TWI594453B - Light-emitting diode device with white light - Google Patents

Description

具有混白光之發光二極體裝置

本發明係有關於一種白光發光二極體模組結構，尤指針對白光混合琥珀光和紅光之一種具有混白光之發光二極體裝置。

科技日新月異，有關於照明技術方面更是大幅度的躍進，近年來積極發展有關於發光二極體（Light-Emitting Diode ， LED）此一技術，其為一種能發光的半導體電子元件，透過三價與五價元素所組成的複合光源。此種電子元件早在1962年出現，早期只能夠發出低光度的紅光。及後發展出其他單色光的版本，時至今日，能夠發出的光已經遍及可見光、紅外線及紫外線，光度亦提高到相當高的程度。用途由初時的指示燈及顯示板等；隨著白光發光二極體的出現，近年逐漸發展至被普遍用作照明用途。

然而，發光二極體本身是單色光源，而自然界的白光（陽光）的光譜是闊頻帶的，就單以一發光二極體光源所發出之光無法發出多色光，需以其他材料輔助才行，所以LED本身不可能做到就依單一光源發出白光。白光發光二極體是通過發出三原色藍色、綠色及紅色的單色光（R、G、B）或以螢光粉把發光二極體發出的單色光轉化發出白光，使整體光譜含為含有三原色的光譜，刺激人眼感光細胞，使人有看見白光的感覺。

就近年來以結合藍光發光二極體、紅光發光二極體和綠光發光二極體便可做出白光發光二極體，這樣產生的白光發光二極體有較廣的色域，而且效率較其他方法高，不過成本相當高。不過，近年生產方面與技術方面的改進下，越來越多產品採用這方法形成發白光之發光二極體模組。

現在普及的白光發光二極體都採用單一發光單元發出波長較短的光，如藍或紫外光，再用磷光劑把部份或全部光轉化成一頻譜含有綠、紅光等波長較長的光。這種光波波長轉化作用稱為螢光，原理是短波長的光子（藍、紫、紫外光）被螢光物質（如磷光劑）中的電子吸收後，電子被激發（跳）至較高能量、不穩定的激發狀態，之後電子在返回原位時，一部份能量散失成熱能，一部份以光子形式放出，由於放出的光子能量比之前的小，所以波長較長。由於轉化過程中有部份能量化成熱能，造成能量損耗，因此這類白光發光二極體的效率較低。

此外，雖目前發光二極體之技術不斷進步，但仍有不少缺點，發光二極體在高光度下效率較低，在一般照明用途上仍比 螢光燈 耗電，有些發光二極體燈甚至比省電燈泡耗電。有些設計使用多枚發光二極體，在保持整體光度下讓每枚發光二極體可以工作在較低光度，從而增加效率，但使成本大為提高，售價亦較其他類型燈泡較高，或是效率受高溫影響而急劇下降，浪費電力之餘也產生更多熱，令溫度進一步上升，形成惡性循環。除浪費電力也縮短壽命，因此需要良好散熱與演色性仍待加強。傳統燈泡、鹵素燈演色性極佳，而螢光燈管容易找到高演色性的產品；演色性低的光源照明不但會有顏色不正常的感覺，對視力及健康也有害 。

針對目前缺點有關於演色性待加強方面作技術研發應用，一般認為人造光源應讓人眼正確地感知色彩，就如同在太陽光下看東西一樣。所以越接近太陽光下所看到的物體的真實樣子就是演色性好，失真就是演色性不好。在某種光源照明下見到的各種色彩和用標準照明完全相同時，將此燈的平均演色評價指數（Ra）定為100。若平均演色評價指數Ra80以上，就基本上可以滿足色彩視度要求較高的照明要求，當然這需視應用之場合及目的而有不同之要求程度。此準據即是光源之演色特性，稱之為平均演色性指數(general color rendering index)。平均演色性指數為物件在某光源照射下顯示之顏色與其在參照光源照射下之顏色兩者之相對差異 。

