TWI423472B - 白光的產生方法以及白光發光二極體裝置 - Google Patents

Description

白光的產生方法以及白光發光二極體裝置

本發明是有關於一種發光二極體裝置(light emitted diode device，LED device)，且特別是有關於一種白光發光二極體裝置。

發光二極體是一種半導體元件，在施加正向電壓時，可藉由電致發光效應而發出單色、不連續的光線。隨著半導體材料之化學組成不同，發光二極體可發出近紫外線、可見光、或紅外線等各種波長範圍之光線。

早期發光二極體多運用於指示燈、顯示板等顯示裝置。隨著半導體技術的進展，目前已發展出多種高亮度、高品質的發光二極體裝置。同時，白光發光二極體裝置也被廣泛地運用於顯示、照明以及其他相關領域中。

相較於傳統光源，白光發光二極體裝置具有低耗能、效率高、壽命長、不易破損等優點，因此白光發光二極體裝置被認為是21世紀的新型光源，可望取代如白熾燈和螢光燈等傳統光源，而成為主要的顯示/照明裝置。

利用白光發光二極體裝置作為照明光源時，使用者往往會因情境以及地域的不同，而偏好特定色溫的白光。例如，溫帶地區的消費者可能偏好暖白色系(色溫低於約3000K)；而熱帶地區的消費者則可能較偏好冷白色系(色溫高於約5000K)。

因此，相關領域中亟需提出一種簡單且有效率之白光發光二極體裝置，以發出各種固定色溫之白光。

因此，本發明之一方面就是在提供一種白光的產生方法。

根據本發明一實施例，一種白光的產生方法包含下列步驟：

(1)利用半導體發光元件發出第一波長光線；

(2)利用一部份之第一波長光線激發出發紅光螢光粉體，以產生第二波長光線，上述紅色螢光粉體是矽酸鹽螢光粉；

(3)利用另一部份之第一光線激發綠色螢光粉體，以產生第三光線，上述綠色螢光粉體為氮氧化物；以及

(4)混合第一波長光線、第二波長光線與第三波長光線，以產生白光。

本發明另一方面就是在提供一種白光發光二極體裝置，用以達到包括暖白、冷白等色溫區塊之所有白光色溫區。

根據本發明另一實施例，一種白光發光二極體裝置包含基板、半導體發光元件、封裝膠體、紅色螢光粉體、以及綠色螢光粉體。其中，半導體發光元件固著於基板上。封裝膠體包覆半導體發光元件。上述之紅光螢光粉體與綠光螢光粉體均混合於封裝膠體中，紅色螢光粉體是矽酸鹽螢光粉，綠色螢光粉是氮氧化物。

第1圖繪示依照本發明一實施例之白光發光二極體裝置100的剖面圖。於第1圖中，白光發光二極體裝置100包含基板110、半導體發光元件120、封裝膠體130、紅光螢光粉體140、以及綠光螢光粉體150。其中，半導體發光元件120固著於基板110上。封裝膠體130包覆半導體發光元件120。紅光螢光粉體140與綠光螢光粉體150均混合於封裝膠體130中，紅色螢光粉體是矽酸鹽螢光粉，綠色螢光粉是氮氧化物。

使用時，半導體發光元件120將先發出第一波長光線。然後，一部份之第一波長光線將激發出發紅光螢光粉體140，以產生第二波長光線；另一部分之第一波長光線則將激發出發綠光螢光粉體150，以產生第三波長光線。其後，混合上述之第一波長、第二波長、及第三波長光線三者，使得白光發光二極體裝置100產生白光。

上述之半導體發光元件120之放射波長範圍可為約360-480nm。上述之半導體發光元件120可為III-V族化合物半導體，如GaN、InGaN等。舉例來說，本實施例所使用的半導體發光元件120為GaN，其放射波長範圍為約450-470nm。

第1圖之半導體發光元件120可利用晶片直接封裝技術(chip on board，COB)而固著於基板110上。此外，製造者亦可加裝焊線160與焊墊165，以將半導體發光元件120電性連接至基板110。

