TW569479B - White-light LED applying omnidirectional reflector - Google Patents

Description

569479 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 一種應用全方位反射片之白光發光二極體，應用於發 出白光之發光模組。 【先前技術】 所谓「白光」通常係指一種多顏色的混合光，以人眼 所見之白色光至少包括二種以上波長之色光所形成，例 如：藍色光加黃色光可得到二波長之白光，藍色光、綠色 光、紅色光混合後可得到三波長之白光。 現在家庭用室内照明光源如日光燈、U型省電燈泡及 小型手電筒照明、汽車/飛機/船内之照明等，使用之光源 :發射的光線皆為三波長之白光，且在目前薄膜電晶體= 曰曰顯示器（TFT-LCD)中所使用之背光源亦為三波長之白 ，，因此，可見用以發出白光之發光模組在照明

有相當大的比重。 ％ T 而用以發出白光之發光模組中的白光發光二 =其，有下列特性J1)體積小··可用於平面封裝之照明使 用，且可視其使用環境做多顆及多種的搭配組入， 里低、發光壽命長：其發光壽命可達5萬小時以 x…、 傳統鎢絲燈泡高出5 0 - 1 0 0倍（3)不易破：由於白朵^ =般 體是以透明樹脂作為其外罩，因此可耐震與 ς 1 —極 污染：由於其内部結構不含水銀，因此沒有污無 處理問題（5)低耗電量：其耗電量約是一般鎢絲^棄物 1/3〜1/5，因此，白光發光二極體被喻為「且昭、 源」的明日之星。 已 >、、、明先

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白光發光二極體可依照 有機白光發光二極體與無機 品化成熟的產品’是由日本 發光二極體，其結構示意圖 外光發光二極體晶片1 〇的外 外光發光《—極體晶片1 〇所發 38 0 -40 0nm，利用紫外光/藍 光線激發黃光螢光粉2 〇產生 色光發射出來，此藍色光配 -一波長的白光。 其内部所填充的物質而分為： 白光發光二極體。而目前已商 曰亞化學所研發出的無機白光 請參考「第1圖」所示，在紫 圍填充有黃光螢光粉2 〇，此紫 出紫外光之波長約為 $發光二極體晶片1 0所發出的 黃色光，同時也會有部份的藍 合上百色光即形成藍黃混合之 光粉20 的大部 此^必 以降低 為 露的發 器（UV 封裝。 吸收阻 害，因 效率。 而，利用紫外光/藍光發光二極體晶片10與黃光 組合而成之白光發光二極體，由於藍光佔發光光譜 份，因此，其色溫偏高，且光源色控制不易，因 須提高紫外光/藍光與黃光螢光粉20作用的機合， 藍光強度或是提高黃光的強度。 曰 改善上述之缺點，在美國專利第5,9 6 2,9 7 1號所揭 光二極體’如「第2圖」所# ’便使用紫外光渡波 filter) 30作為發光二極體螢光粉層4〇光出射面的 此方式除可增加螢光粉層40的發光均勻度外，並可 絕發光二極體晶片50所發出之紫外光對人眼的 此會形成紫外光的耗損，而降低發光二極體的發光

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569479 五、發明說明

上鍍上一層短波穿透濾波器（short wave pass fiiter)， 以增加發光晶片之紫外光出射里與發光一極體發光面之可 見光（螢光）反射量；另一方面，在紫外光/藍光發光二極體 之前端出射面以可見光穿透濾波器（long wave pass fi Iter)作封裝，以增加可見光的穿透率。 然而，由紫外光/藍光發光二極體晶片所發射出的光 線’發射出去後’並沒有有效地控制其行進路徑。因此， 這些光線可能直接由螢光粉層吸收，或是直接被散射離開 紫外光/藍光發光二極體，而形成紫外光的耗損，進而降 低其發光效率。 【發明内容】 繁於以上習知技術的問題，本發明之目的在於提供一 種應用全方位反射片之白光發光二極體，利用介質化全方 位反射片（dielectric 0mnidirecti0nal reflect〇r)取代 習知紫外光/藍光發光二極體令鍍於碗杯結構壁面上的紫 外光及可見光反射層，以便於發光二極體晶片的二側形成 法布里-柏羅（Fabry-Perot)共振腔的結 =二極體之發光效率。此全方位反射片僅反射： 二 例=長為47°nm之藍光，或是波長範圍為 380-400nm之紫外光。 人方m ϊ:具有特定波長之螢光膠夾置於鍍有介質化 王方位反射片的玻璃基板中間，而 發出紫外光或是藍光的發光一極俨曰广广又置有用以 片發出之: 。當發光二極體晶 '、 5疋上光穿過螢光膠時，此光線會激發螢

