CN107957010B - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明光源装置包含基板、发光芯片、透光封胶，以及顶盖。基板具有承载面。发光芯片设置于承载面上。透光封胶覆盖发光芯片并位于承载面上。透光封胶具有出光面位于发光芯片的侧面外。顶盖覆盖于透光封胶背对于基板的一侧，以与基板共同夹持透光封胶，且出光面立于基板及顶盖之间。顶盖的反射率大于顶盖的透光率，且顶盖的透光率大于0.1％。

Description

光源装置
技术领域
本发明关于一种光源装置，具体而言，本发明关于一种可用于显示设备的光源装置。
背景技术
现有显示设备中，使用发光二极管单元的背光模块主要有侧入式光源以及直下式光源设计。由于直下式光源可满足局部调光(local dimming)的需求，愈来愈多的显示设备采用直下式光源设计的背光模块。一般而言，显示设备的背光模块中，发光二极管单元至最接近的光学膜片的光学距离(Optical Distance,OD)须保持一定差距，以避免如亮点的情形产生。发光二极管芯片封装成发光二极管单元时，要先进行一次光学设计，以调整发光二极管单元的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、色温的范围与分布。发光二极管芯片产生的光线经封装结构出光后尚需配合发光二极管单元外的透镜达到二次光学设计，再利用外部的光学膜片调整出光分布以达成产品所需的出光效果。然而，现有光学距离上的限制将影响显示设备应用于更薄型的设计。因此，现有背光模块的结构仍有待改进。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种光源装置，可减少正向光的相对亮度。
光源装置包含基板、发光芯片、透光封胶，以及顶盖。基板具有承载面。发光芯片设置于承载面上。透光封胶覆盖发光芯片并位于承载面上。透光封胶具有出光面位于发光芯片的侧面外。顶盖覆盖于透光封胶背对于基板的一侧，以与基板共同夹持透光封胶，且出光面立于基板及顶盖之间。顶盖的反射率大于顶盖的透光率，且顶盖的透光率大于0.1％。
附图说明
图1A为本发明光源装置的一实施例立体图。
图1B为对应图1A的剖视图。
图2为光源装置另一实施例剖视图。
图3A为光源装置另一实施例立体图。
图3B为对应图3A的剖视图。
图4为透光封胶于不同厚度范围下的亮度分布图。
图5为光源装置的一实施例上视图。
图6为光源装置另一实施例剖视图。
图7A,7B为单一发光芯片与基板设置位置关系的示意图。
图8A,8B,8C,8D,8E,8F为多个发光芯片与基板设置位置关系的示意图。图9为光源装置的亮度分布图。
其中，附图标记：
10光源装置
100基板
102承载面
104侧边端面
110发光芯片
112顶面
114侧面
120透光封胶
122出光面
129凹陷区域
130顶盖
131外表面
132内表面
134侧边端面
d1最大截面宽度
d2,d3,d4厚度
a长度
s方向
w宽度
具体实施方式
本发明提供一种光源装置，借由发光芯片封装结构的改良减少正向光的相对亮度。前述的正向是指平行正视角的方向，在图1A所绘示本发明的光源装置10中，正向为垂直顶盖130外表面131的方向s。光源装置例如为发光二极管单元，其可用于显示设备。如图1A所示的光源装置10的立体图，光源装置10包含基板100、发光芯片110、透光封胶120，以及顶盖130。基板100具有承载面102，发光芯片110设置于承载面102上。发光芯片110例如为发光二极管芯片。承载面102上有透光封胶120，透光封胶120例如为填充有荧光粉、磷光粉、或量子点等波长转换材料的可透光胶体。如图1A所示，透光封胶120覆盖发光芯片110并位于承载面102上。透光封胶120还可覆盖未被发光芯片110所覆盖的承载面102上。透光封胶120具有出光面122位于发光芯片110的侧面114外。顶盖130覆盖于透光封胶120背对于基板100的一侧，以与基板100共同夹持透光封胶120。
