TWI618270B - 抑制藍光溢漏之ｌｅｄ結構 - Google Patents

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Abstract

本發明為抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；一封裝體；一出光透鏡；以及一光學保險絲塗層，其由一感溫材料所形成。另一抑制藍光溢漏之LED結構包括：至少一LED晶粒；以及一封裝體，其中封裝體係由封裝材料混和感溫材料所形成。再一種抑制藍光溢漏之LED結構包括：至少一藍光LED晶粒；一螢光粉層；一隔離區域；一光學保險絲層；以及一出光透鏡。藉由感溫材料之作用，具有抑制藍光溢漏之LED結構能在LED晶粒達到L70而發出大量藍光之前，即能因感溫材料改變顏色，而使LED結構明顯降低光譜中短波長的光強度及整體的亮度，避免使用者遭受大量藍光的照射，更可以提醒使用者LED光源已經需要更換。

Description

抑制藍光溢漏之LED結構
本發明係關於一種白光LED結構，特別是關於一種具有能隨LED之溫度而改變顏色的感溫材料之抑制藍光溢漏之LED結構。
近年來，為了地球環保及永續生存的期望，節能光源之使用，開始大量普及，其中尤以電能需求量甚低，而又能提供足夠亮度需求的LED成長最為快速。
現今使用的LED，其可使用的壽命皆規範為L70(LED發出光線之流明值降至熱穩定值之70%時，即表示此LED已經不堪使用)，此時LED的溫度(LED本體內部之接面溫度)約等於或大於150℃，而LED發出光線之色溫約在9000K或9000K以上。
但實際上，白光LED在將要而尚未到達L70之時，即會因為發熱而造成發光效率下降，發光效率下降又會再造成更多熱產生，此特性導致白光LED使用的螢光材料吸收下降，造成大量藍光漏出。
近來，也由於LED的使用量大增，越來越多的研究資料，相繼揭露了藍光對人類眼睛結構具有甚大的破壞力，若長時間暴露於藍光之下，甚至會對眼睛造成無法彌補的傷害。
有鑒於此，如何發展出一種簡單有效的技術或LED結構，可以在白光LED大量放熱及大量釋放出藍光之前，白光LED的一部份即開始變色，以阻絕藍光大量漏出，避免造成不必要的傷害；另一方面，又能夠因為變色的效果，使得白光LED亮度大量降低，提醒告知了使用者光源需要更換，便成為LED產業，甚至整個照明產業一個重要的課題，而能對人類的生活品質有莫大的提升。
本發明為抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；一封裝體；一出光透鏡；以及一光學保險絲塗層，其由一感溫材料所形成。另一抑制藍光溢漏之LED結構包括：至少一LED晶粒；以及一封裝體，其中封裝體係由封裝材料混和感溫材料所形成。藉由本發明之實施，於LED晶粒達到L70而發出大量藍光之前，即能因感溫材料改變顏色，而使LED結構明顯降低亮度，避免使用者遭受大量藍光的照射，更可以提醒使用者LED光源已經需要更換。
本發明係提供一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；一封裝體，密封包覆LED晶粒；一出光透鏡，包覆於封裝體之一出光面；以及一光學保險絲塗層，其由一感溫材料所形成，塗佈於出光透鏡之外表面。
本發明又提供一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；以及一封裝體，密封包覆LED晶粒，其中封裝體係由一封裝材料混和一感溫材料所形成。
本發明又提供一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一藍光LED晶粒，電性連接並固設於一基板上；一螢光粉層，設置於藍光LED晶粒之一出光面；一隔離區域，圍繞包覆藍光LED晶粒及螢光粉層於基板上；一光學保險絲層，其係由一感溫材料及矽膠混和之材料所形成，密封包覆隔離區域、藍光LED晶粒及螢光粉層；以及一出光透鏡，包覆於光學保險絲層之外部。
藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效：
一、不須複雜製程，實施成本低廉。
二、提升白光LED利用率，促進執行節能、綠能之功效。
三、避免過度的藍光照射，有效保護人類眼睛。
四、明確提醒使用者更換照明光源。
為使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
100‧‧‧LED結構
200‧‧‧LED結構
300‧‧‧LED結構
10‧‧‧LED晶粒
20‧‧‧封裝體
