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CN101925772A - 具有led和包括发光材料的透射支架的照明器件 - Google Patents

具有led和包括发光材料的透射支架的照明器件 Download PDF

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CN101925772A CN2009801027390A CN200980102739A CN101925772A CN 101925772 A CN101925772 A CN 101925772A CN 2009801027390 A CN2009801027390 A CN 2009801027390A CN 200980102739 A CN200980102739 A CN 200980102739A CN 101925772 A CN101925772 A CN 101925772A
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Abstract

本发明提供了一种照明器件(10)，其具有发光二极管(20)、包括发光材料(51)的透射支架(50)以及半透明出射窗(60)。发光材料(51)LED(20)距离dLL大于0mm，并且发光材料(51)出射窗(60)距离dLW也大于0mm。利用所提出的照明器件(10)，灯可以在断开状态并且由白光照射时看上去尤其是白色的。其他优点在于：可以提供固有有效的系统并且可以提供暖白光选项。

Description

具有LED和包括发光材料的透射支架的照明器件
技术领域
本发明涉及具有包括发光材料的透射支架的照明器件。本发明还涉及用于调谐照明器件的光的色点的方法。
背景技术
包括具有发光材料的透射支架的照明器件在本领域是已知的。透射陶瓷层或者发光陶瓷及其制备方法在本领域是已知的。例如，参考美国专利申请序列号10/861,172(US2005/0269582)、美国专利申请序列号11/080,801(US2006/0202105)、WO2006/097868、WO2007/080555、US2007/0126017和WO2006/114726。
例如，US2005/0269582公开了组合有陶瓷层的半导体发光器件，该陶瓷层安置在由发光层所发射的光通路中。陶瓷层由波长转换材料组成或者包括波长转换材料，波长转换材料诸如发光材料。
另一具体的灯在WO2005/078335中公开，其示出了照明单元，其包括形成为传统光源的第一光元件、形成为多个LED的第二光元件和灯头。根据WO2005/078335，第二光元件形成为独立的LED模块，并具有一种配件和第二灯头，第一光元件和第二光元件借此经由该配件和第二灯头可移动地附着，该配件和第二灯头提供两个光元件之间的电气和机械连接。
发明内容
现有技术系统的缺点在于，应用发光材料层以作为观看者可视的材料或者出射窗可能导致当系统处于断开状态时，出射窗具有颜色(特别是橘黄色)。当涂覆发光材料的窗可以直接观看时(例如，当该窗是发光出射窗时)就是这种情况。通常不想要灯(或者发光体)的这种有颜色外观；通常优选的是非彩色外观。
因此，本发明的一个方面提供一种替代的照明器件，其优选地进一步消除上述一个或者多个缺点。特别地，本发明的一个方面提供一种照明器件，其在断开状态中具有基本未着色的外观，如同大部分传统的具有磨砂玻璃的灯泡一样。
在第一方面，本发明提供了一种照明器件，包括布置为发射发光二极管(LED)辐射的LED，包括发光材料的透射支架，其中发光材料布置为吸收LED辐射的至少一部分并且发射发光材料辐射，其中LED和发光材料布置为生成预定颜色的光，其中照明器件进一步包括布置为透射所述光的至少一部分的半透明出射窗，其中，相对于LED，透射支架处于LED的下游，从而提供大于0mm的发光材料LED距离(dLL)，并且半透明出射窗处于透射支架的下游，从而提供等于或者大于0mm的发光材料出射窗距离(dLW)。
利用所提议的照明器件，灯在断开状态以及在利用白光照射时，看上去尤其白。其他优点(尤其是相对于在LED上提供发光材料的系统的优点)可以是：可以提供固有有效的系统(较少背反射/再吸收)，以及可以提供暖白色选项(没有热消光(thermal quenching)；发光材料上的“低”通量)。另外，根据本发明的照明器件是相对简单的构思(可以仅基于蓝色LED，其具有相对容易装配和驱动的优点)，并且另外可调色温的选项是可行的。
基于LED的光源中较远的发光材料对于系统效能而言是非常有利的，特别是对于具有较低色温(暖白色)的光的生成而言。在透射支架或者膜上应用发光材料涂层可以产生较高的系统效能，因为仅有很少的光可反射回到LED中，在该LED中，光非常有可能被吸收。与在LED封装中具有发光材料的系统相比较，使用距LED较远的发光材料可以产生高达大约50％的效能增益。
如上所述，在出射窗的表面尤其是发射表面(即，下游表面)处应用发光材料层可能在灯断开时以及利用白光对其进行照射时导致该表面的相当饱和的色点。出射窗的呈现颜色的饱和度可以通过根据本发明应用涂覆在透射载体上的发光材料而减小，该透射载体位于照明器件的LED与漫射、半透明材料出射窗之间。半透明出射窗充当虚拟发射窗(对于另外的光学系统而言，其中可以对光进一步操作以便例如用于光束整形)。通过增加发光材料层与半透明出射窗之间的距离(dLW)，可以进一步降低半透明出射窗的颜色饱和度。通常，通过利用发光材料层与半透明出射窗之间几乎为零的间距(dLW)把二者分离，可以将饱和度从大约62％降低到大约50％，并且可以通过增加间距而进一步降低到小于大约20％。另外，通过这样的半透明出射窗透射来自发射发光材料层的光也可以降低半透明出射窗的颜色饱和度，其中该半透明出射窗的上游表面积(AEW1)大于发射发光材料层的表面积(即，透射支架的上游面面积(AS1))。通常，利用为8的表面积之比(AEW1/AS1)，饱和度降低到大约11％，并且进一步增加表面积之比可以进一步降低饱和度。
