CN110131596B - 发光装置及照明模组 - Google Patents

Abstract

本发明的发光装置包含第一胶层、第二胶层、波长筛选层、发光晶片。第一胶层具有出光面且填充有第一波长转换材料。波长筛选层设置于第一胶层相反于出光面的一面，而第二胶层设置于波长筛选层相反于第一胶层的一面。第二胶层填充有第二波长转换材料；其中第一波长转换材料的放光波段与第二波长转换材料的吸收波段部分重叠并具有一重叠区域。发光晶片设置于第二胶层相反于波长筛选层的一侧，且第二胶层覆盖发光晶片。

Description

发光装置及照明模组

技术领域

本发明关于一种发光装置及照明模组；具体而言，本发明是关于具有发光材料分层设计的发光装置及照明模组。

背景技术

发光二极管搭配受光激发材料(如荧光粉)提供背光的方式为现有显示装置主要采用的作法。为提高演色性，通常会以发光二极管搭配混合分布的多个不同受光激发材料。一般而言，不同的受光激发材料分别经由发光二极管的光线激发产生不同颜色的光线。然而，某些受光激发材料可能具有较大的吸收波长区段，因而除了可以藉由发光二极管的光线发光，也可能藉由其他来源产生的光线发光，例如不同受光激发材料受激发而产生的光线。例如，对于混和分布有红色量子点和绿色量子点的发光二极管，红色量子点会吸收蓝光而放出红光，也会吸收绿色量子点产生的绿光而放出红光。如此一来，有些色光的强度将会变得比预期少，造成整体出光效率不佳。此外，经由不同受光激发材料彼此间转换而发光的方式(如上述例子中红色量子点吸收绿色量子点产生的绿光而放出红光)，相较于直接吸收光源光线而发光的方式(例如红色量子点吸收蓝光而放出红光)会形成更多的热能，这些热能将会缩短受光激发材料的使用寿命。因此现有的显示装置仍有待改进。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种具有延长使用寿命设计的发光装置及照明模组。

本发明的一目的在于提供一种发光装置及照明模组，可提高发光效率。

发光装置包含第一胶层、第二胶层、波长筛选层、发光晶片。第一胶层具有出光面且填充有第一波长转换材料。波长筛选层设置于第一胶层相反于出光面的一面，而第二胶层设置于波长筛选层相反于第一胶层的一面。第二胶层填充有第二波长转换材料；其中第一波长转换材料的放光波段与第二波长转换材料的吸收波段部分重叠并具有一重叠区域。发光晶片设置于第二胶层相反于波长筛选层的一侧，且第二胶层覆盖发光晶片。发光晶片产生光线穿透波长筛选层抵达第一胶层，并激发第一波长转换材料产生激发光线，激发光线中具有重叠区域内波长的部分被波长筛选层至少部分反射。

照明模组包含光学膜片与光源。光学膜片包含第一胶层、波长筛选层、第二胶层。第一胶层具有出光面且填充有第一波长转换材料。波长筛选层设置于第一胶层相反于出光面的一面，而第二胶层设置于波长筛选层相反于第一胶层的一面。第二胶层填充有第二波长转换材料；其中第一波长转换材料的放光波段与第二波长转换材料的吸收波段部分重叠并具有一重叠区域。光源设置于第二胶层相反于波长筛选层的一侧。光源产生光线穿透波长筛选层抵达第一胶层，并激发第一波长转换材料产生激发光线，激发光线中具有重叠区域内波长的部分被波长筛选层至少部分反射。藉由波长筛选层可避免不同波长转换材料彼此间转换发光的方式，除了可以减少发光过程产生的热能，并且可延长波长转换材料的使用寿命。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明发光装置的一实施例示意图。

