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CN102356479A - 具有远端发光材料的照明设备 - Google Patents

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CN102356479A
CN102356479A CN2010800124663A CN201080012466A CN102356479A CN 102356479 A CN102356479 A CN 102356479A CN 2010800124663 A CN2010800124663 A CN 2010800124663A CN 201080012466 A CN201080012466 A CN 201080012466A CN 102356479 A CN102356479 A CN 102356479A
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CN
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light
luminescent material
led
lighting device
luminescent
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CN2010800124663A
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C·G·A·霍伊伦
A·瓦尔斯特
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

本发明提供了一种包括光源(100)和透射布置(200)的照明设备。该光源被布置为产生光源光，并且该光源包括：发光器件(LED)(110)，其被布置为产生LED光；以及载体(120)，其包括第一发光材料(130)。所述载体与LED接触，并且第一发光材料(130)被布置为将至少部分的LED光转换为第一发光材料光。第二发光材料的透射布置被布置为远离光源，并且被布置为转换至少部分的LED光火至少部分的第一发光材料光和/或至少部分的LED光。本发明克服了聚光照明中远端发光材料系统的当前制约。此外，基于与各种(红色-橙色)远端发光材料组合的仅单一类型的白色(发白的)光源，允许了实现具有各种关联色温的光源的极为简单的方式。

Description

具有远端发光材料的照明设备
技术领域
本发明涉及包括基于LED的光源和多种发光材料的照明设备，其中至少一种发光材料被布置为远离光源。
背景技术
本领域已知包括具有发光材料的透射布置的照明设备。本领域已知透射陶瓷层或发光陶瓷及其制备方法。例如参考US2005/0269582、US2006/0202105、WO2006/097868、WO2007/080555、US2007/0126017以及WO2006/114726。
例如，US2005/0269582公开了一种与陶瓷层组合的半导体发光器件，该陶瓷层布置在发光层所发射的光的路径中。该陶瓷层由诸如发光材料之类的波长转换材料构成或包括该材料。
此外，US2008029720描述了一种发光布置，其包括：LED芯片，被配置成发射具有第一波长范围的辐射；发光材料，被配置成吸收至少所述第一波长范围辐射中的至少一部分以及发射具有第二波长范围的辐射；以及光学部件，至少所述第一波长范围辐射通过该光学部件。该LED特征在于在光学部件的表面上提供发光材料。
WO2005083036描述了包括LED和一种或多种发光材料的LED灯，其中针对各种发光材料而言，被定义为(入射LED通量)×(发光材料的激发截面)×(发光材料衰减时间)的乘积的品质因数(FOM)低于0.3。这样的透射布置被认为提供具有在驱动电流范围上的改进的流明输出和颜色稳定性的发光器件。
此外，本领域已知发光的多层。例如，US2004217692描述了包括光源和荧光多层的发光器件，该光源输出激发光，该荧光多层具有响应于激发光而发射不同波长的至少两个荧光层。相比其他荧光层而言，发射较长波长和/或具有较低光转换效率的荧光层邻近光源。相比其他荧光层而言，发射较短波长和/或具有较高光转换效率的荧光层距光源最远。因此，可以增加发光器件的整体光转换效率和来自发光器件的光输出量。
US7213940描述了包括第一组固态发光器和第二组固态发光器以及第一组发光荧光粉(lumiphor)的发光器件，该第一组固态发光器和第二组固态发光器分别发射主要波长在从430nm到480nm以及从600nm到630nm的范围内的光，该第一组发光荧光粉发射主要波长在从555nm到585nm的范围内的光。如果向电源线提供电流，则由第一组发射器发射的激发发光器件的光以及由第一组发光荧光粉发射的激发发光器件的光的组合将在没有任何附加光的情形下产生光的子混合，该光的子混合具有在1931 CIE色品图上特定区域内的x、y颜色坐标。
发明内容
对于聚光灯，要求光源的高亮度，即对于所请求的发光通量级别而言，发射源的尺寸被限制以适配在聚光灯中。通常远端发光材料模块的光源尺寸并不适配聚光灯。当减小远端发光材料表面面积以适配聚光应用时，远端放发光材料元件的温度可能升至无法接受的级别，从而导致发光材料的热淬火(这显著减小系统效率)，和/或导致材料劣化(发光材料、或包括发光材料的基体材料、或在其上应用发光材料的基底材料)，从而导致流明衰减、寿命减少以及致命系统故障增加。这在产生相比于冷白色光的暖白色光的情形中尤其如此，因为这要求在波长转换材料中更多的热量产生。
看起来可以使用波长转换材料被应用在LED芯片上的白色LED实现相对高的光源亮度，这是因为这导致小的光源尺寸。然而，暖白色ELD的一个缺点在于红色发光材料部件可能相比于黄色部件对温度更敏感，这可能导致颜颜色点的温度依赖和可能的随时间的颜色偏移。
