CN102598861A

CN102598861A - 光发射装置

Info

Publication number: CN102598861A
Application number: CN2010800523199A
Authority: CN
Inventors: S.凯泽; T.孔茨; J.穆沙韦克
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: JP5705231B2; DE102009054067A1; US8946999B2; EP2502460A1; US20120268016A1; EP2502460B1; KR20120084786A; JP2013511828A; CN102598861B; WO2011061035A1

Abstract

本发明说明了一种光发射装置（100），包括至少一个第一类型的发光二极管（1）；设置在第一类型的发光二极管（1）之后的转换元件（3）；至少一个第二类型的发光二极管（2）；用于运行第二类型的发光二极管（2）的控制电路（5）。

Description

光发射装置

说明了一种光发射装置。

本专利申请要求德国专利申请10 2009 054 067.9的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

要解决的任务是，说明一种光发射装置，其特别耐老化并且也可以成本低廉地制造。

根据光发射装置的至少一个实施形式，该装置包括至少一个第一类型的发光二极管，其带有用于产生电磁辐射的半导体本体。“第一类型的发光二极管”在该上下文中意味着发光二极管在电磁辐射、即由发光二极管发射的电磁辐射的频谱内的发射波长范围方面的特征。优选的是，发光二极管发射在电磁辐射的频谱的紫外和/或蓝色范围中的光。

根据所述光发射装置的至少一个实施形式，第一类型的发光二极管之后设置有转换元件，其将电磁辐射的至少一部分转换为第一颜色的光。转换元件将一个波长范围的光变换为另外的波长范围的光。例如，转换元件将第一类型的发光二极管主要发射的蓝光至少部分地变换为绿光。

根据所述光发射装置的至少一个实施形式，该光发射装置包括至少一个第二类型的发光二极管，其带有用于产生第一颜色的光的半导体本体。换而言之，第二类型的发光二极管以及转换元件发射相同颜色的光。当对于观察者而言颜色表现相同时，转换元件和第二类型的发光二极管的光称为相同颜色的光。

根据至少一个实施形式，光发射装置包括辐射出射面，第一颜色的光从该辐射出射面出射。在此，由转换元件发射的第一颜色的光以及第二类型的发光二极管发射的第一颜色的光都从辐射出射面出射。

根据所述光发射装置的至少一个实施形式，该光发射装置包括控制电路用于运行第二类型的发光二极管。“运行”在该上下文中意味着，控制电路例如调节和确定用于第二类型的发光二极管的馈电大小、馈电持续时间和/或电压。此外可能的是，控制电路附加地运行第一类型的发光二极管。

根据所述光发射装置的至少一个实施形式，转换元件包含至少一个发光转换材料，其设计用于发射第一颜色的光。也可能的是，转换元件包含其他的发光转换材料，其发射其他颜色的光。例如，发光转换材料为磷，其发射绿光。

根据至少一个实施形式，随着第一类型的发光二极管的增加的工作持续时间，由转换元件发射的第一颜色的光的强度降低。基本上，其原因在于，在转换元件中包含的发光转换材料倾向于在短的工作持续时间之后和/或在短时间的电磁辐射入射之后老化。由于发光转换材料的低的老化稳定性，转换元件随着增加的工作持续时间而发射更少的第一颜色的光，由此转换元件发射的第一颜色的光的强度降低。换而言之，转换元件由于在转换元件中包含的发光转换材料的老化现象而不能表现出稳定的色彩转换。

根据光发射装置的至少一个实施形式，控制电路根据当前测量值的至少之一来控制第二类型的发光二极管：转换元件发射的第一颜色的光的强度、转换元件的温度、第一类型的发光二极管的工作持续时间、从辐射出射面出射的光的颜色位置（Farbort）。

根据光发射装置的至少一个实施形式，该光发射装置包括至少一个第一类型的发光二极管，其带有用于产生电磁辐射的半导体本体，以及包括设置在第一类型的发光二极管之后的转换元件，其将电磁辐射的至少一部分转换为第一颜色的光。此外，光发射装置包括至少一个第二类型的发光二极管，其带有用于产生第一颜色的光的半导体本体，其中从辐射出射面出射第一颜色的光。此外，光发射装置包括控制电路用于运行第二类型的发光二极管。转换元件包含至少一种发光转换材料，其设计用于发射第一颜色的光，其中随着第一类型的发光二极管的增加的工作持续时间，转换元件发射的第一颜色的光的强度降低。控制电路根据如下测量值来控制转换元件发射的第一颜色的光的强度：转换元件的温度、第一类型的发光二极管的工作持续时间、从辐射出射面出射的光的颜色位置，第二类型的发光二极管。

