CN103547858A - 用于发光装置的基于led的光源及具有光致发光波长转换的照明布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生具有选定主波长λds的光的基于LED的光源，其包括装纳由来自第一波长色系及第二波长色系的LED组成的多个LED的封装。所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长λd1的LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长λd2的LED。所述第一波长色系可包括具有比所述选定主波长短的主波长的LED，而所述第二波长色系包括具有比所述选定主波长长的主波长的LED。所述波长色系及LED的数目经选择使得在操作中由所述源发射的组合光的所述主波长为所述选定主波长。本发明还揭示并入有此些光源的照明布置及发光装置。

Description

用于发光装置的基于LED的光源及具有光致发光波长转换的照明布置
相关申请案交叉参考
本申请案主张以下申请案的优先权权益：由李(Li)等人在2012年4月11日提出申请的标题为“用于发光装置的基于LED的光源及具有光致发光波长转换的照明布置(LED-Based Light Sources for Light Emitting Devices and Lighting Arrangements withPhotoluminescence Wavelength Conversion)”的第13/444,716号美国专利申请案；及由李等人在2011年4月13日提出申请的标题为“具有遥远磷光体波长转换组件的发光装置及用于其的基于LED的光源(Light emitting devices with remote phosphor wavelengthconversion component and LED-based light sources therefor)”的第61/475,134号美国临时专利申请案，所述申请案的说明书及图式以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及使用基于LED(基于发光二极管)的光源以激发光致发光材料(通常为磷光体)产生所要色彩的光的照明布置及发光装置。特定来说，但并非排他性地，本发明涉及使用定位于远离光源处的光致发光波长转换组件的照明布置。更特定来说，本发明涉及供在此些照明布置及装置中使用的基于LED的光源。
背景技术
白色发光LED(“白色LED”)为已知的且是相对近期的创新。直到已开发出在电磁光谱的蓝色/紫外线部分中发射的LED，开发基于LED的白色光源才变得实际。举例来说，如US5,998,925中所教示，白色LED包含为光致发光材料的一种或一种以上磷光体材料，其吸收由LED发射的辐射的一部分且重新发射不同色彩(波长)的光。通常，LED芯片或裸片产生蓝色光，且所述磷光体吸收一定百分比的蓝色光且重新发射黄色光或绿色光与红色光、绿色光与黄色光、绿色光与橙色光或黄色光与红色光的组合。由LED产生的蓝色光的未被磷光体吸收的部分与由磷光体发射的光组合而提供在人眼看来在色彩上接近为白色的光。
由于其长的操作寿命预期(>50,000小时)及高的发光效力(每瓦70流明及更高)，越来越多地使用高亮度白色LED取代常规荧光光源、紧凑型荧光光源及白炽光源。
通常在白色LED中，将磷光体材料与透光材料(例如硅酮或环氧树脂材料)混合且将混合物直接施加到LED裸片的发光表面。还已知将磷光体材料作为一层提供于位于远离LED裸片处的光学组件(光致发光波长转换组件)上，或将磷光体材料并入于所述光学组件内。在远离激发源处提供磷光体的优点是磷光体材料的热降级的减少的可能性及更一致色彩的所产生光。
发明人已发现，用于激发磷光体的激发光(通常为蓝色)的主波长可对由布置/装置发射的光的色彩及/或色温具有显著影响。举例来说，针对3000K白色发光布置，激发波长的2.5nm的变化会导致在布置的输出中约一个麦克亚当椭圆(MacAdam ellipse)的色彩移位。本发明尽力提供一种供与光致发光波长转换组件一起使用的基于LED的光源，其至少部分地克服已知源的限制。
发明内容
本发明的实施例涉及照明布置及发光装置，其包括：基于LED的光源，其可操作以产生具有选定主波长的激发光(通常为蓝色)；及至少一种光致发光材料，其可操作以通过光致发光过程将激发光的至少一部分转换为不同波长的光。所述布置/装置的发射产物包括由所述源及光致发光材料产生的组合光，且通常经配置以在色彩上显现为白色。
在此说明书中，“照明布置”是指包括基于LED的光源及光致发光波长转换组件的系统，且如此包含灯、下照灯、聚光灯、灯泡等等。相比来说，“发光装置”是指其中光致发光材料通常作为装纳LED的封装的一部分并入基于LED的光源的系统。
