專利名稱：白光發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管或LED，該LED用作執(zhí)行彩色顯示的液晶顯示器的背光、沖洗拍攝的靜態(tài)或動態(tài)的圖片的照明、其它常見的用于照明的發(fā)光光源，尤其是涉及對能夠發(fā)白光或近似白光的白光發(fā)光二極管器件(以下稱作白光LED)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
由于LED芯片(以下稱作LED元件)是半導(dǎo)體元件，因此LED元件具有較長的運行壽命和較好的驅(qū)動特性，并且是緊湊的，具有有效發(fā)光能力，可以發(fā)出彩色的亮光，這些都是公知的。因此，LED器件(此后僅稱為LED)已經(jīng)被廣泛地用作小型的照明光源，在LED器件中用作半導(dǎo)體芯片的該LED元件安裝在襯底上。
近來，從已經(jīng)分別開發(fā)研制了發(fā)射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三種基色光的高效LED元件的事實可以看出，正如在日本文獻(xiàn)1已
公開日本專利H.7-15044(圖1)中所示的那樣，為了發(fā)出白光、包括了R、G和B的LED元件的多色混合型LED已經(jīng)成為公知技術(shù)。
然而，在包括組合LED元件的LED中，由于每個LED元件，也就是說每個R-LED元件、G-LED元件和B-LED元件具有極好的單色峰值發(fā)射波長，如果它被用做白色光系發(fā)光光源，就會存在LED色彩范圍小以及LED發(fā)光色彩不自然的問題；換句話說，該LED具有差的彩色再現(xiàn)特性。其中，“彩色再現(xiàn)特性”是關(guān)于當(dāng)光源照亮物體時物體如何呈現(xiàn)其色彩的光源的特性。如果設(shè)備發(fā)出的光具有極好的彩色再現(xiàn)特性，那意味著該光的特性與自然光的特性非常相似。關(guān)于照明設(shè)備的彩色再現(xiàn)特性的重要性，CIE(國際照明委員會)已于1964年確定了評價彩色再現(xiàn)特性的方法。根據(jù)這個方法，確定了一系列參考光源，其中該參考光源是依據(jù)被評價的光源的色溫來選擇的。該彩色再現(xiàn)指數(shù)Ra是從由參考光源照明的情況和由被評價的光源照明的情況之間的預(yù)定測試色彩的色彩差異來確定的。彩色再現(xiàn)指數(shù)Ra為0至100的值。
例如，在專利文獻(xiàn)1中所描述的包括R、G和B的組合LED元件的LED的情況下，發(fā)射光譜如圖7A中S1所示，光譜強度的谷值較多地出現(xiàn)在R和G、G和B之間。特別地，在R和G之間具有550nm至610nm的谷值的范圍在寬度方面覆蓋很大距離，并且其光譜強度的衰減也是急劇的。
即，該LED的發(fā)射光譜與自然光的光譜特性相比存在極大的差異。因此，該LED的彩色再現(xiàn)特性差，并且Ra變成了大約為12(在自然光情況下，Ra＝100)。同時，當(dāng)該LED的彩色再現(xiàn)特性差時，將該LED用作讀取器件或其它器件中的照明光源是不合適的，這些讀取器件諸如掃描器和用于檢測物體上的反射光的影印機。
因此，為了改善該問題，已經(jīng)研制出了如日本專利No.2927279(圖1和3)(專利文獻(xiàn)2)所示的白光LED，其中通過熒光材料對LED元件發(fā)出的光的發(fā)光色彩進(jìn)行色彩轉(zhuǎn)換。
白光LED的結(jié)構(gòu)如圖8A和8B所示，為了方便起見將其改進(jìn)成表面安裝型LED的結(jié)構(gòu)。在圖8A和8B中，110就是白光LED。該白光LED110通過以下方式而形成將INGaN系藍(lán)光LED元件101固定在設(shè)置有用于連接的電極圖形103和104的絕緣襯底102上，通過導(dǎo)線106將藍(lán)光LED元件101的一個電極101a或p-層電極與電極圖形103相連接，在通過導(dǎo)線106將藍(lán)光LED元件101的另一個電極101b或n-層電極與電極圖形104相連接之后，通過包括樹脂的封裝件107密封LED元件和電極，其中在該樹脂中分散有釔、鋁、石榴石(YAG)-熒光材料或類似物的熒光材料。例如，具有這種結(jié)構(gòu)，藍(lán)光LED元件101發(fā)出的具有在460nm附近的峰值波長的一部分光sb在上述熒光材料108中被吸收，并且轉(zhuǎn)換成峰值波長大約為560nm的黃-綠色系光。結(jié)果，白光LED110的發(fā)射光譜包括從藍(lán)光LED元件101發(fā)出的具有460nm峰值波長的發(fā)射光譜和從熒光材料108發(fā)出的具有560nm峰值波長的發(fā)射光譜，如圖7B的S2所示。從以上所述可以清楚地看出，由于白光LED發(fā)出了大部分范圍的可見光，因此其具有優(yōu)良的彩色再現(xiàn)特性以及超過80的平均彩色再現(xiàn)指數(shù)Ra。由此，部分解決了專利文獻(xiàn)1中多色混合型LED中彩色再現(xiàn)特性差的問題，并且提供了改進(jìn)的LED。
