專利名稱：用以控制白色發(fā)光二極管(led)的光通量的色度的方法及用以執(zhí)行該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明設(shè)備，S卩，涉及裝備有白色LED且用于內(nèi)部照明和外部照明的發(fā)光二極管裝置。
背景技術(shù)：
用于總體照明和局部照明的最先進(jìn)的技術(shù)包括使用產(chǎn)生白光通量的LED。存在兩種主要方法用于獲得此種光通量。第一方法包括混合通過布置成在板上彼此接近的半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的紅色輻射、綠色輻射和藍(lán)色輻射。用于獲得白光輻射的第二方法包括借助于發(fā)光體將芯片的UV輻射或藍(lán)色輻射的一部分轉(zhuǎn)換成波長轉(zhuǎn)移至黃色光譜區(qū)的光通量。在此情況下，主芯片輻射和副熒光發(fā)光體輻射的混合物形成帶有對(duì)應(yīng)于白光的色度坐標(biāo)的光通量。
雖然有主輻射的轉(zhuǎn)換期間的損失和與發(fā)光體的使用相關(guān)的某些技術(shù)困難，但獲得白光的第二方法是照明工程的領(lǐng)域中最廣泛使用的方法。
在白色LED的制造中，主要使用藍(lán)色(InGaN)芯片和黃色發(fā)光體。按照光譜參數(shù)， 由大多數(shù)LED制造商使用的黃色發(fā)光體包括摻雜有三價(jià)鈰的改進(jìn)版本的釔鋁石榴石。此種發(fā)光體的突光光譜的特征在于最大波長在530nm至570nm的范圍內(nèi)。結(jié)合黃色發(fā)光體使用藍(lán)色LED允許獲得大約5000° K至8000° K的色溫下的最大發(fā)光效率。借助于嵌入透明化合物中和/或布置在鄰近芯片的表面上的發(fā)光體顆粒來轉(zhuǎn)換通過半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的初始輻射的光通量。主輻射和熒光輻射的混合物的色度取決于很多物理因素、化學(xué)因素和過程相關(guān)的因素，如發(fā)光體粒度尺寸成分和化學(xué)成分、發(fā)光體顆粒的濃度、化合物的光學(xué)性質(zhì)和幾何性質(zhì)、以及其它影響?？紤]這些影響是復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)。取決于被照亮的表面上的光的入射角和參與轉(zhuǎn)換的發(fā)光體顆粒的濃度的非均勻性的產(chǎn)生的光通量的色度非均勻性可借助于無光澤反射表面和光擴(kuò)散光學(xué)透明構(gòu)件平滑。
用以產(chǎn)生白光通量的方法是公知的，該方法用以控制光通量的色度，其使用產(chǎn)生的紫-藍(lán)光譜區(qū)中的輻射，借助于用稀土元素活化的基于AlInGaN的發(fā)光體進(jìn)一步轉(zhuǎn)換此種輻射。此種發(fā)光體吸收芯片的主輻射，且發(fā)出黃色光譜區(qū)中的光；此種光與主輻射的混合構(gòu)成帶有對(duì)應(yīng)于所選的白色色調(diào)的坐標(biāo)的光通量(2003年12月20日公布的專利 RU2219622,國際專利分類號(hào)H01L33/00)。
控制光通量的色度的一種已知的解決方案使用產(chǎn)生的藍(lán)色光譜區(qū)中的主輻射，借助于堿土金屬原硅酸鹽組合的復(fù)雜發(fā)光體來將此種主輻射的一部分進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成黃色光譜區(qū)的輻射(2005年5月10日公布的專利RU 2251761，國際專利分類號(hào)H01L33/00)。
還已知一種控制光通量的色度的解決方案，其使用由兩個(gè)源產(chǎn)生的主輻射，兩個(gè)源中的一個(gè)在藍(lán)色光譜區(qū)中輻射，而另一個(gè)在UV光譜區(qū)中輻射，這些主芯片輻射中的各個(gè)輻射通過其自身專用發(fā)光體來進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成熒光通量；然后這些通量與主輻射的一部分相混合來形成白光通量(2006年7月13日公布的專利US2006152140，國際專利分類號(hào)HOljl3/62)。
