提供具有增强的感知亮度的光谱功率分布的发光体转换固态照明装置的制作方法

提供具有增强的感知亮度的光谱功率分布的发光体转换固态照明装置
[0001]
相关申请的引证
[0002]
本申请要求于2018年5月5日提交的美国专利申请号15/972,152的优先权，其中前述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003]
本公开涉及固态照明装置，包括具有被布置成由电激活固态发射器激发的发光体(lumiphor)的装置，并且本公开涉及制造和使用此类装置的相关方法。


背景技术：

[0004]
固态照明装置，诸如发光二极管(led)越来越多地用于消费者和商业应用两者中。led技术中的进步带来了具有长使用寿命的高效并且机械强固的光源。因此，现代led已经实现了各种新的显示应用，并且越来越多地用于一般照射应用，通常代替白炽和荧光光源。
[0005]
led是将电能转换成光的固态装置，并且通常包括布置在相反掺杂的n型和p型层之间的半导体材料的一个或多个有源层(或有源区域)。当在掺杂层上施加偏压时，空穴和电子被注入到一个或多个有源层中，在有源层中它们重新组合以生成发射，诸如可见光或紫外发射。led芯片通常包括有源区域，其可以例如由碳化硅、氮化镓、磷化镓、氮化铝、砷化镓基材料和/或由有机半导体材料制成。
[0006]
固态发射器可以包括发光材料(也称为发光体)，其吸收由该发射器发射的具有第一峰值波长的发射中的一部分，并且重新发射具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长的光。磷光体、闪烁体和发光墨水是常见的发光材料。感知为白色或接近白色的光可以由红色、绿色和蓝色(“rgb”)发射器的组合生成，或者可替代地，由蓝色led和发光体诸如黄色磷光体(例如，yag：ce或ce：yag)的组合发射生成。在后一种情况下，蓝色led发射中的一部分穿过磷光体，而蓝色发射中的另一部分被降频转换为黄色，并且蓝色和黄色光组合地被感知为白色。白光也可以通过用紫色或uv led光源激发多种颜色的磷光体或染料来产生。
[0007]
蓝色led与黄色或绿色发光材料组合地发射在性质上可能接近白色，并称为“蓝移黄”(“bsy”)光或“蓝移绿”(“bsg”)光。来自发射红色的led(以产生“bsy+r”装置)或来自红色发光材料(以产生“bs(y+r)”装置)的红色(或橘红色)光谱输出的添加可用于增加聚合光输出的温暖度，并更好地近似于由白炽灯产生的光。
[0008]
通常使用显色指数(cri)或平均显色指数(cri ra)来测量颜色还原。为了计算cri，当通过参考辐射器(照明体)和测试光源进行照射时，模拟了14个反射样品的颜色外观。通用或平均显色指数cri ra是利用前八个指数的修正平均值，所有八个指数具有低至中等的色饱和度。(r9是未用于计算cri的六种饱和测试颜色中的一种，其中r9体现了大的红色含量。)cri和cri ra用于确定人造光源与自然光源在同一相关色温下的显色的匹配程度。日光具有高的cri ra(大约100)，其中白炽灯泡也相对较接近(cri ra大于95)，并且荧光照明的准确性较差(其中典型cri ra值大约为70-80)。
[0009]
选择在显色指数计算中使用的参考光谱作为根据其色温限定的理想照射光源。当加热的物体变为白炽时，其首先发红光，然后发黄光，然后发白光，并且最后发蓝光。因此，白炽材料的表观颜色与它们的实际温度(以开尔文(k)为单位)直接相关。据说白炽灯的实用材料具有与黑体源的色温直接相关的相关色温(cct)值。
[0010]
参考1931cie(国际照明委员会)色度图可以更好地理解本文中公开的与发明主题有关的方面，该图是众所周知的，并且其副本在图1中复制。1931cie色度图根据两个cie参数x和y绘制了人类颜色感知。光谱颜色围绕轮廓空间的边缘分布，该轮廓空间包括人眼感知的所有色相。边界线代表光谱颜色的最大饱和度。沿黑体轨迹(“bbl”)(也称为普朗克轨迹)的色度坐标(即色点)服从普朗克方程：e(λ)＝a λ-5
/(e
b/t-1)，其中e是发射强度，λ是发射波长，t是黑体的色温，并且a和b是常数。位于黑体轨迹上或附近(其体现从右下角发出的曲线)的颜色坐标为人类观察者产生令人愉悦的白光。1931cie图包括沿黑体轨迹的温度列表，其中这些温度列表示出了导致黑体辐射器升高到此类温度的色路。当加热的物体变为白炽时，它首先发红光，然后发黄光，然后发白光，并且最后发蓝光。发生这种情况的原因是，与黑体辐射器的峰值辐射相关联的波长随着温度的升高而逐渐变短，这与维恩位移定律一致。因此，可以根据照明体的色温来描述在黑体轨迹上或附近产生光的照明体。在bbl近侧(即大约在bbl的macadam八阶椭圆之内)且在2,500k和10,000k之间的白色区域在图1中示出。
[0011]
术语“白光”或“白度”没有清楚地覆盖沿bbl的整个颜色范围，因为显然蜡烛火焰和其他白炽光源显得带黄色，即不完全是白色。因此，可以根据相关色温(cct)并且根据其与bbl的接近度更好地定义照射的颜色。如果在x、y色度系统中照射源的色度点从bbl偏差大于0.01的距离，则白色照射的舒适度和质量会迅速降低。这对应于约macadam四阶椭圆的距离，这是照明行业采用的标准。发射具有在bbl的macadam四阶椭圆内的颜色坐标的且具有cri ra>80的光的照明装置通常可接受作为用于一般照射目的的白光。发射具有在bbl的macadam七阶或八阶椭圆内的颜色坐标的且具有cri ra>70的光的照明装置用作许多其他白色照明装置(包括紧凑型荧光灯和固态照明装置)的最低标准。图2示出了相对于bbl的区段(例如，通常在2900k和3500k之间延伸)的3200k的cct的macadam 2阶、4阶和7阶椭圆。
[0012]
高质量人工照明通常试图模仿自然光的特性。自然光源包括色温相对较高(例如～5000k)的日光和色温较低(例如～2800k)的白炽灯。一般照射的色温通常在2,000k和10,000k之间，其中用于一般照射的大多数照明装置的色温在2,700k和6,500k之间。在bbl近侧(即，大约在macadam八阶椭圆之内)并且在2,500k和10,000k之间的白色区域在图1中示出。
[0013]
发光功效是衡量光源产生可见光的程度的度量，并且表示光通量与功率的比率(其中功率是辐射通量或光源消耗的总功率，取决于情境)。可见光谱之外的光的波长对于照射没有用，因为人眼无法看到它们。此外，即使在可见光谱内，人眼对光的一些波长也比对光的其他波长表现出更大的响应。人眼对光的响应也随光强度的水平而变化。
[0014]
在眼后部，视网膜包含将光转换成带电信号的数百万个光受体，该带电信号被发送到大脑的视觉中心。视网膜包含两大类感光体，由于其几何形状而称为视锥和视杆。视网膜的非常中央的部分称为中央凹，仅包含视锥。视网膜的其余部分充满视杆和视锥两者，其中视杆数超过视锥数的比率约为10比1。
[0015]
取决于照度水平的三种视觉状态是明视视觉、暗视视觉和中视视觉。明视视觉是
在光线充足的条件下眼睛的视觉。在人类和许多其他动物中，明视视觉是由视锥细胞介导的，并且允许颜色感知和与暗视视觉相比可用的显著更高的视敏度。人眼使用三种类型的视锥(带有在约420nm(蓝色)、534nm(蓝绿色)和564nm(黄绿色)的波长处具有最大吸收值的生物色素)来感测三色带中的光，在555nm的波长(可见光谱中的绿黄色部分中)处提供约683lm/w的最大功效。暗视视觉是在非常低的光线(例如，近乎黑暗)的条件下眼睛的视觉，其中会失去很多颜色辨别力。在人眼中，视锥细胞在低光线下无法正常工作；结果，暗视视觉仅通过视杆细胞产生，该视杆细胞对498nm(绿蓝色)附近的光的波长最敏感，并对长于约640nm(红色)的波长不敏感。中视视觉发生在明视和暗视视觉的那些照度水平之间的照度水平。特别地，暗视视觉发生在10-2
至10-6
cd/m2的亮度水平；明视视觉发生在1至106cd/m2(正常光)的亮度水平；并且中视视觉发生在中等照明条件下(10-2
至1cd/m2的亮度水平)。中视视觉实际上是暗视和明视视觉的组合，但产生较不准确的视敏度和颜色辨别力。
[0016]
图3示出了暗视和明视光度函数，其中最左曲线体现了暗视光度函数(如由国际照明委员会(cie)在1951年采用)，并且其中最右曲线体现了明视光度函数(其中实线代表cie 1931标准)。cie 1931明视光度函数还形成了cie 1931颜色空间中的中央颜色匹配功能。如图3所示，暗视曲线表现出高于420nm的明显响应、在507nm处的峰值以及高于600nm的非常小的响应，而明视曲线表现出低于450nm的非常有限的响应、在555nm处的峰值以及高于650nm的仍然显著的响应，之后在700nm附近下降到零响应。对于日常光水平，明视光度函数最接近人眼的响应；然而，对于低光水平，人眼的响应发生变化，并且暗视光度函数适用。光源的暗视和明视发光功效的这种差异是由于在555nm(在明视照明条件下)至507nm(在暗视照明条件下)处达到峰值的眼睛敏感度函数的位移(也称为浦肯野位移)引起的。