根据本发明的实施例，一种用于产生具有选定主波长的激发光的基于LED的光源包括选自至少两个不同波长色系的多个LED。LED的数目及波长色系经选择使得所述源的发射产物包括具有对应于选定波长的主波长的光。本发明的特定优点是：通过将来自不同波长色系的LED组合于单个封装中，所述源可产生具有与由来自单个波长色系的LED构成的源相比在标称地相同的源之间变化较小量的主波长的激发光。此外，已发现，此些源的主波长的变化可显著地小于单个波长色系内的波长变化。此外，本发明使得能够使用来自较宽波长色系的较廉价LED及/或来自若干个波长色系的LED。初始结果指示，使用由来自至少两个不同波长色系的LED构成的光源使得能够构造针对给定光致发光材料/光致发光波长转换组件产生具有两个麦克亚当椭圆的一致性的光的照明布置/装置。尽管根据本发明的实施例的光源特别适用于使用其中光致发光材料位于远离所述源处的波长转换组件的照明布置，但所述源进一步为其中光致发光材料并入于源封装中的发光装置提供益处。
根据本发明的实施例，一种用于产生具有选定主波长的光的光源包括：封装，其装纳包括来自第一波长色系的至少一个第一LED及来自第二波长色系的至少一个第二LED的多个LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的LED且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED。第一波长色系可包括具有比所述选定主波长短的主波长的LED，且第二波长色系可包括具有包含所述选定主波长或比所述选定主波长长的主波长的LED。
第一LED及第二LED可选自具有相同峰值发光通量范围的波长色系。为了使得所述LED中的每一者能够依靠单个电源操作，第一LED及第二LED优选地选自具有正向驱动电压范围的波长色系。
波长色系及来自每一色系的LED的数目经选择使得在操作中由光源发射的组合光的主波长实质上对应于选定主波长。发明人已发现，通过组合来自不同波长色系的LED，此使得能够构造具有主波长在选定主波长的波长色系范围的一分数(约十分之一)内的发射产物的光源。举例来说，在光源经配置以产生具有在450nm到480nm的范围中的主波长的蓝色光的情况下，每一波长色系的波长范围可为2.5nm。已发现，此波长范围使得能够根据本发明构造具有主波长在选定主波长的约±0.2nm内的发射产物的光源。此激发源使得能够构造产生具有两个或更少麦克亚当椭圆的一致性的白色光的照明布置/装置。
在一个实施例中，所述光源进一步包括来自第三波长色系的至少一个第三LED，其中第三波长色系包括具有在第三波长范围内的主波长的LED，且其中所述至少一个LED装纳于封装中。所述第三波长色系可包括具有如下主波长的LED：i)包含选定主波长，ii)比选定主波长短，或iii)比选定主波长长。
为了增加所产生光的CRI(演色性指数)，所述源可进一步包括可操作以产生在450nm到480nm的范围中的波长的红色光的至少一个红色LED。所述至少一个红色LED可与蓝色LED一起装纳于封装中。在一个布置中，所述至少一个红色LED包括多个红色LED，所述多个红色LED包括来自第一波长色系的至少一个第一红色LED及来自第二波长色系的至少一个第二红色LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的红色LED且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的红色LED。
在一些布置中，所述LED是使用以下近似关系选择的：
λ ds ≅ n 1 · λ d 1 · Φ 1 + n 2 · λ d 2 · Φ 2 n 1 · Φ 1 + n 2 · Φ 2
其中λds为选定主波长，n1为第一LED的数目，n2为第二LED的数目，λd1为第一LED的主波长，λd2为第二LED的主波长，Ф1为第一LED的辐射通量，且Ф2为第二LED的辐射通量。
所述光源可进一步包括至少一种光致发光材料(通常为磷光体材料)，所述至少一种光致发光材料经配置以将由所述源产生的光的至少一部分转换为不同波长的光，且其中所述源的发射产物包括由第一LED及第二LED产生的光与由光致发光材料产生的光致发光光的组合。在一些装置中，可将光致发光材料与透光粘结剂混合并将混合物施加到LED。在所述源另外包括一个或一个以上红色LED时，可将光致发光材料混合物仅施加到蓝色LED。透光粘结剂可包括可固化液态聚合物，例如聚合物树脂、单体树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮或氟化聚合物。或者，可将LED囊封于透光材料中，且将光致发光材料提供于与所述源分离的波长转换组件中。在此些波长转换组件中，光致发光材料可并入于所述组件内且遍及所述组件的体积均质地分布，或提供为所述组件的表面上的一个或一个以上层。
用于装纳LED的封装可包括用于装纳LED中的相应一者的腔。或者，所述封装可包括用于装纳多个LED的一个或一个以上腔。
