CN102856467A - 具有滤光元件的发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种具有滤光元件的发光二极管封装结构，包含导线架、发光光源、透光元件、光激发元件，及滤光元件，导线架对外固着且电连接，发光光源固着于导线架上并与之电连接，而可将电能转换为光能以发出第一波长范围的光，透光元件供第一波长范围的光穿透，光激发元件可被第一波长范围的光激发而发出第二波长范围的光，滤光元件安装于透光元件及光激发元件间，以供第一波长范围的光穿透并反射第二波长范围的光，借此，可增加第二波长范围的光的出光效率，从而提升整体的发光亮度。

Description

具有滤光元件的发光二极管封装结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种具有滤光元件而提高发光亮度的发光二极管封装结构。
背景技术
以往的白光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的封装技术，主要可分为多色晶粒型与荧光转换型两种结构。
多色晶粒型是以多颗不同光色的发光二极管进行混光，以达到白光的需求，最常见的是以红绿蓝三种发光二极管进行封装；荧光转换型则是以单色的发光二极管作为光源，以激发荧光材料使其发出荧光，或者所激发出的荧光与发光二极管的光色进行混光，最常见的是以蓝光发光二极管与黄色荧光材料进行封装，另一种则是利用能量较强(即波长较短)的光源去激发多种荧光材料而发出多色荧光，再以所激发出的荧光相互进行混光，最常见的是以紫外光发光二极管与红绿蓝三色荧光材料进行封装，而达到发出白光的需求。
由于发光二极管发光时会产出热能，而荧光材料遇热后再激发的能力易衰退，将导致整体的发光效率及光激发能力变差，因此，为求延长荧光转换型白光发光二极管的使用寿命，将荧光材料远离发光二极管的概念为目前常用的一种封装结构。
参阅图1，目前的远程荧光材料发光二极管封装结构60包含导线架61、发光光源62、透光元件63，及光激发元件64。
该导线架61可对外固着且电连接，并界定出一个具有开口610的封装空间611。
该发光光源62固着于该导线架61上且位于封装空间611内部，并与该导线架61电连接而可透过该导线架61接受外界电能以发出预定波长范围的光；在此绘示三个发光二极管作说明。
该透光元件63覆盖于该发光光源62上并填覆于该导线架61的封装空间611中，用于隔开发光光源62与光激发元件64。
该光激发元件64设置于该透光元件63上，并包括高透光率的胶体641，及混掺于该胶体641中的荧光材料642，该荧光材料吸收特定波长范围的光后可被激发发出另一特定波长范围的光。
当电能自外界通过该导线架61至该发光光源62时，该发光光源62能将电能转换成光能而产生预定波长范围的光，产生的光穿越该透光元件63进入光激发元件64，此时一部份的光会穿过该光激发元件64的透光胶体641而向封装空间611外发出预定波长范围的光，而一部份的光则会被该光激发元件64的荧光材料642吸收而激发发出另一波长范围且向封装空间611外发出的光，同时，此二波长范围的光会互相混合并以混光发出。
然而，被该光激发元件64所激发出的光中，会有相当比例的光是朝相反于封装空间611开口610的方向行进，并在封装空间611中因反射多次使得光能渐减并转换为废热，除了导致被激发的光的利用效率降低、整体发光效率下降之外，也会因过多的废热影响到整体发光二极管封装结构的实际工作寿命表现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有滤光元件而具有高发光亮度表现的发光二极管封装结构。
本发明一种具有滤光元件的发光二极管封装结构包含一个导线架、一组发光光源、一个透光元件、一组光激发元件及一组滤光元件。
该导线架可对外固着且电连接。
该发光光源固着于该导线架上且与导线架电连接，并通过该导线架接受电能而发出第一波长范围的光。
该透光元件覆盖于该发光光源上并供第一波长范围的光穿透。
该光激发元件可被第一波长范围的光激发并发出第二波长范围的光。
该滤光元件设置于该透光元件与光激发元件间，而供第一波长范围的光穿透并反射第二波长范围的光。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该光激发元件包括一胶体，及混掺于该胶体中的荧光材料。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该发光光源是蓝光发光二极管，且该光激发元件是黄色荧光胶体。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该发光光源是紫外光发光二极管，且该光激发元件是选自红色荧光胶体、绿色荧光胶体、蓝色荧光胶体，或前述物质的任一组合。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该滤光元件是由对不同波长范围的光具有选择性反射率或穿透率的材料所组成。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该滤光元件是由两种以上的不同折射率的材料堆叠而成。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该滤光元件中的其中一种材料的折射率为2.0以上，其中另一种材料的折射率为1.7以下。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该滤光元件对该第一波长范围的光具有80％以上的穿透率，且对该第二波长范围的光具有50％以上的反射率。
