白光发射装置及使用其的用于液晶显示器背光的光源模块的制作方法

专利名称：白光发射装置及使用其的用于液晶显示器背光的光源模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种白光发射装置(或白光发射器件，white light emitting device )以及用于液晶显示器(LCD )背光的光源模块，更 具体地i兌，涉及一种在颜色再5见性(color reproducibility )和材料稳 定性方面经改善的白光发射装置以及使用该白光发射装置的用于 LCD背光的光源模块。
背景技术：
近来，作为用于液晶显示器(LCD)背光的光源，具有发光二 极管(LED )的白光发射装置代替现有的荧光灯或小型照明器(灯， lamp)已经获得关注。通常，通过将蓝色LED与黄色磷光体 (phosphor)结合可以获得白光发射装置。例如，通过将黄色-粦光 体(或含树脂的黄色磷光体)如YAG、 TAG、以及BOSE施加在 InGaN基LED上可以制造白光发射装置。这里，将由LED发射的 蓝光和由如YAG的磷光体发射的黄光结合在一起以输出白光。图1A是图解说明了传统的白光发射装置的发射光镨的曲线图。该发射i普是由包括蓝色LED和由蓝色LED激发的YAG基黄 色磷光体的白光发射装置获得的。如图1A所示，该光谱在长波长 处表现出相对低的强度，由此有害地影响颜色再现性。图IB图解说明了当图1的白光分别发射至蓝色、绿色以及红 色滤光器(滤光片，filter)时获得的光谱。如图IB所示，通过红 色滤光器过滤的红光在至少600 nm的波长处具有相当^氐的强度。图2是示出了使用具有图1A的光谱的白光发射装置的阵列(配 置，array)作为背光源模块的LCD的颜色再现性的1931 CIE色度 图。参照图2， LCD代表相对于国家电视系统委员会(National Television System Committee ) ( NTSC )才示准的55至65%的颜色再 现性。这里，由LCD表示的三角形区A占相对于NTSC基三角形 区的55至56%。这种程度的颜色再现性不能使各种颜色被复制成 近天然颜色(near-natural color )。而且，为了实现白光发射装置，除了上述蓝色LED和黄色-粦 光体的结合以外，已经将蓝色LED、以及红色和绿色磷光体结合在 一起。4吏用的这些红色和绿色磷光体适度地增加了颜色再现性l旦是 还不充分。而且，用于白光发射装置的红色或绿色磷光体作为磷光 体材料是如此不稳定以致被外部能量削弱，从而不能保证可靠的产品在传统的用于BLU的白光源模块中，蓝色LED、绿色LED以 及红色LED ^皮设置在电^各板上。图3图解说明了这样的设置的实 例。参照图3 ，用于BLU的白光源^t块10包括i殳置在如印刷电路 板的电路板11上的红色R LED 12、绿色G LED 14以及蓝色B LED 16。 RLED12、 GLED14、以及B LED 16可以以每个包括对应颜 色的LED芯片的封装(组件，package)或照明器(灯，lamp)的结构i殳置在4反11上。这些R LED、 G LED、以及B LED封装或照 明器可以重复地i殳置在^反上以形成总的(总体，overall)白色面光 源或线光源。4口上所述， -使用RLED、 GLED、以及BLED的白光 源模块10在颜色再现性方面相当优异，并且通过调节R LED、 G LED 、以及B LED的光量(light amount)可以4空制总的#T出光。然而，在上述白光源才莫块10中，R LED 12、 G LED 14、以及 BLED16彼此隔开，从而潜在地引起颜色均匀性的问题。而且，由 于三色LED芯片构成白光发射装置，因此为了产生单位面积的白 光，需要至少一组RLED、 GLED、以及BLED芯片。这需要复杂 的电路结构用于驱动和控制每种颜色的LED，由此导致对于电路的 更高的成本。这也增加了对于包的制造成本和需要的LED的数量。可替换地，为了实现白光源模块，已经使用了具有蓝色LED 和黄色磷光体的白光发射装置。利用蓝色LED和黄色磷光体的结 合的白光源模块电路结构简单并且价格较低。然而，白光源模块由 于在长波长处相对低的光强度而在颜色再现性方面较差。因此，更 高质量和更低成本的LCD需要能够保证更好的颜色再现性的白光 发射装置、以及使用该白光发射装置的白光源模块。因此，对于最大的颜色再现性和稳定的颜色均匀性的采用LED 和磷光体的白光发射装置、以及使用该白光发射装置的白光源模块 已经存在需要。发明内容本发明的一个方面l是供了一种在颜色再现性方面经改善的并 且在材料稳定性方面优异的白光发射装置。本发明的一个方面还提供了 一种具有高颜色再现性和优良的 颜色均匀性的白光发射装置。