CN107251242A - 具有改进的颜色均匀性的光源组件 - Google Patents

Abstract

一种光源组件（1、11、13），包括：固态照明设备（3）；波长转换元件（4），其布置成接收由固态照明设备（3）发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长；以及散射层（7、12、14），其被施加到波长转换元件（4）的发光表面（6）。散射层（7、12、14）适配成将光散射回到波长转换元件（4），并且散射层（7、12、14）的反向散射强度在所述发光表面（6）之上变化以便减少从发光表面（6）发射的光的颜色中的变化。

Description

具有改进的颜色均匀性的光源组件

技术领域

本发明涉及一种光源组件，所述光源组件具有固态照明（SSL）设备和波长转换元件，所述波长转换元件布置成接收由SSL设备发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长。本发明还涉及一种用于生产这样的光源组件的方法。

背景技术

提供白光的常见技术是组合非白光源与波长转换体，恰当的例子是具有磷光体层的蓝色发光二极管（LED），所述磷光体层具有在黄光波长范围中的发射谱。来自发光二极管的一些蓝光被磷光体吸收，所述磷光体然后发射黄光，所述黄光与其余蓝光混合以形成白光。由这些类型的照明设备发射的光通常不是完全均匀的白色，而是在颜色上略微变化，并且本领域中已知用于颜色校正的各种技术。例如，US2009/0236967A1教导了可以借助于施加在磷光体层顶部上的墨层来调节来自具有磷光体层的LED的光的色品。尽管已经投入精力开发这些技术，但是仍然存在对于该领域中的进一步工作的需要。

发明内容

将有利的是提供一种具有改进的颜色均匀性的光源组件，特别是旨在生成白光的这样的光源组件。

为了解决这一顾虑，根据第一方面，呈现了一种光源组件，所述光源组件包括：固态照明设备；波长转换元件，所述波长转换元件布置成接收由固态照明设备发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长；以及施加到波长转换元件的发光表面的散射层。散射层适配成将光散射回到波长转换元件，并且散射层的反向散射强度在所述发光表面之上变化以便减少从发光表面发射的光的颜色中的变化。

“反向散射强度”此处意指散射层以其将从发光表面发射的光散射回到波长转换元件的程度。

SSL设备可以例如是半导体LED、有机LED、聚合物LED或激光二极管。

由散射层提供的反向散射使得从发光表面发射的光的颜色中的变化减少。减少的变化使光对于远场中的观察者而言看起来更加均匀。

相比于没有这样的层的光源组件而言，近场和远场中的颜色均匀性可以通过以上描述的散射层来改进。散射层可以适配成校正各种类型的颜色变化，诸如位置之上的颜色（即，所发射的光的颜色取决于发射的位置）、角度之上的颜色（即，所发射的光的颜色取决于发射角度）以及不同LED封装的LED之间的色温变化。散射层可以借助于增材制造过程而应用于标准“现成的”LED封装，例如中等功率白色LED封装，从而使它们更适于要求均匀颜色光的高端照明应用。散射层的应用可以容易地与已经存在的LED封装制造过程集成或者是完全分离的步骤，可能地在不同的制造设施处执行。散射层使得能够实现最终产品的高度定制并且可以减少对于LED“装箱（binning）”的需要。而且，通过将光散射回到波长转换元件，散射层增加了光通过波长转换元件的路径长度，以及作为结果，经波长转换的光的量。因而，可以使用较薄的波长转换元件而不降低总体转换性能，由此可以降低材料成本。

根据一个实施例，散射层具有变化的密度，反向散射强度由所述密度确定。这样的散射层可以通过标准技术生产并且可以用于减少许多不同种类的颜色变化。

根据一个实施例，散射层具有垂直于发光表面的变化的厚度，并且反向散射强度由所述厚度确定。这样的散射层可以用于减少许多不同种类的颜色变化并且可以通过各种技术生产，诸如3D打印、喷墨打印和激光烧蚀，例如CO2激光烧蚀。通过这些技术，创建具有精细调谐的变化厚度的散射层是可能的。

