专利名称：发光装置以及包括该发光装置的照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其中在衬底上安装固态发光元件的发光装置以及包括该发光装置的照明设备。
背景技术：
常规地，诸如白炽灯、荧光灯、高压放电灯等等的光源已经用于照明设备。近年来，由于发光二极管(LED)光源的低功耗以及高耐用性，使得其得到了广泛的应用。由于一个LED元件发射低光通量，所以LED光源使用多个LED元件以获得基本与传统光源相同的光通量。存在将LED元件尽可能紧凑地安装到衬底上以实现高功率LED光源的趋势。这种LED光源的示例可以包括通过在衬底LED元件上涂覆用于发射蓝光的树脂层(所述树脂层从包含用于将蓝光转换成黄光的突光材料)而将蓝光和黄光混合以生成白光 的白LED光源，出于容易制造以及使用小量的荧光材料的观点，已经提出了各种荧光材料的设置。图6A至6F中示出了这种荧光材料的设置的示例。作为一个示例，如图6A和6B所示，LED光源101可以包括安装在形成于衬底102上的圆形凹部104上的多个LED元件103、以及形成在所述凹部104中的荧光层105。作为另一示例，如图6C和6D所示，LED光源101可以包括多个LED元件103和以线的形式涂覆在LED元件103上的荧光层105。作为再一示例，如图6E和6F所示，LED光源101可以包括多个LED元件103以及浇灌(potting)于LED元件103上的荧光层105。图7中示出了上述配置的LED光源的辐射图案的示例。在一些情况下，其中光被辐射至辐射表面106的辐射图案可能示出了辐射表面106的中心部分中的光的色温“TA”高于辐射表面106的周边中的光的色温“TB”，并且色温从中心部分朝着周边减小。下面将参考图8A和8B来描述其原因。图8A中示出的LED光源101包括衬底102、安装在衬底102上的固态发光元件103、以及形成于衬底102上的荧光层105。图8B示出的光源101包括衬底102、安装在衬底102上的两相邻固态发光兀件103、以及分别烧灌于固态发光兀件103上的突光层105。如图8A中所示，假设从LED元件103发射蓝光，就光传播通过荧光层105的距离而言，垂直衬底102的安装表面发射的光不同于相对于安装表面不垂直发射的光。也就是说，不垂直发射的光的传播距离“DB”长于垂直发射的光的传播距离“DA”，因此，辐射至荧光材料的不垂直发射的光的波转换率高于垂直发射的光的波转换率。结果，不垂直发射的光相对于蓝光分量具有更多的经波长转换的黄光分量，因此具有低的色温，这可能导致非均匀的颜色分布。从图8B示出的相邻LED元件103之一不垂直发射的光传播通过覆盖相应LED元件103的第一荧光层105以及覆盖其它LED元件103的第二荧光层105。这种传播尤其可能在包括高密度设置的多个LED元件的发光装置中发生。因此，同样在浇灌的情况下，不垂直发射的光的传播距离Db长于垂直发射的光的传播距离Da，这同样导致上述问题。为了防止非均匀的颜色分布，已经提出了包括多个LED元件、荧光层以及沿着LED元件的一段形成于荧光层的表面上的V状沟槽的照明设备(例如，参见日本专利申请公开No. 2011-60967 (JP2011-060967A))。在所述照明设备中，与未设置V状沟槽的情况相比，降低了不垂直发射的光的传播距离，使得不垂直发射的光的传播距离等于垂直发射的光的传播距离。然而，应该考虑的是，由于从一个LED元件发射的光可能传播通过覆盖相应LED元件的第一荧光层和覆盖其它LED元件的第二荧光层，所以在JP2011-060967A中公开的LED光源导致浇灌情况下的同样问题。
发明内容
考虑到上述情况，本发明提供一种发光装置以及包括该发光装置的照明设备，所述发光装置能够通过紧凑安装在衬底上的多个固态发光元件获得均匀的照射图案。根据本发明的一方面，提供一种发光装置，包括安装在衬底上的多个固态发光元件；以及覆盖所述固态发光元件的波长变换单元，所述波长变换单元包含荧光材料，其中所 述固态发光元件包括设置在所述衬底的中心位置的内固态发光元件以及从所述内固态发光元件向外设置的外固态发光元件，所述波长变换单元被配置成使得传播通过所述波长变换单元的光与覆盖所述外固态发光元件的所述波长变换单元的部分中的所述荧光材料接触的概率，低于传播通过所述波长变换单元的光与其它部分中的所述荧光材料接触的概率。