[0017]
从历史上看，照明制造商已利用光度计来确定灯的流明输出，其是通过检查眼睛仅对视网膜的非常中央的部分即中央凹处的视锥激活视觉的敏感度来校准的，而忽略了视杆激活视觉的影响。结果，传统的照明实践基于以下假设接受了单敏感度功能：对光更敏感的视杆仅在非常暗的光水平下起作用。最近的研究表明，视杆光受体不仅在暗光下而且在典型的室内光水平下也有活性。
[0018]
由于视杆比视锥对较高相关色温(cct)值的蓝白色光源特性更敏感，因此在利用具有较高cct值(例如5000k或更高)的光源发光的环境中，其亮度可能会比利用具有较低cct值(例如，暖白色(3000k)和冷白色(4100k)的灯，诸如荧光灯管)的光源发光的同一环境显得更亮。具有较高cct值的光在给定的明视光水平下产生相对较小的瞳孔，使得物体光线在眼睛的中央区域处更多地聚集，这可以引起改善的光学视觉。尽管如此，仅调整cct仍不足以在给定环境中优化人感知的亮度。而且，具有中等至非常高的cct值的光可能使一些观察者不满意。
[0019]
最近已认识到，表达光色素视黑素的光敏性视网膜神经节细胞不仅涉及昼夜节律性光夹带，而且还涉及光的感知亮度。视黑素感光体对一定范围的波长敏感，并且在480nm附近的蓝光波长处达到峰值光吸收。已确定“视黑素”光谱效率函数以预测视黑素感光体对多色光的灵敏度。
[0020]
尽管使用具有增加的视黑素含量(例如，在480nm处或附近的光谱含量)的灯可能增加感知的亮度，但要制造出具有足够显色水平(例如，以实现颜色区别)的此种光源并非易事。
[0021]
因此，本领域继续寻求提供期望的照射特性并且能够克服与常规照明装置相关联的挑战的改善的固态照明装置。


技术实现要素：

[0022]
本公开在各个方面涉及固态(例如，led)照明装置，其包括至少一个电激活(例如，蓝光发射)固态光发射器，该固态光发射器被配置为激发具有不同峰值波长的多种发光材料的发射，其中照明装置提供聚合发射，该聚合发射具有适当地高的显色指数(例如cri ra)值(例如在某些实施例中至少为70、80、85或90)，并且还具有光谱功率分布，该光谱功率分布具有特定目标范围内的视黑素/明视比(m/p比)作为相关色温的函数的光谱功率分布。至少一种发光材料包括相对较窄的峰值宽度(例如，以半峰全宽值或“fwhm”表示)。该指定的m/p比目标范围被认为大于利用包括由至少一种蓝色固态光发射器激发的多种发光材料的常规照明装置达到的目标范围。
[0023]
在一个方面，本公开涉及一种照明装置，其包括至少一个电激活固态光发射器，该固态光发射器被布置成生成具有在蓝色范围内的峰值波长的发射；以及第一发光材料至第三发光材料，其被布置成接收至少一个电激活固态光发射器的发射中的至少一部分，并且被配置为响应地生成发光体发射。第一发光材料至第三发光材料的发光体发射具有在三个范围内的峰值波长。特别地，第一发光材料的发光体发射具有在485nm至530nm的范围(或本文中指定的其子范围)内的第一峰值波长；第二发光材料的发光体发射具有在575nm至612nm的范围(或本文中指定的其子范围)内的第二峰值波长；并且第三发光材料的发光体发射具有在605nm至640nm的范围(或本文中指定的其子范围)内的第三峰值波长。第三峰值波长还对应于具有小于60nm(或在某些实施例中小于35nm)的半峰全宽值的第三峰值。照明装置的聚合发射包括至少一个电激活固态光发射器以及第一发光材料至第三发光材料的发射。照明装置的聚合发射具有至少70的cri ra值(或本文中指定的另一阈值)，并且还具有光谱功率分布，该光谱功率分布在目标范围内的视黑素/明视比(m/p比)值作为以开尔文为单位的相关色温(cct)的函数。目标范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)
–
0.1506]。优选地，目标范围还包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]，并且cct在2000至7000开尔文的范围内。
[0024]
在某些实施例中，照明装置包括具有光谱功率分布的聚合发射，该光谱功率分布具有在第一目标子范围内的视黑素/明视比(m/p比)值作为聚合发射的以开尔文为单位的cct的函数，第一目标子范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)
–
0.1506]，第一目标子范围包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]，并且cct在2000至7000开尔文的范围内。
[0025]
在某些实施例中，照明装置包括具有光谱功率分布的聚合发射，该光谱功率分布具有在第二目标子范围内的视黑素/明视比(m/p比)值作为聚合发射的以开尔文为单位的cct的函数，第二目标子范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)
–
0.1506]，第二目标子范围包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]，并且cct在2000至7000开尔文的
范围内。
[0026]
在某些实施例中，聚合发射的cct值在2000至6000开尔文的范围内。
[0027]
在某些实施例中，第二峰值波长(即，在575nm至612nm的范围内，或575nm至595nm的子范围内，或580nm至590nm的子范围内，或本文中公开的任何其子范围内)对应于具有小于60nm(或在某些实施例中小于35nm)的半峰全宽值的第二峰值。
[0028]
在某些实施例中，聚合发射在cie 1931色度图上定义了普朗克轨迹的
±
10阶macadam椭圆内(或
±
7阶macadam椭圆内)的色点。
[0029]
在某些实施例中，至少一个电激活固态光发射器具有在430nm至480nm的范围内或在440nm至460nm的范围内的峰值波长。
[0030]
在某些实施例中，至少一个电激活固态光发射器包括多个电激活固态光发射器。
[0031]
在某些实施例中，第一发光材料的发光体发射具有在490nm至500nm的子范围内的第一峰值波长。在某些实施例中，第二发光材料的发光体发射具有在575nm至595nm的子范围内或在580nm至590nm的子范围内的第二峰值波长。在某些实施例中，第三发光材料的发光体发射具有在610nm至625nm的子范围内的第三峰值波长。在某些实施例中，第三峰值波长对应于具有小于35nm的半峰全宽值的第三峰值。
[0032]
在某些实施例中，照明装置的聚合发射具有至少80的cri ra值，或在70至95的范围内，或在75至95的范围内，或在70至90的范围内。
[0033]
在某些实施例中，第一发光材料至第三发光材料分散在粘合剂中。在某些实施例中，第一发光材料布置在第一层中，第二发光材料布置在第二层中，并且第三发光材料布置在第三层中。
[0034]
在另一方面，本公开涉及一种照明装置，其包括至少一个电激活固态光发射器，该固态光发射器被布置成生成具有在蓝色范围内的峰值波长的发射；至少一个补充的电激活固态光发射器；以及多种发光材料，其被布置成接收至少一个电激活固态光发射器的发射中的至少一部分，并且被配置为响应地生成发光体发射。照明装置的聚合发射包括至少一个电激活固态光发射器的发射、至少一个补充的电激活固态光发射器的发射以及多种发光材料的发射。照明装置的聚合发射包括在430nm至480nm的范围内的第一峰值波长、在485nm至530nm的范围内的第二峰值波长、在575nm至612nm的范围内的第三峰值波长，以及在605nm至640nm的范围内的第四峰值波长，并且第四峰值波长对应于具有小于60nm的半峰全宽值的峰值。照明装置的聚合发射具有至少70的cri ra值(或本文中指定的另一阈值)，并且还具有光谱功率分布，其具有在目标范围内的视黑素/明视比(m/p比)值作为以开尔文为单位的相关色温(cct)的函数。目标范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)
–
0.1506]。优选地，目标范围还包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]，并且cct在2000至7000开尔文的范围内。在某些实施例中，至少一个补充的电激活固态光发射器被配置为生成第二峰值波长或第四峰值波长。在某些实施例中，第二峰值波长在485nm至505nm的子范围内，并且第三峰值波长在575nm至595nm的子范围内。
[0035]
在另一方面，本公开涉及一种方法，其包括利用如本文中描述的固态照明装置来照射物体、空间或环境。
[0036]
在另一方面，前述方面中的任一个，和/或如本文中描述的各种单独方面和特征，
可以被组合以获得附加优点。除非本文中相反地指示，否则如本文中公开的各种特征和元件中的任一个可以与一个或多个其他公开的特征和元件组合。
