TW201908643A - Ｌｅｄ發光裝置 - Google Patents

Ｌｅｄ發光裝置

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Abstract

本發明提供一種LED發光裝置，其係使用紫色發光二極體晶片作為激發量子點結構之光源，且量子點結構受激發後發出之光線係相互混合形成白光，藉此使該LED發光裝置兼具高發光效率及防止藍光傷害人眼之功效，同時亦具有較佳之顯色能力。

Description

LED發光裝置
本發明係與發光二極體領域相關，尤其是一種利用紫光配合量子點激發混成具有高演色性與發光效率之LED發光裝置。
在現今的白光照明領域中，發光二極體(Light-Emitting Diode，下稱LED)佔有重要的一席之地，目前最廣泛被應用的習知LED，係屬採用藍光LED晶片搭配螢光粉材料以形成白光之結構，該種白光LED亦大量地應用於背光模組與照明燈具中，作為主要光源。前述之白光LED，係使用藍光LED晶片搭配綠色或黃綠色螢光粉及紅色螢光粉，以使螢光粉吸收藍光激發出綠光與紅光，然而此種白光LED皆有發光效率差與演色性不佳等缺失。是以隨著需求的提升，遂出現使用零維半導體奈米晶(又稱量子點，Quantum Dot)取代螢光粉之白光LED。
量子點之特性介於塊材與獨立之分子或原子之間，當材料在量子點大小時，電子容易受到激發而改變能階以與電洞結合激發出光線，且量子點具有獨特窄光譜線之光學特性，因而開始被使用於LED、太陽能電池及生物顯影技術上。量子點在LED應用上略同於螢光粉，亦可吸收藍光LED晶片的藍色光線，並發出其他顏色的光，藉此混成所需光色。透過量子點的窄螢光放射頻譜，LED可大幅提升其演色性與發光效率。
鑒於量子點於光學上的優異表現，如中華人民共和國專利申 請號第201510594156.1號文獻所述，其揭露之發光裝置係利用藍色發光元件搭配綠色量子點及紅色螢光粉，藍色發光元件發出的部分藍光由紅色螢光粉及綠色量子點吸收後分別激發出紅光與綠光，再結合藍色發光元件發出之藍光進而混合形成白光。該文獻更特別提及為何捨棄紅色量子點而仍續用紅色螢光粉之原因。在過往的發光裝置中係使用紅色量子點與綠色量子點搭配藍色發光元件，以混合形成白光，然而卻發現二次吸收的問題。亦即，會產生紅色量子點將吸收綠色量子點所發出的綠光，該情況會大幅影響發光裝置的整體效率。
且單獨使用藍色發光元件作為激發源之LED，若以發光效率作為主要設計考量，直覺上會採取的設置方式，即為提高藍光之強度，進而拉高整體發光效率，然，此舉卻會衍生藍光強度過高而傷害人眼之問題。若不欲使藍光對使用者眼睛造成傷害，則須將LED中做為激發源之藍色發光元件強度降低，如此又回到LED發光效率不佳的問題中。因此，採用目前的LED設計，本質上即不可能兼顧二者之優點，並發揮至最佳表現，故唯有拋棄現有作法之LED發光設計基本架構，始能在高發光效率與防止人眼傷害之需求各自取得最佳之表現效能。
是以，如何有效解決排除螢光粉而僅使用量子點之LED及其進一步衍生的二次吸收問題，進而提供一種具有更佳發光效率與光色之LED，係為當前亟需解決之缺失。
本發明之一目的，旨在提供一種LED發光裝置，其係利用紫光作為激發光源，並以量子點取代螢光粉做為激發材料，而使LED發光 裝置可兼具極佳之發光效率與防止藍光傷害人眼之功效外，亦可進一步有效解決過往LED發光裝置使用量子點時所產生的二次吸收現象。
為達上述目的，本發明揭露一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點、一第二量子點及一第三量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第二量子點之粒徑大於該第三量子點，且該第一量子點之單位體積分布密度小於該第二量子點之單位體積分布密度D2及該第三量子點之單位體積分布密度D3，即D1<D2；D1<D3，該第一量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L1，小於該第二量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L2及該第三量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L3，即L1<L2；L1<L3，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。藉此，透過將該第一量子點相較該第二及第三量子點，更為鄰近該紫色發光二極體設置，以及使該第一量子點之單位體積分布密度小於該第二及第三量子點之方式，係可有效消除光線二次吸收的問題，並該LED發光裝置使用紫色光作為激發光線，係可提升該LED發光裝置之發光效率，且可任意調整第三量子點激發之光線強度，以在有效防止藍光對人眼造成傷害之情況下，使該LED發光裝置具有極佳之顯色能力。
其中，於一實施例，該LED發光裝置更具有一膠體，供以 封裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點係摻雜於該膠體，該第二量子點及該第三量子點設置於該膠體外側，以藉該膠體封裝保護該紫色發光二極體晶片及該第一量子點。
其中，該第二量子點及該第三量子點可與該膠體間係設有一透光隔絕層，以利於隔絕該紫色發光二極體晶片運行時的熱能，同時利於光線穿透。
或可使該第二量子點及該第三量子點封設於二阻障層之間而形成薄膜狀結構體，並設置於該紫色發光二極體晶片一側，以利用該二阻障層達到保護該第二及第三量子點之功效。
於一實施例中，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片至少一側，且該量子點激發結構與該紫色發光二極體晶片間設有一透光隔絕層，以藉該透光隔絕層達到保護且利於光線穿透之功效。
於另一實施例中，該量子點激發結構更包括二阻障層，該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點係層疊封設於該二阻障層之間形成薄膜狀結構體，以藉該二阻障層保護並封裝該第一、第二及第三量子點。
同樣地，該LED發光結構可更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該量子點激發結構係設於該膠體外側。
或如另一實施態樣，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片一側，以直接吸收該紫色發光二極體晶片發出的紫色光。
為更進一步的保護，該LED發光裝置同樣可更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該量子點激發結構。
於另一實施例中，該量子點激發結構更包括複數阻障層，該 第一量子點、該第二量子點及該第三量子點分別封設於任二該阻障層之間，於此藉由該等阻障層分離該第一、第二及第三量子點，並同時達到保護效能。
同樣地，該LED發光裝置可更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該量子點激發結構係設於該膠體外側。
或如另一實施態樣，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片一側，以直接接收該紫色發光二極體晶片發出之紫色光。
並為保護該紫色發光二極體晶片及該量子點激發結構，該LED發光裝置於一實施態樣中更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該量子點激發結構。
較佳者，基於前述各實施例與態樣，該基座可為一平板結構或一杯狀結構。
此外，於一實施例中，該第一量子點係與一混合膠相互混成設置，且該第一量子點與該混合膠之比例介於1：15~1：18，且較佳為1：17，以取得較佳之發光效率。
於再一實施例中，該第二量子點係與一混合膠相互混成設置，且該第二量子點與該混合膠之比例介於1：5~1：8，且較佳比例為1：7，以取得較佳之發光效率。
並於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm，亦即該LED發光裝置可使用非可見之紫外光作為激發光線。
於另一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長 為400nm~415nm，亦即該LED發光裝置可使用可見之紫色光作為激發光線。
基於前述各實施例與態樣，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil，並基於封裝考量，較佳之尺寸為700~860平方mil，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
並且，於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，以具有較佳之激發效果，此外，關於該紫色發光二極體晶片之驅動應用，於一實施例中揭示，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA，及該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
