CN102779814A - 可发出白光的发光元件及其混光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种可发出白光的发光元件及其混光方法,该发光元件包括:至少二种不同波长的发光二极管元件,二种LED芯片为由磊晶基板上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光范围间的AlGaInN系列的磊晶发光层;至少一种封装材料,其分别封装于该至少二种发光二极管元件上,该封装材料在其内含有适当波长并与发光二极管元件的光源互补激发形成白光的适量荧光粉;其混光方法则由至少二种以上具有不同波长的发光二极管及具互补颜色荧光粉的封装材料搭配所产生白光的发光元件排列于模块或系统中,形成多种颜色光相混合成高演色性及混光效果较佳的白光。
Description
技术领域
本发明有关一种白光发光元件及其混光方法,是以至少二种同系列材料磊晶的不同波长磊晶发光层的发光二极管元件,搭配与其激发白光的具适量与适当波长的荧光粉的至少一种封装材料所构成白光发光元件,并借由二种以上具有不同波长磊晶发光层所构成的白光发光元件在光的颜色多样性上互补,使其提高演色性及混光效果的可发出白光的发光元件及其混光方法。
背景技术
目前LED的化合物半导体,是利用电能直接转化为光能的原理,在半导体内正、负极二个端子施加电压,电流通过,利用电子与空穴结合时,剩余能量便以光的形式释放,依其使用的材料的不同,其能阶高低使光子能量产生不同波长的光,而成为人眼所能接受到的介于380-780nm的各种颜色的可见光或超出此范围的不可见光,由于LED寿命长,更无需有idling time(惰走时间),所以反应速度快,加上其体积小重量轻,更可于低电压下即可操作(2~5V),所造成的污染低,耗电量小,发热量少(能源效率高),具有容易大量制造及适用产业范围广等特性,使得白光LED为近年来光电产业的发展主轴之一;目前白光LED的应用,在照明方面,主要是供汽车内阅读灯、装饰灯等使用,其余约有95%以上是供LCD背光源使用,且因发光效率与寿命问题,目前该产品主要是供小尺寸背光源使用,就应用面来看,近期白光LED市场以彩色手机的屏幕背光源及手机附数字相机的闪光灯最为看好,后续远期来看,白光LED目标将致力于大尺寸LCD背光源以及全球照明光源替换市场。
又一般能被人眼感为白光的混合光,是由二种以上不同波长的光组成的混合光,例如同时受到红、蓝、绿光者是同时受到蓝与黄光的刺激,至于目前市面混光产生白光的LED(Light-emitting Diode)制作技术主要有单晶粒(Chip)或多晶粒:
在多晶粒方面,使用红、蓝、绿三色的LED,将各自颜色的LED所发出的光线混成白光,这种方式的优点为可视需求调整所需要的光色,而该混光产生白光的LED则是将红、绿、蓝三种颜色(红绿蓝RGB)波长LED来形成白光LED照明,此种方式所产生的白光色彩饱和度最佳,演色性佳,但是由于红光LED(AlGaInP磷化铝铟镓)与蓝、绿光LED(InGaN氮化铟镓)材料结构相差很大,除了波长配合配比要能配出白色外,光强度也要有适当的配比,因此在混光实施上有着相当大的难度,另外使用电压(V)与光衰减程度、温度特性及使用寿命都不同,需要三组反馈电路来控制所使用的三种LED形成白光,因此混光机构设计与控制电路设计相对复杂很多,并导致混合的白光光色随时间产生变化,导致系统的成本增加并严重影响到系统的稳定性。
在单晶粒型方面,目前已商品化的白光LED所使用的制作技术主要有三:
1.蓝光LED配合黄色荧光粉:所使用的荧光粉主要为钇铝石榴石结构的YAG荧光粉,粉体发出的黄光与未被吸收的蓝光混合即可产生白光;由于单色蓝光LED加上黄色荧光材料所形成的白光LED,其色彩饱和度(ColorSaturation)较差,演色性(Ra)不佳,被照物体较不鲜艳,尤其是红色较不清楚,不利于人眼长期使用。
2.蓝光LED配合红色与绿色荧光粉:所使用的荧光粉主要以含硫的荧光粉为主,荧光粉体发出的红、绿光与未被吸收的蓝光混合产生白光,然而这种白光其色彩饱和度较佳且演色性较好,但荧光粉比例调配与量产调整适当色温的白光不易,荧光粉均匀性控制也不易,不容易大量生产。
