CN202495470U - 白光发光二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种白光发光二极管，其特征在于：包含一基座、一支撑件、一发光二极管晶粒、一第一荧光层、一第二荧光层、一第三荧光层及一第四荧光层，该支撑件设置于该基座并与该基座配合形成一容置空间，该发光二极管晶粒设置于该容置空间，该第一荧光层设置于该发光二极管晶粒上方，该第二荧光层设置于该第一荧光层上方，该第三荧光层设置于该第二荧光层上方，该第四荧光层设置于该第三荧光层上方，该白光发光二极管的发光二极管晶粒发出的蓝光同时激发四个具有不同发射频谱的荧光层，以发出具有高演色性的白光。

Description

白光发光二极管

技术领域

本实用新型涉及发光二极管，尤其涉及一种高演色性的白光发光二极管。 

背景技术

由于人们在日常生活中，无论是在室内或室外需要照明光源时，无不希望获得近似太阳光的光源照射，因此白光发光二极管也被要求有类似光谱、演色性(color rendering)与色温(color temperature)来满足日常生活照明需求。 

其中色温的定义是以绝对温度K表示，若对黑体(例如铁)加热，当温度升高到某一程度以上时，其发光颜色是深红色，当温度继续升高，则发光颜色逐渐改变为浅红、橙红、白、蓝白、蓝等各种光色。某光源与加热黑体的颜色相同时，黑体对应的绝对温度称为该光源的色温。若以色度坐标(chromaticity coordinate)系统，如CIE1931来观察，随色温增加的色度坐标改变会呈现出曲线的轨迹。一般而言，色温在3000K以下，光色有偏红的现象，给人温暖的感觉，称为暖色光源；而色温超过5000K时颜色会偏向蓝色，给人一种清冷的感觉，称为冷色光源。 

另外，演色性是照明光源展现物体颜色忠实程度的一种特性，演色性高的光源对物体颜色的表现较为逼真，被照物体对人类眼睛所呈现的颜色也比较接近自然的原色。 

发光二极管(Light Emitted Diode,LED)为一种半导体组件，主要透过半导体化合物将电能转换为光能，达到发光的效果，因此具有寿命长、稳定性高及耗电量小等特性。初期主要作为指示灯、交通号志或招牌广告牌用灯，随着白光发光二极管的出现，开始被应用于照明设备。 

传统白光发光二极管的制作方式是在蓝光发光二极管芯片上涂布黄色的钇铝石榴石系(Yttrium Aluminum Garnet,YAG)荧光粉，当该黄色荧光粉被蓝光激发后，其所产生的黄光与原先用于激发的蓝光进行混光而产生白光。 

然而，利用蓝光发光二极管晶粒搭配黄色荧光粉所制成的白光发光二极管，蓝光占发光光谱的大部份，因此会有色温偏高(约6000K)与不均匀的问题，加上发光光谱的红色部分的强度较弱，当照射于物体时无法完全呈现红色，造成演色性较差的现象。 

因此，有部份厂商将上述的白光发光二极管搭配红光发光二极管或绿光发光二极管进行混光，形成一光源模块，以中和该白光发光二极管色温偏高及演 色性不佳的问题。但由于个别颜色的发光二极管分别由不同的材料制成，其驱动电压也有所差异，造成电路设计上的困难度提高；且个别颜色的发光二极管的温度特性与寿命并不相同，使得不同光源模块的光色与使用周期亦有所差异，造成使用上的不便。 

此外，有部份厂商提出在白光发光二极管的封装过程中，在黄色荧光粉中添加红色或红、绿色荧光粉以达到降低色温以及提高演色性；但是，由于难以控制这些荧光粉均匀度，使得混光频谱的强度比例控制不易，所制得的白光发光二极管也不如预期，并大大增加了制作过程的困难度。 

于是，如何研制一种可以提升白光发光二极管光源的演色特性，使我们生活环境的事物看起来更生动、更鲜艳、更美好是目前各发光二极管大厂面临的重大课题。 

发明内容

本实用新型提供一种白光发光二极管，该白光发光二极管的发光二极管晶粒发出的蓝光同时激发四个具有不同发射频谱的荧光层，以发出具有高演色性的白光，且制备方式简易。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种白光发光二极管，包含: 

