CN101996986B - 色温可调的白光发光二极管封装物 - Google Patents

色温可调的白光发光二极管封装物 Download PDF

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Abstract

一种色温可调的白光发光二极管封装物，包括：一封装基板；一第一发光二极管，设置在该封装基板的一第一部上；一第二发光二极管，设置在该封装基板的一第二部上；以及一荧光层，涂布并环绕于该第一发光二极管与该第二发光二极管的上，其中该荧光层通过一透明胶与至少一种色彩的荧光粉混合而成，而该透明胶内的所述至少一种色彩的荧光粉可为该第一发光二极管与该第二发光二极管所发出的光线所激发以反应并产生白光。该第一发光二极管与该第二发光二极管同为发出不同波长蓝光的蓝光发光二极管或发出不同波长紫外光的紫外光发光二极管。本发明所应用的白光发光二极管的色温可随着环境光线的状态而进行调整。

Description

色温可调的白光发光二极管封装物
技术领域
本发明涉及白光光源，尤其涉及一种白光发光二极管封装物，其所发射出的白光的色温(color temperature)为可调整的。
背景技术
白光光源的相关色温(correlated color temperature，CCT)通过比较其色度(hue)与理论的经加热的黑体辐射物所判定。相关色温采用凯氏温标(Kelvin，K)表示，且其相关于发射出相同色度的白光的黑体辐射物的温度，其中黑体辐射物作为相关色温的光源之用。白光光源的色温由白光光源的种类所决定。举例来说，白炽光源(incandescent light source)通常具有约为3000K左右的相对低色温，故通常称之为“暖白光(warm white light)”。相反地，荧光光源(fluorescent light source)则通常显现出约为7000K的相对高色温，故通常称之为“冷白光(cold white light)”。冷白光或暖白光的选择由所购买的光源种类而决定。在如街道照明应用的众多使用情形中，则可能同时采用了暖白光与冷白光的光源。
近年来，白光光源的发展则已发展出白光发光二极管。然而，需使得所应用的发光二极管所发出的光线内关于蓝光/紫外光等电磁频谱部分具有足够的发光效率时，才利于应用发光二极管的白光光源的实用化。白光发光二极管包括吸收由发光二极管所发出的光线的一部分后而再次发出一不同颜色(即波长)光线的一荧光材料。通常发光二极管的芯片或裸片可产生属于可见光频谱的蓝光，而荧光材料则再发出黄色光线或发出由绿色光线或红色光线所组成的一混合光线。由发光二极管所发出且未为荧光材料所吸收的蓝光光线则与此黄色光线或由绿色光线及红色光线所组成的一混合光线混合后进而形成对于人眼而言为白光的光线。
然而，白光发光二极管的相关色温由其内所应用的蓝光发光二极管的裸片或芯片的发射光线波长与发射功率所决定。此外，应用白光发光二极管的白光光源所发出的白光色温为固定，且所发出的白光色温为发光二极管的芯片或裸片的应用波长所决定。因此，上述白光光源的色温恐无法随意调整。
如此，便需要色温可调的一种白光发光二极管，以使得应用白光发光二极管的白光光源的应用可更具有弹性。举例来说，其所应用的白光发光二极管的色温可随着环境光线的状态而进行调整。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种色温可调的白光发光二极管封装物，以解决上述公知问题。
依据一实施例，本发明提供了一种色温可调的白光发光二极管封装物，包括：
一封装基板；一第一发光二极管，设置在该封装基板的一第一部上且电性连结该封装基板；一第二发光二极管，设置在该封装基板的一第二部上且电性连结该封装基板；以及一荧光层，涂布并环绕于该第一发光二极管与该第二发光二极管之上，其中该荧光层通过一透明胶与至少一种色彩的荧光粉混合而成，而该透明胶内的所述至少一种色彩的荧光粉可为该第一发光二极管与该第二发光二极管所发出的光线所激发以反应并产生白光。在一实施例中，该第一发光二极管与该第二发光二极管同为发出不同波长蓝光的蓝光发光二极管或同为发出不同波长紫外光的紫外光发光二极管。
依据另一实施例，本发明提供了一种色温可调的白光发光二极管封装物，包括：
一封装基板，其内埋设有多个导电接脚；一第一发光二极管，设置在该封装基板的一第一部上并电性连结位于该封装基板内的所述导电接脚之一；一第二发光二极管，设置在该封装基板的一第二部上并电性连结位于该封装基板内的所述导电接脚之另一；以及一荧光层，涂布且环绕于该第一发光二极管与该第二发光二极管上，其中该荧光层通过透明胶与至少一种颜色的荧光粉混合而成，而该透明胶内的所述至少一种色彩的荧光粉可为该第一发光二极管与该第二发光二极管所发出的光线所激发以反应并产生白光。在一实施例中，该第一发光二极管与该第二发光二极管同为发出不同波长蓝光的蓝光发光二极管或同为发出不同波长紫外光的紫外光发光二极管。