上述之封裝膠體130可包含矽膠、環氧樹酯、紫外光膠或上述物質之組合。在本實施例中，所用之封裝膠體為矽膠。

上述之紅光螢光粉體140可為銪金屬活化之矽酸鹽螢光粉，其化學通式為(Sr_1-x Eu_x(1-y) Yb_xy )O-SiO₂ ，其中x與y介於0.005-0.15之間。在本實施例中，所用之紅光螢光粉體140為(Sr_1-x Eu_x(1-y) Yb_xy )O-SiO₂ (化學式)，其激發光譜圖如第2A圖所繪示。具體而言，本實施例之紅光螢光粉體140的放射波長為約570-600nm，且其可受激發波長為約300-500nm。

上述之綠光螢光粉體150可為銪金屬活化之氮氧化物，其化學通式為M_1-a Si₂ O_2-1/2n X_n N₂ :Eu_a ，其中M為Sr、Ba、或Ca，X為氟(F)、氯(Cl)、或溴(Br)，而a與n則分別介於0.005-0.15、0.02-0.2之間。在本實施例中，所用之綠光螢光粉體150為M_1-a Si₂ O_2-1/2n X_n N₂ :Eu_a (化學式)，其激發光譜圖如第2B圖所繪示。具體而言，本實施例之綠光螢光粉體150的放射波長為約530-550nm，且其可受激發波長為約300-500nm。

由於本發明上述實施例所運用之紅光螢光粉體140及綠光螢光粉體150具有較大範圍的可受激發波長，因此可搭配更多樣化的第一光線(例如：紫外光)來達到白光，而無須僅限於藍光。再者，由於紅色螢光粉體140是矽酸鹽螢光粉，綠色螢光粉150是氮氧化物，因此二者可以混合得十分均勻，不易產生混色不均之現象。

實驗例1

以下將揭露本發明實驗例1的實驗數據，藉此說明本發明上述實施例之紅光螢光粉體與綠光螢光粉體，確實能在不同溫度的情況下保持相對穩定的發光效率。應瞭解到，在以下敘述中，已經在上述實施例中提到的參數將不再重複贅述，僅就需進一步界定者加以補充，合先敘明。

表一列出的是各螢光粉體的成分與使用量。各個實驗例與比較例將分別在25℃及200℃的溫度下，以表一所揭露之螢光粉體進行發光效率測試，其測試結果記錄於表二。

使用螢光光譜儀進行螢光粉體的測試，以各螢光粉體於25℃下之強度做為100%，將不同溫度下強度與其比較，所得即為其效率變化。

值得注意的是，即便是在200℃的條件下，實驗例1的發光效率還是有93.2%，此一數據相較於其在25℃下的發光效率只衰減了約6.8%。然而，在相同的條件下，比較例1至3卻都衰減超過15%。亦即，實驗例1之螢光粉體對高溫的穩定性顯然較比較例1至3為佳。

實驗例2

第3圖繪示第1圖之白光發光二極體裝置100在25℃時的色度圖。在本實驗例中，紅光螢光粉體與綠光螢光粉體之重量比例約為2：1。由第3圖可知，白光發光二極體裝置100所發出的白光在色度圖上的座標為(0.2965,0.2884)，且其色溫為約8364K(亦即此白光係為一冷白光)。

實驗例3

第4圖繪示本發明實驗例3之白光發光二極體裝置在25℃時的色度圖。本實驗例與實驗例2唯一的不同在於：紅光螢光粉體與綠光螢光粉體之重量比例改為約3：1。由第4圖可知，當紅光螢光粉體與綠光螢光粉體之重量比例改為約3：1時，白光發光二極體裝置所發出的白光在色度圖上的座標為(0.4324,0.4017)，且其色溫為約3039K(亦即此白光係為一暖白光)。

