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TWI442543B - 發光二極體 - Google Patents

發光二極體 Download PDF

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TWI442543B
TWI442543B TW099141816A TW99141816A TWI442543B TW I442543 B TWI442543 B TW I442543B TW 099141816 A TW099141816 A TW 099141816A TW 99141816 A TW99141816 A TW 99141816A TW I442543 B TWI442543 B TW I442543B
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曾堅信
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鴻海精密工業股份有限公司
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    • H05B45/22—Controlling the colour of the light using optical feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
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    • H10W90/00—

Landscapes

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  • Led Devices (AREA)

Description

發光二極體
本發明涉及一種發光二極體，尤其涉及一種具有穩定色溫的發光二極體。
發光二極體的發光效率不斷提升，除習知應用於指示燈、交通號誌燈、LED顯示幕、汽車儀錶板及車內照明外，目前也已經被廣泛應用在液晶平板顯示器的背光源，未來進一步提升效率後，將可被廣泛應用在一般照明上。
然，對照明應用而言，有其特定的行業規範，例如光場分佈、色溫，及演色性等，都是重要的光源品質參數，由於發光二極體的發光強度會隨使用時間而逐漸衰減，且目前的發光二極體照明應用大多仍需要使用藍光二極體激發螢光粉，經混光後形成多波長寬頻譜的光線來提升演色性，使得色溫常因使用時間的增加而改變。因此，如何控制發光二極體的發光強度，使色溫保持在一定範圍是一個重要的課題。
有鑒於此，有必要提供一種具有穩定色溫的發光二極體。
一種發光二極體，該發光二極體包括至少一發光二極體晶片及至 少一色彩感測組件，該發光二極體晶片具有一主出光面及與主出光面相對的次出光面，發光二極體晶片從次出光面發出的光線被色彩感測組件檢測該光線的光強，以監控並調節發光二極體的色溫。
本發明發光二極體通過設置色彩感測組件並且通過色彩感測組件探測發光二極體晶片的各色彩的光強變化，以穩定發光二極體晶片的色溫。
100、200、90‧‧‧發光二極體
10、60‧‧‧發光二極體晶片
30、70、97‧‧‧透明絕緣層
40、80、94‧‧‧色彩感測組件
11、61‧‧‧基板
12、62‧‧‧緩衝層
13、63‧‧‧發光結構
131‧‧‧第一半導體層
132‧‧‧第二半導體層
133‧‧‧發光層
14、64‧‧‧P型接觸層
15、65‧‧‧透明導電層
16、66‧‧‧螢光粉層
18、68‧‧‧第一電極
19、69‧‧‧第二電極
31‧‧‧第一焊接墊
32‧‧‧第二焊接墊
37‧‧‧反射層
33‧‧‧紅色過濾層
34‧‧‧綠色過濾層
35‧‧‧藍色過濾層
42‧‧‧矽板
43、943‧‧‧紅色探測器
44、944‧‧‧綠色探測器
45、945‧‧‧藍色探測器
50、85‧‧‧透鏡
91‧‧‧紅色發光二極體晶片
92‧‧‧綠色發光二極體晶片
93‧‧‧藍色發光二極體晶片
圖1為本發明第一實施方式中發光二極體的剖面示意圖。
圖2為本發明第二實施方式中發光二極體的剖面示意圖。
圖3為本發明第三實施方式中發光二極體的剖面示意圖。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，所示為本發明第一實施方式的發光二極體100的剖視圖。該發光二極體100包括一發光二極體晶片10、色彩感測組件40、及一連接發光二極體晶片10與色彩感測組件40的透明絕緣層30，以使發光二極體晶片10發出的光線經過透明絕緣層30被色彩感測組件40檢測。
該發光二極體晶片10在本實施例中為覆晶式發光二極體晶片。該發光二極體晶片10包括一基板11、一發光結構13、一第一電極18、一第二電極19。所述基板11與發光結構13之間生長一緩衝層12，該緩衝層12在本實施例中由氮化鎵材料製成。所述發光結構13 與該第一電極18之間設置一P型接觸層14及一透明導電層15。所述基板11設置在遠離色彩感測組件40的一側，所述發光結構13、P型接觸層14、透明導電層15依次自基板11向色彩感測組件40延伸。該發光二極體晶片10具有一主出光面110及相對該主出光面110的次出光面111。在本實施例中所述主出光面110為發光二極體晶片10靠近基板11的端面，所述次出光面為靠近透明導電層15的端面。
所述基板11為透明的平板體用以使光線穿過。該基板11採用高透光率材料製作，例如藍寶石(Sapphire)、氮化矽(Si3N4)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)等。在本實施例中，該基板11的材料為藍寶石。
所述發光結構13包括一第一半導體層131、一第二半導體層132及夾設置第一半導體層131與第二半導體層132之間的發光層133。該第一半導體層131為n型氮化鎵半導體層；該第二半導體層132為p型氮化鎵半導體層。該發光層133為多量子阱層(MQWs層)。在發光二極體晶片10的頂面及側面設置一層螢光粉層16，在本實施例中該螢光粉層16為黃色螢光粉層。
所述第一電極18與透明導電層15的底部連接，所述第二電極19與所述第一半導體層131接觸。該第一電極18及第二電極19均為透明導電電極。
所述透明絕緣層30的材料可以是環氧樹脂(Epoxy)、矽(Si)、噴塗玻璃(SOG，spin-on glass)、聚醯亞胺(polyimide)、 雙苯環丁烯(B-staged bisbenzocyclobutene，BCB)、或玻璃(glass)。該透明絕緣層30設有一第一焊接墊31以對應連接所述第一電極18，且設有一第二焊接墊32以對應連接所述第二電極19。該第一焊接墊31、第二焊接墊32分別與外部電路電性連接。該第一焊接墊31與第一電極18可以通過共晶連接，該第二焊接墊32與第二電極19可以通過共晶連接。
所述色彩感測組件40包括設置在遠離發光二極體晶片10的一側面的色彩過濾層、反射層37及色彩探測器。所述色彩過濾層在本實施例中為紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35。所述紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35相互並排設置，均呈“凸”字型，包括嵌入在透明絕緣層30中的容置部(圖未標)及凸出透明絕緣層30的側面的凸出部(圖未標)。
