改進了顏色表現性的led白光源的製作方法

2023-12-08 14:19:31 2

專利名稱：改進了顏色表現性的led白光源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進了顏色表現性的LED白光源。
技術背景在許多應用中，使用顏色傳感器，以提供物體顏色的測量。例如，在 室內展示應用中，這樣的傳感器用於提供關於畫樣或織物顏色的顏色數 據，所述顏色與被觀察人所察覺的一樣。 一種顏色傳感器利用具有已知輸 出光譜的光源以照亮物體，並使用測量物體反射光強度的多個光電檢測 器。每個光電檢測器測量相應波長帶的光強度。控制器處理光電檢測器的 輸出，以提供當觀察人觀察物體時能察覺的顏色判斷。例如，作為輸出， 可以提供再現了物體顏色的、光譜中紅、藍和綠區域的光強度。便宜的顏 色傳感器中所用的光源通常是發射白光的白熾燈。發光二極體(LED)是替代傳統光源(諸如白熾燈和螢光燈光源)的 有吸引力的候選者。LED比傳統光源具有更高的光轉換效率和更長的壽 命。但是，LED產生相對窄光譜帶的光。因此，為了產生具有任意顏色的 光源，必須利用具有多個LED的複合光源或具有一層磷光體的單個 LED,該磷光體將部分LED光轉換成具有其他光譜的光。為了替代傳統的白熾燈或螢光燈系統，需要基於LED的光源產生對於 觀察人而言為"白色"的光。呈白色的光源可以由覆蓋有一層磷光體的藍 色LED構成，磷光體將部分藍光轉換成黃光。如果正確選擇藍光與黃光的 比，得到的光源在觀察人觀察時將呈白色。但是，當使用這樣的光源照亮隨後由觀察人觀察的景物時，觀察人觀 察到的景物與使用白熾光或太陽光作為光源時觀察到的景物顯著不同。具 體而言，景物中物體的顏色看起來與在白熾光或太陽光下看到的不同。為 了再現用光源以與當景物在白熾光或太陽光照時所察覺的顏色相符的方式照亮的景物中觀察到的顏色，"白色"光源必須在約400nm到約600nm之間的可見波長上或多或少恆定的光譜。 一般的磷光轉換光源所產生的光譜缺少光譜的綠色和紅色部分強度。因此，這樣的白色光源在顏色傳感器 中工作較差。原理上，可以利用不同的磷光體成份，以改進上述的磷光轉換光源的 顏色表現能力。但是，燈的設計者沒有可以任意選擇的磷光體組。具有足 夠光轉換效率的傳統磷光體數目有限。這些磷光體發射的光譜不容易改 變。此外，光譜比理想情況下要少，因為隨波長變化而發射的光不是恆定 的。因此，即使組合幾個磷光體，也不能獲得理想的白色光源。另外，光轉換效率是光源設計的重要因素。為了便於討論，光源的光 轉換效率被定義為光源消耗每瓦電能所產生的光的量。目前使用的磷光轉 換光源可獲得的轉換效率高於產生白色光的螢光燈的效率。光轉換效率取 決於具體的磷光體以及照亮磷光體的LED的轉換效率。因此，設計者在選擇不同磷光體成分時還面臨進一步限制。 發明內容本發明包括一種光源，其產生具有輸出光譜的光，該光源包括第一、 第二 LED和磷光體層。第一 LED發射處於對磷光體進行激發的波長的 光，其發射具有第一 LED光譜的光。磷光體層被定位成將第一 LED發射 的光的一部分轉換成具有磷光體光譜的光。第二 LED發射第二 LED光譜 的光。第一LED和第二LED被通電，使得輸出光譜包括第一 LED光譜、 第二 LED光譜和磷光體光譜，並且使得與第一 LED光譜或第二 LED光譜 或磷光體光譜相比，輸出光譜在450nm和650nm之間隨著波長而變化的 強度更加恆定。在本發明的一個方面中，第一 LED發射400nm至500nm 之間波長的光，磷光體將部分光轉換成500nm至650nm之間波長的光。 第二 LED光譜包括580nm到680nm之間和/或480nm到500nm之間的波 長帶。


圖1圖示由一般磷光轉換白色光源產生的光譜。圖2圖示當將中心波長約為500nm的藍色-綠色LED添加到光譜如圖 1所示的白色光源時獲得組合光譜。圖3圖示通過將三個LED添加到如圖1所示的白色光源而獲得的光譜。圖4是現有技術磷光轉換白色光源的剖視圖。 圖5是根據本發明一個實施例的光源的剖視圖。 圖6是根據本發明的光源另一實施例的剖視圖。 圖7圖示根據本發明一個實施例的顏色傳感器。
具體實施方式