2007年12月20日公布的專利RU3213157(國際專利分類號(hào)H01L33 /00)描述了基于此種方法獲得可見光和熒光源的另一已知方法。該方法包括使反斯托克斯發(fā)光體暴露于IR輻射，其進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成黃色_綠色_橙色光譜區(qū)的輻射。
決定產(chǎn)生的白色的色調(diào)的轉(zhuǎn)換的主輻射的量最終取決于體積內(nèi)或單位面積內(nèi)的發(fā)光體顆粒的濃度。
很明顯，參與主光通量的轉(zhuǎn)換的發(fā)光體的量越少，產(chǎn)生的輻射的色溫就越高。
在所有上述相似的解決方案中，結(jié)合各種主光輻射源來操作的目的在于獲得具有對(duì)應(yīng)于白色的某一色調(diào)的色溫的光通量。值得注意的一個(gè)方面在于試圖找出在不妨礙產(chǎn)生白光通量的源的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的情況下控制白光通量的色度的方式。為了控制已經(jīng)產(chǎn)生白光通量的色溫，將需要額外量的發(fā)光體；然而，此種輻射的轉(zhuǎn)換的技術(shù)，且如果需要進(jìn)一步平滑光通量區(qū)段上的色度，將要求僅略微與過程相關(guān)的以及工程變化。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在沒有防眩保護(hù)的情況下，LED的低角尺寸和高亮度將導(dǎo)致對(duì)視力的較大負(fù)擔(dān)；這引起不舒適的感覺，且喚起了離開裝備有此種照明裝置的房間的本能愿望。 為了減小照明器具的炫目效果，通過將其光通量分配在較大面積上來減小LED的亮度將是有效的，這可在控制LED光的色度的同時(shí)完成。發(fā)明內(nèi)容
所提出的解決方案的技術(shù)效果為控制白色LED的光通量的色度的可能性；擴(kuò)展用于設(shè)計(jì)基于白色LED的照明裝置的技術(shù)能力；通過減小發(fā)光表面的亮度來減輕視覺不適。
用以控制通過白色LED產(chǎn)生的光通量的色度的方法的特征在于以下基本特征 用于控制白色發(fā)光二極管(LED)的光通量的色度的方法包括產(chǎn)生具有超過6000° K的色溫且包含波長λ <490nm的光譜分量的光通量；將λ輻射的一部分轉(zhuǎn)換成具有波長 L>490nm的輻射(例如，在黃綠色、黃色或橙色光譜區(qū)中)；將獲得的L-波長輻射與包含未轉(zhuǎn)換的λ分量的主光通量相混合。
用以執(zhí)行用于控制白色LED的光通量的色度的所述方法的裝置的特征在于以下實(shí)質(zhì)特征用以執(zhí)行以上方法的照明裝置，該照明裝置包括至少一個(gè)白色LED，其產(chǎn)生具有超過 6000° K的色溫的白光通量；光學(xué)透明的基底，其布置成使得其暴露于所述光通量；轉(zhuǎn)換所述光通量的器件，該器件基本上為布置在所述基底的表面上和/或所述基底的材料中的發(fā)光體顆粒；光擴(kuò)撒器，其裝備有空間結(jié)構(gòu)元件，空間結(jié)構(gòu)元件布置在該光擴(kuò)散器的體積內(nèi)或布置在該光擴(kuò)散器的表面上。
稱為"轉(zhuǎn)換光通量的器件"的實(shí)質(zhì)特征將理解為發(fā)光體顆粒的組合，放光體顆粒的空間布置由該部分的構(gòu)造確定，這些顆粒容納在該部分的體積內(nèi)或該部分的表面上。
在用語〃基底〃下，申請(qǐng)人理解為由光學(xué)透明材料制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件適合于可包圍輻射源的平坦結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)?；妆诘暮穸热Q于材料的光學(xué)性質(zhì)，且考慮光通量的最低可能損失和基底在成形方面的技術(shù)能力來選擇。
