CN105309046A - 包括至少两组led的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种照明装置(100)，其包括被设置成发射300nm-490nm的第一波长范围内的光(14)的第一组发光二极管(10)，被设置成发射300nm-490nm的第二波长范围内的光(15)的第二组发光二极管(11)，辐射地耦合到第一和第二组发光二极管并被设置成将第一波长范围的光的至少一部分和第二波长范围的光的至少一部分转换成第一发光元件的光的第一发光元件(12)，辐射地耦合到第二组发光二极管的至少一个子集并被设置成将第二波长范围的光(15)的至少一部分转换成第二发光元件的光的第二发光元件(13)，其中，在工作期间，分别由第一组发光二极管(10)发射的光(14)的亮度级和由第二组发光二极管(11)发射的光(15)的亮度级是彼此独立可控制的，并且其中照明装置被设置为产生白色照明装置的光(101)。
Description
技术领域
本发明涉及包括至少两组发光二极管的照明装置。本发明还涉及一种包括所述照明装置的照明模块。本发明还涉及一种包括这种照明装置的灯。本发明还涉及一种包括所述照明装置或所述照明模块的灯具。本发明甚至还涉及一种用于制造所述照明装置的方法。
背景技术
基于发光二极管(LED)的照明装置被用于许多应用中。LED的相对低的功耗和相对长的寿命使它们成为传统光源，如白炽灯或荧光灯管的非常有用的替代。因此，不仅是新设计的照明设备经常利用LED，而且在许多市场中，LED产品被用于替代其它光源，例如像白炽灯或卤素灯光源。这些所谓的改型产品必须与现有的照明/电源***兼容。
在许多照明应用中，需要调暗光线。传统的白炽灯和卤素灯具有的效果是，当被调暗时，光的色温遵循黑体轨迹(BBL)，其也被称为“BBL调光效应”。当被调暗而不是在最大功率，即最大光输出水平工作时，BBL调光效果提供由灯产生的暖光的视觉效果。这种效果是被用在环境光的情况下以提供舒适柔和的光线，例如在餐厅、休闲室、起居室等。
当使用基于LED的照明装置时，也期望BBL调光效应。然而，LED光源将提供基本上相同的相关色温的光，而不管光输出水平。因此，为了提供BBL调光效应，琥珀色LED光源可以被设置在基于LED的照明装置中，其琥珀色LED提供温暖色温的光。当正常的LED光源被设置为最大的光输出水平时，琥珀色LED光源被切断。这可以提供例如2700K的相关色温的光。当调暗照明装置时，正常LED光源的光输出水平将降低，并在同一时间，琥珀色LED光源的光输出水平将增加。在该装置的最小光输出水平，正常LED光源将被关闭，并且琥珀色LED光源将处于最大光输出水平。然后该光可以具有约2200K的相关色温。
已知基于LED的照明装置的一个缺点是，为了实现BBL调光效果，需要相对复杂的控制器，以用于控制正常LED光源和琥珀色LED光源的光输出水平，因为它不得不确定为了实现BBL调光效果，所需的输出水平应该是多少。已知基于LED的照明装置的另一个缺点是，在LED的升高温度下，琥珀色LED光源的光输出显示出相对较大的下降，这在需要高亮度光的应用中，例如点光源的应用中，是特别不利的。已知的基于LED的照明装置的又一缺点在于所产生的光的CRI(“显色指数”)在大约2200K的色温下相对低。
US2013/0093362A1公开了一种可调谐发光装置，其包括第一组LED、第二组LED和远程波长转换部件，其包括具有不同磷光体的两个或多个区域。该装置还包括调光器和控制电路。调光器被配置为产生连续范围的输出功率，以用于可调谐发光装置，并且控制电路被配置为将产生的输出功率转换成用于LED的可调整功率。
US2010/0207521A1公开了一种发光装置，其包括在基板上的多个LED和覆盖LED的第一磷光体层。在磷光体层的顶部上，设置有呈点的形式的第二磷光体材料。第二磷光体材料允许进行精细的色彩调整。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种照明装置，其至少部分地消除了上述缺点并且，在照明装置的调光过程中，其提供了在调光期间所获得的相关色温的范围的至少一部分期间，具有基本上遵循BBL的相关色温的光。
在第一方面，本发明提供了一种照明装置，其包括被设置成发射在440nm至465nm的第一蓝色波长范围内的光的第一组发光二极管，被设置成发射在465nm至490nm的第二蓝色波长范围内的光的第二组发光二极管，辐射地耦合到第一和第二组发光二极管并被设置成将第一波长范围的光的至少一部分和第二波长范围的光的至少一部分转换成第一发光元件光的第一发光元件，辐射地耦合到第二组发光二极管的至少一个子集并被设置成将第二波长范围的光的至少一部分转换成第二发光元件光的第二发光元件，其中，在工作期间，由第一组发光二极管发射的光的亮度级(即光输出水平)和由第二组发光二极管发射的光的亮度级，分别是彼此独立可控制的，并且其中照明装置被设置为产生白色照明装置的光。由第一组发光二极管和由第二组发光二极管发出的光可以分别处于第一波长范围和第二波长范围的相同子范围内，例如都在蓝色光波长范围内。可替代地，在照明装置工作期间，子范围是不同的，例如第一组发光二极管发出在蓝色波长范围内的光，并且第二组发光二极管发出在紫波长范围内的光。
在本文中，术语“白光照明装置的光”对本领域技术人员是已知的。它尤其涉及具有约2000至20000K，特别是2700至20000K之间的相关色温(CCT)的光，对于普通照明特别地在大约2200K至6500K的范围，而对于背光照明目的特别地在大约7000K至20000K的范围，并且在从BBL的大约15SDCM(颜色匹配的标准偏差)内，特别是在从BBL的约10SDCM内，甚至更特别是在从BBL的约5SDCM内。
在一个实施例中，在CCT范围的至少一部分过程中，照明装置允许提供保持白色的光(“照明装置的光”)，即基本上在BBL上。“基本上在BBL上”意味着在照明装置的工作过程中，在从BBL的15SDCM(“颜色匹配的标准偏差”)内，甚至更特别在10SDCM内，甚至更特别在5SDCM内。在一个具体的实施例中，在从2100K至4500K的CCT范围内，甚至更特别地在从2100K至3500K的CCT范围内，甚至更特别地在从2100K至2700K的CCT范围内，仍甚至更特别地在从2400K至2700K的CCT范围内，第一和第二发光元件被配置成保持照明装置的光为白色(特别是在从BBL的15SDCM内，更特别是在10SDCM内，甚至更特别是在5SDCM内)。
