專利名稱:仿gls的led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種包括至少兩個(gè)發(fā)光二極管(LED)的白色光源。
背景技術(shù):
WO 0063977 Al公開了一種光源,包括透明白熾燈燈泡內(nèi)的藍(lán)光LED。該光源進(jìn) 一步包括布置成像傳統(tǒng)的白熾燈燈絲的螺線的轉(zhuǎn)換材料,以及布置在透明燈泡內(nèi)的反射涂層。
發(fā)明內(nèi)容
基于這一背景,本發(fā)明的目的是提供一種具有GLS (普通照明服務(wù))燈的外觀的備 選光源,其中,希望該光源非常適合于室內(nèi)應(yīng)用,同時(shí)與傳統(tǒng)白熾燈相比具有較低的功耗, 并提供可調(diào)色溫。這一目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED光源和根據(jù)權(quán)利要求4的白光LED光源 來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式公開在從屬權(quán)利要求中。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的白光LED光源包括以下構(gòu)件a)透明燈泡,光源可以通過其發(fā)出光。燈泡的至少一部分可以選擇性地具有反射 涂層;b)至少一個(gè)第一 LED和至少一個(gè)第二 LED,其中該至少兩個(gè)LED屬于不同的類型 (即具有不同的發(fā)射特性)并安裝在前述燈泡內(nèi);c)布置在該燈泡表面(通常是內(nèi)側(cè))的熒光層,該熒光層覆蓋整個(gè)表面或至少整 個(gè)表面的一部分,并且能將該第一和/或第二 LED的光轉(zhuǎn)換成不同的(通常為更長(zhǎng)的)波長(zhǎng)。該光源的燈泡優(yōu)選地具有仿GLS外觀的形狀,例如球形/橢球形或梨形。燈泡也 可以具有圓錐形狀,這從反射燈或PAR燈的名稱就可知,尤其是燈泡(部分地)覆蓋有反射 涂層時(shí)。燈泡優(yōu)選地配備有傳統(tǒng)白熾燈所用的標(biāo)準(zhǔn)插座。所描述的光源的優(yōu)點(diǎn)是使用高功效、強(qiáng)健和廉價(jià)的LED作為主要光源,同時(shí)允許 被設(shè)計(jì)成具有像傳統(tǒng)白熾燈的外觀和特性。使用兩種不同的LED以及使用附加的熒光層允 許實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的整體發(fā)射光譜。由于熒光層布置于燈泡表面,因此無需額外的用于熒光 材料的載體,并且可使發(fā)光在空間上變得非常均勻。根據(jù)第二方面,本發(fā)明包括具有下列部件的白光LED光源a)至少一個(gè)發(fā)射近UV光的第一 LED和至少一個(gè)不同類型的第二 LED,兩者可以被 選擇性地(即相互獨(dú)立地)控制;b)布置在由該兩個(gè)LED照射的表面上的紅光熒光層。可選地,該白光LED光源可附帶有根據(jù)本發(fā)明的第一方面的LED光源的特征,即熒 光層可布置在透明燈泡上。第二 LED光源的總計(jì)光輸出有利地取決于第一和第二 LED各自的活性,因?yàn)樗?br>
4直接LED發(fā)光和受激熒光層的紅光的混合。通過選擇性地控制這兩個(gè)LED,整體光輸出因 此可以根據(jù)需要被調(diào)整。紅光熒光層例如可以包括按照權(quán)利要求10的熒光材料(例如 LiEuMo2O8),其具有不依賴于激勵(lì)波長(zhǎng)的穩(wěn)定的發(fā)射光譜,該材料可被UV光(如395納米) 和被第二 LED的光所激勵(lì),若假設(shè)此第二 LED的光覆蓋約465納米的范圍(例如在一些白 光LED中所使用的)或熒光材料可被激勵(lì)的其他光譜范圍,例如約540納米(參見圖2)。 結(jié)果是,布置在遠(yuǎn)處的(例如在燈泡里面)LiEuMo2O8層被這兩種LED的發(fā)光所激勵(lì)。