CN104795479A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种发光装置，包含至少一个发光二极管单元。发光二极管单元包括一第一载条、一第二载条及至少一个发光二极管晶粒。第一载条与第二载条具有导电性，且彼此间隔并排。发光二极管晶粒具有一透光的基板、一发光体、一第一电极及一第二电极。发光体设置于基板上并可发出光线；第一电极与第二电极设置于发光体上，并位于发光体的相反于基板的另一侧。其中，发光二极管晶粒的第一电极设置于第一载条上，且其第二电极设置于第二载条上，使发光二极管晶粒以其基板朝远离第一载条与第二载条的方向悬空横跨地设置于第一载条与第二载条上，而形成覆晶配置关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光装置，特别是指一种采用发光二极管照明技术的发光装置。
背景技术
目前常见的发光二极管照明技术，通常是将发光二极管晶粒(LEDdie)以封装技术制作为发光二极管封装结构(packaged LED)后，再将发光二极管封装结构装设于特定基板(如散热基板或电路板)上，以进行各式应用。例如中国台湾第M327544号专利所提出的?LED模组之结合装置?，即属于上述的常见技术。然而，此种传统发光二极管技术的缺点在于，该最终完成的发光二极管装置通常会包含封装发光二极管晶粒的封装结构(例如导线架等)以及特定基板(例如电路板等)，不仅体积庞大，也不利于发光二极管晶粒的散热。且由于发光二极管装置的线路配置是通过电路板上的金属导线进行，所述金属导线于电路板上是预先配置为固定型态，用户不便于根据其需求而调整发光二极管封装结构在电路板上的组件配置位置以及电性连接关系(串联、并联等)，因此容易局限其应用上的弹性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种创新式的发光二极管的发光装置。
本发明发光装置，包含至少一个发光二极管单元。该发光二极管单元包括一第一载条、一第二载条及至少一个发光二极管晶粒。该第一载条与该第二载条具有导电性，且彼此间隔并排。该发光二极管晶粒具有一透光的基板、一发光体、一第一电极及一第二电极。该发光体设置于该基板上并可发出光线；该第一电极与该第二电极分别设置于该发光体上，并位于该发光体相反于该基板的另一侧。其中，该发光二极管晶粒的第一电极设置于该第一载条上，且该发光二极管晶粒的第二电极设置于该第二载条上，使该发光二极管晶粒以其基板朝远离该第一载条与该第二载条的方向横跨地设置于该第一载条与该第二载条上。
较佳地，该发光二极管单元还包括至少一个封装体，该封装体具有透光性，并至少包覆该发光二极管晶粒于内。其中，该封装体内含可受光激发而产生特定颜色光线的荧光材料。
在较佳的实施态样中，该发光二极管单元包括多个发光二极管晶粒及多个封装体。所述发光二极管晶粒分别间隔地横跨设置于该第一载条与该第二载条上，且所述封装体分别将所述发光二极管晶粒包覆于内。
较佳地，上述封装体呈圆球型，且两相邻所述封装体的表面之间的间距不小于1.2毫米，且/或两相邻所述封装体的圆心之间的间距不小于3毫米。更佳地，该封装体的直径不小于该发光二极管晶粒的长度的2倍。
在另一实施态样中，本发明的发光装置还包含至少一个具有导电性的连接体，且该发光装置包含多个发光二极管单元。所述发光二极管单元为间隔并排，且两相邻所述发光二极管单元是以其中一发光二极管单元的第一载条连接于该连接体的一端，而另一发光二极管单元的第二载条连接于该连接体的另一端的方式形成电性连接。
较佳地，该发光装置还包含至少一个具有导电性的框架，该框架用于供所述发光二极管单元的该第一载条与该第二载条分别连接其上。
此外，本发明的较佳实施态样如下：该第一载条与该第二载条的厚度分别介于0.15毫米至0.3毫米之间；该第一载条与该第二载条的宽度分别介于0.15毫米至0.5毫米之间；该第一载条与该第二载条之间的间隔距离介于0.1毫米至1毫米之间；该发光二极管晶粒的该基板的厚度不小于0.1毫米。
本发明的有益效果在于：发光二极管单元为发光装置中可独立使用运作的最基本单元，其内部的发光二极管晶粒是以覆晶方式直接悬空横跨地设置于第一载条与第二载条上，结构简单，便于制作与应用，且可避免将发光二极管晶粒的第一电极、第二电极设置于同一基材上所导致的结构应力，并能通过第一载条与第二载条增进散热效果。而通过各发光二极管单元与连接体的配置，用户进行适当的裁切后，即可获得各式串联、并联、串并联型式的发光装置，以作为灯条、灯芯、照明灯具等各式应用，使用方式兼具高便利性与高弹性。
