CN101842907B - 色彩可调谐的发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种色彩/色温可调谐的发光装置包括：激发源(LED)，其可操作以产生第一波长范围的光；及波长转换组件，其包括磷光体材料，所述磷光体材料可操作以将所述光的至少一部分转换成第二波长范围的光。所述装置所发射的光包括所述第一及第二波长范围的组合光。所述波长转换组件具有在空间上变化的波长转换性质(每单位面积的磷光体材料浓度)。所述源所产生的光的色彩可通过所述波长转换组件与激发源的相对移动使得所述第一波长范围的所述光入射于所述波长转换组件的不同部分上来调谐，且所述所产生的光包括不同相对比例的所述第一及第二波长范围的光。

Description

色彩可调谐的发光装置
优先权主张
詹姆斯·卡鲁索(James Caruso)等人2007年10月1日申请的题为色彩可调谐的发光装置(COLOR TUNABLE LIGHT EMITTING DEVICE)的美国专利申请案第11/906,532号(代理人档案号第1TMX-00228US0号)。
技术领域
本发明涉及色彩可调谐的/色温可调谐的发光装置，且特定来说涉及固态光源(例如，发光二极管)，其包含波长转换磷光体材料以产生特定光色彩。
背景技术
光源(特定来说，发光二极管(LED))所产生的光的色彩主要由装置架构及用于产生所述光的材料选择来确定。举例来说，许多LED并入有为光致发光材料的一种或多种磷光体材料，其吸收所述LED芯片/裸片所发射的辐射的一部分并重新发射不同色彩(波长)的辐射。此为制作“白色”LED光源的当前技术状态。这些LED所产生的光的净色彩来自所述LED芯片的光与所述磷光体所重新发射的色彩的组合天然色彩(波长)，其在制造LED灯时固定及确定。
已知色彩可切换光源包括红色、绿色及蓝色LED。从此源输出的光的色彩可通过选择性地激活所述不同色LED中的一者或一者以上来控制。举例来说，激活蓝色及红色LED将产生在色彩上看来为紫色的光且激活所有三个LED产生在色彩上看来为白色的光。此光源的缺点是操作这些源所需的驱动电路的复杂性。
US 7,014,336揭示产生彩色光的系统及方法。一个照明器具包括组件照明源(不同色彩LED)阵列及用于控制所述组件照明源集合的处理器。所述处理器控制所述阵列中不同色彩LED的强度，以在由个别LED及任一滤光器或与所述照明器具相关联的其它光谱更改装置的光谱所限界的范围内产生选定色彩的照明。
白色LED在所属技术中为人已知且为相对新近创新。直到已开发出在电磁光谱的蓝色/紫外线部分中发光的LED，开发基于LED的白色光源才变得实际。如例如US5,998,925中所教示，产生白色光的LED(“白色LED”)包含为光致发光材料的一种或多种磷光体材料，其吸收所述LED所发射的辐射的一部分并重新发射不同色彩(波长)的辐射。通常，LED芯片或裸片产生蓝色光且所述磷光体吸收一百分比的蓝色光并重新发射黄色光或绿色与红色光的组合、绿色与黄色光的组合或黄色与红色光的组合。所述LED所产生的蓝色光的不由所述磷光体吸收的部分与所述磷光体所发射的光组合并提供人眼看来在色彩上近似为白色的光。
如已知，白色光源的相关色温(CCT)是通过将其色调与理论的经加热黑体辐射体进行比较来确定。CCT是以开尔文(K)指定且对应于与所述光源辐射相同的白色光色调的黑体辐射体的温度。一般来说，白色LED的CCT是由磷光体组成及并入于所述LED中的磷光体的量来确定。
白色LED常常通过使用粘合剂将所述LED芯片安装于金属或陶瓷杯中且接着将引线接合到所述芯片来制造。所述杯常常具有反射内表面以将光反射出所述装置。所述磷光体材料(其呈粉末形式)通常与硅酮粘结剂混合且接着将所述磷光体混合物置于所述LED芯片顶部上。制造白色LED的问题是变化假设在标称上相同的LED之间的CCT及色彩色调。此问题因以下事实而增加：人眼对色彩色调尤其是“白色”色彩范围中的细小改变极其敏感。白色LED的另一问题是，其CCT可在所述装置的整个操作寿命期间改变且此色彩改变在包括多个白色LED的照明源(例如，LED照明条)中尤其值得注意。
为减轻上述LED(特定来说白色LED)因磷光体波长转换而发生的色彩变化问题，使用“分箱”或“装箱”系统在后制作期间分类LED。在装箱中，操作每一LED并测量其所发射光的实际色彩。接着，根据所述装置产生的光的实际色彩而不是基于借助其制作所述装置的目标CCT来分类或装箱LED。通常，使用九个或更多个箱(色彩空间区域或色彩箱)来分类白色LED。装箱的缺点是增加的制作成本及低良率，因为常常仅可接受所述九个箱中的两个用于既定应用从而导致白色LED供应商及客户的供应链挑战。
