专利名称：高色温发光二极管光源系统及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种发光二极管光源系统及其制造方法，以及使用此光源系 统的背光模块；具体而言，本发明系关于一种具有高色温的发光二极管光源系 统及其制造方法。
背景技术：
显示面板及使用显示面板的面板显示装置已渐渐成为各类显示装置的主 流。例如各式面板显示屏、家用的平面电视、个人计算机及膝上型计算机的平 板型监视器、行动电话及数字相机的显示屏等，均为大量使用显示面板的产品。 特别是近年来液晶显示装置的市场需求大幅成长，为配合液晶显示装置在功能 上及外观上的要求，液晶显示装置所使用的背光模块设计也日趋多元化。
为追求更轻薄的尺寸及较节省的用电量，发光二极管组件已被大量使用作 为提供光线的来源。在各式发光二极管组件中，白光发光二极管较常被使用作 为背光模块光源。目前市售的白光发光二极管多为以蓝光芯片激发白色荧光 粉，以产生白色光线。图l所示为目前常见市售白光发光二极管所发出光线的 色度分布图。如图l所示，此类白光发光二极管所发出光线，其于C正色度坐 标中的分布多界于(0.261, 0.222)至(0.268， 0.234)之间。由于在白光范围中此色 度范围相对较偏向低色温区域，因此表示此类白光发光二极管所发出的白光具 有相对较低的色温。
以传统小尺寸的液晶显示面板而言，使用具较低色温的白光作为背光模块 的光源并无问题。然而对于较大尺寸的液晶显示面板而言，特别是对于液晶电 视面板而言，由于产业的标准需要较高色温的设定，因此使用具较低色温的白 光作为背光模块的光源往往造成不符合设计标准的问题。例如产生的光线需达 到C正色度坐标中(0.2788， 0.292)之位置以得到10000K的色温表现。为解决此 一问题，如何在不大幅增加成本的状况下提升光线的色温，即为目前待克服的 课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管光源系统及其制造方法，可产生较 高色温的输出光线。
本发明的另一目的在于提供一种发光二极管光源系统及其制造方法，可在 控制生产成本的状况下，产生所需的输出光线条件。
本发明的另一 目的在于提供一种背光模块，具有较高色温的光线输出。
本发明的发光二极管光源系统主要包含多个白光发光源及至少一绿光发 光源参杂于白光发光源间。绿光发光源的发光能量与白光发光源发光能量的比
值介于1/5至1/20之间。藉由混合具上述能量比值的绿光发光源及白光发光源， 得以提升整体光源系统输出光线的色温达到一定程度。绿光发光源与白光发光 源可以分别为完整的发光二极管组件，亦可为同一发光二极管组件中的不同芯 片或荧光粉。
本发明的发光二极管光源系统制造方法包含下列步骤首先取得多个白光
发光源的穿透光谱，以得到光线的强度与波长的关系。其次分析穿透光谱以得 到绿光补充量。最后根据绿光补充量设置至少一绿光发光源。
图1为传统白光发光二极管的色度空间分布示意图； 图2a为本发明发光二极管光源系统的第一实施例示意图； 图2b为图2a所示实施例的变化实施例； 图3为图2a所示实施例的侧视图4为绿光发光二极管的光线射出角度与强度关系示意图5为图2a所示实施例的另一变化实施例；
图6a为发光二极管光源系统的第二实施例示意图6b封装座为基板的实施例示意图7为发光二极管光源系统的第三实施例示意图8所示为发光二极管光源系统制造方法的实施例流程图。
主要组件符号说明
210白光发光二极管 230绿色发光二极管300光学膜片 410独立电源 510封装座 530蓝光芯片 550封装棱镜 571黄光荧光粉 573绿光芯片 575绿光荧光粉
具体实施例方式
本发明提供一种发光二极管光源系统及其制造方法，以及使用此光源系统 的背光模块。以较佳实施例而言，此背光模块供液晶显示装置使用。然而在不 同实施例中，此背光模块亦可供计算机键盘、行动电话按键、广告牌及其它需 要平面光源的装置使用。进一步而言，本发明更包含使用此光源装置及背光模 块的液晶显示装置。在较佳实施例中，本发明的液晶显示装置包含一彩色液晶 显示装置。然而在不同实施例中，本发明的液晶装置亦可包含单色的液晶显示 装置。此外，液晶显示装置泛指使用液晶面板的显示装置，包含家用的液晶电 视、个人计算机及膝上型计算机的液晶监视器、行动电话及数字相机的液晶显 示屏等。
