CN101893168A - 白光发光二极管封装单元和照明装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种白光发光二极管封装单元、照明装置及其制造方法、以及照明系统，该封装单元包括一封装基底、至少一紫光源、至少一黄光源、至少一调色光源及一封装材。紫光源包含有一红光发光二极管芯片及一蓝光发光二极管芯片，设置于封装基底上。黄光源包含有一绿光发光二极管芯片及一红光发光二极管芯片，设置于封装基底上。黄光源与紫光源彼此错置，以产生一混合照明白光。调色光源包含至少一发光二极管芯片，设置于封装基底上，以调整混合照明白光的色温。封装材用以包覆紫光源、黄光源与调色光源。借此，紫光源与黄光源可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

Description

白光发光二极管封装单元和照明装置及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管，且特别是有关于一种白光发光二极管。

背景技术

LED因其体积小、低功耗等优势而被大量应用在日常生活中。应用LED照明时，为了避免待照明物的色泽失真，需使用具有全频域波长的白光。而白光LED的产生方式可大致区分成三种。第一种白光LED的产生方式是利用红光LED、绿光LED及蓝光LED，以三基光混光原理来产生白光。但是，由于每一种色光的LED具有不同的启动电压与工作曲线；因此，实际应用混光原理产生白光LED时，需要额外设计复杂的驱动电路，以控制各色光LED的驱动电压。

第二种白光LED的产生方式泛称为磷光剂白光LED，现在大部份的白光LED都采用单一发光单元发出较短波长的光，再用磷光剂把部份或全部光转化成一或多种其它颜色的光(波长较长的光)，当所有光混合起来后，看起来便像白光。这种光波波长转化作用称为荧光，原理是短波长的光子(如蓝光或紫外光)被荧光物质(如磷光剂)中的电子吸收后，电子被激发(跳)至较高能量、不稳定的激发状态，之后电子在返回原位时，一部份能量散失成热能，一部份以光子形式放出，由于放出的光子能量比之前的小，所以波长较长。由于转化过程中有部份能量化成热能，造成能量损耗，因此这类白光LED的效率都较低。

第三种白光LED的产生方式是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。第二种方法与第三种方法虽然不需要额外的控制电路，但其演色性却较第一种方法逊色许多。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种白光发光二极管封装单元，以产生具有高度演色性的混合照明白光。

本发明的另一目的是提供一种白光发光二极管照明装置，以产生具有高度演色性的混合照明白光。

本发明的又一目的是提供一种白光发光二极管封装单元制造方法，以产生具有高度演色性的混合照明白光。

本发明的再一目的是提供一种白光发光二极管照明装置制造方法，以产生具有高度演色性的混合照明白光。

本发明的一目的是提供一种白光发光二极管照明系统，以产生具有高度演色性的混合照明白光。

依据本发明一实施方式的白光发光二极管封装单元，包括一封装基底、至少一紫光源、至少一黄光源、至少一调色光源及一封装材。紫光源包含有一红光发光二极管芯片及一蓝光发光二极管芯片，设置于封装基底上。黄光源包含有一绿光发光二极管芯片及一红光发光二极管芯片，设置于封装基底上。黄光源与紫光源彼此错置，以产生一混合照明白光。调色光源包含至少一发光二极管芯片，设置于封装基底上，以调整混合照明白光的色温。封装材用以包覆紫光源、黄光源与调色光源。借此，紫光源与黄光源可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

依据本发明另一实施方式的白光发光二极管照明装置，包括一电路板、至少一紫光照明模块、至少一黄光照明模块及至少一调色光照明模块。紫光照明模块包含有至少一红光发光二极管单元及至少一蓝光发光二极管单元，设置于电路板上，且红光发光二极管单元串联蓝光发光二极管单元。黄光照明模块包含有至少一绿光发光二极管单元及至少一红光发光二极管单元，设置于电路板上，且绿光发光二极管单元串联红光发光二极管单元。黄光照明模块与紫光照明模块彼此错置，以产生一混合照明白光。调色光照明模块则包含至少一发光二极管单元，设置于电路板上，以调整混合照明白光的色温。借此，紫光照明模块与黄光照明模块可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

