CN106449948A - 一种白光led及其背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光LED及其背光模组，该白光LED包括：设于LED支架的凹槽底部的第一LED芯片和第二LED芯片、设于第一LED芯片与第二LED芯片之间的第一隔离层、覆盖于第一LED芯片上的红色荧光转换层、设于红色荧光转换层上的粗化层以及覆盖于第二LED芯片、粗化层和第一隔离层上的绿色荧光转换层。采用本发明的白光LED，可有效提升红光的单色性，扩大白光LED在NTSC色域的范围，同时，本发明的白光LED还能降低白光LED高NTSC色域对所需红色荧光粉或绿色荧光粉为窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对红色荧光粉和绿色荧光粉的选择范围。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管(LED)技术领域，具体涉及一种白光LED及背光模组。
背景技术
现有的LED主要由LED芯片和LED支架两部分组成，LED支架作为LED芯片在封装之前的底基座，起到安装LED芯片、保护固晶线和封装成型的作用。LED因具有高色彩表现力、高光效和低功耗等特点，被广泛用于制作液晶显示屏的背光源，使得显示屏能呈现丰富的色彩。液晶显示屏的色彩表现度常用其在NTSC色域的范围来衡量，液晶显示屏在NTSC色域的范围越高，其色彩的表现力越好，显示的色彩就越丰富。
现有的液晶显示屏包括彩色滤光片、背光源和TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)，其中，彩色滤光片由R、G、B三种滤光片组成，这三种滤光片按一定方式排列，并与TFT基板上的TFT子像素一一对应，每个子像素由R、G、B三个长方形色块组成。当背光源发出的光经过彩色滤光片后，就变换成相应的R、G、B光，液晶显示屏再通过TFT阵列来调节加在各个子像素上的电压值，以改变各色光的投射强度，进而混合不同强度的R、G、B色光，实现彩色的显示。
液晶显示屏中的背光源通常采用白光LED，若白光LED中的LED芯片发射出的光经荧光层混合成的白光光谱与彩色滤光片越匹配，则透过彩色滤光片的R、G、B光的单色性就更好，光谱纯度更高，发光颜色更加鲜明，即白光LED在NTSC色域的范围也就越广。为了增加白光LED发射出的白光与彩色滤光片的匹配度，通常会考虑采用窄半峰宽的红色荧光粉来制作白光LED，以生成单色性较好的红光，进而扩大白光LED在NTSC色域的范围。但是，由于传统的红色荧光粉的半峰宽很宽，而窄半峰宽的新型红色荧光材料的开发又进展得非常缓慢，这就造成白光LED在NTSC色域的范围被限制，进而导致白光LED的显色性能无法提升。
发明内容
针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种白光LED，其NTSC色域得以大幅度提升，能够降低白光LED高NTSC值对所需的红色荧光粉半峰宽的苛刻要求。
为解决上述技术问题，本发明的一种白光LED，包括一LED支架，所述LED支架具有用于安装LED芯片的凹槽，还包括：第一LED芯片，安装在所述凹槽的底部，所述第一LED芯片是蓝光LED芯片或紫外LED芯片；第二LED芯片，安装在所述凹槽的底部，与所述第一LED芯片相邻，所述第二LED芯片是蓝光LED芯片；第一隔离层，设于所述第一LED芯片与所述第二LED芯片之间，用于防止所述第一LED芯片侧面漏光；红色荧光转换层，包覆在所述第一LED芯片上；粗化层，设于所述红色荧光转换层上，用于对波长小于红光的光进行全反射；以及绿色荧光转换层，包覆在所述第二LED芯片上隔离层隔离层。
作为上述方案的改进，所述粗化层包括多个三棱镜，每个所述三棱镜的入射角介于第一临界角与第二临界角之间，所述第一临界角是橙光由所述三棱镜进入所述绿色荧光转换层的临界角，所述第二临界角是红光由所述三棱镜进入所述绿色荧光转换层的临界角。
作为上述方案的改进，在所述粗化层和所述第一隔离层上覆盖有所述绿色荧光转换层，所述绿色荧光转换层包括第一绿色荧光转换层和第二绿色荧光转换层，所述第一绿色荧光转换层和所述第二绿色荧光转换层由下至上依次层叠分布。