本发明的白光发光二极管封装物具有下述优点：
1.采用本发明的白光发光二极管封装物的白光光源的相关色温可在介于2750K～10000K内进行调整变化，而并以下述实施例所揭示的3700～8000K的色温范围而加以限制本发明，因而扩展了采用白光发光二极管封装物的白光光源在不同环境光条件下的应用。
2.采用本发明的白光发光二极管封装物的白光光源的相关色温可依据所采用的LED芯片的种类以及所应用的荧光粉的种类而适度地调整其所发射出的白光色温。
附图说明
图1为一示意图，显示了依据本发明一实施例的色温可调的白光发光二极管封装物的立体情形；
图2为一示意图，显示了沿图1所示的色温可调的白光发光二极管封装物内y轴方向的剖面情形；
图3为一示意图，显示了依据本发明另一实施例的色温可调的白光发光二极管封装物的立体情形；
图4为一示意图，显示了沿图3所示的色温可调的白光发光二极管封装物内x轴方向的剖面情形；
图5为一示意图，显示了沿图3所示的色温可调的白光发光二极管封装物内y轴方向的剖面情形；
图6为一图表，显示了依据本发明一实施例的色温可调的白光发光二极管封装物的国际色彩协会(CIE 1931)色坐标的模拟实验结果。
上述附图中的附图标记说明如下：
100、200～白光发光二极管封装物；
102～封装基板；
104～保护层；
106～发光区；
108～第一蓝光发光二极管；
110～第二蓝光发光二极管；
112、114～导电接脚；
150～荧光层；
170～焊线；
310～第一蓝光发光二极管的色坐标；
320～第一蓝光发光二极管的色坐标；
330～荧光层的色坐标；
340～第一蓝光发光二极管与荧光层的色坐标的连线；
350～第二蓝光发光二极管与荧光层的色坐标的连线；
400～黑体曲线；
410～连线340与8000K等温线的交会点；
420～连线350与黑体曲线的交会点；
430～8000K等温线。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
图1和图2显示了依据本发明的多个实施例的色温可调的白光发光二极管封装物100的示意情形。
请参照图1，显示了依据本发明一实施例的白光发光二极管封装物100的立体情形，其包括一封装基板102、一保护层104，以定义形成在其上的一发光区106、一第一蓝光发光二极管(以下称第一蓝光LED)108与一第二蓝光发光二极管(以下称第二蓝光LED)110、以及荧光层150。如图1所示，第一蓝光LED 108以及第二蓝光LED 110设置在封装基板102上且为发光区106所露出。荧光层150则设置在发光区106之上，以覆盖保护层104、第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110、以及为保护层104所露出的封装基板102部分。这些构成白光发光二极管封装物100的主要构件的结构与功能将通过下文而进一步解释说明。
请参照图2，显示了沿图1内y轴的剖面情形。如图2所示，封装基板102例如为半导体基板或陶瓷基板，其上则形成有由导电电极或导电元件所形成的导电线路(未显示)。在此，第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110可发出波长约为440-480nm的蓝光，以作为激发荧光层150的光源。然而，在一实施例中，第一蓝光LED 108可发射出波长约为445～457.5nm的蓝光，而第二蓝光LED 110则可发射出波长约为472.5～475.5nm的蓝光，因此第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110所发射出的蓝光的波长并不相同并具有至少5nm的波长差异。第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110所发出的蓝光波长的间较佳地具有介于10-30nm的波长差异。施加于第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110的电流可为相同或不同，因而达到调整由白光发光二极管封装物110所发射出白光的相关色温的目的。
在本实施例中，白光发光二极管封装物100仅示出为一对第一蓝光LED108与第二蓝光LED 110的组合的设置情形。然而，为了满足不同的光照强度的需求，在封装基板102之上可形成并设置有一对以上的第一蓝光LED108与第二蓝光LED 110的组合，且这些蓝光LED可按照阵列方式(未显示)而设置在封装基板102上。此时，在封装基板102之上则需要设置的额外的导电电路，以使得这些第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110可分别设置在形成于封装基板102上的一对应电路之上。另外，荧光层150可为形成于封装基板102之上且环绕第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110的一模塑荧光层。在荧光层150内的荧光粉则可为第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110所发出的蓝光在穿透荧光层150时所激发，以进而反应并产生白光(未显示)。