可是，在包括藍(lán)光LED元件和YAG等的熒光材料的傳統(tǒng)的白光LED中，仍然存在如下所述的問題。
從圖7B的S2所示的發(fā)射光譜可以清楚的看出，尤其在超過紅光范圍的650nm波長的范圍中，光譜強度較之另一范圍波長(可見光)的發(fā)射光譜的強度顯著衰減。因此，這導(dǎo)致缺少紅光范圍內(nèi)的重復(fù)性。例如，如果對在紅光范圍內(nèi)具有物體色的被照明物體進(jìn)行照明，該被反射的或被傳輸?shù)墓廨^之自然光大大地衰減，因此該白光LED缺少物體色彩的重復(fù)性。
因此，為了解決上述傳統(tǒng)彩色熒光材料混合型白光LED的問題，具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED已經(jīng)在日本已公開專利2002-57376(專利文獻(xiàn)3)中公開，其中熒光材料結(jié)合了藍(lán)光LED元件，并且進(jìn)一步加入了紅光LED元件。
通過將紅光LED元件加入到如圖8A和8B附圖標(biāo)記110所示的傳統(tǒng)的彩色熒光材料混合型白光LED中，具有紅光補償效果的該彩色熒光材料混合型白光LED同時發(fā)射紅光和白光。圖9示出了具有紅光補償效果的傳統(tǒng)的彩色熒光材料混合型白光LED的發(fā)射光譜S3。在圖9中，在450nm附近存在為藍(lán)光分量的具有高亮度的峰值p1，在560nm附近存在為黃光分量的峰值p2，在650nm附近存在為由紅光LED發(fā)出的紅光分量的大峰值p3。換句話說，在具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED中，增強了特別是在可見光的紅光范圍內(nèi)的光譜，改善了紅光范圍內(nèi)的重復(fù)性。
在專利文獻(xiàn)3中所示的具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED中，彩色再現(xiàn)特性和紅光范圍內(nèi)的重復(fù)性比R-G-B混合型白光LED(專利文獻(xiàn)1中)以及彩色熒光材料混合型白光LED(專利文獻(xiàn)2中)都有了顯著的改善。
可是，當(dāng)使用用于全色顯示器的背光的白光LED作為白光光源時，該彩色再現(xiàn)特性就不夠了，特別是如圖9的光譜S3所示的綠光區(qū)域內(nèi)500nm附近的發(fā)光成分不夠了。
此外，如果將白光LED代替熒光燈用作照明燈，就存在變成紅光閃光的不自然照明并且不可能代替熒光燈作為自然照明燈的問題。
這一點將用圖10所示的色度圖來進(jìn)行描述。
在圖10中，在具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED中，紅光LED元件紅光的色度點、熒光材料黃光的色度點以及藍(lán)光LED元件藍(lán)光的色度點(典型的一個，例如在450nm至470nm的范圍)分別以cr、cy和cb代表。這些色度點位于鄰近單色光的軌跡ST。現(xiàn)在，當(dāng)沒有激發(fā)紅光僅激發(fā)藍(lán)光LED元件時，白光LED的色度遵循由這些點cy以及cb根據(jù)藍(lán)光和黃光(以及熒光發(fā)光)發(fā)射的百分比組成的直線L，這時直線L經(jīng)過白光的色度點c0或其附近。這里，即使白光LED以發(fā)白色為目標(biāo)，當(dāng)激發(fā)紅光LED元件以增加紅光范圍的重復(fù)性時，所有的色度點向著箭頭F所示的點cr移動，色度的x坐標(biāo)增加，以至于被識別為帶有紅色的狀態(tài)。