所述波长变换单元可以被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的所述部分中的所述荧光材料的浓度低于其它部分中的所述荧光材料的浓度。所述波长变换单元可以被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的外周侧的部分中的所述荧光材料的浓度低于其它部分中的所述荧光材料的浓度。所述波长变换单元可以被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的所述部分的厚度小于其它部分的厚度。所述波长变换单元可以被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的外周侧的部分的厚度小于其它部分的厚度。所述外固态发光元件的设置间隔可以小于所述内固态发光元件的设置间隔。根据本发明的另一方面，提供一种包括发光装置的照明设备。利用根据本发明的一方面的所述发光装置，由于使传播通过所述波长变换单元的光与所述波长变换单元中的所述荧光材料接触的概率较低，所以从设置在所述衬底的所述外周位置的所述外固态发光元件发射的光不太可能进行波长变换。此外，由于在所述波长变换单元中的概率为高，所以从设置在所述衬底的所述中心位置的所述内固态发光元件朝向所述衬底的外周发射的光更可能进行波长变换。结果，所发射的这些光的混合物朝向所述衬底的所述外周发射，这能够防止非均匀的颜色分布并且实现均匀的辐射图案。
从下面结合附图给出的实施例的描述中，本发明的目的和特征将变得显而易见，在附图中图IA至IC分别是根据本发明的第一实施例的发光装置的立体图、截面图以及部分放大截面图；图2是用于解释所述发光装置的操作的截面图；图3是根据本发明的第二实施例的发光装置的截面图；图4是根据本发明的第三实施例的发光装置的截面图；图5A和5B分别是根据本发明的第四实施例的发光装置的平面图以及包括以相等间隔设置的多个固态元件的发光装置(作为参考示例)的平面图；图6A至6F是常规LED光源的立体图和截面图；图7是用于解释常规LED光源的辐射图案的立体图；以及图8A和8B是用于解释常规LED光源中的光路的截面图。
具体实施例方式现在将参考形成本发明的一部分的图IA至IC来描述根据本发明的第一实施例的发光装置。发光装置I包括多个固态发光元件2、在其上安装固态发光元件2的衬底3、以及覆盖固态发光元件2的波长变换单元4，尽管在图IA中将固态发光元件2示出为以5X5矩阵的形式进行设置，但是本发明并不限于此。波长变换单元4包括用于变换从例如蓝光LED发射的蓝光的波长的荧光材料5 (例如黄荧光材料等等)以及保持荧光材料5的粘结剂6。在衬底3的表面上形成圆形凹部7并且在凹部7的底部上形成布线图案(未示出)。通过将电极单元(未示出)电连接至布线图案来将固态发光元件2安装至凹部7的底部。固态发光元件2包括设置在衬底3的中心位置的固态发光元件(在下文中称为“内LED”)21以及从内LED 21向外设置的固态发光元件(在下文中称为“外LED”)22。在本实施例中，内LED对应于被设置在衬底3的中心位置并且由其它周围的固态发光元件包围的固态发光元件，而外LED 22对应于位于最外位置并且没有被任何固态发光元件包围的固态发光兀件。如这里所使用的，“中心位置”和“外周位置”指的不是相对于衬底3的绝对位置关系，而是固态发光元件之间的相对位置关系。因此，例如，如果衬底3相对于固态发光元件2的安装区域较大，则“设置在外周位置的固态发光元件”远离衬底3的外周。因此，当从整个衬底3观察时，可以将它们认为是设置在衬底3的中心位置。在图IA示出的示例中，内LED 21以3X3矩阵的形式设置在凹部7的底部。夕卜LED 22被设置成框架的形式以包围内LED 21。利用这种设置，从内LED 21朝向衬底3的外周发射的光在波长变换单元4中比从外LED 22发射的光具有更长的传播距离，因此更可能由荧光材料5进行波长变换，这可能导致黄光分量的增加从而容易产生具有低色温的白光。此外，从内LED 21朝向衬底3的外周发射的多个光比从外LED 22发射的那些光更加叠加，这可能对朝向发光装置I的外周辐射的光的颜色有更大作用。