#4居本发明的一个方面，提供了一种白光发射装置，包括具 有430至455 nm主波长的蓝色LED芯片；设—置在蓝色LED芯片 周围的红色石粦光体，由蓝色LED芯片激发的红色磷光体用来发射 红光；以及设置在蓝色LED芯片周围的绿色磷光体，由蓝色LED 芯片激发的绿色磷光体用来发射绿光，其中由红色磷光体发射的红 光具有的色坐标落在由基于C正1931色度图的四个坐标点(0.5448， 0.4544)、 (0.7079， 0.2920)、 ( 0.6427, 0.2905 )以及(0.4794， 0.4633 ) 所限定的空间内，由绿色磷光体发射的绿光具有的色坐标落在由基 于CIE 1931色度图的四个坐才示点(0.1270, 0.8037 )、 (0.4117, 0.5861 )、 (0.4197, 0.5316 )以及(0.2555, 0.5030)戶斤限定的空间 内，并且红色磷光体包括由(Sr，Ba,Ca)AlSiN3:Eu表示的磷光体，而 绿色磷光体包括由(Sr,Ba,Ca)2Si04:Eu表示的磷光体。蓝色LED芯片可以具有10至30 nm的半宽度(极大值一半处 的全宽度，full width at half-maximum )，乡录色石寿光体可以具有30至 100 nm的半宽度，而红色石粦光体可以具有50至200 nm的半宽度。红色磷光体可以具有600至650 nm的峰值波长，而绿色磷光 体可以具有500至550 nm的峰值波长。绿色磷光体可以包括SrGa2S4:Eu和P-硅铝氧氮材料((3-SiA10N) 中的至少一种。红色裤光体可以进一步包括由SrxBayCazS:Eu表示的磷光体， 其中0Sx、 y、 z^2。根据本发明的另 一 个方面，提供了 一种用于液晶显示器背光的光源模块，包括电路板；以及设置在电路板上的多个白光发射装 置，其中每个白光发射装置包括设置在电路板上并具有430至 455 nm主波长的蓝色LED芯片；设置在蓝色LED芯片周围的红色 磷光体，由蓝色LED芯片激发的红色磷光体用来发射红光；以及 设置在蓝色LED芯片周围的绿色石粦光体，由蓝色LED芯片激发的 绿色磷光体用来发射绿光，其中由红色磷光体发射的红光具有的色 坐标落在由基于CIE 1931色度图的四个坐标点(0.5448, 0.4544)、(0.7079， 0.2920)、 ( 0.6427, 0.2905 )以及(0.4794， 0.4633 )所 限定的空间内，由绿色磷光体发射的绿光具有的色坐标落在由基于 CIE 1931色度图的四个坐标点(0.1270， 0.8037)、 ( 0.4117,0.5861 )、(0.4197， 0.5316)以及(0.2555, 0.5030 )所限定的空间内，并且 红色磷光体由(Sr，Ba,Ca)AlSiN3:Eu表示，而绿色磷光体由 (Sr,Ba,Ca)2Si04:Eu表示。


通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特 征以及其它优点将被更清楚地理解，在附图中图1A图解说明了传统的白光发射装置的发射光谱，而图IB 图解说明了通过分别用蓝色、绿色以及红色滤色器(color filter )过 滤传统的白光发射装置的输出光而获得的发射光谱；图2是图解说明了采用传统的白光发射装置作为背光的液晶显 示器(LCD)的颜色再现性的色度图；图3是图解说明了用于背光单元的传统白光源模块的剖视图；图4图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方式
的白光发 射装置的发射光谱；图5图解说明了通过用蓝色、绿色以及红色滤色器过滤图4的 白光发射装置获得的光谦；图6是图解说明了采用图4的白光发射装置作为背光的LCD 的颜色再现性的色度图；图7图解说明了才艮据本发明另一个示例性具体实施方式
的白光 发射装置的发射光i普；图8是示意性地图解说明了根据本发明 一个示例性具体实施方 式的白光发射装置的侧面剖视图；图9是示意性地图解说明了才艮据本发明另 一个示例性具体实施 方式的白光发射装置的侧面剖视图；图10是示意性地图解说明了根据本发明一个示例性具体实施 方式的用于LCD背光的光源才莫块的侧面剖#见图；图11是示意性地图解说明了根据本发明另一个示例性具体实 施方式的用于LCD背光的光源才莫块的侧面剖碎见图；图12图解说明了才艮据本发明一个示例性具体实施方式
的用于 白光发射装置的磷光体的色坐标空间；用于LCD的背光单元中的情况下获得的色坐标范围；图14是图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方式
的白 光发射装置和白光源4莫块的剖^L图；以及图15是图解说明了根据本发明另一个示例性具体实施方式
的 白光发射装置和白光源模块的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本发明的示例性具体实施方式
。然而，本发明可以以许多不同形式来具体实JE见，并且不应该一皮解释为 限于本文陈述的具体实施方式
。更确切地，^是供这些具体实施方式
以Y吏本发明的4皮露内容详尽和完整，并充分将本发明的范围传达给 本领域技术人员。在附图中，为了清楚，形状和尺寸可能被放大， 并且在全文中使用相同的参考标号来表示相同或类似的部件。图4图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方式
