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固態發光器封裝、光發射設備、柔性LED條體以及燈具.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480025163.3

申請日:

2014.12.11

公開號:

CN105164464A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H01L 25/075登記生效日:20170309變更事項:專利權人變更前權利人:皇家飛利浦有限公司變更后權利人:飛利浦照明控股有限公司變更事項:地址變更前權利人:荷蘭艾恩德霍芬市變更后權利人:荷蘭艾恩德霍芬市|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F21K 99/00申請日:20141211|||公開
IPC分類號: F21K99/00; H01L25/075; H01L33/50; H01L33/56 主分類號: F21K99/00
申請人: 皇家飛利浦有限公司
發明人: J·H·A·哈格拉爾; G·A·奧納什金; M·J·J·范德柳伯; R·T·韋格; R·C·布羅爾斯馬
地址: 荷蘭艾恩德霍芬市
優先權: 13197726.6 2013.12.17 EP
專利代理機構: 北京市金杜律師事務所11256 代理人: 鄭立柱
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480025163.3

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2017.03.29|||2017.03.01|||2016.01.13|||2015.12.16

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

提供了固態發光器封裝(200)、發光設備、柔性LED條體、以及燈具。固態發光器封裝包括:i)分別發射紫/藍光、紅光、以及其它光的至少三個固態發光器裸片(132、142、152);ii)具有發光材料的發光轉換器(120);iii)用于將不同顏色光的至少一部分混合的光學元件(102、105);以及iv)光出射窗口(114)。發光材料至少部分地將其它光轉換為在綠色或者青色光譜范圍內具有峰值波長的泛綠的光,并且具有足夠寬而使得固態發光器封裝能夠發射具有足夠高的顯色指數的光的顏色發射分布。顯色指數涉及具有靠近黑體線的色點的光。

權利要求書

權利要求書
1.  一種固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),包括:
-發射藍光的固態發光器裸片(130、132),用于發射紫/藍光,
-發射紅光的固態發光器裸片(140、142),用于發射紅光,
-其它固態發光器裸片(150、152、253),用于發射其它光,所述其它光包括在紫外、紫色、或者藍色光譜范圍中的至少一個內的波長的光,
-發光轉換器(120、122、124、126),包括發光材料,所述發光轉換器(120、122、124、126)被設置為接收所述其它光,所述發光材料被配置為吸收在吸收顏色分布(353、502、702)內的光并且根據發射顏色分布(354、510、710)將所吸收的光的一部分轉換為泛綠的光,其中所述吸收顏色分布(353、502、702)與所述其它光的波長至少部分重疊,所述發射顏色分布(354、510、710)具有在青色或者綠色光譜范圍中的至少一個內的峰值波長并且具有用于獲得高于預定義最小值的顯色指數的特定寬度,所述顯色指數涉及當所述固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)發射靠近黑體線的色點的光時由所述固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)發射的光,
-光出射窗口(114),用于將光透射到所述固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)的周圍環境中,以及
-光學元件(102、103、105、124、126、302),被配置用于在光被發射通過所述光出射窗口(114)之前,將所述泛綠的光的一部分與所述紫/藍光的一部分和所述紅光的一部分中的至少一個混合,其中所述發射紅光的固態發光器裸片被設置在所述發射藍光的固態發光器裸片和所述其它固態發光器裸片之間。

2.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、 280、290、291、300、402、432),其中所述發射顏色分布(354、510、710)的所述峰值波長(λpeak)在從490納米到570納米的范圍內。

3.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中當所述固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)發射靠近黑體線的色點的光時,為了增加由所述固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)發射的光的顯色指數,所述發射顏色分布(354、510、710)的半高全寬光譜寬度至少為40納米。

4.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中當所述其它固態發光器裸片(150、152、253)發射其它光時,并且如果所述其它光為在所述藍色光譜范圍內的光,則所述其它光的至少30%的部分被所述發光材料吸收,并且所發射的所述泛綠的光和所述其它光的剩余部分的組合被發射通過所述光出射窗口(114)。

5.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述發光轉換器(120、122、124、126)是被提供在所述其它固態發光器裸片(150、152、253)的表面上的所述發光材料的層(122)。

6.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述發光轉換器(120、122、124、126)包括其中分布有所述發光材料的第一光透射材料,并且其中所述其它固態發光器裸片(150、152、253)的一個或者多個發光表面由所述第一光透射材料覆蓋。

7.  根據權利要求6所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述發射紅光的固態發光器裸片(140、142)的一個或者多個發光表面也由所述第一光透射材料覆蓋,從而獲得至少部分混合所述泛綠的光與所述紅光的所述光學元件(124)。

8.  根據權利要求6或者7所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述發光材料的所述吸收顏色分布(353、502、702)可以與所述紫/藍光的光譜重疊到如下程度,即不超過30%的所述紫/藍光被所述發光材料吸收,并且其中所述發射藍光的固態發光器裸片(130、132)的一個或者多個發光表面也由所述第一光透射材料覆蓋,從而獲得至少部分混合所述泛綠的光與所述紫/藍光的所述光學元件(126)。

9.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述光學元件(102、103、105、302)包括光學耦合到所述發射藍光的固態發光器裸片(130、132)、所述發射紅光的固態發光器裸片(140、142)的所述一個或者多個發光表面、以及所述發光轉換器(120、122、124、126)的第二光透射材料。

10.  根據權利要求9所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述光學元件(102、103、105、302)進一步包括被設置在所述第二光透射材料和所述發光轉換器(120、122、124、126)之間的光透射壁(105)。

11.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),其中所述發光材料為有機磷光體、無機磷光體、以及示出量子限制并且至少在一個維度上具有納米范圍內的尺寸的粒子中的一種,其中所述粒子的示例為:量子點、量子棒、以及量子四腳體。

12.  根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),進一步包括以下中的至少一個:
i)附加的發射藍光的固態發光器裸片(302),用于發射附加的紫/藍光,所述附加的發射藍光的固態發光器裸片(302)設置有其它發光材料(304),所述其它發光材料至少吸收所述附加的紫/藍光的一部分并且將所吸收的光轉換為具有在黃色光譜范圍或者橙色光譜范圍內的峰值波長的顏色發射分布,所述附加的發射藍光的固態發 光器裸片(302)和所述發光材料被配置為發射具有靠近所述黑體線的色點的光,
ii)發射綠光的固態發光器裸片(255),用于發射綠光。

13.  一種光發射設備(400),包括根據權利要求1所述的至少一個固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),所述光發射設備(400)至少包括設置有導電軌道(406)的基板(404),所述至少一個固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432)電耦合到所述導電軌道。

14.  一種柔性LED條體(430),包括根據權利要求13所述的光發射設備(400),其中所述基板(434)是柔性的、具有拉長的形狀,并且在所述基板上提供有多個固態發光器封裝(432),并且所述固態發光器封裝(432)的固態發光裸片為發光二極管裸片。

15.  一種燈具(460),包括根據權利要求1所述的固態發光器封裝(100、180、190、200、280、290、291、300、402、432),或者包括根據權利要求13所述的光發射設備(400),或者包括根據權利要求14所述的柔性LED條體(430)。