据预测，白色LED由于其长的操作寿命(可能几十万小时)及其在低功率消耗方面的高效率而可能替代白炽、萤光及氖光源。最近，已使用高亮度白色LED来替代常规白色萤光、汞蒸气灯及氖灯。像其它照明源一样，白色LED的CCT是固定的且是由用于制造所述LED的磷光体组成来确定。
US 7,014,336揭示产生高质量白色光的系统及方法，所述高质量白色光是具有在人眼适光响应(光谱转移函数)内的大致连续光谱的白色光。由于眼的适光响应给出对眼可看见者的限制程度，因此此在具有波长范围400nm(紫外线)到700nm(红外线)的高质量白色光上设定多个边界。用于形成白色光的一个系统包括三百个LED，其中的每一者均具有横越400nm到700nm波长范围的预定部分的狭窄光谱宽度及最大光谱峰。通过选择性地控制所述LED中的每一者的强度，可控制色温(且还有色彩)。另一照明器具包括在整个波长范围上具有每隔25nm间隔开的25nm光谱宽度的九个LED。通过调节所述九个LED的相对强度，所述LED的功率可经调节以产生一色温(且还有色彩)范围。如果每一LED均具有增加的光谱宽度来维持满足眼的适光响应的大致连续光谱，那么也提议使用较少LED来产生白色光。另一照明器具包括使用一个或一个以上白色LED并提供光学高通滤光器来改变白色光的色温。通过提供一系列可互换滤光器，此通过为各种滤光器指定一系列范围而使得单个灯器具能够产生任一温度的白色光。虽然这些系统可产生高质量白色光，但由于制造多个离散单色彩LED的复杂性且由于操作这些器具所需的控制电路，因此这些器具对于许多应用来说太过昂贵。
因此，需要克服已知源限制的色彩可调谐的光源，且特定来说其光发射的色彩及/或CCT至少部分可调的便宜固态光源，例如，包含波长转换磷光体材料的LED。
发明内容
本发明在提供其色彩至少部分可调的发光装置的努力中产生。此外，本发明至少部分地解决包含磷光体波长转换的LED色彩色调变化问题，并试图减少或甚至消除对装箱的需要。本发明的另一目标是提供与多色LED封装相比便宜的色彩可调谐的光源。
根据本发明，提供一种色彩可调谐的发光装置，其包括：激发源，例如LED，其可操作以产生第一波长范围的光；及波长转换组件，其包括至少一种磷光体材料，所述至少一种磷光体材料可操作以将所述光的至少一部分转换成第二波长范围的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一及第二波长范围的组合光，其中所述波长转换组件具有在空间上变化的波长转换性质，且其中所述源所产生的光的色彩可通过所述波长转换组件与激发源的相对移动使得所述第一波长范围的所述光入射于所述波长转换组件的不同部分上来调谐。本发明的发光装置的特定优点是，由于其色温可在后制作期间准确地设定，因此此消除对昂贵装箱的需要。除设定色彩/色温的厂商或安装者之外，使用者可在所述装置的整个寿命期间周期性地调节色彩/色温或更频繁地调节以用于“情绪”照明。
所述波长转换组件可相对于所述激发源移动且可具有沿单个维度变化、沿两个维度变化或旋转地变化的波长转换性质。所述组件的波长转换性质可经配置以根据磷光体材料的每单位面积浓度(密度)的空间变化而变化。此变化可包括所述至少一种磷光体材料在厚度上的空间变化，例如大致线性地变化的厚度。在一个布置中，所述至少一种磷光体并入于透明材料(例如，丙烯酸或硅酮材料)中，其中每单位体积透明材料的磷光体材料的浓度大致恒定且所述波长转换组件的厚度在空间上变化。一个此组件的实例是楔形形状且具有沿所述组件长度渐减的厚度。在替代布置中，所述波长转换组件在其提供有所述磷光体材料的表面上包括透明载体。在优选实施方案中，所述磷光体材料提供为在空间上变化的图案(例如，具有变化大小及/或间隔的点或线的图案)，使得每单位面积的至少一种磷光体材料的浓度在空间上变化。在此布置中，所述磷光体材料的厚度及浓度可大致恒定。所述磷光体材料可通过使用分配器沉积于所述载体上来选择性地分配所述磷光体材料或通过使用丝网印刷来印刷。
所述波长转换组件可进一步包括第二磷光体材料，其可操作以将所述第一波长范围的所述光的至少一部分转换成第三波长范围的光，使得所述装置所发射的光包括所述第一、第二及第三波长范围的组合光且每单位面积的所述第二磷光体材料的浓度在空间上变化。
所述发光装置可进一步包括第二波长转换组件，所述第二波长转换组件包括第二磷光体材料，所述第二磷光体材料可操作以将所述第一波长范围的所述光的至少一部分转换成第三波长范围的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一、第二及第三波长范围的所述组合光，其中所述第二波长转换组件具有在空间上变化的波长转换性质，且其中所述源所产生的光的色彩可通过相对于所述激发源移动所述第一及第二波长转换组件使得所述第一波长范围的所述光入射于所述第一及第二波长转换组件的不同部分上来调谐。优选地，所述第一及第二波长转换组件可相对于彼此且相对于所述激发源独立地移动。此布置使得能够在色彩空间面积上进行色彩调谐。