图1B为对应图1A中沿A-A’方向的剖视图。如图1B所示，透光封胶120位在基板100与顶盖130之间，且出光面122立于基板100及顶盖130之间。出光面122系可环绕发光芯片110。如图1A及图1B所示，透光封胶120分布于基板100与顶盖130间的空间中，并覆盖发光芯片110。于一实施例中，发光芯片110可具有朝向顶盖130的顶面112以及朝向出光面122的侧面114。部分透光封胶120例如填充于发光芯片110的顶面112及顶盖130之间，其他部分透光封胶120例如填充于发光芯片110的顶面112于承载面102的垂直投影范围以外的区域，并介于基板100与顶盖130之间。在图1A及图1B的实施例中，位于发光芯片110的顶面112及顶盖130之间的透光封胶120例如系填满顶面112至顶盖130间的空间，即自顶面112到顶盖130内表面132间都填充有透光封胶120。
顶盖130例如为模塑树脂(Molding plastic)，其具有部份反射及部份透光的特性。具体而言，顶盖130的反射率大于顶盖130的透光率，且顶盖130的透光率大于0.1％。前述透光率系指光源装置10自顶盖130射出的光线量与自光源装置10内部抵达顶盖130的光线量的比率。借此设计，自发光芯片110产生的光线中，除了朝出光面122出光的部分外，朝顶盖130的光线经透光封胶120后大多数为顶盖130所反射，少数的光线则从顶盖130出光。借此设计可有效降低正向光线的相对亮度，且可缩短光学距离，减少背光模块整体的厚度。如此一来可避免光线过于集中于正视角而容易产生亮点或是亮暗不均的现象，省略显示设备中的光源装置外的透镜，降低制作成本。需说明的是，若使顶盖130为反射材质而不具有透光性，虽能有效降低正向光线，却可能在光源装置10的位置产生明显的暗点，因此透过顶盖130的反射率大于顶盖130的透光率，且顶盖130的透光率大于0.1％的设计，可有效降低正向光线的相对亮度，又可使少数的光线则从顶盖130出光，有助提升背光模块的光线均匀性。另外，顶盖130透光率可具有上限值，于一实施例，顶盖130的透光率例如小于15％。
此外，顶盖130的透光率例如与厚度有关，透光率会随着顶盖130厚度愈厚而变小。如图1B所示，顶盖130具有厚度d2。于一实施例，顶盖130的厚度d2可介于0.01mm至3mm之间，以取得较佳的透光率。于较佳实施例，顶盖130的厚度可介于0.05mm至0.6mm之间。借此减少正向光的相对亮度，并提供将光线导向对应于发光芯片110的侧面114的出光面122的效果。另外，于一实施例中，光源装置10的承载面102可为圆形，而发光芯片110于承载面102上的垂直投影可为正方形，且发光芯片10的正方形投影的几何中心将会与圆形的承载面102的圆心重迭，让发光芯片110出光线较均匀。
图2为光源装置10另一实施例剖视图。如图2所示，透光封胶120位在基板100与顶盖130之间，且出光面122立于基板100及顶盖130之间。光源装置10主要自出光面122出光，对透光封胶120环绕水平四周(对应图2中出光面122所在两侧边的外)提供照明，另外，顶盖130具有部分透光性亦在顶盖130上方空间提供照明。光源装置10可具有正向出光方向，在图2的光源装置10中，正向为垂直顶盖130外表面131的方向s。如图2所示，透光封胶120分布于基板100与顶盖130间的空间中，并覆盖发光芯片110。具体而言，部分透光封胶120填充于发光芯片110的顶面112及顶盖130之间，其他部分透光封胶120填充于发光芯片110顶面112朝顶盖130的垂直投影范围以外，且介于基板100与顶盖130之间。于一实施例中，透光封胶120的出光面122可与基板100的侧边端面或与顶盖130的侧边端面切齐，然不限于此，可视需求调整。
在图2的实施例中，透光封胶120的出光面122与基板100侧边端面104及顶盖130侧边端面134切齐。如图2所示，位于发光芯片110的顶面112及顶盖130之间的透光封胶120部分填入顶面112至顶盖130间的空间。如图2所示，透光封胶120直接覆盖发光芯片110的顶面112，并且自顶面112朝顶盖130方向分布，在接近顶盖130的一侧为无透光封胶120的区域。无透光封胶120的区域例如为一凹陷区域129。凹陷区域129例如可透过局部加压而形成，但不限于此。如图2所示，凹陷区域129实质位于顶面112朝顶盖130的的垂直投影方向上，介于顶盖130与透光封胶120之间。借此设计，可减少正向出光方向上的荧光粉量，以降低正向光的相对亮度。
