TWI440843B - 螢光粉混光色溫檢測方法及其系統 - Google Patents

Description

螢光粉混光色溫檢測方法及其系統

本發明係關於一種螢光粉混光色溫檢測方法及其系統，其可在發光二極體封裝前即調配螢光粉混合比例而得預定色溫及演色性，以縮短發光二極體色溫檢測時間，且改善製程廢料問題。

近年來，因發光二極體(LED)具有發光效率高、耗電量少、使用壽命長、及元件體積小等優點，已廣泛應用於各種發光裝置中，並取代數種照明設備。

然而，LED卻難以應用於民生照明市場，除了發光二極體具有散熱、亮度不足和亮度遞減等問題外，更具有無法直接激發出白光的問題。目前，可藉由混光機制調整LED之封裝結構中的螢光材料之混合比例，而製得白光LED。

目前，檢測LED之混光色溫係在LED封裝後進行。首先，依預定色溫秤取一適當比例之一種以上之螢光粉。接著，將螢光粉加入至A膠(如：矽氧樹脂或環氧樹脂)並攪拌，使螢光粉可均勻分散於A膠中。而後，將分散有螢光粉之A膠與B膠(固化劑)混合，以點膠機將分散有螢光粉之膠體102覆蓋於LED晶片101上，經烘乾及封裝製程，可製得一發光二極體10，如圖1所示。

為檢測LED是否具有預定色溫，可將所製得之發光二極體10以色溫檢測單元(如：分光光譜儀)進行檢測。如圖1所示，以電驅動LED晶片101所激發出的第一單色光會撞擊膠體102中之螢光粉而釋放出第二單色光，而此第二單色光與第一單色光混合後會從螢光粉表面釋放出，而得一混合光。而後，分光光譜儀11接收此混合光，經運算單元12分析後可得此混合光之黑體輻射色溫及在色座標上的相對位置，而於顯示單元13上顯示此混合光之混光色溫。藉此，可得知以此比例混合之螢光粉是否可達到預期色溫。

若此混合光之混光色溫並非預期色溫，則須重新調整螢光粉之濃度及混合比例，再進行混合攪拌、點膠、烘乾、封裝製程，以製得另一發光二極體。而後，再次以色溫檢測單元測量螢光粉混光性質，並轉換至色座標上。藉由反覆進行上述製程調整色溫，可製作出具有預期色溫之發光二極體。

雖然以上述方法可做出具有預期色溫之發光二極體，但仍此方法仍有其缺點。其一、螢光粉混光不均勻；其二、色溫及顯色指數調整不易；其三、需於發光二極體封裝後始可進行混光色溫檢測，導致驗證時間長；其四、若所製得之發光二極體未達預期色溫，則需丟棄此發光二極體並重新製作，而導致臨發光二極體良率低、廢料問題嚴重、及螢光粉消耗量過多等問題。

因此，目前亟需發展出一種螢光粉混光色溫檢測方法及利用此方法之系統，以在發光二極體封裝前即可完成混光色溫之檢測。如此，無須等待發光二極體封裝完成即可進行光學性質測量，而可縮短驗證時間、提升發光二極體良率、減少廢料產生、並減少螢光粉用量。

本發明之主要目的係在提供一種螢光粉混光色溫檢測方法，俾能在發光二極體封裝前即可調配出具預定色溫之混合螢光粉。

本發明之另一目的係在提供一種螢光粉混光色溫檢測系統，俾能檢測螢光粉溶液之混光色溫，而調整螢光粉溶液之混合比例，以縮短發光二極體色溫驗證時間。

為達成上述目的，本發明係提供一種螢光粉混光色溫檢測方法，其包括下列步驟：(A)分散一第一螢光粉組於一溶劑中，得到一螢光粉溶液；(B)將螢光粉溶液置於一發光裝置上方，使發光體所發出的光線通過螢光粉溶液；(C)以一色溫檢測單元檢測通過螢光粉溶液之光線，以輸出一訊號；以及(D)將訊號轉換成於色座標上之相對位置，以得到螢光粉溶液之混光色溫。