並於另一實施例中揭示該基座為陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。而該等該阻障層之材料較佳為聚對苯二甲酸乙二酯，以具有較佳的可撓性與保護效能。並於一實施例中，該膠體係為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一，以具有較佳的耐熱抗氧化效能。
本發明亦於一實施例中提出一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點、一第二量子點及一第三量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第二量子點之 粒徑大於該第三量子點，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。藉此，該LED發光裝置以紫色光作為激發光源，係具有較佳之發光效率，同時在可防止藍光傷害人眼之情況下，亦可使該LED發光裝置之出光具有較佳之顯色能力。
基於前述實施例，於另一實施例中，係揭示該LED發光裝置更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點係摻雜於該膠體，以達到保護該紫色發光二極體晶片與該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點之功效。並較佳者，該第一量子點之單位體積分布密度D1小於該第二量子點之單位體積分布密度D2及該第三量子點之單位體積分布密度D3，即D1<D2；D1<D3，以有效防止折射現象影響發光效率。
此外，於一實施例中，該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18，且較佳為1：17，以取得較佳之發光效率。
於再一實施例中，該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8，且較佳比例為1：7，以取得較佳之發光效率。
並於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm，亦即該LED發光裝置可使用非可見之紫外光作為激發光線。
於另一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm，亦即該LED發光裝置可使用可見之紫色光作為激發光 線。
基於前述各實施例與態樣，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil，並基於封裝考量，較佳之尺寸為700~860平方mil，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
並且，於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，以具有較佳之激發效果，此外，關於該紫色發光二極體晶片之驅動應用，於一實施例中揭示，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA，及該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
並於另一實施例中揭示較佳者，該基座可為一平板結構或一杯狀結構。且該基座為陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。並於一實施例中，該膠體係為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一，以具有較佳的耐熱抗氧化效能。
本發明亦於一實施例中揭示一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點及一第二量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。藉此，該LED 發光裝置可具有高發光效率，同時免除藍光造成之人眼傷害，而可作為長時間供給人眼觀賞之光源。
基於前述實施例，於另一實施例中，係揭示該LED發光裝置更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點及該第二量子點係摻雜於該膠體，以達到保護該紫色發光二極體晶片與該第一量子點及該第二量子點之功效。並較佳者，該第一量子點之單位體積分布密度D1小於該第二量子點之單位體積分布密度D2，以有效防止折射現象影響發光效率。
此外，於一實施例中，該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18，且較佳為1：17，以取得較佳之發光效率。
於再一實施例中，該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8，且較佳比例為1：7，以取得較佳之發光效率。
並於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm，亦即該LED發光裝置可使用非可見之紫外光作為激發光線。
於另一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm，亦即該LED發光裝置可使用可見之紫色光作為激發光線。
基於前述各實施例與態樣，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil，並基於封裝考量，較佳之尺寸為700~860平方mil，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
並且，於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光 位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，以具有較佳之激發效果，此外，關於該紫色發光二極體晶片之驅動應用，於一實施例中揭示，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA，及該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
並於另一實施例中揭示較佳者，該基座可為一平板結構或一杯狀結構。且該基座為陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。並於一實施例中，該膠體係為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一，以具有較佳的耐熱抗氧化效能。
本發明亦於一實施例中提出一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；一藍色發光二極體晶片，設於該基座以發出藍色光，並與該紫色發光二極體晶片並排設置，該藍色發光二極體晶片之藍色光波長介於420~440nm，其中該紫色發光二極體晶片為主要激發源，該藍色發光二極體晶片為次要激發源；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光與藍色光，該量子點激發結構包括一第一量子點及一第二量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第一量子點吸收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。藉此，透過使用紫色發光二極體晶片作為主激發源，藍色發光二極體晶片作為次激發源結 構，係可使該LED發光裝置兼具高發光效率與有效防止藍光傷害人眼之功效，同時藉由藍色發光二極體晶片可提高整體顯色能力。
基於前述實施例，於另一實施例中，係揭示該LED發光裝置更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片，且該第一量子點及該第二量子點係摻雜於該膠體，以達到保護該紫色發光二極體晶片、該藍色發光二極體晶片與該第一量子點及該第二量子點之功效。或可採該膠體封裝該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片，且該第一量子點摻雜於該膠體，該第二量子點設置於該膠體外側之態樣設置。並較佳者，該第一量子點之單位體積分布密度D1小於該第二量子點之單位體積分布密度D2，以有效防止折射現象影響發光效率。
此外，於一實施例中，該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18，且較佳為1：17，以取得較佳之發光效率。
於再一實施例中，該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8，且較佳比例為1：7，以取得較佳之發光效率。
並於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm，亦即該LED發光裝置可使用非可見之紫外光作為激發光線。
於另一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm，亦即該LED發光裝置可使用可見之紫色光作為激發光線。
