CN107109220A - 具有温度稳定通量和饱和红色色点的磷光体转换led - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种配置成提供红色照明设备光（101）的照明设备（100），该照明设备（100）包括：（i）第一光源（1），配置成提供具有峰值波长（λls）的第一光源光（111）；（ii）第一红色发光材料（21），配置成吸收第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长（λm1）的第一红色发光材料光（221），第一红色发光材料（21）具有激发最大值（λx1）；（iii）第二红色发光材料（22），配置成吸收第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长（λm2）的第二红色发光材料光（221），第二红色发光材料（22）具有第二激发最大值（λx2）；并且其中第一发光材料（21）和第二发光材料（22）是基于Eu2+的，并且其中λm1 < λm2，λx1 < λls并且λx2 > λls。

Description

具有温度稳定通量和饱和红色色点的磷光体转换LED
技术领域
本发明涉及配置成提供红色光的照明设备。本发明还涉及包括这样的照明设备的照明单元。另外，本发明涉及用于使用在这样的照明设备中的光转换体。
背景技术
红色发光材料在本领域中是已知的；红色发射LED（发光二极管）在本领域中也是已知的，并且例如在WO2006106467中描述。WO2006106467描述了一种发光设备，包括：发光二极管（LED）部分，包括：形成在生长层上的第一导电类型的第一(AlxGa1-x)1-yInyP外延层，生长层具有比GaAs的晶格常数大的晶格常数；外延生长在第一(AlxGa1-x)1-yInyP外延层之上的有源层，其中有源层包括一个或多个材料层，所述材料包括Al、Ga、In和P的任何组合，使得有源层具有比GaAs的晶格常数大并且与生长层的晶格常数近似相等的晶格常数，并且其中有源层发射可见光；以及生长在有源层之上的第二导电类型的第二外延层。可见光特别地为红色光。
发明内容
如以上所指示的，直接发射LED（AlInGaP）可以用于提供红色光。然而，看起来在某些应用中，这样的直接发射LED具有在色点稳定性和流明输出方面不太合期望的温度行为。另一方面，蓝色LED可以用于与红色发光材料组合地生成红色光。然而，这些红色发光材料同样看起来显示作为温度的函数的波长漂移。红色发光材料的这样的波长漂移一般同样是不太合期望的。
因而，本发明的一方面是提供一种可替换的照明设备，该照明设备优选地进一步至少部分地缓解以上描述的缺陷中的一个或多个，并且该照明设备可以提供基本上与温度无关（即基本上独立于泵浦光源（参见下文）的温度和/或红色发光材料的温度）的红色中的发射。本发明的还一方面是提供一种可替换的照明单元（包括这样的照明设备），该照明单元优选地进一步至少部分地缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。本发明的又一方面是提供一种可替换的光转换体（用于使用在照明设备中），该光转换体优选地进一步至少部分地缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。
因而，在第一方面中，本发明提供了一种照明设备，该照明设备配置成提供红色照明设备光，该照明设备包括：（i）第一光源，配置成提供具有峰值波长（λls）的第一光源光，（ii）第一红色发光材料（在本文中还指示为“第一发光材料”或“第一磷光体”），配置成吸收第一光源光的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长（λm1）的第一红色发光材料光，第一红色发光材料具有激发最大值（λx1），（iii）第二红色发光材料（在本文中还指示为“第二发光材料”或“第二磷光体”），配置成吸收第一光源光的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长（λm2）的第二红色发光材料光，第二红色发光材料具有第二激发最大值（λx2）；其中第一发光材料和第二发光材料是基于Eu2+的，并且其中λm1 < λm2，λx1 < λls并且λx2 > λls。第一红色发光材料和第二红色发光材料的组合在本文中还指示为“转换体”（即便在实施例中这些发光材料可以配置成远离彼此）。
利用这样的照明设备，可以生成红色光（“红色照明设备光”），该红色光在20-120℃的温度范围中基本上保持在相同的色点处。例如，中心波长（CW）和/或色点可以在该范围内以小于20℃处的（多个）值的10%而漂移。利用本发明，发射波长（特别地指示为中心波长）可以在（20-120℃的）所指示的温度范围内以例如大约2nm而改变，而对于AlInGaP LED，这将在大约5nm的范围中。另外，在相对光通量（即温度T处的通量除以20℃温度处发射的通量（以流明（Lm）计）方面的强度对于这样的AlInGaP LED而言可以在所指示的温度范围内在大约50%的范围中减小，而利用本发明，相对通量可以基本上保持相同。
因而，特别地，本发明提供了两种（或更多）红色发光材料的组合，一个具有比另一个更短的波长发射最大值，并且二者具有接近于光源发射的激发最大值，但是第一发光材料具有短于光源的发射最大值的波长处的激发最大值，并且第二发光材料具有长于光源的发射最大值的波长处的激发最大值。本文所描述的最大值涉及峰值波长。
第一光源将特别地包括LED光源。一般而言，LED光源仅具有单个发射峰值，即LED发射的最大值。另外，基于二价铕的发光材料基本上为宽带发射体，其中在本发明中，至少具有频谱的红色部分中的强度。对应激发带在（比（红色中的）这些发射）更短的波长处，并且具有接近于第一光源的发射最大值的激发最大值。二价铕材料的激发和发射带示出斯托克斯漂移。这些（激发和发射）带的峰值最大值是本文中指示的激发最大值和发射最大值。