较佳地，前述发光二极管封装结构还包含一块透光基板，且该滤光元件以光学镀膜的方式堆叠组合于该透光基板上。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该发光光源除了发出第一波长范围的光以外，还能再发出具有第三波长范围的光。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该透光元件对第三波长范围的光具有平均80％以上的光穿透率，而该光激发元件中的荧光材料对第三波长范围的光低吸收且不被激发。
较佳地，前述发光二极管封装结构还包含一组包覆该发光光源且具有曲面形状的透明元件。
较佳地，前述发光二极管封装结构的该具有曲面形状的透明元件为玻璃透镜、塑料透镜，或硅胶透镜。
本发明的有益的效果在于：利用该滤光元件供第一波长范围的光穿透并反射第二波长范围的光的特性，大幅减少第二波长范围的光向内行进所造成的光能损失，借此提升发光元件整体的发光效率。
附图说明
图1是一剖视示意图，说明现有的远程荧光材料发光二极管封装结构；
图2是一剖视示意图，说明本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构的一第一较佳实施例；
图3是一剖视示意图，说明本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构的一第二较佳实施例；
图4是一剖视示意图，说明本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构的一第三较佳实施例；
图5是一剖视示意图，说明本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构的一第四较佳实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图2，本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构20的一个第一较佳实施例包含一个导线架11、一组发光光源12、一个透光元件13、一组光激发元件14，及一组滤光元件25。
该导线架11可对外固着且以金属与绝缘材质为主要构装材料，并借由电路功能的设计而具备可对外电连接的特性，包括一个具有开口110的封装空间111。
该发光光源12固着且电连接于该导线架11上，并位于该封装空间111中，而在接受电能时将电能转换为光能以产生第一波长范围的光，在本实施例与图示中，该发光光源12是蓝光发光二极管，可发出的第一波长范围的光的峰波长值是440～470nm，并绘示三个发光二极管作说明。
该透光元件13覆盖于发光光源12上并填覆于导线架11的封装空间111中，供发光光源12所发出的第一波长范围的光穿过；在本实施例中，该透光元件13对于第一波长范围的光具有平均80％以上的穿透率，该透光元件13可以是以高透光率的胶体为材料，如硅胶(Silicone)、环氧树脂(Epoxy Resin)或前述物质的组合；此外，透光元件13也可以是由含有气泡的上述胶体所构成，或者该透光元件13也可以是高透光率的气体，如空气、氮气、惰性气体或其混合物。
在本第一较佳实施例中，该滤光元件25由对不同波长范围的光具有选择性反射率或穿透率的材料组成，该滤光元件25为两种以上的材料叠置所构成的多层结构，且两相邻的材料的折射率相异，因此该滤光元件25包括两种以上不同折射率的材料，再相配合用光学镀膜的方式堆叠组合而成，较佳地，其中一种具较高折射率的材料可选择折射率在2.0以上的物质，例如五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)或五氧化二铌(Nb2O5)，而低折射率的材料可选择折射率在1.7以下的物质，例如二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)，该滤光元件25的每一层材料的厚度依材料特性是在数毫米至数十微米之间，使得该滤光元件25的滤光特性是对第一范围的光的平均穿透率为80％以上。
该光激发元件14设置于滤光元件25上，并包括一种胶体141，及一种混掺于该胶体141中的荧光材料142，该荧光材料142可吸收第一波长范围的光，并激发出第二波长范围的光，在本第一较佳实施例中，该光激发元件14为黄色荧光胶体，被激发而发出的第二波长范围的光的峰波长值落在500～700nm内；实际应用上，该光激发元件14也可以是包含一种以上的荧光材料142，或者该发光光源12是紫外光发光二极管，且搭配该光激发元件14是选自可被紫外光激发的红色荧光胶体、绿色荧光胶体、蓝色荧光胶体或前述物质的任一组合。该滤光元件25的滤光特性对第二波长范围的光的平均反射率可达50％以上。
在本第一较佳实施例中，该光激发元件14为将荧光材料142均匀混入胶体141后压模成型所得的荧光胶板，该滤光元件25是以光学镀膜的方式形成在荧光胶板上，再将形成为一体的该光激发元件14与该滤光元件25置放于该透光元件13上；此外，若该透光元件13为气体时，则是先在导线架11的顶部预留供该滤光元件25置放的预定形状，再将气体构成的透光元件13填充于以该滤光元件25与该导线架11界定而出的封装空间中。
电能自外界经由该导线架11提供至该发光光源12时，该发光光源12能将电能转换成光能而产生第一波长范围的光，继而穿越该透光元件13进入光激发元件14，此时，一部份的光会直接穿过该光激发元件14的胶体141而经封装空间111的开口110对外发出第一波长范围的光，一部份的光则被该光激发元件14的荧光材料142吸收再激发发出第二波长范围的光，其中，向封装空间111的开口110方向行进的第二波长范围的光和前述的第一波长范围的光混光后向外发出；另外，相反于该封装空间111的开口110方向行进的第二波长范围的光，则被该滤光元件25反射后实质向封装空间111的开口110方向行进而再与前述的第一波长范围的光混光后向外出光，进而使本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构20具有较高的出光效率，进而可提升整体的发光效率，并可因此减少废热的产生，而实质延长元件的实际工作寿命表现。
