專利名稱：包括發(fā)光二極管和熒光發(fā)光二極管的混合白光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光系統(tǒng)，特別是涉及由LED和熒光(phosphor-)LED組成的用于產(chǎn)生白光的混合LED發(fā)光系統(tǒng)。該混合發(fā)光系統(tǒng)比使用LED或熒光LED產(chǎn)生白光的傳統(tǒng)發(fā)光系統(tǒng)具有改善的性能。
用于產(chǎn)生白光的傳統(tǒng)LED發(fā)光系統(tǒng)通常由LED或熒光LED組成。使用LED的發(fā)光系統(tǒng)通過(guò)紅、綠、藍(lán)光(色)LED的各種組合來(lái)產(chǎn)生白光?；跓晒釲ED的發(fā)光系統(tǒng)利用藍(lán)光LED頂部的一種或多種發(fā)光的熒光材料，將所發(fā)射的一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，從而產(chǎn)生白光。
使用LED產(chǎn)生白光的發(fā)光系統(tǒng)在封裝狀態(tài)(package level)下，發(fā)光效率要優(yōu)于使用熒光LED的發(fā)光系統(tǒng)。但在基于LED的發(fā)光系統(tǒng)中難以獲得高質(zhì)量的白色光。這是因?yàn)椋瑸槭拐麄€(gè)發(fā)光系統(tǒng)的性能和制造達(dá)到最優(yōu)，所制造的LED通常必須組合在不需要的大量LED芯片中，以便能提供在全額定功率下工作時(shí)所需的紅、綠、藍(lán)光的光量。此外，LED芯片必須制成各種不同的尺寸以獲得適當(dāng)?shù)钠胶?，這就增加了系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。由于可用相同的AIInGaN工藝生產(chǎn)綠光和藍(lán)光LED芯片，所以將這些芯片作成同樣大小并具有適當(dāng)大的尺寸，則在制造和降低成本方面是有益的。
基于LED的發(fā)光系統(tǒng)還有其它一些局限性?，F(xiàn)有的工作于約550nm理想光譜波長(zhǎng)的綠光LED效率很低。而發(fā)光效率最高的綠光LED工作于波長(zhǎng)約530nm的較低理想光譜波長(zhǎng)。另外，目前可得到的高效LED難以實(shí)現(xiàn)良好的彩色再現(xiàn)。獲得良好的彩色再現(xiàn)是可能的，但在具體LED的選擇方面存在局限性。
另外，通過(guò)LED混合產(chǎn)生白光會(huì)造成材料浪費(fèi)，特別是會(huì)造成效率浪費(fèi)。更具體地說(shuō)，許多高度校準(zhǔn)的混合方案是二元的，即每次將兩種LED相混合?；贚ED的發(fā)光系統(tǒng)通常使用三個(gè)或四個(gè)LED，這就需要進(jìn)行兩級(jí)混合。不幸的是，由于每一級(jí)混合都有效率損失，從而顯著降低了系統(tǒng)的性能。
如前面所述，同基于LED的發(fā)光系統(tǒng)相比，利用基于熒光LED的發(fā)光系統(tǒng)更容易產(chǎn)生白光，因?yàn)闊晒釲ED無(wú)須混合(它們?cè)诒举|(zhì)上就是混合的)并且材料消耗低。但是，在封裝狀態(tài)下其發(fā)光效率比基于LED的發(fā)光系統(tǒng)降低一半，這是由量子缺陷和再發(fā)射效率引起的。
因此，就需要這樣一種發(fā)光系統(tǒng)，它能夠結(jié)合基于LED和熒光LED的發(fā)光系統(tǒng)的某些方面來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)于任何一種系統(tǒng)的有益結(jié)果。
一種用于產(chǎn)生白光的發(fā)光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)LED和一熒光LED，熒光LED鄰近所述的至少一個(gè)LED設(shè)置。
通過(guò)下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特性及其它一些特征將變得更為清楚

圖1A是本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)中用到的一種典型LED的截面圖；圖1B是本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)中用到的一種典型熒光LED的截面圖；圖2是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖；圖3是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖；圖4是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意圖；圖5是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第四實(shí)施例的示意圖；圖6是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第五實(shí)施例的示意圖；圖7是描述本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的第六實(shí)施例的示意圖。
應(yīng)當(dāng)理解，這些圖僅用于說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)思，而并不是按實(shí)際比例面出的。
本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)一般由一個(gè)或多個(gè)特定的LED和一個(gè)熒光LED選擇性組合構(gòu)成，用以產(chǎn)生白光，該熒光LED由一個(gè)藍(lán)光LED和至少一種發(fā)射特定光譜波長(zhǎng)(顏色)的光的熒光材料組成。
