[发明专利]白光发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种白光发光二极管，尤其是一种在荧光粉层中混合有蓝色、黄色与红色荧光粉的白光发光二极管。

背景技术

目前市面上用以发出白光的发光模块中的发光二极管(light emitting diode，LED)，具有体积小且可用于数组封装的照明使用等优点，当应用不同颜色的LED做不同颜色的搭配组合时，可发出白光以外的各种颜色。

一般所谓的“白光”通常指一种多颜色的混合光，人眼所见的白色光至少包括二种以上波长的色光所形成，例如：蓝色光加黄色光可得到二互补色波长(complementary wavelength)的白光，蓝色光、绿色光、红色光混合后可得到三波长的白光。在日常生活中，无论室内或室外当需要照明光源时，无不希望获得近似太阳光的光源照射，因此白光发光二极管被要求具有类似太阳光例如D65标准光源的光谱、演色性(color rendering)与相关色温(correlated color temperature，CCT)，以满足日常生活照明需求。演色性以演色指数(color rendering index，CRI)来表示对一个测试光源与太阳光源比较是否能使所照射到的物体显现出物体本身的真实色彩。在不同照明需求下，对色坐标(chromaticity color coordinates)、演色性与色温等要求皆不同，如家庭与工厂、办公室对照明要求截然不同，家庭要求低色温的暖白色如同钨丝灯泡颜色，而办公室却追求较高色温的照明。此外，在液晶显示器中用作光源的背光源(backlight)，对光源要求具足够的色域(gamut)等规格。因此，设计制作出各种需求规格的光源，为目前各方努力目标。

白光发光二极管可依照其所使用的材料分为：有机发光二极管与无机发光二极管。目前无机半导体白光光源主要有以下三种方式：

一为以红蓝绿三色发光二极管晶粒组成白光发光模块，具有高发光效率、高演色性优点，但同时也因不同颜色晶粒的磊晶材料不同，连带使电压特性也随之不同，因此使得此方式成本偏高、控制线路设计复杂。此外，将三色光加以混合成白光也不易达到。

二为日亚化学提出以蓝光发光二极管来激发黄色荧光粉产生白光，为目前市场主流方式。在蓝光发光二极管芯片的外围填充混有黄光荧光粉的光学胶，此蓝光发光二极管芯片所发出蓝光的波长约为400～530nm，利用蓝光发光二极管芯片所发出的光线激发黄光荧光粉产生黄色光，同时有部分适当比例的蓝色光穿透出来，此部分蓝色光配合荧光粉所发出的黄色光，即可形成蓝黄混合的二互补色波长的白光。

然而，此种利用蓝光发光二极管芯片与黄光荧光粉组合而成的白光发光二极管，至少存在以下缺点：一、由于蓝光占发光光谱的大部分，会有色温偏高与不均匀的现象，因此，必须提高蓝光与黄光荧光粉作用的机会，以降低蓝光强度或提高黄光的强度。二、因为蓝光发光二极管发光波长会随温度提升而改变，进而造成产生白光源颜色飘移现象。三、因其发光光谱的红色部分强度较弱，当照射物体时无法完全呈现红色，造成演色性较差现象。现有改良方式为添加红色荧光粉以改进演色性不高的问题，但颜色随温度飘移现象仍无法解决。

另一方式为以紫外光发光二极管激发透明光学胶中均匀混有一定比例的蓝色、绿色、红色荧光粉颗粒。此结构类似于日光灯原理，激发后可得到三波长的白光。三波长白光发光二极管的优点为：无发光均匀度缺点、无颜色随温度飘移现象且演色性高，但缺点为发光效率不高。例如Y.Narukawa等人使用紫外光发光二极管激发不同色荧光粉的白光制作方法，使用波长400nm的紫外光发光二极管激发蓝色与黄色荧光粉在定电流20mA时可得到白光，色温为5800K，演色指数为85.3。T.Nishida等人以波长350nm的紫外光发光二极管激发红、蓝、绿三色荧光粉则可以获得演色指数介于86左右的光源，色坐标为(0.411～0.416，0.397～0.401)的白光。为了提高演色性，在S.Nayama等人的研究中使用接近波长375～380nm的紫外光发光二极管激发红、蓝、绿、黄四色荧光粉，其演色指数可以达到94.2，色温为5800K。在Y.Narukawa等人的研究中更提出使用紫外光发光二极管激发蓝绿、黄与红三色荧光粉，制作出在定电流20mA时，演色指数为97，R9为96，色温为5000K的白光LED，因为使用紫外光发光二极管激发不同色荧光粉在电流从5mA增加到60mA时，色坐标偏移量与使用蓝光LED激发黄色荧光粉时相比小很多。