专利名称：混合光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种混合光源，尤其是白色光源。
背景技术：
基于发光二极管的白色光源大多具有半导体芯片，所述白色光源的辐射由转换材料部分地转化成，使得这样形成的次级辐射与由半导体芯片所发射的初级辐射一起对于眼睛产生白色的色彩印象。然而，相对于如白炽灯的传统的白色光源，该白色光源仅达到相对小的显色指数。
发明内容
本发明的目的是，提供ー种具有高显色指数的有效的白色光源。
该目的通过根据权利要求I所述的混合光源来实现。其他的扩展方案和改进形式是从属权利要求的主題。根据ー个实施形式，混合光源尤其是白色光源，具有发出在红色光谱范围内的辐射的第一辐射源。此外，混合光源具有包含III-V族半导体材料的激发源和转换材料。在混合光源工作时，激发源的辐射至少部分地转化成在CIE色图(1931CIE色彩标准表)中色度坐标位于由坐标(O. 1609 ；0. 497)、(O. 35 ；0. 6458)、(O. 558 ；0. 444)、(O. 453 ；0. 415)生成的多边形之内的辐射。通过将在所说明的色彩范围中由转换材料发射的辐射与第一辐射源的在红色光谱范围中的辐射混合，能够实现具有高显色指数的混合光源。显色指数Ra⑶，即在八个基准色中得出的、所谓的“一般显色指数”，能够在根据德国エ业标准DIN 6169第二部分进行确定时达到85或者更高的数值。在优选的扩展方案中，在CIE色图中转换材料的色度坐标位于由坐标(0.43;O. 45)、(O. 42 ；0. 42)、(O. 512 ；0. 487)、(O. 416,0. 583)和(O. 36 ；0. 48)生成的多边形之内。在该色彩范围中的次级辐射尤其适合于实现具有高显色指数的白色光源。转换材料优选包含至少ー种材料，该材料的成分选自具有括号中提到的材料中的各至少ー种的材料组(Y，Gd，Tb，Cu)3(A1，Ga)5012:Ce。尤其优选的是，转换材料包含材料组Y3(Al，Ga)5012:Ce中的材料或者由一种这样的材料组成。在优选的扩展方案中，尤其沿着黑体辐射器的曲线能够调整混合光源在工作时的色度坐标。特别地，混合光源的色度坐标能够在暖白色(例如具有2700K的色温)和冷白色(例如具有6500K的色温)之间进行调整。优选的是，混合光源构成为，使得显色指数沿着黑体辐射器的曲线在2700K至6500K的范围中至少为85。色度坐标的或者色温的调整能够在混合光源工作时通过由混合光源发射的辐射的辐射部分的有针对性的控制来实现。由第一辐射源产生的辐射优选位于612nm和630nm之间的范围中，尤其优选位于大于等于616nm和小于等于620nm之间的范围中。在这种情况下，所给出的波长范围涉及主波长，或者峰值波长、第一辐射源的在混合光源工作时实际发射的辐射部分。要强调的是，在所提到的光谱范围中的红色辐射尤其与在更上面所提到的范围中的绿色辐射部分组合，尤其适合于具有高显色指数的白色光源。在优选的扩展方案中，第一辐射源借助于III-V族半导体材料形成。在这种情况下，在红色光谱范围中的辐射不必一定直接通过在半导体材料中的电致发光产生。而是在红色光谱范围中的辐射还能够由转换材料发射，所述转换材料将由半导体材料发射的辐射转换成在红色光谱范围中的辐射。特别地，半导体材料基于磷化物化合物半导体。在本文中，这意味着，为了产生辐射而设有的半导体本体，尤其是有源区域，具有由材料系AlnGamIni_n_mP组成 的材料，其中适用l,0<m< I并且n+m ^ 1，优选的是ηデO和/或mデO。在该材料系中能够尤其有效地广生红色福射。在优选的扩展方案中，除了激发源之外，设有产生在蓝色光谱范围中的辐射的另一福射福射源。优选的是，另一福射源产生具有至少460nm、尤其优选在大于等于465nm和小于等于470nm之间的波长的辐射。通过适当地调整由另ー辐射源、第一辐射源和由转换材料发出的辐射的相对的辐射部分能够实现白色光源，所述白色光源在具有高能量效率，即从电功率到能够由人眼感知到的光学辐射功率的高转换效率的同时达到高的显色指数。 