專利名稱：混色發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括至少一個發(fā)光二極管和至少一種熒光材料的混色發(fā)光系統(tǒng)。
對于一般的發(fā)光應用，基于與熒光材料組合的發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光系統(tǒng)被用作白光源。而且，采用這樣的發(fā)光系統(tǒng)照亮顯示裝置，例如，液晶顯示器或者光瓦。
背景技術：
從US-B6234648(PHN17100)可知在開始的段落中提到的混色發(fā)光系統(tǒng)。該已知的混色發(fā)光系統(tǒng)包括至少兩個發(fā)光二極管，每一個發(fā)光二極管在操作時都發(fā)出預先選擇的波長范圍內(nèi)的可見光。轉(zhuǎn)換器將一個LED發(fā)出的部分可見光轉(zhuǎn)換為其它波長范圍內(nèi)的可見光，從而使發(fā)光系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)最佳化。優(yōu)選的，二極管包括藍色發(fā)光二極管和紅色發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)換器包括將由藍色發(fā)光二極管發(fā)出的部分光線轉(zhuǎn)換為綠光的發(fā)光材料。
已知的混色發(fā)光系統(tǒng)的缺點是，LED和發(fā)光材料的組合并不總是得到期望的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是完全或者部分地消除上述缺陷。特別地，本發(fā)明的一個目標是提供一種混色發(fā)光系統(tǒng)，其以相對高的彩色再現(xiàn)指數(shù)產(chǎn)生白光。根據(jù)本發(fā)明，出于這一目的的在開始的段落中提到的混色發(fā)光系統(tǒng)包括發(fā)光二極管，發(fā)出在第一光譜范圍內(nèi)具有第一峰值波長的第一可見光；熒光材料，將部分第一可見光轉(zhuǎn)換為在第二光譜范圍內(nèi)具有第二峰值波長的第二可見光；第二可見光具有至少50nm的半最大值全寬度(FWHM)。
在本發(fā)明的說明書和權利要求書中，術語“半最大值全寬度”用于說明光源的發(fā)光光譜的寬度。作為波長的函數(shù)，光源的發(fā)光剖面類似于高斯曲線。為了比較不同的剖面，通常采用跨越剖面的寬度降到峰值的一半或者最大值的一半時的值。這一“寬度”被稱為所謂的FWHM。
已知在混色系統(tǒng)中組合藍、綠和紅色發(fā)光二極管(LED)來產(chǎn)生白光，用于一般的發(fā)光應用。通過適當?shù)卣{(diào)整各個LED的功率比，能夠設置相關色溫(CCT)。如果三個LED的光譜放射頻帶波長在430-470nm、520-560nm、590-630nm的范圍內(nèi)，可以得到約80-85的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)。此外，已知在由發(fā)光二級管的結(jié)構和構成LED的材料的組合確定的波長(峰值波長)處，LED的發(fā)射光譜典型地呈現(xiàn)出單一、相對窄的峰值。這意味著組合藍、綠和紅色LED來形成白光的光源對可實現(xiàn)的CRI形成限制。此外，可獲得的彩色再現(xiàn)指數(shù)對LED的微小的波長變化非常敏感。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)出在第一光譜范圍內(nèi)具有第一峰值波長的第一可見光的LED(例如發(fā)射藍光的LED)和將部分第一可見光或者任何其它合適的泵激波長(pump wavelength)轉(zhuǎn)換為在第二光譜范圍內(nèi)具有第二峰值波長的第二可見光(例如部分藍光被轉(zhuǎn)換為紅光)的熒光材料組合。因為第二可見光具有至少50nm的半最大值全寬度(FWHM)，其明顯比對應至少50nm發(fā)光的LED的FWHM大(紅色LED的典型的FWHM約為20nm)，所以能夠以高的彩色再現(xiàn)指數(shù)設計和生產(chǎn)光源，所述彩色再現(xiàn)指數(shù)對單個LED的顯著的波長變化(例如直至大于典型的FWHM的50％)相對遲鈍。
