CN103486451A - 发光装置及包括该发光装置的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光装置及包括该发光装置的照明装置，该发光装置包括：基板；光源，设置在基板上；盖部件，与光源间隔一定距离，并且将光源发出的光传输至外部，其特征在于，盖部件包括：第一部件，转换光源发出的光中的一部分光的波长，并且至少在光源的两个不同发光方向上具有不同厚度；第二部件，在该两个不同发光方向上具有不同厚度，以补偿第一部件的厚度。

Description

发光装置及包括该发光装置的照明装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置及包括该发光装置的照明装置，更具体地，涉及一种具有色度均匀的出光的发光装置及包括该发光装置的照明装置。

背景技术

根据其内部结构或封装形式，诸如LED等的光源通常具有一定的发光强度空间分布。例如，图2示出了一种LED芯片的发光强度空间分布曲线（配光曲线）的一个实例。如图2所示，在该LED芯片的出光面的法线方向（0度方向）上，光强具有最大值，而随着发光角增大，光强逐渐减小，在90度方向上具有最小值。

图3A至图3C示出了LED芯片应用于发光装置的一个实例。其中，图3A是LED灯管3的斜视图，图3B是LED灯管3在与其长度方向垂直的方向上的截面图，图3C是LED灯管3的出光示意图。

如图3A和图3B所示，LED灯管3整体上成长圆柱形，其包括壳体31、布置在壳体31内的印刷电路板32、布置在该印刷电路板32上的蓝光LED 33、以及荧光体盖34。荧光体盖34结合于壳体31，其部分围绕蓝光LED 33并且与蓝光LED 33间隔开适当距离。荧光体盖34厚度均匀，并且包括可将蓝光转换为黄光的荧光体（未示出）。从而，蓝光LED 33发出的一部分蓝光直接通过荧光体盖34出射至外部，另一部分蓝光通过荧光体盖34中的荧光体转换为黄光后出射至外部。最终，LED灯管3出射通过混合蓝光和黄光而获得的白光。

这种采用包含荧光体的盖体的技术通常被称为“远程荧光体（remotephosphor）”技术。然而，在该技术中，由于使用了与光源间隔开的荧光体盖，并且如上所述光源通常具有一定的发光强度空间分布，发光强度在不同发光角或不同发光方向上不同，因此会导致发光装置在不同发光角或不同发光方向上出射的光之间存在色差。结合图3C解释如下。在图3C中，实心箭头表示蓝光，空心箭头表示黄光，箭头的横向宽度示意性地表示发光强度。如图3C所示，蓝光LED 33在第一方向上的发光强度大于在第二方向上的发光强度，因此在第一方向上从荧光体盖34出射的蓝光强度大于在第二方向上从荧光体盖34出射的蓝光强度。并且，由于荧光体盖34在第一方向和第二方向上大致具有相同的荧光体浓度和盖厚度，因此在第一方向和第二方向上从荧光体盖34出射的黄光强度大致相同。这使得在第一方向和第二方向上从荧光体盖34出射的蓝光和黄光的光强比例出现差异。第一方向上出射的蓝光和黄光的光强比例较大，因此色温较高，整体上偏蓝色，而第二方向上出射的蓝光和黄光的光强比例较小，因此色温较低，整体上偏黄色。结果，LED灯管3在不同方向上出射的光之间出现色差。

为解决该问题，提出了一种使用非均匀厚度的荧光体盖的技术方案。以下结合图4A至图4D详细说明。

图4A至图4D示出了LED芯片应用于发光装置的另一实例。其中，图4A是LED灯管4在与其长度方向垂直的方向上的截面图，图4B是LED灯管4的出光示意图，图4C是LED灯管4的蓝光光路示意图，并且图4D是LED灯管4的黄光光路示意图。在图4C和图4D中，实线箭头表示蓝光，虚线箭头表示黄光。在以下描述中，将仅描述与图3所示实例不同之处，而省略相同或相似之处。