参阅图3，本发明一种具有滤光元件的发光二极管封装结构30的一个第二较佳实施例，与该第一较佳实施例相似，其不同处在于还包含一块透光基板26，该滤光元件25置于该透光基板26上后再与光激发元件14结合，例如先以光学镀膜的方式将滤光元件25堆叠组合于透光基板26上，再将荧光材料142与胶体141均匀混合，利用涂覆(coating)的方式覆盖在滤光元件25上，或者直接将荧光胶板放置在滤光元件25上，而该滤光元件25的材料、性质如同第一较佳实施例中所述。
参阅图4，本发明一种具有滤光元件的发光二极管封装结构40的一个第三较佳实施例，与该第二较佳实施例相似，其不同处在于发光光源12为多色发光光源，也就是具有不同光色组合的发光光源12，除了可发出第一波长范围的光以外，同时也具有可发出第三波长范围的光的发光二极管，该透光元件13对第三波长范围的光也具有平均80％以上的穿透率，该光激发元件14中的荧光材料则对第三波长范围的光低吸收而不被激发。在本实施例中，该发光光源12包括一个蓝色发光二极管121和两个红色发光二极管122，第三波长范围的峰波长值落在500～700nm内，借由增加红光可进一步提高整体元件的演色性。
参阅图5，本发明一种具有滤光元件的发光二极管封装结构50的一个第四较佳实施例，与该第二较佳实施例相似，其不同处在于还包含一组具有曲面形状的透明元件56，该具有曲面形状的透明元件56设于该发光光源12上方且包覆该发光光源12，对该发光光源12所发出的第一波长范围的光具有平均80％以上的穿透率。该具有曲面形状的透明元件56可为塑料透镜、玻璃透镜或者硅胶透镜。
综上所述，本发明具有滤光元件的发光二极管封装结构20、30、40、50是利用滤光元件25供第一波长范围的光穿透并反射第二波长范围的光的特性，大幅减少第二波长范围的光向内行进所造成的光能损失，借此提升整体的发光效率，增加正向向外发光亮度，而确实达成本发明的目的。

Claims (13)

1.一种具有滤光元件的发光二极管封装结构，包含：一个导线架、一组发光光源、一个透光元件，以及一组光激发元件；其中，该导线架可对外固着且电连接，该发光光源固着于该导线架上且与该导线架电连接，并通过该导线架接受电能而发出第一波长范围的光，而该光激发元件，可被第一波长范围的光激发并发出第二波长范围的光；其特征在于：
该发光二极管封装结构还包含一组滤光元件，设置于该透光元件与该光激发元件间，而供第一波长范围的光穿透并反射第二波长范围的光。
2.根据权利要求1所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该光激发元件包括一胶体，及混掺于该胶体中的荧光材料。
3.根据权利要求1所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该发光光源是蓝光发光二极管，且该光激发元件是黄色荧光胶体。
4.根据权利要求1所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该发光光源是紫外光发光二极管，且该光激发元件是选自红色荧光胶体、绿色荧光胶体、蓝色荧光胶体，或前述物质的任一组合。
5.根据权利要求1所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该滤光元件是由对不同波长范围的光具有选择性反射率或穿透率的材料所组成。
6.根据权利要求5所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该滤光元件是由两种以上的不同折射率的材料堆叠而成。
7.根据权利要求6所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该滤光元件中的其中一种材料的折射率为2.0以上，其中另一种材料的折射率为1.7以下。
8.根据权利要求5所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该滤光元件对该第一波长范围的光具有80％以上的穿透率，且对该第二波长范围的光具有50％以上的反射率。
9.根据权利要求5所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该发光二极管封装结构还包含一块透光基板，且该滤光元件以光学镀膜的方式堆叠组合于该透光基板上。
10.根据权利要求2所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该发光光源除了发出第一波长范围的光以外，还能再发出具有第三波长范围的光。
11.根据权利要求10所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该透光元件对第三波长范围的光具有平均80％以上的光穿透率，而该光激发元件中的荧光材料对第三波长范围的光低吸收且不被激发。
12.根据权利要求1所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该发光二极管封装结构还包含一组包覆该发光光源且具有曲面形状的透明元件。
13.根据权利要求12所述的具有滤光元件的发光二极管封装结构，其特征在于：该具有曲面形状的透明元件为玻璃透镜、塑料透镜，或硅胶透镜。
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