專利名稱：具有發(fā)光二極管的白光發(fā)光裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；簡稱LED)的發(fā)光裝置，特別是涉及一種可發(fā)射白光的發(fā)光二極管裝置，其可用于背光模組(Back Light Modu1e)、交通號志、照明設(shè)備、LED彩色印表機、顯示器等需使用白光光源的裝置。
背景技術(shù)：
參閱圖1，一般的液晶顯示器的背光模組依其光源入射的方向而言，可分為直下式與側(cè)光式兩種，而不論是何種背光模組，其常使用的光源為冷陰極燈管。但是此種冷陰極燈管含有具有毒性的汞，易碎、耗電，而且以冷陰極燈管為光源時，其演色性(Color Rendering Index；簡稱CRI)也受到限制。
因此，為了改良式上述缺點，一種使用發(fā)光二極管為光源的背光模組被發(fā)展出來，圖1和圖2即揭示一種直下式背光模組1，其是設(shè)置于一液晶模組2的背側(cè)22。其中，該液晶模組2具有一正側(cè)21和該相反的背側(cè)22；而該液晶模組2由正側(cè)21至背側(cè)22依序具有一彩色濾光單元23、一液晶單元24及一玻璃基板單元25。另外，該背光模組1包含一界定有一容室12的殼體11、一位于該容室12且設(shè)置于如圖1所示的殼體11的底壁111的印刷電路板14，及多個電連接該印刷電路板14的發(fā)光單元13。
每一發(fā)光單元13依序具有一可發(fā)射綠光的第一發(fā)光二極管131、一可發(fā)射藍光的第二發(fā)光二極管132、一可發(fā)射紅光的第三發(fā)光二極管133、一可發(fā)射綠光的第四發(fā)光二極管134。該發(fā)光單元13的第一發(fā)光二極管131、第二發(fā)光二極管132、第三發(fā)光二極管133和第四發(fā)光二極管134所發(fā)射的光于該容室12內(nèi)混光成為白光后由該殼體11的頂緣112射離該背光模組1而由該液晶模組2的背側(cè)22進入該液晶模組2。
然而，上述以發(fā)光二極管為光源的背光模組1，為了達到紅藍綠三原色光混成白光所要求的混光強度比例，因而在同一發(fā)光單元13需具有四發(fā)光二極管131、132、133、134，耗費空間，而且增加調(diào)控驅(qū)動前述四發(fā)光二極管131、132、133、134的驅(qū)動電路設(shè)計的難度；另外也需要有較長的從殼體11的底壁111到頂緣112的距離以供混光，而不利于背光模組1的薄型化。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的，是在于提供一種具有良好演色性，且低成本具有發(fā)光二極管的白光發(fā)光裝置。
本發(fā)明的另一目的，即在于提供一種簡化電路設(shè)計、低成本且具有良好濾波特性的背光模組，該背光模組包含多個上述的白光發(fā)光裝置。
本發(fā)明的一種白光發(fā)光裝置，包含一第一晶粒，該第一晶粒具有一可產(chǎn)生一第一原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層，其特征在于該白光發(fā)光裝置還包含一具有二可分別產(chǎn)生一第二原色光和一第三原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層的第二晶粒，該第二原色光和該第三原色光與該第一晶粒的第一原色光混光而輸出一白光。

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明圖1是一以往液晶顯示器的背光模組的局部剖面?zhèn)纫暦纸馐疽鈭D；圖2是所述液晶顯示器的背光模組的俯視示意圖3是一本發(fā)明的背光模組的第一實施例的局部剖面?zhèn)纫暯馐疽鈭D，說明該背光模組包含多個白光發(fā)光裝置，且每一白光發(fā)光裝置具有一第一封裝件和一第二封裝件；圖4是該第一實施例的光模組的俯視示意圖；圖5是該第一實施例中，該白光發(fā)光裝置的局部剖面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖6是該第一實施例中的一第二晶粒的剖面示意圖，說明該第二晶粒具有一第一發(fā)光層和一第二發(fā)光層的結(jié)構(gòu)；圖7是該第一實施例中，該第二晶粒具有山形結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的剖面示意圖，說明該山形結(jié)構(gòu)是由連續(xù)的山峰和山谷所形成；圖8是該第一實施例的第二封裝件的另一種封裝態(tài)樣；圖9是一本發(fā)明第二實施例的背光模組中的白光發(fā)光裝置的局部剖面示意圖；圖10是該第二實施例的背光模組的俯視示意圖；圖11是該第二實施例的背光模組的色彩圖；圖12是一頻譜圖，說明該第二實施例的背光模組的發(fā)光頻譜；圖13是一本發(fā)明第三實施例的背光模組中的白光發(fā)光裝置的局部剖面示意圖；圖14是一本發(fā)明第四實施例的背光模組中的局部剖面示意圖，說明以多個白光發(fā)光裝置為光源的狀態(tài)；圖15是該第四實施例的背光模組中，沿圖14的右側(cè)向左側(cè)方向觀視所述白光發(fā)光裝置的側(cè)視示意圖。
