TWI744826B - 包含光致發光層狀結構之封裝白色發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種白色發光封裝(20)，其包含：固態激發源(LED 30)，用於產生主波長在440 nm至470 nm之範圍內的激發光；及層狀光致發光結構。該層狀光致發光結構包含第一光致發光層(32)，其包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的75 wt%至100 wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料；及第二光致發光層(34)，其包含用於產生峰值發射波長在500 nm至650 nm之範圍內之光的光致發光材料。該第二光致發光層安置於該第一光致發光層上且該第一光致發光層比該第二光致發光層鄰近於該固態激發源。

Description

包含光致發光層狀結構之封裝白色發光裝置
本發明之實施例係關於包含光致發光材料層之封裝白色發光裝置。更特定而言，儘管未排除，但實施例係關於包括經錳活化之氟化物光致發光材料之封裝發光裝置。
光致發光波長轉換之發光LED (「LED」)包括一或多種光致發光材料(通常為無機磷光體材料)，其吸收由LED發射之激發光(通常為藍色)的一部分且重新發射不同色彩(波長)之光。經錳活化之氟化物磷光體(諸如K2 SiF6 :Mn4+ (KSF)、K2 TiF6 :Mn4+ (KTF)及K2 GeF6 :Mn4+ (KGF))具有極窄的紅色光譜(針對其主要發射譜線光譜，半高全寬小於10 nm)，該光譜使其高度適用於在顯示應用中實現高色域(NTSC、DCI-P3、Rec2020)且在通用照明應用中實現高通用顯色指數(CRI Ra)。
圖1 為利用經錳活化之氟化物磷光體材料之已知封裝白色發光裝置的截面視圖。參看圖1 ，封裝發光裝置10 包含具有空腔14 之封裝12 ，該空腔14 含有至少一個LED晶粒16 。空腔14 填充有透明的光學囊封物18 ，其具有經錳活化之氟化物磷光體及黃色至綠色發光磷光體的混合物，諸如併入(併入(分散))於囊封物中之基於石榴石之磷光體材料。
儘管由於上述原因，經錳活化之氟化物光致發光材料為高度符合需要的，但存在數種缺陷使其廣泛使用具有挑戰性。首先，經錳活化之氟化物磷光體之吸收能力顯著低於(通常約十分之一)目前常用於光致發光波長轉換LED中的經銪活化之紅色氮化物磷光體材料(諸如CASN)的吸收能力。因此，視應用而定，為實現相同目標色點，經錳活化之氟化物磷光體之使用量通常可比相應的經銪活化之紅色氮化物磷光體之使用量大5至20倍。由於經錳活化之氟化物磷光體比經銪活化之紅色氮化物磷光體明顯更貴(更貴至少五倍)，所以磷光體使用量的增加顯著增加製造成本。由於更高使用率及更高成本，使用經錳活化之氟化物紅色磷光體對於諸多應用過於昂貴。此外，由於達成所需色點需要在聚矽氧中加載極高的光致發光材料，所以此可降低分配過程之穩定性，使其難以在封裝裝置中可靠地分配。
基於氟化物之磷光體材料的另一問題為其容易與水或濕氣反應，其對摻雜劑錳造成損壞，導致其磷光體之光致發光發射(亦即量子效率)的減少或損失。此外，基於氟化物之化合物與水的反應可產生極具腐蝕性之氫氟酸，其可與LED封裝材料反應，藉此導致組件失效。
本發明意欲藉由提供迄今為止未設想或已知結構不可能實現之新穎設計及方法來解決及/或克服上文所論述之侷限性。更特定而言，需要一種有成本效益的發光裝置，其利用較少經錳活化之氟化物光致發光材料，能夠在製造期間實現更穩定的分配過程，且具有最佳化的LED封裝設計，其可有效地將基於氟化物之光致發光材料與周圍環境中之任何水/濕氣隔離。
本發明之實施例係關於包含光致發光材料層狀結構之封裝白色發光裝置。更特定而言，實施例係關於一種白色發光封裝，其包含鄰近於固態激發源(LED)而安置之第一光致發光層，就層內之總光致發光材料含量而言，該光致發光層含有大部分wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料(磷光體)，例如75 wt%至100 wt%。裝置進一步包含安置於該第一光致發光層上之第二光致發光層，其含有產生在可見光譜之綠色至紅色區域(500 nm至650 nm)部分中之光的光致發光材料。本發明人已發現，藉由將經錳活化之氟化物光致發光材料定位於與其他光致發光材料分離之「單獨層」，實現給定色彩目標所需的經錳活化之氟化物光致發光材料之量可減小多達60%。在本專利說明書中，封裝發光裝置用於指定光致發光材料層狀結構構成發光裝置封裝之一部分。此與遠程磷光體(光致發光)裝置形成對比，在該遠程磷光體裝置中，磷光體組分經「遠程地」提供至激發源，亦即以物理上間隔開的關係且藉由氣隙隔開。
根據本發明之一態樣，提供一種白色發光封裝，其包含：固態激發源，其用於產生主波長在440 nm至470 nm之範圍內的激發光；及包含以下之層狀光致發光結構：第一光致發光層，其包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的75 wt%至100 wt%經錳活化之氟化物光致發光材料，及第二光致發光層，其包含用於產生峰值發射波長在500 nm至650 nm之範圍內之光的光致發光材料；其中該第二光致發光層安置於該第一光致發光層上，且其中該第一光致發光層鄰近於該固態激發源而安置。可理解，第一光致發光層比第二光致發光層更接近固態激發源。可理解，「更接近」用於界定第一及第二光致發光層相對於激發源之空間關係且用於限定第一光致發光層接近激發源(亦即近端層)，而第二光致發光層遠離激發源(亦即遠端層)。此外，「更接近」意謂在固態激發源與第一光致發光層之間的光路中不存在其他光致發光材料，但可存在透光層或含有除光致發光材料以外之材料的透光層，例如光擴散/散射材料。根據本發明之發光裝置提供解決封裝發光裝置中經錳活化之氟化物光致發光材料之高使用率的有效解決方案。發現將經錳活化之氟化物光致發光材料作為各別層提供，就層之總光致發光含量而言，層含有大部分(層之總光致發光材料含量的至少75 wt%)高達僅由(100 wt%)經錳活化之氟化物光致發光材料組成，進而顯著減少裝置內的經錳活化之氟化物光致發光材料的使用量(減少約25%至60%)。
與已知構造(圖1 )相比，習知的白色發光裝置包含單個光致發光層，該光致發光層包含經錳活化之氟化物光致發光材料及其他(非氟化物)光致發光材料(例如，綠色磷光體材料，通常基於石榴石之磷光體材料或基於氮化物之紅色磷光體諸如CASN)之混合物。在此種配置中，經錳活化之氟化物光致發光材料及其他光致發光材料具有相同的激發光曝光，例如藍色激發光。由於經錳活化之氟化物光致發光材料具有比其他光致發光材料(例如，基於石榴石之綠色/黃色磷光體或紅色氮化物磷光體)低得多的藍光吸收能力，所以需要更大量之經錳活化之氟化物光致發光材料以將足夠的藍光轉換為所需紅光發射。相比之下，在根據本發明之結構中，其單獨的各別層中之經錳活化之氟化物光致發光材料分別曝露於藍色激發光(即其不與其他光致發光材料競爭)；因此，更多的藍色激發光可由經錳活化之氟化物光致發光材料吸收且未經轉化之藍色激發光可穿透至含有其他光致發光材料的第二光致發光層。有利地，在此結構/發光裝置中，經錳活化之氟化物光致發光材料可更有效地將藍色激發光轉換為紅光發射，而不會與例如其他光致發光材料(諸如綠色/黃色或橙色至紅色發光光致發光材料)競爭。因此，與包含光致發光材料之混合物之單層的已知配置相比，實現目標色點所需之經錳活化之氟化物光致發光材料的量(使用率)可顯著減少多達80%。因此，本發明之白色發光裝置之主要益處為顯著降低裝置(亦即封裝)之製造成本，此係因為獲得所產生光之所需色點需要顯著減少之經錳活化之氟化物光致發光材料。
