专利名称：具有发光二极管的白光发光装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种发光二极管(Light Emitting Diode；简称LED)的发光装置，特别是涉及一种可发射白光的发光二极管装置，其可用于背光模组(Back Light Modu1e)、交通号志、照明设备、LED彩色印表机、显示器等需使用白光光源的装置。
背景技术：
参阅图1，一般的液晶显示器的背光模组依其光源入射的方向而言，可分为直下式与侧光式两种，而不论是何种背光模组，其常使用的光源为冷阴极灯管。但是此种冷阴极灯管含有具有毒性的汞，易碎、耗电，而且以冷阴极灯管为光源时，其演色性(Color Rendering Index；简称CRI)也受到限制。
因此，为了改良式上述缺点，一种使用发光二极管为光源的背光模组被发展出来，图1和图2即揭示一种直下式背光模组1，其是设置于一液晶模组2的背侧22。其中，该液晶模组2具有一正侧21和该相反的背侧22；而该液晶模组2由正侧21至背侧22依序具有一彩色滤光单元23、一液晶单元24及一玻璃基板单元25。另外，该背光模组1包含一界定有一容室12的壳体11、一位于该容室12且设置于如图1所示的壳体11的底壁111的印刷电路板14，及多个电连接该印刷电路板14的发光单元13。
每一发光单元13依序具有一可发射绿光的第一发光二极管131、一可发射蓝光的第二发光二极管132、一可发射红光的第三发光二极管133、一可发射绿光的第四发光二极管134。该发光单元13的第一发光二极管131、第二发光二极管132、第三发光二极管133和第四发光二极管134所发射的光于该容室12内混光成为白光后由该壳体11的顶缘112射离该背光模组1而由该液晶模组2的背侧22进入该液晶模组2。
然而，上述以发光二极管为光源的背光模组1，为了达到红蓝绿三原色光混成白光所要求的混光强度比例，因而在同一发光单元13需具有四发光二极管131、132、133、134，耗费空间，而且增加调控驱动前述四发光二极管131、132、133、134的驱动电路设计的难度；另外也需要有较长的从壳体11的底壁111到顶缘112的距离以供混光，而不利于背光模组1的薄型化。
发明内容本发明的主要目的，是在于提供一种具有良好演色性，且低成本具有发光二极管的白光发光装置。
本发明的另一目的，即在于提供一种简化电路设计、低成本且具有良好滤波特性的背光模组，该背光模组包含多个上述的白光发光装置。
本发明的一种白光发光装置，包含一第一晶粒，该第一晶粒具有一可产生一第一原色光的半导体发光层，其特征在于该白光发光装置还包含一具有二可分别产生一第二原色光和一第三原色光的半导体发光层的第二晶粒，该第二原色光和该第三原色光与该第一晶粒的第一原色光混光而输出一白光。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一以往液晶显示器的背光模组的局部剖面侧视分解示意图；图2是所述液晶显示器的背光模组的俯视示意图3是一本发明的背光模组的第一实施例的局部剖面侧视解示意图，说明该背光模组包含多个白光发光装置，且每一白光发光装置具有一第一封装件和一第二封装件；图4是该第一实施例的光模组的俯视示意图；图5是该第一实施例中，该白光发光装置的局部剖面侧视示意图；图6是该第一实施例中的一第二晶粒的剖面示意图，说明该第二晶粒具有一第一发光层和一第二发光层的结构；图7是该第一实施例中，该第二晶粒具有山形结构的发光层的剖面示意图，说明该山形结构是由连续的山峰和山谷所形成；图8是该第一实施例的第二封装件的另一种封装态样；图9是一本发明第二实施例的背光模组中的白光发光装置的局部剖面示意图；图10是该第二实施例的背光模组的俯视示意图；图11是该第二实施例的背光模组的色彩图；图12是一频谱图，说明该第二实施例的背光模组的发光频谱；图13是一本发明第三实施例的背光模组中的白光发光装置的局部剖面示意图；图14是一本发明第四实施例的背光模组中的局部剖面示意图，说明以多个白光发光装置为光源的状态；图15是该第四实施例的背光模组中，沿图14的右侧向左侧方向观视所述白光发光装置的侧视示意图。
具体实施方式
为了方便说明，以下的实施例，类似的元件以相同的标号表示。
参阅图3、4，本发明第一实施例是一直下式背光模组3，其设置于一液晶模组4的背侧42。该液晶模组4具有一正侧41和该相反的背侧42；该液晶模组4由正侧41至背侧42依序具有一彩色滤光单元43、一液晶单元44及一玻璃基板单元45。
