TW201418414A - 波長轉換物質、波長轉換膠體以及發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種波長轉換物質，其係由一半導體材料所組成。波長轉換物質適於吸收波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光，並將激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。

Description

波長轉換物質、波長轉換膠體以及發光裝置
本發明是有關於一種波長轉換物質、波長轉換膠體以及發光裝置，且特別是有關於一種材質為半導體材料之波長轉換物質及採用此波長轉換物質的波長轉換膠體與發光裝置。
近年來，由於發光二極體之發光效率不斷地提昇，使得發光二極體的白光發光元件在例如掃描器之燈源、液晶螢幕之背光源或照明設備等應用領域上已有逐漸取代傳統之日光燈與白熱燈泡的趨勢。目前，常見之單晶片白光發光二極體的技術主要為利用發光波長440nm至460 nm的藍光發光二極體晶片激發黃光螢光粉，藉由藍光與黃光之混合產生白光。上述方法中雖然具有製程簡單、成本低等優點，然而所產生之白光(色溫在4000K-6000K範圍)其色彩飽和度與演色性與現今趨勢之暖白光(色溫小於4000K)尚有一段距離。
本發明提供一種波長轉換物質，其係由一半導體材料所組成。
本發明提供一種波長轉換膠體，其包含上述之波長轉換物質，適於將一激發光轉換成一色溫較低的暖白光。
本發明提供一種發光裝置，其具有較佳的演色性。
本發明提出一種波長轉換物質，其係由一半導體材料 所組成。波長轉換物質適於吸收波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光，並將激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
在本發明之一實施例中，上述之波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
在本發明之一實施例中，上述之放射光之波長範圍介於570奈米至750奈米之間。
本發明還提出一種波長轉換膠體，其包括一封裝膠以及多個波長轉換物質。波長轉換物質係由一半導體材料所組成且分散於封裝膠內。每一波長轉換物質適於吸收波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光，並將激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
在本發明之一實施例中，上述之波長轉換膠體更包括多個黃色螢光物質，分散於封裝膠內，其中每一黃色螢光物質之放射光之波長範圍介於500奈米至570奈米之間。
在本發明之一實施例中，上述之每一黃色螢光物質包括釔鋁石榴石系螢光粉、鉽鋁石榴石系螢光粉、鎦鋁石榴石系螢光粉、矽酸鹽系螢光粉或氮化物系螢光粉。
在本發明之一實施例中，上述之每一波長轉換物質的粒徑介於1微米至100微米之間。
在本發明之一實施例中，上述之每一波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
本發明更提出一種發光裝置，其包括一發光元件以及至少一波長轉換物質。發光元件發出波長範圍介於300奈 米至490奈米之間的一激發光。波長轉換物質配置於發光元件上且係由一半導體材料所組成，其中每一波長轉換物質吸收激發光，並將激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
在本發明之一實施例中，上述之波長轉換物質為粉末狀，且波長轉換物質的粒徑介於1微米至100微米之間。
在本發明之一實施例中，上述之發光元件包括一基板、一第一型半導體層、一第二型半導體層、一發光層、一第一電極以及一第二電極。第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層依序堆疊於基板的一上表面上，而第一電極與第二電極分別配置於第一型半導體層與第二型半導體層上。波長轉換物質覆蓋基板相對於上表面的一下表面上，且波長轉換物質為一片狀波長轉換物質。
在本發明之一實施例中，上述之發光裝置更包括一密封膠，至少一波長轉換物質包括多個波長轉換物質，其中密封膠包覆發光元件與波長轉換物質。
在本發明之一實施例中，上述之發光裝置更包括多個黃色螢光物質，分散於密封膠內，其中每一黃色螢光物質被激發光激發而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光。
在本發明之一實施例中，上述之發光元件為一氮化鎵基發光二極體晶片。
在本發明之一實施例中，上述之發光裝置更包括一封裝膠，至少一波長轉換物質包括多個波長轉換物質，其中封裝膠包覆波長轉換物質而定義出一波長轉換膠體。
在本發明之一實施例中，上述之發光裝置更包括一透明層，包覆發光元件且配置於波長轉換膠體與發光元件之間。
在本發明之一實施例中，上述之透明層的折射率介於1.0至2.0之間，且透明層為一空氣層或一由無機材料所構成之膜層。
在本發明之一實施例中，上述之發光裝置更包括一黃色螢光膠層，配置於透明層與波長轉換膠體之間，其中黃色螢光膠層被激發光激發而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光。
在本發明之一實施例中，上述之波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
基於上述，本發明是透過半導體材料所組成之波長轉換物質來吸收發光元件所發出的激發光而產生放射光。因此，相較於習知利用黃色螢光粉所發出的黃光與藍光混合而產生白光而言，本發明之激發光與放射光可混合成色溫較低的暖白光，且具有較佳的演色性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1繪示為本發明之一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。請先參考圖1，在本實施例中，發光裝置100a包括一發光元件110以及至少一波長轉換物質120(圖1中示意地繪示多個)。發光元件110適於發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光L1。特別是，波長轉 換物質120配置於發光元件110上且係由一半導體材料所組成，其中每一波長轉換物質120適於吸收激發光L1，並將激發光L1轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光E1。此處所述之波長範圍是指光的主波長(Dominant Wavelength,λd)範圍。
