3， (SrCa)AlSiN3:Eu或SrGa2S4:Eu。本發(fā)明可包含一第三熒光粉 及其發(fā)射光譜。
本發(fā)明也提供一種計(jì)算多重?zé)晒夥蹪舛纫缘玫礁哐萆园l(fā)光二極管的 方法，包含調(diào)整多重?zé)晒夥鄣臐舛仁沟门c一發(fā)光二極管混光后的頻譜接近在 一第一色溫下的黑體輻射發(fā)光頻譜，以及找出混光后的頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的 反射 譜中演色性最差的色板，借以修正上述多重?zé)晒夥鄣臐舛?。本發(fā)明也提供一種使用兩階段的近似找出各種熒光粉在高演色性發(fā)光 二極管的調(diào)配比例的方法，包含調(diào)配出接近黑體輻射的各種熒光粉的混合比 例，以及從演色性最差的色板修正各種熒光粉的調(diào)配比例。
本發(fā)明的一個(gè)目的是利用軟件的計(jì)算可以快速調(diào)配出使用多種熒光粉 混成高演色性發(fā)光二極管的方式與系統(tǒng)，以降低嘗試錯(cuò)誤的時(shí)間成本。
圖1顯示CIE 1931色度的示意圖； 圖2黑體輻射不同的色溫在色度圖示中的分布示意圖； 圖3顯示本發(fā)明的一種計(jì)算多重?zé)晒夥蹪舛纫缘玫礁哐萆园l(fā)光二極管 的方法流程圖4顯示本發(fā)明的一種配置高演色性發(fā)光二極管的方法流程圖； 圖5顯示本發(fā)明的一種配置高演色性發(fā)光二極管的系統(tǒng)方框圖； 圖6顯示本發(fā)明的高演色性白光發(fā)光二極管的配制方法流程圖； 圖7顯示本發(fā)明的發(fā)射頻譜相似度比較的高演色性白光發(fā)光二極管的配 制系統(tǒng)方框圖8顯示發(fā)光二極管芯片及兩種不同熒光粉濃度的混合發(fā)射頻譜的示意
圖9顯示目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與混合發(fā)射頻譜的比較圖； 圖10顯示演色系數(shù)比對的高演色性白光發(fā)光二極管的配制系統(tǒng)方框以及
圖11顯示本發(fā)明的配置高演色性白光發(fā)光二極管的系統(tǒng)方框圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
0完成
31-32步驟
41-45步驟
51第一數(shù)據(jù)庫
52混色單元
53標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器
54頻譜比較單元
955第二數(shù)據(jù)庫
56標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜產(chǎn)生單元
57色板頻譜比較單元
61-65步驟
71目標(biāo)色溫的黑體輻射產(chǎn)生器
72第一數(shù)據(jù)庫
73頻譜計(jì)算單元
74頻譜比較單元
76調(diào)整熒光粉的濃度
77重新選擇熒光粉
100目標(biāo)色溫的黑體輻射產(chǎn)生器
101第一數(shù)據(jù)庫
102頻譜計(jì)算單元
103第二數(shù)據(jù)庫
104標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元
105混光頻譜的反射頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元
106比較單元
108調(diào)整熒光粉的濃度
109重新選擇熒光粉
110目標(biāo)色溫的黑體輻射的頻譜產(chǎn)生器
111第一數(shù)據(jù)庫
112頻譜計(jì)算單元
113頻譜比較單元
114第一階近似
115第二數(shù)據(jù)庫
116標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜演色性計(jì)算單元 117比較單元
118混光頻譜的反射頻譜演色性計(jì)算單元 119第二階近似
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向?yàn)橐环N高演色性白光發(fā)光二極管及其制造工 藝。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。 顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于發(fā)光二極管及其制造工藝的技術(shù)人員所熟 悉的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的組成或步驟并未描述于細(xì)節(jié)中，以避 免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例會詳細(xì)描述如下，然而除 了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實(shí)施例中，且本發(fā) 明的范圍不受限定，其以所附的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
由上述可知，產(chǎn)生白光的重要元素其中之一為熒光材料。而熒光材料發(fā) 光即為熒光體經(jīng)過光、電場、電子束等不同激發(fā)源的激發(fā)后，可讓熒光體的 電子獲得足夠能量，由基態(tài)能階躍遷至較高能量的激發(fā)態(tài)能階。由于處于高
能階激發(fā)態(tài)的電子較不穩(wěn)定，又會以緩解(relaxation)的方式回到低能階的 基態(tài)。在緩解過程中，若是以非輻射(non-mdiative)方式釋放能量時(shí)，將產(chǎn) 生晶格的振動，使能量以「熱」的形式消耗。如果是以電磁輻射(radiative) 方式釋放時(shí)，則以光的形式放出能量。若發(fā)出的光波長落在可見光范圍，則 人眼可以看到熒光體所放射出的光。在此熒光體所發(fā)的光，只跟電子在高低 能階間躍遷有關(guān)。
發(fā)光二極管所使用的熒光粉由主體晶格(hostlattice, H)為主要的組成 成分，例如ZnS:Cu2、其中ZnS即為主體晶格。熒光體中發(fā)光中心借由少量 添加或摻雜(dope)異種離子于主體晶格中所構(gòu)成，例如ZnS:C^+中的Cu2+。 由此異種離子為可被激發(fā)并產(chǎn)生熒光的中心體，也稱為活化中心(activator) 或活化劑。有時(shí)熒光材料中也會于主體晶格中添加第二種異種離子，作用為 將其所吸收的激發(fā)能量傳遞至活化中心離子并發(fā)光，稱為增感劑(sensitizer) 或輔助活化劑(co-activator)。故可借由控制主體晶格及活化中心而設(shè)計(jì)各 式各樣具發(fā)射各種波長的熒光粉。目前，市面上可見到的熒光粉的主體材料
