CN1248321C

CN1248321C - 发光二极管器件及其制造方法

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Publication number: CN1248321C
Application number: CNB031577865A
Authority: CN
Inventors: 佐野正树
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: DE10340005B4; DE10340005A1; JP4360788B2; US20040046178A1; US20060040416A1; CN1495924A; JP2004088003A; US7141442B2

Abstract

一种LED器件，包括装配在衬底上的LED，和含有用来改变LED所发光的颜色的磷微粒并覆盖着LED的涂覆层。在涂层的外围区域中形成有有色层。有色层包括将变化了的颜色修正到期望的颜色的染料。

Description

发光二极管器件及其制造方法

发明背景

本发明涉及以发光二极管(LED)为光源的发光二极管器件。

近年来，已有可以发白光的LED器件，而且，已经提出可以发射各种颜色光的LED器件。

图18是常规的发白光的LED器件透视图，图19是LED器件的截面图。

白光LED器件120包括衬底101，和发蓝光的蓝光LED105所述衬底具有一对分别提供在其上表面和下表面的终端电极102和103。LED105的阴极通过粘合剂104连接到电极102，阳极通过焊线106连接到电极103。LED105和衬底101上表面覆盖着一层透明树脂107。在树脂107中混有黄色的磷微粒108。

当驱动电压加在终端电极102和103上时，激励LED105发射出蓝光S，如图20所示。

当蓝光S轰击磷微粒108时，磷微粒发出黄光S1，根据波长转换，蓝光和黄光的混合光呈现为白光。

图21是另一种常规的LED器件130的截面图。和图18和图19所中的传统LED器件相同的部分用与它们在图18和图19中所用的相同的参考数字来表示。有色微粒作为滤色器混合到树脂107中。

有色微粒109通过减色混合改变上述蓝光和黄光所混合成的白光的颜色。因此，通过选择有色微粒109的颜色，可以产生期望颜色的光。因而，提供LED器件130来产生各种颜色的光。

图22是一个LCD(液晶显示)的背光单元的透视图。图23是背光单元的截面图。

背光单元140包含一对图18所示的白光LED器件120，照明板142，散射板143，Py棱镜片144，Px棱镜片145，反射板146，和彩色LCD147。

照明板142由透明塑料制成，有上表面142a，下表面142b和前侧面142c。发白光的LED器件120装配在LED衬底120b上，并对着前侧面142c放置，作为边缘照明。散射板143放置在照明板142上表面142a的上面，反射板146放置在下表面142b的下面。

LED器件120发出的白光从前侧面142c进入照明板142。入射光在上下表面142a和142b之间反复反射。光被下表面142b的棱镜面漫反射，并从上表面142a射出。

散射板143使光出射的方向分布在很小的范围内，并进一步由棱镜片144和145在Y和X方向进行分布，最后分布在Z方向上。分布在Z方向的光照射LCD147。

在这样的照射器件中，LCD按其里面提供的滤色器特性而各有不同。也就是，滤色器的特性因制造商而异。

另一方面，LCD上所显示的图象色度取决于滤色器的特性和照亮LCD的白光LED器件120的色度。这些特性之间关系将在下文中参照附图加以说明。

图24是CIE色度曲线。这里，x坐标表示R的比例，y坐标表示G的比例。如果用z坐标表示B的比例，则这三者有如下关系。

x+y+z＝1

曲线图中的c0点是R、G和B的比例为1∶1∶1的色度点。

c0点的坐标约为x＝0.33、y＝0.33、z＝0.33。b0点是白光LED器件的目标色度的坐标点，参考字母B表明b0点的允许范围。b0点的坐标是x＝0.313、y＝0.308。d0点是LCD滤色器的波长透射率的色度点。坐标是x＝0.352和y＝0.357。d0点和b0点的具有颜色互补。参考字母D表示d0点的散射范围。

如果白光LED器件120的色度是b0点的色度或允许的范围B里的一个值，那么白光LED器件120发出的光透过具有d0点的色度或范围D中的一个值的滤色器，从而把光修正成具有根据c0点表示的白光的色度的光。