經向上述目標努力後，發明人針對習知技術缺點作改良，使用具有混白光之發光二極體裝置，其於白光二極體模組內混合一琥珀光和一紅光，使該白光發光二極體模組所發出之白光與該琥珀光發光二極體晶片所發出之琥珀光與紅光發光二極體晶片所發出之紅光進行混光後照射，使該白光二極體模組具有較高演色性，此種光線照射下之物體於眼睛內會呈現該物體最近原本的顏色，是為一種具有新穎性與進步性之結構。

本發明之主要目的，在於提供一種具有混白光之發光二極體裝置，使白光發光二極體模組能發出具有較高演色性之混白光照射。

為達上述所指稱之主要目的之功效，本發明係提供一種具有混白光之發光二極體裝置，其具有一白光發光二極體模組，於該白光發光二極體模組之一第一封裝結構內設置一琥珀光發光二極體晶片與一紅光發光二極體晶片，該琥珀光發光二極體晶片係發出之一琥珀光與該紅光發光二極體晶片發出一紅光，該白光、該琥珀光與該紅光係混合發出一混白光。

再者，利用將該紅光發光二極體晶片與該琥珀光發光二極體晶片設置於該混光發光二極體模組之該第二封裝結構，該第二封裝結構設置於該第一封裝結構之一側，並且該第一封裝結構與該第二封裝結構設置於同一基板之上，該白光發光二極體模組之該第一封裝結構發出白光，而該混光發光二極體模組之該第二封裝結構發出紅光與琥珀光，該白光、該琥珀光與該紅光係混合發出一混白光。

1‧‧‧白光發光二極體模組

10‧‧‧發光二極體晶片

11‧‧‧螢光粉

110‧‧‧白光

2‧‧‧混光發光二極體模組

20‧‧‧紅光發光裝置

210‧‧‧紅光

30‧‧‧琥珀光發光裝置

310‧‧‧琥珀光

50‧‧‧第一封裝結構

51‧‧‧第二封裝結構

510‧‧‧第一支架

511‧‧‧第二支架

520‧‧‧第一套環

521‧‧‧第二套環

530‧‧‧第一封裝材料

531‧‧‧第二封裝材料

60‧‧‧基板

第一A圖：係本發明之一第一封裝結構圖；
第一B圖：係本發明之一第一封裝結構發光示意圖；
第二A圖：係本發明之另一第一封裝結構圖；
第二B圖：係本發明之另一第一封裝結構發光示意圖；
第三A圖：係本發明之另一第二封裝結構圖；以及
第三B圖：係本發明之另一第二封裝結構發光示意圖。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

本發明改進習知發光二極體所發出之光線其較不具有較高的演色性之缺點，一般所指光源的演色性程度是指色彩顯現的真實度。做評價時，所代表的指數稱作平均演色性評價(Ra)，測量標準是以自然光Ra-100為100%真實色彩，是說明Ra數值越高之光線越能展現出其原本之色彩，通常晝光與白熾燈的演色指數定義為100，視為理想的基準光源。而這類演色性較高的燈具通常被利用於臨床檢查、畫廊與美術館等等地方，其為了看見最真實的色彩，但自從將傳統燈泡、鹵素燈等此類型燈泡應技術上應用換成發光二極體(LED)此種技術之照明後，並未兼顧此點演色性之優點，反而因為演色性低之光源照明造成會有顏色不正常的感覺，且對視力及健康也有害，故，本發明係為一種具有混白光之發光二極體裝置，其針對演色性之缺點作改進，比一般習知發光二極體更具有較高演色性，其主要技術特徵為於一白光內混合加入一紅光與一琥珀光，以產生出較高演色性之一混白光，當該混白光照色於一物體時，該物體於眼睛內會呈現出較真實之色彩。

請參閱第一A圖，係本發明之一第一封裝結構圖；如圖所示，其具有一白光發光二極體模組1結構，該白光發光二極體模組1主要包含一發光二極體晶片10、一螢光粉11、一紅光發光裝置20與一琥珀光發光裝置30，將上述之元件設置於一第一封裝結構50內。

