CN112534178B - 用于具有优异颜色控制的高光效照明的led和磷光体组合 - Google Patents
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Abstract
一种发光设备，包括：第一组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中蓝色色点的光；第二组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中青色或黄色色点的光；以及第三组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中红色色点的光。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求题为“用于具有优异颜色控制的高光效照明的LED和磷光体组合”、且于2018年6月5日提交的、号码为62/680,918的美国临时专利申请的优先权利益，以及题为“用于具有优异颜色控制的高光效照明的LED和磷光体组合”、且于2019年6月4日提交的、号码为16/431,094的美国专利申请的优先权利益，以上每个美国专利申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开一般地涉及具有高的发光效率和改进的颜色控制的磷光体和发光二极管的组合。
背景技术
用于半导体发光二极管和半导体激光二极管（在本文中两者都称为LED）的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。LED通常与诸如磷光体的波长转换材料组合。与一种或多种波长转换材料组合的LED可以用来产生白光或其他颜色的单色光。由LED发射的光的全部或仅一部分可以被波长转换材料转换。未转换的光可能是最终光谱的一部分，尽管它不需要如此。常见设备的示例包括与黄色发射磷光体组合的发射蓝色的LED、与青色和红色发射磷光体组合的发射蓝色的LED、与蓝色和黄色发射磷光体组合的紫外发射LED，以及与蓝色、青色和红色发射磷光体组合的紫外发射LED。术语“磷光体”在本文中用来指代任何波长转换材料，包括但不限于无机磷光体化合物。
在商业应用中，所制造的LED管芯（L0）被封装（L1），组合在载体（L2）上，并装配到模块（L3）中，该模块可以包括驱动器、控制器和传感器。多个L3模块可以用于灯或灯具（L4），luminaire而该灯或灯具又可以是完整的家庭或商业照明系统（L5）的一部分。
色点是色度图中的点，其将特定的光谱表征为具有正常色觉的人所感知的颜色。相关色温是色度图中黑体曲线上的与色点最密切相关的点对应的温度。
由若干不同颜色的直接发射LED（例如，直接发射蓝色、青色和红色光的半导体二极管结构）发射的光可以被组合，以提供具有期望的色点和相关色温的白色光。替代地，由一个或多个磷光体转换LED（例如，激发一种或多种磷光体的发射蓝色的LED）发射的光可以单独地或组合地提供具有期望的色点和相关色温的白色光。一个或多个直接发射LED可以与由一个或多个磷光体转换LED发射的光组合，以提供具有期望的色点或相关色温的白色光。
将多种磷光体与单个发射蓝色的LED组合可以导致磷光体之间的相互作用，例如由一种磷光体吸收另一种磷光体发射的光，这降低了设备的效率。如果期望的白色光色点远离来自各个LED的光发射的色点，则组合由直接发射LED或由磷光体转换LED发射的光以实现期望的色点的白色光也可能是低效的。进一步，由于不同LED的取决于不同驱动电流和温度的性能，在实践中，将由（例如，红色）直接发射LED发射的光与由磷光体转换LED发射的光组合可能是困难的。
发明内容
在本发明的一个方面中，发光设备包括：第一组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中蓝色色点的光；第二组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中青色或黄色色点的光；以及第三组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中红色色点的光。
第一组LED、第二组LED和第三组LED被布置成组合由LED发射的光，以形成来自发光设备的白色光输出。一种或多种原色（蓝色色点、青色或黄色色点以及红色色点）可以被去饱和，即，远离色度图中标识单色光的单色轨迹。去饱和将原色色点移动而更接近白色光输出的期望色点，从而提高了发光设备的效率，但是作为折衷，减少了由原色所跨越的色度图的色域面积，并且由此减少了发光设备的输出的颜色可调性。
一些或所有的LED可以是其中波长转换材料部分地或完全地将由半导体二极管结构发射的蓝色光转换成更长的波长的光的磷光体转换LED。例如，由半导体二极管结构发射的蓝色光可以具有在430 nm至475 nm范围内的峰值波长。替代地，一些LED可以是直接发射LED并且其他LED可以是磷光体转换LED。
可选地，可以通过改变至一个或多个LED（例如，至一个或多个LED组）的驱动电流来调节发光设备的输出。
在一些实施例中，第一组具有平均为xblue，yblue的1931 CIE x，y色点，第二组具有平均为xyellow-cyan，yyellow-cyan的1931 CIE x，y色点，并且第三组具有平均为xred，yred的1931CIE x，y色点，1.10 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40，1.05 ≦ （yblue + yyellow-cyan +yred）≦1.25，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.15的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.15的色点。
在一些实施例中，1.15 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40，1.10 ≦（yblue +yyellow-cyan + yred）≦1.25，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