改變 LED之間的強(qiáng)度平衡則改變混合的光輸出(包括所要的白光LED的泄漏光和UV)??蛇x地, 可添加不太被UV激勵(lì)的發(fā)射綠光到黃光的熒光層。本發(fā)明各種可選實(shí)施方式將在下面進(jìn)行描述,其涉及根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方 面的LED光源。因此,光源的LED優(yōu)選地安裝在散熱器上以有效地移除在燈工作期間散發(fā)的能量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,第一 LED是近紫外光(UV) LED,尤其是發(fā)射峰在約 370納米到約400納米范圍的LED。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中,其優(yōu)選地可與前述實(shí)施方式組合,第二 LED是藍(lán)光 LED,尤其是發(fā)射峰在約400納米到約480納米范圍的LED。調(diào)暗時(shí),藍(lán)光LED既降低色溫 (暖白色外觀)也降低整體亮度,如在應(yīng)用中所期望的??蛇x地,第二 LED可以是綠光LED, 尤其是發(fā)射峰在約520納米到約560納米范圍的LED。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式,第二 LED是熒光轉(zhuǎn)換型白光LED或熒光轉(zhuǎn)換型綠光 LED。這種LED特別地可以與所提及的發(fā)射近UV光的第一 LED組合。熒光層優(yōu)選地包括至少一種熒光材料,該材料的吸收特性匹配兩種LED之一或兩 者的發(fā)射光譜,優(yōu)選地匹配以較高能量發(fā)光的LED。該層可以有選擇地包括兩種不同的熒光 材料,每一種材料最佳匹配兩種LED中的一種。熒光層特別地可以包括一種紅光熒光材料,比如包括按照如下通式的成分 的材料(SiVryCaxBay)2-ZSi5N8: Euz (0 彡 χ 彡 1,0 彡 y 彡 1,0.1 彡 ζ 彡 2),(Sr1^xCax) S:Eu(0 ^ χ ^ 1),(SiVryCaxBay)3-ZSi2N2O4:Euz(0 ^ χ ^ 1,0 ^ y ^ 1,0. 1 ^ ζ ^ 3), 〇&八151隊(duì)工11,]\^111_2(]\101_具)208工112(其中]\1=鋰、鈉、鉀、銣、銫丄11 =釔、鑭、鎵,0彡χ彡1, 0. 1 彡 ζ 彡 1),Ln2_z(MOl_xWx)209:Euz(其中 Ln =鑭、釓、镥,0 彡 χ 彡 1,0. 2 彡 ζ 彡 2),或 Ln2_z(McvxWx)3O12:Euz(其中 Ln =鑭、釓、镥,0 彡 χ彡 1,0.2 彡 ζ 彡 2)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式,熒光層包括發(fā)綠光到黃光的熒光材料,尤其是包括 按照如下通式的成分的材料(Sr1^yCaxBay)2SiO4:Eu (0彡χ彡1,0彡y彡1),(Sr1^xCax) Si2N2O2: Eu (0 彡 χ 彡 1),SrLi2SiO4: Eu,(YhTzLuxGdyTbz) 3 (Al1-^aa) 5012 Ce (0 彡 a 彡 1, 0 彡 χ 彡 1,0 彡 y 彡 1,0 彡 ζ 彡 1),Y3Al5_xSix012_xNx:Ce,或 CaAlSiN3:Ce。LED光源優(yōu)選地進(jìn)一步設(shè)計(jì)成使得在調(diào)暗時(shí)(即在降低給這兩個(gè)LED或至少是給 第二 LED的電源供應(yīng)時(shí))在整個(gè)發(fā)射光譜上表現(xiàn)出紅移。這使得光源特別適于室內(nèi)照明目 的,在室內(nèi)照明中期望具有類似于白熾燈的調(diào)暗特性。LED光源優(yōu)選地耦合到控制和電源供應(yīng)單元以用于單獨(dú)控制分別供給該第一 LED 和該第二 LED的功率。因此,對(duì)光源亮度和顏色的獨(dú)立控制成為可能。前面所述的控制和電源供應(yīng)單元優(yōu)選地適于在光源被設(shè)置成調(diào)暗狀態(tài)時(shí),
