专利名称：发光装置及其操作方法
技术领域：
本发明是有关一种发光装置，尤其有关一种可发射白光的四色发光装置及操作此种四色发光装置的方法。
背景技术：
发光二极管(LEDs)通常是用作光源、照明器、指示灯及显示器，是现今熟知的固态光产生器件，其产生的光在光谱的一特定区域内，具有峰值波长。LEDs利于用作光源有数个原因。LEDs与灯泡或日光灯(荧光灯)比较时，更具机械强度，因为它们通常可以耐受更大的冲击或震动。此外，LEDs通常使用寿命长，可减少更换损毁二极管的频率。需要更换一LED时，也比更换荧光源更容易更经济。此外，LEDs具有低功耗、体积小与重量轻的优点，所以可用在各种不同的显示用途上，从液晶显示器的背光源到交通号志灯。
目前已发展的LEDs可分别发射红(R)、绿(G)、蓝(B)色光。由于白色对于全色(full-color)图像显示非常重要，所以在现有技术中，至少有两种不同方法来发射白光。在第一种方法中，是将红、绿、蓝LEDs各自发出的光加以混合，以提供白发射光，或于必要时提供其它颜色发射光。然而，在第一种以红绿蓝三色为基础的方法中，可能很难提供波长范围约在570nm(纳米)至600nm的琥珀(黄)色发射光。此外，第一种方法可能也很难提供相关色温(CCT)低于约3000°K(克氏绝对温度)的白发射光。
在第二种方法中，是使用一种波长转换技术来实现发射光颜色。波长转换技术主要依据原理是，置于发光组件上的磷会吸收从该发光组件发射的光，并发出波长与被吸收光不同的光。尤其是，磷吸收发光组件发射的光后，会辐射具有不同发射光色的光致发光(photo-luminescence)。例如，以波长转换技术为基础的LED中，从发蓝光组件发射的蓝光，局部或全部受磷影响而发生波长转换。结果，辐射出颜色与蓝光不同的光。例如，使用黄磷时，经由波长转换得到的黄光可与未受波长转换的蓝光混合，以提供一种混合光。就理论而言，从LED外部观看时，此种混合光看似白光。第二种方法的缺点在于，由于磷层厚度相当小，所以磷层吸收的光量也小。因此，所发射的黄光量并未达到令人满意的程度。基于这个原因，观看者所感知的发射颜色并非预期的颜色，亦即，并非白色，而可能是带蓝或带黄的白色(青白色或黄白色)。
因此，最好能有一种发光装置可提供所需颜色的发射光，诸如白光；并有一种操作此种发光装置的方法，以提供更佳的演色性(colorrendering)。
发明内容
本发明有关一种发光装置，及操作此发光装置的方法，用以克服现有技术中的限制与缺点所导致的一或多项问题。
根据本发明一实施例，其中提供一种可发射白光或其它颜色光的发光装置。此装置包括一第一发光器件用以发射具有第一波长范围的第一发射光，一第二发光器件用以发射具有第二波长范围的第二发射光，一第三发光器件用以发射具有第三波长范围的第三发射光，及一第四发光器件用以发射具有第四波长范围的第四发射光；其中，该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
同样根据本发明，其中提供一种可发射白光或其它颜色光的发光装置。此装置包括一第一发光器件用以发射红光，一第二发光器件用以发射绿光，一第三发光器件用以发射蓝光，及一第四发光器件用以发射琥珀光；其中，通过由组合该第一、第二、第三、及第四发光器件而提供白光的发射。
进一步根据本发明，其中提供一种可发射白光或其它颜色光的发光装置。此装置包括多数第一发光器件用以发射具有第一波长范围的第一发射光，多数第二发光器件用以发射具有第二波长范围的第二发射光，多数第三发光器件用以发射具有第三波长范围的第三发射光，及多数第四发光器件用以发射具有第四波长范围的第四发射光；其中，该多数第一、第二、第三、及第四发光器件是以行列矩阵方式排列，且该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
同样根据本发明，其中提供一种方法用以操作一可发射白光或其它颜色光的发光装置。此方法包括从该发光装置的第一发光器件放射具有第一波长范围的第一发射光，从该发光装置的第二发光器件放射具有第二波长范围的第二发射光，从该发光装置的第三发光器件放射具有第三波长范围的第三发射光，从该发光装置的第四发光器件放射具有第四波长范围的第四发射光；混合从该第一、第二、第三、及第四发光器件放射的光，以产生白发射光。
同样根据本发明，其中提供一种方法用以操作一可发白光或其它颜色光的发光装置。此方法包括从该发光装置的第一发光器件放射红发射光，从该发光装置的第二发光器件放射绿发射光，从该发光装置的第三发光器件放射蓝发射光，及从该发光装置的第四发光器件放射琥珀发射光；并混合从该第一、第二、第三、及第四发光器件放射的光，以产生白发射光。
