TWI385782B - 白光發光元件 - Google Patents

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Description

白光發光元件
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種白光發光元件。
發光二極體係使用Ⅲ-Ⅴ族元素作為發光層之主要材質，並對此發光層施加電流，以藉由電子與電洞的結合，將過剩的能量以光的形式釋出，進而達到發光的目的。有別於傳統的加熱或放電等發光方式，由於發光二極體的發光現象是屬於冷性發光，因此其使用壽命較長，且無須暖燈時間(idling time)。此外，發光二極體亦具有反應速度快、體積小、用電省、污染低(不含水銀)、高可靠度、適合量產等優點，因此其所能應用的領域十分廣泛。
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。舉例而言，白光發光元件的設計例如以藍光發光二極體晶片搭配一黃色螢光粉。黃色無機螢光粉受到藍光發光二極體晶片所發出之藍光照射之後，可發出黃色之螢光，且當黃色螢光與原有之藍光混光後，便可得到白光。
以往的設計中，藍光發光二極體晶片所發出的光線需具有450nm至455nm的波長以使黃光螢光粉具有理想的發光效率。因此，藍光發光二極體晶片在使用種類上受到相當的局限。另外，這樣的藍光發光二極體晶片所發出的光線之波長範圍較窄也可能有演色性(color rendering index,CRI)不理想的情形。
本發明提供一種白光發光元件，其發光二極體晶片所發出的光線具有較寬的波長範圍而呈現良好的演色性。
本發明提出一種白光發光元件，其包括一承載器、多個發光二極體晶片以及一波長轉換材料。發光二極體晶片配置於承載器上，並與承載器電性連接，其中發光二極體晶片所發出的第一光線之等效波長為λ。發光二極體晶片被區分為多個群組，屬於同一群組之發光二極體晶片的峰值波長差異小於5nm，且λ滿足下列關係式：
其中n為大於或等於2之整數，λi為其中一群發光二極體晶片的平均峰值波長，Ni為其中一群發光二極體晶片的數量，Ki為其中一群發光二極體晶片的平均輸出效能，而屬於不同群組之發光二極體晶片的平均峰值波長的差異為Δλi，且。波長轉換材料被第一光線激發後發出一第二光線，且第一光線與第二光線混為白光。
在本發明之一實施例中，上述之承載器包括一電路板。
在本發明之一實施例中，上述之承載器包括一導線架。
在本發明之一實施例中，上述之發光二極體晶片為藍光發光二極體晶片，而波長轉換材料包括一黃色螢光粉。
在本發明之一實施例中，上述之各群組中的發光二極體晶片之數量為至少一個。
本發明另提出一種白光發光元件，其包括一承載器、一發光二極體晶片以及一波長轉換材料。發光二極體晶片配置於承載器上，並與承載器電性連接，其中發光二極體晶片所發出的多個第一光線之等效波長為λ。發光二極體所發出的第一光線被區分為多個群組，屬於同一群組之第一光線的峰值波長差異小於5nm，且λ滿足下列關係式：
其中n為大於或等於2之整數，λi為其中一群第一光線的平均峰值波長，Ri為其中一群第一光線的平均輸出效能，而屬於不同群組之第一光線的平均峰值波長的差異為Δλi，且。波長轉換材料被第一光線激發後發出一第二光線，且第一光線與第二光線混為白光。
在本發明之一實施例中，上述之承載器包括一電路板。
在本發明之一實施例中，上述之承載器包括一導線架。
在本發明之一實施例中，上述之發光二極體晶片為藍光發光二極體晶片，而波長轉換材料包括一黃色螢光粉。
基於上述，本發明將多個的發光二極體晶片搭配使用以使其混合光具有等效波長，而可以有效地激發波長轉換材料並提高白光發光元件的演色性。另外，本發明也可以藉由使單一個發光二極體晶片發出的多個光線呈現等效波長，以提高白光發光元件的演色性。
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1A繪示為本發明之一實施例的白光發光元件的示意圖。請參照圖1A，白光發光元件100A包括承載器110、多個發光二極體晶片120a~120e以及波長轉換材料130。發光二極體晶片120a~120e配置於承載器110上，並與承載器110電性連接，其中發光二極體晶片120a~120e所發出的第一光線L1之等效波長為λ。波長轉換材料130被部份第一光線L1激發後發出一第二光線L2，且第一光線L1與第二光線L2混為白光，在本實施例中，波長轉換材料130例如是螢光粉。
在本實施例中，發光二極體晶片120a~120e例如具有略微不同的特性，此處所述之特性，特別是指具有不同之峰值波長。因此，發光二極體120a~120e被區分為多個群組，屬於同一群組之發光二極體晶片120a~120e的峰值波長差異小於5nm。在此，峰值波長是指發光二極體晶片120a~120e其中一者所發出的光線中，強度最強時的波長值。