本發明之螢光粉混光色溫檢測方法，係利用螢光粉可均勻分散於溶劑中之特性，而可將螢光粉溶液直接至於發光裝置之發光路徑上，以測得螢光粉溶液之混光色溫。相較於習知必須先完成發光二極體封裝後才能檢測混光色溫，本發明之檢測方法可在製成發光二極體前檢測螢光粉混光色溫，以避免螢光粉浪費及LED廢料產生。

於本發明之螢光粉混光色溫檢測方法中，於步驟(D)後可更包括：(E)若所得之混光色溫非預定色溫，則添加一第二螢光粉組於螢光粉溶液中；以及(F)重複步驟(C)及步驟(D)。或者，本發明之螢光粉混光色溫檢測方法之步驟(C)亦可為步驟(C’)：以一色溫檢測單元檢測通過螢光粉溶液之光線，以輸出一訊號；且若所得之混光色溫非預定色溫，則添加一第二螢光粉組於螢光粉溶液中。因此，本發明之螢光粉混光色溫檢測方法可在檢測色溫的同時，同步調整螢光粉溶液內之螢光粉比例及濃度。

此外，於本發明之螢光粉混光色溫檢測方法中，第一螢光粉組及第二螢光粉組之螢光粉組成可為相同或不同。同時，第一螢光粉組及第二螢光粉組係分別包含一種以上具有不同放光波長之螢光粉。此外，第一螢光粉組及第二螢光粉組所包含之螢光粉粒徑較佳係介於10nm至7μm之間，且更佳係介於20nm至3μm之間。

再者，於本發明之螢光粉混光色溫檢測方法中，溶劑較佳選自由矽氧樹脂、環氧樹脂、水、乙醇、丙醇、及其混合物所組成之群組。此外，色溫檢測單元較佳係為一分光光譜儀；發光裝置較佳係為一發光二極體，且更佳係為藍光發光二極體、或紫外光發光二極體。

另一方面，本發明更提供一種利用上述螢光粉混光色溫檢測方法之螢光粉混光色溫檢測系統，其包括：至少一螢光粉供給單元，每一該螢光粉供給單元係容置有一螢光粉組；一發光裝置；一色溫檢測單元，係對應於發光裝置之發光路徑；一檢測槽，係設置於發光裝置之發光路徑上，且位於發光裝置及色溫檢測單元間；一運算單元，係與色溫檢測單元連接；以及一顯示單元，係與運算單元連接。其中，發光裝置所發出的光線係穿越檢測槽而射入至色溫檢測單元，運算單元係接收色溫檢測單元所輸出之一訊號，並將訊號轉換成於色座標上之相對位置，並輸出至顯示單元上以顯示一混光色溫；且當混光色溫非預定色溫，螢光粉供給單元則添加螢光粉組至檢測槽中。

本發明之螢光粉混光色溫檢測系統，可在混光色溫未達預期色溫的同時，調整螢光粉溶液中螢光粉之比例及濃度，以得到具預定色溫之螢光粉混合溶液。由於本發明之螢光粉混光色溫檢測系統，可在調配螢光粉混合溶液的同時即完成混光色溫之檢測，亦可同時調配螢光粉混合溶液之濃度及比例，故對於色溫及顯色指數之調整較方便，而能節省製程時間及製作成本。

本發明之螢光粉混光色溫檢測系統，可更包括一幫浦，係與該螢光粉供給單元連接；且較佳地，幫浦係與運算單元連接，運算單元係驅動幫浦以將容置於螢光粉供給單元之螢光粉組添加至檢測槽中。如此，可自動化調整置於檢測槽中之螢光粉比例及濃度。

