CN104979434A

CN104979434A - 发光装置的色温调整方法

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Publication number: CN104979434A
Application number: CN201510160149.0A
Authority: CN
Inventors: 刘建良; 许明祺
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: US20150287701A1; CN110085577B; US9520384B2; TWI706107B; CN104979434B; CN110085577A; TW201538893A; US9324695B2; US20160240519A1

Abstract

本发明公开一种发光装置的色温调整方法，包含提供一载体，设置至少二发光二极管单元于载体上，发光二极管单元之间具有一间距，其中间距与发光装置的总体色温成一正相关，且依正相关调整间距至一预定色温。

Description

发光装置的色温调整方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置的色温调整方法，更具体而言，涉及一种利用发光二极管单元的排列间距与色温成一正相关的色温调整方法。

背景技术

从白炽灯以来，发光二极管(Light-emitting diode；LED)因为兼具节能、绿色环保、寿命长、体积小等诸多优点而在各种照明应用上逐渐取代传统照明灯具，而其中又以能发出白光的发光二极管为各企业发展的重点。

LED照明技术中，有以蓝光芯片与红光芯片作为光源搭配荧光粉激发出黄光或者绿光混合成白光的白光发光二极管(White Light-emitting Diode；WLED)，或是以蓝光芯片作为光源搭配荧光粉后激发出黄光或者绿光以混合成白光而形成的白光发光二极管。两者之间在色温与价格上有所差异，但同样会面临经过封装制作工艺后对于色温所造成的影响。为了追求高演色性、高输出效率与色彩均匀等性能表现，有效的色温调整方式可提高白光发光二极管的广泛使用。

上述发光二极管可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting device)；其中，发光装置包含一具有至少一电路的次载体(sub-mount)；至少一焊料(solder)位于上述次载体上，通过此焊料将上述发光元件黏结固定于次载体上并使发光元件的基板与次载体上的电路形成电连接；以及，一电连接结构，以电连接发光元件的电极与次载体上的电路；其中，上述的次载体可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mountingsubstrate)，以方便发光装置的电路规划并提高其散热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光装置的色温调整方法，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明还提供一种发光装置的色温调整方法，包含提供一载体；设置至少二发光二极管单元于载体上，发光二极管单元之间具有一间距；其中间距与发光装置的总体色温成一正相关，本发明的发光装置可依此正相关调整间距至一预定色温。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下

附图说明

图1为本发明一实施例中一发光装置示意图；

图2为CIE 1931的区域定义图；

图3为本发明一实施例中实验一的色度坐标图；

图4为本发明一实施例中实验二的色度坐标图；

图5为本发明一实施例中实验三的色度坐标图；

图6为本发明一实施例中实验四的色度坐标图；

图7A为本发明一实施例中发光二极管单元的剖视图；

图7B为图7A的局部放大图；

图8为本发明另一实施例中一发光装置示意图。

符号说明

100 发光装置

10 载体

20 发光二极管单元

D 间距

600 基板

601 第一型半导体层

602 活性层

603 第二型半导体层

604 第一导电部

6041 电极接触面

605 第二导电部

6051 电极接触面

606 孔隙

607 保护层

6100 第一透明结构

6200 第一扩大电极部

6210 侧边

6300 第二扩大电极部

6310 侧边

6400 第二透明结构

L1_a、L1_b、L1_c、L1_d、L1_m 第一距离

S1_a、S1_b、S1_c、S1_d、S1_m 波长转换物质颗粒

L2_a、L2_b、L2_c、L2_d、L2_m 第二距离

S2_a、S2_b、S2_c、S2_d、S2_m 波长转换物质颗粒

8100 透明载体

8110 上表面

8200 波长转换层

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本发明的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。

图1为根据本发明一实施例所揭露的一发光装置100，发光装置100包括一载体10，以及多个发光二极管单元20设置于载体10之上，每一个发光二极管单元20在位于X轴或Y轴之间具有一间距D，而间距D与发光装置100的总体色温维持一正相关的关系。在本实施例中，可利用间距D与发光装置100之间存在的正相关关系，调整间距D，使发光装置100的总体色温落入一预定色温。需注意的是，本实施例所述的预定色温可随实际应用所调整，而调整的范围都符合美国国家标准中针对固态照明产品的光色特性所定义的规范(ANSI C78.377-2008)，规范中针对固态照明灯具区分为八个色温等级，分别为2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K及6500K，参见图2所示的八个相对色温指定值在CIE 1931的区域定义。

