TWI488283B - Light emitting diode light source - Google Patents

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TWI488283B TW099114101A TW99114101A TWI488283B TW I488283 B TWI488283 B TW I488283B TW 099114101 A TW099114101 A TW 099114101A TW 99114101 A TW99114101 A TW 99114101A TW I488283 B TWI488283 B TW I488283B
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Yi Mei
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Description

發光二極體光源
本發明係關於照明領域，且尤其係關於發光二極體光源。
在LED照明光源領域，相對色溫為2700K及3000K(下文中簡稱「2700/3000K」)之暖白光可由藍光、黃/綠光及大量紅光混色而成。在現有之一種方案中，可藉由以下方式生成暖白光：在藍光發光二極體晶片(例如，Gallium Nitride(GaN，氮化鎵)基藍光發光二極體晶片)上塗覆氮化物紅粉及光致發光螢光體(例如，Yttrium Aluminum Garnet(YAG，釔鋁石榴石)螢光體)，以藍光發光二極體晶片發出之部分藍光激發所述光致發光螢光體及氮化物紅粉分別產生黃/綠光及紅光，使所述黃/綠光及紅光與透過所述光致發光螢光體及氮化物紅粉而未被吸收之藍光混合。然而，在本方案中，由於藍光向紅光轉換之過程中會有大量能量損失，因此，所述類型之暖白光發光二極體光源之發光效率不高。
為提高暖白光發光二極體光源之發光效率，在現有之另一種方案中，將塗覆光致發光螢光體(例如，YAG螢光體)之藍光發光二極體晶片陣列(例如，GaN基藍光發光二極體晶片陣列)與紅光發光二極體晶片陣列(例如，Aluminum Indium Gallium Phosphide(AlInGaP，磷化鋁鎵銦)紅光發光二極體晶片陣列)封裝在一起製成發出暖白光之發光二極體光源。與上述由藍光轉換成紅光之方案相比，在本方案中，由紅光發光二極體晶片陣列直接發出紅光之發光效率更高，並且混色後產生之暖白光之光源品質更佳。
但是，由於藍光發光二極體晶片與紅光發光二極體晶片之流明輸出之溫度依賴性不同，隨著發光二極體晶片之接面溫度升高，紅光發光二極體晶片之流明衰減大於藍光發光二極體晶片之流明衰減，因此，在發光二極體光源工作過程中，亦即在發光二極體晶片接面溫度較高之情形下，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列發出之冷白光與紅光發光二極體晶片陣列發出之紅光混色後得到的暖白光之色點(color point)會發生較大偏移。當混色後得到的暖白光之色點偏移至黑體輻射軌跡上2700/3000K色溫處之5步麥克亞當橢圓(MacAdam Eclipse)之外時，觀測者觀察到之暖白光源之顏色會出現偏綠或偏紅之現象。
通常情形下，在所述發光二極體光源之正常工作過程中，若塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之流明輸出比位於4.8:1至3.8:1之範圍內，則塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列發出之冷白光與紅光發光二極體晶片陣列發出之紅光混色後得到的暖白光之色點可位於黑體輻射軌跡上2700/3000K色溫處之5步麥克亞當橢圓內。
通常，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列封裝在一起製成之暖白光發光二極體光源係由雙通道驅動器驅動。除了雙通道驅動器之外，包括所述發光二極體光源之照明系統中通常還配置有溫度感測器。在發光二極體光源工作過程中，溫度感測器量測發光二極體晶片之接面溫度並將所述溫度資訊發送至雙通道驅動器，雙通道驅動器根據接收到之溫度資訊分別調節提供給塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之電流值，從而使得其輸出流明比位於4.8:1至3.8:1之範圍內。
儘管由雙通道驅動器驅動之暖白光發光二極體光源能夠實現在其工作過程中塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之流明輸出比位於4.8:1至3.8:1之範圍內，但是，由於所述發光二極體光源照明系統中包含溫度感測器及雙通道驅動器，因此，其結構複雜且成本較高。
為了簡化設計且降低成本，可考慮由單通道驅動器驅動塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列，亦即以相同電流驅動塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列。
基於此，在一實施例中，本發明提供一種發光二極體光源，其包括：紅光發光二極體晶片陣列；塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列，所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列發出之混色光之色點落入CIE色度圖中之一個四邊形內，其中所述四邊形之四個頂點之座標分別為(0.375,0.427)、(0.390,0.456)、(0.366,0.430)及(0.38,0.46)；其中，當所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與所述紅光發光二極體晶片陣列(110)中之發光二極體晶片之接面溫度處於約室溫時，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
