ES2993725T3 - A white light emitting device - Google Patents

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Abstract

Dispositivo emisor de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 Im/W a una densidad de corriente de entrada de chip LED azul de 10 a 60 mA/mm2, preferiblemente en el intervalo de 15 a 40 mA/mm2 y más preferiblemente en el intervalo de 20 a 30 mA/mm2. El dispositivo comprende un sustrato, al menos una cadena de chips LED azules montados sobre el sustrato y una composición de material de fósforo. Dicha composición de material de fósforo comprende un fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión máxima en un intervalo de 625 nm a 635 nm. Los porcentajes en peso del fósforo rojo de banda estrecha están entre 33 a 49 % en peso para un CCT de 4000 a 6500 K o en una cantidad de 60 a 70 % en peso para un CCT de 2700 a 3500 K. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo emisor de luz blanca
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de iluminación y visualización. Más concretamente, esta invención se refiere a dispositivos emisores de luz blanca.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los diodos emisores de luz (LED) son ampliamente conocidos en dispositivos de iluminación y visualización como sustituto de las bombillas incandescentes y/o fluorescentes tradicionales. Es deseable generar luz blanca con gran pureza de color y alta eficiencia.
Existen dos enfoques principales para generar luz blanca a partir de un LED. La primera consiste en utilizar una combinación de varios LED con diferentes colores de emisión e intensidades. Por ejemplo, los LED emisores azules, rojos y verdes pueden combinarse para producir luz blanca. Sin embargo, un problema de este enfoque es que la distribución espectral de potencia de los LED componentes puede ser relativamente estrecha, es decir, puede tener una anchura media máxima (FWHM) de aproximadamente entre 10-30 nm. Por lo tanto, existen intervalos de longitud de onda en los que puede ser difícil obtener una alta eficacia, por ejemplo, 580 nm.
El otro enfoque principal consiste en utilizar un LED de un solo color (con emisión en una longitud de onda determinada) en combinación con un material de conversión de longitud de onda, como un fósforo. De este modo, el material de conversión de longitud de onda absorbe la luz del LED de una longitud de onda determinada y emite la luz a una longitud de onda diferente, normalmente a una longitud de onda más larga (es decir, de menor energía). Por ejemplo, un LED azul podría utilizarse con un fósforo amarillo verdoso. Sin embargo, actualmente existen límites a la eficiencia conseguida con este método.
Los dispositivos típicos emisores de luz blanca tienen eficiencias en el intervalo de 150-200 lm/Wy las densidades de corriente de los chips LED necesarias para alcanzar estas eficiencias son relativamente altas (típicamente entre 0,2 y 0,5 A/mm2). En consecuencia, existe la necesidad de un dispositivo emisor de luz blanca de alta eficiencia que utilice LED y que no sufra de los problemas antes mencionados.
En el documento US 2017/342320 se proporciona un miembro de conversión de longitud de onda en el que lo siguiente está disperso en una resina termoplástica: un material fluorescente LuYAG que está representado por (Y-i-a- beta LuaCebeta)sAl<5>O<12>, que emite luz amarillo verdoso como resultado de la excitación por luz azul, y un material fluorescente KSF representado por K<2>(Sii-xMnx)F<6>y que emite luz roja como resultado de la excitación por luz azul. El contenido del material fluorescente KSF en el miembro de conversión de longitud de onda es de 1 a 5 veces el contenido del material fluorescente LuYAG por relación de masa. El miembro de conversión de longitud de onda hace posible proporcionar un dispositivo emisor de luz que tenga una pequeña desviación de color, que sea adecuado como dispositivo de iluminación, que emita luz blanca y que tenga buenas propiedades de reproducción cromática en un intervalo de temperatura de color de 4.000-6.500 K, es decir, el intervalo de temperatura de color de blanco a color luz de día.
El documento WO 2020/190921 divulga un filamento LED que comprende: un sustrato parcialmente transmisor de luz; una matriz de chips LED en una cara frontal del sustrato; materiales de fotoluminiscencia de primera banda ancha de verde a rojo y un primer material de fotoluminiscencia de banda estrecha de fluoruro rojo activado por manganeso que cubren la matriz de chips LED y la cara frontal del sustrato; y materiales de fotoluminiscencia de segunda banda ancha de verde a rojo que cubren la cara posterior del sustrato. El filamento LED puede comprender: ningún material de fotoluminiscencia rojo fluorado activado con manganeso de banda estrecha en la cara posterior del sustrato, o un segundo material de fotoluminiscencia rojo fluorado activado con manganeso de banda estrecha en la cara posterior del sustrato en una cantidad de hasta el 5 % en peso de un contenido total de material de fotoluminiscencia rojo en la cara posterior del sustrato.
La invención en el documento WO 2017/021087 proporciona un dispositivo de iluminación, configurado para proporcionar luz del dispositivo de iluminación, comprendiendo el dispositivo de iluminación: - una o más fuentes luminosas configuradas para proporcionar radiación de fuente luminosa que comprenda radiación azul intenso en la intervalo de 400-440 nm y luz azul en la intervalo de 440-490 nm; - un primer material luminiscente configurado para convertir al menos parte de la radiación de fuente luminosa en luz de primer material luminiscente con intensidad luminosa en una o más de la región espectral verde y la región espectral amarilla un segundo material luminiscente configurado para convertir (i) al menos parte de la radiación de la fuente luminosa, o (ii) al menos parte de la radiación de la fuente luminosa y al menos parte de la luz del primer material luminiscente en luz del segundo material luminiscente con intensidad luminosa en la región espectral roja, en la que el segundo material luminiscente comprende un material luminiscente rojo que presenta bajo excitación con al menos parte de la radiación de la fuente luminosa, o (ii) al menos parte de la radiación de la fuente luminosa y al menos parte de la luz del primer material luminiscente una emisión en el intervalo de 620-680 nm; en el que el dispositivo de iluminación está configurado para proporcionar en un primer ajuste del dispositivo de iluminación luz blanca del dispositivo de iluminación que comprende radiación azul intenso, luz azul, luz del primer material luminiscente y luz del segundo material luminiscente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
A la luz de esto, se proporciona un dispositivo emisor de luz blanca eficiente según las reivindicaciones. En un primer aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo emisor de luz blanca que comprende: un sustrato; al menos una cadena de chips LED azules montados sobre el sustrato, con una longitud de onda dominante en el intervalo de 445 nm a 460 nm; y una composición de material de fósforo que comprende: un material de fósforo amarillo verdoso que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 520 nm a 580 nm; y un material de fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 625 nm a 635 nm; en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 33 a 49 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K o en una cantidad de 60 a 70 % en peso para una CCT de 2700 a 3500 K CCT; y en el que el dispositivo está adaptado para generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 Im/Wa una densidad de corriente de entrada de chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2, preferentemente en un intervalo de 15 a 40 mA/mm2 y más preferentemente en un intervalo de 20 a 30 mA/mm2.