特別地，紅色LED對由溫度變化引起的峰值波長和通量的變化敏感，沒有藍色至綠色InGaN發(fā)光二極管穩(wěn)定。此外，CRI對窄帶紅色LED的峰值波長中的小變化特別敏感。為此目的，本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的優(yōu)選實施例特征在于，第二可見光是紅光，第二峰值波長在590nm至630nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選第二峰值波長在600至615nm的范圍內(nèi)。由具有至少50nm的FWHM的發(fā)光材料產(chǎn)生紅光。
在本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)中避免使用紅色LED具有幾個好處。一般來說，藍色和綠色LED(例如InGaN倒裝晶片)分別安裝在子管腳上。需要進行用于電連接的這一子管腳的引線接合。引線接合體易損害，并且對封裝LED芯片的選擇形成限制。然而，如果在正確的導電結(jié)構下多個芯片用一個子管腳，則實際上能夠省略連接這些藍色和綠色LED芯片的所有接合線。但是，紅色發(fā)光二極管(例如AlInGaP芯片)一般在倒裝晶片型中不可利用，意味著仍需要這些紅色LED的接合線。
此外，已知紅色LED在室溫呈現(xiàn)出好的發(fā)光效率。然而，在(接合處)約100℃的正常工作溫度下，這一效率實際降至該數(shù)值的一半。在高至這一溫度時，藍色和綠色LED在效率上僅僅顯示出相對小的降低。如果需要更高的連接點溫度，將使紅色LED的效率減小到相對低的級別。
采用紅色LED的另一個不足是，紅色LED(例如AlInGaP芯片)的峰值波長呈現(xiàn)出相對大的偏移，伴隨著由全功率運行引起的期望的溫度上升。這表明，通過使光源變暗，紅色LED的顏色特征將發(fā)生顯著變化。即使降低亮度，通過積極地監(jiān)視色點和通過調(diào)整驅(qū)動電流來補償任何顏色變化，色點能夠保持相對恒定，但是不能補償彩色再現(xiàn)指數(shù)中的變化。
通過避免采用紅色LED，能夠全部或者部分地避免上面提到的問題。此外，通過應用由具有至少50nm的FWHM的發(fā)光材料產(chǎn)生的紅光，能夠以對單個LED的波長變化相對不敏感的高彩色再現(xiàn)指數(shù)設計和生產(chǎn)光源。
在590至630nm的范圍內(nèi)或者優(yōu)選在600至615nm的范圍內(nèi)的紅光的峰值波長的波長范圍是從發(fā)出紅光的發(fā)光材料的范圍中選取的一個有目的的選擇。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過縮小用于選擇與藍色和綠色LED(例如InGaN倒裝晶片)組合的紅色峰值波長的范圍，能夠以高于90的CRI產(chǎn)生白光(在2700K至5000K的范圍內(nèi))，同時允許藍色和綠色LED的發(fā)射波長中的某些變化。
從采用和紅色發(fā)光材料組合的藍色和綠色LED的計算和實驗中，能夠推斷出下述結(jié)論(參見本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細說明的細節(jié))。關于藍色和綠色LED中的峰值波長變化，本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)中紅色發(fā)光材料與藍色和綠色LED的結(jié)合是非常堅固的，并且導致非常高的CRI值。尤其是，為了在Tc的2700-5000K的整個范圍中實現(xiàn)CRI≥80，允許在藍色和綠色LED的峰值波長中存在約15nm的變化。此外，為了在2700-5000K的整個Tc范圍中實現(xiàn)CRI≥90，允許在藍色和綠色LED的峰值波長中存在約7nm的變化。要注意的是，如果藍色和綠色LED的峰值波長不單獨變化或者在同一波長區(qū)間中不變化(例如，在小波長范圍中選擇綠色和允許藍色在較大的波長范圍中變化)，藍色和綠色LED的相關的波長范圍能夠比指示的大得多。這同樣適用于系統(tǒng)目的在于特定的色溫或者較小的色溫范圍的情況。
本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的特征在于，發(fā)射第一可見光的二極管發(fā)射藍光，第一峰值波長在450至470nm的范圍內(nèi)，半最大值全寬度(FWHM)在20至25nm的范圍內(nèi)。合適的藍色LED是InGaN倒裝晶片。
