CN102646782B - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置，其包括具有发射白光的第一光源的白光发射单元；红光发射单元，其包括发射白光的第二光源的和具有红色荧光物质的红色覆盖构件，所述红色荧光物质将来自第二光源的白光转换为红光；和绿光发射单元，其包括发射白光的第三光源和具有绿色荧光物质的绿色覆盖构件，所述绿色荧光物质将来自第三光源的白光转换为绿光。发光装置还包括用于单独驱动白光、红光和绿光发射单元的驱动器。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置，其包括多个固体发光源。
背景技术
发光二极管(LED)发射具有高亮度和低能耗的光并因此已经用作例如显示器、照明装置等的多种电设备的光源。近来，除了红色LED和绿色LED外随着蓝色LED已经商业化应用，这三种RGB(红绿蓝)颜色的LED已经被组合来产生出多种颜色的光。另外，还存在一种发光装置，其使用这种发射不同颜色光的LED光源并补偿地控制光的量从而调整混色光的色度。
在这些类型的发光装置中，当每个LED光源的色度变化范围大时，混色光的色度差也增加，这可能导致在不同发光装置中的色差。因此，已经公开了一种照明装置，其中用于发射非白色光的光源用树脂套覆盖以首先将所发射光的颜色转换为白色，然后通过被涂覆的彩色过滤器放射出所需颜色的光(例如参见公开号为No.4286935的日本专利(JP4286935B))。利用该照明装置能易于获得光源，因为它不需要限制光源为发出同样颜色光的光源。
然而，在JP4286935B所描述的照明装置中，除了白光之外的其它颜色的光首先转换成白光，因此在转换过程中会损失部分光线，这可能降低光的发射效率。特别地，当发射具有显著不同于白光发射光谱的光时，为了转换成白光必须增加包含在树脂套中的荧光物质的浓度，这将大大降级光发射效率。另外，在通过组合三色RGB的LED而发射白光然后进一步将生成的白光转换成不同颜色的光的情况下，颜色变换要进行两次，会导致光能损失的增加。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供了一种发光装置，其能降低混色光的色度变化并提高发光效率。
根据本发明的一个实施例，提供一种发光装置，其包括具有发射白光的第一光源的白光发射单元；红光发射单元，其包括发射白光的第二光源和具有红色荧光物质的红色覆盖构件，所述红色荧光物质将来自第二光源的白光转换为红光；绿光发射单元，其包括发射白光的第三光源和具有绿色荧光物质的绿色覆盖构件，所述绿色荧光物质将来自第三光源的白光转换为绿光；和用于单独驱动白光、红光和绿光发射单元的驱动器。
白光发射单元包括用于调节来自第一光源的白光的色度范围的调整覆盖构件。
根据本发明的实施例，发光装置包括红光和绿光发射单元，其分别通过在发射白光的LED单元上覆盖红色和绿色覆盖构件而形成。因此，有可能降低从红光和绿光发射单元发射的光的色度变化。因此，有可能降低从红光、绿光和白色光发射单元发出的光混合获得的光的色度变化。另外，因为白光发射单元使用如其实际上那样的发射白光的LED单元，有可能降低因为覆盖构件等引起的光损耗并提高发光装置的发射效率。
附图说明
本发明的目的和特征将通过结合附图给出的下述对实施例的说明而变得明显，其中：
图1是显示根据本发明一个实施例的发光装置的透视图；
图2A是包含在该发光装置中的白光发射单元的侧剖视图，图2B是包含在该发光装置中的红光发射单元的侧剖视图，和图2C是包含在该发光装置中的绿光发射单元的侧剖视图；
图3是一个图表，其显示了从包含在发光装置内的各个光发射单元发出的光的色度分布以及其混合颜色的色度分布；
图4是显示了从包含在发光装置内的白光发射单元发出的白色光的色度分布的图表；
图5是显示混合颜色光的色度分布的图表，其中色温在发光装置中被调节至2800K；和
图6是显示混合颜色光的色度分布的图表，其中色温在发光装置中被调节至5000K。
具体实施方式