說明書

說明書固態發光器封裝、光發射設備、柔性LED條體以及燈具
技術領域
本發明涉及包括發射不同顏色的光的若干固態發光器的固態發光器封裝。
背景技術
對于將發光二極管(LED)裸片集成在照明應用中而言,可以區分若干封裝/集成等級。等級0是LED裸片本身。例如,LED裸片不適合直接焊接到印刷電路板,并且必須集成到封裝中,并且必須配備有例如接線鍵合。等級1集成是LED裸片封裝的第一等級,從而LED裸片可以不再被人觸碰到,并且從而LED裸片可以被連接到其它電路。在等級1封裝中,LED裸片通常使用接線鍵合連接到等級1封裝的外部接觸。集成等級的后續等級是將等級1LED封裝提供到例如印刷電路板。
如今,若干照明應用包括等級1LED封裝,其中若干LED裸片集成在單個封包中。這些LED封裝可以包括例如發射藍光的LED裸片、發射綠光的LED裸片、以及發射紅光的LED裸片,使得通過向這些LED裸片中的每個LED裸片提供特定驅動信號,等級1LED封裝可以發射眾多發射顏色的光。這種LED封裝的色域相對大。具有每個LED裸片發射另一顏色的若干LED裸片的LED封裝可以在例如柔性LED條體(其中柔性條體充當印刷電路板)上使用,柔性LED條體用于可以發射可控顏色的光的裝飾性照明。
用過使用發射藍光的LED裸片、發射綠光的LED裸片、以及發射紅光的LED裸片,可以生成在例如CIEXYZ顏色空間的相對大的部分內的顏色的光。然而,幾乎所有顏色的光可以通過組合發射藍光的LED裸片、發射綠光的LED裸片、以及發射紅光的LED裸片的光發射來生成的事實不保證所發射的光的顯色是良好的。發射藍光的 LED裸片、發射綠光的LED裸片、以及發射紅光的LED裸片在相對窄的光發射光譜內發射光,該光發射光譜具有例如30納米的半高全寬值。當這種窄的光發射被組合時,光發射可以具有靠近CIEXYZ顏色空間中的黑體線的色點(并且,從而對于人類裸眼而言,呈現白色),但是所發射的光的顯色指數(CRI)將相對低。因此,包括發射藍光的LED裸片、發射綠光的LED裸片、以及發射紅光的LED裸片的等級1LED封裝不適合用作主功能照明,而僅適于裝飾性照明目的。
已公開的專利申請US2009/0114932公開了發光二極管光引擎,該發光二極管光引擎包括用于支撐該LED光引擎的基板。發光二極管光引擎包括LED,LED包括紅色LED、綠色LED、以及藍色LED。每個藍色LED至少部分覆蓋有黃色磷光體涂覆化合物。控制黃色磷光體涂覆化合物的濃度,以允許來自每個藍色LED的藍色和黃色光譜光能量的發射。組合來自紅色LED、綠色LED、以及藍色LED的光能量的發射,以實現針對LED光引擎的目標相關色溫和目標顯色指數。
根據上文援引的專利申請的發光二極管引擎被設計為發射靠近黑體線的顏色的光。這通過使用覆蓋有黃色磷光體的藍色LED從而生成相對白的光來實現。綠色LED和紅色LED用于甚至更好地控制所發射的光的顏色,并且更具體而言,用于獲得具有相對高的顯色指數的光發射。援引的專利的發光二極管引擎具有發射白光的目的,而不具有發射可控顏色的光的目的。至少援引的專利的發光二極管引擎的色域相對小。
文件WO2008/026851A1公開了包括用于發射在紫外波長區域內的光的第一發光二極管的發光設備。至少一個磷光體被布置在第一發光二極管周圍,并且由從第一發光二極管發射的光激勵,以發射具有長于從第一發光二極管發射的光的波長的峰值波長的光。至少一個第二發光二極管用于發射具有與從磷光體發射的光的峰值波長不同的波長的光。根據這一文件,提供了發射白光的設備,其中使用發光二 極管用于發射與從磷光體受激發射的光不同波長的光,有效地使用了激勵光源,即在紫外區域內的用于激勵磷光體的光,從而改進了能量轉換效率并且改進了可靠性。
文件DE202011000007U1公開了用于生成白光的裝置,該裝置包括支撐元件、用于產生紅光的布置在支撐元件上的第一LED、布置在支撐元件上以產生藍光和/或紫外光的第二LED、以及被構造和布置使得第二LED的光的至少部分被轉換為綠光(特別是轉換為薄荷綠和/或泛綠的白光)的光影響元件。
文件US2004/0217364A1公開了發射白光的燈,該發射白光的燈包括發射在UV波長光譜內的光的固態紫外(UV)發射器。布置轉換材料以吸收從UV發射器發射的光的至少一些并且再發射在一個或者多個不同光波長處的光。包括了一個或者多個互補固態發射器,其在與UV發射器和轉換材料不同的光波長處發射。燈發射從互補發射器發射的光和從轉換材料發射的光的白光組合。根據此公開,白光具有高的效能和好的顯色。根據本發明的發射白光的燈的其它實施例包括固態激光器而不是UV發射器。發射高通量白光的燈的實施例包括在第一波長光譜處發射光的大面積發光二極管,并且包括轉換材料。多個互補固態發射器圍繞該大面積LED,其中每個發射器發射不同于大面積LED和轉換材料的光譜內的光,使得燈發射平衡白光。散射粒子可以被包括在每個實施例中,以散射來自發射器、轉換材料、以及互補發射器的光,以提供更均勻的發射。
文件US2011/0291114A1公開了包括基板、第一LED、第二LED、以及樹脂材料的發光二極管(LED)封裝結構。由透明材料制成的至少一個殼體被形成在基板的表面上,并且在基板上包圍和形成至少一個區域。第一LED和第二LED被設置在該區域中并且鄰近彼此,并且樹脂材料被設置在該區域中并且覆蓋第一LED和第二LED。LED封裝結構通過混合分別由第一LED和第二LED發射的光,獲得期望的照明光。
發明內容
本發明的目的是提供固態發光器封裝,該固態發光器封裝能夠發射眾多顏色的光,并且能夠發射具有靠近黑體線的色點的光,并且是高質量的。
如在權利要求中限定的那樣,本發明的方面提供了固態發射器封裝,另一方面提供了光發射設備,又一方面提供了柔性LED條體,并且最后一方面提供了燈具。在從屬權利要求中限定了有利的實施例。
根據本發明的第一方面的固態發光器封裝包括發射藍光的固態發光器裸片、發射紅光的固態發光器裸片、其它固態發光器裸片、發光轉換器、光出射窗口、以及光學元件。發射藍光的固態發光器裸片被配置為當其接收電功率時發射紫/藍光。發射紅光的固態發光器裸片被配置為當其接收電功率時發射紅光。其它固態發光器裸片被配置為當其接收電功率時發射其它光。其它光包括在紫外、紫色、或者藍色光譜范圍中的至少一個內的波長的光。發光轉換器包括發光材料。發光轉換器被布置在固態發光器封裝中的位置處,其在該位置處可以接收其它光。發光材料被配置為吸收在吸收顏色分布內的光,并且將所吸收的光的一部分轉換為根據發射顏色分布的泛綠的光。吸收顏色分布至少部分與其它光的波長重疊,并且發射顏色分布具有在綠色光譜范圍內的峰值波長并且具有用于獲得比預定義的最小值高的顯色指數的特定寬度。當固態發光器發射靠近黑體線的色點的光時,顯色指數涉及由固態發光器發射的光。光出射窗口用于將光透射到固態發光器封裝的周圍環境中。光學元件被配置用于在光發射通過光出射窗口之前,將泛綠的光的一部分與紫/藍光的一部分和紅光的一部分中的至少一種混合。