為了對基于三個光譜帶的照明產(chǎn)生白光，一般采用三色的混色發(fā)光系統(tǒng)。這樣的混色發(fā)光系統(tǒng)包括藍、綠和紅色光源。第三種光源可以是另外的LED或者另外的熒光材料。當然，通過采用藍/青、綠、黃/琥珀色和紅色光源的適當混合，也能夠制造四色的混色發(fā)光系統(tǒng)。通過適當?shù)亟Y(jié)合LED和發(fā)光材料，也能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的顏色。
為此目的，本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的特征在于，發(fā)光系統(tǒng)包括發(fā)出在第三光譜范圍內(nèi)具有第三峰值波長的第三可見光的另一個發(fā)光二極管。優(yōu)選另一個發(fā)光二極管發(fā)出綠光，第三峰值波長在510至550nm的范圍內(nèi)，半最大值全寬度(FWHM)在25至45nm的范圍內(nèi)。
可選擇地，本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的特征在于，發(fā)光系統(tǒng)包括另一種熒光材料，其將第一可見光的一部分轉(zhuǎn)換成在第三光譜范圍內(nèi)具有第三峰值波長的第三可見光，第三峰值波長在510至550nm的范圍內(nèi)，半最大值全寬度(FWHM)至少為40nm。


本發(fā)明的這些和其它方面將參考下面描述的實施例進行說明，并且由于下面描述的實施例而變得顯而易見。
在附圖中圖1A是包括本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的光源的截面圖；圖1B是本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的可供選擇的實施例的截面圖；圖2示出包括和紅色發(fā)光材料組合的藍色和綠色LED的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的光譜組成。
圖3A示出了包括和紅色發(fā)光材料組合的藍色和綠色LED的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)指數(shù)，它是2700K的色溫時藍色和綠色LED的峰值波長的函數(shù)，和圖3B示出了包括和紅色發(fā)光材料組合的藍色和綠色LED的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)指數(shù)，它是5000K的色溫時藍色和綠色LED的峰值波長的函數(shù)。
圖形僅僅是示意圖，沒有根據(jù)尺寸繪制。值得注意的是，為清楚起見，一些尺寸以放大的方式示出。在該圖中相似的部件盡可能用同一參考數(shù)字表示。
具體實施例方式
圖1A示意性地示出了包括本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的光源的截面圖。如圖所示，該光源包括混色發(fā)光系統(tǒng)1和反射器10?；焐l(fā)光系統(tǒng)1包括多個藍色和綠色LED芯片6、7，和部分置于藍色LED芯片之上、或者完全置于合適的泵激LED(發(fā)出例如近UV、藍、青、或者青-綠色)之上的紅色發(fā)光材料8。發(fā)光材料8可以作為點施加在藍色LED芯片6上；在一個可供選擇的實施例中，以預定厚度在LED芯片或者該芯片的一部分上施加一層發(fā)光材料。根據(jù)本發(fā)明，紅色發(fā)光材料8具有至少50nm的半最大值全寬度(FWHM)。優(yōu)選紅色發(fā)光材料的峰值波長在600-615nm的范圍內(nèi)。
優(yōu)選將藍光轉(zhuǎn)換為紅光的熒光材料8從由SrSEu，Sr2Si5N8Eu，CaSEu，Ca2Si5N8Eu，(Sr1-xCax)SEu和(Sr1-xCax)2Si5N8Eu且(x＝0-1)形成的組中選擇。一種非常合適的發(fā)光材料是Sr2Si5N8Eu，該發(fā)光材料呈現(xiàn)出相對高的穩(wěn)定性。此外，Sr2Si5N8Eu是避免采用硫化物的發(fā)光材料。SrSEu具有約610nm的峰值波長，Sr2Si5N8Eu具有約620nm的峰值波長，CaSEu具有約655nm的峰值波長，然而Ca2Si5N8Eu具有約610nm的峰值波長。
由于和紅色LED相比，紅色發(fā)光材料8具有寬得多的光譜范圍(和20nm相比，約70nm的FWHM)，能夠僅用三種顏色以好于90的CRI實現(xiàn)混色發(fā)光系統(tǒng)(也參見圖3)。