a)降低供給該至少兩個(gè)LED之一的功率;以及b)保持供給到該至少兩個(gè)LED中的另一個(gè)的功率基本上恒定。本發(fā)明的這些方面和其他方面從下文所描述的實(shí)施方式將是明顯的,并參照所描 述的實(shí)施方式得以闡釋。這些實(shí)施方式將借助于附圖通過舉例的方式予以說明。
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的LED光源的剖面圖;圖2示出了可用作LED光源燈泡內(nèi)涂層的熒光材料的吸收和發(fā)射光譜;圖3和圖4示出了可以在LED光源內(nèi)使用的LED的發(fā)射光譜;圖5和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的光源針對(duì)不同調(diào)暗程度的整體發(fā)射光譜。圖中相同的參考數(shù)字代表相同或類似的組件。
具體實(shí)施例方式無機(jī)LED賦予光源新的功能,諸如,任何顏色的調(diào)整或任意的調(diào)暗而不出現(xiàn)閃爍。 由于無機(jī)LED通常發(fā)單色光,因此有可能組合紅光、綠光和藍(lán)光LED并借助于次級(jí)光學(xué)器 件對(duì)所發(fā)的光進(jìn)行混合,以獲得動(dòng)態(tài)可控的光源。由這一概念得到非常有效且顏色可調(diào)的 光源,不過高顯色指數(shù)(CRI)只能通過應(yīng)用四個(gè)或五個(gè)不同類型的LED獲得,例如由紅、橙、 黃、綠和藍(lán)光LED組合,這是由于AlInGaP和AlInGaN LED的發(fā)射帶相當(dāng)狹窄。這是一個(gè)嚴(yán) 重的缺陷,因?yàn)樗璧尿?qū)動(dòng)電子器件的復(fù)雜性隨LED類型的數(shù)量而增加。為了避免這些問 題,有可能基于單一的LED類型(例如發(fā)藍(lán)光的InGaN螺絲模)和包括一種或兩種熒光成 分(例如YAG:Ce和CaS:Eu)的顏色轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)白光LED光源。為了減少照明中的能源消耗,GLS(普通照明服務(wù))燈被其他光源所替代,尤其是 被節(jié)能燈(CFLi)或LED所替代,這是非常可取的。但是,CFLi燈的光線常被察覺出與GLS 燈的大不相同(不舒服),這是由于它們具有不同的色點(diǎn)和迥異的發(fā)射光譜。因此,本發(fā)明建議了一種LED光源,該光源具有兩種LED類型以及含有一種或兩種 熒光成分的熒光層。該光源優(yōu)選地具有仿GLS外觀的形狀,并且選擇其部件(LED,磷光劑) 以使得所得的LED燈在調(diào)暗時(shí)表現(xiàn)出白色點(diǎn)的紅移。這種LED光源100的示例性實(shí)施方式在圖1中示意性示出,其中該LED光源包括-作為主光源的兩種不同類型的LED21、22,通常有3到12個(gè)LED,安裝在與散熱 器11組合在一起的LED基座12上;-形狀類似于白熾燈的玻璃或塑料(透明聚合物)燈泡40;-涂布在燈泡40里面的熒光層30以實(shí)現(xiàn)白燈光譜。兩種LED 21、22都連接到控制和電源供應(yīng)單元50 (其可被視為光源100的一部分 或作為外部組件),通過該單元分別為這兩種LED提供電能。此外,應(yīng)當(dāng)指出的是,燈泡不是 燈的必要組成部分,因?yàn)闊晒鈱右部赡懿贾迷谄渌砻?。第一種LED 21屬于近UV LED類型,其發(fā)射峰在370納米至400納米之間。此LED 的典型光譜由圖4中左邊的曲線示出,其在395納米處有發(fā)射峰(垂直軸歸一化發(fā)射強(qiáng)度 I ;水平軸波長(zhǎng)入)。第二種LED 22可以是在460納米至470納米之間具有發(fā)射峰的藍(lán)光LED。