此外，從以上可以看出，由于紅光和其它顏色的光的混合不充分，以及不能均勻地得到該混合，因此還存在紅光被識別為點狀的狀態(tài)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，形成了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種能代替熒光燈作為彩色顯示器的背光或自然色彩照明光的白光LED。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一個方面的白光LED包括第一LED元件和第二LED元件以及封裝件，其中第一LED元件和第二LED元件彼此具有不同的發(fā)光波長，封裝件包括被激發(fā)后發(fā)出黃光的熒光材料，并且封裝件封裝作為第一LED元件的至少一個LED元件，第一LED元件是用于發(fā)射長波長藍(lán)光的長波長藍(lán)光LED元件，第二LED元件是用于發(fā)射紅光的紅光LED元件。
在一個實施例中，作為第一LED元件的長波長藍(lán)光LED的峰值波長是在470nm至490nm的范圍。
此外，第一和第二LED元件分別與相應(yīng)的端子電連接，分別對作為第一LED的藍(lán)光LED和作為第二LED的紅光LED的通電進(jìn)行控制。
此外，第二LED元件包括一個紅光LED元件，第一LED元件包括多個藍(lán)光LED元件，每個藍(lán)光LED元件具有長波長。多個長波長藍(lán)光LED中每個藍(lán)光LED與獨立端子電連接，獨立地對其通電進(jìn)行控制。


圖1A是依照本發(fā)明的第一個實施例的白光LED的頂視圖。
圖1B是依照本發(fā)明的第一個實施例的白光LED的前視圖。
圖1C是沿圖1A中的線A-A的截面圖。
圖1D是表示部分LED元件的正視圖。
圖2A表示依照本發(fā)明的第二個實施例的白光LED的結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2B是圖2A的分解透視圖。
圖3A圖2B所示的白光發(fā)光體的頂視圖。
圖3B白光發(fā)光體和反射框的組裝剖面圖。
圖4A表示依照本發(fā)明的第三個實施例的白光LED的結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖4B是沿圖4A中B-B線的截面圖。
圖4C是沿圖4A中C-C線的截面圖。
圖5A和圖5B是圖1A中的白光LED的發(fā)射頻譜的視圖。
圖6是表示圖1A中的白光LED的發(fā)光色度的色度圖。
圖7A和圖7B是表示傳統(tǒng)的白光LED的發(fā)射頻譜的視圖。
圖8A和圖8B是表示傳統(tǒng)的白光LED的結(jié)構(gòu)和操作的視圖。
圖9是表示傳統(tǒng)的改進(jìn)的白光LED的發(fā)射頻譜的視圖。
圖10是表示與圖9中所示的發(fā)射頻譜所對應(yīng)色度的色度圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的幾個實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先對依照本發(fā)明第一個實施例的白光LED進(jìn)行說明。
圖1A至圖1D描述的是第一個實施例中的白光LED20的結(jié)構(gòu)。白光LED20包括表面安裝的LED，其屬于具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型LED，它是以發(fā)白光為目標(biāo)。在圖1A至圖1D中，附圖標(biāo)記1是總體上具有矩形形狀的絕緣板，并且由包括有玻璃纖維的環(huán)氧樹脂等構(gòu)成，2a和2b是用于藍(lán)光LED元件4的一對連接電極，3a和3b是用于紅光LED元件5的一對電極，4個通孔7形成在板1的側(cè)面。
用于藍(lán)光LED元件4的連接電極2a和2b以及用于紅光LED元件5的電極3a和3b在板1的上表面構(gòu)圖，并且延伸到分別與連接電極相對應(yīng)的通孔7的內(nèi)表面。藍(lán)光LED元件4發(fā)藍(lán)光，藍(lán)光的峰值波長λd的范圍為470nm至490nm，紅光LED元件5發(fā)紅光，紅光的峰值波長λd的范圍為620nm至660nm。
如圖1D所示，長波長藍(lán)光LED元件4具有藍(lán)寶石絕緣基底4c，GaN系的p-n半導(dǎo)體層形成在藍(lán)寶石絕緣基底4c上。更特別地，藍(lán)寶石絕緣基底4c是直接粘附固定在板1上，長波長藍(lán)光LED元件4的n-層電極4b通過導(dǎo)線6與藍(lán)光LED元件4的連接電極2b相連接，長波長藍(lán)光LED元件4的p-層電極4b通過另一根導(dǎo)線6與藍(lán)光LED元件4的連接電極2a相連接(見圖1C)。