多由硫化物(Sulfides)、氧化物(Oxides)、硫氧化物(Oxysulfides)、氮 化物(Nitrides)、氮氧化物(Oxynitrides )、石榴石(Garnet )及硅酸鹽(Silicates) 類等所構(gòu)成。
一般人所指的白光是指白天所看到的太陽光，經(jīng)過學(xué)理上分析后發(fā)現(xiàn)其 白光包含400nm 700nm范圍的連續(xù)光譜。以目視的顏色而言，可分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等七色。根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)光原理， 一般只能發(fā) 出單色光。為了讓它能夠發(fā)出白光，技術(shù)上必須混合兩種以上互補(bǔ)色的光而 達(dá)到白光的目的。白光發(fā)光二極管除了產(chǎn)生白光以外，是否能展現(xiàn)物體顏色
的忠實(shí)度的能力即稱為演色性(Color Rendering)也是技術(shù)上必須考慮的部 分。演色性高的光源對于物體顏色的表現(xiàn)較為逼真，被照明物在人類的眼睛 所呈現(xiàn)的物體顏色也比較接近自然的原色。白光發(fā)光二極管的演色系數(shù) (Color Rendering Index; CRI)與發(fā)光二極管芯片、熒光粉及材料有關(guān)。在 不同色溫下，使用的熒光粉或發(fā)光二極管芯片會有所不同。
色溫(Color Temperature)的定義乃依據(jù)黑體(Black body)輻射，把金 屬(接近黑體)加熱到一定溫度時(shí)，會呈現(xiàn)出有顏色的可見光。這種光隨著 溫度的升高而變化，而影響這種光源的溫度就叫該光源的色溫。例如當(dāng)一塊 鐵被升溫時(shí)，開始的時(shí)候鐵會變得通紅，之后會變得橙色，之后是黃色，再 之后是藍(lán)白色。研究人員利用一列連續(xù)光譜來驗(yàn)證其溫度與顏色之間的關(guān) 系。設(shè)x軸是波長，y軸就代表輻射流量，當(dāng)y軸是反映不同波長放射的量， 即可畫出不同溫度時(shí)鐵所放出能量的曲線。故，當(dāng)鐵變成紅色時(shí)，并不表示 它只發(fā)紅光，只是它放射的紅光比其他波長的波多。由此試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三個(gè)特質(zhì) l.曲線有一個(gè)高峰點(diǎn)；2.當(dāng)溫度增高時(shí)，高峰點(diǎn)會向短波方向移動；3.當(dāng)溫度 增高時(shí)，所有波長的輻射流量都會增加。例如鐵在4200K發(fā)放紅光最多，輻 射流量高峰點(diǎn)在紅光處，所以我們見到鐵呈紅色，在4800K時(shí)，輻射流量高 峰點(diǎn)在橙黃色。所以我們見到鐵呈橙黃色，是由于當(dāng)溫度增高時(shí)，高峰點(diǎn)會 向短波方向移動，所以在5800K時(shí)，高峰點(diǎn)會移到黃綠色。
在色溫的計(jì)算上，是以絕對溫度開爾文(Kelvin; K)為單位，黑體幅 射以Kelvin-攝氏+273作為計(jì)算的起點(diǎn)。假定某一純黑物體，能夠?qū)⒙湓谄?上的所有熱量吸收，而沒有損失，同時(shí)又能夠?qū)崃可傻哪芰咳恳浴腹狻?的形式釋放出來的話，它便會因受到熱力的高低而變成不同的顏色。例如， 當(dāng)黑體受到的熱力相當(dāng)于500—55(TC時(shí)，就會變成暗紅色，達(dá)到1050—1150 'C時(shí)，就變成黃色。因而，光源的顏色成分是與該黑體所受的熱力溫度相對 應(yīng)的。因此，光源的顏色成分是與該黑體所受的熱力溫度相對應(yīng)的。只不過 色溫是用開爾文(K)色溫單位來表示，而不是用攝氏溫度單位元。當(dāng)黑體受到 的熱力使它能夠放出光譜中的全部可見光波時(shí)它就變成白色，而我們所用燈泡內(nèi)的鎢絲就相當(dāng)接近這個(gè)黑體。色溫計(jì)演算法就是根據(jù)上述原理，以K來
表示受熱鎢絲所放射出光線的色K溫度單位來表示受熱鎢絲所放射出光線 的色溫。根據(jù)這一原理，任何光線的色溫是相當(dāng)于上述黑體散發(fā)出同樣顏色 時(shí)所受到的「溫度」。此溫度可以在色度圖的普朗克軌跡上找到其對應(yīng)點(diǎn)， 黑體的曲線只會受溫度而改變，不會受其他因素如黑體的成份而改變，所以 無論是任何成份的黑體，只要是同一溫度，都會有同一曲線。
由于自然光源、色、時(shí)間、天候、觀察方向、季節(jié)及地理位置等條件影 響而變化很大，對色彩的評定極不方便，因此國際照明委員會(Commission International de l'Eclairage，簡稱C正)。于1930年訂定各種極為接近自 然光的標(biāo)準(zhǔn)光源。
所謂平均演色系數(shù)(general color rendering index, Ra)為物件在某光源 照射下顯示的顏色與其在參照光源照射下的顏色兩者的相對差異。其數(shù)值的 評定法為分別以參照光源及待測光源照在DIN 6169所規(guī)定的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色樣 或是標(biāo)準(zhǔn)色板上逐一作比較并量化其差異性，而在國際上規(guī)定則為14個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)色樣或是標(biāo)準(zhǔn)色板。差異性越大，即代表待測光源的演色性越差，所呈現(xiàn) 的顏色越失真。國際照明委員會C正把太陽的演色系數(shù)定為100，各類光源 的顯色指數(shù)各不相同。例如，高壓鈉燈的平均演色系數(shù)Ra-23，熒光燈管的 平均演色系數(shù)Ra= 60~90。