由于在所述第一波长转换组件中，每单位面积的第二磷光体的浓度可在空间上变化，例如，磷光体厚度的变化或磷光体材料图案的变化。
在本发明的另一实施例中，提供一种色彩可调谐的发光装置，其包括：多个发光二极管，其可操作以产生第一波长的光；及波长转换组件，其可操作以将激发辐射的至少一部分转换成第二波长的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一及第二波长范围的组合光，且其中所述波长转换组件包括至少一种磷光体材料，所述至少一种磷光体材料包括多个波长转换区域，其中相应区域与所述发光二极管中的相应一者相关联，且其中每一区域均具有在空间上变化的波长转换性质，且其中所述装置所产生的光的色彩可通过相对于所述发光二极管移动所述组件使得来自每一发光二极管的所述第一波长范围的所述光入射于其相应波长转换区域的不同部分上来调谐。
在一个布置中，所述多个发光二极管包括线性阵列，且所述波长转换区域包括对应的线性阵列，且所述源可通过相对于所述发光二极管阵列线性地位移所述组件来调谐。另一选择为，所述多个发光二极管包括二维阵列，且所述波长转换区域包括对应的二维阵列，且其中所述源可通过沿两个维度相对于所述发光二极管阵列位移所述组件来调谐。
在又一布置中，所述多个发光二极管包括圆形阵列，且所述波长转换区域包括对应的圆形阵列，且所述装置可通过相对于发光二极管阵列旋转地位移所述组件来调谐。
附图说明
为更好地理解本发明，现在将参照随附图式仅通过实例描述本发明的实施例，在图式中：
图1(a)到图1(c)是根据本发明的色彩可调谐的发光装置的操作的操作原理的示意图；
图2是图解说明图1的装置的色彩调谐的CIE(国际照明委员会)1931色度图；
图3(a)到图3(f)是根据本发明的另一实施例的色彩可调谐的发光装置的操作的示意图；
图4是图解说明图3的光源的色彩调谐的CIE 1931色度图；
图5是根据本发明的波长转换组件的示意图；
图6(a)到图6(d)是根据本发明的另一实施例的色彩可调谐的发光装置的操作的示意图；
图7是图解说明图6的光源的色彩调谐的CIE 1931色度图；
图8(a)到图8(c)是根据本发明的色温可调谐的发白色光照明条的表示；
图9是根据本发明的另一实施例的其中波长转换组件可旋转的色温可调谐的发白色光装置的示意图；且
图10是根据本发明的另一实施例的其中波长转换组件可沿两个方向移动的色彩可调谐的发光装置的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例是基于波长转换组件，其具有在空间上变化的波长转换性质(特性)且其用于将来自激发源(通常为发光二极管(LED))的一个波长范围(色彩)的光转换成不同波长范围(色彩)的光。所述装置所产生的光的色彩(其包括所述第一及第二波长范围的组合光)可通过相对于所述激发源移动所述组件以改变所述第二波长范围的光的总比例来控制(调谐)。
参照图1(a)到图1(c)，其显示根据本发明的色彩可调谐的发光装置10的操作原理之示意图。装置10包括：激发源12，其可操作以产生波长范围λ1的激发辐射14(光)；及可移动波长转换组件16。通常，激发源12包括发光二极管(LED)，例如，可操作以产生波长400nm到465nm的蓝色光的基于InGaN/GaN(氮化镓铟/氮化镓)的LED晶片。
在所图解说明的实例性实施例中，波长转换组件16在形状上逐渐变小(楔形形状)且厚度沿其既定移动的方向18在厚度t与T之间渐减。波长转换组件16可由并入有磷光体(光致发光或波长转换)材料的透明衬底材料(例如，诸如GE的RTV615的丙烯酸或硅酮材料)制造。如已知，磷光体材料吸收第一波长的激发辐射(光)并重新发射较长波长λ2(例如，色彩为绿色)的光。呈粉末形式的磷光体材料大致均匀地分布在整个丙烯酸材料上且端视光装置10的操作的既定色彩范围而具有在典型范围5％到50％内的磷光体载入到丙烯酸的重量比。由于所述磷光体材料在所述整个组件中均匀地分布，也就是说，每单位体积衬底材料的磷光体的浓度大致恒定，且所述组件沿其长度在厚度上变化，因此每单位面积的磷光体的量(克每平方米-g/m2)沿所述组件的长度以线性方式变化。换句话说，波长转换组件16具有沿其长度变化的波长转换性质(特性)。
如图1中所表示，阻光元件20经提供以限制激发辐射(蓝色光)14入射到波长转换组件16的一小部分上的面积。在优选实施方案中，LED晶片12封装于陶瓷或金属外壳中且所述波长转换组件安装在极接近于所述外壳开口处或甚至与其滑动接触。在此布置中，外壳壁起阻光元件的作用。为最优化所述装置的总效率，外壳壁20的内表面优选地具有高度反射性。