在一些实施例中，1.20 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.32，1.10 ≦（yblue +yyellow-cyan + yred）≦1.20，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
原色的色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）可以跨越CIE 1931x，y色度图中的绝对色域，例如，0.01 <色域面积< 0.07，优选地0.015 <色域面积< 0.055，并且最优选地0.02 <色域面积< 0.045。
在一些实施例中，第一组中的每个LED包括半导体二极管结构和第一磷光体，半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，第一磷光体被布置成吸收由该半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，所述更长的波长的光与未被吸收的蓝色光混合；并且第二组中的每个LED包括半导体二极管结构和第二磷光体，半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，第二磷光体被布置成吸收由该半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光。第三组中的每个LED包括：半导体二极管结构、所述第一磷光体和所述第二磷光体，半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，第一磷光体被布置成吸收由半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，第二磷光体被布置成吸收由半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光。例如，第一磷光体可以吸收蓝色光并且发射红色光，并且第二磷光体吸收蓝色光并且发射青色光。
当结合首先要简要描述的附图而参考本发明的以下更详细的描述时，本发明的这些和其他实施例、特征和优点对于本领域技术人员将变得更加显然。
附图说明
图1A是概述下面讨论的4个示例发光设备（示例1-4）的颜色特性的表格，图1B是概述下面讨论的另外5个示例发光设备（示例5-9）的颜色特性的表格，并且图1C是概述示例1-9的附加颜色特性的表格。
图2A、图2B、图2C、图2D和图2E针对示例1的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图2F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图3A、图3B、图3C、图3D和图3E针对示例2的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图3F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图4A、图4B、图4C、图4D和图4E针对示例3的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图4F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E针对示例4的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图5F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E针对示例5的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图6F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图7A、图7B、图7C、图7D和图7E针对下面所描述的示例6的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图7F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
图8A、图8B、图8C、图8D和图8E针对下面所描述的示例7的发光设备，分别图示了显示蓝色、青色-黄色和红色色点以及普朗克轨迹的曲线图、谱功率相对于波长的曲线图、电流相对于相关色温（CCT）的曲线图、通量相对于相关色温的曲线图、以及显色指数（CRI_Ra/R9）相对于相关色温的曲线图。图8F示出了呈现示例发光设备的附加特性的表格。
具体实施方式
详细的描述通过示例而非限制的方式阐述了本发明的原理。本说明书描述了本发明的若干实施例、适配、变化、替代和用途，包括目前被认为是实施本发明的最佳模式的内容。
如上文所概述的，本文所公开的发光设备包括：第一组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中蓝色色点的光；第二组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中青色或黄色色点的光；以及第三组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中红色色点的光。
图1A-1B中的表格显示了这些设备的三种色点的组合的9种示例，这些设备满足上面所概述的要求：第一组具有平均值为xblue，yblue的1931 CIE x，y色点，第二组具有平均值为xyellow-cyan，yyellow-cyan的1931 CIE x，y色点，并且第三组具有平均值为xred，yred的1931CIE x，y色点，1.10 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40，1.05 ≦ （yblue + yyellow-cyan +yred）≦1.25，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.15的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.15的色点。