前述发明内容及以下实施方式详细说明，可通过参照附图而获得更佳了解。为了以图示说明本发明，附图中显示本发明目前而言的较佳实施例。然而，本发明并不限于恰如图中所示的装置与手段。
图1A为根据本发明一实施例的发光装置概要图；图1B为图1A所示发光装置的俯视图；图2A、2B及2C为根据本发明另一实施例的发光装置概要图；图3A为一色度坐标系统，定义彩色空间内的颜色；图3B是从图3A所示色度坐标系统取得的普朗克曲线图；以及图4为一流程图，显示根据本发明一实施例用以操作一发光装置的方法。
主要组件符号说明10 发光装置R 第一发光器件(发射红光)G 第二发光器件(发射绿光)
B 第三发光器件(发射蓝光)A 第四发光器件(发射琥珀光)12第一基座12-R 引脚12-G 引脚12-B 引脚12-A 引脚14基底15金线16第二基座17引脚18透明的聚合物或塑料成型化合物具体实施方式
图1A为根据本发明一实施例的发光装置10的概要图。请参照图1A，发光装置10包括一第一发光器件，标号为R，用以提供第一发射光，一第二发光器件，标号为G，用以提供第二发射光，一第三发光器件，标号为B，用以提供第三发射光，及一第四发光器件，标号为A，用以提供第四发射光。第一、第二、第三、及第四发射光各自的波长范围彼此不同，但共同覆盖可见光的光谱。可见光光谱包括的波长范围落在大约380nm(纳米)至780nm之间，其分布从紫色经蓝色、绿色、黄色、橙色到红色。在此范围外侧是波长小于380nm的紫外线与波长大于780nm的红外线。根据本发明一实施例中，提供该第一发光器件R是为发射波长范围600nm至640nm的红光；提供该第二发光器件G是为发射波长范围500nm至570nm的绿光；提供该第三发光器件B是为发射波长范围420nm至500nm的蓝光；提供该第四发光器件A是为发射波长范围570nm至600nm的琥珀光。
本实施例中的发光器件R、G、B、A包括多数发光二极管，但可包括其它发光组件，诸如无机发光组件、激光二极管、无机薄膜式电致发光片、及无机薄膜式电致发光组件。第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A是用例如现有的芯片粘接(die bonding)制程设置在一第一基座12上。引脚12-R、12-G、12-B、及12-A从第一基座12延伸并穿透一基底14，其功能是作为一第一电极，例如，分别作为第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A的阴极。第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A各自经由一金线15以引线接合法接合至一第二基座16。引脚17从第二基座16延伸并穿透基底14，其功能是作为一第二电极，例如，作为第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A的共享阳极。引脚12-R、12-G、12-B、12-A及17提供电力给发光器件R、G、B、A。发光器件R、G、B、A是以例如现有的射出成型法，完全包封在一透明的聚合物或塑料成型化合物18内。
图1B显示图1A所示发光装置10的俯视图。图1A及图1B显示的是一灯型发光装置，是指一种包括多数引脚穿透一基底的发光装置。然而，本发明并不限于灯型用途，而可同样适用于芯片型发光装置，亦即包括多数引脚安装于一基底表面的发光装置。
图2A、2B、2C为根据本发明另一实施例的发光装置概要图。请参照图2A，发光装置21包括多数第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A，其特性及功能已如前参照图1A、1B讨论过。在发光装置21中，发光器件R、G、B、A是形成一行列矩阵。矩阵的每一(横)列包括以一周期性顺序设置的第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A。亦即，例如R-G-B-A的顺序。根据本发明另一实施例中，该矩阵的每一(直)行包括以一周期性顺序设置的第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A。
请参照图2B，发光装置22包括多数第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A形成一行列矩阵。矩阵的每一(横)列仅包括第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A其中的一。更明确地说，第一发光器件R是设置在第一列内，第二发光器件G是设置在第二列内，以此类推。请参照图2C，发光装置23包括多数第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A形成一行列矩阵。矩阵的每一(横)列包括第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A其中的两种，而且与每一列直接相邻的另一列是包括第一、第二、第三、第四发光器件R、G、B、A其中的另两种。更明确地说，第二及第四发光器件G、A是设置在第一列时，第一及第三发光器件R、B则设置在第二列内，以此类推。