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569479 五、發明說明（5) 射片8 2上利用蝕刻的方式形成電路，再將發光二極體晶片 6 〇固晶於製作好的電路上即可。而此發光二極體晶片6 〇可 採用藍光發光二極體晶片6〇，或是紫外光發光二極體晶片 60 〇 而在發光二極體晶片6 〇的外圍，塗佈有用以產生螢光 的螢光勝7 0，此螢光膠是由螢光粉與樹脂混合而成。而本 發明所採用的螢光膠有二種：第一種是用以產生黃色光的 螢光膠――將釔鋁石榴石（YAG)螢光粉添加鈽與矽膠以1比20 的比例混合而成；而第二種是用以產生紅綠藍（RGB)三原色 的螢光膠70 —鋇鋁氧化物添加銪離子（BaA1丨〇〇17 : Eu2 + )、 鎖銘氧化物添加銪離子及錳離子（BaAl 1 〇〇1 7 : Eu2 +，Mn2 + ) 及氧化紀添加銪與絲（γ 2 〇 3 : E u，B i )，與石夕膠以1比2 0的比 例混合，而形成螢光膠70。 而白光發光二極體所使用之螢光粉的發光可見光光 譜’需針對發光二極體晶片6 0所發出的光之波長而設計； 當使用不同的發光二極體晶片6 〇時，亦需使用相對應其光 波長的螢光粉，才會產生螢光。 而兩片全方位反射片8 0，係相對稱地夾置於發光二極 體晶片與螢光膠7 〇的二側，且與發光二極體晶片6 〇的出射 面6 1相平行。而其中正對出射面6 1之全方位反射片係為前 端全方位反射片8 1，而與其相對稱的全方位反射片係為後 端全方位反射片8 2。 此前端全方位反射片8 1與後端全方位反射片8 2之製作 是在玻璃基板的表面上鍍上一層氧化石夕/三氧化二I呂而

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而在前端全方位反射片8 1鍍有氧化矽/三氧化二鋁材 料的另一面，由於其為白光發光二極體的光線出射端，因 此，可在其表面上製作繞射光學元件（Diffractive

Optical Element; DOE)、半球形鏡（Dome lens)、微透鏡 (Microlens)、可見光穿透滤波器（Long wave pass filter)或是防反光膜（Anti-reflection coating)等光學 元件，以增加白光發光二極體發出之可見光的亮度。 而本發明之第二實施例，如「第4圖」所示，其結構大致 與第三實施例相同，只是在發光二極體晶片6 〇光線出射面 61上多設置一個短波穿透濾波器（sh〇 rt wave pass f i Iter) 62，以增加發光二極體晶片60之光線出射量，並 使螢光粉所激發出的可見光反射出去。 而本發明之第三實施例，其與第一實施例及第二實施 例大致相同，前端全方位反射片8 1為全方位反射片，而後 端全方位反射片8 2可用金屬鍍膜或是反射片來取代，同樣 可以達到相同的發光效果。 而本發明所研發之白光發光二極體的第四實施例，請 參考「第5圖」所示，首先，將藍光或是紫外光發光二極 體晶片6 0固晶於支架的碗杯9 0中，此支架的二個接腳1 〇 〇 係為各自獨立的金屬電極，用以通入電流。 而在發光二極體晶片6 0的外圍塗佈上螢光膠7 0，並於螢光 膠7 0的表面鍍上一層氧化石夕/三氧化二紹材料，以作為全 方位反射片8 0。 藉由支架的金屬電極通入電流，而驅動發光二極體晶