根據本發明之發光裝置之另一優勢為提供安置在第一光致發光層上方之第二光致發光層能夠保護且隔離第一層中之經錳活化之氟化物光致發光材料避免與周圍環境中之任何水/濕氣直接接觸。如上文所論述，此種多層或兩層光致發光層狀結構提供解決經錳活化之氟化物光致發光材料之濕氣可靠性較差的有效解決方案。因此，夾雜第二光致發光層提供發光裝置(亦即LED封裝)之改良濕氣可靠性的益處。第二光致發光材料層有可能與第一光致發光層直接接觸。由於空氣界面之消除，直接接觸改良了光橫越第一及第二光致發光層之間的界面之能力。
在實施例中，第一光致發光層可包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的90 wt%至100 wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料。在其他實施例中，第一光致發光層可包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的95 wt%至100 wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料。在又其他實施例中，就光致發光材料而言，第一光致發光層僅由(100 wt%)經錳活化之氟化物光致發光材料組成。發現對於給定目標色彩，增加第一光致發光層內之經錳活化之氟化物光致發光材料的比例減少了用於裝置中之總經錳活化之氟化物光致發光材料。
通常，第一光致發光材料層與固態激發源直接接觸；即，第一光致發光層安置或沈積於固態光源上。在實施例中，第一光致發光層可包含在LED晶片(固態激發源)中之至少一者之至少發光面(例如，主發光面)上的均勻厚度層(膜)，即LED燈絲包含含有窄帶紅色光致發光材料之晶片級封裝(Chip Scale Packaged；CSP) LED。第一層可在LED晶片之所有發光面上包含呈保形塗層之形式的均勻厚度層。替代地，發光裝置可包含安置在固態激發源與第一光致發光層之間的透光層。舉例而言，透光層可安置於激發源上之光上；且第一光致發光層安置於透光層上。透光層可包含鈍化層，其包含例如二甲基聚矽氧、苯基聚矽氧、環氧樹脂及/或透光無機氧化物材料，諸如玻璃。
第一光致發光層有可能包含以下中之至少一者：實質上保形塗層、大體上半球形塗層、大體上圓頂狀塗層。此類型之配置為有利的，因為其將所有經錳活化之氟化物光致發光材料儘可能地集中接近於LED晶片(固態激發源)，且確保無論層內之物理位置如何，所有經錳活化之氟化物光致發光材料曝露於實質上相同的激發光光子密度。初始測試資料指示，與包含單個光致發光層之已知白色發光裝置相比，經錳活化之氟化物光致發光材料在各別層中的此類配置可將經錳活化之氟化物光致發光材料使用減少高達80重量%。
在實施例中，經錳活化之氟化物光致發光材料可包含K2 SiF6 :Mn4+ 。經錳活化之氟化物光致發光層(例如K2 SiF6 :Mn4+ )可產生峰值發射波長在約630 nm至約632 nm之範圍內的光。
在實施例中，經錳活化之氟化物光致發光材料可包含K2 TiF6 :Mn4+ 。
在實施例中，經錳活化之氟化物光致發光材料可包含K2 GeF6 :Mn4+ 。
經錳活化之氟化物光致發光材料亦可包含選自由以下組成之群的通用組成：K2 SnF6 :Mn4+ 、Na2 TiF6 :Mn4+ 、Na2 ZrF6 :Mn4+ 、Cs2 SiF6 :Mn4+ 、Cs2 TiF6 :Mn4+ 、Rb2 SiF6 :Mn4+ 、Rb2 TiF6 :Mn4+ 、K3 ZrF7 :Mn4+ 、K3 NbF7 :Mn4+ 、K3 TaF7 :Mn4+ 、K3 GdF6 :Mn4+ 、K3 LaF6 :Mn4+ 及K3 YF6 :Mn4+ 。
經錳活化之氟化物光致發光材料有可能構成：該裝置之總光致發光材料含量的約30 wt%至45 wt%，或該裝置之總光致發光材料含量的小於45 wt%。
可將經錳活化之氟化物光致發光材料併入(併入(分散))於透光介質中。此可改善將激發光耦合至經錳活化之氟化物光致發光材料中，提高發光效率及減少經錳活化之氟化物光致發光材料使用。透光介質可包含二甲基聚矽氧或苯基聚矽氧。為了更好地匹配經錳活化之氟化物光致發光材料的折射率，基於所使用之特定經錳活化之氟化物光致發光材料，可選擇苯基聚矽氧(折射率約1.54)或二甲基聚矽氧(折射率1.41)於第一光致發光層中。舉例而言，可將K2 SiF6 :Mn4+ (折射率1.4)併入(分散)於二甲基聚矽氧中，而可將K2 TiF6 :Mn4+ (折射率＞1.5)併入(分散)於苯基聚矽氧中。
視由激發源產生之激發光的主波長而定，第二光致發光層可包括產生峰值發射波長在440 nm至625 nm之範圍內之光的光致發光材料。舉例而言，當激發源產生紫光或UV光時，第二光致發光層可進一步包含產生峰值發射波長在440 nm至470 nm之範圍內之藍光的光致發光材料。
可將光致發光材料併入(分散)於透光介質中。此可改善將激發光耦合至光致發光材料中，提高發光效率及減少光致發光材料使用。透光介質可包含二甲基聚矽氧或苯基聚矽氧。
光致發光材料可包含綠色光致發光材料，其產生峰值發射波長在500 nm至565 nm之範圍內的光，該光在可見光譜之綠色區域中。第二光致發光層可包含裝置之總綠色光致發光材料含量的60%至100%。綠色光致發光材料可包含經鈰活化之石榴石磷光體，其具有通用組成   Y3-x (Al,Ga)5 O12 :Cex - YAG磷光體材料。綠色光致發光材料可包含鋁酸鹽磷光體，其具有通用組成(Lu,Y)3-x (Al,Ga)5 O12 :Cex 。綠色光致發光材料可包含具有通用組成A2 SiO4 :Eu2+ 或A3 SiO5 :Eu2+ 之矽酸鹽磷光體，其中A = Mg、Ca、Sr或Ba。
為改善由裝置產生之光的顯色特性，光致發光材料可包含一或多種橙色至紅色發光磷光體。在實施例中，橙色至紅色光致發光材料相對於經錳活化之氟化物光致發光材料及橙色至紅色光致發光材料之總量的含量比為以下中之至少一者：至少20 wt%；至少30 wt%；及至少40 wt%。橙色至紅色光致發光材料可包含例如經銪活化之基於氮化物之紅色發光磷光體，諸如具有通用組成CaAlSiN3 :Eu2+ 之CASN磷光體，例如(Ca1-x Srx )AlSiN3 :Eu，其中0.5 ＜ x ≤ 1或具有組成Ba2-x Srx Si5 N8 :Eu之2:5:8基於氮化物的磷光體，其中0 ≤ x ≤ 2。橙色至紅色發光磷光體可包含具有通用組成MSe1-x Sx :Eu之第IIA/IIB族硒化物硫化物磷光體，其中M=Mg、Ca、Sr、Ba、Zn；或(Ba,Sr)3 SiO5 :Eu磷光體材料。