一基座； 

一支撑件，设置于所述基座并与该基座配合形成一容置空间； 

一发光二极管晶粒，设置于所述容置空间； 

一第一荧光层，该第一荧光层设置于所述发光二极管晶粒上方并封闭该容置空间； 

一第二荧光层，该第二荧光层设置于所述第一荧光层上； 

一第三荧光层，该第三荧光粉设置于所述第二荧光层上；以及 

一第四荧光层，该第四荧光层设置于所述第三荧光层上。 

上述技术方案中的有关内容解释如下： 

1、上述方案中，所述发光二极管晶粒为蓝光发光二极管晶粒，且发光波段为450～470奈米。 

2、上述方案中，所述第一荧光层中含第一荧光粉，该第一荧光粉与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第一波长转换光线，该第一波长转换光线的一第一波长为490～515奈米； 

所述第二荧光层中含第二荧光粉，该第二荧光粉与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第二波长转换光线，第二波长转换光线的一第二波长为525～540奈米； 

所述第三荧光层中含第三荧光粉，该第三荧光粉与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第三波长转换光线，该第三波长转换光线的一第三波长为550～580奈米； 

所述第四荧光层中含第四荧光粉，该第四荧光粉与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第四波长转换光线，该第四波长转换光线的一第四波长为610～660奈米。 

3、上述方案中，所述第一波长转换光线的一第一波长为610～660奈米，第二波长转换光线的一第二波长为490～515奈米，第三波长转换光线的一第三波长为525～540奈米，第四波长转换光线的一第四波长为550～580奈米。 

4、上述方案中，所述第一荧光层还包含一第一胶材，第一荧光粉混合于该第一胶材，第二荧光层还包含一第二胶材，第二荧光粉混合于该第二胶材，第三荧光层还包含一第三胶材，第三荧光粉混合于该第三胶材，第四荧光层还包含一第四胶材，第四荧光粉混合于该第四胶材。 

5、上述方案中，还包含一透光胶材，设置于所述第一荧光粉层及发光二极管晶粒之间，并包覆该发光二极管晶粒。 

6、上述方案中，还包含一散热件，通过该基座并抵顶于所述发光二极管晶粒。 

7、上述方案中，还包含一反射件，设置于所述支撑座的内表面。 

8、上述方案中，所述第一荧光层的一第一厚度小于该第二荧光层的一第二厚度，第三荧光层的一第三厚度小于该第二厚度，第四荧光层的一第四厚度小于该第三厚度。 

9、上述方案中，所述第一荧光层的一第一厚度等于该第二荧光层的一第二厚度，该第三荧光层的一第三厚度等于该第二厚度，该第四荧光层的一第四厚度等于该第三厚度。所述支撑件包含一支撑部，第一荧光层、第二荧光层、第三荧光层及第四荧光层设置于该支撑部。 

本实用新型工作原理是：白光发光二极管的发光二极管晶粒发出的蓝光同时激发四个具有不同发射频谱的荧光层，以发出具有高演色性的白光。 

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点： 

1、由于本实用新型发光二极管晶粒激发该第一荧光层、第二荧光层、第三荧光层及第四荧光层，使产生一白光，其制备方式简易，并可以产生一具有高演色性的白光发光二极管； 

2、由于本实用新型通过调整该第一荧光层、第二荧光层、第三荧光层及第四荧光层相对于该发光二极管晶粒的位置，即可以有效地改变该白光发光二极管的色温。 

附图说明

附图1为本实用新型实施例一中白光发光二极管的剖视图； 

附图2为本实用新型实施例一中白光发光二极管的局部放大图； 

附图3为本实用新型实施例一中白光发光二极管的立体图； 

附图4为本实用新型实施例二中白光发光二极管的局部分解图； 

附图5为本实用新型实施例二中白光发光二极管的剖视图； 

附图6为本实用新型实施例二中白光发光二极管的局部放大图； 

附图7为本实用新型实施例三中白光发光二极管的剖视图。 

以上附图中：10、白光发光二极管；10a、白光发光二极管；20、白光发光二极管；110、基座；210、基座；112、容置空间；120、发光二极管晶粒；220、发光二极管晶粒；130、第一荧光层；130a、第一荧光层；230、第一荧光层；132、第一胶材；134、第一荧光粉；232、第一荧光粉；140、第二荧光层；140a、第二荧光层；240、第二荧光层；142、第二胶材；144、第二荧光粉；232、第二荧光粉；150、第三荧光层；150a、第三荧光层；250、第三荧光层；152、第三胶材；154、第三荧光粉；252、第三荧光粉；160、第四荧光层；160a、第四荧光层；260、第四荧光层；162、第三胶材；164、第三荧光粉；262、第三荧光粉；170、支撑件；270、支撑件；172、支撑部；180、散热件；280、散热件；190、透光胶材；290、反射件。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述： 

