CN113964259A - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管装置，包括分布于蓝光发光二极管的出光路径上的第一绿光转换材料、第二绿光转换材料和红光转换材料。第一绿光转换材料和第二绿光转换材料分别用以转换蓝光发光二极管所发出的蓝光并产生具有第一波长范围和第一波长半高宽的第一绿光以及第二波长范围和第二波长半高宽的第二绿光。第二波长半高宽小于第一波长半高宽。第一波长范围的下限小于第二波长范围的下限，且第二波长范围的上限大于第一波长范围的上限。发光二极管装置发出的出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及广色域标准大于90％的光谱特性。本发明通过两种绿光转换材料达到降低伤眼的蓝光波段的光强度占比，但仍维持色域分布的广度。
Description
技术领域
本揭示内容是关于具有两种绿光转换材料于其内的发光二极管装置。
背景技术
此处的陈述仅提供与本揭示有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
液晶显示装置(liquid crystal display，LCD)和发光二极管(light-emittingdiode，LED)显示装置于近十几年来逐渐普及，人们得以享受更高品质和较高能源转换效率的光源。各种对显示技术的改进亦于近期如雨后春笋般出现。在各种显示技术的子领域中，对人眼保护的改进是一项重要的发展方向。目前用作光源的发光二极管主要为波长约450纳米左右的蓝光发光二极管，再经由光转换材料将之转换成白光作为显示器光源。然而，研究指出波长介于约415纳米和约455纳米之间的蓝光对眼睛的伤害较为严重，易造成黄斑部病变等各种疾病。因此，近几年已有低蓝光指标被提出，该指标有助于对使用者眼睛的保护。
目前市场上降低伤眼波段蓝光的产品，多为透过降低蓝光的强度以及使用长波长蓝光的方式完成，且主要是透过软件程序来改变显示装置所发出的各波长强度分布，或是透过特殊设计的滤光片来滤掉蓝光，以降低人眼接收到的蓝光强度。
发明内容
然而，上述方式虽可保护眼睛，却也造成颜色失真，让使用者感受的整体显示效果变差，并使得用户体验降低。
有鉴于此，本揭示的一些实施方式揭露了一种发光二极管装置，包括蓝光发光二极管和光转换材料。光转换材料分布于蓝光发光二极管的出光路径上。光转换材料包括第一绿光转换材料、第二绿光转换材料和红光转换材料。第一绿光转换材料用以转换蓝光发光二极管所发出的蓝光并产生具有第一波长范围和第一波长半高宽的第一绿光。第二绿光转换材料用以转换蓝光并产生具有第二波长范围和第二波长半高宽的第二绿光。第二波长半高宽小于第一波长半高宽。第一波长范围的下限小于第二波长范围的下限，且第二波长范围的上限大于第一波长范围的上限。红光转换材料用以转换蓝光并产生红光。发光二极管装置所发出的出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及广色域标准大于90％的光谱特性。
于本揭示的一或多个实施方式中，蓝光的波长范围介于445纳米和470纳米之间。
于本揭示的一或多个实施方式中，红光的波长范围介于610纳米和660纳米之间。
于本揭示的一或多个实施方式中，第一波长半高宽大于或等于40纳米，第二波长半高宽小于40纳米。
于本揭示的一或多个实施方式中，第一波长范围和第二波长范围的联集介于490纳米和540纳米之间。
于本揭示的一或多个实施方式中，第一波长范围介于510纳米和530纳米之间，第二波长范围介于520纳米和540纳米之间。第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间，第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间。出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及美国国家电视系统委员会所制定的彩色电视广播标准大于95％的光谱特性。
于本揭示的一或多个实施方式中，蓝光的波长范围介于455纳米和460纳米之间，出射光在波长范围介于415纳米和455纳米之间的第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的第二光谱面积的比例小于25％。第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的第三光谱面积的比例小于30％。
于本揭示的一或多个实施方式中，第一波长范围和第二波长范围的联集介于500纳米和545纳米之间。
于本揭示的一或多个实施方式中，第一波长范围介于515纳米和540纳米之间，第二波长范围介于525纳米和550纳米之间。第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间，第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间。出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及美国数字电影联合标准大于90％的光谱特性。