固态发光元件2的示例可以包括用于生成具有蓝光波带的光(峰值波长在430nm到470nm的范围)的发光二极管。或者，有机电致发光元件(例如，有机发光二极管(OLED))可以替代发光二极管。固态发光元件2可以采用光学控制构件以提供输出光的宽的分布。衬底3的示例可以包括例如由陶瓷、玻璃环氧树脂等制成的平面衬底。由具有高反射率的材料(例如银、铝等)制成的反射膜可以形成在内表面以及凹部7的底表面上。这允许从固态发光元件2发射的光有效漫射。固态发光元件2的设置可以例如是直线形式或者是不限于矩阵形式的Z字形。直线形式的设置能够简化固态发光元件2的安装过程，并且Z字形的设置能够有效地对固态发光元件2中生成的热进行散热。尽管更小的间隔能够提供更高的发射效率，但是应该考虑到散热来正确设置相邻固态发光元件2的设置间隔。波长变换单元4填充在衬底3的凹部以覆盖内LED 21和外LED 22。在该示例中，覆盖外LED 22的外周侧的部分被称为第一波长变换单兀41,而其它部分被称为第二波长变换单元42。配置波长变换单元4使得传播通过波长变换单元的光与覆盖外LED 22中部分中的荧光材料5接触的概率“X”小于与其它部分中的荧光材料5接触的概率X。在该实施例中，配置第一波长变换部分41和第二波长变换部分42，使得传播通过所述波长变换单元的光与第一波长变换部分41中的荧光材料接触的概率“XA”小于使得传播通过波长变换单元的光与第二波长变换部分42中的荧光材料5接触的概率“XB”。也就是说，通过与荧光材料5的接触而对朝着衬底3的外周传播至第一波长变换部分41的光进行波长变换的比率低于对传播至第二波长变换部分42的光进行波长变换的比率。因此，传 播至第一波长变换部分41中的光具有更多的蓝光分量，这导致具有更高色温的白光。相反地，对朝着衬底3的外周传播至第二波长变换部分42的光进行波长变换的比率高于对传播至第一波长变换部分41的光进行波长变换的比率。因此，传播至第二波长变换部分42的光具有更多的黄光分量，这导致具有更低色温的白光。荧光材料5散布在粘结剂6中，使得沿着粘结剂6引导的蓝光被波长变换至其发射峰值在具有长波长的绿光和红光之间的范围内的光。优选使用黄荧光材料以获得白光，并且使用绿荧光材料和红荧光材料的组合来获得具有更高色温的白光。粘结剂6用作波长变换单元4的主要部分。如有必要，可以将漫射材料与粘结剂6混合。这允许从固态发光元件2发射光有效漫射。漫射材料的示例可以包括平均直径为I μ m的材料，例如诸如氧化铝、二氧化硅的无机材料以及诸如氟树脂的有机材料。根据固态发光元件2的设置，以覆盖直线形式的固态发光元件2的方式形成粘结剂6，或者以预定形式将粘结剂6浇灌在固态发光元件2上。尽管相对于垂直衬底3的安装表面发射的光“La”以径向的方式从内LED 21和外LED 22发射光，垂直发射的光La通常具有最大的光通量。光La发射通过第二波长变换部分42并且进行波长变换以用作来自发光装置I的主要辐射光。在该实施例中，正确调整第二波长变换部分42中的荧光材料5的浓度、厚度以及物质混合比，使得垂直发射的光La变成具有期望色温的白光。在本实施例中，通过调整荧光材料5的浓度来设置第一波长变换部分41中的概率Xa，所述概率X^j、于第二波长变换部分42中的概率“XB”。具体而言，为了降低第一波长变换部分41中的概率Xa，第一波长变换部分41中的荧光材料5的浓度被设置成小于第二波长变换部分42中的。这允许第一波长变换部分41中的概率Xa小于第二波长变换部分42中的概率“XB”，而无需改变第一波长变换部分41的形状。如果波长变换单元4的形成空间有限，则这种配置尤其有用。除了调整荧光材料5的浓度的上述方法之外，减小概率Xa的方法的示例可以包括调整波长变换单元4的厚度，具体而言，可以包括使得第一波长变换部分41的厚度小于第二波长变换部分的厚度的方法。这种方法允许第一波长变换部分41中朝向衬底3的外周的荧光材料5的绝对量小于第二波长变换部分42中的，因此允许第一波长变换部分41中的概率Xa小于第二波长变换部分42中的概率“XB”。如果波长变换单元4的形成空间有限，则这种方法尤其有用。接下来，将参考图2来描述发光装置I的操作。由于第二波长变换部分42配置如上，所以从内LED 21和外LED 22垂直衬底3的安装表面发射的光La变为具有期望色温的白光。