在可替代的配置中，由具有芯片上发光材料部件的蓝色InGaN芯片构成的高效的淡黄色LED可以与红色AlInGaP LED组合。来自这些发射器的光的正确比例的混合也可以导致暖白色光的高效产生。然而，一个缺点在于该混合导致相对大的源，所述相对大的光源因此具有相对低的亮度，从而使得其不适于例如聚光灯。发现另一缺点在于InGaN的温度敏感性相对AlInGaP LED的温度敏感性的巨大差异，从而使得这样的系统在颜色点以及发光通量方面固有地不稳定。此外，该系统要求2通道驱动器，该2通道驱动器具有在两个通道之间的精确微调以实现目标颜色点，从而导致更复杂、更庞大、以及更昂贵的系统。最终，不同LED材料系统中的不同的老化也可以在没有实施非常精确的反馈系统的情况下降低灯之间的颜色一致性。
因此，本发明的一个方面在于提供可替代的照明设备，其优选地进一步至少部分地消除上述缺陷中的一个或多个。
本发明可以实现远端发光材料光源的亮度的显著增加(约10倍)，同时提供远端发光材料LED引擎的至少部分的功效增加，从而导致用于例如聚光灯的更高效的LED源。此外，利用所提出的配置，发光材料部件的温度可以更低，从而导致更稳定的光源。
在第一实施例中，本发明提供一种照明设备，其包括：
a.光源，布置为产生光源光，该光源包括：
i.发光器件(LED)，布置为产生LED光；
ii.载体，包括第一发光材料，其中该载体与LED接触，并且其中该第一发光材料被布置为将至少部分的LED光转换为第一发光材料光；以及
b.第二发光材料的透射布置，其被布置为远离光源，并且被布置为将至少部分的LED光或至少部分的第一发光材料光、或至少部分的LED光以及至少部分的第一发光材料光转换为第二发光材料光。
利用所提出的配置，可以通过利用远端发光材料概念的LED光提取优势而增加用于聚光灯的光源的功效。
本发明提供如何克服聚光照明中远端发光材料系统的当前限制的实施例。此外，基于与各种(红色-橙色)远端发光材料结合的仅单一类型的白色(或发白的)光源，可以允许实现具有各种关联色温的光源的极其简单的方式。简单地通过变化发光材料负载和/或透射布置与光源的距离，和/或变化透射布置的照射(部分)面积，看起来可以变化由照明设备产生的光的关联色温。因此，本发明还可以以极其简单的方式使得能够沿黑体轨迹(BBL)调节关联色温(CCT)，即甚至无需调节红色磷光贡献和黄色-绿色磷光贡献这两者。
在一个实施例中，LED包括蓝色发射LED，第一发光材料被布置为发射主要波长在黄色-绿色光谱范围中的光，并且其中第二发光材料被布置为发射主要波长在红色-橙色范围中的光。
在一个具体实施例中，LED包括蓝色发射LED，其中第一发光材料包括选自以下组的一种或多种发光材料，所述组包括：含三价铈的石榴石、含二价铕的氮氧化物、含二价铕的硅酸盐、含二价铕的硫代镓酸盐(thiogallate)、优选的至少含三价铈的石榴石，并且其中第二发光材料包括选自以下组的一种或多种发光材料，所述组包括：含三价铈的碱土硫化物以及含二价铕的氮化物、优选地至少含二价铕的氮化物。在绿色中发射的(其他)发光材料的示例例如SrSiON:Eu(氮氧化物)，或(Sr，Ba，Ca)SiO4:Eu(硅酸盐)和SrGa2S4:Eu(硫代镓酸盐)。(另一)红色发光材料的示例例如(Ca1-xSrx)S:Ce(碱土硫代镓酸盐).合适的发光材料的示例还例如在WO0211173中描述。
特别优选的是其中LED包括蓝色发射LED的实施例，其中第一发光材料包括含三价铈的石榴石，并且其中第二发光材料包括含二价铕的氮化物，特别是含二价铕的硅基氮化物(nitridosilicate)。此外，第二发光材料优选地包括CaAlSiN3:Eu。
提出了载体的若干实施例。优选地，与LED紧密接触而应用波长转换的(主要)部分，在载体所包括的发光材料中产生的热量也可以经由该(主要)部分向外传导到照明设备的外壳或到将热量引导至散射器的照明设备的热界面。这意味着在发光材料中产生的大多数的热量(Stokes损耗以及量子效率损耗)可以经由通过LED的传导而被传送到环境。因此，载体(除与LED接触之外)优选地还与散热器接触。
在一个实施例中，载体包括发光陶瓷。对于光源(即LED封装)中发光材料而言，可以使用与LED良好热接触的透明或高度半透明的发光元件(例如(几乎透明的)发光陶瓷，诸如像YAG:Ce的含三价铈的石榴石)。以此方式，从封装的光提取相对高(由于散射回管芯的光较少所致)并且发光材料温度接近管芯(die)温度。
在另一实施例中，载体包括发光材料层。
在又一实施例中，载体包括诸如树脂之类的密封件，该密封件包括第一发光材料。在又一实施例中，诸如发光材料层或发光陶瓷之类的载体由密封件包围，其中密封件(还)可能或可能不包括发光材料。优选地，载体因此与散热器接触。密封件对于至少部分的可见光而言是透射的。透射树脂为本领域所知。密封件例如可以是聚合物树脂或硅树脂或者在一个实施例中是基于溶胶凝胶的系统。
该布置被布置为远离光源。提出了透射布置的若干实施例。在一个实施例中，透射布置包括涂敷到出射窗的涂层，其中该涂层包括第二发光材料。
在又一实施例中，透射布置包括出射窗，该出射窗包括第二发光材料。例如，这样的出射窗(还)可以包括发光陶瓷。
在一个实施例中，出射窗具有中空形状并且至少部分包围光源。
优选地，可以应用作为远离LED的第二发光元件的红色或红色-橙色发光材料。这些发光材料可以是高散射的，并且因而当远离LED而应用从而使得照射在该第二元件上的仅一小部分光被散射回到LED的管芯上或LED的封装上时，显著改进系统效率。
此外，对于第二发光元件而言，优选地选择如下发光材料，该发光材料主要吸收和转换由载体(更确切而言是载体所包括的发光材料)转换为具有在来自LED的泵浦光的波长和由第二发光材料发射的光的波长之间的波长的光；这可以因降低的Stokes位移而导致在第二元件中显著降低的热耗散。因此，优选地，第二发光材料被布置为转换至少部分的第一发光材料光。
此外，优选地，对于第二发光元件而言，选择如下发光材料，该发光材料显示出低热淬火以实现该元件上高的功率密度，该发光材料例如氮化物发光材料。
然而，在另一实施例中，透射布置(特别是该布置所包括的发光材料)被安装为与热传导器良好地热接触，该热传导器可以将在该第二元件中产生的热量引导到例如灯的外壳。因此，优选地，透射布置也与散热器接触。以此方式，在发光材料中因Stokes位移损耗和/或量子效率损耗而产生的热量可以被向外引导，因而最小化效率损耗。优选地，载体和透射布置与散热器接触。
在另一实施例中，例如通过将发光材料粉末按压为高装填密度(其中还优选在适当的位置具有嵌入材料以增强热传导性)或通过应用单片陶瓷发光材料(本领域中也被为Lumiramic)而将透射布置所包括的发光材料应用为紧密装填密度以增强该元件中的热传导性