更具體來說，本實施例之發光元件110為一氮化鎵基發光二極體晶片。此處，波長轉換物質120的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。較佳地，放射光E1之波長範圍，介於570奈米至750奈米之間。波長轉換物質120的粒徑，較佳地，介於1微米至100微米之間。此外，本實施例之發光裝置100a可更包括一密封膠130a，其中密封膠130a包覆發光元件110與波長轉換物質120。此處，密封膠130a由無機材料所構成，且密封膠130a之折射率介於1.3至2.0之間。
當發光元件110發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的激發光L1時，波長轉換物質120吸收發光元件110發出的激發光L1後，放射出波長範圍介於450奈米至750奈米之間的放射光E1。此時，此放射光E1的波段相較於習知之黃色螢光粉較接近紅光波段。因此，利用半導體材料所組成之波長轉換物質120所發出的放射光E1與激發光L1相混合，可混合成色溫較低的暖白光。故，本實施例之發光裝置100a相較於習知白光發光二極體可具有較佳的演色性。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近 似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明之另一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例之發光裝置100b與圖1之發光裝置100a相似，其不同之處在於：本實施例之發光裝置100b更包括多個黃色螢光物質140，分散於密封膠130a內，其中每一黃色螢光物質140被發光元件110所發出的激發光L1激發而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光E2。此處，每一黃色螢光物質例如是釔鋁石榴石系螢光粉、鉽鋁石榴石系螢光粉、鎦鋁石榴石系螢光粉、矽酸鹽系螢光粉或氮化物系螢光粉。
當發光元件110發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的激發光L1時，波長轉換物質120吸收發光元件110所發出的激發光L1後，放射出波長範圍介於450奈米至750奈米之間的放射光E1。同時，黃色螢光物質140也會吸收發光元件110所發出的激發光L1，而放射出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的螢光E2。因此，利用半導體材料所組成之波長轉換物質120所發出的放射光E1、黃色螢光物質140所發出的螢光E2以及激發光L1相混合，可混合成色溫較低的暖白光。故，本實施例之發光裝置100b相較於習知白光發光二極體可具有較佳的演色性。
圖3繪示為本發明之又一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例之發光裝置100c與圖1之發光裝置100a相似，其不同之處在於：在本實施例中，發光裝置100c更包括一封裝膠130c，其中封裝膠130c包 覆波長轉換物質120而定義出一波長轉換膠體W。再者，本實施例之發光裝置100c可更包括一透明層150，包覆發光元件110且配置於波長轉換膠體W與發光元件110之間，其中透明層150例如是一空氣層或是一由無機材料所構成之膜層，且透明層150的折射率例如是介於1.0至2.0之間。換言之，本實施例之封裝膠130c並未包覆發光元件110，而是由透明層150來完全包覆發光元件110。如此一來，波長轉換物質120遠離發光元件110，波長轉換物質120不會被發光元件110產生的熱能所影響，因而不會因熱能而降低波長轉換物質120的轉換效率，可使本實施例之發光元件100c的色溫以及演色性保持固定。
圖4繪示為本發明之再一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例之發光裝置100d與圖3之發光裝置100c相似，其不同之處在於：在本實施例中，發光裝置100d更包括一黃色螢光膠層160，配置於透明層150與波長轉換膠體W之間，其中黃色螢光膠層160吸收激發光L1而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光E3。
當發光元件110發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的激發光L1時，黃色螢光膠層160吸收發光元件110所發出的激發光L1，放射出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的螢光E3。波長轉換物質120吸收了穿透黃色螢光膠層160的激發光L1以及螢光E3，放射出波長範圍介於450奈米至750奈米之間的放射光E1。因此，利用半導體材料所組成之波長轉換物質120所發出的放射光 E1、黃色螢光膠層160所發出的螢光E3以及激發光L1相混合，可混合成色溫較低的暖白光。故，本實施例之發光裝置100d相較於習知白光發光二極體可具有較佳的演色性。
圖5繪示為本發明之更一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例之發光裝置100e的發光元件110e是由一基板111、一第一型半導體層112、一第二型半導體層113、一發光層114、一第一電極115以及一第二電極116所組成。第一型半導體層112、發光層114以及第二型半導體層113依序堆疊於基板111的一上表面111a上，而第一電極115與第二電極116分別配置於第一型半導體層112與第二型半導體層113上。發光元件110e為一覆晶式發光元件，且適於發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的激發光L2。特別是，波長轉換物質120e覆蓋基板111相對於上表面111a的一下表面111b上，其中波長轉換物質120e係由一半導體材料所組成，且波長轉換物質120e具體化為一片狀波長轉換物質。
由於本實施例波長轉換物質120e適於吸收激發光L2，並將激發光L2轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的放射光E4。因此，利用半導體材料所組成之波長轉換物質120e所發出的放射光E4與激發光L2相混合，可混合成色溫較低的暖白光。故，本實施例之發光裝置100e相較於習知白光發光二極體可具有較佳的演色性。