藉由上述實施例，可使發光二極體光源處於正常工作狀態，亦即當紅光發光二極體晶片陣列與塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列中之發光二極體晶片之接面溫度處於(例如)70℃至100℃之間時，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之流明輸出比能夠位於4.8:1至3.8:1之範圍內，此使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列發出之冷白光與紅光發光二極體晶片陣列發出之紅光混色後得到的暖白光之色點能夠位於黑體輻射軌跡上2700/3000K色溫處之5步麥克亞當橢圓內，從而有效地改良所述發光二極體光源發出之暖白光之品質。
可選地，可藉由調節塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列以及紅光發光二極體晶片陣列中之發光二極體晶片之數量比及/或面積比，使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列與紅光發光二極體晶片陣列之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
可選地，可調節光致發光螢光體之配比及/或顆粒大小，使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列發出之混色光之色點落入CIE色度圖中之所述四邊形內。
可選地，藍光發光二極體晶片陣列之發光光譜之峰值位於440 nm至460 nm之範圍內。可選地，藍光發光二極體晶片陣列為GaN基藍光發光二極體晶片陣列。
可選地，紅光發光二極體晶片陣列之發光光譜之峰值位於600 nm至620 nm之範圍內。可選地，紅光發光二極體晶片陣列為AlInGaP紅光發光二極體晶片陣列。
可選地，光致發光螢光體包括YAG螢光體或TAG(Terbium Aluminum Garnet，鋱鋁石榴石)螢光體。
在另一實施方案中，本發明提供一種照明設備，其包括單通道驅動器及上述實施例中之任一發光二極體光源，其中所述發光二極體光源係由單通道驅動器驅動。
藉由閱讀以下結合附圖對非限制性實施例之描述，本發明之其他目的、特徵及優點將變得更為明顯且突出。
以下結合附圖對本發明之具體實施例進行詳細說明。
圖1展示根據本發明之一實施例之發光二極體光源100之結構示意圖。
圖2展示根據本發明之一實施例之照明系統10之結構示意圖。所述照明系統10包括單通道驅動器200及圖1所示之發光二極體光源100。
如圖1及圖2所示，發光二極體光源100包括紅光發光二極體晶片陣列110及塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120。其中，紅光發光二極體晶片陣列110中包括一或多個紅光發光二極體晶片；同樣，藍光發光二極體晶片陣列120中包括一或多個藍光發光二極體晶片。
在一實施例中，藍光發光二極體晶片陣列120之發光光譜之峰值位於440 nm至460 nm之範圍內。可選地，藍光發光二極體晶片陣列120為GaN基藍光發光二極體晶片陣列。
GaN基藍光發光二極體晶片陣列包括(但不限於)GaN藍光發光二極體晶片陣列、GaAlN藍光發光二極體晶片陣列、InGaN藍光發光二極體晶片陣列，或InAlGaN藍光發光二極體晶片陣列。
在一實施例中，紅光發光二極體晶片陣列110之發光光譜之峰值位於600 nm至620 nm之範圍內。可選地，紅光發光二極體晶片陣列110為AlInGaP紅光發光二極體晶片陣列。
在一實施例中，光致發光螢光體為YAG螢光體。在另一實施例中，光致發光螢光體為TAG螢光體。
如圖2所示，紅光發光二極體晶片陣列110及塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120係以串聯方式連接，由單通道驅動器200為其提供工作電流。
當發光二極體光源100處於工作狀態時，單通道驅動器20提供之工作電流流過紅光發光二極體晶片陣列110及塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120，激發其分別發光。藍光發光二極體晶片陣列120發出之部分藍光激發塗覆於其上之光致發光螢光體產生黃/綠光，所述黃/綠光與透過光致發光螢光體而未被吸收之剩餘藍光混合後產生冷白光。塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120產生之冷白光與紅光發光二極體晶片陣列110產生之紅光混合後產生暖白光。
在如圖1及圖2所示之實施例中，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120發出之冷白色的混色光之色點落入如圖3所示之CIE色度圖中之一個四邊形內。所述四邊形之四個頂點之座標分別為(0.375,0.427)、(0.390,0.456)、(0.366,0.430)及(0.38,0.46)。
在一實施例中，可藉由調節光致發光螢光體中各化學成分之配比，而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120發出之冷白色的混色光之色點落入CIE色度圖中之所述四邊形內。
