CN2840331Y - 白光发光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种白光发光装置，其揭示该发光元件包含一发光二极管晶粒与一封装层，发光二极管晶粒包含二发光层，封装层封装于发光二极体晶粒的外侧；一第一萤光粉与一第二萤光粉分布于封装层，该二发光层可发射出λ1与λ2波长的光，再利用一第一萤光粉以同时吸收部分该发光层的双波长而发射出λ3波长的光，亦可利用一第二萤光粉以吸收部分该发光层的其中之一波长的光而发射出λ4波长的光，通过该二发光层的λ1与λ2波长的光与单独的λ3的光混合或亦混合λ4波长的光，以达到发射出白光的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种白光发光装置，其尤指一种发光元件及其制造方法，其利用二发光层的发光元件与至少一萤光粉，以达具有高演色性的白光发光元件。
背景技术
发光二极管(LED)是一种固态的半导体元件，LED因其使用的材料不同，其内电子、电洞所占的能阶也有所不同，能阶的高低差影响结合后光子的能量而产生不同波长的光，也就是不同颜色的光，如红、橙光、黄、绿、蓝或不可见光等。
LED主要分为可见光与不可见光，其中可见光LED产品包括红、黄及橘光等LED产品，应用面为手机背光源及按键、PDA背光源、资讯与消费性电子产品的指示灯、工业仪表设备、汽车用仪表指示灯与煞车灯、大型广告看板、交通号志等，而不可见光LED包括IrDA、VCSEL及LD等，应用面以通讯为主，主要分为二种，短波长红外光应用在无线通讯用(如IrDA模组)、遥控器、感测器，长波长红外光则用在短距离中通讯用光源。
目前白光LED的应用，在照明方面，主要是供汽车内阅读灯、装饰灯等使用，其余约有95％以上是供LCD背光源使用，且因发光效率与寿命问题，目前该产品主要是供小尺寸背光源使用，就应用面来看，白光LED市场将以彩色手机的屏幕背光源及手机附数字相机的闪光灯最为看好，后续来看，白光LED目标将在大尺寸LCD背光源以及全球照明光源替换市场。
高亮度蓝色LED与萤光体(YAG:Ce)所构成的白光LED更被视为新世代省能源光源。除此之外，紫外线(UV)LED与三波长萤光体所构成的白光LED也加入新世代光源的行列。
如美国专利第5,998,925号所揭示的是利用的混光式LED将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp＝400～530nm，Wd＝30nm)，高温烧结制成的含Ce3+的YAG萤光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED芯片发出的蓝光一部分被YAG萤光粉吸收，另一部分蓝光与YAG萤光粉发出的黄光混合，可以得到白光。
但此种公知技术为欲增加红光成份以达到高演色性，则须增加钇铝石榴石中钇(Gd)的化学组成，但此可发红光的YAG萤光粉的光转换效率亦随着钇(Gd)的化学组成的增加而降低，故此公知技术若欲得到高演色性的白光则相对会降低发光的效率。又如美国专利第6084250号所揭示的是利用可发出紫外光的LED与可吸收紫外光并分别发出R.G.B光的三种萤光粉混合而成可发白光的发光元件，但至今可吸收紫外光的萤光粉其光转换效率均不及钇铝石榴石系列的萤光粉，故需研发出更高效率的紫外光LED，才能达实用化。
再者，如中国台湾公告案号第546852号的一种混光式发光二极管，其揭示提供一再不改变第一及第二发光层的组成与结构，使其二主波峰的波长固定下，仅需于两发光层之间形成一穿遂性的障壁层，通过调整该可穿遂障壁层的宽度，来改变导电载子在此穿遂障壁层的穿遂机率，使得在两个发光区域中参与光电能转换的导电载子分布比例改变，即可改变两主波峰的相对发光强度，因此第一发光层所发出的第一波长第二发光层所发出的第二波长范围光相互混合，使其单颗晶粒本身即可发出特定色度的混合光(或白光)，若欲改变混合光的颜色，仅需改变该可穿遂障壁层的宽度，来调便混合光的颜色，因而简化混光式发光二极管的制造程序。此专利所揭示的结构，理论上虽可行，但于两发光层之间形成一穿遂性的障壁层，将增加元件的工作电压，故以省电的目的，仍有其缺点。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种白光发光装置，其利用一发光二极管晶粒包含二发光层，并利用一第一萤光粉以吸收部分该二发光层的光，以发射出波长较二发光层长的光，且，加入一第二萤光粉以吸收部分该二发光层中之一的光，以发射出较二发光层及第一萤光粉波长长的光并与该二发光层的光混合，而产生具有高演色性的白色发光元件。
本实用新型的次要目的，在于提供一种白光发光装置，其利用一发光二极管晶粒包含二发光层，并利用至少一萤光粉以吸收部分该二发光层的光，以发射出波长较二发光层长的光，并与该二发光层的光混合，而产生的白色发光元件。