固態發光器封裝能夠發射在CIE顏色空間的相對大的部分內的顏色的光,因為通過控制發射藍光的固態發光器、發射紅光的固態發光器、以及其它固態發光器的驅動,可以控制紫/藍光、紅光、以及泛綠的光如何混合以獲得特定顏色的光。因為發光材料將其它光轉換為對 于人類裸眼而言呈現為綠色或者泛綠色的光,固態發光器封裝的色域仍然相對大,并且可能僅生成具有純綠光的色點的光是困難的。此外,因為發射顏色分布足夠寬(例如,當用其半高全寬(FWHM)寬度值表示時),當控制所有三種固態發光器發射光從而獲得靠近黑體線的色點時,這一發射的光的顯色指數(CRI)相對高。相對寬的發射顏色分布有助于以下事實,即當所有三種固態發光器發光時,完整的光發射光譜僅具有幾個相對小的波長范圍,在這些波長范圍中發射的光量低,并且因此,CRI相對高。具有相對高的CRI的光被視為高質量的光。要注意的是,預定義的最小CRI在實施例中為70,或者在另一實施例中為75,或者在其它實施例中為80。在實施例中,當色點到黑體線在7個SDCM內時,則色點靠近黑體線。在另一實施例中,當色點到黑體線在5個SDCM內時,則色點靠近黑體線。在又一實施例中,當色點到黑體線在3個SDCM內時,則色點靠近黑體線。
為了防止分立的固態發光器裸片單獨對于人類裸眼而言可見,固態發光器封裝包括光學手段,該光學手段至少有助于如下效果:不同顏色的光被混合并且因此人類裸眼在某種程度上體驗到沿著光出射窗口的均勻顏色分布。這種沿著光出射窗口的相對均勻的顏色分布也是高質量光發射。
泛綠意指光對于人眼而言呈現為在藍顏色和黃顏色之間的光,并且對于該光人們推斷其至少包括在綠色光譜范圍內的波長。這包括對于人類裸眼而言完全呈現綠色的光,但是還可以包括青色、青檸色、橄欖色、綠松色、薄荷色。
其它固態發光器發射在UV和/或藍色光譜范圍內的光。結果,這就有發光材料必須被配置為具有與其它光的光譜(至少部分)重疊的吸收顏色分布。在實施例中,吸收顏色分布與其它光的光譜(完全)重疊。
要注意的是,發光轉換器可以包括多于一種發光材料。例如,可以使用兩種、三種、或者更多種其吸收顏色分布與其它光的光譜至少部分重疊并且發射泛綠的光的發光材料。
其它光在藍色、紫色、或者紫外光譜范圍內。藍色光譜范圍從大約450納米到495納米。紫色光譜范圍從大約380納米到450納米。紫外光具有小于380納米(并且一般大于10納米)的波長。發射藍光的固態發光器裸片發射紫/藍光,這意指所發射的光分布的峰值波長在從380納米到495納米的范圍內。
發射紅光的固態發光器裸片被布置在發射藍光的固態發光器裸片和其它固態發光器裸片之間。如果發射藍光的固態發光器裸片和其它固態發光器裸片兩者都被布置在發射紅光的固態發光器裸片的另一側,則在特定實施例中,紫/藍光可以最大程度地不撞擊在發光轉換器的發光材料上,并且因此,大部分紫/藍光將不被轉換為泛綠的光。因此,換句話說,發射藍光的固態發光器裸片未被發光材料圍繞,并且因此,大部分紫/藍光被發射到周圍環境中而未被轉換為泛綠的光。這種紫/藍光到泛綠的光的轉換并不總是期望的,因為它限制了固態發光器的色域。然而,在實際的實施例中,紫/藍光的相對小的部分(小于10%)可以被轉換為泛綠的光,并且從而紫/藍光與經轉換的光的色點僅沿著小距離(minordistance)從純藍色朝向純綠色的色點位移。術語“在…之間”不僅僅意指當從發射藍光的固態發光器裸片朝向其它固態發光裸片繪制直線時,發射紅光的固態發光裸片恰好在這一線上。發射紅光的固態發光裸片還可以靠近這條線。在實施例中,術語“在…之間”被限定為:當從發射紅光的固態發光器裸片的中心朝向發射藍光的固態發光器裸片的中心繪制第一虛擬線并且從發射紅光的固態發光器裸片的中心朝向其它固態發光器裸片的中心繪制第二虛擬線時,第一虛擬線和第二虛擬線之間的最小角度在從120度直到180度的范圍內。
在實施例中,幾乎所有其它光被發光材料吸收并且被轉換為泛綠的光。因此,發光材料的量應該足夠高以吸收其它光的幾乎所有光子,使得當其它固態發光器裸片生成光時,固態發光器封裝幾乎不發射其它光。
可選地,發射顏色分布的峰值波長在從490納米到570納米的范 圍內。在實施例中,發射顏色分布的峰值波長在從500納米到560納米的范圍內,或者在又一實施例中,在從505納米到550納米的范圍內。
可選地,當固態發光器發射靠近黑體線的色點的光時,為了增加由固態發光器發射的光的顯色指數,發射顏色分布的半高全寬(FWHM)光譜寬度至少為40納米。在另一可選實施例中,FWHM光譜寬度至少為55。在又一實施例中,FWHM光譜寬度至少為70。
可選地,當其它固態發光器發射其它光時,并且如果其它光為在藍色光譜范圍內的光,則其它光的至少30%的部分被發光材料吸收,并且泛綠的光和其它光的剩余部分的組合發射通過光出射窗口。從而,作為泛綠的光和剩余的其它光的組合的光發射具有在藍色和綠色之間的色點。因此,固態發光器封裝的色域減少,但是仍然可能生成很多不同顏色的光,并且黑體線的大部分可以落在該色域內,使得固態發光器封裝可以生成白光(如果色溫不同的話)。如后面將討論的那樣,可以添加發射綠光的發光器裸片,以用于將固態發光器封裝的色域增大到CIEXYZ顏色空間的綠色區域。對于這一可選實施例而言:光學元件可以被布置為將其它光和泛綠的光與紅光和紫/藍光中的至少一種至少部分地混合。此外,當無機磷光體被用于發光材料時,發光轉換器變成光學元件的部分,因為無機磷光體粒子散射接收的光并且從而協助不同顏色的光的混合。在另一實施例中,其它光的至少40%被轉換。在又一實施例中,其它光的至少50%被轉換為泛綠的光。
可選地,發光轉換器是被提供在其它固態發光器的發光表面上的發光材料層。當其它固態發光器裸片包括多于一個發光表面時,所有發光表面可以用發光材料層覆蓋。在這一可選實施例中,發光材料基本上耐熱,因為其它固態發光器裸片可以變得相對溫熱——在這一可選實施例中,發光材料可以是無機磷光體。
可選地,發光轉換器包括第一光透射材料,發光材料分布在第一光透射材料中,其它固態發光器的發光表面由第一光透射材料覆蓋。在第一光透射材料(諸如例如,在硅酮或者另一樹脂、玻璃、或者透 明合成材料等中)中提供發光材料具有若干優勢:i)泛綠的光在發光轉換器中被散射,并且因此,沿著更大的光發射表面發射;ii)在發光材料中生成的熱量可以通過第一光透射材料傳導走,并且例如,iii)發光材料不與第二發射藍光的固態發光器裸片直接接觸,并且因此,不直接接收其它固態發光裸片的熱量(這防止了發光材料的轉換效率下降太多)。
可選地,發射紅光的固態發光器的發光表面也由發光轉換器的第一光透射材料覆蓋,從而獲得將泛綠的光與紅光至少部分混合的光學手段。在這一可選實施例中,假設發光材料不吸收紅光。因此,第一光透射材料中的發光材料散射紅光(就像其也散射泛綠的光那樣),并且從而在第一光透射材料中獲得了自動的光混合。因此,以相對高效率和有效的方法將紅光和泛綠的光混合。要注意的是,在又一實施例中,吸收顏色分布與紫/藍光的顏色分布不會重疊很多,這防止了由發射紫/藍光的固態發光器裸片發射的很多光被轉換為泛綠的光。
可選地,發光材料的吸收顏色分布可以與紫/藍光的光譜重疊到如下程度,即不超過30%的紫/藍光被發光材料吸收,并且其中發射藍光的固態發光器裸片的發光表面也由第一光透射材料覆蓋,從而獲得將泛綠的光與紫/藍光至少部分混合的光學手段。當發光材料僅吸收由發射藍光的固態發光器裸片發射的光的相對小的部分時,發光材料不會將紫/藍光轉換為泛綠的光,并且因此,固態發光器封裝的色域保持相對大。在發光材料在發射藍光的固態發光器裸片前方的情況下使用第一光透射材料可以是有利的,還因為其散射紫/藍光并且從而改進了紫/藍光和泛綠的光的顏色混合,并且當發射紅光的固態發光器裸片也由包括發光材料的第一光透射材料覆蓋時,還改進了紫/藍光、泛綠的光和紅光的顏色混合。在另一實施例中,不多于20%的紫/藍光被發光材料吸收。在又一實施例中,不多于10%的紫/藍光被發光材料吸收。
