具有磷光体组合物的LED照明装置
阅读：1030发布：2020-06-04
专利汇可以提供具有磷光体组合物的LED照明装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 描述了用于转换从LED管芯发射的光的 磷光 体组合物。该 磷光体 组合物具有响应激发主 波长 的发射主波长。该磷光体组合物包含第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体。所述磷光体组合物具有第一磷光体与第二磷光体的第一重量比、和第二磷光体与第三磷光体的第二重量比。调整该第一和第二重量比从而使发射主波长随着激发主波长的增加而增加。，下面是具有磷光体组合物的LED照明装置专利的具体信息内容。
1.LED照明装置，包含:
至少一个发光的LED管芯，其具有446nm到462nm范围的激发主波长；
用于转换从LED管芯发射的光的磷光体组合物，该磷光体组合物具有响应所述激发主波长的发射主波长，该磷光体组合物包含第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体，所述磷光体组合物具有第一磷光体与第二磷光体的第一重量比、和第二磷光体与第三磷光体的第二重量比，调整该第一和第二重量比从而使发射主波长随着激发主波长的增加而增加；和其中第一磷光体是硅酸盐磷光体，第二磷光体是YAG:Ce磷光体和第三磷光体是氮化物磷光体；和
其中该LED照明装置具有输出光，其中进一步调整所述第一和第二重量比从而使该输出光响应在所述范围变化的激发主波长展现出稳定的色度和稳定的色温。
2.权利要求1的LED照明装置，
其中使所述磷光体组合物将具有第一发射主波长的第一光转换成具有第二发射主波长的第二光，并且使所述磷光体组合物将具有第三发射主波长的第三光转换成具有第四发射主波长的第四光，其中第三发射主波长比第一发射主波长更长，第四发射主波长比第二发射主波长更长。
3.权利要求2的LED照明装置，其中所述第一发射主波长是446nm，而所述第三发射主波长是462nm。
4.权利要求2的LED照明装置，其中在CIE 1931颜色空间色度图上，所述第一、第二、第三和第四光分别具有对应于第一、第二、第三和第四x、y色度点的色度，第一和第二色度点在色度图上形成第一线，第三和第四色度点在色度图上形成第二线，并且进一步调整所述第一和第二重量比从而使该第一和第二线在色度图上具有交叉点，并且该交叉点非常接近CIE 1931颜色空间色度图的黑体轨迹。
5.权利要求4的LED照明装置，其中第一色度点的x、y色坐标为(0.163，0.019)，而第三色度点的x、y色坐标为(0.146，0.042)。
6.权利要求1的LED照明装置，其中所述硅酸盐磷光体是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4磷光体，所述YAG:Ce磷光体是Y3Al5O12:Ce磷光体，而所述氮化物磷光体是M2Si5N8:Eu(M＝Sr、Ca、Ba)磷光体。
7.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为26:14到23:14，而所述第二重量比为14:2到14:6。
8.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为21:15到21:21，而所述第二重量比为21:1到15:6。
9.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为23:14，而所述第二重量比为14:
2。
10.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为23:14，而所述第二重量比为14:
3。
11.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为26:14，而所述第二重量比为14:
6。
12.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为21:15，而所述第二重量比为15:
1。
13.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为21:19，而所述第二重量比为19:
2。
14.权利要求6的LED照明装置，其中所述第一重量比为21:21，而所述第二重量比为21:
6。
具有磷光体组合物的LED照明装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求美国专利申请号为13/176,952、提交日为2011年7月6日和标题为"LED LIGHTING DEVICE HAVING A PHOSPHOR COMPOSITION"的优先权，该在先申请的全部内容通过参考引入本文。
技术领域
背景技术