于本揭示的一或多个实施方式中，蓝光的波长范围介于455纳米和462纳米之间。出射光在波长范围介于415纳米和455纳米之间的第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的第二光谱面积的比例小于25％。第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的第三光谱面积的比例小于30％。
本揭示的上述实施方式至少通过两种绿光转换材料达到降低伤眼的蓝光波段的光强度占比，但仍维持色域分布的广度。前述两种绿光转换材料彼此之间的关系为其一为波长分布于绿光的较短波长范围但半高宽较宽，另一为波长分布于绿光的较长波长范围但半高宽较窄。
为了让本揭示的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本揭示一些实施例中发光二极管装置的剖面示意图；
图2绘示本揭示一些实施例在色域分布特性上与色域标准和现有低蓝光技术之间的比较图；
图3绘示本揭示一些实施例与现有低蓝光产品的光谱分布的比较图。
【符号说明】
1000:发光二极管装置
100:蓝光发光二极管
200:光转换材料
210:第一绿光转换材料
230:第二绿光转换材料
250:红光转换材料
300:填充材料
400:基板
500:侧壁
BL:蓝光
LO:出射光
GL1:第一绿光
GL2:第二绿光
RL:红光
C1:第一色域范围
C2:第二色域范围
C3:第三色域范围
S1:第一光谱分布
S2:第二光谱分布
具体实施方式
为使本揭示的叙述更加详尽与完备，下文针对了本揭示的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本揭示具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下的描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本揭示的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
参考图1。图1绘示本揭示一些实施例中发光二极管装置1000的剖面示意图。发光二极管装置1000包括蓝光发光二极管100以及光转换材料200。光转换材料200包括第一绿光转换材料210、第二绿光转换材料230和红光转换材料250。在一些实施例中，光转换材料200可以是以颗粒的方式均匀分布于蓝光发光二极管100的出光路径上，并协同影响出光的波长分布，但不以此为限。在一些实施例中，蓝光发光二极管100所发出的蓝光BL的波长范围介于445纳米和470纳米之间。
第一绿光转换材料210用以转换蓝光发光二极管100所发出的蓝光BL并产生具有第一波长范围和第一波长半高宽的第一绿光GL1。第二绿光转换材料230用以转换前述蓝光BL并产生具有第二波长范围和第二波长半高宽的第二绿光GL2。第二波长半高宽小于第一波长半高宽，即第二波长半高宽的宽度相较第一波长半高宽的宽度为窄。在一些实施例中，第一波长半高宽大于或等于40纳米，第二波长半高宽小于40纳米。前述第一绿光GL1的第一波长范围的下限小于第二绿光GL2的第二波长范围的下限，且第二波长范围的上限大于第一波长范围的上限。易言之，在第一绿光GL1和第二绿光GL2两者相较之下，第一绿光GL1整体位于绿光中较为短波的区域并具有较宽的波长半高宽，而第二绿光GL2整体位于绿光中较为长波的区域并具有较窄的波长半高宽。通过前述第一绿光GL1和第二绿光GL2的混合搭配，可以有效降低有害眼睛的蓝光波段比例，并同时维持广色域的色彩表现。
第一波长范围和第二波长范围可以是完全分开(无重叠)或部分重叠的两个波长范围。在部分重叠的实施例中，第一绿光GL1和第二绿光GL2的混光光谱将进一步相较于无重叠的实施例具有更好的对称形状，并使得色纯度相较于无重叠的实施例更为提升。
红光转换材料250用以转换蓝光BL并产生红光RL。在一些实施例中，红光RL的波长范围介于610纳米和660纳米之间。
在前述的第一绿光GL1、第二绿光GL2、红光RL和部分未转换蓝光BL的共同混光下，从发光二极管装置1000发出的出射光LO同时具有德国莱茵标准
小于50％以及广色域标准(例如，NTSC或DCI-P3，正式名称容后述)大于90％的光谱特性。关于本揭示的实施例在色域标准上保持覆盖率够广的体现，可参考图2。图2绘示本揭示一些实施例在色域分布特性上与色域标准和现有低蓝光技术之间的比较图。其表示方法为国际照明委员会(International Commission on Illumination，CEI)的色度座标系统，即常见的CIE1931色度座标图。简言之，在此座标图中，当x大于0.6时即为红色，当y大于0.6时即为绿色。由于前述CIE1931色度座标图为标准常用的座标图，在此省略该色度座标图的原理和座标上的数值介绍。
继续参考图2，本揭示实施例所覆盖的第一色域范围C1可完整地覆盖标准红蓝绿色空间(standard Red Green Blue，sRGB)所覆盖的第二色域范围C2。再者，本揭示的实施例亦可完整地覆盖现有液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)所覆盖的第三色域范围C3。图2所呈现的比较显示本揭示的实施例所覆盖的第一色域范围C1至少具有现有技术相等或以上的色域范围覆盖率。