的白色发 光二极管(LED)的发射光谱。图4的发射光语是由采用蓝色LED、 由AAlSiN3:Eu (其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)表 示的红色磷光体、以及由A2Si04:Eu (其中A是选自Ba、 Sr以及 Ca中的至少 一种)表示的硅酸盐绿色磷光体结合的白光发射装置而 获得的。特别地，图4的发射光语可以通过利用InGaN基蓝色LED、 作为红色磷光体的CaAlSiN3:Eu以及作为绿色磷光体的 Sro.4BaL6Si04:Eu 而获4寻。这种 InGaN基蓝色 LED 、 由 SrxBayCat-x.ySi04:Eu (其中0￡x+y^l ，并且0^x、 y^1 )表示的绿色 石寿光体、以及由SrmBanCa2-m.nAlSiN3:Eu(其中0^m+n<2，并且0^m、 n^2)表示的红色磷光体才艮据x、 y以及m、 n的组分比分别具有425 至460nm、 500至550 nm以及600至650 nm的发射峰值。白光发 射装置可以具体地配置为如下面的图8和图9所示。参照图4,与图1A所示的传统的发射光语相反，该发射光谱 在红色和绿色波长下表现出足够的光强度。特别地，该光谱表明在 长波长的可见光线区中足够高的光强度。而且，在该发射光语中， 蓝色、纟录色以及红色区(RGB)分另ll具有在425至460nm、 500至 550 nm、以及600至650 nm范围内的发射峰值。绿色区的发射峰 值具有相对于蓝色区约40%的相对强度，而红色区的发射峰值具有 约60%的相对强度。上述三种原色(基色，primary color)的这些 发射峰值和对应的相对强度用于产生很高的再现性(参见图6)。图5图解说明了通过用LCD的蓝色、绿色以及红色滤色器过 滤具有图4的发射光谱的白光而获得的光谱。如图5所示，通过三 种原色的每种过滤器过滤的光谱，即，蓝光谱、绿光谱以及红光谱 具有基本上类似于白光光i普的发射峰值和对应的相对强度(参见图 4)。即，在通过各自的滤色器过滤后获得的蓝色、绿色以及红色 光语仅在发射峰值上微小地改变(移动，shift)并且表现出基本上 与RGB区中预过滤(过滤前，pre-filter)的白光的发射峰值(425 至460nm、 500至550nm、以及600至650 nm )才目同的发射峰^f直。 而且，在每个峰值下通过滤色器过滤的RGB光的相对强度基本上 与每个峰值下的白光的相对强度相同。因此，在通过滤色器过滤后 获得的光的三种原色保i正了各种颜色4皮复制成近天然颜色。图6是1931 CIE色度图。图6图解说明了使用具有图4的发 射光谱的白光发射装置作为背光的LCD的颜色再现性。如图6所 示，在其中使用图4的白光作为LCD背光的情况下，LCD产生比 传统的三角形色坐标空间(参见图2)显著更大面积(区域，area) 的三角形色坐标空间B。这个三角形色坐标空间B表示相对于NTSC 标准约80%的颜色再现性。才艮据如图2所示的传统的颜色再现性(55 至65%),这增加约20%，因此被理解为在颜色再现性方面显著的 改善。与蓝色LED结合的作为氮化物红色磷光体的AAlSiN3:Eu (其 中A是Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)、以及作为娃酸盐绿色磷光 体的A2Si04:Eu (其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)可 以在组成上变化。例如，CaAlSiN3:Eu中的Ca可以至少部分地一皮 Sr和Ba中的至少一种代替。这允许将白光的红色发射峰值和红色 发射峰值处的相对强度调整在一定的范围内。图7图解说明了根据本发明另一个示例性具体实施方式
的白光 发射装置的发射光谱。特别地，图7的光谱是由采用InGaN基蓝色 LED、作为红色石粦光体的SrAlSiN3:Eu以及作为乡录色石粦光体的 Sr0.4Bai.6SiO4:Eu的白光发射装置获得的。如图7所示，组成变化可 以轻微地改变发射峰值和每个峰值处的相对强度。然而，该光i普表 明了在长波长可见光线区中具有至少20%的相对强度的发射峰值， 因此用来改善颜色再现性。当通过结合蓝色LED、由AAlSiN3:Eu (其中A是Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)表示的氮化物红色磷光 体以及由A2Si04:Eu(其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种) 表示的硅酸盐绿色磷光体来产生白光时，可以在利用黄色磷光体的 传统的白光(参见图1A)上改善该白光至少10%的颜色再现性。图8是示意性地图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方 式的白光发射装置的剖视图。