图2为不同波长转换材料的放光/吸收频谱示意图。

图3为发光装置产生不同色光的一实施例示意图。

图4为波长筛选层反射频谱与发光装置发光强度的示意图。

图5为波长筛选层反射频谱与发光装置发光强度的另一实施例示意图。

图6为采用量子点的发光装置的发光强度示意图。

图7为采用荧光粉的发光装置的发光强度示意图。

图8为本发明照明模组的一实施例示意图。

其中，附图标记

1 发光装置

2 照明模组

20 光学膜片

30 光源

100 第一胶层

110 出光面

120 第一波长转换材料

130 表面

200 第二胶层

220 第二波长转换材料

300 波长筛选层

400 发光晶片

C1，C12 第一色光

C2 第二色光

C3 第三色光

D1 出光方向

M1 重叠区域

N1，N2，N3，N4 反射范围

P1，P2，P3 峰值

Q 局部最小值

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“色光”可以被称为第二元件、部件、区域、层或色光而不脱离本文的教导。

本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

图1为本发明发光装置1的一实施例示意图。如图1所示，发光装置1包含第一胶层100、第二胶层200、波长筛选层300、发光晶片400。第一胶层100具有出光面110，其内部填充有第一波长转换材料120。波长筛选层300设置于第一胶层100相反于出光面110的一面(即表面130)。第二胶层200设置于波长筛选层300相反于第一胶层100的一面，其内部填充有第二波长转换材料220。发光晶片400设置于第二胶层200相反于波长筛选层300的一侧，且第二胶层200覆盖发光晶片400。

当第一波长转换材料120和第二波长转换材料220受到来自发光晶片400的光线激发后，可转换为不同色光。所述波长筛选层300较佳是由具有不同折射率的多个介质所叠合或其他形式组成的复合光学膜，可允许某些波段的光线穿透，并且将另一特定波段的光线反射。在图1的例子中，发光晶片400的光线和第二波长转换材料220激发产生的光线大部分或全部可穿透波长筛选层300，而第一波长转换材料120激发产生的光线大部分或全部实质被波长筛选层300反射。

发光晶片400产生的光线穿透波长筛选层300抵达第一胶层100，激发第一波长转换材料120产生激发光线。一般而言，第一波长转换材料120的放光波段与第二波长转换材料220的吸收波段至少部分有重叠。具体而言，请参考图2。图2为不同波长转换材料的放光/吸收频谱示意图。在图2中，曲线L1(虚线)为第一波长转换材料120(见图1)的放光频谱，曲线L2(实线)为第二波长转换材料220的吸收频谱。

如图2所示，第一波长转换材料120的放光波段与第二波长转换材料220的吸收波段有重叠，且两波段具有重叠区域M1。换言之，第二波长转换材料220除了可以藉由发光晶片400的光线发光，也可藉由第一波长转换材料120产生的光线发光。为减少后者的情况发生，发光装置1将第一波长转换材料120受激发产生的光线中具有重叠区域M1内波长的部分，被波长筛选层300至少部分反射。换言之，波长筛选层300被设计为可将第一波长转换材料120产生的光线其波段落于重叠区域M1内的大部分或全部光线反射。以图2的例子来说，第二波长转换材料220的吸收频谱涵盖第一波长转换材料120的放光频谱的全部范围，故波长筛选层300较佳被设计为将第一波长转换材料120产生的光线全部反射。藉此设计，可减少第一波长转换材料120产生的光线被第二波长转换材料220吸收而转为不同色光的机会，以提升整体出光效率。

图3绘示对应图1的发光装置1于产生不同色光的实施例示意图。如图1和图3所示，第一胶层100与第二胶层200设置于波长筛选层300的相对两面上，且第二胶层200较第一胶层100更接近发光晶片400。如前所述，波长筛选层300可允许发光晶片400的光线以及第二波长转换材料220激发产生的光线穿透，并且实质反射第一波长转换材料120激发产生的光线。