术语“第一发光材料”还可以指代多种(第一)发光材料，其可以作为混合物而提供，但是也可以例如作为(相邻的)层而提供。术语“第二发光材料”也可以指代多种(第二)发光材料，其可以作为混合物而提供，但是也可以例如作为(相邻的)层而提供。还可能有其他一些实施例，诸如透射布置包括具有第二发光材料的上游涂层，该第二发光材料可以与下游涂层中包括的第二发光材料相同或不同。
令人惊异的是，使用基本上白色的光源和红色或橙色-红色远端发光材料，可以较为容易地变化CCT。因此，在一个实施例中，光源光是具有在黑体轨迹(BBL)的15SDCM(颜色匹配的标准差)内的颜色点的白色光。
照明设备可以被用于不同应用，诸如(改造)聚光灯，但也可以用于非改造聚光灯。照明设备可以被用于一般照明，包括家庭、酒店、商店和办公室照明，还可以用于汽车中(诸如白昼行驶灯)。所提出的配置可以被应用在大区域照明、环境照明(例如发光拼贴)、背光(例如海报框)、射灯、诸如白炽灯(GLS)或TL替换灯之类的漫射改造灯、以及洗墙灯以及取决于体积和光束约束的许多类型的聚光灯。
在一个实施例中，设备因此还包括校准器以校准设备光。特别地，照明设备可以被布置为产生照明设备光，该照明设备光包括第一发光材料光和第二发光材料光以及可选的LED光，其中照明设备还包括校准器，该校准器至少部分地包围光源和透射布置，并且被布置为校准照明设备光。
下面更详细地描述一些方面。
照明设备
相对于LED，载体和透射布置被布置在LED的下游。
载体与LED接触。一个(较大)的载体可以被布置在多个LED之上。此外，还可以应用其中每一个都包括载体的多个LED。载体基本上位于LED的直接下游，并且优选地基本上与LED管芯接触。短语“载体与LED接触”特别指示至少部分的载体与至少部分的管芯接触。优选地，基本上整个管芯与(至少部分的)载体接触。
术语“上游”和“下游”涉及相对于从光发生装置(此处特别是LED)的光的传播的物体或特征的布置，其中相对于来自光发生装置的光束内的第一位置，更靠近光发生装置的光束中的第二位置是“上游”，而更远离光发生装置的光束中第三位置是“下游”。
照明设备可以包括一个或多个光源。此外，照明设备可以包括一个或多个LED以及一个或多个载体，这包括具有多个LED和与该多个LED接触的载体的一些实施例。
透射布置优选地以如下方式布置，即基本上由光源产生的所有发射都指向透射布置的方向；即透射布置被部署在由光源发射的光的路径中。因此，在优选的实施例中，发光材料和/或透射布置接收基本上所有的光源光。由于在实施例中，透射布置和光源之间的距离非零，所以可以存在室或腔，该室或腔由光源、透射布置以及可选的腔壁包围。透射布置可以接收基本上所有的在室或腔中的内反射后的光源光。
包括第二发光材料的透射布置被特别地布置为发射至少部分的光源光。以此方式，具有经透射的(透射布置)光源发射的光源和具有第二发光材料发射的第二发光材料被布置为产生预定颜色的光(诸如白色光)。
透射布置具有指向光源的上游面，以及指向照明设备的外部的下游面。
不排除用来引导或影响照明设备光的进一步的光学器件，诸如校准器、反射器、光导、光学层等，这些其他光学器件可以布置在出射窗的下游。
利用本发明，可以实现具有非常高的效率和良好的颜色再现，并且现在在关断状态时还可以表现出白色或几乎中性颜色的远端发光材料模块。可以通过在透射元件的下游表面上应用一个或多个光学层或涂层来获得中性颜色的外观。光学层可以包括例如散射颗粒、散射聚合物、或二色光学堆叠。所提出的在透射布置(诸如膜)中或在其上具有第二发光材料的系统还通过卷轴式(roll-to-roll)工艺实现廉价的大规模生产，并且组合了具有效率优化的均质化(homogenisation)。可替代地，可以使用注射成型作为廉价的大规模生产技术，从而实现在透射布置的形状和尺寸方面的大的灵活性。
可选地，透射布置可以包括发光材料的非均匀分布。例如，第二发光材料的非均匀分布可以增强调谐能力。
载体
载体优选地与LED管芯直接接触。载体可以包括密封件，该密封件包括第一发光材料，但是载体也可以包括布置在LED管芯上的发光陶瓷(也参见下文)。载体还可以包括布置在LED管芯上的发光层。发光陶瓷和发光层两者可以由密封件包围，该密封件可以可选地还包括第一发光材料。载体优选地与散热器接触，以便让载体中产生的热量流走。
LED和载体一起被表示为“光源”。
反射器和腔
透射布置和光源之间的非零距离可以例如利用如下实施例实现，其中光源被布置在腔或室中(也参见上文)，并且透射布置是包围结构的一部分。包围结构可以基本上由透射布置构成，但是一般地，仅部分的包围结构由该布置构成。包围结构的其他部分可以是印刷电路板(PCB；有时也表示为印刷线路板(PWB))。
在实施例中，腔可以(还)包括布置为将LED光以及可选的发光材料发射反射回腔中的腔反射器，其中腔反射器的反射率在可见光垂直照射的情形下为至少约95％，特别地至少在蓝色区域中为至少约98％。
在特定实施例中，腔反射器包括漫射反射器，并且更具体地是漫射反射器。在一个实施例中，腔反射器包括选自以下组的一种或多种材料，所述组包括：特氟纶(Teflon)、MCPET(微泡沫聚乙烯对酞酸盐micro-foamed polyethylene terephthalate)、以及基体材料中的微粒TiO2。在另一实施例中，腔反射器包括镜面反射器，并且更具体地是镜面反射器。在又一实施例中，腔反射器包括漫射和镜面反射器。例如，反射器可以是部分地镜面以及部分地漫射。
在一个实施例中，腔可以具有选自以下组的形式，所述组包括：圆柱体、立方体、长方体(也称为矩形棱镜)、五角棱镜、以及六角棱镜(即六角形)。在特定实施例中，腔具有圆柱体的形式。在又一特定实施例中，腔具有六角形。特别地在六角形/形式的情形下，腔反射器可以包括镜面反射器或漫射和镜面反射器的组合。优选地，腔反射器可以具有圆锥形、抛物面形或椭球形。
基于LED的光源中的远端发光材料看起来在系统功效方面非常有利，特别是对于产生具有低色温(暖白色)的光。在透射布置或膜上应用发光材料涂层可以带来高的系统功效，这是因为仅有非常少的光可以被反射回LED，在LED处光有很大的可能被吸收。使用远离LED的发光材料相比于具有在LED封装中的发光材料的系统可以导致高至50％的功效增益。
LED和发光材料
