CN102124263A - 包括光混合的固态照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种固态照明设备，包括：多个发光二极管(LEDs)，包括至少第一LED和第二LED。其中选择所述第一和第二LED的色度，以使得来自所述LED对的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度。所述第一LED可以包括第一LED芯片(43)和荧光体(44)，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的光，所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的蓝色光而发射红色光。所述第二LED发射具有位于1931 CIE色度图的普朗克轨迹(106)上方的颜色点的光，以及具体地可以具有黄色绿色、带绿色的黄色或者绿色色调。

Description

包括光混合的固态照明装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年6月25日提交的题为″SOLID STATELIGHTING DEVICES AND METHODS″(发明人：John Roberts)的美国临时专利申请No.61/075,513的利益和优先权。本申请是2007年4月18日提交的题为″LIGHTING DEVICE AND LIGHTINGMETHOD″的美国专利申请No.11/736,761的部分继续申请，其要求了如下美国临时专利申请的权益：2006年4月18日提交的题为″LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD″(发明人：GeraldH.Negley和Antony Paul van de Ven)的美国临时专利申请、2006年4月20日提交的题为″LIGHTING DEVICE AND LIGHTINGMETHOD″(发明人：Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven)的美国临时专利申请No.60/793,524和2006年12月1日提交的题为″LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD″(发明人：GeraldH.Negley和Antony Paul van de Ven)的美国临时专利申请No.60/868,134。本申请是2007年11月30日提交的题为″LIGHTINGDEVICE AND LIGHTING METHOD″的美国专利申请No.11/948,021的部分继续申请，其要求了2006年12月1日提交的题为″LIGHTINGDEVICE AND LIGHTING METHOD″(发明人：Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven)的美国临时专利申请No.60/868,134的权益。以上引用的申请中的每一个的公开内容通过全文引用被并入本文中。
技术领域
本发明涉及固态照明，以及更具体地涉及用于一般照明的固态照明系统。
背景技术
固态照明装置用于多种照明应用。包括固态照明装置阵列的固态照明面板已经被用作例如建筑和/或重点照明中的直接照明源。固态照明装置可以包括，例如，包括一个或更多个发光二极管芯片的封装的发光器件(LED)。无机的LED通常包括形成p-n结的半导体层。包括有机发光层的有机LED(OLED)是另一种类型的固态发光器件。通常，固态发光器件通过发光层或者发光区域中的电子载流子(即，电子和空穴)的复合产生光。对于多种不同的应用，可以以多种不同的方式安装LED芯片或者管芯。例如，LED芯片可以被安装在顶部并且通过密封剂包围用于保护、波长转换、聚焦、散射/漫射等。LED芯片还可以直接被安装到子衬底(例如PCB)，并且可以由荧光体(例如通过电泳或者其他技术)直接覆盖。因此，如此处使用的，术语″发光二极管″或者″LED″可以指LED芯片，包括覆盖或者另行配有荧光体的LED芯片，或者可以指封装器件，例如包括LED芯片并且提供用于所述LED芯片的电接触、主要光学特性、散热和/或其他功能性特征的封装器件。
固态照明面板通常被用作用于小型液晶显示器(LCD)显示屏的背光，所述LCD显示屏例如是在便携式电子装置中使用的LCD显示屏。此外，对用于例如室内或者户外照明的一般照明的固态照明面板的使用的兴趣在增加。用于上述应用，通常期望照明装置产生具有高显色指数(CRI)的白光，由此使得该照明装置所照明的对象将会表现为具有更自然的着色。相反，具有低CRI的光可能使得照明对象具有模糊的或者不自然的外观。
对于较大的照明应用，可以例如以一维或者二维阵列将多个固态照明面板连接在一起，以形成照明系统。然而，不幸的是，该照明系统产生的白光的色调可能会在各个面板之间变化，和/或甚至在各个照明装置之间变化。上述变化可以由多种因素导致，包括不同LED的发射强度的变化，和/或在照明装置中和/或在面板上的LED布置的变化。相应地，为了构造从各面板之间产生色调一致的白光的多面板照明系统，可能期望测量由大量面板产生的光的色调、饱和度或者色度，并且选择具有相对接近的色度的面板的子集用在多面板照明系统中。对于制造工艺，这可能导致减少的产量和/或增加的库存成本。
此外，即使在最初制造时固态照明面板就具有一致的、期望的光的色调，然而面板内的固态装置的色调和/或亮度可能随着时间而非均匀地变化和/或由于温度变化而非均匀地变化，这可以导致由多个面板构成的照明面板的总体颜色点随着时间改变和/或可能导致整个照明面板上的颜色的不均匀。此外，用户可能希望改变照明面板的光输出特性以便提供照明面板的期望的色调和/或亮度水平。
固态光源可以具有与现有用于一般照明的光源相比的多个优点。例如，现有的白炽聚光灯可以包括150瓦的灯，从30平方英寸的孔投射光。由此，该源可以消耗每平方英寸约5瓦的功率。上述源可能顶多具有约10流明/瓦的发光效能，这意味着对于在一定区域内产生光的能力而言，上述源可以在相对小的空间中在每平方英寸产生约50流明。
现有的白炽聚光灯提供相对明亮的、高度直射的光源。然而，白炽聚光灯仅仅可以照明较小的区域。由此，即使白炽聚光灯具有较高的光输出，其也可能不适于一般照明，例如不适于照明一个房间。由此，当在室内使用时，聚光灯通常被留做重点或者补充照明应用。
另一方面，荧光灯泡以更适合于一般照明的方式产生光。荧光灯泡近似于线光源，对于线光源，照度在源附近与1/r成比例地减少，其中r是与该源的距离。此外，多个荧光源通常在面板中被分组以近似平面光源，平面光源对一般照明和/或其他目的来说更有用，这是因为，与线光源或点光源的强度不同，由平面源产生的光的强度在所述源附近不会快速下降。
荧光面板的分布特性和其对于照明的适用性已经使得荧光面板成为一般照明应用的流行的选择。然而，荧光可能显得略带蓝色和/或可能具有较差的显色特性。此外，荧光灯泡可能带来环境的难度，这是因为它们可能包括汞作为成分。
发明内容
根据一些实施例的一种固态照明设备，包括：多个发光二极管LED，包括至少第一LED和第二LED。其中选择所述第一和第二LED的色度，以使得来自所述LED对的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度。所述第一LED可以包括第一LED芯片和荧光体，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光，所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的光而发射红色光，以及所述第二LED发射具有位于1931 CIE色度图的普朗克轨迹上方的颜色点的光，以及具体地可以具有黄色绿色、带绿色的黄色或者绿色色调。
所述第二LED的颜色点可以位于所述普朗克轨迹上的任一点的十阶Macadam椭圆之外。因此，所述第二LED的颜色点可以表现为非白色。
在一些实施例中，所述第二LED可以包括第二LED芯片，其发射主波长位于大约400nm和465nm之间的基本上饱和的光。
1931 CIE色度图上在由所述第一LED和所述荧光体发出的合成光的颜色点和由所述第二LED发出的光的颜色点之间的线段可以在大约2500度开尔文和4500度开尔文之间穿过普朗克轨迹。
所述第二LED可以包括第二LED芯片和第二荧光体，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光，并且所述第二荧光体被配置为接收由所述第二LED芯片发射的光并且响应由第二LED芯片发射的光而响应地发射黄色光。
所述第二LED芯片可以包括第二LED芯片，其发射可见频谱的绿色部分中的基本上饱和的光，具有主波长为大约500nm和550nm之间。
在一些实施例中，第二LED可以包括第二LED芯片，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光并包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射黄色光。所述第二LED芯片可以具有从大约430nm到大约470nm的主波长，以及所述第二荧光体可以发射具有从大约550nm到大约590nm的主波长的光。