另外，國際照明委員會根據(jù)視覺的數(shù)學(xué)模型和顏色匹配實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定了 一個(gè)稱為「1931C正標(biāo)準(zhǔn)觀察者」的規(guī)范，實(shí)際上是用三條曲線表示的一套 顏色匹配函數(shù)，因此許多文獻(xiàn)中也稱為「CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)匹配函數(shù)」，如圖l 所示。CIE 1931色度圖是用標(biāo)稱值表示的CIE色度圖，x表示紅色分量，y 表示綠色分量。在色度圖(chromaticity diagram)中馬蹄型范圍內(nèi)為可見光 譜的所有顏色，馬蹄型邊緣則為飽和的單色波長。此系統(tǒng)以光色坐標(biāo)(x,y,z) 標(biāo)示可由三原色組合成某一色的相對比例(圖上僅有x及y坐標(biāo)，由恒等 式x + y + z=l可導(dǎo)出z )。中間的白光，它的坐標(biāo)為(0.33，0.33)。環(huán)繞在 顏色空間邊沿的顏色是光譜色，邊界代表光譜色的最大飽和度，邊界上的數(shù) 字表示光譜色的波長，其輪廓包含所有的感知色調(diào)。所有單色光都位于舌形 曲線上，這條曲線就是單色軌跡，曲線旁標(biāo)注的數(shù)字是單色(或稱光譜色) 光的波長值。自然界中各種實(shí)際顏色都位于這條閉合曲線內(nèi)。在圖2中顯示，黑體輻射不同的色溫在色度圖示中的分布示意圖。在色 度圖中的普朗克曲線其概念是由黑體輻射轉(zhuǎn)變而來。其方程式推導(dǎo)過程從
1859年開始，德國物理學(xué)家基爾霍夫(Kirchhoff)提出了輻射定律(law of radiation)，指出在確定的溫度下，物體對輻射能的放射率或吸收率與表面 的性質(zhì)有關(guān)。而黑色物質(zhì)對輻射能具有較大的吸收能力。如果一個(gè)物體在任 何溫度下都能完全吸收任何頻率的輻射能，那么這個(gè)物體便稱為黑體 (blackbody)。當(dāng)然，實(shí)際上并不可能得到一個(gè)完全黑體。但在實(shí)驗(yàn)上，我 們可以用一個(gè)開了一個(gè)小孔的空腔來近似一個(gè)完全黑體。當(dāng)外界輻射能經(jīng)由 小孔射入空腔后，此輻射線經(jīng)過多次反射，幾乎無機(jī)會再由小孔出射，故可 視為輻射能被空腔所完全吸收。若加熱此空腔至某一溫度，觀察由小孔的出 射光譜，該光譜與在同一溫度的黑體的吸收光譜應(yīng)該完全相同。
1879年由斯蒂芬(J. Stefan)提出黑體輻射的總能量(E)和絕對溫度(T) 的四次方成正比，E=aT4，即所謂的斯蒂芬-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann law)。
1893年維恩(Wien)更進(jìn)一步計(jì)算出輻射能波長的變化，發(fā)現(xiàn)波長人 的變化與溫度成正比，若再引斯蒂芬-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann law), 及熱力學(xué)中的絕熱過程公式，可得維恩位移定律(Wien displacement law)， 1\^=常數(shù)。
1896年維恩(Wien)從熱力學(xué)普遍理論考慮及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出一個(gè) 半經(jīng)驗(yàn)公式為
/9V = ai/3 exp(/ WT)
其中pv為輻射能密度(radiant energy density) ， v是頻率，T是絕對 溫度，a和P是常數(shù)。
1900年，瑞利(J.W. Rayleigh)，瓊斯(J.H. Jeans )根據(jù)古典電 動力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理理論，推導(dǎo)出一黑體輻射公式，即瑞利-瓊斯定律 (Rayleigh-Jeans law):
其中c是光速，1^=玻爾茲曼常數(shù)(Boltzmann's constant)。但此公式僅
在低頻部分與實(shí)驗(yàn)曲線符合，而當(dāng)V—~時(shí)，pv—oo，發(fā)散，與實(shí)驗(yàn)明顯
14不符，即古典物理中的「紫外災(zāi)難」。
后來更精細(xì)和全面的實(shí)驗(yàn)表明，維恩(Wien)公式并非與所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 都符合很好。在長波長波段，維恩(Wien)公式與實(shí)驗(yàn)有明顯的偏離。德國 物理學(xué)家普朗克(M. Planck)在1900年底找到一個(gè)可以和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的 公式，即
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中h為普朗克常數(shù)，大小為h=6.626xl0-34J* s。由普朗克的假設(shè)可 成功解釋并推導(dǎo)瑞利-瓊斯定律(Rayleigh-Jeans law)，維恩位移定律(Wien displacement law)，斯蒂芬-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann law)。
由于不同的色溫，發(fā)光二極管芯片及熒光粉等因素均影響白光發(fā)光光譜 的演色性，在試驗(yàn)過程中常需多次交叉測試各影響因素，得到一高演色性的 白光發(fā)光二極管實(shí)需花費(fèi)大量時(shí)間及成本。發(fā)明人為解決前述的問題，以高 效率方式達(dá)到高演色性的白光發(fā)光二極管，依上述黑體輻射的原理及由其推 導(dǎo)出的普朗克方程式(Planck's law)進(jìn)一步創(chuàng)作并發(fā)明一種可以快速調(diào)配出 使用多種熒光粉混合成高演色性的白光發(fā)光二極管的配制方法與系統(tǒng)。
本發(fā)明的特征在于使用兩階段的近似找出各種熒光粉在高演色性發(fā)光 二極管的調(diào)配比例。第一階段的近似主要是調(diào)配出接近黑體輻射的各種熒光 粉的混合比例，而第二階段的近似主要是從演色性最差的色板修正各熒光粉 的調(diào)配比例。