但是，根据LED105所发光的波长和强度的弥散、以及产品的树脂107中微粒分布的弥散，白光LED器件120发射的光的色度有所不同。

实际生产的白光LED器件的坐标的平均值是x＝0.295和y＝0.290，色散是б_x＝0.015和б_y＝0.01。

图24中的fO点表示上述产品的平均色度，F表示色散范围。因此，每个都具有在所希望的B范围中色度的实际产品仅占所有产品中很小的百分比。这样，白光LED器件的成品率非常低。

发明综述

本发明的目的是提供色度为常数的LED器件。

根据本发明，提供了一种LED器件，包括装配在衬底上的LED、含有磷微粒来改变LED发射光的颜色并覆盖LED的覆盖层、在覆盖层外围区域形成的有有色层，并含有用来将变化了的颜色修正为期望的颜色的染料。

染料具有一种颜色，用来修正LED发射光的颜色。

而且，染料的颜色与LED所发光的颜色互补。

此外，本发明提供了一种制造LED器件的方法，包含以下步骤：将LED装配在衬底上，用含有磷微粒的透明树脂覆盖LED来形成LED中间器件，测量LED中间器件所发射的光的色度，向透明树脂中输送染料以形成有色层，染料的颜色将所测的色度修正为期望的色度。

在透明树脂的外围区域中形成有色层。

而且，染料具有与所测的色度互补的颜色。

结合附图，下面的说明将使本发明的这些及其他的目的和特点更为明显。

附图概述

图1是根据本发明的LED器件的透视图；

图2是LED器件的截面图；

图3是截面图被制造LED器件的中间步骤；

图4是LED器件的色度曲线；

图5是图4中的曲线的放大图；

图6是在色度点cb和色度点c1处的光谱曲线；

图7是曲线图，示出染料的滤色器的光谱；

图8是曲线图，示出滤色器的光谱；

图9是曲线图，示出染料的滤色器的光谱；

图10是曲线图，示出滤色器的光谱；

图11是曲线图，示出染料的滤色器的光谱；

图12是曲线图，示出染料的滤色器的光谱；

图13是曲线图，示出染料的滤色器的光谱；

图14是透视图，示出用来照明其中使用了白光LED补充器件的LCD的背光单元；

图15是背光单元截面图；

图16和17是本发明第二实施例的器件所发射的光的光谱的曲线图；

图18是发射白光的常规LED器件的透视图；

图19是常规的LED器件的截面图；

图20是阐释器件的工作的截面图；

图21是示出另一种常规的LED器件的截面图；

图22是透视图，示出照明LCD的背光单元；

图23是背光单元截面图；和

图24是CIE色度的曲线。

较佳实施例的详细说明

图1是根据本发明的发射白光的LED器件的透视图，图2是LED器件的截面图。

发光LED器件21包含衬底1和发蓝光的蓝光LED5，其中衬底1具有分别提供在其上表面和下表面上的一对终端电极2和3。LED5的阴极通过粘合剂4连接到电极2，阳极通过焊线6连接到电极3。提供透明封装的封装层7来覆盖LED5和衬底1的上表面。封装层7包括白光产生层10和用于产生期望颜色光的有有色层11。黄色磷微粒或R、G或B磷微粒混合在层10中。上色染料渗透在有有色层11中

下面详细说明制造LED器件的方法。

图3是截面图，示出制造LED器件中间步骤。

通过金属化方法在衬底1的上表面和下侧上形成终端电极2和3，LED5的阴极通过粘合剂4与电极2连接，阳极通过焊线6与电极3相连。LED5和衬底1的上表面覆盖着含有黄色磷微粒8的白光产生封装层7。

这样，就制造出了白光LED中间器件20。

接下来，用光电方法测量白光LED中间器件所发射白光的色度，以选出色度在期望范围之外的LED器件。在封装层7中确定并渗透有颜色染料，用来减少有缺陷的LED器件所发射光中不需要的颜色，从而形成有有色层11。这样就制造出了白光LED成品器件21。