Las realizaciones del dispositivo tienen una alta eficiencia a una densidad de corriente de entrada de LED baja. De este modo se obtiene un LED blanco mucho más eficiente que los LED existentes (150-200 lm/W), al tiempo que proporciona el color de luz necesario para aplicaciones de iluminación general. Por ejemplo, la eficiencia puede ser de 230 Im/W a 235 lm/W, por ejemplo 230, 231, 232, 233, 234 o 235 Im/W. Como se expone a continuación, las realizaciones proporcionan esta mejora mediante el uso de un chip LED azul que es más eficiente mediante la aplicación de la densidad de corriente específica y la mejora de la eficiencia del espectro blanco mediante el uso de las cantidades de fósforo rojo de banda estrecha recitadas en un material de fósforo de conversión de longitud de onda (por ejemplo, cubriendo los chips LED azules para modificar la longitud de onda de la luz).
Los principales componentes relacionados con la eficiencia del dispositivo LED blanco (Lm/Wblanco) se muestran en la siguiente ecuación:
tat W P E c h i p azul * C E f ó s fo r o * ^ C ¡ j ianco
**blanco
WPEchipazul es la eficiencia del enchufe de pared,
CEfósforo es la eficiencia de conversión del fósforo y
PEblanco es la eficacia del envase.
La eficiencia del dispositivo medida en lúmenes/vatio y puede calcularse mediante técnicas fotométricas estándar de LED.
En referencia al primery segundo componentes de la eficiencia del dispositivo LED blanco mencionados anteriormente en la ecuación (1), la combinación de los chips LED azules a una densidad de corriente baja en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2 con la composición del material de fósforo que comprende un fósforo rojo de banda estrecha en los porcentajes en peso especificados para diferentes intervalos de CCT, contribuyen a la alta eficiencia de al menos 230 Im/W en este dispositivo. Los porcentajes en peso especificados de los materiales de fósforo rojo de banda estrecha son importantes, ya que determinan la relación entre el material de fósforo rojo de banda estrecha y el material de fósforo amarillo verdoso. La luz blanca que emite el dispositivo está formada por componentes de distintos colores procedentes de la interacción del chip LED azul con los materiales de fósforo. Al incorporar los materiales de fósforo rojo de banda estrecha en los porcentajes de peso especificados, se ha descubierto que la composición del material de fósforo proporciona la eficiencia mejorada del dispositivo para la emisión de luz blanca.
El material de fósforo rojo de banda estrecha puede tener un FWHM de < 10 nm en un intervalo de longitud de onda de emisión pico de 625 nm a 635 nm. La eficiencia de conversión de los fósforos suele ser menor para los fósforos emisores rojos anchos (es decir, los que tienen un perfil de emisión espectral más amplio que los fósforos rojos de banda estrecha) en comparación con los fósforos verdes / amarillos verdosos. El estrecho perfil espectral de un fósforo de banda roja estrecha ayuda a reducir la pérdida de eficiencia del espectro rojo al mismo tiempo que mantiene un alto índice de reproducción cromática (CRI). El CRI es una medida de la pureza del color y se define como la capacidad de una fuente de luz para iluminar con precisión el color de un objeto como si estuviera siendo iluminado por una bombilla incandescente o una fuente de luz natural. Por lo tanto, se ha descubierto que la combinación específica de materiales en el dispositivo da como resultado la alta eficiencia del dispositivo emisor de luz blanca con un alto índice de reproducción cromática.
Los porcentajes en peso del material de fósforo rojo de banda estrecha presentes en la composición del material de fósforo son específicos en función de la temperatura de color correlacionada "CCT" deseada. La CCT es la temperatura de un radiador de cuerpo negro calentado con emisión que coincide con el color de una fuente de luz blanca. Las CCT en el intervalo de 2700 a 3500K se describen como blanco cálido con un tono más amarillento. Las CCT de 4000 a 6500 K se describen como blanco neutro a blanco frío. Como tal, en el primer aspecto, el dispositivo es (i) un dispositivo que tiene una CCT de 4000 a 6500 K (por ejemplo, que emite luz que tiene una CCT de 4000 K a 6500 K) y el material de fósforo rojo de banda estrecha está presente en la composición en una cantidad de 33 a 49 % en peso; o ii) un dispositivo que tenga una CCT de 2700 a 3500 K (por ejemplo, que emita luz con una CCT de 2700 K a 3500 K) y el material de fósforo rojo de banda estrecha esté presente en la composición en una cantidad de 60 a 70 % en peso. Se ha descubierto que este intervalo más estrecho de material de fósforo rojo de banda estrecha es particularmente eficaz.
En algunas realizaciones, la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 33 a 43 % en peso para una CCT de 5000 K a 6500 K.
En algunas realizaciones, la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad de 44 a 74 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K o de 22 a 45 % en peso para una CCT de 2700 a 3500 K. La relación entre el material de fósforo amarillo verdoso y el material de fósforo rojo de banda estrecha contribuye a la salida de color de la luz blanca y, por tanto, a la eficacia del dispositivo en las realizaciones.
En algunas realizaciones, la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad de entre 51 y 67 % en peso y el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de entre 33 y 49 % en peso para una CCT de entre 4000 y 6500 K.
En algunas realizaciones, para una CCT de entre 2700 y 3500 K, la composición de material de fósforo comprende además un material de fósforo rojo de amplio espectro; y para una CCT de entre 2700 y 3500 K, la composición de material de fósforo comprende: el material de fósforo rojo de amplio espectro en una cantidad de entre 1 y 4 % en peso; el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad de 30 a 35 % en peso; y el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 64 a 66 % en peso.
En realizaciones, el material de fósforo rojo de amplio espectro se refiere a un fósforo que tiene un valor de FWHM mayor o igual a 30 nm (en un intervalo de emisión de 590 a 700 nm), por ejemplo podría ser de 70-90 nm. La incorporación de este material de fósforo rojo de amplio espectro (por ejemplo un fósforo de nitruro como CaAlSiN<3>:Eu2+ o Sr<2>S¡<5>N<8>:Eu2+) en la composición de fósforo es ventajoso en los intervalos de CCT especificados de entre 2700-3500 K para contribuir a la provisión de una emisión blanca más cálida de los dispositivos.
En algunas realizaciones, la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de: del 60 al 74 % en peso para una CCT de 2700 K; del 55 al 69 % en peso para una CCT de 3000 K; del 42 al 56 % en peso para una CCT de 4000 K; o del 26 al 40 % en peso para una CCT de 6500 K. Se ha comprobado que estas realizaciones son especialmente eficaces para cada TAC respectivo.