作为上述方案的改进，所述第一绿色荧光转换层的折射率大于所述第二绿色荧光转换层的折射率。
作为上述方案的改进，所述白光LED还包括：第三LED芯片，设于所述凹槽的底部，与所述第一LED芯片相邻，所述第三LED芯片是蓝光LED芯片或紫光LED芯片；第二隔离层，设于所述第一LED芯片与所述第三LED芯片之间，用于防止所述第一LED芯片侧面漏光；所述第二隔离层和所述第三LED芯片上覆盖有所述绿色荧光转换层。
作为上述方案的改进，所述粗化层设于所述红色荧光转换层上的方式为化学或物理刻蚀、激光表面蚀纹和纳米压印中的一种或多种组合。
作为上述方案的改进，所述第一LED芯片包括一个或多个；所述第二LED芯片包括一个或多个。
作为上述方案的改进，所述红色荧光转换层包含有红色荧光粉和硅胶，其中，所述红色荧光粉为氮化物、LaSN无机发光材料中的一种或两种组合。
作为上述方案的改进，所述绿色荧光转换层包含有绿色荧光粉和硅胶，其中，所述绿色荧光粉为β-sialon、硅酸盐、LuAG、GaYAG和镁铝酸盐中的一种或多种组合。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种背光模组，包括上述任一白光LED。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、采用本发明结构的白光LED，其在第一LED芯片与第二LED芯片之间设有用于防止第一LED芯片侧面漏光的第一隔离层，且在红色荧光转换层上覆盖有对波光小于红光的光进行全反射的粗化层，就能将红色荧光转换层中波长小于红光的光隔离，仅让红光进入绿色荧光转换层，使得红光的半峰宽窄化，提升红光的单色性，扩大白光LED在NTSC色域的范围。
2、采用本发明结构的白光LED，和传统的红色荧光粉封装的LED器件相比，其在不使用窄半峰宽的红色荧光转换层的情况下，就能排除红光与绿光重叠部分对红光半峰宽的影响，降低白色LED高NTSC色域对红色荧光转换层窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对红色荧光转换层的选择范围。
3、采用本发明结构的白光LED，和传统的绿色荧光粉封装的LED器件相比，其产生进入绿色荧光转换层的红光单色性好，可降低白色LED高NTSC色域对绿色荧光转换层窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对绿色荧光转换层的选择范围。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种白光LED的结构示意图。
图2是本发明实施例1中三棱镜的结构示意图。
图3是本发明实施例2的一种白光LED的结构示意图。
图4是本发明实施例3的一种白光LED的结构示意图。
图5是本发明实施例4的一种白光LED的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供一种白光LED，该白光LED包括：一LED支架，该LED支架具有用于安装LED芯片的凹槽；安装在所述凹槽的底部的第一LED芯片和第二LED芯片，其中，第一LED芯片是蓝光LED芯片或紫外LED芯片，第二LED芯片是蓝光LED芯片；设于第一LED芯片和第二LED芯片之间用于防止第一LED芯片侧面漏光的第一隔离层；覆盖于第一LED芯片上的红色荧光转换层；设于该红色荧光转换层的粗化层，该粗化层用于对波长小于红光的光进行全反射；以及覆盖于第二LED芯片上的绿色荧光转换层。第一LED芯片发出蓝光或紫外光，其中部分蓝光或紫外光激发红色荧光转换层产生红光，该红光透过粗化层进入绿色荧光转换层，第二LED芯片发出蓝光，蓝光中的一部分进入绿色荧光转换层，另一部分激发绿色荧光转换层产生绿光，绿色荧光转换层中的红光、蓝光和绿光混合形成白光。
