CN108369983B - 采用使用多种钕和氟化合物的可调滤色的led设备 - Google Patents

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Abstract

说明书和附图提出了一种新的设备，例如照明设备，所述设备包括：至少一个LED(或OLED)模块，该模块被配置成产生可见光，例如白光；以及至少一个部件，例如光学部件，其包括多种(两种或更多种)化合物，每种化合物包含钕(Nd)和至少一种包含氟(F)的化合物，用于赋予期望的滤色效果以提供期望的光谱，其中，在颜色空间中的期望光谱的颜色由在所述至少一个部件中的所述两种或更多种化合物的相对量确定。

Description

采用使用多种钕和氟化合物的可调滤色的LED设备
相关申请的交叉引用
本申请是2015年10月6日提交的共同未决、共同拥有的美国专利申请序列号14/876366的部分继续申请，其教导内容通过引用整体并入本文。本申请是2014年10月8日提交的共同未决、共同拥有的国际申请PCT/CN2014/088116的部分继续申请，其教导内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般涉及照明应用和相关技术，并且更具体地但非排他地，本发明涉及使用包含钕(Nd)和氟(F)的多种化合物来在LED照明设备中赋予期望的滤色效果。
背景技术
本文使用的发光二极管(LED)也包括有机LED(OLED)，其是将电能转换成包括可见光(波长约400至750nm)的电磁辐射的固态半导体器件。LED通常包括半导体材料的芯片(管芯)，其掺杂有杂质以产生p-n结。LED芯片电连接到阳极和阴极，所有阳极和阴极通常安装在LED封装内。与诸如白炽灯或荧光灯的其它灯相比，发射可见光的LED在较窄的光束中更具方向性。
OLED通常包括位于电极(至少一个电极是透明的)之间的至少一个发光的电致发光层(有机半导体膜)。电致发光层响应于在电极之间流动的电流而发光。
LED/OLED光源(灯)提供了优于传统白炽灯和荧光灯的各种优点，包括但不限于更长的预期寿命、更高的能量效率和全亮度而不需要预热时间。
尽管LED/0LED照明在效率、寿命、灵活性和其它有利方面具有吸引力，但是仍然需要持续改进LED照明的颜色特性，尤其是在用于普通照明和显示器应用的白色LED/PLED器件中。
图1是适合于区域照明应用的常规的基于LED的照明设备10的透视图。照明设备(也可以称为“照明单元”或“灯”)10包括透明或半透明的盖或封罩12、螺纹基座连接器14以及在封罩12和连接器14之间的外壳或基座16。
基于LED的光源(未示出)可以是包括多个LED器件的LED阵列，其位于封罩12的下端并邻近基座16。因为LED器件发射窄带波长的可见光，例如绿色、蓝色、红色等，在LED灯中经常采用不同LED器件的组合来产生各种光颜色，包括白光。或者，可以通过来自蓝色LED的光和将蓝色LED的至少一些蓝光转换成不同颜色的磷光体(例如钇铝石榴石:铈，缩写为YAG:Ce)的组合来产生呈现为基本上白色的光；转换光和蓝光的组合可以产生呈现为白色或基本上白色的光。LED器件可以安装在基座16内的载体上，并且可以用包括折射率匹配材料的保护盖封装在载体上，以提高从LED器件提取可见光的效率。
为了提高照明设备10以几乎全向的方式发射可见光的能力，图1中所示的封罩12可以是基本上球形或椭圆形的。为了进一步提高几乎全向的照明能力，封罩12可以包括使封罩12能够用作光学漫射器的材料。用于制造漫射器的材料可以包括聚酰胺(例如尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)等。这些聚合物材料还可以包括SiO2以促进光的折射，从而获得白色反射外观。封罩12的内表面可以设置有包含磷光体组合物的涂层(未示出)。
虽然可以利用不同LED器件和/或磷光体的组合的使用来提高LED灯产生白光效果的能力，但是作为备选方案或除此之外，期望其它方法来改善由LED器件产生的白光的颜色特性。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种设备包括：至少一个发光二极管(LED)模块，其被配置为产生可见光；以及包含两种或多种化合物的至少一个部件，每种化合物包含钕(Nd)，并且所述两种或多种化合物中的至少一种化合物还包含氟(F)，所述至少一个部件被配置成通过使用所述两种或多种化合物过滤所述产生的可见光来提供期望的光谱，其中在颜色空间中的期望的光谱的颜色由所述至少一个部件中的所述两种或多种化合物的相对量确定。