实施例一： 

见附图1、附图2和附图3，分别为本实用新型第一实施例中白光发光二极管的剖视图、局部放大图及立体图。该白光发光二极管10包含一基座110、一发光二极管晶粒120、一第一荧光层130、一第二荧光层140、一第三荧光层150、一第四荧光层160、一支撑件170、一散热件180及一透光胶材190。 

优选地，该基座110使用金属材料制成，以此可导离设置在其上的发光二极管晶粒120点亮时产生的热能，该基座110上更可以形成有多个电路布线(图未示)。 

该发光二极管晶粒120为蓝光发光二极管晶粒，其发光波段为450～470奈米(nanometer,nm)；该发光二极管晶粒120可以为高功率(输入功率大于1瓦特)发光二极管晶粒、小功率发光二极管晶粒(输入功率小于0.5瓦特)或输入功率介于0.5至1瓦特之间的中功率发光二极管晶粒。 

该支撑件170设置于该基座110并与该基座110配合形成一容置空间112，在本实施例中，该容置空间112大体呈圆柱状，实际实施时，该容置空间112可依实际需求或限制加以调整形状。该发光二极管晶粒120设置于该容置空间112并电连接于该基座110上的电路布线，其中该发光二极管晶粒120可以通过焊接工艺与电路布线形成电性连接，但不以此为限。在本实施例中，优选地，支撑件170使用金属材料制成并具有反射光线的效果，以此反射由该发光二极管晶粒120发出的光线，使光线可以朝向所述第一荧光层130、第二荧光层140、第三荧光层150及第四荧光层160的设置位置出射。该支撑件170相反设置于该基座110的一侧更包含一支撑部172，用以支撑第一荧光层130、第二荧光层140、第三荧光层150及第四荧光层160。 

所述透光胶材190设置于容置空间112并包覆该发光二极管晶粒120，优选地，该透光胶材190呈透明状，并且可以是环氧树脂或其它具有高(光)穿透率的透明材料。 

所述第一荧光层130设置于支撑部172并邻近于发光二极管晶粒120，第四荧光层160设置于支撑部172并远离发光二极管晶粒120；第二荧光层140设置于该支撑部172，并且位于第一荧光层130及第四荧光层160之间；第三荧光层150设置于支撑件172，并且位于第二荧光层140及第四荧光层160之间。另外，所述第一荧光层130的设置面积与第二荧光层140的设置面积相同，第三荧光层150的设置面积与第二荧光层140的设置面积相同，第四荧光层160的设置面积与第三荧光层150的设置面积相同。 

所述第一荧光层130包含一第一胶材132及第一荧光粉134，第一荧光粉134均匀地混合于第一胶材132内，该第一胶材132可以为环氧树脂或其它透光胶材。这些第一荧光粉134与发光二极管晶粒120发出的光线发生波长转换并产生一第一波长转换光线，该第一波长转换光线具有一第一波长λ1，该第 一波长λ1为490～515nm，为蓝绿(cyan)光。 

所述第二荧光层140包含一第二胶材142及第二荧光粉144，这些第二荧光粉144均匀地混合在第二胶材142内，该第二胶材142可以为环氧树脂或其它透光胶材，且可以相同于该第一胶材132或不同于该第一胶材132。这些第二荧光粉144与该发光二极管晶粒120发出的光线发生波长转换并产生一第二波长转换光线，该第二波长转换光线具有一第二波长λ2，该第二发光波长λ2为525～540nm，为绿光。 

所述第三荧光层150包含一第三胶材152及第三荧光粉154，这些第三荧光粉154均匀地混合于该第三胶材152内，该第三胶材152可以为环氧树脂或其它透光胶材，且可以相同于该第一胶材132(或该第二胶材142)或不同于该第一胶材132(或该第二胶材142)。这些第三荧光粉154与该发光二极管晶粒120发出的光线发生波长转换并产生一第三波长转换光线，该第三波长转换光线具有一第三波长λ3，该第三波长λ3为550～580nm，为黄光。 

所述第四荧光层160包含一第四胶材162及第四荧光粉164，这些第四荧光粉164均匀地混合于该第四胶材162内，该第四胶材162可以为环氧树脂或其它透光胶材，且可以相同于该第一胶材132(或该第二胶材142、该第三胶材152)或不同于该第一胶材132(或该第二胶材142、该第三胶材152)。这些第四荧光粉164与该发光二极管晶粒120发出的光线发生波长转换并产生一第四波长转换光线，该第四波长转换光线具有一第四波长λ4，该第四波长λ4为610～660nm，为红光。 