En algunas realizaciones, la posición ccy de la salida de luz blanca está en un intervalo 0,02-0,03 superior a la curva de cuerpo negro. La cromaticidad de una fuente de luz concreta puede denominarse "punto de color", que tiene coordenadas (ccx, ccy) en el diagrama del espacio de color de la ClE (Commission Internationale de l'eclairage en francés, o Comisión Internacional de Iluminación en inglés). En términos de luz blanca, el "punto blanco" puede caer a lo largo de un locus de puntos de cromaticidad correspondientes al color de la luz emitida por un radiador de cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Este locus se denomina locus del cuerpo negro o BBL. Se ha comprobado que el aumento especificado de la coordenada ccy 0,02-0,03 por encima de la BBL en este dispositivo puede contribuir a mejorar la eficiencia. Esta eficiencia del dispositivo mejora ya que, al aumentar la coordenada ccy especificada, la contribución de la emisión del fósforo amarillo verdoso es mayor que la de la curva del cuerpo negro. La emisión verde amarilla tiene una alta eficiencia de conversión del fósforo y, por lo tanto, a medida que se aumenta esta contribución, se incrementa la eficiencia global del dispositivo.
En realizaciones, la luz blanca (salida) puede estar por encima de la BBL y a una distancia a la BBL de al menos 5 SDCM, preferentemente al menos 7 s Dc M, más preferentemente al menos 9 SDCM, aún más preferentemente al menos 10 SDCM, lo más preferentemente al menos 15 SDCM. El efecto obtenido es la mejora del rendimiento del dispositivo emisor de luz blanca según la invención. La razón es que se obtiene una luz blanca (de salida) de alta calidad con una cantidad (relativamente) baja de luz roja en la luz blanca. De este modo, se reducen (aún más) los problemas relacionados con la extinción (del fósforo rojo).
En realizaciones, la luz blanca (salida) puede tener un índice de rendimiento de color de al menos 80, preferentemente al menos 85, más preferentemente al menos 88, más preferentemente al menos 90. El dispositivo emisor de luz blanca según la invención es especialmente adecuado para conseguir esta alta calidad de luz.
En algunas realizaciones, el sustrato y la cadena de chips LED azules están dispuestos como un filamento LED. Para generar un flujo luminoso suficiente, se necesitan varios chips de LED azules en el sustrato y los filamentos de LED tienen una gran flexibilidad de diseño en cuanto al tamaño del chip y la combinación de materiales del sustrato. La incorporación de un filamento LED en el dispositivo puede imitar la configuración tradicional de una bombilla incandescente, pero con una eficiencia mucho mayor. El uso de un filamento LED en las realizaciones es particularmente beneficioso, ya que la eficiencia se mejora significativamente sin requerir, por ejemplo, un gran disipador térmico. La eficiencia asociada a estos filamentos LED se debe, en parte, a la presencia de múltiples chips LED más pequeños y de menor potencia que los filamentos LED tradicionales. En consecuencia, se ha comprobado que los filamentos/filamentos de LED pueden contribuir a una mayor eficiencia del dispositivo mediante corrientes de conducción más bajas.
Un filamento LED está proporcionando luz de filamento LED y comprende una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) dispuestos en una matriz lineal. Preferentemente, el filamento LED tiene una longitud L y una anchura W, siendo L > 5W. El filamento LED puede estar dispuesto en una configuración recta o en una configuración no recta como, por ejemplo, una configuración curva, una espiral 2D/3D o una hélice. Preferentemente, los LED están dispuestos sobre un soporte alargado como, por ejemplo, un sustrato, que puede ser rígido (hecho, por ejemplo, de un polímero, vidrio, cuarzo, metal o zafiro) o flexible (hecho, por ejemplo, de un polímero o metal, por ejemplo, una película o lámina).
En caso de que el soporte comprenda una primera superficie principal y una segunda superficie principal opuesta, los LED están dispuestos en al menos una de estas superficies. El soporte puede ser reflectante o transmisivo de la luz, como translúcido y preferentemente transparente.
El filamento LED puede comprender un encapsulante que cubra al menos parcialmente al menos una parte de la pluralidad de LED. El encapsulante también puede cubrir, al menos parcialmente, al menos una de la primera superficie principal o de la segunda superficie principal. El encapsulante puede ser un material polimérico que puede ser flexible como, por ejemplo, una silicona. Además, los LED pueden estar dispuestos para emitir luz LED, por ejemplo, de diferentes colores o espectros. El encapsulante puede comprender un material luminiscente configurado para convertir, al menos parcialmente, la luz LED en luz convertida. El material luminiscente puede ser un fósforo como un fósforo inorgánico y/o puntos cuánticos o barras.
El filamento LED puede comprender múltiples subfilamentos.
En algunas realizaciones, el filamento LED comprende un sustrato de zafiro. Se ha comprobado que los sustratos de zafiro son especialmente eficaces y pueden ayudar a proporcionar una eficacia adicional al dispositivo.
Cada uno de los chips LED azules del dispositivo puede generar un flujo de salida en el intervalo de 2 lm a 4 lm. Por ejemplo, un chip LED azul puede aportar unos 3 lm de flujo luminoso al dispositivo.
En algunas realizaciones, el dispositivo comprende además un encapsulante sobre los chips LED azules cuyo encapsulante comprende la composición de material de fósforo. El encapsulante puede ayudar a sellar la composición del material de fósforo en las proximidades del chip LED azul.
En algunas realizaciones, el material de fósforo amarillo verdoso comprende granate de itrio y aluminio (YAG), granate de itrio y aluminio modificado con galio GaYAG o granate de itrio y aluminio modificado con lutecio LuYAG. En algunas realizaciones, el material de fósforo rojo de banda estrecha comprende K<2>SiF<6>:Mn4+ (KSF). El fósforo KSF es relativamente sensible a las altas temperaturas, ya que el fósforo es susceptible de degradarse a temperaturas elevadas. Una ventaja de la presente invención es que, como resultado de la densidad de corriente de entrada relativamente baja del chip LED, el chip LED tiene una temperatura relativamente baja durante el funcionamiento del dispositivo emisor de luz blanca.
En algunas realizaciones, para una CCT de entre 4000 K y 6500 K, la relación de intensidad espectral acumulada de 480 nm a 600 nm es superior al 50 % del espectro blanco total de 380 nm a 780 nm; o para una CCT de entre 2700 K y 3500 K, la relación de intensidad espectral acumulada de 480 nm a 600 nm es superior al 45 % del espectro blanco total.
En algunas realizaciones, el tamaño del chip LED azul está en el intervalo de 0,18 mm2 a 0,30 mm2. Se ha comprobado que éste es el intervalo de tamaño óptimo para que los chips de LED azules del dispositivo contribuyan a la alta eficiencia.
En algunas realizaciones, en las que el dispositivo comprende dos o tres electrodos proporcionados sobre el sustrato. Este tipo de disposición puede denominarse de dos o tres dedos. Se ha descubierto que disponiendo los electrodos en el sustrato de esta manera, se puede reducir la tensión directa, Vf. Normalmente, cuanto mayor sea el número de pistas de electrodos/dedos, menor será el Vf. Sin embargo, existe un delicado equilibrio entre la reducción de la tensión directa y el aumento de la excitación luminosa prohibida. Se ha comprobado que las realizaciones con dos vías son especialmente eficaces.