此外，λ滿足下列關係式：
其中n為大於或等於2之整數，λi為其中一群發光二極體晶片120a~120e的平均峰值波長，Ni為其中一群發光二極體晶片120a~120e的數量，Ki為其中一群發光二極體晶片120a~120e的平均輸出效能。在此，屬於不同群組之發光二極體晶片120a~120e的平均峰值波長的差異為Δλi，且。具體而言，平均峰值波長差異(Δλi)是由任兩個平均峰值波長(λi)相減而獲得。
具體來說，承載器110包括一電路板或是一導線架。一般而言，電路板的種類有許多種，其例如玻璃環氧基樹脂電路板(FR-4、FR-5)、金屬芯印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board,MCPCB)或是陶瓷電路板等。本實施例並不限定電路板的種類。
為了使發光元件發出白光，發光二極體晶片120a~120e例如為藍光發光二極體晶片，而波長轉換材料130包括一黃色螢光粉。在本實施例中，各群組中的發光二極體晶片120a~120e之數量為至少一個。也就是說，本實施例的白光發光元件100A至少是由多個晶片所組成的。實際上，本實施例採用五個發光二極體晶片120a~120e，在其他的實施例中也可以採用其他數目的發光二極體晶片來組成白光發光元件100A。舉例而言，圖1B繪示為本發明之一實施例的另一種白光發光元件的示意圖。圖1B所繪示的白光發光元件100B即配置有三個發光二極體晶片120a~120c。
此外，圖2繪示為白光發光元件在不同群組之平均峰值波長差異不同下的發光波長與發光效能的關係。請參考圖2，根據模擬的結果可知，平均峰值波長差異越大時，白光發光元件所發出的光線可涵蓋較廣的波長範圍。因此，這樣的白光發光元件可以具有較好的演色性。
也就是說，本實施例採用不同群組的發光二極體晶片120a~120e有助於提高白光發光元件100A的演色性。此外，在模擬的結果中發現在同樣為6000K的色溫之下，習知的白光發光元件之演色性指數為62.7，而應用本實施例之概念所設計的白光發光元件之演色性指數為68.6。當這樣的白光發光元件應用於顯示器時，可以提高顯示器的顯示品質。
圖3則繪示為白光發光元件中不同群組之平均峰值波長差異與相對發光效能的關係。由圖3可知，平均峰值波長差異過大可能使得白光發光元件的相對發光效能降低。因此，本實施例使得平均峰值波長的差異落在5nm至30nm，可以使白光發光元件100A具有良好的演色性同時保持良好的發光效能。
為了清楚地描述本實施例的設計概念，以下將以實際的數值舉例說明，但這些數值並非用以限定本發明。舉例而言，請繼續參照圖1，發光二極體晶片120a~120e的峰值波長如果分別為445nm、447nm、449nm、455nm以及457nm，而其輸出效能分別為2.5、2.4、2.6、2.9以及3.1。發光二極體晶片120a、120b以及120c可以被區分為一第一群組，而發光二極體晶片120d以及120e被區分為一第二群組。另外，第一群組的發光二極體晶片120a、120b以及120c的平均峰值波長λ1為447nm，而平均輸出效能K1為2.5。第二群組的發光二極體晶片120d以及120e的平均峰值波長λ2為456nm，而平均輸出效能K2為3.0。兩群組之平均峰值波長差異(Δλi)則為447nm與456nm的差值，也就是9nm。
如此一來，第一光線L1之等效波長λ應等於：
也就是說，本實施例所採用的發光二極體晶片120a~120e不須限定其波長在450nm至455nm之間，也可以獲得具有等效波長λ的第一光線L1。因此，發光二極體晶片120a~120e可以有多種規格，也就是說，本實施例可使白光發光元件100A在發光二極體晶片120a~120e的選擇上具有更大的彈性。另外，由圖2與圖3可知，藉由這樣的設計，白光發光元件100A具有良好的演色性及發光效能，同時，因為選擇發光二極體晶片120a~120e具有更大的彈性，亦可降低製造上的成本。
除了上述之元件設計外，本發明的白光發光元件還可以採用單個晶片設計。圖4繪示為本發明之另一實施例的白光發光元件的發光二極體晶片示意圖。請參照圖2，發光二極體晶片220可以應用於圖1A的發光元件100A中以取代發光二極體晶片120a~120e。詳言之，發光二極體晶片220具有多個發光層，其例如為一第一發光層220a以及一第二發光層220b。另外，發光二極體晶片220具有電極222、224。本實施例以兩個發光層為例，在其他的實施例中，發光層的數量可以是兩個以上。舉例而言，圖5繪示為本發明之另一實施例的白光發光元件的另一種發光二極體晶片示意圖。圖5所示的發光二極體晶片520例如具有三個發光層220a~220c。
詳言之，以發光二極體晶片220而言，第一發光層220a以及第二發光層220b適於發出不同的第一光線La、Lb。發光二極體晶片220所發出的第一光線La、Lb被區分為多個群組，屬於同一群組之第一光線La、Lb的峰值波長差異小於5nm。此外，第一光線La、Lb之等效波長為λ，且λ滿足下列關係式：