具體實施方式
為了方便說明，以下的實施例，類似的元件以相同的標(biāo)號表示。
參閱圖3、4，本發(fā)明第一實施例是一直下式背光模組3，其設(shè)置于一液晶模組4的背側(cè)42。該液晶模組4具有一正側(cè)41和該相反的背側(cè)42；該液晶模組4由正側(cè)41至背側(cè)42依序具有一彩色濾光單元43、一液晶單元44及一玻璃基板單元45。
該背光模組3包含一界定有一容室32的殼體31及多個設(shè)置于該容室32的白光發(fā)光裝置33。該殼體31具有一可透光且鄰近于該液晶模組4背側(cè)42的第一側(cè)壁311、一相反于該第一側(cè)壁311的第二側(cè)壁312，及一由該第一側(cè)壁311的周緣向該第二側(cè)壁312的周緣漸縮的第三側(cè)壁313。該第一側(cè)壁311、第二側(cè)壁312和第三側(cè)壁313彼此界定出該容室32。
參閱圖4、5，每一白光發(fā)光裝置33包括一設(shè)置于該第二側(cè)壁312上的承載單元34，及成對配置于該承載單元34上的第一封裝件35和第二封裝件36。
該第一封裝件35包括一可產(chǎn)生一第一原色光的第一晶粒351及一用以承載該第一晶粒351的第一承載座352、一可導(dǎo)電的p型電極導(dǎo)線架353及一可導(dǎo)電的n型電極導(dǎo)線架354。該p型電極導(dǎo)線架353穿設(shè)于該承載座352并分別與該第一晶粒351和該承載單元34電連接；n型電極導(dǎo)線架354也是穿設(shè)于該第一承載座352并分別與該第一晶粒351和該承載單元34電連接。在本實施例中，該第一晶粒351是一紅光發(fā)光二極管，第一原色光是一波長范圍為落在575納米至700納米之間的紅光。
該第二封裝件36包括一可產(chǎn)生一第二原色光和一第三原色光的第二晶粒361、一用以承載該第二晶粒361的第二承載座362、一可導(dǎo)電的p型電極導(dǎo)線架363及一可導(dǎo)電的n型電極導(dǎo)線架364。該p型電極導(dǎo)線架363穿設(shè)于該第二承載座362并分別與該第二晶粒361和該承載單元34電連接；n型電極導(dǎo)線架364也是穿設(shè)于該第二承載座362并分別與該第二晶粒361和該承載單元34電連接。
參閱圖6、7，該第二晶粒361如圖6所示依序具有一基板52、一緩沖層53、一n型披覆層(cladding layer)54、一第一發(fā)光層55、一第二發(fā)光層56、一p型披覆層57、一p側(cè)接觸層58、一形成于該p側(cè)接觸層58上的p型電極511、一形成于n型披覆層54上的n側(cè)接觸層59及一形成于該n側(cè)接觸層59上的n型電極512。
該第二發(fā)光層56包括一具有一位于下方的第一面564和一相反的第二面565的載子局限膜562，及二分別由該第一面564和該第二面565向遠離該載子局限膜562方向延伸的下阻障膜561和上阻障膜563。該第二面565具有連續(xù)的山峰567與山谷568形狀，所述山峰567和山谷568構(gòu)成一山形結(jié)構(gòu)569。
圖7為圖6山形結(jié)構(gòu)569的縱剖面的局部放大側(cè)視示意圖。對于兩相鄰山峰567’、567”而言，山峰567’中相對較高的頂部5671’與其相鄰的山峰567”中對較高的頂部5671”的最短距離定義為徑長D，也就是定義被前述兩相鄰山峰567’、567”所圍繞的山谷568’的徑長D。另外，所述山谷568底部至第一面564的距離定義為H，且0≤H≤2nm；由此可知，山峰567’中相對較低的鞍部5672’則不可稱為山谷。再者，圖7中山形結(jié)構(gòu)569的該縱剖面的長度定義為L，因此，一具有山形結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的密度定義為在發(fā)光層徑長內(nèi)的所有山形結(jié)構(gòu)徑長的總和與該發(fā)光層徑長的比值。即該第二發(fā)光層56的密度等于(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7)/L。而該第二發(fā)光層56的密度較佳地介于5％至75％之間。
