CN1832645A - 通过混合多种振荡波长的光产生白光的发光设备 - Google Patents

Abstract

第一发光二极管(12)与第二发光二极管(13)并联连接在第一节点(W1)和第二节点(W2)之间。这两个发光二极管以如下的方式彼此相连，也就是使每个发光二极管的阳极与另一发光二极管的阴极电连接。当驱动部分(11)向两个发光二极管(12，13)中的每一个加给AC电压时，所述发光设备(10)能交替地发射蓝色和绿色两种颜色的光和一种红色颜色的光。从而，由于可利用驱动电路产生白光，可以实现发光设备减小尺寸，以及实现降低成本。于是，提供一种小型且能容易地调节色度的发光设备。

Description

通过混合多种振荡波长的光产生白光的发光设备

本申请基于2005年3月8日向日本特许厅递交的日本专利申请No.2005-064249，本文将该申请的全部内容引为参考。

技术领域

本发明涉及一种发光设备，更具体而言，涉及通过混合多种振荡波长的光产生白光的发光设备。

背景技术

针对使用发光二极管(也称LED)的高质量白光源已经进行过研究。使用发光二极管的白光源用于比如液晶显示设备的背光、照明设备或图像读取设备。

利用发光二极管产生白光的方法大致分成使用荧光材料的方法和使用多种振荡波长的方法。在使用荧光材料的方法中，由荧光材料将发光二极管发射出的从紫外到蓝色的光转换成诸如黄色、绿色和红色的颜色，以产生白色。在使用多种振荡波长的方法中，将具有两种、三种或多种不同振荡波长的多个发光二极管接通，产生白色。

不过，利用任何一种方法实际上都难以获得所需的发射光色度和强度。

一种在先的使用荧光材料的方法中，由于所采用的荧光材料的差异，紫外到蓝色发光二极管的亮度改变，且色度极为不同。此外，一旦将使用荧光材料的白光源制造成产品，则基本上不可能调节色度。

对于后一种使用多种振荡波长的方法，已经提出过多种常规技术。例如，日本专利未审公开No.2001-144332披露了一种驱动LED的方法，LED设备，LED灯，驱动LED灯的方法以及显示设备。其中，在发射颜色随驱动电流值而变的光的LED装置中，将用于驱动LED装置的脉冲电流的电流值设定为与发射光的波长相应，或者将脉冲电流的占空比设定为与发射光的强度相应，从而，当光的强度改变时，发射光的颜色不会改变。

日本专利未审公开No.2004-086081披露了一种彩色显示设备，它包括用于存储多个发光二极管的光发射时间的时间存储电路，和根据时间存储电路所存储的信息改变发光二极管的光发射时间的控制部件。其中，通过重写时间存储电路存储的信息，调节通过多个发光装置的光发射得到的光的白平衡。

如上所述，在传统技术中，改变流过每个发光装置的电流的大小，即发射光的强度，以产生所需的色度，以及改变驱动电压的脉冲宽度或占空比，以便调节发射光的强度。这是由于在普通发光二极管中，当流过的电流量改变时，振荡波长会改变，从而色度改变。于是，一旦色度确定，通常将不再改变电流值；而作为另外的一种选择是改变发光时间，以便改变发光装置的亮度。

特别是，在上述日本专利未审公开No.2001-144332所披露的驱动LED的方法中，积极地改变电流值，导致从LED发射出的光的颜色发生蓝色漂移，从荧光体有效地产生荧光。不过，这种驱动LED的方法并非是通过结合另一发光二极管来调节色度的方法。

通过改变每种振荡波长的发光二极管的发光时间的比率，可仅进行色度调节，不对发射光的强度进行调节。

当排列多个白光源用作液晶显示器的背光，或者作为用于照明的光源时，即使白光源之间色度存在小的差别，也会产生不自然的印象，这是因为人眼通过比较会感觉到较大的颜色差别。从而，必须使白光源的色度尽可能一致。