此外，本發明之螢光粉混光色溫檢測系統，可更包括一電源供應單元，其係與發光裝置電性連接。

同時，於本發明之螢光粉混光色溫檢測系統中，發光裝置較佳係為一發光二極體，且更佳係為藍光發光二極體、或紫外光發光二極體。此外，色溫檢測單元可為一般常用之檢測色溫之裝置，且較佳為一分光光譜儀。

再者，於本發明之螢光粉混光色溫檢測系統中，每一螢光粉供給單元係分別容置有不同放光波長之螢光粉。因此，運算單元可藉由驅動幫浦，以將不同之螢光粉供給單元中之螢光粉添加至檢測槽中。同時，容置於螢光粉供給單元中之螢光粉粒徑較佳介於10nm至7μm之間，更佳係介於20nm至3μm之間。

因此，本發明之螢光粉混光色溫檢測方法及其系統可在發光二極體封裝前即完成色溫檢測，可達到縮短發光二極體驗證時間、減少螢光粉用量、避免LED廢料產生、且提升發光二極體良率等效果。

圖2係本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統之示意圖。本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統係包括：至少一螢光粉供給單元21、一發光裝置22、一色溫檢測單元23、一檢測槽24、一運算單元25、以及一顯示單元26。其中，每一螢光粉供給單元21係容置有一螢光粉組；色溫檢測單元23則對應於發光裝置22之發光路徑；檢測槽24則設置於發光裝置22之發光路徑上，且位於發光裝置22及色溫檢測單元23間；運算單元25則與色溫檢測單元23連接；且顯示單元26則與運算單元25連接。

檢測槽24係用以容置有一螢光粉溶液。當發光裝置22所發出的光線穿越檢測槽24而射入至色溫檢測單元23，運算單元25係接收色溫檢測單元23所輸出之一訊號，並將此訊號轉換成於色座標上之相對位置，而輸出至顯示單元26上以顯示一混光色溫；且當混光色溫非預定色溫，螢光粉供給單元21則添加其所容置之螢光粉組至檢測槽24中，以調整螢光粉溶液中螢光粉比例及濃度。

此外，本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統係更包括一幫浦27，其與螢光粉供給單元21連接，且幫浦27更與運算單元25連接。當混光色溫非預定色溫，運算單元25則會驅動幫浦27以將容置於螢光粉供給單元21之螢光粉組添加至檢測槽24中。藉此，可自動化的調整螢光粉溶液中螢光粉比例及濃度。

在此，色溫檢測單元23係為一分光光譜儀，而發光裝置22可為各種不同顏色之發光二極體，如藍光發光二極體、或紫外光發光二極體。若選用藍光發光二極體，則可搭配YAG黃色螢光粉混合出白光。若選用紫外光發光二極體，則可搭配紅、綠、藍三色螢光粉以混合出白光。於本實施例中，係採用紫外光發光二極體。

此外，本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統係配置有四個螢光粉供給單元21，且每一螢光粉供給單元21係容置有不同放光波長之螢光粉。例如：YAG、摻雜過渡元素(如：Er³⁺ 、Yb³⁺ 、Ce³⁺ )之Y₂ O₃ 、或CdSe/ZnS量子點等。為了使螢光粉可在螢光粉混合溶液中呈現布朗運動狀態，螢光粉之粒徑係可於10nm至7μm之間。於本實施例中，各種螢光粉之粒徑係介於20nm至3μm之間。

再者，本實施例之檢測槽24中之螢光粉混合溶液，其溶劑可為矽氧樹脂(silicone)、環氧樹脂(epoxy)、水、乙醇、丙醇、或其混合物。於本實施例中，為了將來方便發光二極體之封裝，螢光粉混合溶液所採用之溶劑係為矽氧樹脂。

此外，本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統更包括一電源供應單元28，其係與發光裝置22電性連接。同時，發光裝置22更可設置在一具有透光窗口291之平台29內，而可使檢測槽24能放置平台29上並對應於透光窗口291，以方便螢光粉混合溶液之混光色溫檢測。