基於前述各實施例與態樣，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil，並基於封裝考量，較佳之尺寸為700~860平方 mil，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
並且，於一實施例中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，以具有較佳之激發效果，此外，關於該紫色發光二極體晶片之驅動應用，於一實施例中揭示，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA，及該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
並於另一實施例中揭示較佳者，該基座可為一平板結構或一杯狀結構。且該基座為陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。並於一實施例中，該膠體係為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一，以具有較佳的耐熱抗氧化效能。
綜上所述，本發明之LED發光裝置，係捨棄單獨使用藍色晶片作為激發光源之設計，而使用該紫色發光二極體晶片搭配該量子點激發結構，可提升該LED發光裝置之發光效率與防止藍光對於人眼造成之傷害，同時亦可進一步提高顯色能力，以滿足高顯色需求。利用紫光作為激發光源，相較於傳統以藍光作為激發光源係可獲得更高的亮度與發光效率，同時又可防止藍光對於人眼造成的傷害。而經由特殊配置的該量子點激發結構，則可有效防止光線二次吸收造成的轉換效率低下缺失，並可使各量子點所激發出的光線波長穩定，不易產生光色偏差現象，進而提供穩定且精確的白光。並該LED發光裝置基於各種考量因素衍生之眾多對應結構實施態樣，皆可更進一步地提升該LED發光裝置之發光效率、去除藍光 傷害與增強光色呈現之功效。
1‧‧‧LED發光裝置
10‧‧‧基座
101‧‧‧凹槽
11‧‧‧紫色發光二極體晶片
12‧‧‧量子點激發結構
121‧‧‧第一量子點
122‧‧‧第二量子點
123‧‧‧第三量子點
124‧‧‧阻障層
13‧‧‧膠體
14‧‧‧透光隔絕層
15‧‧‧藍色發光二極體晶片
2‧‧‧混合膠
第1A圖，為本發明第一實施例第一實施態樣之剖面示意圖。
第1B圖，為本發明第一實施例第二實施態樣之剖面示意圖。
第1C圖，為本發明第一實施例第三實施態樣之剖面示意圖。
第2A圖，為本發明第二實施例第一實施態樣之剖面示意圖。
第2B圖，為本發明第二實施例第二實施態樣之剖面示意圖。
第3A圖，為本發明第三實施例第一實施態樣之剖面示意圖。
第3B圖，為本發明第三實施例第二實施態樣之剖面示意圖。
第3C圖，為本發明第三實施例第三實施態樣之剖面示意圖。
第3D圖，為本發明第三實施例第四實施態樣之剖面示意圖。
第4A圖，為本發明第四實施例第一實施態樣之剖面示意圖。
第4B圖，為本發明第四實施例第二實施態樣之剖面示意圖。
第5A圖，為本發明第四實施例第三實施態樣之剖面示意圖。
第5B圖，為本發明第四實施例第四實施態樣之剖面示意圖。
第6A圖，為本發明第五實施例之剖面示意圖(一)。
第6B圖，為本發明第五實施例之剖面示意圖(二)。
第7圖，為本發明第五實施例之LED發光裝置發光頻譜圖。
第8A圖，為本發明第六實施例之剖面示意圖(一)。
第8B圖，為本發明第六實施例之剖面示意圖(二)。
第9圖，為本發明第六實施例之LED發光裝置發光頻譜圖。
第10A圖，為本發明第七實施例之剖面示意圖(一)。
第10B圖，為本發明第七實施例之剖面示意圖(二)。
第11圖，為本發明第七實施例之LED發光裝置發光頻譜圖。
請參閱第1A、1B及1C圖，其係為本發明第一實施例第一實施態樣、第二實施態樣及第三實施態樣之剖面示意圖。本發明揭示一種LED發光裝置1，其包括一基座10、一紫色發光二極體晶片11及一量子點激發結構12。該基座10係供以承載該紫色發光二極體晶片11，並可為一平板結構或一杯狀結構，而其材料可選用陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠等其中之一，於本實施例中係以該基座10為具有一凹槽101之杯狀結構體為例。該紫色發光二極體晶片11設置於該基座10以發出紫色光，且紫色光之波長介於320~415nm。其中，於此所述之紫色光，係包括可見的紫光或不可見的紫外光(UV光)，在實際應用上，較佳者，係可使該紫色發光二極體晶片11發出的紫色光波長係介於320nm~400nm，為常稱之不可見紫外光(UV)。亦可使該紫色發光二極體晶片11發出的紫色光波長係為400nm~415nm，為常稱之可見紫色光。換言之該LED發光裝置1可使用可見紫光或不可見紫外光做為激發該量子點激發結構12之光線來源，皆可讓該LED發光裝置1具有優異的發光效率。
該量子點激發結構12對應該紫色發光二極體晶片11設置，以供吸收前述紫色光，該量子點激發結構12包括一第一量子點121、一第二量子點122及一第三量子點123，其中，該第一量子點121之粒徑大於該第二量子點122，該第二量子點122之粒徑大於該第三量子點123，且該第 一量子點121之單位體積分布密度D1小於該第二量子點122之單位體積分布密度D2及該第三量子點123之單位體積分布密度D3，即D1<D2；D1<D3，該第一量子點121與該紫色發光二極體晶片11之相對距離L1，小於該第二量子點122與該紫色發光二極體晶片11之相對距離L2及該第三量子點123與該紫色發光二極體晶片11之相對距離L3，即L1<L2；L1<L3。該紫色發光二極體晶片11發出的紫色光傳遞至該量子點激發結構12後，該第一量子點121吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點122吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點123吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。其中該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123，係可選用CdSe、CdSe/ZnS、核殼型CdSe或CdSe/ZnS、InP或InP/ZnS、CdSexTe1-x或ZnxCd1-xSe等材料結合透光膠材合成之膠化量子點。
本發明所稱之量子點，係為零維半導體奈米晶，當其粒徑小於一定大小時，會因應尺寸效應而激發出特定波長之光線，進而產生獨特的差異性，而量子點之性質主要由尺寸、缺陷、雜質、結晶性和鈍化方式等因素所決定，該些因素將會影響量子點的量子效率和發光波長。量子點在外在能量激發下，電子從基態躍遷至激態，使電子與電洞具有較高能量。而後電子與電洞可以再結合及緩解到較低能量狀態，最後回到基態。在再結合與緩解過程中，能量會以輻射方式(光子)或是非輻射方式等釋出。量子點之放光性質可藉由選擇適當的材料和奈米晶的尺寸進行控制，當量子點接收之激發能量高過其能隙使電子躍遷至能帶時，導帶的電子和價帶的的電洞即可再結合放出光，此種直接再結合稱為能帶邊緣(Band Edge)再結合， 此處亦帶出量子點之量子侷限效應(Quantum confinement effect)獨特性質。因此，量子點係可透過改變粒徑大小調整能隙，進而使放出的光線波長有所變化，在光學應用上即可透過使用相同材料不同粒徑的量子點激發各種波長的光線。
而當量子點晶體結構中或表面存在缺陷時，量子點接收激發能量後，電子和電洞被該些缺陷抓住，從這些缺陷產生再結合，此時放射波長會產生偏移，因此量子點表面結構和存在之缺陷對於量子點放光性質具有關鍵性的影響，適當的表面狀態係為促使量子點取得高發光效率之必須因素。量子點的比表面積很大，電子量子態和表面態對於其光學性質有很大影響，而在量子點具有高比表面積情況下，可能會因為高表面能態密度影響量子點的光學吸收、量子效率、放光強度、光譜位置和螢光激發等現象。為了改善表面能態，一般可採用表面鈍化方式改善量子點的光學性質。表面鈍化常見的方式是在量子點表面包覆有機或無機化合物，以將量子點表面的未鍵結構完全鈍化，使其不存在表面能態，從而降低對於量子點發光性質的影響。鑒於量子點可使用單一材料不同尺寸配合能量激發放出各種波長光線，而具有高量子效率、放射波長可控制性、激發光線頻譜半波寬狹窄與激發光線波長寬廣等各種優異特性，本發明人係利用量子點替代螢光粉而提出如本發明所述之LED發光裝置1，其同時有效地解決在應用上可能面臨的光線二次吸收現象，以及發光效率低下的問題。