在使用多种振荡波长产生白光源的传统方法中，由于独立控制流过每个发光装置的电流，需要与发光装置或振荡波长的数量相同的独立调节功能。从而，整个驱动电路变得大且复杂，导致成本增加。此外，由于需要对每个振荡波长进行色度调节，调节操作变得复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型的，而且能够很容易调节色度的发光设备。

综合而言，本发明提供一种通过混合多种光以产生白光的发光设备，包括第一发光装置部分、第二发光装置部分和驱动部分。第一发光装置部分与第一驱动电流相应地发射出具有第一和第二振荡峰值波长的第一种光。第二发光装置部分相应于与第一驱动电流不同的第二驱动电流，发射出具有第三振荡峰值波长并为第一种光的补色的第二种光。驱动部分将第一和第二驱动电流分别输送给第一和第二发光装置部分。

优选的是，所述驱动部分交替地输出第一驱动电流和第二驱动电流。

更为优选的是，当第一驱动电流的值改变时，第二振荡峰值波长的改变大于第一振荡峰值波长的改变。

最好使第一振荡峰值波长处于蓝光范围内；第二振荡峰值波长处于绿光范围内；以及第三振荡峰值波长处于红光范围内。

最好使第一和第二发光装置部分当中的每一个都是发光二极管，而且被并联连接在第一与第二节点之间，从而具有彼此相反的电极性。所述驱动部分加给在第一与第二节点之间周期性改变极性的AC电流。

最好使第一驱动电流和第二驱动电流当中的每一个都具有矩形波的波形。

最好是与白光的色度相应地确定第一驱动电流的流动周期和第二驱动电流的流动周期。

最好使所述AC电流具有从30Hz到100kHz的频率。

优选的是，使驱动部分输出脉冲电流作为第一驱动电流，输出恒定电流作为第二驱动电流。

更为优选的是，当脉冲电流的值改变时，使第二振荡峰值波长的改变大于第一振荡峰值波长的改变。

最好使所述第一振荡峰值波长处于蓝光范围内，第二振荡峰值波长处于绿光范围内，以及第三振荡峰值波长处于红光范围内。

于是，本发明的主要优点在于不需要为多个发光装置当中的每一个都提供用来控制驱动电流的控制电路，这样可使发光设备的尺寸减小，并使成本降低。

根据下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述以及其他目的、特征、方案和优点都将更加显而易见。

附图说明

图1表示第一实施例发光设备的电路结构；

图2示意地示出图1中所示发光二极管12的一种装置结构示例；

图3用于描述图1中所示电流If1和If2随时间的变化；

图4表示第二实施例发光设备的电路结构；

图5用于描述图4中所示电流If1和If2随时间的变化；

图6表示第三实施例发光设备的电路结构；

图7用于描述图6中所示电流If1和If2随时间的变化。

具体实施方式

以下参照附图详细描述本发明的实施例。应予说明的是，各图中的相同或相应部分采用相同附图标记予以表示，并且将不对这些进行重复描述。

[第一实施例]

图1表示第一实施例发光设备的电路结构。参照图1，发光设备10通过混合三种颜色的光，即蓝、绿和红光，产生白光。所述发光设备10包括驱动部分11，发光二极管12、13和电阻14、15。

驱动部分11连接在节点W1与节点W2之间，输出AC电压。从节点W1流动到节点W2的电流If1是正极性电流，从节点W2流动到节点W1的电流If2为负极性电流。

发光二极管12具有蓝色振荡峰值波长和绿色振荡峰值波长，并且，根据作为第一驱动电流的电流If1发射出蓝色光与绿色光的混合光。发光二极管12包括发射蓝光和绿光的发光装置(LED基片)。

随着电流If1增大，绿色和蓝色振荡峰值波长都从长波长一侧改变到短波长一侧。对于一定的电流值改变量，绿色振荡峰值波长的改变要大于蓝色振荡峰值波长的改变。随着电流量增大，具有较大波长变化的绿色振荡峰值波长从长波长一侧改变到短波长一侧，从而通过混合蓝光与绿光所形成的混色光的色度发生改变。