这里所描述的光发射装置在此尤其是基于如下认识：在转换元件中包含的发光转换材料在短的工作持续时间之后已经倾向于表现出老化现象。老化行为通常原因是高的工作温度、湿气作用或者用电磁辐射的照射。由第一类型的发光二极管产生的电磁辐射被设置在第一类型的发光二极管之后的转换元件至少部分地转换为第一颜色的光。因为转换元件已经在短的工作持续时间（相比于第一类型的发光二极管的寿命而言）之后，即在短时地被电磁辐射入射之后表现出老化现象，所以转换元件发射较少的转换后的光。也就是说，转换后的光的强度降低。如果例如由转换元件发射的光与第一发光二极管的光混合，则光通过其出射的辐射出射面根据工作持续时间具有不同的色调。换而言之，在辐射耦合输出面上的颜色位置根据工作持续时间而推移。

现在为了能够对抗这种颜色位置推移，并且同时提供成本低廉的光发射装置，这里描述的光发射装置尤其是利用了如下思想：提供至少一个第二类型的发光二极管，其带有用于产生第一颜色的光的半导体本体，其中控制电路用于运行第二类型的发光二极管，并且根据测量值来控制第二类型的发光二极管。

借助控制电路自动微调第二类型的发光二极管，由此补偿了由于发光转换材料的老化不稳定性而导致的色彩损失。例如，第二类型的发光二极管随着增大的工作持续时间而被更强地馈电，由此第二类型的发光二极管补偿由于在转换元件中的发光转换材料的老化而引起的、所损失的强度和色彩部分。也就是说，借助第二类型的发光二极管的自动微调，在辐射出射面上的强度、颜色位置和/或亮度保持尽可能恒定。在最简单的实施形式中，第二类型的发光二极管在预先给定的总工作持续时间之后接通光发射装置。如下工作持续时间被选择为预先给定的总工作持续时间：从该工作持续时间开始，根据经验，转换后的光的强度下降直到了需要通过第二类型的发光二极管来增强的程度。例如，这种光发射装置特别良好地适于作为电视或者显示器的背光照明装置。

根据光发射装置的至少一个实施形式，控制电路根据所提及的测量值的至少之一来提高或者降低第二类型的发光二极管发射的第一颜色的光的强度。也可能的是，控制电路根据所提及的测量值中的多个或者全部来提高或者降低所述强度。有利地，于是可以实现根据工作持续时间来借助控制电路特别精确地自动微调第二类型的发光二极管。

根据光发射装置的至少一个实施形式，设置有检测器，其确定从辐射出射面出射的光的强度和/或颜色位置，并且将测量值传输给控制电路，控制电路根据测量值来控制第二类型的发光二极管。例如，检测器检测从辐射出射面出射的光的第一颜色的强度。在检测之后，检测器将与强度相对应的值传输给控制电路，随后控制电路接通第二类型的发光二极管，以便例如补偿强度缺少。

根据光发射装置的至少一个实施形式，设置有温度传感器，其测量转换元件的温度并且将测量值传输给控制电路，控制电路根据测量值来控制第二类型的发光二极管。因为尤其是在转换元件中包含的发光转换材料随着增高的工作温度而倾向于效率更低地转换电磁辐射和/或在不同的工作温度情况下发射不同颜色位置的光，所以温度传感器有利地能够实现确定转换元件的工作温度，由此借助控制电路可以“根据温度地”接通第二类型的发光二极管。这可以意味着，通过控制电路随着转换元件的升高的温度而更强地对第二类型的发光二极管馈电，而为了补偿转换元件的增大的温度加热将第一类型的发光二极管“调暗”。

