CN101023709A

CN101023709A - 光发生体

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Publication number: CN101023709A
Application number: CNA2005800303126A
Authority: CN
Inventors: B·阿克曼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: KR20070098787A; CN100576964C; WO2006027730A1; TW200621072A; EP1792522A1; US20080094004A1; JP2008512837A

Abstract

用于发射均匀强度和色彩的光的光发生体，具有在第一谱区域中以平面方式发射的至少一个有机发光二极管(22)；在第二谱区域中以圆锥形状发射的至少一个非有机发光二极管(10，14)；以及用于混合由所有发光二极管发射的光的、包括漫射表面的装置。

Description

光发生体

本发明涉及光发生体(light generating body)，包括多个具有不同发射波长的发光二极管，和用于发射有均匀(homogeneous)强度和色彩的光的光混合装置。

发光二极管(LED)根据它们的发光层的性质通常被划分成非有机发光二极管(nLED)和有机发光二极管(OLED)。在非有机发光层中，所发射的波长由所使用的半导体材料的能隙确定。在有机发光层中，波长由掺杂的性质确定。通过混合来自不同着色的LED的光，有可能产生例如其色点(color point)可以调节的大亮度的白光。通过分开地控制各个LED的发射的强度，还有可能把光设置为可见光谱中的其它颜色以及白色，和/或补偿在发射中的老化和温度的影响(即，强度改变)。

用于产生具有均匀分布的强度和色彩的混合颜色的光发生体很难用以点形式从一个或多个发射表面以圆锥形状发射的nLED来构建，特别是如果相对总深度(overall depth)而言必须遵守一些限制的话。文件EP 03101926描述了有这种小的总深度的均匀平面光发生体，它是通过使用大量的二极管和复杂的反射器装置构建的。所期望的色彩中的无限制变化不单要求使用不同着色的LED，而且还要求LED被各个地驱动，因此要求有随二极管数目而引起的电子装置的复杂性，和要求由此而牵涉到的高成本。这个问题还由于nLED在绿色谱区域的差的发光量以及这样使得必须具有大数量的绿色nLED而进一步加重。恰恰是在诸如举例而言，扁平屏幕或房间照明的场合下，其色彩可以变化的均匀平面光发生体的部件成本、总深度和效率是一个重要的考虑因素。

所以本发明的目的是提供满足有关部件成本、总深度和效率的要求的、其色彩可以变化的有效的和均匀的光发生体，

这个目的是通过如权利要求1中要求的光发生体达到的，该光发生体包括至少一个以平面方式在第一谱区域发射的有机发光二极管，至少一个以圆锥形状在第二谱区域发射的非有机发光二极管，和用于混合由所有发光二极管发射的光的装置，该装置包括漫射表面(diffusersurface)。有利的实施例在从属权利要求中规定。

藉助于不同着色的LED发射混合的均匀白光的光发生体通常包括多个有色(colored)LED，它们的发射的彩色光在LED与漫射表面之间的空间容积中混合，以给出白光。为了允许得到均匀感知的色彩和亮度，提到的所有光源都具有漫射表面，以便散射光。在非有机LED的情形下，发射区域可以被称为“具有点的形式”。术语“具有点的形式”在这种情形下不是理解为数学意义下的点，而是指相对于漫射表面面积来说非常小的发射区域。与“具有点的形式”相反，“平面”是指大得多的发射区域。在有机LED的情形下，这种区域可以覆盖几平方厘米或更大。有机LED以平面形式发射，因此，与nLED(它的发射是圆锥形式)不同，通过采取任何另外的步骤，它均匀地照射漫射表面。以圆锥形状和以平面形式发射的发光二极管按照本发明组合的优点是总深度更小，这对于均匀地混合光的装置变为可能。如果在非有机LED之间的间隔是恒定的，如果不同着色的nLED是对称分布的，以及如果nLED的不同颜色的数目是相当小的，则所获得的是：与有更大数目的不同着色的nLED的情形相比，来自相同颜色的毗连nLED的光的圆锥之间的重叠在距发射表面更短的距离上重叠。

在另一个实施例中，使用其最大发射是在绿色谱区域的有机LED是有利的，因为正是在这个谱区域中，非有机LED在光输出方面具有非常低的效率，而正是在这个谱区域中，有机LED非常有效地发射。这样，与非有机LED相比较，可以在绿色谱区域中用明显更少的有机LED得到相同的强度。通过使用减小数目的LED，可以减小光发生体的部件成本，且可以节省能量。