第一和第二发光元件以这样的方式被选择，使得在对照明装置进行调光时，CCT(“相关色温”)在至少一部分CCT范围内遵循BBL(“黑体轨迹”)。第一发光元件可被选择为使得当以全亮度工作时，由第一和第二组LED产生的光的相关色温，单独地与第一发光元件相结合，提供具有基本上在BBL上的相关色温的光。通过应用第二发光元件，其辐射地耦合到第二组LED的至少一个子集，用于转换第二波长范围的光的至少一部分，BBL调光效果通过简单地对第一组LED进行调光，即通过减小由第一组LED产生的光的亮度级被实现。无需复杂的控制算法。根据本发明的第一方面的照明装置包括至少第一和第二发光元件，其中第一发光元件辐射地耦合到第一和第二组LED，并且第二发光元件被至少辐射地耦合到第二组LED中的一个或多个以及第一发光元件。
值得注意的是，公开的专利申请US2010/0207521A公开了一种LED装置，其具有包含覆盖该LED的第一磷光体材料的层，和形成为具有第一磷光体材料的层的顶部上的图案的第二磷光体层。但是，没有公开的是，LED装置包含两组LED，来自这两组LED的亮度级是独立可控的并且当对LED装置进行调光时，LED装置允许具有BBL调光效果。
术语“辐射地耦合”尤其是指一个或多个LED和发光元件被彼此相关联，使得由LED发射的光的至少一部分被发光元件接收(并且至少部分转换通过所述发光元件被转换成发光的光)。在本文中，第二发光元件也可以辐射地耦合到第一发光元件，这表明第一发光元件的发射的至少一部分被第二发光元件接收(并且可以至少部分通过第二发光元件被转换成发光的光)。
发光二极管可以是任何发光二极管的，但是特别是能够基本上在光谱的紫外(“紫外光”)、紫色光或蓝色部分发射的二极管。因此，在一个实施例中，第一和第二组发光二极管包括蓝色光发射LED。在又一个实施例中，其可以与前一实施例相结合，发光二极管包括UV光发射LED。优选的是，发光二极管至少发射选自300nm-490nm，特别是380nm–490nm范围内的波长的光。这个光可以部分地由第一和/或第二发光元件转换成具有不同波长范围的光。术语“发光二极管组”可能涉及一个发光二极管或多个发光二极管，例如2-20个LED。
在一个实施例中，第一发光元件包括来自黄色光发射发光材料、绿光发射发光材料和黄色/绿色光发射发光材料的组中的一个或多个发光材料。在另一个实施例中，第二发光元件包括来自红色光发射发光材料、橙光发射发光材料和橙色/红色光发射发光材料的组中的一个或多个发光材料。在又一个实施例中，第一发光元件包括来自红色光发射发光材料、橙光发射发光材料和橙色/红色光发射发光材料的组中的另外的发光材料。第一发光元件可以例如包括绿色和红色发射发光材料的组合，或黄色和红色发射发光材料的组合等。例如在蓝色LED的情况下，在照明装置工作期间，白色照明装置的光可以基于由第一和/或第二组蓝色发光二极管所产生的非转换光、第一发光元件的光、第二发光元件的光的组合。如果(主要)产生UV光的发光二极管被应用，第一发光元件包括蓝色、绿色和红色发射发光材料的组合，或者可替代地蓝色、黄色和红色发射发光材料的组合。在包括第一组和第二组UVLED的照明装置的工作期间，白色照明装置的光可基于第一发光元件的光和第二发光元件的光的组合。
术语“UV光”、“UV发射”或“UV波长范围”特别涉及具有在大约200nm-420nm范围内的波长的光。UV光可以被细分为“UV-C光”，其特别涉及具有在大约200nm-280nm范围内的波长的光，“UV-B光”，其特别涉及具有在大约280nm-315nm范围内的波长的光和“UV-A光”，其特别涉及具有在大约315nm-420nm范围内的波长的光。术语“紫色光”、“紫色发射”或“紫色波长范围”特别涉及具有在大约380nm-440nm范围内的波长的光。术语“蓝色光”、“蓝色光发射”或“蓝色波长范围”特别是涉及具有在大约440nm-490nm范围内的波长的光(包括一些紫色和青色色调)。术语“绿色光”，“绿色发射”或“绿色波长范围”，特别涉及具有在大约490nm-560nm范围内的波长的光。术语“黄色光”、“黄色发射”或“黄色波长范围”特别涉及具有在大约560nm-590nm范围内的波长的光。术语“橙色光”、“橙色发射”或“橙色波长范围”特别涉及具有大约在590nm-620nm范围内的波长的光。术语“红色光”、“红色发射”或“红色波长范围”特别涉及具有在大约620nm-750nm，尤其是620nm-650nm范围内的波长的光。术语“可见的”、“可见光”、“可见发射”或“可见光波长范围”是指具有在大约380nm-750nm范围内的波长的光。
第一和/或第二发光元件可包括一种或多种无机发光材料。在进一步的实施例中，无机发光材料选自包括以下发光材料的组中：含氮化物二价铕发光材料、含氧氮化物二价铕发光材料、含硫化物二价铕发光材料和含硒化物(和硫化物)二价铕发光材料。在一个实施例中，红色发光材料可包括选自包括以下的组中的一种或多种材料：(Ba,Sr,Ca)S:Eu、Ca(S,Se):Eu、(Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu和(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu。在这些化合物中，铕(Eu)基本上或只是二价，并且取代所表示的二价阳离子中的一种或多种。在一般情况下，相对于它所取代的阳离子，Eu将不存在比阳离子的10％更大的量，特别是在约0.5-10％的范围内，更特别地在约0.5-5％的范围内。术语“:Eu”或“:Eu2+”表示该金属离子的一部分被Eu(在这些例子中由Eu2+)取代。例如，假定在CaAlSiN3:Eu中有2％的Eu，正确的分子式可以是(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。二价铕一般将取代二价阳离子，例如上述二价碱土阳离子，特别是钙、锶或钡。