CN102751429A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有增强颜色均匀性的发光装置。该发光装置,其位于基板上,包括光产生元件,用于产生波长在第一波长范围内的光;贴附在基板上的透明框架,其围住光产生元件;波长转换层,用于将光产生元件产生的部分光转换成波长在第二波长范围内的光,其覆盖住光产生元件的发光面和至少部分透明框架,因此捕获光产生元件产生的大部分光;散射框架,其将途经的光线散射,其覆盖住发光面的周围部分,因此接收部分离开波长转换层的光。所述的部分光在散射框架内被充分混合。

Description

发光装置
【技术领域】
本发明涉及连接在安装基板上的发光装置,特别涉及一种发光装置,其发出的光具有增强的颜色均匀性。
【背景技术】
和传统灯具如白炽灯、卤素灯和日光灯相比,使用发光二极管(LED)做为光源的灯有很多优点。这些优点包括较长的寿命、较高的电光转换效率,而且对环境无害,因为LED灯不含水银。基于这些优点,LED已经被广泛应用于照明应用中。
产生红光、黄光、绿光或蓝光的LED是普遍随手可得的。这些LED可以用于各种应用,如用于路牌显示和交通信号灯。在照明应用中,如照亮报纸来阅读,我们会选择白光。由于白光有较大范围的波长,而通常LED产生的光只有较窄的范围,所以需要额外的步骤将LED产生的光转换为白光。典型的方法是采用蓝光LED和一层荧光粉,当蓝光LED产生的一部分蓝光激发荧光粉后便会发出黄色荧光。黄色荧光和其余的蓝光混合便会产生白光。但是,混合这两种光成分通常是很难的。因为蓝光LED产生的蓝光通常是方向性的,而黄色荧光是全向的,混合这两种光成分是有困难的。于是当白光投射到白色平面上时,在照射区域便会出现一圈黄色的圆环围绕着照射区域中心的白色区域。导致LED发光装置发出的光在照射区域上,有可察觉的颜色非均匀性。
光的颜色通常用“色温”来度量。从一个理想的黑色物体发出的电磁辐射的色温被定义为其表面温度,单位是开尔文(Kelvin),或者迈尔德(micro-reciprocal Kelvins,微倒数开尔文)。色温通常被使用来比较光源。但是,由于许多光源如日光灯和LED都不是通过热辐射而发光,所以通常使用“相关色温”来描述这些光源的“色温”。它是根据人对近似“热辐射”色温的感知而定的。但是,为方便起见,在此使用的术语“色温”既指实际的色温,也指相关色温。
色温的分布可以通过复杂的附属光学器件如专门设计的纹理反射器而变得更均匀。但是不仅生产该具有复杂的附属光学器件的发光装置的制作成本提高了,而且另一个缺点是该发光装置不能做到小型化,因为复杂的附属光学器件通常都要远远大于LED。所以一个可以做到小尺寸而又不需要复杂的附属光学器件、又能提供感知上均匀色温给照明区域的发光装置,在很多应用里是有用的。在此说明书和所附的权利要求里,色温的感知均匀度是指一个普通人感知到或主观感觉到(一个照明区域内的)色温是足够均匀的。尽管这能够量化测量,但是灯具制造商有时就喜欢根据观察者的主观评估。而且,因为LED灯具要替代白炽灯,制造商通常希望能造到跟白炽灯泡光源发出的光一样,而且是消费者满意的。
美国专利US7973327披露了一种设计,在LED的外侧面围绕一散射环,LED发出的一部分光通过外侧面而散射入荧光层,荧光层位于散射环和LED之上。因为有了散射,LED发出的蓝光经过外侧面而进入荧光层后,就变得没那么有方向性了,所以促进了黄色荧光和没有转换成荧光的蓝色散射光的混合。但是,即使照射区域的色温感知均匀度得到提高,然而前述设计造成的光损失会有10%到20%之高。
在美国专利US6917057,它提到在LED之上的荧光层内的荧光粒子的空间分布是不均匀的,因为随着LED周围高度有阶跃变化,所以在制作过程中,在荧光层中沉积荧光粒子是不均匀的。美国专利US6917057还披露,一个无荧光粉的、高度至少是LED高度的1/4的透明层首先围住LED,因此减少了高度上的阶跃变化。然后荧光层沉积在LED和无荧光粉的透明层之上。但是,虽然上述设计的光损失保持在7%之下,但是可感知的色温非均匀性对观看者来说是不可接受的。
美国专利US7999283披露了一个有光散射材料在内的封装的发光装置,该散射特征是按照发出光的空间辐射图案(spatial emissionpattern)和色温均匀性来定制的。该散射特征是通过在空间改变光散射材料的浓度而做到的。虽然光损失可以控制在一个满意数值上,色温均匀度也可以做到感知上可接受的,但是一个缺点就是在封装安装上的制作复杂度,导致高的制作成本。