如上所述，由于发光设备中包括发射出具有多种不同振荡峰值波长的光的发光装置，所有，可减少用于驱动发光装置的电路的数量，从而可使发光设备10更小。

在发光二极管12中，除蓝光以外，波长变化较大的光不必局限于绿光，可以是比如黄绿光、黄色光或者橙色光。

发光二极管13具有第三振荡峰值波长，并根据作为第二驱动电流的电流If2发射出红色光，而红色光是蓝色光与绿色光的混合光颜色的补色。通过将蓝色光与绿色光组合，可以产生基本上足以满足需要的白光，由于缺少作为光的一种原色的红光，所产生的白色稍稍带有浅蓝色。从发光二极管13发出的红光具有扩展色度调节范围的作用。

设置电阻14和电阻15，分别用以决定电流If1，If2的大小。每个电阻14，15都为固定电阻。将固定电阻的电阻值设定为适于得到所需色度的白光。应予说明的是，电阻14，15当中至少之一可以是可变电阻。在这种情况下，即使在发光设备10组装之后，也能通过改变可变电阻的电阻值来调节色度、发光强度等。

发光二极管12与发光二极管13并联连接在节点W1与节点W2之间。这两个发光二极管按照这样的方式彼此连接，也就是使每个发光二极管的阳极与另一发光二极管的阴极相连。当驱动部分11对每个发光二极管12，13加给AC电流时，发光设备10能交替地发射两种颜色(蓝色和绿色)的光和一种颜色(红色)的光。由于可利用驱动电路产生白光，可以实现使发光设备尺寸减小，并且使成本降低。

图2以示意的方式表示图1中所示发光二极管12的一种装置结构示例。对照图2，所述发光二极管12包括发光二极管基片32，导线35、36，和外部电极37、38。导线35、36比如由Au(金)制成。发光二极管基片32具有半导体多层结构，并且包含内部电极33、34。通过从外部电极37、38经由导线35、36分别向内部电极33、34施加电压，发光二极管基片32发射出与蓝色和绿色相应的多种不同波长的光，这些光相混合，即产生白光。

在发光二极管基片32中，用来发射蓝光的部分和用来发射绿光的部分的每一个中，通过改变所使用的材料或者材料的比例，可改变与光发射有关的能级变化率。从而，对于电流量的改变而言，可使与蓝色和绿色相应的振荡峰值波长变化彼此不同。

图3用于描述图1中所示电流If1和If2随时间的变化。参照图3，表示出对于电流并未从驱动部分11流出的情况而言，电流If1和If2以及电位V1随时间的变化。由于电位V1具有正弦波波形，每个电流If1和If2的波形与正弦波半个周期的波形相应。从而，由于电流If1和If2交替地流动，发光二极管12和13交替地被点亮。

电位V1最好具有从30Hz到100kHz的频率。当频率低于30Hz时，人眼会感觉到闪烁。当频率高于100kHz时，发光二极管的响应特性下降，电路变得复杂。电位V1更为优选的频率范围是1-20kHz。

回过来再对照图1，描述一种调节和确定发光设备10中色度的方法。首先，使指定的电流流过每个发光二极管12、13，测量发光强度和色度。作为另一种可供选择的方式，在测量发光强度和色度的同时，改变流过每个发光二极管12、13的电流。然后，根据测量结果确定获得所需发光强度或色度所需的电流If1和If2的大小。根据所确定出的电流值来确定每个电阻14、15的电阻值。应予说明的是，在发光设备10的设计或试样阶段进行色度的调节或确定，而在制成品中，作为电阻14、15，使用固定电阻。

还可以通过改变电位V1的峰值以改变流过每个发光二极管12、13的电流大小，从而调节色度。不过，由于流过每个发光二极管12、13的正向电流均匀地改变，所有难以为了产生所需白色而进行色度调节。所述色度通常表示依照CIE(Commission Internationale de l′Eclairage：International Commission on Illumination)定义的色度体系的色度图上的X和Y坐标(色度坐标)的数值。在进行调节时，通过改变电位V1的峰值，不能分别改变X和Y坐标。不过，通过改变电位V1的峰值，容易在比如白色与电灯的颜色之间切换颜色。