现在将借助参照图1(a)到图1(c)及图2来描述装置10的操作，图2是图解说明所述装置的色彩调谐的CIE(国际照明委员会)1931色度图。在图1(a)中，显示所述波长转换组件处于完全缩回位置中，使得装置10所产生的光22仅包括来自LED芯片的光14。因此，所述装置所产生的光具有波长λ1(其色彩为蓝色)，且对应于图2中的点24。
在图1(b)中，波长转换组件16已沿方向18平移使得来自LED的光14现在入射于所述组件的区域上。所述组件内的磷光体材料吸收激发辐射(光)14的一部分并重新发射波长λ2的光(在此实例中，其颜色为绿色)，其中蓝色激活的发绿色光磷光体材料并入波长转换组件16中。现在，所述装置所产生的光22包括蓝色(λ1)与绿色(λ2)光的组合且在色彩上看起来将为蓝绿色。输出光中的绿色(λ2)光的比例取决于每单位面积磷光体的浓度(g/m2)，而每单位面积磷光体的浓度将取决于所述组件相对于LED的位置。对于组件16的给定位置及给定厚度来说，此所得光将具有一色彩，所述色彩取决于那个位置处单位面积所载入的磷光体。此所得色彩将与图2中的CIE图的线28上的点一致，其确切位置取决于磷光体的选择及波长转换组件16中此磷光体的载入量。
在图1(c)中，波长转换组件16已经进一步平移使得所述组件的最厚部分T现在定位于LED芯片上方。所述组件内磷光体的浓度及厚度T经配置使得所述磷光体现在吸收来自所述LED的所有光并重新发射绿色光。因此，所述装置所产生的光22现在仅包括所述磷光体所产生的绿色(λ2)光且其指示为图2的色度图上的点26。应了解，所述装置所发射的光的色彩可沿线28在点24与26之间调谐且取决于波长选择性组件的位置。
根据本发明的发光装置意欲使用无机磷光体材料，诸如，例如具有大致组成A3Si(OD)5或A2Si(OD)4的基于硅酸盐的磷光体，其中Si为硅，O为氧，A包括锶(Sr)、钡(Ba)、镁(Mg)或钙(Ca)，且D包括氯(Cl)、氟(F)、氮(N)或硫(S)。在本申请人的同在申请中的专利申请案US2006/0145123、US2006/028122、US2006/261309及US2007029526中揭示基于硅酸盐的磷光体的实例，所述专利申请案中的每一者的内容借此以引用方式并入本文中。
如US2006/0145123中所教示，铕(Eu2+)激活的基于硅酸盐的绿色磷光体具有通式(Sr，A1)x(Si，A2)(O，A3)2+x:Eu2+，其中：A1为2+阳离子、1+及3+阳离子的组合中的至少一者，诸如，例如Mg、Ca、Ba、锌(Zn)、钠(Na)、锂(Li)、铋(Bi)、钇(Y)或铈(Ce)；A2为3+、4+或5+阳离子，诸如，例如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、碳(C)、锗(Ge)、N或磷(P)；且A3为1-、2-或3-阴离子，诸如，例如F、Cl、溴(Br)、N或S。写成所述化学式以指示A1阳离子替代Sr；A2阳离子替代Si且A3阴离子替代O。x的值为2.5与3.5之间的整数或非整数。
US2006/028122揭示具有化学式A2SiO4:Eu2+D的基于硅酸盐的黄绿色磷光体，其中A为包括Sr、Ca、Ba、Mg、Zn或镉(Cd)的二价金属中的至少一者；且D为包括F、Cl、Br、碘(I)、P、S及N的掺杂物。掺杂物D可以介于约0.01与20莫尔百分数之间的量存在于磷光体中。所述磷光体可包括(Sr1-x-yBaxMy)SiO4:Eu2+F，其中M包括Ca、Mg、Zn或Cd。
US2006/261309教示两相基于硅酸盐的磷光体，其具有与(M1)2SiO4的晶体结构大致相同的晶体结构的第一相；及与(M2)3SiO5的晶体结构大致相同的晶体结构的第二相，其中M1及M2各自包括Sr、Ba、Mg、Ca或Zn。至少一个相借助二价铕(Eu2+)激活且所述相中的至少一者含有包括F、Cl、Br、S或N的掺杂物D。据信，所述掺杂物原子中的至少某些位于主体硅酸盐晶体的氧原子晶格位点上。
US2007/029526揭示具有化学式(Sr1-xMx)yEuzSiO5的基于硅酸盐的橙色磷光体，其中M为包括Ba、Mg、Ca或Zn的二价金属中的至少一者；0＜x＜0.5；2.6＜y＜3.3且0.001＜z＜0.5。所述磷光体经配置以发射具有大于约565nm的峰发射波长的可见光。
所述磷光体还可包括例如本申请人的同在申请中的专利申请案US2006/0158090及US2006/0027786中所教示的基于铝酸盐的材料，所述专利申请案中的每一者的内容借此以引用方式并入本文中。