图3A为一色度坐标系统(chromaticity coordinate system)，用以定义一彩色空间内的颜色。提供图3A及图3B的目的，是为了能够更佳理解根据本发明用来操作一发光装置的方法。通常，发射光的色质可用多种不同评定系统测量的。「色度」是用色调(hue)与彩度(saturation)来定义颜色。“CIE”是由国际照明委员会发展出的一种色度坐标系统。各个CIE色度坐标是定义位于“1931 CIE”彩色空间内的颜色。这些坐标被定义为x、y、z，并分别为三个标准原色X、Y、Z(三色激励值tristimulus values)相对此三个三色激励值总和的比。CIE图表包含各个三色激励值与其总和的比x、y、z的分布图。当约化坐标x、y、z总加为1的情况时，通常使用二维CIE(x、y)图。图3A显示其实例的一。请参照图3A，绿、蓝、红、白色大致分别位于CIE图表的上区、左下区、右下区、及中央区。
图3B是从图3A所示色度坐标系统取得的普朗克曲线(PlanckianCurve)图。白色是LED显示器中全色图像显示的重要因素。各种像白的颜色(white-like colors)可用一种「相关色温」(correlated colortemperature，CCT)来说明。例如，当一金属被加热时，会产生光放射出来，而放射光起初呈红色无焰燃烧。当金属加热不断升温时，所发射的光转变成更高的量子能，起先是带红色的光，然后转变成白光，最后终于变成青白光。有一种系统已被研发用来判读这些颜色在一称为黑体放射源(blackbody radiator)的标准对象上的变化。视温度而定，黑体放射源会发射像白色的射线。然后可用CIE色度图表说明此种像白色射线的颜色。因此，对于欲鉴定的光源，其相关色温即是黑体放射源产生最类似光源色度的色度时的温度。色温与CCT都是用克氏绝对温度(°K)表示的。请参照图3B，亦请参照图3A来对照其中的坐标，对于LED用途而言，所需的白发射光CCT值落在大约6500°K。
此外，有一种经由视觉实验建立的「演色指数」(color renderingindex，CRI)。其中，先决定一受鉴定光源的相关色温。然后先用该光源照亮八个标准色样，再用具有相同色温的黑体所产生的光照亮这八个标准色样。若有一标准色样未变色，则该光源具有理论上完美的特殊CRI值100。通用的演色指数称为“Ra”，是所有八个标准色样的演色指数平均值。
图4为一流程图，显示根据本发明一实施例用以操作一发光装置的方法。请参照图4，步骤41中，是提供一具有如前所述第一、第二、第三、及第四发光器件的发光装置。其次，在步骤42、43、44、45中，分别从该发光装置的第一、第二、第三、及第四发光器件放射出各自具有第一、第二、第三、及第四波长范围的第一、第二、第三、及第四发射光。在步骤46中，混合从第一、第二、第三、及第四发光器件放射出的发射光，以产生白发射光。该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。在一实施例中，该第一、第二、第三、及第四发光器件分别发射红光、绿光、蓝光、琥珀光。
接着在步骤47中，于必要时，调整第一、第二、第三、及第四发光器件的一的发射光强度，将具有第一相关色温CCT值的白发射光改变成第二CCT值。在本发明一实施例中所产生的白发射光，其相关色温可在大约1000°K至10000°K之间加以调整，产生相较于已往技术较佳的演色指数Ra。在另一实施例中，于调整发射光强度时，是以一预定的光强比放射该第一、第二、及第三发射光，而第四发射光的强度则调整到可获得具有第二CCT值的白发射光。在一实施例中，该红、绿、蓝发射光的强度比约为1∶4.59∶0.06。然后增加琥珀发射光的强度，使CCT值在图3B所示的普朗克曲线图中朝较低温方向变化；或者降低琥珀发射光的强度，使CCT值在普朗克曲线图中朝较高温方向变化。
于再一实施例中，于调整发射光强度时，用以产生具有第一CCT值的白发射光的第一、第二、及第四发射光强度维持不变，而第三发射光的强度则调整到可获得具有第二CCT值的白发射光。例如，在一实施例中，红、绿、琥珀发射光的强度不变，而蓝发射光强度增加，使CCT值在普朗克曲线图中朝较高温方向变化；或者降低蓝发射光的强度，使CCT值在普朗克曲线图中朝较低温方向变化。