En algunas realizaciones, la distancia de chip a chip del LED azul es igual o superior a 0,4 mm. El patrón de emisión del chip azul es omnidireccional y, por lo tanto, si la distancia entre chips es igual o superior a 0,4 mm, la eficiencia puede mejorarse considerablemente. Se ha comprobado que, a esta distancia, se reduce la absorción de luz azul lateral emitida por un chip adyacente. Como resultado, el PEblanco aumenta, lo que contribuye a la eficiencia global del dispositivo analizado con referencia a la ecuación (1). Puede ser, por ejemplo, igual o superior a 0,4 mm e inferior a 2 mm. Por ejemplo, la distancia puede estar comprendida entre 0,4 y 1,0 mm, entre 1,0 y 1,5 mm o entre 1,5 y menos de 2 mm. La distancia puede ser cualquier valor dentro de estos intervalos, por ejemplo, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 o 1 mm. En una realización, la distancia de chip a chip del LED azul es igual o superior a 0,5 mm.
En un segundo aspecto, se proporciona un dispositivo emisor de luz blanca que comprende: un sustrato; al menos una cadena de chips LED azules montados sobre el sustrato, con una longitud de onda dominante en el intervalo de 445 nm a 460 nm, en el que cada chip LED azul está separado de un chip LED azul adyacente por una distancia de chip a chip LED azul; y una composición de material de fósforo que comprende: un material de fósforo amarillo verdoso que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 520 nm a 580 nm; y un material de fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 625 nm a 635 nm, en el que la distancia de chip a chip de LED azul es igual o superior a 0,4 mm. Esto puede generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 lm/W a una densidad de corriente de entrada del chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2, preferentemente en un intervalo de 15 a 40 mA/mm2 y más preferentemente en un intervalo de 20 a 30 mA/mm2.
En algunas realizaciones, la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 26 a 56 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K o en una cantidad de 55 a 74 % en peso para una CCT de 2700 a 3500 K CCT.
Se ha comprobado que la combinación del espaciado entre chips de LED azul y los porcentajes de peso de material de fósforo rojo de banda estrecha contribuyen a la alta eficiencia del dispositivo en este aspecto. Como se ha comentado anteriormente, los porcentajes específicos en peso del material de fósforo rojo de banda estrecha determinan la relación entre el fósforo amarillo verdoso y el rojo de banda estrecha en la composición del material de fósforo. Además, cuando la distancia de separación entre chips de LED azul es mayor o igual a 0,4 mm, se reduce la absorción de luz azul lateral emitida por otro chip y aumenta la eficacia de empaquetado del dispositivo según la ecuación (1). En consecuencia, se ha descubierto que, en las proporciones resultantes de amarillo verdoso: rojo de banda estrecha, cuando la separación entre chips de LED azul es mayor o igual a 0,4 mm, la eficiencia global del dispositivo es extremadamente alta.
En algunas realizaciones, la eficiencia convertida del fósforo (CEfósforo) puede mejorarse optimizando la receta del fósforo para aumentar la relación de espectro relativo verde. Debido a que el espectro verde tiene un mayor porcentaje de peso de la función sensible al ojo, la salida de lumen calculada y la eficiencia es mayor que el espectro blanco normal. La coordenada de color del espectro blanco se calcula mediante la relación del espectro rojo/verde/azul. Un mayor contenido de espectro verde hará que el LED tenga una coordenada y relativamente más alta que el espectro blanco normal. En nuestro estudio, la eficiencia de los LED blancos puede mejorar entre un 2 y un 5 % si se desplaza la coordenada y entre 0,011 y 0,030 por encima del centro en la coordenada y a 4000 K definida en la norma ANSI C78.377.
La norma ANSI C78.377 es American National Standard for Electric Lamps - Specifications for the Chromaticity of Solid-State Lighting Products. En referencia a la Sección 4, Cromaticidad, las coordenadas de cromaticidad y los valores de temperatura de color correlacionados (CCT) utilizados se basan en el sistema de colorimetría CIE. Mientras que la cromaticidad de la luz se expresa mediante coordenadas cromáticas como (x, y). La cromaticidad de la luz nominalmente blanca también puede expresarse mediante la CCT y la distancia al locus de Planck. En la presente divulgación, se utiliza el Diagrama CIE 1961 (x-y).
La cobertura de puntos de color de coordenada y superior puede describirse como sigue:
0,300 < x < 0,500;
y
-2,3172 x 2 2,3653 x - 0,170 < y < -2,3172 x 2 2,3653 x - 0,146
Esto puede generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 lm/W a una densidad de corriente de entrada de chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2 y preferentemente de 20 a 30 mA/mm2.
En algunas realizaciones, la cobertura de puntos de color de coordenada y superior definida puede describirse mediante elipses de MacAdam según ANSI C78.376. Las elipses MacAdam son un lenguaje común para definir la cobertura de puntos de color blanco. La cobertura de las elipses Macadam puede definirse con los siguientes parámetros, incluidas las coordenadas de color del punto de referencia (Referencia x, Referencia y), los parámetros de la elipse (G11/G12/G22) y el tamaño SDCM (K). Dado que cada TPC tiene un punto de referencia diferente, la fórmula de la cobertura de las elipses de Macadán es:
G11 * Ax22G12* Ax * AyG22* Ay2= 1 * K
2G12
tan28 =
G11-G22
Ax significa la distancia en dirección x entre el punto límite de la elipse y el punto de referencia (Referencia x);
Ay es la distancia en dirección y entre el punto límite de la elipse y el punto de referencia (Referencia y).
Aún más, en realizaciones la temperatura de color correlacionada (CCT) está especialmente dentro de aproximadamente 15 SDCM (desviación estándar de coincidencia de color) de la BBL (locus de cuerpo negro), especialmente dentro de aproximadamente 10 SDCM de la BBL, aún más especialmente dentro de aproximadamente 5 SDCM de la BBL (locus de cuerpo negro) o curva de cuerpo negro.
Otro método para describir la cobertura de elipses MacAdam es utilizar el tamaño SDCM (K), el eje mayor de la elipse (a), el eje menor de la elipse (b), el ángulo de rotación de la elipse(0). La fórmula de traslación entre G11/G12/G22 frente a a/b/0 se enumera a continuación.
La cobertura de las elipses de MacAdam cambia con la CCT, a continuación se muestra la cobertura de ejemplo de los puntos de color de coordenada y superior para varios intervalos de CCT.
El término "material luminiscente" en el presente documento se refiere especialmente a materiales luminiscentes inorgánicos, que a veces también se indican como fósforos. Estos términos son conocidos por los expertos en la materia.