本发明的发光二极管光源系统主要包含多个白光发光源及至少一绿光发 光源参杂于白光发光源间。绿光发光源的发光能量与白光发光源发光能量的比 值介于1/5至1/20之间。藉由混合具上述能量比值的绿光发光源及白光发光源， 得以提升整体光源系统输出光线的色温达到一定程度，例如可在CIE色度坐标 中(0.2788， 0.292)的位置上得到10000K的色温表现。此一能量比值较佳可以光 通量作为代表，例如以流明(Lm)为单位加以计算。然而此一能量比值亦可以光 的强度(Intensity)作为代表，例如以绿光发光源及白光发光源的光谱来进行比 较，即可得到两者强度的比值。此外，此能量比值亦可以照度或辉度作为代表， 或以其它与能量相关并具绝对性或相对性的参数或指数代表，并进行计算。
在较佳实施例中，绿光发光源的发光能量与白光发光源发光能量的比值可 进一步控制在1/10左右，以取得较佳的结果。此外，绿光发光源与白光发光源可以分别为完整的发光二极管组件，亦可为同一发光二极管组件中的不同芯 片或荧光粉。
图2a所示为发光二极管光源系统的第一实施例。在此实施例中，发光二
极管光源系统为多个发光二极管所组成的阵列。白光发光源为白光发光二极管
210，而绿光发光源为绿色发光二极管230。每一绿光发光二极管230均设置 邻近于白光发光二极管210，且为白光发光二极管210所包围。如图2a所示， 第一排及第三排发光二极管均为白光发光二极管210;而第二排及第四排发光 二极管则由白光发光二极管210与绿光发光二极管230间隔排列。换言之，每 一绿光发光二极管230的四周均设有白光发光二极管210。然而在不同的实施 例中，绿光发光二极管230与白光发光二极管210的排列方式、顺序及密度等 是可依两者的能量比值需求加以调整。例如在图2b所示实施例中，第二排及 第四排的发光二极管可在每二相邻绿光发光二极管230间均设有二个白光发 光二极管210，以降低绿光发光二极管230的排列密度及产出的光能量。
以较佳实施例而言，为使绿光发光二极管230与白光发光二极管210有较 好的混光效果，绿光发光二极管230于输出时的光照射区域与白光发光二极管 210的光照射区域重叠。如图3所示，绿光发光二极管230与白光发光二极管 210之上设置有光学膜片300，绿光发光二极管230在光学膜片300上的光照 射区域Ro即为两侧白光发光二极管210的R^及Rw2所覆盖。以液晶显示器 为例，若背光模块未设有光学膜片300时，光照射区域亦可以发光二极管于液 晶面板上的照射范围代表。此外，在较佳实施例中，为使绿光发光二极管230 与白光发光二极管210有较好的混光效果，绿光发光二极管230照射的半高全 宽(Full width half maximum)角度e大于120度。如图4所示，所谓半高全宽角
度e系指能维持正向发光强度一半的两侧合计偏射角度；换言之，当一侧的偏
射角度为60度时的光线仍具有正向发光强度一半时，半高全宽角度e即为120 度。
在图5所示的变化实施例中，发光二极管光源系统亦可以发光二极管灯条 (LED light bar)的方式存在。在此实施例中，可在数个白光发光二极管210中 掺杂设置一或多个绿光发光二极管230，以提升整体输出光线的色温。如图5 所示，绿光发光二极管230可以与白光发光二极管210在供电电源上进行区隔， 而以独立电源410独立供电。藉由调整独立电源410的供电电压及电流等，即可控制绿光发光二极管230的发光能量，并同时调整绿光发光二极管230与白 光发光二极管210在发光能量上的比值。
图6a所示为发光二极管光源系统的第二实施例。在此实施例中，发光二 极管光源系统为单一的发光二极管。此发光二极管包含封装座510、蓝光芯片 530及封装棱镜550。蓝光芯片设置于封装座510内，而封装棱镜550则包覆 蓝光芯片530并填充于该封装座510的腔体。在图6a所示的实施例中，封装 座510为内凹的腔体，因此封装棱镜550可填充于腔体内部。然而在变化实施 例中，如图6b所示，封装座510亦可为一基板，此时封装棱镜550则包覆蓝 光芯片530并形成于封装座510上。