进一步根据本发明的该方面，所述两种或更多种化合物中的所述至少一种化合物可以是氟化钕(NdF3)。此外，所述两种或更多种化合物中的至少一种另外的化合物可以包含氧化钕(Nd2O3)。此外，两种或更多种化合物可以包含Nd3+离子和F离子。
进一步根据本发明的该方面，颜色空间中的期望光谱的颜色可以在颜色空间中的预定区域内变化，该预定区域至少由所述两种或更多种化合物的吸收矢量限定。此外，颜色空间中的预定区域可以被限制为约12个麦克亚当椭圆(等)。
进一步根据本发明的该方面，所述至少一个LED模块可以包括有机LED。此外，所述设备可以包括集成电路，该集成电路包含具有对应的多个部件的多个LED模块。
进一步根据本发明的该方面，所述至少一个部件可以是沉积在所述至少一个LED模块的顶部上的封装层。此外，所述至少一个部件可以包含选自由TiO2、SiO2和Al2O3组成的组的添加剂，以增加所述至少一个部件中的两种或更多种化合物的扩散率。此外，封装层可以是低温玻璃、聚合物、聚合物前驱体、聚碳酸酯、热塑性或热固性聚合物或树脂、硅氧烷或硅氧烷环氧树脂。此外，所述至少一个部件还可以包括磷光体。
再进一步根据本发明的该方面，所述至少一个部件可以是沉积在包括磷光体的另一封装层上的封装层，所述另一封装层沉积在所述至少一个LED模块的顶部上。
再进一步根据本发明的该方面，所述两种或更多种化合物中的至少一种化合物可以包括Nd-F和Nd-X-F化合物中的一种或多种，其中X是元素O、N、S、Cl、OH、Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba和Y中的一种或多种。
再进一步根据本发明的该方面，所述至少一个部件可以是光学部件，该光学部件包括透明、半透明或反射的基底，该基底的表面上具有涂层，该涂层包含所述两种或更多种化合物以通过过滤所述产生的可见光来提供期望的光谱。此外，涂层的厚度可以在约50nm至约1000μm的范围内。此外，涂层还可以包含折射率高于所述两种或更多种化合物的添加剂，并且其中添加剂选自至少包括TiO2，SiO2和Al2O3的金属氧化物和非金属氧化物。此外，涂层可以设置在基底的内表面上。此外，基底可以是选自由灯泡、透镜和包围所述至少一个LED模块的圆顶组成的组的漫射器。
进一步根据本发明的该方面，所述至少一个部件可以使用注塑成型或类似技术沉积而成。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本公开的这些和其它特征和方面将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是常规的基于LED的照明设备10的透视图。
图2是Nd2O3和NdF3的可见光谱中的透射率的曲线图；
图3是颜色空间图，示出了掺入光学部件(例如硅氧烷或聚碳酸酯)并沉积在标准LED封装(例如，80CRI，其具有3000K CCT)上的Nd2O3和NdF3化合物如何能够沿着由Nd2Oa和NdF3化合物的光谱吸收限定的矢量移动光源的色点；
图4a是根据本发明的实施例的包含不同量的Nd2O3和NdF3的Nd化合物混合物的可见光谱中的透射率的曲线图；
图4b是根据本发明的实施例的利用具有图4a所示的各种Nd化合物混合物的滤波器的可见光谱中的灯(例如LED灯)的模拟发射的曲线图；
图5是根据本发明的实施例的将标准3000K LED灯的色点与包括分别在图4a和4b中示出的具有各种Nd化合物混合物的滤波器的LED灯的模拟色点进行比较的颜色空间图；
图6a-6d是根据本发明的各种实施例的基于LED的照明设备的非限制性示例，其并入ND-F化合物(或更一般地如本文所述的ND-X-F化合物)以及磷光体以赋予有利的可见吸收/产生特性；
图7是根据本发明的一个实施例的基于LED的照明设备的剖视图；
图8是根据本发明的另一实施例的基于LED的照明设备的剖视图；
图9是根据本发明的又一实施例的基于LED的照明设备的透视图；
图10是根据本发明的又一实施例的基于LED的照明设备的透视图。
具体实施方式