特别地，发射频谱在光子计数模式中（例如利用光电倍增管）测量或者转换到光子计数模式。在针对测量设备的响应的波长相关性的校正之后，可以确定发射峰值波长。在那些最大值处，可以测量发光材料的激发频谱。在针对测量设备的激发部分的波长相关性的校正之后，可以确定激发峰值波长。这对本领域技术人员是已知的。特征峰值最大值（λm1,λm2, λx1, λx2和λls）特别地在20℃处确定。这可以例如暗示着，作为第一光源的LED光源用于峰值最大值的确定，而不是在全功率处。
术语“第一红色发光材料”和“第二红色发光材料”还可以各自分别独立地是指多个不同的“第一红色发光材料”和/或“第二红色发光材料”。差别可以仅仅是由于掺杂剂浓度（即特别地，Eu2+浓度）中的差异所致，但是此外或可替换地，还由于晶格组成中的差异所致，诸如不同的M阳离子（同样参见下文）和/或不同的阴离子。如本领域中已知的，在材料类内，比如Eu2+那样的掺杂剂的发射和/或激发可以通过控制阳离子和阴离子的类型和数量来调谐。然而，每一个第一红色发光材料和每一个第二红色发光材料必须遵从本文中指示的针对红色发光材料的条件。
看起来，二价铕掺杂的系统（即基于二价铕（Eu2+）的发光材料），特别地氮（氧）化物，非常适合于本发明，因为这些发光材料往往随增加的温度而具有减小的发射峰值波长。当使用两种不同的基于二价铕的发光材料时，可以补偿第一光源（特别地，LED光源）（向较长波长）的波长漂移。令人惊喜的是，在20-120℃的温度范围内，在相对通量方面，该补偿可以近乎为100%。
红色发光材料配置成吸收第一光源光（的至少部分）。因而，该光被用作激发光。这可以特别地暗示着，响应激发曲线将与第一光源发射曲线至少部分地重叠。特别地，第一光源和红色发光材料选择成提供具有发射波长分布的光源光和具有激发波长分布的相应激发频谱，其中相应的后两者与发射波长分布基本上重叠。第一光源光可以例如包括UV、蓝色、绿色和黄色光中的一个或多个。特别地，第一光源光包括蓝色、绿色和黄色光中的一个或多个。在具体实施例中，第一光源光包括蓝色光。在实施例中，术语“第一光源”可以是指多个光源。
照此的照明设备特别地配置成提供红色光。可选地，照明设备光可以包括一些剩余的（即未经转换的）光源光。照明设备光因而本质上包括第一红色发射和第二红色发射以及可选地第一光源光。要指出的是，红色发光材料在实施例中还可以在黄色和/或橙色中发射。然而，至少在470-700nm的范围中的波长处的红色照明设备光的中心波长处于可见频谱的红色部分中。在实施例中，对红色照明设备光的光源光贡献（诸如蓝色贡献）在峰值高度方面可以（大幅）更小（诸如第一光源发射峰值高度小于第一和/或第二红色发光材料发射的峰值高度的20%）。
条件λm1 < λm2可以例如特别地指示λm2-λm1 ≥ 10 nm，诸如λm2-λm1 ≥ 15 nm，比如λm2-λm1 ≥ 20 nm。然而特别地，λm2-λm1 ≤ 60 nm。
条件λx1 < λls可以例如特别地指示5 nm ≤ λls- λx1 ≤ 25 nm。同样地，条件λx2 > λls可以例如指示5 nm ≤ λx2- λls ≤ 25 nm。利用这样的条件，光源的波长漂移补偿发光材料的波长漂移，并且作为温度的函数的颜色改变和/或通量改变可以是低的或甚至基本上为零。
在具体实施例中，λls从430-470 nm的范围选择，λm1从590-630 nm的范围选择，并且λm2从615-660 nm的范围选择。即便这些发射范围重叠，发光材料也应当遵从条件λm1 <λm2。例如，最大峰值发射可以分别在610和640 nm处，但是可以可选地还分别在620和645nm处等。因而，在具体实施例中，光源配置成提供蓝色第一光源光。更具体地，λls从435-465nm的范围选择，λm1从590-630 nm的范围选择，诸如600-630 nm，并且λm2从615-660 nm的范围选择，诸如625-660 nm。
特别感兴趣的发光材料是无机发光材料，甚至更具体地（独立地）选自硫化物、氮化物和氮氧化物的类。
相关发光材料的类包括MD:Eu类（在本文中还指示为(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu类），其为碱土硫族化物系统的类。M特别地选自碱土元素（Mg, Ca, Sr, Ba）的组，并且D特别地选自S和Se的组。该类内的材料具有立方体岩盐晶体结构。该类内的成员的示例是SrS:Eu，CaS:Eu，CaSe:Eu等。
相关发光材料的另外的类包括M2Z5N8:Eu类（在本文中还指示为Sr2Si5N8:Eu类），其为氮化物硅酸盐系统的类。M特别地选自碱土元素（Mg, Ca, Sr, Ba）的组，特别地至少为Sr，并且Z特别地选自Si, Ge, Ti, Hf, Zr, Sn的组，特别地至少为Si。该类内的材料具有正交晶系晶体结构。该类内的成员的示例是SrCaSi5N8:Eu。
相关发光材料的另一类包括MGB3N4:Eu类（在本文中还指示为SrLiAl3N4:Eu类），其为氮化物铝酸盐系统的类。B特别地选自B, Al, Ga, Sc的组，特别地至少为Al，并且G特别地选自碱性元素（诸如Li, Na, K等）的组，特别地至少为Li。该类内的材料具有三斜晶系锂铅酸盐钾类型的晶体结构或四方硅酸钠锂类型的晶体结构。该类内的成员的示例为SrLiAl3N4:Eu。
在其中可以获得特别良好的光学结果的又一更具体的实施例中，第一红色发光材料和第二发光材料选自包括M2Si5N8:Eu类和MLiAl3N4:Eu类的组，其中M独立地选自包括Ca,Mg, Sr和Ba的组，特别地Ca和Sr中的至少一个或多个，甚至再更特别地至少Sr。