在图6a所示实施例中，白光发光源为此发光二极管中的黄光荧光粉571， 以混合分布的方式存在于封装棱镜550中。蓝光芯片530发光时，光线即可激 发黄光荧光粉571向外射出白色光线。黄光荧光粉571较佳可包含钇铝石榴石 (YAG)荧光粉、硅酸盐(Silicate)荧光粉或其它种类的荧光粉。绿光发光源则为 绿光芯片573，与蓝光芯片530均设置于封装座510中，并为封装棱镜550所 包覆。在较佳实施例中，绿光芯片573的发光波长介于515 nm与540 nm之间。 当蓝光芯片530与绿光芯片573均发光时，蓝光芯片530激发黄光荧光粉571 射出白色光线，而绿光芯片573则直接发出绿色光线。当白色光线的能量与绿 色光线的能量比例适当时，白色光线与绿色光线的混光即可具提升色温的效 果。
此外，如图6a所示，绿光芯片573可以与蓝光芯片530在供电电源上进 行区隔，而以独立电源410独立供电。当蓝光芯片530的供电固定时，黄光荧 光粉571即会受激发出稳定能量的白光。此时藉由调整独立电源410的供电电 压及电流等，即可控制绿光芯片573发出光线的发光能量，并同时调整绿光与 白光在发光能量上的比值。然而，除此一方式外，亦可藉由其它方式来调整绿 光与白光在发光能量上的比值。例如以调整黄光荧光粉571的浓度或配比等方 式来改变绿光与白光在发光能量上的比值。此外，此一实施方式亦可与前述的 实施例合并使用，以达成不同的功效。
图7所示为发光二极管光源系统的第三实施例。在此实施例中，发光二极 管光源系统亦为单一的发光二极管。与图6a所示第二实施例的不同处在于， 绿光发光源采用绿光荧光粉575，而非绿光芯片。换言之，在此实施例中，绿光发光源及白光发光源分别为绿光及白光的荧光粉，且两者彼此混合并分布于
封装棱镜550中。当蓝光芯片530发光时，光线即可激发黄光荧光粉571向外 射出白色光线，并同时激发绿光荧光粉575向外射出绿色光线。绿色光线即与 白色光线产生混光效果，以提升整体的色温。
绿光荧光粉575较佳可包含硅酸盐类、Ba2Si04或其它种类的荧光粉。为 控制绿光与白光的能量比值，可藉由调整绿光荧光粉575的成份、浓度、数量 等来改变绿光的发光能量。由于一般而言绿光荧光粉575的发光效率较高，因 此绿光荧光粉575与黄光荧光粉571的浓度比值较佳小于绿光与白光的能量比 值，且较佳小于1/10。然而在使用发光效率较低的绿光荧光粉575时，亦可调 高绿光荧光粉575的浓度。此外，此一实施方式亦可与前述的实施例合并使用， 以提供设计上更多元化的选择。
图8所示为本发明发光二极管光源系统制造方法的实施例流程图。如图8 所示，步骤1810包含取得多个白光发光源的穿透光谱，以得到光线的强度与 波长的关系。取得光谱的方式较佳系包含以实验方式取得、计算取得或以其它 方式取得。如前述实施例所述，白光发光源可为单独的白光发光二极管、发光 二极管中的白色荧光粉或其它应用于发光二极管的白光光源。此处的穿透光谱 较佳是以穿过彩色滤光片后光线进行分析的谱；然而在不同实施例中，穿透光 谱亦可包含以穿过背光模块的学膜片后或穿过液晶层后的线进行分析的谱。
在较佳实施例中，当穿透光谱表示以穿过彩色滤光片后光线进行分析的光 谱时，此步骤较佳可包含下述的步骤取得白光发光源的初始光谱；取得彩色 滤光层的滤光光谱；以及分析初始光谱及滤光光谱以产生穿透光谱。取得初始 光谱与滤光光谱的方式包含以实验方式取得、计算取得或以其它方式取得。当 取得初始光谱与滤光光谱后，比对两者在各波长时的强度并加以分析计算，扣 除滤光后的强度变化，即可产生穿透光谱。
步骤1830包含分析穿透光谱以得到绿光补充量。在较佳实施例中，分析 的方式包含比对白光发光源的穿透光谱与绿光发光源的穿透光谱，分析两者的 光谱形状与强度分布。在进行分析时，可预设有目标的光谱分布，藉由调整绿 光发光源及白光发光源的能量比例，以使两者光谱的混合结果趋近于目标的光 谱分布。此一目标的光谱分布较佳是以设定提升色温程度的方式换算取得。当 绿光发光源的穿透光谱与白光发光源的穿透光谱混合后趋近于目标的光谱分布时，即可得到绿光发光源及白光发光源的能量比例，并以此比例得到绿光补
