TWI373988B - Light-emitting device and applications thereof - Google Patents

Description

1373988 九、發明說明__________________________ 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體元件（Light Emitting diode ; LED)及其應用’且特別是有關於一種具有驅動電流 調控裝置的發光二極體元件及其應用。 【先前技術】 發光一極體元件具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、 耐撞擊、體積小、反應速度快、無汞以及可發出穩.定波長的 色光等良好光電特性，因此常應用於家電、儀表之指示燈' 光電產品之應用。隨著光電科技的進步’發光二極體元件在 提升發光效率、使用壽命以及亮度等方面已有長足的進步， 在不久的將來將成為未來發光元件的主流。 以液晶顯示器的背光模組為例，通常使用複數個發光二 極體元件’將各發光二極體元件的光線均句分佈在背光模組 之顯示面上。 ▲然而，發光二極體晶粒之製作係採蟲晶製程，其製程相 當繁複’因而在同一晶圓上所製作出之發光二極體晶粒盔法 表現出-致的光電特性’例如亮度或波長等均可能會有所差 :。因此’發光二極體晶粒製造商在屋晶完成後，會將不同 光學規格之發光二極體晶粒卩八 格範圍(bin)。 。”出來’也就疋俗稱的區分規 實務上’為了因應待定規格範圍之發光二極體晶粒的 求置，常會擴大晶圓的產量’因而額外地生產出其他具有不 1373988 .同光學規格的發光二極體晶粒，而其製程成本則轉嫁至特定 規格範圍的發先二極體上。因此，發光二極體晶粒之單價與 色度規格範圍之間有著报大之關聯。若需求的色度規格較寬 ‘鬆’規格範圍涵蓋較大，價格就會㈣便宜；但是若需求的 色度求規格僅涵蓋獨特小規格範圍之發光二極體晶粒例如 特定亮度或波長’其價格將非常昂貴。 一般而言，背光模組的發光元件若採用規格範圍較寬， 如色度不均之發光二極體晶粒’將使背光模組之顯示面產生 顏色不均的色塊。為了避免此一現象發生"必須將各每一個 發光二極體晶粒的色度規格限制在狹小的範圍内，例如色度 座標值（X，y)差異在〇.01内，如此才能確定發光元件中各個晶 粒的色度規格保持在一定範圍之内。 然而，採用色度或亮度規格範圍狹小的發先二極體晶 粒’則會使得發光元件成本難以下降而不具量產性。 因此，有需要提供一種成本低廉且亮度與顏色均勻的發 光二極體元件。 ’ ) 【發明内容】 因此，本發明之目的就是在提供一種發光元件及其應 用。此發光元件，包括：具有第一色度的第一發光二極體^ 元、第二發光二極體單元以及驅動電流調控裝置。其中驅動 電肌調控裝置係以第一開關（〇n/〇⑺頻率施與第—於光^極 體單元第一驅動電流，及以第二開關頻率施與第二發光二極 體單元第二驅動電流，藉以使第二發光二極體單元具有與第 1373988 一色度實質相同之第二色度，並使第一發光二極體單元與第 二發光二極體單元具有實質相同之亮度。 本發明之另一目的是在提供一種發光二極體背光模組’ 發光二極體背光模組包括：背板以及設於背板中的發光元 件。其中發光元件包括：具有第一色度的第一發光二極體單 元、第二發光二極體單元以及驅動電流調控裝置。驅動電流 調控裝置係以第一開關頻率施與第一發光二極體單元第一驅 動電流，及以第二開關頻率施與第二發光二極體單元第二驅 動電流，藉以使第二發光二極體單元具有與第一色度相同之 第二色度，並使第一發光二極體單元與第二發光二極體單元 具有實質相同之亮度。 本發明之又一目的 面板以及設於液晶面板 二極體背光模組包括： 件，發光元件包括具有 二發光二極體單元以及 ) 控裝置係以第一開關頻 電流’及以第二開關頻 電流’藉以使第二發光 一色度，並藉以使第一 元具有實質相同之亮度 本發明之又一目的 光特性的方法，包括下 一發光二極體單元。接 是在提供一種液晶顯示器 上的發光二極體背光模組 背板以及設於該背板之 第一色度的第一發光二極 驅動電流調控裝置》其中 率施與第一發光一極體單 率施與第二發光二極體單 二極體單元具有與第一色 發光二極體單元與第二發 ，包括液晶 。其中發光 中的發光元 體單元、第 動電流調 元第一驅動 兀第二驅動 度相同之第 光二極體單 是在提供一種調控發光二極體元件發 述步驟：首先提供具有第一色度的第 著再提供第二發光二極體單元。以第 1373988 開關頻率施與第—發光二極體單元第-驅動電流；以及以第 二開關頻率施與第二發光二極體單元第二驅動電流，使第二 發光二極體單元具有與第-色度相同之—第二色度並使第 * -發光二極體單元與第二發光二極體單元具有實質相同之歲 度。 