具有高显色指数的高效率基于led的照明模块的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年2月10日的中国专利申请"具有高显色指数的高效率基 于L邸的照明模块"（申请号:201180022262.2)的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请要求2010年3月4日递交美国专利申请No. 12/717,880的优先权，其全部内 容通过引用合并于此。
技术领域
[0004] 所描述的实施例设及包括发光二极管(LED)的照明模块。
【背景技术】
[0005] 显色指数(CRI)是与理想或自然光源相比光源忠实再现不同对象颜色能力的量化 度量。CRI系统由国际照明协会(CIE)管理。CIE选择15个测试颜色样本来对白光源的颜色特 性进行分级。前八个测试颜色样本是相对低的饱和色，并且均匀地分布在完整色调范围上。 采用运八个样本来计算一般显色指数Ra。简单地将一般显色指数Ra计算为前八个显示指数 值Ri-I?8的平均。其他7个样本提供与光源的显色特性有关的补充信息;前四个样本集中于高 饱和，后Ξ个样本代表公知对象。
[0006] 通过将光源的光谱响应分别与每个测试颜色样本的光谱响应相比较，计算特定相 关色溫(CCT)的一组显色指数值R广Ri5。计算包括:获取被测波长范围上任何数目的等间隔 波长下测试颜色样本的光谱功率分布与被测光源的光谱功率分布之间的差值AEj。基于运 些差值，每个特定显色指数值计算如下：
[0007] (]-)
[000引与各个CRI指数相关联的测试颜色样本被设计为，使得特定理想或自然光源对于 每个指数应当实现CRI值100。例如，在5,000开氏溫度W下，将黑体福射体视为理想光源。因 此，5,000开氏溫度W下的黑体福射体对于每个特定CRI值具有100的CRI。白识灯具有接近 100的CRI等级，运是因为可W将白识灯构造成非常接近黑体福射体。光谱功率分布有限的 光源(例如，弧光灯或发光二极管化抓））典型地呈现极低CRI值。通常，由于实现高CRI值的 照明源在可见光谱上提供了有色对象的逼真显色，因此运种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。
【发明内容】
[0009] -种照明模块，包括:光混合空腔，具有与至少一个发光二极管化抓)物理分离的 内表面区域，并且被配置为将从Lm)发射的光引导至输出窗，输出窗与Lm)物理分离并且置 于Lm)的上方。用第一波长转换材料涂覆输出窗的一部分，并且用第二波长转换材料涂覆内 表面区域的一部分。输出窗上的波长转换材料可W包括渗杂姉的错侣石恼石化uAG:Ce)。输 出窗上的波长转换材料还包括峰值发射波长在615至化55之间的波长转换材料，其中，在相 同CCT下从输出窗发射的光的光谱响应在黑体福射体的20%内，更具体地在15%内，对于λ = 500nm至λ = 650ηηι，测量CCT为max( (test(A)-Blackbody(A) )/Blackbody(A)) eLED可 W发 射第一彩色光，光混合空腔W大于1301m/W的颜色转换效率比将第一彩色光转换成的第二 彩色光，颜色转换效率比被测量为模块输出的光通量除WLm)的福射输出功率，其中，光混 合空腔包括峰值发射波长在508至化28纳米之间的第一光致发光材料和峰值发射波长在615 至化55纳米之间的第二光致发光材料。
[0010] 此外，在W下详细描述中描述其他细节和实施例W及技术。该
【发明内容】
的目的不 在于限定本发明。本发明由权利要求来限定。
【附图说明】
[0011] 其中相似数字表示相似组件的附图示出了本发明的实施例。
[0012] 图1示出了相关色溫(CCT)为3,000开氏溫度的黑体福射体的光谱响应与峰值发射 接近450纳米的示例性L邸的光谱响应。
[0013] 图2示出了 LED和若干光致发光材料的发射光谱。
[0014] 图3示出了关于图2讨论的L邸的发射光谱和Ξ个憐光体的激发光谱。
[001引图4示出了发光二极管(L邸)照明设备的实施例的透视图。
[0016] 图5示出了 L邸照明设备的组件的分解图。
[0017] 图6示出了 L邸照明设备的实施例的透视截面图。
[0018] 图7A示出了2,700开氏溫度下黑体福射体的仿真发射光谱W及基准照明模块和高 CRI照明模块的测量发射光谱。
[0019] 图7B针对图7A的基准和高CRI照明模块比较每个特定CRI值。