所述反射層37設置在透明絕緣層30遠離發光二極體晶片10的一側面，並與色彩過濾層並排設置。該反射層37覆蓋透明絕緣層30及紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35的容置部，並與色彩過濾層的凸出部平齊。該反射層37由金屬材料製成，以阻擋發光二極體晶片10發出的光線穿過除色彩過濾層的凸出部外的其他部分達到色彩感測組件40上。
所述色彩探測器在本實施例為背部照光型(Back side illumination)色彩探測器，包括紅色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45。所述紅色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45設置在遠離發光二極體晶片10的一側面並依據相應顏色對應設置在紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35上。所述紅 色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45容置於一矽板42內，並在矽板42內設有與外部的驅動電路連接的金屬線。所述紅色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45分別偵測發光二極體晶片10發出並分別穿過紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35的光線的強度，從而監控發光二極體晶片10發出的紅光、藍光、綠光的光強，傳遞至驅動電路中進行處理控制。當發光二極體晶片10因為老化或者其他原因造成發出光線的光強及色溫變更，所述色彩感測組件40則可以探測發現並通過驅動電路調控改變電性參數，達到穩定發光二極體晶片10的光強及色溫的效果。所述紅色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45在本實施例中為光電二極體。
所述透明絕緣層30靠近發光二極體晶片10的一側面設有複數透鏡50，每一透鏡50對應設置在紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35上以調整進入紅色過濾層33、綠色過濾層34、藍色過濾層35的光線以調節進入紅色探測器43、綠色探測器44、藍色探測器45的光線的光強。在其他實施例中，所述透鏡50可以省略。
可以理解地，為避免色彩感測組件40接收到的發光二極體晶片10的光強過強，在色彩感測組件40與色彩過濾層之間設置一層弱化層(圖未示)，該弱化層的反射率為90%，穿透率為10%。
可以理解地，當發光二極體晶片10可以是低功率發光二極體、高功率發光二極體、交流電發光二極體(AC LED)、高電壓發光二極體(High Voltage LED)、交流電高電壓發光二極體(AC/High Voltage LED)或者多晶粒串聯或者並聯或多晶粒串並 聯混合電路所形成的晶粒。另外，所述發出的光線可以為單色光，如紅色，即發光二極體晶片10為紅色發光二極體，該則可以將所述色彩過濾層均設有紅色發光二極體，將色彩探測器設為紅色探測器。
可以理解地，所述透明絕緣層30在其他實施例中可以省略，其中所述透鏡50、色彩過濾層可以直接固定在色彩探測器上，而所述發光二極體晶片10的第一電極18、第二電極19直接固定在色彩感測組件40上。該色彩感測組件40的矽板42上可以設置焊接墊以與第一電極18、第二電極19焊接固定。
請參閱圖2，所示為本發明第二實施方式的發光二極體200的剖視圖。該發光二極體200包括一發光二極體晶片60、色彩感測組件80、及一連接發光二極體晶片60與色彩感測組件80的透明絕緣層70，以使發光二極體晶片60發出的光線經過透明絕緣層70被色彩感測組件80檢測。與第一實施例的發光二極體100不同之處在於，發光二極體200的發光二極體晶片60為一般的水準電極結構的發光二極體晶片，通過導線連接外界電路。
所述發光二極體晶片60與發光二極體晶片10的結構相似，包括連接所述透明絕緣層70的基板61、緩衝層62、發光結構63、P型接觸層64、透明導電層65、連接透明導電層75的第一電極68、及連接P型接觸層64的第二電極69。所述第一電極68、第二電極69通過導線(圖未示)與外界電路連接。在發光二極體晶片60的頂面及側面設置一層螢光粉層66，在本實施例中該螢光粉層66為黃色螢光粉層。所述色彩感測組件80的結構與第一實施例中的色彩感 測組件40相同。所述透明絕緣層70內設有透鏡85與色彩感測組件80對應。
當發光二極體200工作時，發光二極體晶片60發出的部分光線向下穿過緩衝層62、基板61、透明絕緣層70及透鏡85達到色彩感測組件80，由色彩感測組件80檢測出發光二極體晶片60發出的光強及色溫，回饋至驅動電路中；當所檢測的值超出設定範圍值，則通過控制電路調整發光二極體晶片60的光強及色溫。
請參閱圖3，所示為本發明第三實施方式的發光二極體90的剖視圖。該發光二極體90包括一色彩感測組件94、透明絕緣層97、紅色發光二極體晶片91、綠色發光二極體晶片92、及藍色發光二極體晶片93。所述紅色發光二極體晶片91、綠色發光二極體晶片92、及藍色發光二極體晶片93分別間隔並排固定在色彩感測組件94上。所述色彩感測組件94與第二實施方式的色彩感測組件80相同，包括對應所述紅色發光二極體晶片91的紅色探測器943、對應所述綠色發光二極體晶片92的綠色探測器944、對應所述藍色發光二極體晶片93的藍色探測器945。所述紅色探測器943、綠色探測器944、藍色探測器945分別偵測紅色發光二極體晶片91、綠色發光二極體晶片92、及藍色發光二極體晶片93發出的光線的強度，傳遞至驅動電路中進行處理控制，從而穩定發光二極體90的光強及色溫。
可以理解地，所述發光二極體90的紅色發光二極體晶片91、綠色發光二極體晶片92、及藍色發光二極體晶片93可以圍繞排列成圍成一圈即呈三角狀排列；所述紅色探測器943、綠色探測器944、 藍色探測器945亦排列成三角形狀以分別對應紅色發光二極體晶片91、綠色發光二極體晶片92、及藍色發光二極體晶片93。可以理解地，色彩感測組件中的探測器可以是多個微小探測器所排列而成的結構，其上有對應的色彩過濾層。
可以理解地，在其他實施例中，所述發光二極體90可以是由二組合發出白光的發光二極體晶片組成，如藍色發光二極體晶片與黃色發光二極體晶片組合發出白光，或塗布綠色螢光粉的藍色發光二極體晶片與紅色發光二極體晶片組合等等。同樣地，所述發光二極體90上，可以塗有塗布有螢光粉，以形成白光或多重顏色的光。
綜上，本發明發光二極體通過設置色彩感測組件並且通過透明絕緣層將色彩感測組件與發光二極體晶片連接起來，通過色彩感測組件即時探測發光二極體晶片的光強及色溫變化，以穩定發光二極體晶片的光強及色溫。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100‧‧‧發光二極體
10‧‧‧發光二極體晶片
30‧‧‧透明絕緣層
40‧‧‧色彩感測組件
11‧‧‧基板
12‧‧‧緩衝層
13‧‧‧發光結構
131‧‧‧第一半導體層
132‧‧‧第二半導體層
133‧‧‧發光層
14‧‧‧P型接觸層
15‧‧‧透明導電層
16‧‧‧螢光粉層
18‧‧‧第一電極
19‧‧‧第二電極
31‧‧‧第一焊接墊
32‧‧‧第二焊接墊
37‧‧‧反射層
33‧‧‧紅色過濾層
34‧‧‧綠色過濾層
35‧‧‧藍色過濾層
42‧‧‧矽板
43‧‧‧紅色探測器
44‧‧‧綠色探測器
45‧‧‧藍色探測器
50‧‧‧透鏡