現在參考圖1，圖1圖示了由一般磷光轉換白色光源產生的光譜。以 標號21示出由白色光源產生的光譜。如可以從圖中看出，在對應標號22 和23所示的綠光和和紅光的區域中的光譜不足。本發明基於這樣的觀 察在有關波長處需要增加的功率方面，光譜缺陷與裝置的整個功率輸出 相比非常小。因此，通過將具有不足區域中的發射光譜的一個或多個LED 與磷光體裝置光源相結合，在基本沒有改變最終光源的光轉換效率的情況 下，可以獲得改進了顏色表現性的光源。此外，因為不改變白色磷光體轉 換光源，所以對於最終光源的部件而言可以獲得磷光體裝置光源生產設備 的固有的規模經濟性。添加的LED優選地發射藍色-綠色光譜區域(即，480nm-500nm)以 及琥珀色-紅色光譜區域(即，580nm-680nm)的光。現在參考圖2，圖2 圖示了當將中心波長約為500nm的藍色-綠色LED添加到具有圖1中所示 光譜的白色光源中獲得的組合光譜。藍色-綠色LED的光譜以標號31表 示。標號32所示組合光譜與單獨的白色LED相比，在強度隨波長的變化 方面要恆定得多。添加的LED的功率是實現白色LED所用的藍色LED的 功率的一小部分。因此，使用與藍色LED相比光轉換效率較低的、所添加 的LED，造成的影響很小。但是，組合LED與白色LED本身相比，顏色 表現能力要好得多。通過在光源中包括添加的LED可獲得顏色表現方面的另外優點。現在參考圖3，圖3圖示了通過將三個LED添加到如圖1所示的白色光源而獲 得的光譜。標號31、 35和36示出三個LED的光譜。標號33示出合成光 譜。由圖可見，與白色LED產生的光譜相比，作為從450nm-650nm區域 上波長的函數，合成光譜的強度恆定得多。在下面討論中，用於改善複合光源的顏色表現性所添加的LED被稱為 顏色表現LED。顏色表現LED相對於白色光源中使用的藍色LED的實體 布置可以影響光源的可察覺顏色。現在參考圖4，圖4是現有技術的磷光 轉換白色光源的剖視圖。光源50包括具有藍色LED的管芯51。管芯連接 到襯底54中的導體。用於連接管芯的具體連接配置對於本發明來說不重 要。注意管芯具有連接到導體的兩個觸點以及襯底包括用於將導體連接到 外部電路的電極即可。在管芯51上放置包封層52，包封層52包括用於將部分藍色光轉換成 黃色光的磷光體顆粒53。因為每個磷光體顆粒充當發射沿所有方向的光的 分離光源，所以磷光體顆粒產生的黃色光好像是從具有包封層的尺寸的更 大光源發出的。磷光體顆粒沒有轉換的藍光被包括在包封層中的磷光體顆 粒和/或散射顆粒所散射。因此，藍色光源看起來也具有包封層的尺寸。管芯經常放置在具有反射面56的杯狀物55中。杯狀物將沿側面方向 離開顆粒的光再導向到向前方向，以改善集光效率。在圖5所示的實施例 中，杯狀物還充當包封層的模子。杯狀物還限定光源的大小和形狀。在本發明的一個實施例中，顏色表現LED也包封在相同的包封層中。 這確保了來自顏色表現LED的光好像與白色光源是從同一實體光源發出 的。現在參考圖5，圖5是根據本發明一個實施例的光源的剖視圖。光源 60利用三個管芯。藍光發射管芯51激發磷光體顆粒53，並且標號61和 62示出兩個顏色表現管芯。顏色表現管芯61包括發射光譜中580-680nm 區域的光的LED，顏色表現管芯62發射光譜中480-550nm區域的光。各 個管芯連接到襯底64中的導電跡線，並且由連接到這些跡線的外部電路 供電。設定來自三個管芯的光的相對強度，以提供與藍色LED單獨提供的 光強度相比，在從450nm到680nm光學波段中隨著波長的變化更加恆定的光強度。一般而言，用於改進光表現性的較長波長的LED不在對磷光體顆粒進 行激發的波長處提供大量的光。但是。磷光體殼體散射光，並且由此，光源好像是具有由包封層確定的形狀的單一白色光源。如果顏色表現LED將 磷光體激發到某些程度，磷光體的量可以降低，以解決由顏色表現LED產 生的另外黃光和/或來自藍色LED的光的強度問題。或者，顏色表現LED可以放置在包括磷光體顆粒的包封層的外部。現 在參考圖6，圖6是根據本發明的光源另一實施例的剖視圖。光源70利用 管芯71上的磷光轉換LED以及管芯61和62上的顏色表現LED。用於轉 換來自LED 71的光的磷光體層被限制到標號72示出的第一包封層。沒有 磷光體顆粒的第二包封層75覆蓋磷光體層和包含顏色表現LED的管芯。 包封層75還可以包括散射顆粒，使得離開光源70的光看起來好像從具有 包封層75的實體尺寸的光源發出。可以利用根據本發明的光源的實施例，以構成上述類型的顏色傳感 器。現在參考圖7，圖7圖示根據本發明一個實施例的顏色傳感器80。顏 色傳感器80包括根據本發明類似於上述方式操作的光源81。來自光源81 的光被透鏡82準直，使得光照射在具有待測量的顏色的物體85上。透鏡 83將來自物體85的光成像到產生多個信號的光電檢測器84上，每個信號 表示預定波長帶的光的強度。控制器86處理來自光電檢測器84的信號， 以產生顏色測量值，所述顏色測量值輸出到使用顏色測量值的使用者或其 他裝置。光電檢測器84可以由光電二極體陣列構成，其中每個光電二極 管被帶通濾波器覆蓋，該帶通濾波器限制此光電二極體對要由此光電二極 管測量的期望光譜帶的響應。根據上述說明書和附圖，本發明的一般技術人員容易對本發明作出各 種修改。因此，本發明僅由權利要求的範圍限定。