参照图8,白光发射装置100包括具 有形成在其中心的反射才不(reflective cup )的去于装体(package body ) 110以及设置在反射杯底部上的蓝色LED 103。透明的树月旨密封齐'J 109形成在反射杯中以密封蓝色LED 103。树脂密去于剂109可以采 用例如-圭初t脂或环氧树脂。在树脂密封剂109中，均匀地分散由 AAlSiN3:Eu (其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)表示的 氮化物红色磷光体112的颗粒以及由A2Si04:Eu(其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种)表示的硅酸盐绿色磷光体114的颗粒。 连4妄导纟戋(连4妾导体，connecting conductor )(未示出)i口引纟戋形成在反射杯的底部上并且通过引线接合(wire bonding)或倒装接合 (flip-chip bonding )而连接至蓝色LED 103。由蓝色LED 103发射的蓝光激发由AAlSiN3:Eu表示的氮化物 红色磷光体112和由A2Si04:Eu表示的硅酸盐绿色磷光体114,使 得红色磷光体112和绿色磷光体114分别发射红光和绿光。红色磷 光体112可以通过由石圭酸盐绿色^粦光体114发射的乡录光激发。由AAlSiN3:Eu表示的氮化物红色石岸光体112和由A2Si04:Eu 表示的石圭酸盐绿色-粦光体114在430至455 nm的波长下可以以相 对4交高的效率激发，因此，蓝色LED 103可以具有425至460 nm 的峰值波长。而且，为了实现最佳的颜色再现性，氮化物红色磷光 体112和珪酸盐绿色石舞光体114可以分别具有500至550 nm和600 至650 nm的峰值波长。如上所述，白光发射装置100在颜色再现性方面被改善，并且 作为磷光体材料是稳定的。作为红色磷光体112的AAlSiN3:Eu和 作为绿色磷光体114的A2Si04:Eu可以相对4艮强地抵抗温度和湿度， 并且几乎不会由于与加入到树脂密封剂109中的固化促进剂(curing accelerator )如Pt反应而降级。事实上，当在高温和高湿度下进4亍 工作可靠性试-险时，与传统的黄色磷光体相比，作为氮化物基磷光 体的AAlSiN3:Eu和作为硅酸盐磷光体的A2Si04:Eu是高度稳定的。图9图解说明了才艮据本发明另 一个示例性具体实施方式
的白光 发射装置。参照图9,白光发射装置200包括具有上半球形透镜如 半圓形透镜的树脂密封剂、以及通过树脂密封剂密封的蓝色LED 103。上述氮化物红色磷光体112和硅酸盐绿色磷光体114分散在树 脂密封剂119中。在本具体实施方式
中，没有"i殳置附加的具有反射 杯的封装体，但是可以获得很宽的视角。而且，蓝色LED103可以 直4妄安装在电赠4反上。图IO和图11是分别示意性地图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方式
的用于LCD背光的光源才莫块的侧面剖#见图。光源 才莫块可以与作为LCD背光单元光源的几个光学部件如扩散板(漫 射寺反，diffusion plate )、导光才反、反射才反以及对麦4竟片(prism sheet) 结合以构成背光组件。参照图10,用于LCD背光600的光源模块包括电路板101和 设置在电^各板101上的多个白光发射装置100。可以在电路板101 上形成导电图案(未示出)以连4妻至光发射装置100。如已参照图 8所描述的，每个白光发射装置100包括安装在封装体110的反射 杯上的蓝色LED芯片103以及密封蓝色LED芯片103的树脂密封 剂109。氮化物红色磷光体112和石圭酸盐绿色-粦光体114分散在树 脂密封剂109中。参照图11,用于LCD背光800的光源才莫块包4舌电^各板101和 i殳置在电游4反101上的多个白光发射装置200。在本具体实施方式
中，蓝色LED芯片103通过一反上芯片(COB) 4支术直4妻安装在电 路板101上。如参照图9所描述的配置每个白光发射装置200。这 里，在-史有i殳置附加的反射壁(reflective wall)的情况下形成半圆 形透镜(树脂密封剂119 )，使白光发射装置200具有更宽的视角。 白光源的更宽的一见角也导致LCD的尺寸(厚度或宽度)减小。白光发射装置200包括蓝色B发光二才及管(LED)芯片103、 绿色G磷光体114以及红色R磷光体112。绿色磷光体114和红色 磷光体112由蓝色LED芯片103激发以分別发射绿光和红光。使绿 光和红光与来自蓝色LED芯片103的部分蓝光混合以产生白光。特别地，才艮据本具体实施方式