以下本发明实施例中，说明调整多个发光二极管单元之间的间距对发光装置的总体色温的影响，表一是显示实验一至实验四所采用的发光二极管单元尺寸、发光二极管单元类型及发光二极管单元排列间距D。本实施例于每一组实验，分别针对单颗发光二极管单元以及四种不同排列间距(三串三并，3S3P)的金属基印刷电路板(MCPCB)进行测试。其中发光二极管单元类型包含色温等级介于5700K-6500K的冷白光发光二极管单元以及色温等级介于2700K-3000K的暖白光发光二极管单元。

表一

实验组别	发光二极管单元尺寸	发光二极管单元种类	排列间距D(mm)
				实验一	2mm×lmm	冷白光	单颗、0.15、2、4、8
实验二	2mm×2mm	冷白光	单颗、0.15、2、4、8
				实验三	2mm×lmm	暖白光	单颗、0.15、2、4、8
实验四	2mm×2mm	暖白光	单颗、0.15、2、4、8

实验一：发光二极管单元尺寸为2mm×1mm，发光二极管单元类型为冷白光，进行量测的发光二极管单元排列间距D分别为单颗发光二极管单元、0.15mm、2mm、4mm及8mm。

表二是经由实验一所获得的单颗发光二极管单元及四种不同排列间距的实验量测数据，当间距D由0.15mm增加至8mm时，发光装置的总体色温约上升340K，辐射通量也随之上升，而光通量变化差异不大仅约0.2％。

表二

由实验一的实验结果可得知，当间距减少时，由于发光二极管单元之间排列较为密集，散热状况不佳，进而降低发光二极管单元的蓝光转换为白光的转换效率，导致发光装置的光辐射通量下降。

图3是根据表二的实验量测数据所绘制的色度坐标图，当间距减少时，总体色温偏低，当间距增加时，总体色温逐渐上升。由于实验一采用冷白光的发光二极管单元，荧光粉含量偏低，故发光二极管单元的侧向所发出的蓝光比例较高，当发光二极管单元排列间距越密集时，越容易受到邻近发光二极管单元荧光粉的影响，产生二次吸收蓝光效应，导致总体色温相较于单颗发光二极管单元的色温有明显飘移及下降的现象。因此，若比较实验一中单颗发光二极管单元的色温与不同间距排列的发光装置的总体色温，即可证实利用调整不同排列间距的发光二极管单元，确实可有效改变总体色温变化，进而使其落入一预定色温中。

实验二：发光二极管单元尺寸为2mmx2mm，发光二极管单元种类为冷白光，进行量测的发光二极管单元排列间距D分别为单颗发光二极管单元、0.15mm、2mm、4mm及8mm。

表三是经由实验二所获得的单颗发光二极管单元及四种不同排列间距的实验量测数据，当间距D由0.15mm增加至8mm时，发光装置的总体色温约上升200K左右，辐射通量也随之上升，而光通量变化差异不大仅约3％。

表三

实验二的实验结果大致上与实验一相似，造成辐射通量下降及总体色温变化的原因也与实验一相同。图4是根据表三的实验量测数据所绘制的色度坐标图，当间距减少时，总体色温偏低，当间距增加时，总体色温逐渐上升。若比较实验二中单颗发光二极管单元的色温与不同间距排列的发光装置的总体色温，同样可证实利用调整不同排列间距的发光二极管单元，确实可有效改变总体色温变化，进而使其落入一预定色温中。

实验三：发光二极管单元尺寸为2mm×1mm，发光二极管单元种类为暖白光，进行量测的发光二极管单元排列间距D分别为单颗发光二极管单元、0.15mm、2mm、4mm及8mm。

表四是经由实验三所获得的单颗发光二极管单元及四种不同排列间距的实验量测数据，当间距D由0.15mm增加至8mm时，发光装置的总体色温上升25K，辐射通量也随之上升，而光通量变化差异不大仅约3％。