在扩展方案变形中，激发源构成为，使得该激发源产生具有最高450nm，尤其在大于等于445nm和小于等于449nm之间的波长范围中的主波长的辐射。在该波长范围中，由激发源产生的初级辐射由转换材料尤其有效地转换成可见的辐射，尤其具有多于1001m/W的所产生的总效率。此外优选的是，混合光源构成为，使得由激发源发射的辐射完全地或者至少近似完全地被吸收，并且将尽可能大的部分转换成可见的辐射。以这种方式能够避免从混合光源射出不有助于或者不显著有助于人眼亮度感觉的辐射。例如在偏向于短波长的蓝色辐射中是这种情况。因此，通过将激发源与发射大于激发源波长的波长的蓝色辐射的另ー辐射源相组合，实现尤其有效地产生在通过激发源的激发之后由转换材料发射的辐射和在蓝色光谱范围中的辐射。因此，实现以特别高的能量效率为特征的白色光源。在替选的扩展方案变形中，激发源构成为，使得该激发源产生具有至少445nm，尤其优选至少450nm波长的辐射。在该情况中，混合光源还构成为，使得由激发源发出的初级辐射仅部分地由转换材料吸收并且部分地从混合光源射出。在该情况中也能够弃用在蓝色光谱范围中发射辐射的另ー辐射源。该扩展方案尤其适用于已经在制造时调整色度坐标的混合光源。那么，以尤其简单并且低成本的方式实现具有高显色指数的混合光源。激发源优选基于氮化物化合物半导体材料。这意味着，在本文中，为了产生辐射而设有的半导体本体，尤其是有源区域，优选包括AlnGamInitmN，其中适用O < η < 1，
O< m < I并且n+m ^ 1，优选的是ηデO和/或mデO。激发源和/或第一辐射源尤其能够构成为未封装的半导体芯片或者构成为封装的LED器件,例如构成为表面安装器件(smd, surfacemounted device)或者构成在径向几何形状中。在优选的扩展方案中，混合光源具有共同的混匀结构，在混合光源中所产生的辐射在从混合光源中射出之前通过所述混匀结构。借助于混匀结构，尤其能够提高在由混合光源发射的辐射的色度坐标方面的空间的均一性。例如，混匀结构能够借助于蝇眼透镜或者借助于例如扩散器板或者多个微透镜的扩散器元件来形成。替选地或者补充地，辐射能够借助于反射器来混匀，其中反射器优选具有结构化 的例如削成斜面的表面。此外，混合光源可具有用于形成辐射的光学元件。例如，光学元件能够设计用于以预设的出射角度进行定向的发射，例如以在大于等于20°和小于等于40°之间的整数角，例如30°，进行定向的发射。在这种情况下，光学元件能够与混匀结构分开地或者集成到混匀结构中地构成。在改进形式变形中，转换材料集成到激发源中。例如，转换材料能嵌入到包围激发源的半导体芯片的浇铸部中。替选的是，转换材料例如可构成为设置在半导体芯片上的小板。在替选的扩展方案中，转换材料与激发源间隔开地构成。以这种方式，在混合光源工作时能够避免转换材料的由于激发源的损失功率而引起的加热。因此，实现在转换材料中的高的转换效率以及次级辐射的尤其稳定的色度坐标。转换材料还能够集成到混匀结构中，从而使得所述混匀结构既能够用于辐射转换，也能够用于色度坐标的空间均一化。
从实施例的结合附图的下面的说明中得出其他的特征、扩展方案和适宜性。附图示出图I以示意的剖面图示出混合光源的第一实施例；图2以示意的剖面图示出混合光源的第二实施例；图3以示意的剖面图示出混合光源的第三实施例；图4以示意的剖面图示出混合光源的第四实施例；并且图5示出由转换材料发射的辐射在CIE色图中的色度坐标图。相同的、同类的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件彼此间的大小关系可不视为按照比例的。相反地，各个元件为了更好的可视性和/或为了更好的理解可夸张放大地示出。