[0004] 目前的发光二极管("LED") 管芯可以发射紫外 ("UV")、可见或红外("IR") 波长范围的光。特别地，发射紫外线和蓝光的LED管芯通常用于照明目的。本文中涉及的这些LED可以通过它们发射的光的颜色区分。例如，发射蓝光的LED可以被称为蓝色LED，而发射紫外线的LED可以被称为UV LED。（类似地，本文中所描述的磷光体可以通过它们在激发时发射的光的颜色区分。例如，发射黄光的磷光体可以被称为黄色磷光体，发射绿光的磷光体可以被称为绿色磷光体等）。这些LED通常具有窄的发射光谱，这意味着它们不能直接用于产生广谱光，例如具有高显色指数（“CRI”）的白光。可以引入磷光体来将原本由LED管芯发射的部分光转换成不同波长的光。经转换的光与最初发射的光的组合呈现更理想的输出光。例如，发射白光的LED照明装置可以包含一个蓝色LED管芯和一种黄色磷光体。该黄色磷光体部分吸收蓝色激发光并将其转换为宽的黄光发射。经传输的蓝光和黄光的组合呈现白光。所产生的白光的品质是由蓝光与黄光的强度比和它们的光谱分布决定的。所产生的白光的特性可以由显色指数（“CRI”）、相关色温（“CCT”）以及CIE 1931颜色空间色度图上的色度坐标（Cx、Cy）定量测定。
[0005] 由于LED管芯的制造过程，在LED管芯中必然存在某些性能变化，例如关于光谱功率分布和发射主波长。举例来说，蓝色LED管芯的发射主波长可以具有宽的分布，并通常在440到470 nm。此外，提供给驱动LED管芯的功率和LED工作温度可能会在操作期间波动并导致不稳定的发射光谱。与此相反，磷光体在预定的波长具有吸收峰。例如，典型的YAG:Ce磷光体具有460 nm附近的吸收峰，并当激发波长偏离460 nm处时其吸收和转换率降低。当单一类型的磷光体被施加到具有不同的发射主波长的LED管芯时，LED装置的输出颜色由于磷光体的吸收和转换率在不同激发波长的差异而变化。
[0006] 发明概述
[0007] 本发明的目的是消除现有技术中的所述缺点。
[0008] 本发明的另一目的是提供磷光体组合物和包含磷光体组合物的LED照明装置。所述磷光体组合物能够响应LED管芯激发中的变化而自调节色度，从而提供稳定和均匀的输出颜色。
[0009] 根据一个实施方式，提供了用于转换从LED管芯发射的光的磷光体组合物。该磷光体组合物具有响应激发主波长的发射主波长。该磷光体组合物包含第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体。所述磷光体组合物具有第一磷光体与第二磷光体的第一重量比、和第二磷光体与第三磷光体的第二重量比。调整该第一和第二重量比从而使发射波长随着激发主波长的增加而增加。
[0010] 根据一个相关的实施方式，进一步调整第一和第二重量比从而使所述磷光体组合物将具有第一发射主波长的第一光转换成具有第二发射主波长的第二光，并且使所述磷光体组合物将具有第三发射主波长的第三光转换成具有第四发射主波长的第四光，其中第三发射主波长比第一发射主波长更长，第四发射主波长比第二发射主波长更长。
[0011] 根据另一个相关的实施方式，在CIE 1931颜色空间色度图上，所述第一、第二、第三和第四光分别具有对应于第一、第二、第三和第四x、y色度点的色度，第一和第二色度点在色度图上形成第一线，第三和第四色度点在色度图上形成第二线，并且进一步调整所述第一和第二重量比从而使该第一和第二线在色度图上具有交叉点，并且该交叉点基本上非常接近CIE 1931颜色空间色度图的黑体轨迹。
[0012] 根据另一个实施方式，提供了LED照明装置。该LED照明装置包括至少一个发光的LED管芯和用于转换从LED管芯发射的光的磷光体组合物。该磷光体组合物具有响应激发主波长的发射主波长。该磷光体组合物包含第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体。所述磷光体组合物具有第一磷光体与第二磷光体的第一重量比、和第二磷光体与第三磷光体的第二重量比。调整该第一和第二重量比从而使发射主波长随着激发主波长的增加而增加。
[0013] 根据一个相关的实施方式，所述LED照明装置具有输出色温。进一步调整所述第一和第二重量比从而使该输出色温随着激发主波长的增加而基本上不变。
[0014] 根据另一个实施方式，提供了LED照明装置。该LED照明装置包括至少一个发光的LED管芯和用于转换从LED管芯发射的光的磷光体组合物。该磷光体组合物具有响应激发主波长的发射主波长。该磷光体组合物包含第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体。所述磷光体组合物具有第一磷光体与第二磷光体的第一重量比、和第二磷光体与第三磷光体的第二重量比。调整第一和第二重量比从而使所述磷光体组合物将具有第一发射主波长的第一光转换成具有第二发射主波长的第二光，并且使所述磷光体组合物将具有第三发射主波长的第三光转换成具有第四发射主波长的第四光，其中第三发射主波长比第一发射主波长更长，第四发射主波长比第二发射主波长更长。