根据一个实施例，散射层包括从包含以下各项的组选取的散射元件：气泡、氧化钛颗粒、磷光体颗粒、金属化薄片、聚合物珠和玻璃珠。

根据一个实施例，散射层包括波长转换颗粒。在散射层中包括波长转换颗粒可以增加以其减少颜色变化的效率并且强化散射层的颜色校正能力。然后可以使用较薄的散射层，由此，生产该层所必要的材料的量减少。而且，波长转换颗粒创建附加的自由度，从而促进成本和性能优化。

根据一个实施例，波长转换层和散射层包括相同类型的波长转换颗粒。从生产角度来看这可以是优选的，因为生产过程可以流线化。

根据一个实施例，波长转换颗粒是磷光体颗粒。磷光体是高效的波长转换体并且因此特别适于本发明。

根据一个实施例，离开发光表面的光的颜色取决于光从其离开发光表面的位置。所发射的光对发射位置的这种颜色依赖性通常称为位置之上的颜色变化。这是典型地与中等功率发光二极管相关联的问题。

根据一个实施例，发光表面是平坦的。这通常是针对“现成的”LED封装的情况，并且这样的层可以特别地鲁棒。

根据第二方面，呈现了一种用于制造光源组件的方法。该方法包括：提供固态照明设备和波长转换元件，其中波长转换元件布置成接收由固态照明设备发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长；测量从波长转换元件的发光表面发射的光的颜色中的变化；以及向发光表面施加散射层。散射层适配成将光散射回到波长转换元件，并且散射层的反向散射强度被选择成在所述发光表面之上变化以便减少从发光表面发射的光的颜色中的所测量的变化。

第二方面的技术效果和特征大部分类似于第一方面的那些技术效果和特征。

根据方法的一个实施例，通过增材制造技术（诸如三维（3D）打印）来施加散射层。这使得创建具有复杂3D结构的散射层是可能的。

根据方法的一个实施例，以微滴的形式向发光表面施加散射层。可以使用喷墨打印（一种简单且相对便宜的打印方法）来施加这样的散射层。

要指出的是，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。

附图说明

现在将参照随附各图来更加详细地描述本发明的这一方面和其它方面，随附各图示出本发明的（多个）实施例。

图1示出具有平坦散射层的光源组件的实施例的示意性透视图。

图2示出图1中的光源组件的示意性截面视图。

图3示出具有散射层的光源组件的实施例的示意性截面视图，所述散射层具有变化的厚度。

图4示出具有以微滴形式的散射层的光源组件的实施例的示意性截面视图。

图5是用于制造光源组件的方法的一些步骤的流程图。

如在图中图示的，层和区的尺寸为了说明性目的而被夸大，并且因而被提供以说明本发明的实施例的一般结构。相同参考标号自始至终是指相同的元件。

具体实施方式

现在将在以下参照随附各图更加全面地描述本发明，其中示出本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例为了透彻性和完整性而被提供，并且向技术人员全面地传达本发明的范围。

图1和2图示了可以例如使用在照明器和改装灯中的光源组件1。光源组件1包括具有开放矩形盒的形状的衬底2。在其它实施例中，衬底2可以具有不同的形状。衬底2可以例如具有平板的形状。衬底的高度h可以例如是在从大约300μm到大约400μm的范围中，衬底的宽度w可以例如在从大约1mm到大约6mm的范围中，并且衬底的长度l可以例如在从大约2mm到大约6mm的范围中。衬底2可以例如由注塑成型的白色反射聚合物制成。以LED的形式的SSL（固态照明）设备3安装在衬底2上，更确切地，安装在衬底2的已定义的凹陷部分中。衬底2和SSL设备3电气并且热学连接。SSL设备3和衬底2之间的电气连接可以例如是导线。SSL设备3布置成以便远离衬底2发射光。SSL设备3配置成发射单色光，例如蓝光或者近紫外辐射。