该材料(Ba,Sr,Ca)S:Eu也可以被表示为MS:Eu，其中M是选自包括钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中的一种或多种元素；特别地，在此化合物中M包括钙或锶，或者钙和锶，更加特别是钙。这里，Eu被引入并取代M的至少一部分(即Ba，Sr和Ca的一种或多种)。此外，该材料(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu也可以被表示为M2Si5N8:Eu，其中M是选自包括钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中的一种或多种元素；特别地，在此化合物中M包括Sr和/或Ba。在进一步的具体实施例中，M包含Sr和/或Ba(未考虑到Eu的存在)，特别是50-100％，尤其是50-90％的Ba和50-0％，特别是50-10％的Sr，诸如Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu(即75％的Ba，25％的Sr)。此处，Eu被引入并取代M的至少部分，即Ba，Sr和Ca的一种或多种。同样地，材料(Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu也可以被表示为MAlSiN3：Eu，其中M是选自由钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)组成的组中的一种或多种元素；特别地，在此化合物中M包括钙或锶，或者钙和锶，更加特别是钙。此处，Eu被引入并取代M的至少部分(即Ba，Sr和Ca中的一种或多种)。优选地，在一个实施例中，无机发光材料包括(Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu，优选CaAlSiN3:Eu。此外，在另一个实施例中，其可以与前者结合，无机发光材料包括(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu，优选(Sr,Ba)2Si5N8:Eu。术语“(Ca,Sr,Ba)”表明相应的阳离子可以由钙、锶或钡占据。它也表明，在这样的材料中对应的阳离子位点可由选自包括钙、锶和钡的组中的阳离子占据。因此，该材料例如可包括钙和锶，或只有锶等。类似的原理涉及术语“(S,Se)”。
在进一步的实施例中，第一和/或第二发光元件可以包括选自包括以下的组中的一种或多种无机发光材料：含石榴石三价铈，含氮氧化物三价铈以及含氮化物三价铈。特别地，发光材料可进一步包括M3A5O12:Ce3+发光材料，其中M选自由Sc、Y、Tb、Gd和Lu组成的组中，其中A选自由Al和Ga组成的组中。优选地，M至少包括Y和Lu中的一个或多个，并且其中A至少包含Al。这些类型的材料可给出最高的效率。在一个具体的实施例中，第一发光元件包括M3A5O12:Ce3+类型的至少两种发光材料，其中M选自由Y和Lu组成的组中，其中A选自包括Al的组中，并且其中对于至少两种发光材料，Y:Lu的比率不同。例如，其中的一个可以纯粹基于Y，如Y3Al5O12:Ce3+，并且它们中的一个可以是以Y、Lu基***，如(Y0.5Lu0.5)3Al5O12:Ce3+。石榴石的实施例特别地包括M3A5O12石榴石，其中M至少包含钇或镥，并且其中A包括至少铝。这样的石榴石可掺杂铈(Ce)，镨(Pr)或铈和镨的组合；但是，特别是掺杂铈。特别地，A包括铝(Al)，然而，A还可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别是高达约20％的Al，更特别是高达约10％的Al(即A离子基本上由90或更多摩尔％的Al和10或更少摩尔％的Ga，Sc和In中的一种或几种组成)；A可以特别地包括高达约10％的镓。在另一个变型中，A和O可以至少部分地由Si和N取代。元素M可特别选自包括钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)的组中。此外，Gd和/或Tb特别地只呈现至多大约20％的M的量。在一个具体实施例中，石榴石发光材料包括(Y1-xLux)3B5O12:Ce，其中x等于或大于0且等于或小于1。术语“:Ce”或“:Ce3+”，表示发光材料中的金属离子的部分(即在石榴石中“M”离子的部分)被置换为Ce。例如，假定(Y1-xLux)3Al5O12:Ce，Y和/或Lu的一部分被替换为Ce。这种标识法是本领域技术人员已知的。Ce一般将替换M不超过10％；在一般情况下，Ce的浓度将在0.1-4％，特别是0.1-2％(相对于M)的范围内。假设1％的Ce和10％的Y，完整正确的分子式可能是(Y0.1Lu0.89Ce0.01)3Al5O12。Ce在石榴石中基本上或只呈三价状态，如本领域技术人员所熟知的。
在又一实施例中，第一和/或第二发光元件可以包含一种或多种有机发光材料。存在这种有机发光材料或染料的几乎无限的分类。有关的例子是苝(如来自于德国路德维希港的BASF公司的商品名为Lumogen的已知的染料：LumogenF240橙色，LumogenF300红色，LumogenF305红色，LumogenF083黄色，LumogenF170黄色，LumogenF850绿色)，来自于公司印度孟买的Neelikon食品染料化工有限公司的黄色172，和染料诸如香豆素(例如香豆素6，香豆素7，香豆素30，香豆素153，碱性黄51)，萘酰亚胺类(例如溶剂黄11，溶剂黄116)，氯化钠7GA，吡啶(例如吡啶1)，吡咯甲川(如吡咯甲川546，吡咯甲川567)，荧光素钠，若丹明(例如若丹明110，若丹明B，若丹明6G，若丹明3B，若丹明101，硫若丹明101，硫若丹明640，碱性紫11，碱性红2)，菁类(例如酞菁，DCM)，芪类(例如Bis-MSB，DPS)，可从许多贸易商处获得。只要它们表现出对预期用途的足够高的荧光量子产率，若干其它染料，诸如酸性染料、碱性染料、直接染料和分散染料也可以被使用。可以被应用的特别感兴趣的有机发光材料例如包括用于绿色发光的BASFLLumogen850，用于黄色发光的BASFLLumogenF083或F170，用于橙色发光的BASFLLumogenF240，和用于红色发光的BASFLLumogenF300或F305。因此，第一和/或第二发光元件可包括例如上述有机发光材料中的至少两种，和可选的一种或多种其它有机发光材料，其也可被选自上述有机发光材料。