為使該LED發光裝置1可具有更佳的發光效率與白光呈現，同時對於特定波長的光線實現比重控制，本發明人係採用該紫色發光二極體晶片11，以利用紫色光使該量子點激發結構12可分別激發出如上述 各波長範圍之光線，除可混合形成所需白光，同時相較於過往的藍色發光二極體，利用紫色光配合量子點係可同時達到高發光效率與防止人眼傷害之需求，並取得各自的最佳表現效能。在現今LED應用上，特定波長之高能量可見光會對人體眼睛造成如黃斑部病變之現象。對眼睛具有較大影響之可見光波長一般介於415~455nm，亦即常稱的藍光，而習知LED使用的激發光線皆屬藍光，當習知白光混成使用藍光配合紅色及綠色螢光粉或量子點時，做為激發光線的藍光一但任意地減弱強度，即會大幅影響整體發光效率及白光之光色呈現，這也是現今應用白光LED之顯示裝置與照明燈具常見且無法解決的問題。而如本發明之該LED發光裝置1，使用紫色光作為激發光線，因屬於藍光之光線係透過該第三量子點123激發，而非直接由該紫色發光二極體晶片11提供，因此配合該第三量子點123之濃度調控，即可控制最終的白光混成中之藍光比重，此亦為本發明選用該紫色發光二極體晶片11的重要原因之一。即使習知使用藍光激發之LED仍可嘗試降低藍光強度來阻卻後續混成白光對於人眼的傷害，卻如前述會衍生發光效率不足之問題，且整體搭配的紅色與綠色螢光粉或量子點，亦須同步進行調整，並極易產生白光光色偏差現象。反觀本發明之該LED發光裝置1，其僅需針對該第三量子點123之濃度略加調整，即可有效調整光線強度比重，使出光維持高顯色性。是以，本實施例所述之該LED發光裝置1，係拋棄以往單獨使用藍色發光二極體晶片作為激發光源之LED設計概念，進而達到兼具高發光效率、高顯色能力及防止人眼傷害之功效。
在使用該量子點激發結構12時容易遭遇的二次吸收問題，於此係透過相對距離的限定與量子點濃度設計來解決。當量子點粒徑較大 時，其可吸收的光線波長範圍相對較大，反之，當量子點粒徑較小時，其可吸收的光線波長範圍較小，而光線波長越大其單位能量越小。因此於本發明中，將具較大粒徑之該第一量子點121較為鄰近該紫色發光二極體晶片11設置，使後續具有較小粒徑與光線波長吸收範圍之該第二量子點122及該第三量子點123所激發出的光線，不會被該第一量子點121所吸收。且由該第一量子點121所激發形成的光線，與紫色光在傳遞至該第二量子點122與該第三量子點123處時，該第二量子點122與該第三量子點123僅會吸收能量較高之紫色光，而不會吸收該第一量子點121所激發出的光線，以有效地阻卻二次吸收的問題，防止發光效率降低，且在該LED發光裝置1中，係限制該第一量子點121之單位體積分布密度小於該第二量子點122及該第三量子點123，實為了更確實地提升整體發光效能。更具體的說，該第一量子點121的單位體積分布密度，係指其在單位體積內所具有的粒子數目，係小於該第二量子點122與該第三量子點123在單位體積內所具有的粒子數目，藉由該方式即可更為減緩折射現象導致之光線耗費情況，亦即藉由減少該第一量子點121的粒子數目，使光線被具較大粒徑之該第一量子點121折射的機率隨之降低。並且，使粒徑較大之該第一量子點121鄰近該紫色發光二極體晶片11設置，除了可消除前述的光線二次吸收現象外，亦可有效防止傳遞至該第二量子點122與該第三量子點123處的紫色光，受粒徑較大之該第一量子點121影響造成散射而無法有效被吸收激發，進而提升紫色光之使用率。
於本實施例中，該LED發光裝置1更具有一膠體13，供以封裝該紫色發光二極體晶片11，且該第一量子點121係摻雜於該膠體13 內，該第二量子點122及該第三量子點123設置於該膠體13外側。如第1A圖所示，粒徑較大之該第一量子點121，係摻雜於該膠體13中，並使該紫色發光二極體晶片11被該膠體13封裝於該基座10，透過該膠體13即可達到保護該紫色發光二極體晶片11與該第一量子點121之功效，以防止濕氣及氧化問題。較佳者，該膠體13可選用UV膠、矽膠或環氧樹脂，以更進一步防止該第一量子點121與該紫色發光二極體晶片11受到濕氣影響或產生氧化現象，進而提升保護效能。
此外，如第1B圖所示，該第二量子點122及該第三量子點123與該膠體13間亦可設有一透光隔絕層14，以利紫色光及該第一量子點121受激發產生的光線穿透，並同時阻絕熱能影響該第二量子點122及該第三量子點123。或如第1C圖所示，該第二量子點122及該第三量子點123係可封設於二阻障層124之間而形成薄膜狀結構體，且較佳者，該第二量子點122及該第三量子點123係呈層狀疊設封裝於該二阻障層124。該二阻障層124係供以保護該第二量子點122及該第三量子點123，達到阻絕熱能與防止受潮的功效，避免前述情況導致顏色變異及亮度降低，該二阻障層124係可選用聚對苯二甲酸乙二酯，或其他薄型化且可透光之等效材料，且其厚度係小於該第二量子點122及該第三量子點層123之厚度。特別一提的是該第二量子點122及該第三量子點123與呈杯狀結構之該基座10接觸設置，或是與該基座10相隔一距離皆可。此外，雖第1A~1C圖係以該第二量子點122與該第三量子點123分層設置為例，惟該第二量子點122與該第三量子點123之結構並不侷限於此，該第二量子點122與該第三量子點123亦可為彼此混合形成單層結構方式設置。
此外，該紫色發光二極體晶片11之尺寸較佳介於100~3660平方mil，並在封裝難易度、該LED發光裝置1整體體積大小及該紫色發光二極體晶片11之亮度等因素考量下，較佳可選用700~860平方mil之該紫色發光二極體晶片11，以防止面積過大影響封裝及該LED發光裝置1整體體積，或面積過小導致亮度與發光效率不佳之情況，並該紫色發光二極體晶片11之厚度亦可有所限制，較佳介於130~160μm。此外，較佳者，該紫色發光二極體晶片11之一較佳的應用條件為該紫色發光二極體晶片11發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，且該紫色發光二極體晶片11之順向電壓介於1.6~3.4V，較佳為3.32V；該紫色發光二極體晶片11之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片11之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片11之峰值順向電流為240mA，該紫色發光二極體晶片11之工作溫度介於-40℃~125℃。基於前述之應用條件下，係可使該LED發光裝置1具有較佳之出光效率。
請續參閱第2A及2B圖，其係為本發明第二實施例第一實施態樣之示意圖及第二實施態樣之示意圖。承第一實施例，相同之技術特徵即不再重述。於此係揭露另種該LED發光裝置1之結構，於此該量子點激發結構12係更包括二阻障層124，且該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123係層疊封設於該二阻障層124之間形成薄膜狀結構體。藉此係可進一步避免該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123受到外界環境的水氣影響，造成材料氧化而影響激發後的光線波長，導致該LED發光裝置1之光色偏差。除此之外透過該種結構，該量子點激發結構12亦可避免被該紫色發光二極體晶片11運作時的熱能影響，以 有效地隔絕熱能對量子點造成的顏色變異與亮度降低等不佳現象，且製造工序上相對簡單。如第2B圖所示，於本實施例另一實施態樣下，該LED發光裝置1亦可設置該膠體13，供以封裝該紫色發光二極體晶片11，並使該量子點激發結構12設於該膠體13外側，藉以保護該紫色發光二極體晶片11，避免空氣中的水氣滲入影響其光色與發光效率。同樣地，該膠體13可選用UV膠、矽膠或環氧樹脂，其原因請參閱前述內容。並於本實施例中，較佳者該第一量子點121係與一混合膠2相互混成設置，且該第一量子點121與該混合膠2之比例介於1：15~1：18，較佳比例為1：17，以具有最佳之激發效率。而該第二量子點122係與一混合膠2相互混成設置，且該第二量子點122與該混合膠2之比例介於1：5~1：8，較佳比例為1：7，同樣亦可具有最佳之激發效率。
請續參閱第3A、3B及3C及3D圖，其係為本發明第三實施例第一至四實施態樣之示意圖。承第一及第二實施例，相同之技術特徵於此即不再重述。如第3A圖所示，於本實施態樣中該量子點激發結構12係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片11至少一側，且該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123係層疊設置，該量子點激發結構12與該紫色發光二極體晶片11間並設有一透光隔絕層14，該透光隔絕層14之材料較佳者可為樹脂，並該基座10係為平板結構。特別一提的是，該量子點激發結構1除可如第3A圖所示覆設於該紫色發光二極體晶片11之主要出光側外，亦可呈弧形包覆於該紫色發光二極體晶片11之各面向，並於該量子點激發結構12與該紫色發光二極體晶片11間設有該透光隔絕層14，以防止該紫色發光二極體晶片11運行時的熱能影響該量子點激發結構12 造成激發出的光線波長偏差，影響整體出光效率與顏色。
如第3B圖所示，該量子點激發結構12同樣接觸覆設於該紫色發光二極體晶片11至少一側，以直接接收該紫色發光二極體晶片11之光線，更提升紫色光之光線使用率，而於此該量子點激發結構12更包括二阻障層124，且該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123係層疊封設於該二阻障層124之間形成薄膜狀結構體為例。進一步地，如第3C圖所示，該LED發光裝置1係可利用該膠體13封裝該紫色發光二極體晶片11及該量子點激發結構12，以進一步達到保護該紫色發光二極體晶片11及該量子點激發結構12之功效，避免水氣影響該紫色發光二極體晶片11或該量子點激發結構12產生氧化現象而影響發光效率與光色偏差。而該基座10為具凹槽101之杯狀結構時，其結構則可如第3D圖所示。