第一或第二光致發光層有可能包含用於產生峰值發射波長在580 nm至650 nm之範圍內之光的橙色至紅色光致發光材料。
對於背光應用，綠色光致發光材料可包含窄帶綠色磷光體β-SiAlON或具有通用組成及晶體結構(Ba,Sr,Ca)Ga2 S4 :Eu的經銪活化之硫化物磷光體。
第二光致發光層有可能包含用於產生峰值發射波長在500 nm至565 nm之範圍內之光的第一光致發光材料及用於產生峰值發射波長在600 nm至650 nm之範圍內之光的第二光致發光材料之混合物。
在溫度為85℃及相對濕度為85%的濕高溫使用壽命測試條件下工作300個小時之後，由裝置產生之光的相對強度有可能為至少95%。
根據另一態樣，提供一種顯示背光封裝，其包含：固態激發源，其用於產生主波長在445 nm至465 nm之範圍內的激發光；及包含以下之層狀光致發光結構：第一光致發光層，其包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的75 wt%至100 wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料，及第二光致發光層，其包含用於產生峰值發射波長在520 nm至550 nm之範圍內之光的光致發光材料；其中該第二光致發光層安置於該第一光致發光層上，且其中該第一光致發光層鄰近於該固態激發源而安置。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年3月18日申請之標題為「PHOTOLUMINESCENCE LAYER LIGHT EMITTING DEVICE 」的美國臨時申請案第62/820,249號及2019年8月13日申請之標題為「PACKAGED WHITE LIGHT EMITTING DEVICES COMPRISING PHOTOLUMINESCENCE LAYERED STRUCTURE 」的美國臨時申請案第62/886,317號之優先權，其中之各者特此以全文引用之方式併入。
現將參看圖式詳細地描述本發明之實施例，該等圖式提供為本發明之說明性實例從而使熟習此項技術者能夠實踐本發明。值得注意地，以下圖式及實例並不意謂將本發明之範疇限於單一實施例，而其他實施例藉助於所描述或所說明元件中之一些或全部的互換為可能的。此外，在可使用已知組件來部分或完全地實施本發明之某些元件時，僅將描述理解本發明必需之此類已知組件之彼等部分，且將省略此類已知組件之其他部分的詳細描述以免混淆本發明。在本說明書中，展示單數組件之實施例不應視為限制性的；實情為，除非本文中另有明確陳述，否則本發明意欲涵蓋包括複數個相同組件之其他實施例，且反之亦然。此外，除非如此明確闡述，否則申請人不意欲將本說明書或申請專利範圍中之任何術語歸結於不常見或特定涵義。此外，本發明涵蓋本文中藉助於說明提及之已知組件的當前及未來已知等效物。在整個本說明書中，相同附圖標號用於表示相同部件。
現將參看展示裝置20 之截面側視圖之圖2 描述根據本發明的一實施例之封裝白色發光裝置20 。
發光裝置20 為封裝類型裝置，其包含例如SMD 2835 LED封裝(引線框)22 。SMD封裝22 包含矩形基座24 及自矩形基座24 之相對邊緣向上延伸之側壁26A 、26B 。側壁26A 、26B 之內表面朝內傾斜至其豎軸且與固體矩形基座24 之內表面一起界定呈棱錐形之倒置平截頭形狀的空腔28 。
在此實施例中，空腔28 包含三個氮化銦鎵(Indium Gallium Nitride；InGaN)藍色(455 nm) LED晶粒(固態激發源)30 ，及第一光致發光層32 ，其包含填充大約70%之空腔28 的經錳活化之氟化物光致發光材料。LED晶粒30 串聯連接且額定驅動條件為100 mA，9V。
與可處於層中之其他光致發光材料相比，第一光致發光層32 含有大部分(至少75 wt%)經錳活化之氟化物光致發光材料。舉例而言，第一光致發光層32 可含有其他材料，諸如光散射粒子或光擴散材料。更特定而言，在此實施例中，第一光致發光層32 僅含有K2 SiF6 :Mn4+ (KSF)，但不含有其他類型之光致發光材料。然而，應瞭解，諸如光擴散材料之其他材料可添加至經錳活化之氟化物光致發光材料層32 中，但其他材料之量通常不超過經錳活化之氟化物光致發光材料層32 的30重量%。此外，在此實施例中，第一光致發光層32 由併入(分散)於二甲基聚矽氧中之K2 SiF6 :Mn4+ 構成。第一光致發光層32 與藍色LED30 直接接觸且鄰近於藍色LED30 。在第一光致發光層32 與藍色LED晶粒30 之間不存在其他光致發光材料或含有光致發光材料之層。
與已知構造相比，如例如圖1中所展示，在習知的單層發光裝置中，在製造期間的分配過程涉及分配經錳活化之氟化物光致發光材料及其他光致發光材料(通常為綠色磷光體材料)之混合物，該等材料具有相同的激發光(例如藍色激發光)曝光。由於經錳活化之氟化物光致發光材料可具有比其他類型之光致發光材料(例如，基於石榴石之綠色/黃色磷光體)低得多的藍光吸收能力，所以需要更大量之經錳活化之氟化物光致發光材料以將足夠的藍光轉換為所需紅光發射。相比之下，在根據本發明之發光裝置20 中，其單獨個別層32 中之經錳活化之氟化物光致發光材料分別曝露於藍色激發光；因此，更多來自藍色LED晶粒30 的藍色激發光可由經錳活化之氟化物光致發光材料吸收，且剩餘的藍色激發光可穿透至例如第二光致發光層34 。有利地，在此發光裝置20 中，第一光致發光層32 可更有效地將藍色激發光轉換為紅光發射，而不會與存在於例如第二光致發光層34 中之其他類型的光致發光材料競爭。因此，與包含例如光致發光材料之混合物之單層的已知配置相比，實現目標色點所需之經錳活化之氟化物光致發光材料的量/使用率可顯著減少。因此，本發明之光致發光發光裝置20 之益處為降低裝置之製造成本，此係因為與已知的單層裝置相比，獲得所需色點需要較少(至多少60%)經錳活化之氟化物光致發光材料。
在此實施例中，空腔28 亦包含分配於第一光致發光層32 之頂部上的第二光致發光層34 ，其填充剩餘30%的空腔28 。在此實施例中，第二光致發光材料層34 包含經鈰活化之黃色石榴石磷光體，其具有通用組成Y3 (Al,Ga)5 O12 :Ce。應瞭解，第二光致發光層通常包含綠色或黃色磷光體或其他少數橙色紅色磷光體，其與第一光致發光層一起運作以產生所需白點。
以此方式，發光裝置20 能夠有效地將包含(併入(分散))於第一光致發光層32 內之經錳活化之氟化物光致發光材料隔離以避免與周圍環境中的任何水/濕氣直接接觸。此種發光裝置20 之多層或兩層設計提供解決已知構造中的經錳活化之氟化物光致發光材料之濕氣可靠性較差的有效解決方案。因此，夾雜第二光致發光材料層34 提供發光裝置(亦即LED封裝)20 之改良濕氣可靠性的益處。
第一光致發光層32 比包括第二光致發光材料層34 之任何其他光致發光材料層鄰近於(更接近)藍色LED30 ；即第一光致發光層32 鄰近於(近端-亦即近端層)藍色LED30 ，而第二光致發光材料層34 遠離(亦即遠端層)藍色LED30 。
