白光发光二极管的制作方法

文档序号:6928560阅读:193来源:国知局
专利名称:白光发光二极管的制作方法
技术领域
本发明涉及一种白光发光二极管,尤其是一种在荧光粉层中混合有蓝色、黄色与 红色荧光粉的白光发光二极管。
背景技术
目前市面上用以发出白光的发光模块中的发光二极管(light emitting diode, LED),具有体积小且可用于数组封装的照明使用等优点,当应用不同颜色的LED做不同颜 色的搭配组合时,可发出白光以外的各种颜色。一般所谓的“白光”通常指一种多颜色的混合光,人眼所见的白色光至少包括二 种以上波长的色光所形成,例如蓝色光加黄色光可得到二互补色波长(complementary wavelength)的白光,蓝色光、绿色光、红色光混合后可得到三波长的白光。在日常生活中, 无论室内或室外当需要照明光源时,无不希望获得近似太阳光的光源照射,因此白光发光 二极管被要求具有类似太阳光例如D65标准光源的光谱、演色性(color rendering)与相 关色温(correlated color temperature,CCT),以满足日常生活照明需求。演色性以演色 指数(color rendering index, CRI)来表示对一个测试光源与太阳光源比较是否能使所 照射到的物体显现出物体本身的真实色彩。在不同照明需求下,对色坐标(chromaticity color coordinates)、演色性与色温等要求皆不同,如家庭与工厂、办公室对照明要求截然 不同,家庭要求低色温的暖白色如同钨丝灯泡颜色,而办公室却追求较高色温的照明。此 外,在液晶显示器中用作光源的背光源(backlight),对光源要求具足够的色域(gamut)等 规格。因此,设计制作出各种需求规格的光源,为目前各方努力目标。白光发光二极管可依照其所使用的材料分为有机发光二极管与无机发光二极 管。目前无机半导体白光光源主要有以下三种方式一为以红蓝绿三色发光二极管晶粒组成白光发光模块,具有高发光效率、高演色 性优点,但同时也因不同颜色晶粒的磊晶材料不同,连带使电压特性也随之不同,因此使得 此方式成本偏高、控制线路设计复杂。此外,将三色光加以混合成白光也不易达到。二为日亚化学提出以蓝光发光二极管来激发黄色荧光粉产生白光,为目前市场主 流方式。在蓝光发光二极管芯片的外围填充混有黄光荧光粉的光学胶,此蓝光发光二极管 芯片所发出蓝光的波长约为400 530nm,利用蓝光发光二极管芯片所发出的光线激发黄 光荧光粉产生黄色光,同时有部分适当比例的蓝色光穿透出来,此部分蓝色光配合荧光粉 所发出的黄色光,即可形成蓝黄混合的二互补色波长的白光。然而,此种利用蓝光发光二极管芯片与黄光荧光粉组合而成的白光发光二极管, 至少存在以下缺点一、由于蓝光占发光光谱的大部分,会有色温偏高与不均勻的现象,因 此,必须提高蓝光与黄光荧光粉作用的机会,以降低蓝光强度或提高黄光的强度。二、因为 蓝光发光二极管发光波长会随温度提升而改变,进而造成产生白光源颜色飘移现象。三、因 其发光光谱的红色部分强度较弱,当照射物体时无法完全呈现红色,造成演色性较差现象。 现有改良方式为添加红色荧光粉以改进演色性不高的问题,但颜色随温度飘移现象仍无法解决。另一方式为以紫外光发光二极管激发透明光学胶中均勻混有一定比例的蓝色、绿 色、红色荧光粉颗粒。此结构类似于日光灯原理,激发后可得到三波长的白光。三波长白 光发光二极管的优点为无发光均勻度缺点、无颜色随温度飘移现象且演色性高,但缺点为 发光效率不高。例如Y. Narukawa等人使用紫外光发光二极管激发不同色荧光粉的白光制 作方法,使用波长400nm的紫外光发光二极管激发蓝色与黄色荧光粉在定电流20mA时可得 到白光,色温为5800K,演色指数为85. 3。T. Nishida等人以波长350nm的紫外光发光二极 管激发红、蓝、绿三色荧光粉则可以获得演色指数介于86左右的光源,色坐标为(0. 411 0.416,0.397 0.401)的白光。为了提高演色性,在S. Nayama等人的研究中使用接近波 长375 380nm的紫外光发光二极管激发红、蓝、绿、黄四色荧光粉,其演色指数可以达到 94. 2,色温为5800K。在Y. Narukawa等人的研究中更提出使用紫外光发光二极管激发蓝绿、 黄与红三色荧光粉,制作出在定电流20mA时,演色指数为97,R9为96,色温为5000K的白 光LED,因为使用紫外光发光二极管激发不同色荧光粉在电流从5mA增加到60mA时,色坐标 偏移量与使用蓝光LED激发黄色荧光粉时相比小很多。在美国专利第6,685,852中提出使用波长由315nm 480nm的光源激发7种不 同发射光谱的荧光粉,混合成白光,虽然其制成的白光演色性可以高达95,但是最少也要使 用4种不同色的荧光粉才能实现此目标。而在美国专利公开号第2006/0022582中提出,使 用250nm 500nm的近紫外光或可见光LED激发至少3种不同发射光谱的荧光粉混合成白 光,所使用的荧光粉分别为绿色、橘色与红色,当调变荧光粉浓度时也可以获得高演色性的 光源,但是其色坐标属于暖白色。在美国专利公开号第2007/0235751中提出,使用波长为 405nm的紫光LED,激发5种不同色荧光粉,可以获得接近白点的色坐标且演色指数为97. 4。 在美国专利公开号第2007/0221938中提出,使用波长400nm 405nm的LED激发红、黄、蓝 或绿或蓝绿发射光谱的荧光粉,改变荧光粉的重量比例,可以获得演色指数介于90 99之 间的暖白光。以上这些美国专利文献所使用的荧光粉都是由相同的激发光源所激发,利用 荧光粉所发射出的不同色光,组成所需要的白光光谱。