术语“类”在本文中特别地是指具有相同晶体学结构的材料的组。另外，术语“类”还可以包括阳离子和/或阴离子的部分替换。例如，在以上提到的类中的一些中，Al-O可以部分地被Si-N取代（或者相反情况）。因而，在再另外的实施例中，第一红色发光材料和第二红色发光材料选自包括(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu和(Ca,Sr)LiAl3N4:Eu的组，其中x在0-4的范围中，特别地等于或小于1，诸如0。(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu和类似的系统尤其在通过引用并入本文的WO2006072918/US20130240943中描述。(Sr,Ca)LiAl3N4:Eu和类似的系统尤其在通过引用并入本文的WO2013175336A1中描述。在甚至再更具体的实施例中，第一红色发光材料包括(Sr,Ca)2Si5N8:Eu，并且第二红色发光材料包括SrLiAl3N4:Eu。作为温度的函数的发光行为还在附图（图2a和2d）中示出。
铕的掺杂剂浓度将一般低于（M的）10%，诸如至少5%，一般甚至低于4%。另外，一般而言，铕的掺杂剂浓度大于0.01%，诸如至少0.15%。例如，人们可能应用Ca0.2Sr1.785Eu0.015Si5N8（在此Eu的掺杂剂浓度为0.75%）和/或人们可能应用Sr0.997Eu0.003LiAl3N4（在此掺杂剂浓度为0.3%）。另外，以上所指示的发光材料被指示为掺杂有铕（Eu）这一事实不排除共掺杂剂的存在，诸如Eu，Ce，其中铕与铯共掺杂等。共掺杂在本领域中是已知的并且已知有时增强量子效率和/或调谐发射频谱。如同样在本文中所指示的，记法“（Sr,Ca）”以及关于其它元素的类似记法指示M位置被Sr和/或Ca阳离子（或分别地其它元素）占据。
发光材料可以独立地或一起为粉末层、膜、聚合板、陶瓷主体等所包括。发光材料在实施例中可以独立地或一起是自支撑的，诸如一个/多个陶瓷发光主体。在本文中，术语陶瓷主体特别地是指已经致密化成主体（具有低孔隙率）的多晶材料。
在实施例中，发光材料可以独立地或一起为基质所包括，即一个或多个基质，其中嵌入一个或多个第一发光材料和第二发光材料。这样的基质可以是无机基质或有机基质或混合基质，诸如硅氧烷基质。而且术语“基质”可以是指多个基质。例如，第一磷光体可以嵌入在第一基质中，并且第二磷光体可以嵌入在第二基质中，两个基质形成转换体。当发光材料嵌入在基质中时，发光材料可以特别地均匀分布。这还将导致设备光的最佳光分布。在另一实施例中，转换体包括支撑物，该支撑物包括一个或多个涂层，其中涂层中的一个或多个包括第一发光材料和第二发光材料中的一个或多个。要指出的是，可选地，支撑物可以包括以上提到的基质。转换体的配置可以选择成最佳地应对和利用光源和/或红色发光材料的温度效应。
在实施例中，发光材料中的一个或多个配置在距第一固态光源的非零距离处。以此方式，例如可以创建混合腔。因而，在另外的实施例中，发光材料中的一个或多个配置为混合腔的窗口，其中第一固态光源配置成在混合腔中提供其固态光源光，并且其中固态光源和所述一个或多个发光材料配置成从发光材料下游提供照明设备光。
当发光材料之一提供为陶瓷并且另一个嵌入在基质中时，获得良好结果。当M2Si5N8:Eu类的发光材料提供为陶瓷主体，特别地布置在LED管芯上，并且MLiAl3N4:Eu类的发光材料嵌入在陶瓷主体下游或上游的基质中时，可获得特别良好的结果。因而，在另外的实施例中，第一红色发光材料包括陶瓷材料（即陶瓷主体），该陶瓷材料包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且第二红色发光材料包括分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料。在实施例中，基质围封陶瓷材料的大部分。术语“光透射基质”是指用作另一材料的基质的基质材料，并且所述基质材料（自身）具有针对可见光的相对高透射，诸如至少85%，诸如至少90%。透射或光可透过性可以通过以第一强度向材料提供特定波长处的光并且将在透射通过材料之后测量的该波长处的光的强度关联到在该特定波长处提供给材料的光的第一强度来确定（同样参见化学和物理CRC手册的E-208和E-406，第69版，1088-1989）。基质材料可以包括选自包含透射有机材料的组的一个或多个材料，诸如选自包含PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PC（聚碳酸酯）、聚甲基丙烯酸酯（PMA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（Plexiglas或Perspex）、乙酸丁酸纤维素（CAB）、硅树脂、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、（PETG）（乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）和COC（环烯烃共聚物）的组。然而，在另一实施例中，基质材料可以包括无机材料。优选的无机材料选自包括玻璃、（熔融）石英、透射陶瓷材料的组。还可以应用混合材料，包括无机和有机部分二者，诸如硅树脂。特别优选的是PMMA、透明PC、硅树脂或玻璃作为用于基质材料的材料。
在再另外的实施例中，本发明提供了一种夹层结构，该夹层结构具有夹住包括发光材料的基质层的第一光源和陶瓷主体，第一光源特别地为固态光源（管芯），（所述基质层因而直接提供在光源（管芯）上），特别是其中边缘处的基质层还可以利用边缘元件（诸如反射轮缘）来围封的夹层结构。反射轮缘可以包括光散射无机填充物，比如悬浮在硅树脂或环氧树脂或玻璃化合物中的氧化钛或氧化锆或氮化硼。因而，基质层可以基本上由光源（管芯）、陶瓷主体和边缘元件完全围封。甚至更特别地，陶瓷主体包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且基质层包括MLiAl3N4:Eu类的发光材料，其中基质材料为例如硅树脂（胶合剂）。另外，特别地第一光源包括固态光源，特别地为高功率固态光源（配置成提供蓝色光）。