現參看圖3 ，展示根據本發明之另一實施例所形成之封裝白色發光裝置320 (白色發光裝置封裝)。此實施例僅不同於圖2 ，其中發光裝置320 進一步包含透光(透明)鈍化層336 ，其在第一光致發光層332 之前安置於藍色LED晶粒330 上。為完全保護第一光致發光層332 免受水/濕氣影響，將透明鈍化層336 施加至如圖2 中所展示之空腔328 及LED晶粒330 的底面上。在此實施例中，鈍化層336 為二甲基聚矽氧層。此鈍化層336 亦用於將底部電極(未展示)及藍色LED晶粒330 與第一光致發光層332 隔離。
參看圖4 ，展示根據本發明之另一實施例所形成之封裝白色發光裝置420 (白色發光裝置封裝)。在此實施例中，含有經錳活化之氟化物光致發光材料之第一光致發光層432 包含安置於單個LED晶片430 上且將其覆蓋的塗層。如所說明，第一光致發光層432 可呈大體上半球(圓頂狀)形式。與圖2 之發光裝置之第一光致發光層32 相比，第一光致發光層432 之厚度更均勻，且此減少經錳活化之氟化物光致發光材料在層內之不同物理位置內所接收之激發光光子密度的變化。初始測試資料指示，與包含單個光致發光層之已知白色發光裝置(例如，圖 1 )相比，此種配置可將經錳活化之氟化物光致發光材料使用減少高達80重量%。
可藉由首先將第一光致發光層432 沈積至LED晶片430 上且接著用其他光致發光材料填充空腔428 以形成第二光致發光層434 來製造白色發光裝置420 。
圖5A 及圖5B 為利用晶片級封裝(CSP) LED之根據本發明之一實施例之發光裝置520 的截面視圖。在圖 5A 及圖 5B 之發光裝置中，第一光致發光層532 包含施加至LED晶片530 之至少主發光面的均勻厚度塗層。在其發光面上具有磷光體之均勻厚度層(膜)的LED晶片通常稱為晶片級封裝(CSP) LED。如圖 5A 中所說明，LED晶片530 具有僅施加至其頂部(主)發光面之均勻厚度層。如圖 5B 中所說明，LED晶片430 具有施加至頂部發光面及四個發光側面且呈保形塗層形式之均勻厚度層。可藉由首先例如使用包含經錳活化之氟化物光致發光材料的均勻厚度(通常為20 µm至300 µm)的光致發光膜，將第一光致發光層532 施加至LED晶片530 之至少主發光面來製造圖5A 及圖5B 的發光裝置。接著將LED晶片530 安裝至封裝522 之基座524 ，且接著沈積第二光致發光層534 ，以便填充空腔528 且覆蓋LED晶片。與圖2 之發光裝置相比，均勻厚度塗層為較佳的，此係因為其將所有經錳活化之氟化物光致發光材料儘可能地集中接近LED晶片，且確保無論層內之物理位置如何，所有經錳活化之氟化物光致發光材料曝露於實質上相同的激發光光子密度。此種配置可最大化經錳活化之氟化物光致發光材料使用的減少。初始測試資料指示，與包含單個光致發光層之已知白色發光裝置(例如，圖 1 )相比，此種配置可將經錳活化之氟化物光致發光材料使用減少高達80重量%。
所描述之包含各別第一及第二光致發光層之兩層發光裝置結構不限於表面安裝型封裝裝置。舉例而言，其亦可施加於板上晶片(COB)或晶片級封裝(CSP)應用中。
參看圖6A 及圖6B ，展示根據本發明之另一實施例之COB發光裝置620 的平面視圖及(圖6A的)貫穿A-A之橫截面側視圖。發光裝置620 具有圓形形狀；因此包含平面狀及圓盤狀之環狀基板624 。形成COB配置，藍色LED晶粒630 之7個陣列(列)均勻地分佈於環狀基板624 上。環狀基板624 亦包含圍繞其整個周界之壁626 ，其包圍藍色LED晶粒630 之所有陣列
將包含經錳活化之氟化物光致發光材料之第一光致發光層632 沈積至環狀基板624 上，且在此實施例中，完全覆蓋藍色LED630 之陣列。類似地，將包含具有通用組成Y3 (Al,Ga)5 O12 :Ce之經鈰活化之黃色石榴石磷光體的第二光致發光材料層634 沈積至包含經錳活化之氟化物光致發光材料之第一光致發光層632 上。以此方式，第一光致發光層632 及第二光致發光層634 鄰近於彼此定位且亦包含於壁626 內。
發光裝置620 起作用且展現關於例如圖2 、圖3 、圖4 、圖5A 及圖5B 之發光裝置所論述的相同優勢。因此，關於此等圖式所進行的陳述同樣適用於圖6A 及圖6B 之實施例。
製造發光裝置之方法例如包含以下步驟：提供藍色LED陣列；將經錳活化之氟化物光致發光材料層(第一光致發光層)至少分配於該藍色LED陣列上方；及將第二光致發光材料層分配於該經錳活化之氟化物光致發光材料層上方。
圖7 為根據本發明之一實施例之COB白色發光裝置的截面視圖。參看圖7 ，展示根據本發明之另一實施例所形成之COB封裝白色發光裝置720 (白色發光裝置封裝)。在此實施例中，含有經錳活化之氟化物光致發光材料之第一光致發光層732 包含安置於各LED晶片730 上且將其覆蓋的單個塗層。如所說明，第一光致發光層732 可呈大體上半球(圓頂狀)形式。與圖6 之發光裝置之第一光致發光層632 相比，第一光致發光層632 之厚度更均勻，且此減少經錳活化之氟化物光致發光材料在層內之不同物理位置內所接收之激發光光子密度的變化。初始測試資料指示，與包含單個光致發光層之已知白色發光裝置(例如，圖 1 )相比，此種配置可將經錳活化之氟化物光致發光材料使用減少高達80重量%。
圖8A 及圖8B 為利用晶片級封裝(CSP) LED之根據本發明之一實施例之板上晶片(COB)白色發光裝置820 的橫截面側視圖。在圖 8A 及圖 8B 之COB發光裝置中，第一光致發光層832 包含施加至各LED晶片之至少主發光面的各別均勻厚度塗層。如上文所描述，在其發光面上具有磷光體之均勻厚度層(膜)的LED晶片通常稱為晶片級封裝(CSP) LED。如圖 8A 中所說明，各LED晶片830 具有僅施加至其頂部(主)發光面之均勻厚度層。如圖 8B 中所說明，各LED晶片830 具有施加至頂部發光面及四個發光側面且呈保形塗層形式之均勻厚度層。可藉由首先例如使用包含經錳活化之氟化物光致發光材料的均勻厚度(通常為20 µm至300 µm)的光致發光膜，將第一光致發光層832 施加至LED晶片830 中之各者之至少主發光面來製造圖8A 及圖8B 的COB發光裝置。接著將LED晶片830 安裝至基座824 且接著將第二光致發光層834 沈積於LED晶片陣列上方。與圖6A 及圖6B 之發光裝置相比，均勻厚度的第一光致發光層為較佳的，此係因為其將所有經錳活化之氟化物光致發光材料儘可能地集中接近於LED晶片，且確保無論層內之物理位置如何，所有經錳活化之氟化物光致發光材料曝露於實質上相同的激發光光子密度。初始測試資料指示，與包含單個光致發光層之已知白色發光裝置(例如，圖 1 )相比，此種配置可將經錳活化之氟化物光致發光材料使用減少高達80重量%。
參看圖9 ，展示根據本發明之另一實施例之CSP發光裝置920 的側視圖。在此實施例中，將包含經錳活化之氟化物光致發光材料的第一光致發光層932 直接沈積至藍色LED晶粒930 之發光面上。此外，將包含例如具有通用組成Y3 (Al,Ga)5 O12 :Ce之經鈰活化之黃色石榴石磷光體的第二光致發光材料層934 沈積至第一光致發光層932 上。發光裝置920 起作用且展現關於例如圖2 之發光裝置所論述的相同優勢。因此，關於圖2 所進行的陳述同樣適用於圖9 之實施例。
實驗測試資料
在本說明書中，以下命名用於表示白色發光裝置：Com.#表示包含單個磷光體層之比較性(已知)白色發光裝置且Dev.#表示根據本發明之一實施例的兩個磷光體層白色發光裝置。