从内LED 21朝向衬底3的外周发射的光“LB”在非垂直的方向上传播通过第二波长变换单元42并且由凹部7的内侧表面进行反射。此时，由于发射的光Lb具有更长的传播距离，并且发射的光Lb由荧光材料5进行波长变换的比率比从外LED 22朝着衬底3的外周发射的那些光“L。”更高，光Lb具有更多的黄光分量，这导致具有更低色温的白光。从外LED 22朝向衬底3的外周发射的光L。传播通过第一波长变换部分41并且由凹部7的内侧反射。此时，由于发射的光Lc具有更短的传播距离，并且发射的光Lc通过荧光材料5进行波长变换的比率比从内LED 21朝向衬底3的外周发射的那些光Lb的低， 所以光L。具有更多的蓝光分量，这导致具有更高色温的白光。具有更低色温的白光Lb和具有更高色温的白光Lc的混合物与未偏置至任意色温的白光La具有基本相同的色温，并且从发光装置I中引导出来。根据本实施例的发光装置1，从外LED 22发射的光更不可能通过第一波长变换进行波长变换，从内LED 21朝向衬底3的外周发射的光L。比从外LED 22发射的光Lb更可能通过第二波长变换部分42进行波长变换。光Lb和L。的混合物(Lb+L。)朝向衬底3的外周发射，并且与除了朝向外周的方向之外的方向上的光(主要是白光La)在色温上具有小差异，这可能导致非均匀颜色分布的较小可能性以及均匀的辐射图案。该发光装置I能够用作用于发射具有均匀的辐射图案的光的照明设备。接下来，将参考图3来描述根据第二实施例的发光装置。配置根据本实施例的发光装置la，使得固态发光元件2 (21和22)覆盖有相应的波长变换单元4，而不是共同通过单个波长变换单元4进行覆盖。通过浇灌来形成相应波长变换单元4。覆盖外LED 22的波长变换单元4的荧光材料5的浓度被设置成低于其它部分的。具体而言，外LED 22覆盖有包括浓度为Na的荧光材料5的第一波长变换单元41，并且第一波长变换部分41和内LED 21分别覆盖有包括浓度为Nb (Na<Nb)的荧光材料5的第二波长变换单元42。其它配置与第一实施例的相同。图3仅示出了一个外LED 22、一个内LED 21以及覆盖衬底3上的这些LED 22和21的波长变换单元4。利用这种配置，第一波长变换部分41中的荧光材料5的浓度低于覆盖内LED 21的第二波长变换部分42中的荧光材料5的浓度，使得从外LED 22朝向外周发射的光不太可能通过荧光材料5进行波长变换，因此具有更多的蓝光分量，这导致具有更高色温的白光。相反地，由于第二波长变换部分42中的荧光材料5的浓度高于第一波长变换部分41中的并且从内LED 21朝向外周发射的光传播通过波长变换部分4，所以该光更可能进行波长变换并且因此具有更多的黄光分量，这导致具有更低色温的白光。这些光的混合物射出发光装置la。因此，在本实施例中，同样能够防止非均匀的颜色分布并且实现均匀的辐射图案，这与第一实施例中一样。
接下来，将参考图4来描述根据第三实施例的发光装置。配置根据本实施例的发光装置Ib，使得覆盖外LED 22的波长变换单元4的部分的厚度小于其它部分的。在本实施例中，假设覆盖外LED 22的所述部分的水平厚度为“Ha”，其垂直厚度为“Hb (>Ha)”并且覆盖内LED 21的部分的水平和垂直厚度为“H (>Ha)”。覆盖内LED 21和外LED 22的波长变换单元4中的荧光材料5的浓度为恒定的。也就是说，在本实施例中，通过调整波长变换单元4的厚度来设置概率X。其它的配置与第二实施例中的相同。利用这种配置，从外LED 22朝向外周发射的光比从内LED 21发射的光具有更短的传播距离，并且更不可能通过荧光材料5进行波长变换，因此具有更多的蓝光分量，这导致具有更高色温的白光。相反地，从内LED 21朝向外周发射的光比从外LED 22发射的光具有更长的传播距离，从内LED21朝向外周发射的光传播通过覆盖外LED 22的波长变换单元4，更可能通过荧光材料5进行波长变换，因此具有更多的黄光分量，这导致具有更低色温的白光。这些白光的混合物射出发光装置lb。因此，在本实施例中，同样能够防止非均匀的颜色分布并且实现均匀的辐射图案，与第二实施例相同。接下来，将参考图5A和5B来描述根据第四实施例的发光装置。如图5A中所示， 配置根据本实施例的发光装置lc，使得在衬底3上设置外LED22的间隔小于设置内LED 21的间隔。波长变换单元4并不特别限制其形状，而是可以通过一起涂覆多个固态发光元件来形成，如第一实施例所示，或者通过第二实施例中所示的烧灌。