在混色發(fā)光系統(tǒng)的正常工作溫度下，沒有觀察到上面提及的熒光體的有效的發(fā)光猝熄。而且，發(fā)光材料8的峰值波長在高至200℃的溫度下是穩(wěn)定的(和紅色AlInGaP LED發(fā)射形成強烈對比)。在良好近似性上，發(fā)光材料8的紅色光通量的溫度依賴性和InGaN的顏色(藍到綠)相同。此外，由于紅色發(fā)光材料8的穩(wěn)定發(fā)射，紅色LED的進倉不再必不可少。
提供反射器10，其至少部分圓周壁具有多邊形的截面，至少部分圓周體包括小平面50。反射器10將光線照準到期望的角度分布，并且混合來自混合發(fā)光系統(tǒng)1的光線。反射器的第一部件2可以包括用于藍色和綠色LED芯片6、7填料或者密封材料，和紅色發(fā)光材料8。在一個可供選擇的實施例中，部件2形成混色發(fā)光系統(tǒng)。如果需要，反射器10的頂部4可以在空氣中，而且由于有利的成本和重量，事實上優(yōu)選在空氣中。反射器10優(yōu)選是關于光軸21呈n次折疊對稱的類似中空管的結(jié)構(典型的是n＝6或8，但可以是任何整數(shù))。在和光軸21垂直的任何平面中的頂部4的橫截面是正多邊形，例如六邊形或者八邊形，以光軸21為中心。反射器10可包括(透明的)蓋板16，用于機械地保護主反射器。蓋板16可以由例如塑料和玻璃的材料形成，可以是干凈透明的平坦光滑板，或者其可以有任何希望數(shù)量的擴散，可以是磨砂玻璃、棱形花紋玻璃、瓦楞玻璃等，和/或者其可以具有轉(zhuǎn)向或者折射特性，或者這些特征的結(jié)合。蓋板16的具體特征將影響到混色發(fā)光系統(tǒng)1的外觀，并且某種程度上將影響整個光輸出分布。但是，蓋板16對操作原理而言不是必不可少的，但為反射器10提供了設計上的靈活性和變化。
圖1A示出的光源接受LED芯片6、7和紅色發(fā)光材料8的陣列的2×90°的全發(fā)射，沒有提供靠近LED6、7和發(fā)光材料8的任何“基本光學元件”。
圖1B示意性地表示本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)的可供選擇的實施例的截面圖。如圖所示，混色發(fā)光系統(tǒng)1包括多個藍色LED芯片6和紅色發(fā)光材料8以及綠色發(fā)光材料9，發(fā)光材料8、9都部分地置于藍色LED芯片6之上。
將藍光轉(zhuǎn)換為綠光的熒光材料9優(yōu)選從由(Ba1-xSrx)2SiO4Eu(x＝0-1，優(yōu)選x＝0.5)，SrGa2S4Eu，Lu3Al5O12Ce和SrSi2N2O2Eu形成的組中選擇?？紤]到穩(wěn)定性，Lu3Al5O12Ce和SrSi2N2O2Eu是非常合適的發(fā)光材料。此外，后面的這些發(fā)光材料避免使用硫化物。(Ba0.5Sr0.5)2SiO4Eu具有約523nm的峰值波長，SrGa2S4Eu具有約535nm的峰值波長，Lu3Al5O12Ce具有約515nm和545nm的峰值波長，而SrSi2N2O2Eu具有約541nm的峰值波長。
如果在本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)中采用黃色/琥珀色發(fā)光材料，根據(jù)化學式中的x和y的值，具有560-590nm的范圍內(nèi)的峰值波長的(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12Ce是非常合適的發(fā)光材料。優(yōu)選x和y在0.0-0.5的范圍內(nèi)。
由于和綠色LED相比，綠色發(fā)光材料具有寬得多的光譜范圍(和40nm相比，約70nm的FWHM)，所以能夠以相對高的CRI實現(xiàn)混色發(fā)光系統(tǒng)。
優(yōu)選的基于LED的光源包括1)三色系統(tǒng)，由藍色InGaN LED芯片、綠色InGaN LED芯片或者優(yōu)選泵激綠色發(fā)光材料(熒光體)的藍色發(fā)光芯片，和泵激紅色熒光體的InGaN芯片組成。發(fā)光材料優(yōu)選由青-綠色LED芯片泵激，以使由變換處理引起的斯托克司頻移能量損失最小化。
2)四色系統(tǒng)，由藍色LED芯片和三種不同的發(fā)光材料的組合體構成，三種不同的發(fā)光材料的顏色由發(fā)出藍色或較長波長的LED芯片泵激，從而使效率最佳化(斯托克司頻移最小化)。