在实施例中，LED被布置为发射蓝色发射，并且第一发光材料包括(a)绿色发光材料，其被布置为吸收至少部分的蓝色LED光并且发射绿色发射；以及(b)第二发光材料包括橙色-红色和/或红色发光材料，其被布置为吸收至少部分的蓝色LED光、或至少部分的绿色发射、或至少部分的蓝色发射和至少部分的绿色发射这两者，并且发射红色发射。以此方式，(预定颜色的)照明设备光可以是白色光。取决于蓝色LED光光谱和其他LED功率以及发光材料的量，可以构成不同色温的白色光。
在另一实施例中，LED被布置为发射蓝色发射，并且第一发光材料包括(a)黄色发光材料，布置为吸收至少部分的蓝色发射并且发射黄色发射，以及(b)第二发光材料，包括橙色-红色和/或红色发光材料，布置为吸收至少部分的蓝色LED光、或者至少部分的黄色发射、或者至少部分的蓝色发射和至少部分的黄色发射这两者，并且发射红色发射。该红色发光材料以及其他发光材料可以被应用于进一步改进CRI。
在一个实施例中，照明设备包括布置为发射LED光的多个发光二极管(LED)，诸如在2-100个的数量级，例如4-64个。
这里的术语白色光为本领域技术人员所知。白色光特别涉及具有约2000K和20000K之间的关联色温(CCT)的光，特别是2700K和6500K之间，并且针对背光目的而言特别是在约7000K和20000K的范围中，并且特别是在距BBL约15SDCM(颜色匹配的标准差)内，特别是在距BBL约10SDCM内，甚至更特别的是在距BBL约5SDCM内。
术语“蓝色光”或“蓝色发射”特别涉及波长在约410nm到490nm的范围中的光。术语“绿色光”特别涉及波长在约500nm到570nm范围中的光。术语“红色光”特别涉及波长在约590nm到650nm范围内的光。术语“黄色光”特别涉及波长在约560nm到690nm范围内的光。
这些术语并不排除特别地发光材料可以具有宽带发射，该宽带发射具有波长分别在例如约500nm到570nm、约590nm到650nm以及约560nm到590nm的范围之外的发射。然而，这样的发光材料(或各自的LED)发射的主要波长将被发现分别在这里给定的范围内。因此，短语“波长在……范围内”特别地指示发射可以具有在指定的范围内的主要发射波长。
特别优选的发光材料选自石榴石和氮化物，特别是分别掺杂有三价铈或二价铕的石榴石和氮化物。
石榴石的实施例特别包括A3B5O12石榴石，其中A包括至少钇或镥，并且其中B包括至少铝。这样的石榴石可以掺杂有铈(Ce)、镨(Pr)或铈和镨的组合；然而特别是掺杂有Ce。特别地，B包括铝(Al)，然而，B还可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别地多至Al的约20％，更特别地多至约Al的约10％(即B离子基本上包括90或更多摩尔％的Al以及10或更少摩尔％的Ga、Sc和In中的一种或多种)；B可以特别地包括多至约10％的镓。在另一变体中，B和O可以至少部分地由Si和N替换。元素A可以特别地选自以下组，所述组包括：钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)。此外，Gd和/或Tb特别地仅存在多至约20％的A的量。在优选实施例中，石榴石发光材料包括(Y1-xLux)3B5O12:Ce，其中x等于或大于0并且等于或小于1。
术语“:Ce”指示发光材料中的部分的离子可以由Ce替换(即在石榴石中：部分的“A”离子)。例如，假定为(Y1-xLux)3Al5O12:Ce，则部分的Y和/或Lu由Ce替换。这种标记为本领域技术人员所知。一般而言，Ce将不超过10％地替换A；一般而言，Ce浓度将在0.1％-4％的范围内，特别地是0.1％-2％(相对于A)。假定是1％的Ce和10％的Y，则完整的正确表达式可以是(Y0.1Lu0.89Ce0.01)3Al5O12。石榴石中的Ce基本上为三价态或仅为三价态，如本领域技术人员所知的那样。
在一个实施例中红色发光材料可以包括选自以下组的一种或多种材料，所述组包括：(Ba，Sr，Ca)S:Eu、(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu和(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu。在这些化合物中，铕(Eu)基本上为二价或仅为二价，并且替换一种或多种所指示的二价阳离子。一般而言，Eu将不以超过阳离子的10％的量存在，特别是相对于其替换的阳离子的约0.5％-10％的范围中，更特别而言是在相对于其替换的阳离子的约0.5％-5％的范围中。术语“:Eu”表示部分的金属离子由Eu(在这些示例中由Eu2+)替换。例如，假定在CaAlSiN3:Eu中有2％的Eu，则正确的分子式可以是(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。二价铕一般将替换二价阳离子，诸如上面的二价碱土阳离子，特别是Ca、Sr或Ba。
材料(Ba，Sr，Ca)S:Eu还可以被表示为MS:Eu，其中M是选自以下组的一种或多种元素，所述组包括：钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)；特别地，在该化合物中M包括钙或锶，或者钙和锶，更特别地包括钙。此处，Eu被引入并且替换至少部分的M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)。
此外，材料(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu也可以被表示为M2Si5N8:Eu，其中M是选自以下组的一种或多种元素，所述组包括：钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)；特别地，在该化合物中M包括Sr和/或Ba。在又一特定实施例中，M包含Sr和/或Ba(未计入Eu的存在)，特别地50％-100％，特别地50％-90％的Ba以及50％-0％，特别地50％-10％的Sr，诸如Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu(即75％Ba；25％Sr)。此处Eu被引入并且替换至少部分的M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)。