在另一方面，當(dāng)廉價生產(chǎn)LED時，具有p-n連接型的紅光LED元件5例如可以由GaAlAs來形成，當(dāng)注重LED的性能時，具有p-n連接型的紅光LED元件5例如可以由GaAlInP來形成。紅光LED元件5的n-層電極5b通過銀膏9與紅光LED元件5的連接電極3b相連接，紅光LED元件5的p-層電極5a通過導(dǎo)線6與紅光LED元件5的連接電極3a相連接。
以這種方式，設(shè)置和連接到板1上的長波長藍(lán)光LED元件4和紅光LED元件5由樹脂封裝件10封裝，其中YAG熒光材料8被混合并分散在透明的模制的樹脂中，樹脂被模制并覆蓋LED元件的上表面和側(cè)面。
這里，附圖標(biāo)記11是樹脂框架，其設(shè)置用來包圍板1上的樹脂封裝件10。當(dāng)封裝件10如上所述形成時，樹脂框架11用作限定樹脂封裝件10的結(jié)構(gòu)，并防止融化的模型樹脂流出到背面或者流到板1的通孔中。
附圖標(biāo)記12是用于遮光的遮光涂層，其覆蓋在樹脂封裝件10的上表面上，位于紅光LED元件5的上方。有了遮光涂層，可以防止紅光LED發(fā)出的紅光sr被直接識別為上述的白光LED發(fā)出的點狀紅光。
如上所述，在第一個實施例中構(gòu)建了表面安裝型白光LED20。
通過通孔7，用于白光LED20中的藍(lán)光和紅光LED元件的連接電極2a、2b和3a、3b與電路基底或主板(未示出)上相應(yīng)的布線(未示出)相連接。通過在從藍(lán)光LED元件4的連接電極2a到藍(lán)光LED元件4的連接電極2b的方向上施加正向電壓、在從紅光LED元件5的連接電極3a到紅光LED元件5的連接電極3b的方向上施加正向電壓，白光LED的LED元件同時發(fā)出白光，因而每個長波長藍(lán)光LED元件4和紅光LED元件5流過了必需的電流。作為其中的一個實例，如圖1C所示，長波長藍(lán)光LED元件發(fā)出了峰值波長范圍為470nm至490nm的長波長藍(lán)光sb1，紅光LED元件5發(fā)出了峰值波長范圍為620nm至660nm的紅光sr。在這種情況下，一部分長波長藍(lán)光sb1被吸收進(jìn)分散在樹脂封裝件10中的熒光材料8中，并被激發(fā)發(fā)出黃光sy，其峰值波長大約為560nm。此外，在遮光涂層12存在的情況下，紅光sr不能在紅光LED元件5的上述區(qū)域傳送，而是以與長波長藍(lán)光sb1和黃光sy混合的狀態(tài)來發(fā)出，因而紅光不能被作為上述發(fā)出的點狀的紅光單獨看到。
YAG可以用作熒光材料8。
圖5A是表示發(fā)射光譜SB和紅光sr的發(fā)射光譜SR的視圖，其中發(fā)射光譜SB是熒光材料8中的黃光sy和長波長藍(lán)光sb1的組合的黃-藍(lán)系光的發(fā)射光譜，并且其也是如上述產(chǎn)生的并通過樹脂封裝件10發(fā)射到外部的光的發(fā)射光譜SR。
圖5B表示照明光S的光譜s，其中紅、藍(lán)和黃光分量被綜合并作為整體從白光LED20發(fā)射到外面。如圖5B所示的，在綠光范圍中在500nm附近發(fā)光的分量下降的光譜與具有如圖9中所示的S3光譜的白光LED的光譜S相比要小，并且綠光范圍中白光LED的彩色再現(xiàn)特性可以改善，其中光譜S3是具有紅光補償效果的傳統(tǒng)的彩色熒光材料混合型LED的綜合照明光的光譜。
因此，第一個實施例中的白光LED20適合于用作照亮彩色顯示器的白色系照明，彩色顯示器諸如彩色LCD等等。
圖6是色度圖，表示依照第一個實施例的白光LED20發(fā)射的色度與如圖10所示的具有傳統(tǒng)紅光補償效果的彩色熒光材料混合型LED發(fā)射的色度的對比。這里，假定紅光LED元件5發(fā)射或發(fā)光(650nm)的色度點是cr，熒光材料8發(fā)射(560nm)的色度點是cy，長波長藍(lán)光LED元件5發(fā)射的(典型一個470nm至490nm)色度點是b1，以及傳統(tǒng)的藍(lán)光LED元件發(fā)射的(典型一個450nm至470nm)的色度點是cb，并且考慮到這些色度點中的每個色度點都位于色度圖中表示單個光的曲線ST附近，接下來對此進(jìn)行描述。