第一和/或第二发光元件的发光材料可以被嵌入用于可见光和/或UV光的透射的材料，诸如透射薄膜或板。例如，透射材料可用于第一和第二组LED的封装，并例如用于保护板上的电线。此外，透射材料可以被用作第二发光元件的基体材料。特别地，透射有机材料可以被应用，例如选自包括以下的组：PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸)、PC(聚碳酸酯)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(树脂玻璃或有机玻璃)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、PETG(乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯烃共聚物)。柔性透射材料，例如硅树脂，在照明装置中是优选的，因为这些装置具有相对高的机械应力，其在例如高亮度应用的工作过程中可能变得相对较热。
第二发光元件可包括多个离散的发光元件，其中，每个离散的发光元件辐射地耦合到来自第二组LED的相应LED。或者，只有第二组LED的子集辐射地耦合到相应的离散发光元件(并且第二组LED的其他LED不辐射地耦合至离散的发光元件)。离散发光元件例如可以是固体颗粒、补片、点、粒子或类似物，或可选的聚合物组合物的硬化液滴(其可以在液体或半液体状态被应用)。离散发光元件典型地包括溶解或分散在聚合物基体中的发光材料。相对于由发光材料接收(转换)和发射的波长的光，聚合物基体通常是透明的或至少半透明的。可选地，离散的发光元件可以含有粘结剂，通常是粘合剂，其可用于将发光元件附着到支撑件。离散发光元件可以被设置在形成第一发光元件的层的表面上，或者可替代地，部分地嵌入在所述层中并部分地从所述层突出。
第一组发光二极管被设置成发射在440nm-465nm波长范围内的蓝色光，并且第二组发光二极管被设置成发射在465nm-490nm波长范围内的蓝色光。这个实施例的优点是，由第二组LED产生的蓝色光的吸收，通过第一发光元件可以被减少，使得更多这样的蓝色光可以被第二发光元件转换。此外，通过使用具有相对较长波长的蓝色光，照明装置的光的CRI可以得到改进。
在照明装置的一个实施例中，第一组发光二极管被设置成发射440nm-465nm波长范围内的蓝色光，并且其中第二组发光二极管被设置成发射400nm-440nm波长范围内的紫色光。本实施例的优点是，通过使用具有相对小波长的紫色光，与仅利用蓝色光发射LED的照明装置相比，白色物体(如纸或织物)被人类感知为更白。
对于具有第一和第二组发光二极管的照明装置，获得BBL调光效果是相对困难的，所述第一和第二组发光二极管独立可控且包含均匀混合并(例如以单层)覆盖第一和第二组LED的两种发光材料(例如黄色光发射和红色发射发光材料)的混合物。对于这样的照明装置，单独通过两组LED的每一组所获得的光的CCT，必须被非常精确地控制，否则照明装置会产生当对照明装置进行调光时，将被感知为着色光而不是白色光的光。使用根据本发明的照明装置，其中第二发光元件被辐射地耦合到第二组LED的至少一个子集的LED，BBL调光效果可以相对简单的方式被实现。第一发光元件和第二发光元件被选择为使得照明装置光的相关色温基本上是在BBL上，所述照明装置的光由以全亮度工作的第一和第二组LED，结合第一发光元件和第二发光元件产生。第二发光元件对准来自第二组LED的LED(的至少一个子集)，并例如在相对于第一发光元件的下游设置。当对照明装置进行调光时能够达到的光的相关色温，可以由第二发光元件的厚度、可以被用于第二发光元件的发光材料和将辐射地耦合到第二发光元件的第二组LED的LED数量来确发。通过使用例如印刷技术来将第二发光元件的颗粒沉积在第一发光元件上，相对小的颗粒可以被制备，其可以均匀地分布在第一发光元件上，从而导致在工作期间由照明装置提供的光的改进的颜色混合。此外，不必在第一组LED和第二组LED的LED之间设置障碍，从而允许LED的更紧密地间隔，这对于需要相对高亮度光的应用是有利的，例如聚光灯应用或汽车照明应用。第二发光元件的颗粒可以被分布，使得第二组LED的每个LED对准(并且因此辐射地耦合到)这样的颗粒，或者第二组LED的LED的仅一部分对准第二发光元件的颗粒。对用于第一发光元件和/或第二发光元件的特定发光材料的选择也可用于控制当对照明装置进行调光时，可以实现的照明装置的光的CRI(“显色指数”)范围和/或CCT(“相关色温”)范围。
术语“上游”和“下游”涉及项目或特征相对于来自光生成装置(这里特别是光源)的光的传播的布置，其中，相对于来自光生成装置的光束内的第一位置，在光束中更靠近光生成装置的第二位置是“上游”，而在光束内更远离光生成装置的第三位置是“下游”。
在照明装置的一个实施例中，第一和/或第二发光元件可以包括量子点。此处，量子点是指发光量子点，即可以由UV和/或蓝色光激发，并且至少在光谱的可见光波长范围内的某处发射的那些发光量子点。
在第二方面，本发明提供一种照明模块，其包括根据本发明的第一方面的照明装置。
在第三方面，本发明提供包括根据本发明的第一方面的照明模块的灯。
在第四方面，本发明提供包括根据本发明的第一方面的照明装置，或者根据本发明的第二方面的照明模块的灯具。
这样的照明模块、灯或灯具的优点在于，它允许具有带BBL调光效果的可调光照明装置。
在第五方面，本发明提供了用于制造照明装置的方法，该方法包括以下步骤：在板上设置适于发射在440nm-465nm的第一蓝色波长范围内的光的第一组发光二极管，在板上设置适于发射在465nm-490nm的第二蓝色波长范围内的光的第二组发光二极管，其中第二组发光二极管被设置成独立于第一组发光二极管可控，在第一和第二组发光二极管上沉积第一发光层，从而提供第一发光元件，其中该层包括至少一种发光材料，用于将第一波长范围的光的至少一部分和第二波长范围的光的至少一部分转换成第一发光元件的光，在该层上沉积多个离散的发光元件，从而提供第二发光元件，离散的发光元件包括其中分布有至少一种发光材料的基体材料，离散发光元件被辐射地耦合到第二组发光二极管的至少一个子集，并被设置成将第二波长范围的光的至少一部分转换成第二发光元件的光。此方法允许将第二发光元件沉积为封装层的顶部上的相对小的磷光体颗粒，从而导致由照明装置产生的光的相对良好的混色。此外，第一组和第二组LED的LED之间无需额外的障碍，从而允许LED的更紧密的间隔，这对于例如点光源的应用是理想的。