波长转换元件4布置成接收由SSL设备3发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长。在该实施例中，SSL设备3部分地嵌入在波长转换元件4中。经转换的光的波长（即，颜色）使得当正确比例的经转换的光和来自SSL设备3的光混合时，结果是对于观察者而言看起来为白色的光。例如，如果由SSL设备3发射的光是蓝色的，那么波长转换元件4适配成将蓝光转换成绿光或红光。波长转换元件4包括能够对SSL设备3发射的光进行波长转换的波长转换颗粒5。在该实施例中，波长转换元件4包括磷光体颗粒，例如有机磷光体颗粒或者无机磷光体。存在可以使用的许多商业上可获得的磷光体。在其它实施例中，波长转换元件4可以包括除磷光体之外的发光材料，诸如发光染料。根据一些实施例，波长转换元件4包括能够对SSL设备3所发射的光进行波长转换的量子点，量子点是纳米尺寸的半导体晶体，所述半导体晶体在被入射光激发时发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。

波长转换元件4具有发光表面6，由SSL设备3发射的光以及经波长转换的光可以通过该发光表面6离开波长转换元件4。发光表面6和SSL设备3布置在波长转换元件4的相对侧处。发光表面6是矩形且平坦的，在由具有轴x、y和z的笛卡尔坐标系的x和y轴定义的平面中延伸。发光表面6的表面法向与z轴平行。由于位置之上的颜色变化，离开发光表面6的光的颜色取决于光从其离开发光表面6的位置。衬底2、SSL设备3和波长转换元件4一起形成LED封装，例如在名称“Nichia NSSL 157”之下商业可获得的类型的LED封装。

将散射层7施加到发光表面6。散射层7可以与发光表面6直接接触或者与发光表面6间接接触。可以存在布置于散射层7与发光表面6之间以得到散射层7对发光表面6的改进的附连的层，例如粘合层。散射层7基本上覆盖整个发光表面6。散射层7的出光表面8背离发光表面6。散射层7是平坦的，具有z方向上基本上均匀的厚度t并且在与x-y平面平行的平面中延伸。厚度t可以例如处在从大约50μm到大约200μm的范围中。散射层7适配成通过发光表面6将光散射回到波长转换元件4。散射层7的反向散射强度在发光表面6之上变化，也就是说，反向散射强度在x和y方向上变化。因而，不同x-y坐标处的反向散射强度可以相同或者可以不相同。反向散射强度以这样的方式变化使得从发光表面6发射的光的颜色中的变化减少。在该实施例中，散射层7的密度在发光表面6之上（即，在x和y方向上）变化，并且密度在SSL设备3上方最高，如在x方向上所观看到的。反向散射强度由散射层7的密度确定，反向散射强度在散射层7的密度较高的地方较强。反向散射强度可以例如在处于从大约10%到大约50%的范围中的值之间变化，X%的反向散射强度意味着由散射层7接收的光的X%被反向散射。

反向散射典型地由散射层7内部的散射元件9引起。散射层7的密度然后由每单位体积的散射层7的散射元件9的数目来确定。散射层7典型地包括支撑散射元件9的粘结剂，诸如硅树脂。散射元件9可以例如是气泡、氧化钛颗粒、磷光体颗粒、金属化薄片、聚合物珠或者玻璃珠。散射元件9可以是具有与粘结剂不同的折射率的聚合物包含物。

散射层7具有波长转换颗粒10，在其它实施例中情况可以如此或者可以并非如此。波长转换颗粒10遍及散射层7散布，波长转换颗粒10的密度，即每单位体积的散射层7的波长转换颗粒10的数目，是均匀或者非均匀的。波长转换颗粒10可以是磷光体颗粒，例如有机磷光体颗粒或者无机磷光体颗粒。磷光体的具体示例包括镥铝石榴石和铈掺杂的钇铝石榴石。波长转换颗粒10可以是除磷光体之外的发光材料的颗粒，例如Lumogen-Red。波长转换颗粒10可以是量子点。在一些实施例中，波长转换元件3包括与波长转换颗粒10相同类型的颗粒。

