CN109411590B - 发光二极管结构及发光单元 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管结构及发光单元，所述发光二极管结构包含基板、设置于基板相反两表面的电极层与焊垫层、设置于电极层上的发光二极管芯片、设置于发光二极管芯片发光面上的荧光转换层、及起透滤光层。所述焊垫层电性连接于电极层及发光二极管芯片，所述荧光转换层具有远离发光二极管芯片的一出光面。起透滤光层设置于出光面上，起透滤光层朝向发光二极管芯片的发光面正投影所形成的一投影区域，其占发光面面积的30％至90％。起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长介于450～480纳米，并且起透滤光层的陡度为5～50纳米之间。借此，发光二极管结构(或发光单元)在可视角范围内的色温差距能有效地降低。

Description

发光二极管结构及发光单元
技术领域
本发明涉及一种发光单元，尤其涉及一种能改善(不同角度)发光色温差距的发光二极管结构及发光单元。
背景技术
现有的发光二极管结构包含发光二极管芯片及设置于上述发光二极管芯片上的荧光转化层。其中，所述发光二极管芯片在不同发光角度下，经由荧光转化层后出射的光线颜色不同，而造成黄晕现象。进一步地说，发光二极管芯片经由荧光转换层外侧区域所射出的蓝色光线，在大角度入射下，所走过的荧光转换层的路程较小角度较大，被转换成黄色荧光的机率就会增加，从而产生黄晕现象。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种发光二极管结构及发光单元，其能有效地改善现有发光二极管结构角色温(color over angle，COA)一致性较差的缺失。
本发明实施例公开一种发光二极管结构，包括：一基板，具有位于相反侧的一第一板面与一第二板面；一电极层，设置于所述基板的所述第一板面；一发光二极管芯片，具有一发光面，所述发光二极管芯片设置于所述电极层上；一焊垫层，设置于所述基板的所述第二板面并且电性连接于所述电极层及所述发光二极管芯片；一荧光转换层，设置于所述发光二极管芯片的所述发光面上方，并且所述荧光转换层具有远离所述发光二极管芯片的一出光面，所述出光面包含有一中央区域及围绕于所述中央区域的一周边区域；以及一起透滤光层，设置于所述出光面的所述中央区域上，并且所述起透滤光层朝向所述发光二极管芯片的所述发光面正投影所形成的一投影区域，其占所述发光面面积的30％至90％；其中，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米(nm)至480纳米，并且所述起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间。
优选地，所述起透滤光层是黏着或镀设于所述出光面的所述中央区域上。
优选地，所述发光二极管结构进一步包括一透明基材，并且所述透明基材设置于所述起透滤光层上，所述透明基材与所述起透滤光层的外侧缘彼此切齐。
优选地，所述发光二极管结构进一步包括设置于所述周边区域的一硅胶层，并且所述硅胶层包覆于所述起透滤光层的外侧缘及所述透明基材的外侧缘，所述硅胶层的顶缘与所述透明基材的顶缘切齐。
优选地，所述起透滤光层用以将来自所述中央区域的至少部分蓝光反射回所述荧光转换层中。
优选地，所述起透滤光层包含多个相互堆栈排列的一高折射率材料与一低折射率材料，并且所述高折射率材料为五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、或五氧化二钽(Ta2O5)，所述低折射率材料为二氧化硅(SiO2)。
优选地，所述投影区域位于所述发光面的正中央，并且所述发光二极管结构在色温5500K以下且在120度的可视角范围内的色温差距小于300K。
优选地，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为450纳米，所述起透滤光层的陡度为7纳米，并且所述投影区域占所述发光面面积的50％至70％。
优选地，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为460纳米，所述起透滤光层的陡度为34纳米，并且所述投影区域占所述发光面面积的40％至60％。
本发明实施例也公开一种发光单元，包括：一发光二极管芯片，具有一发光面；一荧光转换层，设置于所述发光二极管芯片的所述发光面上方，并且所述荧光转换层具有远离所述发光二极管芯片的一出光面，所述出光面包含有一中央区域及围绕于所述中央区域的一周边区域；以及一起透滤光层，设置于所述出光面的所述中央区域上，并且所述起透滤光层朝向所述发光二极管芯片的所述发光面正投影所形成的一投影区域，其占所述发光面面积的30％至90％；其中，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米至480纳米，并且所述起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间。