〜 根據上述實施例，本發明之技術特徵係在提供發光二槌 體元件一種驅動電流調控裝置’根據發光二極體元件之中不 同的發光二極體單元的色度和亮度規格，施與不同的驅動電 3流與電流開/關頻率，藉以使不同的發光二極體單元具有實質 相同之亮度與色度規格。不僅擴大發光元件其選用發光二槌 體晶粒的亮度規格範圍，更因此大幅提高同批晶圓中，具有 不同色度規格之發光二極體晶粒的使用率，在兼顧發光二槌 體發光元件之色度表現的一致性的條件下，有效降低成本。 因此採用本發明之發光元件所製作的背光模組及液晶顯 示器，具有成本低廉且亮度與顏色均勻的優點。 3 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能 更明顯易懂’特提供一種液晶顯示器100作為較佳實施例來 進一步說明。 請參照第1圖’第1圖係依照本發明一較佳實施例所繪 示的一種液晶顯示器100的組合示意圖。液晶顯示器包 括液晶面板110以及設於液晶面板110上的發光二極體背光模 組120。其中發光二極體背光模組120主要係由背板1〇1、發 1373988 光元件102、以及光學膜片組109所構成，發光元件ι〇2設於 背板101之上’光學膜片組1 〇9則設於發光元件1 〇2與背板 101的光出射口 104之間。 在本發明的實施例之中，發光二極體背光模組丨2〇可以 是一種直下式背光模組或一種侧光式背光模組。而本實施例 之發光二極體背光模組1〇〇，如第1圖所示，係屬於一種直下 式背光模組。 發光元件102設於背板101之底面1〇3上，而發光元件 ^ 102包括複數個發光二極體單元，例如發光二極體單元1〇5、 發光二極體單元106和發光二極體單元1〇7，以及與這些發光 二極體單元電性連結的驅動電流調控裝置1〇8。 在本發明的較佳實施例之中，每一個發光二極體單元，（發 光二極體單元105、發光二極體單元1〇6或發光二極體單元 1 07)係由一藍色、綠色或紫外光發光二極體晶粒與各種螢光粉 所組成。 舉例而言，在本實施例中，上述發光二極體單元（發光二 〕極體單元105、發光二極體單元106或發光二極體單元1〇7) 可由藍色發光二極體晶粒與黃色螢光粉所混光產生的白光二 極體或由藍色發光一極體晶粒與紅色螢光粉以及綠色螢光 粉混光產生的白光二極體。其中每一個發光二極體單元ι〇5、 發光二極體單元106或發光二極體單元1〇7分別 不同的 色度規格。 例如請參照第2 @，第2圖係減第丨圖之較佳實施例 所繪不之發光二極體單元的色度分析圖。第2圖中當施與 1373988 -每一個發光一極體單元20mA的電流，則發光二極體單元j 〇5 的色度座標為A(xl ’yl)、發光二極體單元1〇6的色度座標為 B(x2，y2)而發光二極體單元107的色度座標為c(x3，y3)。 ' 由於同一發光二極體晶粒面對不同的驅動電流，其所發 . 出的光線會有不同的色度變化。例如，在本實施例之中，發 光一極體早元105、發光二極體單元1〇6和發光二極體單元 107在較大驅動電流驅動之下，色度座標的\和y值均會下 降。因此’可藉由驅動電流調控裝置108，分別對發光二極體 ) 單元105、發光二極體單元106和發光二極體單元1〇7施與不 同的驅動電流’藉以將由發光二極體單元1〇5、發光二極體單 元106和發光二極體單元1〇7所出射光線的色度表現，控制 在一實質相同的規格範圍之中。 . 舉例來說’若以發光二極體單元105施加20mA驅動電流 所得到的色度座標A(xl，yl)當作基準，將不同光學規格區分 成1、2和3三個規格範圍（bin)。則必須對發光二極體單元1〇6 施與30mA的驅動電流，以及對發光二極體單元1〇7施與4〇mA 3 的驅動電流’方能使發光二極體單元106和發光二極體單元 107的色度表現往色度座標A(xl，yl)移動（如箭號R1和箭號 R2所繪示），以落入發光二極體單元105 (施加20mA驅動電 流所表現的）的預期規格之内。 另外’在本發明的實施例之中，當提升發光二極體單元 106和發光二極體單元1〇7的驅動電流以改變色度座標時，發 光二極體單元106和發光二極體單元107的亮度，會以線性 趨勢增加（如第3圖所繪示，在一定電流額度400mA之不，發