總結以上可知，當紅光螢光粉體及綠光螢光粉體的重量比例改變時，所發出之白光的色溫也會有所不同。因此，使用者可因應不同目的的需求，調整紅光螢光粉體及綠光螢光粉體的重量比例，以得到妥適的白光色溫。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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。

100．．．白光發光二極體裝置

110．．．基板

120．．．半導體發光元件

130．．．封裝膠體

150．．．綠光螢光粉體

140．．．紅光螢光粉體

160．．．焊線

165．．．焊墊

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，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示依照本發明一實施例的白光發光二極體裝置的剖面圖。

第2A圖繪示第1圖之紅光螢光粉體之激發光譜圖。

第2B圖繪示第1圖之綠光螢光粉體之激發光譜圖。

第3圖繪示第1圖之白光發光二極體裝置在25℃發出之白光的色度圖。

第4圖繪示依照本發明另一實施例，一白光發光二極體裝置在25℃發出之白光的色度圖。

100．．．白光發光二極體裝置

110．．．基板

120．．．半導體發光元件

130．．．封裝膠體

150．．．綠光螢光粉體

140．．．紅光螢光粉體

160．．．焊線

165．．．焊墊

Claims (12)

1. 一種白光的產生方法，包含：利用一半導體發光元件發出一第一光線；利用該第一光線激發一發紅光螢光粉體，以產生一第二光線；利用該第一光線激發一發綠光螢光粉體，以產生一第三光線，其中該紅色螢光粉體是矽酸鹽螢光粉，該綠色螢光粉是氮氧化物，且該紅光螢光粉體之化學式為(Sr_1-x Eu_x(1-y) Yb_xy )O-SiO₂ ，x與y介於0.005-0.15之間，且該綠光螢光粉體之化學式為M_1-a Si₂ O_2-1/2n X_n N₂ :Eu_a ，M為Sr、Ba或Ca，X為氟(F)、氯(Cl)、或溴(Br)，而a與n則分別介於0.005-0.15、0.02-0.2之間；以及混合該第一光線、該第二光線與該第三光線，以產生白光。
2. 如請求項1所述之白光的產生方法，其中該半導體發光元件為III-V族化合物半導體。
3. 如請求項1所述之白光的產生方法，其中該半導體發光元件之放射波長範圍為約360~480nm。
4. 如請求項1所述之白光的產生方法，其中該紅光螢光粉體的放射波長為約570-600nm，且其可受激發波長為約300-500nm。
5. 如請求項1所述之白光的產生方法，其中該綠光螢光粉體的放射波長為約530-550nm，且其可受激發波長為約300-500nm。
6. 一種白光發光二極體裝置，包含：一基板；一半導體發光元件，固著於該基板上；一封裝膠體，包覆該半導體發光元件；一紅光螢光粉體，混合於該封裝膠體中；以及一綠光螢光粉體，混合於該封裝膠體中，其中該紅色螢光粉體是矽酸鹽螢光粉，該綠色螢光粉是氮氧化物，且該紅光螢光粉體之化學式為(Sr_1-x Eu_x(1-y) Yb_xy )O-SiO₂ ，x與y介於0.005-0.15之間，且該綠光螢光粉體之化學式為M_1-a Si₂ O_2-1/2n X_n N₂ :Eu_a ，M為Sr、Ba或Ca，X為氟(F)、氯(Cl)、或溴(Br)，而a與n則分別介於0.005-0.15、0.02-0.2之間。
7. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該半導體發光元件為III-V族化合物半導體。
8. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該半導體發光元件之放射波長範圍為約360~480nm。
9. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該紅光螢光粉體與該綠光螢光粉體之重量比例約為2：1。
10. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該紅光螢光粉體與該綠光螢光粉體之重量比例約為3：1。
11. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該紅光螢光粉體的放射波長為約570-600nm，且其可受激發波長為約300-500nm。
12. 如請求項6所述之白光發光二極體裝置，其中該綠光螢光粉體的放射波長為約530-550nm，且其可受激發波長為約300-500nm。