在再另外的方面中，本发明还提供了一种配置成提供照明单元光的照明单元，照明单元包括如本文所限定的一个或多个照明设备。照明单元可以配置成提供红色光，或者照明单元可以配置成（还）提供其它类型的光。在后面的（多个）实施例中，除了如本文所限定的（多个）照明设备之外，照明单元还将包括一个或多个其它光源，并且可选地还有一个或多个其它光转换体（除了第一发光材料和第二发光材料之外）。
在具体实施例中，照明单元还包括配置成生成第二光源光的第二光源以及可选地配置成生成第三光源光的第三光源，其中第二光源和可选的第三光源配置成提供蓝色光、绿色光、黄色光和UV光中的一个或多个。当将提供蓝色和绿色时，可以提供基于RGB的照明单元。当将提供蓝色和黄色时，可以提供基于RYB的照明单元。当（还）将提供UV光源时，这一般将与另外的发光材料组合，该另外的发光材料特别地可由UV光源的UV光激发。可替换地或此外，第二光源光和可选地第三光源可以配置成提供橙色光和深红色光（＞650nm，诸如＞660nm）中的一个或多个。
因而，在实施例中，照明单元还包括第三发光材料，第三发光材料配置成将第一光源光（即特别地，未被第一和第二发光材料转换的其余第一光源光）、第二光源光和可选的第三光源光中的一个或多个的至少部分转换成第三发光材料光。
要指出的是，一般而言，但是特别地还与第二光源和可选的第三光源以及可选的第三发光材料有关，这些术语还可以各自独立地分别是指多个（不同的）第二光源、多个（不同的）可选的第三光源和多个（不同的）第三发光材料。
在再另外的实施例中，照明单元还包括控制单元，控制单元配置成独立地控制第一光源、第二光源和可选的第三光源。以此方式，不仅可以提供红色光，而且还可以提供其它颜色，诸如例如还有白色光，假定照明单元配置成提供白色光的话。短语“配置成提供白色光”可以指示照明单元能够提供白色光，但是还可以包括其中照明单元是可控的并且能够提供其它颜色的光的实施例。因而，在实施例中，照明单元配置成提供白色照明单元光。
在再另外的方面中，本发明还提供了一种转换体元件，包括（i）第一红色发光材料，其能够吸收第一光源光的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长（λm1）的第一红色发光材料光，（ii）第二红色发光材料，其同样能够吸收所述第一光源光的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长（λm2）的第二红色发光材料光，其中第一发光材料和第二发光材料是基于Eu2+的，并且其中λm1 < λm2。特别地，如以上所指示，第一红色发光材料具有激发最大值（λx1），并且第二红色发光材料具有第二激发最大值（λx2），其中特别地，λx1 < λx2。另外，特别地，第一红色发光材料包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且第二红色发光材料包括MLiAl3N4:Eu类的发光材料。甚至更具体地，第一红色发光材料或第二红色发光材料包括陶瓷材料，该陶瓷材料包括M2Si5N8:Eu类或MLiAl3N4:Eu类的发光材料，并且第二红色发光材料包括分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类或MLiAl3N4:Eu类的发光材料。在具体实施例中，同样如以上所指示，第一红色发光材料包括陶瓷材料（即陶瓷主体），该陶瓷材料包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且第二红色发光材料包括分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料。因而，在具体实施例中，光透射基质包括聚合物，甚至更特别地，光透射基质包括硅树脂。取代于或附加于以上指示的MLiAl3N4:Eu材料类和/或M2Si5N8:Eu材料类，可以应用一个或多个其它的红色发光材料，诸如MD:Eu类（同样参见上文）。在又一更具体的实施例中，MLiAl3N4:Eu类的发光材料分散在配置于第一光源下游的光透射基质中，并且包括M2Si5N8:Eu类的发光材料的陶瓷材料配置在所述分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料的下游。这可以提供夹层结构，其中MLiAl3N4:Eu层夹在第一光源和包括M2Si5N8:Eu类的发光材料的陶瓷材料之间，例如，当这样的层对氧气和/或水（气体）将相对脆弱时，这样的结构可以增加中间层的稳定性。
这样的转换体可以例如包括多层或陶瓷主体或陶瓷主体的层压体或聚合物（诸如硅树脂）基质等，其包括第一红色发光材料和第二红色发光材料。在实施例中，这样的转换体可以布置到第一光源（管芯）。然而，转换体还可以布置在距第一光源（管芯）的一定距离处。因而，发光材料（和转换体）在配置于照明设备或照明单元中时辐射耦合。术语“辐射耦合”特别地意指光源和发光材料与彼此相关联，使得由光源发射的辐射的至少部分由发光材料接收（并且至少部分地转换成发光）。
术语“上游”和“下游”涉及项目或特征相对于来自光生成部件（在此特别地，第一光源）的光的传播的布置，其中相对于来自光生成部件的光束内的第一位置，更靠近光生成部件的光束中的第二位置是“上游”，并且更远离光生成部件的光束内的第三位置是“下游”。
