专利名称：暖色系光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用发光二极管作为光源的装置，特别涉及一种使用混 光的发光二极管混成的暖色系光源。
背景技术：
发光二极管是一种半导体组件，其可以在很小的体积内以很有效率的方 式产生高亮度的光源。而发光二极管所产生的光源具有相当优异的单色性的 波峰。如果要使发光二极管产生白色光，必须要混合数种色光。 一种简单的 方式是使用红色、蓝色，以及绿色的发光二极管产生白光。然而，目前以三 色发光二极管混成的白光并不均匀，并且需要使用复杂的光学方式将各色光 混合成白光。再者，发光二极管的亮度会随着半导体的温度而改变，当发光 二极管的温度增加，混成的白光也会改变。另外，每个发光二极管的使用寿 命并不相同，当单一发光二极管失效的时候，产品的色光的改变会很明显而 让使用者觉得很刺眼。因此，提供理想的白光是一项重要的议题。
目前的白光发光二极管所发射的光源，主要是以蓝光发光二极管加上黄 色荧光粉混合成白光。然而，这样的混光方式，提供的白光是属于冷色系的
白光，无法提供暖色系的白光。因此，Shimizu等在美国专利第6577073号 中提出使用蓝光、红光，以及荧光粉产生不同色系的白光，其中荧光粉的发 射波长在红光与蓝光之间。这种方式可以产生暖色系的白光，但是调配色光 的方式，必须同时调整蓝光发光二极管的波长、蓝光发光二极管的发光强度、 红光发光二极管的波长、红光发光二极管的发光强度，以及荧光粉的发光频 谱。而这样的调配方式过于复杂。另外，就封装的结构而言，红光发光二极 管会吸收蓝光而降低整体的光源输出。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种暖色系光源，其使用波长约在550至600纳米之间的发光二极管，以更容易地降低色温而形成暖色系白光。
本发明的另一目的在于提供一种暖色系光源，其使得该色光对人眼的敏 感度较强，与红光发光二极管相比较，在相同的输出功率下可呈现的亮度
(mcd)较高。
本发明的又一目的在于提供一种暖色系光源，其使得暖色系白光的演色 性较高，使其具有较高的色彩呈现。
本发明的再一 目的在于提供一种暖色系光源，其使用下沉式支架来有效 避免该色光发光二极管对于蓝光的吸收。
根据上述目的，本发明使用蓝色发光二极管与黄色荧光粉混成白光，另 外使用增加一长波长发光二极管形成暖色系白光，其中色温可降至3000K至 2000K左右。长波长发光二极管的发光波长约在550至600纳米之间，优选 地，使用波长约为590纳米。增加长波长发光二极管的发光强度可以降低色 温。
具体地，本发明公开了一种暖色系光源，其包括 一第一发光二极管， 其用以产生蓝色波长光源； 一荧光粉，其吸收该蓝色发光二极管发射的一部 分蓝色波长光源后，转换成较低波长的光源； 一第二发光二极管，其发光波 长在550与600纳米之间。
封装的方式可以是，将两个发光二极管封装在同一个壳体内，或是分别 封装成两个壳体。如果两个发光二极管封装在一个壳体内，依照不同的打线 方式可以是并联电路或是串连电路。如果封装在两个壳体内，对于一般的高 功率发光二极管，以白光发光二极管与长波长发光二极管的数量比例为1比 20至20比1，从而可以得到2500K色温的白光。
使用的荧光粉，可以是氮化物或是氮氧化物，例如CaSiN2:Eu2+、 Ba2Si5N8:Eu2+、 AExSiyNz:Eu2+、 CaSiAlN3:Eu2+、或是SiA10xNy。 也可以使用 硫化物荧光粉，例如CaS:Eu"、 CaS* A:Eu、或是CaS: Ce， X。也可以使用 硅酸盐类的荧光粉、钇铝石榴石(YAG)、或是TAG等。荧光粉的发射主波长 约在540至600纳米。
本发明使用下沉式支架，将长波长发光二极管固定在下沉式支架上，可 以避免长波长发光二极管对蓝光的吸收。