20’‧‧‧封裝體
21‧‧‧出光面
21’‧‧‧出光面
30‧‧‧出光透鏡
40‧‧‧光學保險絲塗層
50‧‧‧封裝材料
60‧‧‧感溫材料
70‧‧‧散熱元件
310‧‧‧藍光LED晶粒
311‧‧‧出光面
320‧‧‧螢光粉層
330‧‧‧隔離區域
340‧‧‧光學保險絲層
350‧‧‧出光透鏡
380‧‧‧基板
第1圖係為本發明實施例之一種抑制藍光溢漏之LED結構之示意圖。
第2A圖係為本發明實施例之另一種抑制藍光溢漏之LED結構之示意圖。
第2B圖係為第2A圖實施例進一步包括一出光透鏡之示意圖。
第3圖係為第1圖實施例進一步包括至少一散熱元件之示意圖。
第4A圖係為第2A圖實施例進一步包括至少一散熱元件之示意圖。
第4B圖係為第2B圖實施例進一步包括至少一散熱元件之示意圖。
第5圖係為本發明實施例之一種感溫材料隨LED晶粒之色溫產生變化之特性曲線圖。
第6圖係為本發明實施例之另一種感溫材料隨LED晶粒之色溫產生變化之特性曲線圖。
第7圖係為本發明實施例之一種抑制藍光溢漏之LED結構中，感溫材料於色溫9000K以上之LED對應溫度時產生顏色改變之示意圖。
第8A圖係為本發明實施例之另一種抑制藍光溢漏之LED結構中，感溫材料於色溫9000K以上之LED對應溫度時產生顏色改變之示意圖。
第8B圖係為本發明實施例之又一種抑制藍光溢漏之LED結構中，感溫材料於色溫9000K以上之LED對應溫度時產生顏色改變之示意圖。
第9圖係為本發明實施例之又一種抑制藍光溢漏之LED結構之示意圖。
請參考如第1圖所示，為實施例之一種抑制藍光溢漏之LED結構100，其發出白光，並包括有：至少一LED晶粒10；一封裝體20；一出光透鏡30；以及一光學保險絲塗層40。
如第1圖所示，LED結構100之LED晶粒10，為發光之光源，其可以包含至少一藍光晶粒，而藍光晶粒所發出光線之波長範圍係可以介於400~480nm之間。
如第1圖所示之封裝體20，則密封包覆LED晶粒10。封裝體20的組成材質可以包括有螢光材料，藍光晶粒所發出的藍光與螢光材料相作用可以使LED結構100發出白光。
所述之封裝體20係可以為矽膠(silicone)或環氧樹脂(epoxy)，或具有透光及密封特性之材料所形成。
如第3圖所示，當LED結構100需要增加散熱效果時，封裝體20係可以固著於一散熱元件70，利用散熱元件70增加封裝體20及整個LED結構100之散熱。
而螢光材料可以為鋁酸鹽螢光材料(YAG fluorescent powder)、矽酸鹽螢光材料(Silicate fluorescent powder)、氮化物螢光材料(Nitride fluorescent powder)或量子點螢光材料(Quantum Dot fluorescent powder)，或是前述至少二者所混和成之材料。
而若不使用螢光材料時，則可以使用不同顏色的LED晶粒10發出光線來混和出白光，例如藍光與黃光、藍光與紅光及綠光等，因係本領域之多種技術皆可使用達成，於此不加以贅述。
如第1圖所示，出光透鏡30，則係包覆於封裝體20之出光面21。出光透鏡30可以為一般之透光透鏡，或亦可以為例 如菲聶爾透鏡(Fresnel lens)、高斯分佈透鏡、或者是其他具有特殊光學效果之透鏡。
同樣如第1圖所示，光學保險絲塗層40，其係由感溫材料60所形成，並係塗佈於出光透鏡30之外表面。也就是說LED結構100所發出之白光，係皆先穿過光學保險絲塗層40之後，再照射出LED結構100之外。
而所述之感溫材料60係可以為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
如第1圖所示，所使用之感溫材料60可以選擇，當LED結構100之運作功能於正常狀況時，其發出光線之色溫(CCT)為小於9000K，亦即LED晶粒10之溫度係不會達到L70時大約150℃之溫度，感溫材料60係呈現為無色透明或為白色。
但是，如第7圖所示，當LED結構100開始異常，並使得發出光線之色溫(CCT)接近或大於9000K時，亦即LED晶粒10之溫度係將要或已經達到L70時，此時大約為150℃或以上之溫度，感溫材料60則變成為非無色透明也非白色之色相，例如呈現為黑色、紅色或是黃色。
其中LED結構100所發出光線之色溫(CCT)為9000K或以上時，LED結構100中之LED晶粒10之對應溫度，雖然隨每顆LED晶粒10不盡相同，但皆大約為150℃~200℃之間。