照明设备可以是例如办公室照明系统、家用应用系统、商店照明系统、家用照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、影院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自点亮显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警报标识系统、医学照明应用系统、指示器标记系统、装饰性照明系统、便携式系统、机动车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光照明的部分或者可以应用在其中。
如以上所指示的，照明单元可以用作LCD显示设备中的背光照明单元。因而，本发明还提供了一种LCD显示设备，包括配置为背光照明单元的如本文所限定的照明单元。本发明在另外的方面中还提供了一种液晶显示设备，包括背光照明单元，其中背光照明单元包括如本文所限定的一个或多个照明设备。
优选地，光源是在操作期间至少发射选自200-490nm的范围的波长处的光（光源光）的光源，特别地为在操作期间至少发射选自400-490nm范围，甚至更特别地在440-490nm的范围中的波长处的光的光源。该光可以部分地由波长转换体纳米颗粒（进一步还参见下文）使用。因而，在具体实施例中，光源配置成生成蓝色光。
在具体实施例中，光源包括固态LED光源（诸如LED或激光二极管）。
术语“光源”还可以涉及多个光源，诸如2-20个（固态）LED光源。因而，术语LED还可以是指多个LED。
本文中的术语白光对于本领域中的技术人员是已知的。其特别地涉及具有大约2000和20000K，特别地2700-20000K之间的相关色温（CCT）的光，以用于特别地在大约2700K和6500K的范围中的一般照明，以及用于特别地在大约7000K和20000K的范围中的背光照明目的，并且特别地在距BBL（黑体轨迹）大约15 SDCM（颜色匹配标准偏差）内，特别地在距BBL大约10 SDCM内，甚至更特别地在距BBL大约5 SDCM内。
术语“紫色光”或“紫色发射”特别地涉及具有在大约380-440nm范围中的波长的光。术语“蓝色光”或“蓝色发射”特别地涉及具有在大约440-490nm范围中的波长的光（包括一些紫色和青色色调）。术语“绿色光”或“绿色发射”特别地涉及具有在大约490-560nm范围中的波长的光。术语“黄色光”或“黄色发射”特别地涉及具有在大约540-570nm范围中的波长的光。术语“橙色光”或“橙色发射”特别地涉及具有在大约570-600范围中的波长的光。术语“红色光”或“红色发射”特别地涉及具有在大约600-750nm范围中的波长的光。术语“粉色光”或“粉色发射”是指具有蓝色和红色分量的光。术语“可见”、“可见光”或“可见发射”是指具有在大约380-750nm范围中的波长的光。
本文中诸如在“基本上所有光”中或者在“基本上包括”中的术语“基本上”将由本领域技术人员所理解。术语“基本上”还可以包括具有“完整地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因而，在实施例中，也可以移除修饰性的基本上。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90%或更高，诸如95%或更高，特别地99%或更高，甚至更特别地99.5%或更高，包括100%。术语“包括”还包含其中术语“包括”意指“由……构成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及在“和/或”之前和之后提及的项目中的一个或多个。例如，短语“项目1和/或项目2”以及类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在实施例中可以是指“由……构成”，但是在另一个实施例中也可以是指“至少包含所限定的物种以及可选地一个或多个其它物种”。
另外，在说明书中以及在权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似的元件并且未必用于描述顺序或时间次序。要理解到，如此使用的术语在适当的情境之下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除本文描述或图示的之外的其它顺序进行操作。
本文中的设备尤其在操作期间进行描述。如对于本领域技术人员将是清楚的，本发明不限于操作的方法或者操作中的设备。
应当指出的是，以上提及的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换的实施例而不脱离随附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应当解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除除权利要求中陈述的那些之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括若干分立元件的硬件以及借助于经适当编程的计算机而实现。在枚举若干部件的设备权利要求中，这些部件中的若干个可以通过同一个硬件项目体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
本发明还应用于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个的设备。本发明还关于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个的方法或过程。
在本专利中讨论的各种方面可以组合以便提供附加优点。另外，特征中的一些可以形成用于一个或多个分案申请的基础。
附图说明
现在将仅作为示例参照随附示意图来描述本发明的实施例，其中对应参考符号指示对应部分，并且其中：
图1a-1c示意性地描绘了本发明的一些方面。这些示意图不一定是按比例的。
