專利名稱：二極管發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；簡稱LED)發(fā)光裝置，特別是涉及一種具有螢光粉且可發(fā)出白光的二極管發(fā)光裝置，并可用于顯示器、背光模組、交通號志、照明設備等需使用白光光源的裝置。
背景技術：
一般可發(fā)射白光的發(fā)光二極管裝置包含有一可產生紅光的發(fā)光二極管、一可產生綠光的發(fā)光二極管和一可產生藍光的發(fā)光二極管。利用調整前述三發(fā)光二極管的發(fā)光強度比例，使其混光后可合成并發(fā)射出白光。
另一種可發(fā)射白光的發(fā)光二極管裝置包含有一可產生藍光的發(fā)光二極管和一螢光粉物質。該螢光粉物質受該發(fā)光二極管的藍光激發(fā)而產生以黃色為主的光。而前述發(fā)光二極管的藍光和螢光粉物質的偏黃光混合射出白光。例如美國專利第5,998,925號發(fā)明專利就是揭示此種利用發(fā)光二極管和螢光粉物質的發(fā)光裝置。
然而，上述利用三發(fā)光二極管的發(fā)光裝置，由于需使用「三」發(fā)光二極管，因此體積較大，成本也高。至于另一種利用螢光粉物質的發(fā)光裝置，因為在紅光和綠光部分的能量(intensity)不足，使得演色性(Color Rendering Index；簡稱CRI)不佳。而且，當此種發(fā)光裝置使用在液晶顯示器的光源時，液晶顯示器的彩色濾光片(colourfilter)將只允許紅、藍、綠光通過而會濾除大部份的黃光，導致液晶顯示器照度不足。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的，是在于提供一種具有良好演色性、體積小和經濟的二極管發(fā)光裝置。
于是本發(fā)明二極管發(fā)光裝置至少包含一可產生二不同波長的光的發(fā)光晶粒，以及一可受光激發(fā)而產生可見光的光激發(fā)光體。利用該發(fā)光晶粒的產生的「二」光源和該光激發(fā)光體產生的「一」光源混合而成一具有前述「三」光源的混光。
該發(fā)光晶粒至少包括一第一發(fā)光層和一第二發(fā)光層。該第一發(fā)光層產生一波長范圍在第一波域的第一光，該第二發(fā)光層產生一波長范圍在第二波域的第二光。而且，該第一波域和該第二波域的波長范圍不相同。
該光激發(fā)光體可受光激發(fā)而產生一波長范圍在第三波域的第三光。該第三光的波長范圍與該第二光和第一光不相同。至于該光激發(fā)光體受光激發(fā)的方式可分別為(1)受該第一光的激發(fā)而產生該第三光；(2)受該第二光的激發(fā)而產生該第三光；(3)受一第四光的激發(fā)而產生該第三光，該發(fā)光晶粒還包含一第三發(fā)光層，而該第四光是由該第三發(fā)光層所產生；(4)同時受該第一光與第二光、或該第一光與第四光、或該第二光與第四光，或該第一光，第二光與第四光等組合的激發(fā)而產生該第三光。而在配置上，該光激發(fā)光體較佳地是直接地包覆該發(fā)光晶粒，使其可直接受該發(fā)光晶粒發(fā)射的光的激發(fā)。
較佳地，上述的第一光為藍光，第二光為綠光，第三為紅光，第四光為紫外光(UV)。更佳地，其第一波域包含的區(qū)域從400奈米至490奈米，其第二波域包含的區(qū)域從510奈米至575奈米，其第三波域包含的區(qū)域從575奈米至700奈米，第四光的波長落在小于400奈米的紫外光區(qū)。
適用于本發(fā)明的該光激發(fā)光體為螢光粉物質。較佳地，該光激發(fā)光體是選自于由下列螢光粉物質所構成的群組LiEuW2O8、(Y，La)2O3:Eu、(Ba，Mg，Zn)S:Eu、Y2O2S:Eu、Y2O2S:Bi、YVO4:Eu、YVO4:Bi、SrY2S4:Eu、CaLaS4:Ce、(Ba，Ca，Sr)S:Eu、SrS:Eu、(Zn，Cd)S:Ag、(Zn，Cd)S:Cl、AEuxLn1-xM2O8、Y2O3:Eu、Y2O3:Bi、QP2O7:Eu、QP2O7:Mn或3.5MgO.0.5MgF2.GeO2:Mn；其中，0＜x≤1，A表示為Li、Na、K、Rb或Cs，Ln表示為Y、La、Gd或Lu，P表示為W或Mo，Q表示為Sr、Ca、Ba或Mg。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種用于液晶模組的背光光源的背光模組。該背光模組具有上述白光發(fā)光裝置。
