具有高顯色指數(shù)的高效率基于led的照明模塊的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年2月10日的中國(guó)專利申請(qǐng)"具有高顯色指數(shù)的高效率基 于L邸的照明模塊"（申請(qǐng)?zhí)?201180022262.2)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0003] 本申請(qǐng)要求2010年3月4日遞交美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/717,880的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi) 容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 所描述的實(shí)施例設(shè)及包括發(fā)光二極管(LED)的照明模塊。
【背景技術(shù)】
[0005] 顯色指數(shù)(CRI)是與理想或自然光源相比光源忠實(shí)再現(xiàn)不同對(duì)象顏色能力的量化 度量。CRI系統(tǒng)由國(guó)際照明協(xié)會(huì)(CIE)管理。CIE選擇15個(gè)測(cè)試顏色樣本來(lái)對(duì)白光源的顏色特 性進(jìn)行分級(jí)。前八個(gè)測(cè)試顏色樣本是相對(duì)低的飽和色，并且均勻地分布在完整色調(diào)范圍上。 采用運(yùn)八個(gè)樣本來(lái)計(jì)算一般顯色指數(shù)Ra。簡(jiǎn)單地將一般顯色指數(shù)Ra計(jì)算為前八個(gè)顯示指數(shù) 值Ri-I?8的平均。其他7個(gè)樣本提供與光源的顯色特性有關(guān)的補(bǔ)充信息;前四個(gè)樣本集中于高 飽和，后Ξ個(gè)樣本代表公知對(duì)象。
[0006] 通過(guò)將光源的光譜響應(yīng)分別與每個(gè)測(cè)試顏色樣本的光譜響應(yīng)相比較，計(jì)算特定相 關(guān)色溫(CCT)的一組顯色指數(shù)值R廣Ri5。計(jì)算包括:獲取被測(cè)波長(zhǎng)范圍上任何數(shù)目的等間隔 波長(zhǎng)下測(cè)試顏色樣本的光譜功率分布與被測(cè)光源的光譜功率分布之間的差值A(chǔ)Ej。基于運(yùn) 些差值，每個(gè)特定顯色指數(shù)值計(jì)算如下：
[0007] (]-)
[000引與各個(gè)CRI指數(shù)相關(guān)聯(lián)的測(cè)試顏色樣本被設(shè)計(jì)為，使得特定理想或自然光源對(duì)于 每個(gè)指數(shù)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)CRI值100。例如，在5,000開氏溫度W下，將黑體福射體視為理想光源。因 此，5,000開氏溫度W下的黑體福射體對(duì)于每個(gè)特定CRI值具有100的CRI。白識(shí)燈具有接近 100的CRI等級(jí)，運(yùn)是因?yàn)榭蒞將白識(shí)燈構(gòu)造成非常接近黑體福射體。光譜功率分布有限的 光源(例如，弧光燈或發(fā)光二極管化抓））典型地呈現(xiàn)極低CRI值。通常，由于實(shí)現(xiàn)高CRI值的 照明源在可見(jiàn)光譜上提供了有色對(duì)象的逼真顯色，因此運(yùn)種照明源是令人期待的。合并了 L邸并具有高CRI值的光源是令人期待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] -種照明模塊，包括:光混合空腔，具有與至少一個(gè)發(fā)光二極管化抓)物理分離的 內(nèi)表面區(qū)域，并且被配置為將從Lm)發(fā)射的光引導(dǎo)至輸出窗，輸出窗與Lm)物理分離并且置 于Lm)的上方。用第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料涂覆輸出窗的一部分，并且用第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料涂覆內(nèi) 表面區(qū)域的一部分。輸出窗上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料可W包括滲雜姉的錯(cuò)侶石惱石化uAG:Ce)。