比較性白色發光裝置(Com.#)及根據本發明之白色發光裝置(Dev.#)各自包含SMD 2835封裝裝置，其含有三個主波長λd ≈455 nm之串聯連接的1133 (11 mil × 33 mil)藍色LED晶片。各裝置為標稱0.9 W額定驅動條件為100 mA且正向驅動電壓Vf 為9 V)裝置且意欲產生目標相關色溫(Correlated Color Temperature；CCT)為2700K且通用顯色指數CRI Ra ＞ 90的白光。
用於測試裝置中之磷光體為來自Intematix Corporation之KSF (K2 SiF6 :Mn4+ )、綠色YAG磷光體(Intematix NYAG4156 - (Y, Ba)3-x (Al1-y Gay )5 O12 :Cex ，峰值發射波長λpe = 550 nm)及CASN(Ca1-x Srx AlSiN3 :Eu，λpe ≈ 615 nm)。包括CASN以實現2700K色彩目標及通用CRI Ra＞90。
對於單層比較性裝置Com.#，將三種磷光體(KSF、YAG及CASN)混合於苯基聚矽氧中且將混合物分配至2835封裝中以填充空腔。接著在烘箱中固化單磷光體層。
對於兩層裝置(Dev.#)：將KSF磷光體混合至苯基聚矽氧中且分配至2835封裝中以部分填充LED空腔。在烘箱中固化KSF磷光體層。將YAG磷光體與苯基聚矽氧混合且接著分配於KSF層之頂部上以完全填充LED空腔且在烘箱中固化。此外，KSF磷光體層可包括CASN及/或YAG。
光學效能
測試方法涉及在累計球中量測封裝白色發光裝置之總發光。
表 1 列出比較性裝置Com.1 (單層裝置)及根據本發明之兩層裝置Dev.1的磷光體組成。表 2 列出單層裝置 (Com.1)及兩層裝置(Dev.1)之總磷光體使用率。將表 1 及2 中之磷光體重量值(重量)標準化為比較性裝置Com.1之單磷光體層中的KSF重量。
如可自表 1 看出，就磷光體組成而言：Com.1包含單個磷光體層，其包含69.9 wt% (重量= 1.000) KSF、28.1 wt% (重量= 0.400) YAG及2.1 wt% (重量= 0.030) CASN之混合物。Dev.1包含兩層磷光體結構，其具有包含95.2 wt% (重量= 0.457) KSF及4.8 wt% (重量= 0.023) CASN之混合物的第1磷光體層及包含100.0 wt% (重量= 0.561) YAG之第2磷光體層。
表1 單層LED (Com.1)及兩層LED (Dev.1)之磷光體組成
1 重量-經標準化為比較性裝置(Com.1)之單磷光體層之KSF重量的磷光體重量2 wt% -層之總磷光體含量的磷光體重量百分比
裝置 第1磷光體層 第2磷光體層
KSF YAG CASN YAG CASN
重量1 wt%2 重量1 wt%2 重量1 wt%2 重量1 wt% 重量1 wt%2
Com.1 1.000 69.9 0.400 28.0 0.030 2.1 - - - -
Dev.1 0.457 95.2 - - 0.023 4.8 0.561 100.0 - -
表 2 單層 LED (Com.1) 及兩層 LED (Dev.1) 之磷光體使用率
1 重量-經標準化為比較性裝置(Com.1)之單磷光體層之KSF重量的磷光體重量3 wt% -裝置之總磷光體含量的磷光體重量百分比
裝置 磷光體使用率
KSF YAG CASN TOTAL
重量1 % wt%3 重量1 % wt%3 重量1 % wt%3 重量1
Com.1 1.000 100.0 69.9 0.400 100.0 28.0 0.030 100 2.1 1.430
Dev.1 0.457 46.0 43.9 0.561 129.0 53.9 0.023 76 2.2 1.041
表 3 列出發光裝置Com.1及Dev.1之所量測的光學效能。如可自表 3 看出，由裝置產生之光的色點極其類似，其中由本發明之兩層裝置(Dev.1)產生之通量比單層比較性裝置(Com.1)大4.1 lm (更亮3.4%：亮度-Br)。然而，如可自表 2 看出，與單層裝置Com.1相比，根據本發明之兩層裝置Dev.1之KSF使用自標準化重量(重量) 1.000減少至0.457，即與Com.1相比KSF使用率減少54%。此外，兩層裝置Dev.1之CASN使用率亦自標準化重量0.030減少至0.023，即與Com.1相比CASN使用率減少24%。儘管YAG使用率增加29% (自0.400至0.561)，但總磷光體使用率自重量= 1.430減少至1.041，即總磷光體使用率減少28%。如上文所指出，與KSF (通常為成本的1/100至1/150)及CASN (通常為成本之至少1/20)相比，YAG為便宜的。因此，由於YAG為KSF或CASN之成本的小部分，所以裝置之總成本以此方式顯著地減少。除由KSF及CASN含量減少所提供之成本節約之外，根據本發明之兩層裝置更易於製造，此係因為其使用更少的總磷光體材料，此意謂聚矽氧中之磷光體材料負載減少且此減少可增加分配過程的可靠性/穩定性。
咸信，YAG使用率增加之原因係由於較少藍色激發光到達第2磷光體層，所以需要更多的YAG磷光體來產生綠光以獲得所選擇之色彩目標。如上文所論述，咸信由於KSF層實質上僅含有KSF (單個KSF層)，所以KSF使用率減少，此係因為KSF可吸收藍色激發光，而不必與YAG磷光體競爭，如同包含具有磷光體之混合物之單層的已知單層裝置中之情況。
表3 單層裝置(Com.1)及兩層裝置(Dev.1)之所量測的光學效能
裝置 CIE 通量(lm) Br (%) CRI
x y Ra ΔRa R9 ΔR9
Com.1 0.4544 0.4183 121.7 100.0 90.3 0.0 57.6 0.0
Dev.1 0.4548 0.4208 125.8 103.4 90.9 0.6 57.4 -0.2
表 4 列出比較性裝置Com.2 (單層裝置)及用於增加第1磷光體層中之KSF比例(wt%)的根據本發明之兩層裝置Dev.2至Dev.5的磷光體組成。表 5 列出單層裝置(Com.2)及兩層裝置(Dev.2至Dev.5)之總磷光體使用率。表 4 及5 中之磷光體重量經標準化為比較性裝置Com.2中之KSF重量。
如可自表 4 看出，就磷光體組成而言：Com.2包含單個磷光體層，其包含68.9 wt% (重量= 1.000) KSF、29.0 wt% (重量= 0.421) YAG及2.1 wt% (重量= 0.031) CASN之混合物。裝置Dev.2至Dev.5包含第1磷光體層，其在第1磷光體層中具有增加的KSF比例(wt%)(76.8wt%至100 wt%)。更特定而言：Dev.2包含兩層結構，其具有包含76.8 wt% (重量= 0.770) KSF、3.2 wt% (重量= 0.032) CASN及20.0 wt% (重量= 0.200) YAG之混合物的第1磷光體層及包含100.0 wt% YAG (重量= 0.345)之第2磷光體層；Dev.3包含兩層結構，其具有包含86.4 wt% (重量= 0.665) KSF、3.6 wt% (重量= 0.028) CASN及10.0 wt% (重量= 0.077) YAG之混合物的第1磷光體層及包含100.0 wt% YAG (重量= 0.506)之第2磷光體層；Dev.4包含兩層結構，其具有包含96.0 wt% (重量= 0.639) KSF、4.0 wt% (重量= 0.0270) CASN之混合物的第1磷光體層及包含100.0 wt% YAG (重量= 0.580)之第2磷光體層；且Dev.5包含兩層結構，其具有包含100.0 wt% (重量= 0.551) KSF之第1磷光體層及包含96.0 wt% YAG (重量= 0.595)及4.0 wt% (重量= 0.025) CASN之混合物的第2磷光體層。