示例1-9的子集满足上面所概述的要求：1.15 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40，1.10 ≦ （yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.25，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
示例1-9的子集满足上面所概述的要求：1.20 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.32，1.10 ≦ （yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.20，第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点，并且第一组、第二组和第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
如在图1A-1C的表格中所显示的，原色的色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）可以跨越CIE 1931 x，y色度图中的绝对色域，例如，0.01 <色域面积< 0.07，优选地0.015 <色域面积< 0.055，并且最优选地0.02 <色域面积< 0.045。
在图1A-1B的表格中，R CP、Y CP和B CP分别指代红色色点、青色或黄色色点、以及蓝色色点。这些色点中的任何一个都可以使用一个或多个LED（例如一个或多个磷光体转换LED）来生成。图1A-1B的表格中所示出的色点是LED组内（即，上面所指代的第一组、第二组或第三组LED内）的色点的平均值。特定的组的LED在色度图中形成颜色框，其中该组的平均色点落入该颜色框内。针对示例1-9中的每一个示例，图1C中的表格显示了：xblue +xyellow-cyan + xred的最小值和最大值、yblue + yyellow-cyan + yred的最小值和最大值、色域面积的最小值和最大值、以及色域面积的平均值（中心值）。
典型地，第一组LED中的所有LED都是具有相同配置的磷光体转换LED；第二组LED中的所有LED都是具有相同配置的磷光体转换LED，但该配置与第一组的配置不同；并且第三组中的所有磷光体转换LED都是具有相同配置的磷光体转换LED，但该配置与第一组和第二组的配置不同。典型地，所有这些磷光体转换LED配置包括半导体二极管结构和一种或多种磷光体，该半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，该一种或多种磷光体吸收该蓝色光并且作为响应发射具有更长的波长的光。
由于磷光体发射与来自半导体二极管结构的未被吸收的蓝色光组合，或者由于来自磷光体的发射的谱宽度，或者由于此二者的原因，第一组、第二组和第三组的LED可以产生去饱和的输出光。典型地，来自第一组中的LED的输出是去饱和的蓝白色（bluishwhite），其中从半导体二极管结构发射的大约50%的蓝色光被磷光体转换成更长的波长（例如，转换成红色波长）。
如上文背景部分所述，常规设备可以将多种磷光体与单个发射蓝色的二极管组合，以直接生成期望的白色光输出，其中每个磷光体转换LED产生基本相同的输出。相反，在本文所公开的发光设备中，用于生成期望的（例如，白色的）光输出的磷光体被分布在三组或更多组LED中，其中不同组在不同的色点处发射光，使得来自三个不同组的组合的发射提供期望的（例如，白色的）光输出。
在其中两种不同的磷光体分布在三组LED中的一些实施例中，可以将磷光体的分布描述为:
LED组1 =蓝色管芯+ a *磷光体1；
LED组2 =蓝色管芯+ b *磷光体2；以及
LED组3 =蓝色管芯+ c *磷光体1 + d *磷光体2；
其中系数a、b、c和d抽象地指示所使用的指示磷光体的量。可以选择这些系数，使得磷光体吸收蓝色半导体二极管发射的期望部分（高至100%）并将其转换成磷光体发射。
LED将一起给出色点和通量，其可以用坐标（X，Y，Z）在CIE 1931颜色空间中描述，其中Y等于光通量，并且然后将色点（x，y）导出为x= X/（X+Y+Z）和y= Y/（X+Y+Z）。X、Y、Z坐标将是蓝色管芯波长λ和磷光体载荷（a，b，c，d）的函数。
由于通过（λ，a，b，c，d）来定义系统，因而存在三个自由度，该三个自由度可以用来调整通量Y、显色，并且例如（用不同的驱动比例）还调整另一个色点处的通量值。实际上，在这样的实施例中，发光设备包括针对每个期望的磷光体的一个LED，加上一个“剩余（remainder）”LED。可以选择LED的色点，使得在期望的色点和显色要求处的光通量之和最大化。发光效率将主要是磷光体的量（载荷比例）的函数。
在一个实施例中，磷光体1吸收蓝色光并发射红色光，并且磷光体2吸收蓝色光并发射青色光。
鉴于本说明书中提供的关于所公开的发光设备的期望色点的指导，本领域技术人员可以选择合适的磷光体材料来与发射蓝色的LED组合以构建所公开的设备。一般地，可以使用任何合适的磷光体或波长转换材料。例如，主要发射白色的LED可以通过将发射蓝色的LED与波长转换材料配对而获得，该波长转换材料诸如为吸收一些蓝色光并且发射黄色光的Y3Al5O12:Ce3+。可以使用的磷光体的其他示例包括具有通式(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:CeaPrb的铝石榴石磷光体，其中0<x<1，0<y<1，0<z≦0.1，0<a≦0.2并且0<b≦0.1，诸如发射黄色-青色范围中的光的Lu3Al5O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+；和 (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5- aAlaN8-aOa:Euz 2+，其中0≦a<5，0<x≦1，0≦y≦1，并且0<z≦1，诸如发射红色范围中的光的Sr2Si5N8:Eu2+。