3.紫外光LED配合红色、蓝色和绿色三色荧光粉:利用LED所产生的紫外光同时激发三种或三种以上可分别发出红、蓝、绿光的荧光粉,粉体发出三色光再混合成白光;该使用紫外光LED晶圆及配合一具有红色、绿色、蓝色三颜色混合的荧光粉所组合构成白光,虽使用紫外光UV-LED激发RGB荧光粉,控制电路较容易,但是UV-LED发光效率较低,封装材料Epoxy(环氧树脂)受到UV长期照射会变黄变质问题,影响到整体系统的发光效率,无法达到节能减碳的要求。
进一步,先前虽有人发明诸多有关产生白光LED,然而实际上为无法达到演色性及混光效果极佳的白光,究其原因同样是结构上无法有效克服及突破长期存在的问题,现列举数例如后:
如:美国专利号为6,765,237的专利案,是在单颗磊芯片上方直接涂布黄色荧光层,再以环氧树脂(Epoxy)加以罩覆封装以构成单一颗LED,所运用的发光技术为磊芯片依电光转换效应发出单波长的蓝光,照射荧光层使化学结构的电子能量从基态转换到激发态产生黄色荧光,与蓝光混为接近白色的光源。
如:美国专利号为5,998,925的专利所揭示的是利用混光式LED将GaN(氮化镓)芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=400~530nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。LED芯片发出的蓝光一部分被YAG荧光粉吸收,另一部分蓝光与YAG荧光粉发出的黄光混合,可以得到接近白光。
如:中国台湾公告编号为385063的专利“新白光LED”,是由一紫外光LED晶圆及配合一具有红色、绿色、蓝色三颜色混合的荧光粉所组合构成,其特征点为由紫外光LED晶圆产生紫外光,来激发涂或镀在其表面或周围的含有红色、绿色、蓝色三颜色混合的荧光粉,使产生白色光。其中荧光粉可与透明胶混合后,与紫外光晶圆包装成小粒状结构,再用透明胶封装成较大粒状LED的结构。
如:日亚公司(NICHIA)于中国台湾公告号为200520262的专利中也提出一种发光装置,其包含放出在近紫外光区域至可见光区域具有主发光峰波长的光的发光元件及荧光体。该发光装置包含具有直接转变型发光中心,或借由发光元件直接激发的2种以上的荧光体,然而,此类产品的主要缺点在于紫外光LED的发光效率低,Epoxy受到UV长期照射会变黄遮蔽LED所发的光等问题。
虽然,日亚公司(NICHIA)在中国台湾专利证号156177中提出一种面状发光装置,借由一半导体发光元件(如蓝光LED)及光致发光荧光体所发出光形成混色光,其中半导体发光元件为In(铟)的氮化合物,荧光体为二种以上的石榴石系氧化物,因此可产生二种以上荧光。然而,此类产品控制混光效果二种荧光粉调配与分布不易控制,量产不易。
因此,本发明借由至少二种具有磊晶且能发出二种不同波长光,二种LED芯片波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光范围有一差距不同波长的磊晶发光层的发光二极管元件,在其上各设有至少一个可激发白光的适量与适当波长荧光粉的封装材料以构成白光偏蓝至白光偏黄或白光偏绿至白光偏红的两组以上白光的发光元件,并借该至少二组白光发光元件组合排列于系统或模块内,以形成在光的颜色多样性上互补的多种颜色光,并混合成具有提高演色性及混光效果的白光,使其工艺简单、成本低、控制容易、良品率高的可发光出白光的发光元件及其混光方法。
发明内容
为解决上述现有技术不足之处,本发明的主要目的在于提供一种工艺简单、成本低、容易控制、良品率高的可发出白光的发光元件及其混光方法。
为达到上述目的,本发明提供一种可发出白光的发光元件,其包括有至少二种发光二极管元件,该发光二极管元件在磊晶基板上磊晶能发出二种不同波长光,该发光二极管元件由二种LED芯片组成,该LED芯片为由磊晶基板上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光范围的同系列材料的磊晶发光层,并在发光二极管元件上设有能与发光二极管元件光源激发形成白光的适量与适当的至少一种具荧光粉的封装材料,以形成白光偏蓝至白光偏黄及白光偏绿至白光偏红的二组白光发光元件;而其可发出白光的混光方法,是借由二种以上具有不同波长设于磊晶基板上的磊晶发光层的发光二极管元件及可发出与其搭配互补的具荧光粉的至少一种封装材料以构成两组白光发光元件组合排列于系统及模块内,以形成具有提高演色性及饱合度佳的由多种颜色光相混合的白光。