如此，在LED結構100中之LED晶粒10到達L70或將要到達L70時，因為產生了大量的熱，而使得發出光線之色溫(CCT)達到接近9000K或9000K之上，而致使感溫材料60從透明或白色，轉變成為非無色透明也非白色之色相，例如黑色、紅色或是黃色，亦即整個光學保險絲塗層40轉變成為非無色透明也非白色之色相，而大幅降低了包括藍光在內之光線的穿透，不但可以達到避免使用者暴露於大量藍光之下而傷害眼睛的危險，更可以明確提醒使用者更換已損壞或將損壞的照明光源。
接著，請參考如第2A圖所示，為本發明實施例之另一種抑制藍光溢漏之LED結構200，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒10；以及一封裝體20’。
如第2A圖所示之LED晶粒10，為發光之光源，其亦可以包含至少一藍光晶粒，而藍光晶粒所發出光線之波長範圍亦係可以介於400~480nm之間。
如第2A圖所示之封裝體20’，則係密封包覆LED晶粒10，而且其中封裝體20’係由封裝材料50混和感溫材料60所形成。封裝材料50可以為矽膠(silicone)或環氧樹脂(epoxy)所形成。
感溫材料60則可以為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
如第2B圖所示，LED結構200可以進一步包括一 出光透鏡30，出光透鏡30包覆於封裝體20’之出光面21’。當然，出光透鏡30亦可以為一般之透光透鏡，或亦可以為例如菲聶爾透鏡(Fresnel lens)、高斯分佈透鏡、或者是其他具有特殊光學效果之透鏡。
再者，如第4A圖及第4B圖所示，當LED結構200需要增加散熱效果時，不論是有無出光透鏡30，封裝體20’係可以固著於一散熱元件70，利用散熱元件70增加封裝體20’及整個LED結構200之散熱。
接著，請再參考如第2A圖、第2B圖、第4A圖及第4B圖所示，當LED結構200之運作功能於正常狀況時，其發出光線之色溫(CCT)為小於9000K，亦即LED晶粒10之溫度係不會達到L70時大約150℃之溫度，感溫材料60係為無色透明或為白色。
而如第8A圖及第8B圖所示，當LED結構200開始異常，並使得發出光線之色溫(CCT)接近或大於9000K時，亦即LED晶粒10之溫度係將要或已經達到L70時，此時大約為150℃或以上之溫度，感溫材料60將從原本的無色透明或白色，轉變成為非無色透明也非白色之色相，例如黑色、紅色或是黃色，而大幅降低了包括藍光在內之光線的穿透。
如此，不但可以達到避免使用者暴露於大量藍光之下而傷害眼睛的危險，更可以明確提醒使用者更換已損壞或將損壞的照明光源。
至於LED晶粒10、L70及感溫材料60之間，發光、色溫及溫度作用的相對關係之更進一步圖示說明，則請參考如第5 圖及第6圖所示。
如第5圖所示，由於一般白光LED於L70或色溫9000K或接近L70或色溫9000K之時，會大量產生並放出熱量，導致大量藍光漏出，並使色溫迅速飆高(如第5圖中黑色較粗的線條所示)。
而如第6圖所示，在封裝體20’中加入感溫材料60，可以使得L70發生前大量漏出的藍光，能夠被轉變成為非無色透明也非白色之色相，例如黑色、紅色或是黃色的感溫材料60所阻擋，並大幅降低光通量。不但可以使色溫迅速下降(如第6圖中黑色較粗的線條所示)，並且因為色溫迅速下降使發出的光線迅速變暗，而可以告知使用者此光源已經需要更換。
接著請參考如第9圖所示，為本發明實施例之另外一種抑制藍光溢漏之LED結構300，其發出白光，並包括：至少一藍光LED晶粒310；一螢光粉層320；一隔離區域330；一光學保險絲層340；以及一出光透鏡350。
如第9圖所示，藍光LED晶粒310係發出藍光，並電性連接及固設至一基板380上。
如第9圖所示，螢光粉層320，則設置於藍光LED晶粒310之出光面311。藍光LED晶粒310所發出的藍光，與螢光粉層320作用後，發射出白光。
如第9圖所示之隔離區域330，則係於基板380上圍繞包覆藍光LED晶粒310及螢光粉層320。隔離區域330可以是僅有空氣之空間，亦可以填充矽膠或環氧樹脂，或是矽膠與環氧樹脂。
同樣如第9圖所示，光學保險絲層340，則係由混和感溫材料60及矽膠之材料所形成，密封包覆著隔離區域330、藍光LED晶粒310及螢光粉層320。
LED結構300所使用的感溫材料60如同前述LED結構100或LED結構200所使用的感溫材料60，可以為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
再者，感溫材料60於溫度係小於150℃之時係呈現為無色透明或白色，而於溫度不小於150℃之時係改變顏色並呈現為非無色透明也非白色之色相。