在一些实施例中，所述第一LED芯片可以具有可见频谱的绿色部分中的从大约500nm到大约550nm的主波长。此外，第二LED还可以包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射黄色光。
在一些实施例中，所述第二LED芯片可以具有从大约440nm到大约460nm的主波长，以及第二LED可以包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射具有从大约550nm到大约590nm的主波长的光。
在没有任何附加光的情况下，所述第二LED芯片和所述第二荧光体发出的合成光可以产生具有如下x、y颜色座标的光的子混合，其中所述x、y颜色座标限定了在1931 CIE色度图上由第一、第二、第三、第四和第五线段包围的区域内的点，所述第一线段连接第一点与第二点，所述第二线段连接所述第二点与第三点，所述第三线段连接所述第三点与第四点，所述第四线段连接所述第四点与第五点，以及所述第五线段连接所述第五点与所述第一点，所述第一点的x、y坐标为0.32、0.40，所述第二点的x、y坐标为0.36、0.48，所述第三点的x、y坐标为0.43、0.45，所述第四点的x、y坐标为0.42、0.42，所述第五点的x、y坐标为0.36、0.38。
所述固态照明设备可以进一步包括第三LED，所述第三LED发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光并且具有可以比所述第一LED的主波长大至少大约10nm的主波长。
所述第三LED具有可以比一些实施例中的所述第一LED的主波长大至少大约20nm的主波长。
所述固态照明设备可以进一步包括第三LED，所述第三LED发射可见频谱的红色部分中的光。
所述固态照明设备可以进一步包括多个第一LED和多个第二LED，其中以各自的同质异性LED对来布置所述第一LED和所述第二LED，以及各个同质异性LED对中的每一个发射的光基本上具有目标色度。
所述第一LED芯片可以具有从大约430nm到大约470nm的主波长，以及所述荧光体可以响应于所述第一LED芯片发射的光而发射主波长为从大约600nm到大约630nm的光。
根据一些实施例的一种照明模块包括多个发光二极管LED。所述多个发光二极管可以包括LED同质异性对，其中所述同质异性对中的LED的色度被选择为，使得来自所述同质异性对中的每一个LED的光的混合所产生的合成光包括基本上具有目标色度的光。在一些实施例中，所述同质异性对包括第一LED，所述第一LED包括第一LED芯片和荧光体，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的光，以及所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的蓝色光而发射红色光，以及第二LED，其发射可见频谱的绿色部分中的光。
根据其他实施例的一种固态照明设备包括多个发光二极管LED，包括至少第一LED和第二LED。来自一对LED的光的混合所产生的合成光可以基本上具有目标色度。所述第一LED可以包括第一LED芯片，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光并且包括荧光体，所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的光而发射红色光。所述第一LED芯片和所述荧光体的合成光可以具有第一颜色点，所述第二LED发射具有第二颜色点的光，以及在1931 CIE色度图上在所述第一颜色点和所述第二颜色点之间的线段在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
附图说明
附图被包括用于提供对于本发明的进一步的理解并且被并入且构成本申请的一部分，所述附图示出了本发明的某些特定的实施例(多个)。附图中：
图1示出了表示普朗克轨迹位置的1931 CIE色度图的曲线图。
图2示出了1931 CIE色度图的曲线图，在该图上示出了位于普朗克轨迹上方的色度区域。
图3示出了固态照明装置的频谱分布的曲线图。
图4A示出了根据一些实施例的直线型照明模块形式的固态照明设备的平面图。
图4B示出了图4A的直线型照明模块的剖视图。
图4C示出了根据一些实施例的封装的发光二极管的剖视图。
图5示出了根据其他实施例的直线型照明模块的剖视图。
图6示出了根据一些实施例的部分装配的直线型照明模块的平面图。
图7示出了根据一些实施例的直线型照明模块的透视剖视图。
图8示出了表示安装在固定装置中的多个直线型照明模块的透视图。
图9示出了表示安装在固定装置中的多个直线型照明模块的平面图。
图10A和10B示出了根据其他实施例的固态照明设备。
图11示出了根据一些实施例的固态照明设备中的LED的互连的电路图。
图12示出了1931 CIE色度图，其示出了根据一些实施例的照明设备中的LED的组合。
图13示出了1931 CIE色度图，其示出了根据其他实施例的照明设备中的LED的组合。
图14示出了根据其他实施例的固态照明设备的一部分。
图15示出了包括仓位置和产生轨迹的部分二维色度空间。
图16示出了根据一些实施例的直线型照明模块上的各种类型的LED的布置。
图17示出了包括通常被认为是白色的光的黑体辐射曲线和相关色温(CCT)四边形的部分二维色度空间。
具体实施方式
附图中示出了本发明的各种实施例，下面将参考附图更全面地描述本发明的实施例。然而，本发明以许多不同方式实施，所以不应该被解释为限制为在此阐述的实施例，相反，这些实施例被提供为使得本公开将是详尽和完整的，以及将向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。通篇，相同的标号表示相同的元件。
将理解，尽管术语第一、第二等在此处可用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于使一个元件区别于另一元件。例如，在不偏离本发明的范围的前提下，第一元件可以被称为第二元件，并且相似地，第二元件可以被称为第一元件。如此处使用的，术语“和/或”包括一个或更多个关联的列出项的任何和所有组合。
将理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或者延伸到另一元件“上”时，其可以直接位于该另一元件上或者直接延伸到该另一元件上，或者也可以存在中间的元件。相反地，当元件被称为“直接”位于另一元件“上”或者“直接”延伸到另一元件“上”时，不存在中间的元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件或者可以存在中间的元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间的元件。
诸如“下方”或“上方”或者“上面”或“下面”或者“水平”或“横向”或“垂直”的关系性术语在此处可用于描述如图中所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解，这些术语意在涵盖除了图中示出的取向之外的设备的不同取向。
此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非意在限制本发明。除非上下文另外清楚地指示，否则如此处使用的单数形式“一个”、“一种”、“所述”意在也包括复数形式。将进一步理解，此处使用的术语“包括”和/或“含有”指明了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并未排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在。
除非另外限定，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。将进一步理解，此处使用的术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的其含义一致的含义，并且除非此处如此限定，否则不应在理想化或过度形式化的意义上进行解释。
可见光可以包括具有多种不同波长的光。可以参考二维色度图来说明可见光的视在色，例如图1中所示的1931 CIE色度图和1976 CIEu’v’色度图，1976 CIE u’v’色度图类似于1931图，但是被改变为使得1976 u’v’CIE色度图上的相似的距离代表颜色中类似感知到的差异。这些图提供了用于将颜色限定为各颜色的加权和的有用的参考。
在CIE-u’v’色度图(例如1976 CIE色度图)中，利用考虑到人视觉感知差异的缩放的u-和v-参数来绘制色度值。即，与其它波长相比，人类视觉系统更响应于某些波长。例如，与红色光相比，人类视觉系统更响应于绿色光。缩放1976 CIE-u’v’色度图，以使得在该图上从一个色度点到另一色度点的数学距离与观察者在两个色度点之间感知到的颜色差异成比例。在色度图中，在该图上从一个色度点到另一色度点的数学距离与观察者在两个色度点之间感知的颜色差异成比例，这样的色度图可以被称为感知色度空间。相反，在非感知色度图(例如1931 CIE色度图)中，与显著不同的两种颜色相比，没有显著差别的两种颜色可以被安置得相距更远。