发明内容
本发明的目的在于,提供一种新型白光发光二极管。为了解决上述技术问题,本发明的一个实施方式提供了一种白光发光二极管,其 包括一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光 发光二极管晶粒发射波长介于320 400nm的紫外光;以及一荧光粉层,涂布于紫外光发光 二极管晶粒上,荧光粉层由蓝色、黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合而成,黄色荧光粉由 波长介于400 530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光与紫外光所穿透。为了解决上述技术问题,本发明的另一实施方式提供了一种白光发光二极管,其 包括一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光 发光二极管晶粒发射波长介于320 400nm的紫外光;一透明层,覆盖紫外光发光二极管晶 粒,透明层为可见光与紫外光所穿透;以及一荧光粉层,涂布于透明层上,荧光粉层由蓝色、 黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合而成,黄色荧光粉由波长介于400 530nm的蓝光所激 发,透明胶材为可见光与紫外光所穿透。
为了解决上述技术问题,本发明的再一实施方式提供了一种白光发光二极管,其 包括一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光 发光二极管晶粒发射波长介于320 400nm的紫外光;一透明层,覆盖紫外光发光二极管晶 粒,透明层为可见光与紫外光所穿透;以及若干荧光粉层,涂布于透明层上,荧光粉层包括 蓝色、黄色与红色荧光粉层,蓝色、黄色与红色荧光粉层分别由蓝色、黄色、红色荧光粉和一 透明胶材混合而成,黄色荧光粉由波长介于400 530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光 与紫外光所穿透。本发明提出使用红、蓝、黄三色荧光粉颗粒与利用紫外光LED激发混合成白光。本 发明中使用的激发光源为由320nm 400nm波长的紫外光发光二极管,利用此光源激发发 射波长为红光与蓝光的荧光粉,并使用蓝色光激发黄色荧光粉,因此黄色光的生成经过二 次激发生成,而非现有技术中经过一次激发生成的黄光。而利用激发黄色荧光粉所剩余的 蓝色光,结合黄光与红光混合成所需的白光光谱,依照本发明的制作方法可以获得演色指 数大于90的白光光源。本发明白光发光二极管以紫外光芯片激发荧光粉胶层中混合有适当比例的蓝色、 黄色与红色荧光粉颗粒,以达到白点色坐标(0. 33,0. 33),其色温介于3000 8000K,演色 指数高于90。


为了让本发明的发明目的、特征和优点明显易懂,现结合具体实施方式
和附图,对 本发明进行进一步详细说明,其中图1为本发明白光发光二极管一个实施方式的剖视示意图。图2为本发明白光发光二极管另一实施方式的剖视示意图。图3为本发明白光发光二极管又一实施方式的剖视示意图。图4为本发明白光发光二极管一个实施方式的光谱图。其中10、20、30 白光发光二极管;12、22、32:基材;14、24、34 紫外光发光二极管晶粒;16、28、38 荧光粉层;16,蓝色、黄色或红色荧光粉; 18、28,、39,、40,、41,透明胶材;26、36 透明层;39 蓝色荧光粉层;40:黄色荧光粉层;41:红色荧光粉层。
