CN108386732B - 发光模块以及具有此发光模块的头灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光模块及具有此发光模块的头灯，发光模块包含基板、多个半导体元件、光线转换层以及透明层，半导体元件设置于基板上并且具有顶面和侧面，半导体元件主要透过顶面射出光线，光线转换层设置于半导体元件的顶面，且能吸收半导体元件射出的光线并射出具有和半导体元件射出光线的波长不同的另一光线，透明层设置于基板上且不具有光反射粒子，并且透明层实质上布满于相邻的二半导体元件的相邻二侧面间的间隙。

Description

发光模块以及具有此发光模块的头灯

技术领域

本发明公开一种发光模块以及一种头灯，特别是一种包含透明层的发光模块以及具有此发光模块的头灯。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种电致发光元件，主要是由磷化稼(Gap)、磷砷化锌(GaAsP)等半导体材料制成。由于发光二极管具有耗电量低、元件寿命长、反应时间短(fast response time)以及体积小等优点，因而高功率的发光二极管被广泛地应用在汽车头灯以及投影机投影灯等照明装置中。

一般而言，为了提高照明装置的对比度，在封装制程中会于发光二极管晶片/晶粒(CHIP/DIE)周围设置具有低透光度的反射层以提升光准直性。然而，此反射层容易令相邻的二发光二极管之间形成暗区(Dark Zone)，而使得照明装置的发光均匀度不佳，同时也降低照明区域(或照明对象)的清晰度。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明公开一种发光模块，有助于消除相邻二发光二极管之间的暗区，以提升发光均匀度。本发明另外公开具有此发光模块的头灯。

本发明所公开的发光模块包含基板、多个半导体元件、光线转换层以及透明层。半导体元件和光线转换层依序堆叠于基板上。藉由这些半导体元件的顶面射出的光线，光线转换层将半导体元件所射出的光线转换成波长相异的另一光线。透明层不具有光反射粒子，并且透明层实质上(substantially)布满于任二相邻的这些半导体元件的相邻二侧面间的间隙。

本发明所公开的头灯包含有上述的发光模块。

根据本发明所公开的发光模块以及应用此发光模块的头灯，透明层设置于基板上，且透明层实质上布满于任二相邻的这些半导体元件的相邻二侧面间的间隙。不同于传统发光模块是将低透光度的反射层设置于相邻的二半导体元件间，本发明所公开的发光模块将高透光度的透明层设置并布满于相邻二半导体元件间的间隙。藉此，当光线入射至透明层时，透明层将形成亮区以及消除相邻二半导体元件之间的暗区，进而提升发光模块的发光均匀度以及照明区域的清晰度。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的发光模块的立体示意图。

图2为图1中的发光模块沿剖切线A-A剖切的剖切示意图。

图3为根据本发明第二实施例的发光模块的剖切示意图。

图4为根据本发明第三实施例的发光模块的剖切示意图。

图5为根据本发明第四实施例的发光模块的剖切示意图。

图6为根据本发明第五实施例的发光模块的剖切示意图。

图7为根据本发明第六实施例的头灯的剖切示意图。

其中，附图标记：

1 发光模块

2 头灯

3 壳体

4 灯罩

10 基板

20 半导体元件

210、410、610 顶面

220、230、510、820 侧面

30 反射层

310 本体

320 光反射粒子

40、60、70、80 透明层

50 光线转换层

810 外表面

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请同时参照图1和图2。图1为根据本发明第一实施例的发光模块的立体示意图。图2为图1中的发光模块沿剖切线A-A剖切的剖切示意图。

在本实施例中，一发光模块1包含一基板10、多个半导体元件20、一反射层30、一透明层40以及一光线转换层50。半导体元件20的数量并不以多个为限。在其他实施例中，半导体元件20的数量可以是单个。

基板10的材质例如但不限于是陶瓷材料，惟按使用于散热或是成本需求的相异性，基板10亦得由硅、铝或是其他得以提供晶片承载的用的金属、非金属的材料所组成。

半导体元件20例如但不限于是透过覆晶技术(又称倒晶封装法，Flip Chip)连接于基板10的一二极管发光晶片(LED DIE)。这些半导体元件20皆设置于基板10上。每一半导体元件20具有一顶面210以及多个侧面。顶面210背对基板10，并且半导体元件20主要藉由顶面210射出一光线。也就是说，顶面210具有较大的出光量。