[0015] 磷光体组合物能够响应LED管芯激发波长的变化而自调节色度。随着LED管芯的发射主波长的变化，磷光体组合物自动地相应调节其色度。不论LED波长如何变化，所产生的光输出具有基本上恒定的色度，并且保持着目标色温。附图说明
[0016] 图1显示了，当LED在446 nm和462 nm激发时，包含根据本发明的一个实施方式的磷光体组合物的LED装置的发射光谱；也绘制了其各磷光体组分的发射光谱。
[0017] 图2是CIE 1931颜色空间色度图，其显示了根据本发明的一个实施方式的LED管芯和磷光体的发射。
[0018] 图3显示了根据本发明的一个实施方式的LED照明装置的示意图。
[0019] 具体描述
[0021] 在第一实施方式中，LED照明装置可以包括一个或多个LED管芯。LED管芯可以是一个或多个蓝色或UV LED管芯，优选蓝色LED管芯。蓝色LED管芯（优选InGaN LED管芯）发射波长约430-485 nm的光。蓝色LED管芯的发射主波长可以具有宽的分布，并且范围在440到470 nm、优选446到462 nm。磷光体组合物设置用于将一些从LED管芯发射的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光，该白光具有约5000 K的目标色温。所述磷光体组合物包含三种磷光体组分的混合物。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选正硅酸盐磷光体。正硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。在第一实施方式中，第一、第二和第三磷光体的重量比可以是约23:14:2；即，第一与第二磷光体的重量比为约23:14，第二与第三磷光体的重量比为约14:2。第一、第二和第三磷光体的发射主波长分别是549 nm、574 nm和603 nm。
[0022] 图1显示了根据本实施方式的LED照明装置的发射光谱；也绘制了其三种磷光体组分的发射光谱，分别标为“绿色”、“黄色”和“红色”。磷光体组合物的发射光谱标为“组合物”。在图1的左侧是两个高而窄的峰，这两个峰表示两种蓝色LED管芯经传输的发射峰； 一个在446 nm发射，另一在462 nm发射。LED管芯的经传输的发射光谱标为“LED”。实线表示经446 nm LED发射激发的光谱；虚线表示经462 nm LED发射激发的光谱。
[0023] 图1显示了，随着LED激发波长从446 nm增加到462 nm，绿色和红色磷光体发射的光的强度相应地降低，而黄色磷光体发射的光的强度相应地提高。磷光体组合物的发射光谱是三种磷光体组分的发射光谱的组合。随着LED激发主波长从446 nm增加到462 nm，所产生的磷光体组合物发射主波长从570.5 nm增加到573.8 nm。
[0024] 当将数据绘制在CIE 1931颜色空间色度图上时（如图2所示），可以更好地理解本实施方式的优点。CIE 1931颜色空间是最广泛使用的颜色空间之一，其由国际照明委员会（CIE）在1931年创建。对于两个在446 nm和462 nm发射的LED管芯所发射的的蓝光，其x、y色度201和202在色度图上分别绘制在约(0.163、0.019)和约(0.146、0.042)。对于绿色、黄色和红色磷光体，磷光体组分207、208和209的色度分别显示在坐标(0.301、0.631)、(0.464、0.522)和(0.640、0.359)。CIE色度图上的第一线将色度点201（其对应于从蓝色LED管芯发射的446 nm光）连接到点203（位于图的黄色区域）。在所述图的黄色区域中的点203对应于，当用蓝色LED管芯的446 nm光激发时，所述磷光体组合物的光发射。类似地，绘制的第二线将点202（其对应于从蓝色LED管芯发射的462 nm光）连接到点204（其对应于462 nm激发时磷光体组合物的光发射）。这两条线都基本上通过沿着CIE色度图上的黑体轨迹的交叉点，这对应于所希望的目标色度为约5000K的白色输出光。当分别在446 nm和462 nm激发时，所产生的照明装置的组合输出光的色度205和206显示在(0.341、0.350)和(0.347、0.345)，并且基本上接近色度图上的黑体轨迹。
[0025] 使用根据本实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表1中。随着蓝色LED管芯的激发主波长从446 nm增加到462 nm，磷光体组合物的发射主波长相应地增加，从而使所达到的相关色温（CCT）基本上为5000K，并且最小和最大CCT值之间仅有
298K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0077和
0.0137的范围内微弱变化。
298K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0077和
0.0137的范围内微弱变化。
[0026] 表1
[0027]