为此，本实用新型一种白光发光装置，其包含：一发光二极管晶粒，其包含二可分别发出λ1及λ2波长光的发光层；一封装层，其封装于该发光二极管晶粒的外侧；一同时吸收该λ1及λ2部分波长光、而发出λ3波长光的第一萤光粉，其分布于该封装层；以及一吸收该λ1部分波长光、而发出λ4波长光的第二萤光粉，其分布于该封装层；其中，透过该λ1、λ2、λ3及λ4波长的光混合成白光。
为达上述所指称的各目的及其功效，本实用新型提出了一种白光发光装置，其是揭示该发光元件包含二发光层，该二发光层可发射出λ1与λ2波长的光，再利用一第一萤光粉以同时吸收部分该发光层的双波长而发射出λ3波长的光，亦可利用另一第二萤光粉以吸收部分该发光层的其中之一波长的光而发射出λ4波长的光，通过该发光层的λ1与λ2波长的光与单独的λ3的光混合或亦混合λ4波长的光，以达发射出白光的目的。
因此，本实用新型的白光发光装置具有高演色性的优点。
附图说明
图1是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管的结构示意图；
图2A是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管包含萤光粉的结构示意图；
图2B是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管包含萤光粉的光线示意图；
图3A是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管包含萤光粉的结构示意图；
图3B是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管包含萤光粉的光线示意图；
图4A是公知技术的蓝光发光二极管激发YAG萤光粉的图谱；
图4B是公知的蓝光发光二极管激发该第一萤光粉的图谱；
图4C是公知的紫光发光二极管激发该第一萤光粉的图谱；
图4D是公知的紫光发光二极管同时激发该第一及第二萤光粉的图谱；
图4E是本实用新型的二发光层的发光二极管同时激发该第一、第二萤光粉的图谱。
附图标号说明：
1发光二极管芯片 10第一发光层 20第二发光层 30第一萤光粉
40第二萤光粉 λ1光波长 λ2光波长 λ3光波长
λ4光波长 5封装层
具体实施方式
请参考图1，其是本实用新型的一较佳实施例的发光二极管的结构示意图；如图所示，本实用新型包含的发光二极管芯片1，其包含一第一发光层10及一第二发光层20，其中该发光层10及20通常可由氮化镓系化合物半导体所堆叠而成。该第一发光层10可发出一波长范围小于430nm的λ1，及该第二发光层20可发出另一波长范围的430nm≤λ2＜475nm。
请参阅图2A，如图所示，此实施例更包含一封装层5与至少一第一萤光粉30，封装层5封装于发光二极管芯片1的外侧，第一萤光粉30分布于封装层5，该第一萤光粉30其是选择自一(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrGa2S4:Eu、((Ba，Sr，Ca)(Mg，Zn))Si2O7:Eu、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu、((Ba，Sr，Ca)1-xEux)(Mg，Zn)1-xMnx))Al10O17、((Ba，Sr，Ca，Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7:Cl、SrSi3O8·2SrCl2:Eu、Sr-Aluminate:Eu、Thiogallate:Eu、Chlorosilicate:Eu、Borate:Ce，Tb、BAM:Eu、Sr4Al14O25:Eu、YBO3:Ce，Tb、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu、Ca2MgSi2O7:Cl，Eu，Mn、ZnS:Cu，Al、(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、及(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua其中之一。
该第一萤光粉30可同时吸收该二发光层10及20所发出的波长范围的部分光λ1、λ2，而激发出一波长范围的520nm≤λ3＜600nm，上述的三种不同范围的波长λ1、λ2、λ3可混合而成一白光，且λ1＜λ2＜λ3，如图2B所示。
再者，请参阅图3A以及图3B，如图所示，本实用新型的发光二极管包含一第一萤光粉30，其包含至少一成份可同时吸收该二发光层10及20所发出的波长范围λ1、λ2的部分光，而激发出一波长范围的520nm≤λ3＜600nm，且，本实用新型包含一第二萤光粉40，其可单独吸收该发光层10部分光，而激发出一波长范围的600nm≤λ4＜680nm，上述四种不同范围的波长λ1、λ2、λ3、λ4可混合而成一宽波长频谱及高演色性的白光，且λ1＜λ2＜λ3＜λ4。