US2006/0158090教示具有化学式M1-xEuxAlyO[1+3y/2]的基于铝酸盐的绿色磷光体，其中M为包括Ba、Sr、Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、Cd、Sm及铥(Tm)的二价金属中的至少一者，且其中0.1＜x＜0.9且0.5≤y≤12。
US2006/0027786揭示具有化学式(M1-xEux)2-zMgzAlyO[1+3y/2]的基于铝酸盐的磷光体，其中M为Ba或Sr的二价金属中的至少一者。在一个组成中，所述磷光体经配置以吸收处于介于约280nm与420nm之间的波长的辐射，并发射具有介于约420nm与560nm之间的波长的可见光，且0.05＜x＜0.5或0.2＜x＜0.5；3≤y≤12且0.8≤z≤1.2。所述磷光体可进一步掺杂有例如Cl、Br或I的卤素掺杂物H，且可具有一般组成(M1-xEux)2-zMgzAlyO[1+3y/2]:H。
应了解，所述磷光体并不限于本文中所描述的实例且可包括任一无机或有机磷光体材料，所述材料包含例如氮化物及硫酸盐磷光体材料、氧氮化物及含氧硫酸盐磷光体或石榴石材料(YAG)。
图3(a)到图3(f)是根据本发明的另一实施例的色彩可调谐的发光装置的操作的示意图。在此通篇说明书中，使用相同参考编号表示相同组件。在图3的实施例中，波长转换组件16包括两个重叠渐减部分16a及16b，所述两个部分分别包含红色(R)及绿色(G)发光磷光体材料。图4是图解说明图3的装置的色彩调谐的CIE(国际照明委员会)1931色度图。
在图3(a)中，显示波长转换组件16处于完全缩回位置中，使得装置10所产生的光22仅包括来自LED芯片的光。因此，所述装置所产生的光在色彩上为蓝色(B)，且对应于图4中的点30。
在图3(b)中，波长转换组件16已沿方向18平移，使得来自LED的光14现在入射于所述组件的红色光产生部分16a上。现在，所述组件内的发红色光磷光体材料将吸收激发辐射的一部分并重新发射红色光。因此，所述装置所产生的光22包括蓝色与红色光的组合且端视蓝色与红色光的相对比例在色彩上将看起来像暖白色(WW)到靛蓝色。输出光中的红色光的比例取决于每单位面积磷光体的浓度，而每单位面积磷光体的浓度将取决于组件相对于LED的位置。
在图3(c)中，波长转换组件16已经进一步平移使得组件部分16a的最厚部分现在定位于LED芯片上方。部分16a内磷光体的浓度及所述部分的厚度经选择使得红色光产生磷光体现在吸收来自LED的所有蓝色光并重新发射红色光。因此，装置所产生的光22现在仅包括所述磷光体所产生的红色光且其指示为图4的色度图上的点34。应了解，所述装置所发射的光的色彩可沿线32在点30与34之间调谐且取决于波长选择性组件的位置。
在图3(d)中，波长转换组件16已沿方向18进一步平移，使得来自LED的光14现在入射于所述组件的包括红色及绿色光产生部分16a及16b两者的区域上。如所图解说明，所述组件经定位使得绿色光产生部分16b的厚度大于红色光产生部分16a的厚度，且因此绿色光的比例相应较大。现在，组件部分16a及16b内发红色及绿色光的磷光体材料将在其之间吸收大致所有激发辐射并分别重新发射红色及绿色光。因此，所述装置所产生的光22包括红色与绿色光的组合且在色彩上将看起来像黄色/绿色。输出光中红色及绿色光的相对比例取决于每单位面积磷光体的相对密度，而每单位面积磷光体的相对密度将取决于所述组件相对于LED的位置。
在图3(e)中，波长转换组件16已经进一步平移，使得组件部分16b的最厚部分现在定位于LED芯片上方。此时，部分16a不对所发射的光做出贡献。部分16b内磷光体的浓度及所述部分的厚度经选择使得绿色光产生磷光体现在吸收来自LED的所有光并重新发射绿色光。因此，所述装置所产生的光22现在仅包括所述磷光体所产生的绿色光且其指示为图4的色度图上的点38。应了解，所述装置所发射的光的色彩可沿线36在点34与38之间调谐且取决于波长选择性组件的位置。
在图3(f)中，波长转换组件16已经进一步平移使得组件部分16b的相对较薄部分现在定位于LED芯片上方。现在，所述组件内发绿色光的磷光体材料将吸收激发辐射的一部分并重新发射绿色光。因此，所述装置所产生的光22包括蓝色与绿色光的组合且在色彩上将看起来像蓝绿色。输出光中绿色光的比例取决于每单位面积磷光体的浓度，而每单位面积磷光体的浓度将取决于所述组件相对于LED的位置。应了解，所述源所发射的光的色彩可沿线40在点38与30之间调谐且取决于波长选择性组件的位置。