类似地，材料(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu也可以被表示为MAlSiN3:Eu，其中M是选自以下组的一种或多种元素，所述组包括：钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)；特别地，在该化合物中M包括钙或锶、或钙和锶，更特别地包括钙。此处，Eu被引入并且替换至少部分的M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)。
术语发光材料在这里特别涉及无机发光材料，无机发光材料有时也被表示为发光材料。这些术语为本领域技术人员所知。
优选地，在一个实施例中，第二发光材料包括(Ca，Sr，Ba)AlSiN3:Eu，优选地包括CaAlSiN3:Eu。此外，在可与之前实施例组合的另一实施例中，第二发光材料包括(Ca，Sr，Ba)2Si5N8:Eu，优选地包括(Sr，Ba)2Si5N8:Eu。术语“(Ca，Sr，Ba)”指示对应的阳离子可以被钙、锶或钡占据。其还指示在这样的材料中，对应的阳离子位置可以由选自以下组的阳离子占用，所述组包括：钙、锶和钡。因此，该材料例如可以包括钙和锶、或仅包括锶，等等。
如对本领域技术人员将是清楚的那样，还可以应用第一发光材料的组合。类似地，也可以应用第二发光材料的组合。
此外，如对本领域技术人员将是清楚的那样，发光材料的关于一种或多种构成元素、活化剂浓度、颗粒尺寸等的优化、或关于发光材料组合的优化可以被应用以优化照明设备。
透射布置
透射装置特别布置在距光源(即特别是距载体)非零距离处。
这里的术语“透射”在实施例中可以指代透明并且在另一实施例中可以指代半透明。这些术语为本领域技术人员所知。透射特别指示在整个可见光范围中的一个或多个部分中的由透射布置透射对光的透射例如至少约2％，更特别地至少约5％，甚至更特别地至少约10％(在利用光垂直照射透射布置的情形下)。假定提供蓝色光的光源，优选地，至少部分的蓝色光可以被透射布置透射。此外，假定第二发光材料的上游布置，优选地至少部分的由第二发光材料产生的发射被透射布置透射例如至少约2％，更特别地至少约5％，甚至更特别地至少约10％(在利用光垂直照射透射布置的情形下)，并且优选地甚至更高，诸如至少约20％，例如至少约40％。
透射布置可以是自支撑的，但是该透射布置在一个实施例中也可以是柔性膜，该柔性膜例如被拉伸(例如在设备的腔壁之间)。透射布置可以具有基本平坦的形状，例如片状，但是在另一实施例中可以具有基本凸出的形状，像例如穹顶。
在实施例中，透射布置可以包括有机材料。优选的有机材料选自以下组，所述组包括：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)异丁烯酸酯)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMI)、PEN(聚乙烯萘酚树脂)、PDMS(聚二甲硅氧烷)、以及COC(环烯烃共聚物)。例如聚碳酸酯给出良好结果。
然而，在另一实施例中，透射布置包括无机材料。优选的无机材料选自以下组，所述组包括：玻璃、(熔融)石英、陶瓷以及有机硅。
如上所述，透射布置包括至少部分的第二发光材料。透射布置包括第二发光材料的事实并不排除部分的(第二)发光材料可以被布置在照明设备中的别处；然而，在特定实施例中，基本上所有的第二发光材料被透射布置包括。短语“透射布置包括第二发光材料”可以涉及选自以下组的透射布置，所述组包括：其中第二发光材料嵌入在透射布置中的透射布置、本身是第二发光材料的透射布置、具有包括第二发光材料的下游涂层(侧部面对出射窗)的透射布置、具有包括第二发光材料的上游涂层(侧部面对LED)的透射布置、包括上游和下游涂层(该上游和下游涂层包括第二发光材料)这两者的透射布置、以及这些选项中的两个或多个的组合，诸如本身是第二发光材料并且具有含有第二发光材料的下游涂层的透射布置。
由于第二发光材料还可以是发光材料的组合，所以这些发光材料可以被布置为组合，但也可以被布置在不同的位置。例如，也可以与“第三”发光材料组合而提供如下的透射布置，其包括嵌入在透射布置本身中的第二发光材料或本身是发光材料，该“第三”发光材料嵌入在透射布置上的一个或多个上游或下游涂层中。
在优选的实施例中，透射布置具有包括涂层的上游面，其中该涂层包括至少部分的第二发光材料。这样实施例可以受益于第二发光材料的远端位置(即远离LED)和受益于距离出射窗的相对远端的位置(当利用白色光照明时的出射窗的颜色的去饱和)。
在特定实施例中，至少部分的第二发光材料包括透射陶瓷发光材料，并且其中透射布置包括透射陶瓷发光材料。因此，在该实施例中，透射布置是透射陶瓷。特别合适的发光陶瓷如这里所描述的那样基于含铈的石榴石、或基于含(二价)铕的硅基氮化物。透射陶瓷层或发光陶瓷以及他们的制备方法为本领域已知。例如参见美国专利申请序列号10/861,172(US2005/0269582)、美国专利申请序列号11/080,801(US2006/0202105)、或WO2006/097868、WO2007/080555、US2007/0126017和WO2006/114726。这些文献(特别是这些文献中所提供的关于制备陶瓷层的信息)在此通过引用并入。
包括第二发光材料的透射陶瓷层的布置取代了向LED布置发光材料，这允许第二发光材料和光源之间的非零距离。该距离在这里被表示为dLL(第二发光材料光源距离)。距离dLL特别地是最短距离。这意味着在一个实施例中，光源和第二发光材料之间的任何最短距离都大于0mm。在一个实施例中，第二发光材料光源距离(dLL)在0.1mm-50mm的范围中，特别是在0.1mm-30mm的范围中，更特别是在0.1mm-15mm的范围中，诸如至少0.2mm，例如约0.5mm到2mm，或者约1mm到30mm，例如1mm到15mm。
照明设备可以包括多于一个透射布置，其中一个或多个这样的包括发光材料的透射布置可能具有不同的发光材料LED距离(dLL)。多于一个的透射布置例如可以包括不同的发光材料。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参照所附示意附图描述本发明的实施例，在所附示意附图中对应的参考符号指示对应部件，并且其中：