具体实施例方式在图I中以示意剖面图示出混合光源的第一实施例。混合光源I具有承载件9。在承载件上设置有第一辐射源2，所述第一辐射源示例地构成为可表面安装的LED器件。例如,如印刷电路板(pcb, printed circuit board)的电路板适合作为承载件。该第一辐射源2具有半导体芯片21，其基于InGaAlP并且在工作时产生在红色光谱范围中的、优选在大于等于612nm和小于等于630nm之间，尤其优选在大于等于616nm和小于等于620nm之间的辐射范围中的辐射。替选地，在红色光谱范围中的辐射还借助于转换材料来产生。在该情况中，适宜地设置半导体芯片来产生更短的波长，其中转换材料具有高的吸收效率。此外，LED器件具有带有凹部15的壳体15，在所述凹部中设有半导体芯片。半导体芯片21通过两个连接导体6与承载件导电连接。为了保护免受外界环境影响，半导体芯片21由包套16所包围。例如树脂，尤其是例如为环氧树脂的反应树脂，或者硅酮适合用作包套材料。此外，混合光源具有激发源3，所述激发源示例地同样构成为具有设计用于产生辐射的半导体芯片31的经封装的LED器件。在包套16中嵌有转换材料4，所述转换材料在混合光源工作时将由半导体芯片31产生的辐射的至少一部分转换成次级辐射。
该次级辐射的色度坐标位于由具有角点(O. 1609 ；0. 497)、(O. 35 ；0. 6458)、(O. 558 ；0. 444)和(O. 453 ；0. 415)的多边形界定的CIE色图色彩范围中。该多边形在图5中示出的CIE色图中图示为区域18。尤其优选的是，该次级辐射的色度坐标位于由坐标(0.43 ;0.45)、(0.42 ;0. 42)、(O. 512 ；0. 487)、(O. 416,0. 583)和(O. 36 ；0. 48)生成的多边形中。该多边形在图5中示为部分区域19。为此，尤其适用包含下述材料或者由下述材料构成的转换材料，所述材料的成分选自如下材料组(Y，Gd，Tb，Cu) 3 (Al，Ga) 5012: Ce，例如选自 Y3 (Al，Ga) 5012: Ce。在该实施例中，激发源的半导体芯片31基于AlINGaN，并且构成用于产生最高450nm,优选在大于等于445nm和小于等于449nm之间的激发波长。在该光谱范围中，能够进行转换材料4的尤其有效的激发。此外，混合光源I具有同样构成为经封装的LED器件的另ー辐射源5。另ー辐射源5具有设计用于产生在蓝色光谱范围中的、尤其具有至少460nm的波长的辐射的半导体芯片51。优选的是，由另ー辐射源发射的辐射位于大于等于465nm和小于等于470nm之间的波长范围中。由激发源3的半导体芯片31产生的辐射优选完全地由转换材料4转换成在黄緑色彩范围中的辐射(在图5中的部分区域19)。因此，在混合光源工作时提供在红色、黄緑色和蓝色光谱范围中的光谱部分，从而通过三个LED器件的亮度部分的适当的匹配能够产生混合光，所述混合光对于人眼留下白色的色彩印象。在这种情况下，通过在更上面分别提及的光谱范围中的色彩部分的组合，能够实现具有非常高的显色指数的混合光源。此外，因此以简单的方式实现混合光源，其中在工作时能够尤其沿着黑体辐射器的曲线调整色度坐标。尤其在2700K至6500K的范围中，显色指数Ra(8)可以普遍为至少85。由LED器件从可相应满足初级光学镜片功能的包套16射出的辐射部分由共同的例如能够构成为透镜的次级光学镜片7校准，并输送给混匀结构8。例如蝇眼透镜适合作为混匀结构，借助于混匀结构实现从混合光源的辐射出射面17射出的辐射沿着出射面在色度坐标方面具有高度均一性。特别地，白色光因此能够不带有所谓色影地从混合光源射出。由混合光源I发出的辐射可例如以大约30度的整数角从混合光源中射出。转换材料4在该实施例中嵌入在半导体芯片31的包套16中。因此，混合材料集成到构成为LED器件的激发源3中。但与此不同地，转换材料还能够与激发源3间隔开，并且例如构成为集成到混匀结构8中。因此，在混合光源工作时由激发源3产生的废热导致转换材料的温度的不明显的变化。以这种方式能够实现高的转换效率并且同时实现由转换材料发射的辐射的恒定的色度坐标。在第一实施例中，仅出于简单性，混合光源仅具有每个辐射部分ー个LED器件。为了提高由混合光源发射的总辐射功率，显然也可设有多个LED器件。