請續參閱第4A及4B圖，其係為本發明第四實施例第一實施態樣之示意圖及第二實施態樣之示意圖。承第一至第三實施例，相同之技術特徵於此即不再重述。於本實施例中，該量子點激發結構12更包括複數阻障層124，該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123分別封設於任二該阻障層124之間，亦即在該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123間皆設有該阻障層124，並使該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123與該等阻障層124疊設形成該量子點激發結構12。藉由各該阻障層124係可保護該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123，避免外在環境濕氣影響其激發效率與狀態。而如第4B圖所示，該LED發光結構1係可透過該膠體13封裝該紫色發光二極體晶片11，並使該量子點激發結構12係設於該膠體外側，藉以保護該紫 色發光二極體晶片11，避免空氣中的水氣滲入影響其光色與發光效率。
請續參閱第5A及5B圖，其係為本發明第四實施例第三實施態樣之示意圖及第四實施態樣之示意圖。於第四實施例之第三實施態樣中，該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123同樣分別封設於任二該阻障層124之間形成薄膜狀之該量子點激發結構12，且該量子點激發結構12係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片11一側，如第5A圖所示，惟該量子點激發結構12亦可成弧形包覆該紫色發光二極體晶片11之各面向設置。藉此，該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123即可直接接收來自該紫色發光二極體晶片11所發出的紫色光，並分別吸收且激發出各波長範圍之光線，進而混成所需白光。並如第5B圖所示，該LED發光裝置1亦可設有該膠體13，以封裝該紫色發光二極體晶片11及該量子點激發結構12，藉此達到保護效能。同樣地，該膠體13可選用UV膠、環氧樹脂或矽膠其中之一，其原因請參閱前述內容。
請續參閱第6A、6B及7圖，其係為本發明第五實施例之各剖面示意圖及發光頻譜圖。本發明於此揭示一種LED發光裝置1，其包括一基座10、一紫色發光二極體晶片11及一量子點激發結構12。該紫色發光二極體晶片11設置於該基座10以發出波長介於320nm~415nm之紫色光，該量子點激發結構12對應該紫色發光二極體晶片11設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構12包括一第一量子點121、一第二量子點122及一第三量子點123，其中該第一量子點121之粒徑大於該第二量子點122，該第二量子點122之粒徑大於該第三量子點123，該第一量子點121吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點122吸收部分紫色 光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點123吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。藉此，該量子點激發結構12透過紫色光之激發，即可混合形成白光，而使該LED發光裝置1具有極佳之顯色能力，且如前述使用紫色光作為激發光源，係可供該LED發光裝置1獲得較佳之發光效率。是以，本實施例所述之該LED發光裝置1，係拋棄以往單獨使用藍色發光二極體晶片作為激發光源之LED設計概念，進而達到兼具高發光效率、高顯色能力及防止人眼傷害之功效。其中，該LED發光裝置1之發光頻譜係如第7圖所示。
較佳者，該LED發光裝置1更具有一膠體13，供以封裝該紫色發光二極體晶片11，且該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123係摻雜於該膠體13。藉此使該第一量子點121、該第二量子點122及該第三量子點123有效地接收該紫色發光二極體晶片11之紫色光，並分別激發形成前述波長光線，進而混合形成所需白光。
同樣為提升該LED發光裝置1之整體發光效率，於此係揭露使該第一量子點121之單位體積分布密度D1小於該第二量子點122之單位體積分布密度D2及該第三量子點123之單位體積分布密度D3，即D1<D2；D1<D3，防止具有較大粒徑之該第一量子點121提高折散射之機率。並於本實施例中，該第一量子點121與該膠體13之混合比例介於1：15~1：18，較佳比例為1：17，以具有最佳之激發效率。而該第二量子點與該膠體13之混合比例介於1：5~1：8，較佳比例為1：7，同樣亦可具有最佳之激發效率。
同樣地，該LED裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色 光波長較佳可介於320nm~400nm，以使用不可見之紫外光激發該量子點激發結構12，使該LED發光裝置1提供白光。亦可使該LED發光裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色光波長較佳介於400nm~415nm，以利用可見之紫光激發該量子點激發結構12。該紫色發光二極體晶片11之尺寸係介於100~3660平方mil。並在封裝難易度、該LED發光裝置1整體體積大小及該紫色發光二極體晶片之亮度等因素考量下，較佳可選用700~860平方mil之該紫色發光二極體晶片11，以防止面積過大影響封裝及該LED發光裝置1整體體積，或面積過小導致亮度與發光效率不佳之情況，並該紫色發光二極體晶片11之厚度亦可有所限制，較佳介於130~160μm。此外，該紫色發光二極體晶片11之一較佳的應用條件為該紫色發光二極體晶片11發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，且該紫色發光二極體晶片11之順向電壓介於1.6~3.4V，較佳為3.32V；該紫色發光二極體晶片11之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片11之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片11之峰值順向電流為240mA，該紫色發光二極體晶片11之工作溫度介於-40℃~125℃。基於前述之應用條件下，係可使該LED發光裝置1具有較佳之出光效率。
此外，該基座10亦可為一平板結構或一杯狀結構，如第6A圖所示，即為以該基座10為平板結構為例之示意說明，如第6B圖所示，即為該基座10為杯狀結構為例之示意說明。且該基座10可選自陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一，以具有較佳之剛性與散熱效能。並考量該LED發光裝置1於封裝之難易度，以及對於該量子點激發結構12及該紫色發光二極體晶片11之影響，較佳 者，該膠體13係可為UV膠、矽膠或環氧樹脂。
請續參閱第8A、8B及9圖，其係為本發明第六實施例之各剖面示意圖及發光頻譜示意圖。於本實施例中，該LED發光裝置1包括一基座10、一紫色發光二極體晶片11及一量子點激發結構12。該紫色發光二極體晶片11設置於該基座10以發出波長介於320nm~415nm之紫色光，該量子點激發結構12對應該紫色發光二極體晶片11以供吸收紫色光，該量子點激發結構12包括一第一量子點121及一第二量子點122，其中該第一量子點121之粒徑大於該第二量子點122，該第一量子點121吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點122吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。特別一提的是，當該LED發光裝置1作為長時間供給人眼光線之光源時，由於介於415nm~455nm波長的光線亦即常稱之藍光，會對人眼造成眼部病變，因此如何減低前述波長範圍的光線量係為一重要的設計方向。有鑒於此，本實施例中所揭示之該LED發光裝置1，除捨棄以藍光作為激發光源之設計，更可達到完全不具有前述波長範圍光線射出之功效，因此可適用作為供給人眼光線之光源，在長時間使用下，亦不會對人體有所傷害，同時仍保有高發光效率，進而達到兼具高發光效率及防止藍光對人眼傷害之功效。
較佳者，該LED發光裝置1更具有一膠體13，供以封裝該紫色發光二極體晶片11，且該第一量子點121及該第二量子點122係摻雜於該膠體13中，藉由該膠體13係可達到封裝保護該紫色發光二極體晶片11及該量子點激發結構12之功效，使該量子點激發結構12可有效受紫色光所激發以發出前述波長範圍之光線，而該LED發光裝置1之發光頻譜係 如第9圖所示。
其中，為提升該LED發光裝置1之整體發光效率，於此係揭露使該第一量子點121之單位體積分布密度D1小於該第二量子點122之單位體積分布密度D2，防止具有較大粒徑之該第一量子點121提高折散射之機率。並於本實施例中，該第一量子點121與該膠體13之混合比例介於1：15~1：18，較佳比例為1：17，以具有最佳之激發效率。而該第二量子點與該膠體13之混合比例介於1：5~1：8，較佳比例為1：7，同樣亦可具有最佳之激發效率。