如图1所示，1931 CIE色度图上的颜色由落入通常U形区域的x和y坐标(即，色度座标或者颜色点)定义。在该区域之外的区域上的颜色或者在该区域之外的区域附近的颜色是由具有单一波长或者非常小的波长分布的光构成的饱和色。该区域内部的颜色是由不同波长的混合构成的非饱和色。白光可以是多种不同波长的混合，其通常在图的中间附近得到，在图1中标记100的区域中。如区域100的尺寸所证实的，存在多种不同的可以被认为是″白色″的光的色调。例如，一些″白色″光(例如由钠蒸汽照明装置产生的光)可能显现为略带黄色的颜色，而其他″白色″光(例如由某些荧光照明装置产生的光)能显现为略带蓝色的颜色。
通常呈现绿色的光位于白色区域100之上的区域101、102和103中，而白色区域100之下的光通常呈现粉红色、紫色或者洋红色。例如，位于图1的区域104和105中的光通常呈现洋红色(即，红色-紫色或者带紫色的红色)。
进一步可知，来自两个不同光源的光的二元组合可以呈现具有与两个组成颜色中的任何一个不同的颜色。组合光的颜色可以取决于两个光源的相对强度。例如，蓝色源和红色源的组合发出的光对于观察者可能呈现紫色或者洋红色。类似地，蓝色源和黄色源的组合发出的光对于观察者可能呈现白色。
图1还示出了普朗克轨迹106，其对应于被加热到各种温度的黑体辐射体发出的光的颜色点的位置。具体来说，图1包括沿着黑体轨迹的温度列表。这些温度列表示出了被加热到上述温度的黑体辐射体发出的光的颜色路径。随着加热目标变为白炽的，由于与黑体辐射体的峰值辐射相关联的波长随温度上升而逐渐变短，其首先发出带红色的光，随后是带黄色的，然后是白色并且最后是带蓝色的。因此能根据其相关色温(CCT)来描述产生位于黑体轨迹上或者黑体轨迹附近的光的发光体。
特定光源的色度可以被称为该源的″颜色点″。对于白色光源，色度可以被称为该源的″白色点″。如上所述，白色光源的白色点可以沿着普朗克轨迹下降。相应地，可以通过光源的相关色温(CCT)识别白色点。白光通常具有约2000K和8000K之间的CCT。具有4000 CCT的白光可以呈现为带黄色的颜色，而具有8000K CCT的光可以呈现带更多蓝色的颜色。在约2500K和6000K之间的色温处位于黑体轨迹上或者黑体轨迹附近的颜色座标对于观察者可以产生令人满意的白色光。
″白色″光还包括位于所述普朗克轨迹附近但是不位于直接位于所述普朗克轨迹上的光。可以在1931 CIE色度图上使用Macadam椭圆用于识别如下的颜色点，所述颜色点如此密切地相关，以至于它们对于观察者看起来相同或者基本上类似。Macadam椭圆是在例如1931CIE色度图的二维色度空间中位于中心点周围的封闭区域，其包含从所述中心点不能视觉区分的所有点。七阶Macadam椭圆捕捉七个标准偏差内对于普通观察者不能区分的点，十阶Macadam椭圆捕捉十个标准偏差内对于普通观察者不能区分的点，如此等等。相应地，具有普朗克轨迹上的点的大约十阶Macadam椭圆内的颜色点的光可以被认为具有与所述普朗克轨迹上的点相同的颜色。
光源在照明对象中精确地再现颜色的能力的特征通常在于利用显色指数(CRI)。具体来说，CRI是照明系统的显色特性与黑体辐射体的显色特性相比较的程度的相对测量。如果由照明系统照射的一组测试颜色的颜色座标与由黑体辐射体辐照的相同测试颜色的颜色座标相同，则CRI等于100。日光具有最高的CRI(100)，而白炽灯泡相对接近(约95)，以及荧光照明的精确度更小(70-85)。
对于背光和照明应用，通常期望提供产生具有高的显色指数的白色光的光源，以使得由光源照射的目标可以看起来更自然。因此，上述光源通常可以包括固态照明装置的阵列，其包括红色、绿色和蓝色的发光装置。当同时激励红色、绿色和蓝色发光装置时，取决于红色、绿色和蓝色源的相对强度，所得到的组合光可以呈现为白色，或者接近白色。然而，即使是红色、绿色和蓝色发射器的组合的光也可能具有低的CRI，特别是如果由于上述光可能缺乏来自多个可见光波长的贡献，发射器产生了饱和光的情况。
此外，为了获得期望的CCT，可能会增加固态照明装置的驱动电路的复杂性以将红色发光二极管集成在固态照明装置中。红色LED通常包括AlInGaP有源层，其可能具有来自装置中的其他LED(例如基于InGaN的蓝色LED)的不同的热特性。为了在不同热状态中保持相对恒定的颜色点，通过改变到所述LED的驱动电流来考虑光源热特性的这些不同可以是有益的，由此增加了固态照明装置的复杂性。
根据一些实施例的固态照明装置包括多个发光二极管(LED)，至少包括第一LED和第二LED。第一和第二LED的色度被选择为使得来自一对LED的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度，其例如可以是白色。在一些实施例中，第一LED包括第一LED芯片和荧光体(例如红色荧光体)，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色部分的光，该荧光体被配置为接收至少一些蓝色LED芯片发出的光并且响应地发射红色光。在具体实施例中，第一LED芯片可以具有从大约430nm到大约480nm的主波长，以及在有些情况下具有从大约450nm到大约460nm的主波长，以及所述荧光体可以响应于由第一LED发出的光而发射主波长为大约600nm到大约630nm的光。
如以下更详细阐述的，第二LED发射具有如下颜色点的光，所述颜色点位于1931 CIE色度图的普朗克轨迹上方(例如1931 CIE色度图的绿色、带黄色的绿色或者绿色-黄色部分)。
第二LED的颜色点可以位于普朗克轨迹上的任一点的10阶Macadam椭圆之外。因此，第二LED发出的光通常不能被认为是白色光，而是可以呈现为更多绿色或者带绿色的黄色。
在一些实施例中，第二LED可以包括第二LED芯片，其发射基本上饱和的光，具有大约500nm和550nm之间的主波长，即，绿色LED。在其他实施例中，第二LED可以包括LED芯片/荧光体组合，其发射非饱和的非白色光，例如，呈现绿色-黄色。
在一些实施例中，第二LED可以包括第二LED芯片，其发射可见频谱的蓝色部分中的基本上饱和的光，以及可以包括第二荧光体，被配置为接收第二LED芯片发出的光并且响应第二LED芯片发射的蓝色光而发射黄色光。因此，在一些实施例中，第一LED芯片和第二LED芯片均可以包括蓝色发射LED。
在更进一步的实施例中，第一LED可以包括第一LED芯片，其发射可见频谱的绿色部分中的基本上饱和的光(，即，从大约500nm到大约550nm)，并且可以包括第一荧光体，其被配置为接收第一LED芯片发出的光并且响应由第一LED芯片发射的绿色光而发射红色光。由第一LED芯片和第一荧光体发出的合成光可以低于普朗克轨迹。在一些实施例中，第一LED芯片可以发射主波长为大约500nm到大约530nm之间的基本上饱和的光，以及第一荧光体可以响应于由第一LED发出的光而发射主波长为从大约600nm到大约630nm的光。
第二LED可以包括第二LED芯片，其发射可见频谱的绿色部分中的基本上饱和的光，并且可以包括第二荧光体，其被配置为接收由第二LED芯片发出的光并且响应由第二LED芯片发射的绿色光而发射黄色光，其中由第二LED芯片和第二荧光体发出的合成光具有普朗克轨迹上方的颜色点。因此，在一些实施例中，第一LED芯片和第二LED芯片均可以包括绿色发射LED。即，取决于所使用的红色荧光体的数量，绿色发光LED芯片与红色荧光体的组合可以产生具有高于或低于普朗克轨迹的颜色点的光。由于波长百分比的绿色到红色转换与蓝色到黄色转换相比的减小的Stokes损耗，与将蓝色LED与红色荧光体组合相比，将绿色LED与红色荧光体组合可以具有更大的发光效能。
上述装置(即，包括与红色荧光体相组合的第一绿色LED和与黄色荧光体相组合的第二绿色LED)可以具有高的发光效能，但是可能面对低的CRI。如上所述，高的发光效能可能是由于更低的Stokes损耗导致的。
在其他实施例中，第二LED可以包括第二LED芯片，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的基本上饱和的光(例如，主波长为大约430nm到大约480nm)并且包括第二荧光体，其被配置为接收由第二LED芯片发出的光并且响应由第二LED芯片发射的蓝色光而发射黄色光。因此，在一些实施例中，第一LED可以包括与红色荧光体组合的绿色发光LED芯片，而第二LED可以包括与黄色荧光体组合的蓝色发光LED。上述装置可以同时具有卓越的显色特性和良好的发光效能。
在更进一步的实施例中，当与来自第一LED的光合成时，第二LED可以发射基本上饱和的蓝色(430nm到480nm主波长)和/或青色(480nm到500nm主波长)的光，其呈现白色。上述组合可以产生具有良好显色特性和卓越的发光效能的白色光。
第一LED芯片、荧光体和第二LED可以分别具有选择的颜色点，以使得第一LED芯片和荧光体发出的合成光的第一颜色点与第二LED发出的光的第二颜色点之间的1931 CIE色度图上的线段在大约2500K和4500K之间的点处与普朗克轨迹交叉。通过调节第一和第二LED的相对强度，来自第一LED芯片、荧光体和第二LED的合成光可以期望地输出大约2500K和4500K之间的普朗克轨迹附近的颜色点。