該載子局限膜562所使用材質(zhì)的能障(Energy Gap)必須小于該上阻障膜563和該下阻障膜561的能障。在本實施例中，該載子局限膜562為含有銦且化學(xué)式為Al(1-x-y)InyGaxN的材料所制成，其中，x≥0，y＞0，(1-x-y)≥0。該上阻障膜563和該下阻障膜561的材質(zhì)則為氮化鎵。
因此，該第二發(fā)光層56藉由調(diào)整x和y的比例而發(fā)射出該波長范圍為落在430納米至485納米間的第三原色光，也就是藍光，并利用山形結(jié)構(gòu)569的密度來調(diào)整發(fā)射出光的強度。在本實施例中，該第二發(fā)光層56的密度等于38％。
同樣地，圖6中該第一發(fā)光層55如該第二發(fā)光層56的包括有相同材質(zhì)所制成的一下阻障膜551、一具有山形結(jié)構(gòu)559的載子局限膜552，及一上阻障膜553。該第二發(fā)光層55可藉由調(diào)整x和y的比例而發(fā)射出該波長范圍為落在510納米至560納米之間的第二原色光，也就是綠光，并利用山形結(jié)構(gòu)559的密度調(diào)整發(fā)射出光的強度。在本實施例中，該第一發(fā)光層55的密度等于8％。
值得一提的是，除了利用山形結(jié)構(gòu)559、569的密度分別來調(diào)整該第一發(fā)光層55和第二發(fā)光層56所分別產(chǎn)生的第三原色光和第二原色光的強度比例外，也可成長多個該第一發(fā)光層55或第二發(fā)光層56以增加亮度并調(diào)控比例。再者，緊鄰該p型披覆層57的該第二發(fā)光層56須具有山形結(jié)構(gòu)569，但是該第一發(fā)光層55也可以是以量子井(quantum well)結(jié)構(gòu)取代山形結(jié)構(gòu)的發(fā)光層。另外，該第二封裝件36(見圖5)也可以是如圖8所揭示的以不同封裝形式出現(xiàn)的封裝件36’，該封裝件36’包括一可產(chǎn)生一第二原色光和一第三原色光的第二晶粒361及一用以承載該第二晶粒361的第二承載座362’、一可導(dǎo)電的p型電極導(dǎo)線架363’、一可導(dǎo)電的n型電極導(dǎo)線架364’。該p型電極導(dǎo)線架363和n型電極導(dǎo)線架364分別電連接該第二晶粒361，該第二承載座362’是一如樹脂(resin)的透光包覆物。
繼續(xù)參閱圖4、5，該承載單元34用以提供該第一封裝件35和第二封裝件36所需的電源。在本實施例中，所述發(fā)光裝置33共用同一承載單元34，且該承載單元34是一印刷電路板，但承載單元34也可以是可導(dǎo)電的導(dǎo)線。而且，該承載單元34數(shù)量不限定為一，也可使用多個承載單元34。
配合參閱圖3，當(dāng)該第一封裝件35和第二封裝件36受電源驅(qū)動時，該第一封裝件35產(chǎn)生的第一原色光與該第二封裝件36產(chǎn)生的第二原色光和該第三原色光于該容室32混光后而從該背光模組3的第一側(cè)壁311射出一白光，并由該液晶模組4的背側(cè)42射入該液晶模組4。
由于本發(fā)明使用了可同時產(chǎn)生第二原色光和第三原色光的第二晶粒361(見圖6)，因此可以減少了發(fā)光二極管的使用數(shù)量，進而降低所述背光模組3中第一側(cè)壁311和第二側(cè)壁312之間所需的混光距離，也就同時減少了該背光模組3的厚度，有利于該背光模組3的薄型化。再者，對于已有固定第一原色光(紅光)波長的第一晶粒351而言，在調(diào)整白平衡時，可藉由調(diào)整該第二晶粒361中山形結(jié)構(gòu)559、569的密度，或調(diào)整含有銦且化學(xué)式為Al(1-x-y)InyGaxN的材料中x和y的比例，或增加并調(diào)整該第一發(fā)光層55和第二發(fā)光層56的數(shù)量，而達成特定的第二原色光(綠光)和第三原色光(藍光)的強度和比例的要求，進而與第一晶粒351的第一原色光達成白平衡。在實際應(yīng)用方面，也就是對于已有特定波長的紅光發(fā)光二極管的第一晶粒351而言，可以直接選用相配合的第二晶粒361組合而成為白光發(fā)光裝置33，既免去調(diào)整三原色光的混光比例，又簡化了以往驅(qū)動控制電路的設(shè)計。