其中n為大於或等於2之整數，λi為其中一群第一光線La、Lb的平均峰值波長，Ri為其中一群第一光線La、Lb的平均輸出效能，而屬於不同群組之第一光線La、Lb的平均峰值波長差異為Δλ，且。
由前述實施例可知，利用不同群組之光線混合出所需的等效波長λ，有助於提高白光發光元件的演色性，且本實施例中第一光線La、Lb的平均峰值波長差異落在一定的範圍之內，所以發光二極體晶片220的發光效能仍維持在良好的狀態。
綜上所述，本發明之白光發光元件利用多個晶片或是在單個晶片配置多個發光層的設計使得白光發光元件具有良好的演色性。此外，本發明的白光發光元件在發光二極體晶片的選用上具有較高的彈性，而有助於提高產品的量產性。
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．．．白光發光元件
110．．．承載器
120a~120e、220、520．．．發光二極體晶片
130．．．波長轉換材料
220a、220b、220c．．．發光層
222、224．．．電極
L1、La、Lb．．．第一光線
L2．．．第二光線
圖1A繪示為本發明之一實施例的白光發光元件的示意圖。
圖1B繪示為本發明之一實施例的另一種白光發光元件的示意圖。
圖2繪示為白光發光元件在不同群組之平均峰值波長差異不同下的發光波長與發光效能的關係。
圖3則繪示為白光發光元件中不同群組之平均峰值波長差異與相對發光效能的關係。
圖4繪示為本發明之另一實施例的白光發光元件的發光二極體晶片示意圖。
圖5繪示為本發明之另一實施例的白光發光元件的另一種發光二極體晶片示意圖。
100A．．．白光發光元件
110．．．承載器
120a~120e．．．發光二極體晶片
130．．．波長轉換材料
L1．．．第一光線
L2．．．第二光線

Claims (10)

  1. 一種白光發光元件，該白光發光元件包括：一承載器；多個發光二極體晶片，配置於該承載器上，並與該承載器電性連接，其中該些發光二極體晶片所發出的第一光線之等效波長為λ ，而該些發光二極體被區分為多個群組，屬於同一群組之發光二極體晶片的峰值波長差異小於5nm，且λ 滿足下列關係式： 其中n 為大於或等於2之整數，λi 為其中一群發光二極體晶片的平均峰值波長，Ni 為其中一群發光二極體晶片的數量，Ki 為其中一群發光二極體晶片的平均輸出效能，而屬於不同群組之發光二極體晶片的平均峰值波長的差異為Δλi ，且；以及一波長轉換材料，其中該波長轉換材料被該第一光線激發後發出一第二光線，且該第一光線與該第二光線混為白光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光元件，其中該承載器包括一電路板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光元件，其中該承載器包括一導線架。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光元件，其中該波長轉換材料包括螢光粉。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光元件，其中該些發光二極體晶片為藍光發光二極體晶片，而該波長轉換材料包括一黃色螢光粉。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光元件，其中各群組中的發光二極體晶片之數量為至少一個。
  7. 一種白光發光元件，該白光發光元件包括：一承載器；一發光二極體晶片，配置於該承載器上，並與該承載器電性連接，其中該發光二極體晶片所發出的多個第一光線之等效波長為λ ，而該發光二極體晶片所發出的該些第一光線被區分為多個群組，屬於同一群組之第一光線的峰值波長差異小於5nm，且λ 滿足下列關係式： 其中n 為大於或等於2之整數，λi 為其中一群第一光線的平均峰值波長，Ri 為其中一群第一光線的平均輸出效能，而屬於不同群組之第一光線的平均峰值波長的差異為Δλi ，且；以及一波長轉換材料，其中該波長轉換材料被第一光線激發後發出一第二光線，且該些第一光線與該第二光線混為白光。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之白光發光元件，其中該承載器包括一電路板。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之白光發光元件，其中該承載器包括一導線架。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之白光發光元件，其中該發光二極體晶片為藍光發光二極體晶片，而該波長轉換材料包括一黃色螢光粉。
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