再者，该第一荧光层130具有一第一厚度T1，该第二荧光层140具有一第二厚度T2、该第三荧光层150具有一第三厚度T3，该第四荧光层160具有一第四厚度T4。并且，由于短波长的光线具有较低的穿透率，长波长的光线具有较高的穿透率；为使得具有相同设置面积的第一荧光层130、第二荧光层140、第三荧光层150及第四荧光层160与发光二极管晶粒120发出的光线产生波长转换后的混光效果达到高演色性，则可以通过调整第一荧光层130、第二荧光层140、第三荧光层150及第四荧光层160的设置厚度使达到高演色性效果。其中，该第二荧光层140的第二厚度T2小于该第一荧光层130的第一厚度T1，该第三荧光层150的第三厚度T3小于该第二荧光层140的第二厚度T2，该第四荧光层160的第四厚度T4小于该第三荧光层150的第三厚度T3。如此一来，可以使该第一波长转换光线、第二波长转换光线、第三波长转换光 线及第四波长转换光线的穿透率一致，并且于混光后可产生一具有高演色性的白光。 

所述散热件180设置于该基座110下方并抵顶于该发光二极管晶粒120，用以快速地导离由该发光二极管晶粒120被点亮时所产生的热量，以此提升发光二极管晶粒120的使用寿命。 

实施例二： 

见附图4、附图5，分别为本实用新型第二实施例的白光发光二极管的局部分解图及剖视图。该白光发光二极管包含一基座210、一发光二极管晶粒220、一第一荧光层230、一第二荧光层240、一第三荧光层250、一第四荧光层260、一支撑件270及一散热件280。 

优选地，所述基座210使用金属材料制成，以此可导离设置于其上的发光二极管晶粒220点亮时产生的热能，该基座210上更可以形成有多个电路布线(未给出图示)。 

所述发光二极管晶粒220为蓝光发光二极管晶粒，其发光波段为450～470nm；该发光二极管晶粒220可以为高功率发光二极管晶粒、小功率发光二极管晶粒或输入功率介于0.5至1瓦特之间的中功率发光二极管晶粒。 

所述支撑件270设置于该基座210并与该基座210配合形成一容置空间212，在本实施例中，该容置空间212大体呈圆柱状，实际实施时则不以此限。该发光二极管晶粒220设置于该容置空间212并电连接于该基座210上的电路布线。该发光二极管晶粒220可以通过焊接工艺与电路布线形成电性连接，但不以此为限。在本实施例中，优选地，该支撑件270使用树脂材料制成，并且，该支撑件270的内表面还包含一反射件272，该反射件272可呈现白色或银色等具有较佳反光效果的颜色，实际实施时，可依实际需求或限制加以调整该反光件272的颜色。该支撑件270相反设置于该基座210的一侧还包含一支撑部272，用以支撑该第一荧光层230、该第二荧光层240、该第三荧光层250及该第四荧光层260。 

所述第一荧光层230、第二荧光层240、第三荧光层250及第四荧光层260可以为压出成型或射出成型的板块，或为烧结或烘烤成型的板块，在实际实施时，该第一荧光层230、该第二荧光层240、该第三荧光层250及该第四荧光层260可以直接地设置在该支撑件270上，或者，可以通过切割后再设置于该支撑件270上。 

所述第一荧光层230设置于该支撑部272并邻近于该发光二极管晶粒220，该第四荧光层260设置于该支撑部272并远离该发光二极管晶粒220；该第二荧光层240设置于该支撑部272，并且位于该第一荧光层230及该第四荧光层260之间且邻近于该第一荧光层230；该第三荧光层250设置于该支撑件272，并且位于该第二荧光层240及该第四荧光层260之间。 

所述第一荧光层230包含第一荧光粉232，该第一荧光粉132与该发光二极管晶粒220发出的光线发生波长转换并产生一第一波长转换光线，该第一波长转换光线的一第一波长λ1为490～515nm。 

所述第二荧光层240包含第二荧光粉242，该第二荧光粉242与该发光二极管220晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第二波长转换光线，该第二波长转换光线的一第二波长λ2为525～540nm；并且，该第二荧光层240的设置面积等于该第一荧光层230的设置面积。 

所述第三荧光层250包含第三荧光粉252，该第三荧光粉252与该发光二极管晶粒220发出的光线发生波长转换并产生一第三波长转换光线，该第三波长转换光线的一第三波长λ3为550～580nm；并且，该第三荧光层250的设置面积等于该第二荧光层240的设置面积。 

所述第四荧光层260包含第四荧光粉262，该第四荧光粉262与该发光二极管晶粒220发出的光线发生波长转换并产生一第四波长转换光线，该第四波长转换光线的一第四波长λ4为610～660nm；并且，该第四荧光层260的设置面积等于该第三荧光层250的设置面积。 