下文中，根据本发明实施例的一种发光装置1将参照构成说明书一部分的附图1至6进行描述。该发光装置1包括多个发射不同颜色光的光发射单元2。发射白光的发光二极管(LED)单元20用作每个光发射单元2的光源。如图1所示，光发射单元2包括用于发射白光的白光发射单元2W，用于发射红光的红光发射单元2R，和用于发射绿光的绿光发射单元2G，每个光发射单元具有一个LED单元20。
每个红光发射单元2R还包括红色覆盖构件3R，其具有将LED单元20发射的光转换成红光的红色荧光物质。每个绿光发射单元2G还包括绿色覆盖构件3G，其具有将LED单元20发射的光转换成绿光的绿色荧光物质。每个白光发射单元2W必要时能进一步包括用于适当地调整LED单元20发射的白光的色度范围的调节覆盖构件6。另外，发光装置1包括用于独立地点亮白光发射单元2W、红光发射单元2R和绿光发射单元2G的驱动器4。发射一种颜色的各光发射单元独立于那些发射不同颜色的光发射单元而被驱动。
在图1所示的示例中，发光装置1具有如下的结构：其包括两个白光发射单元2W、四个红光发射单元2R和两个绿光发射单元2G。此外，两个白光发射单元2W中只有一个包括调整覆盖构件6。驱动器4安装在电路板5的中央部分，这样白、红和绿光发射单元2W、2R和2G的LED单元20被安装在电路板5上的特定部分以围绕驱动器4。
驱动器4具有对应于各光发射单元2W、2R和2G的输出端子组集，所述各光发射单元2W、2R和2G分别发出不同颜色的光。此外，电路板5包括以如下方式分别电连接光发射单元2W、2R和2G的布线电路7W、7R和7G，即，发出同样颜色的光发射单元被连接至驱动器4的同一组输出端子。具有这种结构的发光装置1优选地嵌入能控制发光装置1的发射光的色温的照明设备(未示出)中。
电路板5是用于通用的光发射模块的电路板，且可包括金属氧化物或金属氮化物(包括陶瓷)，例如具有电绝缘特性的氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)；金属；树脂；玻璃纤维；和/或类似物质。多个通孔51形成在电路板5的边缘部，这样相应的定位螺钉52能分别插过通孔51，从而将发光装置1固定在照明设备的主体(未示出)上。
如图2A所示，LED单元20包括LED芯片21、支撑LED芯片21的基垫(submount)构件22、以及安装板23，LED芯片21通过该基垫构件22安装在安装板23上。LED芯片21被覆有包含荧光物质的覆盖树脂24。此外，每个LED单元20还包括圆丘状的透明盖25，该透明盖25盖住LED芯片21和基垫构件22。此外，在透明盖25和安装板23之间充满密封剂26。
LED芯片21优选地通过使用发射蓝光的GaN基的蓝色LED芯片来实现，且未示出的阳极电极和阴极电极可以形成在具有矩形形状的蓝色LED芯片的一个表面上。此外，LED芯片21不局限于这样的结构。例如，阳极电极和阴极电极可以形成在不同的表面上。
至于覆盖树脂24，可使用透明树脂，例如包含YAG(钇铝石榴石)基黄色荧光物质的硅酮树脂等。覆有覆盖树脂24的LED芯片21能通过将从LED芯片21发出的蓝光与由黄色荧光物质进行的蓝光波长转换所产生的黄光进行混合，以发出白光。取代包含YAG基黄色荧光物质的覆盖树脂24的是，也可使用不包含YAG基黄色荧光物质的覆盖树脂24，并且黄色荧光物质可包含在密封剂26中。透明盖25和密封剂26可由例如硅酮树脂等的透明树脂形成。此外，优选的是，透明盖25和密封剂26用同样的材料形成或用具有相同折射率的不同材料形成。
基垫构件22可以是尺寸比LED芯片21大的矩形板构件。基垫构件22用具有高导热率的电绝缘材料形成。此外，基垫构件22在其上具有电极图案(未示出)，其通过使用结合线(未示出)或类似物电连接至每个LED芯片21的阳极电极和阴极电极。基垫构件22的安装表面可以构造为具有镜面反射或漫反射特性。LED芯片21例如通过利用焊料、银膏等等被安装至基垫构件22。
安装板23是尺寸比基垫构件22大的矩形板构件并通过具有导电图案(未示出)的印刷电路板来实施，所述导电图案连接至基垫构件22的电极图案。除了与基垫构件22的电极图案连接的一部分和用于外部连接的电极部分(未示出)外，导电图案用具有绝缘性能的保护层(未示出)覆盖。