現(xiàn)在，如果只激發(fā)傳統(tǒng)的藍(lán)光LED元件而不激發(fā)紅光LED元件(659nm)，那么該LED的全部色度點沿直線L移動，直線L根據(jù)藍(lán)光LED元件發(fā)射的發(fā)光強度和熒光材料發(fā)射的發(fā)光強度的比例結(jié)合了藍(lán)光LED的色度點cb和熒光材料的色度點cy。該直線L經(jīng)過白光色度點c0(x＝0.33，y＝0.33)附近的位置。原來這是因為其目的是通過結(jié)合藍(lán)光LED元件的發(fā)射和熒光材料的發(fā)射來獲取熒光材料的白光。因此，除此外，當(dāng)紅光LED元件發(fā)射紅光時，即使合成光的色度是為了形成白光，如附圖10中的現(xiàn)有技術(shù)所述，其也會轉(zhuǎn)移到白光的右側(cè)以增加色度的x分量，因此合成光的色度必定變成帶紅色的顏色。因而該白光不適于用作接近自然光的照明光。
相反，在第一個實施例中長波長藍(lán)光LED元件5(480nm)用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的藍(lán)光LED，其色度點cb1在x和y方向以偏左和偏上的方向偏離傳統(tǒng)的色度點cb，如圖6所示。結(jié)果，結(jié)合色度點cb1和熒光材料的色度點cy的直線L1向左偏離上述的直線L，并從白光色度點c0的左側(cè)經(jīng)過。從而，通過調(diào)整長波長藍(lán)光LED元件4的發(fā)光強度和熒光材料8的發(fā)光強度的比例，而不用使紅光LED元件5發(fā)光，來調(diào)整白光色度點c0，使之變成光色度點c0左側(cè)的點，例如點c1。該調(diào)整可以通過改變所包含的熒光材料的量或改變長波長藍(lán)光LED元件5的發(fā)光強度來得到。
在該狀態(tài)下中，如果紅光LED元件5被激發(fā)，合成光的色度就接近白光色度點c0，如圖6中箭頭F1所示。這樣，依照第一個實施例，即使紅光LED元件5被強烈激發(fā)到某種程度，由于合成光的全部色度可以被維持在一個接近白色的狀態(tài)，所以當(dāng)使用接近自然光的照明光代替熒光燈時，可以防止照明光帶有紅色。
此外，在第一個實施例中，由于連接電極2a、2b和3a、3b，它們是長波長藍(lán)光LED元件4和紅光LED元件5的獨立連接端子，并且它們使所需的電流單獨流過了作為端子的獨立通孔7的電極，使得長波長藍(lán)光和紅光的發(fā)光強度可以分別調(diào)節(jié)，彩色再現(xiàn)特性(特別是綠光范圍)被改善，紅光范圍的重復(fù)性在任何情況下被改善，并且可以簡化用于減少紅光作為白色照明光的調(diào)節(jié)。而且，通過將通孔形成電極端子，即使多個LED元件的端子以這種方式獨立設(shè)置，也可以形成適合于表面安裝的緊湊的白光LED。同時，如果必要的話，可將與每個LED元件相對應(yīng)的連接電極的陰極邊(未示出)形成為公共的連接電極。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的LED中，由于現(xiàn)有技術(shù)中的具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型LED的藍(lán)光LED元件(專利文獻(xiàn)3)從結(jié)構(gòu)上可由長波長藍(lán)光LED元件代替，根據(jù)本發(fā)明的LED具有與現(xiàn)有技術(shù)相同的有利效果，特別是不會使傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
接下來將描述根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的白光LED。
附圖2A和2B表示根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的白光LED30的整體結(jié)構(gòu)。在圖2B中，27指的是白光發(fā)光體，其中設(shè)置在襯底21上的紅光LED元件5、第一長波長藍(lán)光LED元件14a和第二長波長藍(lán)光LED元件14b由樹脂封裝件19和反射框31封裝，樹脂封裝件19包含有熒光材料。如圖2A所示，白光LED元件30具有將反射框32連接到白光發(fā)光體31的襯底21的結(jié)構(gòu)。