此外，该第二荧光层140的一第二厚度T2小于该第一荧光层130的一第一厚度T1，该第三荧光层150的一第三厚度T3小于该第二厚度T2，该第四荧光层160的一第四厚度T4小于该第三厚度T3。如此一来，可以使该第一波长转换光线、该第二波长转换光线、该第三波长转换光线及该第四波长转换光线的穿透率一致，并且在混光后可产生一具有高演色性的白光。 

所述散热件280设置于该基座210下方并抵顶于该发光二极管晶粒220，用以快速地导离由该发光二极管晶粒220被点亮时所产生的热量，以此提升发光二极管晶粒220的使用寿命。 

实施例三： 

见附图7，为第三实施例的白光发光二极管的剖视图。本实施例的白光发光二极管10a大致与上述第一实施例的白光发光二极管10相似，其不同之处 在于其第一荧光层130a、第二荧光层140a、第三荧光层150a及第四荧光层160a的厚度均相等。 

其次，该第一波长转换光线的一第一波长λ1为610～660nm，该第二波长转换光线的一第二波长λ2为490～515nm，该第三波长转换光线的一第三波长λ3为525～540nm，该第四波长转换光线的一第四波长λ4为550～580nm；如此一来，由该发光二极管晶粒120发出的光线与该第四荧光层160a优先发生波长转换并产生一第四波长转换光线，并使得该白光发光二极管10a发出的光线呈现暖白光色调，且其色温大致介于5000至7000K之间。当然，上述白光发光二极管10也可以为白光发光二极管20，不以此为限。 

在实际实施时，使用者可依所需求的发光色调调整该第一荧光层130a、该第二荧光层140a、该第三荧光层150a及该第四荧光层160a与该发光二极管晶粒120发生波长转换后产生的波长转换光线的波长范围，例如:发光色调为正白光的第一波长为490～515nm、第二波长为525～540nm、第三波长为550～580nm、第四波长为610～660nm，或者第一波长为525～540nm、第二波长为490～515nm、第三波长为550～580nm、第四波长为610～660nm。本实用新型的白光发光二极管的发光二极管晶粒激发该第一荧光层该第二荧光层、该第三荧光层及该第四荧光层，使产生一白光，其制备方式简易，并可以产生一具有高演色性的白光发光二极管；另外，以此调整该第一荧光层、该第二荧光层、该第三荧光层及该第四荧光层相对于该发光二极管晶粒的位置，即可以有效地改变该白光发光二极管的色温。 

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种白光发光二极管，其特征在于：包含:

一基座；

一支撑件，设置于所述基座并与该基座配合形成一容置空间；

一发光二极管晶粒，设置于所述容置空间；

一第一荧光层，该第一荧光层设置于所述发光二极管晶粒上方并封闭该容置空间；

一第二荧光层，该第二荧光层设置于所述第一荧光层上；

一第三荧光层，该第三荧光粉设置于所述第二荧光层上；以及

一第四荧光层，该第四荧光层设置于所述第三荧光层上。

2.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：所述发光二极管晶粒为蓝光发光二极管晶粒，且发光波段为450～470奈米。

3.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：所述第一荧光层与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第一波长转换光线，该第一波长转换光线的一第一波长为490～515奈米；

所述第二荧光层与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第二波长转换光线，第二波长转换光线的一第二波长为525～540奈米；

所述第三荧光层与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第三波长转换光线，该第三波长转换光线的一第三波长为550～580奈米；

所述第四荧光层与发光二极管晶粒发出的光线发生波长转换并产生一第四波长转换光线，该第四波长转换光线的一第四波长为610～660奈米。

4.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：所述第一波长转换光线的一第一波长为610～660奈米，第二波长转换光线的一第二波长为490～515奈米，第三波长转换光线的一第三波长为525～540奈米，第四波长转换光线的一第四波长为550～580奈米。

5.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：还包含一透光胶材，设置于所述第一荧光粉层及发光二极管晶粒之间，并包覆该发光二极管晶粒。

6.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：还包含一散热件，通过该基座并抵顶于所述发光二极管晶粒。

7.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：还包含一反射件，设置于所述支撑座的内表面。 

8.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：所述第一荧光层的一第一厚度小于该第二荧光层的一第二厚度，第三荧光层的一第三厚度小于该第二厚度，第四荧光层的一第四厚度小于该第三厚度。

9.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于：所述第一荧光层的一第一厚度等于该第二荧光层的一第二厚度，该第三荧光层的一第三厚度等于该第二厚度，该第四荧光层的一第四厚度等于该第三厚度；所述支撑件包含一支撑部，第一荧光层、第二荧光层、第三荧光层及第四荧光层设置于该支撑部。 

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