参考图1B与图2，于一实施例中，可选用不等向性发光强度的发光芯片110来降低正向光的相对亮度。例如，发光芯片110侧面114的发光强度大于顶面112的发光强度，借此达到降低正向光相对亮度的效果，也可增加发光芯片110的光源利用率。
图3A为光源装置10另一实施例立体图。如图3A所示，光源装置10的承载面102例如为正方形，顶盖130外表面131例如为正方形，而发光芯片110于承载面102上的垂直投影例如为正方形。透光封胶120的出光面122系环绕发光芯片110，出光面122例如呈长方体的形状，发光芯片110的侧面114可平行透光封胶120的出光面122，但不限于此。换言的，基板100、顶盖130以及发光芯片110可如图3A采用相同或近似形状。在此所述近似形状包含但不限于几何上的相似形，亦可为边角结构上的修饰而达成近似。借此，发光芯片110每一侧面114到出光面122的距离相同，使侧向出光更均匀。类似地，在其他实施例，可采用圆形的发光芯片，并配合相应形状的基板和顶盖。此时光源装置的承载面为圆形，顶盖130外表面131与内表面132为圆形，而发光芯片于承载面上的垂直投影为圆形。借此达成侧向出光更均匀的效果。
图3B为对应图3A中沿B-B’方向的剖视图。在图3A及图3B的实施例中，透光封胶120的出光面122与基板100侧边端面104及顶盖130侧边端面134切齐。如图3B所示，透光封胶120具有厚度d3，发光芯片110具有厚度d4。透光封胶120的厚度d3可与发光芯片110厚度d4有关。于一实施例，透光封胶120的厚度d3介于该发光芯片110厚度d4的2倍及6倍之间，具有2(d4)≦d3≦6(d4)，借此提供均匀的出光效果。于较佳实施例，透光封胶120的厚度d3介于该发光芯片110厚度d4的2.3倍及4.5倍之间，具有2.3(d4)≦d3≦4.5(d4)。另外，对应图1A与图1B的发光芯片110与透光封胶120的厚度关系，亦可符合上面描述。对于图2中有局部无透光封胶的情形，透光封胶120的厚度与图3同样是采用透光封胶120整体的厚度，因此亦适用上述的关系式以求取适合的透光封胶厚度。
图4为透光封胶于不同厚度范围下的亮度分布图。在图4中，纵轴为相对亮度，横轴为发射角。发射角为光线与正向方向的夹角(例如图3B中的方向s)。本发明光源装置在正视角(0°)附近的相对亮度下降，而提高侧视角的相对亮度，其中在图4绘示模拟结果所示，当透光封胶的厚度介于发光芯片厚度的2.3倍及4.5倍之间时，亮度分布大致位于曲线L1的位置。此时发光芯片各方向的光线亮度较为一致，也就是说，相对亮度的最亮值与最暗值差异较小，可提供较为均匀的光线。当透光封胶的厚度介于发光芯片厚度的2倍到2.3倍之间或者4.5倍到6倍之间时，亮度分布大致位于曲线L2到曲线L3的位置。此时，此时发光芯片各方向的光线亮度较不一致，也就是说，相对亮度的最亮值与最暗值的差异略微变大。换言的，以图3B为例，当透光封胶120的厚度d3下限值介于2(d4)及2.3(d4)之间时，或厚度d3上限值介于4.5(d4)及6(d4)之间时，亮度差异略增。当透光封胶120的厚度d3更超出上述范围时，亮度分布大致位于曲线L4的位置。此时侧向光线亮度明显高于正向光的光线亮度，亮度差异更大。
图5为光源装置10的一实施例上视图(图中省略顶盖)。如图5所示，透光封胶120具有最大截面宽度d1，发光芯片110具有长边，其长度为a(此实施例中发光芯片110顶面为正方形)。透光封胶120的最大截面宽度d1会影响整体出光的均匀性。就矩形而言，最大截面宽度d1是指对角线长，就圆形而言则是指直径。于一实施例，透光封胶120的最大截面宽度d1系介于长边长度a的9.22倍与该长边长度a加0.04mm之间，具有(a)+0.04≦d1≦9.22(a)。于较佳实施例，透光封胶120的最大截面宽度d1系介于长边长度a的3.15倍与该长边长度a的1.04倍之间，具有1.04(a)≦d1≦3.15(a)，借此使整体出光更均匀。