图3图示了光源组件11，光源组件11类似于图1中的光源组件1，除了该光源组件10的散射层12具有如垂直于发光表面6（即，在z轴的方向上）测量的变化厚度t之外。厚度t在发光表面7之上变化，也就是说，厚度t在x和y方向上变化。厚度t可以例如在50μm到200μm之间变化，散射层11的最厚部分典型地在SSL设备3上方，如在z方向上所观看到的。厚度t以这样的方式变化以便随着从发光表面6发射的光的颜色中的变化而缩放。反向散射强度由散射层12的厚度t确定，反向散射强度在散射层12较厚的地方较强。散射层12可以具有复杂的3D形状并且可能已经借助于增材制造方法（诸如，3D打印）而施加到发光表面6。可设想到其它技术。例如，散射层12可以通过二次成型来生产。激光烧蚀可以是一种通过其为散射层12提供变化的厚度t的技术。

散射层12中的波长转换颗粒10的密度近似是均匀的。散射层12的波长转换强度由散射层12的厚度t确定，波长转换强度在散射层12较厚的地方较强。这意味着相比于穿过散射层12的薄部分的光而言，穿过散射层12的厚部分的光被波长转换到更大的程度。再次，应当指出的是，波长转换颗粒10可以在其它实施例中省略。

图4图示了与图3中的光源组件11类似的光源组件13。然而，图4中的光源组件13具有以微滴形式的散射层14。散射层14因而具有突起式形状。喷墨打印可以用于将这种类型的散射层施加到发光表面6。可以通过修改发光表面6的表面张力以及因而接触角θ来调谐散射层14的形状。这可以例如通过向发光表面6施加薄涂层或者通过使发光表面6经受利用等离子体的处理来完成。接触角θ可以例如为大约35°。厚度t在发光表面7之上变化，散射层14的最厚部分典型地在SSL设备3上方，如在z方向上所观看到的。最厚部分的厚度可以例如在50μm和200μm之间。

图5示出用于制造光源组件8、11、21的方法的一些步骤的流程图，这将参照图1至4以及图5进行讨论。

在步骤S1中，提供SSL设备3和波长转换元件4，波长转换元件4布置成接收由SSL设备3发射的光并且适配成将所接收的光中的至少一些转换成不同的波长。SSL设备3和波长转换元件3可以是LED封装的部分，可能是“现成的”LED封装。

在步骤S2中，测量从波长转换元件4的发光表面6发射的光的颜色中的变化。测量颜色变化可以通过使用LED封装正上方的近场接收器或者源成像测角仪来完成。配备有至少三个颜色滤波器的数码相机可以用于测量发射表面的比色图，所述至少三个颜色滤波器模仿眼睛响应曲线X、Y和Z。然后针对图像的每一个像素，即，针对发射LED表面的每一个位置，确定亮度L以及两个颜色坐标x_CIE和y_CIE。取决于所测量的和期望的颜色坐标，计算局部校正并且将其转译成反向散射强度。

在步骤S3中，将散射层7、12、14施加到波长转换元件4的发光表面6。散射层7、12、14适配成将光散射回到波长转换元件4，并且散射层7、12、14的反向散射强度被选择成在发光表面6之上变化以便减少从发光表面6发射的光的颜色中的所测量的变化。散射层7、12、14可以借助于增材制造技术（诸如，3D打印）而施加到发光表面6。喷墨打印可以用于将散射层7、12、14施加到发光表面6。散射层7、12、14则典型地为微滴。

在一些实施例中，在步骤S3之后可以继之以以下步骤：借助于激光烧蚀来为散射层提供变化厚度t。那么，首先在步骤S3中向发光表面6施加具有基本上均匀的厚度的散射层，在此之后，通过激光烧蚀移除散射层的薄部分。

当在使用光源组件1、11、13时，SSL设备3发射由波长转换元件4接收的光，所述波长转换元件4吸收所接收的光中的一些并且随后再发射经转换的光，所述经转换的光具有与由SSL设备3发射的光不同的波长。经转换的光与尚未被转换的光的混合物通过发光表面6离开波长转换元件4并且进入散射层7、12、14。已经进入散射层7、12、14的光的部分直接穿过散射层7、12、14并且通过出光表面8离开。光的另一部分被散射回到波长转换元件4以得到被波长转换的另一次机会。反向散射还使光遍及LED封装而分散开，使得光的强度在发光表面6之上更加均匀。

