发光元件及具有其的照明设备的制作方法

本公开涉及一种发光元件及具有其的照明设备，更详细地讲，涉及一种将发光二极管用作光源的发光元件及具有其的照明设备。

背景技术：

大部分生命体已适应为应对太阳光的变化而活动。人体也长期适应了太阳光。据此，人的一天周期生物节律(circadianrhythm)随着太阳光的变化而变化。尤其，在早晨，人体在明亮的阳光下分泌皮质醇(cortisol)激素。皮质醇激素为了对抗压力等外部刺激而向身体的各个器官供给更多的血液，据此，脉搏和呼吸增加，从而使人体从睡眠中醒来而准备外部活动。白天在强烈的太阳光下进行身体活动，到了晚上就分泌褪黑激素，降低脉搏、体温、血压，据此使身体变得无力，有助于入睡。

但是，在现代社会中，大部分人不是在太阳光下进行身体活动，而是主要在家里或办公室等室内进行活动。通常，即使是白天，在室内停留的时间也比在太阳光下进行身体活动的时间长。

但是，室内照明装置通常呈现恒定的光谱功率分布(spectralpowerdistribution)，这种光谱功率分布与太阳光的光谱功率分布有很大差异。例如，在使用蓝色、绿色及红色发光二极管的发光装置的情况下，虽然可以通过蓝色、绿色及红色的组合来实现白色光，但无法如太阳光一样呈现在可视区域的宽波长上的光谱功率分布，而是呈现在特定波长具有峰值的分布。

图1示出与位于cie色坐标上的普朗克轨迹(plankianlocus)上的若干个色温(colortemperatures)对应的黑体辐射的光谱功率分布，图2示出与若干个相关色温(corelatedcolortemperatures)对应的基于现有的蓝色发光二极管芯片的白色光源的光谱功率分布的曲线图。

参照图1和图2，与现有的白色光源的光谱相似，诸如太阳的黑体辐射的光谱随着色温的升高而在蓝色波长区域中具有较高的强度。然而，随着色温增加，白色光源的光谱与黑体辐射的光谱之间的差异显著。例如，在6500k的温度下，黑体辐射的光谱呈现出光的强度从蓝色区域至红色区域缓慢降低的趋势。与此相反，如图2所示，基于蓝色发光二极管芯片的白色照明装置中，色温越高，蓝色波长区域的光的强度比其他可视区域变得更强。

已经适应太阳光谱的人的晶状体可能因异常强的蓝色波长区域的光而损坏，从而降低视力。并且，视网膜细胞暴露于过度的蓝色区域的能量而向大脑传递异常信号，进而异常地生成或抑制诸如皮质醇和褪黑激素等的激素，因此可能对身体的一天周期生物节律(circadianrhythm)产生负面影响。

近来，正在进行用于提供表现出与太阳光谱相似的光谱功率分布的白色光源的多样的研究。尤其，正在开发通过将紫外线发光二极管或紫色发光二极管与蓝色、绿色和红色荧光体组合来降低蓝色波长区域的强度的技术。然而，通过这种组合的白色光源引起各种问题。

首先，存在光效率降低的问题。与现有的光源相比，需要对更多量的荧光体进行波长变换，因此发生由波长变换引起的效率降低。此外，由于蓝色荧光体具有反射光的特性，因此为了获得期望的蓝光强度，相对更多地增加蓝色荧光体的量，从而进一步降低波长转换效率。

并且，与蓝色发光二极管相比，利用短波长的光来对绿色荧光体或红色荧光体进行波长变换，因此发生因斯托克位移而导致的效率降低。

此外，存在制造白色光源的工艺性劣化的问题。如上所述，在使用蓝色荧光体的情况下，由于蓝色荧光体的反射特性，荧光体的总使用量增加。例如，在使用蓝色发光二极管的情况下，透明成型材料(例如，硅)与荧光体的比率大致为1：1，而在使用紫色发光二极管的情况下，透明成型材料与荧光体的比率增加到约1：3。荧光体的比率增加会增加混合有透明成型材料和荧光体的波长变换材料的粘性，据此，在利用喷嘴的点胶工艺中，喷嘴的入口被堵塞，从而工艺可能会经常中断。因此，难以应用通常使用的点胶工艺。