反射层30形成于基板10的表面且围绕有一空间以供半导体元件20、透明层40以及光线转换层50容置于其中。详细来说，反射层30包含一本体310和多个光反射粒子320，并且光反射粒子320分布于本体310内。反射层30的本体310设置于基板10上并且环绕这些半导体元件20。而上述多颗半导体元件20当中，有部份半导体元件20与反射层30相邻近，而半导体元件20面对且接触反射层30的侧面被定义为侧面220。任二相邻的半导体元件20的这些侧面220皆不互相面对。藉此，反射层30反射由半导体元件20产生的光朝向光线转换层50的顶面射出至发光模块1的外部，亦可避免发光模块1的侧边产生漏光现象。上述本体310的材质例如但不限于是透光材料，并且光反射粒子320的材质例如但不限于是选自氧化钛(TiO₂)、氧化硅(SiO₂)、氮化硼(BN)及其组合所组成的群组中之一。如此，反射层30介于半透明与不透明之间。在本实施例中，反射层30的本体310直接接合这些侧面220，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，反射层30可和这些侧面220保持一距离。

透明层40的材质例如但不限于是硅胶，而有制程简单的优点，惟按产品设计的不同，基板10亦可以是玻璃材料。透明层40设置于基板10上，且透明层40实质上布满于任二相邻的这些半导体元件20的相邻二侧面间的间隙。详细来说，每一半导体元件20面对相邻的其他半导体元件20的侧面系被定义为侧面230。相互面对的二侧面230间具有一间隙，并且透明层40实质上布满于此间隙。也就是说，透明层40和这些半导体元件20间无空隙存在。以本实施例为举例来说，半导体元件20为矩形，故每一半导体元件20至多具有面对相邻的多个半导体元件20的四侧面230。反射层30围绕半导体元件20与透明层40。其中，半导体元件20的侧面230所射出的光线可直接行进于相邻的透明层40而形成亮区，或一些由光线转换层50所折射的光亦将行进于透明层40而形成亮区，以上将可消除相邻二半导体元件20间的暗区。上述透明层40并不具有光反射粒子，并且透明层40的透光能力远大于反射层30。也就是说，透明层40的光穿透率(Transmittance)明显高于反射层30。更进一步地，透明层40的光穿透率可以大于等于70％。更佳地，可适当选用特定材质而使透明层40的光穿透率大于等于90％。又更佳地，可适当选用特定材质而使透明层40的光穿透率大于等于96％。另一方面，反射层30的光穿透率可以小于等于35％。更佳地，可适当选用特定材质而使反射层30的光穿透率小于等于20％。又更佳地，可适当选用特定材质而使反射层30的光穿透率小于等于8％。

光线转换层50的材质例如但不限于是萤光材料(Fluorescent Material)或磷光材料(Phosphorescent Material)。光线转换层50直接接合这些半导体元件20的顶面210，并且透明层40面向光线转换层50的一顶面410直接接合光线转换层50。换句话说，光线转换层50完全覆盖所有半导体元件20的顶面210以及透明层40的顶面410，并且半导体元件20和透明层40皆介于光线转换层50和基板10之间。反射层30围绕光线转换层50。光线转换层50适于吸收部分来自半导体元件20的光线并且射出另一光线，并且自光线转换层50射出的光线的波长和自半导体元件20射出的光线的波长相异。进一步来说，前述自半导体元件20射出的光线得相对于一处于可视光区间的波段，惟其不以此为限，此波长亦得相对于如红外线或是紫外线等非可视光区间的波段。举例来说，本实施例中的半导体元件20可出射具有蓝光波长的光线，并且此光线经过光线转换层50后射出具有黄光及蓝光波长的光线而混合成白光。另外，在本实施例中，光线转换层50贴附于半导体元件20并且不完全包覆半导体元件20，即光线转换层50未覆盖半导体元件20的侧面220和侧面230，而能减少杂散光产生。

此外，如图2所示，这些半导体元件20与透明层40具有共一水平平面的顶面。详细来说，在可允许一定制作误差的情况下，每一半导体元件20的顶面210和透明层40的顶面410实质上可为同水平面。藉此，可较佳地配置自顶面210出射的光线角度以及决定光入射于透明层40的角度，以加强透明层40的亮度，进而更进一步地消除相邻的二半导体元件20间的暗区。

再者，在本实施例中，半导体元件20的厚度可以是0.030～0.250厘米，或是为相对应于功率为1W的发光二极管晶粒。光线转换层50的厚度可以是0.030～0.30厘米。藉此，发光模块1较适合应用于汽车头灯以及投影机投影灯等需要高照度的照明装置。

综上所述，透明层40设置于基板10上，且透明层40实质上布满于任二相邻的这些半导体元件20的相邻二侧面230间的间隙。不同于传统发光模块是将低透光度的反射层设置于相邻的二半导体元件间，本实施例的发光模块1将高透光度的透明层40设置并布满于二半导体元件20间的间隙。藉此，半导体元件20的侧面230所射出的光可直接行进于相邻的透明层40而形成亮区，或一些由光线转换层50所折射的光亦将行进于透明层40而形成亮区，以上将可消除相邻二半导体元件20间的暗区，进而提升发光模块1的发光均匀度以及照明区域的清晰度。

