一种制作纯白光二极管光源的方法 【技术领域】
本发明为一种制作高演色性及高色饱和度白光二极管光源的方法，尤指一种可被紫光(purple)发光二极管发出的光激发后产生纯红光的硒氧化锌萤光粉，搭配紫光(purple)发光二极管及纯绿光晶片(或发光二极管)，产生高演色性及高色饱和度的白光光源的方法。
背景技术
自从1996年日本日亚化学公司发展出蓝光发光二极管激发萤光粉使其产生黄光，再经光色混合，可产生高亮度的白光，至此开启白光LED(Light EmittingDiode，发光二极管)应用的时代。其利用蓝光LED照射一萤光物质以产生与蓝光互补的黄光，再利用透镜原理将黄光、蓝光予以混合，使人眼产生白光的视觉。
白光为多颜色的混合光，可被人眼感觉为白光至少包含二种以上波长的混合光。例如人眼同时受红、蓝、绿光刺激时，或同时受到蓝光与黄光刺激，或同时受到蓝光与红光刺激时均可感受为白光，故依此原理可设计出白光LED光源。
常用的三波长型白光光源在制作时为了提高其演色性，皆使用三种或以上的萤光粉。但是欲同时利用多种萤光粉使其发出萤光，先决条件之一是所选用的激发光恰可被这些萤光粉所吸收，且各萤光体对此波长的光的吸收系数不能相差太多，连同光能转换的量子效率也尽可能接近为佳，如此方可便于调配三原色萤光粉的比例以得到白光，因此造成选用萤光粉材料的困难。
而且每种萤光粉的比重、粒度大小、发光效率都不一致，混合不容易均匀，大量生产的产品其白光的色温、演色性、色度座标都需要分类全检，造成不良成本相当高，报废品比例高。而且双色光萤光粉的系统存在有内部彼此激发干扰的问题，使得发光效率较单一色光萤光粉系统为差。所以直到目前为止，主流白光发光二极管产品并不常见到采用两种以上色光的萤光粉搭配晶片发光的组合。
在单一色光萤光粉系统中，目前主流为利用蓝光晶片搭配黄光(YAG或TAG)萤光粉产生白光。然而，其缺点为色温偏高，使得眼睛看久了会不舒服，且光谱内红光部分太弱造成演色性偏低(70～80)及色彩饱和度差。
由于发光二极管正朝向液晶萤幕背光源以及照明领域发展，根据国际照明委员会(CIE)所订出照明的标准，在室内照明光源的演色性要求为80～90，因此采用蓝光晶片搭配黄光萤光粉的白光LED明显地不适合作为室内照明使用。
另外，在液晶萤幕的背光源应用，要求色彩饱和度要高，针对红光波长660nm、绿光波长525nm、蓝光波长450nm这三原色的光强度的理想比例为1∶1∶1，才能配出各种各样所需表现出的色彩，以提供观赏者更逼真更真实地的色彩画面。然而，蓝光晶片搭配黄光萤光粉的白光LED，其蓝光∶绿光∶红光强度比值约为1∶0.5∶0.2，并不适合作为液晶电视萤幕的背光源使用。
目前的液晶电视萤幕背光源所使用的白光LED，采用三个红、绿、蓝晶片的RGB LED为主流，然而LED的主要成本在于昂贵的晶片，晶片使用的数目越多，成本越高。而且红光晶片的衰减速率比起蓝光晶片和绿光晶片更快，导致温度升高时，红光偏弱，绿光和蓝光偏强，使得萤幕的色彩饱和度变差，画面表现会出现失真的问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于使用一种可被紫光(purple)发光二极管发出的光激发后产生纯红光的硒氧化锌萤光粉，搭配紫光(purple)发光二极管及纯绿光晶片(或发光二极管)，以制作成高演色性及高色饱和度的白光光源。
此发明的特征为利用一种可被紫光(purple)发光二极管发出的光激发产生纯红光的硒氧化锌萤光粉，搭配紫光(purple)发光二极管及纯绿光晶片(或发光二极管)，制作出演色性指数高于90，且红光660nm、绿光525nm、蓝光450nm强度比例接近均衡的高色饱和度白光光源。使用的紫光(purple)发光二极管，可采用位于色度座标(x：0.26，y：0.10)附近区域的发光色。使用的硒氧化锌萤光粉，其原料为高纯度的硒化锌粉，以固态反应法在含有氧(Oxygen)的气氛炉内烧成后急速冷却而制成。使用的LED晶片以半导体材料在晶圆上成长而成。萤光粉地固着方式采用不会与萤光粉起化学作用的常温固化胶，将其与适当量的萤光粉充分混合后硬化而成。当发光二极管通电时，即可获得一高演色性及高色彩饱和度的白光光源。