可選地,光學元件包括第二光透射材料,第二光透射材料光學耦合到發光轉換器和以下中的至少一個:發射藍光的固態發光器的發光 表面和發射紅光的固態發光器的發光表面。作為光學耦合的結果,第二光透射材料接收泛綠的光的至少一部分以及紫/藍光和紅光中的至少一種的至少一部分。因此,光學手段可以將不同顏色的接收光混合。第二光透射材料的光學手段還可以被配置為將光朝向光出射窗口引導,以用于將光透射到固態發光器封裝的周圍環境中。光學耦合可以暗指,第二光透射材料可以與發光表面和發光轉換器直接接觸,但是它還暗指其它光學元件可以被提供在第二光透射材料和所述其它元件之間。第二光透射材料可以例如為硅酮、PMMA、或者另一光透射樹脂或者合成材料。第二光透射材料還可以由玻璃制成。
可選地,光學手段進一步包括被布置在第二光透射材料和發光轉換器之間的光透射壁。將發光轉換器與第二光透射材料物理分離可以是有利的(更具體而言,當需要限定發光轉換器和發光材料之間的確切轉變時)。例如,當光學元件是例如通過在靠近發射藍光的固態發光器裸片的特定位置處分配硅酮制造的,并且發光轉換器是通過在靠近其它固態發光器裸片的特定位置處分配包括發光材料的硅酮制造的時,這種分離壁可以用于確切地限定從第二光透射材料到發光轉換器的轉變的位置。
可選地,提供了用于制造固態發光器封裝的方法。該方法包括:i)在其可以是基板或者印刷電路板的基底上提供發射藍光的固態發光器裸片,發射藍光的固態發光器裸片被配置為發射紫/藍光;ii)在基底上提供其它固態發光器裸片,其它固態發光器裸片被配置為發射其它光,其它光包括在紫外、紫色、或者藍色光譜范圍中的至少一個內的波長的光;iii)在基底上處于發射藍光的固態發光器裸片和其它固態發光器裸片之間的位置處提供發射紅光的固態發光器裸片,發射紅光的固態發光器裸片被配置為發射紅光,在…之間意指第一直線和第二直線之間的角度在從120度直到180度的范圍內,第一直線從發射紅光的固態發射器裸片到發射藍光的固態發光器裸片,并且第二直線從發射紅光的固態發光器裸片到其它固態發光器裸片;iv)在基底上提供光透射壁,其中其它固態發光器裸片被布置在光透射壁的第一側 并且發射藍光的固態發光器裸片被布置在光透射壁的第二側,第二側與第一側相對;v)在光透射壁的第二側的特定位置處分配光透射樹脂的第一部分;vi)在光透射壁的第一側的特定位置處分配包括發光材料的光透射材料的第二部分,以形成發光轉換器,其中發光被布置為接收其它光,發光材料被配置為吸收在吸收顏色分布內的光,并且根據發射顏色分布將所吸收的光的一部分轉換為泛綠的光,吸收顏色分布與其它光的波長至少部分重疊,發射顏色分布具有在青色或者綠色光譜范圍中的至少一個內的峰值波長,并且具有特定寬度以用于獲得高于預定義最小值的顯色指數,當固態發光器封裝發射靠近黑體線的色點的光時,顯色指數涉及由固態發光器封裝發射的光。可選地,光透射樹脂為硅酮。可選地,方法包括固化光透射樹脂的步驟。可選地,靠近發射藍光的固態發光器分配光透射材料的第一部分。可選地,靠近其它固態發光器裸片分配包括發光材料的光透射材料的第二部分。要注意的是,在這種位置分配這種材料還可以在沒有光透射壁的情況下執行,并且當根據預定義計劃很好地控制(分配的時機和/或)量時,光透射材料的第一部分和光透射材料的第二部分可以在很好地限定的位置處彼此接觸。可選地,發光材料是有機磷光體、無機磷光體、以及示出量子限制并且至少在一個維度上具有納米范圍內的尺寸的粒子中的一種,其中粒子的示例為:量子點、量子棒、以及量子四腳體。當然,發光材料必須適合于在固態發光器封裝中使用,并且因此,吸收顏色分布不得不與其它光的波長至少部分地重疊,并且發射顏色分布至少具有在青色或者綠色光譜范圍內的峰值波長,并且發射顏色分布的寬度足夠大以獲得足夠高的顯色指數。
可選地,固態發光器封裝可以進一步包括附加的發射藍光的固態發光器裸片以用于發射附加的紫/藍光。附加的發射藍光的固態發光器裸片設置有其它發光材料,該其它發光材料至少吸收附加的紫/藍光的一部分并且將所吸收的光轉換為具有在黃色或者橙色光譜范圍內的峰值波長的顏色發射分布。具有發光材料的附加的發射藍光的固態發光器裸片被配置為發射具有靠近黑體線的色點的光。因此,提供了附 加的發光器,其本質上發射被人類裸眼體驗為白光的光。當固態發光器不得不發射具有靠近黑體線的色點的光時,附加的發光器增加了可能的光輸出。此外,附加的發光器增加了具有靠近黑體線的色點的光的CRI。還有,這種附加的發光器的使用增加了固態發光器封裝的色域。黃色光譜范圍從570納米到590納米,并且橙色光譜范圍從590納米到620納米。
可選地,固態發光器封裝可以進一步包括發射綠光的固態發光器裸片以用于發射綠光。發射綠光的固態發光器裸片增加了固態發光器封裝的色域。綠光具有在從495納米到570納米的光譜范圍內的峰值波長。
可選地,所述固態發光器裸片為發光二極管裸片。
根據本發明的另一方面,提供了光發射設備,其包括根據本發明的先前所討論的方面的至少一個固態發光器。光發射設備還包括設置有導電軌道的基板,至少一個固態發光器封裝電耦合到導電軌道。光發射設備為固態發光器的等級2集成。基板可以是剛性結構(例如印刷電路板)或者可以是柔性基板。
根據本發明的又一方面,提供了柔性LED條體。柔性LED條體包括根據上文討論的本發明的另一方面的光發射設備。在柔性LED條體中,基板是柔性的并且具有拉長的形狀。在基板上提供了多個固態發光器設備,并且所述固態發光裸片為發光二極管裸片。
根據本發明的最后一個方面,提供了燈具,其包括固態發光器封裝、或者光發射設備、或者柔性LED條體。
光發射設備、柔性LED條體、和/或燈具提供了與根據本發明的第一討論方面的固態發光器封裝相同的益處,并且具有與固態發光器封裝的對應實施例效果相似的相似實施例。
本發明的這些和其它方面通過下文所描述的實施例而變得明顯,并且將參照下文所描述的實施例進行闡述。
本領域技術人員將領會的是,上述選項、實施方式、和/或本發明的方面中的兩個或者多個可以以任何認為有用的方式組合。
對應于所描述的對固態發光器封裝的修改和變化的對光發射設備和/或柔性LED條體的修改和變化可以由本領域技術人員基于本描述來執行。
附圖說明
在附圖中:
圖1a至圖1c示意性地示出了固態發光器封裝的實施例,
圖2a至圖2c示意性地示出了固態發光器封裝的實施例,
圖3a示意性地示出了固態發光器封裝的實施例,
圖3b示意性地示出了一些光發射光譜和吸收顏色分布,
圖4a示意性地示出了光發射設備的實施例,
圖4b示意性地示出了柔性LED條體的實施例,
圖4c示意性地示出了燈具的實施例,并且
圖5a呈現了第一特定示例的光發射和吸收光譜,
圖5b呈現了由第一特定示例的實施例生成的大約6500K的色溫的光的光發射光譜,
圖6a呈現了由第一特定示例的實施例生成的大約2725K的色溫的光的光發射光譜,
圖6b呈現了第一特定示例的實施例的色域,
圖7a呈現了第二特定示例的光發射和吸收光譜,
圖7b呈現了由第二特定示例的實施例生成的大約6500K的色溫的光的光發射光譜,
圖8a呈現了由第二特定示例的實施例生成的大約2725K的色溫的光的光發射光譜,
圖8b呈現了第二特定示例的實施例的色域,
圖9呈現了三個固態發光器裸片的布置的頂視圖。
應該注意的是,在不同的圖中由相同的附圖標記表示的項具有相同的結構特征和相同的功能,或者是相同的信號。在這種項的功能和/或結構已經被解釋過的地方,不必要在詳細描述中對其重復解釋。
附圖純粹是圖解性的并且未按比例繪制。特別地為了清楚,一些尺寸被大程度地放大。
具體實施方式