10 1373988 光二極體單元亮度與驅動電流呈線性關係）或以非線性（例如 以曲線、折線或不連續線段）的趨勢增加。 因此’當對發光二極體單元105施加20mA驅動電流；對 發光二極單元體1〇6施與30mA的驅動電流；以及對發光二極 體單元107施與40mA的驅動電流時，為了調和由發光二極體 單元105、發光二極體單元106和發光二極體單元1〇7所出射 之光線的輝度均一性，可藉由驅動電流調控裝置1〇8，以特定 的開/關頻率來使施加於發光二極體單元105、發光二極體單 疋106和發光二極體單元1〇7之驅動電流具有相同的平均流 量’藉以將發光二極體單元1〇5、發光二極體單元1〇6和發光 一極體單元107的亮度與輝度控制在一實質相同的規格範圍 之中。 例如’在本發明的較佳實施例之中，驅動電流調控裝置 係利用脈衝寬度調變（puise width Modulation)設計，調控 施加於發光二極體單元丨〇5、發光二極體單元1〇6和發光二極 體單元1 07的驅動電流大小與流量。 ^ 首先’以施加2〇 mA驅動電流之發光二極體單元1〇5的 a作為標準’比對第3圖所繪示的色度與驅動電流的關係， °十算出當發光二極體單元1〇6和發光二極體單元丨07的驅 動雷、、乓 /;|分別由20 mA調變為30mA和40mA時，其出射光會 表現出實質相同的色度。 光接著’再分別藉由控制施加於發光二極體單元1〇6和發 極體單元107上之驅動電流的單位時間的開關（〇 n / 〇 ff) 率 在視覺可接受的範圍内，使發光二極體單元丨〇6和 1373988 發光二極體單元107的亮度组 流20 mA的程度。其中在單位 105、發光二極體單元1〇6和發 相同。 輪出功率，恢復至施加驅動電 時間内，流過發光二極體單元 光二極體單元1 〇7的總電流量 例如請參照第4圖，第4 m^ 圖係根據本發明之較佳實施例 所々不的-種脈衝寬度調變示意圖。第4圖之中橫軸代表驅 動電流的輸出時間’縱軸代表驅動電流的大小。在本實施 例之中’驅動電流調控裝詈丨 、 扳置108必須以特定的開/關頻 :’將施加於發光二極體單元1〇6之驅動電流的輸出時間 減> 3〇%，並將施 > ㈣光二極體單元1〇7《驅動電流的輸 出時間減少45%，方能使發光二極體單元1〇6和發光二極體 早兀107的亮度實質等同於持續施與2〇mA驅動電流之發光二 極體單元105的輝度。 也就是說，藉由驅動電流調控裝置1〇8，以控制單位時間 内施加與發光二極體單元之驅動電流電流的頻率和大小，將 具有不同焭度和色度規袼範圍的發光二極體單元，在視覺可 接受的範圍内，表現出實質相同亮度和色度規格範圍。由於 .母個發光二極體發光單元的色度表現維持在視覺可接受的範 圍進而可使整個背光模組之色度一致。因此，可在兼顧背 光模組之色度均一度要求下，擴大所選用之各色發光二極體 晶粒的亮度規格範圍，而獲得成本上的效益。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明的技術優勢係在 提供發光二極體元件—種驅動電流調控裝置，根據發光二極 體元件之中不同的發光二極體單元的色度和亮度規格，施與 ^ 5 ) 12 1373988 不同的驅動電流與驅動頻率，藉以使不同的發光二極體單元 .表現出實質相同之亮度與色度。不僅擴大發光元件其選用發 光二極體晶粒的亮度規格範圍，更因為本發明之發光單元可 採用同批晶圓上較廣亮度規格範圍之發光二極體晶粒，因此 可大幅提升同一批晶圓上之發光二極體晶粒的使用率，在兼 顧發光二極體發光元件之色度的一致性的條件下，有效降低 成本，極具量產性β 因此由上述本發明較佳實施例可知採用本發明之發光元 ) 件所製作的背光模組及液晶顯示器，具有成本低廉且亮度與 顏色均勻的優點，可大大地提高本發明之液晶顯示器的經濟 效益，極具市場競爭力。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何在此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内，當可作各種之更動與潤飾，因此 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。 ) 【圖式簡單說明】 第1圖係依照本發明一較佳實施例所繪示的一種液晶顯 示器的組合示意圖。 第2圖係根據第1圖之較佳實施例所繪示之發光二極體 單元的色度分析圖。 第3圖係繪示在一定電流額度4〇〇mA之下，發光二極體 單元亮度與驅動電流的線關係。 第4圖係根據本發明之較佳實施例所繪示一種脈衝寬度 13 1373988 調變示意圖。 【主要元件符號說明】 1 10 0 ·液晶顯不益 101 :背板 102 :發光元件 t 103 :背板之底面 104 :光出射口 105 :發光二極體單元 106 :發光二極體單元 107 :發光二極體單元 108 :驅動電流調控裝置 109 :光學膜片組 110 :液晶面板 120 :發光二極體背光模組 A:色度座標 B :色度座標 C :度座標 R2 :箭號 R1 :箭號 3 14

Claims (1)