，蓝色LED芯片103直接安装 在电路板101上，并且磷光体112和114均匀地分散和混合在密封 蓝色LED芯片103的树脂密封剂119中。树脂密去于剂119可以形成为例如用作一种透4竟的半圆形(半圆，semi-circular )。可^^4奐》也， 树脂密封剂119可以由环氧树脂、硅树脂以及混合树脂(hybrid resin)中的一种形成。如上所迷，蓝色LED芯片103通过一反上芯片 技术直接安装在电路板101上，从而使白光发射装置200更容易地 获得更大的视角。在电路板101上形成电极图案和电路图案中的一种(未示出)， 并且电路图案通过例如引线接合或倒装接合而连接至蓝色LED芯 片103的电极。这种白光源模块800可以包括多个白光发射装置200 以形成具有期望面积的面光源或线光源，乂人而有利i也用作LCD的 背光单元的光源。本发明的发明人已经将蓝色LED芯片103的主波长限定在具 体的范围内，并且将红色石岸光体112和绿色石粦光体114的色坐标限 定在基于CIE 1931色度图的具体空间内。这使发明人能够从绿色和 红色磷光体以及蓝色LED芯片的结合来实现最大量的颜色再现性。具体地，为了从蓝色LED芯片-绿色磷光体-红色磷光体的结合 来获得最大量的颜色再现性，蓝色LED芯片103具有430至455 nm 的主波长。而且，从由蓝色LED芯片103激发的红色磷光体112 发射的红光具有的色坐标落在由基于CIE 1931 (x， y)色度图的四 个坐标点(0.5448， 0.4544)、 (0.7079， 0.2920)、 (0.6427, 0.2905 ) 以及(0.4794， 0.4633 )限定的空间内。此外，乂人由蓝色LED芯片 103激发的绿色磷光体发射的绿光具有的色坐标落在由基于CIE 1931色度图的(0.1270， 0.8037 )、 ( 0.4117, 0.5861 )、 (0.4197， 0.5316)以及(0.2555, 0.5030)限定的空间内。图12图解说明了上述红色和绿色磷光体的色坐标空间。参照 图12, C正1931色度图标记有由四个坐标点(0.5448, 0.4544 )、 (0.7079, 0.2920)、 (0.6427， 0.2905 )以及(0.4794， 0.4633 )构成的四边形形状空间r和由四个坐标点(0.1270， 0.8037 )、 (0.4117， 0.5861 )、 (0.4197， 0.5316)以及(0.2555， 0.5030)构成的四边形 形状的空间g。如上所述，选择红色磷光体和绿色磷光体使得其色 坐标分别落在四边形形状的空间r和g内。这里，主波长是由通过将蓝色LED芯片的输出光的实际测量 的光谱曲线(spectrum graph )和发光度(亮度)曲线结合获得的曲 线而得到的波长值。主波长是考虑人的可见度的H值。这种主波长 对应于其中将CIE 1976色度图的中心点(0.333， 0.333 )连接至实 际测量的色坐标的线与CIE 1976色度图的等高线(contour line )相 交的点处的波长^f直。应该注意到峰值波长与主波长不同。峰值波长 具有最高的能量强度。峰值波长是显示实际测量的输出光的光谱曲 线中最高强度的波长值，与发光度无关。这里，蓝色LED芯片103具有430至455 nm的主波长。红色 磷光体112具有的色坐标落在由基于CIE 1931色度图的四个坐标点 (0.5448, 0.4544 )、(0,7079, 0.2920 )、 ( 0.6427， 0.2905 )以及(0.4794, 0.4633 )卩艮定的四边形空间内。由SrxBayCazSi04:Eu (其中0兰x、 y、 z^2)表示的绿色磷光体114具有的色坐标落在由四个坐标点 (0.1270， 0.8037 )、 ( 0.4117, 0.5861 )、 (0.4197， 0.5316)以及 (0.2555, 0.5030 )限定的四边形空间内。因此，l吏用用于背光单 元的白光源模块510的液晶显示器(LCD)跨过覆盖CIE 1976色度 图上基本上整个s-RGB空间的4艮大的色坐标空间可以表现出高颜 色再现性(参见图12)。这种高颜色再现性通过传统的蓝色LED芯 片与红色和绿色磷光体的结合几乎不能得到。落在如上所述的主波长范围和色坐标空间外的蓝色LED芯片 以及红色和绿色;粦光体可能降4氐LCD的颜色再现性或颜色质量。 通常，与红色和绿色磷光体一起使用以获得白光的蓝色LED芯片 具有典型地460 nm以上的主波长。然而，冲艮据本具体实施方式