图2a针对第一红色发光材料（a）、第二发光材料（b）、两种发光材料的组合（a+b）以及用于比较的红色AlInGaP LED（c）尤其示出如本文所定义的磷光体的组合随温度的通量稳定性，其中在x轴上的是以℃计的插座温度，并且在y轴上的是以流明（Lm）计的相对通量（F）；
图2b针对红色LED（c）以及发光材料的相同组合（a+b）示出随温度的中心波长漂移，其中在x轴上的是以℃计的插座温度，并且在y轴上的是中心波长（nm）；
图2c示出在图中指示的不同温度处红色磷光体（a/b）的吸收（事实上在此基本上等同于激发（y轴上的任意单位））和蓝色LED的蓝色发射漂移行为。发射归一化到1（以任意单位的强度）。x轴指示波长（nm）；
图2d在CIE 1976色品图中示出随温度的饱和色点的色点漂移，其中菱形指示第一发光材料（a），三角形指示第二发光材料（b），并且方形指示发光材料的组合（a+b）。
图2e示出其日期同样在图2a-2d中显示的红色发光材料的激发和发射频谱；
图2f示出30、60、85和120℃处发光材料的相同组合的发射频谱。
具体实施方式
图1a示意性地描绘了本发明的照明设备100的非限制性的数个实施例。每一个照明设备100配置成提供红色照明设备光101。照明设备100包括第一光源1，在此作为示例为固态光源（LED），其配置成提供具有峰值波长λls的第一光源光111。另外，每一个照明设备100包括第一红色发光材料21和第二红色发光材料22，第一红色发光材料21配置成吸收第一光源光111的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长λm1的第一红色发光材料光221，第一红色发光材料21具有激发最大值λx1，第二红色发光材料22配置成吸收第一光源光111的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长λm2的第二红色发光材料光221，第二红色发光材料22具有第二激发最大值λx2。从照明设备100逃逸的光（其利用参考标记101指示）因而包括所述第一红色发光材料光221和所述第二红色发光材料光221。可选地，该照明设备光101还可以包括光源光111。参考标记110指示LED管芯（即LED的光发射表面）。
示出了照明设备的六个示例。在示例I中，利用参考标记20指示的转换体包括发光材料21、22二者。转换体可以例如包括包含发光材料21、22二者的光透射基质。在示例II中，第一发光材料21和第二发光材料嵌入在圆顶或透镜状透明基质（例如硅树脂）中。在示例I和II二者中，基本上不存在发光材料与光源1（特别地，其LED管芯110）之间的距离。参考标记30指示支撑物，诸如PCB（印刷电路板）。
在示例III中，提供两个层，诸如涂层或陶瓷主体，或者聚合基质，或涂层和陶瓷主体，或陶瓷主体和聚合基质等。在此，作为示例，第二发光材料22（更）远离光源1，而第一发光材料21可以与第一光源1的光发射表面（在此，LED管芯110）直接接触。在示例IV中，示出了与在示例III中基本上相同的配置。然而，现在第二发光材料22嵌入在聚合基质（诸如硅树脂）中，该聚合基质可以以透镜或圆顶的形状来提供。
在示例V中，示出具有腔28的设备。两个发光材料21和22配置成远离，在此作为示例在单个转换体层中。参考标记12指示窗口。另外，在窗口12的下游，另外的光学元件可以可选地是可用的（未示出）。在此，第二红色发光材料22配置为窗口。然而，要指出的是，窗口（材料）可以例如还用作用于（发光材料21、22中的一个或多个的）涂层的支撑物等。（远离的发光材料到光源1的）距离利用参考标记d指示，该距离可以例如在0.5-100mm的范围中。示例VI示出了示例III和V的混合系统，其中腔28具有远离的发光材料之一（在此为第二发光材料22）以及布置在光源1上的另一发光材料（在此为第一发光材料21）。
然而，要指出的是，多得多的实施例是可能的，包括以上描述的示例中的一些的组合。另外，第一发光材料21和第二发光材料22的布置还可以以相反方式。另外，可选地发光材料21、22二者布置在示例III-VI中描绘的两个选项上。
图1b示意性地描绘了本发明的照明单元10的三个非限制性示例。每一个照明单元10配置成提供照明单元光11。每一个照明单元10包括一个或多个照明设备100（在此作为示例，仅示意性地描绘了一个）。在这些示例I-III中，照明单元10还包括第二光源2并且以及可选地第三光源3（示例I），第二光源2配置成生成第二光源光321（示例I-III），第三光源3配置成生成第三光源光331，其中第二光源2和可选的第三光源3配置成提供蓝色光、绿色光、黄色光、橙色光、深红色光和UV光中的一个或多个。参考标记12指示窗口，其可以例如包括散射材料。然而，这样的窗口还可以包括光引导元件。另外，在窗口12的下游，另外的光学元件可以是可用的（未示出）。在实施例中，窗口可以配置为用于涂层的支撑物。
在示例I中，例如，包括第一光源1的照明设备100提供红色照明设备光101（同样参见以上针对用于该照明设备100的可选实施例）。第二光源2可以例如配置成提供蓝色光作为第二光源光321（并且因而还被指示为光111，因为特别地，第一光源可以提供蓝色光源光111；参见图1a），并且第三光源3可以配置成提供绿色光作为第三光源光331。因而，第一光源1和第二光源2可能可选地是相同的，然而其中前者第一光源光111基本上已经被发光材料（在这些示例中未示出；参见针对例如图1a的细节）转换成红色照明设备光101。
在示例II中，例如，示意性地描绘了照明设备和蓝色LED（第2光源）与黄色转换体的组合。第二光源2提供有第三转换体23，其可以配置成将第二光源2的（蓝色）第二光源光321的部分转换成黄色光。第三转换体321的光发射利用参考标记231指示，并且指示第三发光材料光。蓝色光源光321和黄色第三发光材料光231可以用于提供白色照明单元光11；红色照明设备光101可以用于调谐照明单元光11，例如以提供更暖的白色光。因而，照明单元光11可以（例如假定白色光）包括蓝色第二光源光321和黄色第三发光材料光231，可选地还有（一些）蓝色第一光源光，并且可选地，例如取决于期望的色温，还有红色照明设备光101。