请参照图3，为根据本发明第二实施例的发光模块的剖切示意图。由于本实施例与第一实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，发光模块1更包含一透明层60。透明层60例如但不限于是硅胶，基板10可以是玻璃材料。透明层60设置于基板10上，且透明层60实质上布满于反射层30相邻半导体元件20的间隙。详细来说，在本实施例中，靠近反射层30的半导体元件20的侧面220与反射层30的本体310保持一距离，并且透明层60实质上布满于侧面220和本体310之间的一间隙。也就是说，半导体元件20和反射层30的本体310之间皆无空隙存在。透明层40和透明层60可以是一体成型，并且透明层60面对光线转换层50的一顶面610可直接接合光线转换层50。自半导体元件20出射的光线行进至透明层60时，透明层60将产生亮区，进一步提升发光模块1的发光均匀度。

此外，这些半导体元件20、透明层40与透明层60具有共一水平平面的顶面。详细来说，在可允许一定制作误差的情况下，每一半导体元件20的顶面210、透明层40的顶面410以及透明层60的顶面610实质上可为同水平面。藉此，自顶面210出射的光线角度、自顶面410出射的光线角度以及自顶面610出射的光线角度皆较为合适，而能加强透明层40的亮区效果，进而消除相邻的二半导体元件20之间的暗区。

请参照图4，为根据本发明第三实施例的发光模块的剖切示意图。由于本实施例与第二实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，发光模块1更包含一透明层70。透明层70例如但不限于是硅胶，基板10可以是玻璃材料。透明层70实质上布满于这些半导体元件20的这些顶面210与光线转换层50之间。换句话说，透明层70介于半导体元件20和光线转换层50之间，并且透明层70与半导体元件20之间无空隙存在。透明层70可布满于透明层40的顶面410与光线转换层50之间以及透明层60的顶面610与光线转换层50之间。透明层40、透明层60和透明层70可以是一体成型。藉此，半导体元件20所射出的光可直接行进于相邻的透明层60以及透明层70而形成亮区，或一些由光线转换层50所折射的光亦将行进于该透明层70而形成亮区，或是由透明层70所折射的光行进于透明层60而形成亮区，以上将可消除相邻二半导体元件20间的暗区，进一步提升发光模块1的发光均匀度。

请参照图5，为根据本发明第四实施例的发光模块的剖切示意图。由于本实施例与第三实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，发光模块1更包含一透明层80。透明层80的材质例如但不限于是玻璃、蓝宝石水晶玻璃(Sapphire Crystal Glass)、硅胶或可透光陶瓷材料。透明层80设置于光线转换层50，并且光线转换层50介于半导体元件20的顶面210与透明层80之间。反射层30可围绕并直接接合透明层80。藉此，自光线转换层50出射的光行进至透明层80时，透明层80会产生亮区以及消除相邻二半导体元件20之间的暗区。

此外，在本实施例中，光线转换层50以及透明层80具有共一平面的侧面。详细来说，在可允许一定制作误差的情况下，光线转换层50面对反射层30的一侧面510以及透明层80面对反射层30的一侧面820实质上为共一垂直平面(vertical coplanar)。藉此，透过调整侧面510与侧面820的厚度搭配反射层30能适当调整光入射至透明层80的角度，而能加强亮区效果。

另外，透明层80背对半导体元件20的一外表面810可具有一抗反射结构(Anti-reflective Structure)。举例来说，抗反射结构可以是多个呈规则排列的微米级尺寸锥状柱，其能产生渐变折射率(Graded Index)，使光线在通过外表面620时会因为折射率变化较为和缓而减少光反射现象，而有助于提升发光模块1的光取出效率。

请参照图6，为根据本发明第五实施例的发光模块的剖切示意图。由于本实施例与第四实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，半导体元件20、光线转换层50以及透明层80其至少一侧面实质上为共一平面。详细来说，在可允许一定制作误差的情况下，半导体元件20的侧面220、光线转换层50面对反射层30的侧面510以及透明层80面对反射层30的侧面820为共一铅直平面(vertical plane)。藉此，自光线转换层50出射的光线将行进于透明层80而产生亮区，而能消除相邻二半导体元件20之间的暗区。