依据本发明又一实施方式的白光发光二极管封装单元制造方法，包括下列步骤：串联至少一红光发光二极管芯片与至少一蓝光发光二极管芯片，以形成至少一紫光源。串联至少一绿光发光二极管芯片与至少一红光发光二极管芯片，以形成至少一黄光源。定位紫光源及黄光源于一封装基板上，且错置排列紫光源及黄光源以形成一混合照明白光。分析混合照明白光的光谱数据以确认一偏光位置。根据偏光位置设置至少一调色光源于封装基板上。利用调色光源调整混合照明白光的色温。利用一封装材包覆紫光源、黄光源及调色光源。借此，紫光源与黄光源可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

依据本发明再一实施方式的白光发光二极管照明装置制造方法，包括下列步骤：串联至少一红光发光二极管单元与至少一蓝光发光二极管单元，以形成一紫光照明模块。串联至少一绿光发光二极管单元与至少一红光发光二极管单元，以形成一黄光照明模块。定位紫光照明模块及黄光照明模块于一电路板上，且错置排列紫光照明模块及黄光照明模块以形成一混合照明白光。分析混合照明白光的光谱数据以确认至少一偏光位置。根据偏光位置设置至少一调色光照明模块于电路板上。利用调色光照明模块调整混合照明白光的色温。借此，紫光照明模块与黄光照明模块可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

依据本发明一实施方式的白光发光二极管照明系统，主要是由多个发光二极管色光产生装置及一电力驱动装置所组成，这些发光二极管色光产生装置用以共同产生一混合照明白光，且这些发光二极管色光产生装置具有多个相近的启动电压，而上述电力驱动装置则用以驱动这些发光二极管色光产生装置。

采用本发明的白光发光二极管封装单元、照明装置及其制造方法、以及照明系统，可以产生具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是本发明一实施方式的白光发光二极管封装单元的结构示意图；

图2是图1的一种各色光照明区域分布图，其是分析紫色光、黄色光与调色光；

图3是图1的另一种各色光照明区域分布图，其是分析红色光、绿色光、蓝色光与调色光；

图4是图1的封装材的结构示意图，其是绘示折射粒子；

图5是本发明一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图；

图6是本发明另一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图；

图7是本发明又一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图；

图8是本发明一实施方式的白光发光二极管封装单元制造方法的步骤流程图；

图9是本发明一实施方式的白光发光二极管照明装置制造方法的步骤流程图。

【主要组件符号说明】

110：封装基板            120：紫光源

121：红光发光二极管芯片  122：蓝光发光二极管芯片

123：紫光照明区域        130：黄光源

131：绿光发光二极管芯片  132：红光发光二极管芯片

133：黄光照明区域        140：调色光源

141：调色光照明区域      142：红光照明区域

143：绿光照明区域        144：蓝光照明区域

150：封装材              151：折射粒子

210：电路板              220：紫光照明模块

221：红光发光二极管单元  222：蓝光发光二极管单元

230：黄光照明模块        231：绿光发光二极管单元

232：红光发光二极管单元  240：调色光照明模块

310～370：步骤           410～460：步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明一实施方式的白光发光二极管封装单元的结构示意图。本实施方式的白光发光二极管封装单元包括一封装基底110、至少一紫光源120、至少一黄光源130、至少一调色光源140及一封装材150。紫光源120包含有一红光发光二极管芯片121及一蓝光发光二极管芯片122，皆设置于封装基底110上。黄光源130包含有一绿光发光二极管芯片131及一红光发光二极管芯片132，亦皆设置于封装基底110上。黄光源130与紫光源120彼此错置，以产生一混合照明白光。调色光源140包含至少一发光二极管芯片，设置于封装基底110上，以调整混合照明白光的色温。封装材150是用以包覆紫光源120、黄光源130与调色光源140。

具体而言，红光发光二极管芯片是串联蓝光发光二极管芯片，而绿光发光二极管芯片是串联红光发光二极管芯片。此举的用意在于，红光发光二极管芯片的启动电压远较蓝光发光二极管芯片与绿光发光二极管芯片为低。亦即，红光发光二极管芯片的启动电压约为2V，蓝光发光二极管芯片与绿光发光二极管芯片的启动电压则约为3V。所以，本实施方式使得紫光源120的启动电压最小约为5V，而黄光源130的启动电压亦最小约为5V。

借此，紫光源120与黄光源130可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。换句话说，本实施方式不需要额外的电压或电流控制电路，即可实现以三基光混光原理所产生的照明白光。