在示例III中，例如，描绘了与在示例II中基本上相同的实施例。然而，现在第三转换体23布置成远离。
图1c更加详细地示意性地描绘了如本文所限定的照明设备100的实施例。参考标记40指示透镜（例如硅树脂、玻璃、塑料材料等）。参考标记21和22指示红色磷光体，其可以提供为硅树脂/玻璃/塑料材料中的粉末、陶瓷、具有多层干涉滤波器的陶瓷或玻璃等。在此，作为示例，提供作为转换体20的两个发光材料层，例如陶瓷主体。参考标记110指示蓝色管芯。另外，参考标记30指示机械支撑物/插座。另外，参考标记50指示侧涂层或边缘元件，诸如包括硅树脂、玻璃、塑料材料或环氧树脂等，其具有例如以下中的一个或多个：反射体材料（氧化钛、氧化铝等）、热传导支撑物，比如白硅石和/或氧化铝，可选地还有红色磷光体、抵挡湿气的保护层等中的一个或多个。然而，这样的侧涂层或边缘元件不必是可用的。要指出的是，透镜或圆顶40围封转换体（在此，陶瓷材料）的大部分。图1c特别地示出其中本发明提供夹层结构的实施例，夹层结构具有夹住包括发光材料的基质层的第一光源1和陶瓷主体，第一光源1特别地为固态光源（管芯110），（该基质层因而直接提供在光源（管芯110）上），特别地为其中边缘处的基质层还可以利用边缘元件50（诸如反射轮缘）围封的夹层结构。因而，基质层可以被光源（管芯）、陶瓷主体和边缘元件基本上完全围封。甚至更特别地，陶瓷主体包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且基质层包括MLiAl3N4:Eu类的发光材料，其中基质材料为例如硅树脂（胶合剂）。另外，特别地，第一光源包括固态光源，特别地为高功率固态光源（配置成提供蓝色光）。因而，在实施例中，MLiAl3N4:Eu类的发光材料分散在配置于第一光源1的下游的光透射基质中，并且包括M2Si5N8:Eu类的发光材料的陶瓷材料配置在所述分散于光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料的下游。
在图2a中，示出作为插座温度的函数的归一化到30℃插座温度处的通量的发射通量。经归一化的通量（F）在y轴（流明）上指示。对于直接发射AlInGaP LED（线c），随温度的通量损失是明显的。在120℃处，其 > 40%，而对于两个专用红色转换磷光体（a，b）的混合物（虚线：a+b），所发射的通量作为温度的函数而几乎恒定。在这些示例中，第一磷光体材料包括以致密烧结陶瓷形式的(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxOxN8-x:Eu（在本文中还指示为发光材料a或磷光体a），并且第二磷光体材料包括以悬浮在硅树脂基质中的粉末形式的(Sr,Ba)LiAl3N4:Eu（在本文中还指示为发光材料b或磷光体b）。
图2b示出针对直接红色发射LED（AlInGaP）和根据本发明的红色发射磷光体的混合物的中心波长（CW）如何随温度变化。典型地对于627nm直接红色发射AlInGaP LED，CW以0.05 nm/°C的温度系数而变化。发光材料混合物（a+b）的CW典型地在630nm至640nm的范围中具有-0.02 nm/°C的温度系数，这变换成更稳定的色点和温度无关的通量。在图2b中，针对图2F的发射频谱做出中心波长计算，并且其还包括频谱中的其余蓝色光。这是例外；当要确定两个红色发射的中心波长时，这仅仅涉及红色发射。然而在图2b中，在红色LED与根据本发明的设备之间比较中心波长。为了比较起见，小蓝色贡献不成问题。显然，与红色LED相比，本发明的设备与温度不相关得多。
Eu2+激活的磷光体的发射频谱随增加的温度而漂移到较短的波长。为了补偿该效应，在蓝色LED上施加两个红色磷光体的混合物，两个红色磷光体包括第一磷光体和第二磷光体，第一磷光体例如在第一峰值波长λ1（例如在600-630nm范围中）处发射，其中例如吸收最大值 < 440 nm，第二磷光体在第二波长（例如λ2 > 630 nm）处发射并且例如吸收最大值> 440nm。对于在430至460 nm的范围中发射的蓝色LED，发射频谱随增加的插座温度（在本文中还称为基座温度）而漂移到较长的波长（图2c，表1）。
表1：针对不同温度的蓝色LED的峰值和中心波长（CW）
基底温度[°C] 峰值波长[nm] 中心波长[nm]
30 452.3 454.5
60 453.5 455.4
85 454.7 456.3
120 456.5 457.9
表1中的蓝色LED的峰值波长因而与图2c中的最大值对应。
因此随着增加的温度，针对第一红色磷光体的转换降低并且关于第二红色磷光体（具有较长波长）的转换增加（图2c），并且磷光体转换的LED的红色通量和色点中的改变降低，如图2d中所示。图2c示出两个红色发光材料（(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxOxN8-x:Eu（a）和(Sr,Ba)LiAl3N4:Eu（b）的组合，一个具有比另一个更短的波长最大值，并且二者具有接近于光源发射的激发最大值，但是第一发光材料具有短于激发最大值的波长处的激发最大值，并且第二发光材料具有长于激发最大值的波长处的激发最大值。在此描述的最大值涉及峰值波长。饱和色点的漂移同样受到混合两个红色磷光体的积极影响。参照图2c，看起来，红色发光材料激发与第一光源的发射波长分布基本上重叠。
在图2d中，显而易见的是，相比于单个磷光体，混合物随温度漂移较少。在表2中，将从30℃到120℃的最大值色点漂移列在表格中。
表2：色点漂移
Δu' Δu'v'
红色磷光体1 0.014 0.014