附图说明
图1一俯视示意图，说明本发明发光装置的较佳实施例；
图2是一俯视示意图，说明本发明的一发光二极管单元的实施态样；
图3是图2的发光二极管单元的电路符号示意图；
图4是沿图2的IV-IV方向的侧视示意图；
图5是图2的局部仰视示意图；
图6是一俯视示意图，说明多个发光二极管单元形成并联连接的实施态样；
图7是图6的电路符号示意图；及
图8是一侧视示意图，说明发光装置应用于一灯泡装置的实施态样。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图1、图2，为本发明发光装置1的较佳实施例，图中的X、Y、Z为空间坐标轴，该空间坐标轴的指向在各图之间会对应改变，以定义出发光装置1中的各结构的相对位置关系。本发明发光装置1主要是将发光二极管的晶粒以覆晶的方式直接设置于金属导线架上，金属导线架既为装设发光二极管的基材，也是让发光二极管晶粒形成各式串联、并联、串并联的连接线路。通过此种设置方式，可简化发光装置1的制造过程，且可通过对金属导线架的裁切而简便地获得各种型态的发光装置1，以便于用户于各方面的应用。上述技术内容，将于后续段落详细地进行说明。
参阅图1，为本实施例的发光装置1于制备完成且未裁剪前的态样，其包含至少一个(此处为多个)发光二极管单元2、至少一个连接体3及一框架4。
参阅图2～图5，每个发光二极管单元2各包括一第一载条21、一第二载条22、至少一个发光二极管晶粒23(此处以四个为例，但不以此为限)及至少一个封装体24(此处以四个为例，但不以此为限)。其中，图2为单一个发光二极管单元2的俯视图，其可视为对图1的发光装置1进行裁切后所获得的部分发光装置1；图3为图2的电路符号示意图，其显示出图2的发光二极管单元2的四个发光二极管晶粒23为并联连接；图4为图2的局部侧视示意图，说明每个发光二极管晶粒23以覆晶(flip-chip)方式横跨地设置于第一载条21、第二载条22上的实施态样；图5为图2的局部仰视示意图，以相反于图2的仰视视角方向说明发光二极管晶粒23与第一载条21、第二载条22的连结关系。
具体来说，上述发光二极管单元2的第一载条21、第二载条22均呈长条状且具有导电性，其可采用铝、铜、铁、镍、银、金、钯等金属或其合金材料制成，两者为间隔并排设置，可供发光二极管晶粒23设置其上，并将外部电路(未图标)供应的直流电力传输至发光二极管晶粒23。此处，第一载条21是电连接于负电压，而第二载条22则是电连接正电压，但其电源供应关系可视发光二极管晶粒23的设置方式而定，不以此为限。
进一步来说，在本实施例中，由于第一载条21、第二载条22是供发光二极管晶粒23承载于上的基材与线路，且于实际应用时为发光二极管单元2与外部电路链接的接口，因此其需要具备足够的结构强度。所以，本实施例将第一载条21、第二载条22的厚度T1范围设计为介于0.15毫米至0.3毫米之间，而其宽度W1的较佳范围分别介于0.15毫米至0.5毫米之间，如此即可满足结构强度的需求。此外，由于第一载条21、第二载条22的间隔距离S1须配合发光二极管晶粒23的电极之间的间距，因此本实施例将该间隔距离S1的较佳实施范围设定为介于0.1毫米至1毫米之间。但要特别说明的是，第一载条21、第二载条22的具体尺寸规格(厚度T1、宽度W1)以及两者之间的间距距离S1当可视实际需要而对应调整，不以此处公开的范围为限。
另一方面，本实施例发光二极管单元2的发光二极管晶粒23的设计适合进行覆晶接合，其具有一可透光的基板231、一以半导体发光材料制成的发光体232、一第一电极233及一第二电极234。
基板231为发光二极管晶粒23的磊晶基材(epitaxialsubstrate)，例如可以是蓝宝石玻璃基板(sapphire substrate)，但不以此为限。一般来说，过去发光二极管晶粒的基材为了后续进行晶粒的激光切割(laser cutting)制程及散热需要，通常会将基板依照发光二极管晶粒的尺寸而适当减薄其厚度。例如，一片直径约50毫米的圆形蓝宝石玻璃基板，其厚度通常是0.43毫米。若将该基板上的各个发光二极管晶粒的尺寸设计为边长大于1毫米，则基板的厚度会减薄至0.15毫米左右；而当发光二极管晶粒的边长小于1毫米，则基板的厚度会进一步减薄至0.12毫米以下。但上述对基板的减薄处理，会影响整体的结构强度。