请参考图3，发光晶片400发出光线，当第一波长转换材料120和第二波长转换材料220受到来自发光晶片400的光线激发后，可分别转换为不同色光。在图3的例子中，发光晶片400的光线一部分维持原来的颜色，另一部分经由波长转换材料转为不同颜色。详言之，来自发光晶片400的部分光线藉由第一波长转换材料120和第二波长转换材料220分别转换为色光(C1，C12)及色光C2，来自发光晶片400的另一部分光线为发光晶片400所产生的色光C3。如图3所示，色光C3穿透波长筛选层300及第一胶层100后直接自出光面出射，色光C1经第一波长转换材料120产生后自出光面出射，色光C2经第二波长转换材料220产生后通过波长筛选层300并自出光面出射，而色光C12被波长筛选层300反射后出射。

前述色光(C1，C12)和色光C2为不同波长的色光。于一实施例，第一波长转换材料120产生的色光(C1，C12)的波长小于第二波长转换材料220产生的色光C2的波长。举例而言，发光晶片400为蓝光发光二极管，且波长筛选层300允许蓝光穿透。第一胶层100与第二胶层200为量子点膜层，其内部填充的第一波长转换材料120和第二波长转换材料220为量子点，可分别产生绿光和红光。以图3为例，色光(C1，C12)为绿光，色光C2为红光。波长筛选层300例如为多层膜结构或胆固醇型液晶材料的分散式布拉格反射器(distributed Braggreflector，DBR)，可将绿光反射。换言之，波长筛选层300具有关于波长的反射范围，波长落于反射范围内的光线会被波长筛选层300反射。在前述例子中，波长筛选层300的反射范围包含绿光的波段。

如图3所示，对于转换后的色光(C1，C12)，其中色光C1朝出光方向D1前进并直接出射，而色光C12原本朝相反于出光方向D1前进，藉由波长筛选层300将色光C12反射后沿出光方向D1出射。上述朝出光方向前进较佳是指光线可自波长筛选层300的出光侧离开波长筛选层300的方向，而不以垂直于波长筛选层300表面的方向为限。藉此设计可提高发光效率。换言之，藉由波长筛选层300将不同胶层中的第一波长转换材料120和第二波长转换材料220分隔的设计，将具有较大的光吸收波段的第二波长转换材料220设置接近发光晶片400的一侧，并与第一波长转换材料120以波长筛选层300隔开，亦即限制第二波长转换材料220仅能藉由发光晶片400的光线激发转换为不同色光。另一方面，第一波长转换材料120所在的第一胶层100则位于相较第二胶层200远离发光晶片400的一侧。藉此第一波长转换材料120受激发转换的色光可直接自出光面110出射，或是被波长筛选层300反射而避免被第二波长转换材料220所吸收，因而提高发光效率。

此外，由于利用波长筛选层300分隔不同胶层的设计可避免不同波长转换材料彼此间转换发光的方式(第二波长转换材料220受第一波长转换材料120发出的色光激发产生光线)，因此激发转换发光过程产生的热能可以减少，并且可延长波长转换材料的使用寿命。

从波长转换材料掺入的量来看，由于采用本发明的设计可避免不同波长转换材料彼此间转换发光的情形产生，因此不需藉由掺入更多的波长转换材料来补足因前述情形所造成发光效率的损失。换言之，采用本发明的发光装置可节省波长转换材料掺入的量，以降低制造成本。另外，掺入更多的波长转换材料的作法可能造成胶层中波长转换材料群聚的情形，这将使得发光装置的各色光混光后的光线有产生光谱偏移的可能。采用本发明的发光装置可避免波长转换材料群聚所衍生的问题。

图4为波长筛选层反射频谱与发光装置发光强度的示意图。在图4中，曲线L3为发光装置放光频谱，曲线L4为波长筛选层反射频谱。如曲线L3所示，发光装置具有第一胶层和第二胶层中波长转换材料受激产生的色光，分别为绿光及红光，以及来自发光晶片的蓝光，各具有峰值P1、P2、P3。绿光的峰值P1对应的波长值小于红光的峰值P2对应的波长值。另外，绿光为转换后的色光中，色光峰值对应较短波长的色光。