在一些实施例中，所述装置可以包括2007年5月8日授权的、题为″LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD″的美国专利No 7,213,940所描述的LED/荧光体的组合，上述美国专利的公开通过引用被结合到本文中。如其中所述的，照明装置可以包括固态光发射器(即，LED芯片)，其发射主波长在从430nm到480nm范围内的光，以及一组荧光体，其发射主波长在从555nm到585nm范围内的光。第一组发射器发出的光和荧光体组发出的光的合成产生了光的子混合，其具有1931 CIE色度图上的限定区域内的x、y颜色座标，其在这里被称为″偏蓝色的黄色″或者″BSY″，如图2所示的1931 CIE色度图中的区域50所示。当与主波长从600nm到630nm的光合成时，上述非白色光可以产生暖白光。
此外，如此处描述的，当与1931 CIE色度图的洋红到红色-紫色区域中的光相结合时，BSY光可以产生具有高发光效能和/或高CRI的暖白光。
因此，在一些实施例中，在没有任何附加光的情况下，所述第二LED芯片和所述第二荧光体发出的合成光产生具有如下x、y颜色座标的光的子混合，其中所述x、y颜色座标限定了在1931 CIE色度图上由第一、第二、第三、第四和第五线段包围的区域内的点，所述第一线段连接第一点与第二点，所述第二线段连接所述第二点与第三点，所述第三线段连接所述第三点与第四点，所述第四线段连接所述第四点与第五点，以及所述第五线段连接所述第五点与所述第一点，所述第一点的x、y坐标为0.32、0.40，所述第二点的x、y坐标为0.36、0.48，所述第三点的x、y坐标为0.43、0.45，所述第四点的x、y坐标为0.42、0.42，所述第五点的x、y坐标为0.36、0.38。
所述固态照明设备可以进一步包括第三LED，所述第三LED发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光并且具有比所述第一LED的主波长大至少大约10nm的主波长。也即，所述第三LED可以被配置为“填充”该装置发出的光中可能存在的频谱间隙，由此提高装置的CRI。所述第三LED芯片可以具有比所述第一LED的主波长大至少大约20nm的主波长，在一些实施例中可以为50nm或更大。
例如，图3示出了蓝色LED芯片和黄色荧光体发出的光的频谱200(强度与波长)。频谱200包括代表蓝色LED芯片发出的光的450nm附近的窄的峰值和代表黄色荧光体(例如YAG:Ce)响应于蓝色LED发出的光而发出的以550-560nm附近为中心的光的宽峰值。除了所述蓝色LED之外，可以提供具有约500nm主波长和发射频谱210的绿色LED芯片，以在蓝色发射峰和黄色发射峰之间的间隙中提供额外的频谱能量。
在一些其他实施例中，固态照明装置可以进一步包括另一LED芯片，其发射可见频谱的红色部分中的光。红色LED芯片可以进一步填充该装置发出的光的频谱中的频谱间隙，这可以进一步提高CRI。例如，如图3所示的，在黄色发射峰的尾部，具有约630nm主波长和发射频谱220的红色LED芯片可以提供额外的频谱能量。将理解，图3所示的频谱分布是示例性的曲线图，仅供说明之用，不代表实际或者仿真数据。
一些实施例提供了照明模块，其可以实现高的颜色均匀性、高的显色(CRI)、提高的热稳定性和/或高的发光效能。图4A示出了根据一些实施例的直线型照明模块20的平面图，图4B示出了沿着图4A的线A-A的直线型照明模块20的剖视图。
根据一些实施例的直线型照明模块20包括在印刷电路板(PCB)22上以阵列(例如直线阵列)布置的多表面安装技术(SMT)封装的LED 24，所述印刷电路板例如是金属芯PCB(MCPCB)、标准FR-4PCB或者柔性PCB。LED 24可以包括例如商标的封装LED，其可以从Durham，North Carolina的Cree公司获得。该阵列还可以包括LED 24的二维阵列。PCB 22可以可选地通过粘合剂19(例如是来自Adhesives Research的双面PSA胶带)接合，用于结构上的目的和/或提供到下层支撑构件21的改善的热传递。
如图4A和4B所示，支撑构件21可以是大体上U形的金属沟槽，具有或者没有额外的凹槽，例如铝凸出部。支撑构件21可以包括基部23，PCB 22接合到该基部且该基部23向上延伸形成通常U形剖面的侧壁25。支撑构件21可以具有补充的孔(未示出)用于配准和/或固紧PCB 22。上述孔可以被用于容纳对准销，从而在装配期间指引将PCB 22放置在支撑构件21上。支撑构件21可以足够长，以便支撑在沟槽内端对端布置的多个PCB 22，以及可以包括孔，用于以相对于彼此精确的方式配准PCB 22。在一些实施例中，例如，每个PCB 22上的LED 24可以以规则的直线型阵列配置，例如每一英尺部分有15个LED。当多个PCB 22被配置在一个支撑构件21上时，所述配准可以使得一个PCB 22的规则的直线型阵列是相邻PCB 22的规则的直线型阵列的延续。即，在一些实施例中，可以以在相同PCB 22上LED 24彼此相距的距离相同的距离布置位于相邻PCB 22的相应端部的LED24。
位于PCB之下的支撑构件21底面23可以包括粘合剂(例如双面PSA胶带29)以提高对于其可能安装到其上的表面的机械保持和热传递。
PCB 22上的LED 24可以利用串联、并联或者两者的组合的PCB迹线41(参见图6)连接。此外，其他无源或者有源的电子元件可以被额外地安装在PCB 22上并且连接用于提供特定功能。例如，上述元件可以包括电阻器、二极管、电容器、晶体管、热传感器、光传感器、放大器、微处理器、驱动器、数字通信装置、RF或者IR接收机或者发射机或者其他元件。
例如微孔聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)或者其他白色聚合物片的反射片26可以被安置PCB 22之上，孔26A被切割和安置为使得片26围绕LED 24配准并且基本上与LED 24的最上部平面平齐或位于LED 24的最上部平面之下，但是位于PCB 22之上。如图2A所示的，反射片26可以是平的，和/或可以是以抛物线、圆形、双曲线、V形、U形或者其他形式弯曲或者弯折的。支撑构件21中的辅助凹槽27可以用于保持反射片26。图钉、螺钉或者其他接合件也可以或者可选地被压迫通过反射片26中的孔，从而将其固定到PCB 22和/或支撑构件21。反射片26可以是高反射性的材料，并且可以包括高度漫射材料，例如MCPET，或者高度镜面的材料，例如可以从3M公司获得的Enhanced Specular Reflector(ESR)。
支撑构件21可以具有与基部23相反的延伸的直线型或者矩形的开口37、可选的粘合带25和可选的反射器片26。支撑构件21限定的沟槽的深度可以大约与上述开口37的宽度相当。即，支撑构件21的基部23的从侧壁到侧壁的宽度可以与支撑构件21的侧壁部分25的高度大致相同。在任何方向(深度/宽度或者宽度/深度)上，这些比例的变化可以高达3∶1或更多，以实现各种光学效果。
开口37可以由一个或更多个光学片28、30覆盖，所述光学片基本上是透明的但不是完全透明的。光学片28、30可以包括简单的透射漫射器、表面浮雕的全息漫射器、亮度增强膜(BEF)、Fresnel透镜、TIR或者其他凹槽片、双BEF(DBEF)或者其他偏振膜、微透镜阵列片或者其他光学片。第一膜28可以是BEF以及第二膜30可以是平坦的白色漫射器。在一些实施例中，可以在最接近LED 24和可选的反射器片26的位置处以平坦结构来配置BEF 28。BEF 28可以被啮合在支撑构件21中的辅助槽或者凹槽27中且由支撑构件21中的辅助槽或者凹槽27支撑。第二膜30可以是平坦的或者弓形的漫射器片，与BEF 28相比远离LED 24配置，以及可以被啮合在支撑构件21中的辅助槽或者槽27中且由支撑构件21中的辅助槽或者槽27支撑。因此，BEF 28限定了第一光学腔32(在LED 24和BEF 28之间)，在该第一光学腔32内安置LED 24。在一些实施例中，可以由支撑构件的侧壁25、BEF 28、和反射片26限定第一光学腔32。第二光学腔34被限定在BEF 28和漫射器片30之间。
侧壁25的内表面可以被喷涂、涂覆或者另行覆盖具有高反射度的扩散或者镜面反射材料或者层。
LED 24发射的一些光线可以通过BEF 28透射进入第二光学腔34之内。来自LED 24的其他光线可以被BEF 28反射返回第一光学腔32之内，在那里其可以被进一步混合/再循环用于稍后的提取。
反射光线可以照射反射片26和散射器。来自反射片26的一部分散射光线可以第二次或者更多次地返回BEF 28并且最终透射穿过BEF 28。透射光可以穿过外漫射器片30(如果有的话)并且再次散射，但是也向外透射。在一些实施例中，额外的漫射器片39(图5)可以被配置在LED 24和BEF 28之间。一方面的BEF 28和透射漫射器片39之间的再循环和另一方面的LED 24和反射片26之间的再循环可以用于进一步结合或者混合来自多个LED 24的光。在色度、亮度和/或频谱功率分布方面，这可以大幅度增加直线型LED阵列20的显示均匀性。
在一些实施例中，所使用的BEF膜28的直线型结构垂直于直线型阵列20的大轴定向，以促进光的混合。在具有特别良好的再循环和混合的实施例中，可以配置具有可测量或者实质上不同的亮度(强度、通量)、色度、色温、显色指数(CRI)、频谱功率分布或其组合的交替的LED。例如，在不相当地或者不可接受地损害各个模块20之间或一个模块20内的视在均匀性的情况下，这对于增加模块20的总体显色指数或者对于更加完全地利用LED 24的可用分布来说可以是有利的，如以下更详细阐述的。