综上所述，本发明实施例所公开的发光二极管结构及发光单元，其通过在荧光转换层的出光面中央区域上设置特定条件的起透滤光层(例如：上述投影区域占所述发光面面积的30％至90％，起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米至480纳米，并且起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间)，借以有效地降低发光二极管结构(或发光单元)在可视角范围内的色温差距。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明发光二极管结构实施例一的俯视示意图。
图2为图1沿剖线Ⅱ-Ⅱ的剖视示意图。
图3为图1的发光二极管结构的模拟测试示意图(一)。
图4为图2中的采用起透滤光层(Chroma AT450lp)在其最大透过率的50％的光学特性图。
图5为图1的发光二极管结构的模拟测试示意图(二)。
图6为图2中的采用起透滤光层(Chroma CT460lp)在其最大透过率的50％的光学特性图。
图7为本发明发光二极管结构实施例二的示意图。
图8为本发明发光二极管结构实施例三的示意图。
图9为图8中的带通滤光片的光学特性图。
图10为本发明发光二极管结构实施例四的示意图。
图11为图10沿剖线XI-XI的剖视示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图11，为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
[实施例一]
如图1至图6所示，其为本发明的实施例一，本实施例公开一种发光二极管结构100，包含一基板1、设置于上述基板1相反两表面的一电极层2与一焊垫层3、设置于所述电极层2上一发光二极管芯片4、设置于所述发光二极管芯片4的一荧光转换层5、设置于所述荧光转换层5的一起透滤光层6(cut-on optical filter)、设置于起透滤光层6的所述一透明基材7。
需说明的是，本实施例的发光二极管芯片4、荧光转换层5、及起透滤光层6可合并称为一发光单元10，并且上述发光单元10的应用范围可依设计者的需求而改变，并不限制应用在所述发光二极管结构100。
如图1和图2所示，所述基板1具有位于相反侧的一第一板面11与一第二板面12，并且上述基板1内埋设有多个导电柱13，而每个导电柱13的相反两端分别自所述基板1的第一板面11与第二板面12而裸露于外。
所述电极层2设置于基板1的第一板面11并且抵接于上述多个导电柱的一端，所述焊垫层3设置于基板1的第二板面12并且抵接于上述多个导电柱的另一端，借以所述电极层2与焊垫层3能通过上述导电柱13而达成电性连接。
所述发光二极管芯片4于本实施例中是采用覆晶式芯片(flip chip)，但不受限于此。上述发光二极管芯片4安装于电极层2上并且通过导电柱13而与焊垫层3电性连接。其中，所述发光二极管芯片4具有远离基板1的一发光面41。
所述荧光转换层5于本实施例中是以一荧光粉片作说明，但不受限于此。上述荧光粉片是指PIG(phosphor in glass)或PIC(phosphor in ceramic)，并且荧光粉片的折射率较佳是介于1.5至1.85。其中，所述荧光转换层5设置于发光二极管芯片4的发光面41上，并且上述发光二极管芯片4的发光面41较佳是被荧光转换层5所完整覆盖，而荧光转换层5的外侧缘切齐于发光二极管芯片4的外侧缘。
更详细地说，所述荧光转换层5具有远离上述发光二极管芯片4的一出光面51，也就是说，上述发光二极管芯片4由发光面41所发出的光线穿过上述荧光转换层5而由其出光面51射出。其中，所述出光面51包含有一中央区域511及围绕于上述中央区域511的一周边区域512，上述周边区域512于本实施例中较佳是环形，也就是说，所述周边区域512是位于所述出光面51的边缘与中央区域511之间。再者，所述中央区域511的形状可以视设计者需求而加以调整(如：圆形、正方形、矩形、或其他形状)，本发明在此不加以限制。
此外，在本发明未绘示的实施例中，荧光转换层5的出光面51面积也可以为二极管芯片4的发光面41面积的1到1.15倍之间，且所述发光二极管芯片4和荧光转换层5的几何中心大致重合。
所述起透滤光层6设置于上述荧光转换层5的出光面51中央区域511上，并且上述起透滤光层6可以是通过一黏着层S(如：硅胶)而黏着于所述出光面51的中央区域511上；或者，当所述荧光转换层5为硬质材料时，上述起透滤光层6也可以是直接镀设于出光面51的中央区域511上，但本发明在此不加以限制。所述透明基材7(如：玻璃板)设置于起透滤光层6上，并且所述透明基材7与起透滤光层6的外侧缘较佳是彼此切齐。
再者，所述滤光层6于本实施例中是用以将来自出光面51中央区域511的至少部分蓝光反射回荧光转换层5中，且利用起透滤光层6于不同角度下对不同波长的光的反射能力不同的优点，小角度下反射蓝光，大角度下所有可见光均透过(如：图4和图6)。这样在小角度范围内，来自中央区域511的低色温光线和来自周边区域512的高色温光线相互混合，产生的色温较原来没有起透滤光层6的发光二极管芯片色温降低，使其与大角度下的色温相同，以达到均衡色温的目的(如：所述发光二极管结构100在色温5500K以下且在120度的可视角范围内的色温差距小于300K)，进而避免发光二极管结构100产生黄晕现象。于本实施例中，所述起透滤光层6包含堆栈排列的一高折射率材料与一低折射率材料，并且所述高折射率材料为五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、或五氧化二钽(Ta2O5)，所述低折射率材料为二氧化硅(SiO2)，但本发明的起透滤光层6不以此为限。