本文提出了一种新的设备，例如照明设备，该设备包括：至少一个LED(或OLED)模块，该模块被配置为产生可见光，例如白光；以及至少一个部件，例如光学部件，其包括多种(两种或更多种)化合物，每种化合物包含钕(Nd)和至少一种包含氟(F)的化合物，用于赋予期望的滤色效果以提供期望的光谱，其中，在颜色空间中的期望光谱的颜色由在所述至少一个部件中的所述两种或更多种化合物的相对量确定。
例如，根据本发明的一个实施例，所述至少一个部件(光学部件)可以是包含两种化合物的聚合物基材(例如硅氧烷、聚碳酸酯等)：第一化合物可以是氧化钕(Nd2O3)，并且第二化合物可以是氟化钕(NdF3)，如本文详细描述的这种情况。钕化合物吸收560-600nm范围内的黄光，这改变了LED***的色点。添加单种化合物可以沿着CIE 1931颜色空间(具有色度坐标CCX和CCY)中的线移动色点。通过使用两种或更多种化合物，色点可以在CIE颜色空间(以下称为“颜色空间”)的区域内的任何地方移动。这允许针对特定应用对LED***的颜色进行更大程度的定制，如本文的图3所示。
换句话说，钕化合物(例如上述实施例中的Nd2O3和NdF3)可以以各种量加入，以改变用于控制所得光的色点的光学部件的组成。当添加每种组分时，两种(或更多种)组分的不同吸收光谱导致LED***的色点在不同方向上(即，在CCX和CCY两个方向上)移动。然后，本文所述的包括Nd和F的多种化合物的色点移动矢量可以界定CIE颜色空间内的区域，在该区域内部，通过改变两种或更多种化合物的相对量，可以用相同的LED实现任何色点，如本文所述。
根据另一个实施例，可以将诸如二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)等散射元件添加到聚合物基体中，以增加光学部件中的多种Nd和F化合物的扩散率。三个变量(例如，上述示例中TiO2、NdF3和Nd2O3的重量加载)的变化可允许产生多种专用光学部件以实现所需光谱和分布。
此外，根据本发明的一个实施例，至少一种化合物(或多于一种)可以包含钕(Nd)和氟(F)的元素，并且任选地包含一种或多种其它元素。典型地，这种化合物包含Nd3+离子和F离子。为了本发明的目的，“Nd-F化合物”应广义地解释为包括包含钕和氟化物以及任选地其它元素的化合物。
根据另一个实施例，所述部件可以包括在LED(OLED)芯片的表面上的复合/封装层，使得包括本文公开的Nd和F的多种化合物可以例如与磷光体一起共混(分散)在该封装层中，以实现有利的可见光吸收分布。复合/封装层可以使用低温玻璃、聚合物(例如聚碳酸酯)、聚合物前驱体、硅氧烷(聚合物)或硅氧烷环氧树脂或前驱体(precursor)等形成。
根据另一个实施例，光学部件可以是透明、半透明反射或半透射(部分反射和透射)基底，并且基底表面上的涂层包含本文所述的多种Nd和F组分，当可见光通过光学部件时，该涂层可以对由LED模块产生的可见光施加滤色效果，例如过滤黄光波长范围(例如波长从约560nm到约600nm)内的可见光，以提供期望的光谱。
此外，光学部件的透明或半透明基底可以是漫射器，例如灯泡、透镜和包围至少一个LED芯片的封套。此外，基底可以是反射基底，并且LED芯片可以布置在基底的外部。多化合物涂层(包含本文所述的Nd和F多化合物)可以设置在基底的表面上，并且涂层的厚度应当足以实现滤色效果。厚度通常可以在50nm至1000μm的范围内，优选厚度在100nm至500μm之间。
所得到的器件可以通过使用Nd和Nd-F化合物/材料的滤波来表现出光参数的改进，所述Nd和Nd-F化合物/材料在约530nm和600nm之间的可见光区域中具有本征吸收，以增强CSI(色饱和度指数)、CRI(显色指数)、R9(显色值)、显现度(照明偏好指数，LPI)等。R9被定义为在计算CRI时未使用的6种饱和测试颜色之一。“显现度”是基于LPI版本的发射光的参数，其在2014年9月9日提交的共同未决、共同拥有的国际申请PCT/US2014/054868(于2015年3月12日公布为WO2015/035425)中有所描述，并且在此通过引用并入相关部分。