3)單一顏色參數(shù)的系統(tǒng)，由藍色或青色LED芯片、伴隨顯著的藍色泄漏的泵激青色發(fā)光材料的藍色芯片、和泵激發(fā)光材料的混合體、優(yōu)選綠、黃/琥珀色和紅色熒光體的LED芯片組成。
優(yōu)選的發(fā)光材料(熒光體)是由堿土金屬氧化物、硫化物、氮化物、SiON、或者SiAlON型主晶格制造的摻雜Eu2+和Ce3+的材料，其顯示出了在許多工業(yè)熒光體之上的顯著優(yōu)點，如對藍光的強吸收性。
為了選擇紅色發(fā)光材料的波長范圍，可以采用下面的考慮。在Tc＝2700K的色溫時，紅色發(fā)光材料的最佳(CRI≥92)峰值波長λp，紅色熒光體優(yōu)選在下述范圍λp，紅色熒光體＝610-615nm同樣在Tc＝5000K時λp，紅色熒光體＝600-605nm在CRI≥90時，紅色發(fā)光材料的峰值波長的下限優(yōu)選為590nm(Tc＝5000K)，上限優(yōu)選為630nm(Tc＝2700K)。
此外，在CRI≥90時，當在藍色LED和綠色LED中允許至少5nm的波長變化時，下限(Tc＝5000K)是λp，紅色熒光體＝595nm，同時上限(Tc＝2700K)是λp，紅色熒光體＝620nm。
為了在Tc從2700K到5000K的整個范圍內(nèi)實現(xiàn)CRI≥90，優(yōu)選，λp，紅色熒光體＝605-615nm。
在CRI≥80時，允許藍色和綠色LED的峰值波長的至少15nm的波長變化時，下限(Tc＝5000K)是λp，紅色熒光體＝590nm，同時上限(Tc＝2700K)是λp，紅色熒光體＝620nm。
為了能夠在Tc從2700K到5000K的整個范圍內(nèi)實現(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選紅色發(fā)光材料的峰值波長在下述范圍λp，紅色熒光體＝590-630nm。
根據(jù)上面的考慮，能夠推斷出1)將CRI≥80作為標準，當在藍色和綠色LED的峰值波長中都允許15nm的相對大的變化時，優(yōu)選紅色發(fā)光材料的峰值波長在下述范圍λp，紅色熒光體＝590-620nm。
2)將CRI≥90作為標準，當在藍色和綠色LED的峰值波長中都允許約7nm的合理變化時(在這種情況下，對于藍色和綠色而言15nm的相對大的變化是不可能的)，紅色發(fā)光材料的峰值波長優(yōu)選在下述范圍λp，紅色熒光體＝600-615nm。
紅色發(fā)光材料的很有利的峰值波長(色溫范圍是2700-5000K)是λp，紅色熒光體＝610nm。
為了根據(jù)上述對紅色發(fā)光材料的考慮來選擇藍色LED的波長范圍，可以采用下述考慮，假設紅色發(fā)光的峰值波長為λp，紅色熒光體＝610nm。
在CRI≥90，且具有至少5nm的綠色峰值波長變化時，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍下限是λp，B＝448nm(Tc＝2700K)，上限是λp，B＝473nm(Tc＝2700K)。
在較高的Tc，波長范圍較小。
為了在具有至少5nm的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥90，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝456-465nm。
需要注意的是，在這種情況下G和B不是獨立的。
為了在具有至少5nm的獨立的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥90，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝458-463nm。
在CRI≥80，且具有至少15nm的綠色峰值波長變化時，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍下限是λp，B＝435nm(Tc＝2700K)，上限是λp，B＝480nm(Tc＝2700K)。
在較高的Tc，波長范圍較小。
為了在具有至少5nm的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝440-474nm。
為了在具有至少15nm的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝445-471nm。
需要注意的是，在這些情況下G和B不是獨立的。