En las realizaciones, se pueden aplicar puntos cuánticos, y opcionalmente pueden estar incrustados en matrices transmisivas como, por ejemplo, polímeros, como PMMA, o polisiloxanos, etc. etc. Los puntos cuánticos son pequeños cristales de material semiconductor que generalmente tienen una anchura o diámetro de sólo unos pocos nanómetros. Al ser excitado por la luz incidente, un punto cuántico emite luz de un color determinado por el tamaño y el material del cristal. La luz de un color determinado puede producirse adaptando el tamaño de los puntos. La mayoría de los puntos cuánticos conocidos con emisión en el intervalo visible se basan en el seleniuro de cadmio (CdSe) con una cubierta como el sulfuro de cadmio (CdS) y el sulfuro de zinc (ZnS). También pueden utilizarse puntos cuánticos sin cadmio, como el fosfuro de indio (InP), y el sulfuro de cobre e indio (CuInS<2>) y/o el sulfuro de plata e indio (AgInS<2>). Los puntos cuánticos presentan una banda de emisión muy estrecha, por lo que muestran colores saturados. Además, el color de emisión puede ajustarse fácilmente adaptando el tamaño de los puntos cuánticos. En la presente invención puede utilizarse cualquiertipo de punto cuántico conocido en la técnica. Sin embargo, puede ser preferible, por razones de seguridad y preocupación medioambiental, utilizar puntos cuánticos sin cadmio o, al menos, puntos cuánticos con un contenido muy bajo de cadmio. En lugar de puntos cuánticos o además de ellos, también pueden utilizarse otras estructuras de confinamiento cuántico. El término "estructuras de confinamiento cuántico" debe entenderse, en el contexto de la presente solicitud, como, por ejemplo, pozos cuánticos, puntos cuánticos, barras cuánticas, trípodes, tetrápodos o nanocables, etcétera.
Especialmente, el material luminiscente está configurado para convertir al menos parte de la luz de la fuente luminosa en luz del material luminiscente que tiene una banda de emisión con longitudes de onda en una o más de (a) la intervalo de longitudes de onda espectrales verdes y (b) la intervalo de longitudes de onda espectrales amarillas, en el que el material luminiscente comprende un material luminiscente (granate) del tipo A3B5O-i2:Ce, en el que A comprende uno o más de Y, La, Gd, Tb y Lu, y en el que B comprende uno o más de Al, Ga, In y Sc. Por lo tanto, la luz del material luminiscente puede ser, por ejemplo, verde o amarilla (o, en determinadas realizaciones, incluso naranja, dependiendo de la composición del granate y de la concentración de cerio). Sin embargo, también son posibles otras formas de realización, véase más adelante. En las realizaciones, el 0,05-10 % de los elementos A comprenden Ce, incluso más especialmente el 0,05-5 %, tal como el 0,1-5 %. Especialmente, en las realizaciones, 0,1-3 % de los elementos A comprenden Ce, tal como hasta 2 %, como seleccionado del intervalo de 0,1-1,5 %, tal como al menos por encima de 0,5 %.
Alternativa o adicionalmente, el material luminiscente puede ser, por ejemplo, M<2>S¡<5>N<8>:Eu2+ y/o MAlSiN<3>:Eu2+ y/o Ca<2>AlSi<3>O<2>N<5>:Eu2+, etc., en el que M comprende uno o más de Ba, Sr y Ca, especialmente en las realizaciones al menos Sr. En realizaciones específicas, el primer luminiscente puede comprender uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en (Ba,Sr,Ca)S:Eu, (Ba,Sr,Ca)AlSiN<3>:Eu y (Ba,Sr,Ca)<2>S^N<8>:Eu. En estos compuestos, el europio (Eu) es sustancial o únicamente divalente, y sustituye a uno o más de los cationes divalentes indicados. En general, el Eu no estará presente en cantidades superiores al 10 % del catión; su presencia será especialmente del orden del 0,5 al 10 %, más especialmente del orden del 0,5 al 5 % en relación con el catión(s) a los que sustituye. El término ":Eu", indica que parte de los iones metálicos se sustituyen por Eu (en estos ejemplos por Eu2+). Por ejemplo, suponiendo un 2 % de Eu en CaAlSiN<3>:Eu, la fórmula correcta podría ser (Ca<0,98>Eu<0,02>)AlSiN<3>.
Cualquiera de los aspectos descritos anteriormente puede proporcionarse solo o en combinación con cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de y se aclararán con referencia a la realización(es) descrita a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán realizaciones de la invención, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
La figura 1 muestra una vista esquemática de un dispositivo emisor de luz blanca según una realización de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquemática de un dispositivo emisor de luz blanca según una realización de la invención.
La figura 3A muestra un sustrato y una cadena de LED azules como filamento de LED en un dispositivo y La figura 3B muestra el dispositivo configurado como una bombilla de filamento LED según una realización de la invención.
Las figuras 4A-B muestran dos y tres pistas de electrodos interdigitados respectivamente sobre un sustrato de un dispositivo emisor de luz blanca.
La figura 5A muestra un gráfico de la eficiencia frente a la densidad de corriente de un dispositivo emisor de luz blanca que comprende una serie de chips LED azules.
La figura 5B muestra un gráfico de la eficiencia de la clavija de pared (WPE) de la serie de chips LED azules (sin recubrimiento de fósforo sobre los chips LED) frente a la densidad de corriente de la corriente que fluye a través de estos chips.
Las figuras 6A-C muestran gráficos de potencia radiante relativa en función de la longitud de onda para dispositivos que comprenden una composición de material de fósforo que comprende: en 6A) sólo un fósforo verde; en 6B) un fósforo verde y un fósforo rojo de amplio espectro; y en 6C) un fósforo verde y un fósforo rojo de banda estrecha. Las figuras 7A y 7B muestran la distribución de potencia espectral para dos dispositivos diferentes; en 7a) el dispositivo tiene un ccy en el locus del cuerpo negro y en 7b) el dispositivo tiene un ccy de alrededor de 0,03 más alto que el locus del cuerpo negro según una realización de la invención;
La figura 8 muestra la función sensible del ojo humano para distintos colores;
Las figuras 9 y 10 muestran la cobertura de coordenadas de color y superior definida por encima de la intervalo de bin ANSI C78.377; y
La figura 11 muestra los parámetros de la elipse de MacAdam.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
En un aspecto, se proporciona un dispositivo emisor de luz blanca que comprende: un sustrato; al menos una cadena de chips LED azules montados sobre el sustrato, con una longitud de onda dominante en el intervalo de 445 nm a 460 nm; y una composición de material de fósforo que comprende: un material de fósforo amarillo verdoso que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 520 nm a 580 nm; y un material de fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión pico en un intervalo de 625 nm a 635 nm; en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 33 a 49 % en peso para un CCT de 4000 a 6500 K o en una cantidad de 60 a 70 % en peso para un CCT de 2700 a 3500 K CCT; y en el que el dispositivo está adaptado para generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 lm/W a una densidad de corriente de entrada de chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2
En las realizaciones, los porcentajes en peso de los materiales de fósforo en las composiciones de materiales de fósforo de los dispositivos pueden variar y depender de la CCT que se desee.