该背光模组3包含一界定有一容室32的壳体31及多个设置于该容室32的白光发光装置33。该壳体31具有一可透光且邻近于该液晶模组4背侧42的第一侧壁311、一相反于该第一侧壁311的第二侧壁312，及一由该第一侧壁311的周缘向该第二侧壁312的周缘渐缩的第三侧壁313。该第一侧壁311、第二侧壁312和第三侧壁313彼此界定出该容室32。
参阅图4、5，每一白光发光装置33包括一设置于该第二侧壁312上的承载单元34，及成对配置于该承载单元34上的第一封装件35和第二封装件36。
该第一封装件35包括一可产生一第一原色光的第一晶粒351及一用以承载该第一晶粒351的第一承载座352、一可导电的p型电极导线架353及一可导电的n型电极导线架354。该p型电极导线架353穿设于该承载座352并分别与该第一晶粒351和该承载单元34电连接；n型电极导线架354也是穿设于该第一承载座352并分别与该第一晶粒351和该承载单元34电连接。在本实施例中，该第一晶粒351是一红光发光二极管，第一原色光是一波长范围为落在575纳米至700纳米之间的红光。
该第二封装件36包括一可产生一第二原色光和一第三原色光的第二晶粒361、一用以承载该第二晶粒361的第二承载座362、一可导电的p型电极导线架363及一可导电的n型电极导线架364。该p型电极导线架363穿设于该第二承载座362并分别与该第二晶粒361和该承载单元34电连接；n型电极导线架364也是穿设于该第二承载座362并分别与该第二晶粒361和该承载单元34电连接。
参阅图6、7，该第二晶粒361如图6所示依序具有一基板52、一缓冲层53、一n型披覆层(cladding layer)54、一第一发光层55、一第二发光层56、一p型披覆层57、一p侧接触层58、一形成于该p侧接触层58上的p型电极511、一形成于n型披覆层54上的n侧接触层59及一形成于该n侧接触层59上的n型电极512。
该第二发光层56包括一具有一位于下方的第一面564和一相反的第二面565的载子局限膜562，及二分别由该第一面564和该第二面565向远离该载子局限膜562方向延伸的下阻障膜561和上阻障膜563。该第二面565具有连续的山峰567与山谷568形状，所述山峰567和山谷568构成一山形结构569。
图7为图6山形结构569的纵剖面的局部放大侧视示意图。对于两相邻山峰567’、567”而言，山峰567’中相对较高的顶部5671’与其相邻的山峰567”中对较高的顶部5671”的最短距离定义为径长D，也就是定义被前述两相邻山峰567’、567”所围绕的山谷568’的径长D。另外，所述山谷568底部至第一面564的距离定义为H，且0≤H≤2nm；由此可知，山峰567’中相对较低的鞍部5672’则不可称为山谷。再者，图7中山形结构569的该纵剖面的长度定义为L，因此，一具有山形结构的发光层的密度定义为在发光层径长内的所有山形结构径长的总和与该发光层径长的比值。即该第二发光层56的密度等于(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7)/L。而该第二发光层56的密度较佳地介于5％至75％之间。
该载子局限膜562所使用材质的能障(Energy Gap)必须小于该上阻障膜563和该下阻障膜561的能障。在本实施例中，该载子局限膜562为含有铟且化学式为Al(1-x-y)InyGaxN的材料所制成，其中，x≥0，y＞0，(1-x-y)≥0。该上阻障膜563和该下阻障膜561的材质则为氮化镓。
因此，该第二发光层56藉由调整x和y的比例而发射出该波长范围为落在430纳米至485纳米间的第三原色光，也就是蓝光，并利用山形结构569的密度来调整发射出光的强度。在本实施例中，该第二发光层56的密度等于38％。
同样地，图6中该第一发光层55如该第二发光层56的包括有相同材质所制成的一下阻障膜551、一具有山形结构559的载子局限膜552，及一上阻障膜553。该第二发光层55可藉由调整x和y的比例而发射出该波长范围为落在510纳米至560纳米之间的第二原色光，也就是绿光，并利用山形结构559的密度调整发射出光的强度。在本实施例中，该第一发光层55的密度等于8％。
值得一提的是，除了利用山形结构559、569的密度分别来调整该第一发光层55和第二发光层56所分别产生的第三原色光和第二原色光的强度比例外，也可成长多个该第一发光层55或第二发光层56以增加亮度并调控比例。再者，紧邻该p型披覆层57的该第二发光层56须具有山形结构569，但是该第一发光层55也可以是以量子井(quantum well)结构取代山形结构的发光层。另外，该第二封装件36(见图5)也可以是如图8所揭示的以不同封装形式出现的封装件36’，该封装件36’包括一可产生一第二原色光和一第三原色光的第二晶粒361及一用以承载该第二晶粒361的第二承载座362’、一可导电的p型电极导线架363’、一可导电的n型电极导线架364’。该p型电极导线架363和n型电极导线架364分别电连接该第二晶粒361，该第二承载座362’是一如树脂(resin)的透光包覆物。