其他发射青色、黄色和红色的磷光体也可能是合适的，包括 (Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua 2+ （a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25, x=1.5-2.5，y=1.5-2.5，z=1.5-2.5），其包括例如SrSi2N2O2:Eu2+； (Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+，其包括例如SrGa2S4:Eu2+；Sr1-xBaxSiO4:Eu2+；以及(Ca1-xSrx)S:Eu2+，其中0<x<1，其包括例如CaS:Eu2+ 和SrS:Eu2+。合适的发射黄色/青色的磷光体的示例包括但不限于Lu3-x-yMyAl5-zAzO12:Cex，其中M=Y、Gd、Tb、Pr、Sm、Dy，A=Ga、Sc，并且（0<x≦0.2）；Ca3-x-yMySc2-zAzSi3O12:Cex其中M=Y、Lu，A=Mg、Ga，并且（0<x≦0.2）；Ba2-x-yMySiO4:Eux，其中M=Sr、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；Ba2-x-y- zMyKzSi1−zPzO4Eux，其中M=Sr、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；Sr1-x-yMyAl2-zSizO4-zNz:Eux，其中M=Ba、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；M1-xSi2O2N2:Eux，其中M=Sr、Ba、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；M3-xSi6O9N4:Eux，其中M=Sr、Ba、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；M3-xSi6O12N2:Eux，其中M =Sr, Ba, Ca, Mg并且（0<x≦0.2）； Sr1-x-yMyGa2-zAlzS4:Eux，其中M=Ba、Ca、Mg并且（0<x≦0.2）；Ca1-x-y-zMzS:CexAy，其中M=Ba、Sr、Mg，A=K、Na、Li，并且（0<x≦0.2）； Sr1-x-zMzAl1+ySi4.2-yN7-yO0.4+y:Eux，其中M=Ba、Ca、Mg 并且（0<x≦0.2）； Ca1-x-y-zMySc2O4:CexAz，其中M=Ba、Sr、Mg，A=K、Na、Li，并且（0<x≦0.2）；Mx-zSi6-y-2xAly+2xOyN8-y:Euz ，其中M=Ca、Sr、Mg并且（0<x≦0.2）；以及Ca8-x- yMyMgSiO4Cl2:Eux，其中M=Sr、Ba并且（0<x≦0.2）。合适的发射红色的磷光体的示例包括Ca1-x-zMzS:Eux，其中M=Ba、Sr、Mg、Mn并且（0<x≦0.2）；Ca1-x-yMySi1−zAl1+zN3-zOz:Eux，其中M=Sr、Mg、Ce、Mn并且（0<x≦0.2）；Mg4Ge1-xO5F:Mnx，其中（0<x≦0.2）；M2-xSi5-yAlyN8-yOy:Eux，其中M=Ba、Sr,、Ca、Mg、Mn并且（0<x≦0.2）；Sr1-x-yMySi4-zAl1+zN7-zOz:Eux，其中M=Ba、Ca、Mg、Mn并且（0<x≦0.2）；以及Ca1-x-yMySiN2:Eux，其中M=Ba、Sr、Mg、Mn并且（0<x≦0.2）。
在一些实施例中，磷光体包括具有惰性颗粒而不是磷光体的部分，或者包括具有磷光体晶体而没有活化掺杂剂的部分，使得这些部分不吸收和发射光。例如，可以包括SiNx作为惰性颗粒。陶瓷磷光体中的活化掺杂剂也可以分级，例如使得最靠近表面的磷光体具有最高的掺杂剂浓度。随着到表面的距离的增加，磷光体中的掺杂剂浓度降低。掺杂剂分布(profile)可以呈现任何形状，包括例如线性、阶梯形或幂律分布，并且可以包括多个或不包括具有恒定的掺杂剂浓度的区域。
波长转换器磷光体可以与各种类型的LED结合使用。由LED发射的未转换的光可以是从结构中提取的最终光谱的一部分，尽管不需要如此。常见组合的示例包括与黄色发射波长转换磷光体组合的发射蓝色的LED、与青色和红色发射波长转换磷光体组合的发射蓝色的LED、与蓝色和黄色发射波长转换磷光体组合的紫外发射LED以及与蓝色、青色和红色发射波长转换磷光体组合的紫外发射LED。可以添加发射其他颜色的光的波长转换磷光体，以迎合从结构中提取的光谱。
粘合剂可以用于将波长转换材料保持在一起和/或将波长转换材料附接至基底。粘合剂可以是有机的、无机的或有机/无机的。有机粘合剂可以是例如丙烯酸酯或硝化纤维素。有机/无机粘合剂可以是例如硅酮。硅酮可以是甲基或苯基硅酮、氟硅酮或其他合适的高折射率硅酮。无机粘合剂可以包括溶胶-凝胶（例如TEOS或MTMS溶胶-凝胶）或液体玻璃（例如硅酸钠或硅酸钾），该液体玻璃也被称为水玻璃，其具有低粘度并且能够浸透多孔基底。
在一些实施例中，粘合剂可以包括填料以调节物理或光学性质。填料可以包括无机纳米颗粒、二氧化硅、玻璃颗粒或纤维，或其他能够增加折射率的材料。在一些实施例中，填料可以包括改善光学性能的材料、促进散射的材料和/或改善热性能的材料。
LED管芯和波长转换器可以形成为正方形、矩形、多边形、六边形、圆形、椭圆形或任何其他合适的形状。在某些实施例中，波长转换器磷光体可以是陶瓷，其可以在LED管芯附近定位之前被单一化（singulated），而在其他实施例中，其可以在附接至LED之后被单一化（singulated）。波长转换器磷光体可以通过涂敷而直接附接至LED，或者替代地紧邻LED而安置。例如，它可以通过无机层、聚合物片、厚粘合层、小气隙或任何其他合适的结构而与LED分离。例如，在一些实施例中，LED和波长转换器磷光体之间的间距可以小于500微米，或者在其他实施例中为毫米数量级。
在下面描述的示例1-5中，LED可以包括发射蓝色的半导体二极管结构，该半导体二极管结构与一种、两种或更多种石榴石磷光体材料、第一红色磷光体材料（氮化物A）和/或第二红色磷光体材料（“氮化物B”）组合，石榴石磷光体材料具有通式 [CexLuaY(1-a-x)]3[GabAl(1-b)]5O12，其中0.01<x<0.06，0<a<1-x，0<b<0.6，第一红色磷光体材料（氮化物A）具有通式(Src,Euy,Ca(1−c-y))AlSiN3，其中0.001<y<0.02, 0.5<c<0.95，第二红色磷光体材料（“氮化物B”）具有通式EuzSr(1-z)LiAl3N4，其中0.003<z<0.015。也可以用2-5-8磷光体材料来代替（或组合）氮化物A磷光体材料，该2-5-8磷光体材料具有通式[Euy,Bad,Sr(1-y-d)]2 Si5N8，其中0.003<y<0.03，0.2<d<0.6。