在一个实施例中，本文所述的多种化合物中的至少一种可以包含Nd3+离子和F-离子，并且可以是Nd-F化合物或Nd-X-F化合物。如本文所用，“Nd-F化合物”应广义地解释为包括包含钕和氟化物以及任选地其它元素的化合物。这种包含钕和氟化物的化合物可以包含氟化钕或氟氧化钕(例如，NdOxFy，其中2x+y＝3，例如Nd4O3F6)或包含不定水和/或氧的氟化钕，或氢氧氟化钕(例如，Nd(OH)aFb，其中a+b＝3)，或包含钕和氟化物的多种其它化合物，这些化合物从下面的描述将变得显而易见。
在一些实施例中，多种化合物中的一种可以是NdF3或NdFO。对于Nd-X-F化合物，X是选自由下列组成的组的至少一种元素：与钕形成化合物的元素，例如氧、氮、硫和氯；或与氟形成化合物的至少一种金属元素，例如Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba和Y、或这些元素的组合，所述金属元素不同于钕。Nd-X-F化合物的具体示例可包括：氟氧化钕(Nd-O-F)化合物；其中x可以是Mg和Ca或者可以是Mg、Ca和O的Nd-X-F化合物；以及包含Nd-F的其它化合物，包括掺杂钕的钙钛矿结构。某些Nd-X-F化合物可以有利地在约580nm的波长下实现更宽的吸收。
如上所述，一种部件/光学部件可以是聚合物基材(例如硅氧烷、聚碳酸酯等)，其包含例如两种化合物Nd2O3和NdF3。图2是由曲线22表示的Nd2O3(在折射率为1.54的1.3mm厚硅氧烷中为1.0％)和由曲线20表示的NdF3(在折射率为1.54的1.3mm厚硅氧烷中为2.9％)在可见光谱中的透射率的曲线图。可以看出，各种材料共享许多类似的吸收特征，尤其是在黄色(例如，约570nm-约600nm)区域中。图2所示的不同吸收峰驱动颜色空间中的每种组分(Nd2O3和NdF3)的不同色移矢量，如图3进一步所示。通过组合这两种化合物，可以获得单一Nd化合物或钕玻璃(SiO2中的Nd2O3)不能获得的色点。
在使用中，可以用密封剂(例如，硅氧烷、环氧树脂、丙烯酸树脂等)封装LED芯片/管芯；密封剂可包括Nd2O3和NdF3材料或一般地本文所述的Nd和F基化合物，使得例如硅氧烷中的Nd2O3和NdF3可直接沉积在LED芯片上或LED芯片阵列(例如板上芯片阵列、COB阵列)上，如本文进一步详述。
图3是颜色空间图，示出了掺入光学部件(例如硅氧烷或聚碳酸酯)并沉积在标准LED封装(例如，80CRI，其具有3000K CCT)上的Nd2O3和NdF3化合物如何能够沿着分别由Nd2O3和NdF3化合物的光谱吸收限定的矢量30和32移动光源的色点。
从图3中的图中可以清楚地看出，通过改变Nd2O3和NdF3化合物的相关量，即，沿着分别由Nd2P3和NdF3化合物的光谱吸收限定的矢量30和32移动发射器的色点，该***理论上可以允许由标准3000KLED产生的三角形ABC中的任何色点。然而，由于由高滤波导致的大能量损失是不希望的，因此该***实际上可以限制到较小的区域34，例如12个麦克亚当椭圆，或者基于应用和最终用户牺牲LPW(流明每瓦)以实现非常远离起始颜色的色点的意愿而任意选择一些其它区域尺寸。区域34由线BD、BE和曲线36限定。区域34中的任何实际色点可以在Nd2O3和NdF3化合物的宽范围的相对量和扩散水平上实现，允许在需要光学器件的不同光束整形特性的不同LED***中应用给定色点。相比之下，添加钕玻璃(常规方法)仅允许色点移动到单个点38(或者如果玻璃的厚度变化则沿着矢量移动)。图4a、4b和5示出了用于实践本文公开的实施例的进一步的示例。
图4a是根据本发明的一个实施例的在硅氧烷带中包含不同量的Nd2O3和NdF3的钕化合物混合物的可见光谱中的透射率的示例性曲线图。曲线42a对应于包含4％NdF3和1％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带，曲线44a对应于包含5％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带，曲线46a对应于包含3.％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带，曲线48a对应于包含3.5％的NdF3和1.8％的Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带。