如图4A和图4B所示，LED灯管4包括具有非均匀厚度的荧光体盖44。在蓝光LED 43的发光强度相对较大的第一方向上，荧光体盖44具有较大的厚度，而在蓝光LED 43的发光强度相对较小的第二方向上，荧光体盖44具有较小的厚度。通过如此设置，在第一方向上，入射至荧光体盖44的蓝光中的较多的蓝光被转换为黄光而出射，而在第二方向上，入射至荧光体盖44的蓝光中的较少的蓝光被转换为黄光而出射。从而，在第一和第二方向上出射的光中的蓝光和黄光的光强比例被调节，由此来调节不同方向出射的光之间的色差。

然而，这种方案又会产生新的问题。如图4C所示，未经转换的蓝光a穿过荧光体盖44出射至外部，其传播基本上遵循折射定律。在荧光体盖44具有非均匀厚度的情况下，从荧光体盖44的光出射面上的不同点处出射的蓝光的出射角可能不同。而如图4D所示，蓝光在激发荧光体以获得黄光b的过程中会伴随着散射的发生，所获得的黄光b在多个方向上出射。因此，尽管试图通过调节荧光体盖44的厚度来调节不同方向上出射的蓝光与黄光的混合比例，但因厚度的变化而引起的蓝光和黄光的出射方向的变化使得难以精细地调节各方向上出射的蓝光与黄光的混合比例。因此，该方案对于色差调节的效果难以尽如人意。并且，这种色差也难以通过进一步调节荧光体盖44的厚度来消除，这是因为，在调节厚度以消除色差的同时，光路方向也被改变，从而使得从各方向上出射的光的色度再次发生变化。

本说明书“背景技术”部分公开的内容并不一定构成本申请的现有技术，提供此部分内容仅是为了对本发明的背景做详细地介绍，以利于本领域技术人员理解本发明。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种能够精确地调节各方向上的出光色度的发光装置及包括该发光装置的照明装置。本发明的发光装置能够提供色度均匀的出光，发光特性得到进一步改善。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种发光装置，其包括基板、设置在基板上的光源、以及与光源间隔一定距离并且将光源发出的光传输至外部的盖部件，并且该盖部件包括第一部件和第二部件，第一部件转换光源发出的光中的一部分光的波长并且至少在光源的两个不同发光方向上具有不同厚度，第二部件在该两个不同发光方向上具有不同厚度，以补偿第一部件的厚度。通过设置第二部件来补偿第一部件的厚度，由光源出射的光的光路方向能够被精确调节，各方向上出射的未经转换的光和经过转换的光的光强比例能够被精确调节，从而发光装置能够获得色度均匀的出光，发光特性得到进一步改善。

优选地，第二部件在光路上设置在第一部件的上游。在这种情况下，从光源出射的光顺次通过第二部件和第一部件，从而在波长转换前对光路方向进行调节，因此能够更容易地调节最终出射的光的色度。

优选地，第一部件和第二部件紧密接触。在这种情况下，第一部件和第二部件之间不存在间隙，即两者之间仅存在一个界面，因此能够简化第一部件和第二部件的厚度设计计算，并且提高了发光效率。

优选地，第一部件包括基材和分散在基材中的荧光体，并且第二部件与基材具有相同的折射率。在这种情况下，能够更容易地设计所需的补偿厚度。

进一步地，优选第二部件由与基材相同的材料制成，并且第二部件不具有荧光体。在这种情况下，能够更容易地设计所需的补偿厚度。

优选地，第一部件具有与光源的发光强度空间分布相对应的不均匀厚度。在这种情况下，能够根据光源的发光强度空间分布来确定第一部件的厚度，因此能够简化第一部件的厚度设计计算。

进一步地，优选第二部件的厚度根据第一部件的厚度来确定。在这种情况下，无需协同调节第二部件和第一部件这两者的厚度，因此设计简单。

优选地，第一部件和第二部件的厚度的和为定值。在这种情况下，能够以简单地方式实现出光色度均匀，而无需进行仿真计算或实际试验。

优选地，光源是蓝光LED，第一部件包括将蓝光转换为黄光的荧光体，从而发光装置出射白光。这样，可获得发射具有均匀色度的白光的发光装置。

优选地，光源是紫外光LED，第一部件包括将紫外光转换为可见光的荧光体，从而发光装置出射可见光。这样，可获得发射具有均匀色度的可见光的发光装置。

优选地，盖部件与光源之间填充有透光材料。该透光材料例如可具有导热性，以散发光源产生的热量。

优选地，盖部件部分围绕光源，盖部件的光入射面或光出射面为圆柱面的一部分、球面的一部分或椭球面的一部分。从而，该发光装置可独立使用，例如，该发光装置可作为照明装置使用。