由于使用二極管發(fā)光裝置取代以往的冷陰極燈管，因此有利于該背光模組的薄型化。再者，如與一種具有以三分別可發(fā)射紅藍綠光的發(fā)光二極管所組成的背光模相比較，由于使用「三」發(fā)光二極管的背光模組，在發(fā)光二極管至液晶面板背側間，需要有一定的距離供混光，而本發(fā)明的該背光模組則無此困擾，也可有效節(jié)省體積，降低成本。而且該背光模組又提供比一般發(fā)光二極管配置螢光粉擁有更佳的演色性。所以，本發(fā)明的構造特征，確能提供一種實用的裝置。
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明圖1是一本發(fā)明二極管發(fā)光裝置的第一實施例的剖面示意圖；圖2是該第一實施例中，一光激發(fā)光體的吸收光譜；圖3是該第一實施例中，該光激發(fā)光體受激發(fā)后所發(fā)射的光的光譜圖；圖4是該第一實施例中，一發(fā)光晶粒的剖面示意圖，說明該發(fā)光晶?？僧a生二不同波長的剖面結構；圖5是該第一實施例中，該發(fā)光晶粒中具有山形結構的發(fā)光層的立體示意圖，為了清楚顯示，該發(fā)光層的一上阻障膜并未繪出；圖6是該第一實施例中，該發(fā)光晶粒中具有山形結構的發(fā)光層的剖面示意圖，說明該山形結構是由連續(xù)的山峰和山谷所形成；圖7是一本發(fā)明二極管發(fā)光裝置的第二實施例的剖面示意圖；圖8是一本發(fā)明第三實施例的剖面示意圖，說明一具有白光發(fā)光裝置的側光式背光模組；圖9是一本發(fā)明第四實施例的剖面示意圖，說明一具有白光發(fā)光裝置的直下式背光模組。
具體實施例方式
為了方便說明，以下的實施例，類似的元件以相同的標號表示。
參閱圖1，本發(fā)明二極管發(fā)光裝置100的第一實施例包含一發(fā)光晶粒1、一光激發(fā)光體2，及一框架單元3。
該框架單元3包括二概呈平行可導電的p型電極導線架31和n型電極導線架32。于該n型電極導線架32的一端凹設形成一容置空間321。該發(fā)光晶粒1和該光激發(fā)光體2配置于該容置空間321中，且該光激發(fā)光體2包覆該發(fā)光晶粒1。該框架單元3還包括一種材質為樹脂(resin)的透光包覆物33，用以包覆固定該發(fā)光晶粒1、光激發(fā)光體2、部份的p型電極導線架31和部份的n型電極導線架32。
該光激發(fā)光體2可受光的激發(fā)而產生不同波長的光。在本實例中，該光激發(fā)光體2為一可吸收紫外光和藍光而產生紅光的螢光粉LiEuW2O8，其吸收光譜請參閱圖2，其發(fā)射光譜請參閱圖3。
該發(fā)光晶粒1包括一電連接該p型電極導線架31的p型電極111(見圖4)和一電連接該n型電極導線架32的n型電極112(見圖4)。于該p型電極導線架31和該n型電極導線架32間施以適當?shù)闹绷鲏翰顚⑹乖摪l(fā)光晶粒1產生一紫外光、一藍光，及一綠光。其中，該發(fā)光晶粒1產生的紫外光和藍光用以激發(fā)該光激發(fā)光體2而產生紅光。因此，該光激發(fā)光體2產生的紅光與該發(fā)光晶粒1產生的藍光和綠光，混合而成一白光光源。
圖4、5、6揭示一種發(fā)光晶粒1的架構。該發(fā)光晶粒1如圖4所示依序還包括一基板12、一緩沖層13、一n型披覆層(cladding layer)14、一具有山形結構的第二發(fā)光層15、一具有山形結構168的第一發(fā)光層16、一具有山形結構178的第三發(fā)光層17、一p型披覆層18、一p側接觸層113、一形成于該p側接觸層113上的p型電極111、一形成于n型披覆層14上的n側接觸層114及一形成于該n側接觸層114上的n型電極112。
該第三發(fā)光層17包括一具有一位于下方的第一面174和一相反的第二面175的載子局限膜172，及二分別由該第一面174和該第二面175向遠離該載子局限膜172方向延伸的下阻障膜171和上阻障膜173。該第二面175具有連續(xù)的山峰176與山谷177形狀，所述山峰176和山谷177構成一山形結構178。