而在本实施例中，发光二极管晶粒23是作为覆晶晶粒使用，且发光二极管晶粒23是悬空横跨于第一载条21、第二载条22上，因此需将基板231的厚度T2配合发光二极管晶粒23的尺寸L，设计为较厚的厚度T2，以提供较佳的结构强度。例如，针对一个功耗0.5瓦特(W)且尺寸为0.5毫米×1毫米的长方形发光二极管晶粒23，基板231的较佳厚度T2范围介于0.15毫米至0.43毫米之间；针对一个功耗0.2瓦特(W)且尺寸为0.4毫米×0.8毫米的发光二极管晶粒23，基板231的较佳厚度T2范围介于0.12毫米至0.35毫米之间；又或者是针对一个功耗0.05瓦特(W)且尺寸为0.15毫米×0.3毫米的发光二极管晶粒23，基板231的较佳厚度T2范围介于0.1毫米至0.13毫米之间。因此，根据不同尺寸的发光二极管晶粒23，基板231都有其较佳的对应厚度，较佳地，该基板231的厚度不小于0.1毫米。但要说明的是，上述实施范围仅为本实施例的说明参考，不应以此限制本发明关于基板231的具体实施态样。
关于发光体232部分，发光二极管晶粒23的发光体232以磊晶技术制作于基板231上，并可发出光线，由基板231开始依序形成具有一第一半导体层235、一主发光层236及一第二半导体层237的堆叠结构。其中，第一半导体层235通常是负型(N型)半导体材料，第二半导体层237通常是正型(P型)半导体材料，主发光层236则为多层正型、负型半导体材料形成的多重量子阱(multi quantum well)结构，其为发光二极管晶粒23最主要的发光区域。
关于第一电极233、第二电极234部分，发光二极管晶粒23的第一电极233、第二电极234以各式金属或合金材质制成，其分别设置于发光体232上，且位于发光体232的相反于基板231的另一侧，也就是说本实施例的发光二极管晶粒23属于水平式发光二极管晶粒(lateral LED die)的设计。详细来说，本实施例是将第一电极233、第二电极234设计为呈指叉状交错分布，其分别设置于第一半导体层235与第二半导体层237上，分别用作于发光二极管晶粒23的负电极与正电极。据此，第一电极233、第二电极234于对应第一载条21、第二载条22的部分，可分别通过超音波焊接(ultrasonic welding)、焊料固接等方式设置于第一载条21、第二载条22上，使发光二极管晶粒23以其基板231朝远离第一载条21与第二载条22的方向悬空横跨地设置于第一载条21与第二载条22上，而形成覆晶连接。要特别说明的是，本实施例对第一电极233、第二电极234的配置型态可根据需要而调整，不以前述的指叉式配置为限。
发光二极管晶粒23以覆晶方式设置于第一载条21、第二载条22上后，可进一步通过模造技术在对应各个发光二极管晶粒23处以荧光胶体或透明胶体制作封装体24。封装体24具有透光性，其分别将各个发光二极管晶粒23及该处的部分第一电极233、部分第二电极234包覆于内，为保护发光二极管晶粒23及改变发光颜色，也能通过其形状、结构、尺寸设计而调整发光二极管单元2的光学特性。例如，若要让封装体24具备光线颜色调整功效，则可让封装体24内含可受光激发而产生特定颜色光线的荧光材料，该荧光材料产生的荧光与发光二极管晶粒23发出的光线混光后，可呈现相对应的光线颜色。或者是，若通过透明胶体制作封装体24，则封装体24不具备光线颜色调整功效，因此发光二极管晶粒23的发光颜色会直接呈现于外。
本实施例中，封装体24是设计为呈现圆球状，其直径R须配合发光二极管晶粒23的尺寸(或长度)L设计，且各个封装体24彼此会间隔一特定距离，以便于进行裁切。关于封装体24的形状与尺寸规格，由于本实施例的发光二极管晶粒23未设置反射镜(mirror)结构，发光二极管晶粒23的出光方向为朝四面八方的全周性发光，呈现点光源特性，非为一般设置反射镜的发光二极管晶粒的半周性发光，因此本实施例将封装体24设计为圆球型，并将其直径R规格设计为界于发光二极管晶粒23的尺寸L的2倍至3倍之间，因而能配合发光二极管晶粒23的全周性发光特性，并达成良好的取光效果。此外，为便于对发光装置1上的第一载条21、第二载条22、连接体3、框架4等金属导线架进行裁切，本实施例需让封装体24间隔一特定距离，例如将两相邻封装体24的球心之间的间距S2设计为不小于3毫米，并/或将两相邻封装体24的表面之间的间距S3设计为不小于1.2毫米，如此即能符合实际生产制程的要求，提升制造良率与便利性。