為了在具有至少5nm的獨立的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝445-470nm。
為了在具有至少15nm的獨立的綠色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選藍色峰值波長在下述范圍λp，B＝452-467nm。
為了根據(jù)上述對紅色發(fā)光材料和藍色IED的考慮來選擇綠色LED的波長范圍，可以采用下述考慮，假設紅色發(fā)光材料的峰值波長為λp，紅色熒光體＝610nm。
在CRI≥90，且具有至少5nm的藍色峰值波長變化時，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍下限是λp，G＝525nm(Tc＝2700K)，上限是λp，G＝537nm(Tc＝2700K)。
在較高的Tc，波長范圍較小。
為了在具有至少5nm的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥90，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝528-536nm。
需要注意的是，在這種情況下G和B不是獨立的。
為了在具有至少5nm的獨立的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥90，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝529-534nm。
在CRI≥80，且具有至少15nm的藍色峰值波長變化時，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍下限是λp，G＝516nm(Tc＝2700K)，
上限是λp，G＝545nm(Tc＝2700K)。
在較高的Tc，波長范圍較小。
為了在具有至少5nm的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝516-546nm。
為了在具有至少15nm的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝518-543nm。
需要注意的是，在這些情況下G和B不是獨立的。
為了在具有至少5nm的獨立的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝520-542nm。
為了在具有至少15nm的獨立的藍色峰值波長變化時在整個Tc范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)CRI≥80，優(yōu)選綠色峰值波長在下述范圍λp，G＝524-539nm。
從關于混合顏色的上述考慮可以推測，為了混合紅、綠、藍，有利的是采用與固有的藍色和藍色LED發(fā)光組合的紅色熒光體。紅色發(fā)光材料的峰值波長是λp，紅色熒光體＝610nm，在藍色LED的峰值波長λp，B＝460nm，和綠色LED的峰值波長λp，B＝531nm的組合使用時，獲得整個Tc范圍(2700-5000K)的最高CRI值。
為了覆蓋Tc從2700K到5000K的范圍，在表1中總結(jié)最佳峰值波長或者峰值波長范圍(其中所有波長組合對于獲得需要的CRI仍然有效)。
表1用于獲取期望的彩色再現(xiàn)指數(shù)的優(yōu)選波長范圍

這一結(jié)果可以和紅、綠、藍色LED的已知組合(例如采用AlInGaP LED芯片)相比較。在峰值波長約為
λp，R＝615nm，λp，G＝540nm，λp，B＝462nm時，獲得最好的CRI結(jié)果。
需要注意的是，采用具有理想波長的三種LED的這一組合，不可能實現(xiàn)CRI≥90。考慮到波長變化，對于CRI≥80，獲得在表II中給出的結(jié)果。注意峰值波長的相對小的允許的變化(大約6nm)。
表II用于獲取期望的彩色再現(xiàn)指數(shù)的優(yōu)選波長范圍

圖2示出了包括和紅色發(fā)光材料8組合的藍色和綠色LED6、7的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的光譜組成。混色發(fā)光系統(tǒng)的元件的輸出功率P(用Watt/mm表示)被描述為波長λ(用nm表示)的函數(shù)。曲線“B”表示藍色LED6的發(fā)射光譜，曲線“G”表示綠色LED7的發(fā)射光譜，曲線“R”表示紅色發(fā)光材料8的發(fā)射光譜?？偟墓庾V由曲線“T”描述。