示例1
图2A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图2B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。在该示例中，第一组（蓝色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，使用硅酮质量的10%磷光体的磷光体质量，该半导体二极管与硅酮中的石榴石磷光体组合（其中x=0.02，a=0，b=0.42）。第二组（黄色-青色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与87%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.025，a=1-0.025，b=0）、13%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A （99%）（其中y= 0.005，c = 0.88）以及氮化物B （1%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比=121，其中磷光体质量为硅酮质量的190%。第三组（红色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A（83%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B（17%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比= 0.52，其中磷光体质量为硅酮质量的132%。图2C显示了通量和LE随CCT的变化，图2D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图2E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图2F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
示例2
图3A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图3B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。在该示例中，第一组（蓝色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，使用硅酮质量的8.5%磷光体的磷光体质量，该半导体二极管与硅酮中的石榴石磷光体组合（其中x=0.02，a=0，b=0.42）。第二组（黄色-青色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与87%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.025，a=1-0.025，b=0）、13%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A （99%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B （1%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比=121，其中磷光体质量为硅酮质量的190%。第三组（红色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A（83%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B（17%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比= 0.07，其中磷光体质量为硅酮质量的112%。图3C显示了通量和LE随CCT的变化，图3D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图3E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图3F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
示例3
图4A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图4B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。在该示例中，第一组（蓝色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，使用硅酮质量的7.4%磷光体的磷光体质量，该半导体二极管与硅酮中的石榴石磷光体组合（其中x=0.02，a=0，b=0.42）。第二组（黄色-青色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与87%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.025，a=1-0.025，b=0）、13%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A （99%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B （1%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比=121，其中磷光体质量为硅酮质量的190%。第三组（红色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A（83%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B（17%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比= 0.07，其中磷光体质量为硅酮质量的132%。图4C显示了通量和LE随CCT的变化，图4D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图4E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图4F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