在另一實施例中，可藉由調節光致發光螢光體之顆粒大小，而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120發出之冷白色的混色光之色點落入CIE色度圖中之所述四邊形內。
在又一實施例中，亦可同時調節光致發光螢光體之配比及顆粒大小，從而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120發出之冷白色的混色光之色點落入CIE色度圖中之所述四邊形內。
並且，在如圖1及圖2所示之實施例中，當所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與所述紅光發光二極體晶片陣列(110)中之發光二極體晶片之接面溫度處於約室溫時，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
可選地，室溫為25℃。
一般熟習此項技術者可理解，本發明所指之室溫可在25℃上下有一個微小之偏移值。
在一實施例中，以脈衝之形式為塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120及紅光發光二極體晶片陣列110提供預定時長之工作電流並量測得到塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比，接著藉由調節塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120中之藍光發光二極體晶片與紅光發光二極體晶片陣列110中之紅光發光二極體晶片之數量比，而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
由於係以脈衝之形式為塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120及紅光發光二極體晶片陣列110提供預定時長之工作電流，因此能夠使得發光二極體晶片之接面溫度基本處於約室溫，從而保證了量測得到的流明輸出比之準確性，進而確保了後續對流明輸出比進行調節之準確性。
可選地，所述預定時長為5 ms至100 ms。較佳地，所述預定時長為25 ms。
可選地，以脈衝形式提供之工作電流之占空比為1%至20%。
在另一實施例中，藉由調節塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120中之藍光發光二極體晶片與紅光發光二極體晶片陣列110中之紅光發光二極體晶片之面積/總面積比，而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
在又一實施例中，藉由同時調節塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120中之藍光發光二極體晶片與紅光發光二極體晶片陣列110中之紅光發光二極體晶片之數量比及面積比，而使得塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
當所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與所述紅光發光二極體晶片陣列(110)中之發光二極體晶片之接面溫度處於約室溫時，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。由此，當發光二極體光源100處於正常工作狀態，亦即紅光發光二極體晶片陣列110與塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120中之發光二極體之接面溫度處於(例如)70℃至100℃之間時，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120與紅光發光二極體晶片陣列110之流明輸出比即能夠位於4.8:1至3.8:1之範圍內，從而確保塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120發出之冷白光與紅光發光二極體晶片陣列110發出之紅光混色後得到的暖白光之色點能夠位於如圖3中所示之黑體輻射軌跡上2700/3000K色溫處之5步麥克亞當橢圓內。
圖4展示根據本發明之一實施例之發光二極體光源100中各發光二極體晶片之佈局示意圖。發光二極體光源100中之紅光發光二極體晶片陣列110包括第一紅光發光二極體晶片1101及第二紅光發光二極體晶片1102，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120包括第一塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片1201及第二塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片1202。
如圖4所示，發光二極體光源100中之4個發光二極體晶片以非對稱之方式設置在基板上。在基板之左邊設置有第一塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片1201，基板之中間以上下對稱之方式設置有第一紅光發光二極體晶片1101及第二紅光發光二極體晶片1102，且基板之右邊設置有第二塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片1202。
需要說明的是，圖4中展示之佈局方式僅為一實例，一般熟習此項技術者可理解，本發明之發光二極體光源100中各發光二極體晶片之佈局方式並不限於上述方式。