根据本发明的实施例，一种照明布置包括：至少一个光源，其用于产生具有选定主波长的光，所述至少一个光源包括多个LED，所述多个LED包括：来自第一波长色系的至少一个第一LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的LED；来自第二波长色系的至少一个第二LED，其中所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED；及封装，其装纳所述LED；以及波长转换组件，其位于远离所述至少一个源处且可操作以将由所述至少一个源产生的所述光的至少一部分转换为不同波长的光，其中所述布置的发射产物包括由所述至少一个源及所述波长转换组件产生的光的组合；且其中所述波长转换组件包括透光衬底及至少一种光致发光材料。
在一个实施例中，所述光致发光材料并入所述透光衬底中且优选地遍及所述衬底的体积均质地分布。替代地及/或另外，可将光致发光材料提供为所述透光衬底的表面上的层。优选地，所述波长转换层包括所述光致发光材料与透光粘结剂的混合物。所述透光粘结剂可包括可固化液态聚合物，例如聚合物树脂、单体树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮或氟化聚合物。所述磷光体层可通过丝网印刷、狭缝模具式涂覆、旋转涂覆、滚筒涂覆、泄降式涂覆(drawdown coating)或刮刀涂布(doctor blading)(即，使用柔性刀片或刮浆板在表面上拉伸所述材料)来沉积。
所述透光衬底可包括塑料材料，例如聚碳酸酯或丙烯酸树脂或玻璃。
所述波长转换组件可定位于所述至少一个光源上或呈间隔关系。在所述组件呈间隔关系时，其可与所述至少一个源分离至少1cm的距离，以减少热量的转移，及减少光致发光材料的热降解的可能性。
根据本发明的实施例，一种用于产生具有选定主波长的光的光源包括装纳多个蓝色LED的封装，其中所述蓝色LED选自至少两个不同波长色系，其中每一波长色系包括可操作以产生具有在相应波长范围中的主波长的蓝色光的LED。所述光源可进一步包括可操作以产生红色光且装纳于所述封装中的一个或一个以上红色LED。与蓝色LED一样，红色LED可包括选自至少两个不同波长色系的多个红色LED，其中每一波长色系包括可操作以产生具有在相应波长范围中的主波长的红色光的红色LED。
尽管本发明涉及白色发光布置/装置，但本发明还可用于可操作以产生除白色之外的色彩的光的布置/装置。
附图说明
为更好地理解本发明，现将仅通过实例、参照附图来描述根据本发明的实施例的基于LED的照明布置、发光装置及光源，附图中：
图1展示根据本发明的实施例的基于LED的照明布置的示意性部分剖切平面图及截面图；
图2展示根据本发明的实施例的基于LED的灯泡的示意性透视图及截面图；
图3展示根据本发明的实施例供在图1及2的布置中使用的基于LED的光源的示意性平面图及截面图；
图4展示根据本发明的实施例供在图1及2的布置中使用的基于LED的光源的示意性平面图及截面图；
图5是根据本发明的基于LED的光源的辐射通量对波长的示意图；
图6展示根据本发明的实施例供在图1及2的布置中使用的基于LED的光源的示意性平面图及截面图；
图7展示根据本发明的实施例供在图1及2的布置中使用的基于LED的光源的示意性平面图及截面图；
图8展示根据本发明的实施例的基于LED的发光装置的示意性平面图及截面图；且
图9展示根据本发明的实施例的基于LED的发光装置的示意性平面图及截面图。
具体实施方式
在此专利说明书通篇中，使用相同参考编号来表示相同部件。
基于LED的照明布置(灯)
现将参照图1描述根据本发明的实施例的基于LED的照明布置(灯)10，图1展示灯的示意性部分剖切平面图及截面图。灯10经配置以产生具有约3000K的CCT(相关色温)及约600流明的发光通量的暖白色光。举例来说，所述灯可用于橱柜照明，或并入到其它照明器具中，例如下照灯、聚光灯、嵌灯等等。
灯10包括中空圆柱形主体12，所述中空圆柱形主体由圆盘形底座14、中空圆柱形壁部分16及可拆卸环形顶部18构成。为辅助热量的耗散，底座14优选地由铝、铝合金或具有高的热传导率(优选地>200Wm-1K-1)的任何材料(例如铜、镁合金或装载有金属的塑料材料)制造。出于低成本生产的目的，壁16及顶部18优选地由例如HDPP(高密度聚丙烯)、耐纶或PMA(聚丙烯酸甲酯)的热塑性材料制造。或者，其可由例如铝或铝合金的热传导材料制造。如图1中所指示，底座14可通过螺丝或螺栓20或通过其它紧固件或使用粘合剂附接到壁部分16。如图1中进一步展示，顶部18可使用卡口型架座可拆卸地安装到壁部分16，其中径向延伸的凸片22啮合于顶部18中的对应环形凹槽中。可通过相对于主体旋转顶部18来安装及卸除所述顶部。在其它布置中，顶部可使用粘合剂或其它紧固构件附贴到壁部分。
