[發明專利]波長轉換系統

有效

• 申請號: 201410347474.3
• 申請日: 2007-07-26
• 公開（公告）號: CN104183688B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王健源;呂志強;謝明勛
• 申請（專利權）人: 晶元光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;H01L25/075
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 翟然

本申請是申請日為2007年7月26日且發明名稱為“波長轉換系統”的中國發明專利申請200710138138.8的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種波長轉換系統，尤其涉及一種可隨激發波長改變而產生相應的波長頻譜以維持發射光于穩定色溫的波長轉換系統。

背景技術

發光二極管(Light-Emitting Diode；LED)因其高能源效率在世界節能潮流下應用日廣，已導入至戶外照明、交通工具、乃至家庭照明的各式裝置中，如：路燈(Street Light)、紅綠燈(Traffic Light)、戶外顯示器(Outdoor Display)、車前燈(Headlamp)、車尾燈(Tail Light)、第三煞車燈(Center High Mounted Stop Lamps；CHMSL)、裝飾燈(Decoration Light)等。

發光二極管芯片(chip)的一種基本結構主要為p-n結(p-n junction)，p型半導體材料中的空穴與n型半導體材料中的電子在偏壓下結合后發出光線。結構中發出光線的區域有時被稱為有源層(Active Layer)或發光層(Light-Emitting Layer)。發光層產生的波長取決于基本結構使用的材料。紅光系可以由采用磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、鋁砷化鎵(AlGaAs)、或磷化鋁鎵銦(AlGaInP)等主材料的結構獲得。綠光系可以由采用磷化鎵(GaP)與硒化鋅鎘(ZnCdSe)等主材料的結構獲得。藍光系可以由采用碳化硅(SiC)與氮化硅(GaN)等主要材料的結構獲得。不同材料通常生長在不同的基板上，如：磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)、與藍寶石(Sapphire)等。

目前市場上常見的發光二極管芯片，除白光外，可以發射涵蓋幾乎所有可視波長范圍(400nm～750nm)內的各色光以及紫外光(Ultraviolet；UV)。有數種用以產生白光的方法，如：混合分別來自于紅藍綠色芯片的紅藍綠三色光、使用紫外光激發熒光粉、使用藍光激發熒光粉、使用半導體波長轉換材料(亦稱為光循環半導體LED(Photo-recycling Semiconductor LED；PRS LED))、及使用染料(Dye)等。其中又以使用藍光芯片激發釔鋁石榴石(Yttrium aluminium garnet；YAG)熒光體以互補色(Complementary Color)產生白光為最普遍的商業方法。例如，使用460nm藍光芯片激發YAG:Ce熒光體產生570nm左右的黃光，通過控制熒光體濃度與厚度調整藍光與黃光的比例，可以產生多種色溫的白光。

熒光體(Phosphor)吸收短波長光以發射長波長光，亦即吸收高能量光線而發射低能量光線。熒光體具有激發頻段(Excitation Band)與發射頻段(Emission Band)，激發頻段的主要波長分布短于發射頻段的主要波長分布，但此二頻段亦可能有部分區域相互重疊。吸收頻段與發射頻段的峰值差稱為史托克位移(Stokes Shift)。落入激發頻段內的任一波長皆可以使熒光體輻射出大致上相同的發射頻譜，然而，熒光體對于不同的吸收波長其激發效率通常并不相同，視熒光體的成分而定。

另一方面，一片晶片(Wafer)上為數眾多的芯片所呈現出的波長分布并不均勻，其跨距可能達10～20nm或更大。因此，若以單一種配方的熒光體搭配所有芯片，不論是直接覆蓋于芯片之上，亦或與芯片一同封裝，成品產出的白光色溫范圍變異明顯，影響應用產品品質表現的一致性。

如圖1A所示，LED光源12發出特定波長的藍光11與13，其中藍光13激發熒光粉14產生黃光15，藍光11與黃光15混合形成白光17。但是，當LED光源12產生的藍光波長改變，但仍落于熒光粉14的激發頻段內將使得黃光15呈現的頻譜維持不變。因此，由于藍光波長的差異，使得混成的白光17波長頻譜亦發生改變。

此外，如圖1B所示的CIE色度圖(Chromaticity Diagram)，460nm藍光與固定條件下激發YAG熒光體產生的571nm黃光混合的白光其色溫位于6000K左右，但若藍光波長上下偏移至470nm或450nm，由于被激發的黃光波長持穩，混合出的白光色溫亦隨藍光波長的變化上下移動至10000K與5000K，此種幅度的變化通常不容許于一般的應用。因此，芯片必須經過分類(Sorting)與篩選(Binning)后方可適用于特定條件或特性的熒光體以產生具有穩定色溫的色光。

發明內容