图6为光源装置10另一实施例剖视图。如图6所示，透光封胶120位在基板100与顶盖130之间，且出光面122立于基板100及顶盖130之间。如图6所示，透光封胶120分布于基板100与顶盖130间的空间中，并覆盖发光芯片110。与前述实施例的差异在于，透光封胶120的出光面122与基板100的侧边端面104与顶盖130的侧边端面134未切齐。如图6所示，透光封胶120接近基板100一侧相较透光封胶120接近顶盖130一侧来得更宽，自基板100朝顶盖130方向，透光封胶120宽度w逐渐收束。借此在符合前述各尺寸比例下可进一步调整基板100、顶盖130与透光封胶120之间具有不同的宽度，节省用料量。另外，由于自基板100朝顶盖130方向上透光封胶120宽度w随着远离基板100距离而改变，借此发光芯片110所发出的光线到出光面122较低位置(接近基板100一侧)的光程与光线到出光面122较高位置(接近顶盖130一侧)的光程差异更小，借此使整体出光更均匀。在其它实施例，透光封胶可采不同的分布方式调整出光，例如，透光封胶与基板侧边端面切齐，而与顶盖侧边端面不切齐，借此达成光线到出光面光程差异的调整。
图7A与图7B为单一发光芯片110与基板100设置位置关系的示意图。发光芯片110的位置较佳设置于基板100的几何中心，如图7A所示，光源装置10的承载面为圆形，而发光芯片110顶面为矩形，发光芯片110位于承载面的圆心。在图7B所示的例子，光源装置10的承载面为矩形，而发光芯片110顶面为矩形，发光芯片110位于承载面对角线的交点。借此使发光芯片110所发出不同方向的光线到出光面的光程较为一致，使整体出光更均匀。
图8A,8B,8C,8D,8E,8F为多个发光芯片110与基板100设置位置关系的示意图。如图8A～图8F所示，光源装置10具有多个发光芯片110，设置于圆形基板100或是矩形基板100上。在图8A及图8B中系绘示三个发光芯片110的例子。当一个光源装置10中具有多个发光芯片110时，各发光芯片110较佳以对称方式排列，以提供较规则的光场分布。借此，当有多个光源装置10时，将较易于设计光源装置10的排列及取得均匀的整体光场分布。如图8A所示，发光芯片110围着基板10承载面的圆心设置。在图8B中，发光芯片110沿承载面直径位置上以直线排列设置，其中一个发光芯片110位于圆心，另两个发光芯片110在位于圆心的发光芯片110的两侧。
在图8C～图8F中系绘示四个发光芯片110的例子。在图8C中，发光芯片110围着基板100承载面的圆心设置。在图8D中，发光芯片110沿承载面直径位置上以直线排列设置，并相对圆心对称设置。在图8E中，发光芯片110沿平行承载面长边方向，于短边中点联机(如图8E中虚线e)的位置上以直线排列设置，并相对对角线联机中心对称设置。在图8F中，沿平行承载面长边方向，于短边中点联机(如图8F中虚线e)的位置上以交错排列设置。
图9为采用光源装置的亮度分布图。图9系绘示采用本发明光源装置的显示设备的实测结果。以13.23吋显示设备为例，其光学距离11mm(OD＝11mm)，正方形发光芯片(边长0.75mm x 0.75mm，厚度0.15mm)，顶盖与基板表面为正方形(顶盖厚0.4mm，基板厚0.4mm)，透光封胶(边长2.1mm x 2.1mm，厚0.6mm)的封装结构进行测试。如图9所示，光源装置的亮度分布呈曲线L6(实线)。亮度分布曲线L5(虚线)是以未设置顶盖作为对照，类似现有发光二极管可直接正向出光的结构。由图9可知，未设置顶盖的情形(曲线L5)，多数光线集中在正视角附近；而采用本发明光源装置(曲线L6)，正视角(0°)附近的相对亮度下降，将光线导向侧向，即与正视角(0°)的夹角更大的位置出光。如图9所示，曲线L6在接近+70°附近及接近-70°附近有最大相对亮度。由此可知借此设计可有效降低正向光线的相对亮度，且可缩短光学距离，减少背光模块整体的厚度。如此一来可避免光线过于集中于正视角而容易产生亮点或是亮暗不均的现象，可省略显示设备中的光源装置外的透镜，降低制作成本。