示例4
图5A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图5B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。在该示例中，第一组（蓝色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，使用硅酮质量的8%磷光体的磷光体质量，该半导体二极管与硅酮中的石榴石磷光体组合（其中x=0.02，a=0，b=0.36）。第二组（黄色-青色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与87%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.025，a=1-0.025，b=0）、13%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A （99%）（其中y= 0.005，c = 0.88）组合。石榴石对氮化物的重量比= 82.7，其中磷光体质量为硅酮质量的189%。第三组（红色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A（89%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B（11%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比= 0.3，其中磷光体质量为硅酮质量的131%。图5C显示了通量和LE随CCT的变化，图5D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图5E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图5F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
示例5
图6A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图6B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。在该示例中，第一组（蓝色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，使用硅酮质量的7.4%磷光体的磷光体质量, 该半导体二极管与硅酮中的石榴石磷光体组合（其中x=0.02，a=0，b=0.36）。第二组（黄色-青色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与87%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.025，a=1-0.025，b=0）、13%（质量）的石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A （99%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B （1%）（其中z= 0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比=132，其中磷光体质量为硅酮质量的150%。第三组（红色色点）中的每个LED包括发射蓝色的半导体二极管，该半导体二极管与石榴石磷光体（其中x=0.02，a=0，b=0）、氮化物A（83%）（其中y = 0.005，c = 0.88）以及氮化物B（17%）（其中z=0.007）组合。石榴石对氮化物的重量比= 0.58，其中磷光体质量为硅酮质量的82%。图6C示出了通量和LE随CCT的变化，图6D示出了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图6E示出了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图6F的表格中示出了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
示例6和示例7
在这些示例中，每个蓝色色点LED包括发射蓝色的半导体二极管结构，该半导体二极管结构与单个第一磷光体组合，该单个第一磷光体吸收蓝色光并且发射红色光，每个青色-黄色色点LED包括发射蓝色的半导体二极管结构，该半导体二极管结构与单个第二磷光体组合，该单个第二磷光体吸收蓝色光并且发射青色光，并且每个红色色点LED包括发射蓝色的半导体二极管结构，该半导体二极管结构与第一磷光体和第二磷光体组合，并且没有其他磷光体。
在示例6中，半导体二极管结构发射蓝色光，第一磷光体是Ba0.8Sr1.17Eu0.03Si5N8，并且第二磷光体是Y2.91Ce0.09Al4.8Ga0.2O12。图7A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图7B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。图7C显示了通量和LE随CCT的变化，图7D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图7E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图7F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