由于凹槽的侧面与第一隔离层围成隔离墙可有效防止第一LED芯片侧面漏光，并且粗化层将波长小于红光波长的光隔离，避免其进入绿色荧光转换层，而只让红光透过，可以使红光的半峰宽窄化，提升红光的单色性，扩大白光LED在NTSC色域的范围；同时，该白光LED在不使用窄半峰宽的红色荧光转换层的情况下，就能排除红光与绿光重叠部分对红光半峰宽的影响，降低白光LED高NTSC色域对红色荧光转换层窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对红色荧光转换层的选择范围。另外，因为透过粗化层的光仅为红光，其纯色度高，可进一步降低白光LED高NTSC色域对绿色荧光转换层窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对绿色荧光转换层的选择范围。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进一步进行详细说明：
实施例1
参见图1，是本发明实施例1的一种白光LED的结构示意图。
本发明实施例1所提供的白光LED包括：设于LED支架10的凹槽底部的第一LED芯片11和第二LED芯片12、设于第一LED芯片11和第二LED芯片12之间的第一隔离层16、覆盖于第一LED芯片11上的红色荧光转换层13、设于红色荧光转换层13上的粗化层14以及覆盖于第二LED芯片12上的绿色荧光转换层15，其中，红色荧光转换层13用于产生红光，第一隔离层16与LED支架10的凹槽侧面围成用于防止第一LED芯片11侧面漏光的隔离墙，粗化层14用于对波长小于红光的光进行全反射且仅透过红光，绿色荧光转换层15用于产生绿光。
本发明的白光LED中，第一LED芯片11可以是蓝光LED芯片或紫外LED芯片，第一LED芯片11用于发出蓝光或紫外光，其中部分蓝光或紫外光激发红色荧光转换层13产生红光，红光透过粗化层14进入绿色荧光转换层15；第二LED芯片12是蓝光LED芯片，该蓝光LED芯片发出蓝光，一部分蓝光进入绿色荧光转换层15，另一部分蓝光激发绿色荧光转换层15产生绿光；进入绿色荧光转换层15的红光、蓝光和绿光混合成白光。其中，红色荧光转换层13包含有红色荧光粉和硅胶，该红色荧光粉为氮化物、LaSN无机发光材料中的一种或多种组合；绿色荧光转换层15包含有绿色荧光粉和硅胶，该绿色荧光粉为β-sialon、硅酸盐、LuAG、GaYAG和镁铝酸盐中的一种或多种组合。
优选地，第一隔离层16的上边缘与红色荧光转换层13的上表面齐平。
由于第一隔离层16与LED支架10的凹槽侧面围成隔离墙，该隔离墙能有效防止第一LED芯片11侧面漏光，使得第一LED芯片11发出的蓝光或紫紫外光，以及由部分蓝光或紫外光激发红色荧光转换层13所产生的红光都朝向粗化层14方向出光，而粗化层14对波长小于红光的光进行全反射，仅仅让红光透过，可有效避免波长小于红光的光进入绿色荧光转换层15，窄化红光的半峰宽，提升红光的单色性，从而扩大白光LED在NTSC色域的范围。另外，本发明的白光LED中的红光荧光转换层13在不使用窄半峰宽的红色荧光粉的情况下，就能有效隔离红光与绿光的重叠部分，可降低白光LED高NTSC色域对所需红色荧光粉为窄半峰宽的苛刻要求，增加广色域器件对红色荧光粉的选择范围；同时，由于粗化层14将不利于宽范围NTSC色域的光隔离，也进一步降低白光LED高NTSC色域对所需绿色荧光粉为窄半峰宽的苛刻要求。
需要注意的是，本发明所述的第一LED芯片和第二LED芯片在LED支架凹槽内的布置包括但不限于附图1所示，其还可以为其它的布置，比如第一LED芯片的出光面可高于第二LED芯片的出光面，或者第一LED芯片的出光面还可以低于第二LED芯片的出光面等，这些变化均不会对本发明所获得的技术效果构成影响，因此，其属于本发明的等效保护范围。
实施例2
本实施例提供了一种白光LED，其和实施例1基本相同，对于相同之处不在赘述，下面对不同之处进行说明。
本实施例提供的白光LED与实施例1相比，其不同之处在于：本实施例的白光LED其粗化层14可采用多个三棱镜141制成，其中，每个三棱镜141的底面与红色荧光转换层13的上表面连接且依次紧挨排列，该三棱镜141的入射角142介于第一临界角与第二临界角之间，其中，第一临界角为峰值波长为600nm的橙光由三棱镜141进入第一绿色荧光转换层15的临界角，第二临界角为峰值波长为620nm的红光由三棱镜141进入第一绿色荧光转换层15的临界角。