以上列出的以及此处进一步列出的措施基于在系统中应用附加散射或者反射。然而惊人的是，系统效率几乎完全保留，而在通常情况下，系统中附加更多的散射表面或者更多(部分的)反射表面会导致系统效率非常显著地下降。
LED和发光材料
在一个实施方式中，LED布置为发射蓝色辐射，而发光材料包括：(a)绿色发光材料，布置为吸收蓝色LED辐射的至少一部分，并且发射绿色辐射，以及(b)红色发光材料，布置为吸收蓝色LED辐射的至少一部分，或者绿色辐射的至少一部分，或者蓝色辐射的至少一部分和绿色辐射的至少一部分二者，并且发射红色辐射。利用这种方式，预定颜色的光可以是白光。除了别的以外，根据LED功率、蓝色LED辐射光谱和发光材料的量，可以组成不同色温的白光。
在另一实施方式中，LED布置为发射蓝色辐射，并且其中发光材料包括(a)黄色发光材料，布置为吸收蓝色辐射的至少一部分，并且发射黄色辐射，以及可选的(b)一种或多种其他发光材料，布置为吸收蓝色LED辐射的至少一部分，或者黄色辐射的至少一部分，或者蓝色辐射的至少一部分和黄色辐射的至少一部分二者，并且发射与黄色辐射不同辐射波长的辐射。同样利用这种方式，预定颜色的光可以是白光。除了别的以外，根据蓝色LED辐射光谱、LED功率和发光材料的量，可以组成不同色温的白光。在特定的实施方式中，除了黄色发光材料(a)以外，发光材料还包括(b)红色发光材料，布置为吸收蓝色LED辐射的至少一部分，或者黄色辐射的至少一部分，或者蓝色辐射的至少一部分和黄色辐射的至少一部分二者，并且发射红色辐射。除了别的以外，该红色发光材料可以应用于进一步改进CRI。
在一个实施方式中，照明器件包括多个(诸如约2-100个(如4-64个))发光二极管(LED)，此LED布置为发射LED辐射。
此处的术语“白光”对于本领域技术人员是已知的。其特指具有大约2000K与20000K(特别是2700K-20000K)之间的相关色温(CCT)的光，对于一般的照明特别地在大约2700K到6500K的范围内，而对于背光目的特别地在大约7000K到20000K的范围内，以及特别地距离BBL在大约15SDCM(颜色匹配的标准差)内，特别地距离BBL在大约10SDCM内，更为特别地距离BBL在大约5SDCM内。
术语“蓝光”或者“蓝色辐射”特指具有范围在大约410nm-490nm的波长的光。术语“绿光”特指具有范围在大约500nm-570nm的波长的光。术语“红光”特指具有范围在大约590nm-650nm的波长的光。术语“黄光”特指具有范围在大约560nm-590nm的波长的光。
这些术语不排除发光材料可能特别地具有波长分别在例如大约500nm-570nm、大约590nm-650nm和大约560nm-590nm之外的波长的辐射的宽带辐射。然而，将发现此类发光材料的(或者LED的，分别的)辐射的主波长分别在此处给定的范围内。从而，词语“具有波长范围”特指可能具有指定范围内的主辐射波长的辐射。
特别地，优选的发光材料选自石榴石和氮化物，尤其是分别掺杂三价铈或者二价铕的石榴石和氮化物。特别地，石榴石的实施方式包括A3B5O12石榴石，其中A至少包括钇或者镥，并且其中B至少包括铝。此类石榴石可以掺杂有铈(Ce)、镨(Pr)或者铈和镨的组合物；然而，特别地掺杂有Ce。特别地，B包括铝(Al)，然而，B还可以部分包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别地包括多达大约10％的Al(即，B离子基本上包括90％或者更多摩尔的铝，以及10％或者更少摩尔的Ga、Sc和In中的一种或者多种)；B可以特别地包括多达大约10％的镓。在另一变体中，B和O可以至少部分地由Si和N代替。特别地，元素A可以选自钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)。另外，特别地，Gd和/或Tb仅代表多达A的大约20％的量。在一个特定实施方式中，石榴石发光材料包括(Y1-xLux)3B5O12:Ce，其中x等于或大于0，并且等于或小于1。
术语“:Ce”表示发光材料中部分金属离子(即，在石榴石中：“A”离子的部分)由Ce代替。例如，假设(Y1-xLux)3Al5O12:Ce，则Y和/或Lu的部分由Ce代替。该表示法对于本领域技术人员是已知的。通常，Ce将代替A的不多于10％；通常，Ce的浓度将在0.1％-4％的范围内，尤其在0.1％-2％的范围内(相对于A)。假设1％的Ce和10％的Y，则完整的准确化学式将是(Y0.1Lu0.89Ce0.01)3Al5O12。石榴石中的Ce基本上处于或者仅处于三价状态，这对于本领域技术人员是已知的。
在一个实施方式中，红色发光材料可以包括选自(Ba，Sr，Ca)S:Eu、(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu和(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu的一种或多种材料。在这些化合物中，铕(Eu)基本上或者仅是二价的，并且代替所表示的二价阳离子中的一种或者多种。通常，相对于Eu代替的阳离子，Eu将不会多于阳离子的10％的量，特别地在大约0.5-10的范围内，更特别地在大约0.5％-5％的范围内。术语“:Eu”表示部分金属离子由Eu(在这些示例中，由Eu2+)代替。例如，假设CaAlSiN3:Eu中2％的Eu，则准确的化学式将是(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。通常，二价铕将代替二价阳离子(诸如以上的二价碱土阳离子，尤其是Ca、Sr或Ba)。