請參閱圖3，顯示本發(fā)明的一種計(jì)算多重?zé)晒夥蹪舛纫缘玫礁哐萆园l(fā) 光二極管的方法。第一步驟31，首先調(diào)整多重?zé)晒夥鄣臐舛仁沟门c一發(fā)光二 極管混光后的頻譜接近在一第一色溫下的黑體輻射發(fā)光頻譜。上述的發(fā)光二 極管可以是紫外光發(fā)光二極管，紫光發(fā)光二極管，或是藍(lán)光發(fā)光二極管。多 重?zé)晒夥劭梢杂袃煞N或是兩種以上的熒光粉，由發(fā)光二極管的色光作決定。 例如，使用紫外光或是紫光發(fā)光二極管時(shí)，至少需要同時(shí)使用三色的熒光粉 才能混成白光。當(dāng)使用藍(lán)光發(fā)光二極管時(shí)，需至少選擇兩種顏色的熒光粉才能混成高演色性的白光。之后，第二步驟32找出前述混光后的頻譜在各標(biāo) 準(zhǔn)色板的反射頻譜中演色性最差的色板，借此修正多重?zé)晒夥鄣臐舛取?一般 混光后的頻譜，在照射到十四種標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜中，會有至少一塊色板 的反射頻譜相對較低。利用這個(gè)色板的信息，可以從新調(diào)整各熒光粉的濃度 以改善演色性最差的色板的反射頻譜。
參考圖3的流程中，本發(fā)明也提供一種配置高演色性發(fā)光二極管的方法， 詳細(xì)流程請參閱圖4。首先，第一步驟41計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)頻譜，其中標(biāo)準(zhǔn)頻譜是 在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻譜。同時(shí)，在第二步驟42中， 提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一第二熒光粉 的發(fā)射頻譜。之后，在第三步驟43中，借由上述的標(biāo)準(zhǔn)頻譜調(diào)整第一熒光 粉與第二熒光粉的濃度而得到一第一混光頻譜，使得第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)頻 譜接近。接著，請參閱第四步驟44,計(jì)算出第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的演 色性。然后，在第五步驟45中，找出演色性最差的色板借以修正第一熒光 粉與第二熒光粉的濃度，因而得到一第二混光頻譜。 一般混光后的頻譜，在 照射到十四種標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜中，會有至少一塊色板的反射頻譜相對較 低。利用這個(gè)色板的信息，可以從新調(diào)整各熒光粉的濃度以改善演色性最差 的色板的反射頻譜。在圖4中，只有用兩種熒光粉來表示本發(fā)明的實(shí)施例。 然而，可以同時(shí)使用第三熒光粉，第四熒光粉，甚至是第五熒光粉。
依照圖4的流程，本發(fā)明也提供一種配置高演色性發(fā)光二極管的系統(tǒng)， 詳細(xì)說明請參閱圖5。 一第一數(shù)據(jù)庫51，用以儲存一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉發(fā)射頻譜，及一第二熒光粉發(fā)射頻譜。 一混色單元52，用以計(jì) 算在第一數(shù)據(jù)庫51中的發(fā)光二極管，第一熒光粉，及第二熒光粉的混光頻 譜，其中混光頻譜為一第一混光頻譜。 一標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器53，用以產(chǎn)生 在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻譜。 一頻譜比較單元54，用以 比對第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器53所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻譜。當(dāng)頻譜比 較單元54的判斷是第一混光頻譜接近在第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可 見光頻譜，則將第一混光頻譜的數(shù)據(jù)往下一階段傳送。如果比對結(jié)果不接近， 則會由混色單元52重新計(jì)算出第一混色頻譜，直到比對結(jié)果接近為止。
請繼續(xù)參照圖5， 一第二數(shù)據(jù)庫55，用以儲存各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜。 一標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜產(chǎn)生單元56，用以讀取第二數(shù)據(jù)庫55中各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜，并且對第一混光頻譜與標(biāo)準(zhǔn)頻譜分別產(chǎn)生第一混光頻譜的各標(biāo) 準(zhǔn)色板反射頻譜以及標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜。 一色板頻譜比較單元
57，用以比對第一混光頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜以及標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色 板反射頻譜。當(dāng)色板頻譜比較單元57的比對結(jié)果為所有的標(biāo)準(zhǔn)色板的演色 性均為接近，且分?jǐn)?shù)均為設(shè)定的標(biāo)稱值，例如95或是97，表示第一混光頻 譜是高演色性的白光。當(dāng)色板頻譜比較單元57的比對結(jié)果中，有某一個(gè)或 兩個(gè)色板的演色性較平均值為低，或是低于設(shè)定的標(biāo)稱值，則回到混色單元 52重新計(jì)算出第一混色頻譜，直到可以通過色板頻譜比較單元57的比對結(jié) 果為止。
下列各相關(guān)圖示將用以詳細(xì)說明本發(fā)明各優(yōu)選實(shí)施例。圖6為高演色性 白光發(fā)光二極管的配制方法流程圖。第一步驟61，計(jì)算出在某一特定色溫下 黑體輻射的可見光頻譜。在本實(shí)施例中，是以普朗克方程式
—8;r/;c__J_
義 exp
(i)
計(jì)算目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜。然而，從上述黑體輻射的發(fā)展
背景中，也可以應(yīng)用瑞利瓊斯(Rayleigh-Jeans)方程式，斯蒂芬-玻爾茲曼 (Stefan-Boltzmann)方程式，或是維恩(Wien)方程式作為簡化的黑體輻 射的頻譜。設(shè)定一目標(biāo)色溫并以普朗克方程式(Planck's Law)，計(jì)算出色 溫的頻譜(色溫范圍可從2500K 8000K)，即為目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見 光頻譜。在本步驟中，目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜是由T"X)表示。