与此同时，本实施方式的调色光源140所发出的光可选用波长位于光谱范围560nm～610nm或光谱范围470nm～500nm的光源。

请继续参考图2，图2是图1的一种各色光照明区域分布图，其是分析紫色光、黄色光与调色光。由图2可知，紫光源120所投射出来的紫光照明区域123不会与黄光源130所投射出来的黄光照明区域133完全重合。因此，本实施方式可利用混合照明白光的光谱数据，来确认调色光照明区域141所应投射的合理范围，进而安排调色光源140于封装基板110上的位置。

图3是图1的另一种各色光照明区域分布图，其是分析红色光、绿色光、蓝色光与调色光。承上所述，混合照明白光的光谱数据可进一步解析为三基光，由于紫光源120与黄光源130皆蕴含红色光成份，所以红色光照明区域142的形状会与绿色光照明区域143及蓝色光照明区域144的形状相去较远。因此，本实施方式可进一步根据混合照明白光的光谱数据，调整多个紫光源120与多个黄光源130的相对位置，以取得具有较佳演色性的混合照明白光。同理，调色光源140的位置亦可视实际情况调整之，以调整调色光照明区域141的范围。

值得一提的是，在调整混合照明白光的色温时，可视实际需求，例如产品销售地点，以红光发光二极管芯片作为调色光源140来提升混合照明白光的色温；或以绿光发光二极管芯片及蓝光发光二极管芯片作为调色光源140来降低混合照明白光的色温。当然，使用者亦可视需求，以黄光发光二极管芯片或青光发光二极管芯片，来调整混合照明白光的色温。

请继续参考图4，图4是图1的封装材150的结构示意图，其是绘示折射粒子151。封装材150可为一环氧树脂封装材、一玻璃封装材或一硅胶封装材。且封装材150内均匀布有多数透光粒子151，以折射混合照明白光，进而提升本实施方式的白光发光二极管封装单元的照明范围及演色性。当然，封装材150亦可包含一扩散剂，以提供多个散射粒子，来散射混合照明白光。最后，本实施方式还可在封装材150上方装设一透镜，并利用透镜来调整上述混合照明白光的投射角度，使混合照明白光投射到使用者所需的位置上。

请参照图5，图5是本发明一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图。本实施方式的白光发光二极管照明装置包括一电路板210、至少一紫光照明模块220、至少一黄光照明模块230及至少一调色光照明模块240。紫光照明模块220包含有至少一红光发光二极管单元221及至少一蓝光发光二极管单元222，是设置于电路板上210，且红光发光二极管单元221串联蓝光发光二极管单元222。黄光照明模块230包含有至少一绿光发光二极管单元231及至少一红光发光二极管单元232，是设置于电路板210上，且绿光发光二极管单元231串联红光发光二极管单元232。黄光照明模块230与紫光照明模块220彼此错置，以产生一混合照明白光。调色光照明模块240则包含至少一发光二极管单元，设置于电路板210上，以调整混合照明白光的色温，其可为一红光发光二极管单元、一绿光发光二极管单元、一蓝光发光二极管单元、一黄光发光二极管单元或一青光发光二极管单元。借此，紫光照明模块220与黄光照明模块230可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。

值得注意的是，上述诸多发光二极管单元，可利用一双列直插式封装单元(Dual In-line Package，DIP)实现，亦可利用一表面接合封装单元(Surface MountDevice，SMD)来实现。

请继续参考图6，图6是本发明另一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图。图6中，黄光照明模块230与紫光照明模块220是以阵列方式间隔排列，且间隔处佐以调色光照明模块240。

请继续参考图7，图7是本发明又一实施方式的白光发光二极管照明装置的结构示意图。图6中，黄光照明模块230与紫光照明模块220是以阵列方式，呈九宫格状排列，且九宫格中央是设置调色光照明模块240。由上述图5、图6及图7可知，本实施方式仅为举例说明如何将黄光照明模块230与紫光照明模块220是彼此错置，以产生一混合照明白光，而非用以限定本发明。在此技术领域中具有通常知识者，当可类推其它错置方式而亦不脱本发明的精神。