如圖9、10所示，本發(fā)明的第二實施例也是一種如第一較實施例的直下式背光模組，也包含一界定有一容室32的殼體31及多個設(shè)置于該容室32的白光發(fā)光裝置33’。所不同的是，該第一較實施例的白光發(fā)光裝置33是將該第一晶粒351和第二晶粒361分別封裝在該第一封裝件35和第二封裝件36中，再設(shè)置于該承載單元34上；而該第二較實施例的白光發(fā)光裝置33’是將該第一晶粒351和第二晶粒361封裝在單一的白光封裝件39中，再設(shè)置于承載單元34上。
該第二實施例的白光發(fā)光裝置33’包括該設(shè)置于該第二側(cè)壁312上的承載單元34及該白光封裝件39。該白光封裝件39包括一具有一凹槽391的承載座392、一可導(dǎo)電的p型電極導(dǎo)線架393和一可導(dǎo)電的n型電極導(dǎo)線架394。較佳地，該白光封裝件39還包括一填入該凹槽391的透光包覆物(圖未示)，例如樹脂或可透光材質(zhì)所制成。該第一晶粒351和第二晶粒361分別容置于該凹槽391中，且分別電連接該p型電極導(dǎo)線架393和n型電極導(dǎo)線架394。而該p型電極導(dǎo)線架393和n型電極導(dǎo)線架394又分別電連接該承載單元34，使得由該承載單元34的直流電可致能該第一晶粒351和第二晶粒361。
圖11說明了上述白光封裝件39的CIE色彩圖(ChromaticityDiagram)，在本實施例中，對于第一原色光(紅光)波長已固定為635nm的第一晶粒351而言，在調(diào)整白平衡時，可藉由如第一實施例所述的調(diào)整該第二晶粒361的方式，使其發(fā)射出波長為538nm的第二原色光(綠光)和波長為471nm的第三原色光(藍光)，進而與第一晶粒351的第一原色光達成白平衡。
另外，如圖12的光譜圖所示，本實施例的發(fā)射光譜中相對強度較高的波長分別集中在471nm、538nm和635nm附近，如圖中的實線所示，也就是為藍、綠、紅三原色光的波長范圍。由于液晶模組4(見圖3)的彩色濾光單元43濾波頻譜如圖中虛線所示的允許藍綠紅三原色光的波長范圍通過，因此，本實施例背光模組所提供的具有良好演色性的背光，其波長符合彩色濾光單元43的濾波范圍，所以可提高背光的穿透率，增加液晶顯示器的亮度及飽和度。
參閱圖13，本發(fā)明的第三實施例也是一種如第一較實施例的直下式背光模組。所不同的是，該第三實施例的每一白光發(fā)光裝置33”包括一設(shè)置于該第二側(cè)壁312(見圖3)上的承載單元34、二分別以覆晶方式設(shè)置于該承載單元34上的第一晶粒351和第二晶粒361、多個分別電連該第一晶粒351和第二晶粒361的導(dǎo)電球體38，及一包覆該第一晶粒351和該第二晶粒361的透光包覆物37，而在本實施例中，該透光包覆物37為一樹脂。
參閱圖14、15，本發(fā)明第四實施例是一側(cè)光式背光模組6，其設(shè)置于一液晶模組4的背側(cè)42。該背光模組6包含一導(dǎo)光板61、一反射集光單元62，及多個呈直線排列的白光發(fā)光裝置33’。
該導(dǎo)光板61具有一平行且鄰近于該液晶模組4背側(cè)42的第一側(cè)面612、一垂直于該第一側(cè)面612的第二側(cè)面613、一由該第二側(cè)面613遠離該第一側(cè)面612的側(cè)緣向該第一側(cè)面612逐漸靠縮的第三側(cè)面614。該反射集光單元62連接該第二側(cè)面613并與該第二側(cè)面613相配合定出一容置空間615，該反射集光單元62用以反射射至于其上的光。
所述白光發(fā)光裝置33’設(shè)置于該容置空間615，每一白光發(fā)光裝置33’包括一承載單元34，及配置于該承載單元34上的白光封裝件39。需說明的是，在本實施例中所述白光發(fā)光裝置33’是共用一承載單元34，而該承載單元34是一印刷電路板。
經(jīng)由該承載單元34驅(qū)動所述白光發(fā)光裝置33’后所發(fā)出的白光將直接經(jīng)由第二側(cè)面613射入該導(dǎo)光板61或經(jīng)由該反射集光單元62反射后進入該導(dǎo)光板61，再經(jīng)由該第三側(cè)面614的反射后由該第一側(cè)面612射出該導(dǎo)光板61，藉此由該液晶模組4的背側(cè)42提供該液晶模組4所需的光源。
綜觀上述，本發(fā)明的構(gòu)造特征，利用該可產(chǎn)生第一原色光的第一晶粒351以及該可同時產(chǎn)生第二原色光和第三原色光的第二晶粒361而構(gòu)成一白光發(fā)光裝置，所以在調(diào)配白平衡上所需使用的發(fā)光二極管的晶粒數(shù)量較少，容易調(diào)控制混光的比例，而且也可以簡化電路板的設(shè)計，另外也可以提供良好的演色性，確能提供一種實用低成本的白光發(fā)光裝置。