在一实施例中，荧光层150可包括依照特定比例混合的透光胶以及具有特定颜色的荧光粉。第一蓝光LED 108与与第二蓝光LED 110则可包括III-V族光电半导体芯片，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓铟(InGaAlN)、氮化镓铟(InGaN)或氮化镓铝(AlGaN)等III-V族光电半导体芯片。荧光层150内的透光胶则可包括如环氧树脂或硅胶等对于蓝光与其他可见光而言可透明的材料，而荧光层150内所包括的荧光粉则例如为黄色荧光粉或者由绿色荧光粉与红色荧光粉所组成之一混合荧光粉，其中黄色荧光粉例如为包括铈掺杂钇铝石榴石(YAG)荧光粉、铈掺杂铽铝石榴石(TAG)荧光粉或硅酸盐基荧光粉(silicate based phosphor grain)，而绿色荧光粉与红色荧光粉则可包括氮化物基荧光粉(nitride based phosphor grain)。由第一蓝光LED 108与第二蓝光LED110所发出的蓝光可激发荧光层150内的绿色荧光粉与红色荧光粉以产生并发射绿光与红光，或者可激发荧光层150内的黄光荧光粉以产生并发射黄光。而未为荧光层150所吸收的剩余蓝光接着与这些产生的绿光与红光混合，或者与所产生的黄光混合，进而形成可见白光。
图3至图5为一系列示意图，显示了依据本发明另一实施例的白光发光二极管封装物200，其可发射出色温可调的白光。
请参照图3，显示了白光发光二极管封装物200的立体情形，而图4和图5则分别显示了沿白光发光二极管封装物200内x轴与y轴的剖面情形。
在本实施例中，白光发光二极管封装物200大体相似于如图1和图2所示的白光发光二极管封装物100，其中在图3至图5内采用相同附图标记以显示相同构件。以下仅针对这些白光发光二极管封装物100与200间的差异处进行解释说明。
请参照图3和图4，在此白光发光二极管封装物200的封装基板102内形成了额外一对导电接脚(conductive pins)112与一对导电接脚114，借以分别电性连接第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110。如图3所示，此对导电接脚112用以电性连接第一蓝光LED 108的阳极与阴极(未显示)，而另一对导电接脚114则用以电性连接第二蓝光LED 110的阳极与阴极(未显示)。如图4所示，此时在封装基板102内将不会形成有导电线路，而第一蓝光LED108的阴极与阳极则可分别通过焊线170而电性连接于此对导电接脚112之一。这些导电接脚112分别沿着封装基板102的对称侧壁而穿透封装基板102，且其可能为埋设在封装基板102内的导线架(lead frame)的部分。请参照图5，在此则未示出这些导电接脚112与114而仅示出了第一蓝光LED 108与第二蓝光LED 110。在本实施例中，施加于导电接脚112与114的电流量可相同或相异，因而第一蓝光108与第二蓝光LED 110将可接收到相同或相异的电流量。
在其他实施例中，白光发光二极管封装物100与200内的第一蓝光LED108与第二蓝光LED 110则可替换为一第一紫外光LED与一第二紫外光LED(未显示)，其可分别发射出波长介于390～392.5nm以及波长介于405～407.5nm的紫外光，而此时荧光层150则可包括混合有如红色、绿色、蓝色以及橘色等颜色荧光粉的透光胶，以进而发射出一可见白光。
在如图1和图2以及图3至图5内所示的多个白光发光二极管封装物100或200的实施情形中，在操作时第一蓝光LED 108以及第二蓝光LED 110可发射出不同波长的光线并通过使用包括黄色荧光粉的荧光层150的使用，而得到了最终的白色光线。在一实施例中，第一蓝光LED 108发射出具有色坐标值CIE(x，y)为(0.1611，0.0138)的第一蓝光(其波长为445nm)，而第二蓝光LED 110则发射了具有色坐标值CIE(x，y)为(0.1096，0.0868)的第二蓝光具有(波长为475nm)，而荧光层150则包括了具有色坐标值CIE(x，y)为(0.475，0.516)的黄光荧光粉。如此，此时白光发光二极管封装物所发射的白光的色温可通过调整施加于这些第一蓝光LED与第二蓝光LED的相对电流量而进行调整。图6显示了针对上述白光发光二极管封装物的国际色彩协会(CIE1931)色坐标的模拟实验结果。在此，所应用的第一蓝光LED 108、第二蓝光LED 110以及荧光层150的色坐标采用标号310、320与330显示。而连结第一蓝光LED 108与荧光层150的色坐标而得到的连线340与8000K等温线(isothermal line)具有一交会点430，此交会点430表示了通过改变驱动电流使得白光光源产生输出的白光的可能最高色温为8000K。另外，黑体曲线(blackbody curve)400与连结第二蓝光LED 110与荧光层150的色坐标所得到的连线350的交会点420则显示通过改变驱动电流使得白光光源产生输出的白光的可能最低色温为3700K。在本发明中，采用具有不同波长的两种蓝光LED以产生白光的优点改善了其色温表现。如此可得到介于3700K～8000K的可调变的白光色温。