具体实施例方式请参阅图1,根据本发明的一个实施方式,一种白光发光二极管10包括一基材12、 一紫外光发光二极管晶粒14和一荧光粉层16。基材12包括正、负电极(未图示)或一电 路(未图示),紫外光发光二极管晶粒14设置于基材12上。荧光粉层16涂布于紫外光发 光二极管晶粒14上。荧光粉层16包括蓝色、黄色和红色荧光粉16’与一透明胶材18,黄色 荧光粉可以为铈掺杂钇铝石榴石(YAG)荧光粉、铈掺杂铽铝石榴石(TAG)荧光粉或铕掺杂 正硅酸(B0S)。紫外光发光二极管晶粒14可由氮化镓、氮化铝镓铟或氮化镓铝的III-V族光电半 导体所构成,紫外光发光二极管晶粒14可发射波长介于320 400nm的紫外光,以激发荧光粉层16中的蓝色与红色荧光粉。黄色荧光粉则由蓝色荧光粉所激发出的蓝光所激发,蓝 光波长大致介于400 530nm。剩余蓝光与所激发黄光加上红光三种不同颜色光混合成白光。荧光粉层16中蓝色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于15 50%,黄色荧光粉占 总荧光粉重量百分比介于10 70%,红色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于15 40%。 透明胶材18可为紫外光与可见光所穿透,其材质可包括环氧树脂(印oxy)或硅胶(silicon resin)。白光发光二极管10为一 SMD(surface mount device)型白光发光二极管。请参阅图2,根据本发明的另一实施方式,一种白光发光二极管20包括一基材22、 一紫外光发光二极管晶粒24、一透明层26,以及一荧光粉层28。基材22包括正、负电极(未 图示)或一电路(未图示)。紫外光发光二极管晶粒24设置于基材22上。透明层26覆盖 紫外光发光二极管晶粒24。荧光粉层28涂布于透明层26上。荧光粉层28包括蓝色、黄色 与红色荧光粉16’与透明胶材28’。黄色荧光粉可以为铈掺杂钇铝石榴石荧光粉、铽铝石榴 石荧光粉或铕掺杂正硅酸。紫外光发光二极管晶粒24可由例如氮化镓、氮化铝镓铟或氮化镓铝的III-V族光 电半导体所构成。紫外光发光二极管晶粒24可发射波长介于320 400nm的紫外光,以激 发荧光粉层28中的蓝色与红色荧光粉。黄色荧光粉则由蓝色荧光粉所激发出的蓝光所激 发,蓝光波长大致介于400 530nm。剩余蓝光与所激发黄光加上红光三种不同颜色光混合 成白光。透明层26可为紫外光与可见光所穿透,其材质可包括环氧树脂或硅胶。荧光粉层28中蓝色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于15 50%,黄色荧光粉占 总荧光粉重量百分比介于10 70%,红色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于15 40%。 透明胶材28’可为紫外光与可见光所穿透,其材质可包括环氧树脂或硅胶。请参阅图3,根据本发明的再一实施方式,一种白光发光二极管30包括一基材32、 一紫外光发光二极管晶粒34、一透明层36,以及一若干荧光粉层38。基材32包括正、负电 极(未图示)或一电路(未图示)。紫外光发光二极管晶粒34设置于基材32上。透明层 36覆盖紫外光发光二极管晶粒34。若干荧光粉层38涂布于透明层36上。若干荧光粉层 38包括蓝色荧光粉层39、黄色荧光粉层40与红色荧光粉层41以及各层中的透明胶材39’、 40,、41,。蓝色荧光粉层39中蓝色荧光粉的重量百分比介于5 40%,黄色荧光粉层40中 黄色荧光粉的重量百分比介于10 50%,红色荧光粉层41中红色荧光粉的重量百分比介 于5 40%。透明胶材39,、40,、41,可为紫外光与可见光所穿透,其材质可包括环氧树脂 或硅胶。在图示实施方式中,若干荧光粉层38由下而上依次为蓝色荧光粉层39、黄色荧光 粉层40与红色荧光粉层41。但是,本发明并不以此为限,可包括任意顺序组合的若干荧光 粉层,但是黄色荧光粉须在蓝色荧光粉上方,因为黄色荧光粉的激发光源为蓝光。黄色荧光 粉层40中的黄色荧光粉可以为铈掺杂钇铝石榴石荧光粉、铽铝石榴石荧光粉或铕掺杂正硅酸。紫外光发光二极管晶粒34可由氮化镓、氮化铝镓铟或氮化镓铝所构成。紫外光发 光二极管晶粒34可发射波长介于320 400nm的紫外光,以激发荧光粉层38中的蓝色与红 色荧光粉。黄色荧光粉则由蓝色荧光粉所激发出的蓝光所激发,蓝光波长大体介于400 530nm。剩余蓝光与所激发黄光加上红光三种不同颜色光混合成白光。透明层36可为紫外
6光与可见光所穿透,其材质可包括环氧树脂或硅胶。本发明提出使用红、蓝、黄三色荧光粉颗粒与利用紫外光LED激发混合成白光。本 发明中使用的激发光源为由320nm 400nm波长的紫外光发光二极管,利用此光源激发发 射波长为红光与蓝光的荧光粉,并使用蓝色光激发黄色荧光粉,因此黄色光的生成乃是经 过二次激发生成,而非现有技术中经过一次激发生成的黄光。利用激发黄色荧光粉所剩余 的蓝色光,结合黄光与红光混合成所需的白光光谱,依照本发明的制作方法可以获得演色 指数大于90的白光光源。本发明白光发光二极管以紫外光芯片激发荧光粉层中混合有适当比例的蓝色、黄 色与红色荧光粉,以达到白点色坐标(0. 33,0. 33),其色温介于3000 8000K,演色指数高 于90。实施例实施例1根据图1所示的白光发光二极管结构,蓝色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于 35 40%,黄色荧光粉占总荧光粉重量百分比介于30 35%,红色荧光粉占总荧光粉重 量百分比介于35 25%。