根据光发射装置的至少一个实施形式，在工作期间从偏离转换元件发射的光的最大强度的最高10％开始，接通第二类型的发光二极管。换而言之，在工作期间，沿着辐射出射面的对于外部观察者而言的亮度与最大亮度偏离最大10％。

根据光发射装置的至少一个实施形式，在工作期间从由检测器所测量的颜色位置坐标与根据光发射装置的制造所确定的参考颜色位置坐标偏离最高10％、优选最高5％开始，接通第二类型的发光二极管。例如，根据偏差来对第二类型的发光二极管不同地馈电。“颜色位置坐标（Farbortkoordinaten）”在此通过标准价系统CIE中的颜色位置坐标系的X坐标C_x和Y坐标C_y来确定。

根据光发射装置的至少一个实施形式，由第一类型的发光二极管发射的辐射和由转换元件发射的光耦合输入到第一光导体中，而第二类型的发光二极管的光耦合输入到第二光导体中。第一光导体和第二光导体于是彼此分离。例如，第一光导体和第二光导体彼此堆叠并且彼此直接接触，使得在第一光导体和第二光导体之间既不形成间隙也不形成中断。通过将第二类型的发光二极管的第一颜色的光耦合输入到与第一光导体分离的第二光导体中，光在第二光导体内首先特别均匀地混合。在两个光导体中的光混合之后，光才分别又从两个光导体在光出射方向上耦合输出。从第一光导体中耦合输出的光于是可以与从第二光导体耦合输出的光至少部分地在辐射出射面上混合，以便在那里从光发射装置耦合输出。在该实施形式中，辐射耦合输出面可以通过第二光导体的背离第一光导体的外表面来形成。

根据光发射装置的至少一个实施形式，第一光导体在垂直方向上至少为第二光导体的两倍厚。在此，“垂直”意味着垂直于第一光导体和第二光导体的主延伸方向的方向。优选的是，第一光导体具有2mm至6mm的厚度，第二光导体具有0.5mm至1mm的厚度。有利的是，通过这样小的厚度，尤其是第二光导体的这样小的厚度，光发射装置对于外部观察者而言特别扁平。此外，通过两个光导体的小的厚度，光导体的材料成本特别低廉。

根据光发射装置的至少一个实施形式，第一光导体和第二光导体彼此间隔地布置，其中在第一光导体和第二光导体之间设置有辐射透射的层。“辐射透射”意味着，该层对于电磁辐射而言至少直至80％、优选至少直至90％可透射。例如，辐射透射的层是用硅树脂形成的层。优选的是，辐射透射的层与第一光导体和第二光导体的朝向彼此的外表面直接邻接。优选的是，辐射透射的层具有折射率，该折射率在第一光导体和第二光导体的折射率之间。通过透射辐射的层的折射率匹配，将尽可能大的光成份从第一光导体和第二光导体耦合输出，由此减小了到光导体中的干扰性的反向反射和/或全反射。根据光发射装置的至少一个实施形式，由第一类型的发光二极管发射的辐射、由转换元件发射的光和第二类型的发光二极管的光耦合输入到一个唯一的光导体中。也就是说，光发射装置包括恰好一个耦合输入到其中的光导体。有利的是，在光发射装置内产生的全部光在该唯一的光导体中混合，使得从光导体耦合输出的光在辐射出射面上对于外部观察者而言产生特别均匀的色彩印象。

根据光发射装置的至少一个实施形式，第二类型的发光二极管设置在光导体的侧面上。通过所述侧面对光导体侧向地形成边界。例如，侧面横向于或者垂直于光导体的主延伸平面走向。通过将第二类型的发光二极管设置在侧面上，可以将第二类型的发光二极管发射的光通过侧面耦合输入到光导体中。例如，第一类型的发光二极管也设置在光导体的侧面上。“侧向的”设置能够有利地实现特别扁平的装置，也即具有特别小的厚度的装置。

根据至少一个实施形式，第二类型的发光二极管设置在光导体的角的区域中。有利的是，由第二类型的发光二极管通过角部耦合输入到光导体中的光可以特别均匀地、例如扇形地从角部出发在光导体中传播，并且与由第一类型的发光二极管耦合输入到光导体中的光混合。如果光发射装置包括多个第二类型的发光二极管，则优选光导体的所有角用其覆盖。对于光导体例如具有四个角的情况，四个角的每个都用至少一个第二类型的发光二极管占据。光发射装置于是具有至少四个第二类型的发光二极管。