此外，在本实施例中，当透明层80的折射率大于等于1并且小于等于3且透明层80的厚度在大于0.2厘米(millimeters)时，其准直效果较佳。而权衡光效及准直的效果，透明层80的厚度建议小于等于3.0厘米。亦即透明层80的厚度建议为大于0.2厘米且小于等于3.0厘米之间。而较佳地，透明层80的厚度建议处于大于0.2并小于等于1.0厘米之间。藉此，透明层80的折射率以及厚度较为合适，且于形成亮区时提升发光模块1的光准直性。

进一步来说，当透明层80折射率大于等于1并且小于等于3时，可避免入射至透明层80的光线的折射角过大而影响发光模块1的光准直性。另外，当透明层80厚度大于0.2厘米时，透明层80能提供足够长度的光行进路径，而提升亮区效果，以避免亮区效果不佳而导致消除暗区效果不佳的问题发生。再者，由于光线在进入透明层80时会产生折射并且自透明层80出射时会再产生折射，故当透明层80厚度小于等于3.0厘米时，可避免光线入射至透明层80前的行进路径和自透明层80出射后的行进路径彼此之间存在过大水平偏移量，进而防止透明层80过度降低发光模块1的光准直性。当透明层80厚度小于等于1.0厘米时，能较佳地平衡消除暗区效果和光准直性。因此，透过适当配置透明层80的厚度和折射率，能使发光模块1除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

此外，通过透明层80的发散角度较大的出射光能藉由反射层30再次聚集，亦有助于提升发光模块1的光准直性。

上述各实施例中的发光模块适于应用于头灯。请参照图7，为根据本发明第六实施例的头灯的剖切示意图。

在本实施例中，头灯2包含上述任一实施例所提及的发光模块1。此外，头灯2还可以进一步包含一壳体3和一灯罩4。发光模块1设置于壳体3的一容置槽内。灯罩4设置于壳体3，而有助于保护发光模块1以避免受到水气或油气损害。

综上所述，本发明所公开的发光模块中，透明层设置于基板上，且透明层实质上布满于任二相邻的这些半导体元件的相邻二侧面间的间隙。不同于传统发光模块是将低透光度的反射层设置于相邻的二半导体元件间，本发明所公开的发光模块将高透光度的透明层设置并布满于相邻二半导体元件间的间隙。藉此，当光线入射至透明层时，透明层将形成亮区，除能消除相邻二半导体元件之间的暗区外，进而能提升发光模块的发光均匀度以及照明区域的清晰度。

此外，每一半导体元件的顶面和透明层面向光线转换层的顶面实质上可为同水平面。藉此，有助于加强透明层产生亮区的效果，而能进一步消除相邻的二半导体元件之间的暗区。

此外，部分透明层有助于提升发光模块的光准直性，使得发光模块除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

Claims (11)

1.一种发光模块，其特征在于，包含：

一基板；

多个半导体元件，设置于该基板上，该些半导体元件分别具有一第一顶面和至少一第一侧面，该半导体元件主要透过该第一顶面射出具有一第一波长的光线；

一光线转换层，适于吸收部分具有该第一波长的光线且射出具有一第二波长的光线；

以及

一第一透明层，不具有光反射粒子，该第一透明层设置于该基板上，且该第一透明层实质上布满于任二相邻的该些半导体元件的相邻二该第一侧面间的间 隙；

还包含一反射层，其中该反射层设置于该基板上，且该反射层位于该些半导体元件中互不相邻的一第二侧面附近；

该反射层围绕该些半导体元件、该第一透明层和该光线转换层。

2.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该光线转换层直接接合该些半导体元件的该些第一顶面。

3.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，还包含一第二透明层，其中该第二透明层设置于该基板上，且该第二透明层实质上布满于该反射层与相邻该半导体元件间的间隙。

4.如权利要求3所述的发光模块，其特征在于，该第一透明层和该第二透明层皆直接接合该光线转换层。

5.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，还包含一第三透明层，其中该第三透明层实质上布满于该些半导体元件的该些第一顶面与该光线转换层之间。

6.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，还包含一第四透明层，其中该光线转换层位于该些半导体元件的该些第一顶面与该第四透明层之间。

7.如权利要求6所述的发光模块，其特征在于，该光线转换层的一第三侧面以及该第四透明层的一第四侧面共一平面。

8.如权利要求6所述的发光模块，其特征在于，该半导体元件的一第二侧面、该光线转换层的一第三侧面以及该第四透明层的一第四侧面共一垂直平面。

9.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该些半导体元件的该些第一顶面与该第一透明层的一第二顶面共一水平平面。

10.如权利要求3所述的发光模块，其特征在于，该些半导体元件的该些第一顶面、该第一透明层的一第二顶面与该第二透明层的一第三顶面共一水平平面。

11.一种头灯，包含如权利要求1至10任一所述的发光模块。