灯10进一步包括多个(在所图解说明的实例中，4个)基于蓝色发光LED的光源24，其与圆形MCPCB(金属芯印刷电路板)26热连通地安装。光源24在下文详细描述且可操作以产生具有通常在450nm到480nm的范围中的选定主波长的蓝色激发光28(λds)。如已知，MCPCB包括由金属芯底座(通常为铝)、热传导/电绝缘电介质层及用于以所要电路配置电连接电组件的铜电路层构成的分层结构。MCPCB26的金属芯底座借助于热传导化合物(例如，含有标准散热化合物的粘合剂，所述标准散热化合物含有氧化铍或氮化铝)与底座14热连通地安装。如图1中所展示，可使用螺丝或螺栓30将MCPCB附接到底座。
为了最大化光的发射，灯10可进一步包括光反射表面32、34，其分别覆盖MCPCB26的面及顶部18的内弯曲表面。通常，光反射表面32、34可包括高光反射薄片材料，例如来自美国伊利诺斯州奈尔斯市的A.L.P.照明组件公司(A.L.P.lighting Components，Inc ofNiles，Illinois，USA)的WhiteOpticsTM“White97”(基于高密度聚乙烯纤维的复合膜)。如图1中所指示，可使用所述材料的圆盘32来覆盖MCPCB的面，其中具有用于每一源的孔口，且光反射材料条带配置为插入于外壳中且经配置以覆盖外壳壁部分16的内表面的圆柱形套筒34。
灯10进一步包括光致发光波长转换组件36，其可操作以吸收一定比例的由源24产生的蓝色激发光28(λds)，并通过光致发光过程36将其转换为不同波长(λp)的光38。灯10的发射产物40包括由光源24及光致发光波长转换组件36产生的波长λds、λp的组合光28、38。波长转换组件36(更特定来说，光致发光材料)定位于远离光源24处，且与光源空间上分离达通常至少1cm的距离d的气隙。在此专利说明书中，“远离地”及“远离”意指呈间隔或分离关系。所述分离可包括如图1中图解说明的气隙或透光介质。波长转换组件36经配置以完全覆盖外壳12的开口，使得由装置发射的所有光均通过组件36。如所展示，波长转换组件36可使用顶部18可拆卸地安装到壁部分16的顶部，使得能够易于改变灯的组件及发射色彩。在其它布置中，可将波长转换组件附贴到外壳。
所述波长转换组件包括透光衬底42及含有一种或一种以上光致发光材料的波长转换层44。通常，光致发光材料包括磷光体材料，但其可包括其它光致发光材料(例如量子点材料)或其组合。如图1中所展示，波长转换组件36经配置使得在操作中波长转换层44面对光源24。另外(未展示)，波长转换组件可包括光漫射层，所述光漫射层包括均匀厚度的光漫射粒子层，例如二氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)。所述光漫射材料不仅可改善所产生光的色彩均匀度，而且可另外改善波长转换组件的关断状态白色外观。
透光衬底42可为实质上可透射在波长范围380nm到740nm内的光的任何材料，且可包括透光聚合物，例如聚碳酸酯或丙烯酸树脂或例如硼硅酸盐玻璃的玻璃。举例来说，在图1中，衬底42包括直径
Figure BDA0000413117270000071
且厚度t1(其通常为0.5mm到3mm)的平面圆盘。在其它实施例中，衬底可包括其它几何形状，例如凸或凹的形式，例如穹形、盘形或圆柱形。
波长转换层44可包括由光致发光材料及透光粘结剂材料构成的均匀厚度层。所述粘结剂可包括可固化液态聚合物，例如聚合物树脂、单体树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂(聚环氧化物)、硅酮或氟化聚合物。重要地，粘结剂材料在其固化状态中实质上可透射由磷光体材料及光源24产生的所有波长的光，且优选地具有在可见光谱(380nm到800nm)上至少0.9的透射率。粘结剂材料优选地为U.V.可固化的，但其可为热可固化的、基于溶剂的或其组合。U.V.可固化或热可固化粘结剂可为优选的，因为不同于基于溶剂的材料，其在聚合作用期间不会“排气”。
在光致发光材料包括磷光体材料(其呈粉末形式)的情况下，其与液态粘结剂材料以已知比例充分混合以形成悬浮液且将所得磷光体化合物“磷光体油墨”沉积到透光衬底上。波长转换层44优选地通过丝网印刷而沉积，但可使用其它沉积技术，例如狭缝模具式涂覆、旋转涂覆、滚筒涂覆、泄降式涂覆或刮刀涂布。由波长转换组件36产生的发射产物的色彩将取决于磷光体材料组成及波长转换层44中每单位面积的磷光体材料量。将了解，每单位面积的磷光体材料量取决于波长转换层44的厚度及磷光体油墨中磷光体材料对粘结剂的重量装载。在其中发射产物为白色的应用中，或在其中发射产物具有高饱和度色彩(即，发射产物包括实质上所有光致发光产生的光)的应用中，波长转换层44中每单位面积的磷光体材料量将通常在10mg.cm-2与40mg.cm-2之间。为使得能够在最小数目个印刷遍次中印刷波长转换层44，磷光体油墨优选地具有尽可能高的磷光体材料对粘结剂材料的固体装载，且优选地具有在40％到75％的范围中的磷光体材料对粘结剂的重量装载。所述磷光体材料包括具有10μm到20μm且通常约15μm的平均粒子大小的粒子。在替代布置(未展示)中，所述磷光体材料可并入于透光衬底中，且遍及衬底的体积均质地散布。
