CN1419300A - 发光二极管装置 - Google Patents

Abstract

一种LED安装在基底上，并且由透明材料制成的保护体来保证密封该LED。在保护体上形成色修正滤波器。色修正材料具有把LED所发射出的光的色度修改为要从LED装置射出的照明光的期望色度的作用。

Description

发光二极管装置

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)装置，在该装置中安装着作为光源的LED，本发明尤其涉及光修正装置。

背景技术

近年来已提供了各种发出三原色、白色或中间色的LED，并且LED作为光源、供各种诸如键盘、指示器以及其他显示装置中的液晶面板的背景光之用。

图14是常规LED装置的截面图。LED装置110包括基底102、连接电极103和104，以及安装在基底102上的LED 101。LED的阴极101c用导电粘合剂连接于电极103，而阳极101a通过导线106连接于电极104。在基底102上，通过模压形成由透明树脂制成的保护体107来密封LED 101、电极103和104以及导线106。

当通过电极103和104对LED 101施加电流时，LED发射出光。所发光的色度与LED的组分有关。调节LED的组分以得到期望的色度。

然而，制造发出期望色度光的LED是很困难的。这是由所发光的波长的不等性、LED中荧光材料的数量以及其他所引起的。这样的不等性是不可避免的。

图15是示出从LED发出的白光的不等性的色度图，其中每个LED都被做成发出白光。如果由x表示红色(R)的比例，由y表示绿色(G)的比例，而由z表示蓝色(B)的比例，那么白光有如下表示。

x+y+z＝1                                                     (1)

在图中，标记C0表示对于白色色度R、G、B的比是1∶1∶1的点。在这种情况下，坐标为X＝0.33，Y＝0.33，以及Z＝0.33。然而，实际上白色LED色度是在由虚线围绕的区域S中分布的。区域S0实际上被看作为白色范围。区域S1是蓝色的中间色范围，区域S2是红色的中间色范围，区域S3是绿色，而区域S4是深红色。

通过测量大量的LED的色度来选择包括在区域S0中的LED是很困难的。作为这个困难的解决方案，可用以下方法。

1.测量多个LED的色度。

2.把LED归类到区域S0、S1、S2、S3和S4。

3.把已分类的LED应用到需要色度的区域。然而未必总是需要所有区域，这样导致剩余无用的LED。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有LED的LED装置，把它的色度修正为期望的色度。

根据本发明，提供一种发光二极管装置，包括基底、安装在基底上的LED、在基底上装置的并连接于LED以把电流施加于LED的电极、由透明树脂制成的并密封LED的保护体。与保护体结合的色修正材料，色修正材料具有把LED所发光的色度修改为从LED装置发出的照明光的期望色度的作用。

所发光的色度是与照明光色度有关的互补色。

在本发明的另一方面中，色修正材料包括产生激励光的荧光材料。

把色修正材料做成薄膜，覆盖在保护体上。

从以下参照附图的详细描述中，本发明的这些和其他目的及特点会变得更明显。

附图说明

图1是根据本发明LED装置的截面图；

图2是沿着图1中的线II-II所取的截面图；

图3是示出LED所发光的特性和照明光色度的示意图；

图4是示出所发光和照明光波长频谱的示意图；

图5是示出色滤波器透射率的波长频谱示意图；

图6a到6d是示出色滤波器色层的波长频谱示意图；

图7是示出由边缘照明系统的照明装置的透视图；

图8是沿着图7中的线VIII-VIII所取的截面图；

图9是本发明第二实施例的截面前视图；

图10是截面侧视图；

图11示出所发光的频谱；

图12和13是示出色修正原理的示意图；

图14是常规LED装置的截面图；

图15是示出白光中不等性的色度图。

具体实施方式

LED装置10包括基底2、连接电极3和4，以及安装在基底2上的LED 1。LED的阴极1c用导电粘合剂连接于电极3，而阳极1a通过导线6连接于电极4。在基底2上通过模压形成由透明树脂制成的保护体7来密封LED 1、电极3和4以及导线6。