[0028] 替代性地，在第二实施方式中，三种磷光体组分的材料和LED管芯可以是与表1的第一实施方式相同的。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选正硅酸盐磷光体。正硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。在该第二实施方式中，第一、第二和第三磷光体的重量比可以为约23:14:3。磷光体组合物设置用于将一些从LED管芯发射的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光，该白光具有约4000K的目标色温。
[0029] 使用根据第二实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表2中。随着蓝色LED管芯的激发波长从446 nm增加到462 nm，所达到的相关色温（CCT）基本上为4000K并且仅有191K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0068和0.0054的范围内微弱变化。
[0030] 表2
[0031]
[0032] 替代性地，在第三实施方式中，三种磷光体组分的材料和LED管芯可以是与表1的第一实施方式相同的。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选正硅酸盐磷光体。正硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。在该第三实施方式中，第一、第二和第三磷光体的重量比可以为约26:14:6。磷光体组合物设置用于将一些由LED管芯产生的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光，该白光具有约2700K的目标色温。
[0033] 使用根据第三实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表3中。随着蓝色LED管芯的激发波长从446 nm增加到462 nm，所达到的相关色温（CCT）基本上为2700K并且仅有162K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0130和0.0094的范围内微弱变化。
[0034] 表3
[0035]
[0036] 在第四实施方式中，LED照明装置可以包括一个或多个LED管芯。LED管芯可以是一个或多个蓝色或UV LED管芯，优选蓝色LED管芯。蓝色LED管芯（优选InGaN LED管芯）发射波长约430-485 nm的光。蓝色LED管芯的发射主波长可以具有宽的分布，并且范围在440到470 nm、优选446到462 nm。磷光体组合物设置用于将一些由LED管芯产生的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光。所述磷光体组合物具有三种磷光体组分的混合物。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选硅酸盐磷光体。硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。第一、第二和第三磷光体的重量比可以为约21:21:6。
[0037] 使用根据第四实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表4中。随着蓝色LED管芯的激发波长从446 nm增加到462 nm，所达到的相关色温（CCT）具有56K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0133和0.0144的范围内微弱变化。
[0038] 表4
[0039]
[0040] 替代性地，在第五实施方式中，三种磷光体组分的材料和LED管芯可以是与表4的第四实施方式相同的。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选硅酸盐磷光体。硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。在该第五实施方式中，第一、第二和第三磷光体的重量比可以为约21:19:2。磷光体组合物设置用于将一些由LED管芯产生的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光。
[0041] 使用根据第五实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表5中。随着蓝色LED管芯的激发波长从446 nm增加到462 nm，所达到的相关色温（CCT）具有154K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0107和
0.0144的范围内微弱变化。
0.0144的范围内微弱变化。
[0042] 表5