图1a至图1c示意地描绘了本发明的照明设备的非限定数目的可能配置；
图2a至图2b以截面图示意性地描绘了照明设备的非限制数目的实施例；
图3a至图3d以截面图示意性地描绘了照明设备的非限制数目的实施例；
图4以截面图示意性地描绘了照明设备的实施例；以及
图5a至图5b描绘了照明设备的光学结果。
仅描绘了基本元件。在示意图中并未描绘本领域技术人员已知的其他元件(例如驱动器)、进一步的光学元件(例如滤光器、校准器)(除图4之外)、配件等。
具体实施方式
图1a至图1c示意性地描绘了根据本发明的照明设备10的实施例。照明设备10包括光源100和远离光源100的透射布置200。光源100被布置为产生光源光101，并且包括被布置为产生LED光111的发光器件(LED)110和包括第一发光材料130的载体120。载体120与LED 110接触。第一发光材料130被布置为将至少部分的LED光111转换为第一发光材料光131。
具有第二发光材料230的透射布置200被布置为远离光源100并且被布置为将至少部分的LED光111、或至少部分的第一发光材料光131、或至少部分的LED光111和至少部分的第一发光材料光131转换为第二发光材料光231。由此产生照明设备光11。
图1a示意性地将载体120描绘为发光材料层或发光陶瓷。图1b示意性地将载体120描绘为包括第一发光材料130的诸如树脂之类的密封件123。
图1c进一步示意性示出了光线的传播。首先，注意到载体120位于LED 110的直接下游。此外，透射布置200在下游并且远离载体120(并且因而也远离LED 110)。LED 110生成LED光111。此外，载体120(或更确切而言载体120所包括的第一发光材料130)因吸收LED光111而产生第一发光材料光131。以此方式，产生包括发光材料光131和可选的LED光111的光源光101。
该光源光101可以被透射布置200至少部分地透射以及部分地吸收。透射布置200包括第二发光材料230，该第二发光材料230在吸收LED光111和/或吸收第一发光材料光131之后发射第二发光材料光231。以此方式，在透射布置200的下游可以发现照明设备光11。该照明设备光11包括第二发光材料光231、第一发光材料光131和可选的LED光111。
图2a至图2b示意性地描绘了以下实施例，其中布置200是至少部分地包围光源100的穹顶，特别地是半穹顶。以此方式，创建腔或室50。在两个示例中，载体120包括第一发光材料130，载体120示例性地为发光陶瓷121或发光层。在两个示例中，第一载体120由密封件123(在这些实施例中其可能不包括第一发光材料130)包围。光源100布置在诸如PCB之类的支撑件上。该支撑件还被表示为散热器12。利用参考标记13表示热连接。腔50可以进一步由该支撑件的部分形成，但是还可以可选地由反射器形成。在两个实施例中，反射器14被集成在腔中。以此方式，可以优化来自腔50的输出耦合(outcoupling)。
优选地，第一发光材料以如下单片陶瓷发光元件的形式应用，该单片陶瓷发光元件具有相对高半透明性(显著高于实现相同的颜色点的粉末发光材料悬浮的半透明性)以及到LED管芯的相对高的热传导性(再次显著高于硅胶基体材料中的粉末发光材料悬浮的热传导性)。
被表示为第二发光材料230的远端发光元件是自支撑发光荧光粉(例如单片发光陶瓷或在诸如聚碳酸酯之类的基体材料中分散的粉末发光材料)或具有发光材料涂层(例如在内侧具有发光材料涂层的玻璃或陶瓷(例如YAG)球壳)的支撑结构。当在外侧应用第二发光材料230涂层时，优选地在例如溶胶凝胶材料之类的基体材料中嵌入发光材料颗粒。优选地在远端的第二发光材料230中仅使用无机材料以实现相对高的温度。优选地，该布置是具有与散热器良好热接触的相对良好的热传导体，诸如氧化铝陶瓷。
布置200的表面面积优选地比管芯的表面面积大至少10倍。此外，优选地装配布置200以使得LED管芯或LED管芯的密封件(即LED的主光学器件或透镜)与布置200之间保留有气隙。
图2a示意性地描绘了如下元件，其中第一发光材料130被包括在发光陶瓷121中，并且第二发光材料230嵌入在布置200中。该布置200在这里被描绘为出射窗300(例如聚碳酸酯(PC)或(单片)发光陶瓷)。图2b示意性地描绘了如下实施例，其中第一发光材料130也被包括在发光陶瓷121中，并且第二发光材料230被包括在涂敷到出射窗300的涂层201中，该涂层201在此被涂敷到出射窗300的上游面。包括第二发光材料230的出射窗300(也)被表示为布置200。
图3a至图3d示意性地描绘了具有多个LED 110和/或多个载体120的实施例。示例性地，出射窗300被描绘为包括第二发光材料230的透射载体，诸如包括第二发光材料230或(单片)发光陶瓷的聚合物基体。腔50的壁以及底部部分配备有反射器14。
图3a至图3d示意性地描绘了具有部分远端发光材料230的光源100的若干实施例，其通过在远端发光材料230中的减少的热耗散而实现相对高的源亮度。
示例性地，在图3a中，一个光源100包括作为发光材料层122(左光源)的第一发光材料130，并且另一个光源100包括作为发光陶瓷121(右光源100)的第一发光材料130。在两个光源100中，发光材料130由密封件123密封。(红色或红色-橙色)(陶瓷发光)布置200被安装为与散热器12热接触。
图3b示意性地描绘了与单个载体120(诸如LED封装中的黄色发射陶瓷颜色转换器)组合的多个蓝色LED 110。
图3c示意性地描绘了作为在光源100上安装的穹顶形壳的布置200(诸如单片陶瓷发光材料230)。
图3d示意性地描绘了具有包括LED 110、黄色和绿色发光陶瓷载体120的光源100和共用布置200的组合的实施例，共用布置200可以特别地包括陶瓷(红色或红色-橙色)远端发光材料230。术语“红色或红色-橙色发光材料”以及类似的术语表示分别发射在可见光光谱的红色或橙色部分中的发射的发光材料。
图4示意性地描绘了还包括校准器16的本发明的照明设备10的实施例。如对本领域技术人员将是清楚的那样，校准器16的使用并不限于此处展示的光源100和布置200的特定配置，而是校准器16还可以被用于其他配置，诸如在图3a-图3d中展示的配置。校准器16可以与支撑件13热接触，从而变为散热器12的一部分。