作为示例，假设SSL设备3发射蓝光，经转换的光为黄色，并且从发光表面6发射的混合光由于位置之上的颜色而变化，以便在从SSL设备3正上方的中心区域发射时是泛蓝的白色，并且在更靠近发光表面6的边缘发射时逐渐为泛黄的白色。换句话说，所发射的光的色温随着发射位置从中心向边缘移动而降低。在诸如此的情形中，散射层7、12、14适配成将光的相对高比例从中心区域散射回到波长转换元件4。这增加转换程度并且增加来自中心区域的光的黄色分量，并且作为发射泛蓝的白光的中心区域与发射泛黄的白光的更靠近边缘的区域之间的过渡的平滑化的结果，从发光表面6发射的光中的颜色差异减少。相比于如果不存在散射层7、12、14则离开发光表面6的光将具有的情况而言，离开出光表面8的光因而具有更均匀的颜色和更低的色温平均值，该效果对于近场以及远场中的观察者而言是显著的。

本领域技术人员认识到，本发明绝不限于以上描述的优选实施例。相反地，许多修改和变型在随附权利要求的范围内是可能的。例如，发光表面6可以例如具有圆顶形状或者某种其它的非平坦形状。此外，技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研读附图、公开文本和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能获益。

Claims (12)

1.一种光源组件（1、11、13），包括：

固态照明设备（3）；

波长转换元件（4），其布置成接收由固态照明设备（3）发射的光并且适配成将所接收的光中的一些转换成不同的波长；以及

散射层（7、12、14），其被施加到波长转换元件（4）的发光表面（6），

其中散射层（7、12、14）适配成将光散射回到波长转换元件（4），并且其中散射层（7、12、14）的反向散射强度在所述发光表面（6）之上变化以便减少从发光表面（6）发射的光的颜色中的变化。

2.根据权利要求1所述的光源组件（1、11、13），其中散射层（7、12、14）具有变化的密度，反向散射强度由所述密度确定。

3.根据权利要求1或2所述的光源组件（1、11、13），其中散射层（7、12、14）具有垂直于发光表面（6）的变化的厚度，反向散射强度由所述厚度确定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件（1、11、13），其中散射层（7、12、14）包括从包含以下各项的组选取的散射元件（9）：气泡、氧化钛颗粒和磷光体颗粒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件（1、11、13），其中散射层（7、12、14）包括波长转换颗粒（10）。

6.根据权利要求5所述的光源组件（1、11、13），其中波长转换元件（4）和散射层（7、12、14）包括相同类型的波长转换颗粒（5、10）。

7.根据权利要求5或6所述的光源组件（1、11、13），其中波长转换颗粒（5、10）是磷光体颗粒。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件（1、11、13），其中离开发光表面（6）的光的颜色取决于光从其离开发光表面（6）的位置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件（1、11、13），其中发光表面（6）是平坦的。

10.一种用于制造光源组件（1、11、13）的方法，包括：

提供固态照明设备（3）和波长转换元件（4），其中波长转换元件（4）布置成接收由固态照明设备（3）发射的光并且适配成将所接收的光中的至少一些转换成不同的波长；

测量从波长转换元件（4）的发光表面（6）发射的光的颜色中的变化；以及

向发光表面（6）施加散射层（7、12、14）；

其中散射层（7、12、14）适配成将光散射回到波长转换元件（4），并且其中散射层（7、12、14）的反向散射强度被选择成在所述发光表面（6）之上变化以便减少从发光表面（6）发射的光的颜色中的所测量的变化。

11.根据权利要求10所述的方法，其中散射层（7、12、14）通过增材制造技术来施加。

12.根据权利要求10所述的方法，其中散射层（7、12、14）以微滴的形式施加到发光表面（6）。