在本文中术语“基本上”，例如在“基本上所有发射”或者“基本上由…组成”中，将被本领域技术人员所理解。术语“基本上”还可以包括使用“完全”、“全部”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可被除去。在适用时，术语“基本上”也可以涉及90％或更高，如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包含其中术语“包括”是指“由…组成”的实施例。
此外，在说明书和权利要求中，术语第一、第二、第三等被用于区分相似的元件并且不一定用于描述顺序或时间顺序。但是应当理解，如此使用的术语在适当的情况下可互换，并且在此描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的其他顺序来操作。
除其他以外，本文中的装置是在工作期间被描述的。如本领域技术人员将清楚的，本发明并不局限于工作方法或工作装置。
应当指出的是，上述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替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。使用动词“包括”及其变形不排除权利要求中所述之外的其他元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个这种元件的存在。在装置权利要求中列举了若干装置，这些装置中的几个可以由一个以及相同的硬件项目来体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。
在本专利中所讨论的各种方面可以被结合以提供附加的优点。此外，一些特征可以形成为一个或多个分案申请的基础。
附图说明
本发明的实施例现在将仅通过示例的方式，参考示意性附图被描述，其中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中：
图1a和1b示意性地描绘了根据本发明的第一方面的照明装置的第一实施例。
图2a-2d中描绘了实验结果。
图3示意性地描绘了根据本发明的第二方面的照明模块。
图4a和4b示意性地描绘了根据本发明的第三方面的灯。
图5a和5b示意性地描绘了根据本发明的第四方面的灯具。
图6示意性地描绘了根据本发明的第五方面的用于制造照明装置的方法。
这些附图不一定按比例。
具体实施方式
图1a和1b示意性地描绘了包括第一组LED10、第二组LED11以及第一和第二发光元件12，13的照明装置100。第一和第二组LED10，11被安装在板16上。第一组LED10被配置为在照明装置100的工作期间，产生在440nm-490nm波长范围内的蓝色光14(图1a)。第二组LED被配置成在照明装置100的工作期间，产生在440nm-490nm波长范围内的蓝色光15(图1a)。在一个替代实施例中，蓝色光14在440-465nm的波长范围内，并且蓝色光15在465nm-490nm波长范围内。在照明装置的另一替代实施例中，第一组发光二极管被设置成发射在440nm-465nm波长范围内的蓝色光，并且其中第二组发光二极管被设置成发射在400nm-440nm波长范围内的紫色光。蓝色光14，15通过第一发光元件12被用作激发光，第一发光元件12被辐射地耦合到第一和第二组蓝色LED10，11。光15通过第二发光元件13被用作激发光，第二发光元件13被辐射地耦合到第二组LED11。第一发光元件12包括无机发光材料120，例如黄色/绿色光发射发光材料，其被配置在包括用于嵌入发光材料120的聚合物材料的层130内。层130可另外地被用于第一和第二组LED10，11的封装，以保护第一和第二组LED不受可能导致LED退化的水分和空气的影响。在一个替代实施例中，发光元件12还包括第二无机发光材料121(图1a)，例如红色发射发光材料。发光材料120，121可以被混合在一个层130内，或者可替代地被嵌入彼此上下叠置的两个单独的层(未图1a中示出)中。第二发光元件13包括无机发光材料122，例如红色发射发光材料，其被配置在呈颗粒131形式的一个或多个离散发光元件中，所述颗粒131包括用于嵌入发光材料122的聚合物材料。颗粒131被定位在层130上，即当与第一发光元件12相比时，在第二组LED下游，使得发光元件13在照明装置100的工作期间主要由光15激发。颗粒131可以通过印刷技术沉积在第一发光元件12的顶部上，并且可以具有不同的形状，例如圆形、椭圆形、方形、矩形或细长形状。颗粒131可以被提供为液体组合物，其包含发光材料和在有机溶剂中的水溶性粘结剂，并且组合物可以被印刷到支撑件的表面上。印刷后，溶剂可以蒸发，留下颗粒作为离散发光元件，其上覆盖有一层粘结剂。优选地，颗粒131的位置与第二组LED11的相应LED的位置对准。颗粒131的表面积与第二组LED11的LED的表面积相匹配。在一个替代实施例中，颗粒131的表面积比LED的表面积大，例如可达两倍或三倍大。在一个替代实施例中，第一发光元件12可包括嵌入层130内的一种或多种有机发光材料，或嵌入层130内的一个或多个量子点材料。在另一替代实施例中，第二发光元件13可包括嵌入颗粒131中的有机发光材料或量子点材料。第一组LED10的LED经由第一焊线(wirebond)41(图1a)被连接，以形成第一串LED，第二组LED11的LED通过第二焊线42(图1a)被连接，以形成第二串LED。焊线设计允许独立于第二组LED11供电并控制第一组LED10。照明装置100被配置为在(照明装置的)工作期间产生白色照明装置的光101(图1a)，并且当对第一组LED10进行调光时，白色照明装置的光101的相关色温变化，同时其至少在所得CCT的范围内基本上遵循BBL。照明装置100可以具有单个控制按钮(在图1a，b中未示出)，通过按压或转动该按钮，第一和第二组LED10，11的相对亮度级被改变，用于对照明装置100进行调光(即减少其光输出水平)。在一个替代实施例中，仅来自第二组LED11的LED的子集被包括发光材料13的颗粒131所覆盖，例如，第二组LED11的的LED的一半被颗粒131覆盖。优选地，颗粒131被均匀地分布在第一发光元件12上。在一个替代实施例中，颗粒131被不均匀地分布在第一发光元件12上。板16(图2a)可以是其上安装有第一和第二组LED10，11的任何材料。在一个替代实施例中，第一和第二组LED10，11被安装在基板125(图1b)上，该基板例如是金属芯印刷电路板或陶瓷基板。基板125包括焊盘127，用于提供电功率给照明装置100。包括第一和第二组LED10，11的基板125的仅一部分被第一发光元件覆盖。这样的照明装置可以被称为COB(“板上芯片”)模块。在一个替代实施例中，第一和第二组LED以不同图案，例如，以棋盘图案被设置在板16上。