较佳者,本发明的磊晶发光层为氮化镓铟(InGaN)。
更进一步,本发明的磊晶发光层为氮化铝铟镓(AlGaInN)。
较佳者,本发明其封装材料为硅胶。
较佳者,本发明其封装材料为环氧树脂(Epoxy)。
较佳者,本发明其磊晶基板为蓝宝石(Sapphire)。
较佳者,本发明其磊晶基板为无图形化蓝宝石基板(NSS,Non-patternedSapphire Substrate)。
较佳者,本发明其磊晶基板为图形化蓝宝石基板(PSS,Patterned SapphireSubstrate)。
更进一步,本发明其磊晶基板背面设有布拉格反射层(DBR,DistributedBragg Reflectors)。
较佳者,本发明其磊晶基板可为SiC(碳化硅)。
较佳者,本发明其磊晶基板可为Si(硅)。
较佳者,本发明其封装材料的荧光粉为黄色(蓝光发光二极管)。
较佳者,本发明其封装材料的荧光粉为红色(蓝绿光发光二极管)。
更进一步,本发明的的封装材料的荧光粉可为两层或两层以上。
较佳者,本发明其发光元件可为LED LAMP灯结构。
较佳者,本发明其发光元件可为塑料无引线芯片(PLCC,Plastic LeadlessChip Carrier)结构。
较佳者,本发明其发光元件可为表面粘着形成贴片式元件(SMD,SurfaceMount Device)结构。
较佳者,本发明其发光元件为直接将荧光粉涂布在LED芯片上,再做透明层(例如:SiO2或Si3N4)保护,只将电极露出,以使打线连接到支架或基座,而不再做封装。
较佳者,本发明其发光二极管元件的固晶胶的胶体选自由银胶、可以导热的绝缘胶、金属粉末胶、钻石粉胶、石墨粉胶及共晶金属(Eutectic)所组成的一群组其中的一种胶体。
为达到上述的目的,本发明还提供一种可发出白光的发光元件及其混光方法,其发光元件包括有:
至少二种发光二极管元件,二种发光二极管元件为由磊晶基板上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光范围的同系列材料的磊晶发光层,也即两种不同波长的LED发光二极管元件;
至少一种封装材料,其封装于该至少二种发光二极管元件上,该封装材料在其内含有适当波长并与发光二极管元件的光源互补激发形成白光的适量荧光粉。
而借此设计,利用封装材料荧光粉吸收发光二极管元件光源而发射出的特定波长范围的另一光源,并与该发光元件的光源混合,而组成一组LED白光偏蓝至白光偏黄,另一组LED白光偏绿至白光偏红的白光的发光元件。
至于,本发明其发光二极管元件,进一步包括有:
至少一个支架,其作为电性连接接脚;
固晶胶,其选择性设于支架上;
一磊晶基板,其设于固晶胶上,并在磊晶基板上设有可发出特定波长范围的磊晶;
一磊晶发光层,其设于磊晶基板上,该磊晶发光层,进一步包括有:一n型氮化镓、一多量子井激光层、一p型氮化镓;
透明电极,其分别设于磊晶发光层p型氮化镓及n型氮化镓上;
一晶粒p电极,其设于磊晶发光层p型氮化镓或透明电极上;
一晶粒n电极,系设于n型氮化镓或透明电极上;
接点,分别设于晶粒p电极与晶粒n电极上;
依照本发明一较佳实施例,上述的可发出白光的发光元件及其混光方法,更至少包括两组本发明的白光发光元件相互搭配排列于模块或系统中。
而本发明另一较佳实施例,其两组以上的本发明具有不同波长的磊晶发光层的发光元件相互搭配排列于模块或系统中的排列方式,可以交互排列或各一排排列并联或其它数目排组合而成。
为达到上述的目的,本发明提供一种可发出白光的发光元件及其混光方法,其混光方法为:
由至少二种具有相同系列不同波长且具磊晶发光层的发光二极管及至少一种具互补颜色荧光粉的封装材料搭配所产生白光的发光元件排列于模块或系统中,形成多种颜色光(例如:蓝、蓝绿、绿、黄、橘、红等的至少四色所组成)相混合成提高高演色性及混光效果的白光。
借由本发明可发出白光的发光元件及其混光方法,可以实现工艺简单、成本低、容易控制、良品率高的效果。
附图说明
图1为本发明可发出白光的发光元件的结构组合剖面图;
图2为本发明可发出白光的发光元件作为LED LAMP灯装置的结构图;
图3A为本发明PLCC或SMD结构图(塑料无引线芯片或表面粘着形成贴片式元件结构);
图3B本发明中的芯片具有透明层保护及荧光粉的结构图;
图4为本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件交互排列图;
