特别具有发光陶瓷的照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种照明装置，包括有源发光层和用于转换由该有源层发射的光的波长的至少两个转换层。
【背景技术】
[0002]包括覆盖有一个或多个发光陶瓷的发光二极管(LED)的照明装置披露于US2005/0269582A1。该文献描述了这种装置的若干设计，其中由LED发射的光顺序经过第一和第二发光陶瓷，光在第一和第二发光陶瓷处被部分地转换成更长波长，该更长波长被添加到装置的最终输出光谱。该输出光谱因此可以通过以精细的过程改变发光陶瓷的组份来调整。
[0003]DE10349038A1披露了一种光源，其包括用于发射初级辐射的LED以及掺杂有至少一种材料以使其发光的多晶陶瓷体。根据该光源的一个实施例，该陶瓷体在前侧掺杂有不同的材料，这些材料之一分布成棋盘图案。
[0004]基于这种情形，本发明的目的是提供一种照明装置的备选设计，其中特别期望该装置的输出光谱可以通过简单和良好再现的手段来调整。此外，具有低于5000K的色温且高的显色指数的白色输出光是特别期望的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的通过权利要求1所述的照明装置来实现。优选实施例披露于从属权利要求。
[0006]本发明的照明装置包括下述部件:
一有源层，用于发射由初级光子组成的光。该有源层通常将例如由电流或电压供应的第一类型的能量转换成光能。该有源层的发射通常具有特征光谱，该特征光谱经常可用相关波长来表征，该相关波长例如为该光谱具有峰值处的波长。
-第一和第二转换层，用于将该有源层发射的初级光子转换成不同波长。这意味着第一转换层将初级光子转换成更长的第一波长的光子。类似地，第二转换层将初级光子和/或具有前述第一波长的光子转换成第二波长的光子，该第二波长长于被转换波长且不同于该第一波长。应注意，这些转换通常将产生包括许多波长的光谱，其中“第一”或“第二”波长指这些光谱的特征值(例如，其峰值或重心)。再者，该照明装置应包括至少一个这种第一和第二转换层，即，其可选地包括两个以上的转换层。
[0007]该照明装置被进一步设计成使得该初级光的一部分可以离开该照明装置(作为有用的光)而不经过第二转换层。对第一转换层不要求类似的条件(但也不禁止)，这意味着在一些实施例中，有源层的所有初级光必须在经过第一转换层之后才能离开该照明装置。应注意，指定为“第一”和“第二”转换层仅仅是用于参考而不暗示任何构造、功能或其它假设或限制。
[0008]与有源层发射的所有初级光必须经过所有存在的转换层之后才能离开照明装置不同，上述照明装置在其所有光输出中包括不经过第二转换层且因此不受该层影响的一部分初级光。这部分光输出的百分比可以通过照明装置的几何设计来调整，其中与例如调整转换层的化学成份或者光学厚度(这里光学厚度是由透射光的平均传送长度来表征)相比，这种调整通常更容易、更鲁棒且再现性更佳地实现。
[0009]根据本发明的优选实施例，该第一转换层和/或该第二转换层包括发光陶瓷转换器。最优选地，两个转换层均包括不同组份的发光陶瓷，用于将初级光子转换成不同的更长波长。发光陶瓷转换器具有能够被很好地机械加工且例如可以切割成期望形状和厚度的优点。
[0010]第一和/或第二转换层优选地包括选自下述的材料:Y3Al5012:Ce (YAGiCe),Lu3Al5O12: Ce (LuAG: Ce)、Ca—SiAlON: Eu [= (Ca1 x y zSrxBayMgz)! ,,Al1 a ,,^BaGacSi1 bN3 b0b:Eun, 0 ^ x, y, z ^ I 且 x+y+z < 1,0 ^ a ^ 1,0 < b ^ 1,0 ^ c ^ 1,0 < n彡 I]、Ca-SiA10N:Ce [= (Ca1 x y zSrxBayMgz)! n Al1 a ^nBaGacSi1 b nN3 b0b: Cen，0 彡 x,y, z < I 且 x+y+z < I, 0 ^ a ^ I, 0 < b ^ I, 0 ^ c ^ I, 0〈n<l 且a+c-b-n < I]、CaS:Eu、SrS:Eu、BaS:Eu、Ca2S14:Eu、Ba2S14:Eu、Sr2S14:Eu、Ca2Si5N8:Eu、Ba2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu、SrSi2O2N2:Eu，包括其具有一种或多种合适取代元素的固溶体，例如(Y, G(I)3Al5O12ICe或(Ca, Mg, Sr) (Al, B, Ga) SiN3:Eu，且还包括电子等排子单元(isosterical subunit)的交换，例如在诸如 Ba2Si5 XA1XN8 X0X:Eu 中，AlO+交换 SiN+,以调整发光和材料属性。有关这些及其它合适发光陶瓷的更多信息可以在US 2005/0269582A1和WO 2006/097868A2中找到，其通过引用结合在本文中。所给出的所有组份数量表示原子比例。