第二步驟62即提供已知發(fā)光二極管芯片的發(fā)射頻譜、第一熒光粉發(fā)射 頻譜、及第二熒光粉發(fā)射頻譜。當(dāng)有兩種以上的熒光粉，就需要提供所有熒 光粉的發(fā)射頻譜。在本步驟中，發(fā)光二極管芯片量測的發(fā)射頻譜是由L(X)表 示；第一熒光粉量測的發(fā)射頻譜是由P1(X)表示；以及第二熒光粉量測的發(fā) 射頻譜是由P2(X)表示。
第三步驟63依照第一步驟所計(jì)算出在某一特定色溫下黑體輻射的可見 光頻譜，調(diào)配出所有熒光粉的濃度，然后計(jì)算出發(fā)光二極管芯片、第一熒光 粉濃度及第二熒光粉濃度混合后的混合發(fā)射頻譜。 一種計(jì)算方式如方程式(2) 所述-ca(;i)= x+ a;i)+ 6 x+ a;l)十c x尸2(義+ a義) 求Z |乙(義)-c。 (;i f對可見光頻譜為極小值 的(",6， c)
其中，混合發(fā)射頻譜由Ca(X)表示；
發(fā)光二極管芯片的發(fā)光強(qiáng)度由a表示； 第一熒光粉的濃度由b表示；以及 第二熒光粉的濃度由C表示。
上述的方式是其中一種計(jì)算方式，然而任何熟知本項(xiàng)技術(shù)的人理應(yīng)可以 使用其他的方程式計(jì)算出各熒光粉的濃度。依照上述方式計(jì)算出來的混光頻 譜CJX)為第一混光頻譜。
第四步驟64計(jì)算第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射光譜與演色系數(shù)。
主要是比較目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與第一頻譜或是混合發(fā)射頻
譜其十四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜的差異性。比較方式如以下的方程式 首先，計(jì)算目標(biāo)色溫的可見光頻譜的十四個(gè)色板的反射頻譜 7b(;i與14個(gè)色板的反射頻譜-rjA^co/wr/^c^A) (3) 其中No表示各色板的編號，而colorcheck(入)表示各色板的反射頻譜。
同時(shí)，計(jì)算混合頻譜Ca(入)或是第一混光頻譜的十四個(gè)色板的反射頻S並.
'曰
Cfl(義與14個(gè)色板的反射頻譜=Ca(iV。)co/orc^cA:(;i) (4) 由方程式(3)及(4)進(jìn)行十四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色板個(gè)別反射頻譜的比較。在本步驟 中，可以使用類似方程式(2)來做各色板的計(jì)算
Z |r。 (iV。 )co/orc/zecA:(/l) — C。 (iV。 )co/orc/zec，〗2 ("
第五步驟65找出演色系數(shù)值(R1 R14)中差異最大的數(shù)值，回到第二 步驟62修正其第一熒光粉的濃度或其第二熒光粉的濃度，也即修正(b，c)，或 是可以重新選擇熒光粉。使用這種方式可以得到一第二混光頻譜，使得差異 最大的R值提升。在本步驟65中，是針對方程式(5)中十四個(gè)色板的結(jié)果找 出差異最大的色板編號。針對這個(gè)色板的編號，表示當(dāng)初選擇的熒光粉的濃 度需要做調(diào)整，甚至是需要更換不同種類的熒光粉。利用這樣的回圈計(jì)算， 直到在方程式(5)中計(jì)算出來最大的差異值在可接受的范圍，或是差異值的變 化在可接受的范圍。
18搭配圖6的流程圖，本發(fā)明同時(shí)提供一種高演色性白光發(fā)光二極管的配
制的方框圖。請參閱圖7， 一目標(biāo)色溫的黑體輻射產(chǎn)生器71可以提供某一特 定色溫的黑體輻射的可見光頻譜，其中色溫的范圍可從1500K 8000K之間。 一第一數(shù)據(jù)庫72,用來儲存各種發(fā)光二極管芯片及熒光粉的發(fā)射頻譜。長波 紫外光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為365nm 380nm、紫光發(fā)光二極管芯片發(fā)射 范圍為380nm 420nm及藍(lán)光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為420nm 470nm。熒 光粉的發(fā)光波長范圍可介于480-580nm之間，組成可以為硅酸鹽類，或是氧 化物族系，例如
CaSc204:Ce(516nm);
(MgCaSrBa)2Si04:Eu(525nm);
Ca3Sc2Si3O12:Ce(455-507nm);
(Ca"7MgL5Ce,)(Sd.5Yo.5)Si30i2(455nm);
(Ca2.97Ce0.03)Sc2 (Si，Ge)3012。
以及熒光粉的發(fā)光波長范圍介于600-650nm之間，主要為氮化物族系以 及硫化物族系，例如 CaAlSiN3:Eu(650nm); (CaEu)AlSiN"648nm;); (SrCa)AlSiN3:Eu(630nm); SrGa2S4:Eu(645nm)。
任何熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的人，理應(yīng)理解可以有其他種的熒光粉可以應(yīng) 用到本發(fā)明中，例如石榴石族系，氮氧化物等。
頻譜計(jì)算單元73從第一數(shù)據(jù)庫72中得到的發(fā)光二極管芯片及兩種不同 熒光粉的發(fā)射頻譜，并且先判斷熒光粉濃度。經(jīng)由頻譜計(jì)算單元73得一混 光頻譜。請參閱圖8，為發(fā)光二極管芯片與兩種不同熒光粉的混合的混光頻 譜。在圖8中，曲線A為發(fā)光二極管芯片的發(fā)射頻譜，曲線B及曲線C為 熒光粉的發(fā)射頻譜，曲線D為混合后的混合發(fā)射頻譜。
頻譜比較單元74比較目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與混光頻譜的 頻譜相似度。請參閱圖9，為目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與混合頻譜 的比較圖所示。在圖9中，曲線E為目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜，曲 線F為混合發(fā)射頻譜。利用兩條頻譜重迭方式判斷頻譜的相似度，以提高白光混光頻譜與目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜的近似度。如混光頻譜達(dá)到