图5为本发明不同波长的磊晶发光层所构成白光的发光元件各一排并联图;
图6为本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件(单一间隔)交互排列另一实施例图;
图7为本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件(两间隔)交互排列又一实施例图。
附图标记说明
1 支架
2 固晶胶
3 磊晶基板
30 布拉格反射层
100 发光二极管元件
200 磊晶发光层
4 n-GaN(n型氮化镓)
5 MQW(未含应力多量子井激光层)
6 p-GaN(p型氮化镓)
8 n-GaN(n型氮化镓)
9 透明电极
10 Metal(晶粒p电极)
11 透明电极
12 Metal(晶粒n电极)
13、14接点
15 打线
16 封装材料
160 荧光粉
(一) 发光元件
(二) 发光元件
1000 透明层
2000 基座
具体实施方式
为便于对本发明的发明特征、内容与优点及其所能达到的功效有进一步的了解,现配合附图,并以实施例的表达形式详细说明如下,而在文中所使用的附图,其主旨仅为示意及辅助说明书之用,未必为本发明实施后的真实比例与精准配置,故不应就所附的附图的比例与配置关系局限本发明在实际实施上的保护范围。
请参阅图1所示,其为本发明可发出白光的发光元件的结构组合剖面图,本发明的可发出白光的发光元件及其混光方法,其中的可发出白光的发光元件在一较佳的实施例中,包括有:至少二种发光二极管元件100、至少一种封装材料16。
前述的发光二极管元件100,由二种LED芯片组成,该LED芯片为由磊晶基板3上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光不同波长范围间的同系列材料的磊晶发光层200,在本实施例该磊晶基板3的材料为蓝宝石(Sapphire),但并不以此限制本发明,其也可为碳化硅(SiC)、硅(Si)或其它任何的材料,都属于本发明的保护范围,进而提供可发出特定波长范围的磊晶发光层200成长于上;又该由蓝宝石(Sapphire)材料构成的磊晶基板3为使其具有较佳的光电特性,在本发明中其可为无图形化蓝宝石基板(NSS,Non-patterned Sapphire Substrate)或者也可为图形化蓝宝石基板(PSS,PatternedSapphire Substrate),都属于本发明的保护范围;更进一步,为使该磊晶基板3具有较大的反射率,在该磊晶基板3背面设有布拉格反射层30(DBR,DistributedBragg Reflectors),另外,为达到具有工艺简单、所使用的电压及电流相同、成本低、容易控制、良品率高等特性,本发明在磊晶基板3上长晶是采用同系列材料的磊晶发光层200,在本实施例该磊晶发光层200为能发出二种不同波长的紫光至绿光的同系列材料,在本实施例其可为氮化铝铟镓(AlGaInN)或氮化镓铟(InGaN),但并不以此限制本发明,凡是能发出具有二种波长,相差30nm以上不同波长甚至能发出紫光至绿光范围间的任何系列材料的磊晶发光层200,都属于本发明的保护范围。
前述的封装材料16,是封装于发光二极管元件100上以构成发光元件,该封装材料16在其内含有适当波长并与发光二极管元件100的光源互补激发形成白光的适量荧光粉160,本发明该含有适当波长的适量荧光粉160的封装材料16,在本实施例为环氧树脂(Epoxy),但并不以此限制本发明,其也可为硅胶或其它任何材料,都属于本发明的保护范围。再者,封装材料16为使发光二极管元件100激发白光,其内所设的荧光粉160有二种,一种为黄色,一种为红色,但并不以此限制本发明,凡是能够与发光二极管元件100激发出白光的各种颜色荧光粉160,都属于本发明的保护范围,又,本实施例该黄色荧光粉160为钇-铝-镓或掺有铈的钇-铝-镓(YAG或Y3A15G12:Ce),至于该红色荧光粉160在本实施例则为硫化物或掺有铕的硫化锶(SrS:Eu);再者,另本发明的封装材料16在本实施例为一层结构,但并不以此限制本发明,其也可为一层以上的两层结构或其它数目层数结构,借由先有一层有荧光粉160的封装材料16,再加上另一层封装材料16,以形成光型与微调荧光粉160之量。