在一般照明应用中，发射产物40将通常为白色光，且光致发光材料可包括一种或一种以上蓝色光可激发磷光体材料，其发射绿色(510nm到550nm)、黄-绿色(550nm到570nm)、黄色(570nm到590nm)、橙色(590nm到630nm)或红色(630nm到740nm)光。波长转换层44的厚度、磷光体材料组成及每单位面积的磷光体材料的密度(重量装载)将确定由灯10发射的光的色彩。
所述光致发光材料可包括无机或有机磷光体，例如大体组成为A3Si(OD)5或A2Si(OD)4的基于硅酸盐的磷光体，其中Si为硅，O为氧，A包括锶(Sr)、钡(Ba)、镁(Mg)或钙(Ca)，且D包括氯(C1)、氟(F)、氮(N)或硫(S)。基于硅酸盐的磷光体的实例揭示于美国专利US7,575,697B2“基于硅酸盐的绿色磷光体(Silicate-based green phosphors)”(转让给英特美公司(Intematix Corp.))、US7,601,276B2“两相基于硅酸盐的黄色磷光体(Twophase silicate-based yellow phosphors)”(转让给英特美公司)、US7,655,156B2“基于硅酸盐的橙色磷光体(Silicate-based orange phosphors)”(转让给英特美公司)及US7,311,858B2“基于硅酸盐的黄绿色磷光体(Silicate-based yellow-green phosphors)”(转让给英特美公司)中。所述磷光体还可包括：基于铝酸盐的材料，例如共同待决的专利申请案US2006/0158090A1“新颖的基于铝酸盐的绿色磷光体(Novel aluminate-based greenphosphors)”及专利US7,390,437B2“基于铝酸盐的蓝色磷光体(Aluminate-based bluephosphors)”(转让给英特美公司)中所教示；硅酸铝磷光体，如共同待决的申请案US2008/0111472A1“硅酸铝橙-红色绿光体(Aluminum-silicate orange-red phosphor)”中所教示；或基于氮化物的红色磷光体材料，例如共同待决的美国专利申请案US2009/0283721A1“基于氮化物的红色磷光体(Nitride-based red phosphors)”及国际专利申请案WO2010/074963A1“基于氮化物的在RGB(红色-绿色-蓝色)中发射红色的照明系统(Nitride-based red-emitting in RGB(red-green-blue)lighting systems)”中所教示。将了解，所述磷光体材料并不限于所描述的实例，且可包括任何磷光体材料，包含氮化物及/或硫酸盐磷光体材料、氧氮化物及含氧硫酸盐磷光体或石榴石材料(YAG)。
图2展示根据本发明的实施例的基于LED的灯泡(灯)10的透视图及横截面图。灯10包括大体圆锥形热传导主体46，其包含围绕主体46的外弯曲表面沿圆周间隔开的多个纬向热辐射鳍片(脉络)48以辅助热量耗散。灯10进一步包括连接器帽(爱迪生螺旋灯座)50，其使得所述灯能够使用标准电气照明螺旋插口直接连接到电力供应器。连接器帽50安装到主体46的经截头顶点。灯10进一步包括与主体46的底座热连通地安装的一个或一个以上基于LED的光源24。为了产生白色光，灯10进一步包括光致发光波长转换组件36，其安装到主体的底座且经配置以包封光源24。如图2中所指示，波长转换组件36可为大体穹形壳体，且包含一种或一种以上光致发光材料以提供由光源24产生的蓝色光的波长转换。所述光致发光材料可并入于组件中或遍及组件的体积均质地散布或提供为组件的内表面或外表面上的一个或一个以上层。为易于制造，可注射模制所述光致发光波长转换组件。出于美观考虑，所述灯可进一步包括包封波长转换组件36的透光封壳52。
基干LED的光源
根据本发明的实施例，基于LED的光源24可包括装纳多个第一LED裸片56及第二LED裸片58的封装或外壳54。在图3中所展示的实例中，所述封装包括具有圆形凹部或腔60的阵列的低温共烧陶瓷(LTCC)，其中每一凹部经配置以装纳LED裸片56、58中的相应一者。如所展示，所述封装可包括用于装纳6个第一LED裸片56及6个第二LED裸片58的12个腔60的正方形阵列(3行乘4列)。为了提供对LED裸片56、58及接合线的保护，每一凹部60填充有透光囊封物62，例如硅酮或环氧树脂。所述LED裸片中的每一者优选地包括蓝色发光基于GaN(基于氮化镓)的LED裸片。根据本发明，第一蓝色LED裸片56中的每一者来自第一波长色系，所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长λd1的LED裸片，而第二蓝色LED裸片58中的每一者来自第二不同波长色系，所述第二波长色系包括具有在第二不同波长范围内的主波长λd2的LED裸片。如进一步描述，来自不同波长色系的LED裸片的数目及辐射通量以及波长色系的挑选经选择使得光源24产生具有对应于选定波长λds的主波长的光28。