材料(Ba，Sr，Ca)S:Eu还可以表示为MS:Eu，其中M是选自钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)中的一种或者多种元素；特别地，在该化合物中，M包括钙或者锶，或者包括钙和锶，更特别地包括钙。此处，引入Eu并使其代替至少部分M(即，Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
另外，材料(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu还可以表示为M2Si5N8:Eu，其中M是选自钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)中的一种或者多种元素；特别地，在该化合物中，M包括Sr和/或Ba。在进一步具体的实施方式中，特别地，M包括50％-100％的Sr和/或Ba(不考虑Eu的存在)，特别地，包括50％-90％的Ba以及50％-0％更特别地50％-10％的Sr，诸如Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu(即，75％的Ba；25％的Sr)。此处，引入Eu并使其代替至少部分M(即，Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
同样，材料(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu还可以表示为MAlSiN3:Eu，其中M是选自钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)中的一种或者多种元素；特别地，在该化合物中，M包括钙或者锶，或者包括钙和锶，更特别地包括钙。此处，引入Eu并使其代替至少部分M(即，Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
术语“发光材料”此处特指无机发光材料，其有时还表示为磷光体。这些术语对于本领域技术人员是已知的。
透射支架
特别地，在距离LED(即，特别地，距离LED的发光表面(或者管芯))的非零距离处，布置透射支架。
此处，术语“透射”在一个实施方式中可以指透明的，而在另一实施方式中指半透明的。这些术语对于本领域技术人员是已知的。透射特指，通过透射支架的光透射(特别地至少在蓝色范围中，更一般地在全部可见范围中(即，大约360nm-680nm))至少是大约20％，更特别地至少大约50％，甚至更特别地至少大约80％(在光垂直照射透射支架的情况下)。
透射支架可以是自支撑的，但是在一个实施方式中，其也可以是例如被拉伸(例如，在器件的LED腔壁或者漫射物腔壁(参见下文)之间)的柔性膜。透射支架可以具有类似于板的基本扁平的形状，但是在另一实施方式中，其可以具有类似于例如圆拱顶的基本凸面体形状。
在一个实施方式中，透射支架可以包括有机材料。优选的有机材料选自PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)丙烯酸甲酯)、PEN(聚邻苯二甲酸酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)。例如聚碳酸酯具有良好的效果。
然而，在另一实施方式中，透射支架包括无机材料。优选的无机材料选自玻璃、(熔融)石英、陶瓷和硅酮。
如上所述，透射支架包括至少部分发光材料。透射支架包括发光材料的事实不排除部分发光材料可以布置在照明器件的其他地方；然而，在特定实施方式中，透射支架基本上包括所有的发光材料。短语“透射支架包括发光材料”可以指透射支架选自这样的透射支架：发光材料嵌入在该透射支架中；本身是发光材料的透射支架；具有包括发光材料(侧面朝向出射窗)的下游涂层的透射支架；具有包括发光材料(侧面朝向LED)的上游涂层的透射支架；或者包括包含发光材料的上游涂层和下游涂层二者的透射支架。
在优选的实施方式中，透射支架具有包括涂层的上游面，其中涂层包括至少部分发光材料。此类实施方式受益于发光材料的较远(即，距LED较远)位置以及与出射窗的相对较远位置二者(当利用白光照射时，降低出射窗颜色的饱和度)。
在特定实施方式中，至少部分发光材料包括透射陶瓷发光材料，其中透射支架包括透射陶瓷发光材料。因此，在该实施方式中，透射支架是发光陶瓷。特别地，适合的发光陶瓷基于含铈的石榴石，如上所述。透射陶瓷层或者发光陶瓷及其制备方法是本领域已知的。例如参考美国专利申请序列号10/861,172(US2005/0269582)、美国专利申请序列号11/080,801(US2006/0202105)或者WO2006/097868、WO2007/080555、US2007/0126017和WO2006/114726。在此通过引用并入这些文献，以及尤其是这些文献中提供的关于制备陶瓷层的信息。
布置包括发光材料的透射陶瓷层而不是将发光材料布置到LED上，这允许发光材料与LED之间的非零距离。该距离此处也表示为dLL(发光材料LED距离)。特别地，距离dLL是最短距离。这意味着在一个实施方式中，LED和发光材料之间的任何最短距离等于或者特别地大于0mm。在一个实施方式中，发光材料LED距离(dLL)在0.5mm-50mm的范围内，特别地在3mm-20mm的范围内。