這種LED的典型光譜由圖4中右邊的曲線示出,其在465納米處有發(fā)射峰??蛇x地,第二種LED 22可以是熒光轉(zhuǎn)換型白光LED,包括根據(jù)公式化^山!^ 丁 bz)3(Al1-aGaa)5012:Ce的石榴石類型的磷光劑。包括(Y,Gd)3A15012Ce的熒光轉(zhuǎn)換型冷白光 LED 的發(fā)射光譜如圖 3 所示(x = 0. 360,y = 0. 378,Tc = 4600K)。熒光層30可包括一種或兩種熒光成分。如果只存在一種熒光成分作為玻璃燈泡 40的涂層30,則其響應(yīng)針對(duì)發(fā)射較高能量的LED類型的發(fā)射光譜而優(yōu)化。如果應(yīng)用兩種熒 光成分,則第一種熒光成分的響應(yīng)針對(duì)第一種LED類型而優(yōu)化,第二種熒光成分的響應(yīng)針 對(duì)第二種LED類型而優(yōu)化。圖2示出了典型的發(fā)射紅線的磷光劑(LiEuMo208)的發(fā)射光譜(em)和激勵(lì)光譜 (exc),該磷光劑可在較寬范圍內(nèi)被激勵(lì),例如被近UV LED (370-400納米)和被465納米或 540納米的波所激勵(lì),該磷光劑可用作熒光層30的組成部分。以下選項(xiàng)對(duì)制造LED光源100尤其優(yōu)選a)UV+藍(lán)光 LED:LED光源的第一實(shí)施方式包括近UV LED 21 (370-400納米)和藍(lán)光LED 22(460-470納米)以及具有兩種熒光成分的熒光層30。第一種熒光成分是發(fā)射綠光至黃橙光的磷光劑(例如在520-580納米范圍內(nèi)發(fā) 射其能量的約50%以上),其在受到根據(jù)下列公式之一的460-470納米的激勵(lì)時(shí)有效地發(fā) 光-(Sr1_x_yCaxBay)2Si04:Eu- (SivxCax) Si2N202 Eu-SrLi2Si04:Eu-(Y1_x_y_zLuxGdyTbz)3(Al 1_aGaa) 5012:Ce-Y3Al5_xSix012_xNx:Ce-CaAlSiN3:Ce第二種熒光成分是發(fā)紅光的磷光劑(600-680納米),其在受到根據(jù)下列公式之一 的370-400納米的激勵(lì)時(shí)有效地發(fā)光-(Sivx_yCaxBay)2Si5N8:Eu-(SivxCax)S:Eu - (Sivx_yCaxBay) 3Si2N204: Eu-CaAlSiN3:Eu-MEu (M0l_xffx) 208 (其中 M =鋰、鈉、鉀、銣、銫)-Ln2 (M0l_xffx) 209 Eu (其中 Ln =鑭、釓、镥)-Ln2 (M0l_xffx) A2 Eu (其中 Ln =鑭、釓、镥)圖5示出了這種白光LED光源的發(fā)射光譜,其中該光源使用發(fā)射465納米波 的(In, Ga)N LED、發(fā)射395納米波的(In, Ga)N LED、和依驅(qū)動(dòng)條件包括Y3Al5012:Ce和 LiEuMo208的熒光層。針對(duì)此圖,假設(shè)所有的UV光被熒光層或燈泡吸收。調(diào)暗藍(lán)光LED既降低色溫又降低整體亮度,這是應(yīng)用中所期望的。其通過以下事 實(shí)實(shí)現(xiàn)在UV范圍的激勵(lì)能量維持在穩(wěn)定的水平,因?yàn)橹挥兴{(lán)光LED被調(diào)暗而UV LED以恒 定功率驅(qū)動(dòng)。這些LED的波長(zhǎng)和發(fā)紅光材料的激勵(lì)光譜被安排成源于UV激勵(lì)的發(fā)光相對(duì)