在本发明中，长波长发光二极管的材质可以是AlInGaP或是InGaN。本发明的有益技术效果为可以更容易地降低一般白光发光二极管的色 温而形成暖色系白光。与红光发光二极管相比较，在相同的输出功率下可呈 现的亮度较高。另外，暖色系白光的演色性较高，具有较高的色彩呈现。
此外，本发明使用下沉式支架，可以有效避免长波长发光二极管对于蓝 光的吸收。整体的封装结构简单，可以降低成本。并且，可以使用氮化物系 列的琥珀光发光二极管，其具有较高的使用寿命。
图1是示出了色温与长波长发光二极管的关系的图2是示出了蓝色发光二极管与长波长发光二极管封装在同一个壳体内 的结构示意图，其中是使用并联电路的打线方式；
图3是示出了蓝色发光二极管与长波长发光二极管封装在同一个壳体内 的结构示意图，其中是使用串联电路的打线方式；
图4是示出了将蓝色发光二极管与长波长发光二极管封装在不同的壳体 所组成的光源的示意图5是示出了将蓝色发光二极管与长波长发光二极管封装在不同的壳体 所组成的光源的另一示意图6是示出了在本发明中以蓝光发光二极管、黄色荧光粉、以及长波长 发光二极管混成的暖色系白光的CIE图7是示出了在图6中形成暖色系白光的光谱图。
具体实施例方式
相较于现有技术使用的红光发光二极管，本发明使用长波长发光二极管 形成暖色系白光。在本发明中，只要简单的调配长波长发光二极管的强度即 可调整白光的色温。如图1所示，当长波长发光二极管的数量增加，色温就 可以从6000K以上降低到2000K左右，其中，暖色系白光是以蓝光发光二 极管与黄色荧光粉混成的白光发光二极管封装单体，与长波长发光二极管单 独封装在封装单体之间混光而成。在图1中，只要长波长发光二极管的数量 增加，色温的降低就相当的明显。
在本发明中，长波长发光二极管的波长约在550到600纳米之间。在本实施例中，是使用波峰在590纳米的发光二极管，其中误差约在正负五个纳
米之间。
长波长发光二极管的材质可以是GaP、 InGaP、 AlGaP、 AlInP、 AlInGaP、
InGaN、或是AlInGaN。如果是以磷化物为材质，可以使用GaAs或是InP
作为外延片(Epitaxy)的基材，如果是以氮化物为材质，可以使用蓝宝石、
SiC、 Si、或是GaN做为基材。使用氮化物材质的长波长发光二极管可以有
较好的使用寿命。如果基材是导体，长波长发光二极管在芯片切割制程中可
以形成双面电极；如果基材不是导体，长波长发光二极管在芯片切割制程中 形成单面电极。
蓝光发光二极管的材质主要是以氮化物为主，可以是GaN、 InGaN、或 是AlInGaN等。基材可以是蓝宝石、SiC、 Si、或是GaN。如果基材是导体， 长波长发光二极管在芯片切割制程中可以形成双面电极；如果基材不是导 体，长波长发光二极管在芯片切割制程中形成单面电极。在本发明中，蓝光 发光二极管的波长约在440到470纳米之间，在本实例中是使用波峰在460 纳米的发光二极管。
发光二极管的制造工艺包括在有机金属物化学气相沉积室里进行外延， 其中外延的条件依照发光二极管的材料、发光频率等有所不同。然后在将外 延完成的成品经过芯片切割后形成一个个的芯片(chip)。
荧光粉的材质可以是氮化物、氮氧化物、硫化物、硅酸盐、钇铝石榴石、 或是TAG等。氮化物的荧光粉可为CaSiN2:Eu2+、 Ba2Si5N8:Eu2+、 AExSiyNz:Eu2+、或是CaSiAlN3:Eu"等，而氮氧化物的荧光粉可为SiA10xNy。 硫化物的荧光粉可为CaS:Eu2+、 CaS* A:Eu、或是CaS:Ce,X等。另外，也 可以使用硅酸盐族系的荧光粉、YAG或是TAG等的荧光粉，荧光粉的发射 主波长约在540至600纳米。在本实施例中，是使用黄色的荧光粉将蓝光发 光二极管的蓝光先混合成白光，所使用的荧光粉主要是氮化物、氮氧化物、 硫化物，或是硅酸盐。上述的荧光粉是属于无机荧光粉，其形成方式主要是 以高温烧结之后研磨成粉粒。