在该上下文中可能的是，将光学元件例如透镜设置在第二类型的发光二极管和光导体之间。例如，光学元件于是可以施加到第二类型的发光二极管上。优选的是，光学元件产生第二类型的发光二极管的更大的发射角，由此已经更大面积地耦合输入到光导体中。

根据光发射装置的至少一个实施形式，其包括至少一个另外的在转换元件中包含的发光转换材料，其将辐射的至少一部分转换为另外的颜色的光。例如，另外的颜色的光是红光。换而言之，于是可以将第一类型的发光二极管发射的蓝光在转换元件中部分地转换为红光和绿光，其随后可以与第一类型的发光二极管发射的蓝光一同混合为白光。此外可能的是，转换元件还包含其他的发光转换材料，其将第一类型的发光二极管发射的电磁辐射部分地转换为另外的颜色。

此外，光发射装置包括至少一个另外类型的发光二极管，其带有用于产生另外颜色的光的半导体本体。如果另外颜色的光为红光，则优选另外类型的发光二极管也发射红光。同样地，光发射装置可以具有附加的另外类型的发光二极管用于产生不同颜色。

随着第一类型的发光二极管的增加的工作持续时间，由转换元件转换为其他颜色的光的辐射强度降低。

此外，控制电路附加地运行至少一个另外类型的发光二极管，并且根据所述测量值来对其控制。

下面借助实施例和附图进一步阐述这里描述的光发射装置。

图1至图3以示意图示出了这里描述的光发射装置的实施例。

在实施例和附图中，相同或者作用相同的组成部分分别设置有相同的附图标记。所示的元件不能视为合乎比例，而是各元件为了更好理解而可以被夸大地示出。

在图1中借助示意性侧视图示出了这里描述的光发射装置100，其具有第一光导体400和第二光导体500。例如，两个光导体用聚甲基丙烯酸甲酯（也称为PMMA）或者玻璃形成。此外，第二光导体500可以用如下材料形成：该材料特别良好地传导第一颜色33A的光，例如绿光。在侧向，即在第一光导体400和第二光导体500的侧面610和618的区域中设置有第一类型的发光二极管1和第二类型的发光二极管2。在第一类型的发光二极管1上施加有转换元件3用于对第一类型的发光二极管1发射的电磁辐射进行转换。转换元件3部分地将第一类型的发光二极管1发射的电磁辐射转换为另外波长的光。在此，第一类型的发光二极管1是带有用于产生蓝光的半导体本体11的发光二极管。由于在转换元件3中包含的发光转换材料300，由第一类型的发光二极管1耦合输入到转换元件3中的蓝光部分地转换为绿光。绿光和蓝光于是混合为白光并且得到混合光M。接着，混合光M通过第一光导体400的侧面610耦合输入到第一光导体400中，并且在其中优选均匀地分布。

第二类型的发光二极管2是带有用于产生第一颜色的光33A的半导体本体22的发光二极管。在此，第一颜色的光33A是绿光。由第二类型的发光二极管2发射的第一颜色的光33A通过第二光导体500的侧面618耦合输入到第二光导体500中。在第一光导体400的外表面450和第二光导体500的外表面550之间设置有辐射透射的层320，其例如用硅树脂形成。第一光导体400和第二光导体500通过辐射透射的层320彼此连接。在光耦合输入到光导体400和500中之后，光从两个光导体400和500在光出射方向2000中耦合输出。在辐射出射面4上，从第一光导体400耦合输出的混合光M以及从第二光导体500耦合输出的第一颜色的光33A例如混合为白光。

此外，光发射装置100包括控制电路5用于运行第一类型的发光二极管1和第二类型的发光二极管2。此外，光发射装置100具有温度传感器1000和检测器200。温度传感器1000测量转换元件3的温度并且将与测量值相应的值701传输给控制单元。检测器200在辐射出射面4上测量从辐射出射面4出射的光的强度以及颜色位置，其中检测器200将与测量值相应的值700传输给控制电路5。控制电路因此根据转换元件3发射的第一颜色的光33A、转换元件3的温度、第一类型的发光二极管1的工作持续时间、从辐射出射面4出射的光的颜色位置来控制第一类型的发光二极管1和第二类型的发光二极管2。同样可能的是，控制电路仅仅根据一种测量值、例如第二类型的发光二极管2的工作持续时间来控制第一类型的发光二极管1和/或第二类型的发光二极管2。检测器2000和温度传感器1000于是并不需要。例如，于是光发射装置仅仅包括工作时间计数器，其将相应的时间值传输给控制电路5。