如前所述，本发明的白光发光二极管封装物具有下述优点：
1.采用本发明的白光发光二极管封装物的白光光源的相关色温(CCT)可在介于2750K～10000K内进行调整变化，而并以前述实施例所揭示的3700～8000K的色温范围而加以限制本发明，因而扩展了采用白光发光二极管封装物的白光光源在不同环境光条件下的应用。
2.采用本发明的白光发光二极管封装物的白光光源的相关色温可依据所采用的LED芯片的种类以及所应用的荧光粉的种类而适度地调整其所发射出的白光色温。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种色温可调的白光发光二极管封装物，包括：
一封装基板；
一第一发光二极管，设置在该封装基板的一第一部上且电性连结该封装基板；
一第二发光二极管，设置在该封装基板的一第二部上且电性连结该封装基板；以及
一荧光层，涂布并环绕于该第一发光二极管与该第二发光二极管之上，其中该荧光层是经由混合一透明胶与至少一种色彩的荧光粉而成，而该透明胶内的所述至少一种色彩的荧光粉可为该第一发光二极管与该第二发光二极管所发出的光线所激发以反应并产生白光；
其中该第一发光二极管与该第二发光二极管分别为发出波长为445～457.5nm与472.5～475.5nm蓝光的蓝光发光二极管或分别为发出波长为390～392.5nm与405～407.5nm紫外光的紫外光发光二极管。
2.如权利要求1所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管所出射的该光线之间具有至少5nm的波长差异。
3.如权利要求1所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管同为蓝光发光二极管，而该荧光层包括黄色荧光粉。
4.如权利要求1所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管同为紫外光发光二极管，而该荧光层包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉与橘色荧光粉。
5.如权利要求1所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该色温可调的白光发光二极管封装物所出射的该白光的色温可在2750K～10000K之间调整。
6.一种色温可调的白光发光二极管封装物，包括：
一封装基板，其内埋设有多个导电接脚；
一第一发光二极管，设置在该封装基板的一第一部上并电性连结位于该封装基板内的所述导电接脚之一；
一第二发光二极管，设置在该封装基板的一第二部上并电性连结位于该封装基板内的所述导电接脚之另一；以及
一荧光层，涂布且环绕于该第一发光二极管与该第二发光二极管上，其中该荧光层是经由混合透明胶与至少一种颜色的荧光粉而成，而该透明胶内的所述至少一种色彩的荧光粉为该第一发光二极管与该第二发光二极管所发出的光线所激发以反应并产生白光；
其中该第一发光二极管与该第二发光二极管分别为发出波长为445～457.5nm与472.5～475.5nm蓝光的蓝光发光二极管或分别为发出波长为390～392.5nm与405～407.5nm紫外光的紫外光发光二极管。
7.如权利要求6所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管所出射的该光线具有至少5nm的波长差异。
8.如权利要求6所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管同为蓝光发光二极管，而该荧光层包括黄色荧光粉。
9.如权利要求6所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该第一发光二极管与该第二发光二极管同为紫外光发光二极管，而该荧光层包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉以及橘色荧光粉。
10.如权利要求6所述的色温可调的白光发光二极管封装物，其中该色温可调的白光发光二极管封装物所出射的该白光的色温在2750K～10000K之间调整。
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