輸 出窗上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料還包括峰值發(fā)射波長(zhǎng)在615至化55之間的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，其中，在相 同CCT下從輸出窗發(fā)射的光的光譜響應(yīng)在黑體福射體的20%內(nèi)，更具體地在15%內(nèi)，對(duì)于λ = 500nm至λ = 650ηηι，測(cè)量CCT為max( (test(A)-Blackbody(A) )/Blackbody(A)) eLED可 W發(fā) 射第一彩色光，光混合空腔W大于1301m/W的顏色轉(zhuǎn)換效率比將第一彩色光轉(zhuǎn)換成的第二 彩色光，顏色轉(zhuǎn)換效率比被測(cè)量為模塊輸出的光通量除WLm)的福射輸出功率，其中，光混 合空腔包括峰值發(fā)射波長(zhǎng)在508至化28納米之間的第一光致發(fā)光材料和峰值發(fā)射波長(zhǎng)在615 至化55納米之間的第二光致發(fā)光材料。
[0010] 此外，在W下詳細(xì)描述中描述其他細(xì)節(jié)和實(shí)施例W及技術(shù)。該
【發(fā)明內(nèi)容】
的目的不 在于限定本發(fā)明。本發(fā)明由權(quán)利要求來(lái)限定。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 其中相似數(shù)字表示相似組件的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例。
[0012] 圖1示出了相關(guān)色溫(CCT)為3,000開氏溫度的黑體福射體的光譜響應(yīng)與峰值發(fā)射 接近450納米的示例性L邸的光譜響應(yīng)。
[0013] 圖2示出了 LED和若干光致發(fā)光材料的發(fā)射光譜。
[0014] 圖3示出了關(guān)于圖2討論的L邸的發(fā)射光譜和Ξ個(gè)憐光體的激發(fā)光譜。
[001引圖4示出了發(fā)光二極管(L邸)照明設(shè)備的實(shí)施例的透視圖。
[0016] 圖5示出了 L邸照明設(shè)備的組件的分解圖。
[0017] 圖6示出了 L邸照明設(shè)備的實(shí)施例的透視截面圖。
[0018] 圖7A示出了2,700開氏溫度下黑體福射體的仿真發(fā)射光譜W及基準(zhǔn)照明模塊和高 CRI照明模塊的測(cè)量發(fā)射光譜。
[0019] 圖7B針對(duì)圖7A的基準(zhǔn)和高CRI照明模塊比較每個(gè)特定CRI值。
[0020] 圖8A示出了3,000開氏溫度下黑體福射體的仿真發(fā)射光譜W及基準(zhǔn)照明模塊和高 CRI照明模塊的測(cè)量發(fā)射光譜。
[0021] 圖8B針對(duì)圖8A的基準(zhǔn)和高CRI照明模塊比較每個(gè)特定CRI值。
[0022] 圖9A示出了4,000開氏溫度下黑體福射體的仿真發(fā)射光譜W及基準(zhǔn)照明模塊和高 CRI照明模塊的測(cè)量發(fā)射光譜。
[0023] 圖9B針對(duì)圖9A的基準(zhǔn)和高CRI照明模塊比較每個(gè)特定CRI值。
[0024] 圖10示出了一組波長(zhǎng)范圍上針對(duì)多個(gè)照明模塊的測(cè)量光譜與黑體曲線的最大百 分比偏罔。
[0025] 圖11示出了針對(duì)具有Ξ個(gè)憐光體的高效高CRI照明模塊W及具有兩個(gè)憐光體的基 準(zhǔn)照明模塊的顏色轉(zhuǎn)換效率和CRI的提高。
[00%]圖12A示出了兩個(gè)不同目標(biāo)CCT下Ξ組高效高CRI模塊的顏色轉(zhuǎn)換效率。
[0027] 圖12B示出了兩個(gè)不同目標(biāo)CCT下另外Ξ組高效高CRI模塊的顏色轉(zhuǎn)換效率。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 現(xiàn)在詳細(xì)參考背景示例和本發(fā)明的一些實(shí)施例，在附圖中示出了本發(fā)明的示例。
[0029] 圖1示出了相關(guān)色溫(CCT)為3,000開氏溫度的黑體福射體的光譜響應(yīng)。如上所述， 在5,000開氏溫度W下，對(duì)于黑體福射體將各個(gè)CRI指數(shù)值設(shè)計(jì)為100。因此，設(shè)計(jì)在5,000開 氏溫度W下的CCT處呈現(xiàn)高CRI值的照明模塊的方法在于:在感興趣的波長(zhǎng)范圍（例如，可見(jiàn) 光譜)上設(shè)計(jì)該模塊，W便發(fā)射光譜功率分布與黑體福射體的光譜功率分布幾乎匹配的光。 圖1還示出了峰值發(fā)射接近450納米的示例性Lm)的光譜響應(yīng)?？蒞選擇峰值發(fā)射在380到 490納米之間的L抓作為基于L抓的照明模塊中的光的來(lái)源，運(yùn)是因?yàn)樵摲逯挡ㄩL(zhǎng)范圍中LED 的福射效率。然而，如圖1所示，L抓的光譜響應(yīng)非常窄，隨著黑體福射體的光譜響應(yīng)大幅變 化，并且CRI極低。