Claims (10)

  1. 一種發光二極體，其改良在於：該發光二極體包括至少一發光二極體晶片及至少一色彩感測組件，該發光二極體晶片具有一主出光面及與主出光面相對的次出光面及間隔設置的第一電極及第二電極，所述色彩感測組件位於所述發光二極體晶片的正下方從而被所述發光二極體晶片所覆蓋且位於所述第一電極及第二電極之間，發光二極體晶片從次出光面發出的光線被色彩感測組件檢測該光線的光強，以監控並調節發光二極體的色溫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該色彩感測組件包括色彩過濾層及色彩探測器，發光二極體晶片從次出光面發出的光線經過色彩過濾層後被色彩探測器檢測。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該色彩感測組件還包括與色彩過濾層並排的反射層。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該色彩過濾層與色彩探測器之間設有弱化層，該弱化層的反射率為90%，穿透率為10%。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該色彩探測器為背部照光型色彩探測器或者光電二極體。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，其中該發光二極體晶片包括紅色發光二極體晶片、綠色發光二極體晶片及藍色發光二極體晶片，所述色彩探測器檢測包括對應紅色發光二極體晶片的紅色探測器、對應該綠色發光二極體晶片的綠色紅色探測器、及 對應所述藍色發光二極體晶片的藍色紅色探測器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該色彩感測組件還包括對應所述色彩探測器的透鏡。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，還包括接合所述發光二極體晶片與色彩感測組件的透明絕緣層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光二極體晶片為覆晶型發光二極體晶片。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該發光二極體還包括螢光粉。
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