在一實施例中，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120及紅光發光二極體晶片陣列110係首先封裝在一基板(例如陶瓷基板)上，接著所有發光二極體晶片用一個矽膠透鏡加以封裝。
在另一實施例中，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列120及紅光發光二極體晶片陣列110係首先封裝在一基板(例如陶瓷基板)上，接著每個發光二極體晶片用一個單獨之矽膠透鏡加以封裝。
儘管前述實施例描述了採用單通道驅動器200來驅動本發明實施例之發光二極體光源100，但本發明實施例之發光二極體光源並不限於由單通道驅動器驅動，其亦可由雙通道驅動器驅動。只是在雙通道驅動器驅動之情形下，如前所述，結構相對複雜且成本較高。而採用單通道驅動器驅動本發明實施例之發光二極體光源不僅能實現同樣之發光效能，而且進一步降低了成本且簡化了結構。
儘管在附圖及前述之描述中詳細闡明及描述了本發明，但應認為所述闡明及描述係說明性及例示性的，而非限制性的；本發明不限於上述實施例。
一般熟習此項技術者可藉由研究說明書、所公開之內容及附圖以及所附之申請專利範圍而理解及實施對所揭示之實施例之其他改變。在申請專利範圍中，措詞「包括」不排除其他元件及步驟，且措辭「一」不排除複數。在本發明之實際應用中，一零件可能執行申請專利範圍中所提及之多個技術特徵之功能。申請專利範圍中之任何附圖標記不應理解為對範圍之限制。
10．．．照明系統
100．．．發光二極體光源
110．．．紅光發光二極體晶片陣列
120．．．藍光發光二極體晶片陣列
200．．．單通道驅動器
1101．．．第一紅光發光二極體晶片
1102．．．第二紅光發光二極體晶片
1201．．．第一塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片
1202．．．第二塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片
圖1展示根據本發明之一實施例之發光二極體光源100之結構示意圖；
圖2展示根據本發明之一實施例之照明系統10之結構示意圖；
圖3展示根據本發明之一實施例之CIE色度圖；及
圖4展示根據本發明之一實施例之發光二極體光源100中各發光二極體晶片之佈局示意圖。
其中，相同或相似之附圖標記表示相同或相似之步驟特徵/裝置(模組)。
100．．．發光二極體光源
110．．．紅光發光二極體晶片陣列
120．．．藍光發光二極體晶片陣列

Claims (10)

  1. 一種發光二極體光源(100)，其包括：紅光發光二極體晶片陣列(110)；塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)，所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)發出之混色光之色點落入CIE色度圖中之一個四邊形內，其中所述四邊形之四個頂點之座標分別為(0.375,0.427)、(0.390,0.456)、(0.366,0.430)及(0.38,0.46)；其中，當所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與所述紅光發光二極體晶片陣列(110)中之發光二極體晶片之接面溫度處於約室溫時，所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與所述紅光發光二極體晶片陣列(110)之流明輸出比位於4:1至1.5:1之範圍內。
  2. 如請求項1之發光二極體光源(100)，其特徵在於，塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與紅光發光二極體晶片陣列(110)之流明輸出比係藉由調節塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)與紅光發光二極體晶片陣列(110)中之發光二極體晶片之數量比及/或面積比而位於4:1至1.5:1之範圍內。
  3. 如請求項1之發光二極體光源(100)，其特徵在於，所述塗覆光致發光螢光體之藍光發光二極體晶片陣列(120)發出之混色光之色點藉由調節所述光致發光螢光體之配比及/或顆粒大小而落入CIE色度圖中之所述四邊形內。
  4. 如請求項1之發光二極體光源(100)，其特徵在於，所述藍光發光二極體晶片陣列(120)之發光光譜之峰值位於440 nm至460 nm之範圍內。
  5. 如請求項4之發光二極體光源(100)，其特徵在於，所述藍光發光二極體晶片陣列(120)為GaN基藍光發光二極體晶片陣列。
  6. 如請求項1之發光二極體光源，其特徵在於，所述紅光發光二極體晶片陣列(110)之發光光譜之峰值位於600 nm至620 nm之範圍內。
  7. 如請求項6之發光二極體光源，其特徵在於，所述紅光發光二極體晶片陣列(110)為AlInGaP紅光發光二極體晶片陣列。
  8. 如請求項1之發光二極體光源(100)，其特徵在於，所述光致發光螢光體包括YAG螢光體或TAG螢光體。
  9. 如請求項5之發光二極體光源(100)，其特徵在於，所述GaN基藍光發光二極體晶片陣列包括GaN藍光發光二極體晶片陣列，或GaAlN藍光發光二極體晶片陣列，或InGaN藍光發光二極體晶片陣列，或InAlGaN藍光發光二極體晶片陣列。
  10. 一種照明設備(10)，其包括單通道驅動器(200)及如請求項1至9中任一項所述之發光二極體光源(100)，其中所述發光二極體光源(100)係由所述單通道驅動器(200)驅動。
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