[0020] 图8A示出了3,000开氏溫度下黑体福射体的仿真发射光谱W及基准照明模块和高 CRI照明模块的测量发射光谱。
[0021] 图8B针对图8A的基准和高CRI照明模块比较每个特定CRI值。
[0022] 图9A示出了4,000开氏溫度下黑体福射体的仿真发射光谱W及基准照明模块和高 CRI照明模块的测量发射光谱。
[0023] 图9B针对图9A的基准和高CRI照明模块比较每个特定CRI值。
[0024] 图10示出了一组波长范围上针对多个照明模块的测量光谱与黑体曲线的最大百 分比偏罔。
[0025] 图11示出了针对具有Ξ个憐光体的高效高CRI照明模块W及具有两个憐光体的基 准照明模块的颜色转换效率和CRI的提高。
[00%]图12A示出了两个不同目标CCT下Ξ组高效高CRI模块的颜色转换效率。
[0027] 图12B示出了两个不同目标CCT下另外Ξ组高效高CRI模块的颜色转换效率。
【具体实施方式】
[0028] 现在详细参考背景示例和本发明的一些实施例，在附图中示出了本发明的示例。
[0029] 图1示出了相关色溫(CCT)为3,000开氏溫度的黑体福射体的光谱响应。如上所述， 在5,000开氏溫度W下，对于黑体福射体将各个CRI指数值设计为100。因此，设计在5,000开 氏溫度W下的CCT处呈现高CRI值的照明模块的方法在于:在感兴趣的波长范围（例如，可见 光谱)上设计该模块，W便发射光谱功率分布与黑体福射体的光谱功率分布几乎匹配的光。 图1还示出了峰值发射接近450纳米的示例性Lm)的光谱响应。可W选择峰值发射在380到 490纳米之间的L抓作为基于L抓的照明模块中的光的来源，运是因为该峰值波长范围中LED 的福射效率。然而，如图1所示，L抓的光谱响应非常窄，随着黑体福射体的光谱响应大幅变 化，并且CRI极低。
[0030]为了实现来自基于L抓的照明模块的高CRI值的光输出，将L抓的窄带发射的一部 分转换成各种较高波长，W更接近地仿真黑体福射体的光谱响应。图2示出了Lm)和若干光 致发光材料的发射光谱，如本专利文献中所述，当LED与若干光致发光材料相结合时，它们 的发射光谱几乎与3,000开氏溫度处的黑体福射体的光谱响应匹配。示例性光致发光材料 中的每一个具有特有的化学成分，例如特定憐光体。尽管可W混合不同的憐光体，对于本专 利文献而言，光致发光材料是仅一个不同的化学化合物，而不是混合物。可W用于针对每个 C RI指数R1 - R15获得高C RI值的高效照明模块的示例憐光体包括W下憐光体，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]图 2示出了由Mitsubishi Chemical Co;rporation(日本）制造的红光发射 CaAlSiN3:Eu憐光体的光谱响应，该光谱响应被设计为在接近650纳米处呈现峰值发射。图2 还示出了由Merck(德国）制造的LuAG:Ce憐光体的发射光谱，该发射光谱被设计为在接近 518纳米处呈现峰值发射。图2还示出了由化osphor Technology Ltd(英国）制造的 Y3AI5O12: Ce(YAG)憐光体的发射光谱，该发射光谱被设计为在接近555纳米处呈现峰值发 射。运些特定的憐光体是示例性的，并且还可W采用或者备选地采用许多其他憐光体。在本 示例中，针对面对各种照明环境下出现的环境条件的溫度稳定性、长期可靠性W及耐久性， 来选择运些憐光体。为了获得对于每个CRI指数R1-R15具有高CRI值的有效率的照明模块， 可W采用峰值发射波长在618至化55纳米之间的红发光憐光体。为了补偿通过使用红光发射 憐光体而创建的波长范围在460到525之间的光谱响应的缺陷，可W采用峰值发射波长在 508到528之间的绿光发射憐光体。运样，能够在500至化50纳米之间的波长范围中获得光谱 响应在黑体福射体的发射光谱的20%内的照明模块。在其他示例中，能够在500至化50纳米 之间的波长范围内获得光谱响应在黑体福射体的发射光谱的10%内的照明模块。在其他示 例中，能够在500至化50纳米之间的波长范围内获得光谱响应在黑体福射体的发射光谱的 10%内的照明模块。此外，W运种方式构建的照明模块可W呈现大于1301m/W的颜色转换效 率比，如下所述。此外，可W采用峰值发射在545到565纳米之间的波长范围中的黄光发射憐 光体。在一些示例中，通过按照重量为55到90份之间的绿憐光体、5到25份之间的红憐光体、 W及5到35份之间的黄憐光体，来混合绿光发射憐光体、红光发射憐光体W及黄光发射憐光 体，从而获得高效高CRI的照明模块。通常，选择至少Ξ种光致发光材料，