圖1A是本發(fā)明中用到的一種典型的LED10的示意圖。此LED10通常用標(biāo)準(zhǔn)的AlInGaN或AlInGaP工藝制造，并且包括一個(gè)LED芯片11，LED芯片11安裝在填充有透明的環(huán)氧樹脂13的反射金屬盤或反射器12中。
圖1B是本發(fā)明中用到的一種典型的熒光LED14的示意圖。此LED14與圖1A中的LED結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別只是填充反射器16的環(huán)氧樹脂18中包含均勻混合的一種或多種發(fā)光的熒光材料的顆粒19。熒光顆粒19可將LED芯片15發(fā)射的一部分光轉(zhuǎn)化為不同波長(zhǎng)的光。
本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是允許通過(guò)改變LED的顏色和數(shù)目和/或熒光LED的熒光材料，來(lái)設(shè)置和優(yōu)化不同發(fā)光系統(tǒng)的重要性能參數(shù)。尤其是，本發(fā)明的系統(tǒng)通過(guò)平衡紅、綠、藍(lán)光成分，可設(shè)置和獲得更高的每個(gè)芯片的流明數(shù)平均值；平衡時(shí)的更少LED總數(shù)；改善的彩色再現(xiàn)；通過(guò)熒光LED實(shí)現(xiàn)的更高效率的混合。這又有利于利用標(biāo)準(zhǔn)AlInGaN和AlInGaP工藝下制造的LED芯片生產(chǎn)對(duì)于多種應(yīng)用最佳的多種類型的產(chǎn)品。
下面的每個(gè)實(shí)施例闡述了如何使用本發(fā)明中的混合發(fā)光系統(tǒng)獲得上面提到的一個(gè)或多個(gè)性能優(yōu)點(diǎn)。圖2是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字20表示。該系統(tǒng)20包括一個(gè)紅光LED22和一個(gè)熒光LED24，其中，紅光LED22發(fā)射光譜波長(zhǎng)約610nm的光，LED24由一個(gè)發(fā)射光譜波長(zhǎng)約在450nm和470nm之間的光的藍(lán)光LED和一種能將部分(通常約50％)藍(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光(光譜波長(zhǎng)約為550nm)的熒光材料組成。本發(fā)明的系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例可提供合理的功率平衡，并且系統(tǒng)的整體效率可與傳統(tǒng)的基于LED的發(fā)光系統(tǒng)相比或更高，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)未采用在傳統(tǒng)的基于LED的發(fā)光系統(tǒng)中用到的發(fā)光效率低的綠光LED(它通常發(fā)射光譜波長(zhǎng)約為530nm的光)(由于熒光LED比綠光LED芯片的光更接近550nm范圍，因此其效率更高，即具有更高的每瓦流明數(shù))。此外，該實(shí)施例中系統(tǒng)20的兩個(gè)LED22、24較容易混合，效率更高，并且與通常使用三個(gè)或四個(gè)LED的傳統(tǒng)發(fā)光系統(tǒng)相比，其LED驅(qū)動(dòng)電路較簡(jiǎn)單。更具體地講，有多種混合LED的方案。事實(shí)上，在所有這些方案中，都希望盡量少的混合。例如在二元混合方案中，只需要一級(jí)混合即可將系統(tǒng)20中的LED22、24混合，而在傳統(tǒng)的基于LED的系統(tǒng)中需要兩級(jí)混合。因此，利用本系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例，由混合引起的損失大約只有傳統(tǒng)的基于LED的發(fā)光系統(tǒng)的一半。因此，與傳統(tǒng)的基于LED的發(fā)光系統(tǒng)相比，在本系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例中顯著提高了系統(tǒng)的整體效率。由于熒光LED24提供了550nm的光，彩色再現(xiàn)是充分的，盡管色點(diǎn)只能沿一條線來(lái)調(diào)整。結(jié)果，只能在設(shè)計(jì)點(diǎn)上進(jìn)行色溫控制。但本發(fā)明的該實(shí)施例特別適用于在低成本發(fā)光系統(tǒng)應(yīng)用中產(chǎn)生固定的白光，在這些應(yīng)用中希望LED驅(qū)動(dòng)電路成本較低，并且對(duì)色溫進(jìn)行全面控制不是很重要的。
圖3是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字30表示。該系統(tǒng)30包括一個(gè)紅光LED32(發(fā)射光譜波長(zhǎng)約610nm的光)、一個(gè)綠光LED34(發(fā)射光譜波長(zhǎng)約530nm的光)和一個(gè)熒光LED36，其中熒光LED36由一個(gè)藍(lán)光LED(發(fā)光波長(zhǎng)約在450nm和470nm之間)和一種能將所發(fā)射的部分(約50％)藍(lán)光轉(zhuǎn)化為紅光(波長(zhǎng)約610nm)的熒光材料組成。與通常產(chǎn)生不足量的紅光和過(guò)量的藍(lán)光的基于LED的傳統(tǒng)發(fā)光系統(tǒng)相比，在本發(fā)明的系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例中所用的熒光LED36補(bǔ)償了紅光輸出的不足，并減少了藍(lán)光的輸出，從而僅用三個(gè)LED就獲得了良好的色彩平衡。彩色再現(xiàn)和色溫控制可與基于LED的傳統(tǒng)發(fā)光系統(tǒng)相比。特別是，使用三個(gè)LED可獲得最大的發(fā)光強(qiáng)度，同時(shí)還可對(duì)色溫進(jìn)行自由調(diào)整，因?yàn)闊晒釲ED36的紅光成分很少，使得僅通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流來(lái)增加或減小三個(gè)LED的亮度就可達(dá)到平衡。