在上述条件下所制作的白光LED拥有良好的发光特性,在定电 流20mA时色温为6188K,演色指数高达93. 69,色坐标接近D65标准光源的色坐标点,演色 指数高于90。图4为本发明白光发光二极管所发出的白光光源光谱与D65标准光源光谱的比 较。从图中可看出,本发明白光发光二极管所发出的白光光源的光谱变化与标准光源的光 谱变化极为类似,因此可证实本发明白光发光二极管所发出的白光光源具有与标准光源类 似的白光品质,即色坐标为(0. 33,0.33),色温低于6500K,演色指数高于90。根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方 式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
,对本 发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书 中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。
权利要求
一种白光发光二极管,其包括一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光发光二极管晶粒发射波长介于320~400nm的紫外光;以及一荧光粉层,涂布于紫外光发光二极管晶粒上,荧光粉层由蓝色、黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合而成,黄色荧光粉由波长介于400~530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光与紫外光所穿透。
2.根据权利要求1所述的白光发光二极管,其特征在于所述蓝色荧光粉在所述蓝色、 黄色与红色荧光粉中的重量百分比介于15 50%。
3.根据权利要求1所述的白光发光二极管,其特征在于所述黄色荧光粉在所述蓝色、 黄色与红色荧光粉中的重量百分比介于10 70%。
4.根据权利要求1所述的白光发光二极管,其特征在于所述红色荧光粉在所述蓝色、 黄色与红色荧光粉中的重量百分比介于15 40%。
5.一种白光发光二极管,其包括 一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光发光二极管晶粒发射波长介于 320 400nm的紫外光;一透明层,覆盖紫外光发光二极管晶粒,透明层为可见光与紫外光所穿透;以及 一荧光粉层,涂布于透明层上,荧光粉层由蓝色、黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合 而成,黄色荧光粉由波长介于400 530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光与紫外光所穿 透。
6.根据权利要求5所述的白光发光二极管,其特征在于所述黄色荧光粉在所述蓝色、 黄色与红色荧光粉中的重量百分比介于10 70%。
7.根据权利要求5所述的白光发光二极管,其特征在于所述红色荧光粉在所述蓝色、 黄色与红色荧光粉中的重量百分比介于15 40%。
8.一种白光发光二极管,其包括 一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光发光二极管晶粒发射波长介于 320 400nm的紫外光;一透明层,覆盖紫外光发光二极管晶粒,透明层为可见光与紫外光所穿透;以及 若干荧光粉层,涂布于透明层上,荧光粉层包括蓝色、黄色与红色荧光粉层,蓝色、黄色 与红色荧光粉层分别由蓝色、黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合而成,黄色荧光粉由波长 介于400 530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光与紫外光所穿透。
9.根据权利要求8所述的白光发光二极管,其特征在于所述黄色荧光粉在所述黄色 荧光粉层中的重量百分比介于10 50%。
10.根据权利要求8所述的白光发光二极管,其特征在于所述红色荧光粉在所述红色 荧光粉层中的重量百分比介于5 40%。
全文摘要
本发明公开了一种白光发光二极管,其包括一基材,包括正、负电极或一电路;一紫外光发光二极管晶粒,设置于基材上,紫外光发光二极管晶粒发射波长介于320~400nm的紫外光;一荧光粉层,涂布于紫外光发光二极管晶粒上,荧光粉层由蓝色、黄色、红色荧光粉和一透明胶材混合而成,黄色荧光粉由波长介于400~530nm的蓝光所激发,透明胶材为可见光与紫外光所穿透。
文档编号H01L33/00GK101866992SQ20091003866
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者苏忠杰, 陈仙玮 申请人:苏忠杰
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