进一步，由于透明成型材料的相对比率减小，因此难以利用透明成型材料阻挡水分。例如，硅执行防止水分渗透的作用，但是硅的混合比率的减少会急剧降低硅的水分渗透防止性能。尤其，由于一部分蓝色荧光体易受水分影响，难以用于白色光源，因此减小了荧光体的选择范围。

技术实现要素：

技术问题

本公开提供一种能够防止或减小人的晶状体或视网膜被异常的蓝色区域的光损坏的发光装置及照明设备。

并且，本公开提供一种具有与太阳光的光谱功率分布对应的光谱功率分布且能够防止或减小光效率、工艺性或可靠性的劣化的发光装置及照明设备。

技术方案

根据本公开的一实施例的一种构成为实现白色光的发光元件，包括：第一发光二极管芯片，在400nm至420nm波长范围内具有第一峰值波长；第二发光二极管芯片，在420nm至440nm波长范围内具有第二峰值波长；波长转换器，覆盖所述第一发光二极管芯片及第二发光二极管芯片，其中，所述波长转换器包括：蓝色荧光体，具有450nm至500nm范围内的峰值波长；绿色荧光体，具有500nm至600nm范围内的峰值波长；以及红色荧光体，具有600nm至650nm范围内的峰值波长，在所述发光元件的光谱功率分布和黑体辐射的参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布的差在440nm至640nm波长范围内的各个波长下小于20％。

根据本公开的一实施例的照明设备包括：基座；以及发光元件，布置于所述基座上，其中，所述发光元件包括：第一发光二极管芯片，在400nm至420nm波长范围内具有第一峰值波长；第二发光二极管芯片，在420nm至440nm波长范围内具有第二峰值波长；波长转换器，覆盖所述第一发光二极管芯片及第二发光二极管芯片，其中，所述波长转换器包括：蓝色荧光体，具有450nm至500nm范围内的峰值波长；绿色荧光体，具有500nm至600nm范围内的峰值波长；以及红色荧光体，具有600nm至650nm范围内的峰值波长，在所述发光元件的光谱功率分布和黑体辐射的参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布的差在440nm至640nm波长范围内的各个波长下小于20％。

附图说明

图1是示出与位于cie色坐标上的普朗克轨迹(plankianlocus)上的若干个色温(colortemperatures)对应的黑体辐射的光谱功率分布的曲线图。

图2是示出与若干相关色温(corelatedcolortemperatures)对应的基于现有的蓝色发光二极管芯片的白色光源的光谱功率分布的曲线图。

图3是用于说明根据本公开的一实施例的照明设备的示意性的平面图。

图4是用于说明根据本公开的一实施例的发光元件的示意性的剖面图。

图5a是用于说明根据本公开的一实施例的发光元件的示意性的电路图。

图5b是用于说明根据本公开的又一实施例的发光元件的示意性的电路图。

图6至图10是将根据本公开的实施例的多样的发光元件的光谱和与其对应的色温下的黑体辐射(参考光源)的光谱进行对比而示出的曲线图。

图11是用于说明根据本公开的又一实施例的发光元件的示意性的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。为了能够将本发明的思想充分传递给本领域技术人员，作为示例提供以下介绍的实施例。因此，本发明并不局限于以下所述的实施例，其可以具体化为其他形态。并且，在附图中，可能为了便利而夸张示出构成要素的宽度、长度、厚度等。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的构成要素。