7于源于藍(lán)光激勵(lì)的發(fā)光占主導(dǎo)地位。因此,藍(lán)色和黃色到綠色的發(fā)光(石榴石磷光劑)有 顯著的降低,而紅色發(fā)光(如LiEuMo208)卻基本穩(wěn)定。對(duì)于所有色溫,顯色指數(shù)在80至85 之間。b)UV+白光 LED:LED光源的第二實(shí)施方式包括近UV LED 21 (370-400納米)和白光LED 22 (460-470納米芯片+黃色石榴石類型磷光劑)以及僅有一種熒光成分的熒光層。如上面 所提及的,此熒光成分是發(fā)射紅光帶或線的磷光劑。圖6示出了這種白光LED光源的發(fā)射光譜,其中該光源有包括磷光劑(Y, Gd)3Al5012:Ce的熒光轉(zhuǎn)換型白光(In, Ga)N LED、發(fā)射395納米光波的(In, Ga)N LED、以及 依驅(qū)動(dòng)條件包括LiEuMo208的熒光層。調(diào)暗白光pcLED降低色溫,因?yàn)橹饕糜诩?lì)磷光劑 LiEuMo208的395納米UV LED的光通量保持不變。針對(duì)所有色溫,顯色指數(shù)在80至85之 間。所描述的LED光源的優(yōu)點(diǎn)是,它們發(fā)出的白光與從白熾燈和鹵素?zé)粢阎陌坠庀?似,并且降低驅(qū)動(dòng)電流(調(diào)暗)將燈的色溫從冷白色轉(zhuǎn)變成暖白色。這對(duì)室內(nèi)照明應(yīng)用尤 其有益。此外,這種LED光源的發(fā)光效率不會(huì)由于調(diào)暗而顯著降低,因此與從白熾燈、鹵素 燈和熒光燈所知的大不相同(LED的效率對(duì)于較低的驅(qū)動(dòng)電流甚至可能提高,而電子器件 在非常低的調(diào)暗水平時(shí)可能變得非常低效)。所描述的光源在如下環(huán)境中尤其適用,其中-深紅色、膚色、棕色、和/或米黃顏色必須均勻呈現(xiàn);-舒適的氛圍(例如燭光氛圍)非常重要,和/或-需要如白熾燈的調(diào)暗特性。最后,應(yīng)指出,本申請(qǐng)中的術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其他元素或步驟,不定冠詞“一”或 “一種”并不排除復(fù)數(shù)形式,單一的處理器或其他單元可滿足幾種裝置的功能。本發(fā)明體現(xiàn) 于每個(gè)新穎的實(shí)質(zhì)性特征及每一種關(guān)于實(shí)質(zhì)性特征的組合。此外,權(quán)利要求之中的參考標(biāo) 志不得理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
一種白光LED光源(100),包括a)透明燈泡(40);b)安裝在該燈泡(40)內(nèi)的至少一個(gè)第一LED(21)和至少一個(gè)不同類型的第二LED(22);c)布置在該燈泡(40)表面的熒光層(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED光源(100),其特征在于,該燈泡(40)至少部分地覆蓋有反射涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED光源(100),其特征在于,該燈泡(40)具有仿GLS的形 狀或反射燈的圓錐形狀。
4.一種白光LED光源(100),尤其是根據(jù)權(quán)利要求1的光源,包括a)至少一個(gè)發(fā)射近UV光的第一LED (21)和至少一個(gè)不同類型的第二 LED (22),兩者都 可被有選擇地加以控制;b)布置在由這兩個(gè)LED照射的表面上的紅光熒光層(30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述LED(21、22) 安裝在散熱器(11)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述第一LED(21) 是近UV光LED,尤其是發(fā)射峰在約370納米至400納米范圍的LED。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述第二LED(22) 是藍(lán)光LED,尤其是發(fā)射峰在約400納米至480納米范圍的LED,或者是綠光LED,尤其是發(fā) 射峰在約520納米至560納米范圍的LED。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述第二LED (22) 是熒光轉(zhuǎn)換型白光LED或熒光轉(zhuǎn)換型綠光LED。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述熒光層(30) 包括至少一種熒光材料,該材料的吸收特性曲線匹配所述兩個(gè)LED(21、22)之一的發(fā)射光■i並 曰O