因此有这样的需求:发光装置发出的光能提供可接受的感知色温均匀性,不会有太多的光损失,还能做到小尺寸,没有太高的制作复杂度。
【发明内容】
本发明披露了一种发光装置,其贴附在安装基板上。该发光装置包括光产生元件,用于产生波长在第一波长范围内的光。光产生元件有:发光面,光产生元件产生的大部分光从所述发光面射出;与发光面相反的底面,底面贴附在基板上;外侧面,其连接底面和发光面。发光装置还包括透明框架,其也贴附在基板和外侧面上,并没有覆盖住发光面,因此使得所述光产生元件被所述透明框架围绕住。发光装置还包括波长转换层,其用于将所述光产生元件产生的部分光转换成波长在第二波长范围内的光。另外,波长转换层覆盖住所述发光面和至少部分所述透明框架,因此捕获所述光产生元件产生的大部分光。由此,离开所述波长转换层的光包括第一光成分和第二光成分,其中所述第一光成分包含的光的波长在所述第一波长范围内,所述第二光成分包含的光的波长在所述第二波长范围内。发光装置还包括散射框架,其用于将途经的光线散射。所述散射框架覆盖住部分所述波长转换层的顶部和其侧面周围部分。因此,散射框架接收部分离开所述波长转换层的光,其中所述部分光是离开靠近所述发光面边缘的所述波长转换层,因此在所述部分光内的所述第一光成分和所述第二光成分在所述散射框架内被充分混合。
散射框架的设置,最好能使得至少约10%来自波长转换层的光进入该散射框架。散射框架也最好包括多种光散射材料用于散射经过的光线。这多种光散射材料可以由有机材料或无机材料组成。每个光散射材料的形状可以类似于球形或椭圆形。另外,散射框架的基体可以由有机材料或无机材料组成。
光产生组件可以是LED或有机LED(OLED),或是由半导体材料构成。第一波长范围可以是连续的或非连续的,对于后者,第一波长范围包括多个子范围。
透明框架可以由有机材料或无机材料组成。
波长转换层最好包括至少一种光致发光剂,用于将光产生元件产生的部分光转换成波长在第二波长范围内的光。光致发光剂可以是荧光粉粒子。但是,任何可以转换光的材料都可以用于该层中。波长转换层的基体可以由有机材料或无机材料组成。
通过一安装基板,将披露的发光装置安装到安装基板上,就可以形成一照明装置。或者,通过一安装基板,将多个披露的发光装置安装到安装基板上,就可以得到一照明装置。还可以通过一安装基板,将至少一个披露的发光装置安装到安装基板上,而得到一照明装置。
【附图说明】
图1描述本发明的发光装置的示例性实施例,其中图1a是侧视图,图1b是俯视图。
图2是本发明一个实施例的包括一个或多个发光装置的照明装置。
图3是本发明发光装置的另一个实施例。
【具体实施方式】
本发明公开了一种提供增强发出光的颜色均匀度的发光装置,其没有太多的光损失,另一个优点是该发光装置可以实现小型化,制作起来也没有太多的复杂性。
在本发明中披露的该发光装置的示例性实施例如图1所示,其中发光装置的侧视图和俯视图分别如图1a和图1b所示。为描述简便起见,图1a和图1b并没有描绘电线或其它电连接,这些都是必需的,以提供电力给发光装置而产生光。
发光装置100贴附在安装基板105上。安装基板105提供一种或多种功能,包括:给发光装置100提供机械支撑、为给发光装置100供电而提供电路径、为当通电时发光装置100产生的热量而提供散热路径、为将发光装置100发出的照射到安装基板105上的光反射回去而提供反射镜。安装基板的一个例子是铝板,当然也可以选择其它材料。
发光装置100包括一个光产生元件110,其产生具有一种或多种波长的光,这一种或多种波长在第一波长范围内。在此说明书和所附权利要求内,光产生元件是指一个能发出光的元件。光产生元件110的例子包括LED、OLED、任何半导体的光源。另外,光产生元件110的一个特别例子是蓝光LED,其可以用于产生白光,如上所述。尽管图1b中所示的光产生组件110是长方体形状,这仅仅是为了简便描述起见。光产生组件110并不限于长方形形状。其它形状的光产生元件110的例子是圆柱形。在此说明书和所附权利要求内描述的波长范围可以是连续的或非连续的。产生连续波长范围的光产生元件110的一个例子是一个LED,而产生非连续波长范围的一个例子是包含两个LED(两个LED发出光的波长并不重迭)的一个光源。对于非连续波长范围,其包括多个子范围。光产生元件110有:(1)发光面112,光产生元件110产生的大部分光都从此表面射出;(2)底面114,其在发光面对面,并贴附在安装基板105上;(3)外侧面116,其连接底面和发光面。在此说明书和所附权利要求内,光产生元件的外侧面是连接在光产生元件的发光面和底面之间的一个或多个表面的一个整体。对于图1a和图1b显示的光产生元件110,外侧面包括四个连接发光面和底面的表面116。但是应该理解,外侧面116可以是任意形状,取决于光产生元件110的选择,图中描述的几何形状纯粹是示意描述元件之间的相关位置,并不是元件实际的尺寸或形状。