图2a-2d描述了实验结果。图2a示出了如在工作期间，由根据如图1a，b所示的实施例的照明装置100所产生的照明装置光101的相关色温的偏移，该照明装置100具有第一串9个蓝色光发射LED作为第一组LED10，第二串9个蓝色光发射LED作为第二组LED11。18个LED(每个1mm2)被定位在圆板(直径10mm)上，并且第一发光元件12包括在硅树脂层内绿色/黄色发射YAG:Ce磷光体(85重量％)和红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体(15重量％)的组合。基体第二发光元件13包括在硅树脂基体材料中红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体。第二发光元件13被应用为第一发光元件12上的9个颗粒131。这些颗粒131的位置与第二串LED的9个LED的位置对准，即相应的颗粒131被定位在第一发光元件12的顶部上并且以最短的距离辐射地耦合到相应的(第二组的)LED。颗粒131的尺寸为约1mm2。在一个替代实施例中，颗粒131具有在1-3mm2范围内，或在1-2mm2范围内的不同尺寸。如果第一和第二串LED10，11都被驱动到它们的最大电流，该照明装置光101的相关色温约为2700K(CRI达到88)，在图2a中由附图标记A表示。如果仅第二串LED被供电，照明装置光的CCT大约为2100K(CRI达到87)，在图2a中由附图标记F表示。在图2a中，照明装置启动，其中两串LED都被驱动至它们的最大电流(附图标记A)，并且随后对第一串LED进行调光(即减小亮度级)，所得到的照明装置光的CCT将降低(如分别由附图标记B，C，D和E所指示的)，最后，当第一串LED完全变暗时，约为2100K的CCT(附图标记F)被达到。附图标记X3和X4表示分别对于3000K和2725K的CCT，来自于BBL的5SDCM的范围。如从图2a中可以看出，在对第一串LED进行调光的过程中，所得的照明装置光101的CCT将基本上遵循黑体轨迹(“BBL”)。因此，照明装置光101在照明装置的调光期间被感知为白色光，并且通过调节供应到第一串LED和第二串LED的电流，可以产生在2100K和2700K之间的任何相关色温，同时保持基本上在BBL上，其中CRI高于80的值。
图2b示出了如在工作期间，由根据如图1a，b所示的实施例的照明装置100所产生的照明装置光101的相关色温的偏移，该照明装置100具有第一串9个蓝色光发射LED作为第一组LED10，第二串9个蓝色光发射LED作为第二组LED11。18个LED(每个1mm2)被定位在圆板(直径10mm)上，并且第一发光元件12包括在硅树脂层内的绿色/黄色发射YAG:Ce磷光体(85重量％)和红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体(15重量％)的组合。基体第二发光元件13包括在硅树脂基体材料中的橙色/红色发射(Sr,Ca)AlSiN3:Eu磷光体，并且其被应用为第一发光元件12上的9个颗粒131。颗粒131的位置与第二串LED的9个LED的位置对准。颗粒131的尺寸为约1mm2。在一个替代实施例中，颗粒131具有在1-3mm2范围内，或在1-2mm2范围内的不同尺寸。如果第一和第二串LED10，11都被驱动到它们的最大电流，该照明装置光101的相关色温约为4000K(CRI达到87)，在图2b中由附图标记A表示。如果仅第二串LED被供电，照明装置光的CCT大约为2350K(CRI达到77)，在图2b中由附图标记F表示。在图2b中，照明装置启动，其中两串LED都被驱动至它们的最大电流(附图标记A)，并且随后对第一串LED进行调光(即减小亮度即)，所得到的照明装置光的CCT将降低(如分别由附图标记B，C，D和E所指示的)，最后当第一串LED完全变暗时，约为2350K的CCT(附图标记F)被达到。附图标记X1，X2，X3和X4表示分别针对4000K，3500K，3000K和2725K的CCT的来自于BBL的5SDCM的范围。如从图2b中可以看出，在第一串LED的调光期间，所得的照明装置光101的CCT将基本上遵循黑体轨迹(“BBL”)。因此，照明装置光101在照明装置调光期间被感知为白色光，并且通过调节供应到第一串LED和第二串LED的电流，可以产生在2350K和4000K之间的任何相关色温，同时保持基本上在BBL上，包括CRI在80左右的光(与图2a相关的实施例相比，得到更高的光输出)。通过在发光元件13中混合红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体(如与图2a相关的照明装置的实施例中所使用的)和橙色/红色发射(Sr,Ca)AlSiN3:Eu磷光体(如与图2b相关的照明装置的实施例中所使用的)，照明装置的光的CRI可以被调谐到所需的水平。
