[发明专利]应用至背光源的LED发光结构

说明书

技术领域

本发明涉及LED发光结构领域，特别是涉及一种为达CIE1931色度坐标D65标准白光，且兼顾NTSC效果与发光效率表现而应用至背光源的LED发光结构。

背景技术

半导体发光元件的物理特性普遍发出具有狭窄光谱分布范围的光，特性上非如一般日光的白色光(自然光)由具有广泛光谱分布范围的光所组成。然而一般情况下人眼多数时间是处于日光照明的环境中，因此设计人工光源用以照明或显示时，皆希望能与一般日光照明的效果相仿。目前在照明或背光模块的光源选择中，多数皆采用发光二极管元件作为设计依据，然迁就于发光二极管元件仅能发出固有色调光的材料特性，故为形成白光的显示或照明效果目前是利用色彩学混色的原理达成。例如早期日本Nichia公司即提出利用InGaN蓝光晶粒涂布一层YAG荧光物质，进而激发出黄光与蓝光互补产生白光。而不论是利用RGB独立的芯片将三原色混合成白光；亦或是利用互补二原色原理搭配荧光粉激发不同颜色的光而混合成白光等方式，如何致力于将白色光效果制成与一般日光照射效果相近为改善重点之一。目前国际照明委员会(COMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE,CIE)定义有标准日光D55、D65与D75的规格，故显示器或照明厂商可依此些标准做为产品设计的依据。

在显示器领域中，由于液晶显示模块本身并不发光，因此需搭配背光源和RGB彩色滤光片来实现色彩重现。因此，在显示器产品中为提升NTSC色域效果，可直接针对原始光源即背光源白光的光谱位置做调整，亦或是于后阶段中更换不同色组厚度或材料的彩色滤光片。例如以LED背光源为例，传统以蓝色发光二极管搭配黄色荧光粉的发光效率最佳且成本低廉，但由于其白光仅由蓝光与黄光组成，故红光与绿光成份较少进而导致其NTSC效果较差。又蓝光发光二极管的技术已臻成熟，故若欲提升NTSC效果且维持仅利用单一蓝光发光二极管做主动光源据此激发荧光粉，根据色度坐标的混色理论需将荧光粉由黄色更换成绿色与红色荧光粉，借此用以激发出绿光或红光。但尽管改变白光的组成可提升NTSC效果，但受限目前常用的红色荧光粉材质，例如(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺或Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺的吸收波长范围特性所致，当在提升NTSC效果时亦会使其亮度同时降低。传统黄色荧光粉的放射波长多限制在约540nm～570nm之间，故红色荧光粉的放射波长需达约650nm以上才能达到接近NTSC为80％的效果，因此为了要提升NTSC色域范围，红色荧光粉的放射波长理论上须往较长的放射波长方向进行调整。进一步地，若要使NTSC效果大于80％，黄色荧光粉亦需更换为放射波长小于约540nm以下的绿色荧光粉。然一体两面，上述提升NTSC效果的作法皆会导致整体亮度下降；而为了单方面提升亮度又必须选择更大尺寸的蓝色发光二极管芯片，进而使成本及消耗功率提高。

如下表所示，此即利用传统1113结构的氮化物红色荧光粉例如(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺，搭配一般常用的绿色荧光粉所进行的实验，其中由(Ca,Sr)任一或Eu的浓度可调整激发波长，且浓度越高其波长越长。由于绿光的纯度尚可接受，因此整体NTSC色域效果并不差，然在此条件下其发光效率相较于120lm/W(亦即每瓦(W)的光通量为120流明(lm))比对标准下，普遍仅能达约70％的亮度表现。

另外，若将绿色荧光粉置换成黄色荧光粉，而红色荧光粉仍采用1113结构的氮化物，其亮度表现虽可大幅提升，但其NTSC效果则明显衰退严重，即如下表所示。

因此，本发明致力于兼顾NTSC效果与亮度表现，且对于提升NTSC的传统作法反其道而行选择了大于约540nm放射波长的黄色荧光粉搭配约630nm放射波长的红色荧光粉，在不需更换更大尺寸的蓝色发光二极管的原封装条件下即能达到NTSC超过80％的效果且兼顾整体LED亮度。借此降低整体制造工艺成本，同时亦能提升较佳的色域及发光效率表现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可应用至背光源的LED发光结构，且该结构可供业者任意搭配各式彩色滤光片后显示多种色彩表现，且在呈现效果上可达到白光D65标准，而对于NTSC的色域表现及发光效率亦皆能同时获致极高的显示水平。