在示例7中，半导体二极管结构发射蓝色光，第一磷光体是Ca0.13Sr0.84Eu0.03AlSiN3，并且第二磷光体是Lu2.94Ce0.06Al5O12。图8A在色度图上显示了该示例的蓝色、青色-黄色和红色色点。图8B显示了蓝色、青色-黄色和红色LED组的发射谱。图8C显示了通量和LE随CCT的变化，图8D显示了CCT随蓝色、青色-黄色和红色LED组的驱动电流的变化，并且图8E显示了显色参数Ra和R9随CCT的变化。图8F的表格中显示了特定的LED和磷光体组合的特性以及其他工作特性。
本公开是说明性的而非限制性的。根据本公开，进一步的修改对于本领域技术人员将是显然的，并且旨在落入所附权利要求的范围内。
Claims (19)
1.一种发光设备，包括：
第一组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中蓝色色点的光，所述第一组具有平均为xblue，yblue的1931 CIE x，y色点，其中 xblue＞0.15 且yblue＞0.15；
第二组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中青色或黄色色点的光，所述第二组具有平均为xyellow-cyan，yyellow-cyan的1931 CIE x，y色点，其中xyellow-cyan＞0.15 且yyellow-cyan＞0.15；以及
第三组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中红色色点的光，所述第三组具有平均为xred，yred的1931 CIE x，y色点，其中0.541≤xred≤0.613且yred＞0.15；
所述第一组LED、所述第二组LED和所述第三组LED被布置成组合由LED发射的光，以形成来自所述发光设备的白色光输出，其中
1.10 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40；
1.05 ≦（yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.25。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中：
1.15 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40；
1.10 ≦（yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.25；
所述第一组和所述第二组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点；并且
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
3.根据权利要求1所述的发光设备，其中：
1.20 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.32；
1.10 ≦（yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.20；
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点；并且
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中所述色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）跨越CIE 1931 x，y色度图中的0.01 <色域面积< 0.07的绝对色域。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中所述色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）跨越CIE 1931 x，y色度图中的0.015 <色域面积< 0.055的绝对色域。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中所述色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）跨越CIE 1931 x，y色度图中的0.02 <色域面积< 0.045的绝对色域。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中所述蓝色色点被去饱和。
8.根据权利要求7所述的发光设备，其中所述青色或黄色色点被去饱和。
9.根据权利要求8所述的发光设备，其中所述红色色点被去饱和。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中所述第一组、所述第二组和所述第三组中的所有LED都是磷光体转换LED，所述磷光体转换LED包括半导体二极管结构和一种或多种磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述一种或多种磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长波长的光。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中：
所述第一组中的每个LED包括半导体二极管结构和第一磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述第一磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，所述更长的波长的光与未被吸收的蓝色光混合，并且所述第一组中的每个LED没有其他磷光体；
所述第二组中的每个LED包括半导体二极管结构和第二磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述第二磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，并且所述第二组中的每个LED没有其他磷光体；并且