优选地，盖部件的光入射面或光出射面为平面。从而，多个发光装置可以以拼接方式组合使用，例如，多个发光装置可作为平面照明装置、各种显示设备的背光装置使用。

优选地，第一部件和第二部件一体制成。在这种情况下，简化了盖部件的制造，降低了发光装置的生产成本。

进一步地，第一部件和第二部件通过双组分注塑成型工艺或双组分挤压成型工艺制成。从而，能够通过简单的工艺一体形成第一部件和第二部件。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种照明装置，其包括如上所述的发光装置。该照明装置能够提供色度均匀的出光，发光特性得到进一步改善。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1是示出根据本发明一实施例的发光装置的截面图；

图2是示出LED芯片的发光强度空间分布曲线的一个实例的示意图；

图3A至图3C是示出LED芯片应用于发光装置的一个实例的示意图；以及

图4A至图4D是示出LED芯片应用于发光装置的另一实例的示意图。

具体实施方式

在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于本发明实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本发明由所附的权利要求限定。

图1示出了根据本发明一实施例的发光装置1的截面图。例如，发光装置1可以是灯管式、灯泡式、吸顶灯式、平面型等各种发光装置，图1示出了灯管式发光装置的实例。

如图1所示，根据本发明一实施例的发光装置1包括壳体11、印刷电路板12、设置在印刷电路板12上的LED 13、以及与LED 13间隔一定距离并且将LED 13发出的光传输至外部的盖部件14。盖部件14包括荧光体部141和透光部142。

LED 13在第一方向上发出的光的强度大于在第二方向上发出的光的强度。荧光体部141转换LED 13发出的光中的一部分光的波长，并且在第一方向上具有厚度H1，在第二方向上具有小于H1的厚度H2。透光部142在第一方向上具有厚度H3，在第二方向上具有大于H3的厚度H4，从而补偿荧光体部141的厚度变化。

LED 13例如可以是蓝光LED、紫光LED、紫外（近紫外）光LED等，其发射波长例如为400~470nm或300~400nm。当然，LED 13也可为发射红光、绿光等其他色光的LED。在印刷电路板12上，可以设置一个或多个发射相同或不同色光的LED。在本实施例中，以蓝光LED作为LED13的实例。

荧光体部141包括基材1411和分散在基材1411中的荧光体1412。基材1411可采用各种常用树脂材料、玻璃材料等，例如PET、PC、PMMA、Silicon等。荧光体1412可包含各种常用荧光体。例如，荧光体1412可包含将蓝光转换为黄光的荧光体，或者包含将蓝光转换为绿光的荧光体和将蓝光转换为红光的荧光体，从而在使用蓝光LED作为光源时，发光装置1发出白光。或者，荧光体1412可包含将紫外光转换为红光的荧光体、将紫外光转换为绿光的荧光体以及将紫外光转换为蓝光的荧光体，从而在使用紫外（近紫外）光LED作为光源时，发光装置1发出白光。在本实施例中，以将蓝光转换为黄光的荧光体作为荧光体1412的实例。

透光部142例如可具有与基材1411的折射率相同的折射率。透光部142例如可由与基材1411相同的材料形成。通常情况下，透光部142不包含荧光体。在这种情况下，由于透光部142与基材1411具有相同的折射率和/或透光部142不包含荧光体，因此有利于控制从透光部142和荧光体部141透射的光线的方向。