圖4是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字40表示。該系統(tǒng)40包括兩個(gè)紅光LED42、44(發(fā)射約610nm的光)、一個(gè)綠光LED46(發(fā)射約530nm的光)和一個(gè)熒光LED48，其中熒光LED48由一個(gè)藍(lán)光LED(發(fā)射波長(zhǎng)約在450nm和470nm之間的光)和一種能將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光(光譜波長(zhǎng)約550nm)的熒光材料組成。由于熒光材料具有約50％的能量轉(zhuǎn)換效率，熒光LED48產(chǎn)生足夠量的藍(lán)光和綠光，這樣由于存在550nm的光，在設(shè)計(jì)點(diǎn)可獲得良好的平衡和彩色再現(xiàn)。另外，在系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例中，由于550nm光的光強(qiáng)很高，即使考慮熒光材料的能量轉(zhuǎn)化損失，仍可獲得較高的輸出光強(qiáng)度。
圖5是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第四實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字50表示。系統(tǒng)50與第三實(shí)施例的系統(tǒng)基本相同，它包括兩個(gè)紅光LED52和54、一個(gè)綠光LED56以及一個(gè)發(fā)射藍(lán)光及綠光的熒光LED58。但兩個(gè)紅光LED52、54發(fā)光的光譜波長(zhǎng)略有差別(分別為約610nm和約595nm)。在約595nm發(fā)光的紅光LED產(chǎn)生類似于菊黃-淡黃色的紅色，進(jìn)一步改善了彩色再現(xiàn)。
圖6是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第五實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字60表示。該系統(tǒng)60與第三實(shí)施例的系統(tǒng)基本相同，它包括兩個(gè)紅光LED62和64、一個(gè)綠光LED56以及一個(gè)熒光LED68。不過(guò)，熒光LED68由一個(gè)藍(lán)光LED組成，該藍(lán)光LED帶有第一熒光材料和第二熒光材料，第一熒光材料發(fā)射光譜波長(zhǎng)約為550nm的光，以將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光，第二熒光材料將未由第一熒光材料轉(zhuǎn)化的剩余藍(lán)光的一部分轉(zhuǎn)化為淡黃色或黃綠色光。這個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步改善了彩色再現(xiàn)，因此可用于需要最強(qiáng)彩色再現(xiàn)的應(yīng)用中。
圖7是描述本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)的第六實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用數(shù)字70表示。系統(tǒng)70結(jié)合了第四實(shí)施例和第五實(shí)施例的特征，它包括第一紅光LED72(發(fā)射約610nm的光)、第二紅光LED74(發(fā)射約595nm的光)、一個(gè)綠光LED76(發(fā)射約530nm的光)和一個(gè)熒光LED78。該熒光LED包括一個(gè)藍(lán)光LED
(發(fā)射波長(zhǎng)在約450nm和約470nm之間的光)、第一熒光材料(發(fā)射光譜波長(zhǎng)約550nm，用以將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光)以及第二熒光材料(將未由第一熒光材料轉(zhuǎn)化的剩余藍(lán)光的一部分轉(zhuǎn)化為淡黃色或黃綠色光)。這個(gè)實(shí)施例特別適合用于需要優(yōu)化彩色再現(xiàn)的應(yīng)用中。
盡管已參照上述實(shí)施例描述了本發(fā)明，但在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可作出多種修改和變化。因此，所有這些修改和變化都應(yīng)視為屬于所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生白光的發(fā)光系統(tǒng)(20，30，40，50，60，70)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(22；32，34；42，44，46；52，54，56；62，64，66；72，74，76)；和一個(gè)熒光發(fā)光二極管(24，36，48，58，68，78)，它鄰近所述的至少一個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置。