承上所述，本發明之第一封裝結構50具有一第一支架510、一第一套環520與一第一封裝材料530，於該第一支架510上設置該第一套環520以形成容置凹槽，再將該發光二極體晶片10、該紅光發光裝置20與該琥珀光發光裝置30設置於容置凹槽內之該第一支架510上，於該發光二極體晶片10之發光路徑上更設置一螢光粉11，以形成一層薄膜包覆該發光二極體晶片10，再將該第一封裝材料530進行封裝，以該第一封裝材料530將第一套環520之容置凹槽填滿封住，同時覆蓋於該發光二極體晶片10、該紅光發光裝置20與該琥珀光發光裝置30之上，其中，該第一套環520之內面具有收集並反射光源之功效，另外，該第一封裝材料530也可利用該螢光粉11代替，將該螢光粉11直接將該容置凹槽填滿進行封裝。

請一併參閱第一B圖，係本發明之一第一封裝結構發光示意圖；如圖所示，本發明利用該白光發光二極體模組1發出一白光110，其中該白光發光二極體模組1之發出白光方式具有多種，例如:使用紅光、綠光與藍光 (R、G、B)發光二極體晶片，進行混光即可得白光，或，使用一藍光發光二極體與一黃光螢光粉，利用藍光發光二極體之藍光激發該黃光螢光粉使其產生黃光，再經過藍光與黃光之光色混合後，發出高亮度之雙波長 (Dichromatic) 白光；或使用一紫外光發光二極體與一紅光螢光粉、一綠光螢光粉、一藍光螢光粉，利用該紫外光發光二極體之紫外光分別激發紅光螢光粉、綠光螢光粉與藍光螢光粉使其個別產生紅光、綠光與藍光，再經過紅光、綠光與藍光之光色混合後，發出一高亮度之三波長 (Trichromatic)白光 ，本發明以一藍光發光二極體晶片與一黃色螢光粉做一實施例說明，其發出白光之技術不在本發明之內，不再贅述。

本發明利用該第一封裝結構50內設置該發光二極體晶片10與該螢光粉11產生該白光110，於該發光二極體晶片10之一側更設置該紅光發光裝置20直接發出一紅光210與設置該琥珀光發光裝置30直接發出一琥珀光310，該紅光發光裝置20可為紅色發光二極體晶片，也可為發光二極體晶片與螢光粉之組合，本發明並不限制該紅光發光裝置20之發光方式，另外，該琥珀光發光裝置30也可為琥珀光發光二極體晶片，或是利用一紅光發光二極體與一黃色螢光粉產生， 該紅光二極體晶片發出一紅光，該紅光激發該黃色螢光粉發出一黃光，再經該紅光與該黃光混合發出該琥珀光，上述之紅光與琥珀光之發光方式不是本案主要技術特徵，並不限定其發光方式，本發明之主要特徵係將該白光110、該紅光210與該琥珀光310進行混光，以形成混白光光源 。

本發明為一種具有混白光之發光二極體裝置，其利用白光發光二極體模組1發出該白光110光源，其係利用藍光發光二極體晶片與在該藍光發光二極體晶片上覆蓋上黃螢光粉，該藍光發光二極體晶片之波長為450nm至475nm，且該白光110光源之色光溫度係大於5000K；利用該紅光發光裝置20發出該紅光210光源，該紅光之波長為625nm至650nm；以及利用該琥珀光發光裝置30發出該琥珀光310光源，該琥珀光之波長為575nm至590nm；將該白光110、該紅光210與該琥珀光310進行混光，以形成混白光光源，其混白光光源為一種演色性較高之光源，因演色性高的光源對顏色表現較逼真，使其混白光光源在照射於一物體時，該物體於眼睛內所呈現之顏色也越接近物體本身真實之顏色，而演色性較低之光源照明造成於物體時，所呈現之顏色與真實顏色有差距，且對視力及健康也有害，另外，本發明利用該第一套環520具收集並反射光源之功效，利用此第一套環520更能增加對於該發光二極體晶片10與該螢光粉11所發出之白光110、該紅光發光裝置20所發出之該紅光210與該琥珀光發光裝置30所發出之該琥珀光310，以此方法增加光亮的強度。