改变白发射光CCT值的方法，同样适用于可见光光谱中白色以外的其它颜色发射光。根据本发明一实施例中，是以一预定的光强比放射该第一、第二、及第三发射光，而第四发射光的强度则调整到可获得可见光光谱中的某一颜色发射光。在另一实施例中，是选用第一、第二、第三及第四发光器件的一，并以一预定的光强比从未被选取的发光器件放射其发射光。然后将选用的发光器件放射的发射光强度，调整到可获得可见光光谱中的某一颜色发射光。
在说明本发明代表性的实施例时，说明书内可能是以特定顺序的步骤提出本发明的方法或程序。然而，当此等方法或程序并不依赖本文前述特定步骤顺序时，本发明方法或程序应不限于所述特定步骤顺序。此类技术界内的专业人士应可理解，其它步骤顺序也可能适用。因此，本说明书内说明的特定步骤顺序，不应用来解释成申请专利范围的限制。此外，有关本发明方法或程序的专利请求项不应被限为执行所述顺序的步骤，专业技术人士可轻易了解，此等顺序可以改变，并仍保持在本发明精神与范围内。
上述各实施例中可作多种变化而不脱离本发明广义的概念。因此，本发明并不限于前揭特定实施例，而是涵盖本发明精神及范围内的各种修改与变化，如所附申请专利范围所定义。
权利要求
1.一种发光装置，其特征在于包括一第一发光器件，用以发射具有第一波长范围的第一发射光，一第二发光器件用以发射具有第二波长范围的第二发射光，一第三发光器件用以发射具有第三波长范围的第三发射光，及一第四发光器件用以发射具有第四波长范围的第四发射光；其中，该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述该第一波长范围从600nm延伸至640nm。
3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述该第二波长范围从500nm延伸至570nm。
4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述该第三波长范围从420nm延伸至500nm。
5.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述该第四波长范围从570nm延伸至600nm。
6.一种发光装置，其特征在于包括一第一发光器件用以发射红光；一第二发光器件用以发射绿光；一第三发光器件用以发射蓝光；及一第四发光器件用以发射琥珀光；其中，通过由组合该第一、第二、第三、及第四发光器件而提供白发射光。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述该第一发光器件发射的光具有从600nm延伸至640nm的波长范围。
8.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述该第二发光器件发射的光具有从500nm延伸至570nm的波长范围。
9.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述该第三发光器件发射的光具有从420nm延伸至500nm的波长范围。
10.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述该第四发光器件发射的光具有从570nm延伸至600nm的波长范围。
11.一种发光装置，其特征在于包括多数第一发光器件用以发射具有第一波长范围的第一发射光；多数第二发光器件用以发射具有第二波长范围的第二发射光；多数第三发光器件用以发射具有第三波长范围的第三发射光；及多数第四发光器件用以发射具有第四波长范围的第四发射光；其中，该多数第一、第二、第三、及第四发光器件是以行列矩阵方式排列，且该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
12.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述该矩阵的每一横列中，包括以一周期性顺序设置该第一、第二、第三、及第四发光器件。
13.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述该矩阵的每一直行中，包括以一周期性顺序设置该第一、第二、第三、及第四发光器件。
14.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述该矩阵的每一横列中，仅包括该第一、第二、第三、第四发光器件其中之一。
15.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述该矩阵的每一横列中，包括该第一、第二、第三、第四发光器件其中的两种，而且与每一列直接相邻的另一列是包括该第一、第二、第三、第四发光器件其中的另两种。