，蓝光具有比传统的蓝光更短的主波长，而红色和绿色磷光体具有的 色坐标落在如上所述的四边形空间内，乂人而产生通过现有^支术几乎 不能获得的更高的颜色再现性。蓝色LED芯片103可以采用通常4吏用的III族氮化物半导体发 光装置。而且，红色磷光体112可以使用如(Sr,Ba，Ca)AlSiN3:Eu的 氮化物磷光体。这种氮化物红色磷光体比黄色磷光体更不易受外部 环境如热和湿度的影响，并且不可能变色。特别地，氮化物红色磷 光体相对于具有的主波长设定在430至455 nm的具体范围内以获 得高颜色再现性的蓝色LED芯片表现出高激发效率。可替换地， 红色石粦光体112可以包含其它氮^1物石粦光体如Ca2Si5N8:Eu或黄色 石粦光体如AS:Eu,其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种。绿色磷光体114可以采用包括(Sr，Ba,Ca)2Si04:Eu的硅酸盐磷光 体，其中A是选自Ba、 Sr以及Ca中的至少一种。例如，绿色磷光 体114可以采用(Ba，Sr)2Si04:Eu。硅酸盐磷光体相对于具有430至 455 nm主波长的蓝色LED芯片表现出了高激发效率。可替换地， 可以使用SrGa2S4:Eu和p-硅铝氧氮材料((3-SiAlON )中的一种作 为绿色磷光体114。特別i也，蓝色LED芯片103具有10至30 nm的半宽度 (FWHM ),绿色石粦光体114具有30至100 nm的FWHM,而红色 磷光体112具有50至200 nm的FWHM。具有如上所述范围的 FWHM的光源103、 112以及114产生更好的颜色均匀性和更高的 颜色质量的白光。尤其是，具有430至455 nm的主波长和10至30nm 的FWHM的蓝色LED芯片103显著提高了 (Sr,Ba，Ca)AlSiN3:Eu红 色磷光体和(Sr，Ba,Ca)2Si04:Eu绿光磷光体的激发效率。才艮据本具体实施方式
，蓝色LED芯片具有预定范围的主波长， 而绿色和红色-粦光体具有在预定的空间内的色坐标。这4吏得分别比传统的蓝色LED芯片和黄色磷光体的结合以及传统的蓝色LED芯 片以及绿色和红色磷光体的结合具有优异的颜色再现性。这同样也 改善了激发效率和总的光效率。而且，根据本具体实施方式
，与使用红色、绿色以及蓝色LED 芯片的传统的白光源才莫块不同，需要更少凄史量的LED芯片，并且 仅需要一种类型的LED芯片，即蓝色LED芯片。这相应地减少了 用于封装的制造成本并且简化了驱动电路。特别地，可以配置相对 简单的附加电路以增加对比度或防止模糊不清(blurring)。而且， 仅一个LED芯片103和密封LED芯片的树脂密封剂109和119使 得发射单位面积的白光，从而对其中使用红色、绿色以及蓝色LED 芯片的情况保证了优异的颜色均匀性。图14是图解说明了白光发射装置900和使用该白光发射装置 900的白光源模块520的示意性剖视图。在图14的具体实施方式
中， 蓝色LED芯片103通过板上芯片寺支术直4妻安装在电路板101上。 蓝色LED芯片103与由该蓝色LED芯片103激发的红色磷光体和 绿色石粦光体一起构成单位面积的白光发射装置300。而且，为了获 得最大量的颜色再现性，蓝色LED芯片103具有主波长范围，而 红色;粦光体和绿色磷光体分别具有如上所述的色坐标空间。即，蓝 色LED芯片103具有430至455 nm的主波长。红色石粦光体具有的 色坐标落在由CIE 1931色度图上的四个坐标点(0.544S, 0.4544)、(0.7079， 0.2920)、 (0.6427, 0.2905 )以及(0.4794， 0.4633 )限 定的四边形空间内。绿色石粦光体具有的色坐标落在由四个坐标点(0.1270, 0.8037 )、 ( 0.4117, 0.5861 )、 (0.4197， 0.5316)以及(0.2555, 0.5030)限定的四边形空间内。然而，根据本具体实施方式
，红色和绿色磷光体并没有分散和 混合在树脂密封剂中而是设置作为磷光体膜312和314。具体地， 如图14所示，包含绿色^粦光体的绿色^粦光体膜314沿着蓝色LED芯片103的表面薄薄地施加，而半圓形的透明树脂密封剂319形成 在绿色磷光体膜314上。而且，包含红色磷光体的红色磷光体膜312 施加在透明的树脂密封剂319的表面上。绿色磷光体膜314和红色 磷光体膜312可以彼此相反(相对)地设置。即，红色磷光体膜312 可以施加在蓝色LED芯片103上，而绿色石粦光体膜314可以施力口 在树脂密封剂319上。绿色磷光体膜314和红色磷光体膜312可以 分别由含绿色磷光体颗粒和红色磷光体颗粒的树脂形成。包含在磷 光体"莫312和314中的石寿光体可以-使用如上所述的氮化物、黄色石岸 光体以及石圭酸盐石粦光体中的一种。如上所述，在白光发射装置300中，形成绿色磷光体膜314、 透明的树脂密封剂319、以及红色磷光体膜312以进一步提高输出 的白光的颜色均匀性。当绿色和红色磷光体(粉末混合物)仅仅分 散在树脂密封剂中时，由于在树脂固化过程中磷光体之间重量上的 差异引起磷光体不均匀地分布，因此遭受分层(layering)问题的危 险。这可能降低单个(single)白光发射装置中的颜色均匀性。然而， 在其中采用通过树脂密封剂319分开的绿色璘光体膜314和红色磷 光体膜312的情况下，从蓝色LED芯片103在不同角度下发射的 蓝光相对均匀地被吸收或传播穿过磷光体膜312和314,从而产生 总体上更均勻的白光。即，另外提高了颜色均匀性。而且，如图14所示，通过透明的树脂密封剂319彼此分开的 磷光体膜312和314可以降低磷光体引起的光损失。在其中磷光体 粉末混合物分散在树脂密封剂中的情况下，由磷光体波长转换 (wavelength-convert)的次纟及光(纟录光或纟工光)通过存在于光^各上 的磷光体颗粒散射，从而引起光损失。然而，在图14的具体实施 方式中，由薄绿色-粦光体膜314或红色^粦光体力莫312波长转换的次 级光穿过透明的树脂密封剂319,或者在发光装置300的外部发射， 乂人而降j氐由《粦光体颗粒产生的光损失。在图14的具体实施方式