應(yīng)當(dāng)注意作為附加特征和擴(kuò)展特征的以下內(nèi)容基底的表面上和/或基底的材料中的發(fā)光體的單位負(fù)載由以下公式選擇1〈P〈100，其中P =連結(jié)材料中的發(fā)光體的濃度，單位為mg/cm2。用語〃發(fā)光體的單位負(fù)載〃應(yīng)理解為作用于單位表面面積上的發(fā)光體的重量。P的選擇取決于初始LED光通量的色度和產(chǎn)生的光通量的所期望的色度；轉(zhuǎn)換白色LED光通量的器件可包括可變發(fā)光光譜的發(fā)光體顆粒；基底是平坦的或由一些部分組成，這些部分的表面基本上為一階表面和二階表面的組合，尤其是平面或圓柱面形式；光擴(kuò)散器由適合產(chǎn)生可包圍基底的平坦結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩者的光學(xué)透明材料制成； 基底與光擴(kuò)散器的發(fā)光表面之間的距離h(mm)由以下數(shù)學(xué)公式選擇 h < 50，其中h=基底與光擴(kuò)散器的發(fā)光表面之間的距離，單位為_ ；光擴(kuò)散器由適合產(chǎn)生平坦結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩者的光學(xué)透明材料制成，其可包含涂層，包括轉(zhuǎn)換光通量的器件；光擴(kuò)散器的空間結(jié)構(gòu)元件以規(guī)則圖案布置而沒有尖銳邊緣，如規(guī)則的半球圖案；LED裝備有反射體，反射體具有光擴(kuò)散表面；反射體具有圓錐形表面，圓錐形表面的引導(dǎo)件具有等邊四邊形或六邊形或圓形的形式；光擴(kuò)散器用作裝置的保護(hù)構(gòu)件。


通過以下圖示材料支持本發(fā)明，這些圖示材料示出用以控制白色LED的光通量的色度的方法和該方法在特定照明裝置中的實(shí)施圖I示出了白色LED光通量控制圖；圖2示出了包含二階表面基底和平坦的光擴(kuò)散器的照明裝置的示圖；圖3示出了包含平坦表面基底和平坦的光擴(kuò)散器的照明裝置的示圖；圖4示出了照明裝置的示圖，該照明裝置的光擴(kuò)散器配備有包含轉(zhuǎn)換光通量的器件的涂層。
具體實(shí)施方式
照明裝置(圖I)包括產(chǎn)生具有超過6000°K的色溫的光通量的LEDl，LEDl照亮光學(xué)透明的基底2 ;嵌入基底2的材料中的發(fā)光體顆粒3的形式的轉(zhuǎn)換光通量的器件；光擴(kuò)散器4,其具有裝備有空間結(jié)構(gòu)兀件6的發(fā)光表面5,空間結(jié)構(gòu)兀件6布置在光擴(kuò)散器4的表面5上。通過LEDl產(chǎn)生的具有λ光譜分量的一部分光波與發(fā)光體顆粒3進(jìn)行量子化相互作用；λ輻射的未轉(zhuǎn)換的部分穿過基底2的透明底部且在光擴(kuò)散器4中與由發(fā)光體顆粒 3輻射的轉(zhuǎn)換的熒光光通量相混合。在發(fā)光表面5上，通過空間結(jié)構(gòu)元件6另外混合該混合的光通量。
圖2中所示的照明裝置包括反射體7、具有二階表面的基底2和平坦的光擴(kuò)散器 4?；?與光擴(kuò)散器4的發(fā)光表面之間的距離h選擇成使得其不會(huì)超過50mm。較小的h導(dǎo)致發(fā)光表面5上的顏色不均勻，而較高的h較大地減小輻射的光通量的亮度。
圖3示出了裝置的一個(gè)版本，其包含反射體7、具有發(fā)光體顆粒3的平基底2，以及具有在發(fā)光表面5上的空間結(jié)構(gòu)元件6的平坦的光擴(kuò)散器4。根據(jù)裝置的特定構(gòu)造來選擇基底與光擴(kuò)散器的發(fā)光表面5之間的距離h。
圖4示出了裝置的一個(gè)版本，其包含反射體7、具有發(fā)光體顆粒3的平坦基底2，以及具有在發(fā)光表面5上的空間結(jié)構(gòu)元件6的平坦的光擴(kuò)散器4。根據(jù)裝置的特定構(gòu)造來選擇基底2與光擴(kuò)散器的發(fā)光表面5之間的距離h。在此情況下，h實(shí)際上對(duì)應(yīng)于光擴(kuò)散器5 的板的厚度。該版本需要更大量的材料用于制造光擴(kuò)散器；然而，這通過用于實(shí)施該方法的照明裝置的簡單得多的設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)。
〃冷光〃LED可高效地用作主輻射源，如具有6500° K至8000° K的色溫的Cree XLamp MX-6 LED，或其它制造商的等同產(chǎn)品。