此外，就厚度而言，内LED 21可以不同于外LED 22，如第三实施例。其它配置与第一到第三实施例中的相同。图5A和5B仅不出了安装在衬底3上的固态发光兀件2。图5B示出了本实施例的参考示例。配置该参考示例的发光装置ld，使得以相等的间距在衬底上设置多个固态发光元件2。利用这种配置，从内LED 21朝向衬底3的外周发射的多个光比从外LED 22发射的光更叠加。这使得从内LED 21发射的光通量“B”大于从外LED 22发射的光通量“C”，如图5B中所示。相反地，在本实施例中，通过增加外LED 22的数量，从外LED 22发射的光通量“C”变得等于从内LED 21发射的光通量B。也就是说，来自内LED 21的具有更低色温的白光的光通量B变得等于来自外LED 22的具有更高色温的白光的光通量C。因此，由于从发光装置Ic朝向外周发射的光并未偏置至具有更高色温的白光或具有更低色温的白光，所以能够进一步改善发光装置Ic的均匀的辐射图案。尽管已经参考实施例示出和描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，应该理解的是在不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。例如，尽管在上面已经示出在衬底3的最外位置中设置了外LED 22，但是外LED 22的设置并不特别限于此，只要将它们设置于在衬底3的中心位置中设置的固态发光元件的外侧。
权利要求
1.一种发光装置，包括 安装在衬底上的多个固态发光元件；以及 覆盖所述固态发光元件的波长变换单元，所述波长变换单元包含荧光材料， 其中，所述固态发光元件包括设置在所述衬底的中心位置的内固态发光元件以及从所述内固态发光元件向外设置的外固态发光元件，并且 所述波长变换单元被配置成使得传播通过所述波长变换单元的光与所述波长变换单元的覆盖所述外固态发光元件的部分中的所述荧光材料接触的概率低于传播通过所述波长变换单元的光与其它部分中的所述荧光材料接触的概率。
2.根据权利要求I所述的发光装置，其中，所述波长变换单元被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的所述部分中的所述荧光材料的浓度低于其它部分中的所述荧光材料的浓度。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述波长变换单元被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的外周侧的部分中的所述荧光材料的浓度低于其它部分中的所述荧光材料的浓度。
4.根据权利要求I所述的发光装置，其中，所述波长变换单元被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的所述部分的厚度小于其它部分的厚度。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，所述波长变换单元被配置成使得覆盖所述外固态发光元件的外周侧的部分的厚度小于其它部分的厚度。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的发光装置，其中，所述外固态发光元件的设置间隔小于所述内固态发光元件的设置间隔。
7.一种照明设备，包括权利要求I至5中任一项所述的发光装置。
全文摘要
一种发光装置，包括安装在衬底上的多个固态发光元件；以及覆盖所述固态发光元件的波长变换单元，所述波长变换单元包含荧光材料。所述固态发光元件包括设置在所述衬底的中心位置的内固态发光元件以及从所述内固态发光元件向外设置的外固态发光元件，并且所述波长变换单元被配置成使得传播通过所述波长变换单元的光与所述波长变换单元的覆盖所述外固态发光元件的部分中的所述荧光材料接触的概率低于传播通过所述波长变换单元的光与其它部分中的所述荧光材料接触的概率。
文档编号H01L33/50GK102832208SQ20121020246
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年6月16日
发明者竹井尚子, 西冈浩二 申请人:松下电器产业株式会社