参阅图2，根据前述对第一载条21、第二载条22、发光二极管晶粒23的说明可知，本实施例通过对第一载条21、第二载条22、发光二极管晶粒23的结构设计、尺寸设计与连接关系设计，使得由第一载条21、第二载条22、发光二极管晶粒23构成的发光二极管单元2可作为发光装置1中最基本且可独立运作的发光单元使用。若使用者对第一载条21、第二载条22进行裁剪而使发光二极管单元2仅具有一个发光二极管晶粒23时，第一载条21、第二载条22可视为该单一发光二极管晶粒23的负电极、正电极的延伸。若用户将发光二极管单元2裁剪为包含多个发光二极管晶粒23时，第一载条21、第二载条22除了可视为电极的延伸，还可让发光二极管晶粒23之间形成并联连接，使发光二极管单元2可作为并联型态的灯条、灯芯使用。
参阅图1、图6、图7，进一步来说，除了上述有关于单一个发光二极管单元2的实施态样之外，本实施例的发光装置1还有其他类型的实施态样。例如，图1中未裁切前的发光装置1是由多条具有导电性的金属连接体3分别连接于各个发光二极管单元2之间，让两相邻发光二极管单元2以其中一发光二极管单元2的第一载条21连接于连接体3的一端，而另一发光二极管单元2的第二载条22连接于连接体3的另一端的方式形成电性连接，使得发光二极管单元2之间形成串联。此外，金属材质的框架4还供所述发光二极管单元2的第一载条21与第二载条22分别连接其上，以便于加工生产。据此，使用者对第一载条21、第二载条22、连接体3或框架4进行适当裁剪后，即可获得各种不同于图2型态的发光装置1。
参照图6、图7，此处使用者是对图1的发光装置1的各个第一载条21、第二载条22进行裁切，并保留同一横列上的连接体3，使得各个发光二极管单元2仅存留一个发光二极管晶粒23，且彼此之间形成串联连接，而形成发光二极管晶粒23依序串接且两端的连接体3供外部连接的发光装置1。由于连接体3的材质与尺寸设计(宽度、厚度)与第一载条21、第二载条22类似，其具有足够的结构强度，因此用户可从各个发光二极管晶粒23之间的连接体3对发光装置1进行弯折，以作为串联式的灯串、灯芯等应用。
参阅图8，为图6、图7的串联式的发光装置1应用于一灯泡装置5的实施态样。此处，灯泡装置5包含一如前述的发光装置1、一灯罩51、一第一导线52、一第二导线53、多条支撑线54及一基座55。灯罩51以玻璃、塑料等可透光的材质制成，供发光装置1、第一导线52、第二导线53、支撑线54等结构设置于内，且可提供发光装置1出光特性的二次光学调整效果。第一导线52、第二导线53分别连接于发光装置1最左端与最右端的连接体3，其分别连接于负电压与正电压，可将外部电源输送于发光装置1使用。支撑线54分别连接于发光装置1的其他连接体3，其可类似传统白炽灯的钨丝支撑金属线，对发光装置1提供固着支撑及导热、散热效果。基座55与灯罩51连结，并供前述第一导线52、第二导线53、支撑线54收容于内。据此，灯泡装置5可将前述裁切为灯芯规格的发光装置1应用于内，而实现一种采用发光装置1的灯具。当然，此处的灯泡装置5仅为发光装置1的其中一种应用举例，使用者可根据其需要而调整发光装置1的配置型态及应用方式，不以此为例。
综合上述内容，本发明发光装置1是将多个发光二极管晶粒23分别以覆晶的方式直接悬空横跨地设置于第一载条21上与第二载条22上，结构简单体积小，便于制作及后续的各式应用。而将发光二极管晶粒23的第一电极233、第二电极234设置于不相连的第一载条21、第二载条22的设计，可避免第一电极233、第二电极234设置于同一基材上所导致的结构应力。此外，根据本发明发光装置1的实施态样，第一载条21、第二载条22、连接体3、框架4等构造是用作金属导线架结构，其既为发光装置1的基材结构，也能提供导电线路功能，并具有良好的散热效果，因此发光装置1不需采用电路板或散热基材，即可作为独立运作使用的照明发光装置。而另一方面，本发明通过对各结构(例如第一载条21、第二载条22、连接体3、发光二极管晶粒23、发光二极管晶粒23的基板231等)的尺寸设计，可有效提升发光装置1的整体结构强度，增进其光学性能表现，并利于制造生产。用户可以发光装置1中最基本的发光二极管单元2为基础，经由对金属导线架结构的裁切而获得各种规格的发光装置1，运用方式极为便利。因此，综合上述内容，本发明发光装置1确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (13)