請參閱第二A圖與第二B圖，係本發明之另一第一封裝結構圖與係本發明之另一第一封裝結構發光示意圖；如圖所示，其為本發明利用螢光粉11僅包覆於該發光二極體晶片10之發光路徑，再利用該第一封裝材料530一併將設置於該第一套環520內之該發光二極體晶片10與該螢光粉11以及該紅光發光裝置20與該琥珀光發光裝置30一併填滿覆蓋住，其發光方式同樣是利用將該白光110、該紅光210與該琥珀光310混光後，以形成混白光光源，故，不再贅述。

請參閱第三A圖與第三B圖，係本發明之另一第二封裝結構圖與第二封裝結構發光示意圖；如圖所示，其係為本發明於該白光發光二極體模組1之該第一封裝結構50之一側更設之一混光發光二極體模組2之一第二封裝結構51，而該第一封裝結構50與該第二封裝結構51設置在同一基板60之上，該第二封裝結構51具有一第二支架511、一第二套環521與一第二封裝材料531，該第一封裝結構50內設有該發光二極體晶片10再利用該第一封裝材料530與該螢光粉11覆蓋該發光二極體晶片10之發光路徑，並填滿該第一套環520內，而於該第二封裝結構51內之該第二支架511上設有該紅光發光裝置20與該琥珀光發光裝置30，再利用該第二封裝材料531填滿一第二套環521，其中，該第一封裝結構50與該第二封裝結構51之結構方式及效果皆相同，而發光方式同樣係利用混光後，以形成混白光光源，故，皆不再贅述。

綜上所述，本發明係提供一種具有混白光之發光二極體裝置，其係利用該白光發光二極體模組1，其係發出一白光110；其中，於該白光二極體模組1之一第一封裝結構50內設置一紅光發光裝置20與一琥珀光發光裝置30，該紅光發光裝置20發出一紅光210與該琥珀光發光裝置30係發出之一琥珀光310，該白光110、該紅光210與該琥珀光310係混合發出一混白光，另外，利用將該紅光發光裝置20與該琥珀光發光裝置30設置於該混光發光二極體模組2之該第二封裝結構51，該第二封裝結構51設置於該第一封裝結構50之一側，並且該第一封裝結構50與該第二封裝結構51設置於同一基板60之上，該第一封裝結構50係發出白光110，而該第二封裝結構51則發出該紅光210與該琥珀光310，同樣該白光110、該紅光210與該琥珀光310係混合發出一混白光，本發明利用上述之結構發出一較具演色性之混白光。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜至准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧白光發光二極體模組

10‧‧‧發光二極體晶片

11‧‧‧螢光粉

20‧‧‧紅光發光裝置

30‧‧‧琥珀光發光裝置

50‧‧‧第一封裝結構

510‧‧‧第一支架

520‧‧‧第一套環

530‧‧‧第一封裝材料

Claims (8)

1. 一種具有混白光之發光二極體裝置，其包含：一白光發光二極體模組，其係發出一白光；其中，更進一步提供一紅光與一琥珀光，該琥珀光係為一紅光二極體晶片與一黃色螢光粉產生，該紅光二極體晶片發出一紅光，該紅光激發該黃色螢光粉發出一黃光，再經該紅光與該黃光混合出發該琥珀光，該白光、該琥珀光與該紅光係混合發出一混白光。
2. 如申請專利範圍第1項所述具有混白光之發光二極體裝置，其中該白光係為一藍光二極體晶片與一黃色螢光粉產生，該藍光二極體晶片發出一藍光，該藍光激發該黃色螢光粉發出一黃光，再經該藍光與該黃光混合後，則發出該白光。
3. 如申請專利範圍第1項所述具有混白光之發光二極體裝置，其中該藍光之波長為450nm至475nm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有混白光發光二極體裝置，其中該琥珀光之波長為575nm至590nm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有混白光之發光二極體裝置，其中該紅光之波長為625nm至650nm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有混白光之發光二極體裝置，其中該白光發光二極體模組之一第一封裝結構內係同時提供該白光、該紅光與該琥珀光。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有混白光之發光二極體裝置，其 中於該白光發光二極體模組之一側更設置一混光發光二極體模組係發出該紅光與該琥珀光，其中該白光、該紅光與該琥珀光係混合發出一混白光。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有混白光之發光二極體裝置，其中該白光發光二極體模組與該混光發光二極體模組係設置於同一基板上。