[0011]对于Eu含量η为O < η〈0.002 (原子比例)的组份，可以获得具有特别高显色指数(CRI)和R9值(Ri值表示根据国际照明委员会(CIE)定义的显色指数)的特别高的色温。
[0012]有源层原则上可具有提供所期望的初级光发射的任意设计、结构和组份。因此有源层例如可以是谐振腔发光二极管、激光二极管或者垂直腔面发射激光器。优选地，有源层包括发光二极管(LED)。
[0013]在优选实施例中，有源层发射的初级光基本由波长小于500nm的光即蓝光或紫外(UV)光组成。优选地超过50%，最优选地超过70%的有源层发射的光强度由这些波长组成。以如此短波长的初级光子开始，这使得可将其转换成仍在可见光范围内的更长波长。因此，该照明装置的相关色温可以在较大范围上调整。
[0014]该照明装置可选地具有相关色温(CCT)小于5000K的白光的总发射光谱。在许多应用中需要高效白色光源。因此，所提出的照明装置的设计可以实现这些特性，这是显著的优点。
[0015]—般而言，有源层、第一转换层和第二转换层可以按照许多不同方式布置(参考结合附图所述的示例)。在优选的设计组中，第一转换层完全覆盖有源层的发射表面，其中术语“发射表面”应表示该有源层的表面的一部分，对照明装置的输出有贡献的初级光经过该部分而最后离开有源层。该有源层通常在所有方向中各向同性地发光，其中没有离开发射表面的光(通过定义)或者损失或者反射回到有源层内。因此如果第一转换层完全覆盖发射表面，这意味着有源层发射的所有光子将必须经过该第一转换层，其中仅一部分这些光子转换成更长波长的光子，而其余部分离开第一转换层而不受影响。然而，本发明还涵盖所有初级光子在第一转换层内被转换的情形。
[0016]在可以有利地与前述设计组结合的另一可选的设计组中，该第二转换层覆盖该第一转换层的发射表面的一部分和/或该有源层的发射表面的一部分，其中术语“发射表面”在此上下文中的含义与上面相似。第一转换层和/或有源层的发射表面的被覆盖比例优选地介于10%至90%，最优选地介于20%至30%之间。通过选择被覆盖的发射表面区域的百分比，可以根据需要容易地调整该照明装置的总发射光谱。
[0017]在本发明的另一实施例中，第二转换层的发射波长长于第一转换层的发射波长。就这方面而言，转换层的“发射波长”定义为该层暴露于初级光子时该层的发射光谱的特征值，具体地定义为光谱发射峰值(其通常存在)的波长。如果第二转换层的发射波长长于第一转换层的发射波长，第二转换层不仅可以转换(如通常的情形)有源层的初级光，原则上还可以转换第一转换层发射的光。
【附图说明】
[0018]本发明的这些和其它方面将通过下文所述的实施例显见并得以阐述。这些实施例将借助附图示例性地描述，其中:
图1示意性示出本发明的照明装置的顶视图；
图2示出沿图1的I1-1I线的截面；
图3示出与图1相似的照明装置在不同观察角度的发射光谱；
图4是为不同照明装置测量的特征数据的表格；
图5图解示出图4所列照明装置的色坐标(CIE 1931)。
【具体实施方式】
[0019]图中的相同参考符号表不相同或相似的部件。
[0020]白色发光二极管通常利用将初级紫外或蓝光转换成白光的磷光体(S卩，发光材料)通过加色混合来制成。为了将蓝光转换到绿色和红色光谱范围，例如已知使用YAG:Ce磷光体，其中该组合(仅)可实现在黑体线附近高于4500K的相关色温(CCT)。显色指数在该情形中随色温增大。
[0021]为了制作具有低色温和良好显色的LED，另外使用红色发光磷光体，例如 CaS:Eu ；
Ca-SiAlON: Eu= (Ca1 x y zSrxBayMgz)! "Al1 a ^bBaGacSi1 bN3 b0b:Eun，其中 0 < x，y，z <I 且 x+y+z < 1? 0 ^ a ^ l，0〈b< 1? 0 ^ c ^ I 且 a+c_b〈 I，0〈 n < I ;
Ca-SiAlON:Ce= (Ca1 x y ZSrxBayMgJ1 Jl1 a ^nBaGacSi1 b nN3 b0b:Cen，其中 0 ^ x, y, z< I 且 x+y+z < 1,0 a 1,0 < b 1,0 c 1,0 < n I 且 a+c-b-n < I ；BSSNE = EA2zSi5aAlaNsbOb: Euz，0 <a 彡 4，0〈b 彡 4且0〈z 彡 0.2，其中 EA 为碱土金属Ca、Sr、Ba的至少一种。
[0022]实践中，粉末形式的超过一种磷光体材料的应用证明是极为困难的，导致低效率并削弱对色温控制。使用陶瓷磷光体成份结合粉