以绿光的波段为重叠区域作为例子，如曲线L4所示，波长筛选层对不同波长光线有不同反射率，并具有对应于绿光的波段的反射范围N1。由于绿光的波段落于波长筛选层的反射范围N1内，因此波长筛选层可将绿光反射。换言之，转换后的色光中，色光峰值对应较短波长的色光(即绿光)被波长筛选层反射。

进一步而言，反射范围N1较佳有上下限。在图4的实施例，峰值P1的波长值位于反射范围的上限与下限的波长值之间。峰值P2的波长值大于反射范围的上限的波长值。峰值P3的波长值小于反射范围的下限的波长值。换言之，反射范围N1的上下限较佳可涵盖整个绿光的波段。

前述反射范围N1的下限例如可以波长筛选层反射率曲线上升缘的最低点为准。如图4所示，曲线L4在波长450nm及500nm之间从平均较低的反射率沿上升缘爬升至平均较高的反射率，反射范围N1以上升缘的最低点所对应的波长值作为其下限值(约475nm)。类似地，反射范围N1的上限例如以波长筛选层反射率曲线下降缘的最低点为准。如图4所示，曲线L4在波长600nm附近从平均较高的反射率沿下降缘跌落至平均较低的反射率，反射范围N1以下降缘的最低点所对应的波长值作为其上限值(约600nm)。

于另一实施例，反射范围的上下限亦可根据转换后的色光中具有较短波长的色光的峰值(即P1)所对应的波长值来界定。以图5为例，曲线L5为发光装置放光频谱，曲线L6为波长筛选层反射频谱。转换后的色光中，色光峰值对应较短波长的色光为绿光，反射范围N2的下限的波长值不大于绿光峰值P1的10％于短波长一侧所对应的波长值，反射范围N2的上限的波长值不小于绿光峰值P1的10％于长波长一侧所对应的波长值。换言之，波长筛选层将转换后的色光的波长值中，介于绿光峰值P1左右10％之间所对应波长值的光线反射。

需补充的是，前述反射范围N2的下限对应于转换后较短波段的色光强度随波长值递减而递减的一侧，亦即，位于峰值P1朝短波长的一侧。反射范围N2的上限对应于转换后较短波段的色光强度随波长值递增而递减的一侧，亦即，位于峰值P1朝长波长的一侧。

图6为采用量子点的发光装置的发光强度示意图。在图6中，曲线L7为采用量子点作为第一波长转换材料和第二波长转换材料的实施例发光装置的放光频谱，曲线L8为实施例波长筛选层反射频谱。如曲线L7所示，发光装置具有第一胶层和第二胶层转换后的色光(包含绿光及红光)，以及来自发光晶片的蓝光，各具有峰值P1(绿光)、P2(红光)、P3(蓝光)。

以绿光的波段为重叠区域为例，如曲线L8所示，波长筛选层对不同波长光线有不同反射率，并具有对应于绿光的波段的反射范围N3。如图6所示，对于采用量子点的发光装置，波长筛选层的反射范围N3较佳可小于100nm。换言之，反射范围的大小可根据所欲采用的波长转换材料的种类而调整。

另一方面，波长筛选层的反射波形与光线的入射角度有关。对于第一胶层而言，第一胶层内受激发产生的光线可能朝各种不同方向前进。这些光线中朝波长筛选层入射(即朝相反于出光方向前进)的光线会有不同大小的入射角。对于第一胶层内朝波长筛选层入射具有大角度入射角的入射光，波长筛选层的反射频谱的波形会略往短波长方向偏移(例如波长筛选层对于小角度入射角的光线反射范围介于波长500nm至580nm，对于大角度入射角的光线反射范围介于波长480nm至560nm)。为确保目标色光(在这里为绿光)的波段大部分能落于波长筛选层的反射范围内，反射范围的波长上限较佳靠近转换后的色光中具有较长波长的色光。以图6为例，红光的波段于放光频谱具有接近绿光波段的一局部最小值Q(约575nm)，反射范围N3的上限的波长值不小于局部最小值Q对应的波长值。应理解，不同波长转换材料的放光频谱不尽相同，因此局部最小值Q对应的波长值也会有差异，反射范围的上限值可根据所欲采用的波长转换材料的种类而调整。