充量。此一比例较佳介于1/5至1/20之间。绿光发光源及白光发光源的能量比 值较佳可以光通量作为代表，例如以流明(Lm)为单位加以计算。然而此一能量 比值亦可以光的强度(Intensity)作为代表，例如以绿光发光源及白光发光源的 谱来进行比较，即可得到两者强度的比值。此外，此能量比值亦可以照度或辉 度作为代表，或以其它与能量相关并具绝对性或相对性的参数或指数代表，并 进行计算。
在步骤1830中，穿透光谱的分析亦可以其它方式达成。例如先预设欲达 到的色温提升值，再反推换算得到应补足的绿光补充量。然而绿光补充量与白 光发光源发光能量的比值亦控制介于1/5至1/20之间，且可进一步限制于接近 1/10以得到较佳的结果。
步骤1850包含根据绿光补充量设置至少一绿光发光源。如前所述，绿光 发光源的种类包含绿光发光二极管、发光二极管中的绿光芯片、发光二极管中 的绿光荧光粉等。当绿光发光源为绿光发光二极管时，可依所需的绿光补充量 决定绿光发光二极管的数量、与白光发光源的排列方式等。此外，亦可依绿光 补充量决定绿光发光二极管的电源供应参数，例如电流、电压等，以控制绿光 发光二极管的发光能量。
在不同实施例中，当绿光发光源为绿光芯片时，歩骤1850则包含于一封 装座内设置蓝光芯片与绿光芯片，并设置封装棱镜包覆蓝光芯片与绿光芯片。 封装棱镜中分布有黄光荧光粉；当蓝光芯片发光时，黄光荧光粉即受激发出白 光。在此实施例中可根据绿光补充量决定该绿光芯片的电源供应参数，例如电 流、电压等，以控制绿光发光二极管的发光能量。
当绿光发光源与白光发光源均为混合于封装棱镜中的荧光粉时，两者的相 对浓度比例可依据绿光补充量加以决定。由于一般而言绿光荧光粉的发光效率 较高，因此绿光荧光粉与黄光荧光粉的浓度比值较佳小于绿光与白光的能量比 值，且较佳小于1/10。然而在使用发光效率较低的绿光荧光粉时，亦可调高绿 光荧光粉的浓度。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的 范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含 于申请专利范围的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。
权利要求
1. 一种发光二极管光源系统，供一背光模块使用，其特征在于，包含多个白光发光源；以及至少一绿光发光源，参杂于该多个白光发光源间；其中，该绿光发光源发光能量与该白光发光源发光能量的比值介于1/5至1/20。
2. 如权利要求1所述的发光二极管光源系统，其特征在于，该绿光发光源 发光能量与该白光发光源发光能量的比值为1/10。
3. 如权利要求1所述的发光二极管光源系统，其特征在于，该多个白光发 光源包含多个白光发光二极管，该绿光发光源包含多个绿光发光二极管，每一 绿光发光二极管为多个该白光发光二极管所包围，且该些绿光发光二极管形成 的一光照射区域与该些白光发光二极管形成的一光照射区域重叠。
4. 如权利要求3所述的发光二极管光源系统，其特征在于，该绿光发光二 极管照射的半高全宽(flill width half maximum)角度大于120度。
5. 如权利要求3所述的发光二极管光源系统，其特征在于，进一步包含一 独立电源电连接该些绿光发光二极管，其中该独立电源控制该些绿光发光二极 管的发光能量以调整其与白光发光能量间的比值。
6. 如权利要求1所述的发光二极管光源系统，其特征在于，进一步包含 一封装座；一蓝光芯片，设置于该封装座内；以及 一封装棱镜，包覆该蓝光芯片并填充该封装座；其中，该白光发光源包含黄光荧光粉混合分布于该封装棱镜中，而该绿光 发光源包含一绿光芯片，设置于该封装座中，并为该封装棱镜所包覆。
7. 如权利要求6所述的发光二极管光源系统，其特征在于，进一步包含一 独立电源电连接该绿光芯片，其中当黄光荧光粉受激发光时，该独立电源控制 该绿光芯片的发光能量以调整其与白光发光能量间的比值。
8. 如权利要求6所述的发光二极管光源系统，其特征在于，该绿光芯片的 发光波长介于515nm至540nm之间。