在图2中以不意剖面图不出混合光源的第二实施例。该实施例基本相应于结合图I示出的第一实施例。不同于此的是，第一辐射光源2和激发源3相应地构成为半导体芯片21或者31，所述半导体芯片未封装地固定在承载件9上。转换材料4构成在激发源3的半导体芯片31上。例如,转换材料能够构成为固定在半导体芯片31上的转换小板。替选地，转换材料例如也可构成在转换层中，所述转换层在制造混合光源时施加在半导体芯片上，例如汽化渗镀或者压印在半导体芯片上。此外，不同于结合图I示出的实施例，混合光源不具有単独的设计成用于产生在蓝色光谱区域中的辐射的另ー辐射源。在该情况中，激发源的半导体芯片31和转换材料4彼此相匹配，使得转换材料将半导体芯片的初级辐射仅部分地转换成黄绿辐射。在此，激发源3的半导体芯片31的发射波长优选为至少445nm，尤其优选为至少450nmo因此，混合光源I提供了激发源3的半导体芯片31的初级辐射、转换材料4的次级辐射以及第一辐射源2的红色辐射。那么，通过这三个辐射部分的比例的适当匹配，能够实现具有大于85的高显色指数并且同时可特别简单并低成本地实现的白色光源。显然的是，激发源的和第一辐射光源的在该实施例中说明的扩展方案可也作为未封装的板导体芯片在结合图I说明的第一实施例中使用。此外，在半导体芯片21、31和承载件9之间也可构成相应的中间承载件(陶瓷热沉)(没有详细示出)。中间承载件例如可包含陶瓷，例如AlN或者BN,或者由陶瓷构成。陶瓷ー方面特征在于高的机械稳定性并且另一方面特征在于高的热传导性，从而使得在半导体芯片中产生的损耗热量能够有效地从半导体中引出。在图3中以示意剖面图示出混合光源的第三实施例。该实施例基本相应于结合图I示出的第一实施例。不同于此的是，第一辐射源2的半导体芯片、激发源3的半导体芯片以及另一辐射源5的半导体芯片设置在共同的LED器件中。为了改进概览性，在该附图中没有详细示出半导体芯片。此外，转换材料4嵌入到包套16中，从而使得在红色、蓝色和黄绿至绿色光谱范围中的辐射部分可从单个LED器件中射出。为了提高白色光源的光学功率，该白色光源又能够具有多个这样的LED器件。ー个LED器件或者必要时多个LED器件设置在反射器10之内。反射器10优选结构化地构成，特别是削成斜面。以这种方式，简化地实现混合光源的不同的光谱部分的混匀。此外，反射器也可漫反射地构造。
在混合光源I的辐射出射面17方面，设置扩散器元件作为混匀结构8。扩散器元件例如可构成为扩散器板或者微透镜矩阵。由此，很大程度上提高了所发射的辐射在色度坐标方面的均一性。所说明的反射器显然还适用于混合光源的实施形式，其中各个辐射源如结合图I所说明的那样由単独的LED器件或者由未封装的LED半导体芯片来产生。在图4中以示意剖面图示出混合光源的第四实施例，其中混合光源构成为LED灯。混合光源具有灯体11，在所述灯体中构造有冷却体12。在这种情况下，设置在承载件9上的辐射源可如结合图I和2所说明的那样构成。在背离辐射出射面17的侧上，灯体具有支架13，所述支架适用于容纳传统的白色光源，例如白炽灯。支架例如可构成为螺旋件，所述螺旋件能够旋入到E14或者E27白炽灯灯座中。混匀结构8在该实施例中构成为漫射盖板，通过所述漫射盖板，在工作时产生的 辐射从混合光源中在色度坐标方面空间均一地射出。此外优选地，电子控制器集成到灯体中，使得能够借助例如11(^或者22(^的常规电网电压来驱动混合光源。电子控制器也能够设计用于控制相対的色彩比例，进而用于调节混合光源的色度坐标。在图5中，在CIE图中示例地示出LED器件的色度坐标22的ー些测量结果，其中半导体芯片作为激发源产生在蓝色光谱范围中的初级辐射，并且其中改变转换材料的浓度。測量示出，由于转换材料的适当的高浓度，所发射的辐射位于如结合图I所说明的尤其适用于实现具有高显色指数的白色光源的部分区域19之内。此外，在图5中，黑体辐射器的色度坐标的依赖于温度的变化曲线作为曲线20示出，其中示例地记录用于2000K色温和4000K色温的色度坐标。借助上面说明的混合光源，尤其能够沿着该曲线20来调节色度坐标，其中在2700K和6500K之间，显色指数Ra(8)达到大于85的数值，在更宽的范围中甚至大于90。本申请要求德国专利申请10 2009 047 789. 6的优先权，其公开内容通过參引并入本文。本发明不局限于根据实施例的说明。相反地，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使这些特征或者这些组合甚至没有明确地在权利要求或者实施例中说明。