569479 五、發明說明（8) 片60發光，當其所發出的光線穿過螢光膠7〇時，此光線會 激發螢光粉發出螢光。而藉由此全方位反射片8 〇會將光線 局限於螢光膠70内，使其在螢光膠7〇中反覆且多方向的反 射，以提高白光的轉換效能。藉由控制全方位反射片8 〇對 於藍光反射率的不同，即可調整白光發光二極體所發出光 線之色溫。 本發明依據第一實施例的架構，做了二個對照的實 驗’但其負責發出藍光或是紫外光的發光二極體晶片6 〇並 沒有設置於螢光膠7 0内，而是設置於前端全方位反射片8 ( 的另一侧，請參考「第6圖」所示。 所得的貫驗曲線如「附件1」所示，曲線A為有使用全 方位反射片8 0之白光發光二極體所量測得到光之強度，而 相對應於曲線A之曲線B，它是一般沒有使用全方位反射片 80之白光發光二極體所量測得到光之強度。 由曲線圖中可明顯地看出：有使用全方位反射片8 〇之 白光發光二極體其光線的強度比沒有使用全方位反射片8 〇 之白光發光二極體的光線之強度大了一倍以上。由此可 知，本發明之應用全方位反射片的白光發光二極體相較於 習知之白光發光二極體有極佳的發光強度。 以上=述者’僅為本發明其中的較佳實施例而已，並 非用來限定本發明的實施範圍；即凡依本發明申 圍所作的均等變化與修飾，冑為本發明專利範圍所涵蓋。

569479 圖式簡單說明 第1圖為習知之無機白光發光二極體的結構示意圖； 第2圖為習知之以紫外光濾波器作為發光二極體螢光粉層 光出射面封裝的結構示意圖； 第3圖為本發明之第一實施例的結構示意圖； 第4圖為本發明之第二實施例的結構示意圖； 第5圖為本發明之第四實施例的結構示意圖； 第6圖為本發明之應用全方位反射片之白光發光二極體的 貫驗架構不意圖；及 附件1為有使用及沒有使用全方位反射片之白光發光二極 體所量測得到光強度之曲線圖。 【圖式符號說明】 10 紫外光發光二極體晶片 20 黃光螢光粉 30 紫外光濾波器 40 螢光粉層 50 發光二極體晶片 60 發光二極體晶片 61 出射面 6 2 短波穿透濾波器 70 螢光膠 80 全方位反射片 81 前端全方位反射片 82 後端全方位反射片 9 0 碗杯

第12頁 569479 圖式簡單說明 100 接腳

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Claims (1)

1. 569479 六、申請專利範圍 1 · 一種應用全方位反射片之白光發） 一發光二極體晶片，以一出x射 一螢光膠，係由一螢光粉與一 佈於該發光二極體晶片之外圍f及 兩全方位反射片，相對稱地爽 發光二極體之二侧，且與該出射面 射面之全方位反射片係為一前端全 前端全方位反射片相對稱處係:二 當該發光二極體晶片發出^兮 時，該光線會激發該螢光粉發出^ 射片會限制該光線於該螢光膠内， 反覆且多方向的反射，以提高白光 2.如申請專利範圍第1項所述之應用 發光一極體’其中該發光二極體晶片 晶片。 且_ 3·如申請專利範圍第1項所述之應用 發光一極體’其中該發光二極體晶片 體晶片。 _ 4.如申請專利範圍第1項所述之應用 發光一極體’其中該發光二極體晶片 括有一短波穿透濾波器，以增加該發 出射量。 以X 5 ·如申5青專利範圍第1項所述之應用 發光二極體，其中該螢光粉係為釔鋁 Zj —極體’其包括有· 面發射出一光線； 樹脂混合而成，並塗 置於該螢光膠及該 平行，其中正對該出 方位反射片，而與該 後端全方位反射片； 光線穿過該螢光膠 光，而兩該全方位反 使其在該螢光膠中 的轉換效能。 全方位反射片之白光 係為藍光發光二極體 全方位反射片之白光 係為紫外光發光二極 全方位反射片之白光 之光線出射面上更包 光二極體晶片之光線 全方位反射片之白光 石榴石（YAG)螢光粉