图2c示出了如在工作期间，由根据如图1a，b所示的实施例的照明装置100所产生的照明装置光101的相关色温的偏移，该照明装置100具有第一串9个蓝色光发射LED作为第一组LED10，第二串9个蓝色光发射LED作为第二组LED11。18个LED(每个1mm2)被定位在圆板(直径10mm)上，并且第一发光元件12包括在硅树脂层内的绿色/黄色发射YAG:Ce磷光体、红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体和橙色/红色发射(Sr,Ca)AlSiN3:Eu磷光体的组合。基体发光元件13包括在硅树脂基体材料中的红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体，并且其被应用为第一发光元件12上的9个颗粒131。颗粒131的位置与第二串LED11的9个LED的位置对准。颗粒131的尺寸为约1mm2。在一个替代实施例中，颗粒131具有在1-3mm2范围内，或在1-2mm2范围内的不同尺寸。如果第一和第二串LED10，11都被驱动到它们的最大电流，该照明装置光的相关色温约为4000K(CRI达到90)，在图2c中由附图标记A表示。如果仅第二串LED被供电，照明装置光的CCT大约为2200K(CRI达到94)，在图2c中由附图标记F表示。在图2c中，照明装置启动，其中两串都被驱动至它们的最大电流(附图标记A)，并且随后对第一串LED进行调光(即减小亮度级)，所得到的照明装置光的CCT将降低(如分别由附图标记B，C，D所指示的)，最后，当第一串LED完全变暗时，约为2200K的CCT(附图标记E)被达到。附图标记X1，X2，X3和X4表示分别针对4000K，3500K，3000K和2725K的CCT的来自于BBL的5SDCM的范围。如从图2c中可以看出，在对第一串LED进行调光的过程中，所得的照明装置光101的CCT将基本上遵循黑体轨迹(“BBL”)。因此，照明装置光101在照明装置调光期间被感知为白色光，并且通过调节供应到第一串LED和第二串LED的电流，可以产生2200K和4000K之间的任何相关色温，同时保持基本上在BBL上，其CRI是90或更高。
图2d示出了如在工作期间，由具有第一串蓝色LED、第二串蓝色LED和第三串蓝色LED的照明装置所产生的照明装置光的相关色温的偏移。第一发光元件被沉积在三串LED上并包括在硅树脂层内混合的绿色发射LuAG:Ce磷光体。第二发光元件包括绿色发射LuAG:Ce磷光体，其被混合在硅树脂材料内并被应用为第一发光元件上的颗粒，且与第二串LED的LED对准。第三发光元件包括在硅树脂基体材料内的红色发射CaAlSiN3:Eu磷光体，并被应用为第一发光元件上的颗粒并与第三串LED的LED对准。如果所有三串LED都被驱动至它们的最大电流，照明装置光的相关色温(CCT)约为4000K(CRI达到86)，由图2d中的附图标记A表示。如果只有第三串LED被供电，照明装置光的CCT大约为2200K(CRI达到79)，由图2d中附图标记D表示。在图2d中照明装置启动，其中两串被驱动到它们的最大电流(附图标记A)，并且随后对第一和第二串LED进行调光(即减小亮度级)，所得到的照明装置光的CCT将降低(如分别由附图标记B和C所指示的)，最后，当第一串LED完全变暗时，约为2200K的CCT(附图标记D)被达到。附图标记X1，X2，X3和X4表示分别针对4000K，3500K，3000K和2725K的CCT的来自于BBL的5SDCM的范围。如从图2d中可以看出，在对第一和第二串LED进行调光的过程中，所得的照明装置光的CCT将基本上遵循黑体轨迹(“BBL”)。因此，照明装置光在照明装置的调光期间被感知为白色光，并且通过调节供应到第一串LED和第二串LED的电流，可以产生2200K和4000K之间的任何相关色点，同时保持基本上在BBL上，其CRI是79或更高。通过在第二发光元件13上应用替代发光材料，CRI可以被调谐到更高的范围。
图3示意性示出了包括根据本发明的照明装置301的照明模块300。照明装置301被安装在模块300的表面302上。模块300包括反射侧壁303和光出射窗304。在模块300工作期间，由照明装置301产生的照明装置光305经由光出射窗304离开模块。模块300可具有任何形状，例如圆筒形状、矩形形状等。
图4a示意性地示出了一种旨在用于替换常规白炽灯泡的灯。灯400是基于LED的灯，设有适合于常规灯泡插座的基座401和灯泡形或圆顶形透明盖构件402。根据本发明的第一方面的照明装置被设置在基座的平坦上表面(在图4a中未示出)上，并因此被半透明盖构件覆盖，在灯400工作期间，照明装置光通过所述半透明盖构件射出。基座401包括用于控制照明装置并且可附加充当散热器的电气组件。
图4b示意性地示出了一种旨在用于替换常规荧光管的灯。灯405包括细长管409。在横向方向上，管409包括多个根据本发明的第一方面的照明装置406，407。在一个替代实施例中，灯405包括一个细长的根据本发明的第一方面的照明装置，代替多个照明装置406，407。照明装置406，407经由插脚408被控制，在灯405的工作过程中，所述插脚被连接到驱动器(在图4b中未示出)。由照明装置406，407产生的照明装置光经由管409离开灯405。
图5a示意性地示出了根据本发明的第四方面的灯具500。灯具包括根据本发明的第一方面的一个或多个照明装置，或者包括根据本发明的第二方面一个或多个模块，或包括根据本发明的第三方面的一个或多个灯。
图5b示意性地示出了灯具502，旨在用于产生具有相对高亮度的光束。灯具502可以经由板子503被安装到天花板或结构的壁上。根据本发明的第一方面的照明装置505被安装在反射器506内，所述反射器506经由连接器504被连接到板子503。电线被定位在连接器50内部，用于将照明装置505连接到电源(在图5b中未示出)。由照明装置505光通过反射器506被反射，从而产生相对高亮度的光束，其中所述光在工作期间不直接离开灯具502。在一个替代实施例中，根据本发明的第二方面的模块505被安装在反射器506内。模块505可以具有附加的光学器件，用于在光出射窗处或其内光束成形。