值得一提的是，本发明亦可在再一实施例中，将紫光照明模块220、黄光照明模块230、调色光照明模块240及电路板210模块化，并设计可快拆的电性连接接口。换句话说，本实施方式亦可使紫光照明模块220、黄光照明模块230及调色光照明模块240可插拔地结合于电路板210上。此外，本实施方式亦可设计一透镜于上述所有照明模块上方，以调整混合照明白光的投射角度。

请参照图8，图8是本发明一实施方式的白光发光二极管封装单元制造方法的步骤流程图。本实施方式的白光发光二极管封装单元制造方法包括下列步骤：首先，如步骤310所示，串联至少一红光发光二极管芯片与至少一蓝光发光二极管芯片，以形成至少一紫光源。以及，如步骤320所示，串联至少一绿光发光二极管芯片与至少一红光发光二极管芯片，以形成至少一黄光源。接下来，如步骤330所示，定位紫光源及黄光源于一封装基板上，且错置排列紫光源及黄光源以形成一混合照明白光。然后，如步骤340所示，分析混合照明白光的光谱数据以确认一偏光位置。接下来，如步骤350所示，根据偏光位置设置至少一调色光源于封装基板上。最后，如步骤360所示，利用调色光源调整混合照明白光的色温。以及，如步骤370所示，利用一封装材包覆紫光源、黄光源及调色光源。借此，紫光源与黄光源可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。其中，封装材还可均匀布有多数透光粒子，以折射混合照明白光；封装材更可包含一扩散剂，来散射混合照明白光。

请参照图9，图9是本发明一实施方式的白光发光二极管照明装置制造方法的步骤流程图。本实施方式的白光发光二极管照明装置制造方法包括下列步骤：首先，如步骤410所示，串联至少一红光发光二极管单元与至少一蓝光发光二极管单元，以形成一紫光照明模块。以及，如步骤420所示，串联至少一绿光发光二极管单元与至少一红光发光二极管单元，以形成一黄光照明模块。接下来，如步骤430所示，定位紫光照明模块及黄光照明模块于一电路板上，且错置排列紫光照明模块及黄光照明模块以形成一混合照明白光。然后，如步骤440所示，分析混合照明白光的光谱数据以确认至少一偏光位置。接下来，如步骤450所示，根据偏光位置设置至少一调色光照明模块于电路板上。最后，如步骤460所示，利用调色光照明模块调整混合照明白光之色温。藉此，紫光照明模块与黄光照明模块可混合出具有高度演色性的混合照明白光，且具有相近的启动电压。其中，紫光照明模块、黄光照明模块及调色光照明模块更可为可插拔地结合于电路板上。

最后，本发明另提出一种白光发光二极管照明系统。根据本发明一实施方式的白光发光二极管照明系统，主要是由多个发光二极管色光产生装置及一电力驱动装置所组成，这些发光二极管色光产生装置用以共同产生一混合照明白光，且这些发光二极管色光产生装置具有多个相近的启动电压，而上述电力驱动装置则用以驱动这些发光二极管色光产生装置。

具体而言，每一个发光二极管色光产生装置是由蓝色发光二极管串并联绿色发光二极管、红色发光二极管串并联黄色发光二极管、或各色发光二极管全部串并联，以形成所需的特定启动电压。然后，通过混合多个发光二极管色光产生装置来产生一混合照明白光。此外，本实施方式还可额外分配一个发光二极管色光产生装置来担任色温调节的角色，以调整混合照明白光的色温。

值得一提的是，本实施方式利用多个发光二极管彼此串并联以形成相近的启动电压；因此，各个发光二极管色光产生装置内，完全不需要再利用电阻来调整启动电压。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (24)

1.一种白光发光二极管封装单元，其特征在于，包括：

一封装基底；

至少一紫光源，包含有一红光发光二极管芯片及一蓝光发光二极管芯片，设置于该封装基底上；

至少一黄光源，包含有一绿光发光二极管芯片及一红光发光二极管芯片，设置于该封装基底上，且该黄光源与该紫光源彼此错置，以产生一混合照明白光；

至少一调色光源，包含至少一发光二极管芯片，设置于该封装基底上，以调整该混合照明白光的色温；以及

一封装材，以包覆该紫光源、该黄光源与该调色光源。

2.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该红光发光二极管芯片是串联该蓝光发光二极管芯片。

3.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该绿光发光二极管芯片是串联该红光发光二极管芯片。

4.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该调色光源所发出的光位于光谱范围560nm～610nm。