在這一描述的后續部分,通過使用特定術語討論特定實施例。必須注意的是,當使用術語發射藍光或者(第一或者第二)藍光時,還意指發射紫光或者紫光。第二藍光和第二發射藍光的固態發光器裸片的實施例是落在如權利要求中提供的術語其它光和其它固態發光器的范圍內的實施例。因此,代替第二藍光,還可以讀作紫光或者紫外光,并且代替第二發射藍光的固態發光器裸片,還可以讀作發射紫外光的固態發光器裸片或者發射紫光的固態發光器裸片。
圖1a至圖1c示意性地示出了固態發光器封裝100、180、190的實施例。第一實施例在圖1a中示出。圖1a示意性地呈現了包括固態發光器裸片130、140、150的等級1固態發光器封裝100的截面圖。固態發光器封裝100具有外表面104,該外表面可以是某種外殼,但是后面將看到,外表面104還可以包括例如基板,在該基板上提供特定形狀的壁。固態發光器封裝100具有光出射窗口114,通過該窗口,由固態發光器封裝100生成的光被發射到固態發光器封裝100的周圍環境中。在固態發光器封裝100的底側處繪制了電接觸106、108、110、112,該電接觸可以用于將固態發光器封裝100焊接到例如印刷電路板。在后續的圖中,電接觸106、108、110、112未繪制,但是固態發光器封裝的所有后續實施例可以具有諸如繪制出的電接觸106、108、110、112之類的電接觸,但是還可以在固態發光器封裝的另一位置處具有電接觸。在固態發光器封裝100中繪制了三個固態發光器裸片130、140、150(例如,發光二極管的裸片)。所繪制的固態發光器裸片130、140、150在其底部表面處具有一個電極并且在其頂部表面處具有一個電極。如圖1a所示,放置固態發光器裸片130、140、150,其中其底部表面在固態發光器封裝100的底部板上并且其頂部表面用接線鍵合132連接,使得當經由電接觸106、108、110、112 提供電能時,固態發光器裸片130、140、150可以被提供有這樣的電能。第一固態發光器裸片130是第一發射藍光的固態發光裸片130。如果固態發光器裸片是發射藍光的固態發光裸片130,裸片本身發射根據第一光發射分布的第一藍光,并且這一特性由在第一發射藍光的固態發光裸片130中具體使用的材料(諸如,例如所使用的半導體材料以及所使用的摻雜物)確定。固態發光器裸片140是發射紅光的固態發光器裸片140,其發射根據第二光發射分布的紅光。固態發光器裸片150是第二發射藍光的固態發光裸片150,其發射根據第三光發射分布的第二藍光。在實施例中,第一發射藍光的固態發光器130和第二發射藍光的固態發光器150彼此等同,并且因此,第一光發射分布等同于第二光發射分布。在另一實施例中,第一發射藍光的固態發光器130和第二發射藍光的固態發光器150彼此不等同,并且因此,第一光發射分布與第二光發射分布不重疊或者僅部分重疊。當第一發射藍光的固態發光器130和第二發射藍光的固態發光器150彼此不等同時,第一光發射分布和第二光發射分布之間的重疊不大于30%。固態發光器封裝100進一步包括被提供在第二發射藍光的固態發光器裸片150的頂部上的發光轉換器120。發光轉換器包括發光材料,該發光材料被配置為吸收在吸收顏色分布內的光,并且將所吸收的光能的一部分轉換為根據發射顏色分布的泛綠的光。吸收顏色分布至少部分與第二藍光的波長重疊,因此,至少部分與第三光發射分布重疊。在實施例中,第三光發射分布與吸收顏色分布完全重疊。發光材料的發射顏色分布在青色或者綠色光譜范圍內具有峰值波長,并且具有至少40納米的半高全寬光譜寬度,并且在另一實施例中,具有至少50納米的半高全寬光譜寬度,并且在又一實施例中,具有至少60納米的半高全寬光譜寬度。發光轉換器120可以進一步包括其中分散了發光材料的硅酮或者另一特定基體聚合物(諸如,例如PMMA)。由第二發射藍光的固態發光器裸片150發射的光被發射到發光轉換器中,并且第二藍光被吸收并且轉換為泛綠的光。泛綠的光至少部分發射通過光出射窗口114,并且還可以在側向方向上發射。固態發光器100進 一步包括光學元件102。光學元件102包括光透射材料,諸如例如在圖1a中的實施例中的硅酮,硅酮與第一發射藍光的固態發光器裸片130直接接觸、與發射紅光的固態發光器裸片140直接接觸、并且光學耦合到發光轉換器120。光學元件102至少被配置為部分地將泛綠的光的一部分與第一藍光的一部分和紅光的一部分中的至少一種混合。該混合在光發射通過光出射窗口之前執行。作為光學元件102和發光轉換器120之間的光學耦合的結果,如在圖1a中的位置199處所示,被困在光學元件102內的光可以透射進入發光轉換器,并且在側向方向上發射的泛綠的光透射進入光學元件102。這導致泛綠的光的至少一部分與一些紅光和/或一些第一藍光混合。
在上面的實施例中,用接線鍵合電連接的固態發光器裸片130、140、150還可以由如將在后續的實施例中討論的所謂的倒裝芯片固態發光器裸片代替。
在上面的實施例中,并且還在后續討論的實施例中,使用了術語泛綠的光。泛綠的光意指人類裸眼將把光的顏色特性化為屬于綠顏色家族的光。泛綠的光包括綠光,但是還包括例如青色光、薄荷色光、橄欖色光、綠松色光、青檸顏色的光。從波長尺度上看,泛綠的光總體上在黃光和藍光之間。發光材料發射根據發射顏色分布的光,并且這一發射顏色分布的峰值波長在青色光譜范圍內或者在綠色光譜范圍內,這些范圍分別從大約490納米到大約520納米和從520納米到大約570納米。發射顏色分布是相對寬的分布,這意指發射顏色分布的半高全寬(FWHM)值為至少40納米。發射顏色分布的尾部甚至可以延伸到黃色或者藍色光譜范圍內。
在另一實施例中,發射顏色分布的峰值波長在從大約500納米到大約560納米的范圍內。在又一實施例中,發射顏色分布的峰值波長在從大約505納米到大約550納米的范圍內。在附加實施例中,發射顏色分布的FWM值為至少50納米。在又一附加實施例中,發射顏色分布的FWM值為至少60納米。
發光材料可以為以下中的一個:有機磷光體、無機磷光體、以及 示出量子限制并且至少在一個維度上具有納米范圍內的尺寸的粒子,其中粒子的示例為:量子點、量子棒、以及量子四腳體。
更具體而言,合適的無機磷光體的示例為:
-Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-z-uGazSiu)5O12-uNu:CeaPrb,其中0≤x≤1、0≤y≤1、0<z≤0.1、0≤u≤0.2、0<a≤0.2、并且0<b≤0.1,諸如Lu3Al5O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+,
-(Sr1-a-b-cCabBac)SixNyOz:Eua2+,其中a=0.002–0.2、b=0.0–0.25、c=0.0–1.0、x=1.5–2.5、y=0.67–2.5、z=1.5–4,包括例如SrSi2N2O2:Eu2+和BaSi2N0.67O4:Eu2+,
-(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+,包括例如SrGa2S4:Eu2+,
-(Sr1-xBax)2SiO4:Eu,其中0<x≤1,包括例如BaSrSiO4:Eu2+,(Ca1-x-y-a-bYxLuy)3(Sc1-zAlz)2(Si1-x-yAlx+y)3O12:CeaPrb,其中0≤x≤1、0≤y≤1、0<z≤1、0≤u≤0.2、0<a≤0.2、并且0<b≤0.1,諸如Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,并且更多其它合適的無機發光材料在圖2c的上下文中討論。