如圖2B和3A所示，襯底21的相對側(cè)表面形成有6個通孔，第一藍(lán)光連接電極23a和23b、第二藍(lán)光連接電極24a和24b以及紅光連接電極25a和25b形成在襯底21的上表面上，并且延伸至相應(yīng)通孔的內(nèi)表面。與圖1D所示的以及解釋相似，該第一長波長藍(lán)光LED元件14a固定到襯底21上，并通過導(dǎo)線分別與第一藍(lán)光連接電極23a和23b相連接。與其相似，第二長波長藍(lán)光LED元件14b也固定到襯底21上，并通過導(dǎo)線分別與第一藍(lán)光連接電極24a和24b相連接。與圖1D所示的以及解釋相似，紅光LED元件5可導(dǎo)電地固定到紅光連接電極25b上，并通過導(dǎo)線與紅光連接電極25a相連接。
這樣，紅光LED元件5、第一長波長藍(lán)光LED元件14a和第二長波長藍(lán)光LED元件14b設(shè)置在襯底21上，并與所需的端子相連接，它們由包含有YAG熒光材料(未示出)的樹脂封裝件19所封裝。樹脂封裝件19被模制成通常為圓盤形。這樣，形成了白光發(fā)光體27。反射框31具有包括錐形凹部32的形狀，當(dāng)反射框31安裝在襯底21上時，該凹部32是貫通的以露出襯底21的中心部，反射框31具有大致為六面體的形狀，并且由樹脂等材料形成，如圖2B所示。通過電鍍或汽相淀積等使反射涂層32c設(shè)置在凹部32的表面上以形成反射表面，如圖3B所示。在貫通的凹部32環(huán)繞樹脂封裝件19的位置將反射框31安裝在襯底21上，并且通過粘結(jié)劑、熱壓法或超聲波焊接將其固定在襯底21上。圖3B表示襯底21和反射框31被固定的狀態(tài)。
在如圖2A至3B所示的第二個實施例中，第一長波長藍(lán)光LED元件14a和第二長波長藍(lán)光LED元件14b一起具有470nm至490nm范圍的發(fā)射波長。如果發(fā)射波長在上述范圍，就不需要紅光發(fā)射波長一致。第二個實施例的基本原理與圖1A至1D所示的第一個實施例的基本原理基本相同，因此省略了對相同原理的描述。
在第二個實施例中，每一個紅光LED元件5使用兩個長波長藍(lán)光LED元件14a和14b的原因是，需要使紅光LED元件的發(fā)光強度增加至某一程度以增加紅光范圍的重復(fù)性，但是與使用傳統(tǒng)的藍(lán)光LED元件的白光照明中的發(fā)光強度相比，長波長藍(lán)光LED元件需要增加偏移純藍(lán)光的一定量，以發(fā)射接近自然光的光，其是不帶有紅色的白光。而且，通過這種方式使用兩個長波長藍(lán)光LED元件，能夠增加白光LED的照明亮度，而不用降低紅光LED元件的發(fā)光強度來維持這種白色。此外，在第二個實施例中，通過使用反射框31，其反射了從作為白光LED30的主體的白光發(fā)光體27射出的光，并且有效地照射了被照明物體，使得照明光的基本亮度增加。
此外，作為次級效果，在生成的具有480nm發(fā)射波長的長波長藍(lán)光LED元件中，如果發(fā)射波長不均勻，也可能將綠光范圍中的彩色再現(xiàn)特性校正為預(yù)期的值，這是通過將具有小于480nm的發(fā)射波長的元件與具有大于480nm的發(fā)射波長的元件組合為長波長藍(lán)光LED14a和14b、并且充分調(diào)整發(fā)光強度來實現(xiàn)的。
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的白光LED。
圖4A至4C表示根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的白光LED40的結(jié)構(gòu)。
在圖4A至4C中，41是襯底，45是紅光LED元件，44a、44b、44c和44d是長波長藍(lán)光LED元件。紅光LED元件45的發(fā)光強度大致為650nm，長波長藍(lán)光LED元件44a、44b、44c和44d的發(fā)光強度為470nm至490nm的范圍。55a和55b是紅光連接電極，54a1和54a2是與長波長藍(lán)光LED元件44a相對應(yīng)的一對連接電極，54b1和54b2是與長波長藍(lán)光LED元件44b相對應(yīng)的一對連接電極，54c1和54c2是與長波長藍(lán)光LED元件44c相對應(yīng)的一對連接電極，54d1和54d2是與長波長藍(lán)光LED元件44d相對應(yīng)的一對連接電極。
如圖4A和4B所示，紅光LED元件45固定在襯底41中心部的一個紅光連接電極55b上，并且與其電連接，該紅光LED元件通過導(dǎo)線與另一紅光連接電極55a相連接。長波長藍(lán)光LED元件44a、44b、44c和44d在如圖4A和4B所示的環(huán)繞紅光LED元件45的位置固定在襯底41上，長波長藍(lán)光LED元件44a通過導(dǎo)線分別與連接電極54a1和54a2相連接。長波長藍(lán)光LED元件44b通過導(dǎo)線分別與連接電極54b1和54b2相連接。長波長藍(lán)光LED元件44c通過導(dǎo)線分別與連接電極54c1和54c2相連接。長波長藍(lán)光LED元件44d通過導(dǎo)線分別與連接電極54d1和54d2相連接。
