CN103363334B

CN103363334B - 灯具及其发光二极管模块

Info

Publication number: CN103363334B
Application number: CN201210101239.9A
Authority: CN
Inventors: 谢明哲; 谢安裕; 蔡明松
Original assignee: YANGZHOU EDISON OPTO CO Ltd; Edison Opto Corp
Current assignee: YANGZHOU EDISON OPTO CO Ltd; Edison Opto Corp
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: CN103363334A

Abstract

本发明揭露一种灯具及其发光二极管模块。发光二极管模块包含一基板、一阵列式发光组与一单一封胶体。阵列式发光组包含多个并联地电性连接于正极与负极之间的发光串体。各发光串体包含多个蓝光发光二极管芯片与一个红光发光二极管芯片，且红光发光二极管芯片与这些蓝光发光二极管芯片相串连地设于基板上。单一封胶体完整覆盖发光串体，且其内均匀散布荧光粉。

Description

灯具及其发光二极管模块

技术领域

本发明有关于一种具发光二极管的发光装置，特别是有关于一种仅具红、蓝发光二极管的发光装置。

背景技术

白光发光二极管由于具有省电、低驱动电压、寿命长以及具有环保效果等优点，逐渐用于各种照明设备以及液晶显示器的背光源上，成为目前重要的发光装置之一。高演色性(colorrendering index，CRI)的白光，一直是半导体发光源所追求的目标。

目前已知的白光发光二极管的作法中，第一种是传统上有采用多种波长的发光二极管芯片，例如红、蓝、绿三色芯片配置而成的发光源，但此种发光源只能达到演色性80左右，并且已知具有混光不均匀的问题。第二种是使用单色的蓝光发光元件加上黄色荧光材料，用以产生白光。此方法所产生的白光效率相当不错，但缺点是演色性差、色彩饱和度有限，导致混光技术效率不佳，且在高电流下会呈现色度座标过度偏移的现象。第三种为紫外光光激发荧光粉的发出白光的发光二极管模式，目前紫外光应用于发光二极管的技术上仍有许多无法克服的劣化问题，因此较难以精确控制其发光效率及发光特性。具有紫外光发光二极管发光效率偏低的问题，其必须由磊晶品质中寻求改进。

故，上述已知的白光发光二极管，在实际使用上，显然具有不便与缺失存在。

发明内容

本发明一方面提供一种灯具及其发光二极管模块，用以改善上述存在的不便与缺失，以便同时提升发光二极管模块的演色性与发光效率，进而提升整体的出光品质。

本发明一方面提供一种灯具及其发光二极管模块，以便有效均匀化光的混合结果，进而提供较大色温范围的白光品质。

本发明的一实施方式揭露一种发光二极管模块。此发光二极管模块包含一基板、一阵列式发光组与一单一封胶体。基板包含一正极区与一负极区。阵列式发光组包含多个并联地电性连接于该正极区与该负极区之间的发光串体。各发光串体包含N个蓝光发光二极管芯片与M个红光发光二极管芯片。这些蓝光发光二极管芯片用以发出一发光波长范围介于445～460nm之间的蓝光。这些红光发光二极管芯片用以发出一发光波长范围介于600～630nm之间的红光，且红光发光二极管芯片与蓝光发光二极管芯片相串连地设于基板上，且交错地设置在蓝光发光二极管芯片之间，其中M、N为正整数，且M＞N≥1。单一封胶体完整覆盖所有发光串体，且其内均匀散布其发光波长范围介于520～570nm之间的多个荧光粉。如此，单一封胶体内的荧光粉被部分的蓝光激发后产生一黄绿光，透过混合另一部分的蓝光、此红光及此黄绿光后，共同混出一其色温范围介于10000～2500K的白光。

本发明的一实施例中，各发光串体中，红光发光二极管芯片与蓝光发光二极管芯片依据1∶2～11其中之一的比例进行排列。

本发明的一实施例中，这些发光串体其中的一为线性或非线性排列。

本发明的一实施例中，这些发光串体中，该红光发光二极管芯片与这些蓝光发光二极管芯片所进行排列的比例皆一致。

本发明的一实施例中，单一封胶体内还散布有其发光波长范围介于600～630nm之间的多个荧光粉；或者，单一封胶体内更散布有其发光波长范围介于585～630nm之间的多个荧光粉。