在图4中展示根据本发明的进一步实施例的基于LED的光源24的实例。在此实施例中，封装54具有装纳第一蓝色LED裸片56及第二蓝色LED裸片58的单个圆形凹部60。在图4中所展示的实例中，所述封装装纳23个LED裸片的六边形阵列，所述裸片包括11个第一蓝色LED裸片46及12个第二蓝色LED裸片58。腔凹部可填充有透光囊封物62以保护LED裸片及线接合。
如已知，LED裸片通常通过称为分色(binning)的过程来分类(分组)。通常，LED裸片是根据其产生的光的主波长λd及其针对选定正向电压(VF)而产生的光的辐射通量Ф(以瓦特为单位定义)来分色。
表1展示蓝色LED裸片的分色方案的实例。在所述实例中，存在32个色系，对于8个波长范围色系中的每一者包括4个色系。举例来说，色系9包括产生具有在450.0nm到452.5nm的范围中的主波长λd及针对正向电压VF1的辐射通量Ф1的光的LED裸片，而色系21包括产生具有在457.5nm到460.0nm的范围中的主波长λd及针对正向电压VF1的辐射通量Ф1的光的LED裸片。
Figure BDA0000413117270000101
Figure BDA0000413117270000111
现在参照图5描述选择第一LED裸片56及第二LED裸片58以确保源24产生具有选定发射波长λds的光的方法，图5根据本发明的实施例展示以下各项的辐射通量对波长的曲线图：i)第一LED裸片，ii)第二LED裸片，及iii)基于LED的光源的组合输出。如实线64所指示，第一LED裸片56产生具有主波长λd1及峰值发光通量Ф1的蓝色光。第一LED裸片56选自其主波长范围比选定波长λds短的第一波长色系。如虚线66所指示，第二LED裸片58产生具有主波长λd2及峰值发光通量Ф2的蓝色光。第二LED裸片58选自其主波长范围比选定主波长λds长的第二波长色系。虚线68展示来自源的选定主波长λds及峰值发光通量Фs的组合输出28。
针对包括两个LED裸片的源(其中第一LED裸片来自具有主波长λd1及峰值辐射通量Ф1的第一波长色系且第二LED裸片来自具有主波长λd2及辐射通量Ф2的第二色系)，由所述源发射的组合光具有大致由以下关系给出的主波长λds：
λ ds ≅ λ d 1 · Φ 1 + λ d 2 · Φ 2 Φ 1 + Φ 2
针对包括n1个第一LED裸片及n2个第二LED裸片的源，所述源具有大致由以下关系给出的主波长λds：
λ ds ≅ n 1 · λ d 1 · Φ 1 + n 2 · λ d 2 · Φ 2 n 1 · Φ 1 + n 2 · Φ 2
如果第一LED裸片及第二LED裸片选自具有相同峰值发光通量(即，Ф1=Ф2)的色系，那么所述关系简化为：
λ ds ≅ n 1 · λ d 1 + n 2 · λ d 2 n 1 + n 2
应注意，尽管LED裸片的正向驱动电压VF不影响源的发射波长，然而，优选地可从具有相同正向驱动电压的色系选择LED裸片以使得所述LED裸片中的每一者能够依靠单个电源进行操作。或者，所述LED裸片可通过正向驱动电压分组，从而使得每一群组能够使用共同电源来驱动。
表2将针对经配置以产生具有455nm的选定主波长λds的蓝色光的源的第一LED裸片56色系及第二LED裸片58色系的LED色系的实例进行列表。如从所述表可见，尽管LED色系具有2.5nm(±1.25nm)的主波长范围，但初始测试指示，根据本发明的源可意外地产生具有在0.4nm(±0.2nm)的范围上变化的选定主波长的光。在将此些源24用于图1的灯10内时，发现，所述灯可产生在色度图上在选定光色彩的两个麦克亚当椭圆内的白色光。为进行比较，具有包括单个类型的LED裸片的光源24的相同灯10产生通常在选定色彩的约五个麦克亚当椭圆内的光。将了解，本发明的光源使得能够构造产生较准确色彩的光的灯。或者，本发明使得来自较宽波长色系的较廉价LED裸片能够构造产生具有一致色彩的光的灯。
Figure BDA0000413117270000121
在进一步实施例中，设想出通过增加LED裸片56、58的总数目来增加源的选定主波长的准确度。举例来说且如表3中所指示，针对包括总共36个LED裸片(18个第一LED裸片56及18个第二LED裸片58)的源，初始测试表明所述源可产生具有在0.2nm(±0.1nm)内(其为色系波长范围的十分之一)的选定波长的光。
Figure BDA0000413117270000122