其中，该第一萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrGa2S4:Eu、((Ba，Sr，Ca)(Mg，Zn))Si2O7:Eu、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu、((Ba，Sr，Ca)1-xEux)(Mg，Zn)1-xMnx))Al10O17、((Ba，Sr，Ca，Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7:Cl、SrSi3O8·2SrCl2:Eu、Sr-Aluminate:Eu、Thiogallate:Eu、Chlorosilicate:Eu、Borate:Ce，Tb、BAM:Eu、Sr4Al14O25:Eu、YBO3:Ce，Tb、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu、Ca2MgSi2O7:Cl，Eu，Mn、ZnS:Cu，Al、(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua其中之一。
该第二萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrCa2S4:Eu、Y2O3:Eu，Gd，Bi、Y2O2S:Eu，Gd，Bi、SrAl2O4:Eu、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、GdVO4:Eu，Bi、Y(P，V)O4:Eu，Pb、CaTiO3:Pr，Bi、Sr2P2O7:Eu，Mn、Sulfides:Eu(AES:Eu)、CaSrS:Br、Mg6As2O11:Mn、MgO MgF2 GeO2:Mn、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、CaAl2O4:Eu，Nd、Bix(Y，La，Gd)1-x:Eu，Sm，Pr，Tb、Nitrido-silicates:Eu(AE2Si5N8:Eu2+)、GaSrS:Eu、((Sc，Y，La，Gd)x(Eu)1-x)O2S、Ca5(PO4)3Cl:Eu，Mn、CaLa2S4:Ce、(Ba1-x-aCax)Si7N10:Eu、(Ca1-aSiN2:Eua)、((Gd，La，Y)m(Ta，Zr，W，Mo，Zn)n(Al，Mg，Sr)k)Ox:Tm，Eu，Tb，Ce及SrY2S4:Eu其中之一。
又，本实用新型的另一实施例，该第二萤光粉40，其可单独吸收该发光层20部分光，而激发出一波长范围的600nm≤λ4＜680nm，上述四种不同范围的波长λ1、λ2、λ3、44可混合而成一宽波长频谱及高演色性的白光，且λ1＜λ2＜λ3＜λ4。
其中，该第二萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrxGal-xS:Cl，Eu、Y2O2S:Eu，Gd，Bi、YVO4:Eu，Gd，Bi、(Ca，Sr)S:Eu，Cl，Br、SrY2S4:Eu、SrGa2S4:Eu、CaLa2S4:Ce、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、CaTiO3:Pr3+，Bi3+、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、Sulfides:Eu(AES:Eu2+)、Mg6As2O11:Mn、CaAl2O4:Eu，Nd、(Ca，Sr，Ba)S2:Eu、Bix(Y，La，Gd)1-x:Eu，Sm，Pr，Tb及Nitrido-silicates:Eu(AE2Si5N8:Eu)其中之一。
请参阅图4A，其是公知的蓝光发光二极管(波长：460nm)加入公知的YAG萤光粉后所激发的光谱波长575nm，其演色性(RenderIndex)～80。请参阅图4B，其是公知的蓝光发光二极管(波长：460nm)加入本实用新型的该第一萤光粉后所激发的光谱波长535nm。图4C其是公知的紫光发光二极管(波长：405nm)加入该第一萤光粉所激发的光谱波长为535nm。当紫光发光二极管(波长：405nm)同时加入该第一萤光粉与该第二萤光粉时，该第二萤光粉会被激发其波长660nm，该第一萤光粉激发其波长为535nm，请参阅图4D。本实用新型的二发光层同时加入该第一萤光粉及第二萤光粉以增加其演色性如图4E所示，其演色性(RenderIndex)可高达90。
惟以上所述者，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，举凡依本实用新型权利要求书所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求书内。
Claims (14)
1.一种白光发光装置，其特征是，包含：
一发光二极管晶粒，其包含二可分别发出λ1及λ2波长光的发光层；