图2以示意性俯视图示出了光发射装置100，其带有一个唯一的光导体600。例如，光导体600用聚甲基丙烯酸甲酯或者玻璃形成。同样可能的是，光导体600用两个彼此对置的膜形成，在其间存在空气作为针对光的传播介质（也称为空气引导体）。膜的一个于是可以反射性地构建，其中通过相应的另外的部分反射的和/或部分吸收的膜（其形成光发射装置100的辐射出射面4），光从光导体600耦合输出。换而言之，于是反射膜和辐射出射面4彼此对置。

第一类型的发光二极管1和第二类型的发光二极管2都沿着侧面610设置。此外，另外类型的发光二极管10沿着侧面610设置，其具有半导体本体12用于产生另外颜色的光33B，在此为红光。可能的是，发光二极管1、2和10沿着侧面610在可预先给定的图案中、例如周期性地彼此散开或者成组地设置。此外，转换元件3除了这里描述的发光转换材料300之外附加地具有发光转换材料310。发光转换材料310将第一类型的发光二极管1发射的电磁辐射、在此为蓝光部分地转换为另外颜色的光33B，例如红光。所有的三种光颜色即蓝、红和绿于是可以混合为白光混合光M。所发射的混合光M以及第一颜色的光33A和第二颜色的光33B因此耦合输入到一个唯一的光导体600中并且在光导体600内又尽可能均匀地混合。

可能的是，光导体本身具有光耦合输入结构619。例如，侧面610于是构建为这种光耦合输入结构619的形式。光耦合输入结构619于是可以包括粗化部或者透镜式地构建。此外，这种光耦合输入结构619例如可以施加到侧面610上。耦合输入结构619可以显著提高发光二极管和转换元件3发射的光的耦合输入效率。“耦合输入效率”在该上下文中意味着，实际耦合输入到光导体600中的辐射占投射到光导体600上的辐射的比例。也可能的是，耦合输入结构619仅仅提高第二类型的发光二极管2和/或另外类型的发光二极管10到光导体600中的光的耦合输入效率。耦合输入结构619于是可以是波长选择性的和/或针对发光二极管2和10的发射波长范围来协调。

可替选地或者附加地，可以在第二类型的发光二极管2和/或另外类型的发光二极管10的一个或者多个之间设置光学元件620。借助该光学元件620可以有利地产生第二类型的发光二极管2和/或另外类型的发光二极管10的更大的发射锥。例如，光学元件620是光扩展透镜，其分别安置到第二类型的发光二极管2和/或另外类型的发光二极管10上。通过光扩展透镜620，可以将发光二极管发射的光大面积地、例如通过位于侧面600上的耦合输入结构619耦合输入到光导体600中。

有利的是，可以基于改善的耦合输入效率而将第二类型的发光二极管2和/或另外类型的发光二极管10的数量保持为尽可能小，由此显著节省了用于制造光发射装置100的成本。

图3不同于图2的实施例示出了第二类型的发光二极管2仅仅设置在角611上，其中第一类型的发光二极管1位于侧面610上。有利地，于是将第二类型的发光二极管2产生的光的尽可能大的部分耦合输入到光导体600中，并且例如可以扇状地从角611出发在光导体600中传播。在光导体600的俯视图中，其为矩形。也就是说，光发射装置100包括至少四个第二类型的发光二极管2，其仅仅放置在角611上。有利的是，通过第二发光二极管2的光的“角耦合输入”，需要较小数目的第二类型的发光二极管2，这例如证明为成本特别低廉。

在该上下文中要指出的是，可替选地，第二类型的发光二极管2除了设置在角611上附加地也可以沿着光导体600的侧面610来安装。

本发明并未通过借助实施例的描述而受到限制。更确切地说，本发明包括任意新的特征和特征的任意组合，这尤其是权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中被说明。