图4C示出了根据一些实施例的封装的发光二极管24的剖视图。根据一些实施例，封装LED 24包括子衬底42，在该子衬底42上安装一个或更多个LED芯片43。子衬底42可以包括电气迹线、线接合衬垫、引线和/或其他允许LED芯片43安装在其上并且被电气地激活的特征。子衬底42还可以包括散热器(未示出)。光学密封剂44可以在子衬底42中所限定的腔体、在子衬底42上限定的腔体或者在子衬底42所限定的腔体内包围和保护LED芯片43。密封剂材料44可以提高从LED芯片43发出的光的耦合，用于从所述封装更好的提取。可选的透镜45可以被安装在子衬底42上位于LED芯片43上方，用于从所述封装提供期望的近场或者远场发射图案。
可以在所述封装内提供一种或更多种荧光体材料，用于转换一个或更多个LED芯片43发射的光的全部或者一部分。例如，在一些实施例中，荧光体可以涂覆或者另行配置在一个或更多个LED芯片43上，可以在密封剂材料44内悬浮，或者可以涂覆在透镜45的材料上或者混合到透镜45的材料中。在一些实施例中，荧光体承载材料层可以被配置在密封剂材料44和透镜45之间，以及在一些实施例中，荧光体承载材料层可以被提供作为单晶荧光体材料层，被设置用于接收LED芯片43发射的光的至少一部分。
图5示出了根据其他实施例的直线型照明模块20的剖视图。参考图5，支撑构件21可以具有位于侧壁25外侧上并且延伸远离侧壁25的一个或更多个凹槽或者鳍片31。鳍片31可以作为热扩散器/辐射器和/或可以被配置用于减少支撑构件21的重量。支撑构件21可以在侧壁25的内壁上额外地具有凹槽/鳍片，用于用作热扩散器/辐射器和/或用于减小支撑构件21的重量。支撑构件21可以在侧壁25的内壁上额外地包括凹槽27，其可以提供用于一个或更多个可选光学元件的安装凹槽，如以下将要更详细讨论的。在不显著地增加模块20的重量的情况下，凹槽或鳍片31还可以增加模块20的硬度。
如在图5中进一步示出的，外漫射器片30可以具有凸起的形状，以使得其远离支撑构件21的U形沟槽弯曲。此外，可以在第一腔体32内在BEF 28和反射片26之间提供额外的漫射器片39，用于提供LED 24发射的光的额外的混合/合成。与使用平坦漫射器片30的实施例相比，凸起的漫射器片30可以促进模块20发射的光的更好的散布和/或更有效的提取。
图6示出了在没有BEF 28或者漫射器片30的情况下的直线型照明模块20的平面图。在支撑构件21的沟槽内示出了多个PCB 22。示出了位于PCB 22上相邻LED 24之间的电连接41，如凹形电连接器35和跳线33。
图7示出了根据一些实施例的直线型照明模块20的透视剖视图。如其中所示，直线型照明模块20包括凹形的反射器片26，其由一对带角度的凹槽27保持在支撑构件21的侧壁25中的适当位置。如图5中进一步示出的，BEF 28和凸起的漫射器片30被一对凹槽27保持在支撑构件21的侧壁25中的适当位置。
如上所述，反射片26可以额外地或可选地被弯曲或者弯折为抛物线形、圆形、双曲线、V形、U形或者其他形状因素。
参考图8和9，一个或更多个模块20(例如三(3)个)可以被配置在金属片槽形支架40或者其他固定装置(例如标准荧光管灯固定装置)内以及配置在其上。槽形支架是顶部凹陷型的，其形状类似于翻转的槽且其底部邻近顶部。例如，通常槽形支架被用于包围荧光灯。如图8和9所示的，模块20可以彼此平行地布置，或者可以以其他结构布置。
在代替方式中，SMT LED 24可以是通过利用共熔接合、导电环氧、回流糊状焊料和/或粘结剂安装到PCB 22的LED芯片。在一些实施例中，这些LED芯片可以根据颜色和/或亮度预涂覆有荧光体材料并且进行预分类。在一些实施例中，SMT LED 24或者LED芯片可以全部是白色发射型。在一些实施例中，LED 24中的一部分可以是饱和色发射型。
参考图10A和10B，示出了根据其他实施例的照明设备110。图10A和10B所示的照明设备110是一种“罐”照明器材，其可以适用于如向下照光或者点光照明的通常的照明应用。然而，将理解，根据一些实施例的照明设备可以具有不同的形状因素。例如，根据一些实施例的照明设备可以具有现有的灯泡、浅盘或者托盘灯、汽车头灯的形状或者任何其他适当的形式。
照明设备110通常包括罐型外壳体112，在其中布置有照明面板120。在图10A和10B所示的实施例中，照明面板120具有大体上圆形的形状，从而适于装配在圆柱形壳体112的内部。通过安装在照明面板120上的固态照明装置(LED)24A、24B产生光，所述固态照明装置24A、24B被设置用于向安装在壳体112的端部处的漫射透镜114发射光115。漫射光117发射通过透镜114。在一些实施例中，透镜114可以不漫射发射光115，但是可以以期望的近场或者远场图案重定向和/或聚焦发射光115。
仍然参考图10A和10B，固态照明设备110可以包括多个第一LED 24A和多个第二LED 24B。在一些实施例中，多个第一LED 24A可以包括白色发光器件或者非白色发光器件。多个第二LED 24B可以包括发射具有与第一LED 24A不同主波长的光的发光器件，以使得第一LED 24A和第二LED 24B发出的合成光可以具有期望的颜色和/或频谱成分。
例如，多个第一LED 24A和多个第二LED 24B发出的合成光可以是具有高显色指数的暖白光。
在根据一些实施例的照明设备中使用的蓝色和/或绿色LED芯片可以是能够从本发明的受让人Cree公司获得的基于InGaN的蓝色和/或绿色LED芯片。例如，所述LED芯片可以包括Cree公司制造的
Figure BDA0000046819670000211
功率芯片。
Figure BDA0000046819670000212
功率芯片已经证实在相应于350mA驱动电流的大于450mW光输出功率的50A/cm2处具有高达50％的外量子效率(即，内量子效率和光提取效率的乘积)。照明设备中使用的红色LED可以是例如能够从Epistar，Osram等获得的AlInGaPLED芯片。
在一些实施例中，LED 24A、24B中的LED芯片可以具有正方形或者矩形外周，具有大约900μm或者更大的边缘长度(即，所谓的″功率芯片″)。然而，在其他实施例中，LED芯片24A、24B可以具有500μm或者更小的边缘长度(即，所谓的″小型芯片″)。具体来说，与功率芯片相比，可以以更好的电气转换效率操作小的LED芯片。例如，绿色LED芯片具有小于500微米的最大边缘尺寸以及小至260微米，其通常具有比900微米芯片更高的电气转换效率，并且已知通常每消耗一瓦电功率产生55流明的光通量以及高至每消耗一瓦电功率产生90流明的光通量。
照明设备110中的LED 24A、24B可以以各自的串的方式电气地互连，如图11的电路原理图中所示的。如图所示，LED 24A、24B可以互连，由此使得LED 24A被串联连接以形成第一串132A。同样地，LED 24B可以串联布置以形成第二串132B。每个串132A、132B可以连接到各自的阳极端子123A、125A和阴极端子123B、125B。
尽管在图9中示出了两个串132A、132B，但是将理解照明设备110可以包括更多或者更少的串。此外，可能有LED 24A的多个串，以及其他颜色的LED 24B的多个串。
为了实现暖白光发射，现有的封装LED包括与蓝色LED芯片组合的单一成分的橙色荧光体或者与蓝色LED芯片组合的黄色/绿色和橙色/红色荧光体的混合物。然而，由于缺少带绿色的和带红色的色调，使用单一成分的橙色荧光体可能导致低的CRI。另一方面，与黄色荧光体相比，红色荧光体的效率通常低得多，并且可能重新吸收黄色荧光体发出的光。因此，在黄色荧光体中添加红色荧光体可能会减小封装的效率，这可以导致低的发光效率。发光效率是提供至灯的能量被转变为照明能量的比例的度量。其通过用按流明计量的灯的光通量除以按瓦特计量的功耗来计算的。此外，由于红色荧光体的激发带可以与黄色荧光体的发射频谱重叠(这意味着黄色荧光体发出的光的一部分可能会被红色荧光体重新吸收)，因此红色和黄色荧光体的混合可以导致效率损失。
因此，在一些实施例中，可能存在基于洋红或者偏蓝的红色(BSR)发射荧光体的LED 24A和绿色-黄色、BSY或绿色发射器24B，LED 24A和24B在PCB 120上被提供作为物理分离的发射器。基于洋红发射荧光体的LED可以包括例如涂覆有红色荧光体或者另行与红色荧光体组合的蓝色LED芯片。例如，涂覆有红色荧光体或者另行与红色荧光体组合的蓝色LED芯片发出的洋红色光可以与绿色LED芯片发出的绿色光或者绿色-黄色光(例如，偏蓝的黄色或者BSY)合成，从而以高发光效率(Im/W)产生具有高CRI(例如，大于95)的暖白光。由于基于InGaN的绿色LED可以具有较高的效率，因此上述合成可以是特别有用的。此外，人眼对绿色频谱部分的光最敏感。由此，如以下讨论的，尽管可能由于使用了红色荧光体而损失一部分效率，但是一对LED的总体效率可以由于绿色LED或者BSY LED的增加的效率而得到增加。