封装的结构可以是使用针脚式的封装体，或是表面贴装型(SMD)封装 体。不同的封装体会对应到不同的应用，在本实施例中主要是以表面贴装型 的封装体为主，但是本发明不限于应用在表面贴装型封装体。封装的方式，可以将两种发光二极管封装在同一个壳体内，然后在灌胶的时候混入荧光
粉，然而也可以使用转移模压(transfer-molding)的方式。壳体的材质，可 以是高温陶瓷、低温陶瓷、silicon、氧化铝、氮化铝或是塑料(例如PPA) 等。发光二极管的封装方式可以是打线(wire-bonding)封装或是倒装芯片 (flip-chip)封装。本发明可以同时应用这两种封装方式，例如蓝光发光二 极管与长波长发光二极管同时使用打线封装或是倒装芯片封装，或是两种发 光二极管分别使用不同的封装方式，例如蓝光发光二极管使用倒装芯片封装 而长波长发光二极管使用打线封装。在本实施例中主要是以打线封装为例进 行说明。在打线封装中，不同的联机方式可以让蓝光发光二极管与长波长发 光二极管之间的电路是并联或是串联。
如图2所示，该图为示出了并联电路的封装结构示意图。在本实施例中， 壳体12具有反射面可以将光线反射出去，长波长发光二极管22固定在下沉 式支架10上，可以降低长波长发光二极管22对于蓝光的吸收。在图2中， 长波长发光二极管22是双面电极的结构，因此只有一条打线结构，而蓝光 发光二极管21是单面电极的结构，因此有两条打线。当蓝光发光二极管21 与长波长发光二极管22均固定并且完成打线之后，就可以将胶材灌入壳体 12内，其中荧光粉是按照比例混入胶材内。在本实施例中，胶材可以使用环 氧树脂(epoxy)，或是硅氧垸(silicone)。胶材的选择，需要考虑到透光 性、光线的折射系数，以及与壳体12之间的关联性，也即，胶材与壳体12 之间的气密性。当灌胶程序完成之后，可以将一透镜安装在壳体12的出光 面上，以修正发光二极管的光学效果。上述的步骤是选择性的步骤。
在本实施例中，封装的过程包括先将发光二极管21、 22依序使用固晶 胶固定在支架10上，然后进入烘烤箱中将固晶胶固化以固定住发光二极管 21、 22。之后进行打线程序将发光二极管21、 22的电极分别连接至支架10 上。之后，进行灌胶程序后再次送入烤箱中烘烤使得胶材固化。
如图3所示，该图为示出了串联电路的封装结构示意图。在本实施例中， 壳体12具有反射面可以将光线反射出去，长波长发光二极管22固定在下沉 式支架10上，可以降低长波长发光二极管22对于蓝光的吸收。在图2中， 长波长发光二极管22是双面电极的结构，因此只有一条打线结构，而蓝光 发光二极管21是单面电极的结构，因此有两条打线。在本实施例中，导线直接连接蓝光发光二极管21的电极与长波长发光二极管22的电极。当蓝光 发光二极管21与长波长发光二极管22均固定并且完成打线之后，就可以将 胶材灌入壳体12内，其中荧光粉是按照比例混入胶材内。在本实施例中， 胶材可以使用环氧树脂(epoxy)、或是硅氧烷(silicone)。胶材的选择， 需要考虑到透光性、光线的折射系数、以及与壳体12之间的关联性，也即 胶材与壳体12之间的气密性。
不同的封装体可以决定有两个电极、三个电极，或是四个电极。三个电 极的电路可以共享阴极或是共享阳极，而两个电极必须要同时共享阴极与阳 极。
另外，也可以将两个发光二极管先封装在不同的壳体内，例如以蓝光发 光二极管与荧光粉先形成白光发光二极管。利用数量不同的白光发光二极管 与长波长发光二极管形成暖色系的白光，白光发光二极管与长波长发光二极 管的数量比例约在l比20至20比1之间。在图4与图5中，图中示出了本 发明的一个实施例是白光发光二极管的数量比上长波长发光二极管的数量 为15比4以及17比5，可以提供色温在3000K左右的白光。图4与图5显 示了白光发光二极管24与长波长发光二极管22的分布，然而也可以有其它 各种分布，其中分布的图案可以是周期性或是非周期性。