透射支架具有上游面，该上游面具有有效透射支架上游面直径(DS1)。此处应用术语“有效直径”。透射支架可以具有圆形形状，该圆形形状具有直径，但是也可以具有其他形状。然而，可以将任何上游面的表面积(AS1)应用于计算有效直径
Figure BPA00001185239900081
在特定实施方式中，比率dLL/DS1在0.01-1的范围内，特别地在0.05-0.5的范围内，更加特别地在0.1-0.4的范围内。在这些范围中，可以特别地获得良好的效果。
在特定实施方式中，发光材料LED距离(dLL)是可调的。例如，可以利用诸如调节螺丝的调节装置来改变发光材料与LED之间的距离。调节装置可以用于调节与透射支架的距离，从而调节发光材料LED距离。
照明器件可以包括不止一个透射支架，其中一个或者多个此类透射支架包括发光材料，其可能具有不同的发光材料LED距离(dLL)。例如，不止一个透射支架可以包括不同的发光材料。
半透明出射窗
特别地，在与由透射支架包括的发光材料的非零距离处，布置半透明出射窗。该出射窗布置为允许照明器件的光离开照明器件。
半透明出射窗可以具有类似于板的基本扁平的形状，但是在另一实施方式中，其可以具有类似于例如圆拱顶的基本凸面体形状。
在一个实施方式中，半透明出射窗可以包括有机材料。优选的有机材料选自PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)丙烯酸甲酯)、PEN(聚邻苯二甲酸酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
然而，在另一实施方式中，半透明出射窗包括无机材料。优选的无机材料选自玻璃、(熔融)石英、陶瓷和硅酮。
然而，出射窗是半透明的。例如，上述材料可以具有固有的半透明性质，或者可以通过对材料进行磨砂(例如通过喷砂或者酸蚀)而制成半透明的。此类方法在本领域中是已知的。半透明出射窗可以允许某些光线穿过，但是通过半透明材料所看到的内部(即，出射窗上游的、照明器件的上游对象)是基本漫射的或者模糊的。
与其他可能的配置不同，在本发明的照明器件中，基本上没有发光材料布置在出射窗的上游面或者下游面处。基本上所有的发光材料都包括在透射支架中，如上所述，从而提供了优选地大于0mm的发光材料出射窗距离(dLW)。在一个实施方式中，发光材料可以布置在透射支架的下游面处，并且发光材料可以至少部分地与出射窗相接触，从而提供了基本等于0的发光材料出射窗距离，然而，优选地，发光材料出射窗距离(dLW)大于0。
特别地，距离dLW是最短距离。这意味着在一个实施方式中，出射窗与发光材料之间的任何最短距离等于或者特别地大于0mm。在一个实施方式中，发光材料出射窗距离(dLW)在0.01mm-100mm的范围内，特别地在1mm-50mm的范围内，更加特别地在10mm-30mm的范围内。通常，距离越大，可能呈现的半透明出射窗的颜色的饱和度越低。
半透明出射窗具有上游面，该上游面具有出射窗上游面面积(AEW1)。如上所述，透射支架具有上游面面积(AS1)。在特定实施方式中，出射窗和透射支架的表面积比率AEW1/AS1＞1；特别地≥2，更加特别地在2-20的范围内，还更加特别地在3-10的范围内。同样，通常，该比率越大，可能呈现的半透明出射窗的颜色的饱和度越低。另外，比率dLW/DS1(即，发光层出射窗距离与有效透射支架上游面直径的比率)优选地在0.01-1的范围内，特别地在0.1-0.5的范围内。通常，比率越大，可能呈现的半透明出射窗的颜色的饱和度越低。
照明器件
相对于LED，透射支架布置在LED的下游。透射支架优选地以这种方式布置，即，由LED生成的基本上所有的辐射都被引导至透射支架的方向；即，透射支架安置在LED所发射的光通路中。因此，在优选的实施方式中，发光材料和/或透射支架基本上接收所有的LED辐射。因为在一个实施方式中发光材料与LED之间的距离是非零的，所以可以存在LED腔室或者LED腔，其由支撑LED的LED支架、透射支架以及可选的LED腔壁包围。发光材料和/或透射支架可以基本上接收在LED腔室或者LED腔中的内部反射后的所有LED辐射。
半透明出射窗布置在透射支架的下游。因此，透射支架具有指向LED的上游面和指向半透明出射窗的下游面；半透明出射窗具有指向透射支架的下游面的上游面，以及指向照明器件外部的下游面。
因为在一个实施方式中发光材料与出射窗之间的距离是非零的，所以可以存在一(另一)内部腔室或者漫射物腔(此处还表示为“混合腔室”)，其由透射支架、出射窗和可选的漫射物腔壁、以及可选的LED支架和可选的LED腔壁包围。在特定实施方式中，在至少部分发光材料与出射窗之间(由此特别地在漫射物腔中)布置折射率等于或小于1.2(诸如在1-1.2的范围内)的材料，如空气、二氧化碳、氦、氩或者真空(真空实际上没有任何材料)。
如上所述，该出射窗布置为允许光离开照明器件。然而，不排除另外的光学器件(诸如准直仪、反射器、导光管、光学层等)，用以引导或者影响照明器件的光，其可以布置在出射窗的下游。
利用本发明可以实现较远的发光材料模块和灯，其具有非常高的效率和良好的显色性，并且现在还可以在处于断开状态时呈现白色或者几乎无色的颜色。所提出的在透射支架(诸如膜)中或者其上具有发光材料的系统，还允许通过卷绕对位(roll to roll)处理进行廉价批量生产，并且将均匀化和效率优化组合起来。
所提出的配置可以应用于大面积照明、环境照明(例如发光板)、背光照明(例如海报箱)、射灯、诸如白炽灯(GLS)或者TL备用灯的漫射改型灯以及撑墙支架板灯中，并且根据体积和光束约束，应用于某些聚光灯中。