如此，可以使LED結構300於L70發生前後大量漏出的藍光，使感溫材料60被轉變成為非無色透明也非白色之色相，例如黑色、紅色或是黃色，並進而阻擋光線的射出，大幅降低了LED結構300的光通量。不但可以使LED結構300的色溫迅速下降，並且因為色溫迅速下降使發出的光線迅速變暗，又可以告知使用者此光源已經需要更換。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

Claims (15)

  1. 一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；一封裝體，密封包覆該LED晶粒；一出光透鏡，包覆於該封裝體之一出光面；以及一光學保險絲塗層，其由一感溫材料所形成，塗佈於該出光透鏡之外表面，其中該感溫材料係為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
  2. 一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一LED晶粒；以及一封裝體，密封包覆該LED晶粒，其中該封裝體係由一封裝材料混和一感溫材料所形成，其中該感溫材料係為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之LED結構，其進一步包括一出光透鏡，包覆於該封裝體之一出光面。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該LED 晶粒包含至少一藍光晶粒。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該封裝體係固著於一散熱元件。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該封裝體進一步包含有一螢光材料，該螢光材料為鋁酸鹽螢光材料(YAG fluorescent powder)、矽酸鹽螢光材料(Silicate fluorescent powder)、氮化物螢光材料(Nitride fluorescent powder)或量子點螢光材料(Quantum Dot fluorescent powder)。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該封裝體係為矽膠(silicone)或環氧樹脂(epoxy)所形成。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該感溫材料係為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該感溫材料於溫度係小於150℃之時係呈現為無色透明或白色。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED結構，其中該感溫材料於溫度不小於150℃之時係改變顏色並呈現為非無色透明也非白色之色相。
  11. 一種抑制藍光溢漏之LED結構，其發出白光，並包括：至少一藍光LED晶粒，電性連接並固設於一基板上；一螢光粉層，設置於該藍光LED晶粒之一出光面；一隔離區域，圍繞包覆該藍光LED晶粒及該螢光粉層於該基板 上；一光學保險絲層，其係由一感溫材料及矽膠混和之材料所形成，密封包覆該隔離區域、該藍光LED晶粒及該螢光粉層；以及一出光透鏡，包覆於該光學保險絲層之外部，其中該感溫材料係為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之LED結構，其中該隔離區域係填充矽膠、環氧樹脂或空氣。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之LED結構，其中該感溫材料係為纖維素(cellulose)、熱變色塗料(thermochromic paint)、熱變色墨水(thermochromic ink)、熱變色顏料(thermochromic pigment)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)或以上至少二者之混和物為材料所形成。
  14. 如申請專利範圍第11項或第13項所述之LED結構，其中該感溫材料於溫度係小於150℃之時係呈現為無色透明或白色。
  15. 如申請專利範圍第11項或第13項所述之LED結構，其中該感溫材料於溫度不小於150℃之時係改變顏色並呈現為非無色透明也非白色之色相。
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