【附图说明】
图1为本发明所使用的紫光(purple)发光二极管的发光光谱图。
图2为本发明制作完成的高演色性及高色饱和度的白光光源的发光光谱图。
【具体实施方式】
使用高纯度(99.99％)硒化锌(ZnSe)粉末，利用现有的固态反应法合成萤光粉，合成过程说明如下：将硒化锌粉末盛装于白金坩埚内，炉子温度保持在1000～1100℃，将白金坩埚送入炉中，在炉内含有氧(Oxygen)的气氛下烧成，从炉内取出之后进行急速冷却(将白金坩埚放置于铁板上冷却或投入水中冷却)，调整烧成的时间长短可得到最佳的发光效率，做成可被紫光(purple)发光二极管激发产生纯红光的硒氧化锌萤光粉。
此白光光源所使用的紫光(purple)发光二极管，其发光光谱如图1所示。
将纯绿光的表面粘着型发光二极管(SMD LED)放置在紫光(purple)SMDLED的附近位置，配置方式为每颗绿光LED都搭配一颗紫光(purple)LED排成阵列。采用不会与硒氧化锌萤光粉起化学作用的常温固化胶(如聚醋酸乙烯树脂)，将其与适当量的硒氧化锌萤光粉充份混合后，涂布在紫光(purple)SMD LED的表面。将紫光(purple)及绿光LED分成两个电路并联，施以脉冲电流(1/10duty，900Hz)，适当地调整绿光LED电路上所串联的电阻大小，即可获得一高演色性及高色彩饱和度的白光光源。
另一实施方式为将纯绿光及紫光(purple)两个晶片封装在同一颗LED内，并将硒氧化锌萤光粉固着在该LED上。
使用的纯绿光晶片是以半导体材料在晶圆上成长后切割而成。
此发明的特征是利用一种可被紫光(purple)发光二极管所发出的光激发而产生纯红光的硒氧化锌萤光粉，搭配紫光(purple)发光二极管及纯绿光晶片(或发光二极管)，能制作出演色性指数高于90，且红光660nm、绿光525nm、蓝光450nm强度比例接近均衡的高色饱和度白光光源。使用的紫光(purple)发光二极管，可采用位于色度座标(x：0.26，y：0.10)附近区域的发光色。
制作好的白光发光二极管光源，其发光光谱如图2所示。
本发明的白光二极管光源的制作方法，具有如下的特点：
(1)此发明所制作的白光光源，因为使用了纯红光660nm的萤光粉，搭配紫光(purple)发光二极管发光中包含的蓝光450nm，以及发出纯绿光525nm的晶片(或发光二极管)，可轻易地做出三原色均衡发光强度的高色饱和度白光。
(2)此发明所制作的白光光源，由于采用纯红光660nm萤光粉来取代橘红光625nm晶片，可以得到更好的色彩配色效果。
(3)此发明所制作的白光光源，所使用的纯红光荧光粉不会发生像红光晶片那样在升温时发光强度有大幅衰减的问题，因此为稳定性高的纯白光源。
(4)此发明所制作的白光光源，其所使用的硒氧化锌萤光粉，制备流程极为简单而制造成本低，量产的光谱准确性和再现性良好，适合于大量生产均一品质的高演色性及高色饱和度白光光源。
(5)此发明所制作的白光光源，其演色性高于80，符合于CIE的室内照明标准。又此白光光源是由接近纯蓝光、纯红光及纯绿光的三原色混光而成，故色域范围相当广，可符合高品质液晶电视背光源的要求。
以上所述，仅为本发明最佳之一的具体实施例的说明与附图，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求书的范围为准，凡合于本发明申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉本领域的技术人员在本发明内可轻易思及的变化或修饰皆涵盖在本案的专利范围。