本實施例之螢光粉混光色溫檢測系統之操作如下所述。首先，於檢測槽24中，以一理論比例將第一螢光粉組分散於矽氧樹脂中，得到一螢光粉溶液。於本實施例中，係選用利用紫外光激發出紅、綠、藍顏色之三種螢光粉，預期可藉有此三種顏色之螢光粉之混光，而得到白光。

接著，將容置有此螢光粉溶液之檢測槽24置於發光裝置22上方，以電源供應單元28驅動發光裝置22，使發光裝置22發出的第一單色光。此第一單色光係通過容置有螢光粉溶液之檢測槽24，並撞擊螢光粉。由於螢光粉溶液中含有數種不同放光波長之螢光粉，當這些螢光粉受到第一單色光撞擊時，不同種類之螢光粉會激發出不同波長之第二單色光，並藉由混光機制而得到一混合光。接著，色溫檢測單元23之輸入口231接收此混合光，並於色溫檢測單元23之輸出口232輸出一訊號。最後，運算單元25則會接收此訊號，並將訊號轉換成色座標上之相對位置，而於顯示單元26上顯示此螢光粉溶液之混光色溫。

若所測得之螢光粉溶液混光色溫並非預定色溫，則運算單元25會驅動幫浦27，並藉由幫浦27以一微調比例之第二螢光粉組，將螢光粉供給單元21內之螢光粉組添加至檢測槽24中之螢光粉混合溶液中。其中，運算單元25係依照前次所得之混光色溫，調整添加至螢光粉混合溶液之第二螢光粉組之比例及含量，以調整螢光粉混合溶液之濃度及螢光粉比例。接著，重複以色溫檢測單元23收集通過螢光粉混合溶液之光線，並將色溫檢測單元23所輸出之訊號轉換成色座標上之相對位置，而可得到調整過後之螢光粉溶液之混光色溫。藉由不斷的微調螢光粉混合溶液之濃度及比例，可得到具有預定色溫之螢光粉混合溶液。

當製備好具有預定色溫之螢光粉混合溶液後，可依一般發光二極體封裝製程進行封裝。於本實施例中，螢光粉係分散於矽氧樹脂之溶劑中，而後將此螢光粉混合溶液與固化劑混合，並點膠機將分散有螢光粉之膠體202覆蓋於LED晶片201上，經烘乾及封裝製程，可製得一發光二極體20，如圖3所示。其中，發光二極體20之LED晶片201較佳係與螢光粉混光色溫檢測系統所使用之發光裝置相同，以確保所製得之發光二極體20色溫為預定色溫。

請參閱圖3，當以電驅動LED晶片201後，LED晶片201所激發出的第一單色光會撞擊膠體102中之螢光粉。由於膠體102中含有數種可發出不同放光波長之螢光粉，當螢光粉經第一單色光撞擊後，可發出不同顏色之放射光。藉由各種顏色放射光之混光機制後，則得到一具有預定色溫之混合光。

本發明之螢光粉混光色溫檢測方法及其方法，藉由先完成混合螢光粉之混光色溫檢測，再進行LED封裝，而可減少廢棄LED產生，並縮短發光二極體之驗證時間。此外，於螢光粉混光色溫檢測的同時，調整螢光粉之濃度及比例以得到預定色溫之螢光粉混合溶液。藉此，除了可輕易調整發光二極體色溫及顯色指數，並可減少螢光粉用量以避免螢光粉浪費。再者，本發明之螢光粉混光色溫檢測方法及其方法所使用之螢光粉較佳為奈米級螢光粉顆粒，故螢光粉可均勻分散於溶劑中，而可使混合螢光粉之混光均勻。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