   569479 六、申請專利挑圍 添加姉。 6. 如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白光 發光二極體，其中該螢光粉係為產生紅綠藍（)三原色 的螢光粉-鋇鋁氧化物添加銪離子（BaAl 1 001 7 : Eu2 + )、鋇 紹氧化物添加銪離子及锰離子（BaA110017:Eu2 +，Mn2 + )及 氧化釔添加銪與鉍（Y203:Eu，Bi)。 7. 如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白光 發光二極體，其中該螢光粉之發光可見光光譜需配合該發 光二極體晶片之發光波長。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白光 |發光二極體，其中該前端全方位反射片之製作係在一玻璃 基板上鑛上一層氧化矽與三氧化二鋁而成。 9士、如申請專利範圍第8項所述之應用全方位反射片之白光 电光一極體，其中該前端全方位反射片鍍有氧化矽與三氧 化一叙材料的另一面更包括有繞射光學元件。 10 · &如申请專利範圍第8項所述之應用全方位反射片之白 ，，光一極體，其中該前端全方位反射片鍍有氧化矽盥三 氧匕一鋁材料的另一面更包括有半球形鏡。 > ϋ ^申明專利範圍第8項所述之應用全方位反射片t ό 光發光二極髀，甘士 4 〜Α之臼 氧化二鋁材；的；前端全方位反射片鍍有氧化矽與三 19 |Γ叶的另一面更包括有微透鏡。 ^ ^ ^專利範圍第8項所述之應用全方位反射片t g 與三 氧 ，八中该前端全方位反射片鍍有氧化矽 乳銘材料的另-面更包括有可見光穿透渡波器 第15頁 569479 六、申請專利範圍 13 · &如申請專利範圍第8項所述之應用全方位反射片之白 ，發光二極體，其中該前端全方位反射片鍍有氧化矽與三 氧化二鋁材料的另一面更包括有抗反射膜。 14·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該前端全方位反射片之製作係為 質鍍膜。 & 15·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該前端全方位反射片之製作方法係選 自由自組成、矽凝膠溶膠、濺鍍、電子搶蒗鍍、化知 沉積所成組合之一。 ^ 16·如申請專利範圍第！項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該後端全方位反射片之製作係在一玻 璃基板上鑛上一層氧化矽與三氧化二鋁而成。 17·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該後端全方位反射片之製作係 質鍍膜。 电 18·如申％專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 光毛光一極體，其中該後端全方位反射片之製作方法係選 自由自組成、矽凝膠溶膠、濺鍍、電子槍蒸鍍、化 沉積所成組合之一。 L^ 19·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 光I光一極體，其中該後端全方位反射片之製作係為金屬 20·如申請專利範圍第1項所述之應用全方位反射片之白 II1 IIL· L.iM 11 a

   第16頁 569479 六、申請專利範圍 光發光二極體’其中該後端全方位反射片係為反射片。 21. —種應用全方位反射片之白光發光二極體，係於一支 架的碗杯中設置有一發光二極體晶片’该支架具有兩個獨 立的金屬電極，用以通入電流而驅動该發光二極體晶片發 出一光線，該發光二極體晶片之周圍塗佈有一螢光膠，其 係由一螢光粉與一樹脂混合而成’當该發光二極體晶片發 出的光線穿過該螢光膠時，該光線會激發該螢光粉發出螢 光，其特徵在於： 該螢光膠之表面具有一全方位反射片，該全方位反 射片會將該光線局限於該螢光膠内，使其在該螢光膠中 反覆且多方向的反射，以提高白光的轉換效能。 2 2·如申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該發光二極體晶片係為藍光發光二極 體晶片。 2 3.如申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該發光二極體晶片係為紫外光發光二 極體晶片。 24.如申請專利範圍第21項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體’其中該螢光粉係為釔鋁石榴石（YAG)螢光 粉添加鈽。 2 5.如申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體’其中該螢光粉係為產生紅綠藍（RGB)三原 色的螢光粉-鎖無氧化物添加銪離子（6^11〇〇17:5：112 + )、 鋇紹氧化物添力π銪離子及錳離子（BaA1丨〇〇1 7 : Eu2 +，Mn2 + )

   第17頁 569479 六、申請專利範圍 · 及氧化纪添加銷與絲（Y 2 0 3 ·· E u ’ B i)。 2 6.如申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 光發光二極體，其中該螢光粉之發光可見光光譜需配合該 發光二極體晶片之發光波長。 如申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 二舍光二極體，其中該全方位反射片之製作係為介電質鍍 膜。 2 8 4t 光·么二申請專利範圍第2 1項所述之應用全方位反射片之白 /發光二極體，其中該全方位反射片之製作係在一玻璃基 反上鍛上一層氧化矽與三氧化二鋁而成。