图4b是根据本发明的实施例的利用具有图4a所示的各种Nd化合物混合物的滤波器的可见光谱中的灯(例如LED灯)的模拟发射的曲线图。在图4b中，曲线42b用于具有包含4％NdF3和1％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，曲线44b用于具有包含5％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，曲线46b用于具有包含3％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，曲线48b用于具有包含3.5％NdF3和1.8％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯。
图5是根据本发明的实施例的将标准3000K LED灯的色点与包括分别在图4a和4b中示出的具有各种Nd化合物混合物的滤波器的LED灯的色点进行比较的颜色空间图。在图5中，色点52用于具有包含4％NdF3和1％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，色点54用于具有包含5％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，色点56用于具有包含3％NdF3和0.5％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯，色点58用于具有包含3.5％NdF3和1.8％Nd2O3的1.3mm厚硅氧烷带的模拟LED灯。
图4a、4b和5示出了改变(LED)灯的滤波部件中的NdF3和Nd2O3的相对量如何能够改变灯的色温并改变其发射光谱(例如570-600nm波长范围附近的吸收峰)，以提供具有期望色温和足够水平的透射流明功率的期望灯光谱(例如光源的“白化”)，从而能够进一步改善诸如CSI、CRI、R9和显现度的其它光参数。“显现度”是基于LPI版本的发射光的参数，其在2014年9月9日提交的共同未决、共同拥有的国际申请PCT/US2014/054868(于2015年3月12日公布为WO2015/035425)中有所描述，并且在此通过引用并入相关部分。
在另一个实施例中，对应相对量的多个Nd和F化合物可以与一种或多种发光材料(例如磷光体)一起共混到封装材料中。例如，对应相对量的Nd和F多种化合物可以与黄绿色磷光体和/或红色磷光体共混。例如，多个Nd和F化合物可以与Ce掺杂的YAG磷光体和/或常规的红色氮化物磷光体(例如Eu2+掺杂的CaAlSiN红色磷光体)共混。在另一示例中，Nd和F多种化合物可与YAG:Ce磷光体和红色氮化物磷光体共混在硅氧烷中，封装蓝光/紫外光发射LED。
图6a-6d分别示出了根据本发明的各种实施例的基于LED的照明设备60a、60b、60c和60d的不同非限制性示例，其并入Nd和F多种化合物，如本文所述，以及磷光体以实现有利的可见光吸收/产生特性。在图6a-6d中，基于LED的照明设备60a、60b、60c或60d包括圆顶62，圆顶62可以是包围安装在印刷电路板(PCB)66上的LED芯片65的光学透明或半透明基底。引线向LED芯片65提供电流，从而使其发射辐射。LED芯片可以是任何半导体光源，尤其是当其发射的辐射被引导到磷光体上时能够产生白光的蓝光或紫外光源。特别地，半导体光源可以是基于被一般化为IniGajAlkN的氮化物化合物半导体的蓝光/紫外光(UV)发射LED，其中I、j和k是各自具有值1或0的整数(包括例如InGaN、AlN、AlGaN、AlGaInN器件结构)，其发射波长大于约200nm且小于约550nm。更具体地，芯片可以是具有从约400nm到约500nm的峰值发射波长的近UV或蓝光发射LED。甚至更具体地，芯片可以是具有在约440-460nm范围内的峰值发射波长的蓝光发射LED。这种LED半导体是本领域中已知的。