一封装层，其封装于该发光二极管晶粒的外侧；
一同时吸收该λ1及λ2部分波长光、而发出λ3波长光的第一萤光粉，其分布于该封装层；以及
一吸收该λ1部分波长光、而发出λ4波长光的第二萤光粉，其分布于该封装层；
其中，透过该λ1、λ2、λ3及λ4波长的光混合成白光。
2.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜λ2＜λ3＜λ4。
3.如权利要求2所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜430nm、430nm≤λ2＜475nm、520nm≤λ3＜600nm、600nm≤λ4＜680nm。
4.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征是，该第一萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrGa2S4:Eu、((Ba，Sr，Ca)(Mg，Zn))Si2O7:Eu、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu、((Ba，Sr，Ca)1-xEux)(Mg，Zn)1-xMnx))Al10O17、((Ba，Sr，Ca，Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7:Cl、SrSi3O8·2SrCl2:Eu、Sr-Aluminate:Eu、Thiogallate:Eu、Chlorosilicate:Eu、Borate:Ce，Tb、BAM:Eu、Sr4Al14O25:Eu、YBO3:Ce，Tb、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu、Ca2MgSi2O7:Cl，Eu，Mn、ZnS:Cu，Al、(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua其中之一。
5.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征是，该第二萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrCa2S4:Eu、Y2O3:Eu，Gd，Bi、Y2O2S:Eu，Gd，Bi、SrAl2O4:Eu、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、GdVO4:Eu，Bi、Y(P，V)O4:Eu，Pb、CaTiO3:Pr，Bi、Sr2P2O7:Eu，Mn、Sulfides:Eu(AES:Eu)、CaSrS:Br、Mg6As2O11:Mn、MgO MgF2·GeO2:Mn、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、CaAl2O4:Eu，Nd、Bix(Y，La，Gd)1-x:Eu，Sm，Pr，Tb、Nitrido-silicates:Eu(AE2Si5N8:Eu2+)、GaSrS:Eu、((Sc，Y，La，Gd)x(Eu)1-x)O2S、Ca5(PO4)3Cl:Eu，Mn、CaLa2S4:Ce、(Ba1-x-aCax)Si7N10:Eu、(Ca1-aSiN2:Eua)、((Gd，La，Y)m(Ta，Zr，W，Mo，Zn)n(Al，Mg，Sr)k)Ox:Tm，Eu，Tb，Ce及SrY2S4:Eu其中之一。
6.一种白光发光装置，其特征是，包含：
一发光二极管晶粒，其包含二可分别发出λ1及λ2波长光的发光层；
一封装层，其封装于该发光二极管晶粒的外侧；
一同时吸收该λ1及λ2部分波长光、而发出λ3波长光的第一萤光粉，其分布于该封装层；
一吸收该λ2部分波长光、而发出λ4波长光的第二萤光粉，其分布于该封装层；
其中，透过该λ1、λ2、λ3及λ4波长的光混合成白光。
7.如权利要求6所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜λ2＜λ3＜λ4。
8.如权利要求6所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜430nm，430nm≤λ2＜475nm、520nm≤λ3＜600nm，600nm≤λ4＜680nm。