本发明的一实施例中，这些蓝光发光二极管芯片及红光发光二极管芯片彼此分离一预定距离。

本发明另一实施方式揭露一种灯具。此灯具包含：一底座，包含一放置面；一如上所述的发光二极管模块，位于该放置面。

综上所述，本发明专利为解决已知发光二极管混光不均匀情形，提出改善方案，通过本发明灯具及其发光二极管模块，可将单位面积所能萃取出光通量最大化，并利用选定的发光二极管光通量比例与特定的荧光粉，得到最高效率、高演色性的发光二极管模块。

附图说明

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

图1为本发明发光二极管模块于一实施例的上视图；

图2为图1的区域M的局部侧视图；

图3为本发明发光二极管模块于另一实施例的上视图；

图4A为本发明发光二极管模块于另一实施例的局部侧视图；

图4B为本发明发光二极管模块于又一实施例的局部侧视图；

图5～图14为本发明发光二极管模块于图1的实施例的各种色域空间图；

图15为本发明灯具于一实施例的示意图。

【主要元件符号说明】

100：发光二极管模块

200：基板

210：正极区

220：负极区

300：胶墙

310：容置空间

400：阵列式发光组

410：发光串体

410B：蓝光发光二极管芯片

410R：红光发光二极管芯片

411：导线

420：单一个发光串体

500：单一封胶体

510：荧光粉

520：荧光粉

530：荧光粉

600：灯具

610：底座

620：本体

621：顶面

622：底面

630：灯罩

640：圆柱安装部

641：螺纹部

C：中间位置的色度级区

D1、D2：方向

K：色度级区

M：区域

具体实施方式

以下将以图示及详细说明清楚说明本发明的精神，如熟悉此技术的人员在了解本发明的实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

请参阅图1与图2所示，图1为本发明发光二极管模块100于一实施例的上视图、图2为图1的区域M的局部侧视图。

本发明的发光二极管模块100包含一基板200、一胶墙300、一阵列式发光组400与一单一封胶体500。

基板200例如为一可供芯片直接封装的金属COB基板200，包含一正极区210与一负极区220。胶墙300例如为一硅胶挡墙胶，固定于基板200上，并围绕出一容置空间310。阵列式发光组400位于容置空间310内，且电性连接于基板200上。

阵列式发光组400包含一或多个发光串体410。每一发光串体410的一端电性连接正极区210，另一端电性连接负极区220，且这些发光串体410皆联地电性连接于正极区210与负极区220之间。

各发光串体410包含多个蓝光发光二极管芯片410B与一或多个红光发光二极管芯片410R。红光发光二极管芯片410R与这些蓝光发光二极管芯片410B线性排列且通过导线411相串连地设于基板200上。

这些红光发光二极管芯片410R分别交错地设置在发光串体410的这些蓝光发光二极管芯片410B之间。蓝光发光二极管芯片410B用以发出一发光波长范围介于445～460nm之间的蓝光。红光发光二极管芯片410R用以发出一发光波长范围介于600～630nm之间的红光。每个发光串体410内的红光发光二极管芯片410R的数量大于小于1，且恒小于蓝光发光二极管芯片410B的数量。

单一封胶体500意指经一次性被形成于整个阵列式发光组400上，而完整地覆盖所有发光串体410，故，以供辨识此发光二极管模块100为单一的发光二极管模块100。

此外，此单一封胶体500至少内含有均匀散布的荧光粉510。所述的荧光粉510例如为YAG、TAG、BOSE、Silicate等磷光体，其发光波长范围介于520～570nm之间。荧光粉510例如可为黄色、黄绿色或近似黄绿色。此外，设置内含荧光粉510的此单一封胶体500的方式不限点胶、spirit coating、CVD、喷涂等，皆属本专利范围内。

当单一封胶体500内的蓝光发光二极管芯片410B与红光发光二极管芯片410R分别发出蓝光与红光时，单一封胶体500内的荧光粉510被部分的蓝光激发后产生一黄绿光，此黄绿光再透过混合其余的蓝光与红光后，共同混出一其色温范围介于10000～2500K的的高演色性(color rendering index)白光。

如此，通过按照特定比例的数量分配蓝光发光二极管芯片410B与红光发光二极管芯片410R至于一阵列的中，以及蓝光发光二极管芯片410B与红光发光二极管芯片410R同时发射不同波长的光激发荧光层得到此混合白光。此技术理论基础透过蓝光发光二极管激发荧光粉510层产生绿白光，借此提升绿光光通量成分，以提高光通量与演色性，可减少传统二极管混光技术效率不佳的情况。