根据图6a所示的一个实施例，聚合物复合层(密封剂化合物)64a可包含Nd和F多种化合物，如本文所述，其与磷光体共混以赋予根据本文所述的各种实施例的有利可见光吸收/产生特性。该化合物层64a可以直接设置在LED芯片65的表面上并且辐射耦合到芯片。“辐射耦合”是指来自LED芯片的辐射传输到磷光体，并且磷光体发射不同波长的辐射。在特定实施例中，LED芯片65可以是蓝色LED，并且聚合物复合层可以包括对应相对量的多个Nd和F化合物与黄绿色磷光体(例如铈掺杂的钇铝石榴石、Ce:YAG)的共混物。LED芯片发出的蓝光与聚合物复合层的磷光体发出的黄绿色光混合，并且净发射呈现通过Nd和F多种化合物滤波的白光。因此，LED芯片65可以被密封剂材料层64a包围。密封剂材料可以是低温玻璃、热塑性或热固性聚合物或树脂、或硅氧烷或环氧树脂。LED芯片65和密封剂材料层64a可以封装在壳体内(由圆顶62限制)。或者，LED设备60a可以仅包括密封剂层64a而不包括外部壳体/圆顶62。此外，如本文所述，散射颗粒可以嵌入密封剂材料中以增加Nd和F多种化合物的扩散率。散射颗粒可以是例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化钛(TiO2)。此外，散射颗粒可以有效地散射从LED芯片发射的定向光，优选地具有可忽略的吸收量。
为了在LED芯片的表面上形成包含本文所述的对应相对量的多个Nd和F化合物的聚合物复合层，颗粒可以分散在聚合物或聚合物前驱体中，特别是硅氧烷、聚碳酸酯、硅氧烷环氧树脂或其前驱体中。这种材料对于LED封装是公知的。分散混合物可以通过任何合适的工艺涂覆在芯片上，例如使用注塑成型(或浇铸和挤出光学部件或类似技术)，并且具有较大密度或粒度、或较大密度和较大粒度的颗粒优先沉降在LED芯片附近的区域中，形成具有梯度组成的层。沉降可以在聚合物或前驱体的涂覆或固化期间发生，并且可以通过本领域已知的离心工艺来促进。还应注意，磷光体以及Nd和F多种化合物的分散参数，例如包括颗粒密度和粒度以及工艺参数，可被选择为提供比Nd和F多种化合物更靠近LED芯片65的磷光体材料，以便通过Nd和F多种化合物对磷光体组分产生的光提供适当的过滤。
在图6b所示的备选示例性实施例中，磷光体层64b可以是常规制造的密封剂层，并且具有Nd和F多种化合物的单独密封剂层68b可以沉积在磷光体层64b的顶部上，例如：在在聚合物或聚合物前驱体中使用适当的常规沉积/颗粒分散技术。
在图6c所示的另一示例性实施例中，包含Nd和F多种化合物的复合层68c可以涂覆在圆顶(壳体)62的外表面上。涂覆层68b的性能类似于图6b中具有Nd和F多种化合物的密封剂层68b的性能。或者，图6c中的涂层68c可以沉积在圆顶62的内表面上。将参照图7-10讨论关于圆顶/基底的涂层的更多实施细节。注意，圆顶62本身可以是透明的或半透明的。
在又一示例性实施例中，如图6d所示，圆顶(壳体)62可用于在圆顶62的外表面上沉积多个Nd和F化合物复合层/涂层68d，并且在圆顶62的内表面上沉积磷光体涂层64d。还应注意，这种方法可以有不同的变型。例如，涂层64d和68d都可以沉积在圆顶62的一个表面(外表面或内表面)上，其中磷光体涂层64d比涂层68d更靠近LED芯片65。此外，涂层64d和68d(当沉积在圆顶62的一个表面上时)可以组合在一层中，类似于图6a中的密封剂化合物层64a。注意，圆顶62本身可以是透明的、半透明的或半透射的，以便实现图6d所示示例的不同变型。
下面是使用本文所述包含Nd和F多种化合物的涂层的基于LED的照明设备的几个非限制性示例，该涂层导致期望的滤色器效果。
图7是根据本发明的一个实施例的适用于区域照明应用的基于LED的照明设备。基于LED的照明设备(其也可以被称为“照明单元”或“灯”)是配置为提供几乎全向的照明能力的LED灯70。如图7所示，LED灯70包括灯泡72、连接器74和位于灯泡72和连接器74之间的基座76，以及在灯泡72的外表面上的涂层78。涂层78包括本文所述的Nd和F多种化合物。在其它实施例中，灯泡72可由其它透明或半透明基底代替。或者，涂层78可以涂覆在灯泡72的内表面上，该灯泡可以是透明的或半透明的。
图8是根据本发明的另一实施例的基于LED的照明设备80。如图8所示，基于LED的照明设备是吊灯80(未示出LED芯片)。吊灯80包括半球形基底82和包含本文所述的Nd和F多种化合物的涂层88；涂层88在半球形基底82的内表面上。或者，涂层88可以涂覆在半球形基底82的外表面上，该半球形基底可以是透明的或半透明的。
图9是根据本发明的另一实施例的基于LED的照明设备。如图9所示，基于LED的照明设备是透镜90，并且透镜90包括平坦基底92。在该实施例中，平坦基底92在其外表面上包括Nd和F多种化合物涂层(未示出)。