在原理上，白光可以通过使用在不同谱区域发射的两个发光二极管而被混合。产生白光所缺失的第三个谱颜色在这种情形下可以藉助于在以短波长发射的发光二极管上的部分透明的磷涂层，以及藉助于由此得到的、短波长光到较长波长光的部分转换，而被加上。如果需要设置任何想要种类的颜色混合，则不仅必须依靠在第一和第二谱区域中发射的发光二极管，而且还必须依靠在第三谱区域中发射的发光二极管。

对于在颜色上且随时间可变的光的发射，如果有第一、第二、和第三电源电压用于分别在第一、第二、和第三谱区域中发射的发光二极管、而这些电压可以互相独立地设置，则是有利的。流过发光二极管的电流的幅度和/或随时间的变化通过这些电源电压被调制。

对于在尽可能大的一部分彩色空间中彩色的产生，如果在第二谱区域中发射的发光二极管的最大发射是处在红色谱区域，以及如果在第三谱区域中发射的发光二极管的最大发射是处在蓝色谱区域，则也是有利的。对于红色和蓝色谱区域可得到特别有效的非有机LED。

当生成均匀白光时，通过使用有效的绿色有机LED，有可能使绿色LED的数目与具有非有机绿色LED的装置相比几乎减半。均匀白光因此可以用数目非常相似的红色、绿色和蓝色LED来产生。除已指出的部件数目中的减小以外，也有可能以这种方式使第一、第二、和第三电源电压更好地平衡，这进而又降低了驱动电子装置的成本且导致更大的可靠性。

为了产生具有高彩色再现指数(color rendering index)的白光，所需要的是至少一个在第四谱区域发射的另外的发光二极管。为了与所使用的谱区域的数目一致，必须能得到可互相独立地设置的另外的电源电压。例如，除此之外，还可以使用在蓝色谱区域发射的有机LED和在黄色谱区域发射的非有机LED。同样在这种情形下，均匀白光可以通过在绿色和毗连的谱区域中使用有机LED以及在红色或蓝色和毗连的谱区域中使用非有机LED，而在不同的谱区域中用非常类似数目的LED来产生。这样，再次得到了就小数目部件和很好平衡的电源电压而言的优点。

通过用于混合由所有发光二极管发射的光的装置、而该发光二极管具有用于在空间中分布光的附加反射器装置，有可能藉助于以圆锥形状和以平面方式发射的发光二极管的按照本发明的组合，至少得到以平面方式发射的有机发光二极管的反射器装置的节省，以及以这种方式减小总体的反射器装置的成本。

在用于混合由所有发光二极管发射的光的装置中，该装置包括具有一个顶面和一个底面以及多个侧面的光导板(light-guide panel)，来自以平面方式发射的有机LED的光可以经由顶面和/或底面被耦合进入，而来自nLED的光可以经由至少一个侧面被耦合进入。同样在这种情形下，所需要的LED的数目可以通过用以平面方式发射的有机LED来代替nLED而减小，特别是当使用绿色有机LED时。被耦合进入的光通过在光导板内的反射而混合，并且通过垂直于光导板表面散射而再次被耦合出去。

在另一个实施例中，可以以更紧凑的形式来产生这样一个光发生体，即：该光发生体藉助于在空间中封闭的弯曲漫射表面，在非常大的立体角上发射，且其中按照本发明的发光二极管的装置被安排在该漫射表面内。