[0037]
根据随后的公开和所附权利要求，本公开的其他方面、特征和实施例将变得更完全明显。
附图说明
[0038]
结合在本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干个方面，并且与本说明书一起用于解释本公开的原理。
[0039]
图1是1931cie色度图，其中识别了黑体或普朗克轨迹近侧(即大约macadam八阶椭圆内)的白色区域，并识别了1,000至30,000k范围内的相关色温值。
[0040]
图2示出了相对于bbl的区段的3200k的cct的macadam 2阶、4阶和7阶椭圆。
[0041]
图3提供了以相对强度对波长表示的暗视和明视光度函数的曲线图。
[0042]
图4是两个并排的测试间的照片，这些测试间受到不同的照射，其中测试间处于包含彩色物体的填充状态。
[0043]
图5提供了两个光源的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)，即：高感知亮度(“高pb”)光源(例如，根据下文中描述的第三测试间调查)，和参考点(“por”)70cri光源，均处于4000k的cct和900勒克斯数下。
[0044]
图6a是表格，其包括第一测试间调查至第五测试间调查的结果，该调查利用并排照射的测试间将多个声称的高感知亮度发光体转换的基于led的光源(每个都包括不同的磷光体共混物)的光谱输出与70cri参考发光体转换的led光源进行比较。
[0045]
图6b是识别第六测试间调查的结果的表格，该调查利用并排照射的测试间，以将78cri基于led的光源与80cri参考发光体转换的led光源进行比较。
[0046]
图7a提供了在结合图6a描述的第一调查、第二调查、第三调查和第五调查中利用的四个光源和参考光源的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)。
[0047]
图7b提供了与图7a相同的图像，其中添加了标准化的视黑素光谱功率分布曲线图和标准化的明视光谱功率分布曲线图。
[0048]
图8是结合图6a描述的第一测试间调查至第五测试间调查中利用的光源的感知亮度增益对视黑素/明视光谱比的曲线图。
[0049]
图9提供了第一por 70cri光源、用于第五测试间调查的光源以及具有至少70cri的建模高pb光源的视黑素/明视光谱比对cct的曲线图和叠加曲线拟合，其中为市售可得的soraa vivid 95cri光源和具有中午太阳和天空设置的人造天窗添加了数据点。
[0050]
图10a提供了相对于黑体轨迹(bbl)在五个不同位置处的两个光源的视黑素/明视光谱比对cct的曲线图和叠加曲线拟合，即：在bbl上，在bbl上面的macadam 4阶椭圆内、在bbl下面的macadam 4阶椭圆内、在bbl上面的macadam 2阶椭圆内，以及在bbl下面的macadam2阶椭圆内。
[0051]
图10b提供了图10a的下部分的放大图。
[0052]
图10c提供了图10a的上部分的放大图。
[0053]
图11示出了在1931cie色度图的放大部分中分别布置在bbl下面和上面的两个光源e2 2a和e2 2b的色点，其cct值刚好在6000k以上。
[0054]
图12提供了图11的两个光源(即，e2 2a和e2 2b)的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)，具有叠加的标准化的视黑素光谱功率函数曲线图。
[0055]
图13是识别图11和图12的两个光源e2 2a和e2 2b的duv、cct、cri和m/p比值的表格。
[0056]
图14是根据本公开的一个实施例的可以体现照明装置(或可以结合在照明装置中)的第一示例性发光二极管的示意性剖视图。
[0057]
图15是根据本公开的一个实施例的可以体现照明装置(或可以结合在照明装置中)的第二示例性发光二极管的示意性剖视图。
[0058]
图16a是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括布置在封装安装件上方的固态发射器芯片，其中发射器芯片的顶表面被波长转换材料覆盖。
[0059]
图16b是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括图16a的装置，其中添加了弯曲的(例如，半球形的)透镜。
[0060]
图17a是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括布置在封装安装件上方的固态发射器芯片，其中发射器芯片的顶表面和侧表面以及封装安装件的上表面被波长转换材料覆盖。
[0061]
图17b是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括图17a的装置，其中添加了具有基本矩形剖面形状的透镜。
[0062]
图18a是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括布置在封装安装件上方的固态发射器芯片，其中发射器芯片的顶表面被至少一个波长转换材料层覆盖。
[0063]
图18b是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括图18a的装置，其中添加了弯曲的(例如，半球形的)透镜。
[0064]
图19a是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括布置在封装安装件上方的固态发射器芯片，其中发射器芯片的顶表面和侧表面以及封装安装件的上表面被多个波长转换材料层覆盖。
[0065]
图19b是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面示意图，该固态光发射装置包括图19a的装置，其中添加了具有基本矩形剖面形状的透镜。
[0066]
图20是固态光发射装置的至少一部分的侧剖面图，该固态光发射装置包括涂覆有多种发光材料并且布置在半球形光学元件下方的多个固态发射器芯片。
[0067]
图21是固态发射器封装的至少一部分的透视图，该固态发射器封装包括涂覆有多种发光材料的多个固态发射器芯片，其中该芯片经由引线键合耦合到电迹线并且布置在半球形光学元件下方。
[0068]
图22a是根据本公开的一个实施例的照明装置的侧视图，其体现在旨在用于天花板内安装并且包括多个led的基本上圆柱形的筒灯中。
[0069]
图22b是图22a的照明装置的剖视图。
[0070]
图22c是图22a至图22b的照明装置的上部透视图。
[0071]
图22d是图22a至图22c的照明装置的下部透视图。
[0072]
图23a是根据本公开的一个实施例的包括以二维阵列布置的多个led的灯泡的上
部透视图。
[0073]
图23b是图23a的灯泡的侧视图。
[0074]
图24a是暗槽(troffer)型灯具的上部透视图，该暗槽型灯具被布置成结合如本文中公开的多个固态发射器。
[0075]
图24b是图24a的灯具的一部分的侧剖面图。
[0076]
图25a和图25b示出了包括多个固态光发射器的高托架/低托架固态灯具。
[0077]
图26a至图26b示出了包括多个固态光发射器的第一户外泛光灯灯具。
[0078]
图27a至图27b示出了包括多个固态光发射器的第二户外泛光灯灯具。
具体实施方式
[0079]
下面阐述的实施例代表使本领域技术人员能够实践实施例的必要信息，并且示出了实践实施例的最佳模式。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本公开的概念，并且将认识到本文中未特别解决的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
[0080]
如前所述，本领域继续寻求提供期望的照射特性的固态照明装置。传统上，由光源提供的照射亮度集中在流明输出的测量上，考虑到人类观察者的感知，无法在现实世界设定中准确地表示感知的亮度。
[0081]
本文中公开的各种实施例涉及能够提供具有与可接受的光质量(例如，颜色保真度，其可以表示为cri或cri ra)组合的增强的感知亮度的光的照明装置。可以通过以下方式增强感知亮度：增加480nm的视黑素光谱效率峰值处或附近的光谱含量，同时提供与窄带红色含量(例如，具有在605nm至640nm的范围内的峰值波长，对应于具有小于60nm(或小于35nm)的半峰全宽值的峰值)组合的琥珀色/橙红色或短波长红色含量(例如，具有在575nm至612nm，或575nm至595nm，或580nm至590nm的范围内的峰值波长)有助于达到聚合发射的所期望颜色目标和达到颜色质量要求(例如cri ra值至少为70，或本文中识别的另一阈值或范围)。使用至少一种窄带发射发光材料可以有益地增加照明装置的感知亮度和聚合发射的功效。