在图5a中，示出了利用包括冷白色LED和远端发光材料元件的光源测量的一些光谱(功率密度(W/nm)对波长(nm))，该冷白色LED具有刚超过5000K的关联色温，该远端发光材料元件包括红色氮化物发光材料。在该图中，示出了利用冷白色LED和红色发射远端发光材料元件获得的实验性光谱，其中仅有远端发光材料的层厚度变化。在图中指示了利用各种远端发光材料负载获得的关联色温，并且该关联色温的范围为从ca.1800K起及以上，但可以增加到直至白色LED的色温(在此情形中为ca.5100K)。在约440nm处，从高到低强度，分别显示了5120K、3470K、2730K、2280K以及1790K的曲线。在约550nm处，顺序相同；在650nm处，顺序反转，其中1790K的曲线提供在此波长处的最高强度，而5120K的曲线提供最低的强度。
在图5b中，指示了已在US7213940B1中请求保护的来自蓝色LED和黄色发光材料的光发射的色品区域，该光发射与来自红色LED的光(主要波长在600nm和630nm之间)的组合产生白色光。此外，还指示了在LED模块中使用的冷白色LED的色品坐标和具有若干远端发光材料组件的模块的坐标(其中仅有发光材料负载改变)，根据在本发明公开内容中描述的设计规则实现所述LED模块。从图中可以清楚看出，白色发射器处于上述现有技术专利所请求保护的范围之外。此外，利用由本发明公开内容限定的系统，可以实现相比根据US7213940B1建造的系统的宽得多的色温范围，这是因为远端发光材料组件不仅转换蓝色、还转换黄色-绿色光，因此，白色LED仅限定由模块发射的光的色温上限，而实际色温由红色发光材料层厚度确定。
在该图中还观察到所得的颜色点几乎不随变化的驱动或环境条件而变化，并且还观察到在仅红色远端发光材料的层厚度变化时，颜色点非常接近黑体轨迹。这使得能够非常简单地实现具有不同色温的产品，这是因为相同的LED和相同的发光材料可以被用于所有这些产品。根据本发明的照明设备还(因此)可以提供具有与BBL接近得多(诸如在约15SDCM之内，特别是在约10SDCM之内，甚至更特别的是在约5SDCM之内)的颜色点的光。
利用黄色-绿色和红色-橙色发光材料的LED插座效率(wallplug efficiency)和量子效率的当前可实现的值，可以确定LED和两种发光材料中的相对热产生；3000K的色温的结果在表1中示出。
表1蓝色LED中的相对功率耗散，“红色发光材料”(Sr，Ca)AlSiN3:Eu)和“绿色发光材料”(YAG:Ce)以针对红色发光材料的两种不同泵浦条件获得3000K的颜色点。
Figure BPA00001437744000201
在下表(表2)中，利用作为参数(可以从表1中的数据提炼出)的配置来计算远端发光材料元件中的相对热耗散。
表2针对两种不同配置(远端元件中的绿色和红色发光材料两者对远端元件中仅有红色)以及红色发光材料的两种不同泵浦状况(仅由蓝色泵浦对仅由绿色泵浦)的第二(远端)发光元件中的热耗散。
Figure BPA00001437744000202
根据这些结果，可以作出以下结论：当在第二(远端)发光元件中仅应用红色发光材料并且主要由来自绿色发光材料的光泵浦该发光材料时，远端发光材料元件中的热耗散可以以因子5减小。虽然后者由于当产生红色光时的双倍QE损耗而稍微较低效，但是它导致远端发光材料的显著较低的热负载。因此，假定对远端发光材料部件的相同的热限制，利用该方案，相比于利用完全远端发光材料应用的光源，光源的亮度可以以因子5增加。虽然对于一些红色发光材料而言，这受到它们的热淬火的限制，但是至少对(Ca，Ba，Sr)AlSiN3:Eu红色到红色-橙色发射氮化物发光材料的类别而言，这应该使得能够进一步对光源亮度加倍。总体而言，对于根据本发明的光源配置，可以期望相比于完全远端发光材料光源，亮度以因子10增加。
因此，与上述措施一致，提出了一种LED聚光灯配置，其中：在LED封装(在LED管芯上)中应用具有低光散射性质的第一发光元件(表示为载体)，该第一发光元件承担所需波长转换的相当一部分(优选地大部分)，并且该第一发光元件导致热量高效地从发光材料元件传送到LED封装的基底；以及可以具有相对高的光散射属性的第二发光元件，该第二发光元件位于距LED一定距离从而以相对低热耗散转换光的相当一部分(优选地相对小的部分)，因而该第二发光元件即使在相对高的亮度下仍保持相对冷却。为了改进该效果，选择第二(远端)发光元件，以使得该第二发光元件转换从LED上的发光元件(表示为载体)发射的光的主要部分(或至少一部分)，从而减少第二发光元件中的Stokes位移损耗。优选地，第一和第二发光元件这两者都是单片陶瓷发光元件。优选地，第一发光元件包括石榴石发光材料(YxLu1-x)3Al5O12:Ce(0≤x≤1)，并且第二发光元件包括氮化物发光材料，诸如(CaxSryBa1-x-y)AlSiN3:Eu(0≤x≤1，0≤y≤1-x)或(CaxSryBa1-x-y)2Si5N8:Eu(0≤X≤1，0≤y≤1-x)。优选地，第一发光元件是平坦片并且第二发光原件是穹顶状的壳。优选地，由包括第一发光元件的LED封装发射的光的关联色温高于4100K。优选地，由包括具有第一发光元件和第二发光元件的LED的系统发射的光的关联色温低于4100K。
在又一方面，本发明提供一种照明设备，包括：(a)光源，布置为产生光源光，该光源包括(a1)布置为产生LED光的发光器件(LED)以及(a2)包括第一发光材料的载体，其中载体与LED接触或位于其上，诸如在0.1mm-5mm的范围内的最短距离，该范围诸如0.1mm-2mm，特别是0.1mm-1mm，例如0.2mm-2mm，并且其中第一发光材料被布置为将至少部分的LED光转换为第一发光材料光；以及(b)第二发光材料的透射布置，布置为远离光源，并且被布置为将至少部分的LED光、或至少部分的第一发光材料光、或至少部分的LED光和至少部分的第一发光材料光转换为第二发光材料光。例如参见图1a、图1c、图2-图4，在LED和载体之间也可以存在最短非零距离。