圖2所示的混色發(fā)光系統(tǒng)在4000K的相關色溫(CCT)能夠以94的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)發(fā)射1001m。因為在25℃和120℃的接溫，紅色發(fā)光材料8的光譜是相同的，所以CRI保持在94的相對高的級別。
圖3A示出了包括和紅色發(fā)光材料8組合的藍色和綠色LED6、7的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)指數(shù)，它是2700K的色溫時藍色和綠色LED的峰值波長的函數(shù)。
在圖3A的例子中，采用具有610nm的波長峰值和83nm的FWHM的紅色發(fā)光材料8。沿著圖3A的y軸，具有23nm的典型FWHM的藍色LED6的峰值波長λp，B(用nm表示)用在447nm和482nm之間變化的峰值波長來描述。沿著圖3A的x軸，具有35nm的典型FWHM的綠色LED7的峰值波長λp，G(用nm表示)用在512nm和557nm之間變化的峰值波長來描述。圖3A中描述的不同區(qū)域顯示具有某一數(shù)值的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)的該區(qū)域。特別地，圖3A的中心區(qū)域表示CRI在90-95的范圍內(nèi)的區(qū)域。圖3A中包圍中心區(qū)域的第一區(qū)域表示CRI在85-90的范圍內(nèi)的區(qū)域。圖3A中包圍中心區(qū)域的第二區(qū)域表示CRI在80-85的范圍內(nèi)的區(qū)域，依此類推?？梢钥闯?，結(jié)合610nm的峰值波長(優(yōu)選的范圍是600-615nm)給出了紅色發(fā)光材料8的相對寬的FWHM(50nm以上)，能夠在相對大的波長范圍內(nèi)僅僅組合3種顏色，實現(xiàn)在CRI≥90的彩色再現(xiàn)指數(shù)的值。
圖3B示出了包括和紅色發(fā)光材料8組合的藍色和綠色LED6、7的本發(fā)明的實施例的混色發(fā)光系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)指數(shù)，它是5000K的色溫時藍色和綠色LED的峰值波長的函數(shù)。
在圖3B的例子中，采用具有610nm的波長峰值和83nm的FWHM的紅色發(fā)光材料8。沿著圖3B的y軸，具有23nm的典型FWHM的藍色LED6的峰值波長λp，B(用nm表示)用在447nm和482nm之間變化的峰值波長來描述。沿著圖3B的x軸，具有35nm的典型FWHM的綠色LED7的峰值波長λp，G(用nm表示)用在512nm和557nm之間變化的峰值波長來描述。圖3B中描述的不同區(qū)域顯示了具有某一數(shù)值的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)的該區(qū)域。特別地，圖3B的中心區(qū)域表示CRI在90-95的范圍內(nèi)的區(qū)域。圖3B中包圍中心區(qū)域的第一區(qū)域表示CRI在85-90的范圍內(nèi)的區(qū)域。圖3B中包圍中心區(qū)域的第二區(qū)域表示CRI在80-85的范圍內(nèi)的區(qū)域，依此類推。可以看出，結(jié)合610nm的峰值波長(優(yōu)選的范圍是600-615nm)給出了紅色發(fā)光材料8的相對寬的FWHM(50nm以上)，能夠在相對大的波長范圍內(nèi)僅僅組合3種顏色，實現(xiàn)在CRI≥90的彩色再現(xiàn)指數(shù)的值。
應該注意的是，上述實施例不是限制本發(fā)明，在不脫離附屬權利要求的范圍的情況下，本領域的技術人員能夠設計許多可替換的實施例。在權利要求中，括號中的任何參考符號不解釋為限制權利要求。動詞“包括”及其變形的使用不排除權利要求中聲明的元件或者步驟之外的元件或者步驟。元件之前的“一個”不排除多個這樣的元件的情形?？梢圆捎冒◣讉€固有元件的硬件和被適當?shù)爻绦蚧挠嬎銠C來實現(xiàn)本發(fā)明。在列舉幾個裝置的設備權利要求中，這些裝置中的幾個可以整合為同一個硬件。某些措施在彼此不同的從屬權利要求中敘述這一事實并不表示不能使用這些措施的組合來使本發(fā)明的優(yōu)點突出。
權利要求