在特定实施方式中，本发明进一步提供了用于调谐根据本发明的照明器件的光的色点的方法，其中发光材料LED距离(dLL)是可调的，并且其中，在发光二极管(LED)的操作期间以及可选地在没有半透明出射窗的情况下，调节发光材料LED距离(dLL)直到获得期望的或者预定的色点，更加特别地，直到传感器感测到预定的色点，该传感器布置为感测由LED和发光材料生成的光。可选地，透射支架可以包括不均匀分布的发光材料。例如，不均匀分布的磷光体可以增强调谐能力。特别地，该调谐方法可以应用于将色点调节至期望的或者预定的值。此处，术语“可调”特指透射支架的横向移动性(即，在相对于LED的上游和/或下游方向)。
本发明还提供了一种用于调谐根据本发明的照明器件的光的色点的方法，其中透射支架包括不均匀分布的发光材料，其中透射支架是可移动的，并且其中，在发光二极管(LED)的操作期间以及可选地在没有半透明出射窗的情况下，改变透射支架相对于LED的位置直到获得期望的或者预定的色点，更特别地，直到传感器感测到预定的色点，该传感器布置为感测由LED和发光材料生成的光。该方法可以特别地用于修正透射支架中或者透射支架上(不期望的)发光材料不均匀性。此处，术语“可移动”是指透射支架的侧向移动性、横向移动性和旋转移动性中的一种或者多种。
附图说明
现在将参考示意性附图、仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中，相应的参考符号指示相应的部分，并且其中：
图1a-图1e示意性地绘出了本发明照明器件的非限制性数目的可能的实施方式；图1f示意性地绘出了图1a或者图1b的实施方式的侧透视图；
图2绘出了透射支架(包括发光材料)的位置对特定照明器件的光输出的影响(作为dLL的函数)；
图3示意性地绘出了本发明的照明器件的另一实施方式；以及
图4绘出了相对于在办公室(TL)照明下处于断开状态的其他系统、本发明的实施方式的颜色外观。
仅绘出了主要的元件。本领域技术人员已知的如驱动器、另外的光学元件(如滤光器、准直仪、配件)等其他元件没有在示意图中绘出。
具体实施方式
图1a(并且图1b-图1e同样)示意性地绘出了具有发光二极管20的照明器件10，该发光二极管20布置为发射LED辐射21。在LED 20的下游布置有透射支架50，其包括发光材料51。
透射支架50可以例如是具有发光材料涂层52(即，涂层52包括发光材料51)的PET膜。发光材料51布置为吸收LED辐射21的至少一部分并且发射发光材料辐射；透射支架50安置在LED发射的光通路中。LED 20和发光材料51布置为生成预定颜色(例如白色)的光13。透射支架50具有上游面或上游侧53以及下游侧54。
照明器件10还包括半透明出射窗60，其布置为发射至少部分光13，从而提供照明器件的光15。半透明出射窗60特别地布置为漫射来自照明器件的光15；半透明出射窗60安置在发光材料51所发射的和/或透射支架50所透射的光的通路中。例如，半透明出射窗可以是经过磨砂(frost)的聚碳酸酯(PC)。半透明出射窗60具有上游面或上游侧63和下游面或下游侧64。
此处，相对于LED 20，透射支架50处于LED 20的下游。发光材料51与LED 20之间的距离利用参考符号dLL(在附图中用dll表示)来表示。此处，dLL大于0mm。相对于LED 20，半透明出射窗60又处于透射支架50的下游。发光材料51与出射窗60之间的距离利用参考符号dLW(在附图中用dlw表示)来表示。
在该示意性实施方式中，半透明出射窗60具有基本扁平的形状，并且透射支架50也具有基本扁平的形状。
在示意性实施方式中，照明器件10具有LED腔室或者LED腔11，其由支撑LED的LED支架30、透射支架50和LED腔壁45包围。LED支架30可以包括(金属芯)PCB(印刷电路板)和铝外壳32。LED腔11内部的至少一部分，特别是LED腔壁45和支架30，可以提供有反射材料(诸如，反射涂层)。反射物利用参考数字40来表示。可以应用例如MCPET(微发泡反射板)作为反射物40。
如上所述，半透明出射窗60布置在透射支架50的下游，并且透射支架50具有指向LED 20的上游面53和指向半透明出射窗60的下游面54；半透明出射窗60具有指向透射支架50的下游面54的上游面63，以及指向照明器件10的外部的下游面64。
因为此处发光材料51与出射窗60之间的距离dLW非零(此处，透射支架下游面54与出射窗上游面63之间的距离也非零)，所以可以存在一(另一)内腔室或者漫射物腔。在示意性绘出的图1a的实施方式中，该漫射物腔利用参考数字12表示。此处，漫射物腔12由透射支架50、出射窗60和漫射物腔壁41包围。在特定实施方式中，在发光材料51的至少一部分与出射窗60之间，此处实际上是在透射支架50与出射窗60之间，更准确地，在漫射物腔12内，可以布置折射率等于或者小于1.2(诸如在1-1.2的范围内)的材料，如空气、二氧化碳、氦、氩或者真空。通常，将应用空气。
在示意图1a-1e中，发光材料51布置在透射支架50的上游，即在透射支架50的上游面53处。然而，如上所述，其他配置也是可能的，诸如在透射支架50的下游面54处，或者在透射支架的上游面53和下游面54二者处，或者包含在透射支架50中，或者是透射支架50本身(例如，发光陶瓷)。
图1b是照明器件10的另一实施方式的示意图。该实施方式与图1a中示意性绘出的实施方式(以上所述)没有很大的不同。但是，发光材料半透明出射窗距离dLW大于图1a中示意性绘出的实施方式。在该实施方式中，漫射物腔12的漫射物腔壁41也具有反射物40。注意，在图1a和图1b中，漫射物腔壁41和LED腔壁45可以是一体的。