此外，由于由每种波长的光量的比值来决定色度，通过改变每个发光二极管的发光强度，同时保持光量的比值不变，就可以改变发射光的强度。

如上所述，在本发明的发光设备中，并非如传统技术中那样通过改变每个波长处的振荡强度来调节色度，而是通过积极地利用发光二极管12随电流If1的波长变化来调节到所需的色度。

根据上述的第一实施例，由于输出AC电压的驱动电路交替地驱动发光二极管，使它们分别发射两种颜色的光和一种颜色的光，可利用驱动电路发射出白光。从而，可以实现使发光设备的尺寸减小，并使成本降低。

[第二实施例]

图4表示第二实施例发光设备的电路结构。参照图4，发光设备10A与图1中所示发光设备10的区别在于，它包括驱动部分11A，藉以取代驱动部分11。由于发光设备10A其它部分的结构与发光设备10的相应部分的结构相同，将不再对它们进行重复描述。

与驱动部分11不同，驱动部分11A输出具有矩形波波形的AC电压。如图3中所示，按照第一实施例，在每个电流If1，If2的输出周期期间，每个电流If1，If2的数值改变。从而，在发光周期期间，会使每个发光二极管12、13的发光强度改变。在第二实施例中，由于每个电流If1，If2具有矩形波波形，在发光周期期间，每个发光二极管12、13的发光强度是恒定的。从而，即使发光频率较低，也能降低闪烁。

图5用于描述图4中所示电流If1和If2随时间的变化。参照图5，由于电位V1为矩形波，每个电流If1，If2也具有矩形波波形。时间t1代表电流If1的流动时间，时间t2代表电流If2的流动时间，时间T代表时间t1与时间t2之和。电流If1的占空比表示为t1/T，电流If2的占空比表示为t2/T(＝1-t1/T)。

通过改变占空比t1/T和t2/T来改变流过每个发光二极管12、13的电流的平均值。从发光二极管发射出的光的色度随电流平均值的改变而改变。从而，通过改变占空比t1/T和t2/T来调节色度，以获得所需的白光。

应予说明的是，如同第一实施例那样，电位V1最好具有从30Hz到100kHz的频率。特别是，当频率高于100kHz时，发光二极管的响应特性下降，流过发光二极管的电流会发生波形变圆。

根据上述第二实施例，由于输出矩形波AC电压的驱动电路交替地驱动发光二极管，使其分别发射两种颜色的光和一种颜色的光，可以实现使发光设备尺寸减小，并使成本降低，以及减少闪烁。

[第三实施例]

图6表示第三实施例发光设备的电路结构。参照图6，发光设备10B与图1中所示发光设备10的区别在于它包括驱动部分11B，藉以取代驱动部分11。所述发光设备10B与发光设备10的区别还在于，包括电阻14A作为可变电阻，它取代作为固定电阻的电阻14。

驱动部分11B包括恒压源17，NPN晶体管18和PWM(脉宽调制)电路19。恒压源17将节点W1的电位设定为电位V1，为恒定的电位。NPN晶体管18的集电极通过电阻14A与节点W3相连，发射集与节点W2相连，而基极与PWM电路19相连。PWM电路19向NPN晶体管18的基极加给具有已调制脉宽的驱动电压。

发光设备10B与发光设备10的区别还在于，发光二极管12的阴极与节点W3相连，发光二极管13的阳极与节点W1相连，发光二极管13的阴极与电阻15的一端相连。由于发光设备10B其他部分的结构与发光设备10相应部分的结构相同，将不再对它们进行重复描述。

图7用于描述图6中所示电流If1和If2随时间的变化。参照图7，电流If1为脉冲电流，电流If2为恒定电流(DC电流)。将电流If2设定为恒定电流，用以减少调节操作。在第三实施例中，同样是仅改变电流If1，从而可减少发光设备10B中包括的驱动电路的数量