16.一种发光装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤从该发光装置的第一发光器件放射具有第一波长范围的第一发射光；从该发光装置的第二发光器件放射具有第二波长范围的第二发射光；从该发光装置的第三发光器件放射具有第三波长范围的第三发射光；从该发光装置的第四发光器件放射具有第四波长范围的第四发射光；混合从该第一、第二、第三、及第四发光器件放射的光，以产生白发射光。
17.如权利要求16所述的发光装置的操作方法，其特征在于，所述该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
18.如权利要求16所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括产生相关色温范围在1000°K至10000°K之间的白发射光。
19.如权利要求16所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括以一预定的光强比放射该第一、第二、及第三发射光；以及调整该第四发射光的强度至获得具有一预定相关色温的白发射光。
20.如权利要求16所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括以一预定的光强比放射该第一、第二、及第三发射光；以及调整该第四发射光的强度至可获得可见光光谱中的某一颜色发射光。
21.一种发光装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤从该发光装置的第一发光器件放射红发射光；从该发光装置的第二发光器件放射绿发射光；从该发光装置的第三发光器件放射蓝发射光；从该发光装置的第四发光器件放射琥珀发射光；以及混合从该第一、第二、第三、及第四发光器件放射的光，以产生白发射光。
22.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括放射波长范围从600nm至640nm的红发射光。
23.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括放射波长范围从500nm至570nm的绿发射光。
24.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括放射波长范围420nm至500nm的蓝发射光。
25.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括放射波长范围570nm至600nm的琥珀发射光。
26.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括以一预定的光强比放射该红、绿、蓝发射光；以及调整该琥珀发射光的强度至可获得具有一预定相关色温的白发射光。
27.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括选用该第一、第二、第三及第四发光器件的一；以一预定的光强比，从未被选取的发光器件放射其发射光；以及将选用的发光器件放射的发射光强度，调整到获得具有一预定相关色温的白发射光。
28.如权利要求21所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括选用该第一、第二、第三及第四发光器件的一；以一预定的光强比，从未被选取的发光器件放射其发射光；以及将选用的发光器件放射的发射光强度，调整到可获得具有可见光光谱中的某一颜色发射光。
29.如权利要求27所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括增加该琥珀发射光的强度，以于较低相关色温获得白发射光。
30.如权利要求27所述的发光装置的操作方法，其特征在于，进而包括增加该蓝发射光的强度，以于较高相关色温获得白发射光。
全文摘要
本发明一种发光装置，其包括一第一发光器件用以发射具有第一波长范围的第一发射光，一第二发光器件用以发射具有第二波长范围的第二发射光，一第三发光器件用以发射具有第三波长范围的第三发射光，及一第四发光器件用以发射具有第四波长范围的第四发射光；其中，该第一、第二、第三、及第四波长范围彼此不同，并共同覆盖可见光的光谱。
文档编号H01L33/00GK101075608SQ20061007826
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者黄川庭 申请人:财团法人工业技术研究院