基底2在俯视图中具有矩形形状，而保护体7具有拱式外壁，如图2所示，它被做成具有聚光作用的圆柱透镜。在保护体7周围覆盖色滤波器8。色滤波器8包括三个色层，包括青绿色(C)层8c、深红色(M)层8m和黄色(Y)层8y。

当通过电极3和4对LED 1施加电流时，LED发光。所发光12的色度与LED的组分有关。所发光12通过色滤波器8，这样就把所发光12的色度转换为不同色度。从色滤波器发出作为照明光15的转换光。

如果所发光12的色度极大地偏离白色，那么就由色滤波器8通过设置色滤波器的波长特性来把发射光15的色度转换为白色，如下文所述。

图3是示出LED所发光特性和照明光色度的示意图，图4是示出所发光和照明光的波长频谱示意图，图5是示出色滤波器透射率的波长频谱示意图，图6a到6d是示出色滤波器色层的波长频谱示意图。

色修正方法的步骤如下。

1.测量所发光12的波长频谱(图4)，并且从所测量的波长频谱得到色度C1(图3)。

2.计算色滤波器8透射率的波长频谱，该透射率是为了把LED 1的色度C1修正为期望的照明光15的白色色度C0。

3.计算每个色层8c、8m和8y中的波长频谱，该波长频谱是为了实现所得到的色滤波器8透射率的波长频谱的。

4.在保护体7上覆盖色层8c、8m、8y，同时控制层的厚度，以使色层8c、8m、8y的波长频谱成为所计算的值。

图3示出了所发光12的特性和照明光15的色度。图4示出了光12和光15的波长频谱。波长频谱H1是在步骤1中测量到的频谱。图4中，频谱H1中R、G、B光强比大致如下。

R1∶G1∶B1＝0.27∶0.38∶0.35                                 (2)

从式2中，所发光12的色度C1的坐标为x＝0.27，y＝0.38。这个坐标极大地偏离坐标C0的白色。

在步骤2中，对白色修正，根据所发光12的波长频谱计算色滤波器8的透射率的波长频谱。也就是期望白光的照明光15的R、G、B的光强比如下，如图4中频谱H1所示。

R0∶G0∶B0＝0.33∶0.33∶0.33                                (3)

如果整个色滤波器8波长频谱的比是R8∶G8∶B8，那么根据色激励(colorstimuli)的减色混合原理通过计算以完成下式(4)来确定比值R8∶G8∶B8。

R1×R8∶G1×G8∶B1×B8＝R0∶G0∶B0                          (4)

通过把式(2)和(3)代入式(4)，形成下式。

0.27×R8∶0.38×G8∶0.35×B8＝0.33∶0.33∶0.33

从该式，得到下式(5)。

R8∶G8∶B8＝1.22∶0.87∶0.94

          ＝0.4∶0.29∶0.31                                 (5)

因此，色滤波器8色度C8的坐标为x＝0.4，y＝0.29，如图3所示。这里，图5示出了整个色滤波器8透射率的频谱H8。可以如下表示式(5)。

R8∶G8∶B8＝0.8∶0.58∶0.62                                 (6)

因此以上所述的频谱H8的频谱比值就变为(6)式。

为了实现步骤3中所得到的色滤波器8透射率的频谱H8(图5)，通过计算得到每个色层8c、8m、8y的透射率的频谱比值。这里，青绿色的色层8c具有透射G组分和B组分的透射特性，但几乎没有透射R组分。因此频谱比值(R8c∶G8c∶B8c)如下。

R8c∶G8c∶B8c＝r∶1∶1    (r＜1)

相似地，深红色的色层8m的R、G、B频谱比值如下。

R8m∶G8m∶B8m＝1∶m∶1    (m＜1)

黄色的色层8y的R、G、B频谱比值如下。

R8y∶G8y∶B8y＝1∶1∶y    (y＜1)