此外，安装板23与基垫构件22的边缘接触并具有传热层(未示出)，所述传热层从安装板23和基垫构件22之间的接触部延伸至其外围，因此允许来自LED芯片21的热量通过基垫构件22和传热层消散。LED芯片21和基垫构件22安装在安装板23上，然后透明盖25通过粘合剂(未示出)被固定在安装板23上以盖住LED芯片21和基垫构件22，所述粘结剂例如为硅酮树脂、环氧树脂等等。
LED单元20是现成的模块，其可以从市场上供应。在美国定义的LED色标(ANSI标准)事实上被认定为国际标准。在符合该色标的LED单元中，色度变化的要求是距离黑体位置在预定范围内。所以，为了提高发光装置1的制造效率，相比于单独地制造和/或定制LED芯片21、覆盖树脂24等，更优选的是从市场上获得符合该色标的LED单元。
在LED单元20中，从LED芯片21发出的光穿过覆盖树脂24和密封剂26，并从透明盖25发出白光。当白光的色度保持位于预定的色度范围内时，正如下文所描述，该LED单元20用作白光发射单元2W，如其实际上那样。相反地，当从LED单元20发出的白光的色度不在该预定的色度范围内时，白光发射单元2W通过进一步使用用于调整色度范围的调整覆盖构件6(参见图1)来实施，如上所述。
调整覆盖构件6通过一种材料形成，其中红色荧光物质(例如CASN荧光物质(CaAlSiN3:Eu等))或绿色荧光物质(例如CSO荧光物质(CaSc2O4:Ce等))以所需浓度包含在例如硅酮树脂等的透明树脂内。由包含上述荧光物质的树脂形成的调整覆盖构件6设置为圆丘形状并与透明盖25相距一段小间隙。
如图2B所示，红光发射单元2R通过在上述LED单元20上提供红色覆盖构件3R来形成。红色覆盖构件3R通过使用一种材料形成，其中红色荧光物质(例如CASN：30％重量百分比)包含在与调整覆盖构件6同样的透明树脂中，并具有与调整覆盖构件6同样的形状。类似于红光发射单元2R，绿光发射单元2G通过在LED单元20上提供绿色覆盖构件3G而形成，如图2C所示，其中绿色荧光物质(例如CSO：30％重量百分比)被包含在透明树脂中。
图3显示了分别从按照上述形成的白光、红光和绿光发射单元2W、2R和2G发出光的色度分布。当符合ANSI标准的LED单元用作LED单元20时，来自每个单元的白光的色度分散在距黑体位置预定范围内。图3中，来自LED单元20(白光发射单元2W)的白光的色度通过使用白色矩形标志(□)标示。这里，白光的色度变化位于在同一附图中2W所标示的范围内。
此外，从红光发射单元2R发出的光的色度在附图中用白色圆圈标记(ο)来标示，其中所述红光发射单元2R通过在LED单元20上提供红色覆盖构件3R来形成。类似地，从绿光发射单元2G发出的光的色度在附图中用黑色三角形标记(▲)来标示，其中所述绿光发射单元2G通过在LED单元20上提供绿色覆盖构件3G来形成。红光和绿光的色度分散在分别用2R和2G标示的范围内。此外，白光、红光和绿光发射单元2W、2R和2G的混合光的色度用白色钻石标记(◇)标示。
红光发射单元2R和绿光发射单元2G分别通过取决于来自作为光源的LED单元20的白光的色度，调整包含在红色和绿色覆盖构件3R和3G中的荧光物质的含量、混合比等而形成。因此，至于红光和绿光发射单元2R和2G，与从LED单元20(白光发射单元2W)发出的白光的色度变化相比较，有可能缩小其中所发射的光的色度被分散的该范围。
同样地，因为发光装置1包括通过在发射白光的LED单元20上分别覆盖红色覆盖构件3R和绿色覆盖构件3G而形成的红光发射单元和绿光发射单元，这有可能减少从红光和绿光发射单元发出的光的色度变化。因此，有可能降低从红光、绿光和白光发射单元2R、2G和2W发出的光混合获得的光的色度变化。
然而，如上所述，来自LED单元20的白光的色度分散在预定范围内。即使红光和绿光发射单元2R和2G产生少量色度变化，当白光发射单元2W的色度被分散在较宽的范围内时，相应混合光的色度事实上也不能与所需的色度范围匹配，因而从所制造的发光装置发出的光可能显示出超出所要求色度范围的色度。