9.如权利要求6所述的白光发光装置，其特征是，该第一萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrGa2S4:Eu、((Ba，Sr，Ca)(Mg，Zn))Si2O7:Eu、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu、((Ba，Sr，Ca)1-xEux)(Mg，Zn)1-xMnx))Al10O17、((Ba，Sr，Ca，Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7:Cl、SrSi3O8·2SrCl2:Eu、Sr-Aluminate:Eu、Thiogallate:Eu、Chlorosilicate:Eu、Borate:Ce，Tb、BAM:Eu、Sr4Al14O25:Eu、YBO3:Ce，Tb、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu、Ca2MgSi2O7:Cl，Eu，Mn、ZnS:Cu，Al、(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua其中之一。
10.如权利要求6所述的白光发光装置，其特征是，该第二萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrxGa1-xS:Cl，Eu、Y2O2S:Eu，Gd，Bi、YVO4:Eu，Gd，Bi、(Ca，Sr)S:Eu，Cl，Br、SrY2S4:Eu、SrGa2S4:Eu、CaLa2S4:Ce、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、CaTiO3:Pr3+，Bi3+、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、Sulfides:Eu(AES:Eu2+)、Mg6As2O11:Mn、CaAl2O4:Eu，Nd、(Ca，Sr，Ba)S2:Eu、Bix(Y，La，Gd)1-x:Eu，Sm，Pr，Tb及Nitrido-silicates:Eu(AE2Si5N8:Eu)其中之一。
11.一种白光发光装置，其特征是，包含：
一发光二极管晶粒，其包含二可分别发出λ1及λ2波长光的发光层；
一封装层，其封装于该发光二极管晶粒的外侧；以及
一同时吸收该λ1及λ2部分波长光、而发出λ3波长光的萤光粉，其分布于该封装层；
其中，透过该λ1、λ2及λ3波长的光混合成白光。
12.如权利要求11所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜λ2＜λ3。
13.如权利要求11所述的白光发光装置，其特征是，上述λ1＜430nm、430nm≤λ2＜475nm、520nm≤λ3＜600nm。
14.如权利要求11所述的白光发光装置，其特征是，该萤光粉选自于(Y，Gd，Tb，Lu，Yb)(AlyGa1-y)5O12:Ce、SrGa2S4:Eu、((Ba，Sr，Ca)(Mg，Zn))Si2O7:Eu、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu、((Ba，Sr，Ca)1-xEux)(Mg，Zn)1-xMnx))Al10O17、((Ba，Sr，Ca，Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7:Cl、SrSi3O8·2SrCl2:Eu、Sr-Aluminate:Eu、Thiogallate:Eu、Chlorosilicate:Eu、Borate:Ce，Tb、BAM:Eu、Sr4Al14O25:Eu、YBO3:Ce，Tb、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu、Ca2MgSi2O7:Cl，Eu，Mn、ZnS:Cu，Al、(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、及(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua其中之一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XUMING PHOTOELECTRICITY INC. Free format text: FORMER OWNER: JUXIN SCI-TECH CO., LTD. Effective date: 20121207 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121207 Address after: Miaoli County, Taiwan, China Patentee after: Xuming Photoelectricity Inc. Address before: China Taiwan Taoyuan County Patentee before: Juxin Sci-Tech Co., Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Expiration termination date: 20150527 Granted publication date: 20061122 |