在图1a和图1b的示意性实施方式中，利用参考符号AS 1指示的透射支架50的上游表面积与利用参考符号AEW1指示的半透明出射窗60的上游表面积基本上相同(即，AEW1/AS1≈1)。
图1c-图1e示意性地绘出了其中AEW1/AS1＞1的实施方式。
参考图1c，除了AEW1/AS1比率大于1以外，示意性绘出的图1c的实施方式基本上与示意性绘出的图1b的实施方式(以上所述)相同。另外，LED腔11由衬底30、透射支架50和LED腔壁45包围。另外，在示意性绘出的图1c的实施方式中，漫射物腔12由透射支架50、出射窗60、漫射物腔壁41、LED支架30和LED腔壁45包围。
注意，在漫射物腔12至少部分由LED腔壁45包围的实施方式中，LED腔壁45的外侧还可以提供有反射物40(未绘出)。
图1d是AEW1/AS1＞1的实施方式的另一示意图。此处，半透明出射窗60具有基本是凸面体的形状(“圆拱顶”)，而透射支架50具有基本扁平的形状。注意，dLW(即，发光层51与出射窗60之间的最短距离)在透射支架50的边缘处可能小于透射支架50的中心处。此处，在示意性绘出的图1d的实施方式中，漫射物腔12由透射支架50、出射窗60、LED支架30和LED腔壁45包围。如上所述，注意，LED腔壁45的外侧还可以提供有反射物40。
最后，再一次，图1e是AEW1/AS1＞1的实施方式的另一示意图。此处，半透明出射窗60具有基本凸面体的形状，并且透射支架50具有基本凸面体的形状(都是“圆拱顶”)。注意，dLW(即，发光层51与出射窗60之间的最短距离)在这种情况下针对透射支架50上的每个位置可以基本相同。此处，在示意性绘出的图1e的实施方式中，漫射物腔12由透射支架50、出射窗60和LED支架30包围。LED腔11由衬底30和透射支架50包围。在该实施方式中，没有LED腔壁45和漫射物腔壁41，或者可以假设分别由透射支架50和出射窗60所包括。
图1f示意性地绘出了图1a或者图1b的实施方式的侧透视图，以便进一步示出这些实施方式。此处，透射支架50和半透明出射窗60都是圆形(出射)窗，分别具有上游面/下游面53/54和63/64。透射支架50的上游面53具有有效直径DS1；半透明出射窗60的上游面63具有有效直径DS2。透射支架50的上游面53具有面积AS1，而半透明出射窗60的上游面63具有面积AEW1。
以上所述和示意性绘出的实施方式是非限制性的。其他配置也是可能的。例如，基本扁平的出射窗60和非扁平的例如基本上是凸面体的透射支架50也可以是一种实施方式。
图2绘出了在照明器件10具有基本扁平的透射支架50和基本扁平的半透明出射窗60(其中二者都是具有基本相同直径的圆形)的实施方式的情况下，透射支架50(包括发光材料51)的位置对于光输出的影响。数据2a与发光材料布置在透射支架50上游(即，上游涂层52)的实施方式的通量(以Lm计)有关；数据2b与发光材料布置在透射支架50下游(即，下游涂层)的实施方式的通量(以Lm计)有关(都在左侧y轴)；数据2c和2d与相同的系统有关，但是分别描述了放射(radiative)功率(以W计)(都在右侧y轴)。此处，应用发射蓝光的LED 20以及掺杂铈的石榴石和掺杂铕的氮化物的混合物作为发光材料51，以便获得白光13。附图将透射支架50的位置对于照明器件10的该实施方式的光输出的影响描绘为dLL的函数。
在另一示例中，DS1固定为60mm，AEW1/AS1固定为1，LED20出射窗60距离(即，基本上是dLL+dLW)固定为30mm，并且dLL的值在5mm到30mm之间变化。获得了以下结果：
Figure BPA00001185239900161
可见，可以根据发光材料LED距离dLL来调节色温。此处，应用发射蓝光的LED 20以及掺杂铈的石榴石作为发光材料51，以便获得白光13。
保持半透明出射窗60的上游表面积AEW1等于发光材料表面积(为了简便起见，此处采用透射窗上游面面积AS1)，并且增大二者之间的距离dLW，保证形成发光材料51与半透明出射窗60之间的壁41(即，漫射物腔12的壁41)的材料的高漫反射率，会使饱和度降低，同时系统效能几乎不降低。
在一个实施方式中出现的出射窗60的颜色饱和度降低(在断开状态中)如下：通过将发光材料51与半透明出射窗60的距离dLW从发光材料面积(此处，再次采用AS1)的直径的0％增加至其80％，饱和度从大约50％降低至大约20％。通常，在射灯应用中，归因于体积约束，可以将纵横比限制为大约50％。因此，将发光材料51安装为相对接近于LED 20是有益的。
LED 20和较远发光材料51的应用中的另一考虑是照明器件的光15的均匀性(homogeneity)。为了在出射窗60处实现足够的均匀性，应当优选地将半透明出射窗60放置为与LED 20相距的距离足够大：通常，至少是LED之间的节距的1.5倍，诸如约为LED之间的距离(节距)的1.5-5倍的量级。将包括发光材料的透射支架安装得接近LED 20(其可能不均匀地发射光)，以及与发光材料51相距某个距离处安装半透明出射窗60，可以得到从半透明出射窗60发射的光15的良好均匀性，并且同时优化较远发光材料51的效率。
原型灯构建有磨砂玻璃灯泡，以作为包围30mm直径的较远发光材料模块的半透明出射窗60。通量测量显示出：由于半透明灯泡的应用造成的光损失限制在5％，而灯在断开状态中看上去完全是白色的。
