TWI725012B - 具改善的色彩一致性之光源組件 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種光源組件(1、11、13)，其包括：一固態發光裝置(3)；一波長轉換元件(4)，其經配置以接收由該固態發光裝置(3)發射之光，且經調適以將該所接收光中之某些光轉換為一不同波長；及一散射層(7、12、14)，其經施加至該波長轉換元件(4)之一發光表面(6)。該散射層(7、12、14)經調適以將光散射回至該波長轉換元件(4)，且該散射層(7、12、14)之一反向散射強度在該發光表面(6)上方變化，以便減小自該發光表面(6)發射之光之色彩的變化。
Description
本發明係關於一種具有一固態發光(SSL)裝置及一波長轉換元件之光源組件，該波長轉換元件經配置以接收由該SSL裝置發射之光且經調適以將該所接收光中之某些光轉換為一不同波長。本發明亦係關於一種用於生產此一光源組件之方法。
用以提供白色光之一普遍技術係組合一非白色光源與一波長轉換器，一恰當情形係具有在黃色光之波長範圍內具有一發射光譜之一磷光體層之一發藍色光二極體(LED)。來自發光二極體之藍色光中之某一藍色光由磷光體吸收，然後該磷光體發射與剩餘藍色光混合之黃色光以形成白色光。由此等類型之發光裝置發射之光通常係不完全一致之白色而是在色彩上輕微地變化，且用於色彩校正之各種技術在此項技術中已知。舉例而言，US 2009/0236967 A1教示可藉助於施加於一磷光體層之頂部上之一墨水層來調整來自具有該磷光體層之一LED之光之色度。儘管已在開發此等技術方面作出努力，但在此領域中仍需要進一步之工作。
提供一種具改善的色彩一致性之光源組件將係有利的，特定而言此等光源組件意欲產生白色光。
為瞭解決此問題，根據一第一態樣，提供一種光源組件，其包括：一固態發光裝置；一波長轉換元件，其經配置以接收由該固態發光裝置發射之光且經調適以將該所接收光中之某些光轉換為一不同波長；及一散射層，其施加至該波長轉換元件之一發光表面。該散射層經調適以將光散射回至該波長轉換元件，且該散射層之一反向散射強度在該發光表面上方變化以便減小自該發光表面發射之光之色彩之變化。
「反向散射強度」在此處意指該散射層將自該發光表面發射之該光散射回至該波長轉換元件之程度。
該SSL裝置可(舉例而言)係一半導體LED、一有機LED、一聚合物LED或一雷射二極體。
由該散射層提供之反向散射使得自該發光表面發射之該光之色彩之該等變化減小。該等經減小變化使得光在遠場中對一觀察者而言顯現得較一致。
與不具有此一層之光源組件相比，近場及遠場中之色彩一致性可由上文所闡述之該散射層來改善。該散射層可經調適以校正各種類型之色彩變化，諸如位置上色彩(亦即，所發射光之色彩取決於發射位置)、角度上色彩(亦即，所發射光之色彩取決於發射角度)，及不同LED封裝之LED之間的色溫變化。可藉助於一加性製造程序將該散射層施加至標準「現成」之LED封裝(舉例而言，中功率白色LED封裝)，藉此使得其更適合於需要一致色彩之光的高端發光應用。施加該散射層可與一已有LED封裝製造程序容易地整合，或係可能在一不同製造設施處執行之一完全單獨步驟。該散射層達成最終產品之一高度客製化，且可減小對LED「分級」之需要。此外，藉由將光散射回至該波長轉換元件中，該散射層增加該光穿過該波長轉換元件的路徑長度，且因此，增加經波長轉換之光的量。因此，可使用一較薄波長
轉換元件而不減小總體轉換效能，藉此可減小材料成本。
根據一項實施例，該散射層具有一可變密度，該反向散射強度係由該密度決定。此等散射層可藉由標準技術生產，且可用以減小諸多不同種類之色彩變化。
根據一項實施例，該散射層具有垂直於該發光表面之一變化厚度，該反向散射強度係由該厚度決定。此等散射層可用以減小諸多不同種類的色彩變化，且可藉由諸如3D印刷、噴墨印刷及雷射剝蝕(舉例而言CO2雷射剝蝕)之各種技術生產。藉由此等技術，可形成具有一經精細調諧之變化厚度之一散射層。