借此设计,利用封装材料16内含的荧光粉160吸收发光二极管元件100光源而发射出的特定波长范围的另一光源,并与该发光元件的光源混合而组成白光的发光元件,另请配合参阅图2、图3所示,本发明其于适当位置设有提供发光能量的晶粒p电极10与晶粒n电极12,并借打线15与其连接下方设有凸出支架1的灯结构(LAMP)外(如图2所示),也可为下方为平面支架1的塑料无引线芯片(PLCC,Plastic Leadless Chip Carrier)或表面粘着形成贴片式元件结构(SMD,Surface Mount Device)(如图3所示)。
请配合参阅图2、图3A、图3B所示,分别为本发明可发出白光的发光元件作为LED LAMP灯装置的结构图、为本发明PLCC或SMD结构图(塑料无引线芯片或表面粘着形成贴片式元件结构)、为本发明芯片具有透明层保护及荧光粉的结构图,本发明可发出白光的发光元件,该前述的发光二极管元件100进一步包含有:至少一个支架1、固晶胶2、布拉格反射层30(DBR,DistributedBragg Reflectors)、一磊晶基板3、一磊晶发光层200、透明电极9、11、一晶粒p电极10、一晶粒n电极12、接点14、13、打线15。其中,至少一个支架1,分别作为电性连接接脚,在图2中该支架1呈凸出状,而图3A与图2不同处,在于图3A的支架1呈平面式,而图3B为芯片具有透明层保护及荧光粉的结构图,但并不以此限制本发明,凡是任何形式作为电性连接的接脚,都属于本发明的保护范围;又本实施例中支架1数目为二个,同样并不以此限制本发明,其数目也可为一个或其它数目,其随着不同磊晶基板3材料的不同及设计作改变(例如:SiC碳化硅为材料的磊晶基板3只有一个支架1,另一电极在下方);固晶胶2,选择性设于支架1上,该固晶胶2的胶体选自由银胶或可以导热的绝缘胶、金属粉末胶、钻石粉胶、石墨粉胶及共晶金属(Eutectic)所组成的一群组其中的一种胶体,但并不以此限制本发明,其也可为其它各种可以粘合的物质,都属于本发明的保护范围;一磊晶基板3,其设于固晶胶2上;布拉格反反射层30设于磊晶基板3的背面;一磊晶发光层200,设于磊晶基板3上,其包含有一n型氮化镓4(n-GaN)、一多量子井激光层(MQW)5、一p型氮化镓6(p-GaN),而该磊晶发光层200结构选自由单线-垂直或双线所组成的一群组其中的一种结构,但并不以此限制本发明,其也可为各种排列结构,都属于本发明的保护范围;透明电极9、11,分别设于磊晶发光层200的p型氮化镓6及设于n型氮化镓4其适当位置的n型氮化镓8上,其材料可为ITO(透明具导电性铟锡氧化物)或其它金属,都属于本发明的保护范围;一晶粒p电极10,设于磊晶发光层200该p型氮化镓6或透明电极9上;一晶粒n电极12,设于n型氮化镓4或其适当位置的n型氮化镓8上的透明电极11上;接点14、13,在本实施例分别设于晶粒p电极10及晶粒n电极12上;打线15,分别连接晶粒n电极12上的接点13与支架1,及连接晶粒p电极10上的接点14与支架1,而该打线15的材料选自由金线或铜线所组成的一群组其中的一种材料,但并不以此限制本发明,其也可为各种导体的线材,都属于本发明的保护范围;如图3B所示的结构,为本发明中的发光元件直接将适量荧光粉160涂布在磊晶发光层200(即LED芯片)上,其中荧光粉160可为两层或两层以上,荧光粉160上再做透明层1000保护,只将晶粒p电极10及晶粒n电极12露出,并经由接点14、13将打线15电性连接到基座2000或如图2、图3A所示的支架1上,而不再做封装,又该透明层1000可为二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4),但并不以此限制本发,凡是可作为保护的任何电极绝缘材料,都属于本发明的保护范围。
敬请配合参阅图4、图5、图6、图7。
图中所示分别为本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件交互排列图、本发明不同波长的磊晶发光层所构成白光的发光元件各一排并联图、本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件(单一间隔)交互排列另一实施例图、本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件(两间隔)交互排列又一实施例图,本发明所提供的一种可发出白光的发光元件及其混光方法,其混光方法为:
由至少二种以上具有相同系列材料不同波长且具磊晶发光层200的发光二极管100,及具互补颜色荧光粉160的封装材料16搭配所产生白光的发光元件排列于模块或系统中,形成类似蓝、蓝绿、绿、黄、橘、红等的至少四色光相混合成高演色性及混光效果极佳的白光,又本发明其每个发光元件均为白光,可以相互搭配排列于模块或系统中,其互排列方式可以交互排列(如图4所示)或各一排排列并联使用(如图5所示)或为交互以各种不同间隔排列(如图6、图7所示),另,为达到使本发明能借由两个以上具有不同波长磊晶发光层200,再与其可以发出互补光的荧光粉,相互组成具有良好混光效果及高演色性的白光发光元件,其发光元件所加适量适当波长的荧光粉160的封装材料16,较佳者为黄色或红色两种色的任意组合,原则上荧光粉160的可激发能隙小于磊晶发光层200材料的能隙(Bandgap),例如:蓝光(波长:460nm)芯片封装结构的磊晶发光层200为发蓝光的氮化镓(GaN)及可以激发出黄光的荧光粉160,借其相混光而成的白光;至于蓝绿光(波长:495nm)芯片封装结构的磊晶发光层200为发蓝绿光的氮化镓(GaN)及可激发出红光的荧光粉160,借其相混光而成白光;由于上述经封装好的LED发光元件都可以发出白光,但前者可以选择偏蓝或偏黄,红光会较缺乏,色温会较偏高,而后者可以选择偏绿或偏红,蓝光会缺乏,色温会较偏低。由于LED发光元件渐渐在背光板与照明市场中扮演越来越重要的角色,色彩饱和度相对也越来越重要,借由搭配上述都能产生白光的LED发光元件,以形成蓝、绿、黄、红四色光来相混合成为白光,而达到良好的混光效果及演色性,由于两种LED发光元件,都是以氮化镓(GaN)或氮化镓铟(InGaN)系列材料,因其成分相当接近,故所使用的电压及电流均相同,完全不需要复杂的控制电路,使用上相当简单容易,当作为背光或照明使用的个别白光发光元件封装均形成白光LED发光元件,纵使有少数几个LED发光元件故障,所发出光源仍为白光,只是其亮度降低而已,并不会发生如公知的发光元件而改变其颜色(即变成不是白光)的严重缺失,因此,本发明其长期使用纵使有部分LED发光元件故障也不会影响整体白光照明,可增加模块及系统的稳定性及使用寿命。
本发明的另一实施例,为形成两种不同波长的白光LED发光元件:
第一种白光LED发光元件(一):是由蓝光的磊晶发光层200,其波长455nm加上黄色荧光粉160的封装材料16作混光(YAG或Y3A15O12:Ce),其由国际照明委员会(The International Commission on Illumination)发展的色坐标为:CIE(x)=0.304,CIE(y)=0.335,Optical transfer Ratio(光学转换效率)=98.6%,色温约7000K白光稍微偏蓝。
第二种白光LED发光元件(二)(A):于本实施例中分别为二组,一是由蓝绿光的磊晶发光层200,其波长495nm加上红色荧光粉160(掺有铕的硫化锶SrS:Eu)的封装材料16作混光,其色坐标为CIE(x)=0.302,CIE(y)=0.376,Optical transfer Ratio=92.0%,色温约6500K白光稍微偏绿。
而第二种白光LED发光元件(二)(B)另一组同样是由蓝绿光的磊晶发光层200,其波长495nm加上红色荧光粉160(掺有铕的硫化锶SrS:Eu)的封装材料16作混光,而其色坐标及光学转换率分别为CIE(x)=0.403,CIE(y)=0.391,Optical transfer Ratio=76.1%,色温约3500K白光稍微偏橘;
第二种白光LED发光元件(二)会加强红色部分,与第一种白光LED发光元件搭配,会形成良好的混光效果与极佳的演色性,会有RGB-LED的效果而没有其缺点。