根据本公开的一实施例的一种构成为实现白色光的发光元件，包括：第一发光二极管芯片，在400nm至420nm波长范围内具有第一峰值波长；第二发光二极管芯片，在420nm至440nm波长范围内具有第二峰值波长；波长转换器，覆盖所述第一发光二极管芯片及第二发光二极管芯片，其中，所述波长转换器包括：蓝色荧光体，具有450nm至500nm范围内的峰值波长；绿色荧光体，具有500nm至600nm范围内的峰值波长；以及红色荧光体，具有600nm至650nm范围内的峰值波长，在所述发光元件的光谱功率分布和黑体辐射的参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布的差在440nm至640nm波长范围内的各个波长下小于20％。

以下，除非另有说明，否则特定的色坐标表示由美国国家标准协会(ansi：americannationalstandardsinstitute)规定的cie-1931坐标系中的色坐标。并且，黑体辐射的参考光谱、显色指数、保真度指数及图形指数表示通过iestm-30-18计算出的指数。

根据本实施例，可以通过使用发出短波长可见光的发光二极管芯片，来防止因蓝色波长的非正常的强的光而导致晶状体或视网膜受损。尤其，可以通过一起使用具有彼此不同的波长的第一发光二极管芯片及第二发光二极管芯片来提高发光元件的光效率，并且，相比于单独使用第一发光二极管芯片的情形，可以提高工艺性及可靠性。

在一实施例中，所述第一发光二极管芯片的第一峰值波长和所述第二发光二极管芯片的第二峰值波长的差可以为10nm以上。具体地，所述第一峰值波长可以在410nm至417.5nm范围内，第二峰值波长可以在430nm至437.5nm范围内。

在一实施例中，所述发光元件的色温可以为5000k以上。

所述发光元件也可以在5000k以上的色温实现具有与太阳光谱相似的光谱功率分布的白色光。

在另一实施例中，所述发光元件的色温可以为5000k以下。

所述发光元件还可以包括：第三发光二极管芯片，发出比所述第一峰值波长长且比所述第二峰值波长短的第三峰值波长的光。

在特定实施例中，所述发光元件还可以包括：蓝色发光二极管芯片，具有比440nm长的第四峰值波长。然而，发光元件的光谱功率分布和参考光谱功率分布的差在第四峰值波长下也维持小于20％。

所述发光元件的显色指数及保真度指数均可以为95以上。并且，所述发光元件的图形指数可以具有95至105之间的值。

另外，所述蓝色荧光体可以包括bam系、铝酸盐系、卤磷酸盐系或硅酸盐系荧光体。尤其，由于铝酸盐系荧光体的耐湿性较强，因此提高发光元件的可靠性。

根据本公开的一实施例的一种照明设备包括：基座；以及发光元件，布置于所述基座上，其中，所述发光元件包括：第一发光二极管芯片，在400nm至420nm波长范围内具有第一峰值波长；第二发光二极管芯片，在420nm至440nm波长范围内具有第二峰值波长；波长转换器，覆盖所述第一发光二极管芯片及第二发光二极管芯片，其中，所述波长转换器包括：蓝色荧光体，具有450nm至500nm范围内的峰值波长；绿色荧光体，具有500nm至600nm范围内的峰值波长；以及红色荧光体，具有600nm至650nm范围内的峰值波长，在所述发光元件的光谱功率分布和黑体辐射的参考光谱功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱功率分布的差在440nm至640nm波长范围内的各个波长下小于20％。

在一实施例中，在所述基座上可以布置有多个发光元件，并且所述多个发光元件可以发出彼此不同的色温的白色光。

以下，参照附图对本公开的多样的实施例进行说明。

图3是用于说明根据本发明的一实施例的照明设备的示意性的平面图，图4是用于说明根据本公开的一实施例的发光元件的示意性的剖面图。

参照图3，照明设备包括布置于基座110上的发光元件112。如印刷电路板，基座110可以包括用于向发光元件122供应电力的电路布线。并且，集成电路元件等可以安装于基座110上。