所述第三组中的每个LED包括半导体二极管结构、所述第一磷光体和所述第二磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述第一磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，所述第二磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，并且所述第三组中的每个LED没有其他磷光体。
12.根据权利要求11所述的发光设备，其中：
所述第一磷光体吸收蓝色光并且发射红色光；并且
所述第二磷光体吸收蓝色光并且发射青色光。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的发光设备，其中：
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的LED是磷光体转换LED，所述磷光体转换LED包括半导体二极管结构和一种或多种磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述一种或多种磷光体被布置成吸收由所述半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光；并且
所述色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）跨越CIE 1931 x, y色度图中的0.01 <色域面积< 0.07的绝对色域。
14.根据权利要求13所述的发光设备，其中：
所述第一组中的每个LED包括第一磷光体，所述第一磷光体被布置成吸收蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，所述更长的波长的光与未被吸收的蓝色光混合，并且所述第一组中的每个LED没有其他磷光体；
所述第二组中的每个LED包括第二磷光体，所述第二磷光体被布置成吸收蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，并且所述第二组中的每个LED没有其他磷光体；并且
所述第三组中的每个LED包括所述第一磷光体和所述第二磷光体，所述第一磷光体被布置成吸收发射的蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，所述第二磷光体被布置成吸收蓝色光并且作为响应而发射更长的波长的光，并且所述第三组中的每个LED没有其他磷光体。
15.根据权利要求14所述的发光设备，其中：
所述第一磷光体吸收蓝色光并且发射红色光；并且
所述第二磷光体吸收蓝色光并且发射青色光。
16.一种发光设备，包括：
第一组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中蓝色色点的光，所述第一组具有平均为xblue，yblue的1931 CIE x，y色点，其中0.194≦xblue≦0.262并且0.170≦yblue≦0.344；
第二组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中青色或黄色色点的光，所述第二组具有平均为xyellow-cyan，yyellow-cyan的1931 CIE x，y色点，其中xyellow-cyan>0.15并且yyellow-cyan>0.15；以及
第三组一个或多个LED，每个LED被配置成发射具有1931 CIE x，y色度图中红色色点的光，所述第三组具有平均为xred，yred的1931 CIE x，y色点，其中xred>0.15并且yred>0.15，
所述第一组LED、所述第二组LED和所述第三组LED被布置成组合由LED发射的光，以形成来自所述发光设备的白色光输出，其中
1.10 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40；
1.05 ≦（yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.25。
17.根据权利要求16所述的发光设备，其中：
1.15 ≦（xblue + xyellow-cyan + xred）≦1.40；
1.10 ≦（yblue + yyellow-cyan + yred）≦1.25；
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的x值大于0.2的色点；并且
所述第一组、所述第二组和所述第三组中的每个LED具有1931 CIE x，y色度图中的y值大于0.2的色点。
18.根据权利要求16所述的发光设备，其中所述色点（xblue，yblue）、（xyellow-cyan，yyellow-cyan）和（xred，yred）跨越CIE 1931 x，y色度图中的0.02 <色域面积< 0.045的绝对色域。
19.根据权利要求16所述的发光设备，其中：
所述第一组中的每个LED包括半导体二极管结构和一个或多个第一磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，每个第一磷光体被配置成吸收由所述第一组LED的半导体结构发射的蓝色光并且作为响应而发射红色光，所述红色光与未被吸收的蓝色光混合，并且所述第一组中的每个LED没有其他磷光体；
所述第二组中的每个LED包括半导体二极管结构和一个或多个第二磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，每个第二磷光体被配置成吸收由所述第二组LED的半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射青色光，并且所述第二组中的每个LED没有其他磷光体；以及
所述第三组中的每个LED包括半导体二极管结构、一个或多个第一磷光体以及一个或多个第二磷光体，所述半导体二极管结构被配置成发射蓝色光，所述一个或多个第一磷光体被配置成吸收由所述第三组LED的半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射红色光，所述一个或多个第二磷光体被配置成吸收由所述第三组LED的半导体二极管结构发射的蓝色光并且作为响应而发射青色光，并且所述第三组中的每个LED没有其他磷光体。
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