頻譜比對相似Yes，則得到一合適的白光發(fā)射頻譜；如混合發(fā)射頻譜不達(dá)到 頻譜比對相似No，則需調(diào)整熒光粉的濃度76或是重新選擇熒光粉77,直到 目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與混合發(fā)射頻譜的頻譜比對達(dá)到相似為 止。
本發(fā)明同時(shí)提供一種高演色性白光發(fā)光二極管的配制的方框圖，請參閱 圖10。一目標(biāo)色溫的黑體輻射產(chǎn)生器IOO可以提供某一特定色溫的黑體輻射 的可見光頻譜，其中色溫的范圍可從1500K 8000K之間。一第一數(shù)據(jù)庫101， 用來儲存各種發(fā)光二極管芯片及熒光粉的發(fā)射頻譜。長波紫外光發(fā)光二極管 芯片發(fā)射范圍為365nm 380nm、紫光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為 380nm 420nm及藍(lán)光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為420nm 470nm。熒光粉的 發(fā)光波長范圍可介于480-580nm之間，組成可以為硅酸鹽類，或是氧化物族 系，例如
CaSc204:Ce(516nm);
(MgCaSrBa)2Si04:Eu(525nm);
Ca3Sc2Si3O12:Ce(455-507nm);
(Ca"7MgL5Ce謹(jǐn))(ScL5Yo.5)Si3Ch2(455nm);
(Ca2.97Ce0.03)Sc2 (Si,Ge)3。12。
以及熒光粉的發(fā)光波長范圍介于600-650nm之間，主要為氮化物族系以 及硫化物族系，例如
CaAlSiN3:Eu(650nm); (CaEu)AlSiN3(648nm); (SrCa)AlSiN3:Eu(630nm); SrGa2S4:Eu(645nm)。
任何熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，理應(yīng)理解可以有其他種的熒 光粉可以應(yīng)用到本發(fā)明中，例如石榴石族系，氮氧化物等。
頻譜計(jì)算單元102從第一數(shù)據(jù)庫111中得到的發(fā)光二極管芯片及兩種不 同熒光粉的發(fā)射頻譜，并且借由比較從目標(biāo)色溫的黑體輻射產(chǎn)生器100產(chǎn)升 目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜，判斷熒光粉濃度。經(jīng)由頻譜計(jì)算單元102 得一混光頻譜。第二數(shù)據(jù)庫103儲存各種標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)色板的反射 頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元104是從第二數(shù)據(jù)庫103與目標(biāo)色溫的黑體輻射的 可見光頻譜可以計(jì)算出目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜的十四個(gè)色板的 反射頻譜及演色系數(shù)值(R1 R14)。
混光頻譜的反射頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元105從第二數(shù)據(jù)庫103與頻譜 計(jì)算單元102所計(jì)算的混光頻譜中可以計(jì)算出混光頻譜的十四個(gè)色板的反射 頻譜及演色系數(shù)值(R1-R14)。
比較單元107，由上述標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元104及 混光頻譜的反射頻譜與演色系數(shù)計(jì)算單元105計(jì)算結(jié)果個(gè)別比較十四個(gè)色板 的反射頻譜及演色系數(shù)值(R1-R14)。經(jīng)由比較單元得到前述兩個(gè)頻譜在十 四個(gè)色板的演色系數(shù)值(R1-R14)及平均演色系數(shù)值Ra，其中找出R1-R14 中最差的R值。如十四個(gè)色板的各別演色系數(shù)值(R1 R14)及平均演色系 數(shù)值(Ra)均達(dá)到目標(biāo)系數(shù)值，則得到一合適的白光發(fā)射頻譜。如十四個(gè)色 板的個(gè)別演色系數(shù)值(R1 R14)及平均演色系數(shù)值(Ra)其中一至數(shù)個(gè)數(shù) 值未達(dá)到目標(biāo)系數(shù)值No，則需調(diào)整熒光粉的濃度108或是重新選擇熒光粉 109，直到達(dá)到目標(biāo)系數(shù)值為止。
圖11顯示本發(fā)明的配置高演色性白光發(fā)光二極管的系統(tǒng)方框圖。 一目 標(biāo)色溫的黑體輻射的頻譜產(chǎn)生器110，可以提供某一特定色溫的黑體輻射的 可見光頻譜，其中色溫的范圍可從1500K 8000K之間。
第一數(shù)據(jù)庫111，用來儲存各種發(fā)光二極管芯片及熒光粉的發(fā)射頻譜。 長波紫外光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為365nm 380nm、紫光發(fā)光二極管芯片 發(fā)射范圍為380nm 420nm及藍(lán)光發(fā)光二極管芯片發(fā)射范圍為 420nm 470nm。熒光粉的發(fā)光波長范圍可介于480-580nm之間，組成可以為 硅酸鹽類，或是氧化物族系，例如-
CaSc204:Ce(516nm);
(MgCaSrBa)2Si04:Eu(525nm);
Ca3Sc2Si3O12:Ce(455-507—;
(Ca"7MgL5Ce謹(jǐn))(ScL5Yo.5)Si30!2(455nm);
(Ca2.97Ce,)Sc2 (Si,Ge)3012o
以及熒光粉的發(fā)光波長范圍介于600-650nm之間，主要為氮化物族系以及硫化物族系，例如
CaAlSiN3:Eu(650nm); (CaEu)AlSiN3(648nm); (SrCa)A,3:Eu(630nm); SrGa2S4:Eu(645nm)。
任何熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，理應(yīng)理解可以有其他種的熒 光粉可以應(yīng)用到本發(fā)明中，例如石榴石族系，氮氧化物等。