发光元件112排列于基座110上。虽然可以排列有多个发光元件112，但是并不局限于此，也可以布置有单个发光元件122。并且，相同色温的发光元件112可以布置于基座110上，但并非一定局限于此，也可以布置有互不相同色温的发光元件。据此，照明设备可以实现具有多样的色温的白色光。

参照图4，发光元件112可以包括壳体21、发光二极管芯片23a、23b、波长转换器25以及成型部27。壳体21可以具有用于电连接的引线，并且可以具有型腔。

发光二极管芯片23a、23b可以安装于壳体21的型腔内，并且电连接于引线。发光二极管芯片23a、23b可以是水平型发光二极管芯片，但是并不局限于此，也可以是垂直型或倒装芯片型发光二极管芯片。

第一发光二极管芯片23a及第二发光二极管芯片23b相比于蓝色光均发出短波长的光。第一发光二极管芯片可以在400nm至420nm范围内(更具体地，在约410nm至417.5nm范围内)具有峰值波长，第二发光二极管芯片23b可以在约420nm至440nm范围内(更具体地，在430nm至437.5nm范围内)具有峰值波长。进一步，第二发光二极管芯片23b可以相比于第一发光二极管芯片23a而具有约大于10nm以上的峰值波长。

第一发光二极管芯片23a及第二发光二极管芯片23b一起用作用于波长转换的光源。因此，与单独使用第一发光二极管芯片23a的情况相比，通过一起使用比第一发光二极管芯片23a具有长的波长的第二发光二极管芯片23b，可以提高发光元件112的光效率，并且可以减少蓝色荧光体的使用量。并且，与单独使用第二发光二极管芯片23b的情况相比，通过一同使用第一发光二极管芯片23a，能够降低第二发光二极管芯片23b的峰值波长的强度，从而能够实现与太阳光谱相似的光谱功率分布。

波长转换器25可以以覆盖发光二极管芯片23的方式布置于壳体21的型腔内。波长转换器25将从发光二极管芯片23发出的光转换为波长更长的光。

波长转换器25可以包括三种以上的荧光体。可以利用发光二极管芯片23a、23b和波长转换器25来提供发出期望色温的光的发光元件112。

波长转换器25可以包括例如蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体或红色荧光体。作为蓝色荧光体的例，可以列举bam(barium-magnesium-aluminate)系、卤磷酸盐(halo-phosphate)系、硅酸盐(silicate)系或铝酸盐(aluminate)系的荧光体，例如，可以包括bamgal10o17:mn²⁺、bamgal12o19:mn²⁺或(sr,ca,ba)po4cl:eu²⁺。尤其，铝酸盐基荧光体具有良好的耐湿性，因此适合于发光元件112。蓝色荧光体例如可以在440nm-500nm范围内具有峰值波长。

作为绿色或黄色荧光体的例，可以列举luag(lu3(al,gd)5o12:ce³⁺)、yag(y3(al,gd)5o12:ce³⁺)、ga-luag((lu,ga)3(al,gd)5o12:ce³⁺)、ga-yag((ga,y)3(al,gd)5o12:ce³⁺)、luyag((lu,y)3(al,gd)5o12:ce³⁺)、原硅酸盐(ortho-silicate：(sr,ba,ca,mg)2sio4:eu²⁺)、氮氧化合物(oxynitride：(ba,sr,ca)si2o2n2:eu²⁺)或含硫镓酸盐(thiogallate(srga2s4:eu²⁺))。除此之外，还可以使用另一种类的绿色或黄色荧光体。绿色或黄色荧光体可以在500nm至600nm范围内具有峰值波长。

作为红色荧光体的例，可以列举氮化物(nitride)、硫化物(sulfide)、氟化物(fluoride)或氮氧化合物(oxynitride)系的荧光体，具体地，可以列举casn(caalsin3:eu²⁺)、(ba,sr,ca)2si5n8:eu²⁺、(ca,sr)s2:eu²⁺或(sr,ca)2sis4:eu²⁺等。除此之外，也可以使用其它红色荧光体。红色荧光体可以在600nm至700nm范围内具有峰值波长。