图7为采用荧光粉的发光装置的发光强度示意图。在图7中，曲线L9为第一波长转换材料和第二波长转换材料采用可产生绿光的荧光粉及KSF荧光粉的实施例发光装置的放光频谱，曲线L10为实施例波长筛选层反射频谱。如曲线L9所示，发光装置具有第一胶层和第二胶层转换后的色光(包含绿光及红光)，以及来自发光晶片的蓝光，各具有峰值P1(绿光)、P2(红光)、P3(蓝光)。

同样以绿光的波段为重叠区域为例，如曲线L10所示，波长筛选层对不同波长光线有不同反射率，并具有对应于绿光的波段的反射范围N4。如图7所示，对于采用荧光粉的发光装置，波长筛选层的反射范围N4的实施例可实质等于或大于100nm。此外，如前所述，考虑到大角度的入射光的情形，反射范围N4的上限较佳靠近转换后的色光中具有较长波长的色光。如图7所示，红光的波段于放光频谱具有接近绿光波段的一局部最小值Q(约600nm)。对于采用荧光粉而如图7于红光波段形成沿长波长方向分布的多个连峰，局部最小值Q是以多个连峰中，最接近绿光波段的波峰为准。如图7所示，反射范围N4的上限的波长值不小于局部最小值Q对应的波长值。

图8为本发明照明模组2的一实施例示意图。本发明照明模组2可做为一般灯具，或是显示器中的背光模组。如图8所示，照明模组2包含光学膜片20以及光源30。光学膜片20包含第一胶层100、第二胶层200、波长筛选层300。第一胶层100具有出光面110，其内部填充有第一波长转换材料120。波长筛选层300设置于第一胶层100相反于出光面110的一面(即表面130)。第二胶层200设置于波长筛选层300相反于第一胶层100的一面，其内部填充有第二波长转换材料220。在此实施例，第一胶层100与第二胶层200设置于波长筛选层300的相对两面上。光源30设置于第二胶层200相反于波长筛选层300的一侧。光源30提供光线至光学膜片20。与图1的实施例的差异在于，图1的第一胶层100、第二胶层200、波长筛选层300是形成于发光装置的封装体内，而图8的第一胶层100、第二胶层200、波长筛选层300是形成于光源30外部。

当第一波长转换材料120和第二波长转换材料220受到来自光源30的光线激发后，可转换为不同色光。所述波长筛选层300较佳是由具有不同折射率的多个介质所叠合或其他形式组成的复合光学膜，可允许某些波段的光线穿透，并且将另一特定波段的光线反射。在图8的例子中，光源30的光线和第二波长转换材料220激发产生的光线大部分或全部可穿透波长筛选层300，而第一波长转换材料120激发产生的光线大部分或全部实质被波长筛选层300反射。

如前所述，第一波长转换材料120的放光波段与第二波长转换材料220的吸收波段至少部分有重叠，且两波段具有重叠区域。为避免第二波长转换材料220受第一波长转换材料120所产生的光线激发发光的情况发生，波长筛选层300被设计为可将第一波长转换材料120产生的光线其波段落于重叠区域内的光线反射。藉此设计，减少第一波长转换材料120产生的光线被第二波长转换材料220吸收而转为不同色光的机会，以提升整体出光效率。换言之，利用波长筛选层300分隔不同胶层的设计可提高发光效率。此外，由于藉由波长筛选层300可避免不同波长转换材料彼此间转换发光的方式，故发光过程产生的热能可以减少，并且可延长波长转换材料的使用寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种发光装置，其特征在于，包含：