图10是根据本发明的另一实施例的基于LED的照明设备100。基于LED的照明设备100包括灯泡102、至少一个LED芯片105和反射基底106。反射基底106被配置为反射由LED芯片105产生的可见光。在某些实施例中，反射基底106在其外表面上包括Nd和F多种化合物涂层(未示出)，用于提供期望的滤波。在图10中，圆顶(102)可以由漫射材料构成，使得来自LED的一定量的光将通过，并且一定量的光将被反射回腔体中(这些量取决于圆顶材料的扩散率有多高)。取决于圆顶102的扩散率，反射光将镜面反射或漫反射。这些来自圆顶102的漫反射和/或镜面反射将入射到根据本文描述的实施例之一涂覆的反射基底106上。或者，圆顶102可以由宽带半反射材料构造以提供相同的功能。
本文所述的涂层材料，包括包含Nd3+离子和F离子的化合物，可能具有很小的光学散射(扩散)效应；或者备选地，可以在通过其中的光上引起相当大的光学散射。为了增加散射角，涂层可包括有机或无机材料的离散颗粒。或者，有机或无机材料可单独由本文所述的Nd和F多种化合物的离散颗粒组成，和/或由Nd和F多种化合物的离散颗粒和由至少一种其它不同材料形成的颗粒的混合物组成。
在一个实施例中，有机或无机材料的合适粒度可以为约1nm至约10μm。对于图7所示的LED灯70，为了使散射角最大化以使LED灯70能够实现全向照明，可以将粒度选择为远小于300nm以使瑞利散射的效率最大化。
虽然不打算限制，但是Nd和F多种化合物涂层可以通过例如喷涂、辊涂(rollercoating)、弯月面(meniscus)或浸涂、冲压、丝网涂覆、分配(dispensing)、辊涂(rolling)、刷涂、粘结、静电涂覆或可提供均匀厚度涂层的任何其它方法来施加。下面将描述如何在基底上提供Nd和F多种化合物涂层的三个非限制性示例。
在一个实施例中，如图7所示，涂层37可以通过粘结方法涂覆在灯泡72上。LED灯70可以包括灯泡72和涂层78之间的结合层(未示出)，并且结合层可以包括有机粘合剂或无机粘合剂。有机粘合剂可以包括环氧树脂、有机硅树脂粘合剂、丙烯酸类树脂等。无机粘合剂可以包括硅酸盐无机粘合剂、硫酸盐粘合剂、磷酸盐粘合剂、氧化物粘合剂、硼酸盐粘合剂等。
在另一个实施例中，如图7所示，涂层78可以通过喷涂方法涂覆在灯泡72的外表面上。首先，形成液体混合物，其包含例如对应相对量的Nd2O3和NdF3化合物、二氧化硅、诸如DISPEX A40的分散剂、水和任选地TiO2或Al2O3。随后，将形成的液体混合物喷射到灯泡72上。最后，灯泡72固化以获得涂覆的LED灯70。
在一个实施例中，如图7所示，涂层78可以通过静电涂覆方法涂覆到灯泡72的外表面上。首先，制备由例如对应相对量的Nd2O3和NdF3化合物、SiO2和Al2O3组成的带电粉末。随后，粉末被涂覆到带相反电荷的灯泡72上。
在本发明的另一个实施例中，喷涂方法和静电涂覆方法都可以使用不含有机溶剂或有机化合物的材料，这可以延长LED照明设备的使用寿命并避免通常由磺化引起的变色。
在另一个实施例中，为了促进光的折射以获得白色反射外观，涂层还可以包括相对于多种Nd和F化合物具有更高折射率的添加剂。添加剂可选自金属氧化物或非金属氧化物中的至少一种，例如TiO2、SiO2和Al2O3。
除非另有定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一元件与另一元件区分开。此外，术语“一个”和“一种”不表示数量上的限制，而是表示存在所引用项目中的至少一个。本文对“包括”、“包含”、或“具有”及其变型的使用旨在涵盖其后所列的项目及其等同物以及附加的项目。术语“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接，并且可以包括电和光连接或联接，而不论是直接的或间接的。
此外，技术人员将认识到来自不同的实施例的各种特征的可互换性。本领域普通技术人员可以混合和匹配所描述的各种特征以及每个特征的其它已知等同物，以根据本公开的原理构造附加的***和技术。
在描述所要求保护的设备的备选实施例时，为了清楚起见采用了特定术语。然而，本发明并非意图局限于如此选择的特定术语。因此，应当理解，每个特定元件包括以类似方式操作以实现类似功能的所有技术等同物。
应当理解，前面的描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其它实施例在所附权利要求的范围内。