波长转换器25可以具有荧光体分散于透明成型材料的结构，并且作为透明成型材料，例如可以使用硅、环氧树脂或玻璃等。在一实施例中，为了点胶工艺的稳定性，荧光体的粒子大小可以约为15μm以下。

成型部27可以以覆盖波长转换器25的方式形成于壳体21的型腔。成型部27利用对光透明的材料形成。尤其，成型部27可以利用甲基硅或苯基硅形成，尤其，可以利用苯基硅形成。苯基硅因紫外线而容易发生黄变，但与甲基硅相比，其强度较高。成型部27用于防止水分渗透，但也可以省略。

在本实施例中，对发光元件112包括壳体21的情形进行了说明，然而本公开并不局限于壳体21的特定结构。只要是发光元件112包括发光二极管芯片23a、23b及波长转换器25，则可以具有适合使用环境的任意结构。

另外，根据本实施例，通过采用具有小于440nm的峰值波长的第一发光二极管芯片23a及第二发光二极管芯片23b，可以提供具有与太阳光谱类似的光谱功率分布的发光元件112。尤其，发光元件112的光谱功率分布与根据isetm-30-18的黑体辐射的参考光谱功率分布进行对比，可以在波长范围440nm至640nm的范围内的各个波长处的发光元件112的光谱功率分布与参考光谱功率分布之间的差可以在6000k以上的色温下小于20％，进一步可以小于10％。由于现有的白色发光元件在440nm以上的波长下蓝色光的发光强度相对较强，因此现有的白色发光元件在6000k以上的相对较高的色温下，无法满足发光元件与黑体辐射的光谱功率分布的差异小于20％。

尤其，根据本实施例的发光元件112的显色指数及保真度指数可以为95以上，并且图形指数具有95至105之间的值，从而表现出与太阳光谱非常相似的光谱功率分布。

图6至图10是将根据本公开的实施例的多样的发光元件的光谱和与其对应的色温下的黑体辐射(参考光源)的光谱进行对比为示出的曲线图。在本实施例中，第一发光二极管芯片23a具有约412.5nm的峰值波长，第二发光二极管芯片23b具有435nm的峰值波长。通过调节蓝色荧光体、绿色荧光体及红色荧光体的混合比来调节了发光元件的色温。

图6的发光元件示出约6231k的色温，显色指数ra为99.2。并且，通过iestm-30-18计算的保真度指数为97.1，图形指数(rg：graphicalindex)为99.6。因此，可知根据本实施例的发光元件具有相对较高的色温，同时显色指数及保真度指数均具有95以上的高值，图形指数也具有非常接近于100的值，从而实现与太阳光类似的白色光。

尤其，参照图6可知，发光元件在第二发光二极管芯片23b的峰值波长下表现出比参考光谱高的强度，但是在440nm至640nm的波长范围内，发光元件表现出与参考光谱几乎相似的光谱功率分布。即，在发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布之间的差在440nm至640nm的波长范围内小于10％。

图7的发光元件示出约5591k的色温，显色指数ra为98.5。并且，通过iestm-30-18计算的保真度指数为97.7，图形指数(rg：graphicalindex)为100.6。可知根据本实施例的发光元件具有5500k以上的相对较高的色温，同时显色指数及保真度指数均具有95以上的高值，图形指数也具有非常接近于100的值，从而实现与太阳光相似的白色光。

尤其，参照图7可知，发光元件在第二发光二极管芯片23b的峰值波长下表现出比参考光谱高的强度，但是在440nm至640nm的波长范围内，发光元件表现出与参考光谱几乎相似的光谱功率分布。即，在发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布之间的差在440nm至640nm的波长范围内小于10％。