发光装置100还包括一透明框架115,其贴附在安装基板105和外侧面上,但是没有覆盖发光面。透明框架115的设置使得光产生组件110被透明框架115围住。优选地,透明框架115是由有机材料或无机材料组成。形成透明框架115的材料的一个例子是硅树脂;也可以选择环氧树脂。
发光装置100还包括波长转换层120,用于将光产生元件110产生的一部分光转换成波长在第二波长范围内的光。另外,波长转换层120覆盖住发光面112和至少部分透明框架115,因此捕获了光产生组件110产生的大部分光。所以,离开波长转换层120的光包括第一光成分和第二光成分,其中第一光成分的光在第一波长范围内,第二光成分的光在第二波长范围内。在一个特别实施例中,第二光成分是黄光,其是从光产生元件110的蓝光LED产生的一部分蓝光而波长转换来的;第一光成分是剩下的一部分蓝光,其没有被转换成黄光。优选地,波长转换层120包括至少一种光致发光剂,用于将光产生元件110产生的一部分光转换成波长在第二波长范围内的光。波长转换层120可以是包含一种或多种荧光粒子的荧光粉层,作为光致发光剂。荧光粒子将第一波长范围的光转换成第二波长范围的荧光。结果是,通过荧光而发出的波长转换光是全向性的。和照明应用相关的各种荧光粉粒子可以参见Shionoya,S.,Yen,W.M.,和Yamamoto,H.(2006)的Phosphor Handbook,CRC Press。在此其披露通过引用而结合入本申请。除了光致发光剂,波长转换层120的基体是由有机材料或无机材料组成。形成波长转换层120基体材料的一个例子是硅树脂。
发光装置100还包括散射框架125,其用于将经过其中的光线散射出去。另外,散射框架125置于波长转换层120的顶部边缘部分122和外侧部分124之上,因此它主要捕获从光产生元件110边缘发出的光线。通过散射,这部分所述光中的第一光成分和第二光成分会在散射框架125内被充分混合。因此,散射框架125会增强装置发出光的颜色均匀性。所以,在照明区域上的色温均匀度会有一个感知上的提高。对于这个均匀度提高的一个可能的解释是,离开散射框架125的光线大部分都照射在照明区域的外围边缘;现有技术中的照明区域外围边缘通常都和中心照明区域有非常明显的颜色差异。
优选地,至少10%的从波长转换层出来的光被散射框架125捕获,所以颜色均匀度提高了,照明区域色温的感知均匀度也提高了,而且可以保持低于7%的光损失。还可以确定,和散射框架125部分覆盖发光面相比,如果波长转换层全部被散射框架125覆盖的话,在照明区域的光可以达到更均匀的颜色分布,但是会有超过20%的光损失。透明框架115的存在似乎对发光装置100光损失的降低有说明,因为从散射框架125出来的光线,由于散射而进入透明框架115,可以直接透过透明框架115,无需再次散射(否则其会导致衰减),而射出发光装置100外。
优选地,散射框架125包括多种光散射剂,用于将途径的光线散射。这多种光散射剂可以由有机材料或无机材料或它们组合而组成。每种光散射剂可以是类似球形或椭圆体的形状。作为一个例子,光散射剂可以是微细颗粒的氧化铝。
散射框架125的基体可以是由有机材料或无机材料组成。形成散射框架125基体的材料的一个例子是硅树脂。
基于该发光装置100,通过将发光装置100贴附或安装在一个安装基板上,就可以制成一个照明装置。
或者,通过包含多个发光装置而不只是一个发光装置来制作一个照明装置。该照明装置如图2所示。照明装置200包括多个发光装置220,所有发光装置220都贴附在安装基板210上。在一个实施例中,每个发光装置220都是在此披露的发光装置100。在另一个实施例中,至少其中一个发光装置220是发光装置100。