接下来在下文更详细地说明上述方法。

图4是LED器件的色度曲线。

图4中c2点代表白光LED器件20发射光的平均色度坐标，其中x＝0.295和y＝0.029。字母S2代表色散范围，其中在3б范围内(N＝10K)，бx＝0.015和бy＝0.01。c1色度点是白光LED器件目标色度的坐标点，参考字母S1代表c1点的允许范围。c1点坐标是x＝0.313和y＝0.308。范围S1关于c1点的色散是бx＝0.005和бy＝0.003(3б范围)。

这里，确定范围S2为允许范围，且色度在范围S2中的白光LED器件作为可用的器件而被挑选出来。把挑选的LED器件划分为a、b、c、d四类。换而言之，发射蓝白光的白光LED器件归为a类，发射黄白光的器件归为b类，发射红白光的器件归为c类，以及绿白光的归为d类。

下面详细说明在封装层7中选择并传送与所分类颜色为互补色的有色染料。

图5是图4的曲线的放大图。色度点cb表示发蓝白光的a类坐标，其中x＝0.286和y＝0.281。对于在cb点的白光LED器件，选择萘醌组的黄色染料作为互补色。将白光LED器件20浸入含有100ppm黄色染料的酒精组成的染料溶液中搅拌15分钟，从而将染料传送给封装层7形成有有色层11。这样就制成了白光LED成品器件21。LED器件21的色度是在期望点c1。c1点的坐标是x＝0.313和y＝0.308。

图6是色度点cb和色度点c1处的光谱曲线图，用线Hb和H1表示。在曲线图中，R分量是在625nm处的一部分，G分量是在560nm处的一部分和B分量是在450nm上的一部分。

蓝白光的颜色修正是基于以黄色染料作为相减互补色的减色混合，如下文所述。

图7是曲线图，示出染料的滤色器的光谱。图7中的Fb光谱表明在有有色层11中黄色染料R∶G∶B滤色特性比例为R∶G∶B＝1∶1∶0.80。以这样的比例，相应于色度点cb的白光LED器件20的比例R∶G∶B＝0.28∶0.276∶0.444被修正为R∶G∶B＝0.286×1∶0.281×1∶0.433×0.8＝0.313∶0.308∶0.379。这样就制成了具有c1点处的色度的白光LED器件21。

接下来，把具有在范围Sb内色度的白光LED器件20修正为与上面所述相类似的条件的色度。结果是，把LED器件发射光的色度修正为围绕c1点处的期望色度的范围S1内的一个值。

修正具有黄白色度的白光LED中间器件20的色度。在图5中，其色度在围绕x＝0.328和y＝0.328的色度点cy的范围Sy内。图8是曲线图，示出滤色器的光谱。图8中用Hy表示cy点所对应的光谱。

对于cy点处的白光LED器件，选择蒽醌组的蓝色染料。白光LED器件20浸入含有100ppm蓝色染料的酒精组成的染料溶液中10分钟，从而将染料传送给封装层7形成有有色层11。这样就制成了白光LED成品器件21。有有色层11的滤色特性在图9中用字母Fy表示。其R、G、B的比例为R∶G∶B＝0.886∶0.853∶1，为蓝色滤色器。

通过滤色器的修正作用，把色度点cy的R、G、B的比例(0.328∶0.328∶0.344)修正为R∶G∶B＝0.328×0.886∶0.328×0.853∶0.358×1＝0.313∶0.308∶0.379。这是c1点的色度。

类似地，还在把Sy范围内的LED器件的色度修正为S1范围内的色度点。

接下来，修正具有红白色度的白光LED器件的色度。在图5中，其色度在围绕x＝0.33和y＝0.30的色度点cr的范围Sr内。在图5中，图10是曲线图，示出滤色器的光谱。在图10中Hr表示cr点所对应的光谱。

对于在cr点处的白光LED器件，选择萘醌组的黄色染料和蒽醌的蓝色染料。将白光LED器件20浸入含有50ppm黄色染料和50ppm蓝色染料的酒精组成的染料溶液中5分钟，从而将染料传送给封装层7以形成有有色层11。这样通过黄色滤色器和蓝色滤色器的综合作用就制成了白光LED成品器件21。在图11中用字母Fr1表示黄色滤色特性。其R∶G∶B的比例为Ry∶Gy∶By＝0.923∶1∶0.85，为黄色滤色器。在图11中用字母Fr2表示蓝色滤光特性。其R∶G∶B比例为Rb∶Gb∶Bb＝0.858∶0.858∶1，为蓝色滤色器。