根據一項實施例，該散射層包括選自由氣泡、氧化鈦粒子、磷光體粒子、金屬薄片、聚合物珠粒及玻璃珠粒組成之群組的散射元件。
根據一項實施例，該散射層包括波長轉換粒子。在該散射層中包含波長轉換粒子可增加使色彩變化減小的效率，及強化該散射層的色彩校正能力。然後可使用一較薄散射層，藉此減小生產該層所需要之材料的量。此外，該等波長轉換粒子形成一額外自由度，從而促進成本及效能最佳化。
根據一項實施例，該波長轉換層及該散射層包括相同類型之波長轉換粒子。自一生產觀點而言，此可係較佳的，因為可簡化生產程序。
根據一項實施例，該等波長轉換粒子係磷光體粒子。磷光體係一高效波長轉換器，且因此尤其適合於本發明。
根據一項實施例，離開該發光表面之光的色彩取決於該光自其離開該發光表面的位置。所發射光之發射位置之此一色彩相依性通常被稱為位置上色彩變化。此係通常與中功率發光二極體相關聯之一問題。
根據一項實施例，該發光表面係平坦的。此情形通常係針對「現成」之LED封裝，且此等層可係尤其穩健的。
根據一第二態樣，提供一種用於製造一光源組件之方法。該方法包括：提供一固態發光裝置及一波長轉換元件，其中該波長轉換元件經配置以接收由該固態發光裝置發射之光，且經調適以將該所接收光中之某些光轉換為一不同波長；量測自該波長轉換元件之一發光表面發射之光之色彩的變化；及將一散射層施加至該發光表面。該散射層經調適以將光散射回至該波長轉換元件，且該散射層之一反向散射強度經選擇以在該發光表面上方變化，以便減小自該發光表面發射之該光之該色彩之該等所量測變化。
該第二態樣之技術效應及特徵大部分類似於該第一態樣之彼等技術效應及特徵。
根據該方法之一項實施例，該散射層係藉由加性製造技術(諸如三維(3D)印刷)來施加。此使得可形成具有一複雜3D結構之一散射層。
根據該方法之一項實施例，該散射層係以一液滴之形式施加至該發光表面。可使用噴墨印刷(一簡單且相對便宜之印刷方法)來施加此一散射層。
應注意，本發明係關於申請專利範圍中所陳述之特徵之所有可能組合。
1‧‧‧光源組件
2‧‧‧基板
3‧‧‧固態發光裝置
4‧‧‧波長轉換元件
5‧‧‧波長轉換粒子
6‧‧‧發光表面
7‧‧‧散射層
8‧‧‧光出射表面
9‧‧‧散射元件
10‧‧‧波長轉換粒子
11‧‧‧光源組件
12‧‧‧散射層
13‧‧‧光源組件
14‧‧‧散射層
h‧‧‧高度
l‧‧‧長度
t‧‧‧一致厚度/厚度/變化厚度
w‧‧‧寬度
θ‧‧‧接觸角度
現在將參考展示本發明之實施例之隨附圖式更詳細地闡述本發明之此項態樣及其他態樣。
圖1展示具有一平坦散射層之一光源組件之一實施例之一示意性透視圖。
圖2展示圖1中之光源組件之一示意性剖面圖。
圖3展示具有一散射層之一光源組件之一實施例之一示意性剖面圖，該散射層具有變化厚度。
圖4展示具有呈一液滴之形式之一散射層之一光源組件之一實施例之一示意性剖面圖。
圖5係用於製造一光源組件之一方法之步驟中之某些步驟之一流程圖。
如該等圖中所圖解說明，層及區域之大小可出於說明性目的而放大且因此經提供以圖解說明本發明之實施例之一般結構。通篇中，相似元件符號係指相似元件。
現在將在下文中參考其中展示本發明之當前較佳實施例之隨附圖式更全面地闡述本發明。然而，本發明可以諸多不同形式體現且不應被解釋為限於本文中所陳述之實施例；而是，此等實施例係為透徹及完整起見而提供且將本發明之範疇完全傳達給熟習此項技術者。