已将所述波长转换组件描述为具有渐减厚度使得每单位面积磷光体的浓度按所述组件上的位置的函数在空间上变化。图5是根据替代实施方案的波长转换组件16的示意图。在此实施方案中，所述波长转换组件包括衬底材料的透明载体42，其在表面上具有磷光体材料图案。所述磷光体图案可通过使用丝网印刷、喷墨印刷或其它沉积技术沉积磷光体材料而提供于所述载体上。在所图解说明的实例中，所述磷光体图案包括磷光体材料圆点44图案。点42的相对大小及/或间隔经选择使得每单位面积的磷光体浓度沿所述组件的既定移动方向18变化。也可通过使用半色调系统将点42提供为具有变化大小的均等间隔的不重叠面积(点)阵列。图3的波长转换组件可由两种或两种以上磷光体材料图案制造。此外，应了解，如果每单位面积的磷光体浓度随着其在所述组件表面上的位置而在空间上改变，那么可使用任一磷光体材料图案。举例来说，所述图案可包括具有变化宽度及/或间隔的线图案。替代地或另外地，所述图案的不同部分内磷光体材料的浓度(也就是说，磷光体到粘结剂材料的载入量)可用于实现在空间上变化的磷光体图案。所述组件的优点是易于制造且具有大致均匀厚度使得所述组件能够可移动地安装于简单引导布置内。
图6(a)到图6(d)是根据本发明的另一实施例的色彩可调谐的发光装置的操作的示意图，所述色彩可调谐的发光装置包含两个可独立移动的波长转换组件161及162。在此实施例中，每一波长转换组件161及162均根据图5的实施方案制造且包含分别产生波长λ2(红色)及λ3(绿色)的光的磷光体材料图案。所述磷光体图案在图6中表示为穿过所述组件厚度的一系列线，其间隔改变表示所述磷光体材料的浓度改变。
在图6(a)中，显示波长转换组件161及162两者均处于缩回位置中使得来自LED的光14(激发辐射)入射于每一组件的含有极低每单位面积磷光体材料浓度或无磷光体材料的端部分上。因此，装置10所产生的光22仅包括来自LED芯片12的光14且其在色彩上为蓝色(波长λ1)。此对应于图7的CIE图中的点46。
在图6(b)中，波长转换组件161已经平移使得来自LED的光14现在入射于组件161的含有最高磷光体材料浓度的相对端部分上。组件162的位置保持不变。现在，组件161内发红色光的磷光体材料将吸收所有激发辐射并重新发射红色光(λ2)。此对应于图7的色度图的点48。所述装置所发射的光的色彩可通过移动组件161使得激发辐射入射于所述组件的每单位面积具有不同磷光体浓度的中间部分上同时保持组件162而沿连接点46与48的线来调谐。
在图6(c)(其为图6(b)中的相反情形)中，波长转换组件162已经平移使得来自LED的光14入射于所述组件的含有最高磷光体材料浓度的端部分上。第一组件161处于缩回位置中使得来自LED的光入射于此组件的不含有磷光体材料的端部分上。在所述组件处于这些位置的情形下，组件162内发绿色光的磷光体材料将吸收所有激发辐射并重新发射绿色光(λ3)。此对应于图7的色度图的点50。应了解，所述装置所发射的光的色彩可通过移动组件162使得激发辐射入射于所述组件的每单位面积具有不同磷光体浓度的中间部分上而沿连接点46与50的线来调谐。
在图6(d)中，波长转换组件161及162经定位使得来自LED的光14入射于所述组件的近似位于两端中间的部分上，每一组件的那个部分均具有中间磷光体材料浓度。现在，组件161及162内发红色及绿色光的磷光体材料将在其间吸收可观比例的激发辐射并重新发射红色光(λ2)与绿色光(λ3)的组合。此对应于沿连接图7的色度图的点48与50的线的点。
使用两个不同的可独立控制的波长转换组件的优点是：所产生光22的色彩可在如由图7的色度图的交叉阴影区域52所指示的色彩空间内来调谐。
图8(a)到图8(c)显示根据本发明的色温可调谐的发白色光条80。发光条80意欲在照明应用中使用且能够产生白色光，所述白色光的相关色温(CCT)可调谐且可由厂商及/或使用者设定在CCT≈7000K的冷白色(CW)与CCT≈3000K的暖白色(WW)之间。图8(a)及图8(b)分别显示照明条80的边缘及平面图，且图8(c)是其中已将所述照明条调谐为不同CCT的另一平面图。
照明条80包括七个LED 82，所述LED沿条84的长度安装为线性阵列。条84提供每一LED的电功率及所述LED的热管理两者且可安装到适宜散热器(未显示)。每一LED 82均包括基于InGaN/GaN(氮化镓铟/氮化镓)的LED芯片，所述LED芯片封装于正方形外壳中且包含一种或一种以上磷光体材料以使得每一者可操作以产生冷白色(CW)光。通常，所述磷光体材料可包括基于绿色硅酸盐的磷光体材料。每一LED的光发射面积均由圆圈86指示。
照明条80进一步包括以由透明材料(例如，丙烯酸)制成的透明载体棒88形式的波长转换组件，所述波长转换组件沿其长度包含七个波长转换区域90。波长转换区域90具有沿所述载体的长度方向变化的大致相同的波长转换特性，其中相应区域90对应于LED 82中的相应一者。每一波长转换区域均可包括基于黄色硅酸盐的发光磷光体材料，所述发光磷光体材料的每单位面积的浓度沿其长度大致线性地变化。与上述照明装置一样，可通过如下步骤实施浓度改变：借助透明粘结剂并入所述磷光体材料且如图解说明使每一区域的厚度沿其长度变化或通过以其浓度在空间上变化的图案的形式来沉积所述磷光体材料。载体条88借助许多对引导件92可移动地安装到条84，其中载体88的下侧与所述LED滑动接触。拇指杆94以枢转方式安装到条84且所述杆中的槽耦接到从载体88的上表面延伸的柱螺栓96。所述杆沿方向98的移动致使所述载体相对于所述LED的平移。锁定螺钉100经提供以锁定所述载体相对于条88的位置。