工業(yè)實(shí)用性可使用公知的方法來制造照明裝置的部件和組件。說明書中的信息足夠由專業(yè)人員理解用于執(zhí)行改變白色LED的光通量的色度參數(shù)的方法的操作原理和裝置設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種用以控制白色發(fā)光二極管的光通量的色度的方法，包括產(chǎn)生具有超過6000°κ的色溫且包含波長λ <490nm的光譜分量的光通量；將輻射轉(zhuǎn)換成具有λ波長L>490nm的輻射，例如，黃綠色、黃色或橙色的光譜區(qū)；將所述光發(fā)射L和光通量相混合，所述光通量包括未轉(zhuǎn)換成所述波長λ的分量的部分。
2.一種用以執(zhí)行以上方法的照明裝置，包括至少一個(gè)白色LED，其產(chǎn)生具有超過6000°K的色溫的光通量；光學(xué)透明的基底，其能夠暴露所述光通量；轉(zhuǎn)換所述光束的器件，其制造成安置在表面上和/或所述基底材料中的發(fā)光體的顆粒的形式；擴(kuò)撒器，其包括空間結(jié)構(gòu)元件，所述空間結(jié)構(gòu)元件布置在該擴(kuò)散器的體積內(nèi)或布置在該擴(kuò)散器的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述基底的表面上和/或所述基底的材料中的所述發(fā)光體的單位負(fù)載由以下公式來選擇 1〈P〈100，其中， P =連結(jié)材料中的發(fā)光體的濃度，單位為mg/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)換所述白色LED光通量的所述器件包括可變發(fā)光光譜的發(fā)光體顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述基底為平坦的或由一些部分組成，其表面基本上為一階表面和二階表面的組合，尤其是平面或圓柱面的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述基底與所述光擴(kuò)散器的發(fā)光表面之間的距離(h，mm)由以下數(shù)學(xué)公式選擇 h < 50，其中， h=所述基底與所述光擴(kuò)散器之間的距離，單位為_。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述光擴(kuò)散器的空間結(jié)構(gòu)元件以規(guī)則圖案布置而沒有尖銳邊緣，如規(guī)則的半球圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述LED裝備有反射體，所述反射體的表面為漫射的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述反射體具有圓錐形表面，所述圓錐形表面的引導(dǎo)件具有等邊四邊形或六邊形或圓形的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述光擴(kuò)散器用作所述裝置的保護(hù)屏。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明工程領(lǐng)域，本發(fā)明的技術(shù)效果是能夠控制來自白色LED的光流的色度以及發(fā)光表面的炫目指數(shù)，其能夠通過利用設(shè)置在基底的表面上和/或基底的材料中的發(fā)光體轉(zhuǎn)換來自白色LED的光流、以及接下來利用空間結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行光散射而實(shí)現(xiàn)。發(fā)光體的單位負(fù)載以及發(fā)光表面和基底之間的距離的量化特征在說明書中說明。本發(fā)明還涉及用于制造照明裝置的變型。
文檔編號(hào)F21V14/00GK102934242SQ201080065488
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者V.I.克霍洛迪洛夫, V.N.奧洛維斯基, Y.B.索科洛夫 申請(qǐng)人:迪斯普拉斯有限責(zé)任公司