中，蓝色LED芯片具有主波长范围， 而绿色和红色》粦光体分别具有如上所述的色坐标空间。因此，用于 LCD的BLU的白光源模块900跨过覆盖基本上整个s-RGB空间的 很大的空间表现出高颜色再现性。这也降低了 LED芯片的数量， 以及用于驱动电路和封装的制造成本，从而实现更低的单位成本。 当然，蓝光、绿光以及红光可以具有如上所述范围的FWAH。在上述的本发明具体实施方式
中，每个LED芯片通过COB技 术直接安装在电路板上。然而，本发明并不限于此。例如，LED芯 片可以安装在安装于电路板上的封装体内。图15图解说明了分别图15是图解说明了根据本发明一个示例性具体实施方式
的白 光发射装置400以及使用该白光发射装置400的白光源模块950的 示意性剖视图。参照图15,白光发射装置400包括限定反射杯的封 装体410以及安装在反射杯上的蓝色LED芯片103。然而，根据本具体实施方式
，红色和绿色磷光体并没有分散和 混合在树脂密封剂中，而是设置作为磷光体膜。即，沿着蓝色LED 芯片103的表面施加绿色磷光体414和红色磷光体412中的一种， 并且其上形成有透明的树脂密封剂219。同样，沿着透明的树脂密 去于剂219的表面施加乡录色;舞光体414和红色^粦光体412中的另 一种。如在图14的具体实施方式
中，在图15的具体实施方式
中，4吏 用通过树脂密封剂219彼此分开的绿色磷光体膜414和红色磷光体 膜412以保证优异的颜色均匀性。同样，以与上述具体实施方式
相 同的方式，蓝色LED芯片具有主波长范围，而红色和绿色磷光体 具有如上所述的色坐标空间，从而^争过覆盖基本上整个s-RGB空间 的很大的空间产生高颜色再现性。才莫块分別用于LCD的BLU中的情况下获得的色坐标范围的CIE 1976色度图。参照图13，通过蓝色LED芯片、红色磷光体以及绿色磷光体 的结合(参见图10)，本发明实施例的白光源模块发射白光。在本 发明实施例的白光源中，蓝色LED芯片具有430至455 nm，特别 地，445nm的主波长。而且，红色磷光体发射的红光具有的色坐标 落在由基于CIE 1931色度图的四个坐标点(0.5448, 0.4544 )、 (0.7079， 0.2920 )、 (0.6427， 0.2905 )以及(0.4794, 0.4633 ) P艮 定的四边形空间内。绿色磷光体发射的绿光具有的色坐标落在由基 于CIE 1931色度图的(0.1270， 0.8037)、 (0.4117,0.5861 )、 (0.4197, 0.5316)以及(0.2555, 0.5030)卩艮定的四边形空间内。同时，通过红色、乡录色以及蓝色LED芯片的结合，比l交例1 的白光源模块发射白光。同样，使用传统的冷阴极荧光灯，比较例 2的白光源模块发射白光。图13的色度图表明使用本发明实施例的光源模块作为BLU的 LCD的色坐才示空间、以及分别^f吏用比4交例1和比4交例2的光源作为 BLU的LCD的色坐标空间。如图13所示，采用才艮据本发明实施例 的BLU的LCD表现出覆盖基本上整个s-RGB空间的非常宽的色坐 标空间。这种高颜色再现性通过传统的蓝色LED芯片、红色和绿 色磷光体的结合不能得到。利用根据比较例1的BLU (RGB LED BLU)的LCD仅使用 LED芯片作为红色、绿色以及蓝色光源，由此表明了宽的色坐标空 间。然而，如图13所示，采用才艮据比砵交例1的RGB LED BLU的 LCD不利地没有表现出s-RGB空间中的蓝色。而且，在没有磷光 体的情况下仅使用三色LED芯片降低了颜色均匀性，同时增加了需要的LED芯片的数量和制造成本。特别地，这需要用于对比度
增加或局部变暗的附加电3各的复杂结构、以及用于电3各结构的成本 的急剧增加。
如图13所示，4吏用比较例2的BLU ( CCFL BLU )的LCD表 现出相对窄的色坐标空间，由此分别降低了本发明实施例和比较例 1的BLU的颜色再现性。此夕卜，CCFLBLU并不是环境友好的，并 且几乎不能配置为用于改善其性能如局部变暗和对比度调整的电 路。
在上述具体实施方式
中，由(Sr,Ba，Ca)AlSiN3:Eu表示的氮叶匕物 红色磷光体和由(Sr，Ba,Ca)2Si04:Eu表示的硅酸盐绿色磷光体分散 在树脂密封剂中，^旦本发明并不限于此。例如，红色和绿色磷光体 可以设置作为形成在蓝色LED的表面上的层(-舞光体层或多层)。 这里，两种类型的磷光体可以结合成磷光体层，并且每种磷光体可 以配置作为分离的层结构。
如上陈述，才艮据本发明的示例性具体实施方式