以下将揭示示例性的两类型实施例，对第一绿光GL1和第二绿光GL2的波长分布与材料做更详细的揭露。其余未特别提及的部分，例如红光RL的波长范围，可视为与上开段落的描述相同。应注意，此两类型实施例并不用以直接限制本揭示所保护的范畴。
在第一类型的实施例中，第一绿光GL1的第一波长范围和第二绿光GL2的第二波长范围的联集介于490纳米和540纳米之间。在一些特定实施例中，第一波长范围介于510纳米和530纳米之间，第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间。第二波长范围介于520纳米和540纳米之间，第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间。在上述条件搭配下，出射光LO同时具有德国莱茵标准(即前述
的低蓝光标准)小于50％以及美国国家电视系统委员会所制定的彩色电视广播标准(Wide Color Gamut National Television SystemCommittee，WCG-NTSC)大于95％的光谱特性。更详细而言，较短绿光波长的第一绿光GL1具有相较于第二绿光GL2较宽的第一波长半高宽的性质有助于达到前述低蓝光的功效。
在第一类型的一些特定实施例中，蓝光BL的波长范围介于455纳米和460纳米之间，且出射光LO在波长范围介于415纳米和455纳米之间的第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的第二光谱面积的比例(即
标准)小于25％，甚至可小于20％。此外，第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的第三光谱面积的比例小于30％。此处所指的“光谱面积”是以横轴为波长，纵轴为光强度时，该座标上的光谱曲线下(以曲线本身作为纵轴上边界，并以纵轴为零作为纵轴下边界)所围绕的面积。此面积代表所关注波长范围的整体(即入眼)光强度。前述的占比体现出这些特定实施例可以同时兼顾广色域和降低蓝光伤眼危害的功效。上述低蓝光的呈现尚优于现有技术的使用460纳米蓝光的低蓝光产品。这些现有低蓝光产品的
仅能做到约小于28％。
在第二类型的实施例中，第一绿光GL1的第一波长范围和第二绿光GL2的第二波长范围的联集介于500纳米和545纳米之间。在一些特定实施例中，第一波长范围介于515纳米和540纳米之间，第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间。第二波长范围介于525纳米和550纳米之间，第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间。出射光LO同时具有德国莱茵标准小于50％以及美国数字电影联合标准(Digital Cinema Initiatives P3，DCI-P3)大于90％的光谱特性。
在第二类型的一些特定实施例中，蓝光BL的波长范围介于455纳米和462纳米之间，且出射光LO在波长范围介于415纳米和455纳米之间的第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的第二光谱面积的比例小于25％，且前述第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的第三光谱面积的比例小于30％。前述的占比体现出这些特定实施例可以同时兼顾广色域和降低蓝光伤眼危害的功效。
上述两类型实施例中，第一绿光转换材料210可选自钇铝石榴石(YttriumAluminum Garnet，YAG)、镏铝石榴石(Lutetium Aluminum Garnet，LuGA)、硅酸盐(Silicate)、氮氧化物荧光粉(例如，BaSrSi2N2O2)等材料中的一者或其组合。第二绿光转换材料230可选自绿色量子点(Green Quantum Dot，GQD)、硅酸盐荧光粉(例如，NaK(Li3SiO4)2或UNB)等材料中的一者或其组合。
上述UNB光转换材料是指包含以下所列的通式(1)且满足下述条件(2)的光转换材料。通式(1)为MmAaCcEe:ESxREy。M为选自由Ca、Sr和Ba所组成的群组的至少一元素，其中2≤m≤3。A为选自由Mg、Mn、Zn和Cd所组成的群组的至少一元素，其中0.01≤a≤1。C为选自由Si、Ge、Ti和Hf所构成的群组的至少一元素，其中1≤c≤9。E为选自由O、S和Se所构成的群组的至少一元素，其中5≤e≤7。ES为至少一选自由二价Eu、Sm和Yb所构成群组的至少一元素，其中0≤x≤3。RE为至少一选自由三价Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm所构成的群组的至少一元素，其中0≤y≤3。条件(2)为x+y＝3。
前述关于可同时兼顾广色域和保护眼睛免于伤眼(又称低蓝光)的好处，可由本揭示实施例的光波长段分布得到解释及体现。参考图3。图3绘示本揭示一些实施例与现有低蓝光产品的光谱分布的比较图。如图中的箭头所示，本揭示一些实施例所呈现的第一光谱分布S1和现有低蓝光产品所呈现的第二光谱分布S2的差别在于，第一光谱分布S1在介于约520纳米和约550纳米之间的范围相较于第二光谱分布S2具有更高的光强度峰值(突起)。其余未画虚线的光谱范围代表第一光谱分布S1和第二光谱分布S2重合的部分。如此一来，在减低伤眼蓝光波段占比时，仍能维持人眼最敏感的绿光范围(即前述约520纳米和约550纳米之间的光线)的光强度，以达到本段旨述的同时兼顾广色域和保护眼睛免于伤眼功效。