图6示出了根据本发明的用于制造照明装置的方法600。在第一步骤601中，适于发射在300nm-490nm的第一波长范围内的光14的第一组发光二极管10被设置在板16上。在第二步骤603中，第二组发光二极管被设置在板16上，其适于发射在300nm-490nm的第二波长范围内的光15，并独立于第一组发光二极管可控。在第三步骤605中，第一发光元件12在第一和第二组发光二极管10，11上被沉积为层130，其中该层130包括发光材料120，用于将第一波长范围的光的至少一部分和第二波长范围的光的至少一部分转换成第一发光元件的光。可选地，层130可以包括两种或更多种发光材料120，121。可选地，两种或更多种发光材料120，121可在被施加在彼此上下叠置的两个单独的层内(在图6中未示出)。在第四步骤607中，第二发光元件13通过印刷技术被沉积在层130上作为包括发光材料122的基体材料的颗粒131，第二发光元件被辐射地耦合到第二组发光二极管11的LED的至少一个子集，并被设置成将第二波长范围的光15的至少一部分转换成第二发光材料的光。第一发光元件和第二发光元件被选择为使得，由在全亮度下工作的第一和第二组LED，结合第一发光元件和第二发光元件所产生的照明装置光的相关色温，基本上是在BBL上。在另一个实施例中，第一发光元件可包括一种或多种无机发光材料，例如绿色/黄色发光材料和可选的红色发光材料。在另一个实施例中，第二发光元件可包括一种或多种无机发光材料，例如红色发光材料。在另一个实施例中，第二发光元件13的颗粒131可被分布在层130上，使得第二组LED的每个LED与颗粒相关联，或在一个替代实施例中，第二发光元件的LED的仅一部分被辐射地耦合到第二发光元件的颗粒。
Claims (14)
1.一种照明装置(100)，包括：
-第一组发光二极管(10)，其被设置成发射在440nm-465nm的第一蓝色波长范围内的光(14)，
-第二组发光二极管(11)，其被设置成发射在465nm-490nm的第二蓝色波长范围内的光(15)，
-第一发光元件(12)，可辐射地耦合到所述第一组发光二极管和所述第二组发光二极管并被设置成将第一波长范围的光的至少一部分和第二波长范围的光的至少一部分转换成第一发光元件的光，
-第二发光元件(13)，可辐射地耦合至所述第二组发光二极管的至少一个子集，并被设置成将第二波长范围的光(15)的至少一部分转换成第二发光元件的光，
其中，在工作期间，由所述第一组发光二极管(10)发射的光的亮度级(14)和由所述第二组发光二极管(11)发射的光(15)的亮度级分别是彼此独立可控的，并且其中所述照明装置被设置为产生白色照明装置的光(101)。
2.根据权利要求1所述的照明装置(100)，其中所述第一组发光二极管(10)和所述第二组发光二极管(2)被安装在板(14)上，所述板提供用于驱动所述照明装置(100)的电连接。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置(100)，其中在所述照明装置工作期间，所述照明装置的光(101)是在从黑体轨迹的15个颜色匹配标准偏差内，更优选是在10个颜色匹配标准偏差内。
4.根据权利要求2或3所述的照明装置(100)，其中在所述照明装置的工作期间，所述照明装置的光(101)是在从2100K至4500K的相关色温的范围内、更优选是在2100K-2700K的范围内的白色的。
5.根据权利要求1或2所述的照明装置(100)，其中所述第一发光元件(12)包括选自黄色光发射发光材料、绿色光发射发光材料和黄色/绿色光发射发光材料的组中的至少一种发光材料(120)。
6.根据权利要求5所述的照明装置(100)，其中所述第二发光元件(13)包括选自红色光发射发光材料、橙色光发射发光材料和橙色/红色光发射发光材料的组中的至少一种发光材料(122)。
7.根据权利要求6所述的照明装置(100)，其中所述第一发光元件(12)包括选自红色光发射发光材料、橙色光发射发光材料和橙色/红色光发射发光材料的组中的另一种发光材料(121)。
8.根据权利要求6所述的照明装置(100)，其中
-所述第一发光元件(12)包括覆盖所述第一组发光二极管(11)和所述第二组发光二极管(11)的层(130)，所述层(130)包括至少一种发光材料(120)，
-所述第二发光元件(13)被设置在所述层(130)上，使得其与所述第二组发光二极管(11)的LED的至少一个子集对准。
9.根据权利要求8所述的照明装置(100)，其中所述第二发光元件(13)包括多个离散的发光元件(131)，其从所述层(130)的表面突出，所述离散发光元件(131)与所述第二组发光二极管(11)的发光二极管的至少一个子集对准，并且其中所述离散发光元件包括基体材料，在所述基体材料中分布有至少一种发光材料(122)。
10.根据权利要求9所述的照明装置(100)，其中所述层(130)包括包含至少一种发光材料(120)的基体材料。
11.一种照明模块，包括根据权利要求1至10所述的照明装置。
12.一种灯，包括根据权利要求1至10所述的照明装置。
13.一种灯具，包括由根据权利要求1至10所述的照明装置，根据权利要求11所述的照明模块和根据权利要求12所述的灯构成的组中的一个或多个。
14.一种用于制造照明装置(100)的方法(600)，该方法包括以下步骤：
-在板(16)上设置(601)适于发射在440nm-465nm的第一蓝色波长范围内的光(14)的第一组发光二极管(10)，
-在所述板上设置(603)适于发射在465nm-490nm的第二蓝色波长范围内的光(15)的第二组发光二极管(11)，其中所述第二组发光二极管(11)被设置成独立于所述第一组发光二极管(10)可控，
-在所述第一组发光二极管(10)和所述第二组发光二极管(11)上沉积(605)第一发光层(130)，从而提供第一发光元件(12)，其中所述层(130)包括至少一种发光材料(120)，用于将第一波长范围的光(14)的至少一部分和第二波长范围的光(15)的至少一部分转换成第一发光元件的光，
-在所述层(130)上沉积(607)多个离散的发光元件(131)，从而提供第二发光元件(13)，所述离散的发光元件(131)包括其中分布有至少一种发光材料(122)的基体材料，所述离散发光元件(131)被辐射地耦合到所述第二组发光二极管(11)的至少一个子集，并被设置成将第二波长范围内的光(15)的至少一部分转换成第二发光元件的光，其中所述第一发光元件(12)和所述第二发光元件(13)被选择为使得当在全亮度下工作时，由所述第一发光元件和所述第二发光元件与第一组LED和第二组LED结合所产生的照明装置的光的相关色温基本上是在BBL上。
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