如上所述，通常，色层8c、8m、8y的每个频谱都具有所有R、G、B的组分。

因此，在色层重叠的情况下，由于每个色层8c、8m、8y透射R、G、B组分，所以所透射的光不会成为黑色，并且具有R、G、B的组分。

本发明使用了这样的原理并通过计算把色滤波器8的透射特性设置为所需之值。

如上所述，更详细地，当把色层8c的透射特性的频谱比值设置为R8c、G8c、B8c，把色层8m的透射特性的频谱比值设置为R8m、G8m、B8m，而把色层8y的透射特性的频谱比值设置为R8y、G8y、B8y，所有色滤波器8的频谱比值R8y∶G8y∶B8y如下

R8∶G8∶B8＝R8c×R8m×R8y+G8c×G8m×G8y

                +B8c×B8m×B8y                                (7)

把式(6)代入式(7)，

0.8∶0.58∶0.62＝R8c×R8m×R8y+G8c×G8m×G8y

                    +B8c×B8m×B8y                            (8)

得到每个色层的频谱比(透射率R、G、B)，

R8c＝0.8    R8m＝1       R8y＝1

G8c＝1      G8m＝0.58    G8y＝1

B8c＝1      B8m＝1       B8y＝0.62                      (9)

图6a到6d是示出式(9)中所示的对应色层频谱比值的透射特性的示意图。图6a示出了青绿色色层8c的透射特性H8c，图6b示出了色层8m的透射特性H8m，图6c示出了色层8y的透射特性H8y，图6d示出了通过综合图6a、6b和6c的透射特性所得到的透射特性H8。透射特性H8符合图5的透射特性H8。

在步骤4中，通过覆盖各自的涂料同时控制层的厚度来形成色层8c、8m、8y，这样每个色层透射特性都符合公式(9)中以及图6a到6d中所示的值。在这样的情况下，当测量厚度时对厚度进行最终的调节。例如，除非透射光的R组分要减少，才逐渐增加青绿色色层8c的厚度。因此，要逐渐进行涂料的覆盖直到透射光的R组分是初始值的0.8倍为止。这样，可以使发出光准确符合期望的色度。

如上所述，添加涂料形成色滤波器8以使色层8c、8m、8y的透射特性符合计算值。这样，可能使所有色滤波器的透射特性或色度符合式(6)的期望值或期望特性(图3的C8)。因此，当具有色度C1(图3)的发射光12经过色滤波器8通过时，修正了发射光12的色度并作为具有期望白色色度C0(图3)的照明光15射出。这里，色滤波器8的色度C8和发射光12的色度C1是对于照明光15白光色度C0的互相有关的互补色(参考式(4))。

本发明提供了产生不同于白色的中间色的另一个装置。也就是当把发射光12的色度CL坐标设置为x＝xL，y＝yL，z＝zL时，就把期望中间色的照明光15的色度CS坐标设置为x＝xs，y＝ys，z＝zs，并把色修正必要的色滤波器的色度C8坐标设置为x＝x8，y＝y8，z＝z8，根据色激励的减色混合原理在这些色度值之间有以下关系。

xs∶ys∶zs＝xL×x8∶yL×y8∶zL xz 8                  (10)

因此，发射光12的色度CL和色滤波器8的色度C8是对于照明光15白光色度CS的互补色关系。

在以上所述的实施例中，虽然色滤波器具有三个色层8c、8m和8y，但是可能提供一个或两个色层。例如，为了只修正R组分，就只使用青绿色色层8c。当修正R组分和G组分时，就使用青绿色色层8c和深红色色层8m。此外，虽然在保护体7上已装备了色滤波器8作为该实施例中的层，但是在保护体中可能混入色滤波器材料的微粒和粉末。

图7是示出由边缘照明系统照明的装置的透视图，而图8是沿着图7中的线VIII-VIII所取的截面图。

照明装置30包括照明面板21和作为边缘光的LED装置10。由透明树脂制成的照明面板21在其上端具有发光表面21b，相对发光表面21b的对面具有光漫射表面21a。光漫射表面21a具有多个棱镜肋柱以反射从LED装置10到发光表面21b的光。