[0082]
在某些实施例中，可以通过补充的(例如，青色、绿色、琥珀色/橙色或红色)电激活固态光发射器(例如，led)而不是发光材料来提供上述光谱峰值中的一个。
[0083]
在定义术语并引入一般概念之后，将描述本公开的更具体的方面。
[0084]
将理解的是，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中所用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
[0085]
将理解的是，当元件诸如层、区域或基板被称为“在另一元件上”或延伸“到另一元件上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或中间元件也可以存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，则不存在中间元件。同样，将理解的是，当元件诸如层、区域或基板被称为“在另一元件上方”或“在另一元件上方”延伸时，它可以直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或中间元件也可以存
在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上方”或“直接在另一元件上方延伸”时，则不存在中间元件。还将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则不存在中间元件。
[0086]
在本文中可以使用相对术语诸如“在...下面”或“在...上面”、“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”来描述如图所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解的是，这些术语和以上讨论的那些术语旨在涵盖除图中描绘的取向之外的装置的不同取向。
[0087]
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指示。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”，“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其集合。
[0088]
除非以其他方式定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，除非在本文中如此明确地定义，否则本文中使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的情境中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释。
[0089]
术语“固态光发射器”或“固态发射器”(其可以被认为是“电激活的”)可以包括发光二极管、激光二极管、有机发光二极管和/或其他半导体装置，其包括：一个或多个半导体层，该半导体层可以包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其他半导体材料；基板，该基板可以包括蓝宝石、硅、碳化硅和/或其他微电子基板；以及一个或多个接触层，该接触层可以包括金属和/或其他导电材料。根据本文中公开的实施例的固态光发射装置可以包括但不限于在硅、碳化硅、蓝宝石或iii-v族氮化物生长基板上制造的基于iii-v族氮化物的led芯片或激光芯片，包括(例如)由北卡罗来纳州达勒姆市的cree公司制造和销售的装置。
[0090]
固态光发射器可以单独或成组使用，以发射一束或多束光束，以激发一种或多种发光材料(例如，磷光体、闪烁体、发光墨水、量子点、日光发光带等)的发射，从而生成在一个或多个峰值波长处的光，或至少一种所期望的感知颜色(包括可能被感知为白色的颜色组合)的光。发光材料可以以颗粒、膜或片的形式提供。各种颜色的量子点材料可从qd视觉公司(美国马萨诸塞州列克星敦)、nanosys公司(美国加利福尼亚州米尔皮塔斯)和nanoco技术有限公司(英国曼彻斯特)等商购获得。
[0091]
如本文中描述，将发光(lumiphoric)(也称为“发冷光(luminescent)”)材料包括在照明装置中可以通过任何合适的手段来实现，包括：直接涂覆在固态发射器上；分散在被布置成覆盖固态发射器的密封剂材料中；涂覆在发光体支撑元件上(例如，通过粉末涂覆、喷墨印刷等)；结合到漫射器或透镜中；等等。发光材料的示例在例如美国专利号6,600,175、美国专利号8,018,135和美国专利号8,814,621中公开，并且用于以磷光体涂覆光发射元件的方法在美国专利号9,159,888中公开，其中前述专利通过引用并入本文。其他材料，诸如光散射元件(例如，颗粒)和/或折射率匹配材料可以与包含发光材料的元件或表面相关联。可用于如本文中描述的装置中的一种或多种发光材料可以是降频转换或升频转换
的，或可以包括两种类型的组合。
[0092]
可以根据各种实施例使用的磷光体的示例包括但不限于掺杂铈(iii)的钇铝石榴石(ce：yag或yag：ce)；掺杂铈钇铝石榴石(nyag)的钇铝氧化物；绿色yag(gnyag)、镥铝石榴石(luag)、绿色铝酸盐(gal，包括但不限于gal535)；(sr，ba，ca)
2-xsio4：eu
x
(bose，包括bose黄色和bose绿色变体两者，包括例如(ba，sr)2sio4：eu
2+
)；以及casn(caalsin3：eu
2+
)和ksf窄带红色(k2sif6：mn
4+
)。另外的示例包括青色或青色/绿色磷光体(例如，具有在485至530nm的范围内的峰值波长)、红色/橙色或琥珀色磷光体(例如，具有在575至595nm的范围内的峰值波长)和窄带红色磷光体(例如，具有在605至640nm的范围内的峰值波长)。在某些实施例中，可以在单个照明装置的一个或多个离散区域中混合或设置两种或更多种磷光体。
[0093]
在某些实施例中，至少一种发光材料可以与至少一个电激活固态发射器在空间上隔离(“远离”)并被布置成接收来自该固态发射器的发射，其中此种空间分离减小了固态发射器与发光材料之间的热耦合。在某些实施例中，空间隔离的发光体可以被布置成完全覆盖照明装置的一个或多个电激活发射器。在某些实施例中，空间隔离的发光体可以被布置成仅覆盖一个或多个电激活发射器的一部分或子集。
[0094]
在某些实施例中，至少一种发光材料可以相对于不同的电激活发射器以基本上恒定的厚度和/或浓度布置。在某些实施例中，可以以相对于不同发射器变化的存在、厚度和/或浓度来布置一种或多种发光材料。相对于不同的电激活发射器，可以以不同的浓度或厚度施加多个发光体(例如，不同成分的发光体)。在一个实施例中，发光体存在、成分、厚度和/或浓度可以相对于多个电激活发射器而变化。在某些实施例中，可以通过图案化将至少一种发光材料施加到固态发射器或发光材料支撑表面，可以通过一个或多个掩模来辅助该图案化。
[0095]
可以将各种基板用作安装元件，在其上、在其中或在其上方可以布置或支撑(例如，安装)多个固态光发射器(例如，发射器芯片)。示例性基板包括具有布置在其一个或多个表面上的电迹线的印刷电路板(包括但不限于金属芯印刷电路板、柔性电路板、电介质层压板等)。基板、安装板或其他支撑元件可以包括印刷电路板(pcb)、金属芯印刷电路板(mcpcb)、柔性印刷电路板、电介质层压板(例如，如本领域中已知的fr-4板)，或用于安装led芯片和/或led封装的任何合适的基板。
[0096]
在某些实施例中，一个或多个led部件可以包括一个或多个“板上芯片”(cob)led芯片和/或封装led芯片，其可以彼此串联或并联地电耦合或连接并安装在基板的一部分上。在某些实施例中，cob led芯片可以直接安装在基板的部分上，而无需另外的封装。
[0097]
某些实施例可以涉及固态发射器封装的使用。固态发射器封装可以包括至少一个固态发射器芯片(更优选地，多个固态发射器芯片)，其被封装元件包封以提供环境保护、机械保护、颜色选择和/或聚光效用，以及实现与外部电路的电连接的电引线、触点和/或迹线。可以布置一个或多个发射器芯片以激发一种或多种发光材料，该发光材料可以涂覆在一个或多个固态发射器上、布置在该固态发射器上方或以其他方式以光接收关系设置到该固态发射器。至少一种发光材料可以被布置成接收多个固态光发射器中的至少一些发射器的发射，并且响应地发射发光体发射。可以将透镜和/或密封剂材料(可选地包括发光材料)设置在固态发射器封装中的固态发射器、发光材料和/或含发光体的层上方。
[0098]