使用洋红LED(例如蓝色LED芯片与红色荧光体组合)与绿色LED组合用于产生白色光可以具有令人惊奇的益处。例如，使用上述LED组合的系统可以具有提高的热-光学稳定性。相反，由于与基于InGaN的LED发出的光的颜色相比，基于AlInGaP的LED发出的光的颜色能够更迅速地随着温度而变化，因此包括基于InGaN的蓝色LED和基于AlInGaP的红色LED的系统可能具有热-光学稳定性的问题。由此，包括基于InGaN的蓝色LED和基于AlInGaP的红色LED的基于LED的照明组件通常配有有源补偿电路，其随着组件工作温度的改变而改变该组件发出的红色光与蓝色光的比例，以便在一定温度范围内提供稳定的颜色点。
相反，由于蓝色LED芯片和绿色LED可以是对于温度变化具有类似响应的基于InGaN的器件，因此将与红色荧光体组合的蓝色LED芯片与绿色或者BSY LED组合在一起的组件能够具有更好的热稳定性，可以不需要颜色温度补偿。在一些实施例中，可以提供颜色温度补偿，但是温度诱致颜色变化的范围可以被减小，由此减小了补偿电路中所需要的控制职权和/或提供了额外的设计自由度，潜在地有利于系统的容许色差和分仓方案。
在一些实施例中，蓝色LED芯片可以与红色和黄色荧光体二者相组合，以产生非白色光(如上所述，尽管黄色光被红色荧光体自吸收可能会降低器件的效率)。上述LED芯片/荧光体组合产生的非白色光可以与基于InGaN的绿色LED芯片发出的绿色光合成，从而产生具有高显色能力和提高的热稳定性的白色光。由于黄色荧光体可以产生具有宽广频谱的光，因此黄色荧光体的加入可以提高器件的显色能力。与具有窄发射峰的源产生的光相比，宽广频谱的光易于提供更好的显色特性。
为LED器件提供530nm附近的高效饱和绿色发射器可能对于LCD背光来说是特别重要的，在LCD背光的情况下，绿色光源可以提供50％或更多的照明。此外，与使用来自荧光灯(CCFL)或者带绿色的白色荧光LED的非饱和光的系统相比，洋红/绿色LED的组合可以提供更好的整体系统效率。与带绿色的白色LED相比，在与带绿色的白色LED相同的主波长处，相等效率的纯绿色LED基本上可以提供更大的正面屏幕亮度(FOS)，这是因为照明可以更加高效地通过滤光器。
图12是1931 CIE色度图，其示出了在照明装置中洋红和绿色LED的组合。如图所示，提供第一LED，其发射具有大约400nm到大约470nm主波长的颜色点P1处的光，在一些实施例中，主波长为大约450nm到大约465nm以及在一些实施例中主波长为大约460nm。红色荧光体被配置为接收蓝色LED发出的至少一部分光，并且响应地发射具有大约600nm到大约630nm的主波长的颜色点P2处的光。蓝色LED和红色荧光体发出的合成光可以具有颜色点P3，其落入图12所示的仓B1-B5中的一个。仓B1-B5可以以各自的颜色点为中心，所述颜色点与相邻点分离至少7阶Macadam椭圆，以及在有些情况下分离至少10阶Macadam椭圆。
适当的红色荧光体包括CaAlSiN3:Eu2+和Sr2Si5N8:Eu2+。该荧光体可以在高于150℃的温度处保持大于80％的量子效率。可以使用的其他红色荧光体包括来自Eu2+-SiAlON荧光体族的荧光体，以及CaSiN2:Ce3+，CaSiN2:Eu2+和/或来自(Ca，Si，Ba)SiO4:Eu2+(BOSE)族的荧光体。具体来说，可以从Mitsubishi Chemical Company获得的CaAlSiN:Eu2+荧光体可以具有大约624nm的主波长、大约628nm的峰值波长和大约100nm的FWHM。
氮化物荧光体的特点在于宽的激发带。在系统中的一个荧光体的激发带和该系统中另一荧光体的发射频谱之间的重叠可以导致例如使用混合的红色/黄色荧光体的系统中的光子再吸收。具体来说，大部分红色氮化物荧光体具有延伸大大高于500nm的激发带。当混合黄色-绿色荧光体和红色荧光体时可能出现的再吸收可以导致显著的损耗，特别是在荧光体的转换效率低于90％时。
因此，一些实施例使用多个颜色的荧光体转换LED，其利用了温度稳定的荧光体。典型的用于产生暖白光的方法是将直接发射红色的LED与荧光体转换黄色-绿色LED组合。该方法的缺点在于红色直接发射(即，基于非荧光体的)LED的温度敏感性，其需要复杂的驱动电路来随着系统的加热而监测和平衡红色LED的输出功率。产生用于通常照明的适当辐射通量所需要的典型的温度工作水平位于125℃或者更大的结温度。在这些温度处，除了降低的效率之外的另一缺点是光的CCT值的大的漂移。红色LED或者YAG荧光体的不稳定性导致从室温到工作温度的将近400K CCT漂移。不包括直接(即，基于非荧光体的)发射红色光的一些实施例可以避免这些问题全部或者一部分。
仓B1-B5可以落入如图1所示的例如红色-紫色或者带紫色的红色区域104、105的区域中。由蓝色LED和红色荧光体的组合所产生的上述仓中的光此处通常被称为偏蓝的红色光或者BSR光。
除了蓝色LED/红色荧光体的组合之外，提供了具有颜色点P4的绿色LED。颜色点P4可以高于普朗克轨迹，并且可以与具有波长范围为大约500nm到大约550nm，以及特别地为大约525nm的基本上饱和的光相关联。仓B1-B5中的BSR光与绿色光合成，从而产生具有大约2000K和6000K之间的CCT处的颜色点P4的白色光，以及特别地在大约2500K到大约4500K之间。由此，1931 CIE色度图上在由第一LED和荧光体发出的合成光的颜色点P3和由第二LED发出的光的颜色点P4之间的线段L可以在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
图13是1931 CIE色度图，其示出了在照明装置中洋红和BSYLED的组合。如图所示，提供第一LED，其发射具有大约400nm到大约470nm的主波长的颜色点P1处的光，在一些实施例中，主波长为大约450nm到大约465nm，以及在一些实施例中大约为450nm。红色荧光体被配置为接收蓝色LED发出的至少一部分光，并且响应地发射具有大约600nm到大约630nm主波长的颜色点P2处的光。蓝色LED和红色荧光体发出的合成光可以包括具有颜色点P3的BSR光，颜色点P3落入图13所示的仓B1-B5中的一个。仓B1-B5可以落入如图1所示的例如红色-紫色或者带紫色的红色区域104、105的区域中。
除了蓝色LED/红色荧光体的组合之外，提供了具有区域50内的颜色点P6的BSY LED。颜色点P6可以因此落在普朗克轨迹上方。可以通过提供具有主波长为大约430nm到480nm的颜色点P4处的蓝色LED与发射颜色点P5处的光以产生BSY光的黄色发射荧光体组合，从而产生BSR光，在一些实施例中上述主波长为大约450-465nm，以及在一些实施例中主波长为大约460nm。适当的黄色荧光体包括Y3Al5O12:Ce3+(Ce:YAG)、CaAlSiN3:Ce3+，以及来自Eu2+-SiAlON族和/或BOSE族的荧光体。也可以以任何适当的水平掺杂所述荧光体以提供光输出的期望波长。在一些实施例中，Ce和/或Eu可以以范围为大约0.1％到大约20％的掺杂剂浓度被掺杂到荧光体中。可以从许多供应商获得适当的荧光体，包括Mitsubishi Chemical Corporation，东京，日本、Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH，Breitungen，德国和Intematix Company，Fremont，加利福尼亚。
仓B1-B5中的BSR光与BSY光合成，从而产生具有在大约2000K和6000K之间的CCT处的颜色点P7的白色光，以及特别地在大约2500K到大约4500K之间。由此，1931 CIE色度图上在由第一LED和红色荧光体发出的合成光的颜色点P3和由第二LED和黄色荧光体发出的光的颜色点P6之间的线段L可以在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
尽管颜色点P1和P3被示出为在图13位于不同的位置，然而将理解，颜色点P1和P3可以位于相同的位置，即，用于产生BSR光的蓝色LED可以与用于产生BSY光的蓝色LED具有相同的主波长。
使用独立的蓝色LED产生BSR和BSY光二者可以提供某些优点，所述优点在于用于产生BSR光和BSY光的荧光体可以彼此分离，以使得一个荧光体发出的光基本上不会被另一荧光体再次吸收(即，任何可能出现的偶然的吸收可以是非实质的)。例如，BSY LED中的黄色荧光体产生的光可以落入用于产生BSR光的红色荧光体的激励区域内。由此，如果荧光体被组合在相同的发射器上，则构成BSY光的一些黄色光可能会被不期望地再吸收。
一个照明装置可以包括来自多个BSR仓和/或多个BSY仓的LED。例如，参考图14，一个照明装置可以包括多个第一BSR LED24A-1和第二BSR LED 24A-2，和/或多个第一BSY LED 24B-1和第二BSY LED 24B-2。第一BSR LED 24A-1可以落入BSR仓B1-B5的第一仓，而第二BSR LED 24A-2可以落入BSR仓B1-B5的与第一仓不同的第二仓。类似地，第一BSY LED 24B-1可以落入BSY区域50的第一部分(图13)，而第二BSY LED 24B-2可以落入BSY区域50的与该第一部分不同的第二部分。BSY区域50的第一和第二部分可以如下区分，它们可以以分离至少七阶Macadam椭圆的颜色点为中心，以及在有些情况下可以以分离至少十阶Macadam椭圆的颜色点为中心。可以选择或者限定仓B1-B5，由此使得仓B1-B5中任一点与BSY区域50中的任一点之间的线段可以在2500K和6000K之间的点处穿过普朗克轨迹。