本发明的发光二极管模块100的结构并不限于表面粘着型(SMD)元件结构与插件型(DIP)元件结构。

请参阅图3所示，图3为本发明发光二极管模块100于另一实施例的上视图。

本发明的其他实施例中，这些发光串体410亦可以呈非线性排列，如S字型、Z字型或W字型等等。此外，阵列式发光组400包含单一个发光串体420，是所有发光二极管芯片(即蓝光发光二极管芯片410B与红光发光二极管芯片410R)无论以何种形状排列，皆仅由单一发光二极管芯片(即蓝光发光二极管芯片410B或红光发光二极管芯片410R)电性连接正极区210或负极区220。

请参阅图4A所示，图4A为本发明发光二极管模块100于另一实施例的局部侧视图。

除了上述实施例中，单一封胶体500仅具有一种发光波长范围介于520～570nm之间的荧光粉之外，本发明的另一实施例中，除单一封胶体500具有发光波长范围介于520～570nm之间的荧光粉之外，其内还散布有其发光波长范围介于600～630nm之间的多个荧光粉520。此荧光粉520例如可呈红色或近似红色。

如此，除红光发光二极管芯片410R提供红光外，单一封胶体500内还可提供其他红色的激发光，以便微调整被混出的白光于色温座标的横座标或纵座标的值。

请参阅图4B所示，图4B为本发明发光二极管模块100于又一实施例的局部侧视图。

除了上述实施例中，单一封胶体500仅具有一种发光波长范围介于520～570nm之间的荧光粉之外，本发明的又一实施例中，单一封胶体500具有发光波长范围介于520～570nm之间的荧光粉之外，其内还散布有其发光波长范围介于585～630nm之间的多个荧光粉530。此荧光粉530例如可呈琥珀色、红色偏黄、红橘色或近似红橘色。

如此，单一封胶体500内还可提供其他的激发光，以便微调整被混出的白光于色温座标的横座标或纵座标的值。

请参阅图5所示，图5为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

通常发光二极管可区分出多种等级的色度级区。一般而言，中间位置的色度级区C(例如Cx约为0.35～0.4，Cy约为0.35～0.4)为一平均色度范围，此平均色度范围所呈现出的发光色度实质上为中性白光。由此中间位置的色度级区C朝温高方向(如D1)所经的色度级区所呈现出的发光色度属于冷色系色度，其所变化的发光色度是由中性白光逐渐转为白偏蓝(冷)光(例如Cx约为0.275～0.35，Cy约为0.275～0.35)；反之，由此中间位置的色度级区C朝温低方向(如D2)所经的色度级区所呈现出的发光色度属于暖色系色度，其所变化的发光色度是由中性白光逐渐转为白偏红(暖)光(例如Cx约为0.4～0.475，Cy约为0.375～0.425)。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶2，即1倍的红光发光二极管芯片410R与2倍的蓝光发光二极管芯片410B的比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围落于2670K-4100K之间。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为550nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于3000K～2800K之间(如色度级区K)。

此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

另外，本实施例的一选项中，这些蓝光发光二极管芯片410B与红光发光二极管芯片410R彼此等距地分离一预定距离。

请参阅图6所示，图6为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶3，即1倍的红光发光二极管芯片410R与3倍的蓝光发光二极管芯片410B的比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围落于2670K-4500K之间。较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为540nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于4100K～3500K之间(色度级区K)。此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图7所示，图7为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶4，即1倍的红光发光二极管芯片410R与4倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围落于2670K-6300K之间。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为540nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于4300K～3800K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图8所示，图8为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶5，即1倍的红光发光二极管芯片410R与5倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围落于2800K-10000K之间。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为540nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于5000K～8000K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图9、图10所示，图9～图10为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的二种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶6或1∶7，即1倍的红光发光二极管芯片410R与6倍或7倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围是落于3050K-10000K之间。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为530nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于5650K～10000K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图11、图12所示，图11～图12为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的二种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶8或1∶9，即1倍的红光发光二极管芯片410R与8倍或9倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

由于这些荧光粉510的发光波长范围于520～570nm之间，故，所混出的白光的色温范围落于3500K-10000K之间。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为540nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于5000K～7000K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图13所示，图13为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶10，即1倍的红光发光二极管芯片410R与10倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为540nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于5650K～8000K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图14所示，图14为本发明发光二极管模块100于图1的实施例的一种色域空间图。

此实施例中，各发光串体410中的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B的数量规则依据1∶11，即1倍的红光发光二极管芯片410R与11倍的蓝光发光二极管芯片410B的数量比例进行排列。

较佳地，当荧光粉510的发光波长范围为550nm时，上述混出的白光的色温范围更进一步地落于5000K～6300K之间(色度级区K)。此外，此实施例中，这些发光串体410中的每一发光串体410皆具有相同数量比例的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B。