因此，如图4所示，在预定的色度范围b6内，LED单元20可如其实际那样用作白光发射单元2W。然而，当从LED单元20发出的白光的色度在色度范围b5内时，调整覆盖构件6被覆盖在LED单元20上，从而将穿过调整覆盖构件6发出的光的色度偏移到色度范围b6内。因此，有可能将从白光发射单元2W发出的白光的色度保持在色度范围b6内。
图5显示了通过驱动以前述方式提供的多个发光装置1中的各白光、红光和绿光发射单元2W、2R和2G而发射的光的色度分布，其中所发射的光(混合光)的色温被调整至2800K。当调整覆盖构件6不用于白光发射单元2W时，所发射的光的色度分散在图5中用短划线标示的范围内。
相反地，当调整覆盖构件6被恰当地使用时，所发射的光的色度被保持在附图中实线框标示的范围内。这时，所发射的光的色度变化的偏差(Δx，Δy)在下述范围内，即不大于(0.0123，0.0082)并且色温上的变化ΔK不大于164K。此外，当调整覆盖构件6被恰当使用时，色度差降至在调整覆盖构件6不使用的情形下的41％。
图6显示了从图5中示出的试验中使用的发光装置1发出的光的颜色分布，其中在该附图中，所发射的光的色温被调节至5000K。当调整覆盖构件6被适当地用于白光发射单元2W时，所发射的光的色度变化的偏差(Δx，Δy)在下述范围内，即不大于(0.0204，0.0238)并且色温上的偏差ΔK不大于623K。当调整覆盖构件6被恰当使用时，色度差降至在调整构件6不使用的情形下的52％。
按照本发明的发光装置1，从白光发射单元2W发出的白光的色度变化能通过取决于从用于白光发射单元2W的LED单元20发出光的色度而适当地确定是否使用调整覆盖构件6而降低。另外，通过联合和单独驱动每个发光装置中的白光、红光和绿光发射单元2W、2R和2G，有可能发射具有所需色温的混合颜色的光并降低从各发光装置发出的混合颜色光的色度变化。
此外，显示其所发射光的色度在所需范围内的LED单元20如其实际上那样用作白光发射单元2W而不使用调整覆盖构件6。在这种情况下，因为白光发射单元2W使用发射白光的LED单元20而不需使用调整覆盖构件6，有可能降低因为覆盖构件等引起的光损耗并提高发光装置1的发射效率。此外，由于使用调整覆盖构件6，即使发射其色度不在所需色度范围内的白光的LED单元20也能在发光装置1的制造中使用而没有浪费，从而提高了LED单元20的利用率。
本发明不被局限于前述的实施例，多种修改也是可行的。例如，发射其色度不在预定色度范围内的白光的LED单元20可优选地应用于红光或绿光发射单元2R或2G，其中的色度能通过荧光物质被轻易调整。以这样的方式，发射具有保持在预定色度范围(参见例如图4的b6)内的色度的光的LED单元20能优选地用于白光发射单元2W。在这种情况下，调整覆盖构件6不再需要，因此进一步提高发光装置1的发光效率。
本发明已经就各实施例进行了显示和说明，但是本领域技术人员应当理解，多种改变和修改可在不脱离下述权利要求所限定的本发明范围下做出。

Claims (1)

1.一种发光装置，包括：
白光发射单元，其包括发射白光的第一光源；
红光发射单元，其包括发射白光的第二光源和具有红色荧光物质的红色覆盖构件，所述红色荧光物质将来自第二光源的白光转换为红光；
绿光发射单元，其包括发射白光的第三光源和具有绿色荧光物质的绿色覆盖构件，所述绿色荧光物质将来自第三光源的白光转换为绿光；和
被构造为用于单独驱动白光、红光和绿光发射单元的驱动器，
其中第一、第二、第三光源中的每个都包括发射蓝光的LED芯片和将所述蓝光转换为黄光的荧光物质，并且
其中第一、第二、第三光源中的每个都通过将未由荧光物质转换的蓝光的一部分与由荧光物质产生的黄光相混合来发射白光，
其中所述发光装置还包括附加的白光发射单元，所述附加的白光发射单元包括发出白光的第四光源和调整覆盖构件，所述调整覆盖构件被构造成调节来自所述第四光源的白光的色度范围，借此减少所述白光发射单元和所述附加的白光发射单元之间的色度差。
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