這樣，紅光LED元件45的上表面和長波長藍(lán)光LED元件44a、44b、44c和44d如下所示被封裝。
也就是說，至少紅光LED元件45被由含有擴散劑的環(huán)氧樹脂制成的半透明樹脂52封裝一次，封裝紅光LED元件45的半透明樹脂52的上表面和長波長藍(lán)光LED元件44a、44b、44c和44d由含有熒光材料8的樹脂封裝件50封裝，如圖4B和4C所示，51是固定在襯底41上的周邊部分的樹脂框，其保持了樹脂密封件50的形狀。與圖1A至1D所示的第一個實施例相似，紅光sr由紅光LED元件發(fā)出，如圖4B所示，而該光由未示出的擴散劑在半透明樹脂52中發(fā)散，然后在樹脂密封件50內(nèi)的任一方向分散開。與圖1A至1D所示相似，長波長藍(lán)光LED元件44a和44b等發(fā)射長波長藍(lán)光sb1，如圖4C所示，部分該光sb1在熒光材料8中被吸收，并轉(zhuǎn)換成黃光sy。
這樣，紅光sr、長波長藍(lán)光sb1以及黃光sy在樹脂密封件50中被充分混合，以形成彩色混合物，由此，避免紅光被識別成點狀的狀態(tài)。如上所述的根據(jù)第三個實施例的白光LED與根據(jù)圖1所示的第一個實施例的白光LED20在操作原理和效果方面基本上相同，但是，另外通過給每個紅光LED元件設(shè)置四個長波長藍(lán)光LED元件，由長波長藍(lán)光LED元件數(shù)量的增加，使色彩再現(xiàn)特性進(jìn)一步增加，增加了發(fā)光色度的自由度，并且提高了沒有紅色的白光的發(fā)光強度。
本發(fā)明的白光LED涉及具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED，但是它確保了紅光范圍內(nèi)的重復(fù)性，并且能充分保證在綠光范圍內(nèi)的500nm波長附近的發(fā)光組分，這是由于使用了470nm至490nm范圍的長波長藍(lán)光LED元件代替了450nm至470nm范圍內(nèi)傳統(tǒng)藍(lán)光LED元件作為第一LED元件。因此，較之專利文獻(xiàn)3所示的傳統(tǒng)的具有紅光補償系統(tǒng)的彩色熒光材料混合型白光LED，本發(fā)明的白光LED使提高綠光范圍內(nèi)的色彩再現(xiàn)特性成為可能，并且能夠以充分的色彩再現(xiàn)特性應(yīng)用于全色顯示器的背光中所使用的白光點光源。此外，由于長波長藍(lán)光LED元件可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的藍(lán)光LED元件，因此該LED的結(jié)構(gòu)較之傳統(tǒng)的白光LED就可以得到簡化，不再復(fù)雜了。
由于能夠分別控制作為第一LED元件的長波長藍(lán)光LED元件和作為第二LED元件的紅光LED元件的驅(qū)動電流，因此可以任何情況下調(diào)整長波長藍(lán)光的發(fā)光強度和紅光的發(fā)光強度的百分?jǐn)?shù)，如果需要在移動圖片或靜止圖片的攝影等中的紅光范圍的重復(fù)性，就增加紅光的發(fā)光強度的百分比，如果需要接近于自然光的照明光來代替熒光燈，就增加長波長藍(lán)光LED元件的發(fā)光強度，使得紅光是不可見的，以增加藍(lán)光范圍的發(fā)光的百分?jǐn)?shù)以及由藍(lán)光范圍的發(fā)光激發(fā)的熒光材料的發(fā)光的百分?jǐn)?shù)。
此外，通過使根據(jù)本發(fā)明的具有紅光補償效果的彩色熒光材料混合型白光LED制成致密尺寸從而形成表面安裝型LED和/或通過使用反射裝置，避免了照明光的散射，并且能夠有效地使照明光匯聚到被照明物體上。
此外，可以使本發(fā)明使用的LED元件發(fā)出理想波長的光，并且可以對其質(zhì)量或成本作出選擇。
另外，白光LED可以被構(gòu)建成體積小，并且即使相對于多個LED元件設(shè)置獨立的端子，通過使用通孔端子，白光LED仍適于表面安裝型。
另外，由于一部分上述紅光LED元件涂覆有遮光涂層，并且在混合后的白光向外發(fā)出之前，紅光和其它顏色的光的色彩混合已經(jīng)充分進(jìn)行，因此避免點狀的紅光被識別。