10.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述熒光層(30) 包括發(fā)射紅光的熒光材料,尤其是包括按照如下通式的成分的材料(Sr1^yCaxBay)2_zSi5N8:Euz(0 彡 χ 彡 1,0 彡 y 彡 1,0. 1 彡 ζ 彡 2),(Sr1^xCax) S:Eu(0 ^ χ ^ 1),(SiVryCaxBay)3-ZSi2N2O4:Euz(0 ^ χ ^ 1,0 ^ y ^ 1,0. 1 ^ ζ ^ 3), 〇&八151隊(duì)工11,]\^111_2(]\101_具)208工112(其中]\1=鋰、鈉、鉀、銣、銫丄11 =釔、鑭、鎵,0彡χ彡1, 0. 1 彡 ζ 彡 1),Ln2_z(MOl_xWx)209:Euz(其中 Ln =鑭、釓、镥,0 彡 χ 彡 1,0. 2 彡 ζ 彡 2),或 Ln2_z(McvxWx)3O12:Euz(其中 Ln =鑭、釓、镥,0 彡 χ彡 1,0.2 彡 ζ 彡 2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,所述熒光層(30) 包括發(fā)射綠光到黃光的熒光材料,尤其是包括按照如下通式的成分的材料(SiVryCaxBay)2SiO4:Eu(0 彡 χ 彡 1,0 ^ y ^ 1),(SivxCax) Si2N2O2 = Eu(0 彡 χ 彡 1), SrLi2SiO4:Eu,(Y1^zLuxGdyTbz)3(Al1^aGaa)5012Ce (0 彡 a 彡 1,0 彡 χ 彡 1,0 彡 y 彡 1, 0 彡 ζ 彡 1),Y3Al5_xSix012_xNx:Ce,或 CaAlSiN3:Ce。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,其在調(diào)暗時(shí)表 現(xiàn)出紅移。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的白光LED光源(100),其特征在于,其包括控制和 電源供應(yīng)單元(50),用于單獨(dú)控制分別供給所述第一LED(21)和所述第二LED(22)的功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的白光LED光源(100),其特征在于,所述控制和電源供應(yīng)單元 (50)被配置為當(dāng)所述光源設(shè)置為調(diào)暗狀態(tài)時(shí)a)降低供給該至少兩個(gè)LED(21、22)之一的功率;以及b)保持供給該至少兩個(gè)LED中的另一個(gè)的功率基本上恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有類似于GLS外觀的LED光源(100),其包括兩種不同類型的LED(21、22),優(yōu)選地分別是發(fā)射近UV光譜和藍(lán)色或白色光譜的LED。該光源(100)優(yōu)選地進(jìn)一步包括形狀類似于白熾燈的透明燈泡(40),該燈泡涂布有熒光層(30)以得到白色燈光譜。熒光層可包含一種或兩種熒光成分。
文檔編號(hào)H01L33/50GK101946115SQ200980105884
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者D·U·維歇特, H·J·G·拉德馬赫爾, H·奧蘭德, J·奧皮茲, J·梅里克希, T·雨斯特爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司