Claims

1.一种光发射装置（100），包括：

－至少一个第一类型的发光二极管（1），其带有用于产生电磁辐射的半导体本体（11）；

－第一类型的发光二极管（1）之后设置的转换元件（3），其将电磁辐射的至少一部分转换为第一颜色的光（33A）；

－至少一个第二类型的发光二极管（2），其带有用于产生第一颜色的光（33A）的半导体本体（22）；

－辐射出射面（4），第一颜色的光（33A）从该辐射出射面出射；

－控制电路（5），用于运行第二类型的发光二极管（2）；其中

－转换元件（3）包含至少一种发光转换材料（300），其设计用于发射第一颜色的光（33A）；

－随着第一类型的发光二极管（1）的增加的工作持续时间，由转换元件（3）发射的第一颜色的光（33A）的强度降低；

－控制电路（5）根据如下测量值（700，701）的至少之一来控制第二类型的发光二极管（2）：转换元件（3）发射的第一颜色的光（33A）的强度、转换元件（3）的温度、第一类型的发光二极管（1）的工作持续时间、从辐射出射面（4）出射的光的颜色位置。

2.根据权利要求1所述的光发射装置（100），其中控制电路（5）根据所提及的测量值的至少之一来提高或者降低第二类型的发光二极管（2）发射的第一颜色的光（33A）的强度。

3.根据上述权利要求之一所述的光发射装置（100），其中设置有检测器（200），其确定从辐射出射面（4）出射的光的强度和/或颜色位置，并且将测量值（700）传输给控制电路（5），控制电路根据测量值（700）来控制第二类型的发光二极管（2）。

4.根据上述权利要求之一所述的光发射装置（100），其中设置有温度传感器（1000），其测量转换元件（3）的温度并且将测量值（701）传输给控制电路（5），控制电路根据测量值（701）来控制第二类型的发光二极管（2）。

5.根据权利要求3至4之一所述的光发射装置（100），其中在工作期间从偏离转换元件（3）发射的光的最大强度的最高10％开始，接通第二类型的发光二极管（2）。

6.根据权利要求3至5之一所述的光发射装置（100），其中在工作期间从由检测器（200）所测量的颜色位置坐标与根据该光发射装置的制造而确定的参考颜色位置坐标偏离最高10％开始，接通第二类型的发光二极管（2）。

7.根据上述权利要求之一所述的光发射装置（100），其中由第一类型的发光二极管（1）发射的辐射和由转换元件（3）发射的光耦合输入到第一光导体（400）中，而第二类型的发光二极管（2）的光耦合输入到第二光导体（500）中。

8.根据上一权利要求所述的光发射装置（100），其中第一光导体（400）在垂直方向上至少为第二光导体（500）的两倍厚。

9.根据权利要求7至8之一所述的光发射装置（100），其中第一光导体和第二光导体（400，500）彼此间隔地布置，其中在第一光导体和第二光导体之间设置有辐射透射的层（320）。

10.根据权利要求1至6之一所述的光发射装置（100），其中由第一类型的发光二极管（1）发射的辐射、由转换元件（3）发射的光和第二类型的发光二极管（2）的光耦合输入到一个唯一的光导体（600）中。

11.根据上一权利要求所述的光发射装置（100），其中第二类型的发光二极管（2）沿着光导体（600）的侧面（610）设置。

12.根据权利要求10至11之一所述的光发射装置（100），其中第二类型的发光二极管（2）设置在光导体（600）的角（611）的区域中。

13.根据上述权利要求之一所述的光发射装置（100），包括：

－在转换元件（3）中包含的另外的发光转换材料（310），其将辐射的至少一部分转换为另外颜色的光（33B）；

－至少一个另外类型的发光二极管（10），其带有半导体本体（12）用于产生另外颜色的光（33B）；

－随着第一类型的发光二极管（1）的增加的工作持续时间，由转换元件（3）转换为其他颜色的光（33B）的辐射强度降低；

－控制电路（5）附加地运行至少一个另外类型的发光二极管（10）；

－控制电路（5）根据所述测量值控制所述至少一个另外类型的发光二极管（10）。