图8的发光元件示出约4055k的色温，显色指数ra为98.7。并且，通过iestm-30-18计算的保真度指数为97.0，图形指数(rg：graphicalindex)为100.3。可知本实施例的发光元件的显色指数及保真度指数均具有95以上的高值，图形指数也具有接近100的值，从而实现与太阳光相似的白色光。

尤其，参照图8可知，发光元件在第二发光二极管芯片23b的峰值波长下表现出比参考光谱高的强度，但是在440nm至640nm的波长范围内，发光元件表现出与参考光谱几乎相似的光谱功率分布。即，在发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布之间的差在440nm至640nm的波长范围内小于10％。

图9的发光元件示出约2993k的色温，显色指数ra为97.3。并且，通过iestm-30-18计算的保真度指数为96.1，图形指数(rg：graphicalindex)为101.9。可知发光元件的显色指数及保真度指数均具有95以上的高值，并且图形指数也具有接近于100的值，从而实现与太阳光相似的的白色光。

尤其，参照图9可知，发光元件在第二发光二极管芯片23b的峰值波长下表现出比参考光谱高的强度，但是在440nm至640nm的波长范围内，发光元件表现出与参考光谱几乎相似的光谱功率分布。即，在发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布中的最大值为100％的情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布之间的差在440nm至640nm的波长范围内小于10％。

图10的发光元件示出约2710k的色温，显色指数ra为97.3。并且，通过iestm-30-18计算的保真度指数为95.1，图形指数(rg：graphicalindex)为101.4。可知发光元件的显色指数和保真度指数均具有95以上的高值，并且图形指数也具有接近100的值，从而实现与太阳光相似的白色光。

尤其，参照图10可知，发光元件在第二发光二极管芯片23b的峰值波长下表现出比参考光谱高的强度，但是在440nm至640nm的波长范围内，发光元件表现出与参考光谱几乎相似的光谱功率分布。即，在发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布中的最大值为100％情况下，发光元件的光谱功率分布和参考光谱的功率分布之间的差在440nm至640nm的波长范围内小于10％。

参照图6至图10可以确认，通过采用第一发光二极管芯片23a及第二发光二极管芯片23b，在多样的色温下的发光元件的光谱与在可视区域借由黑体辐射的光谱大致匹配。尤其，在高色温下，不仅是显色指数，保真度指数及图形指数也表现出良好的值，从而可实现与太阳光相似的光。

图11是用于说明根据本公开的又一实施例的发光元件112a的示意性的剖面图。

参照图11，根据本实施例的发光元件112a与参照图4说明的发光元件112大致相似，区别在于还包括第三发光二极管芯片23c。

第三发光二极管芯片23c具有第一发光二极管芯片23a的峰值波长与第二发光二极管芯片23b的峰值波长之间的峰值波长。例如，第三发光二极管芯片23c可以具有410nm至430nm之间的峰值波长。通过采用第三发光二极管芯片23c，可以减小第二发光二极管芯片23b的峰值波长的强度。

在本实施例中，虽然对发光元件112a包括第一发光二极管芯片23a、第二发光二极管芯片23b、第三发光二极管芯片23c的三个发光二极管芯片的情形进行了说明，但是也可以包括更多的发光二极管芯片。即，除了第三发光二极管芯片23c以外，发光元件可以包括具有第一发光二极管芯片23a与第二发光二极管芯片23b的峰值波长之间的峰值波长的又一发光二极管芯片。

另外，在上述实施例中，虽然对第一发光二极管芯片23a、第二发光二极管芯片23b、第三发光二极管芯片23c具有440nm以下的峰值波长的情形进行了说明，但是只要在440nm至640nm范围内发光元件的光谱功率分布与参考光谱的功率分布的差异不超出10％以上，则还可以包括蓝色发光二极管芯片，据此，还可以进一步增加光效率。

以上对本发明的多样的实施例进行了说明，但是本发明并不局限于这些实施例，而是可以多样的变形。并且，在特定实施例介绍的构成要素在不脱离发明的思想的范围内可以应用于其他实施例。