在某些实施例中，如本文中公开的照明装置(无论是否包括一个或多个led封装)可包括被布置成从至少一个电激活固态光发射器(例如，led)接收光的以下项中的至少一个：单个引线框架，其被布置成将电力传导到至少一个电激活固态光发射器；单个反射器，其被布置成反射从至少一个电激活固态光发射器发出的光的至少一部分；单个子安装件或安装元件，其支撑至少一个电激活固态光发射器；单个透镜，其被布置成透射从至少一个电激活固态光发射器发出的光的至少一部分；以及单个漫射器，其被布置成将从至少一个电激活固态光发射器发出的光的至少一部分漫射。在某些实施例中，包括多个电激活固态光发射器的照明装置设备可以包括被布置成从多个发射器接收光的以下项中的至少一个：多个透镜、多个光学元件和/或多个反射器。光学元件的示例包括但不限于被布置成影响光混合、聚焦、准直、色散和/或光束整形的元件。
[0099]
在某些实施例中，固态照明装置(例如，封装)可以包括限定腔的壁或杯(例如，反射器杯)、布置在腔内的至少一个固态发射器，以及布置在腔内的密封剂材料。在某些实施例中，至少一个固态发射器可以被布置在基板上方并且至少部分地被边界壁包围(可选地体现与(多个)发射器横向间隔开的至少一种分散的坝状材料)，其中密封剂材料布置在(多个)发射器上方并与至少一个边界壁接触。
[0100]
如本文中使用的表述“照明装置”、“光发射装置”和“光发射设备”不受限制，除了此类元件能够发射光之外。即，照明装置或光发射设备可以是照射区域或体积的装置，该区域或体积例如建筑物、游泳池或水疗中心、房间、仓库、指示器、道路、停车场、车辆(内部或外部)、标牌(例如路标)、广告牌、轮船、玩具、面镜、船、电子装置、船只、飞行器、体育场、计算机、远程音频装置、远程视频装置、蜂窝电话、树、窗户、lcd显示器、洞穴、隧道、院子、路灯柱，或照射包封的装置或装置阵列，或用于边缘或背光照明(例如，背光海报、标牌、lcd显示器)的装置、灯泡、灯泡替代(例如，用于替代白炽灯、低压灯、荧光灯等)、室外照明、街道照明、安全照明、外部住宅照明(壁挂式、柱/立柱式安装)、天花板灯具/壁灯、橱柜下照明、灯(地板和/或桌台和/或桌子)、景观照明、轨道照明、任务照明、特种照明、吊扇照明、档案/艺术品展示照明、高振动/冲击照明(工作灯等)、面镜/梳妆台照明、个人照明装置(例如手电筒)或其他任何光发射装置。在某些实施例中，本文中公开的照明装置或光发射设备可以是自镇流的。在某些实施例中，光发射设备可以体现在灯具中。
[0101]
在某些实施例中，本文中的主题涉及使用如本文中公开的至少一个照明装置或照明设备来照射物体、空间或包封的方法，可选地通过使连接到多个照明装置的单条电源线通电和/或通过至少一个照明装置或照明设备的脉冲宽度调制控制来进行该照射。
[0102]
在某些实施例中，本文中的主题涉及照射的包封(其体积可以被均匀或不均匀地照射)，包括封闭的空间和如本文中公开的至少一个照明装置，其中至少一个照明装置照射包封的一部分(均匀或不均匀地)。本文中的主题还涉及照射的区域，其包括选自由以下组成的组中的至少一项：建筑物、游泳池或水疗中心、房间、仓库、指示器、道路、停车场、车辆、标牌(例如路标)、广告牌、轮船、玩具、面镜、船、电子装置、船只、飞行器、体育场、计算机、远程音频装置、远程视频装置、蜂窝电话、树、窗户、lcd显示器、洞穴、隧道、院子、路灯柱等，在其中或其上安装如本文中描述的至少一个的照明装置或光发射设备。方法包括利用如本文中公开的一个或多个照明装置来照射物体、空间或环境。在某些实施例中，如本文中公开的照明设备包括以阵列(例如，一维或二维阵列)布置的多个led部件。
[0103]
为了比较不同光源(包括旨在提供高感知亮度的光源)的感知亮度，使用了受不同光源照射的两个并排的测试间，对成组的人类受试者(例如，数量为14个)进行了调查。某些调查使用的测试间处于未填充状态(没有彩色物体，从而为感知亮度提供了干净的对照，而不会受到颜色饱和度和显色的影响)，并且其他调查使用填充了彩色物体的测试间。
[0104]
图4是包含彩色物体的填充状态下的测试间的照片，其中左侧的测试间受到声称的高感知亮度(“高pb”)光源(各自包括蓝色led和多个磷光体)的照射，并且右侧的测试间受到参考点(“por”)70cri光源(包括被配置为激发来自yag磷光体和短氮化物红色磷光体的发射的蓝色led)的照射。(两个测试间的实际颜色和亮度并不代表调查中提出的条件。)
[0105]
在测试间调查的过程中，向14个受试者展示了两个测试间，并在每次条件发生变更时要求受试者识别“哪一侧更亮”。por照射的测试间的照度已修改为一系列67个不同的值。勒克斯值的修改范围为
±
30％，而高pb照射的测试间在约为4000k的cct值下固定在900勒克斯(水平照度)，并且同时受试者的观察位置以约30至100lx的水平被照射。在该整个过程中，每个光源的光谱分布和色点保持恒定。然后，要求相同的14个受试者调整por照射的测试间的照度以匹配高pb照射的测试间的亮度。在por照射的测试间的不同起始勒克斯值水平下(即高pb照射的测试间勒克斯值的100％、70％和130％)进行了三次重复，同时每个光源的光谱和色点均保持恒定。
[0106]
相对于彼此，高pb光源包括不同量的青色/绿色磷光体，以及不同量的琥珀色或红色/橙色磷光体(以及不同量的红色磷光体)。青色/琥珀色磷光体的比在第一测试间调查中为0.29，在第二测试间调查和第四测试间调查中为0.66，并且第三测试间调查中为1.4。第一测试间调查至第四测试间调查各自利用了具有蓝色led的光源，该蓝色led被布置成激发青色磷光体(具有495nm的峰值波长)、琥珀色磷光体(具有584nm的峰值波长)和红色磷光体。第二测试间调查至第四测试间调查各自使用了窄带红色ksf磷光体，而第一测试间调查完全省略了窄带红色ksf磷光体。第五测试间调查利用了具有蓝色led的光源，该蓝色led被布置成激发绿色yag(gnyag)磷光体(具有约526nm的峰值波长)、短氮化物红色磷光体和窄带红色ksf磷光体。
[0107]
图5提供了两个光源的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)，即：高pb光源(根据第三测试间调查)和参考点(“por”)70cri光源，两者均处于4000k的cct和900勒克斯。如图所示，高pb光源在480nm附近和600nm附近表现出por光源不存在的显著峰值。
[0108]
照明科学界已提出了许多亮度模型(包括，例如，在lighting res.technol.2015，47卷，909919；lighting res.technol.2011；43：7-30；以及musco的melanopic perceived brightness(mpb)论文(schlesselman，b.等人，“melanopsin richer photopically metameric lights experienced in a simulated sports field environment are perceived as relatively brighter”，在2015年9月13至17日于牛津ox1 1dw，彭布罗克广场，牛津大学彭布罗克学院举行的第31届国际学生讨论会2015上发表)，但是将光谱功率分布映射到上述模型中发现此类模型不能准确预测申请人的实验数据。
[0109]
在第一测试间调查至第四测试间调查中，受试者观察到高pb照射测试间的显著的平均亮度增加，其中感知亮度增加通常与青色/琥珀色磷光体的比成比例。对于在第五测试间调查中使用的光源也感知到亮度增加，但是此光源利用绿色磷光体而不是青色磷光体。在第一测试间调查至第五测试间调查中，观察到针对高pb光源的感知亮度从3.7％增加到
21％。
[0110]
图6a是表格，其包括第一测试间调查至第五测试间调查的结果，该调查利用如上所述的并排照射的测试间以将高pb光源的光谱输出和70cri por光源的光谱输出进行比较。该表格的第一行在第一列至第九列中标识以下内容：调查、测试间设置(例如，未填充对填充)、光谱源、光通量(lm/w)和百分比变化对por光源、由mpb模型预测的感知亮度增加、由v(l)
10
°
模型产生的感知亮度增加、测试受试者观察到的感知亮度增加(百分比)、相对于70cri por光源的计算出的每瓦感知亮度(百分比)，以及为光谱源的发射计算的视黑素/明视(m/p)比。表格的第二行对应于70cri por光源，其体现(ezw)发射器(北卡罗来纳州达勒姆市的cree公司)，包括被配置为激发来自yag磷光体和短氮化物红色磷光体的发射的至少一个蓝色led。表格的第三行至第七行分别对应于第一测试间调查、第二测试间调查、第四测试间调查、第三测试间调查和第五测试间调查。先前已在本文中描述了用于前述测试间调查的光源。用于第四测试间调查的光源与用于第二调查的光源相同，但是第四测试间调查利用低勒克斯测试(低至100lx)以确定感知亮度增加是否将保持在不同的勒克斯水平。如第七列(“实验结果”)所示，在宽范围的照度上(例如，在第二测试间调查中为900lx，并且在第四测试间调查中低至100lx)，基本上保持了感知亮度增益。
[0111]