表4 單層LED (Com.2)及在第1層中具有增加的KSF含量wt%之兩層LED (Dev.2至Dev.5)的磷光體組成
1 重量-經標準化為比較性裝置(Com.1)之單個磷光體層之KSF重量的磷光體重量2 wt% -層之總磷光體含量之磷光體重量百分比4 % -第2磷光體層中總YAG含量之百分比
裝置 第1磷光體層 第2磷光體層
KSF YAG CASN YAG CASN
重量1 wt%2 重量1 wt%2 重量1 wt%2 重量1 wt%2 %4 重量1 wt%2
Com.2 1.000 68.9 0.421 29.0 0.031 2.1 - - - - -
Dev.2 0.770 76.8 0.200 20.0 0.032 3.2 0.345 100.0 63.3 - -
Dev.3 0.665 86.4 0.077 10.0 0.028 3.6 0.506 100.0 86.8 - -
Dev.4 0.639 96.0 - - 0.027 4.0 0.580 100.0 100.0 - -
Dev.5 0.551 100.0 - - - - 0.595 96.0 100.0 0.025 4.0
表 5 單層LED (Com.1)及兩層LED (Dev.1)之磷光體使用率
1 重量-經標準化為比較性裝置(Com.1)之單個磷光體層之KSF重量的磷光體重量3 wt% -裝置之總磷光體含量的磷光體重量百分比
裝置 磷光體使用率
KSF YAG CASN 總計
重量1 % wt%3 重量1 % wt%3 重量1 % wt%3 重量1
Com.2 1.000 100 40.3 0.715 100 28.8 0.052 100 30.9 2.482
Dev.2 0.770 77 44.0 0.925 129 52.9 0.054 104 3.1 1.749
Dev.3 0.665 67 39.1 0.990 138 58.1 0.047 90 2.8 1.702
Dev.4 0.639 64 38.2 0.985 138 59.0 0.045 87 2.7 1.669
Dev.5 0.551 55 34.4 1.009 141 63.0 0.042 81 2.6 1.602
表 6 列出發光裝置Com.2及Dev.2至Dev.5之所量測的光學效能。如可自表 6 看出，裝置之光學效能/色點極其類似，其中由本發明之兩層裝置(Dev.2至Dev.5)產生之通量比單層比較性裝置(Com.2)更亮約0.7%至2.0%(亮度-Br)。然而，如可自表 5 看出，與單層裝置Com.2相比，根據本發明之兩層裝置Dev.2至Dev.5之KSF使用率減小了23%至多45%，視第1磷光體層中之KSF比例(wt%)而定。將自表 5 所指示，就層之總磷光體含量而言，當第1磷光體層僅包含KSF (亦即Dev.5 -第1磷光體層中之100 wt% KSF)時，KSF使用率的減少最大。儘管如此，應瞭解，即使對於在第1磷光體層中具有總磷光體含量之約75% wt%的KSF比例之裝置(Dev.2)，KSF使用節省仍為約25%，當考慮KSF之高成本時，其為相當大的，從而導致裝置製造之總成本降低接近25%。
如表 5 中所證明，第1磷光體層中之KSF比例(wt%)增加具有以下影響：(i)減少KSF使用率(23%至45%)，(ii)減少CASN使用率，(iii)增加YAG使用率及(iv)減少總磷光體使用率。此等影響共同提供顯著的成本降低。
將進一步指示，在根據本發明之裝置中，第2磷光體層可包含裝置之總YAG含量的約60% (Dev.2)至100% (Devs.4及5) YAG (綠色光致發光材料)。
表6 單層LED (Com.2)及兩層LED (Dev.2至Dev.5)之光學效能
裝置 CIE CCT (K) 通量(lm) LE (lm/W) Br (%) CRI
x y Ra ΔRa R9 ΔR9
Com.2 0.4591 0.4169 2759 110.1 345.4 100.0 93.5 0.0 65.5 0.0
Dev.2 0.4591 0.4173 2763 111.2 347.2 100.9 92.5 -1.0 61.4 -4.1
Dev.3 0.4587 0.4170 2767 111.7 345.8 101.4 93.0 -0.5 64.1 -1.4
Dev.4 0.4589 0.4175 2766 110.9 345.3 100.7 93.5 0.0 67.5 2.0
Dev.5 0.4599 0.4135 2722 112.8 341.7 102.4 94.8 1.3 79.0 13.5
熱效能
表 7 列出單層發光裝置Com.1及兩層發光裝置Dev.1之熱穩定性。如可自表 7 看出，與單層裝置Com.1相比，就發光及發光色彩穩定性而言，根據本發明之兩層裝置Dev.1展現更大的熱穩定性。
舉例而言，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，由Dev.1產生之平均通量下降12.3% (從116.5 lm至102.1 lm)。相比之下，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，由Com.1產生之平均通量下降12.7% (從115.9 lm至101.2 lm)。
就發光效率(luminous efficacy；LE)而言，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Dev.1之LE的平均值下降10.4% (從123.1 lm/W至110.4 lm/W)。相比之下，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Com.1之LE的平均值下降11.6% (從122.9 lm/W至108.6 lm/W)。此表明根據本發明所形成之裝置具有優良的熱穩定性，此係因為10.4%的平均LE下降(Dev.1)小於11.6%的下降(Com.1)。
就通用顯色指數CRI Ra而言，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Dev.1之CRI Ra之平均值增加僅1.5的量(從93.2至95.2)。相比之下，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Com.1之CRI Ra之平均值增加2.0的量(從91.2至93.3)。此表明根據本發明所形成之裝置具有優良的熱穩定性，此係因為1.5之平均CRI Ra增加(Dev.1)小於2.0的增加(Com.1)。