继续参阅图4、5，该承载单元34用以提供该第一封装件35和第二封装件36所需的电源。在本实施例中，所述发光装置33共用同一承载单元34，且该承载单元34是一印刷电路板，但承载单元34也可以是可导电的导线。而且，该承载单元34数量不限定为一，也可使用多个承载单元34。
配合参阅图3，当该第一封装件35和第二封装件36受电源驱动时，该第一封装件35产生的第一原色光与该第二封装件36产生的第二原色光和该第三原色光于该容室32混光后而从该背光模组3的第一侧壁311射出一白光，并由该液晶模组4的背侧42射入该液晶模组4。
由于本发明使用了可同时产生第二原色光和第三原色光的第二晶粒361(见图6)，因此可以减少了发光二极管的使用数量，进而降低所述背光模组3中第一侧壁311和第二侧壁312之间所需的混光距离，也就同时减少了该背光模组3的厚度，有利于该背光模组3的薄型化。再者，对于已有固定第一原色光(红光)波长的第一晶粒351而言，在调整白平衡时，可藉由调整该第二晶粒361中山形结构559、569的密度，或调整含有铟且化学式为Al(1-x-y)InyGaxN的材料中x和y的比例，或增加并调整该第一发光层55和第二发光层56的数量，而达成特定的第二原色光(绿光)和第三原色光(蓝光)的强度和比例的要求，进而与第一晶粒351的第一原色光达成白平衡。在实际应用方面，也就是对于已有特定波长的红光发光二极管的第一晶粒351而言，可以直接选用相配合的第二晶粒361组合而成为白光发光装置33，既免去调整三原色光的混光比例，又简化了以往驱动控制电路的设计。
如图9、10所示，本发明的第二实施例也是一种如第一较实施例的直下式背光模组，也包含一界定有一容室32的壳体31及多个设置于该容室32的白光发光装置33’。所不同的是，该第一较实施例的白光发光装置33是将该第一晶粒351和第二晶粒361分别封装在该第一封装件35和第二封装件36中，再设置于该承载单元34上；而该第二较实施例的白光发光装置33’是将该第一晶粒351和第二晶粒361封装在单一的白光封装件39中，再设置于承载单元34上。
该第二实施例的白光发光装置33’包括该设置于该第二侧壁312上的承载单元34及该白光封装件39。该白光封装件39包括一具有一凹槽391的承载座392、一可导电的p型电极导线架393和一可导电的n型电极导线架394。较佳地，该白光封装件39还包括一填入该凹槽391的透光包覆物(图未示)，例如树脂或可透光材质所制成。该第一晶粒351和第二晶粒361分别容置于该凹槽391中，且分别电连接该p型电极导线架393和n型电极导线架394。而该p型电极导线架393和n型电极导线架394又分别电连接该承载单元34，使得由该承载单元34的直流电可致能该第一晶粒351和第二晶粒361。
图11说明了上述白光封装件39的CIE色彩图(ChromaticityDiagram)，在本实施例中，对于第一原色光(红光)波长已固定为635nm的第一晶粒351而言，在调整白平衡时，可藉由如第一实施例所述的调整该第二晶粒361的方式，使其发射出波长为538nm的第二原色光(绿光)和波长为471nm的第三原色光(蓝光)，进而与第一晶粒351的第一原色光达成白平衡。
另外，如图12的光谱图所示，本实施例的发射光谱中相对强度较高的波长分别集中在471nm、538nm和635nm附近，如图中的实线所示，也就是为蓝、绿、红三原色光的波长范围。由于液晶模组4(见图3)的彩色滤光单元43滤波频谱如图中虚线所示的允许蓝绿红三原色光的波长范围通过，因此，本实施例背光模组所提供的具有良好演色性的背光，其波长符合彩色滤光单元43的滤波范围，所以可提高背光的穿透率，增加液晶显示器的亮度及饱和度。
参阅图13，本发明的第三实施例也是一种如第一较实施例的直下式背光模组。所不同的是，该第三实施例的每一白光发光装置33”包括一设置于该第二侧壁312(见图3)上的承载单元34、二分别以覆晶方式设置于该承载单元34上的第一晶粒351和第二晶粒361、多个分别电连该第一晶粒351和第二晶粒361的导电球体38，及一包覆该第一晶粒351和该第二晶粒361的透光包覆物37，而在本实施例中，该透光包覆物37为一树脂。