在发光设备10B中初始调节色度时，首先改变电阻14A的电阻值，以便改变电流If1。随着电流If1的增大，具有较大波长变化的绿光的振荡峰值波长，从长波长一侧变到短波长一侧，以便逐渐地改变通过混合具有较小波长变化的蓝光所得到的色度。当得到所需的色度时，将电流If1固定。调节流过发光二极管13的电流If2，以便进一步使发光设备10B中产生的白光更接近所需的白色。由于在制成品中电阻15的电阻值固定，可通过调节电阻14A的电阻值来调节色度。

通过调节从PWM电路19所加给的驱动电压的脉宽，控制发光二极管12的发光时间，可以调节发射光的强度。

如上所述，根据第三实施例，通过用脉冲电流驱动发射两种颜色光的发光二极管，用恒定电流驱动发射一种颜色光的发光二极管，能够利用一个驱动电路产生白光。从而，可以实现发光使设备尺寸减小，并使成本降低。

应予说明的是，尽管在第一到第三实施例中将发光二极管12描述为一种发光装置，不过，可以使用彼此并联或串联的蓝光发光二极管和绿光发光二极管，取代发光二极管12。但对于一定的电流量，绿光发光二极管振荡峰值波长的改变量应当比蓝光发光二极管的大。尽管与第一到第三实施例每一种情况相比，在这种情况下的电路区别更大，但由于蓝光和绿光发光二极管通常比较廉价，依然能实现成本降低的效果。

尽管已经详细描述和说明了本发明，但显然可以理解，仅只是通过说明和示例进行的描述和说明，并不构成对本发明的限制；本发明的精神和范围仅由所附各项权利要求限定。

Claims (11)

1.一种发光设备，通过混合多种光产生白光，所述发光设备包括：

第一发光装置部分，与第一驱动电流相应，它发射具有第一和第二振荡峰值波长的第一种光；

第二发光装置部分，与所述第一驱动电流不同的第二驱动电流相应，它发射具有第三振荡峰值波长，并为所述第一种光颜色的补色的第二种光；以及

驱动部分，分别向所述第一和第二发光装置部分输送所述第一和第二驱动电流。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其中：

所述驱动部分交替地输出所述第一驱动电流和所述第二驱动电流。

3.根据权利要求2所述的发光设备，其中：

当所述第一驱动电流的值变化时，所述第二振荡峰值波长的变化大于所述第一振荡峰值波长的变化。

4.根据权利要求3所述的发光设备，其中：

所述第一振荡峰值波长在蓝光范围内，

所述第二振荡峰值波长在绿光范围内，并且

所述第三振荡峰值波长在红光范围内。

5.根据权利要求4所述的发光设备，其中：

所述第一和第二发光装置当中的每一个为在第一与第二节点之间并联连接的发光二极管，从而具有彼此相反的电极性，并且

所述驱动部分加给在第一与第二节点之间周期性改变极性的AC电流。

6.根据权利要求5所述的发光设备，其中：

所述第一驱动电流和所述第二驱动电流中的每一个具有矩形波波形。

7.根据权利要求6所述的发光设备，其中：

与所述白光的色度相应地确定所述第一驱动电流的流动周期和所述第二驱动电流的流动周期。

8.根据权利要求5所述的发光设备，其中：

所述AC电流具有从30Hz到100kHz的频率。

9.根据权利要求1所述的发光设备，其中：

所述驱动部分输出脉冲电流作为所述第一驱动电流，输出恒定电流作为所述第二驱动电流。

10.根据权利要求9所述的发光设备，其中：

当所述脉冲电流的值改变时，所述第二振荡峰值波长的变化大于所述第一振荡峰值波长的变化。

11.根据权利要求10所述的发光设备，其中：

所述第一振荡峰值波长在蓝光范围内，

所述第二振荡峰值波长在绿光范围内，且

所述第三振荡峰值波长在红光范围内。

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