Para el fósforo rojo de banda estrecha, para una CCT de 4000 a 6500 K, el porcentaje en peso es de 26 a 56 % en peso. Por ejemplo, el porcentaje en peso puede ser de 33 a 49 % en peso. El porcentaje en peso también puede ser de 44 a 54 % en peso en algunas realizaciones. En otras realizaciones, puede ser del 49 %, para una CCT de 4000 K. El porcentaje en peso también puede ser de 33 a 43 % en peso y, en otras realizaciones, de 38 % en peso, para una CCT de 5000 a 6000 K. Para una CCT de 2700 a 3500 K, el porcentaje en peso del fósforo rojo de banda estrecha es de 55 a 74 % en peso. Por ejemplo, el porcentaje en peso puede ser de 64 a 66 % en peso. Más concretamente, los porcentajes en peso de los materiales de fósforo rojo de banda estrecha para los CCT correspondientes pueden ser: para 2700 K, entre 60 y 74 % en peso y, en otras realizaciones, 67 % en peso; para 3000 K, entre 55 y 69 % en peso y, en otras realizaciones, 62 % en peso; para 4000 K, entre 42 y 56 % en peso y, en otras realizaciones, 49 % en peso; y para 6500 K, entre 26 y 50 % en peso. % y, en otras realizaciones, 62 % en peso; para 4000 K, entre 42 y 56 % en peso y, en otras realizaciones, 49 % en peso; y para 6500 K, entre 26 y 40 % en peso y, en otras realizaciones, 33 % en peso.
Para el material de fósforo amarillo verdoso, para una CCT de 4000 K a 6500 K, el porcentaje en peso de material de fósforo amarillo verdoso puede ser de 44 a 74 % en peso. Para una CCT de 2700 a 3500 K, el porcentaje en peso del material de fósforo amarillo verdoso puede ser de 22 a 45 % en peso.
Ejemplos de los porcentajes en peso en realizaciones de la invención pueden ser, por lo tanto, para una CCT de 4000 K, 49 % en peso de fósforo rojo de banda estrecha y 51 % en peso de fósforo amarillo verdoso y, para una CCT de 6500 K, 33 % en peso de fósforo rojo de banda estrecha y 67 % en peso de fósforo amarillo verdoso.
El porcentaje en peso del material de fósforo rojo de amplio espectro puede ser de 1 a 4 % en peso. Por ejemplo, el porcentaje en peso puede ser del 3 % en peso. Un ejemplo de un dispositivo de acuerdo con una realización de la invención que comprende un fósforo rojo amplio para una CCT de 2700 K puede, por tanto, comprender: un fósforo rojo de banda estrecha al 67 % en peso; un fósforo amarillo verdoso al 30 % en peso y un fósforo rojo de amplio espectro al 3 % en peso. Un ejemplo de otro dispositivo de acuerdo con una realización de la invención que comprende un fósforo rojo amplio para una CCT de 3000 K puede comprender: un fósforo rojo de banda estrecha al 62 % en peso; un fósforo amarillo verdoso al 35 % en peso y un fósforo rojo de amplio espectro al 3 % en peso.
Las realizaciones para las que el dispositivo comprende un filamento LED pueden comprender uno o múltiples filamentos LED dispuestos de múltiples maneras. Por ejemplo, uno o varios filamentos LED podrían disponerse en diversas formas, como espiral(es), bobina(s), anillo(s) o varilla(s) dentro de una bombilla o cualquier forma alternativa de carcasa, como un cubo, cilindro o elipsoide. El filamento del LED puede comprender varios tipos de sustrato, como vidrio, cerámica o zafiro. En particular, los sustratos de zafiro en filamentos LED pueden proporcionar un aumento adicional de la eficiencia del 1-2 % debido a su mayor transparencia (en comparación con los sustratos de vidrio o cerámica), lo que contribuye a una mayor emisión de luz blanca trasera.
Las realizaciones que comprenden una disposición de dos o tres dedos pueden disponerse de diversas maneras y el dispositivo puede comprender disposiciones únicas de dos o tres dedos o múltiples disposiciones de dos o tres dedos.
El tamaño del chip LED azul en realizaciones de la invención también puede variar. En algunos casos, el tamaño está entre 0,18-0,30 mm2. En algunas realizaciones, el tamaño del chip es de 0,2 mm2.
La invención se describirá con referencia a las figuras. En la figura 1 se muestra una primera realización de la invención. Un dispositivo emisor de luz blanca 1 comprende chips LED azules 2 montados sobre un sustrato 3. Una composición de material de fósforo que comprende un material de fósforo amarillo verdoso 4 y un material de fósforo rojo de banda estrecha 5 se deposita sobre chips LED azules 2. Los chips LED azules 2 y la composición del material de fósforo de este dispositivo están sellados en su interior por un encapsulante 7. El cableado 6 está previsto para conectar los LED azules 2.
En una realización específica de la realización de la figura 1, el dispositivo tiene una CCT de 4000K y la composición de material de fósforo comprende un 49 % en peso de fósforo rojo de banda estrecha 5 y un 51 % en peso de fósforo amarillo verdoso 4.
En la figura 2 se muestra una realización adicional de la invención. Un dispositivo emisor de luz blanca 101 comprende chips LED azules 102 montados sobre un sustrato 103. Una composición de material de fósforo que comprende: un material de fósforo amarillo verdoso 104; un material de fósforo rojo de banda estrecha 105; y un material de fósforo rojo de amplio espectro 108 se deposita sobre chips LED azules 102. Los chips LED azules 102 y la composición del material de fósforo de este dispositivo están sellados en su interior por un encapsulante 107. El cableado 106 está previsto para conectar los LED azules 102.
En una realización específica de la realización de la figura 2, el dispositivo tiene una CCT de 2700K y la composición del material de fósforo de esta realización comprende: un fósforo rojo de banda estrecha al 67 % en peso; un fósforo amarillo verdoso al 30 % en peso y un fósforo rojo de amplio espectro al 3 % en peso.
La figura 3A muestra un filamento LED 200 de un dispositivo emisor de luz blanca. El filamento LED 200 comprende un sustrato 203 y una cadena de chips LED azules 202. La cadena de chips LED azules 202 se monta sobre el sustrato 203. Cada chip 202 de LED azul tiene un tamaño de 0,18 mm2 a 0,30 mm2 y está separado del chip 202 de LED azul adyacente por una distancia d de al menos 0,4 mm.
La figura 3B muestra otra realización de la invención en la que un dispositivo emisor de luz blanca 204 comprende cuatro de los filamentos LED 200 de la figura 3A. En realizaciones alternativas se puede utilizar un número diferente de filamentos LED. Aunque no se representa, el dispositivo 204 comprende además una composición de material de fósforo que comprende un material de fósforo amarillo verdoso y un material de fósforo rojo de banda estrecha se deposita sobre chips LED azules 016. Como se muestra en la figura 3b, los múltiples filamentos LED 200 están dispuestos en una carcasa en forma de bombilla para imitar el aspecto tradicional de una bombilla incandescente. El sustrato 203 es un sustrato de zafiro.
Alternativamente, en una realización diferente, el dispositivo 3 de las figuras 3A y 3B comprende una composición de material de fósforo alternativa que comprende: un material de fósforo amarillo verdoso; un material de fósforo rojo de banda estrecha; y un material de fósforo rojo de amplio espectro, que se deposita sobre chips LED azules. El dispositivo tiene una CCT de 2700 K, la composición del material de fósforo de esta realización comprende: un fósforo rojo de banda estrecha al 67 % en peso; un fósforo amarillo verdoso al 30 % en peso y un fósforo rojo de amplio espectro al 3 % en peso.