参阅图14、15，本发明第四实施例是一侧光式背光模组6，其设置于一液晶模组4的背侧42。该背光模组6包含一导光板61、一反射集光单元62，及多个呈直线排列的白光发光装置33’。
该导光板61具有一平行且邻近于该液晶模组4背侧42的第一侧面612、一垂直于该第一侧面612的第二侧面613、一由该第二侧面613远离该第一侧面612的侧缘向该第一侧面612逐渐靠缩的第三侧面614。该反射集光单元62连接该第二侧面613并与该第二侧面613相配合定出一容置空间615，该反射集光单元62用以反射射至于其上的光。
所述白光发光装置33’设置于该容置空间615，每一白光发光装置33’包括一承载单元34，及配置于该承载单元34上的白光封装件39。需说明的是，在本实施例中所述白光发光装置33’是共用一承载单元34，而该承载单元34是一印刷电路板。
经由该承载单元34驱动所述白光发光装置33’后所发出的白光将直接经由第二侧面613射入该导光板61或经由该反射集光单元62反射后进入该导光板61，再经由该第三侧面614的反射后由该第一侧面612射出该导光板61，藉此由该液晶模组4的背侧42提供该液晶模组4所需的光源。
综观上述，本发明的构造特征，利用该可产生第一原色光的第一晶粒351以及该可同时产生第二原色光和第三原色光的第二晶粒361而构成一白光发光装置，所以在调配白平衡上所需使用的发光二极管的晶粒数量较少，容易调控制混光的比例，而且也可以简化电路板的设计，另外也可以提供良好的演色性，确能提供一种实用低成本的白光发光装置。
权利要求
1.一种白光发光装置，包含一第一晶粒，该第一晶粒具有一可产生一第一原色光的半导体发光层，其特征在于该白光发光装置还包含一具有二可分别产生一第二原色光和一第三原色光的半导体发光层的第二晶粒，该第二原色光和该第三原色光与该第一晶粒的第一原色光混光而输出一白光。
2.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该第一原色光是一波长范围为落在575纳米至700纳米之间的红光，该第二原色光是一波长范围为落在510纳米至560纳米之间的绿光，该第三原色光是一波长范围为落在430纳米至485纳米之间的蓝光。
3.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该第二晶粒还具有一p型披覆层和一n型披覆层，所述半导体发光层夹设于该p型披覆层和该n型披覆层之间，所述半导体发光层中邻该p型披覆层的发光层具有一上阻障膜、一下阻障膜及一夹设于该上阻障膜和下阻障膜之间的载子局限膜，该载子局限膜具有一山形结构，该山形结构由连续的山峰和山谷所构成，该载子局限膜的能障小于该上阻障膜和该下阻障膜的能障。
4.如权利要求3所述的白光发光装置，其特征在于该载子局限膜是一以化学式为Al(1-x-y)InyGaxN的材料所制成，且x大于或等于零，y大于零，(1-x-y)大于或等于零。
5.如权利要求4所述的白光发光装置，其特征在于该第二晶粒中具有山形结构的发光层的密度为5％至75％之间，该发光层的密度为所有山谷形结构的径长总和与该发光层的径长的比值。
6.如权利要求3所述的白光发光装置，还包含一承载座、一可导电的p型电极导线架，及一可导电的n型电极导线架，该承载座承载该第一晶粒和第二晶粒，该p型电极导线架分别电连接该第一晶粒和第二晶粒，该n型电极导线架分别电连接该第一晶粒和第二晶粒。
7.如权利要求6所述的白光发光装置，其特征在于该白光封装件的承载座具有一用以容置该第一晶粒和第二晶粒的凹槽，及一位于该凹槽中且包覆该第一晶粒和第二晶粒的透光包覆物。
8.如权利要求3所述的白光发光装置，还包含一用以承载且电连接该第一晶粒和该第二晶粒的承载单元，及至少一包覆该第一晶粒和该第二晶粒的透光包覆物。
9.如权利要求3所述的白光发光装置，其特征在于该白光发光装置还包含一承载该第一晶粒的第一承载座及一承载该第二晶粒的第二承载座。
10.一种背光模组，用于提供一液晶模组的背光光源，其特征在于该背光模组包含多个如权利要求6所述的白光发光装置。
全文摘要
一种具有发光二极管的白光发光装置，包含一第一晶粒和一第二晶粒，该第一晶粒具有一可产生一第一原色光的半导体发光层，该第二晶粒具有二分别可产生一第二原色光和一第三原色光的半导体发光层；该第二晶粒的第二原色光和该第三原色光，与该第一晶粒的第一原色光混光而输出一白光。本发明的具有发光二极管的白光发光装置，具有演色性良好，且成本低的优点。
文档编号G02F1/13GK1848466SQ20051006413
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者陈政权 申请人:新世纪光电股份有限公司