在透光部142的厚度设计中，例如，可以首先根据LED 13的发光强度空间分布来确定荧光体部141的厚度，然后根据荧光体部141的厚度来确定透光部142的厚度。例如，荧光体部141可被设计为具有与LED 13的发光强度空间分布相对应的非均匀厚度。具体地，在本实施例中，LED13在第一方向上具有较大的发光强度，因此荧光体部141在第一方向上的厚度H1被设计为较厚；LED 13在第二方向上具有较小的发光强度，因此荧光体部141在第二方向上的厚度H2被设计为较薄。从而，由蓝光激发荧光体1412而获得的黄光在第一方向上的强度大于在第二方向上的强度。在确定了荧光体部141的厚度之后，添加透光部142以改变光路方向。在本实施例中，透光部142被设计为相对于荧光体部141位于光路中的上游，并且与荧光体部141紧密接触。在这种情况下，由于可以通过调节透光部142的厚度来精确地调节从其出射的蓝光的光路方向，因此可以以仿真计算或实际试验的方式，通过调节透光部142的厚度来调节第一方向和第二方向上最终出射的光的混光比（光强比），优选地，使得第一方向上最终出射的蓝光和黄光的混光比与第二方向上最终出射的蓝光和黄光的混光比大致相同。从而，发光装置1能够出射色度均匀的白光，发光特性得到改善。

图1示出了透光部142与荧光体部141紧密接触的情形。在该情形中，透光部142与荧光体部141可以单独形成，也可以一体形成。单独形成有利于对已经制成的具有荧光体盖的发光装置进行厚度补偿，以提高出光色度均匀性；一体形成有利于减少制造步骤，降低生产成本。作为一体成型的方法，例如可采用双组分注塑成型工艺或双组分挤压成型工艺。在透光部142与荧光体部141紧密接触的情形中，两者之间仅存在一个界面，因此减少了厚度设计的计算量。可选地，根据设计需要，透光部142与荧光体部141也可以分离设置，其间具有间隙。

图1示出了将透光部142和荧光体部141顺次布置在光路上的情形。可选地，也可在光路上将荧光体部141布置在透光部142的上游。在这种情况下，由于可以预先确定荧光体部141出射的光的色度空间分布，因此也能够通过调节透光部142的厚度来调节第一方向和第二方向上最终出射的光的混光比。优选地，透光部142可布置在荧光体部141的两个面中的曲率变化较大的一个面一侧。由于从LED 13向不同方向出射的光在曲率变化较大的一个面上的入射角（出射角）差别较大，因此通过将透光部142布置在该一个面一侧，可以更有利地改变在该一个面（界面）处出射的光的光路方向。

简单地，可以将透光部142的厚度设计为使得荧光体部141和透光部142的厚度和为定值。例如，在本实施例中，设定H1+H3=H2+H4。在这种情况下，可以以简单地方式调节穿过透光部142的光线的光路方向，从而调节第一方向和第二方向上最终出射的蓝光和黄光的混光比，并且获得均匀的色度。

在透光部142的厚度设计中，例如，也可以根据LED 13的发光强度空间分布，协同进行荧光体部141和透光部142的厚度设计。具体地，通过调节荧光体部141的厚度来调节各方向上蓝光和黄光的混光比，并通过调节透光部142的厚度来调节光路方向，从而获得色度均匀的出光或者具有期望色度分布的出光。并且，由于能够通过透光部142的厚度调节来精确地调节光路方向，因此可以精确地调节荧光体部141出射的光的色度分布。

在该实施例中，盖部件14部分地围绕LED 13，并且其光入射面或光出射面为圆柱面的一部分。其中，荧光体部141的光入射面（也即，透光部142的光出射面）大致为椭圆柱面的一部分，透光部142的光入射面和荧光体部141的光出射面大致为圆柱面的一部分。但本发明不限于此。例如，荧光体部141也可被设计成具有与图4A中的荧光体盖44大致相同的形状，其光入射面大致为圆柱面的一部分，其光出射面大致为椭圆柱面的一部分。在这种情况下，可以以与上文所述的方式相同的方式来设计透光部142的厚度。另外，根据设计需要，盖部件14的光入射面或光出射面也可以是球面的一部分、椭球面的一部分或者其他形状的光学面。可选地，盖部件14的光入射面或光出射面也可以是平面。在这种情况下，多个发光装置1可以以矩阵形式排列成平面光源，以用作平面照明装置、显示设备的背光装置等。相应地，荧光体部141和透光部142的光入射面和光出射面可以是圆柱面的一部分、球面的一部分、椭球面的一部分、平面或者其他形状的光学面。