滤色特性通过减色混合相叠加而形成图11中字母Fr所示的总滤色特性。其R∶G∶B的比例是Ry×Rb∶Gy×Gb∶By×Bb＝0.923×0.858∶0.858∶0.85＝0.792∶0.858∶0.85。

在这种情况下，有色层11中的滤色器修正了cr点的色度中的R、G、B的比例(0.33∶0.30∶0.37)。修正的色度中的比例为R∶G∶B＝0.33×0.792∶0.30×0.858∶0.37×0.85＝0.314∶0.309∶0.377。

色度的坐标变为x＝0.314和y＝0.309，约等于期望的色度c1。

把具有在范围Sr内的色度的白光LED器件20修正为与上述条件中相似的条件的色度。结果是，把LED器件所发射光的色度修正为围绕c1点的所期望色度的范围S1内的一个值。

接下来，修正具有绿白色度的白光LED器件20的色度。在图5中，围绕x＝0.29和y＝0.315的色度点cg的范围Sg内。图12是曲线图，示出滤色器的光谱。图12中Hg表示cg点所对应的光谱。

对于在cg点处的白光LED器件，选择单偶氮(monoazo)组的红色染料。将白光LED器件20浸入含有70ppm红色染料的酒精组成的染料溶液中10分钟，从而将染料传送给封装层7以形成有有色层11。这样就制成了白光LED成品器件21。

结果，把cg点处的色度修正为约等于c1点色度(x＝0.313和y＝0.308)的色度。进一步，把在范围Sg内的色度被修正为所期望的范围S1内的色度。这时如下的原因所造成的。

红色染料使滤色特性改变为如图13中Fg所示。换而言之，滤色特性R∶G∶B的比例变为红色组，Rr∶Gr∶Br＝1∶0.906∶0.889。因而修正了cg点处的色度。即把cg点处的R、G、B的比例由0.29∶0.315∶0.395修正为R∶G∶B＝0.29×1∶0.315×0.906∶0.395×0.889＝0.313∶0.308∶0.379。

如上所述，如果白光LED器件20的色度偏离期望的色度范围S1，那么可以通过选择有有色层11中提供的滤色器将色度修正到期望的色度范围内的一个色度。一般，在白光LED器件20的色度的R、G、B的比例是R2∶G2∶B2的情况下，期望色度的R、G、B的比例是R1∶G1∶B1，有有色层11中染料的滤色特性R、G、B的比例是r∶g∶b，

R2×r∶G2×g∶B2×b＝R1∶G1∶B1....(1)

如果设置滤色特性r∶g∶b使之满足公式(1)，就能够提供期望的色度。通过选择染料的颜色、溶液的种类、浓度、浸入时间，就能将滤色特性的R、G、B的比例r∶g∶b设定为期望值。

测量了具有不同色度的多个白光LED器件20的色度。色度的平均坐标是x＝0.313和y＝0.308，бx＝0.005，бy＝0.003。坐标在期望的色度范围S1内。

图14是透视图，示出照亮LCD(液晶显示器)的背光单元，其中采用了白光LED互补器件21，图15是背光单元的截面图。

背光单元40包括一对白光LED器件21、照明板22、散射板23、Py棱镜片24、Px棱镜片25、反射板26和彩色LCD27。

照明板22是由透明塑料构成的，具有上表面22a，下表面22b和前侧面22c。把发白光的LED器件21装配在LED衬底21b上，并相对于前侧面22c放置，作为边缘照明。散射板23放置在照明板22的上表面22a的上面，反射板26放置在下表面22b的下面。