La figura 4A muestra dos electrodos dispuestos como dos pistas alargadas interdigitadas 310 sobre un sustrato 302 de un dispositivo emisor de luz blanca 300. Esta disposición de las pistas de electrodos se denomina disposición de dos dedos. Dos almohadillas de soldadura 311 están dispuestas en el sustrato 302 y se conectan a las pistas de electrodos interdigitadores 310. Alternativamente, la figura 4B muestra tres electrodos dispuestos como tres pistas alargadas interdigitadas 410 sobre un sustrato 402 de un dispositivo emisor de luz blanca 400. Esta disposición se denomina de tres dedos. Dos almohadillas de soldadura 411 están dispuestas en el sustrato 402 y se conectan a las pistas de electrodos interdigitadores 410. En algunas realizaciones, los dispositivos emisores de luz blanca pueden comprender las disposiciones de dos o tres dedos 300 y 400 de las figuras 4A y 4B. Dichos dispositivos 300 y 400 pueden comprender además chips LED azules montados sobre un sustrato. Las composiciones de material de fósforo que comprenden un material de fósforo amarillo verdoso y un material de fósforo rojo de banda estrecha se depositan sobre chips LED azules. Los dispositivos tienen una CCT de 4000 K, las composiciones de material de fósforo de estas realizaciones comprenden 49 % en peso de fósforo rojo de banda estrecha y 51 % en peso de fósforo amarillo verdoso.
La figura 5A muestra una curva de eficiencia a densidades de corriente aplicadas de un dispositivo emisor de luz blanca que comprende una serie de chips LED azules. Se ha encontrado a través de la experimentación que el intervalo de las densidades de corriente aplicadas que da la eficiencia óptima de los dispositivos de acuerdo con las realizaciones de esta invención está entre 10-60 mA/mm2 y preferentemente 20-30 mA/mm2 y en algunas realizaciones es 25 mA/mm2. A partir de este intervalo, la eficacia del aparato disminuye. Cuando se utiliza con la composición específica del material de fósforo y/o las otras mejoras de eficiencia aquí divulgadas, se ha descubierto que esto puede ser inesperadamente mejorado aún más a esta densidad de corriente para proporcionar un aumento de lm/W de salida. La figura 5B muestra la curva de eficiencia de enchufe de pared (WPE) de la serie de chips LED azules, sin recubrimiento de fósforo sobre los chips LED, a la densidad de corriente aplicada. Se puede observar que, comparando con la curva de la Figura 5A, cuando la densidad de corriente aumenta por encima del pico, el WPE (de los chips LED azules) disminuye mucho más despacio de lo que lo hace la eficiencia (del dispositivo emisor de luz blanca), por ejemplo, en la figura 5A, tanto alrededor de 10 como de 60 mA/mm2 alcanzan 230 lm/W, pero en la figura 5B, la WPE de 60 mA/mm2 es superior a la de 10 mA/mm2, a una distancia G. La razón de una disminución tan rápida de la eficiencia con respecto a la densidad de corriente en el dispositivo emisor de luz blanca es la sensibilidad térmica del material de fósforo rojo de banda estrecha, por ejemplo, el fósforo KSF. La combinación de la composición del fósforo y el ajuste de la densidad de corriente específica de acuerdo con la presente divulgación contribuyen conjuntamente al aumento del rendimiento en lm/W hasta 230 Im/W.
La figura 6A muestra una distribución de potencia espectral para un dispositivo, no de acuerdo con la invención, que comprende un material de fósforo amarillo verdoso solamente en la composición de material de fósforo. Utilizando sólo un material de fósforo amarillo verdoso se puede lograr una eficacia relativamente alta, pero en detrimento del índice de reproducción cromática. La figura 6B muestra una distribución de potencia espectral para un dispositivo que comprende una composición de material de fósforo que comprende tanto un material de fósforo verde como un material de fósforo rojo amplio, no de acuerdo con la invención. Las propiedades del índice de reproducción cromática mejoran en comparación con la distribución del dispositivo mostrado en la figura 6A. La figura 6C muestra una distribución de potencia espectral para un dispositivo con un fósforo verde y un fósforo rojo de banda estrecha en la composición del material de fósforo de acuerdo con la invención. En esta realización, las propiedades del índice de reproducción cromática del dispositivo mejoran mucho y se observa que el polvo radiante del rojo es mucho mayor que en los otros dos dispositivos.
La potencia radiante se mide en vatios y se define como la cantidad de luz emitida desde una fuente irrelevante de la dirección en la que se emite en cada longitud de onda. En algunas realizaciones, la medición de la potencia radiante se lleva a cabo mediante un espectrofotómetro o espectrorradiómetro conectado a una esfera integradora.
La figura 7A muestra una distribución de potencia espectral para un dispositivo no de acuerdo con una realización de la invención para una CCT de 4000 K. La figura 7B muestra una distribución espectral de potencia para un dispositivo de acuerdo con una realización de la invención. Se observa que este dispositivo tiene una eficiencia mucho mayor debido a la incorporación del fósforo rojo de banda estrecha en el intervalo especificado de porcentaje de peso de fósforo en la CCT de 4000 K.
Ejemplos de composiciones de materiales de fósforo en dispositivos
Los siguientes son ejemplos de dispositivos de acuerdo con realizaciones de la invención, con la densidad de corriente y la eficiencia resultante como se muestra en la figura 5A.
Tabla 1
Estos ejemplos comprenden las cantidades preferidas de material de fósforo rojo de banda estrecha en el dispositivo para una CCT dado. Las proporciones resultantes del fósforo rojo de banda estrecha con respecto al fósforo amarillo verdoso dentro de la composición del material de fósforo han resultado mostrar la mayor eficiencia del dispositivo a bajas densidades de corriente de entrada del chip LED azul en el intervalo especificado. Esto contribuye a la eficiencia global del dispositivo debido al aumento de la eficiencia de conversión del fósforo, tal como se describe con referencia a la ecuación (1).
Mediante la incorporación de otras características mencionadas anteriormente en el dispositivo, tales como un filamento de LED, un espaciado entre chips de LED azul superior a 0,4 mm y una disposición de dos dedos (además de los porcentajes de peso del material de fósforo rojo de banda estrecha preferidos de la Tabla 1), la eficiencia del dispositivo puede mejorarse aún más por encima de 230 lm/W. Esto se debe a los correspondientes aumentos de la eficiencia del tapón de pared y de la eficiencia del paquete, como se ha comentado con referencia a la ecuación (1).
Por consiguiente, se ha descubierto que un dispositivo que comprende: un tamaño de chip de 0,2 mm2; una disposición de dos dedos; un espaciado de chip superior a 0,5 mm y una densidad de corriente de entrada del chip de LED azul a 0,025 A/mm2 puede tener el punto de eficiencia máxima de LED blanco más alto con los porcentajes de peso especificados dados en la Tabla 1.