更具體而言,有機磷光體的示例為發射綠光的有機染料,諸如苝衍生物,諸如LumogenF材料083(黃色)、170(黃色)、850(綠色)。
合適的量子點是具有諸如硫化鎘(CdS)和硫化鋅(ZnS)之類的外殼的硒化鎘(CdSe),或者諸如磷化銦(InP)、和銅銦硫(CuInS2)、和/或銀銦硫(AgInS2)之類的無鎘量子點。
圖1b公開了固態發光器封裝180的后續實施例的截面圖。固態發光器封裝180相似于圖1a中的固態發光器封包100,但是對于下文討論的要點而言是不同的。固態發光裸片132、142、156是所謂的倒裝芯片固態發光裸片132、142、156,這意指固態發光裸片132、142、156的兩個電極都位于一側,并且因此,不需要接線鍵合向它們提供電能。為了完整性,提供后續的固態發光器裸片:第一發射藍光的固態發光器裸片132、發射紅光的固態發光器裸片142、以及第二發射藍光的固態發光器裸片152。此外,光學發光轉換器122不同于發光 轉換器120。在圖1b中的實施例中,發光轉換器122不包括硅酮或者另一基體聚合物,并且發光材料被直接提供在第二發射藍光的固態發光器裸片152的頂部上。發光材料為例如耐受在第二發射藍光的固態發光器裸片152中生成的熱量的無機磷光體。還有,光學元件103大于圖1a中的光學元件102。光學元件103為例如硅酮并且完全填充固態發光器封裝的外表面104、固態發光器132、142、發光轉換器122、以及光出射窗口之間的空間。因此,在第一發射藍光的固態發光器裸片132、發射紅光的固態發光器裸片142、以及發光轉換器122中生成的所有光被光學元件接收,并且由于光學元件中的一些內部反射,在其發射通過光出射窗口之前,泛綠的光中的至少一些與第一藍光和/或紅光混合。注意,光學元件103還可以由玻璃制成,并且可以設置有幾個凹部以接收固態發光器裸片132、142、152。為了獲得在這種玻璃光學元件103和固態發光器裸片132、142、152之間的良好的光學接觸,固態發光器裸片132、142、152可以被粘附到玻璃光學元件103。
圖1c示意性地呈現了固態發光器封裝190的另一實施例。固態發光器封裝190相似于圖1b中的固態發光器封裝180。差異涉及固態發光器封裝190的外表面。固態發光器封裝190被制造在底部板/基板192上,在該底部板/基板上提供了邊緣116,該邊緣在截面圖中是三角形的。邊緣116的至少一個表面(其為面向固態發光器裸片132、142、152的表面118)是光反射的(鏡面反射的或者漫反射的),使得被困在硅酮103內或者發射到側向方向上的第一藍光、紅光、以及泛綠的光被反射向光出射窗口114。在圖1c中的示例中,硅酮103(其為光學元件)用彎曲表面繪制。這種彎曲表面可以是在半完成的固態發光器封裝上提供一滴硅酮的結果,該半完成的固態發光器封裝包括底部板/基板192、邊緣116、以及第一發射藍光的固態發光器裸片132、發射紅光的固態發光器裸片142、以及具有發光轉換器122的第二發射藍光的固態發光器裸片152。該滴硅酮可以自然地獲得所呈現的形狀,并且在固化之后,這是光學元件/硅酮元件103的最終形狀。
圖9呈現了對于例如圖1b和/或圖1c(頂視圖中看到的)的實施例而言,發射紅光的固態發光器裸片142、發射藍光的固態發光器裸片132、以及其它固態發光器裸片152(被發光轉換器122包圍)相對于彼此如何布置的示例。發射紅光的固態發光器裸片142被布置在發射藍光的固態發光器裸片132和其它固態發光器裸片152之間。在這一上下文中,“在…之間”被限定為:當穿過發射紅光的固態發光器裸片142的中心904和發射藍光的固態發光器裸片132的中心903繪制第一虛擬線901時,并且當穿過發射紅光的固態發光器裸片142的中心904和其它固態發光器裸片152的中心905繪制第二虛擬線902時,第一虛擬線901和第二虛擬線902之間的最小角度α在從120度到180度的范圍內。
圖2a到圖2c示意性地示出了固態發光器封裝200、280、290的其它實施例。
圖2a呈現了作為圖1a中的固態發光器封裝100和圖1b中的固態發光器封裝180的變體的固態發光器封裝200。相似于圖1b中的固態發光器封裝180,固態發光器裸片132、142、152是將其電極包括在固態發光器裸片132、142、152的一側的所謂的倒裝芯片。然而,這一實施例和其它實施例不限于使用倒裝芯片固態發光器裸片132、142、152。代替倒裝芯片固態發光器裸片132、142、152,這一實施例可以包括其必須通過諸如在圖1a的上下文中討論的接線鍵合的方式電連接的固態發光器裸片。對于發光轉換器120的類型而言,固態發光器封裝200進一步相似于圖1a中的固態發光器封裝100。固態發光器封裝200包括由光透射基體聚合物(例如硅酮)制成的發光轉換器120,在該光透射基體聚合物中分散了發光粒子或者溶解了分子。在圖2a中的實施例中,光學元件至少包括填充有光透射材料(例如硅酮)102的空間,并且包括光透射或者透明壁105。使用這種壁在固態發光器封裝200的制造過程中可以是有利的。例如,在將發光轉換器120和硅酮102應用到固態發光器封裝200之前,光透射壁105可以被放置在發射紅光的固態發光器裸片142和第二發射藍光的固態 發光器裸片152之間,以限定未來的發光轉換器120和硅酮102之間的界面的位置。當發光轉換器120的發光材料具有吸收顏色分布,使得當第一藍光撞擊在發光材料上時很大部分的第一藍光也被吸收,并且因此,必須防止發光轉換器太靠近第一發射藍光的固態發光器裸片132時,限定這種位置可能是期望的。因此,通過在第一發射藍光的固態發光器裸片132和發光轉換器120之間創建足夠長的空間分離,防止了當第一發射藍光的固態發光器裸片132發射第一藍光(使得第一藍光透射通過光出射窗口114)時,發光材料還生成泛綠的光。假設硅酮102和發光轉換器120被很好地光學耦合到光透射壁105,使得(如箭頭199所示)泛綠的光中的至少一些可以透射通過光透射壁105到達硅酮102,并且一些紅光可以透射通過光透射壁105進入發光轉換器120。
圖2b呈現了相似于先前討論的固態發光器封裝的固態發光器封裝280,然而,其中一個重要的不同是,發光轉換器124明顯更大并且覆蓋第二發射藍光的固態發光器裸片152和發射紅光的固態發光器裸片142。因此,發光轉換器124接收紅光和第二藍光(被發光材料轉換為泛綠的光)。此外,作為結果,硅酮102僅被提供在第一發射藍光的固態發光器132的頂部上。如圖2b所示,發光轉換器124和硅酮102彼此接觸并且光學耦合到彼此,使得第一藍光可以透射進入發光轉換器124,并且使得泛綠的光和紅光可以透射進入硅酮102。此外,發光轉換器124可以包括無機磷光體,該無機磷光體的粒子分散在發光轉換器124的基體聚合物中。對于根據吸收顏色分布未被吸收的光而言,無機磷光體的粒子充當散射粒子。因此,泛綠的光和紅光(以及從硅酮102接收的第一藍光)被無機磷光體的粒子散射,并且因此,這些不同顏色的光在它們透射通過光出射窗口114之前被很好地混合。在圖1a中的固態發光器封裝100中,發光轉換器120也在相對低的水平上做這件事,但是在圖2b中的固態發光器封裝280中,發光轉換器124在很大程度上有助于光的混合,并且因此,發光轉換器124與硅酮102一起形成了固態發光器封裝280的光學元件。 注意,這一實施例當發光材料的吸收顏色分布與第一藍光的波長不重疊或者僅最小程度重疊時工作良好。備選地,僅發光轉換器124是將不同顏色的光混合的光學元件,并且在硅酮102和發光轉換器124之間提供不透明壁(其可以是反射的),使得第一藍光不進入發光轉換器124。