圖6為沿圖5山形結構178的任一方向的縱剖面的側視示意圖。對于兩相鄰山峰176’、176”而言，山峰176’中相對較高的頂部1761’與其相鄰的山峰176”中對較高的頂部1761”的最短距離定義為徑長D，也就是定義被前述兩相鄰山峰176’、176”所圍繞的山谷177’的徑長D。另外，所述山谷177底部至第一面174的距離定義為H，且0≤H≤2nm；由此可知，山峰176’中相對較低的鞍部1762’則不可稱為山谷。再者，圖6中山形結構178的該縱剖面的長度定義為L，因此，一具有山形結構的發(fā)光層的密度定義為在發(fā)光層徑長內的所有山形結構徑長的總和與該發(fā)光層徑長的比值。也就是第三發(fā)光層17的密度等于(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7)/L。而該第三發(fā)光層17的密度較佳地介于5％至75％間。
該載子局限膜172所使用材質的能障(Energy Gap)必須小于該上阻障膜173和該下阻障膜171的能障。在本實施例中，該載子局限膜172為含有銦且化學式為Al(1-x-y)InyGaxN的材料所制成，而x≥0，y＞0，(1-x-y)≥0。該上阻障膜173和該下阻障膜171的材質則為氮化鎵。該第三發(fā)光層17的密度等于46％。因此，該第三發(fā)光層17借由調整x和y的比例而發(fā)射出波長為395nm的紫外光，并利用山形結構178的密度來調整發(fā)射出光的強度。
繼續(xù)參閱圖4，該第一發(fā)光層16如該第三發(fā)光層17的包括有一下阻障膜161、一具有山形結構的載子局限膜162，及一上阻障膜163。該第一發(fā)光層16的密度等于38％。且該第一發(fā)光層16借由調整x和y的比例而發(fā)射出波長為465nm的藍光，并利用山形結構168的密度調整發(fā)射出光的強度。
該第二發(fā)光層15為一可發(fā)射光的發(fā)光層，其可為一具有山形結構的發(fā)光層或一具有量子井結構的發(fā)光層。在本實施例中，該第二發(fā)光層15為一具有山形結構且可發(fā)射波長為538nm的綠光的發(fā)光層。注意到該第二發(fā)光層15也可以是以量子井結構取代山形結構的發(fā)光層。
另外在本實施例中，該基板12為透光的藍寶石基板。該緩沖層13為依序由一低溫成長的氮化鎵膜、一高溫成長的氮化硅膜和一高溫成長的氮化鎵所構成的三明治結構(圖未示)所構成。該n型披覆層14為n型氮化銦鎵半導體層。該p型披覆層18為一p型氮化銦鎵半導體層。該p側接觸層113為一透明且用以均勻擴散注入電流的銦錫氧化物(Indium Tin Oxidation)層。該n側接觸層114為鉻(Cr)金屬制成的歐姆接觸層。
該第三發(fā)光層17發(fā)射的紫外光和該第一發(fā)光層16發(fā)射的藍光同時激發(fā)該光激發(fā)光體2(見圖1)，使得該光激發(fā)光體2產生紅光。而該紅光和該第一發(fā)光層16產生的藍光和該第二發(fā)光層15產生的綠光相混光后而射出該二極管發(fā)光裝置100(見圖1)。借由各發(fā)光層15、16、17可分別調混光的比例，因而使混光后射出具有綠、藍、紅等良好演色性的白光。
值得一提的是，發(fā)光層的數(shù)量并不限于本發(fā)明的實施例，也可以只有兩層，或是大于三層以上。但須注意到在鄰p型披覆層18的第三發(fā)光層17必須具有山形結構178。另外，發(fā)光層所發(fā)射的光的波長也不以本實施例為限，也可以是不同色光，而混光后也不只限于白光。
參閱圖7，本發(fā)明二極管發(fā)光裝置200的第二實施例類似于該第一實施例地包含一發(fā)光晶粒1、一光激發(fā)光體2，及一框架單元4。所不同的是該第二實施例的框架單元4不同于該第一實施例的框架單元3。
該框架單元4包括一基座43、一由該基座43的頂面向內凹設的容置空間44、一穿設該基座43并連接該容置空間44且可導電的p型電極導線架41，及一穿設該基座43并連接該容置空間44且可導電的n型電極導線架42。
該發(fā)光晶粒1配置于該容置空間44中。該發(fā)光晶粒1的p型電極111電連接該框架單元4的p型電極導線架41，該發(fā)光晶粒1的n型電極112電連接該框架單元4的n型電極導線架42。
該框架單元4還包括一種設置于該容置空間44的透光包覆物45，用以包覆固定該發(fā)光晶粒1。且于該透光包覆物45中均勻散布有光激發(fā)光體2。