1.一种发光装置，包含至少一个发光二极管单元，其特征在于，该发光二极管单元包括：
一第一载条，具有导电性；
一第二载条，具有导电性，并与该第一载条间隔并排；及
至少一发光二极管晶粒，具有一透光的基板、一发光体、一第一电极及一第二电极，该发光体设置于该基板上并可发出光线，该第一电极与该第二电极分别设置于该发光体上，并位于该发光体相反于该基板的另一侧，
其中，该发光二极管晶粒的第一电极设置于该第一载条上，且该发光二极管晶粒的第二电极设置于该第二载条上，使该发光二极管晶粒以其基板朝远离该第一载条与该第二载条的方向横跨地设置于该第一载条与该第二载条上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该发光二极管单元还包括至少一个封装体，该封装体具有透光性，并至少包覆该发光二极管晶粒于内。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：该封装体内含可受光激发而产生特定颜色光线的荧光材料。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：该发光二极管单元包括多个发光二极管晶粒及多个封装体，所述发光二极管晶粒分别间隔地横跨设置于该第一载条与该第二载条上，且所述封装体分别将所述发光二极管晶粒包覆于内。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于：所述封装体呈圆球型，且两相邻所述封装体的表面之间的间距不小于1.2毫米。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：两相邻所述封装体的圆心之间的间距不小于3毫米。
7.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：该封装体呈圆球型，且该封装体的直径不小于该发光二极管晶粒的长度的2倍。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该发光装置还包含至少一个具有导电性的连接体，且该发光装置包含多个发光二极管单元；所述发光二极管单元为间隔并排，且两相邻所述发光二极管单元是以其中一发光二极管单元的第一载条连接于该连接体的一端，而另一发光二极管单元的第二载条连接于该连接体的另一端的方式形成电性连接。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于：该发光装置还包含至少一个具有导电性的框架，该框架用于供所述发光二极管单元的该第一载条与该第二载条分别连接其上。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该第一载条与该第二载条的厚度分别介于0.15毫米至0.3毫米之间。
11.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该第一载条与该第二载条的宽度分别介于0.15毫米至0.5毫米之间。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该第一载条与该第二载条之间的间隔距离介于0.1毫米至1毫米之间。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：该发光二极管晶粒的该基板的厚度不小于0.1毫米。
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2014
- 2014-01-22 CN CN201410028673.8A patent/CN104795479A/zh active Pending
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