圖2c呈現了相似于圖2b中的固態發光器封裝280的固態發光器封裝290。不同在于,發光轉換器126完全填充固態發光器封裝290的外壁104之間的空間,并且不存在硅酮區域。發光轉換器126是將第一藍光、紅光、以及泛綠的光混合的光學元件,因為其直接從第一發射藍光的固態發光器裸片132、發射紅光的固態發光器裸片142、以及第二發射藍光的固態發光器裸片152接收第一藍光、紅光、以及第二藍光。當發光轉換器126的發光材料的吸收顏色分布與第一發射藍光的固態發光器裸片132的光發射分布幾乎沒有重疊時,圖2c中的實施例工作良好。因此,第一藍光的波長幾乎不落在吸收顏色分布內。換句話說,第一藍光的波長至少落在吸收顏色分布的半高全寬波長范圍之外。要注意的是,在實施例中,不是所有的第二藍光都被轉換為泛綠的光,并且當第二發射藍光的固態發光器裸片152接收電能時,產生的光發射是第二藍光和泛綠的光的組合。這一組合具有在純藍光的色點和泛綠的光的色點之間某處的色點。這仍然導致固態發光器封裝290的光發射的相對大的色域,并且具有靠近黑體線的色點的光的CRI保持相對大。還可以的是,第一藍光的相對小的部分(例如小于第一藍光的20%)仍然被發光材料吸收并且被轉換為泛綠的光。雖然當第一發射藍光的固態發光器裸片132接收電功率時發射的光的色點朝著綠色輕微位移,但是總體上固態發光器的色域保持相對大,并且仍然可以獲得相對大的CRI。
在圖2c中的實施例中,對于在發光材料的吸收顏色分布之外的波長而言,發光轉換器的發光材料可以充當散射粒子。這導致了不同顏色的光的良好混合。具體而言,對于在吸收顏色分布之外的波長而言,無機磷光體是有利的散射粒子。在實施例中,發光轉換器還可以 包括用于散射透射通過發光轉換器的光的手段。光的體散射通過引入材料折射率的轉變實現。這可以通過在基體材料中添加不同折射率的粒子來實現。由于效率原因,粒子對光的吸收應該低。用于散射粒子的典型材料為:TiO2、SiO2、ZnO、Al2O3、BaSO4。作為固體散射粒子的備選,可以引入氣泡或者甚至液泡。在圖1a至圖1c、圖2a至圖2b中的實施例中,硅酮102、103(光學元件)也可以包括這種用于將不同顏色的光更好地混合的散射手段。備選地,可以使用表面散射,其中上面提到的粒子未被混合在基體(硅酮或者另一透明材料)中,而是被應用在材料的頂部處或頂部上。備選地,將基體材料自身的表面粗糙化將有助于散射光。
圖2c中的實施例還可以用于討論另一實施例。在這一另一實施例中,固態發光器封裝291包括第一發射藍光的固態發光器裸片132、發射紅光的固態發光器裸片142、以及其它固態發光器裸片253。這一其它固態發光器裸片253發射例如紫光或者紫外光。當其它固態發光器裸片253發射紫外光時,光透射材料102中的發光材料被配置為吸收該紫外光,并且如先前所討論的那樣,將這一被吸收的紫外光轉換為泛綠的光。當其它固態發光器裸片253發射紫光時,光透射材料102中的發光材料被配置為吸收該紫光的至少一部分,并且如先前所討論的那樣,將所吸收的紫光轉換為泛綠的光。發光材料的量可以使得紫光的一部分被吸收并且轉換為泛綠的光,使得作為剩余的紫光和泛綠的光的組合的光的色點在藍色色點和綠色色點之間某處。發光材料的量還可以使得幾乎所有紫光被吸收并且轉換為泛綠的光,使得當(僅)其它固態發光器裸片253接收電能時,由固態發光器封裝291發射泛綠的光。
在圖2c中的固態發光器封裝290、291的兩個實施例中,可以提供發射具有純綠光的色點的綠光的可選的發射綠光的固態發光器。這增強了固態發光器封裝290、291的色域。一般地,固態發光器封裝290、291的實施例可以包括附加的固態發光器裸片(具有或者不具有附加的特定發光材料),以向固態發光器封裝290、291提供附加手 段以發射其它顏色的光、或者在更大的光強度下發射、或者增大色域、或者增加具有靠近黑體線的色點的所發射的光的CRI。
一般地,在圖2c中的固態發光器封裝290、291的實施例的上下文中,對第一藍光、第二藍光、以及發光材料的要求是:i)合適的發光材料為在短波長藍色(“第二藍光”)處比在長波長藍色(“第一藍光”)處具有明顯更高吸收的發射綠光的發光材料;ii)發光材料具有在480納米和600納米之間的發射最大值,在其它實施例中,具有在520納米到570納米之間的發射最大值,和最小值為30nm的半高全寬,在其它實施例中,最小值為50nm的半高全寬;iii)對第二藍光具有40%-100%、很可能70%-100%的吸收,并且對第一藍光具有0%-40%、很可能0%-20%的吸收;iv)第二藍光的光譜范圍在380nm到460nm處具有其發射最大值,優選地在400nm到440nm處,并且第一藍光的光譜范圍在440nm到500nm處具有其發射最大值,優選地在460nm到480nm處。合適的發光材料為:SSONE(SrSi(2)N(2)O(2):Eu)、SIAlON(SrSi(2)N(2)O(2):Eu)、SAE(Sr4Al14O25:Eu)、GaYAG((YxGa(1-x))3Al5O12:Eu)、明晰的(lucid)綠色量子點、BAM:Mn(BaMgAl10O17:Mn)、BBG(BaMgAl10O17:Eu,Mn)、BSONE(BaSi(2)N(2)O(2):Eu)、以及不同的硅酸鹽(A2Si(OD)4:Eu,其中A=Sr、Ba、Ca、Mg、Zn并且D=F、Cl、S、N、Br;BOSE=(SrBaCa)2SiO4:Eu;(Ba2MgSi2O7:Eu2+;Ba2SiO4:Eu2+);(Ca,Ce)3(Sc,Mg)2Si3O12。
圖3a示意性地示出了相似于圖2a中的固態發光器封裝200的固態發光器封裝300的實施例。不同在于,提供了附加的固態發光器裸片302。附加的固態發光器裸片302可以發射第三藍光。在附加的固態發光器裸片302的頂部上提供了第二發光轉換器304,該第二發光轉換器包括將第三藍光的一部分轉換為黃光的發光材料。附加的固態發光器裸片302和第二發光轉換器304的組合可以被配置為發射具有靠近CIEXYZ顏色空間中的黑體線的色點的白光。該白光是第三藍光和黃光的組合。當固態發光器封裝300不得不發射接近或靠近黑體線 的顏色的光時和/或當必須生成白光的相對大的光輸出時,可以控制附加的固態發光器裸片302發光。此外,當發射具有接近黑體線的色點的光時,使用附加的固態發光器裸片302發光還增加所發射的光的顯色指數。注意,附加的固態發光器裸片302的位置在發射紅光的固態發光裸片142和第一發射藍光的固態發光裸片142之間。在其它實施例中,附加的固態發光器裸片302還可以被布置在外壁104和第一發射藍光的固態發光裸片142之間,或者被布置在發射紅光的固態發光裸片142和光透射壁105之間。
圖3b在圖350中示意性地示出了一些光發射光譜352、356、發射顏色分布354、以及吸收顏色分布358。圖350的x軸表示光的波長λ。y軸表示光功率P。先前實施例中的第二發射藍光的固態發光器裸片以及可選地還有第一發射藍光的固態發光器裸片發射例如根據光發射光譜352的藍光。發射紅光的固態發光器裸片發射例如根據光發射光譜356的紅光。先前實施例中的發光材料具有例如根據虛線358的吸收顏色分布。在圖3b的示例中,吸收顏色分布與光發射光譜352重疊,并且因此,當發光材料接收由第二發射藍光的固態發光器裸片發射的光時,這一光被吸收并且轉換為另一顏色的光。由發光材料發射的光根據發射顏色分布354發射。發射顏色分布354的峰值波長λpeak在青色和/或綠色光譜范圍內,例如在490納米和570納米之間,或者備選地,在500納米和560納米之間,或者在又一備選實施例中,在505納米和550納米之間。此外,發射顏色分布354相對寬,這意指半高全寬FWHM值大于40納米。在實施例中,FWHM值大于50納米,并且在另一實施例中,FWHM值大于60納米。根據發射顏色分布的光至少對于人類裸眼而言呈現為泛綠的光,并且在實施例中,這一光被體驗為綠光。在另一實施例中,第二(發射藍光的)固態發光器裸片的光發射光譜352至少部分在紫外光譜范圍內,并且吸收光譜358也更多地位于紫外光譜范圍內,使得紫外光被發光材料吸收并且轉換為泛綠的光。