本发明于照明背光应用时,使用上述两种不同波长磊晶发光层200的两组白光LED发光元件(一)、(二)在光的颜色多样性上互补并作相互搭配于模块或系统中,使整个模块或系统提高其演色性及混光效果。又其相互排列方式可有很多种,由于每一组LED发光元件(一)(二)所使用长晶于磊晶基板3的磊晶发光层200材料为同系列,故在电压特性及所使用的控制电路均相同,简化其复杂性,而其作交互排列方式,敬请参阅图4所示的为本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件交互排列图,即将能发出白光的LED发光元件(一)、(二)交互排列组合于系统或模块内;本发明也可以将LED发光元件(一)、(二)各一排排列并联使用的排列方式,敬请参阅图5所示的本发明不同波长的磊晶发光层所构成的白光的发光元件各一排并联图;本发明也可将LED发光元件(一)、(二)交互间隔排列,如图6所示为单一间隔排列;如图7所示为两间隔排列;但并不以此限制本发明,其可依需要调整该两组LED发光元件(一)、(二)的比例,即其数目不必为1∶1,除了前述交互排列或各一排排列并联或单一间隔排列或两间隔排列使用外,也可为其它各种排列方式或其它数目排列组合而成,都属于本发明的保护范围,也就是本发明其至少两种能发出不同波长的长晶于磊晶基板3上的磊晶发光层200搭配适当与适量具荧光粉160的封装材料16且能产生白光的发光元件(一)、(二),其比例不必是1∶1,因为该两组白光的发光元件(一)、(二)与两者的比例无关,一般组成光谱系由类似红、橙、黄、绿、青、蓝等颜色,而白光偏蓝属于高色温的冷色及白光偏红属低色温的暖色,因此,当本发明其一组LED发光元件(一)较多时,则会产色温较高的冷色光的颜色;当另一组LED发光元件(二)较多时,可借其产生色温较低的暖色光。
借此设计,本发明除了利用至少一种封装材料16其荧光粉160吸收具磊晶基板3的磊晶发光层200的光源而发射出的特定波长范围的另一光源,并与该具磊晶发光层200的磊晶基板3的至少二种发光二极管元件100的光源混合组成白光偏蓝至白光偏黄及白光偏绿至白光偏红的两组白光发光元件;其混光方法则借由至少二种以上于磊晶基板3上磊晶具有相同系列材料且产生不同波长的磊晶发光层200及至少一种具互补颜色荧光粉160的封装材料16搭配产生白光的两组发光元件排列于模块或系统中,并利用其间形成多种颜色光色(类似蓝、蓝绿、绿、黄、橘、红等的至少四色所组成)相互混合,使其提高演色性及混光效果的白光,又其工艺简单、所使用的电压及电流相同、成本低、控制容易、良品率高。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点,其目的在于使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施,但不能以此限定本发明的保护范围,即凡是依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰,仍应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (24)
1.一种可发出白光的发光元件,其特征在于,该发光元件包括:
至少二种发光二极管元件,其由二种LED芯片组成,该LED芯片为由磊晶基板上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光不同波长范围间的同系列材料的磊晶发光层;
至少一种封装材料,其封装于该至少二种发光二极管元件上,该封装材料内含有能与所述发光二极管元件的光源互补激发形成白光的荧光粉。
2.如权利要求1所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶基板背面设有布拉格反射层。
3.如权利要求1所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶基板材料选自由蓝宝石、碳化硅及硅所组成的一群组其中的一种材料。
4.如权利要求1所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶基板材料为蓝宝石,所述磊晶基板为图形化蓝宝石基板或无图形化蓝宝石基板。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶发光层的材料为氮化铝铟镓或氮化镓铟。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶发光层的结构为单线-垂直或双线结构。
7.如权利要求1至4中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述封装材料为硅胶或环氧树脂。