继续参考图6a，第六行提供了第三测试间调查的结果。用于第三测试间调查的光源表现出最大的感知亮度增加(例如，如第七列所示为21％)，而且显色性最低(即cri值为45，表示通常低于一般照射的最低标准)。这显示将青色光谱含量增加到高于一定程度可能对颜色质量产生不利影响，尽管感知亮度会有益地增加。
[0112]
图6a的表格的第七行提供了第五测试间调查的结果。用于第五测试间调查的光源相对于por光源表现出所有光源的每瓦感知亮度的唯一增加——特别是，同时还显著增强了显色性，相对于por光源的70的cri值增加到90的cri值。这在很大程度上归因于在用于第五测试间调查的光源中利用了良好优化的gnyag(绿色)磷光体，而在用于第一测试间调查至第四测试间调查的光源中利用了优化较差的青色磷光体。相信青色磷光体的进一步发展和优化将使得能够提供具有更高的每瓦感知亮度的增加的感知亮度光源。
[0113]
图6b是识别利用上述并排照射的测试间对基于78cri led的高pb光源(类似于第二测试间调查和第四测试间调查的光源)与包括至少一个蓝色led的80cri por led光源进行比较的第六测试间调查的结果的表格，该蓝色led被配置为激发来自yag磷光体和短氮化物红色磷光体的发射。图6b的表格包括与图6a的表格中提供的列相同的列。如图所示，高pb光源提供的发射具有比带有类似颜色保真度(即，78的cri值对por光源的80的cri值)的por光源高7.1％的感知亮度，但表现出较低的每瓦感知亮度。
[0114]
图7a提供了结合图6a描述的在测试间调查中利用的光源的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)。如图所示，在所有描绘的光源中，青色范围内的por光源(即por ezw4000k 70cri，标记为“d”)的光谱功率分布是最小的。而且，用于第三测试间调查的光源(标记为“b”)表现出青色、琥珀色和红色含量的最显著的峰值，同时在约530-590nm之间表现出最低的光谱能量含量，从而解释了图6a的表格中为该光源示出的45的低cri值。
[0115]
图7b提供与图7a相同的图像，其中添加了标准化的视黑素的和标准化的明视的光谱功率分布(spd)曲线图。如图所示，标准化的视黑素响应曲线图在490nm附近具有峰值(由此涵盖了各种光源的青色峰值)，并且标准化的明视spd曲线图在约565nm附近具有峰值(由
此涵盖了各种光源的琥珀色峰值)。标准化的视黑素和明视响应曲线也彼此明显重叠。
[0116]
可以根据以下公式，通过将与视黑素响应曲线重合的光源的积分光谱输出除以与明视响应曲线重合的光源的积分光谱输出，来为特定光源定义视黑素/明视比(“m/p比”)：
[0117][0118]
图8是在结合图6a描述的第一测试间调查至第五测试间调查中利用的光源的感知亮度增益对视黑素/明视光谱比(m/p比)的曲线图。另外，如所预期的，绘制数据以用于比较两侧上的por 70cri(m/p比大约为0.46)，示出没有感知亮度增益。如图所示，感知亮度增益似乎与m/p比直接成正比，为与四个光源对应的数据点提供了多项式曲线拟合值。然而，如前所述，增强感知亮度而同时保持显色值处于或高于对于一般照射足够的最小值(例如，cri ra值至少为70、75、80、85或本文中指定的另一阈值)并非易事。
[0119]
图9提供了第一por 70cri光源、用于第五测试间调查的高pb光源以及具有至少70cri的建模高pb光源的视黑素/明视光谱比对cct的曲线图和叠加曲线拟合——其中为进行比较，添加了市售的soraa vivid 95cri光源与具有中午太阳和天空设置的人造天窗的数据点。每个图示的曲线都向右上方倾斜，指示在图示的范围内(例如2200k至约5400k)，m/p比通常随cct的增加而增加。最下曲线(c’)对应于常规光源。从最下曲线向上的下一条曲线(b’)对应于用于第五测试间调查的高pb光源(包括蓝色led，其被布置成激发具有约526nm的峰值波长的绿色yag(gnyag)磷光体、具有约610nm的峰值和约76nm的fwhm的短氮化物红色磷光体以及窄带红色ksf磷光体中的每个)，向聚合发射提供增加的感知亮度和90的cri ra值。偏移曲线(f)(以虚线图示)体现从前述曲线(b')向上偏移的百分比。在某些实施例中，相对于与用于第五测试间调查的高pb光源对应的曲线(b')，百分比偏移可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或50％(对应于偏移乘数系数1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40和1.50)。图9中最上曲线(a')对应于具有至少70cri的建模高pb光源，其中此光源体现固态光发射器，该固态光发射器被布置成生成在蓝色范围内具有峰值波长的发射，并被配置为分别激发具有在485nm至530nm、575nm至595nm和605nm至640nm的范围内的峰值波长的第一发光材料至第三发光材料的发射，其中第三峰值波长对应于具有小于60nm的半峰全宽值。图9中还提供了以实线(曲线c'、b'和a')示出的曲线的曲线拟合函数。
[0120]
曲线b'和a'之间的区域对应于蓝色固态发射器泵浦的多磷光体光源，其被配置为提供与适当高的显色值组合的高感知亮度，并区分本领域已知的光源(例如，由曲线c'表示的por 70cri光源)。对应于图9中的数据点d的soraa vivid 95cri光源可以提供类似的m/p比值，但包括用蓝紫色(405nm峰值)led(即，不是蓝色led)泵浦的磷光体，并且可表现出更低效率(例如发光功效)。为了涵盖图9的曲线b'和a'之间的第一期望区域，在本公开的一个实施例中，照明装置的聚合发射可以具有这样的光谱功率分布，即其具有在目标范围内的m/p比值作为聚合发射的cct(以开尔文为单位)的函数，目标范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)-0.1506]，并且目标范围包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]。在某些实施例中，聚合发射的cct值可以在2000至7000k，或者2000至6000k，或者
2000至5500k，或者2200至5500k的范围内。在某些实施例中，为了涵盖图9的曲线f和a'之间的第二期望区域，照明装置的聚合发射可以具有这样的光谱功率分布，即其具有在目标子范围内的m/p比值作为聚合发射的cct(以开尔文为单位)的函数，目标子范围包括由最小值函数定义的最小值，其中m/p比等于[(偏移乘数系数)
×
([-2.05
×
10-8
(cct)2+2.72
×
10-4
(cct)
–
0.1506])，目标范围包括由最大值函数定义的最大值，其中m/p比等于[-2.57
×
10-8
(cct)2+3.70
×
10-4
(cct)-0.1889]。如前所述，在某些实施例中，偏移乘数系数可以具有1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40或1.50的值。
[0121]
对增强感知亮度光源的前述讨论提供了适当高的显色指数值，解决了黑体轨迹上的色点。为了考虑是否可以针对产生离开黑点轨迹(bbl)的色点的光源获得与适当高的显色指数值组合的增强的感知亮度，为与用于第五测试间的高pb光源(在图10a中描述为“具有nbr 90cri的ezw”)对应的光源，并且为具有至少70cri的高pb光源(如结合图9所述，并且在图10a中被描述为“具有nbr 70cri的高pb”)，对于bbl上、上面(例如，上面的macadam 2阶和4阶椭圆)和下面(例如，下面的macadam的2阶和4阶椭圆)的色点执行了计算机建模。此建模的结果在图10a至图10c中示出。图10a(并在图10b中示出)中的下部曲线集对应于“具有nbr 90cri的ezw”光源，其中此类术语表示“具有窄带红色、90cri的easywhite”。此光源包括450nm峰值波长的蓝色led，其被布置成激发gnyag绿色磷光体、短氮化物红色磷光体和窄带红色ksf磷光体的发射。在图10b中，对于整个cct范围，在同一cct下，高于-bbl的色点表现出比低于-bbl的色点更低的m/p比，并且更远离bbl的色点表现出更大的m/p比差。图10a(并在图10c中示出)中的上部曲线集对应于“具有nbr 70cri的高pb”光源，其中此类术语表示“具有窄带红色、70cri的增加的感知亮度”。此光源包括450nm峰值波长的蓝色led，其被布置成激发青色磷光体、琥珀色磷光体和窄带红色ksf磷光体的发射。在图10c中，对于低于4000k的cct值，在同一cct下，高于-bbl的色点表现出比低于-bbl的色点更低的m/p比。对于高于4000k的cct值，无法保持上述趋势。如图10a至图10c所示，不仅对于bbl上的色点，而且对于在bbl近侧的色点，都可以获得增强的感知亮度和适当高的显色指数值的期望组合。基于图10a中反映的数据的外推，认为对于bbl的macadam