应注意，本文所述和要求保护的各种非限制性实施例可以单独使用、组合或选择性地组合以用于特定应用。
此外，可以有利地使用上述非限制性实施例的各种特征中的一些，而无需相应地使用其它所描述的特征。因此，前面的描述应当被认为仅仅是对本发明的原理、教导和示例性实施例的说明，而不是对其的限制。

Claims (14)

1.一种设备，包括：
至少一个发光二极管(LED)模块，其被配置成产生可见光；
磷光体；和
包含两种或更多种化合物的至少一个部件，
其中所述两种或更多种化合物中的一种化合物包含Nd2O3；
其中所述两种或更多种化合物中的至少一种另外的化合物包含具有式NdOxFy的氟氧化钕，其中2x+y＝3；或者具有式Nd(OH)aFb的氢氧氟化钕，其中a+b＝3，
所述至少一个部件被配置成通过使用所述两种或更多种化合物过滤所述产生的可见光来提供期望的光谱,
其中在颜色空间中的所述期望光谱的颜色由所述至少一个部件中的所述两种或更多种化合物的相对量确定；
所述至少一个部件包括氟氧化钕或氢氧氟化钕的量多于Nd2O3的量，所述氟氧化钕具有式NdOxFy，其中2x+y＝3；或者所述氢氧氟化钕具有式Nd(OH)aFb，其中a+b＝3；和
其中所述至少一个部件包含选自由TiO2、SiO2和Al2O3组成的组的添加剂，以增加所述至少一个部件中的所述两种或更多种化合物的扩散率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述颜色空间中的所述期望光谱的颜色在至少由所述两种或更多种化合物的吸收矢量限定的所述颜色空间中的预定区域内变化。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述颜色空间中的所述预定区域被限制为约12个麦克亚当椭圆。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述两种或更多种化合物包含Nd3+离子和F-离子。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个部件是沉积在所述至少一个LED模块的顶部上的封装层。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述封装层是低温玻璃、聚合物、聚合物前驱体、聚碳酸酯、热塑性或热固性聚合物或树脂、硅氧烷或硅氧烷环氧树脂。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个部件是沉积在包括磷光体的另一封装层上的封装层，所述另一封装层沉积在所述至少一个LED模块的顶部上。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述两种或更多种化合物中的所述至少一种化合物包括Nd-F和Nd-X-F化合物中的一种或多种，其中X是元素O、N、S、Cl、OH、Na、K、Al、Mg、Li、Ca、Sr、Ba和Y中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述涂层的厚度在约50纳米至约1000微米的范围内。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述涂层还包含折射率高于所述两种或更多种化合物的添加剂，并且其中，所述添加剂选自至少包括TiO2、SiO2和Al2O3的金属氧化物和非金属氧化物。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述涂层设置在所述基底的内表面上。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述基底是漫射器，所述漫射器选自由灯泡、透镜和包围所述至少一个LED模块的圆顶组成的组。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括集成电路，所述集成电路包含具有对应的多个部件的多个LED模块。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个部件使用注塑成型来沉积。
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