一第一胶层，具有一出光面，该第一胶层填充有一第一波长转换材料；

一波长筛选层，设置于该第一胶层相反于该出光面的一面；

一第二胶层，设置于该波长筛选层相反于该第一胶层的一面，该第二胶层填充有一第二波长转换材料，其中该第一波长转换材料的放光波段与该第二波长转换材料的吸收波段部分重叠并具有一重叠区域；

一发光晶片，设置于该第二胶层相反于该波长筛选层的一侧，且该第二胶层覆盖该发光晶片；其中，该发光晶片产生一光线穿透该波长筛选层抵达该第一胶层，并激发该第一波长转换材料产生一激发光线，该激发光线中具有该重叠区域内波长的部分为该波长筛选层至少部分反射；

其中，该第一波长转换材料产生第一色光，该第二波长转换材料产生第二色光，该第一色光的波长小于该第二色光的波长；

该波长筛选层具有对应于该重叠区域的一反射范围，该第一色光、该第二色光、该发光晶片的光线，于放光频谱各具有一第一峰值、一第二峰值、一第三峰值；该第一峰值的波长值位于该反射范围的上限与下限的波长值之间，该第二峰值的波长值大于该反射范围的上限的波长值，该第三峰值的波长值小于该反射范围的下限的波长值；

该反射范围的上限的波长值不小于该第一峰值的10％对应的波长值；或

该第二色光于放光频谱具有接近该第一色光波段的一局部最小值，该反射范围的上限的波长值不小于该局部最小值的波长值。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一色光为绿光且该第二色光为红光。

3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一波长转换材料和该第二波长转换材料为量子点，该波长筛选层具有关于波长的一反射范围，该反射范围小于100nm。

4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一波长转换材料和该第二波长转换材料为荧光粉，该波长筛选层具有关于波长的一反射范围，该反射范围等于100nm。

5.一种照明模组，其特征在于，包含：

一光学膜片，包含：

一第一胶层，具有一出光面，该第一胶层填充有一第一波长转换材料；

一波长筛选层，设置于该第一胶层相反于该出光面的一面；

一第二胶层，设置于该波长筛选层相反于该第一胶层的一面，该第二胶层填充有一第二波长转换材料，其中该第一波长转换材料的放光波段与该第二波长转换材料的吸收波段部分重叠并具有一重叠区域；

一光源，设置于该第二胶层相反于该波长筛选层的一侧；其中，该光源产生一光线穿透该波长筛选层抵达该第一胶层，并激发该第一波长转换材料产生一激发光线，该激发光线中具有该重叠区域内波长的部分被该波长筛选层至少部分反射；

该第一波长转换材料产生第一色光，该第二波长转换材料产生第二色光，该第一色光的波长小于该第二色光的波长；

该波长筛选层具有对应于该重叠区域的一反射范围，该第一色光、该第二色光、该光源的光线，于放光频谱各具有一第一峰值、一第二峰值、一第三峰值；该第一峰值的波长值位于该反射范围的上限与下限的波长值之间，该第二峰值的波长值大于该反射范围的上限的波长值，该第三峰值的波长值小于该反射范围的下限的波长值；

该反射范围的上限的波长值不小于该第一峰值的10％对应的波长值；或

该第二色光于放光频谱具有接近该第一色光波段的一局部最小值，该反射范围的上限的波长值不小于该局部最小值的波长值。

6.如权利要求5所述的照明模组，其特征在于，该第一色光为绿光且该第二色光为红光。

7.如权利要求5所述的照明模组，其中该第一波长转换材料和该第二波长转换材料为量子点，该波长筛选层具有关于波长的一反射范围，该反射范围小于100nm。

8.如权利要求5所述的照明模组，其中该第一波长转换材料和该第二波长转换材料为荧光粉，该波长筛选层具有关于波长的一反射范围，该反射范围等于100nm。

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