参考此后描述的实施例，本发明的这些和其它方面将很明显且得以详细阐明。

在图上：

图1是用于产生白光的、在印刷电路板上非有机LED的典型装置的平面图。

图2是用于产生白光的、在印刷电路板上有机和非有机LED的按照本发明的装置的平面图。

图3是用于把光耦合到光导板中的非有机LED的装置的平面图(D)和侧视图(S)。

图4a是如图3所示的LED装置的电子电路图，其中在用于红色、绿色、和蓝色的三条电源线上有不同的电压降。

图4b是如图3所示的LED装置的电子电路图，其中在用于红色、绿色、和蓝色的三条电源线上有不同的电流。

图5是用于把光耦合到光导板中的、有机和非有机LED的按照本发明的装置的平面图(D)和侧视图(S)。

图6是如图5所示的、按照本发明的LED装置的电子电路图。

图7a是用于产生白光的、在印刷电路板上非有机LED的如图1所示的典型装置的平面图，在图上显示了截面X-X’。

图7b是在截面X-X’上的、图7a的侧视图。

图8a是用于产生白光的、在印刷电路板上有机和非有机LED的按照本发明的装置的平面图，非有机LED的数目是与图7a上相同的，并在图上显示了截面Y-Y’。

图8b是在截面Y-Y’上的、图8a的侧视图，以及

图9显示了一个光发生体，用于在大的立体角上产生均匀的白光，其具有如图2所示的有机和非有机LED的装置和一个漫射表面。

图1是在被使用于电驱动nLED 10、12、和14的印刷电路板40上，用于产生均匀强度和色彩的光的、红色10、绿色12、和蓝色14非有机LED的典型装置的平面图。均匀强度和色彩的光藉助于一个混合由所有发光二极管发射的光的装置(这里未示出)来产生。这个混合装置的构造可以以不同的方式实行，正如下面将更详细地描述的。由于绿色非有机LED的低效率，需要数量为红色LED 10或蓝色LED14的两倍的绿色LED来产生具有可接受亮度的白光。

图2是在被使用于电驱动LED 10、14、和22的印刷电路板40上，点形式的红色10和蓝色14非有机LED与平面型的绿色有机LED的按照本发明的装置的平面图。在平面图上看，非有机LED10和14被有机LED22包围(surround)。术语“包围”在本例中仅仅是指在平面图上的投影的位置。从侧面看，非有机LED在发射方向上可被安排在有机LED之下、与其在同一个水平上、或在其之上。如果nLED被安排在有机LED 22之上，则有机LED 22还可包括在nLED的投影位置处的没有被切断的特定厚度的连续表面。图1与图2显示的装置的比较揭示了按照本发明的装置所具有的相当大的优点。一方面，对于相同的亮度，LED的数目可以通过使用有效的绿色有机LED而从4(图1：1x红色，2x绿色，1x蓝色)减小到3(图2：1x红色，1x绿色，1x蓝色)，因此部件成本可以以相应的方式减小。如图2所示的装置包含相等数目的不同着色的有机和非有机LED(一个绿色、一个红色和一个蓝色)。作为当图1的绿色LED12被串联连接时施加到的电源电压的更好平衡以及当所述绿色LED12被并联连接时电源电流的更好平衡的结果，这在电子驱动系统的简化方面具有优点。在图2所示的空间中红色10和蓝色14非有机LED相对于绿色有机LED的安排仅仅是一个例子，并不打算把本发明限于这种几何图形。同样地，绿色有机LED 22不单可以是所显示的外部方形形状，而且可以是其它形状。还有可能从具有相同发射特性的多个电连接的子LED来构建绿色有机LED 22，这些子LED一起形成以平面方式发射的一个有机LED。

在图3上，以平面图D和截面A-A’的平面上的侧视图S来显示用于在扁平屏幕上进行背景照明的平面光发生体的典型实施例。在这种情形下，用于混合由所有发光二极管发射的光的装置另外还包括具有一个顶面、一个底面、和多个侧面的光导板30，来自安装在印刷电路板41上的红色10、绿色12和蓝色14非有机发光二极管的光被耦合进入该侧面。对于白光的均匀发射，被耦合进入的光藉助在垂直于耦合进入方向的光导板上的散射中心，沿漫射表面(图3上未示出)的方向被耦合出去。正如在图1所示的实施例中，在这种情形下，绿色非有机发光二极管12由于它们的低效率，其数目是红色nLED 10和蓝色nLED 14的数目的两倍。