1373988 年\丨月咬(更)正本 201丨年11月11日修正替換頁 丨+、申請專與:範圍 1. 一種發光元件，包括： 一第一發光二極體（Light Emitting Diode ; LED )單 元，其中當該第一發光二極體單元被施以一第一驅動電流 時，該第一發光二極體單元具有一第一色度； 一第二發光二極體單元，其中當該第二發光二極體單元 被施以該第一驅動電流時，該第二發光二極體單元具有一第 • 二色度，該第二色度之規格範圍係與該第一色度之規格範圍 不同；以及 一驅動電流調控裝置，以一第一開關（On/Off)頻率施與 該第一發光二極體單元該第一驅動電流，及以一第二開關頻 率施與該第二發光二極體單元一第二驅動電流，使該第二發 光二極體單元具有與該第一色度實質相同之一第三色度，並 .使該第一發光二極體單元與該第二發光二極體單元具有實 質相同之一亮度。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該第 一驅動電流和該第二驅動電流分別與該亮度具有一線性關 係或一非線性關係。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件’其中該第 一驅動電流和該第二驅動電流之差額與該第一開關頻率和 該第二開關頻率之差額之間具有一線性關係或一非線性關 係》 15 1373988 2011年11月11日修正替換頁 4.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該第 一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶粒或一綠色發 光二極體晶粒或一紫外光發光二極體晶粒與各種螢光粉所 組成。 5· 如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該第 一發光一極體單元係由一藍色發光二極體晶粒與一黃色螢 ®光私產生之白光二極體’或係由一藍色發光二極體晶粒與一 紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白光二極體，或係 由一紫外光發光二極體晶粒與一紅色螢光粉、—綠色螢光粉 以及一藍色螢光粉混合而成之白光二極體。 6.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該第 二發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶粒或一綠色發 光二極體晶粒或一紫外光發光二極體晶粒與各種螢光粉所 I 組成。 7- 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該第 一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶粒與一黃色榮 光粉產生之白光二極體，或係由一藍色發光二極體晶粒與一 紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白光二極體，或係 由一紫外光發光二極體晶粒與一紅色螢光粉、一綠色螢光粉 以及一藍色螢光粉混合而成之白光二極體。 16 1373988 2011年11月丨丨日修正替換頁 8. 一種發光二極體背光模組，包括： 一背板；以及 一發光元件設於該背板之中，該發光元件包括： 一第一發光二極體單元，其中當該第一發光二極體 單元被施以一第一驅動電流時，該第一發光二極體單元 具有一第一色度； 一第二發光二極體單元，其中當該第二發光二極體 單元被施以該第一驅動電流時，該第二發光二極體單元 具有一第二色度’該第二色度之規格範圍係與該第一色 度之規格範圍不同；以及 一驅動電流調控裝置’以一第一開關（〇n/〇ff)頻率 施與該第一發光二極體單元該第一驅動電流，及以一第 二開關頻率施與該第二發光二極體單元一第二驅動電 知!· ’使3玄第一發光二極體具有與該第一色度相同之·一第 二色度’並使該第一發光二極體單元與該第二發光二極 體單元具有實質相同之一亮度。 9.如申請專利範圍第8項所述之發光二極體背光模 組，其中該第一驅動電流和該第二驅動電流分別與該亮度具 有一線性關係或一非線性關係。 1〇·如申请專利範圍第8項所述之發光二極體背光模 、’且，其中6玄第一驅動電流和該第二驅動電流之差額與該第一 開關頻率和該第二開關頻率之差額之間具有一線性關係或 一非線性關係。 17 1373988 201丨年11月丨丨日修正替換頁 矣 U.如申請專利範圍第8項所述之發光二極體背光模 ' •且’其中該些第一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶 或綠色發光二極體晶粒或一紫外光發光二極體晶粒與 各種螢光粉所組成。 12.如申請專利範圍第11項所述之發光二極體背光模 、’且，其中該些第一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶 粒與—黃色螢光粉產生之白光二極體，或係由一藍色發光二 極體晶粒與一紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白 光二極體’或係由一紫外光發光二極體晶粒與一紅色螢光 粉、一綠色螢光粉以及一藍色螢光粉混合而成之白光二極 13. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體背光模 組’其中該些第二發光二極體單元係選自於一藍色發光二極 φ體晶粒或一綠色發光二極體晶粒或一紫外光發光二極體晶 粒與各種螢光粉所組成之一族群。 14, 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體背光模 組’其中該些第二發光二極體早元係由·一藍色發光—極體晶 粒與一黃色螢光粉產生之白光二極體’或係由一藍色發光二 極體晶粒與一紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白 光二極體，或係由一紫外光發光二極體晶粒與一红色螢光 粉、一綠色營光粉以及一藍色榮光粉混合而成之白光二極 18 1373988 201丨年11月1丨日修正替換頁 15. —種液晶顯示益，包括： 一液晶面板；以及 一發光二極體背光模組，設於該液晶面板之上，其中該 發光二極體背光模組包括： —背板；以及 一發光元件設於該背板之中，該發光元件包括： φ 一第一發光二極體單元，其中當該第一發光二極體 單元被施以一第一驅動電流時，該第一發光二極體單元 具有一第一色度； 一第二發光二極體單元，其中當該第二發光二極體 單元被施以該第一驅動電流時，該第二發光二極體單元 具有一第二色度，該第二色度之規格範圍係與該第一色 度之規格範圍不同；以及 一驅動電流調控裝置，以一第一開關（On/Off)頻率 φ 施與該第一發光二極體單元該第一驅動電流，及以一第 二開關頻率施與該第二發光二極體單元一第二驅動電 流，使該第二發光二極體單元具有與該第一色度相同之 一第三色度，並使該第一發光二極體單元與該第二發光 二極體單元具有實質相同之一亮度。 16. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示器，其中 該第一驅動電流和該第二驅動電流與該亮度具有一線性關 係或一非線性關係。 19 1373988 2011年丨丨月丨丨日修正替換頁 17如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示器，其中該 第一驅動電流和該第二驅動電流之差額與該第一開關頻率 和該第二開關頻率之差額具有一線性關係或一非線性關係。 18.如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示器，其中 該些第一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶粒或— 綠色發光二極體晶粒或一紫外光發光二極體晶粒與各種螢 φ 光粉所組成。 19.如申請專利範圍第18項所述之液晶顯示器，其中 該些第一發光二極體單元係由一藍色發光二極體晶粒與一 汽色螢光粕產生之白光一極體，或係由一藍色發光二極體晶 粒與一紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白光二2 體，或係由一紫外光發光二極體晶粒與一紅色螢光粉、一綠 色螢光粉以及一藍色螢光粉混合而成之白光二極體。

20.如申請專利範圍第 該些第·一發光二極體單元係 綠色發光二極體晶粒或一紫 光粉所組成。 15項所述之液晶顯示器，其中 由一藍色發光二極體晶粒或一 外光發光二極體晶粒與各種肇 21.如中請專利範圍第2G項所述之液晶顯示器， 該些第二發光二極體簞开在士 A r * A 體皁70係由—藍色發光二極體晶粒盥一 頁色螢光粉產生之白光-梅轳，+ 曰尤一極體，或係由一藍色發光二極體與 20 1373988 2011年丨丨月11曰修正替換頁 • 一紅色螢光粉以及一綠色螢光粉混合而成之白光二極體，或 係由一紫外光發光二極體晶粒與一紅色螢光粉、一綠色螢光 粉以及一藍色營光粉混合而成之白光二極體。 22· —種調控一發光二極體元件發光特性的方法，包 括： 提供一第一發光二極體單元，其中當該第一發光二極體 單元被施以一第一驅動電流時，該第一發光二極體單元具有 籲一第一色度； 提供一第二發光二極體，其中當該第二發光二極體單元 被施以該第一驅動電流時，該第二發光二極體單元具有一第 一色度，該第一色度之規格範圍係與該第一色度之規格範圍 不同； 以一第一開關頻率施與該第一發光二極體單元該第一 驅動電流；以及 以一第二開關頻率施與該第二發光二極體單元—第二 籲驅動電流’使該第二發光二極體單元具有與該第一色度相同 之一第三色度’並使該第一發光二極體與該第二發光二極體 具有實質相同之—亮度。 21