2.按照權(quán)利要求1的發(fā)光系統(tǒng)(20，30，40，50，60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管(24，36，48，58，68，78)發(fā)射至少兩種不同顏色的光。
3.按照權(quán)利要求1的發(fā)光系統(tǒng)(30，40，50，60，70)，還至少包括第二發(fā)光二極管(32，34；42，44，46；52，54，56；62，64，66；72，74，76)。
4.按照權(quán)利要求3的發(fā)光系統(tǒng)(30，40，50，60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管(36，48，58，68，78)發(fā)射至少兩種不同顏色的光，所述至少兩種顏色中的一種顏色與由所述發(fā)光二極管(32，34；42，44，46；52，54，56；62，64，66；72，74，76)中的至少一個(gè)的發(fā)光顏色基本相同。
5.按照權(quán)利要求3的發(fā)光系統(tǒng)(50，70)，其中，由發(fā)光二極管(52，54；72，74)發(fā)射的光具有相同的總體顏色，但具有不同的光譜波長(zhǎng)。
6.按照權(quán)利要求1的發(fā)光系統(tǒng)(40，50，60，70)，還包括第二和第三發(fā)光二極管。
7.按照權(quán)利要求6的發(fā)光系統(tǒng)(50，70)，其中，由三個(gè)發(fā)光二極管中的兩個(gè)發(fā)射的光具有相同的總體顏色，但具有不同的光譜波長(zhǎng)。
8.按照權(quán)利要求7的發(fā)光系統(tǒng)(70)，其中，熒光發(fā)光二極管(78)發(fā)射至少三種不同顏色的光。
9.按照權(quán)利要求6的發(fā)光系統(tǒng)(60，70)，其中，單純熒光發(fā)光二極管芯片(68，78)發(fā)射至少三種不同顏色的光。
10.按照權(quán)利要求6的發(fā)光系統(tǒng)(40，50，60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管發(fā)射至少兩種不同顏色的光。
11.按照權(quán)利要求1的發(fā)光系統(tǒng)(20，30，40，50，60，70)，其中，所述至少一個(gè)發(fā)光二極管(22，32；42，44；52，54；62，64；72，74)發(fā)射紅光。
12.按照權(quán)利要求11的發(fā)光系統(tǒng)(20，30，40，50，60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管包括一個(gè)發(fā)射藍(lán)光的藍(lán)光發(fā)光二極管和至少一種熒光材料，這種熒光材料將至少一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光和紅光之一。
13.按照權(quán)利要求12的發(fā)光系統(tǒng)(30，40，50，60，70)，還至少包括發(fā)射綠光的第二發(fā)光二極管(34，46，56，66，76)。
14.按照權(quán)利要求13的發(fā)光系統(tǒng)(40，50，60，70)，還包括發(fā)射紅光的第三發(fā)光二極管(44，54，64，74)。
15.按照權(quán)利要求14的發(fā)光系統(tǒng)(50，70)，其中，第一發(fā)光二極管發(fā)射的紅光的光譜波長(zhǎng)與第三發(fā)光二極管發(fā)射的紅光的光譜波長(zhǎng)不同。
16.按照權(quán)利要求14的發(fā)光系統(tǒng)(60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管(68，78)至少發(fā)射第三種不同顏色的光，這種顏色選自淡黃色和黃綠色。
17.按照權(quán)利要求15的發(fā)光系統(tǒng)(70)，其中，熒光發(fā)光二極管(78)至少發(fā)射第三種不同顏色的光，這種顏色選自淡黃色和黃綠色。
18.按照權(quán)利要求11的發(fā)光系統(tǒng)(60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管(68，78)至少發(fā)射第三種不同顏色的光，這種顏色選自淡黃色和黃綠色。
19.按照權(quán)利要求12的發(fā)光系統(tǒng)(60，70)，其中，熒光發(fā)光二極管(68，78)至少發(fā)射第三種不同顏色的光，這種顏色選自淡黃色和黃綠色。
20.按照權(quán)利要求11的發(fā)光系統(tǒng)(30，40，50，60，70)，還至少包括發(fā)射綠光的第二發(fā)光二極管(34，46，56，66，76)。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生白光的混合發(fā)光系統(tǒng),包括至少一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)熒光發(fā)光二極管。該混合發(fā)光系統(tǒng)比使用發(fā)光二極管或熒光發(fā)光二極管產(chǎn)生白光的傳統(tǒng)發(fā)光系統(tǒng)具有改善的性能。特別是,本發(fā)明的混合發(fā)光系統(tǒng)通過(guò)改變發(fā)光二極管的顏色和數(shù)目和/或熒光發(fā)光二極管的熒光材料,可設(shè)置和優(yōu)化不同發(fā)光系統(tǒng)的重要性能參數(shù)。
文檔編號(hào)H01L25/13GK1355936SQ00803336
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
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