红色磷光体2 0.029 0.030
混合物 0.012 0.012
图2e在单个图表中示出两个红色发光材料的激发频谱和发射频谱。相应的激发峰值波长分别在435和480nm处发现并且具有发光材料a和b（同样参见图2c）；相应的发射峰值（中心）波长分别在616（632）nm和650（662）nm处发现并且同样具有发光材料a和b。作为温度的函数的蓝色LED上的发射的组合在图2f中指示，其中在y轴上的是以任意单位的强度。这些红色发光材料的组合的中心波长分别在640.9 nm、640.6 nm、640.2 nm和639.6 nm（以增加的温度次序）处发现。从该图表2f指示的是，中心波长仅基于红色发射，并且不在图表中的其余蓝色发射上。因而，在大约510-800nm的范围中评估中心波长。

Claims (15)

1.一种照明设备（100），配置成提供红色照明设备光（101），所述照明设备（100）包括：
- 第一光源（1），配置成提供具有峰值波长（λls）的第一光源光（111）；
- 第一红色发光材料（21），配置成吸收第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长（λm1）的第一红色发光材料光（221），第一红色发光材料（21）具有激发最大值（λx1）；
- 第二红色发光材料（22），配置成吸收第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长（λm2）的第二红色发光材料光（221），第二红色发光材料（22）具有第二激发最大值（λx2）；并且
其中第一发光材料（21）和第二发光材料（22）是基于Eu2+的，并且其中λm1 < λm2，λx1 <λls并且λx2 > λls。
2.根据权利要求1的照明设备（100），其中λls从430-470 nm的范围选择，其中λm1从590-630 nm的范围选择，并且其中λm2从615-660 nm的范围选择。
3.根据前述权利要求中任何一项的照明设备（100），其中λls从435-465 nm的范围选择，其中λm1从600-630 nm的范围选择，并且其中λm2从625-660 nm的范围选择。
4.根据前述权利要求中任何一项的照明设备（100），其中第一红色发光材料和第二发光材料选自包括M2Si5N8:Eu类和MLiAl3N4:Eu类的组，其中M独立地选自包括Ca, Mg, Sr和Ba的组。
5.根据权利要求4的照明设备（100），第一红色发光材料和第二红色发光材料选自包括(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu和(Ba,Sr)LiAl3N4:Eu的组，其中x在0-4的范围中。
6.根据权利要求5的照明设备（100），第一红色发光材料包括(Sr,Ca)2Si5N8:Eu，并且其中第二红色发光材料包括SrLiAl3N4:Eu。
7.根据前述权利要求中任何一项的照明设备（100），其中第一红色发光材料包括陶瓷材料，所述陶瓷材料包括M2Si5N8:Eu类的发光材料，并且其中第二红色发光材料包括分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料，并且其中分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料配置在第一光源（1）的下游，并且其中包括M2Si5N8:Eu类的发光材料的陶瓷材料配置在所述分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类的发光材料的下游。
8.一种照明单元（10），配置成提供照明单元光（11），所述照明单元（10）包括根据前述权利要求中任何一项的一个或多个照明设备（100）。
9.根据权利要求8的照明单元（10），还包括配置成生成第二光源光（321）的第二光源（2）以及可选地配置成生成第三光源光（331）的第三光源（3），其中第二光源（2）和可选的第三光源（3）配置成提供蓝色光、绿色光、黄色光和UV光中的一个或多个。
10.根据权利要求9的照明单元（10），还包括第三发光材料（23），所述第三发光材料（23）配置成将第一光源光（111）、第二光源光（321）和可选的第三光源光（331）中的一个或多个的至少部分转换成第三发光材料光（231）。
11.根据权利要求9-10中任何一项的照明单元（10），还包括控制单元（60），所述控制单元（60）配置成独立地控制第一光源（1）、第二光源（2）和可选的第三光源（3）。
12.根据权利要求9-11中任何一项的照明单元（10），配置成提供白色照明单元光（11）。
13.一种转换体元件（20），包括：第一红色发光材料（21），所述第一红色发光材料（21）能够吸收第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第一红色发射峰值波长（λm1）的第一红色发光材料光（221）；第二红色发光材料（22），所述第二红色发光材料（22）同样能够吸收所述第一光源光（111）的至少部分并且转换成具有第二红色发射峰值波长（λm2）的第二红色发光材料光（221）；其中第一发光材料（21）和第二发光材料（22）是基于Eu2+的，并且其中λm1 < λm2，并且其中第一红色发光材料或第二发光材料包括陶瓷材料，所述陶瓷材料包括M2Si5N8:Eu类或MLiAl3N4:Eu类的发光材料，并且其中第二红色发光材料包括分散在光透射基质中的MLiAl3N4:Eu类或M2Si5N8:Eu类的发光材料。
14.根据权利要求13的转换体元件（20），其中光透射基质包括聚合物。
15.根据权利要求14的转换体元件（20），其中光透射基质包括硅树脂。
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