图6展示包括来自3个波长色系的LED裸片的基于LED的光源。在图6中，光源包括总共9个LED裸片，包括来自第一波长色系的3个LED裸片56、来自第二波长色系的3个LED裸片58及来自第三波长色系的3个LED裸片70。针对包括来自具有主波长λd1及峰值辐射通量Ф1的第一波长色系的n1个第一LED裸片、来自具有主波长λd2及辐射通量Ф2的第二色系的n2个第二LED裸片及来自具有主波长λd3及辐射通量Ф3的第三色系的n3个第三LED裸片的源，由所述源发射的组合光具有大致由以下关系给出的主波长λds：
λ ds ≅ n 1 · λ d 1 · Φ 1 + n 2 · λ d 2 · Φ 2 + n 3 · λ d 3 · Φ 3 n 1 · Φ 1 + n 2 · Φ 2 + n 3 · Φ 3
设想在用于产生具有选定主波长的蓝色光的进一步基于LED的源中，设想出装纳来自4个或4个以上波长色系的蓝色LED裸片。
此外，尽管在前述实施例中，将源描述为包括来自不同色系的相等数目个LED裸片，但将了解，所述源可包括不同数目个LED裸片。
在其中需要灯10产生具有高CRI(演色性指数)(即CRI>90)的光的应用中，设想出源24另外包括可操作以产生在630nm到740nm的范围中的波长的红色光的一个或一个以上红色发射LED裸片。图7展示此光源24，其包括来自第一波长色系的5个蓝色LED裸片56、来自第二波长色系的5个蓝色LED裸片58及2个红色LED裸片72。与蓝色LED裸片一样，所述源可包括选自不同波长色系使得其组合输出为选定主波长的红色光的多个红色LED裸片。
基于LED的发光装置
尽管本发明的基于LED的光源24尤其适用于包括单独波长转换组件36的照明布置及灯，但与提供于单独波长转换组件中相比，本发明还适用于其中将光致发光材料并入于装置中的发光装置。在图8及9中展示此些装置的实例。
在图8的实例中，发光装置74包括具有单个圆形凹部60的封装54，单个圆形凹部60装纳第一蓝色LED裸片56及第二蓝色LED裸片58。如所指示，所述LED裸片配置为23个LED裸片的六边形阵列，所述裸片包括11个第一蓝色LED裸片56及12个第二蓝色LED裸片58。凹部60填充有包含一种或一种以上光致发光材料的透光囊封物76。将了解，图8的装置包括图3的光源24，其中光致发光材料以囊封物76的形式并入于所述装置中。
在图9中所展示的实例中，装置74包括具有圆形凹部60阵列的封装54，其中每一凹部经配置以装纳LED裸片56、58中的相应一者。如所展示，所述封装可包括用于装纳6个第一LED裸片56及6个第二LED裸片58的12个腔60的正方形阵列(3行乘4列)。凹部60中的每一者填充有包含一种或一种以上光致发光材料的透光囊封物76。将了解，图9的装置包括图2的光源24，其中光致发光材料以囊封物76的形式并入于所述装置中。
将了解，本发明并不限于所描述的示范性实施例，且可在本发明的范围内做出变化。举例来说，在不背离本发明的发明性概念的情况下，可使LED裸片的数目、LED色系的数目及封装布置变化。

Claims (25)

1.一种用于产生具有选定主波长的光的基于LED的光源，其包括：封装，所述封装装纳包括来自第一波长色系的至少一个第一LED及来自第二波长色系的至少一个第二LED的多个LED，
其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一波长色系包括具有比所述选定主波长短的主波长的LED。
3.根据权利要求1所述的光源，其中所述第二波长色系包括具有比所述选定主波长长的主波长的LED。
4.根据权利要求1所述的光源，其中所述波长色系及来自每一波长色系的LED的数目经选择使得在操作中由所述源发射的组合光的所述主波长为所述选定主波长。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED及所述第二LED来自选自由以下各项组成的群组的波长色系：具有实质上相同的峰值发光通量范围的波长色系；具有实质上相同的正向驱动电压范围的波长色系；及其组合。
6.根据权利要求1所述的光源，且其进一步包括来自第三波长色系的至少一个第三LED，其中所述第三波长色系包括具有在第三波长范围内的主波长的LED，且其中所述第三色系的所述至少一个LED装纳于所述封装中。
7.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED及所述第二LED可操作以产生在450nm到480nm的范围中的波长的蓝色光。
8.根据权利要求7所述的光源，且其进一步包括可操作以产生在450nm到480nm的范围中的波长的红色光的至少一个红色LED，且其中所述至少一个红色LED装纳于所述封装中。
9.根据权利要求8所述的光源，其中所述至少一个红色LED包括多个红色LED，所述多个红色LED包括来自第一波长色系的至少一个第一红色LED及来自第二波长色系的至少一个第二红色LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的红色LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED。