8.如权利要求1至4中任何一项所所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述荧光粉为黄色。
9.如权利要求1至4中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述荧光粉为红色。
10.如权利要求1至4中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述发光二极管元件进一步包括有:
至少一个支架,其作为电性连接接脚;
一固晶胶,其设于所述支架上;
一磊晶基板,其设于所述固晶胶上,并在所述磊晶基板上设有能发出特定波长范围的磊晶;
一磊晶发光层,其设于所述磊晶基板上,该磊晶发光层进一步包括有:一n型氮化镓、一多量子井激光层、一p型氮化镓;
透明电极,分别设于所述磊晶发光层p型氮化镓及n型氮化镓上;
一晶粒p电极,其设于所述磊晶发光层的p型氮化镓或所述透明电极上;
一晶粒n电极,其设于所述n型氮化镓或所述透明电极上;
接点,分别设于所述晶粒p电极与所述晶粒n电极上。
11.如权利要求10所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述发光元件的结构为LED灯结构、塑料无引线芯片结构或表面粘着形成贴片式元件结构。
12.如权利要求10所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述固晶胶的胶体选自由银胶、可以导热的绝缘胶、金属粉末胶、钻石粉胶、石墨粉胶及共晶金属所组成的一群组其中的一种胶体。
13.一种可发出白光的发光元件,其特征在于,该发光元件包括:
至少二种发光二极管元件,该至少二种发光二极管元件为由磊晶基板上磊晶可发出波长相差30nm以上,波长为紫光至绿光不同波长范围间的同系列材料的磊晶发光层;
荧光粉,其涂布在所述磊晶发光层上,所述荧光粉能与所述发光二极管元件的光源互补激发形成白光;
透明层,其设于所述荧光粉上。
14.如权利要求13所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述透明层为二氧化硅或氮化硅。
15.如权利要求13所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶基板材料选自由蓝宝石、碳化硅及硅所组成的一群组其中的一种材料。
16.如权利要求13所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述发光二极管元件的电极外露于所述透明层,以供所述打线连接到基座或支架。
17.如权利要求13所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶基板的材料为蓝宝石,所述磊晶基板为图形化蓝宝石基板或无图形化蓝宝石基板。
18.如权利要求13至17中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶发光层的材料为氮化铝铟镓或氮化镓铟。
19.如权利要求13至17中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述磊晶发光层的结构为单线-垂直结构或双线结构。
20.如权利要求13至17中任何一项所所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述荧光粉为黄色。
21.如权利要求13至17中任何一项所述的可发出白光的发光元件,其特征在于,所述荧光粉为红色。
22.一种可发出白光的混光方法,其特征在于,其混光方法为:
由上述权利要求1至21任何一项所述的可发出白光的发光元件的至少二种以上具有相同系列不同波长且具磊晶发光层的发光二极管及具互补颜色荧光粉的至少一种封装材料搭配所产生白光的两组以上发光元件排列于模块或系统中,形成多种颜色光相混合成的白光。
23.如权利要求22所述的可发出白光的混光方法,其特征在于,所述多种颜色光为蓝、蓝绿、绿、黄、橘、红光。
24.如权利要求22或23所述的可发出白光的混光方法,其特征在于,所述发光元件的排列方式为交互排列、各一排并联或至少一间隔排列。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121114 |