±
10阶椭圆内的色点可以实现期望的特征组合。
[0122]
图11示出了在1931cie色度图的放大部分中，以略高于6000k的cct值分别布置在bbl下面和上面并且对应于结合图10a至图10c讨论的建模结果的第一光源“e2 2a”和第二光源“e2 2b”的色点。第一色点e2 2a和第二色点e2 2b中的每个都与bbl偏离0.004的duv值，对应于macadam 4阶椭圆。
[0123]
图12提供了图11的两个光源(即，e2 2a和e2 2b)的光谱功率分布曲线图(以标准化强度对波长)，具有叠加的标准化的视黑素光谱功率函数曲线图。图13是识别图11和图12的两个光源e2 2a和e2 2b的duv、cct、cri和m/p比值的表格。通常，在同一cct下，对于同一发射器加磷光体共混物，bbl上面的光谱功率分布相比bbl下面的光谱功率分布具有较低的m/p比，因为bbl下面的光谱功率分布具有较高的“蓝色峰值”，并因此具有较高的m/p比。当“青色峰值”非常靠近“蓝色峰值”时(诸如在图11所示的e2区块中)，会遇到该一般规则的例外。参考图13，在同一cct下，“e2 2b”光谱功率分布表现出比“e2 2a”光谱功率分布更高的m/p比。
[0124]
如前所述，在某些实施例中，上述光谱峰值中的一个可以由补充的(例如，青色、绿
色、琥珀色/橙色或红色)电激活固态光发射器(例如，led)提供而不是发光材料提供。在某些实施例中，所有电激活固态光发射器可以被单个透镜、漫射器和/或光学元件覆盖。在某些实施例中，补充的电激活固态光发射器被配置为提供窄带红色输出(例如，在605nm至640nm的范围内，或在610nm至635nm的子范围内，或在610nm到625nm的子范围内)。在某些实施例中，补充的电激活固态光发射器被配置为提供青色或青色/绿色输出(例如，在485nm至530nm的范围内，或在485nm至505nm的子范围内，或在490nm至500nm的子范围内)。在某些实施例中，任何补充的电激活固态光发射器与(例如，发蓝光的)(多个)电激活固态光发射器串联地受控制(即，不独立于该电激活固态光发射器)。在某些实施例中，可以相对于(例如，发蓝光的)(多个)电激活固态光发射器独立地控制任何补充的电激活固态光发射器。
[0125]
已描述了固态光发射器和发光材料的期望组合，现在将描述可以结合此类发光体和发光材料的固态照明装置。
[0126]
在某些实施例中，可以在单芯片或多芯片led封装中提供一个或多个固态发射器和发光材料。
[0127]
图14示出了led封装100，单个led芯片101使用焊料或导电环氧树脂安装在反射杯102上，使得用于led芯片101的阴极(或阳极)的欧姆接触件电耦合到反射杯102的底部。反射杯102与led封装100的第一引线103耦合或一体形成。一个或多个键合线104将用于led芯片101的阳极(或阴极)的欧姆接触件连接到第二引线105。反射杯102可以填充有包封led芯片101的密封剂材料106。密封剂材料106可以是透明的或包含一种或多种波长转换材料，诸如磷光体或其他发光材料。整个组件包封在透明的保护树脂107中，其可以模制成透镜形状，以控制从led芯片101以及反射杯102中包含的任何(多种)发光材料发射的光。
[0128]
在图15中示出了可替代的led封装110，其中led芯片111安装在基板114上。用于led芯片111的阳极(或阴极)的欧姆接触件直接安装到基板114的表面上的第一接触垫115。使用键合线117将用于led芯片111的阴极(或阳极)的欧姆接触件连接到第二接触垫116，该第二接触垫116也在基板114的表面上。led芯片111驻留在反射器结构118的腔中，反射器结构由反射材料形成并且用于反射从led芯片111发射的光通过由反射器结构118形成的开口。由反射器结构118形成的腔可以填充有包封led芯片111的密封剂材料112。密封剂材料112可以是透明的或包含至少一种波长转换材料，诸如一种或多种磷光体或其他发光材料。
[0129]
图16a至图19b示出了处于不同配置的固态照明装置的示例性部分，该固态照明装置结合了布置在封装安装件(或其他基板)上方并且可选地覆盖有透镜的电激活固态光发射器，其中根据本文中描述的某些实施例，此类装置可以单独使用或成组使用。应当理解，为了清楚起见，已省略了在完整的照明装置内采用的各种结构(例如，封装引线、引线框、触点、引线键合、键合结构、传热元件、漫射器、附加反射表面、电源等)，但是本领域的技术人员将理解，已知的结构可以结合在包括图16a至图19b中提供的说明性部分的可操作的照明装置中。
[0130]
图16a示出了固态光发射装置120，其包括至少一个固态发射器(例如，led)芯片123(其可以包括led外延层和支撑件)，芯片布置在封装安装件(或其他基板)121的顶表面122上方，其中固态发射器芯片123的顶表面124覆盖有至少一种发光材料126(例如，如本文中公开的不同发光材料的混合物或分散体)。封装安装件121可以包括用于将电信号传导到固态发射器芯片123的金属化区域和/或通孔(未示出)。固态发射器芯片123的侧表面125可
以被暴露，或者在某些实施例中可以用一种或多种材料或密封剂涂覆。
[0131]
图16b示出了固态光发射装置120a，其包括在添加具有弯曲(例如，基本上半球形)形状的透镜129之后的图16a的装置120。可以通过任何合适的方法来形成此类透镜129，包括但不限于使用硅树脂材料模制。在某些实施例中，透镜129可以具有与封装安装件121的宽度或横向范围基本上相等的宽度或横向范围，并且透镜129的外围部分129a可以具有基本上均匀的厚度。
[0132]
图17a示出了固态光发射装置130，其包括布置在封装安装件(或其他基板)131的上表面132上方的固态发射器(例如，led)芯片133(其可以包括led外延层和支撑件)，其中固态发射器芯片133的顶表面134和侧表面135以及封装安装件131的上表面132被波长转换(例如，发光)材料136覆盖。在某些实施例中，led芯片133可以安装到封装安装件131，并且此后可以用发光材料136涂覆led芯片133和封装安装件131的上表面132。可以根据本文中公开的任何合适的工艺执行涂覆，诸如喷涂、浸涂等。此类材料136、138可以布置在遵循固态发射器芯片133的多个表面的形状和轮廓的保形层中。可以在涂覆步骤之前或之后进行到led芯片133的电连接。
[0133]
图17b示出了固态光发射装置130a，其包括在添加具有基本上矩形剖面的弯曲(例如，基本上半球形)形状的透镜139之后的图17a的装置130。可以通过任何合适的方法来形成此类透镜139，包括但不限于使用硅树脂材料模制。在某些实施例中，透镜139可以具有与封装安装件131的宽度或横向范围基本上相等的宽度或横向范围。
[0134]
图18a示出了固态光发射装置140，其包括布置在封装安装件(或其他基板)141的上表面142上方的固态发射器(例如，led)芯片143(其可以包括led外延层和支撑件)，其中固态发射器芯片143的顶表面144覆盖有发光材料的第一层146、第二层147至第三层148。封装安装件141可以包括用于将电信号传导到固态发射器芯片143的金属化区域和/或通孔(未示出)。固态发射器芯片143的侧表面145可以被暴露或以其他方式涂覆有发光材料。在某些实施例中，led芯片143可以涂覆有发光材料146-148，并且此后可以将预涂覆的led芯片143安装到封装安装件141，之后建立到led芯片143的(多个)合适的导电连接。可以根据本文中公开的任何合适的工艺进行涂覆，诸如喷涂。
[0135]
图18b示出了固态光发射装置140a，其包括在添加具有弯曲(例如，基本上半球形)形状的透镜149之后的图18a的装置140。可以通过任何合适的方法来形成此类透镜149，包括但不限于使用硅树脂材料模制。在某些实施例中，透镜149可以具有与封装安装件141的宽度或横向范围基本上相等的宽度或横向范围，并且透镜149的外围部分149a可以具有基本上均匀的厚度。
[0136]
图19a示出了固态光发射装置150，其包括布置在封装安装件(或其他基板)151的上表面152上方的固态发射器(例如，led)芯片153(其可以包括led外延层和支撑件)，其中固态发射器芯片153的顶表面154和侧表面155，以及封装安装件151的上表面152覆盖有发光材料的第一层156、第二层157至第三层158。在某些实施例中，可以将led芯片153安装到封装安装件151，并且此后可以用发光材料层156-158涂覆led芯片153和封装安装件151的上表面152。可以根据本文中公开的任何合适的方法进行涂覆，例如喷涂。发光材料层156-158可以布置在遵循固态发射器芯片153的多个表面的形状和轮廓的保形层中。可以在涂覆步骤之前或之后进行到led芯片155的电连接。
[0137]