權利要求
1.一種光源，其產生具有輸出光譜的光，所述光源包括第一LED，其發射具有第一LED光譜的光，所述光以第一效率激發磷光體，所述磷光體發射磷光體光譜中的光；磷光體層，其被定位成將所述第一LED發射的所述光的一部分轉換成所述磷光體光譜的光；第二LED，其發射具有第二LED光譜的光，所述第二LED以第二效率激發所述磷光體，所述第二效率小於所述第一效率；所述第一LED和所述第二LED被通電，使得所述輸出光譜包括所述第一LED光譜、所述第二LED光譜和所述磷光體光譜，並且使得與包括所述第一LED光譜和所述磷光體光譜但不包括所述第二LED光譜的光譜相比，所述輸出光譜在450nm和650nm之間隨著波長而變化的強度更加恆定。
2. 根據權利要求1所述的光源，還包括第三LED，所述第三LED發 射第三LED光譜的光，所述第三光譜以第三效率激發所述磷光體，所述第 三效率小於所述第一效率，所述第三LED被通電，使得所述輸出光譜包括 所述第一 LED光譜、所述第二 LED光譜、所述第三LED光譜和所述磷光 體光譜，並且使得與包括所述第一 LED光譜、所述第二 LED光譜和所述 磷光體光譜但是不包括所述第三LED光譜的光譜相比，所述輸出光譜在 450nm和650nm之間隨著波長而變化的強度更加恆定。
3. 根據權利要求2所述的光源，其中，所述第一 LED發射400nm至 500nm之間波長的光，所述磷光體將所述光的一部分轉換成500nm至 650nm之間波長的光。
4. 根據權利要求3所述的光源，其中，所述第二LED光譜包括480nm 至500nm之間的波長帶。
5. 根據權利要求3所述的光源，其中，所述第三LED光譜包括580nm 至680nm之間的波長帶。
6. 根據權利要求2所述的光源，其中，所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED包封在包含所述磷光體的材料層中。
7. 根據權利要求2所述的光源，其中，所述第一 LED包封在包括所述 磷光體的第一材料層中，所述第二 LED和所述第三LED在所述包封層的 外部，並且其中，所述第一LED、所述第二 LED和所述第三LED由不包 括所述磷光體的第二包封材料層所覆蓋。
8. 根據權利要求7所述的光源，其中，所述第二包封材料層包括擴散 劑，所述擴散劑散射具有所述輸出光譜中波長的光。
9. 根據權利要求1所述的光源，還包括光學系統，其用來自所述第一 LED和所述第二 LED的光照亮所述光 源外部的物體；以及光電檢測器，其被定位成接收從所述物體反射的所述光的一部分，所 述光電檢測器產生多個信號，每個信號表示被接收的光中對應波長帶中的 強度。
10. 根據權利要求9所述的光源，還包括控制器，其處理所述多個信 號以提供輸出，所述輸出表示觀察人所察覺到的從所述物體發出的光的顏 色。
全文摘要
本發明提供一種光源，其產生具有輸出光譜的光。光源包括第一、第二LED和被來自第一LED的光所激發的磷光體層。磷光體層被定位成將來自第一LED的光的一部分轉換成具有磷光體光譜的光。第二LED發射第二LED光譜的光。第一LED和第二LED被通電，使得輸出光譜包括第一LED光譜、第二LED光譜和磷光體光譜，並且使得與第一LED光譜或第二LED光譜或磷光體光譜相比，輸出光譜在450nm和650nm之間隨波長變化的強度更加恆定。本發明可以提供改進了顏色表現性的白色LED光源。
文檔編號H01L25/075GK101257014SQ20081008271
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月27日 優先權日2007年2月27日
發明者郭建裕, 陳範顯 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司