因此，根据一些实施例的照明设备可以包括发射显而易见不同颜色的光的第一和第二BSR LED，和/或可以包括发射显而易见不同颜色的光的第一和第二BSY LED。来自第一和第二BSR LED以及第一和第二BSY LED的光可以合成以产生具有大约2000K和6000K之间的CCT的暖白光，以及特别地产生具有大约2500K到大约4500K之间的CCT的暖白光。
在一些实施例中，可以在直线型阵列中交替较明亮的和较暗淡的LED 24A、24B。对于某些类型的实施例，LED 24A、24B可以被连接为具有独立电流控制或者占空比控制的两个或更多个组。其通常将得到均匀的高效发光二极管照明模块20。
如上所述，对于大量生产其中使用了多个LED 24的照明组件的其中一个重要的挑战是，由所使用的LED器件的色度和强度/通量变化所引起的颜色和/或亮度的潜在的不均匀性，和/或如果使用的话，由用于颜色转换的荧光介质的变化所引起的颜色和/或亮度的潜在的不均匀性。
为了与上述不均匀性抗衡，典型的在将LED器件放置在照明组件或者多LED子组件中之前，对其进行100％测量、分类和物理地分组(即，分仓)。然而，如果各器件之间的颜色和/或亮度的变化较大(通常就是这样)，则该方法可能带来一个严重的后勤问题。在这种情况下，所带来的问题是，对于个体组件而言，尽管物理的分类和分组所述器件到组件中可以良好地管理均匀性，然而在各组件之间仍然存在大的差异。如果在一个设施中使用多个组件(例如，办公室的天花板中的多个照明器具)，则组件之间的差异可能变得非常明显和令人感到不愉快。对此，一个常见的解决方案是制造照明设备的组件公司在LED器件被分仓之后仅仅购买并利用LED器件总数的一部分。用这种方式，该公司制造的全部器具应该会呈现相似的外观。但是这带来了另一个挑战，即，该如何处理被分类和分组但没有被购买用于制造器具的所有其他LED器件。因此，一些实施例可以解决这个问题，由此可以同时实现组件内的高均匀性、各组件之间的高相似性和/或LED器件的生产经销的提升的利用率。
作为一个例子，考虑图15中所示的用于白色LED的分仓系统，其是1931 CIE色度图的一部分。如图所示，特定的生产系统生产具有落入生产轨迹P的色度的LED。轨迹P代表例如用于一种生产配方的分配的二维色度空间中的变化边界。二维色度空间可以是例如1931CIE色度空间。图15中所示的编号的多边形1-12是色度仓。随着测试LED生产总量的每个元件，确定LED的色度，以及将LED放置在适当的仓中。具有相同仓关联性的那些元件量可以被分类和分组到一起。通常，照明设备厂商使用来自这些仓中的其中一个仓的元件来制造组件，以保证多LED组件内的均匀性和所有上述组件之间的相似性。然而，在这种情况下，大部分轨迹P将被闲置。
一些实施例提供了光的提高的混合(通过利用由反射及其他光学片、漫射器、BEF等等界定的再循环腔体32、34)，在所述光混合中注入了来自LED 24的光。一些实施例还可以使用交替的二元加色混合以实现同质异性的等价组件。″二元加色混合″是指，在光学均质化腔体内使用两个已知色度不同的光源(例如LED器件)以组合两个照明，由此使得形成期望的第三种视在色。第三视在色可以由各种交替的二元组合产生，所述各种二元组合在二维色度空间中可以是全部相同的(即，同质异性等价物)。
仍然参考图15，生产总数色度轨迹P被显示为至少部分地覆盖五个仓组1-5。
参考图16，直线型照明模块20被示出为包括用在照明组件中的多个LED器件24。模块20包括至少一个均质化腔体32、34(图4B)。如图16所示，两个交替的LED器件组被标为组A和组B。LED器件24被分组为组60，此处称为同质异性组60A-60D。同质异性组60A-60D的LED 24的色度被选择为，使得来自同质异性组60A-60D的每个LED 24的光的混合所产生的合成光可以包括基本上具有目标色度T的光。如果一个点位于另一个点的七阶Macadam椭圆之内，则二维色度空间中的这两个点被认为具有大致相同的色度，或者反之亦然。Macadam椭圆是在例如1931 CIE色度空间的二维色度空间中位于一个中心点周围的封闭区域，其包含从所述中心点不能视觉地区分的所有的点。七阶Macadam椭圆捕获在七个标准偏差内对于普通观察者不能区别的点。
二维色度空间可以包括1931 CIE色度空间或者1976 CIE色度空间。
在一些实施例中，同质异性组60A-60D的每个LED 24的色度可以位于1931 CIE色度空间上相关色温(CCT)从4000K到8000K的黑体辐射曲线上的点附近的大约七阶Macadam椭圆之内。由此，每个LED 24可以单独地具有位于通常被认为是白色的区域内的色度。例如，图12示出了包括黑体辐射曲线70和多个CCT四边形或者仓72的1931 CIE图的一部分。此外，图17示出了在黑体辐射曲线70上或者附近的多个点76周围的多个7阶Macadam椭圆74。
然而，在一些实施例中，同质异性组60A-60D的一个或更多个LED 24可以具有位于如下七阶Macadam椭圆之外的色度，所述七阶Macadam椭圆位于1931 CIE色度空间从相关色温4000K到8000K的黑体辐射曲线上的点附近，并且由此对于观察者可以不被认为是白色的。
由此，为了实现具有上述直线型模块20期望的一系列照明器组件以及该系列具有基本上相等的目标点T处的视在色度，每个组件由此提供色度T的同质异性等价物，可以使用以下三种交替的一对A/B二元添加合成：
来自于仓三的A和B。
分别来自于仓二和四的A和B。
分别来自于仓一和五的A和B。
因此，可以基于模块20中相邻的一对器件A和B的与目标色度点T基本上等距的实际色度点来选择所述器件A和B，或者基于器件A和B的实际色度点位于与目标色度点T所处于的仓基本上等距的仓中来选择所述器件A和B。
通过考虑加色混合的亮度效果，一些实施例提供了额外的二元对以高效地形成相同的同质异性等价目标T色度组件。亮度的三个上升范围的亮度(发光强度、光通量等等)分级系统可以被限定为，例如：
Af：85到90流明
Bf：90到95流明
Cf：95到100流明
因此，对于先前实例的可额外容许的对可以包括：
A和B分别为仓二、等级Cf和仓五、等级Af，
A和B分别为仓四、等级Cf和仓一、等级Af，
A和B分别为仓三、等级Af和仓三、等级Cf。
由此，每个同质异性组60A-60D的每个LED 24可以具有如下的亮度，所述亮度大体上与二维色度空间中LED 24的色度到目标色度T的距离成反比。
因此，可以选择模块20中的器件A和B的相邻组以提供期望的光输出。在二元系统中，例如，在一对器件的第一器件更接近于目标色度点T的情况下，第一器件可以具有比该对器件的第二器件更高的亮度。同样地，在一对器件的第一器件更远离目标色度点T的情况下，第一器件可以具有比该对器件中的第二器件更低的亮度。在器件处于与目标色度点基本等距的色度仓中的情况下，所述器件可以具有几乎相同的亮度。因此，在一些实施例中，同质异性组60A-60D中的每个LED 24可以具有几乎相同的亮度以及可以具有在二维色度空间中与目标色度T的距离几乎相同的色度。
通过利用有效的均质器，利用交替混合以从大量仓分组中和/或从直线型模块20的交替LED器件布局实现等价同质异性目标，由此可以利用大部分的分布轨迹P而同时仍然实现了每个照明设备组件内具有良好均匀性的产品分布和/或生产的一系列照明设备组件之间的良好的相似性。再循环均质化效果越好，在不影响均匀性的情况下就可以允许构成同质异性组的器件之间的越大的差异。
尽管图15中示出了二元分组，然而应该理解，三元、四元和更高阶的版本也可以使用，其中同质异性组包括三个或更多个LED器件。
此外，通过提供在利用基本上相同的电流驱动时用于提供期望目标色度的分组，LED可以被驱动为一串LED。因此，可以利用例如RGB方法的多串方法来简化用于驱动LED的驱动电路，所述多串方法使用电流来控制LED的强度并且由此控制合成输出得到的色度。上述得到的目标色度可以是整体照明装置的总体目标色度或者可以是照明装置的一个部分(例如期望的BSY或者BSR颜色点)的目标色度。因此，提供目标色度的LED的组合可以被配置在一个串中，而可以通过上述LED组的多个串来提供照明装置的总体输出。
在说明书和附图中，已经公开了本发明的典型的实施例，以及尽管使用特定的术语，但是其目的仅仅在于通常和描述性的含义而并非用于限制，本发明的保护范围由在下文中的权利要求书所阐述。

Claims (30)

1.一种固态照明设备，包括：
多个发光二极管LED，包括至少第一LED和第二LED，其中来自一对LED的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度，其中所述第一LED包括第一LED芯片和荧光体，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光，所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的光而发射红色光，以及所述第二LED发射具有位于1931 CIE色度图的普朗克轨迹之上的颜色点的光。
2.如权利要求1所述的固态照明设备，其中所述第二LED的颜色点位于所述普朗克轨迹上的任一点的十阶Macadam椭圆之外。