圖1及圖2圖解說明可用於(舉例而言)發光體及改裝燈中之一光源組件1。光源組件1包含具有一敞開式矩形盒之形狀之一基板2。在其他實施例中，基板2可具有一不同形狀。基板2可(舉例而言)具有一板之形狀。基板之高度h可(舉例而言)在自約300μm至約400μm之範圍內，基板之寬度w可(舉例而言)在自約1mm至約6mm之範圍內，且基板之長度l可(舉例而言)在自約2mm至約6mm之範圍內。基板2可(舉例而言)由一經射出成型之白色反射聚合物製成。呈一LED之形式之一SSL(固態發光)裝置3安裝於基板2上，更精確而言，安裝於基板2之經界定之一凹入部分中。基板2與SSL裝置3電連接及熱連接。SSL裝置3與基板2之間的電連接可(舉例而言)係導線。SSL裝置3經配置以便發射遠離基板2之光。SSL裝置3經組態以發射單色光，舉例而言藍色光或近紫外線輻射。
一波長轉換元件4經配置以接收由SSL裝置3發射之光，且經調適以將所接收光中之某些光轉換為一不同波長。在此實施例中，SSL裝置3經部分地嵌入於波長轉換元件4中。經轉換光之波長(亦即，色彩)使得當混合正確比例之經轉換光與來自SSL裝置3之光時，結果對一觀察者而言光顯現白色。舉例而言，若由SSL裝置3發射之光係藍色，則波長轉換元件4經調適以將藍色光轉換為綠色或紅色光。波長轉換元件4包括能夠波長轉換由SSL裝置3發射之光的波長轉換粒子5。在此實施例中，波長轉換元件4包括磷光體粒子，舉例而言有機磷光體粒子或一無機磷光體。有許多市售磷光體可用。在其他實施例中，波長轉換元件4可包括除磷光體之外之一發光材料，諸如一發光染料。根據某些實施例，波長轉換元件4包含能夠波長轉換由SSL裝置3發射之光的量子點，量子點係奈米大小之半導體晶體，該奈米大小之半導體晶體在被入射光激發時，發射由該晶體之大小及材料決定之一色彩的光。
波長轉換元件4具有由SSL裝置3發射之光及經波長轉換之光可透過其離開波長轉換元件4之一發光表面6。發光表面6及SSL裝置3係配置於波長轉換元件4之相對側處。發光表面6係矩形且平坦的，沿由具有軸x、y及z之一卡氏(Cartesian)座標系之x軸及y軸界定之一平面延伸。發光表面6之表面法線與z軸平行。歸因於色彩上位置變化，離開發光表面6之光的色彩取決於光自其離開發光表面6的位置。基板2、SSL裝置3及波長轉換元件4一起形成一LED封裝，舉例而言，以名稱「Nichia NSSL 157」市售之類型之一LED封裝。
一散射層7經施加至發光表面6。散射層7可與發光表面6直接接觸或與發光表面6間接接觸。可存在經配置於散射層7與發光表面6之間用於散射層7至發光表面6之經改善附接之一層(舉例而言，一黏合層)。散射層7覆蓋實質上整個發光表面6。散射層7之一光出射表面8
背對發光表面6。散射層7係平坦的，在z方向上具有一實質上一致厚度t，且沿與x-y平面平行之一平面延伸。厚度t可(舉例而言)在自約50μm至約200μm之範圍內。散射層7經調適以透過發光表面6將光散射回至波長轉換元件4。散射層7之反向散射強度在發光表面6上方變化，亦即，該反向散射強度在x及y方向上變化。因此，不同x-y座標處之反向散射強度可係相同的或可係不相同的。反向散射強度以減小自發光表面6發射之光之色彩之變化之此一方式變化。在此實施例中，散射層7之密度在發光表面6上方(亦即在x及y方向上)變化，且該密度在SSL裝置3以上係最高，如在z方向上所觀看。反向散射強度係由散射層7之密度決定，該反向散射強度係在散射層7之密度較高處較強。反向散射強度可(舉例而言)在處於自約10%至約50%之範圍內的值之間變化，X%之一反向散射強度意指由散射層7接收之光的X%被反向散射。
反向散射通常係由散射層7內部之散射元件9所導致。因此，散射層7之密度係由散射層7之每單位體積之散射元件9的數目決定。散射層7通常包括支撐散射元件9之一黏結劑，諸如聚矽氧。散射元件9可(舉例而言)係氣泡、氧化鈦粒子、磷光體粒子、金屬薄片、聚合物珠粒或玻璃珠粒。散射元件9可係具有與黏結劑不同之一折射率的聚合物夾雜物。
在其他實施例中，散射層7具有可係或可不係該情形之波長轉換粒子10。波長轉換粒子10遍及散射層7而分散，波長轉換粒子10之密度(亦即散射層7之每單位體積之波長轉換粒子10之數目)係一致的或不一致的。波長轉換粒子10可係磷光體粒子，舉例而言有機磷光體粒子或無機磷光體粒子。磷光體之特定實例包含鎦鋁石榴石及摻雜鈰之釔鋁石榴石。波長轉換粒子10可係除磷光體之外的一發光材料(舉例而言Lumogen-Red)之粒子。波長轉換粒子10可係量子點。在某些實施