圖5a在圖500中呈現了所發射的光的光譜范圍的第一特定示例、 特定發光材料的吸收顏色分布以及發射顏色分布。示例涉及如圖2c中呈現的固態發光器封裝290、291。在示例中,一個固態發光器裸片發射根據發射光譜506的在465納米處具有峰值波長的藍光。發射紅光的固態發光器裸片發射根據光發射光譜508的具有620納米的峰值波長的紅光。其它固態發光器裸片發射根據光發射光譜504的在大約405納米處具有峰值波長的紫/藍光。在示例中,提供了名為SSONE(SrSi(2)N(2)O(2):Eu)的發光材料,其具有吸收顏色分布502并且發射根據發射顏色分布510的光。注意,吸收顏色分布502以反轉方式呈現,這意指當線跟隨圖500的頂部線(歸一化強度0,06)時,發光材料SSONE不吸收光,并且這一頂部線和吸收顏色分布502的線之間的距離表示該特定波長的光的吸收量,并且因此,表示發光材料被該特定波長的光激勵的量。因此,380nm波長的光的吸收是高的,而大約500納米的光的吸收相對低。發射顏色分布的峰值波長在大約535納米處,并且發射顏色分布的半高全寬為大約75納米。當所發射的第一藍光的(光譜506的)量和所發射的其它光的(光譜504的)量具有50%:50%的比率時,發射特定量的紅光,并且特定量的發光材料用于創建具有6500開爾文色溫的靠近黑體線的色點的光,固態發光器封裝的總光發射對應于圖2b中的顏色分布550。這一光具有為83的CRI以及為85的R9值。獲得了209Lumen/Wopt的轉換效率。當后續將其它光和藍光之間的比率改變為96%:4%并且調整了所發射的紅光的量時,可以獲得具有大約2725開爾文的色點的光發射,其具有為88的CRI和為30的R9值。這一光發射的顏色分布600在圖6a中示出。在這一示例中,僅64%的其它光被轉換為綠光。固態發光器封裝的這一實施例的色域652在圖6b中的CIEXYZ顏色空間650中呈現。
根據圖2c(其中還存在發射綠光的固態發光器裸片)中的實施例之一的固態發光器封裝的第二特定的光發射結果在圖7a、圖7b、圖8a、以及圖8b中呈現。
圖7a在圖700中呈現了所發射的光的光譜范圍的第一特定示例 以及特定發光材料的吸收和發射顏色分布。示例涉及如圖2c中呈現的固態發光器封裝290、291,并且其包括附加的發射綠光的固態發光器裸片。在示例中,一個固態發光器裸片發射根據發射光譜706的在465納米處具有峰值波長的藍光。發射紅光的固態發光器裸片發射根據光發射光譜708的具有620納米的峰值波長的紅光。其它固態發光器裸片發射根據光發射光譜504的在大約405納米處具有峰值波長的紫/藍光。發射綠光的固態發光器裸片具有發射光譜712,該發射光譜具有523納米的峰值波長。在第二特定示例中,提供了名為SSONE(SrSi(2)N(2)O(2):Eu)的發光材料,其具有吸收顏色分布502并且發射根據發射顏色分布510的光。注意,吸收顏色分布502以反轉方式呈現,如先前在圖5a的上下文中所討論的那樣。發射顏色分布710的峰值波長在大約535納米處,并且發射顏色分布710的半高全寬為大約75納米。當所發射的第一藍光的(光譜506的)量、所發射的其它光的(光譜504的)量、以及綠光的(光譜712的)量根據46%:45%:9%的比率生成時,發射特定量的紅光,并且特定量的發光材料用于創建具有6500開爾文色溫的靠近黑體線的色點的光,固態發光器封裝的總光發射對應于圖2b中的顏色分布750。這一光具有為86的CRI以及為81的R9值。獲得了242Lumen/Wopt的轉換效率。當后續將其它光、藍光、以及綠光之間的比率改變為84%:4%:11%并且調整了所發射的紅光的量時,可以獲得具有大約2725開爾文的色溫的接近黑體線的色點的光發射,其具有為81.5的CRI。具有2725開爾文的色溫的白光的光發射的顏色分布800在圖8a中示出。在這一示例中,僅32%的其它光被轉換為綠光。固態發光器封裝的這一實施例的色域852在圖6b中的CIEXYZ顏色空間850中呈現。
圖4a示意性地示出了光發射設備400的實施例。光發射設備400是包括固態發光器裸片的等級2集成設備。光發射設備400包括在其上提供了導電軌道406的基板404或者箔,并且包括根據發光器封裝402的先前討論的實施例之一的固態發光器封裝402。固態發光器封裝402例如通過焊接電連接到導電軌道406。注意,在先前的實施例 中,呈現了固態發光器封裝的截面圖,而在圖4a中呈現了三維圖。截面圖可以是這種盒形固態發光器封裝402的截面圖,但是還可以是不同形狀的固態發光器封裝(諸如圓柱形狀的固態發光器封裝)的截面圖。
圖4b示意性地示出了柔性LED條體430的實施例。柔性LED條體包括柔性箔434,該柔性箔包括導電軌道并且包括固態發光器封裝432。導電軌道被布置為向固態發光器封裝432提供功率。柔性LED條體430可以連接到驅動電路,該驅動電路控制提供到固態發光器封裝432的不同固態發光器裸片的電能的量,使得可以使用柔性LED條體430生成不同顏色的光。要注意的是,術語柔性LED條體暗指固態發光器封裝432的固態發光器裸片為發光二極管。
圖4c示意性地示出了燈具460的實施例。燈具460包括上面討論的固態發光器封裝的實施例之一,或者包括圖4a中的光發射設備,或者包括圖4b中的柔性LED條體。
綜上,提供了固態發光器封裝、發光設備、柔性LED條體、以及燈具。固態發光器封裝包括:i)分別發射紫/藍光、紅光、以及其它光的至少三個固態發光器裸片;ii)具有發光材料的發光轉換器;iii)用于混合不同顏色光的至少一部分的光學元件;以及iv)光出射窗口。發光材料至少部分地將其它光轉換為在綠色或者青色光譜范圍內具有峰值波長的泛綠的光,并且具有足夠寬的顏色發射分布,使得固態發光器封裝能夠發射具有足夠高的顯色指數的光。顯色指數涉及具有靠近黑體線的色點的光。
應該注意的是,上述實施例說明了而非限制了本發明,并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下,將能夠設計出很多備選實施例。
在權利要求中,放置在括號之間的任何附圖標記不應被解釋為限制權利要求。使用動詞“包括”及其詞形變化不排除存在除了權利要求中所陳述的那些之外的元件或者步驟。元件之前的冠詞“一(a)”或者“一個(an)”不排除存在多個這種元件。本發明可以通過包括 若干不同元件的硬件的方式實施。在列舉了若干裝置的設備權利要求中,這些裝置中的若干個可以由同一硬件項來體現。僅憑在互相不同的從屬權利要求中記載某些措施的事實不表示這些措施的組合不能被有利地使用。

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固態 發光 封裝 發射 設備 柔性 LED 以及 燈具
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