5.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该调色光源所发出的光位于光谱范围470nm～500nm。

6.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该调色光源包含至少一红光发光二极管芯片、一绿光发光二极管芯片、一蓝光发光二极管芯片、一黄光发光二极管芯片或一青光发光二极管芯片。

7.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该封装材内均匀布有多数透光粒子，以折射该混合照明白光。

8.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该封装材含有一扩散剂。

9.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，该封装材为一环氧树脂封装材、一玻璃封装材或一硅胶封装材。

10.根据权利要求1所述的白光发光二极管封装单元，其特征在于，还包括一透镜，位于该封装材上方，以调整该混合照明白光的一投射角度。

11.一种白光发光二极管照明装置，其特征在于，包括：

一电路板；

至少一紫光照明模块，包含有至少一红光发光二极管单元及至少一蓝光发光二极管单元，设置于该电路板上，且该红光发光二极管单元是串联该蓝光发光二极管单元；

至少一黄光照明模块，包含有至少一绿光发光二极管单元及至少一红光发光二极管单元，设置于该电路板上，该绿光发光二极管单元是串联该红光发光二极管单元，且该黄光照明模块与该紫光照明模块彼此错置，以产生一混合照明白光；以及

至少一调色光照明模块，包含至少一发光二极管单元，设置于该电路板上，以调整该混合照明白光的色温。

12.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，该调色光照明模块所发出的光位于光谱范围560nm～610nm。

13.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，该调色光照明模块所发出的光位于光谱范围470nm～500nm。

14.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，该调色光照明模块包含至少一红光发光二极管单元、一绿光发光二极管单元、一蓝光发光二极管单元、一黄光发光二极管单元或一青光发光二极管单元。

15.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，该紫光照明模块、该黄光照明模块及该调色光照明模块是彼此交互错置。

16.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，该紫光照明模块、该黄光照明模块及该调色光照明模块是可插拔地结合于该电路板上。

17.根据权利要求11所述的白光发光二极管照明装置，其特征在于，还包括一透镜，位于该些照明模块上方，以调整该混合照明白光的一投射角度。

18.一种白光发光二极管封装单元制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

串联至少一红光发光二极管芯片与至少一蓝光发光二极管芯片，以形成至少一紫光源；

串联至少一绿光发光二极管芯片与至少一红光发光二极管芯片，以形成至少一黄光源；

定位该紫光源及该黄光源于一封装基板上，且错置排列该紫光源及该黄光源以形成一混合照明白光；

分析该混合照明白光的光谱数据以确认一偏光位置；

根据该偏光位置设置至少一调色光源于该封装基板上；

利用该调色光源调整该混合照明白光的色温；以及

利用一封装材包覆该紫光源、该黄光源及该调色光源。

19.根据权利要求18所述的白光发光二极管封装单元制造方法，其特征在于，该封装材均匀布有多数透光粒子，以折射该混合照明白光。

20.根据权利要求18所述的白光发光二极管封装单元制造方法，其特征在于，该封装材含有一扩散剂。

21.一种白光发光二极管照明装置制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

串联至少一红光发光二极管单元与至少一蓝光发光二极管单元，以形成一紫光照明模块；

串联至少一绿光发光二极管单元与至少一红光发光二极管单元，以形成一黄光照明模块；

定位该紫光照明模块及该黄光照明模块于一电路板上，且错置排列该紫光照明模块及该黄光照明模块以形成一混合照明白光；

分析该混合照明白光的光谱数据以确认至少一偏光位置；

根据该偏光位置设置至少一调色光照明模块于该电路板上；以及

利用该调色光照明模块调整该混合照明白光的色温。

22.根据权利要求21所述的白光发光二极管照明装置制造方法，其特征在于，该紫光照明模块、该黄光照明模块及该调色光照明模块是可插拔地结合于该电路板上。

23.一种白光发光二极管照明系统，其特征在于，主要是由多个发光二极管色光产生装置及一电力驱动装置所组成，该多个发光二极管色光产生装置用以共同产生一混合照明白光，且该多个发光二极管色光产生装置具有多个相近的启动电压，该电力驱动装置用以驱动该多个发光二极管色光产生装置。

24.根据权利要求23所述的白光发光二极管照明系统，其特征在于，每一该些发光二极管色光产生装置由多个发光二极管所组成，以形成每一该些相近的启动电压。

Images