參閱圖8，本發(fā)明的第三實施例為一用于液晶顯示器5的側光式背光模組300。該液晶顯示器5包含一液晶面板51和該背光模組300。該液晶面板51具有一正側511和一相反的背側512。該液晶面板51由正側511至背側512依序具有一彩色濾光單元513、液晶單元514及玻璃基板單元515。
該背光模組300鄰設于該液晶面板51的背側512。該背光模組300包含一導光單元6、一反射集光單元7，及復數(shù)呈直線排列的二極管發(fā)光裝置200及/或復數(shù)二極管發(fā)光裝置100(圖未示)。
該導光單元6包括一具有三層結構的導光板61，該導光板61具有一平行且鄰近于該液晶面板51背側512的第一側面611、一相反于該第一側面611的第二側面612，及一兩邊分別連接該第一側面611和第二側面612的第三側面613。
該反射集光單元7連接該第三側面613并與該第三側面形成一容室614。所述復數(shù)二極管發(fā)光裝置100、200設置于該容室614中。所述二極管發(fā)光裝置100、200發(fā)出的光直接經由第三側面613射入該導光板61或經由該反射集光單元7后射入該導光板61，再經由該第二側面612的反射后由該第一側面611射出該導光板61。借此由液晶面板51的背側512提供該液晶面板51所需的光源。
由于使用所述二極管發(fā)光裝置100、200取代以往的冷陰極燈管，因此有利于該背光模組300的薄型化。而該背光模組300又提供比一般發(fā)光二極管配置螢光粉擁有更佳的演色性。
參閱圖9，本發(fā)明的第四實施例是一用于液晶顯示器的直下式背光模組400。該液晶顯示器包含一相同于該第三實施例的液晶面板51，以及該背光模組400。
該背光模組400鄰設于該液晶面板51的背側512。該背光模組400包含一界定有一容室92的殼體91及復數(shù)二極管發(fā)光裝置200及/或復數(shù)二極管發(fā)光裝置100(圖未示)。該殼體91具有一可透光且鄰近于該液晶面板51背側512的第一側壁911、一相反于該第一側壁911的第二側壁912，及一由該第一側壁911的周緣向該第二側壁912的周緣漸縮的第三側壁913。該第一側壁911、第二側壁912和第三側壁913彼此界定出該容室92。
上述二極管發(fā)光裝置200設置于該容室92。所述復數(shù)二極管發(fā)光裝置200發(fā)出的光直接穿過第一側壁911后進入該液晶面板51，由該液晶面板51的背側512提供該液晶面板51所需的光源。
綜觀上述，由于使用二極管發(fā)光裝置100、200取代以往的冷陰極燈管，因此有利于該背光模組400的薄型化。再者，如與一種具有以三分別可發(fā)射紅藍綠光的發(fā)光二極管所組成的背光模相比較，由于使用「三」發(fā)光二極管的背光模組，在發(fā)光二極管至液晶面板背側512間，需要有一定的距離供混光，而本發(fā)明的該背光模組400則無此困擾，也可有效節(jié)省體積，降低成本。而且該背光模組400又提供比一般發(fā)光二極管配置螢光粉擁有更佳的演色性。所以，本發(fā)明的構造特征，確能提供一種實用的裝置。
權利要求
1.一種二極管發(fā)光裝置，包含—發(fā)光晶粒和—光激發(fā)光體，其特征在于該發(fā)光晶粒包括至少二半導體發(fā)光層，所述半導體發(fā)光層可分別產生一第一波域的光和一第二波域的光，該第一波域和該第二波域的波長范圍不相同；及該光激發(fā)光體受該發(fā)光晶粒產生的光的一部分光的激發(fā)而產生一第三波域的光，該第三波域的光與該第一波域的光和該第二波域的光混合而射出一涵蓋有該第一波域、該第二波域和該第三波域的混光。
2.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該混光為一白光。
3.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該發(fā)光晶粒還包括一p型披覆層和一n型披覆層，所述發(fā)光層夾設于該p型披覆層和該n型披覆層間，所述發(fā)光層中鄰該p型披覆層的發(fā)光層具有一上阻障膜、一下阻障膜及一夾設于該上阻障膜和下阻障膜間的載子局限膜，該載子局限膜具有山形結構，該山形結構由連續(xù)的山峰和山谷所構成，該載子局限膜的能障小于該上阻障膜和該下阻障膜的能障。