3.如权利要求1所述的固态照明设备，其中1931 CIE色度图上在由所述第一LED和所述荧光体发出的合成光的颜色点与由所述第二LED发出的光的颜色点之间的线段在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
4.如权利要求1所述的固态照明设备，其中所述第二LED包括第二LED芯片，其发射主波长位于大约500nm和550nm之间的基本上饱和的光。
5.如权利要求1所述的固态照明设备，其中所述第二LED包括第二LED芯片和第二荧光体，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光，并且所述第二荧光体被配置为接收由所述第二LED芯片发射的光并且响应由第二LED芯片发射的光而发射黄色光。
6.如权利要求5所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约430nm到大约470nm的主波长，以及其中所述第二荧光体发射主波长为从大约550nm到大约590nm的光。
7.如权利要求5所述的固态照明设备，其中在没有任何附加光的情况下，所述第二LED芯片和所述第二荧光体发出的合成光将产生具有如下x、y颜色座标的光的子混合，其中所述x、y颜色座标限定了在1931 CIE色度图上由第一、第二、第三、第四和第五线段包围的区域内的点，所述第一线段连接第一点与第二点，所述第二线段连接所述第二点与第三点，所述第三线段连接所述第三点与第四点，所述第四线段连接所述第四点与第五点，以及所述第五线段连接所述第五点与所述第一点，所述第一点的x、y坐标为0.32、0.40，所述第二点的x、y坐标为0.36、0.48，所述第三点的x、y坐标为0.43、0.45，所述第四点的x、y坐标为0.42、0.42，所述第五点的x、y坐标为0.36、0.38。
8.如权利要求5所述的固态照明设备，其中所述第一LED芯片具有从大约500nm到大约550nm的主波长。
9.如权利要求1所述的固态照明设备，其中所述第一LED芯片具有从大约500nm到大约550nm的主波长。
10.如权利要求8所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约500nm到大约550nm的主波长，其中所述荧光体包括第一荧光体，以及其中所述第二LED进一步包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射黄色光。
11.如权利要求1所述的固态照明设备，其中所述第一LED芯片具有从大约440nm到大约460nm的主波长，以及其中所述荧光体响应于由所述第一LED芯片发射的光而发射具有从大约600nm到大约630nm的主波长的光。
12.如权利要求11所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约440nm到大约460nm的主波长，以及其中所述第二LED包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射具有从大约550nm到大约590nm的主波长的光。
13.如权利要求1所述的固态照明设备，进一步包括第三LED，所述第三LED发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光并且具有比所述第一LED的主波长大至少大约10nm的主波长。
14.如权利要求13所述的固态照明设备，其中所述第三LED具有比所述第一LED的主波长大至少大约20nm的主波长。
15.如权利要求1所述的固态照明设备，进一步包括发射可见频谱的红色部分中的光的第三LED。
16.如权利要求1所述的固态照明设备，进一步包括多个第一LED和多个第二LED，其中以各自的同质异性LED对来布置所述第一LED和所述第二LED，以及其中各个同质异性LED对中的每一个发射的光基本上具有目标色度。
17.一种固态照明设备，包括：
多个发光二极管LED，其中选择所述LED的色度，以使得所述LED发射的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度，其中所述多个LED包括：第一LED，其包括第一LED芯片和第一荧光体，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光，所述第一荧光体响应于所述第一LED芯片发射的蓝色光而发射红色光，以及以下第二LED中的其中一种，(a)第二LED，发射可见频谱的绿色部分中的饱和光或者(b)第二LED，包括第二LED芯片，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光并包括第二荧光体，所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的光而发射黄色光，其中由所述第二LED芯片和所述第二荧光体发出的合成光落在1931 CIE色度图上的普朗克轨迹上的点周围的10阶Macadam椭圆之外。
18.如权利要求17所述的固态照明设备，其中所述第一LED和所述第二LED在所述固态照明设备中被布置为同质异性对。
19.如权利要求17所述的固态照明设备，其中所述目标色度落入1931 CIE图的普朗克轨迹上的点的十阶Macadam椭圆内。
20.如权利要求17所述的固态照明设备，其中所述第二LED包括第二LED芯片和第二荧光体，所述第二LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的饱和光，以及所述第二荧光体响应于所述第二LED芯片发射的蓝色光而发射黄色光，以及其中在没有任何附加光的情况下，所述第二LED芯片和所述第二荧光体发出的合成光将产生具有如下x、y颜色座标的光的子混合，其中所述x、y颜色座标限定了在1931 CIE色度图上由第一、第二、第三、第四和第五线段包围的区域内的点，所述第一线段连接第一点与第二点，所述第二线段连接所述第二点与第三点，所述第三线段连接所述第三点与第四点，所述第四线段连接所述第四点与第五点，以及所述第五线段连接所述第五点与所述第一点，所述第一点的x、y坐标为0.32、0.40，所述第二点的x、y坐标为0.36、0.48，所述第三点的x、y坐标为0.43、0.45，所述第四点的x、y坐标为0.42、0.42，所述第五点的x、y坐标为0.36、0.38。
21.如权利要求17所述的固态照明设备，其中在没有任何附加光的情况下，所述第一LED芯片和所述第一荧光体发出的合成光将产生具有如下x，y颜色座标的光的子混合，所述x，y颜色座标限定了1931 CIE色度图上的带紫色的红色或者红色-紫色区域内的点。
22.如权利要求17所述的固态照明设备，其中1931 CIE色度图上在由所述第一LED芯片和所述荧光体发出的合成光的颜色点和由所述第二LED发出的光的颜色点之间的线段在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
23.如权利要求17所述的固态照明设备，其中所述第一LED芯片具有从大约440nm到大约460nm的主波长，以及其中所述荧光体响应于由所述第一LED芯片发射的光而发射具有从大约600nm到大约630nm的主波长的光。
24.一种照明模块，包括：
多个发光二极管LED，包括LED同质异性对，其中所述同质异性对中的LED的色度被选择为，使得来自所述同质异性对中的每一个LED的光的混合所产生的合成光包括基本上具有目标色度的光，所述同质异性对包括第一LED，所述第一LED包括第一LED芯片和荧光体，所述第一LED芯片发射可见频谱的蓝色部分中的光，以及所述荧光体响应于所述第一LED芯片发射的蓝色光而发射红色光，以及第二LED，其发射在没有其他光的情况下呈现绿色、带黄色的绿色或者黄色-绿色的非白色光。
25.如权利要求24所述的照明模块，其中所述第二LED包括发射蓝色光的第二LED芯片和响应于所述第二LED芯片发射的蓝色光而发射黄色光的荧光体。
26.一种固态照明设备，包括：
多个发光二极管LED，包括至少第一LED和第二LED；
其中来自一对LED的光的混合所产生的合成光基本上具有目标色度；
其中所述第一LED包括发射可见频谱的蓝色或者绿色部分中的光的第一LED芯片，并且包括响应于所述第一LED芯片发射的光而发射红色光的荧光体；
其中所述第一LED芯片和所述荧光体的合成光具有第一颜色点，
其中所述第二LED发射具有第二颜色点的光；以及
其中在1931 CIE色度图上在所述第一颜色点和所述第二颜色点之间的线段在大约2500开尔文和4500开尔文之间穿过普朗克轨迹。
27.如权利要求26所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约430nm到大约500nm的主波长。
28.如权利要求27所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约480nm到大约500nm的主波长。
29.如权利要求28所述的固态照明设备，其中所述第二LED芯片具有从大约490nm到大约500nm的主波长。
30.如权利要求26所述所述的固态照明设备，其中所述第二LED的颜色点位于所述普朗克轨迹上的任一点的十阶Macadam椭圆之外。
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