同樣地，該LED發光裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色光波長較佳可介於320nm~400nm，以使用不可見之紫外光激發該量子點激發結構12，使該LED發光裝置1提供白光。亦可使該LED發光裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色光波長較佳介於400nm~415nm，以利用可見之紫光激發該量子點激發結構12。並該紫色發光二極體晶片11之尺寸係介於100~3660平方mil。並在封裝難易度、該LED發光裝置1整體體積大小及該紫色發光二極體晶片11之亮度等因素考量下，較佳可選用700~860平方mil之該紫色發光二極體晶片11，以防止面積過大影響封裝及該LED發光裝置1整體體積，或面積過小導致亮度與發光效率不佳之情況，並該紫色發光二極體晶片11之厚度亦可有所限制，較佳介於130~160μm。此外，該紫色發光二極體晶片11之一較佳的應用條件為該紫色發光二極體晶片11發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，且該紫色發光二極體晶片11之順向電壓介於1.6~3.4V，較佳為3.32V；該紫色發光二極體晶片11之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二 極體晶片11之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片11之峰值順向電流為240mA，該紫色發光二極體晶片11之工作溫度介於-40℃~125℃。
此外，該基座10亦可為一平板結構或一杯狀結構，如第8A圖所示，即為以該基座10為平板結構為例之示意說明，如第8B圖所示，即為該基座10為杯狀結構為例之示意說明。且該基座10可選自陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一，以具有較佳之剛性與散熱效能。並考量該LED發光裝置1於封裝之難易度，以及對於該量子點激發結構12及該紫色發光二極體晶片11之影響，較佳者，該膠體係可為UV膠、矽膠或環氧樹脂。
請續參閱第10A、10B及11圖，其係為本發明第七實施例之各剖面示意圖及發光頻譜示意圖。於本實施例中，該LED發光裝置1包括一基座10、一紫色發光二極體晶片11、一藍色發光二極體晶片15及一量子點激發結構12。該紫色發光二極體晶片11設置於該基座10以發出波長介於320nm~415nm之紫色光，該藍色發光二極體晶片15設置於該基座10，並與該紫色發光二極體晶片11並排設置，該藍色發光二極體晶片15之藍色光波長介於420~440nm，其中，該紫色發光二極體晶片11為主要激發源，該藍色發光二極體晶片15為次要激發源。該量子點激發結構12對應該紫色發光二極體晶片11及該藍色發光二極體晶片15設置以供吸收紫色光與藍色光，且該量子點激發結構12主要係由該紫色發光二極體晶片11所激發而發出光線，該量子點激發結構12包括一第一量子點121及一第二量子點122，其中該第一量子點121之粒徑大於該第二量子點122，該第一量子點121吸 收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點122吸收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。藉此，該LED發光裝置1即可具有高顯色能力及發光效率，特別一提的是，該量子點激發結構12主要係利用紫色光作為激發用光線，以具有較佳的激發效率，而藍色光除可一併作為次要激發該量子點激發結構12之光線外，亦扮演提升該LED發光裝置1顯色能力之角色，在具有高顯色需求的顯示裝置中，該LED發光裝置1提供之白光顯色能力更見重要。是以，本實施例所述之該LED發光裝置1，係拋棄以往僅單獨使用藍色發光二極體晶片作為激發光源之LED設計概念，利用紫色光作為激發光源，進而達到兼具高發光效率、高顯色能力及防止人眼傷害之功效。而該LED發光裝置1之發光頻譜係如第11圖所示。
較佳者，該LED發光裝置1更具有一膠體13，供以封裝該紫色發光二極體晶片11及該藍色發光二極體晶片15，且該第一量子點121及該第二量子點122係摻雜於該膠體13中，藉由該膠體13係可達到封裝保護該紫色發光二極體晶片11、該藍色發光二極體晶片15及該量子點激發結構12之功效，使該量子點激發結構12可有效受紫色光與部分藍色光所激發以發出前述波長範圍之光線，而該LED發光裝置1之發光頻譜係如第11圖所示。或可使該膠體13封裝該紫色發光二極體晶片11及該藍色發光二極體晶片15，且該第一量子點121摻雜於該膠體13，該第二量子點122設置於該膠體13外側，於此係以該第一量子點121及該第二量子點122摻雜於該膠體13之態樣為例說明。其中，該第一量子點121之單位體積分布密度D1小於該第二量子點122之單位體積分布密度D2，防止具有較大粒徑之該第 一量子點121提高折散射之機率。並於本實施例中，該第一量子點121與該膠體13之混合比例介於1：15~1：18，較佳比例為1：17，以具有最佳之激發效率。而該第二量子點與該膠體13之混合比例介於1：5~1：8，較佳比例為1：7，同樣亦可具有最佳之激發效率。
同樣地，該LED發光裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色光波長較佳可介於320nm~400nm，以使用不可見之紫外光激發該量子點激發結構12，使該LED發光裝置1提供白光。亦可使該LED發光裝置1之該紫色發光二極體晶片11之紫色光波長較佳介於400nm~415nm，以利用可見之紫光激發該量子點激發結構12。並該紫色發光二極體晶片11之尺寸係介於100~3660平方mil。並在封裝難易度、該LED發光裝置1整體體積大小及該紫色發光二極體晶片之亮度等因素考量下，較佳可選用700~860平方mil之該紫色發光二極體晶片11，以防止面積過大影響封裝及該LED發光裝置1整體體積，或面積過小導致亮度與發光效率不佳之情況，並該紫色發光二極體晶片11之厚度亦可有所限制，較佳介於130~160μm。此外，該紫色發光二極體晶片之一較佳的應用條件為該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)，且該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V，較佳為3.32V；該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA，該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
此外，該基座10亦可為一平板結構或一杯狀結構，如第10A圖所示，即為以該基座10為平板結構為例之示意說明，如第10B圖所示， 即為該基座10為杯狀結構為例之示意說明。且該基座10可選自陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一，以具有較佳之剛性與散熱效能。並考量該LED發光裝置1於封裝之難易度，以及對於該量子點激發結構12及該紫色發光二極體晶片11之影響，較佳者，該膠體係可為UV膠、矽膠或環氧樹脂。
綜上所述，本發明之LED發光裝置，係捨棄傳統單獨使用藍色晶片作為激發光源之做法，而使用該紫色發光二極體晶片做為激發該量子點激發結構之光源，即可提升該LED發光裝置之發光效率與防止藍光對於人眼造成之傷害，同時亦可進一步提高顯色能力，以滿足高顯色需求。利用紫光作為激發光源，相較於傳統僅利用藍光係可獲得更高的亮度與發光效率，同時又可防止藍光對眼睛造成傷害。進一步地，經由特殊配置的該量子點激發結構，則可有效解決光線二次吸收造成的轉換效率低下缺失，並可使各量子點所激發出的光線波長穩定，不易產生光色偏差現象，進而提供穩定且精確的白光，且可針對特定波長光線比重進行調整。並該LED發光裝置基於各種考量因素衍生之眾多對應結構實施態樣，皆可更進一步地提升該LED發光裝置之發光效率、光色呈現與去除藍光傷害之功效。
惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

Claims (96)