9. 如权利要求1所述的发光二极管光源系统，其特征在于，进一步包含: 一封装座；一蓝光芯片，设置于该封装座中；以及 一封装棱镜，包覆该蓝光芯片并形成于该封装座上；其中，该白光发光源包含黄光荧光粉，而该绿光发光源包含绿光荧光粉， 该黄光荧光粉与该绿光荧光粉共同混合分布于该封装棱镜中。
10. 如权利要求9所述的发光二极管光源系统，其特征在于，该绿光荧 光粉的浓度小于该黄光荧光粉浓度的1/10。
11. 一种背光模块用发光二极管光源系统的制造方法，其特征在于，包含下列步骤取得多个白光发光源的一穿透光谱；分析该穿透光谱以得到一绿光补充量，其中该绿光补充量产生的发光能量与该白光发光源发光能量的比值介于1/5至1/20;以及根据该绿光补充量设置至少一绿光发光源。
12. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该白光发光源穿透光谱计算步骤包含取得该白光发光源的一初始光谱； 取得一彩色滤光层的一滤光光谱；以及 分析该初始光谱及该滤光光谱以产生该穿透光谱。
13. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该绿光补充量产生的 发光能量与该白光发光源发光能量的比值为1/10。
14. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该多个白光发光源包 含多个白光发光二极管，该绿光发光源包含多个绿光发光二极管，该多个绿光 发光源设置步骤包含根据该绿光补充量决定该绿光发光二极管的数量。
15. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该多个白光发光源包 含多个白光发光二极管，该绿光发光源包含多个绿光发光二极管，该多个绿光 发光源设置步骤包含根据该绿光补充量决定该绿光发光二极管的电源供应参 数。
16. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该多个绿光发光源设置歩骤包含于一封装座内设置一蓝光芯片；于该封装座内设置该绿光发光源，其中该绿光发光源包含一绿光芯片；根据该绿光补充量决定该绿光芯片的电源供应参数；以及 设置一封装棱镜包覆该蓝光芯片并填充该封装座；其中，该白光发光源包 含黄光荧光粉混合分布于该封装棱镜中。
17. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该多个绿光发光源设 置步骤包含于一封装座内设置一蓝光芯片；根据该绿光补充量决定该绿光发光源与该白光发光源的相对浓度；其中该 白光发光源包含黄光荧光粉，该绿光发光源包含绿光荧光粉；以及设置一封装棱镜包覆该蓝光芯片并填充该封装座；其中，该黄光荧光粉与 该绿光荧光粉混合分布于该封装棱镜中。
18. 如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该多个绿光发光源设 置步骤包含于一封装座内设置一蓝光芯片；根据该绿光补充量调整该绿光发光源的穿透光谱；其中该绿光发光源包含 绿光荧光粉；以及设置一封装棱镜包覆该蓝光芯片并填充该封装座；其中，该白光发光源包 含黄光荧光粉，该黄光荧光粉与该绿光荧光粉混合分布于该封装棱镜中。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管光源系统、其制造方法及其所应用的背光模块。发光二极管光源系统主要包含多个白光发光源及至少一绿光发光源参杂于白光发光源间。绿光发光源的发光能量与白光发光源发光能量的比值介于1/5至1/20之间。藉由混合具上述能量比值的绿光发光源及白光发光源，得以提升整体光源系统输出光线的色温达到一定程度。制造方法包含下列步骤取得多个白光发光源的穿透光谱；其次分析穿透光谱以得到绿光补充量；最后根据绿光补充量设置至少一绿光发光源。
文档编号F21Y101/02GK101294664SQ20081011102
公开日2008年10月29日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者张亚衔, 林信吾 申请人:友达光电股份有限公司