图4a是图3所示的装置的电路图，其中有电源电压70和用于三组不同着色的nLED的三条电源线100、120和140。在同一个谱区域中发射的所有LED在这种情形下被串联连接，这意味着相同的电流流过它们，且它们发射相同量的光。开关56、二极管58、电感器66和电容器68形成缩减器(reducer)。作为开关56的适当起动的结果，控制器74把来自缩减器的输出电压V₀设置为参考值V_REF，在比较器72中它被与输出电压进行比较。通过开关50，52和54，分别处在电源线100，120和140上的电流随时间被调制。当开关50，52和54被接通时，电阻器60，62和64分别确定在电源线100，120和140上电流的幅度。因为红色10、绿色12和蓝色14 nLED的数目之间的大的差别，控制电子装置必须应对在用于红色、绿色和蓝色nLED的三条电源线上的有很大不同的电压降。这与在所有的电源线上有非常相似的电压降的情形相比，对于电子装置有更多的要求，这一点在驱动系统的生产成本和可靠性方面以负面的方式变得明显。通过并联连接某些绿色nLED 12(电源线122和124)，如图4b所示，在三条电源线100，120和140上的电压降可以互相匹配。然而，为了保持流过各个绿色nLED的电流恒定，流过电源线120的、用于绿色nLED的总电流必须更大。但作为结果，流过三条电源线的电流变得非常不同，这导致了与存在很大不同电压降的情形时的类似的缺点。另外，两个电阻器62和63必须相当大，以使得流过电源线120的电流足够均匀地分布到平行的电源线122和124上。图4a和4b所示的电路图代表了一个LED驱动器系统的实施例。除这些电路图外，也可能有其它变例，但这些变例也遭受上述问题的困扰。

用于扁平屏幕的背景照明的图5所示的实施例是用于混合由非有机LED 10和14与平面有机LED 22发射的光的、按照本发明的装置饷平面图D和截面B-B’中的侧视图S。在这种情形下，来自安装在印刷电路板41上的红色10和蓝色14非有机LED的光被横向地耦合，如图3所示。与图3相比较，所有的绿色非有机LED被去除，但红色和蓝色LED的位置和数目不改变。在这种情形下，绿光通过以平面方式发射的有机LED 22从顶部和底部被耦合进入(参阅图5上在截面B-B’中的侧视图)。同样地，如以前对于图2的情形那样，所显示的装置只代表一个可能的实施例，并且不被看作为对于LED的形状、位置或数目的限制。

绿色有机LED的更大效率使得有可能有与红色10和蓝色14 LED的数目相匹配的绿色有机LED 22的数目。图5所示的、按照本发明的装置可以由图6所示的LED驱动器系统进行操作。通过以这种方式变为可能的、不同着色的LED的非常类似的数目，在三条电源线100、220和140上的电压降之间可以达到更好的平衡，这与图4a和4b所示的驱动器系统相比，减小了对于控制电子装置的要求，并因此也减小了部件成本且提高了驱动器系统的可靠性。

用于产生均匀白光的非有机LED的典型装置被显示于图7a，这相应于图1，但显示了另外的截面X-X’。图7b是在X-X’截面上的侧视图，显示了由两个相邻的红色LED 10发射的光的两个圆锥1和2。如果来自同一个颜色的相邻LED的光的圆锥开始重叠，则存在由相邻的红色、绿色和蓝色LED发射的光的均匀混合。通过引入到光路径中的任何附加反射器装置而得到完全混合的、距LED的距离在图7b上被表示为D1。

用于产生均匀白光的、按照本发明的相应装置被显示于图8a。在这种情形下，与图7a相比较，绿色非有机LED 12已用红色和蓝色非有机LED代替，并且被平面绿色有机LED 22包围。如图2中那样，在本例中，术语“包围”也是有关非有机LED在平面上的投影。从侧面看，非有机LED在发射方向上看可以位于有机LED 22之上、与其在同一个水平上、或在其之下。如果nLED被安排在有机LED 22之上，则有机LED 22还可包括在nLED的投影位置处没有被切断的特定厚度的连续区域。图8b是在Y-Y’截面上图8a所示的装置的侧视图。因为用红色或蓝色nLED代替绿色非有机LED 12，所以以圆锥形状发射的红色10和蓝色14非有机LED被放置成互相更靠近。结果，来自同一颜色的非有机LED的光的圆锥3和4在大大地小于D1的距离D2处开始重叠(达到均匀的彩色混合)。通过如图8a和8b所示的、非有机和有机LED的按照本发明的装置，用于发射均匀光的平面光源的总深度可以有相当的减小。可以完全省去如在专利申请EP 03101926中描述的、用于减小平面的均匀发射光源的总深度的复杂反射器装置，或至少对于以平面方式发射的有机LED省去它，所述反射器装置中有来自以点形式发射的非有机LED的光的横向偏转，以便藉助于在镜像的侧壁上的多次反射而混合光。