1.一種混色發(fā)光系統(tǒng)(1)，包括發(fā)光二極管(6、7)，其發(fā)射在第一光譜范圍內(nèi)具有第一峰值波長的第一可見光；熒光材料(8、9)，其將部分第一可見光轉(zhuǎn)換為在第二光譜范圍內(nèi)具有第二峰值波長的第二可見光；該第二可見光具有至少50nm的半最大值全寬度(FWHM)。
2.如權利要求1的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于第二可見光是紅色光，第二峰值波長在590-630nm的范圍內(nèi)。
3.如權利要求2的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于第二峰值波長在600-615nm的范圍內(nèi)。
4.如權利要求1或2的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射第一可見光的二極管(6)發(fā)射藍色光，第一峰值波長在445-470nm的范圍內(nèi)，半最大值全寬度(FWHM)在15-30nm的范圍內(nèi)。
5.如權利要求1或2的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于發(fā)光系統(tǒng)包括另一個發(fā)光二極管(7)，用于發(fā)射在第三光譜范圍內(nèi)具有第三峰值波長的第三可見光。
6.如權利要求4的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于該另一個發(fā)光二極管(7)發(fā)射綠光，第三峰值波長在510-550nm的范圍內(nèi)，半最大值全寬度(FWHM)在25-45nm的范圍內(nèi)。
7.如權利要求1或2的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于熒光材料(8)將藍光轉(zhuǎn)換為紅光，該熒光材料從由SrS:Eu，Sr2Si5N8:Eu，CaS:Eu，Ca2Si5N8:Eu，(Sr1-xCax)S:Eu和(Sr1-xCax)2Si5N8:Eu且(x＝0.0-1.0)形成的組中選擇。
8.如權利要求1或2的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于發(fā)光系統(tǒng)包括另一種熒光材料(9)，其將第一可見光的一部分轉(zhuǎn)換成在第三光譜范圍內(nèi)具有第三峰值波長的第三可見光，該第三峰值波長在510至550nm的范圍內(nèi)，F(xiàn)WHM至少為40nm。
9.如權利要求7的混色發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于該另一種熒光材料(9)將藍光轉(zhuǎn)換為綠光，該熒光材料是從由(Ba1-xSrx)2SiO4:Eu(x＝0-1，優(yōu)選x＝0.5)，SrGa2S4:Eu，Lu3Al5O12:Ce和SrSi2N2O2:Eu形成的組中選擇的。
全文摘要
一種混色發(fā)光系統(tǒng)，具有發(fā)光二極管(6、7)，其發(fā)射在第一光譜范圍內(nèi)具有第一峰值波長的第一可見光；熒光材料(8)，其將部分第一可見光轉(zhuǎn)換為在第二光譜范圍內(nèi)具有第二峰值波長的第二可見光。第二可見光具有至少50nm的半最大值全寬度(FWHM)。優(yōu)選第二可見光是紅色光，第二峰值波長在590－630nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選第二峰值波長在600－615nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選發(fā)光系統(tǒng)包括另一個發(fā)光二極管(7)，用于發(fā)射在第三光譜范圍內(nèi)具有第三峰值波長的第三可見光。本發(fā)明的混色發(fā)光系統(tǒng)產(chǎn)生具有高彩色再現(xiàn)指數(shù)的白光，且在基色的波長中允許某些變化。
文檔編號H01L33/00GK1894806SQ200480024512
公開日2007年1月10日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權日2003年8月29日
發(fā)明者J·P·M·安森斯, C·G·A·霍倫, T·朱斯特爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司