[0030]為了實(shí)現(xiàn)來(lái)自基于L抓的照明模塊的高CRI值的光輸出，將L抓的窄帶發(fā)射的一部 分轉(zhuǎn)換成各種較高波長(zhǎng)，W更接近地仿真黑體福射體的光譜響應(yīng)。圖2示出了Lm)和若干光 致發(fā)光材料的發(fā)射光譜，如本專利文獻(xiàn)中所述，當(dāng)LED與若干光致發(fā)光材料相結(jié)合時(shí)，它們 的發(fā)射光譜幾乎與3,000開氏溫度處的黑體福射體的光譜響應(yīng)匹配。示例性光致發(fā)光材料 中的每一個(gè)具有特有的化學(xué)成分，例如特定憐光體。盡管可W混合不同的憐光體，對(duì)于本專 利文獻(xiàn)而言，光致發(fā)光材料是僅一個(gè)不同的化學(xué)化合物，而不是混合物。可W用于針對(duì)每個(gè) C RI指數(shù)R1 - R15獲得高C RI值的高效照明模塊的示例憐光體包括W下憐光體，例如： CaAlSiN3:Eu、SrAlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、Ba3Si6〇i2N2:Eu、Ba2Si〇4:Eu、Sr2Si〇4:Eu、Ca2Si〇4: Eu、(^i3Sc2Si3〇i2:Ce、(^i3Mg2Si3〇i2:Ce、CaSc2〇4:Ce、(^iSi2〇2N2:Eu、SrSi2〇2^:Eu、BaSi2〇2N2: Eu、化日（P〇4) 3CI: Eu、Ba日（P〇4) 3CI: Eu、Cs2CaP2〇7、Cs2S;rP2〇7、SrGa2S4: Eu、L113AI日0i2: Ce、化81 邑 (Si〇4)4Cl2:Eu、Sr8Mg(Si〇4)4Cl2:Eu、La3Si6Nii:Ce、Y3Al5〇i2:Ce、Y3Ga5〇i2:Ce、Gd3Al5〇i2:Ce、 GcbG 化 O12: Ce、TbsAl 日 O12: Ce、TbsGa 日 O12: Ce 和 L113G 化 O12: Ce。
[0031]圖 2示出了由Mitsubishi Chemical Co;rporation(日本）制造的紅光發(fā)射 CaAlSiN3:Eu憐光體的光譜響應(yīng)，該光譜響應(yīng)被設(shè)計(jì)為在接近650納米處呈現(xiàn)峰值發(fā)射。圖2 還示出了由Merck(德國(guó)）制造的LuAG:Ce憐光體的發(fā)射光譜，該發(fā)射光譜被設(shè)計(jì)為在接近 518納米處呈現(xiàn)峰值發(fā)射。圖2還示出了由化osphor Technology Ltd(英國(guó)）制造的 Y3AI5O12: Ce(YAG)憐光體的發(fā)射光譜，該發(fā)射光譜被設(shè)計(jì)為在接近555納米處呈現(xiàn)峰值發(fā) 射。運(yùn)些特定的憐光體是示例性的，并且還可W采用或者備選地采用許多其他憐光體。在本 示例中，針對(duì)面對(duì)各種照明環(huán)境下出現(xiàn)的環(huán)境條件的溫度穩(wěn)定性、長(zhǎng)期可靠性W及耐久性， 來(lái)選擇運(yùn)些憐光體。為了獲得對(duì)于每個(gè)CRI指數(shù)R1-R15具有高CRI值的有效率的照明模塊， 可W采用峰值發(fā)射波長(zhǎng)在618至化55納米之間的紅發(fā)光憐光體。為了補(bǔ)償通過(guò)使用紅光發(fā)射 憐光體而創(chuàng)建的波長(zhǎng)范圍在460到525之間的光譜響應(yīng)的缺陷，可W采用峰值發(fā)射波長(zhǎng)在 508到528之間的綠光發(fā)射憐光體。運(yùn)樣，能夠在500至化50納米之間的波長(zhǎng)范圍中獲得光譜 響應(yīng)在黑體福射體的發(fā)射光譜的20%內(nèi)的照明模塊。在其他示例中，能夠在500至化50納米 之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得光譜響應(yīng)在黑體福射體的發(fā)射光譜的10%內(nèi)的照明模塊。在其他示 例中，能夠在500至化50納米之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得光譜響應(yīng)在黑體福射體的發(fā)射光譜的 10%內(nèi)的照明模塊。此外，W運(yùn)種方式構(gòu)建的照明模塊可W呈現(xiàn)大于1301m/W的顏色轉(zhuǎn)換效 率比，如下所述。此外，可W采用峰值發(fā)射在545到565納米之間的波長(zhǎng)范圍中的黃光發(fā)射憐 光體。在一些示例中，通過(guò)按照重量為55到90份之間的綠憐光體、5到25份之間的紅憐光體、 W及5到35份之間的黃憐光體，來(lái)混合綠光發(fā)射憐光體、紅光發(fā)射憐光體W及黃光發(fā)射憐光 體，從而獲得高效高CRI的照明模塊。通常，選擇至少Ξ種光致發(fā)光材料，