頻譜計(jì)算單元112是從第一數(shù)據(jù)庫111中得到的發(fā)光二極管芯片及兩種 不同熒光粉的發(fā)射頻譜，并且先判斷熒光粉濃度。經(jīng)由頻譜計(jì)算單元112得 一混光頻譜。
頻譜比較單元113比較目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜與混光頻譜的 頻譜相似度。比較結(jié)果為第一階近似114。當(dāng)?shù)谝浑A近似的結(jié)果是可以的Yes， 則往下一階段進(jìn)行。當(dāng)?shù)谝浑A近似的結(jié)果是不行的No，則回到頻譜計(jì)算單 元112，重新找出其他的熒光粉的濃度，直到第一階近似114的結(jié)果是可以 的Yes為止。
第二數(shù)據(jù)庫115儲存十四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)色板的反 射頻譜演色性計(jì)算單元116從目標(biāo)色溫的黑體輻射的頻譜產(chǎn)生器110與第二 數(shù)據(jù)庫115可以計(jì)算出目標(biāo)色溫的黑體輻射的可見光頻譜的十四個(gè)色板的反 射頻譜及演色系數(shù)值(R1-R14)。
混光頻譜的反射頻譜演色性計(jì)算單元118從混光頻譜與第二數(shù)據(jù)庫115 計(jì)算混光頻譜的十四個(gè)色板的反射頻譜及演色系數(shù)值(R1 R14)。
比較單元129，比較標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜演色性計(jì)算單元116與混光頻 譜的反射頻譜演色性計(jì)算單元118所產(chǎn)生的結(jié)果。經(jīng)由比較單元117得到前 述兩個(gè)頻譜在十四個(gè)色板的演色系數(shù)值(R1 R14)及平均演色系數(shù)值Ra， 其比較結(jié)果為第二階近似119。當(dāng)十四個(gè)色板的各別演色系數(shù)值(R1 R14) 及平均演色系數(shù)值(Ra)均達(dá)到目標(biāo)系數(shù)值Yes，則得到一高階近似。如十 四個(gè)色板的個(gè)別演色系數(shù)值(R1-R14)及平均演色系數(shù)值(Ra)其中的一 或數(shù)個(gè)數(shù)值未達(dá)到目標(biāo)系數(shù)值No，則需回到頻譜計(jì)算單元112調(diào)整熒光粉 的濃度或是重新選擇熒光粉。
本發(fā)明除可為上述實(shí)施例所述混合兩種熒光粉之外，前述混合的熒光粉
22數(shù)量也可增加為三種，如此可使本發(fā)明更能符合實(shí)際應(yīng)用的所需。當(dāng)然實(shí)際 運(yùn)用時(shí)并不局限上述兩種或三種熒光粉的實(shí)施方式，必要時(shí)可使用三種以上 的熒光粉達(dá)到使用者的需求。
從上述的實(shí)施例中可看出本發(fā)明的手段，使用普朗克(Planck)方程式 計(jì)算設(shè)定溫度的黑體輻射的頻譜，用此頻譜計(jì)算出多種熒光粉的第一近似濃 度。依照各熒光粉的第一近似濃度調(diào)配后計(jì)算出發(fā)光二極管混色后的發(fā)光頻 譜，并且依此發(fā)光頻譜計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)色板中的演色性。從演色性最差的色板修 正各熒光粉的濃度以得到最佳演色性的發(fā)光二極管。
利用本發(fā)明的手段，可達(dá)成可快速的調(diào)配出高演色性的發(fā)光二極管的功 效，并且可大幅降低嘗試錯(cuò)誤的時(shí)間成本。
從本發(fā)明手段與具有的功效中，可以得到本發(fā)明具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。首先， 不需要經(jīng)由嘗試錯(cuò)誤的方式即可找出熒光粉的調(diào)配比例。同時(shí)，當(dāng)有多種類 的熒光粉可供調(diào)配時(shí)，可大幅降低研發(fā)時(shí)間。
顯然地，依照上面實(shí)施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修改與差異。 因此需要在其附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細(xì)的描述外， 本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實(shí)施例中施行。上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的 精神下所完成的等效改變或修改，均應(yīng)包含在所述權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高演色性發(fā)光二極管的配置方法，包含計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)頻譜，該標(biāo)準(zhǔn)頻譜是在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可見光頻譜；提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜，一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一第二熒光粉的發(fā)射頻譜；以及借由該標(biāo)準(zhǔn)頻譜調(diào)整該第一熒光粉與該第二熒光粉的濃度而得到一第一混光頻譜，使得該第一混光頻譜與該標(biāo)準(zhǔn)頻譜接近。
2. —種高演色性發(fā)光二極管的配置方法，包含-計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)頻譜，該標(biāo)準(zhǔn)頻譜是在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的可 見光頻譜；提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一第二熒 光粉的發(fā)射頻譜；借由該標(biāo)準(zhǔn)頻譜調(diào)整該第一熒光粉與該第二熒光粉的濃度而得到一第 一混光頻譜；計(jì)算該第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的演色性；以及找出演色性最差的色板修正該第一熒光粉與該第二熒光粉的濃度，因而 得到一第二混光頻譜。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的高演色性發(fā)光二極管的配置方法， 其中上述的計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的步驟，是利用普朗克方程式計(jì)算而得。
4. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的高演色性發(fā)光二極管的配置方法， 其中上述的第一熒光粉可為CaSc204:Ce ， (MgCaSrBa)2Si04:Eu , Ca3Sc2Si3012:Ce ， (Ca^MguCeo^XScuYo^SisOu ， (Ca2.97Ce,)Sc2(Si,Ge)3012 ， CaAlSiN3:Eu， (CaEu)AlSiN3 ， (SrCa)AlSiN3:Eu 或SrGa2S4:Eu。
5. —種高演色性發(fā)光二極管的配置系統(tǒng)，包含-用以計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)頻譜的手段，該標(biāo)準(zhǔn)頻譜是在一第一色溫下的黑體輻射 所發(fā)射的可見光頻譜；用以提供一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉的發(fā)射頻譜，及一第 二熒光粉的發(fā)射頻譜的手段；借由該標(biāo)準(zhǔn)頻譜用以調(diào)整該第一熒光粉與該第二熒光粉的濃度而得到一第一混光頻譜的手段；用以計(jì)算該第一混光頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的演色性的手段；以及 找出演色性最差的色板用以修正該第一熒光粉與該第二熒光粉的濃度的手段，因而得到一第二混光頻譜的手段。
6. —種高演色性發(fā)光二極管的配置系統(tǒng)，包含一第一數(shù)據(jù)庫，用以儲存一發(fā)光二極管的發(fā)射頻譜， 一第一熒光粉發(fā)射 頻譜，及一第二熒光粉發(fā)射頻譜；一第二數(shù)據(jù)庫，用以儲存各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜；一混色單元，用以計(jì)算在該第一數(shù)據(jù)庫中該發(fā)光二極管，該第一熒光粉， 及該第二熒光粉的混光頻譜，其中該混光頻譜為一第一混光頻譜；一標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生在一第一色溫下的黑體輻射所發(fā)射的 可見光頻譜；一頻譜比較單元，用以比對該第一混光頻譜與該標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器所 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻譜；一標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜產(chǎn)生單元，用以讀取該第二數(shù)據(jù)庫中各標(biāo)準(zhǔn)色板 的反射頻譜，并且對該第一混光頻譜與該標(biāo)準(zhǔn)頻譜分別產(chǎn)生該第一混光頻譜 的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜以及該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜；以及一色板頻譜比較單元，用以比對該第一混光頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜 以及該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的各標(biāo)準(zhǔn)色板反射頻譜。
7. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的高演色性發(fā)光二極管的配置系統(tǒng)， 其中上述的計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)頻譜的手段或標(biāo)準(zhǔn)色溫頻譜產(chǎn)生器，是利用Planck方 程式計(jì)算而得。
8. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的高演色性發(fā)光二極管的配置系統(tǒng)， 其中上述的第一熒光粉可為CaSc204:Ce ， (MgCaSrBa)2Si04:Eu ， Ca3Sc2Si3012:Ce ， (Ca^MgLsCeo^XScLsYo.^C^ ， (Ca2.97Ce。.。3)Sc2(Si，Ge)3012， CaAlSiN3:Eu， (SrCa)AlSiN3:Eu或SrGa2S4:Eu。
9. 一種計(jì)算多重?zé)晒夥蹪舛纫缘玫礁哐萆园l(fā)光二極管的配置方法，包含調(diào)整多重?zé)晒夥鄣臐舛?，使得與一發(fā)光二極管混光后的頻譜接近在一第一色溫下的黑體輻射發(fā)光頻譜；以及找出該混光后的頻譜在各標(biāo)準(zhǔn)色板的反射頻譜中演色性最差的色板，借 以修正該多重?zé)晒夥鄣臐舛取?br>
10. —種使用兩階段的近似找出各種熒光粉在高演色性發(fā)光二極管的調(diào) 配比例的方法，包含調(diào)配出接近黑體輻射的各種熒光粉的混合比例；以及從演色性最差的色板修正該各種熒光粉的調(diào)配比例。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高演色性發(fā)光二極管的配置方法與系統(tǒng)，主要是借由演算法計(jì)算出可跟發(fā)光二極管混合的至少兩種以上的熒光粉分別的濃度?；旃夂蟮陌l(fā)光頻譜可以提供預(yù)設(shè)色溫的高演色性白光。本發(fā)明的一個(gè)目的是利用軟件的計(jì)算可以快速調(diào)配出使用多種熒光粉混成高演色性發(fā)光二極管的方式與系統(tǒng)，以降低嘗試錯(cuò)誤的時(shí)間成本。
文檔編號C09K11/77GK101677117SQ20081021125
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者曾文良, 林新強(qiáng) 申請人:先進(jìn)開發(fā)光電股份有限公司