图6为示出了在本发明中，利用白光发光二极管与长波长发光二极管组 成暖色系白光的三剌激值(C正)图。在图中左下角的小方块是蓝光发光二 极管所发出光源的色坐标，在x坐标接近0.4的小方块是黄色荧光粉的色坐 标，在x坐标接近0.6的小方块是长波长发光二极管的色坐标。在后两个小 方块之间的斜直线式表示3000K的色温，而在CIE图中的曲线是表示黑体辐 射的曲线，其中斜直线与曲线相交的小方块是表示色温为3000K的白光，是 由蓝光发光二极管所标示的小方块，黄色荧光粉所标示的小方块，以及长波 长发光二极管所标示的小方块所混光的结果。
图7是示出了在图6中形成暖色系白光的光谱图，其中蓝光发光二极管 的波长约在460纳米、荧光粉的波长约在550纳米，以及长波长发光二极管 的波长约在590纳米。
由于本发明使用长波长发光二极管，其波长在550至600纳米之间，因 此可以更容易地降低一般白光发光二极管的色温而形成暖色系白光。而长波长对人眼的敏感度较强，与红光发光二极管相比较，在相同的输出功率下可
呈现的亮度(mcd)较高。另外，暖色系白光的演色性较高，具有较高的色
彩呈现。
本发明使用下沉式支架，可以有效避免长波长发光二极管对于蓝光的吸 收。整体的封装结构简单，可以降低成本。并且，可以使用氮化物系列的琥 珀光发光二极管，其具有较高的使用寿命。
本发明的技术内容及技术特点已进行了如上的披露，然而所属领域的技 术人员仍可能基于本发明的教导及披露而进行各种不脱离本发明精神的替 换及修改。因此，本发明的保护范围不限于实施例所披露的内容，而是包括 各种不脱离本发明精神的替换及修改，并由所附权利要求书的范围而界定。
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权利要求
1.一种暖色系光源，其包括一第一发光二极管，其用以产生蓝色波长光源；一荧光粉，其吸收该蓝色发光二极管发射的一部分蓝色波长光源后，转换成较低波长的光源；一第二发光二极管，其发光波长在550与600纳米之间。
2. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述荧光粉可为YAG、 TAG、 硅酸盐、硫化物、氮化物或是氮氧化物为主的荧光粉。
3. 如权利要求2所述的暖色系光源，其中所述荧光粉的发射主波长在 540至600纳米。
4. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述第二发光二极管的材料系 列为AlInGaP、或是AlInGaN。
5. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述第二发光二极管可以将色 温调整至2500K附近。
6. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述第二发光二极管封装在下 沉式支架上。
7. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述第一发光二极管与该荧光 粉混成白光发光二极管。
8. 如权利要求7所述的暖色系光源，其中所述白光发光二极管与该第二 发光二极管分别封装在不同的壳体内。
9. 如权利要求8所述的暖色系光源，其中所述白光发光二极管与该第二 发光二极管的数量比例约为1比20至20比1之间。
10. 如权利要求1所述的暖色系光源，其中所述第一发光二极管与该第 二发光二极管封装在同一封装壳体内。
全文摘要
本发明公开了一种暖色系光源，其使用波长约在550至600纳米之间的发光二极管，将一般白光发光二极管的色温调整至2500K左右，增加的发光二极管的发光强度可以有效地降低色温。封装体可以将两种发光二极管封装在同一壳体内，或是分别封装在各自的壳体内。
文档编号H01L25/00GK101308837SQ200710107519
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者张家诚, 詹世雄 申请人:先进开发光电股份有限公司