作为根据本发明的原型灯的另一示例，布置为向下发光的模块10包括腔11(光腔室或者混合腔室)中的LED-PCB。LED PCB，即，支架30上的一系列蓝色LED，生成蓝光。腔12的漫射物腔壁和底部覆盖有高反射率材料(例如，MCPET、E60L)，以保证光的良好混合和循环；光腔室的出射窗包括漫射物，从而将光束整形为朗伯辐射模式。在混合室12之内，放置了具有发光材料51的透射支架50，从而将来自LED 20的蓝光部分地转换为黄/绿/红光，并且部分地按照以下方式透射蓝光，即，离开模块10的光15具有期望的颜色。LED PCB定位在散热器上，用于将该模块与散热片连接，以保证适合的热管理。LED驱动器利用期望的电流为LED模块供电。LED驱动器可以是固定的输出，但是也可以是可衰减的。反射物可以放置在模块10的出口孔处，以生成期望的光束模式。在模块10的外壳处，已经添加了多个固定点，以将散热片、反射物和发光体外壳部分固定到该模块。
在根据本发明的原型灯的另一示例中，设计了白炽改型灯。图3中示意性地示出了一个示例。灯泡由以下部分和材料组成。灯座通常由具有绝缘材料的金属组成，并且类似于传统的灯泡。灯罩由金属或者塑料组成，并且容纳为LED 20供电的所需电子器件。该罩还用作散热片(利用标号70指示)，即，其被设计为带走由LED 20、驱动器和发光材料51在灯中生成的热量。为了该目的，其可以具有垂直翅片。罩的上表面可以制成为具有高反射性，例如白色的或者金属的。LED 20以及可选的其他光源放置在灯的顶部区域，在其周围具有可能的高反射性材料(例如，白色塑料或者MCPET)以便提高性能(如图1e所示)。透射支架上的发光材料51放置在LED之上。发光材料51可以涂覆在透射支架50上或者包含在透射支架50中。透射支架50可以由玻璃、塑料(例如PC)或者任何其他透射性材料制成。外部灯泡(出射窗60)放置在罩的顶部，并且可以由玻璃、塑料或者其他(半)透明材料制成。在生产期间，对基底材料使用涂层或者添加物可以向灯泡引入特定级别的扩散性。另外，照明器件10可以具有灯头71。
制造了其他系列的器件，其结果在图4中绘出。测量了办公室(TL)照明下的断开状态中的灯的颜色的x、y CIE值。4a指示的最右边的数据与其中发光材料提供在不同类型出射窗的下游面上的器件有关。数据4b与其中发光材料提供在不同类型出射窗的上游面上的器件有关。椭圆部分4c中的数据与多个实施方式有关，其中发光材料分别在与出射窗相距不同距离dLW之处、分别在透射支架上提供，其中该器件进一步包括根据本发明的半透明出射窗，以及其中dLW的范围是出射窗直径DS2的10％到80％，其中具有较大CIE x值的数据点对应于较小的dLW值。圆圈4d中的数据利用发光材料与出射窗之间相对较大的平均距离(即使具有小的最小距离)来获得，并且因此具有dLW的较小值；然而，4c和4d之间的差别在于4c实施方式中的AEW1/AS1的比率基本是1，而4d实施方式中的AEW1/AS1大于1。圆圈4e所指示的数据与4d所指示的相同类型的实施方式有关；然而，4d和4e之间的差别在于，4d具有磨砂出射窗60和透明的透射支架50，而4e的实施方式具有磨砂出射窗60和在其上游面处提供有发光材料51的(也是)半透明的(磨砂聚碳酸酯)透射支架50。因此，在特定实施方式中，透射支架50也是半透明的。
在以上多个示意性描绘的实施方式中，透射支架50和出射窗60被描绘为圆形并且基本扁平的特征(参见图1a-图1c；以及图1d中的透射支架50)。特别地假设基本扁平的透射支架50，透射支架50可以基本是圆形的，但是在另一实施方式中，可以是方形的，或者还可以具有其他形状，这对于本领域技术人员是已知的。同样地，特别地假设基本扁平的出射窗60，出射窗60可以是圆形的，或者在另一实施方式中可以是方形的，或者还可以具有其他形状，这对于本领域技术人员是已知的。
本领域技术人员将能够理解此处的术语“基本”(诸如在“基本全部辐射”或者在“基本包括”中)。术语“基本”还可以包括具有“全部”、“完全”、“所有”等的实施方式。因此，在实施方式中，形容词“基本”也可以去除。在适用情况下，术语“基本”还可以涉及90％或者更高，诸如95％或者更高，特别地涉及99％或者更高，甚至更特别地涉及99.5％或者更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意味着“包含有”的实施方式。此处的器件，除了别的之外，在于操作期间的描述。例如，术语“蓝色LED”是指在其操作期间生成蓝光的LED；换言之：LED布置为发射蓝光。本领域技术人员将清楚的是，本发明不限于操作方法或者操作中的器件。
需要注意，上述实施方式示出而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计多种备选实施方式。在权利要求中，放置在括号中的任何参考标记不应解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中没有描述的元件或者步骤的存在。元件之前的冠词“一”或者“一个”不排除多个此类元件的存在。在列举了若干装置的器件权利要求中，这些装置中的若干可以通过一个和相同的硬件项来实现。彼此不同的从属权利要求中描述特定测量的事实不表示这些测量的组合不能有益地使用。

Claims (19)

1.一种照明器件(10)，包括：发光二极管(20)(LED)，布置为发射LED辐射(21)；透射支架(50)，包括发光材料(51)，其中所述发光材料(51)布置为吸收所述LED辐射(21)的至少一部分并且发射发光材料辐射，其中所述LED(20)和所述发光材料(51)布置为生成预定颜色的光，其中所述照明器件(10)进一步包括半透明出射窗(60)，所述半透明出射窗(60)布置为透射所述光的至少一部分，其中，相对于所述LED(20)，所述透射支架(50)处于所述LED(20)的下游，从而提供大于0mm的发光材料(51)LED(20)距离(dLL)，并且所述半透明出射窗(60)处于所述透射支架(50)的下游，从而提供等于或者大于0mm的发光材料(51)出射窗(60)距离(dLW)。