例中，波長轉換元件4包含與波長轉換粒子10相同類型之粒子。
圖3圖解說明類似於圖1中之光源組件1之一光源組件11，惟除此光源組件11之散射層12具有如垂直於發光表面6(亦即，沿z軸之方向)所量測之一變化厚度t。厚度t在發光表面6上方變化，亦即，厚度t在x及y方向上變化。厚度t可(舉例而言)在50μm至200μm之間變化，散射層12之最厚部分通常在SSL裝置3以上，如在z方向上所觀看。厚度t以隨著自發光表面6發射之光之色彩之變化而按比例縮放之此一方式變化。反向散射強度係由散射層12之厚度t決定，該反向散射強度係在散射層12較厚處較強。散射層12可具有一複雜3D形狀且可藉助於一加性製造方法(諸如3D印刷)施加至發光表面6。可設想其他技術。舉例而言，散射層12可藉由包覆成型而生產。雷射剝蝕可係藉由其而使散射層12具備一變化厚度t之一技術。
散射層12中之波長轉換粒子10之密度係大約一致的。散射層12之波長轉換強度係由散射層12之厚度t決定，該波長轉換強度係在散射層12較厚處較強。此意指穿過散射層12之一厚部分之光較穿過散射層12之一薄部分之光更大程度地被波長轉換。此外，應注意，在其他實施例中，可省略波長轉換粒子10。
圖4圖解說明類似於圖3中之光源組件11之一光源組件13。然而，圖4中之光源組件13具有呈一液滴之形式之一散射層14。因此散射層14具有一鼓凸狀形狀。噴墨印刷可用以將此類型之散射層施加至發光表面6。可藉由修改發光表面6之表面張力而調諧散射層14之形狀，且因此接觸角度θ。此可(舉例而言)藉由將一薄塗料層施加至發光表面6或藉由使發光表面6經歷用電漿進行之一處理而完成。舉例而言，接觸角度θ可係約35°。厚度t在發光表面6上方變化，散射層14之最厚部分通常係在SSL裝置3以上，如在z方向上所觀看。舉例而言，最厚部分之厚度可在50μm與200μm之間。
圖5展示用於製造一光源組件1、11、13之一方法之步驟中之某些步驟之一流程圖，此將參考圖1至圖4以及圖5來論述。
在步驟S1中，提供一SSL裝置3及一波長轉換元件4，波長轉換元件4經配置以接收由SSL裝置3發射之光且經調適以將所接收光中之某些光轉換為一不同波長。SSL裝置3及波長轉換元件4可係一LED封裝(可能係一「現成」LED封裝)之一部分。
在步驟S2中，量測自波長轉換元件4之一發光表面6發射之光之色彩之變化。量測色彩變化可藉由使用在LED封裝正上方之一近場接收器或一源成像測角器來完成。可使用配備有模擬眼睛回應曲線X、Y及Z之至少三個色彩濾光器之一數位相機來量測發射表面之一比色圖譜。然後針對影像之每一像素(亦即針對發射LED表面之每一位置)來判定明度L及兩個色彩座標x_CIE及y_CIE。取決於所量測及所要色彩座標，計算一局部校正且將其轉譯為一反向散射強度。
在步驟S3中，將一散射層7、12、14施加至波長轉換元件4之一發光表面6。散射層7、12、14經調適以將光散射回至波長轉換元件4，且散射層7、12、14之反向散射強度經選擇以在發光表面6上方變化以便減小自發光表面6發射之光之色彩之所量測變化。可藉助於一加性製造技術(諸如3D印刷)將散射層7、12、14施加至發光表面6。可使用噴墨印刷將散射層7、12、14施加至發光表面6。因此，散射層7、12、14通常係一液滴。
在某些實施例中，在步驟S3後可繼之以藉助於雷射剝蝕提供具有一變化厚度t之散射層之一步驟。因此，首先在步驟S3中將具有實質上一致厚度之一散射層施加至發光表面6，在此之後藉由雷射剝蝕移除該散射層之薄部分。
當光源組件1、11、13在使用中時，SSL裝置3發射由波長轉換元件4接收之光，波長轉換元件4吸收所接收光中之某些光且隨後重新發