[0043]
[0044] 替代性地，在第六实施方式中，三种磷光体组分的材料和LED管芯可以是与表4的第四实施方式相同的。第一磷光体可以是绿色磷光体、优选硅酸盐磷光体。硅酸盐磷光体的化学组成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2SiO4。第二磷光体可以是黄色磷光体、优选YAG:Ce磷光体。YAG:Ce磷光体的化学组成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光体可以是红色磷光体、优选氮化物磷光体。氮化物磷光体的化学组成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr、Ca、Ba)。在该第六实施方式中，第一、第二和第三磷光体的重量比可以为约21:15:1。磷光体组合物设置用于将一些由LED管芯产生的起始光转换成经转换的光。经传输的蓝光和经转换的光的组合呈现白光。
[0045] 使用根据第六实施方式的磷光体组合物的照明装置的输出光的表征显示在表6中。随着蓝色LED管芯的激发波长从446 nm增加到462 nm，所达到的相关色温（CCT）具有232K的微小变化。随着LED波长从446 nm变化到462 nm，色度坐标Cx和Cy仅分别在0.0061和
0.0149的范围内微弱变化。
0.0149的范围内微弱变化。
[0046] 表6
[0047]
[0048] 参考图3，其显示了根据本发明的另一实施方式的LED照明装置300。该LED照明装置300包括至少一个发光的LED管芯310和分散在透明基质320中的磷光体组合物320。该磷光体组合物转换从LED管芯发射的光，并包含第一磷光体321、第二磷光体322和第三磷光体323。所述磷光体组合物具有第一磷光体321与第二磷光体322的第一重量比、和第二磷光体
322与第三磷光体323的第二重量比。调整第一和第二重量比从而使所述磷光体组合物将具有第一发射主波长的第一光转换成具有第二发射主波长的第二光，并且将具有第三发射主波长的第三光转换成具有第四发射主波长的第四光，其中第三发射主波长比第一发射主波长更长，第四发射主波长比第二发射主波长更长。
322与第三磷光体323的第二重量比。调整第一和第二重量比从而使所述磷光体组合物将具有第一发射主波长的第一光转换成具有第二发射主波长的第二光，并且将具有第三发射主波长的第三光转换成具有第四发射主波长的第四光，其中第三发射主波长比第一发射主波长更长，第四发射主波长比第二发射主波长更长。
[0049] 关键是具有至少三种磷光体组分，以便达到目标色温以及对于磷光体组合物最佳的发射峰偏移来平衡LED波长偏移；从而随着LED激发波长的变化，组合输出光基本上已经稳定了颜色特性（例如色度和色温）。
[0050] 如果仅仅是两种磷光体组分的组合物，这两种磷光体组分的重量比是单个变量，其控制着该组合物的发射主波长，并因此进一步控制输出光的色温。随着LED激发偏移，非常相似的该重量比变量同时也控制着该组合物的发射峰偏移量。如果确定了该重量比以达到目标色温，则所产生的发射峰偏移可能太小或太大，或者处于相反的方向，以平衡LED波长偏移。因此，组合输出光没有稳定的例如色度的颜色特性。如果确定了重量比以优化发射峰偏移来平衡LED波长偏移，则所产生的输出色温可能偏离目标色温。
[0051] 三种磷光体组分的磷光体组合物解决了上述的问题。三种磷光体组分的重量比具有两个变量，即组分1与2的第一重量比以及组分2与3的第二重量比。可以调节这两个变量以同时达到目标色温和最佳的发射峰偏移。如在上述实施方式中所示的，在不改变任何磷光体组分的情况下，可以仅仅通过改变三种磷光体组分的重量比的所述两个变量而同时达到目标色温和稳定的颜色色度。
[0052] 此外，具有三种磷光体组分的磷光体组合物可以比具有两种磷光体组分的磷光体组合物覆盖更大范围的相关色温（CCT）。例如，包含绿色和黄色磷光体的两种磷光体组分的组合物仅仅可以实现冷白色或中性白色；而包含黄色和红色磷光体的两种磷光体组分的组合物仅仅可以实现暖白色。相反，具有三种磷光体组分的磷光体组合物可以实现从冷白色到暖白色的相关色温。此外，三种磷光体组分的组合物的输出光的显色指数（CRI）通常更高。另外，相比于两种磷光体组分的混合物组合物，三种磷光体组分的混合物组合物具有更多的可能性以实现一定的目标颜色特性。
[0053] 本文描述了本发明的原理，但对于本领域的技术人员来说，这些描述应当仅理解为实例而不是对本发明的范围的限制。在下面的权利要求中可能也给出了相应于本文描述的实施方式的参考编号，作为方便参考在附图中所示的权利要求主题的实例的方法。然而，这些参考编号不应当理解为意在限制权利要求的范围。除了本文所示和所描述的示例性实施方式，也可以考虑在本发明范围内的其它实施方式。通过一种本领域常规技术的修饰和替换也认为在本发明的范围内，本发明的范围通过下面权利要求的描述限制。
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