图19b示出了固态光发射装置150a，其包括在添加具有基本上矩形剖面的弯曲(例如，基本上半球形)形状的透镜159之后的图19a的装置150。可以通过任何合适的方法来形成此类透镜159，包括但不限于使用硅树脂材料模制。在某些实施例中，透镜159可以具有与封装安装件151的宽度或横向范围基本上相等的宽度或横向范围。
[0138]
尽管在图16b、图17b、图18b、图19b中示出了特定的透镜形状，但是应当理解，根据任何合适形状的透镜可以应用于图16a至图19b中示出的照明装置中的任一个。例如，可以使用对称的、非对称的、多边形的、截半球形的、刻面的、纹理的和/或沟槽限定的透镜。
[0139]
图20是固态光发射装置160的至少一部分的侧剖面图，该固态光发射装置包括多个固态发射器(例如，led)芯片165，其以倒装芯片配置布置在子安装件161上方，在芯片165底部上具有阳极和阴极连接两者。固态发射器芯片165可以(可选地)包括具有非矩形(例如多边形)剖面的成角度的或成斜角的上边缘，其中此种形状用于增强光提取。固态发射器芯片165涂覆或以其他方式覆盖有一种或多种发光材料166(例如，在一个或多个保形层中)，并布置在半球形光学元件(例如，透镜)169下方，其中(多个)保形层166遵循固态发射器芯片165的多个表面的形状和轮廓(优选地具有基本上恒定的厚度)。可以使用本文中公开的或本领域中以其他方式已知的任何涂覆技术来进行此种涂覆。如图20所示，(多个)保形层166可以在固态发射器芯片165上方、之间延伸以及横向延伸超出固态发射器芯片(诸如在设置在固态发射器芯片165之间或附近的反射材料上方)。光学元件169可以经由间隙或中间材料168与固态发射器芯片165分离，该中间材料可以包括密封剂或流体介质，诸如液体或凝胶(例如，矿物油、全氟聚醚(pfpe)液体，或其他氟化或卤化液体或凝胶)。此种中间材料168还可以包括折射率匹配介质，其由提供光发射的减小或最小化的反射或内部折射的折射率表征。在某些实施例中，元件168、169可以体现为单个元件，诸如模制硅树脂。在某些实施例中，每个保形层166的厚度可以小于相邻的固态发射器芯片165之间的间距的一半。在某些实施例中，固态发射器芯片165之间的间距可以大约为10至75微米，尽管也可以使用更大间距(达到150或甚至500微米)。在某些实施例中，光学元件169可以包括一种或多种功能材料，诸如发光材料、滤光材料和/或散射材料，其可以被掺杂、涂覆或以其他方式设置在光学元件169中或上。仍参考图20，子安装件161(例如，氧化铝、氮化铝、高温聚合物等)覆盖有金属(例如，迹线)163的图案，该图案可用于互连固态发射器芯片165并提供到电源(未示出)的连接。金属图案163包括在其间具有绝缘材料164的连接垫162。
[0140]
图21示出了包括多个固态发射器(例如，led)芯片185的固态发射器封装180，该多个固态发射器经由引线键合186耦合到电迹线或金属图案182，并且布置在半球形光学元件(例如，透镜)189下方。在某些实施例中，一个或多个led芯片185涂覆有一种或多种发光材料。如图所示，提供了十二个固态发射器芯片185，其与布置在子安装件181上方的电迹线或金属图案182接触，并且led芯片的阴极通过引线键合186连接到电迹线或金属图案182。在某些实施例中，光学元件189可以包括一种或多种功能材料，诸如发光材料、陷波滤光材料和/或散射材料，其可以被掺杂、涂覆或以其他方式设置在光学元件189中或光学元件上。固态发射器芯片185可以从各种光色区块中选择，以为期望的应用提供具有适当颜色特性的组合光输出。在从光学元件进行任何滤光之前，具有暖白色的此种固态发射器封装180的未滤光效率可以为100lm/w；然而，如果固态发射器封装180被分区用于冷白色，则可以实现大约150lm/w的效率(即，在任何滤光之前)。
[0141]
图22a至图22d示出了根据本公开的一个实施例的照明装置，其体现在旨在用于天花板内安装并且包括多个led作为led模块206的一部分的基本上圆柱形的筒灯200中。筒灯200包括组合形成主体结构的大致圆柱形的基座壳体201和散热器壳体205。沿壳体201的上表面215布置安装元件214，诸如可旋转弹簧片。电缆218在基座壳体201与爱迪生(螺钉型)公连接器之间延伸，从而形成螺纹侧触点212和脚触点211。基座壳体201限定内部体积202，其包含印刷电路板203、204，该印刷电路板包括操作元件，诸如功率转换器、控制器模块(例如，包括至少一个处理器和存储器)、一个或多个收发器(例如，无线收发器)、led驱动器模块、传感器模块、检测器、语音识别电路系统等。散热器壳体205限定了内部腔209，该内部腔包括反射表面并且进一步由透光光学元件诸如透镜和/或漫射器界定。装饰边框213布置在散热器壳体的开口端近侧。筒灯200可以包括本文中公开的任何合适的特征，并且优选地被布置成执行本文中描述的一个或多个功能和/或方法步骤中的任一个。
[0142]
图23a至图23b示出了根据本公开的一个实施例的包括多个led 247的灯泡240，该多个led以二维阵列布置在由透光的球形罩或透镜250界定的腔内。每个led 247可具有与其相关联的多种发光材料。led 247布置在可以被基架254升高的单个基本上平面的发射器支撑表面246上。灯泡240包括具有相关联的外部散热器245的主体结构241。包括螺纹侧触点252和脚触点251的爱迪生(螺钉型)连接器从与球形罩250相对的主体结构241的一端延伸。主体结构241限定了包含至少一个印刷电路板(未示出)的内部体积，该印刷电路板包括操作元件，诸如电源、转换器、控制器模块(例如，包括至少一个处理器和存储器)、一个或多个收发器(例如，无线收发器)、led驱动器模块、传感器模块、检测器、语音识别电路系统等。灯泡240可以包括本文中公开的任何合适的特征。
[0143]
图24a至图24b示出了暗槽型(天花板内线性)灯具300，其被布置成结合本文中公开的多个固态发射器(例如，led)326。在某些实施例中，一种或多种发光材料可以与一个或多个led 326相关联。可选地，灯具300可以包括一种或多种陷波滤光材料，诸如可以与固态发射器326相关联，可以应用于或包括在线性反射器中(例如，通过掺杂、浸渍、涂覆等)，或可以应用于一个或多个透光透镜板315、316或与其集成，以使从灯具300发射的光表现出光谱缺口(spectral notch)。灯具300包括盘301、散热器302、反射器308和端盖310、311。端盖310大于端盖311，并且成形以充当电路盒，以容纳用于驱动和控制光源的电子装置(例如整流器、调节器、定时电路系统等)。反射器308可以包括漫反射或镜面反射表面318。尽管反射器可以采用各种形状，但是在所示的实施例中，反射器308包括与散热器302相对的平坦区域324。在可替代实施例中，反射器308可以是抛物线形的，或包括两个或更多个抛物线区域。灯具300还包括漫射器透镜组件，其包括与散热片302的侧面相邻设置的透镜板315、316。
[0144]
图25a和图25b示出了高托架/低托架类型的固态灯具330，其包括框架332，散热器334和电子装置壳体336安装在框架上方。led阵列338安装在框架332的底侧上并且可以被透镜340覆盖。如图所示，透镜340的一部分示出为被去除以暴露led阵列338。可以围绕led阵列338设置反射器342，以帮助引导和混合从led阵列338发射的光以用于一般照射。
[0145]
图26a至图26b示出了第一户外泛光灯(例如，街道或道路灯)400，其可以包括如本文中描述的多个固态光发射器。泛光灯400包括壳体410，其包括由细长杆401或其他支撑件支撑的基座部分411。各自包括以阵列布置的多个led 418a、418b的多个led模块431-1、
431-2、431-3沿泛光灯400的下表面420设置在杆401和端盖412之间。led模块431-1、431-2、431-3布置在气隙414近侧，允许热量散发到热散布器或散热器426(沿壳体410的上表面413布置)并传递到周围环境。泛光灯400可以包括至少一个接收器或传感器元件440-1、440-2，其可以体现为gps接收器、射频接收器、环境光传感器、图像传感器、温度传感器、运动传感器、声音传感器、计时器等中的一个或多个。
[0146]
图27a至图27b示出了第二室外泛光灯灯具450，其包括容纳如本文中公开的固态光发射器404的阵列的主体结构402。接口结构406可以用于将泛光灯灯具450耦接到杆410。诸如图27a至图27b所示的户外灯具可以安装到杆、榫等。固态光发射器404的阵列可以用于照射期望的环境，诸如道路、停车场、街道等。
[0147]
如本文中公开的实施例可以提供以下有益技术效果中的一个或多个：在维持期望的显色特性的同时增强由照明装置提供的照射的感知亮度；以及降低灯具提供相同的感知亮度水平所需的能耗。
[0148]
本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改善和修改。所有此类改善和修改都被认为在本文中公开的概念和所附权利要求的范围内。