在本实施例中，由于三棱镜141的入射角142大于第一临界角且小于第二临界角，当峰值波长为600nm橙光及该橙光以下的光入射到三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面时，会发生全反射，使得600nm橙光及其以下的光被反射回红色荧光转换层13；当峰值波长为600nm橙光以上的红光入射到三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面时，就会折射至绿色荧光转换层15，进而使得红光的半峰宽窄化。例如，峰值波长为600nm的橙光在三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面的临界角为41.34度，峰值波长为620nm的红光在三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面的临界角为41.8度，三棱镜141的入射角为41.7度。当峰值波长小于等于600nm的可见光入射到三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面时，则发生全反射；而峰值波长大于等于620nm的红光在入射到三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面时，则折射至绿色荧光转换层15。
优选地，为提高三棱镜入射角的精度，本发明的实施例2中的白光LED中可采用化学或物理刻蚀、激光表面蚀纹和纳米压印中的一种或多种组合的方式将三棱镜141设于红色荧光转换层13的上表面。
优选地，在本发明实施例1～2中，红色荧光转换层13可由峰值波长为640nm的氮化物红色荧光材料与硅胶混合而成，绿色荧光转换层15可由峰值波长为535nm的氮化物绿色材料跟硅胶混合而成；其中红色荧光转换层13的折射率大于绿色荧光转换层15的折射率，例如，红色荧光转换层13的折射率为1.57，绿色荧光转换层15的折射率为1.54。
实施例3
参见图3，是本发明实施例3的一种白光LED的结构示意图。
本发明实施例3所提供的白光LED与实施例1中的白光LED相似，其不同之处在于，该白光LED还包括：第三LED芯片17，设于LED支架10的凹槽底部，与第一LED芯片11相邻，第三LED芯片可以是紫光LED芯片或蓝光LED芯片；第二隔离层18，设于第三LED芯片17与第一LED芯片11之间；第三LED芯片17上覆盖有绿色荧光转换层15。在本实施例中，第一隔离层16、第二隔离层18和LED支架10的凹槽侧面围成隔离墙，用于防止第一LED芯片11侧面漏光，由于同时采用蓝光LED芯片11和第三LED芯片17来激发绿色荧光转换层15，可大幅度提升绿色荧光转换层15的激发效率，从而提高白光LED的发光亮度。
优选地，在本发明实施例3中，红色荧光转换层13可由峰值波长为640nm的氮化物红色荧光材料跟硅胶混合而成；绿色荧光转换层15可由峰值波长为520nm镁铝酸盐绿色材料跟硅胶混合而成；其中，其中红色荧光转换层13的折射率大于绿色荧光转换层15的折射率，例如，红色荧光转换层13的折射率为1.54，绿色荧光转换层15的折射率为1.4，则值波长为600nm的橙光在三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面的临界角为41.38度，峰值波长为620nm的红光在三棱镜141与绿色荧光转换层15的临界面的临界角为41.85度，三棱镜141的入射角为41.8度。
为了简化说明，在上述实施例1～3中，示出了在LED支架10的凹槽底部设置单颗第一LED芯片11和单颗第二LED芯片12的例子。可以理解的，如图4所示，还可以通过在LED支架10的凹槽底部设置至少两颗第一LED芯片11和至少两颗第二LED芯片12来增加白光LED的发光强度。
实施例4
参见图5，是本发明实施例4的一种白光LED的结构示意图。
本发明实施例4所提供的白光LED与实施例1中的白光LED相似，其不同之处在于，所述绿色荧光转换层15覆盖于第二LED芯片12、第一隔离层16和粗化层14上，该绿色荧光转换层15包括第一绿色荧光转换层151和第二绿色荧光转换层152，第一绿色荧光转换层151和第二绿色荧光转换层152由下至上依次层叠分布。由于第二绿色荧光转换层152距离第一LED芯片11和第二LED芯片12的距离较远，可减小因第一LED芯片11和第二LED芯片12产生的热量对第二绿色荧光转换层152中波长转换功能产生的劣化影响，从而有效的保证该白光LED在扩大NTSC色域范围的同时还具备高可靠性。