Estos ejemplos comprenden las cantidades preferidas de material de fósforo rojo de banda estrecha en el dispositivo para una CCT dada. Las proporciones resultantes del fósforo rojo de banda estrecha con respecto al fósforo amarillo verdoso dentro de la composición del material de fósforo han resultado mostrar la mayor eficiencia del dispositivo a bajas densidades de corriente de entrada del chip LED azul en el intervalo especificado. Esto contribuye a la eficiencia global del dispositivo debido al aumento de la eficiencia de conversión del fósforo, tal como se describe con referencia a la ecuación (1).
Al incorporar otras características mencionadas anteriormente en el dispositivo, tales como un filamento de LED, un espaciado entre chips de LED azul superior a 0,4 mm y una disposición de dos dedos (además de los porcentajes de peso del material de fósforo rojo de banda estrecha preferidos de la Tabla 1), la eficiencia del dispositivo puede mejorarse aún más por encima de 230 lm/W. Esto se debe a los correspondientes aumentos de la eficiencia del tapón de pared y de la eficiencia del paquete, como se ha comentado con referencia a la ecuación (1).
La figura 8 muestra la función sensible al ojo humano para diferentes colores. El espectro verde tiene mayor porcentaje de peso que los colores rojo o azul.
Las figuras 9 y 10 muestran la cobertura definida de coordenadas de color y superior por encima del intervalo de bin ANSI C78.377 para obtener una mayor eficiencia en el color blanco. El "intervalo bin" se refiere a la especificación de cromaticidad para productos SSL definida en el anexo A de ANSI C78.377,"Cuadrángulos de 7 etapas".En la figura 9, el diagrama CIE 1931 muestra la intervalo de colores limitada superior e inferior que tiene una coordenada ccy más alta que la intervalo de bin ANSI C78.377. En la figura 10, el diagrama CIE 1931 muestra ejemplos de intervalos de elipses MacAdam según la norma ANSI C78.376 que tienen una coordenada ccy más alta que el intervalo de bin ANSI C78.377.
La figura 11 muestra los parámetros a/b/0 de una elipse Macadam.
Las variaciones de las realizaciones divulgadas pueden ser comprendidas y efectuadas por los expertos en la materia en la práctica de la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones anexas. En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad.
El mero hecho de que se indiquen ciertas medidas en reivindicaciones mutuamente dependientes diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse para su aprovechamiento.
Si el término "adaptado a" se utiliza en las reivindicaciones o en la descripción, se hace notar que el término "adaptado a" pretende ser equivalente al término "configurado para".

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo emisor de luz blanca que comprende:
un sustrato;
al menos una cadena de chips LED azules montados en el sustrato, con una longitud de onda dominante en el intervalo de 445 nm a 460 nm; y
una composición de material de fósforo que comprende:
un material de fósforo amarillo verdoso que genera luz con una longitud de onda de emisión máxima comprendida entre 520 nm y 580 nm; y
un material de fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión máxima comprendida entre 625 nm y 635 nm;
en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad del 33 al 49 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K o en una cantidad del 60 al 70 % en peso para una CCT de 2700 a 3500 K CCT; y
en el que el dispositivo está adaptado para generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 lm/W a una densidad de corriente de entrada del chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2
2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la densidad de corriente de entrada del chip LED azul está en un intervalo de 20 a 30 mA/mm2.
3. El dispositivo de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 33 a 43 % en peso para una CCT de 5000 K a 6500 K.
4. El dispositivo de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad de 44 a 74 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K o de 22 a 45 % en peso para una CCT de 2700 a 3500 K.
5. El dispositivo de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la composición de material de fósforo comprende el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad de 51 a 67 % en peso y el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad de 33 a 49 % en peso para una CCT de 4000 a 6500 K.
6. El dispositivo de la reivindicación 1 o la reivindicación 2,
en el que, para una CCT comprendido entre 2700 y 3500 K, la composición de material de fósforo comprende además un material de fósforo rojo de amplio espectro; y
en el que, para una CCT de entre 2700 y 3500 K, la composición de material de fósforo comprende:
el material de fósforo rojo de amplio espectro en una cantidad del 1 al 4 % en peso;
el material de fósforo amarillo verdoso en una cantidad del 30 al 35 % en peso; y
el material de fósforo rojo de banda estrecha en una cantidad del 64 al 67 % en peso.
7. Un dispositivo emisor de luz blanca que comprende:
un sustrato.
al menos una cadena de chips LED azules montados en el sustrato, con una longitud de onda dominante en el intervalo de 445 nm a 460 nm; y
una composición de material de fósforo que comprende:
un material de fósforo amarillo verdoso que genera luz con una longitud de onda de emisión máxima comprendida entre 520 nm y 580 nm; y
un material de fósforo rojo de banda estrecha que genera luz con una longitud de onda de emisión máxima comprendida entre 625 nm y 635 nm;
en el que el dispositivo está adaptado para generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 lm/W a una densidad de corriente de entrada del chip LED azul en un intervalo de 10 a 60 mA/mm2, y en el que un punto de color (x, y) de la salida de luz blanca con respecto a la especificación de cromaticidad para productos SSL definida en Cuadrángulos de 7 etapas del Anexo A de la norma ANSI C78.377 está dentro del intervalo de:
0,300 < x < 0,500
y
-2,3172 x 2 2,3653 x - 0,170 < y < -2,3172 x 2 2,3653x- 0,146
en el que x e y son coordenadas de cromaticidad según el diagrama de colores CIE 1931.
8. El dispositivo de la reivindicación 7, en el que el intervalo de puntos de color de la salida de luz blanca está por encima del locus del cuerpo negro y a una distancia del locus del cuerpo negro de al menos 5 SDCM.
9. El dispositivo de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que el dispositivo está adaptado para generar una salida de luz blanca con una eficiencia de al menos 230 Im/W a una densidad de corriente de entrada del chip LED azul en un intervalo de 15 a 40 mA/mm2.
10. El dispositivo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que la posición ccy de la salida de luz blanca está en un intervalo 0,02-0,03 superior a la curva del cuerpo negro.
11. El dispositivo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que el sustrato y la cadena de chips LED azules están dispuestos como un filamento LED.
12. El dispositivo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que el material de fósforo amarillo verdoso comprende YAG, GaYAG o LuYAG; y en el que el material de fósforo rojo de banda estrecha comprende K<2>SiF<6>:Mn4+.
13. El dispositivo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que para una CCT de entre 4000 K y 6500 K, la relación de intensidad del espectro acumulado de 480 nm a 600 nm es superior al 50 % del espectro blanco total de 380 nm a 780 nm; o bien
en el que para una CCT de entre 2700 K y 3500 K, la relación de intensidad del espectro acumulado de 480 nm a 600 nm es superior al 45 % del espectro blanco total.
14. El dispositivo de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que el tamaño del chip LED azul está en el intervalo de 0,18 mm2 a 0,30 mm2.
15. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la distancia de chip a chip del LED azul es igual o superior a 0,4 mm.
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