如图3描绘的本发明,波长转换层120覆盖了光产生组件110的侧边部分。光产生组件110包括光发出区域110A。如图3所示,大部分光302从110A顶部射出;但是,还是有光线从光发出区域110A的侧面射出来,如箭头304所示。为了确保侧面射出的光线也经历波长转换,波长转换层120必须延伸覆盖住光发出区域110A的侧面区域。侧面射出的光线经过波长转换层120,进入散射环125。请注意透明环并不延伸到光发出区域110A的侧面,以使侧面射出的光能进入波长转换层120。
本发明还可以有其它形式的并不脱离本发明精神或实质特征的实施例。因此本实施例应该考虑为描述性的而非限制性的。本发明范围由所附权利要求书限定而非以上描述来限定,因此所有在权利要求书的意思和等同范围内的改变,都被包含在内。

Claims (20)

1.一种发光装置,其产生的光具有增强的颜色均匀性,该发光装置包括：
光产生元件,其产生的光的波长在第一波长范围内,其特征在于，包括：（a）发光面,所述光产生元件产生的大部分光从所述发光面射出；
（b）靠近基板的底面；
（c）外侧面,其连接所述底面和所述发光面；
透明框架,其覆盖所述基板和外侧面,并没有覆盖所述发光面,因此所述光产生元件被所述透明框架围绕住；
波长转换层,其用于将所述光产生组件产生的部分光转换成波长在第二波长范围内的光,由此,离开所述波长转换层的光包括第一光成分和第二光成分,其中所述第一光成分包含的光的波长在所述第一波长范围内,所述第二光成分包含的光的波长在所述第二波长范围内,其中所述波长转换层覆盖住所述发光面和至少部分所述透明框架,因此捕获所述光产生元件产生的大部分光；
散射框架,其用于将途经的光线散射,所述散射框架覆盖住部分所述波长转换层的顶部和其侧面周围部分,因此接收部分离开所述波长转换层的光,其中所述部分光是离开靠近所述发光面边缘的所述波长转换层,因此在所述部分光内的所述第一光成分和所述第二光成分在所述散射框架内被充分混合,因而产生的光具有增强的颜色均匀性。
2.如权利要求1所述的发光装置,其中所述散射框架捕获至少10%的离开所述波长转换层的光。
3.如权利要求1所述的发光装置,其中所述散射框架包括多种光散射材料,用于散射经过的光线。
4.如权利要求3所述的发光装置,其中所述多种光散射材料是由有机材料或无机材料组成的。
5.如权利要求3所述的发光装置,其中每个所述光散射材料的形状类似于球形或椭圆形。
6.如权利要求3所述的发光装置,其中所述散射框架的基体是由有机材料或无机材料组成的。
7.如权利要求1所述的发光装置,其中所述光产生元件是LED或OLED。
8.如权利要求1所述的发光装置,其中所述光产生元件包括发光面区域,波长转换层覆盖住所述发光面区域的顶部和侧面部分。
9.如权利要求1所述的发光装置,其中所述光产生元件由半导体材料构成。
10.如权利要求1所述的发光装置,其中所述第一波长范围是连续的。
11.如权利要求1所述的发光装置,其中所述第一波长范围是非连续的,包括多个子范围。
12.如权利要求1所述的发光装置,其中所述透明框架是由有机材料或无机材料组成的。
13.如权利要求1所述的发光装置,其中所述波长转换层包括至少一种光致发光剂,用于将所述光产生元件产生的部分光转换成波长在第二波长范围内的光。
14.如权利要求13所述的发光装置,其中所述光致发光剂是荧光粉粒子。
15.如权利要求13所述的发光装置,其中所述波长转换层基体是由有机材料或无机材料组成的。
16.一种照明装置,包括：
安装基板；
如权利要求1所述的发光装置,其中所述发光装置贴附在所述安装基板上。
17.一种照明装置,包括：
安装基板；
多个如权利要求1所述的发光装置,其中每个所述发光装置贴附在所述安装基板上。
18.一种照明装置,包括：
安装基板；
至少一个发光装置,其中所述一个发光装置是如权利要求1所述的发光装置,其贴附在所述安装基板上。
19.一种发光装置,包括：
一个或多于一个发光元件,其置于基板或反射器上;透明聚合物环,其覆盖所述发光组件的侧壁,并不覆盖所述发光组件的发光区域；
荧光粉层,其位于所述发光组件之上,并覆盖所述发光组件的发光区域,所述荧光粉层包括一种或多种荧光粉材料,置于基体材料内；
散射环,其包括一种或多种置于基体材料内的散射材料,置于所述透明聚合物环上,并置于至少部分所述荧光粉层之上,使得至少大约10%的离开所述荧光粉层的光进入所述散射环。
20.如权利要求19所述的发光装置，其中所述透明聚合物环包括硅树脂。
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