就顯色指數CRI R8而言，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Dev.1之CRI R8之平均值增加僅0.6的量(從97.1至97.7)。相比之下，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Com.1之CRI R8之平均值增加1.2的量(從82.6至83.9)。此表明根據本發明所形成之裝置具有優良的熱穩定性，此係因為0.6之平均CRI R8增加(Dev.1)小於1.2的增加(Com.1)。
就顯色指數CRI R9而言，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Dev.1之CRI R9之平均值增加僅2.3的量(從83.3至85.5)。相比之下，與在25℃ (C)下操作相比，當在85℃ (H)下操作時，Com.1之CRI R9之平均值增加5.7的量(從57.4至63.1)。此表明根據本發明所形成之裝置具有優良的熱穩定性，此係因為2.3之平均CRI R9增加(Dev.1)小於5.7的增加(Com.1)。
表7 單層LED (Com.1)及兩層LED (Dev. 1)之熱穩定性
裝置 條件 通量 (lm) LE (lm/W) CIE CRI
x y Ra R8 R9
Com.1 冷(C) 25℃ 115.0 123.2 0.4542 0.4073 91.0 82.4 57.0
117.3 119.8 0.4534 0.4083 91.3 82.5 57.3
115.4 125.6 0.4523 0.4101 91.4 83.0 57.8
平均值 115.9 122.9 0.4533 0.4086 91.2 82.6 57.4
熱(H) 85℃ 100.4 107.1 0.4579 0.3985 92.9 83.4 62.2
102.9 109.6 0.4570 0.3991 93.4 83.9 63.2
100.2 109.1 0.4562 0.4008 93.5 84.4 63.9
平均值 101.2 108.6 0.4570 0.3995 93.3 83.9 63.1
Δ C至H -12.7% -13.1% 0.0037 -0.0088 1.9 1.0 5.2
-12.3% -8.5% 0.0036 -0.0092 2.1 1.4 5.9
-13.2% -13.1% 0.0039 -0.0093 2.1 1.4 6.1
平均值 -12.7% -11.6% 0.0040 -0.0090 2.0 1.2 5.7
Dev.1 冷(C) 25℃ 118.5 125.0 0.4456 0.4322 92.7 96.0 79.4
116.7 126.2 0.4467 0.4298 93.6 96.8 81.7
114.4 118.2 0.4512 0.4265 94.7 98.4 88.9
平均值 116.5 123.1 0.4478 0.4295 93.4 97.1 83.3
熱(H) 85℃ 103.9 112.3 0.4495 0.4242 94.5 96.7 82.1
102.3 112.1 0.4505 0.4216 95.4 97.3 84.2
100.2 106.8 0.4553 0.4182 95.7 99.0 90.5
平均值 102.1 110.4 0.4502 0.4213 95.2 97.7 85.6
Δ C至H -12.3% -10.1% 0.0039 -0.0080 1.8 0.7 2.7
-12.3% -11.3% 0.0038 -0.0082 1.8 0.5 2.5
-12.4% -9.7% 0.0041 -0.0083 1.0 0.6 1.6
平均值 -12.3% -10.4% 0.0040 -0.0080 1.5 0.6 2.3
在溫度為85℃，相對濕度為85%之濕高溫使用壽命(W etH ighT emperatureO perationL ife；WHTOL)測試條件下，將包含兩層之根據本發明之發光裝置(Dev.1)的可靠性、相對亮度與包含混合光致發光材料之單層的已知裝置(Com.1)之可靠性進行比較。驅動條件為9V及120mA。如圖10 中所展示，兩層LED (Dev.1)之相對強度在336小時時為96.4%，而已知單層LED (Com.1)之相對強度在336小時時下降至91.45%。咸信，此種可靠性之提高係由於如上文所論述之KSF磷光體的使用率減少及由覆蓋經錳活化之氟化物光致發光層(第1層)的第2光致發光層所提供之保護的組合。
另一加速可靠性為水沸點測試。在此測試中，將LED浸入於85℃去離子水中4小時。在浸入於水中之前及之後測試LED亮度。此測試之結果列於表 8 中。在此等條件下，咸信熱水可滲透上部光致發光層聚矽氧表面以與氟化物光致發光材料反應。本發明之兩層裝置提供水與第1磷光體層中之KSF (經錳活化之氟化物光致發光材料)之間增加的隔離，從而導致比單層裝置更佳的流明維持。
表8 單層LED (Com.1)及兩層LED (Dev.1)在浸入於沸水(85℃)中4小時之情況下的相對亮度
裝置 4小時之後的相對亮度(%)
樣品編號 最大值 最小值 平均值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Com.1 95.4 96.4 96.7 93.9 94.7 96.1 93.5 94.1 93.0 94.6 96.7 93.0 94.8
Dev.1 97.3 97.1 97.5 97.6 98.0 98.3 98.2 98.0 98.4 97.3 98.4 97.1 97.8
10:封裝發光裝置 12:封裝 14:空腔 16:LED晶粒 18:光學囊封物 20:封裝白色發光裝置 22:SMD 2835 LED封裝 24:矩形基座 26A:側壁 26B:側壁 28:空腔 30:LED晶粒 32:第一光致發光層 34:第二光致發光層 320:封裝白色發光裝置 322:封裝 324:基座 326A:側壁 326B:側壁 328:空腔 330:藍色LED晶粒 332:第一光致發光層 334:第二光致發光層 336:透光鈍化層 420:封裝白色發光裝置 422:封裝 424:基座 428:空腔 426A:側壁 426B:側壁 430:LED晶片 432:第一光致發光層 434:第二光致發光層 520:發光裝置 522:封裝 524:基座 526A:側壁 526B:側壁 528:空腔 530:LED晶片 532:第一光致發光層 534:第二光致發光層 620:COB發光裝置 624:環狀基板 626:壁 630:藍色LED晶粒 632:第一光致發光層 634:第二光致發光材料層 720:COB封裝白色發光裝置 724:基板 726:壁 730:LED晶片 732:第一光致發光層 734:第二光致發光層 820:發光裝置 824:基座 826:壁 830:LED晶片 832:第一光致發光層 834:第二光致發光層 920:CSP發光裝置 930:藍色LED晶粒 932:第一光致發光層 934:第二光致發光材料層
