[发明专利]配置高色彩饱和度的发光二极管背光模块的系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管背光模块，尤其涉及一种具有高色彩饱和度 的发光二极管背光模块的配置系统与方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；简称LED)，是一种可将电能转化 为光能的电子零件，并同时具备二极管的特性。一般给予直流电时，发光二 极管会稳定地发光，但如果接上交流电，发光二极管会呈现闪烁的形态，闪 烁的频率依据输入交流电的频率而定。发光二极管的发光原理是外加电压， 使得电子与空穴在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。

目前发光二极管芯片的组成主要包含三族砷化物、三族磷化物、三族氮 化物或是II-VI族的半导体化合物等。伴随着发光二极管芯片制造材料的不 同，产生出来的光子拥有的能量也不同，因此通过制造材料来控制发光二极 管片发光的波长，进而生产出不同光谱与颜色的各种发光二极管芯片。目前 全球产业发展出不同种类的发光二极管芯片已能够发射出从红外线到蓝色 光之间不同波长的光线，而紫色至紫外线的发光二极管芯片的技术也正在成 熟中。上述的发光二极管主要重点是在单色光，或是单一频率的发光二极管。 白光发光二极管的发光频谱，不再是集中在某一单色光上，而是在可见光的 频谱中有一个分布。目前用来形成白光发光二极管的组合主要分为多芯片型 及单芯片型两种类型。

多芯片类型以红色、绿色及蓝色三色的发光二极管芯片，借助透镜混合 此三种光，进而产生我们所见的白光。其优点为高发光率及光色可调，缺点 为须三种芯片，各芯片间有个别电路设计且三种芯片的衰减速率及寿命不尽 相同，难以控制白光发光二极管的寿命。

另外，以单芯片类型产生白光则可分为三种方式。第一种方式，也是主 流的方式，以蓝色发光二极管芯片照射黄色荧光粉，将荧光粉激发而发出白 光。这样的产品在调整发光二极管的CIE值时，只需选对蓝光发光二极管的 波长与黄色荧光粉的激发频谱后，只要调整蓝光发光二极管的发光强度与黄 色荧光粉的浓度即可。这样的白光发光二极管所产生的光谱，红色区域的光 度太弱而导致平均演色系数(General Color Rendering Index；Ra)值偏低。 例如，将这种产品应用在背光源时，则显示出来的图案往往没有红色。因此， 目前高演色性白光发光二极管成为现阶段各界追求的方向。

为了弥补红色区域的光度，后续衍生以蓝色发光二极管芯片照射绿色及 红色荧光粉或以蓝色发光二极管芯片照射绿色及黄色荧光粉产生白光提高 平均演色系数为第二种方式。第三种方式则以紫外光发光二极管芯片照射绿 色、红色及蓝色三种荧光粉产生白光。

在上述的方式中，想要达成高色彩饱和度发光二极管背光模块的制作方 式可为增加红色的荧光粉或是使用两种以上的荧光粉等。然而，当使用两种 荧光粉混光让发光二极管产生特定的CIE值的光源时，总共有三种参数需要 同时进行调整，也就是发光二极管的发光强度与两个荧光粉的浓度。为了提 升使用发光二极管作为背光源的色彩饱和度，需要进行多次的尝试错误 (trial-and-error)的方式去调整不同的荧光粉之间的浓度比例以及蓝光发光 二极管的发光强度。

另外，发光二极管的发光频谱会与温度有关。当所谓的接合温度(junction temperature)愈高，发光二极管的发光频谱的峰値波长也会跟着向长波长漂 移。随着发光二极管的操作时间增加，元件的温度也会跟着增加。因此在长 时间的操作下，发光二极管的发光频率也会跟着改变。另外，发光二极管的 制作过程会有频谱的分布因而会对发光二极管进行分区段(bin)，这会大幅 增加发光二极管的制造成本。

美国专利公告号US2006/0290624，主要是针对这个问题进行解决。该项 技术的方式是先针对三原色的其中一个颜色进行校调，例如针对绿色，至少 会提供两个发光二极管，其中一个发光二极管波长比绿光稍微高，另一个发 光二极管波长比绿光稍微低。然后使用控制电路使得两个发光二极管混光后 可以得到所需要的正确的绿光的波长。当操作的时间增加后，两个发光二极 管的发光频谱有可能改变，这时的传感器如果检测出激发频谱的改变，则由 控制电路会控制两个发光二极管的发光强度使得最终的混光频谱仍然维持 不变。当三原色的其中一个颜色可以进行调整，则三原色的发光二极管都可 以分别进行调整。