10,20．．．發光二極體

101,201．．．LED晶片

102,202．．．膠體

11．．．分光光譜儀

12．．．運算單元

21．．．螢光粉供給單元

22．．．發光裝置

23．．．色溫檢測單元

231．．．輸入口

232．．．輸出口

24．．．檢測槽

25．．．運算單元

26．．．顯示單元

27．．．幫浦

28．．．電源供應單元

29．．．平台

291．．．透光窗口

圖1係習知之發光二極體色溫檢測系統示意圖。

圖2係本發明一較佳實施例之螢光粉混光色溫檢測系統示意圖。

圖3係本發明一較佳實施例之LED示意圖。

21．．．螢光粉供給單元

22．．．發光裝置

23．．．色溫檢測單元

231．．．輸入口

232．．．輸出口

24．．．檢測槽

25．．．運算單元

26．．．顯示單元

27．．．幫浦

28．．．電源供應單元

29．．．平台

291．．．透光窗口

Claims (18)

1. 一種螢光粉混光色溫檢測方法，包括：(A)分散一第一螢光粉組於一溶劑中，得到一螢光粉溶液，其中該溶劑選自由矽氧樹脂、環氧樹脂、水、乙醇、丙醇、及其混合物所組成之群組；(B)將該螢光粉溶液置於一發光裝置上方，使該發光體所發出的光線通過該螢光粉溶液；(C)以一色溫檢測單元檢測通過該螢光粉溶液之光線，以輸出一訊號；(D)將該訊號轉換成於色座標上之相對位置，以得到該螢光粉溶液之混光色溫；(E)若所得之混光色溫非預定色溫，則添加一第二螢光粉組於該螢光粉溶液中；以及(F)重複步驟(C)及步驟(D)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該第一螢光粉組及該第二螢光粉組之螢光粉組成相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該第一螢光粉組及該第二螢光粉組之螢光粉組成不同。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該第一螢光粉組之螢光粉粒徑係介於10nm至7μm之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該第二螢光粉組之螢光粉粒徑係介於10nm至7μm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該色溫檢測單元係為一分光光譜儀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中該發光裝置係為發光二極體。
8. 如申請專利範圍第7項所述之檢測方法，其中該發光二極體係為藍光發光二極體、或紫外光發光二極體。
9. 一種螢光粉混光色溫檢測系統，包括：至少一螢光粉供給單元，每一該螢光粉供給單元係容置有一螢光粉組；一發光裝置；一色溫檢測單元，係對應於該發光裝置之發光路徑；一檢測槽，係設置於該發光裝置之發光路徑上，且位於該發光裝置及該色溫檢測單元間，其中該檢測槽係用以容置一螢光粉溶液，該螢光粉溶液係由該螢光粉組分散於一溶劑中所形成；一運算單元，係與該色溫檢測單元連接；以及一顯示單元，係與該運算單元連接；其中，該發光裝置所發出的光線係穿越該檢測槽而射入至該色溫檢測單元，該運算單元係接收該色溫檢測單元所輸出之一訊號，並將該訊號轉換成於色座標上之相對位置，並輸出至該顯示單元上以顯示一混光色溫；且當該混光色溫非預定色溫，該螢光粉供給單元則添加該螢光粉組至該檢測槽中，以調整該螢光粉溶液中之螢光粉比例及濃度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其更包括一幫浦，係與該螢光粉供給單元連接。
11. 如申請專利範圍第10項所述之檢測系統，其中該幫浦更與該運算單元連接，該運算單元係驅動該幫浦以將容置於該螢光粉供給單元之該螢光粉組添加至該檢測槽中。
12. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其更包括一電源供應單元，其係與該發光裝置電性連接。
13. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其中每一該螢光粉供給單元係分別容置有不同放光波長之螢光粉。
14. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其中該螢光粉組之螢光粉粒徑係介於10nm至7μm之間。
15. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其中該螢光粉組之螢光粉粒徑係介於20nm至3μm之間。
16. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其中該色溫檢測單元係為一分光光譜儀。
17. 如申請專利範圍第9項所述之檢測系統，其中該發光裝置係為一發光二極體。
18. 如申請專利範圍第17項所述之檢測系統，其中該發光二極體係為藍光發光二極體、或紫外光發光二極體。