在結合附圖審閱對本發明之特定實施例的以下描述後，本發明之此等及其他態樣及特徵對於一般熟習此項技術者將變得顯而易見，其中：
圖1 為利用經錳活化之氟化物光致發光材料之已知發光裝置的截面視圖；
圖2 為根據本發明之一實施例之發光裝置的截面視圖；
圖3 為根據本發明之一實施例之發光裝置的截面視圖；
圖4 為根據本發明之一實施例之發光裝置的截面視圖；
圖5A 及圖5B 為利用晶片級封裝(CSP) LED之根據本發明之一實施例之發光裝置的截面視圖；
圖6A 及圖6B 分別為根據本發明之一實施例之板上晶片(Chip On Board；COB)白色發光裝置的平面視圖及貫穿A-A之橫截面側視圖；
圖7 為根據本發明之一實施例之COB白色發光裝置的截面視圖；
圖8A 及圖8B 為利用晶片級封裝(CSP) LED之根據本發明之一實施例之板上晶片(COB)白色發光裝置的橫截面側視圖；
圖9 為根據本發明之一實施例之晶片級封裝(CSP)白色發光裝置的截面視圖；以及
圖10 展示根據一些實施例之對於(i)已知2700 K發光裝置(Com.1)及(ii) 2700K發光裝置(Dev.1)在85℃/85% RH之加速測試條件下操作之裝置之相對強度與時間的可靠性資料。
20:封裝白色發光裝置
22:SMD 2835 LED封裝
24:矩形基座
26A:側壁
26B:側壁
28:空腔
30:LED晶粒
32:第一光致發光層
34:第二光致發光層

Claims (20)

  1. 一種白色發光封裝，其包含：固態激發源，其用於產生主波長在440nm至470nm之範圍內的激發光；以及層狀光致發光結構，其包含：第一光致發光層，其包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的75wt%至100wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料，及第二光致發光層，其包含用於產生峰值發射波長在500nm至650nm之範圍內之光的光致發光材料；其中該第二光致發光層安置於該第一光致發光層上且與該第一光致發光層直接接觸，且其中該第一光致發光層鄰近於該固態激發源而安置。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中該第一光致發光層包含以下中之至少一者：該第一光致發光層之總光致發光材料含量的90wt%至100wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料，及該第一光致發光層之總光致發光材料含量的95wt%至100wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料。
  3. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該第一光致發光層包含在該固態激發源之至少發光面上之均勻厚度層。
  4. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該第一光致發光層包含以下 中之至少一者：實質上保形塗層、大體上半球形塗層、大體上圓頂狀塗層。
  5. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其進一步包含透光層，其中該透光層安置於該固態激發源上；及其中該第一光致發光層安置於該透光層上。
  6. 如請求項5之發光裝置，其中該透光層包含鈍化層。
  7. 如請求項6之發光裝置，其中該鈍化層係選自由以下組成之群：二甲基聚矽氧、苯基聚矽氧、環氧樹脂及透光無機氧化物材料。
  8. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該經錳活化之氟化物光致發光材料層包含以下中之至少一者：K2SiF6：Mn4+、K2TiF6：Mn4+及K2GeF6：Mn4+。
  9. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該經錳活化之氟化物光致發光材料構成：該裝置之總光致發光材料含量的約30wt%至45wt%，或該裝置之總光致發光材料含量的小於45wt%。
  10. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中將該經錳活化之氟化物光致發光材料或該光致發光材料中之至少一者併入於透光介質中。
  11. 如請求項10之發光裝置，其中該透光介質包含二甲基聚矽氧或苯基聚矽氧。
  12. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該第二光致發光層中之該光致發光材料包含綠色光致發光材料，其產生峰值發射波長在500nm至565nm之範圍內的光。
  13. 如請求項12之發光裝置，其中該第二光致發光層構成該裝置之總綠色光致發光材料含量的60%至100%。
  14. 如請求項12之發光裝置，其中該綠色光致發光材料包含經鈰活化之石榴石磷光體，其具有通用組成(Lu,Y)3-x(AlGa)5O12：Cex或Y3(Al,Ga)5O12：Ce。
  15. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該第一或第二光致發光層包含橙色至紅色光致發光材料，其用於產生峰值發射波長在580nm至650nm之範圍內的光。
  16. 如請求項15之發光裝置，其中該橙色至紅色光致發光材料相對於該經錳活化之氟化物光致發光材料及橙色至紅色光致發光材料之總量的含量比為以下中之至少一者：至少20wt%；至少30wt%；及至少40wt%。
  17. 如請求項15之發光裝置，其中該橙色至紅色光致發光材料包含基於 氮化物之磷光體，其具有通用組成CaAlSiN3：Eu2+、Ca(Se,S)：Eu2+或(Ba,Sr)3SiO5：Eu2+。
  18. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中該第二光致發光層包含用於產生峰值發射波長在500nm至565nm之範圍內之光的第一光致發光材料及用於產生峰值發射波長在600nm至650nm之範圍內之光的第二光致發光材料之混合物。
  19. 如請求項1或請求項2之發光裝置，其中在溫度為85℃及相對濕度為85%的濕高溫使用壽命測試條件下工作300個小時之後，由該裝置產生之光的相對強度為至少95%。
  20. 一種顯示背光封裝，其包含：固態激發源，其用於產生主波長在445nm至465nm之範圍內的激發光；以及層狀光致發光結構，其包含：第一光致發光層，其包含該第一光致發光層之總光致發光材料含量的75wt%至100wt%之經錳活化之氟化物光致發光材料，及第二光致發光層，其包含用於產生峰值發射波長在520nm至550nm之範圍內之光的光致發光材料；其中該第二光致發光層安置於該第一光致發光層上且與該第一光致發光層直接接觸，且其中該第一光致發光層鄰近於該固態激發源而安置。
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