LED器件21发出的白光从前侧面22c进入照明板22。入射光在上和下表面22a和22b之间反复反射。光被下表面22b的棱镜面漫反射，并从上表面22a射出。

散射板23使光的出射方向分布在很小的范围上，并进一步由棱镜片24和25在Y和X方向进行分布，最后分布在Z方向上。分布在Z方向的光照射LCD27。

照明光的色度与白光LED器件21的色度相同。色度的坐标是图5中色度点c1的坐标，x1＝0.313，y1＝0.308(z1＝0.379)。

彩色LCD27中的滤色器的透射的色度为图4中色度点d0的色度。d0点的坐标是xf＝0.352，yf＝0.357(zf＝0.291)。

由白光LED器件21的色度(x1，y1，z1)和LCD27的滤色器的色度(xf，yf，zf)可得LCD27的照明光颜色的R、G、B比例如下所示：

R∶G∶B＝x1×xf∶y1×yf∶z1×zf＝0.313×0.352∶0.308×0.352∶0.379×0.291＝0.333∶0.333∶0.334

照明LCD27的颜色照明光的色度坐标是x＝0.333，y＝0.333(z＝0.334)，接近白光。

尽管使用了两个白光LCD器件21，但如前所述，LCD器件间的色度的色散为бx＝0.005，бy＝0.003，在很小的范围内。因而可在背光单元40中使用3个或更多的LCD器件。

下面说明本发明的第二实施例的LED器件。第二实施例的LED器件用来发射彩色光而不是白光。

LED器件的构造与第一实施例相同。

下面说明由具有色度点c2(x＝0.295，y＝0.29，z＝0.415)的LED中间器件来制造具有色度点c3(x＝0.55，y＝0.35，z＝0.1)的LED成品器件的方法的实例。

利用公式(1)从点c2和c3处的色度中的R、G、B之比可以计算出LED成品器件的有有色层11的滤色特性。

在公式(1)中，R2×r∶G2×g∶G2×b＝R1∶G1∶B1

使用R2∶G2∶B2＝0.295∶0.290∶0.415(相应于c2)作为LED中间器件的R、G、B之比，使用R1∶G1∶B1＝0.55∶0.35∶0.1(相应于c3)作为LED成品器件的R、G、B之比。

由公式(1)可得滤色特性的R、G、B之比为r∶g∶b＝1∶0.647∶0.129。其特性在图17中用F2表示。

接着，在某温度下，将LED中间器件浸入并混合到含有酒精、红色染料、蓝色染料的染料溶液中，经过一段适当的时间，使得滤色特性比例变为r∶g∶b＝1∶0.647∶0.129。这样就制成了LED成品器件。

在图16中，H2表示LED中间器件所发光的光谱，H3表示LED成品器件所发光的光谱。如H3所示，该光为红色。

图4中的线ST表示单色光的轨迹。根据本发明，能够制造出发射多种诸如红色、黄色、绿色、蓝色、紫色及其它颜色的单色光的LED成品器件。

根据本发明，能够制造出每个具有期望的色度的LED器件，从而提高LED器件的成品率。

尽管结合具体的较佳实施例对本发明进行了说明，但是应该明白，本说明旨在举例说明，而不限定由所附的权利要求所确定的本发明的范围。

Claims

1.一种LED器件，其特征在于，包括：

装配在衬底(1)上的LED(5)；

透明树脂的覆盖层(7)，它含有磷微粒(8)，用来改变LED所发光的颜色并密封LED；其特征在于，

在所述覆盖层的外围部分中渗透染料，用于修正来自LED的光的颜色以及由所述磷微粒改变的光。

2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，染料具有一种颜色，用来修正LED所发光的颜色，以获取期望颜色的光。

3.如权利要求1所述的器件，其特征在于，染料具有与期望颜色的LED所发光的颜色互补的颜色。

4.一种制造LED器件的方法，其特征在于，包括下列步骤：

将LED装配在衬底上；

用含有磷微粒的透明树脂密封LED，以形成染色之前的LED器件；

测量染色之前的LED器件所发光的色度；

其特征在于，

在覆盖层的外围部分中渗透一染料，该染料具有一种颜色，用于将所测的色度修正到期望的色度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过染料的浓度、放入染料的液体的温度以及LED器件在染色之前浸入包含染料的液体的时间中选择至少一种条件来控制覆盖层的染色。