4.如權利要求3所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該載子局限膜是一以化學式為Al(1-x-y)InyGaxN的材料所制成，且x大于或等于零，y大于零，(1-x-y)大于或等于零。
5.如權利要求3所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于所述發(fā)光層中具有山形結構的發(fā)光層的密度是為5％至75％間，該發(fā)光層的密度是為所有山形結構的徑長總和與該發(fā)光層的徑長的比值。
6.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該第一波域的波長范圍落在400奈米至490奈米間。
7.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該第二波域的波長范圍落在510奈米至575奈米間。
8.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該第三波域的波長范圍落在575奈米至700奈米間。
9.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該發(fā)光晶粒還包括一可產生一第四波域的光的第三發(fā)光層，該第四波域的波長范圍落在小于400奈米的紫外光區(qū)。
10.如權利要求1所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該光激發(fā)光體是一選自于下列物質所組成的群組LiEuW2O8、(Y，La)2O3:Eu、(Ba，Mg，Zn)S:Eu、Y2O2S:Eu、Y2O2S:Bi、YVO4:Eu、YVO4:Bi、SrY2S4:Eu、CaLaS4:Ce、(Ba，Ca，Sr)S:Eu、SrS:Eu、(Zn，Cd)S:Ag、(Zn，Cd)S:Cl、AEuxLn1-xM2O8、Y2O3:Eu、Y2O3:Bi、QP2O7:Eu、QP2O7:Mn或3.5MgO.0.5MgF2.GeO2:Mn；其中，0＜x≤1，A表示為Li、Na、K、Rb或Cs，Ln表示為Y、La、Gd或Lu，P表示為W或Mo，Q表示為Sr、Ca、Ba或Mg。
11.如權利要求2所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該二極管發(fā)光裝置還包含一用以承載該發(fā)光晶粒和該光激發(fā)光體的框架單元，該框架單元界定有一容置空間，并具有二分別電連接該發(fā)光晶粒且可導電的電極導線架，該發(fā)光晶粒設置于該容置空間中，該光激發(fā)光體填入該容置空間并包覆該發(fā)光晶粒。
12.如權利要求2所述的二極管發(fā)光裝置，其特征在于該二極管發(fā)光裝置還包含一用以承載該發(fā)光晶粒和該光激發(fā)光體的框架單元，該框架單元具有一包覆該發(fā)光晶粒的透光包覆物及二分別電連接該發(fā)光晶粒且可導電的電極導線架，該透光包覆物的組份含有該光激發(fā)光體。
13.一種背光模組，用于液晶模組的背光光源，該背光模組包含復數(shù)如權利要求1所述的白光發(fā)光裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二極管發(fā)光裝置包含一發(fā)光晶粒和一光激發(fā)光體，該發(fā)光晶粒包括至少二半導體發(fā)光層，所述半導體發(fā)光層可分別產生一第一波域的光和一第二波域的光；該光激發(fā)光體受該發(fā)光晶粒產生的光的一部分光的激發(fā)而產生一第三波域的光，該第三波域的光與該第一波域光和該第二波域光混合而射出一涵蓋有該第一波域、第二波域和第三波域的混光；調整該第一、第二及第三波域的光強度比例，可射出不同顏色的光而可為各式發(fā)光設備的光源。
文檔編號H01L33/00GK1870308SQ200510071898
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權日2005年5月24日
發(fā)明者陳政權 申請人:新世紀光電股份有限公司