按照本发明的另一个实施例显示于图9。在本例中，以圆锥形状发射的非有机发光二极管和以平面方式发射的有机发光二极管以图2和/或图8a的方式被安排在印刷电路板40上，该印刷电路板40又以空间中的不同方向被安装在载体5上。在空间容积6中，来自所有发光二极管的有色光进行混合，以形成白光。被安装在光的均匀混合所要求的距离上的漫射表面34使得在大的立体角上发射均匀强度的光。如图2和图8a所示，有机和非有机发光二极管的、按照本发明的装置使得漫射表面34的较小直径和有利的更紧凑构造成为可能。图9所示的漫射表面的球形形状仅仅是一个例子，在其它实施例中，也可以假设其它弯曲的和物理上连续的形状。

非有机和平面有机LED的生产对于本领域技术人员是已知的。诸如，举例而言，溅射、汽相淀积和印刷那样的已知技术可被使用来生产如图2和/或图8a所示的结构化的有机LED，其在打算用于装配非有机LED的点处有切断。对于这些用于薄层的生产工艺，不仅可以使用未结构化(unstructured)的基底，而且也可以使用例如在打算装配非有机LED的点处有孔的基底。有机LED的分层结构的构建可以通过利用掩膜的涂覆工艺、通过平板印刷术和蚀刻工艺以及通过印刷工艺而达到。

所阐述的实施例仅仅代表光发生体的可能的例子，并不能被解释成把本发明限于这些例子。

Claims

1.一种用于发射具有均匀强度和色彩的光的光发生体，具有：

-至少一个有机发光二极管(22)，它在第一谱区域中以平面方式发射，

-至少一个非有机发光二极管(10，14)，它在第二谱区域中以圆锥形状(1，2，3，4)发射，以及

-用于混合由所有二极管发射的光的、包括漫射表面的装置。

2.如在权利要求1中要求的光发生体，其特征在于，在第一谱区域中以平面方式发射的有机发光二极管(22)的最大发射是处在绿色谱区域中。

3.如在权利要求1和2的任一项中要求的光发生体，其特征在于，光发生体还包括在第三谱区域中发射的、至少一个非有机或有机发光二极管。

4.如在权利要求3中要求的光发生体，其特征在于，用于分别在第一、第二、和第三谱区域中发射的发光二极管的第一、第二、和第三电源电压可以互相独立地设置，以使得由光发生体发射的光的色彩能够变化。

5.如在权利要求3中要求的光发生体，其特征在于，在第二谱区域中发射的发光二极管的最大发射是处在红色谱区域，而在第三谱区域中发射的发光二极管的最大发射是处在蓝色谱区域。

6.如在权利要求5中要求的光发生体，其特征在于，在第一、第二和第三谱区域中发射的发光二极管(10，22，14)的数目基本上是相同的。

7.如在权利要求3中要求的光发生体，其特征在于，光发生体包括在至少一个另外的谱区域中发射的另外的非有机或有机发光二极管。

8.如在权利要求7中要求的光发生体，其特征在于，用于在至少一个另外的谱区域中发射的另外发光二极管的至少一个另外电源电压可以与其他的电源电压相独立地设置，以使得由光发生体发射的、具有高彩色再现指数的光的色彩能够变化。

9.如在上述权利要求的任一项中要求的光发生体，其特征在于，在第一谱区域中发射的有机发光二极管(22)用来直接照射该漫射表面，且用于混合由所有发光二极管发射的光的装置包括在非有机LED与漫射表面之间的反射器装置，该反射器装置用来在空间中分布由非有机发光二极管(10，14)以圆锥形状(1，2，3，4)发射的光。

10.如在上述权利要求的任一项中要求的光发生体，其特征在于，用于混合由所有发光二极管发射的光的装置包括一个光导板(30)，其具有一个顶面、一个底面和多个侧面，用来耦合进入、分布和耦合出光，来自非有机发光二极管(10，14)的光通过至少一个侧面被耦合进入，而来自有机发光二极管(22)的光通过顶面和/或底面被耦合进入。

11.如在上述权利要求的任一项中要求的光发生体，其特征在于，用于混合由所有二极管发射的光的装置包括本身是弯曲的、物理上连续的漫射表面(34)，以及被安排在漫射表面内的发光二极管用来照射一个大的立体角。