优选地，第二绿色荧光转换层152的显色指数大于第一绿色荧光转换层151的显色指数。例如，第一绿色荧光转换层151采用峰值波长为520nm的氮化物绿色材料跟硅胶混合而成，第二绿色荧光转换层152采用峰值波长为530nm的氮化物绿色材料跟硅胶混合而成，由于第二绿色荧光转换层152的显色指数大于第一绿色荧光转换层151的显色指数，则在第一绿色荧光转换层151中混合的白光进入第二绿色荧光转换层152后，就提升了其显色性能。
优选地，第一绿色荧光转换层151的折射率大于第二绿色荧光转换层152的折射率，可避免在第一绿色荧光转换层151中混合的白光进入第二绿色荧光转换层152时产生全反射，还可提升白光LED的聚光能力。
实施例5
本发明还提供一种背光模组，包括上述任一种白光LED。采用本发明中的白光LED制成的背光模组，其在NTSC色域的范围较广，色彩表现效果较好，且具备高可靠性；再者，运用本发明背光模组制成的液晶显示屏，其在NTSC色域的范围较高，可呈现较丰富的色彩，进而能够使观众体验到良好的视觉效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种白光LED，包括一LED支架，所述LED支架具有用于安装LED芯片的凹槽，其特征在于，还包括：
第一LED芯片，安装在所述凹槽的底部，所述第一LED芯片是蓝光LED芯片或紫外LED芯片；
第二LED芯片，安装在所述凹槽的底部，与所述第一LED芯片相邻，所述第二LED芯片是蓝光LED芯片；
第一隔离层，设于所述第一LED芯片与所述第二LED芯片之间，用于防止所述第一LED芯片侧面漏光；
红色荧光转换层，包覆在所述第一LED芯片上；
粗化层，设于所述红色荧光转换层上，用于对波长小于红光的光进行全反射；以及
绿色荧光转换层，包覆在所述第二LED芯片上。
2.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述粗化层包括多个三棱镜，每个所述三棱镜的入射角介于第一临界角与第二临界角之间，所述第一临界角是橙光由所述三棱镜进入所述绿色荧光转换层的临界角，所述第二临界角是红光由所述三棱镜进入所述绿色荧光转换层的临界角。
3.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，在所述粗化层和所述第一隔离层上覆盖有所述绿色荧光转换层，所述绿色荧光转换层包括第一绿色荧光转换层和第二绿色荧光转换层，所述第一绿色荧光转换层和所述第二绿色荧光转换层由下至上依次层叠分布。
4.如权利要求3所述的白光LED，其特征在于，所述第一绿色荧光转换层的折射率大于所述第二绿色荧光转换层的折射率。
5.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，还包括：
第三LED芯片，设于所述凹槽的底部，与所述第一LED芯片相邻，所述第三LED芯片是蓝光芯片或紫光芯片；
第二隔离层，设于所述第一LED芯片与所述第三LED芯片之间，用于防止所述第一LED芯片侧面漏光；
所述第二隔离层和所述第三LED芯片上覆盖有所述绿色荧光转换层。
6.如权利要求1～5中任一项所述的白光LED，其特征在于，所述粗化层设于所述红色荧光转换层上的方式为化学或物理刻蚀、激光表面蚀纹和纳米压印中的一种或多种组合。
7.如权利要求1～5中任一项所述的白光LED，其特征在于，所述第一LED芯片包括一个或多个，所述第二LED芯片包括一个或多个。
8.如权利要求1～5中任一项所述的白光LED，其特征在于，所述红色荧光转换层包含有红色荧光粉和硅胶，其中，所述红色荧光粉为氮化物、LaSN无机发光材料中的一种或两种组合。
9.如权利要求1～5中任一项所述的白光LED，其特征在于，所述绿色荧光转换层包含有绿色荧光粉和硅胶，其中，所述绿色荧光粉为β-sialon、硅酸盐、LuAG、GaYAG和镁铝酸盐中的一种或多种组合。
10.一种背光模组，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的白光LED。
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