射具有不同於由SSL裝置3發射之光之一波長之經轉換光。經轉換光與尚未轉換光之一混合物透過發光表面6離開波長轉換元件4且進入散射層7、12、14。已進入散射層7、12、14之光之一部分直接穿過散射層7、12、14且透過光出射表面8離開。光之另一部分經散射回至波長轉換元件4以用於波長轉換之另一機會。反向散射亦遍及LED封裝而擴散光，使得光之強度在發光表面6上方係更一致的。
作為一實例，假定SSL裝置3發射藍色光，經轉換光係黃色且自發光表面6發射之經混合光歸因於位置上色彩而變化，以便在自SSL裝置3正上方之一中心區域發射時係藍白色的且在越靠近於發光表面6之邊緣處發射時越來越係黃白色的。換言之，隨著發射位置自中心移動至邊緣，所發射光之色溫降低。在諸如此之一情況中，散射層7、12、14經調適以將來自中心區域的一相對高比例之光散射回至波長轉換元件4。此增加轉換程度且增加來自中心區域之光之黃色分量，且由於發射藍白色光之中心區域與靠近於發射黃白色光之邊緣之區域之間的過渡之一平滑而減小自發光表面6發射之光之色差。因此，與離開發光表面6之光在不存在散射層7、12、14之情形下原本將具有之色彩及色溫相比，離開光出射表面8之光具有一更一致之色彩及一更低色溫平均值，該效應在近場以及遠場中對一觀察者而言皆係顯著的。
熟習此項技術者應認識到，本發明決不限於上文所闡述之較佳實施例。相反，在隨附申請專利範圍之範疇內諸多修改及變化係可能的。舉例而言，發光表面6可(舉例而言)具有一圓頂或某種其他非平坦形狀之形狀。另外，自對圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究，熟習此項技術者在實踐所主張之本發明時可理解及實現所揭示實施例之變化。在申請專利範圍中，措辭「包括(comprising)」並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一(a)」或「一(an)」並不排除複數個。在互不相同之附屬請求項中陳述某些措施之此一事實本身並不指
示無法有利地使用此等措施之一組合。
1‧‧‧光源組件
2‧‧‧基板
3‧‧‧固態發光裝置
4‧‧‧波長轉換元件
5‧‧‧波長轉換粒子
6‧‧‧發光表面
7‧‧‧散射層
8‧‧‧光出射表面
9‧‧‧散射元件
10‧‧‧波長轉換粒子
h‧‧‧高度
l‧‧‧長度
t‧‧‧一致厚度/厚度/變化厚度
Claims (7)
- 一種光源組件，其包括：一固態發光裝置；一波長轉換元件，其經配置以接收由該固態發光裝置發射之光，且經調適以將該所接收光中之某些光轉換為一不同波長；及一散射層，其經覆蓋該波長轉換元件之一發光表面，該散射層包含多個散射元件，該等散射元件在不進行波長轉換的情況下散射光，其中一些光被反向散射(backscattered)至該波長轉換元件中，其中垂直於該發光表面的該散射層之一厚度在跨該波長轉換元件之一表面上變化，由於該散射層之厚度變化使得該散射層之一反向散射強度(backscattering strength)在該發光表面上方變化，以便減小自該發光表面發射之光之色彩的變化，及其中該散射層之該反向散射強度在自該發光表面發射之光的10%至50%之範圍內變化。
- 如請求項1之光源組件，其中該散射層包括選自由氣泡及氧化鈦粒子組成之群組的散射元件。
- 如請求項1之光源組件，其中該散射層包括波長轉換粒子。
- 如請求項3之光源組件，其中該波長轉換元件及該散射層包括相同類型之波長轉換粒子。
- 如請求項3之光源組件，其中該等波長轉換粒子包括磷光體粒子。
- 如請求項1之光源組件，其中離開該發光表面之該光之該色彩取決於該光自其離開該發光表面的位置。
- 如請求項1之光源組件，其中該發光表面係平坦的。
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