表四

由实验三的实验结果显示，当间距减少时，相似于实验一及实验二，光辐射通量下降。图5是根据表四的实验量测数据所绘制的色度坐标图，当间距减少时，总体色温飘移量较小于实验一及实验二，主要原因在于实验三采用暖白光的发光二极管单元，荧光粉含量较冷白光发光二极管单元高，故发光二极管单元的侧向所发出的蓝光比例较低，当发光二极管单元排列间距越密集时，较不易与邻近发光二极管单元荧光粉产生二次吸收蓝光效应。

实验四：发光二极管单元尺寸为2mm×2mm，发光二极管单元种类为暖白光，进行量测的发光二极管单元排列间距D分别为单颗发光二极管单元、0.15mm、2mm、4mm及8mm。

表五经由实验四所获得的单颗发光二极管单元及四种不同排列间距的实验量测数据，当间距D由0.15mm增加至8mm时，发光装置的总体色温约上升98K，辐射通量也随之上升，而光通量变化差异不大仅约3％。

表五

实验四的实验结果大致上与实验三相似，造成辐射通量下降及总体色温标移量较小的原因也与实验三相同。图6根据表五的实验量测数据所绘制的色度坐标图，在实验三及实验四中，虽然间距排列的疏密对色温影响虽未及实验一及实验二来的显著，但仍有小幅度的飘移趋势，故同样可达到欲利用调整不同排列间距的发光二极管单元，使其有效改变总体色温变化，进而落入一预定色温中。

综上所述，根据实验一至实验四的实验结果，当间距D由0.15mm增加至8mm时，发光二极管单元的光通量变化约介于0.2％～3.0％之间，总体色温变化量约介于25K～340K之间，且辐射通量逐渐上升。

图7A显示上述实施例中发光二极管单元20的剖视图，发光二极管单元20包含发光本体，该本体包含一基板600、一第一型半导体层601、一活性层602、及一第二型半导体层603，第一型半导体层601及第二型半导体层603例如为包覆层(cladding layer)或限制层(confinement layer)，可分别提供电子、空穴，使电子、空穴于活性层602中结合以发光。一第一导电部604及一第二导电部605分别形成在第二型半导体层603及第一型半导体层上601。在本实施例中，发光二极管单元为倒装式发光二极管。第一导电部604与第二导电部605之间有一孔隙606，且第一导电部604具有一电极接触面6041且第二导电部605具有一电极接触面6051；电极接触面6041与电极接触面6051实质上位于相同的水平面。一透明胶体覆盖基板600、第一型半导体层601、活性层602、及第二型半导体层603且填入孔隙606内以形成第一透明结构6100。在另一实施例中，透明胶体未完全填满孔隙606，因此会有空气形成在第一导电部604与第二导电部605之间。第一透明结构6100具有一表面6110，实质上与电极接触面6041、6051齐平。接着，保护层607形成在第一透明结构6100的表面且暴露出第一导电部604与第二导电部605。第一扩大电极部6200及第二扩大电极部6300分别形成在暴露出的第一导电部604与第二导电部605，也形成在保护层607上。第一扩大电极部6200及第二扩大电极部6300分别与第一导电部604与第二导电部605形成电连接。在此实施例中，第一扩大电极部6200的一侧边6210未与保护层607的一侧边6071齐平；第二扩大电极部6300的另一侧边6310未与保护层607的另一侧边6072齐平。在另一实施例中，第一扩大电极部6200的一侧边6210可与保护层607的一侧边6071齐平；第二扩大电极部6300的一侧边6310可与保护层607的另一侧边6072齐平。发光二极管单元600还包含一第二透明结构6400形成在第一透明结构6100上。第一透明结构6100包含环氧树脂(Epoxy)、聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、SU8、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、氧化铝(Al₂O₃)、SINR、旋涂玻璃(SOG)。第二透明结构6400包含蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、环氧树脂(Epoxy)、石英(quartz)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、氧化硅(SiO_X)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)、或硅胶(Silicone)。