綜上所述，本發明是透過半導體材料所組成之波長轉換物質來吸收發光元件所發出的激發光而產生放射光。因 此，相較於習知利用黃色螢光粉所發出的黃光與藍光混合而產生白光而言，本發明之激發光與放射光可混合成色溫較低的暖白光，且具有較佳的演色性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧發光裝置
110、110e‧‧‧發光元件
111‧‧‧基板
111a‧‧‧上表面
111b‧‧‧下表面
112‧‧‧第一半導體層
113‧‧‧第二半導體層
114‧‧‧發光層
115‧‧‧第一電極
116‧‧‧第二電極
120‧‧‧波長轉換物質
130a‧‧‧密封膠
130c‧‧‧封裝膠
140‧‧‧黃色螢光物質
150‧‧‧透明層
160‧‧‧黃色螢光膠層
E1、E4‧‧‧放射光
E2、E3‧‧‧螢光
L1、L2‧‧‧激發光
W‧‧‧波長轉換膠體
圖1繪示為本發明之一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。
圖2繪示為本發明之另一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。
圖3繪示為本發明之又一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。
圖4繪示為本發明之再一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。
圖5繪示為本發明之更一實施例之一種發光裝置的剖面示意圖。
100a‧‧‧發光裝置
110‧‧‧發光元件
120‧‧‧波長轉換物質
130a‧‧‧密封膠
E1‧‧‧放射光
L1‧‧‧激發光

Claims (19)

  1. 一種波長轉換物質，其係由一半導體材料所組成，該波長轉換物質適於吸收波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光，並將該激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換物質，其中該波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換物質，其中該放射光之波長範圍介於570奈米至750奈米之間。
  4. 一種波長轉換膠體，包括：一封裝膠；以及多個波長轉換物質，係由一半導體材料所組成且分散於該封裝膠內，各該波長轉換物質適於吸收波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光，並將該激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之波長轉換膠體，更包括多個黃色螢光物質，分散於該封裝膠內，其中各該黃色螢光物質之放射光之波長範圍介於500奈米至570奈米之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之波長轉換膠體，其中各該黃色螢光物質包括釔鋁石榴石系螢光粉、鉽鋁石榴石系螢光粉、鎦鋁石榴石系螢光粉、矽酸鹽系螢光粉或氮化物系螢光粉。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之波長轉換膠體，其中各該波長轉換物質的粒徑介於1微米至100微米之間。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之波長轉換膠體，其中各該波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
  9. 一種發光裝置，包括：一發光元件，該發光元件發出波長範圍介於300奈米至490奈米之間的一激發光；以及至少一波長轉換物質，配置於該發光元件上且係由一半導體材料所組成，其中各該波長轉換物質吸收該激發光，並將該激發光轉換成波長範圍介於450奈米至750奈米之間的一放射光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該波長轉換物質為粉末狀，且該波長轉換物質的粒徑介於1微米至100微米之間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該發光元件包括一基板、一第一型半導體層、一第二型半導體層、一發光層、一第一電極以及一第二電極，該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層依序堆疊於該基板的一上表面上，而該第一電極與該第二電極分別配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層上，該波長轉換物質覆蓋該基板相對於該上表面的一下表面上，且該波長轉換物質為一片狀波長轉換物質。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，更包括一密封膠，該至少一波長轉換物質包括多個波長轉換物 質，其中該密封膠包覆該發光元件與該些波長轉換物質。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，更包括多個黃色螢光物質，分散於該密封膠內，其中各該黃色螢光物質被該激發光激發而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該發光元件為一氮化鎵基發光二極體晶片。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，更包括一封裝膠，該至少一波長轉換物質包括多個波長轉換物質，其中該封裝膠包覆該些波長轉換物質而定義出一波長轉換膠體。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之發光裝置，更包括一透明層，包覆該發光元件且配置於該波長轉換膠體與該發光元件之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置，其中該透明層的折射率介於1.0至2.0之間，且該透明層為一空氣層或一由無機材料所構成之膜層。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置，更包括一黃色螢光膠層，配置於該透明層與該波長轉換膠體之間，其中該黃色螢光膠層被該激發光激發而發出波長範圍介於500奈米至570奈米之間的一螢光。
  19. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該波長轉換物質的化學通式為(AlxGa1-x)yIn1-yP，則0≦x≦0.7，0≦y≦0.7。
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