10.根据权利要求1所述的光源，其中所述LED是使用以下近似关系选择的：
λ ds ≅ n 1 · λ d 1 · Φ 1 + n 2 · λ d 2 · Φ 2 n 1 · Φ 1 + n 2 · Φ 2
其中λsd为所述选定主波长，n1为第一LED的数目，n2为第二LED的数目，λd1为所述第一LED的所述主波长，λd2为所述第二LED的所述主波长，Ф1为所述第一LED的辐射通量，且Ф2为所述第二LED的辐射通量。
11.根据权利要求1所述的光源，其中所述封装包括用于装纳所述LED中的相应一者的腔。
12.一种照明布置，其包括：
至少一个光源，其用于产生具有选定主波长的光，所述至少一个光源包括多个LED，所述多个LED包括来自第一波长色系的至少一个第一LED及来自第二波长色系的至少一个第二LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED；及
波长转换组件，其位于远离所述至少一个源处且可操作以将由所述至少一个源产生的所述光的至少一部分转换为不同波长的光，其中所述布置的发射产物包括由所述源及所述波长转换组件产生的光的组合；且
其中所述波长转换组件包括透光衬底及至少一种光致发光材料。
13.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述至少一种光致发光材料选自由以下各项组成的群组：并入于所述透光衬底中；提供为所述透光衬底的表面的至少一部分上的层；及其组合。
14.根据权利要求13所述的照明布置，其中所述波长转换组件与所述至少一个源分离至少1cm的距离。
15.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述第一波长色系包括具有比所述选定主波长短的主波长的LED。
16.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述第二波长色系包括具有比所述选定主波长长的主波长的LED。
17.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述第一LED及所述第二LED选自由以下各项组成的群组：具有实质上相同的峰值发光通量范围的波长色系；具有实质上相同的正向驱动电压范围的波长色系；及其组合。
18.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述波长色系及来自每一波长色系的LED的数目经选择使得在操作中由所述布置发射的组合光的所述主波长为所述选定主波长。
19.根据权利要求12所述的照明布置，且其进一步包括来自第三波长色系的至少一个第三LED，其中所述第三波长色系包括具有在第三波长范围内的主波长的LED，且其中所述第三色系的所述至少一个LED装纳于所述封装中。
20.根据权利要求12所述的照明布置，其中所述第一LED及所述第二LED可操作以产生在450nm到480nm的范围中的波长的蓝色光。
21.根据权利要求20所述的照明布置，且其进一步包括可操作以产生在450nm到480nm的范围中的波长的红色光的至少一个红色LED，且其中所述至少一个红色LED装纳于所述封装中。
22.根据权利要求21所述的照明布置，其中所述至少一个红色LED包括多个红色LED，所述多个红色LED包括来自第一波长色系的至少一个第一红色LED及来自第二波长色系的至少一个第二红色LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的红色LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的红色LED。
23.一种基于LED的发光装置，其包括：
至少一个光源，其用于产生具有选定主波长的光，所述至少一个光源包括多个LED，所述多个LED包括来自第一波长色系的至少一个第一LED及来自第二波长色系的至少一个第二LED，其中所述第一波长色系包括具有在第一波长范围内的主波长的LED，且所述第二波长色系包括具有在第二波长范围内的主波长的LED；及
至少一种光致发光材料，其可操作以将由所述至少一个源产生的所述光的至少一部分转换为不同波长的光，
其中所述装置的发射产物包括由所述源及所述至少一种光致发光材料产生的光的组合。
24.一种用于产生具有选定主波长的蓝色光的基于LED的光源，其包括装纳多个蓝色LED的封装，其中所述蓝色LED选自至少两个不同波长色系，其中每一波长色系包括可操作以产生具有在相应波长范围中的主波长的蓝色光的LED。
25.根据权利要求24所述的光源，且其进一步包括可操作以产生红色光的至少一个红色LED，且其中所述至少一个红色LED装纳于所述封装中。
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