  1. 一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點、一第二量子點及一第三量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第二量子點之粒徑大於該第三量子點，且該第一量子點之單位體積分布密度D 1小於該第二量子點之單位體積分布密度D 2及該第三量子點之單位體積分布密度D 3，即D 1<D 2；D 1<D 3，該第一量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L 1，小於該第二量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L 2及該第三量子點與該紫色發光二極體晶片之相對距離L 3，即L 1<L 2；L 1<L 3，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點係摻雜於該膠體，該第二量子點及該第三量子點設置於該膠體外側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點及該第三量子點與該膠體間係設有一透光隔絕層。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點及該第三量子點係封設於二阻障層之間而形成薄膜狀結構體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中，該量子點激發結構更包括二阻障層，該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點係層疊封設於該二阻障層之間形成薄膜狀結構體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該量子點激發結構係設於該膠體外側。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之LED發光裝置，其中，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片一側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該量子點激發結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中，該量子點激發結構更包括複數阻障層，該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點分別封設於任二該阻障層之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該量子點激發結構係設於該膠體外側。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之LED發光裝置，其中，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片一側。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該量子點激發結構。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之LED發光裝置，其中，該量子點激發結構係接觸覆設於該紫色發光二極體晶片至少一側，且該量子點激發結構與 該紫色發光二極體晶片間設有一透光隔絕層。
  14. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為一平板結構或一杯狀結構。
  15. 如申請專利範圍第5至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點係與一混合膠相互混成設置，且該第一量子點與該混合膠之比例介於1：15~1：18。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點與該混合膠之較佳比例為1：17。
  17. 如申請專利範圍第5至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點係與一混合膠相互混成設置，且該第二量子點與該混合膠之比例介於1：5~1：8。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該混合膠之較佳比例為1：7。
  19. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm。
  20. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm。
  21. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸較佳為700~860平方mil。
  23. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中， 該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)。
  24. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V。
  25. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm。
  26. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW。
  27. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA。
  28. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
  29. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
  30. 如申請專利範圍第1至13項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為陶瓷材料、鋁、銅、熱固性環氧樹脂、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。
  31. 如申請專利範圍第4至12項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該阻障層之材料為聚對苯二甲酸乙二酯。
  32. 如申請專利範圍第2或3或4或6或8或10或12項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該膠體為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一。
  33. 一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點、一第二量子點及一第三量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第二量子點之粒徑大於該第三量子點，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，該第三量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於430~470nm，進而相互混合形成白光。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點、該第二量子點及該第三量子點係摻雜於該膠體。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點之單位體積分布密度D 1小於該第二量子點之單位體積分布密度D 2及該第三量子點之單位體積分布密度D 3，即D 1<D 2；D 1<D 3。
  36. 如申請專利範圍第34至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點與該膠體之較佳混合比例為1：17。
  38. 如申請專利範圍第34至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中， 該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該膠體之較佳混合比例為1：7。
  40. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm。
  41. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm。
  42. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為一平板結構或一杯狀結構。
  43. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述所述之LED發光裝置，其中，該基座為陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。
  44. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該膠體為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一。
  45. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil。
  46. 如申請專利範圍第45項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸較佳為700~860平方mil。
  47. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)。
  48. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝 置，其中，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V。