，4吏用具有具体 范围主波长的蓝色LED芯片，以及分别具有具体空间色坐标的红 色和绿色石粦光体。这^f呆i正了通过传统的蓝色LED芯片、红色和绿 色石粦光体的结合几乎不能实现的高颜色再现性。这也导致了优异的 颜色均匀性，并且降低了对用于BLU的光源模块必需的LED的数 量、以及用于封装和电^各结构的成本。因此，这4艮容易生产更高质 量和更低成本的白光源才莫块以及使用该白光源才莫块的背光单元。
尽管已结合示例性具体实施方式
示出和描述了本发明，但对于 本领域技术人员来说4艮显然的是，在不背离由所附^又利要求所限定 的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种更改和变化。
权利要求
1.一种白光发射装置，包括具有430至455nm主波长的蓝色发光二极管芯片；设置在所述蓝色发光二极管芯片周围的红色磷光体，由所述蓝色发光二极管芯片激发的所述红色磷光体用来发射红光；以及设置在所述蓝色发光二极管芯片周围的绿色磷光体，由所述蓝色发光二极管芯片激发的所述绿色磷光体用来发射绿光，其中，由所述红色磷光体发射的所述红光具有的色坐标落在由基于CIE 1931色度图的四个坐标点(0.5448，0.4544)、(0.7079，0.2920)、(0.6427，0.2905)以及(0.4794，0.4633)所限定的空间内，由所述绿色磷光体发射的所述绿光具有的色坐标落在由基于所述CIE 1931色度图的四个坐标点(0.1270，0.8037)、(0.4117，0.5861)、(0.4197，0.5316)以及(0.2555，0.5030)所限定的空间内，并且所述红色磷光体包括由(Sr，Ba，Ca)AlSiN3:Eu表示的磷光体，而所述绿色磷光体包括由(Sr，Ba，Ca)2SiO4:Eu表示的磷光体。
2. 根据权利要求1所述的白光发射装置，其中，所述蓝色发光二 极管芯片具有10至30nm的半宽度，所述绿色磷光体具有30 至100 nm的半宽度，而所述红色石粦光体具有50至200 nm的 半宽度。
3. 根据权利要求1所述的白光发射装置，其中，所述红色磷光体具有600至650 nm的峰值波长，而所述绿色磷光体具有500 至550 nm的峰值波长。
4. 根据权利要求1所述的白光发射装置，其中，所述绿色磷光体 包括SrGa2S4:Eu和(3-硅铝氧氮材料(P -SiAlON )中的至少一 种。
5. 根据权利要求1所述的白光发射装置，其中，所述红色磷光体 进一步包括由SivBayCazS:Eu表示的磷光体，其中， 0^x、 y、 z^2。
6. —种用于液晶显示器背光的光源模块，包括电蹈^:反；以及i殳置在所述电路板上的多个白光发射装置， 其中，每个所述白光发射装置包括蓝色发光二极管芯片，所述蓝色发光二极管芯片设 置在所述电鴻4反上并具有430至455 nm的主波长；设置在所述蓝色发光二极管芯片周围的红色磷光体， 由所述蓝色发光二极管芯片激发的所述红色磷光体用来 发射红光；以及设置在所述蓝色发光二极管芯片周围的绿色磷光体， 由所述蓝色发光二极管芯片激发的所述绿色磷光体用来 发射绿光，其中，由所述红色磷光体发射的所述红光具有的色坐 标落在由基于C正1931色度图的四个坐标点(0.5448， 0.4544 )、 ( 0.7079, 0.2920 )、 ( 0.6427, 0.2905 )以及 (0.4794, 0.4633 )所限定的空间内，由所述绿色磷光体发射的所述绿光具有的色坐标落在由基于所述CIE 1931色度图的四个坐标点(0.1270, 0.8037 )、 (0.4117， 0.5861 )、 ( 0.4197, 0.5316 )以及 (0.2555， 0.5030 )所限定的空间内，并且所述红色磷光体由(Sr，Ba，Ca)AlSiN3:Eu表示，而所述 绿色磷光体由(Sr，Ba,Ca)2Si04:Eu表示。
全文摘要
一种白光发射装置，包括具有430至455nm主波长的蓝色LED芯片；设置在蓝色LED芯片周围的红色磷光体，由蓝色LED芯片激发的红色磷光体用来发射红光；及设置在蓝色LED芯片周围的绿色磷光体，由蓝色LED芯片激发的绿色磷光体用来发射绿光，其中由红色磷光体发射的红光的色坐标落在由CIE 1931色度图的四个坐标点(0.5448，0.4544)、(0.7079，0.2920)、(0.6427，0.2905)及(0.4794，0.4633)限定的空间内，由绿色磷光体发射的绿光的色坐标落在由CIE 1931色度图的四个坐标点(0.1270，0.8037)、(0.4117，0.5861)、(0.4197，0.5316)及(0.2555，0.5030)限定的空间内，红色磷光体包括由(Sr，Ba，Ca)AlSiN₃∶Eu表示的磷光体，绿色磷光体包括由(Sr，Ba，Ca)₂SiO₄∶Eu表示的磷光体。
文档编号F21K2/00GK101216150SQ20081000016
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月2日 优先权日2007年1月2日
发明者孙宗洛, 尹喆洙, 朴一雨, 郭昌勋 申请人:三星电机株式会社