请参阅图15所示，图15为本发明灯具600于一实施例的示意图。

本发明的发光二极管模块100还可应用于一灯具600上，以提供高效率与高演色性的白色光源。此灯具600包括一底座610、一灯罩630及上述的发光二极管模块100。底座610包括一本体620及一圆柱安装部640。本体620包括一相对应的顶面621及底面622。顶面621为安装此发光二极管模块100的一放置面。灯罩630位于顶面621上，同时罩盖顶面621与此发光二极管模块100。圆柱安装部640连接于底面622，圆柱安装部640的圆周面包括一螺纹部641，可与一灯具母座(图中未示)相配合，以便组装至灯具母座上。

如此，当灯具母座提供电源至发光二极管模块100时，电源接通发光二极管模块100的正极区210与负极区220后，发光二极管模块100的发光串体410便可被同时驱动，以便相应数量的红光发光二极管芯片410R与蓝光发光二极管芯片410B朝单一封胶体发光，进行均匀地混光。

其可变化的例子中，底座610不限为塑胶或金属材质，可将发光二极管模块100所发出的热能带离发光二极管模块100。然而，上述图中的灯具600外型仅为举例，本发明并不局限于此。

此外，由于本案的单一封胶体完整地覆盖所有发光串体，不仅简化本案单一发光二极管模块的整体制程，降低制造成本，且因为不需要高温制程，又可以提高制程合格率。此外，此单一发光二极管模块可有效地提升发光效率、集中光源输出，同时有效地均匀化发光串体与荧光粉的混光效果。又，由于此单一发光二极管模块的色座标制作可通过调整荧光粉浓度来改变，更可提供更高的自由度。再者，本案单一发光二极管模块可于封胶前自由决定芯片排列位置，相较传统技艺具有较多限制，例如传统技艺需各自封胶后才能考虑芯片排列位置，不如本案可提供灵活的芯片排列方式。

本发明所揭露如上的各实施例中，并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种发光二极管模块，其特征在于，包含：

一基板，包含一正极区与一负极区；

一阵列式发光组，包含多个并联地电性连接于该正极区与该负极区之间的发光串体，每一该些发光串体包含：

N个蓝光发光二极管芯片，用以发出一发光波长范围介于445～460nm之间的蓝光；以及

M个红光发光二极管芯片，用以发出一发光波长范围介于600～630nm之间的红光，该M个红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片相串连地设于该基板上，且交错地设置在该些蓝光发光二极管芯片之间，其中M、N为正整数，且N>M≥1，其中每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片依据1：2～11其中之一的比例进行排列，且该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片所进行排列的比例皆一致；以及

一单一封胶体，完整覆盖所有该些发光串体，且其内均匀散布其发光波长范围介于520～570nm之间的多个荧光粉，

其中该单一封胶体内的该些荧光粉被部分的该蓝光激发后产生一黄绿光，透过混合另一部分的该蓝光、该红光及该黄绿光后，共同混出一其色温范围介于10000～2500K的白光。

2.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：2的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为550nm时，该混出的白光的色温范围落于3000K～2800K之间。

3.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：3的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为540nm时，该混出的白光的色温范围落于4100K～3500K之间。

4.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：4的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为540nm时，该混出的白光的色温范围落于4300K～3800K之间。

5.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：5的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为530nm时，该混出的白光的色温范围落于5000K～8000K之间。

6.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：6或1：7的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为530nm时，该混出的白光的色温范围落于5650K～10000K之间。

7.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：8或1：9的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为540nm时，该混出的白光的色温范围落于5000K～7000K之间。

8.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：10的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为540nm时，该混出的白光的色温范围落于5650K～8000K之间。

9.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，每一该些发光串体中，该红光发光二极管芯片与该些蓝光发光二极管芯片通过1：11的比例进行排列，且该些荧光粉的发光波长范围为550nm时，该混出的白光的色温范围落于5000K～6300K之间。

10.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，该些发光串体其中之一为线性或非线性排列。

11.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，该单一封胶体内还散布有其发光波长范围介于600～630nm之间的多个荧光粉。

12.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，该单一封胶体内还散布有其发光波长范围介于585～630nm之间的多个荧光粉。

13.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其特征在于，该些蓝光发光二极管芯片及该红光发光二极管芯片彼此分离一预定距离。

14.一种灯具，其特征在于，包含：

一底座，包含一放置面；

一如权利要求1～13其中之一所述的发光二极管模块，位于该放置面。