2.根据权利要求1所述的照明器件(10)，其中在所述发光材料(51)的至少一部分与所述出射窗(60)之间，布置折射率等于或者小于1.2的材料。
3.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)包括选自以下组的有机材料，所述组包括：PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)丙烯酸甲酯)、PEN(聚邻苯二甲酸酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
4.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)包括选自以下组的无机材料，所述组包括：玻璃、(熔融)石英、陶瓷和硅酮。
5.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述发光材料(51)的至少一部分包括透射陶瓷发光材料，并且其中所述透射支架(50)包括所述透射陶瓷发光材料。
6.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述发光材料LED距离(dLL)是可调的。
7.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述发光材料LED距离(dLL)在0.5mm-50mm的范围内，特别地在3mm-20mm的范围内。
8.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述发光材料出射窗距离(dLW)在0.01mm-100mm的范围内，特别地在1mm-50mm的范围内，更加特别地在10mm-30mm的范围内。
9.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)具有包括涂层的上游面，其中所述涂层包括所述发光材料(51)的至少一部分。
10.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述半透明出射窗(60)具有上游面(63)，其具有出射窗上游面面积(AEW1)，并且其中所述透射支架(50)具有上游面，其具有透射支架上游面面积(AS1)，其中出射窗(60)和透射支架(50)的表面积比率AEW1/AS1＞1；特别地≥2，更加特别地在3-10的范围内。
11.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)具有上游面(53)，其具有有效透射支架上游面直径(DS1)，其中比率dLL/DS1在0.01-1的范围内，特别地在0.05-0.5的范围内，更加特别地在0.1-0.4的范围内。
12.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)具有上游面(53)，其具有有效透射支架上游面直径(DS1)，其中比率dLW/DS1在0.01-1的范围内，特别地在0.1-0.5的范围内。
13.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述半透明出射窗(60)具有基本是凸面体的形状。
14.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)具有基本是凸面体的形状。
15.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述半透明出射窗(60)具有基本扁平的形状。
16.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述透射支架(50)具有基本扁平的形状。
17.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述照明器件(10)包括多个发光二极管(LED)，所述发光二极管(LED)布置为发射LED辐射(21)。
18.一种用于调谐根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)的光的色点的方法，其中所述发光材料(51)LED(20)距离(dLL)是可调的，并且其中，在所述发光二极管(20)(LED)的操作期间，以及可选地在不存在所述半透明出射窗(60)的情况下，调节所述发光材料LED距离(dLL)，直到传感器感测到预定的色点，其中所述传感器布置为感测由所述LED(20)和所述发光材料(51)生成的光。
19.一种用于调谐根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)的光的色点的方法，其中所述透射支架(50)包括非均匀分布的所述发光材料(51)，其中所述透射支架(50)是可移动的，并且其中，在所述发光二极管(20)(LED)的操作期间，以及可选地在不存在所述半透明出射窗(60)的情况下，调节所述透射支架(50)相对于所述LED(20)的位置，直到传感器感测到预定的色点，其中所述传感器布置为感测由所述LED(20)和所述发光材料(51)生成的光。
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