权利要求
1.混合光源(I)，具有 -第一辐射源(2)，所述第一辐射源发出在红色光谱范围中的辐射； -激发源(3)，所述激发源包含III-V族半导体材料；以及 -转换材料⑷， 所述转换材料在所述混合光源(2)工作时将所述激发源的辐射至少部分地转换成在 CIE 色图中色度坐标位于由坐标(0. 1609 ;0. 497)、(0.35 ;0. 6458)、(0.558 ;0. 444)、(0. 453 ；0. 415)生成的多边形之内的辐射。
2.根据权利要求I所述的混合光源，其中，在所述CIE色图中所述转换材料的所述色度坐标位于由坐标(0. 43 ；0. 45)、(0. 42 ；0. 42)、(0. 512 ；0. 487)、(0. 416,0. 583)和(0. 36 ；.0. 48)生成的多边形之内。
3.根据权利要求I或2所述的混合光源，其中，所述第一辐射源发出在大于等于612nm和小于等于630nm之间的范围中的辐射。
4.根据上述权利要求之一所述的混合光源，其中，所述第一辐射发出源在大于等于.616nm和小于等于620nm之间的范围中的福射。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的混合光源，其中，所述第一辐射源借助于基于磷化物化合物半导体的半导体材料形成。
6.根据上述权利要求之一所述的混合光源，所述混合光源除了所述激发源之外还具有另一辐射源(5)，所述另一辐射源产生在蓝色光谱范围中的辐射。
7.根据权利要求6所述的混合光源，其中，所述激发源产生具有最高450nm的主波长的辐射，并且所述另一辐射源产生具有最低460nm的波长的辐射。
8.根据权利要求6或7之一所述的混合光源，其中，所述另一辐射源产生具有在大于等于465nm和小于等于470nm之间的主波长的福射。
9.根据权利要求6至8之一所述的混合光源，其中，所述激发源产生具有在大于等于.445nm和小于等于449nm之间的主波长的福射。
10.根据上述权利要求之一所述的混合光源，其中，所述转换材料与所述激发源间隔开地构成。
11.根据上述权利要求之一所述的混合光源，其中，所述混合光源的所述色度坐标在工作时能够沿着黑体辐射器的曲线来调整。
12.根据权利要求11所述的混合光源，其中，沿着所述黑体辐射器的所述曲线，在从.2700K至6500K的范围中显色指数Ra (8)至少为85。
13.根据上述权利要求之一所述的混合光源，其中，在所述混合光源中产生的所述辐射在从所述混合光源射出之前通过共同的混匀结构(8)。
14.根据权利要求I所述的混合光源，其中，在所述CIE色图中，所述转换材料的所述色度坐标位于由坐标(0. 43 ；0. 45)、(0. 42 ；0. 42)、(0. 512 ；0. 487)、(0. 416,0. 583)和(0. 36 ；.0.48)生成的多边形之内，并且其中，所述第一辐射源发出在大于等于616nm和小于等于.620nm之间的范围中的辐射。
15.根据权利要求14所述的混合光源，其中，所述激发源产生具有在大于等于445nm和小于等于449nm之间的主波长的辐射。
全文摘要
一种混合光源(1)，包括发出在红色光谱范围中的辐射的第一辐射源(2)。此外，混合光源包括包含III-V族半导体材料的激发源(3)以及转换材料(4)，所述转换材料在混合光源工作时将激发源的辐射至少部分地转化成在CIE色图中色度坐标位于由坐标(0.1609；0.497)、(0.35；0.6458)、(0.558；0.444)、(0.453；0.415)生成的多边形之内的辐射。
文档编号H01L33/50GK102713406SQ201080043948
公开日2012年10月3日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年9月30日
发明者扬·马费尔德, 拉尔夫·彼得·贝尔特拉姆, 拉尔夫·维尔特 申请人:欧司朗股份有限公司