雖然已經(jīng)對優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例，還可以對這些實施例的進(jìn)行多種改變和變形。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)射照明光的白光LED，包括第一LED元件和第二LED元件，它們具有彼此不同的發(fā)射波長；以及包括可被激發(fā)以發(fā)射黃光的熒光材料的封裝件，該封裝件封裝至少第一LED元件，第一LED元件是用于發(fā)射長波長藍(lán)光的至少一個長波長藍(lán)光LED元件，第二LED元件是用于發(fā)射紅光的紅光LED元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中作為第一LED元件的至少一個藍(lán)光LED的峰值波長的范圍為470nm至490nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中每個第一和第二LED元件分別與相應(yīng)的端子電連接，并且在通電過程中分別對第一和第二LED元件的通電進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的白光LED，其中第一LED元件包括多個藍(lán)光LED元件，每個藍(lán)光LED元件具有長波長，并且第二LED元件包括一個紅光LED元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的白光LED，其中多個藍(lán)光LED中的每一個藍(lán)光LED分別與相應(yīng)的端子電連接，并且獨立地對其通電進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中第一和第二LED元件安裝在共用板上，并由封裝件封裝，其中共用板上設(shè)有與第一和第二LED元件分別相對應(yīng)的導(dǎo)電裝置，封裝件包括有可被激發(fā)以發(fā)射黃光的熒光材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的白光LED，其中具有反射表面的反射件連接在共用板上的封裝件的外圍，反射表面形成凹部，共用板上設(shè)有第一和第二LED元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中作為第二LED元件的紅光LED元件的峰值波長的范圍為620nm至660nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中長波長藍(lán)光LED元件為GaN系。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中紅光LED元件包括GaAlAs或GaAlInP。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中熒光材料為YAG。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的白光LED，其中相應(yīng)端子中的至少一個端子是與通孔電導(dǎo)通的通孔電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中部分紅光LED元件的上方涂覆有遮光涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的白光LED，其中至少紅光LED元件被半透明的樹脂封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及白光發(fā)光二極管。一種用于完全向外部發(fā)射照明光的白光LED(20)，它包括彼此具有不同的發(fā)射波長的第一LED元件(4)和第二LED元件(5)，以及用于封裝至少第一LED元件的封裝件(10)，其中封裝件(10)包括可被激發(fā)以發(fā)射黃光(sy)的熒光材料(8)，第一LED元件(4)是用于發(fā)射長波長藍(lán)光(sb1)的長波長藍(lán)光LED元件，其峰值波長范圍為470nm至490nm，第二LED元件是用于發(fā)射紅光(sr)的紅光LED元件。
文檔編號G03B27/72GK1610137SQ20041008419
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者深澤孝一, 大石和 申請人:西鐵城電子股份有限公司