在该实施例中，采用印刷电路板12作为承载蓝光LED 13的基板，但不限于此。基板例如可以是金属基板、陶瓷基板、树脂基板等。基板可以具有透光性，从而通过在其一面上布置双向发光器件，能够实现近360度发光。多个蓝光LED 13可以布置在印刷电路板12的两个面上，以此方式实现近360度发光。相反地，印刷电路板12的布置有蓝光LED 13的一面可以具有反射特性或者其上设置有反射层，以增强单侧发光强度。

在该实施例中，采用LED 13作为光源的实例，但不限于此。例如，光源可以使用诸如发光二极管（LED）、有机电致发光器件（OLED）、激光二极管（LD）等的固体光源，如果需要，也可采用其他各种类型的光源。根据设计需要，光源可发射各种波长的光，例如红、绿、蓝、紫、紫外光等。发射不同色光的光源可以组合使用。

在盖部件14和LED 13之间可填充有透光材料（未示出）。该透光材料例如是诸如硅胶等具有散热特性的透明材料，以传导LED 13产生的热量。

发光装置1可被用于照明装置等，从而获得色度均匀的照明。另外，根据设计需要，也可以通过调节荧光体部141和透光部142的厚度来获得具有期望色度分布的出光。

应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。

另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本发明的实施例的特定特征或方面，但是如任何给定或特定应用所要求的，这些特征或方面可以与其它实施方式的一个或多个其它特征或方面进行结合。

尽管在此示出并描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不背离本发明的范围的前提下，各种可选和/或等同的实施方式可以代替所描述和示出的具体实施例。本申请旨在覆盖本文中所讨论的具体实施例的任何修改或变形。所以，本发明旨在仅由权利要求及其等同物限定。

参考标号

1      发光装置   3，4    LED灯管

11，31 壳体       12，32  印刷电路板

13     LED        33，43  蓝光LED

14     盖部件     34      荧光体盖

141  荧光体部  142    透光部

1411 基材      1412   荧光体

Claims (16)

1.一种发光装置，包括：

基板；

光源，设置在所述基板上；

盖部件，与所述光源间隔一定距离，并且将所述光源发出的光传输至外部，

其特征在于，所述盖部件包括：

第一部件，转换所述光源发出的光中的一部分光的波长，并且至少在所述光源的两个不同发光方向上具有不同厚度；

第二部件，在所述两个不同发光方向上具有不同厚度，以补偿所述第一部件的厚度。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述第二部件在光路上设置在所述第一部件的上游。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一部件和所述第二部件紧密接触。

4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一部件包括基材和分散在所述基材中的荧光体，并且

所述第二部件与所述基材具有相同的折射率。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，

所述第二部件由与所述基材相同的材料制成，并且

所述第二部件不具有荧光体。

6.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一部件具有与所述光源的发光强度空间分布相对应的非均匀厚度。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，

所述第二部件的厚度根据所述第一部件的厚度来确定。

8.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一部件和所述第二部件的厚度的和为定值。

9.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述光源是蓝光LED，所述第一部件包括将蓝光转换为黄光的荧光体，从而所述发光装置出射白光。

10.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述光源是紫外光LED，所述第一部件包括将紫外光转换为可见光的荧光体，从而所述发光装置出射可见光。

11.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述盖部件与所述光源之间填充有透光材料。

12.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述盖部件部分围绕所述光源，

所述盖部件的光入射面或光出射面为圆柱面的一部分、球面的一部分或椭球面的一部分。

13.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述盖部件的光入射面或光出射面为平面。

14.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件一体制成。

15.根据权利要求14所述的发光装置，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件通过双组分注塑成型工艺或双组分挤压成型工艺制成。

16.一种照明装置，包括根据权利要求1至15中任一项所述的发光装置。

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