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权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种光源装置，其特征在于，包含：
一基板，具有一承载面；
一发光芯片，设置于该承载面上；
一透光封胶，覆盖该发光芯片，并位于该承载面上；其中，该透光封胶具有一出光面位于该发光芯片的一侧面外；以及
一顶盖，覆盖于该透光封胶背对于该基板的一侧，以与该基板共同夹持该透光封胶；且该出光面立于该基板及该顶盖之间；
其中，该顶盖的反射率大于该顶盖的透光率，且该顶盖的透光率大于0.1％，该发光芯片具有一顶面朝向该顶盖，在接近该顶盖的一侧为无该透光封胶的一区域，该区域位于该发光芯片的该顶面朝该顶盖的垂直投影方向上，且介于该顶盖与该透光封胶之间，该发光芯片的该顶面朝向无该透光封胶的该区域，且该发光芯片的该侧面朝向立于该基板的该出光面。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该顶盖的透光率小于15％。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，部分该透光封胶填充于该发光芯片的该顶面及该顶盖之间。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该发光芯片的该侧面的发光强度大于该发光芯片的该顶面的发光强度。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该透光封胶具有一宽度，在该基板朝该顶盖的方向上，该宽度逐渐收束。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该透光封胶的厚度介于该发光芯片厚度的2倍及6倍之间。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该透光封胶的厚度介于该发光芯片厚度的2.3倍及4.5倍之间。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该顶盖的厚度介于0.01mm至3mm之间。
9.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该顶盖的厚度介于0.05mm至0.6mm之间。
10.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该发光芯片具有一长边，该透光封胶的最大截面宽度介于该长边长度的9.22倍与该长边长度加0.04mm之间。
11.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该发光芯片具有一长边，该透光封胶的最大截面宽度介于该长边长度的3.15倍与该长边长度的1.04倍之间。
12.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该出光面与该基板或该顶盖的侧边端面切齐。
13.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该出光面环绕该发光芯片。
14.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该承载面为圆形，该发光芯片于该承载面上的垂直投影为正方形。
15.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该承载面为正方形，该发光芯片于该承载面上的垂直投影为正方形。
16.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该承载面为圆形，该发光芯片于该承载面上的垂直投影为圆形。
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