本领域技术人员将理解这里的术语“基本上”，诸如“基本上全部发射”或“基本上由……构成”中的“基本上”。术语“基本上”还可以包括“整体”、“完全”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中形容词基本上也可以移除。在适用的情形下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别的是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包括其中术语“包括”意为“由……构成”的一些实施例。在操作期间描述这里的设备以及其他设备。例如，术语“蓝色LED”指代在其操作期间产生蓝色光的LED；换言之：该LED被布置为发射蓝色光。如对本领域技术人员将是清楚的那样，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应该注意，上述实施例是例示性的而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求书的范围的前提下设计许多可选实施例。在权利要求书中，位于括号之间的任何参考标记不应被解释为对权利要求的限制。使用动词“包括”及其变化形式并不排除存在权利要求中所陈述的元件或步骤之外的元件或步骤。术语“和/或”可以包括相关联的列出项中的一个或多个中的任一个和所有组合。元件之前的冠词“一个”或“一种”并不排除存在多个这样的元件。元件之前的冠词“所述”并不排除存在多个这样的元件。在列举若干装置的设备权利要求中，若干这些装置可以通过一项相同的硬件来体现。在互相不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实本身并不指示无法有利地使用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种照明设备(10)，包括：
光源(100)，布置为产生光源光(101)；
所述光源(100)包括：
发光器件(LED)(110)，布置为产生LED光(111)；
载体(120)包括第一发光材料(130)，其中所述载体(120)与所述LED(110)接触，并且其中所述第一发光材料(130)布置为将至少部分的所述LED光(111)转换为第一发光材料光(131)；以及
第二发光材料(230)的透射布置(200)，布置为远离所述光源(100)，并且被布置为将至少部分的所述LED光(111)、或至少部分的所述第一发光材料光(131)，或至少部分的所述LED光(111)以及至少部分的所述第一发光材料光(131)转换为第二发光材料光(231)。
2.根据权利要求1所述的照明设备(10)，其中所述LED(110)包括蓝色发光LED，其中所述第一发光材料(130)布置为发射主要波长在黄色-绿色光谱范围的光，并且其中所述第二发光材料(230)布置为发射主要波长在红色-橙色范围的光。
3.根据权利要求1所述的照明设备(10)，其中所述LED(110)包括蓝色发射LED，其中所述第一发光材料(130)包括选自以下组的一种或多种发光材料，所述组包括：含三价铈的石榴石、含二价铕的氮氧化物、含二价铕的硅酸盐、含二价铕的硫代镓酸盐，优选地至少含三价铈的石榴石，并且其中所述第二发光材料(230)包括选自以下组的一种或多种发光材料，所述组包括：含三价铈的碱土硫化物以及含二价铕的氮化物、优选地至少含二价铕的氮化物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的照明设备(10)，其中所述第二发光材料包括(Ca，Sr，Ba)AlSiN3:Eu，优选为CaAlSiN3:Eu。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的照明设备(10)，其中所述第二发光材料包括(Ca，Sr，Ba)2Si5N8:Eu，优选为(Sr，Ba)2Si5N8:Eu。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的照明设备(10)，其中所述载体(120)包括发光陶瓷(121)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的照明设备(10)，其中所述载体(120)包括发光材料层(122)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的照明设备(10)，其中所述(120)包括密封件(123)，所述密封件(123)包括所述第一发光材料(130)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(10)，其中所述载体(120)和所述透射布置(200)与散热器(12)接触。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的照明设备(10)，其中所述透射布置(200)包括涂敷至出射窗(300)的涂层(201)，其中所述涂层包括所述第二发光材料。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的照明设备(10)，其中所述透射布置包括出射窗(300)，所述出射窗(300)包括所述第二发光材料(230)。
12.根据权利要求10-11中任一项所述的照明设备(10)，其中所述出射窗(300)具有中空形状并且至少部分地包围所述光源(100)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(10)，其中所述光源光(101)是白色光，其具有黑体轨迹(BBL)的15SDCM(颜色匹配的标准差)内的颜色点。
14.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(10)，其中所述第二发光材料(230)布置为转换至少部分的所述第一发光材料光(131)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(10)，其中所述照明设备(10)布置为产生照明设备光(11)，所述照明设备光(11)包括第一发光材料光(131)和第二发光材料光(231)以及可选的LED光(111)，其中所述照明设备还包括校准器(16)，所述校准器至少部分地包围所述光源(100)和所述透射布置(200)，并且布置为校准所述照明设备光(11)。
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