发光二极管单元20，还包含一波长转换层6500，由多个波长转换物质的颗粒所形成，主要分为第一区域波长转换层6510、第二区域波长转换层6520以及第三区域波长转换层6530；波长转换层6500以一曲线形式分布在第一透明结构6100之中，第一区域波长转换层6510位于基板600上方，第二区域波长转换层6520以及第三区域波长转换层6530分别位于基板600、第一型半导体层601、活性层602、及一第二型半导体层603、第一导电部604以及第二导电部605的两侧边；如图7B所示，第一区域波长转换层6510中每一个波长转换物质颗粒(如S1_a、S1_b、S1_c、S1_d…S1_m)的中心点至基板600的一上表面6010分别具有一第一距离(如L1_a、L1_b、L1_c、L1_d…L1_m)，若将(L1_a+L1_b+L1_c+…L1_m)/(S1_a+S1_b+S1_c+…S1_m)即为第一区域波长转换层6510至基板上表面6010的一第一平均距离L1_ave，第二区域波长转换层6520中每一个波长转换物质颗粒(如S2_a、S2_b、S2_c、S2_d…S2_m)的中心点至基板600、第一型半导体层601、活性层602、及第二型半导体层603、第一导电部604以及第二导电部605的一侧表面6020分别具有一第二距离(如L2_a、L2_b、L2_c、L2_d…L2_m)，若将(L2_a+L2_b+L2_c+…L2_m)/(S2_a+S2_b+S2_c+…S2_m)即为第二域波长转换层6520至侧表面6020的一第二平均距离L2_ave，且第一平均距离L1_ave相同于第二平均距离L2_ave，而第二区域波长转换层6520与第三波长转换层6530为左右对称分布，使得发光装置的总体色温分布均匀。

发光二极管单元20仅包含单颗发光二极管或多个发光二极管，其应用上为一五面发光的发光二极管单元波长转换层6500以转换活性层所发出的光，将部分发光二极管单元发出的光(例如：蓝光)可经由波长转换层(或波长转换物质)转换成另一光(例如：黄光或黄绿光)，蓝光或与黄光(或黄绿光)可进一步混和成一白光。发光二极管单元20的保护层607可为一反射层，将发光二极管单元所发出的光反射朝向基板侧。

如图8所示，在另一实施例中，发光二极管单元20设置于载体8100的上表面8110，且载体可为一透明载体。本实施例的发光装置800还包含一波长转换层8200的透明体形成于发光二极管单元20及至少部分透明载体8100上，部分产生的白光可被波长转换层(或波长转换物质)的颗粒散射或反射后射入透明载体，使得白光不仅可以由透明载体上放置有发光二极管单元的一侧(上表面)射出，也可以从透明载体的侧面及下表面射出，亦即白光可以从透明载体的各个表面射出(六面发光)。此外，可于波长转换层(或波长转换物质)中更添加扩散粉(例如：二氧化钛)增强白光向下散射的效果。简而言之，依本实施例，可利用非均匀发光的光源(五面发光)达到近似均匀发光(六面发光)的效果。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种发光装置的色温调整方法，包含：

提供一载体；

设置至少二发光二极管单元于该载体上，该多个发光二极管单元之间具有一间距；其中该间距与该发光装置的总体色温成一正相关；以及

依该正相关调整该间距至一预定色温。

2.如权利要求1所述的色温调整方法，其中当该间距增加时，该发光装置的总体色温上升，及/或当该间距减少时，该发光装置的总体色温下降。

3.如权利要求1所述的色温调整方法，还包含量测该发光装置的总体色温。

4.如权利要求1所述的色温调整方法，其中当该间距增加时，该发光装置的辐射通量上升。

5.如权利要求1所述的色温调整方法，其中该间距介于0.15mm至8mm之间。

6.如权利要求5所述的色温调整方法，其中该发光装置的光通量变化介于0.2％～3.0％之间。

7.如权利要求5所述的色温调整方法，其中该发光装置的总体色温变化介于25K～340K之间。

8.如权利要求1所述的色温调整方法，其中该发光二极管单元包括至少一侧面出光。

9.如权利要求1所述的色温调整方法，其中该发光二极管单元包括：

发光本体

第一透明结构，包覆该发光本体；

第二透明结构，设置于该第一透明结构上方；以及

导电部，设置于该发光本体下方，且电连接该发光本体。

10.如权利要求9所述的色温调整方法，其中该发光二极管单元还包括波长转换层，位于该发光本体与该第二透明导电层结构之间。