在操作中，厂商或安装者可通过松开锁定螺钉100并操作杆94直到照明条80产生所需要的输出光色温从而将所述照明条设定为选定色温。应了解，所述杆的操作致使所述载体及波长转换区域90相对于所述条及其相应LED的平移(图8(c))。此导致所述波长转换区域所产生的输出中的光(黄色)的比例改变且因此输出色温改变。一旦设定选定色温，就上紧所述锁定螺钉以将所述载体锁定在适当位置中。所述照明条的特定益处是：由于其色温可在后制作期间调谐，因此此消除对昂贵装箱的需要。除设定色温的厂商或安装者之外，使用者可在所述装置的整个寿命期间周期性地调节所述条的色温。
在其中需要更频繁地调节色温的替代布置(诸如，例如“情绪”照明)中，可借助使用马达或致动器(例如，压电或磁致伸缩致动器)来自动地移动所述载体。虽然将所述LED图解说明为均等间隔，但应了解，如果所述波长转换区域的间隔对应于所述LED，那么其也可不均等地间隔。
图9是根据本发明的另一实施例的其中所述波长转换组件是可旋转的色温可调谐的发白色光装置120的示意图。发白色光装置120能够产生白色光，其CCT可在冷白色(CW)与暖白色(WW)之间调谐。在此实施方案中，所述装置包括围绕三个同心圆圈布置的二十四个LED 122的圆形阵列。所述波长转换组件包括可旋转透明盘124，其上表面上具有二十四个波长转换区域126的对应阵列。每一波长转换区域126具有波长转换性质，所述波长转换性质在给定旋转方向上以大致相同方式针对给定角旋转变化。因此，接近于旋转轴的波长转换区域在长度上短于位于接近于盘124周边的波长转换区域。在图9中，将波长转换组件图解说明为处于使得每一波长转换区域126的中心部分重叠其相关联LED 122的位置中。应了解，所述装置所发射的光的色温可通过在位置128与130之间的盘124的旋转而在CW与WW之间调谐。
图10是根据本发明的又一实施例的其中所述波长转换组件可沿两个方向x、y移动(平移)的色彩可调谐的发光装置140的示意图。在此实施例中，四个LED 142以正方形阵列形式布置且所述波长转换组件包括透明正方形板144，所述板可沿对应于轴x及y的两个方向移动。四个正方形波长转换区域146的对应正方形阵列提供于透明板144上。在此实例中，每一波长转换区域146均包含分别由线及点表示的两种不同磷光体材料，所述磷光体材料中的每一者的每单位面积浓度在整个波长转换区域变化。每一波长转换区域的波长转换性质沿x及y方向以大致相同方式变化。在图10中，将所述波长转换组件图解说明为处于使得每一波长转换区域146的中心部分重叠其相关联LED 142的位置中。所述装置所产生的光的色彩可通过沿方向x及y平移所述板来调谐。板144的移动范围由虚线148指示。
根据本发明的发光装置的特定益处是其可消除对装箱的需要。另一优点是与多色LED封装及其相关联的复杂控制系统相比成本减少。
应进一步了解，本发明并不限于所描述的具体实施例且可在本发明的范围内作出变化。举例来说，可使LED的数目及布置及/或波长转换组件的配置适于给定应用。

Claims (21)

1.一种色温可调谐的白色发光装置，其包括：激发源，其可操作以产生第一波长范围的光；及波长转换组件，其包括至少一种磷光体材料，所述至少一种磷光体材料可操作以将所述光的至少一部分转换成第二波长范围的光，其中所述装置所发射的白色光包括所述第一及第二波长范围的组合光，其中所述发光装置所产生的所述白色光的所述色温可通过所述波长转换组件与激发源的相对移动使得所述第一波长范围的所述光入射于所述波长转换组件的不同部分上来调谐，且其中所述至少一种磷光体材料的每单位面积浓度在空间上变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一种磷光体材料的厚度在空间上变化。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述厚度线性地变化。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述至少一种磷光体并入于透明材料中，其中每单位体积透明材料的所述至少一种磷光体材料的浓度恒定，且其中所述波长转换组件的厚度在空间上变化。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换组件在其提供有所述至少一种磷光体材料的表面上包括透明载体。