在一些实施例中，发光二极管装置1000另包括填充材料300，分布于蓝光发光二极管100周围，可用以通过折射率的匹配提高或调整发光二极管装置1000的出光效率，亦可用以和上开所述的第一绿光转换材料210、第二绿光转换材料230和红光转换材料250相混合。在特定实施例下，发光二极管装置1000亦可包括承载蓝光发光二极管100的基板400和引导光路出射方向的侧壁500。应注意，此段落的内容仅为示例某些应用的可能性，并非用以限制本揭示的保护范围。
综上所述，本揭示的实施例提供了一种发光二极管装置，通过蓝光发光二极管、第一绿光转换材料、第二绿光转换材料和红光转换材料的搭配，使得发光二极管装置的出射光达到降低伤眼的蓝光波段占比并仍维持色域分布的广度的双重好处。第一绿光转换材料的波长分布于较短绿光波长范围但具有较宽的半高宽，第二绿光转换材料的波长分布于较长绿光波长范围但具有较窄的半高宽。
虽然本揭示已以实施例揭露如上，然并非用以限定本揭示，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭示的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管装置，其特征在于，包括：
一蓝光发光二极管；
一光转换材料，分布于该蓝光发光二极管的出光路径上，该光转换材料包括：
一第一绿光转换材料，用以转换该蓝光发光二极管所发出的一蓝光并产生具有一第一波长范围和一第一波长半高宽的一第一绿光；
一第二绿光转换材料，用以转换该蓝光并产生具有一第二波长范围和一第二波长半高宽的一第二绿光，该第二波长半高宽小于该第一波长半高宽，其中该第一波长范围的下限小于该第二波长范围的下限，且该第二波长范围的上限大于第一波长范围的上限；以及
一红光转换材料，用以转换该蓝光并产生一红光；
其中该发光二极管装置发出一出射光，该出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及广色域标准大于90％的光谱特性。
2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该蓝光的波长范围介于445纳米和470纳米之间。
3.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该红光的波长范围介于610纳米和660纳米之间。
4.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一波长半高宽大于或等于40纳米，该第二波长半高宽小于40纳米。
5.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一波长范围和该第二波长范围的联集介于490纳米和540纳米之间。
6.根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一波长范围介于510纳米和530纳米之间，该第二波长范围介于520纳米和540纳米之间，该第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间，该第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间，且该出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及美国国家电视系统委员会所制定的彩色电视广播标准大于95％的光谱特性。
7.根据权利要求6所述的发光二极管装置，其特征在于，该蓝光的波长范围介于455纳米和460纳米之间，该出射光在波长范围介于415纳米和455纳米之间的一第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的一第二光谱面积的比例小于25％，且该第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的一第三光谱面积的比例小于30％。
8.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一波长范围和该第二波长范围的联集介于500纳米和545纳米之间。
9.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一波长范围介于515纳米和540纳米之间，该第二波长范围介于525纳米和550纳米之间，该第一波长半高宽介于60纳米和100纳米之间，该第二波长半高宽介于20纳米和40纳米之间，且该出射光同时具有德国莱茵标准小于50％以及美国数字电影联合标准大于90％的光谱特性。
10.根据权利要求9所述的发光二极管装置，其特征在于，该蓝光的波长范围介于455纳米和462纳米之间，该出射光在波长范围介于415纳米和455纳米之间的一第一光谱面积占波长范围介于400纳米和500纳米之间的一第二光谱面积的比例小于25％，且该第一光谱面积占波长范围介于380纳米和780纳米之间的一第三光谱面积的比例小于30％。
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