在照明面板21的前端21c放置LED装置10。从LED装置10射出的照明光15从前端21c进入照明面板21中，并由光漫射表面21a反射并从发光表面21b射出。射出光25照射液晶显示屏27。从LED装置射出照明光15，通过保护体7的圆柱透镜的聚光作用汇聚，从而有效地把光施加于照明面板21。

图9是本发明第二实施例的截面前视图，图10是截面侧视图。

除了保护体7和荧光涂料薄膜9处，LED装置10a具有与第一实施例相同的组成。因此，由与第一实施例相同的标号标识其他部分，省略了对它们的说明。

保护体7a是矩形的平行六面体。荧光涂料薄膜9包括按蓝(B)光组分产生诸如绿(G)、红(R)和黄(Y)的激励光的荧光材料。

图3所示的发射光12的色度C2具有坐标，例如x＝0.3，y＝0.2，z＝0.5。

图11示出所发射光12的频谱H2。频谱H2的R、G、B组分之比是0.3∶0.2∶0.5。如图11所示，由荧光涂料层9中的荧光材料吸收了频谱H2的频谱Bh这B一部分的B组分。根据B组分的吸收激励，G组分增加了Gh。R组分也增加了Rh。这样就把频谱H2修正为频谱H0的白光，R、G、B之比为0.33∶0.33∶0.33，并作为照明光15射出。

在图11中，Rh＝0.03，Gh＝0.13，而Bh＝-0.17。为了设置这样的值，就采取了下面的过程。图12和13示出了频谱偏差Rh、Gh、Bh的变化。也就是如果由x表示薄膜9的厚度并且x＝0，那么Rh、Gh和Bh都变为0。然而，当x增加时，Bh以-k的斜率减小，Rh以αk的斜率增加，Gh以βk的斜率增加。

因此，由xs表示Bh＝-0.17时的厚度，并且预先设置值α和β以使在厚度xs，Rh＝0.03，Gh＝0.13。通过适当调节包括在荧光涂料薄膜9中产生激励光G、R、Y的荧光材料的品种以及它的组分之比，这样的设置是可能的。结果，如图13所示已修正的频谱组分Rs、Gs、Bs就成为如白色的Rs＝0.33，Gs＝0.33，Bs＝033。

在简单的表述中，通过把修正组分Rh、Gh、Bh加到所射出的光12的组分R2、G2、B2(图13)得到这些值。换句话说，如图11和13所示，第二实施例的原理就是通过把在荧光涂料薄膜9产生的频谱组分Rh、Gh、Bh添加和混合到频谱H2的组分R2、G2、B2中来把色彩修正到期望的色度。因此，通过适当选择荧光材料的组分之比和荧光涂料薄膜9的厚度，不仅对白色修正而且对中间色修正都是可能的。由于第二实施例通过添加进行色修正，所以可在高光强处保持所修正的照明光。

根据本发明，可把从LED射出的光的色度修正为期望色度。此外，可以统一所射出光的色度，由此增加照明光的质量。

尽管结合本发明较佳特定实施例描述了本发明，但可以理解希望这些描述能阐述而又不限制本发明的范围，并由以下权利要求书限定范围。

Claims (5)

1.一种发光二极管装置，其特征在于，包括：

基底；

安装在基底上的LED；

在基底上安装并连接于LED的电极用于把电流施加于LED；

由透明材料制成并密封LED的保护体；

与保护体结合的色修正材料；以及

色修正材料具有把LED所射出的光的色度修改为要从LED装置射出的照明光的期望色度的作用。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于LED所发射出的光的色度与照明光的色度是互补色的关系。

3.按权利要求1所述的装置，其特征在于色修正材料包括产生激励光的荧光材料。

4.按权利要求1所述的装置，其特征在于色修正材料是被做成覆盖于保护体上的薄膜。

5.按权利要求2所述的装置，其特征在于色修正材料由青绿色、深红色和黄色材料组成。

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