權(quán)利要求
1.一種白光發(fā)光裝置，包含一第一晶粒，該第一晶粒具有一可產(chǎn)生一第一原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層，其特征在于該白光發(fā)光裝置還包含一具有二可分別產(chǎn)生一第二原色光和一第三原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層的第二晶粒，該第二原色光和該第三原色光與該第一晶粒的第一原色光混光而輸出一白光。
2.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該第一原色光是一波長范圍為落在575納米至700納米之間的紅光，該第二原色光是一波長范圍為落在510納米至560納米之間的綠光，該第三原色光是一波長范圍為落在430納米至485納米之間的藍光。
3.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該第二晶粒還具有一p型披覆層和一n型披覆層，所述半導(dǎo)體發(fā)光層夾設(shè)于該p型披覆層和該n型披覆層之間，所述半導(dǎo)體發(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(shè)于該上阻障膜和下阻障膜之間的載子局限膜，該載子局限膜具有一山形結(jié)構(gòu)，該山形結(jié)構(gòu)由連續(xù)的山峰和山谷所構(gòu)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(quán)利要求3所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該載子局限膜是一以化學(xué)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(quán)利要求4所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該第二晶粒中具有山形結(jié)構(gòu)的發(fā)光層的密度為5％至75％之間，該發(fā)光層的密度為所有山谷形結(jié)構(gòu)的徑長總和與該發(fā)光層的徑長的比值。
6.如權(quán)利要求3所述的白光發(fā)光裝置，還包含一承載座、一可導(dǎo)電的p型電極導(dǎo)線架，及一可導(dǎo)電的n型電極導(dǎo)線架，該承載座承載該第一晶粒和第二晶粒，該p型電極導(dǎo)線架分別電連接該第一晶粒和第二晶粒，該n型電極導(dǎo)線架分別電連接該第一晶粒和第二晶粒。
7.如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該白光封裝件的承載座具有一用以容置該第一晶粒和第二晶粒的凹槽，及一位于該凹槽中且包覆該第一晶粒和第二晶粒的透光包覆物。
8.如權(quán)利要求3所述的白光發(fā)光裝置，還包含一用以承載且電連接該第一晶粒和該第二晶粒的承載單元，及至少一包覆該第一晶粒和該第二晶粒的透光包覆物。
9.如權(quán)利要求3所述的白光發(fā)光裝置，其特征在于該白光發(fā)光裝置還包含一承載該第一晶粒的第一承載座及一承載該第二晶粒的第二承載座。
10.一種背光模組，用于提供一液晶模組的背光光源，其特征在于該背光模組包含多個如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光裝置。
全文摘要
一種具有發(fā)光二極管的白光發(fā)光裝置，包含一第一晶粒和一第二晶粒，該第一晶粒具有一可產(chǎn)生一第一原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層，該第二晶粒具有二分別可產(chǎn)生一第二原色光和一第三原色光的半導(dǎo)體發(fā)光層；該第二晶粒的第二原色光和該第三原色光，與該第一晶粒的第一原色光混光而輸出一白光。本發(fā)明的具有發(fā)光二極管的白光發(fā)光裝置，具有演色性良好，且成本低的優(yōu)點。
文檔編號G02F1/13GK1848466SQ20051006413
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者陳政權(quán) 申請人:新世紀光電股份有限公司