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一种磷光体提供为在空间上变化的图案。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换组件进一步包括第二磷光体材料，所述第二磷光体材料可操作以将所述第一波长范围的所述光的至少一部分转换成第三波长范围的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一、第二及第三波长范围的组合光，且其中所述第二磷光体材料的每单位面积浓度在空间上变化。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换组件可相对于所述激发源移动且具有波长转换性质，所述波长转换性质变化且选自由以下变化组成的群组：沿单个维度的变化；沿两个维度的变化；及旋转地变化。
9.根据权利要求1所述的装置，且其进一步包括第二波长转换组件，所述第二波长转换组件包括第二磷光体材料，所述第二磷光体材料可操作以将所述第一波长范围的所述光的至少一部分转换成第三波长范围的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一、第二及第三波长范围的所述组合光，其中所述第二波长转换组件具有在空间上变化的波长转换性质，且其中所述源所产生的光的色彩可通过相对于所述激发源移动所述第一及第二波长转换组件使得所述第一波长范围的所述光入射于所述第一及第二波长转换组件的不同部分上来调谐。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一及第二波长转换组件可相对于彼此且相对于所述激发源独立地移动。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二磷光体材料的每单位面积浓度在空间上变化。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述第二磷光体材料的厚度在空间上变化。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述厚度线性地变化。
14.根据权利要求10所述的装置，其中所述第二磷光体并入于透明材料中，其中每单位体积透明材料的所述第二磷光体材料的浓度恒定，且其中所述波长转换组件的厚度在空间上变化。
15.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二波长转换组件在其提供有所述第二磷光体材料的表面上包括透明载体。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二磷光体材料提供为在空间上变化的图案，使得所述第二磷光体材料的所述每单位面积浓度在空间上变化。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述激发源包括发光二极管。
18.一种色温可调谐的白色发光装置，其包括：多个发光二极管，其可操作以产生第一波长的光；及波长转换组件，其可操作以将所述第一波长的光的至少一部分转换成第二波长的光，其中所述装置所发射的光包括所述第一及第二波长范围的组合光，且其中所述波长转换组件包括多个波长转换区域，所述多个波长转换区域包括至少一种磷光体材料，其中相应区域与所述发光二极管中的相应一者相关联，其中所述装置所产生的白色光的所述色温可通过相对于所述发光二极管移动所述组件使得来自每一发光二极管的所述第一波长范围的所述光入射于其相应波长转换区域的不同部分上来调谐，且其中所述至少一种磷光体材料的每单位面积浓度在空间上变化。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述多个发光二极管包括线性阵列，且所述波长转换区域包括对应的线性阵列，且其中所述发光装置产生的光可通过使所述组件相对于所述发光二极管阵列线性地位移来调谐。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述多个发光二极管包括二维阵列，且所述波长转换区域包括对应的二维阵列，且其中所述发光装置产生的光可通过使所述组件沿两个维度相对于所述发光二极管阵列位移来调谐。
21.根据权利要求18所述的装置，其中所述多个发光二极管包括圆形阵列，且所述波长转换区域包括对应的圆形阵列，且其中所述装置可通过使所述组件相对于发光二极管阵列旋转地位移来调谐。
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