  49. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm。
  50. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW。
  51. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA。
  52. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
  53. 如申請專利範圍第33至35項其中任一項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
  54. 一種LED發光裝置，其包括：一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光，該量子點激發結構包括一第一量子點及一第二量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第一量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。
  55. 如申請專利範圍第54項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封 裝該紫色發光二極體晶片，且該第一量子點及該第二量子點係摻雜於該膠體。
  56. 如申請專利範圍第55項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點之單位體積分布密度D 1小於該第二量子點之單位體積分布密度D 2。
  57. 如申請專利範圍第55至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18。
  58. 如申請專利範圍第57項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點與該膠體之較佳混合比例為1：17。
  59. 如申請專利範圍第55至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8。
  60. 如申請專利範圍第59項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該膠體之較佳混合比例為1：7。
  61. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm。
  62. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm。
  63. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為一平板結構或一杯狀結構。
  64. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。
  65. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中， 該膠體為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一。
  66. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil。
  67. 如申請專利範圍第66項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸較佳為700~860平方mil。
  68. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)。
  69. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之順向電壓介於1.6~3.4V。
  70. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之紫色光，其發光頻譜之半峰全寬值介於14~15nm。
  71. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW。
  72. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA。
  73. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之厚度介於130~160μm。
  74. 如申請專利範圍第54至56項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之工作溫度介於-40℃~125℃。
  75. 一種LED發光裝置，其包括： 一基座；一紫色發光二極體晶片，設於該基座以發出紫色光，且其波長介於320~415nm；一藍色發光二極體晶片，設於該基座以發出藍色光，並與該紫色發光二極體晶片並排設置，該藍色發光二極體晶片之藍色光波長介於420~440nm，其中該紫色發光二極體晶片為主要激發源，該藍色發光二極體晶片為次要激發源；及一量子點激發結構，對應該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片設置以供吸收紫色光與藍色光，該量子點激發結構包括一第一量子點及一第二量子點，其中該第一量子點之粒徑大於該第二量子點，該第一量子點吸收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於620~660nm，該第二量子點吸收部分紫色光及部分藍色光後所激發之光線波長介於510~540nm，進而相互混合形成白光。
  76. 如申請專利範圍75項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點之單位體積分布密度D 1小於該第二量子點之單位體積分布密度D 2。
  77. 如申請專利範圍第76項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片，且該第一量子點及該第二量子點係摻雜於該膠體。
  78. 如申請專利範圍第76項所述之LED發光裝置，更具有一膠體，供以封裝該紫色發光二極體晶片及該藍色發光二極體晶片，且該第一量子點摻雜於該膠體，該第二量子點設置於該膠體外側。
  79. 如申請專利範圍第76至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中， 該第一量子點係與該膠體之混合比例介於1：15~1：18。
  80. 如申請專利範圍第79項所述之LED發光裝置，其中，該第一量子點與該膠體之較佳混合比例為1：17。
  81. 如申請專利範圍第76至77項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該膠體之混合比例介於1：5~1：8。
  82. 如申請專利範圍第81項所述之LED發光裝置，其中，該第二量子點與該膠體之較佳混合比例為1：7。
  83. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為320nm~400nm。
  84. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出的紫色光波長為400nm~415nm。
  85. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該基座為一平板結構或一杯狀結構。
  86. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述所述之LED發光裝置，其中，該基座為陶瓷材料、鋁材料、銅材料、熱固性環氧樹酯、熱固性矽膠或熱塑性塑膠其中之一。
  87. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該膠體為UV膠、矽膠或環氧樹脂其中之一。
  88. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸係介於100~3660平方mil。
  89. 如申請專利範圍第88項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之尺寸較佳為700~860平方mil。
  90. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片發出之紫色光位於CIE1931色度座標(0.403,0.426)。
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  93. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之輻射功率介於130~230mW。
  94. 如申請專利範圍第75至78項其中任一項所述之LED發光裝置，其中，該紫色發光二極體晶片之峰值順向電流為240mA。
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