需说明的是，为达到上述降低发光二极管结构100在可视角范围内的色温差距的效果，所述起透滤光层6的选用有其必要的条件限制存在。具体来说，所述起透滤光层6在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米(nm)至480纳米，并且所述起透滤光层6的陡度为5纳米至50纳米之间。再者，所述起透滤光层6朝向发光二极管芯片4的发光面41正投影所形成的一投影区域(上述投影区域较佳是位于发光面41的正中央)，其占所述发光面41面积的30％至90％。
需说明的是，由于本实施例的荧光转换层5外侧缘切齐于发光二极管芯片4的外侧缘，所以上述投影区域占所述发光面41面积的30％至90％也可以视为所述中央区域511出光面51占面积的30％至90％。
更详细地说，本实施例的发光二极管结构100采用不同类型的起透滤光层6(如：Chroma AT450lp、Chroma CT460lp)并搭配不同面积大小的起透滤光层6来进行模拟测试，借以证实本实施例的发光二极管结构100能够有效地降低在可视角范围内的色温差距。本实施例所采用的起透滤光层6(Chroma AT450lp、Chroma CT460lp)的光学特性图分别如图4和图6所示。
请参阅图3所示的模拟测试(一)，所述起透滤光层6(Chroma AT450lp)在其最大透过率的50％所对应的光线波长为450纳米(如：图4)，所述起透滤光层6的陡度为7纳米，并且图3中由下往上的曲线依序为：所述投影区域占发光面41面积的30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。再者，由图3中观察发光二极管结构100在-60度至60度的可视角范围内的相关色温(correlated color temperature，CCT)，即可大致汇整成下表。据此，所述投影区域占所述发光面41面积的60％时，所述发光二极管结构100在可视角范围内的色温差距为最小，但本发明不受限于此。举例来说，本实施例的投影区域可以是占所述发光面41面积的50％至70％。
Figure BDA0001382181410000061
请参阅图5所示的模拟测试(二)，所述起透滤光层6(Chroma CT460lp)在其最大透过率的50％所对应的光线波长为460纳米(如：图6)，所述起透滤光层6的陡度为34纳米，并且图5中由下往上的曲线依序为：所述投影区域占发光面41面积的30％、40％、50％、60％、70％。再者，由图5中观察发光二极管结构100在-60度至60度的可视角范围内的相关色温可得知：所述投影区域占所述发光面41面积的50％时，所述发光二极管结构100在可视角范围内的色温差距为最小，但本发明不受限于此。举例来说，本实施例的投影区域可以是占所述发光面41面积的40％至60％。
[实施例二]
请参阅图7所示，其为本发明的实施例二，本实施例与上述实施例一类似，所述两个实施例相同的技术特征则不再加以赘述，而两者的差异主要在于：本实施例的发光二极管结构100未包含有透明基材7。
[实施例三]
请参阅图8和图9所示，其为本发明的实施例三，本实施例与上述实施例二类似，所述两个实施例相同的技术特征则不再加以赘述，而两者的差异主要在于：本实施例的发光二极管结构100进一步包含有一带通滤光片9(band pass filter)，并且本实施例的发光二极管芯片4、荧光转换层5、起透滤光层6、及带通滤光片9(band pass filter)可合并称为一发光单元10。
具体来说，所述带通滤光片9是设置于发光二极管芯片4的发光面41，而荧光转换层5则是设置在带通滤光片9上，并且所述发光二极管芯片4的侧缘、荧光转换层5的侧缘、及带通滤光片9的侧缘相互切齐。也就是说，本实施例的荧光转换层5是设置于所述发光二极管芯片4的发光面41上方。
其中，如图9所示，本实施例带通滤光片9所适于穿透的波长，其中心波长介于445纳米至455纳米、带通范围介于20纳米至50纳米之间、陡度在5纳米至15纳米之间。换个角度来说，所述带通滤光片9适于供蓝色光线穿透，而反射其他类型的光线，但本发明不受限于此。
[实施例四]
请参阅图10和图11所示，其为本发明的实施例四，本实施例与上述实施例一类似，所述两个实施例相同的技术特征则不再加以赘述，而两者的差异主要在于：本实施例的发光二极管结构100进一步包含有一硅胶层8。
具体来说，所述硅胶层8设置于上述荧光转换层5的出光面51周边区域512，并且上述硅胶层8包覆于起透滤光层6的外侧缘及透明基材7的外侧缘，硅胶层8的外侧缘较佳是切齐于发光二极管芯片4的外侧缘与荧光转换层5的外侧缘，而所述硅胶层8的顶缘与透明基材7的顶边缘切齐。
[本发明实施例的技术功效]
综上所述，本发明实施例所公开的发光二极管结构及发光单元，其通过在荧光转换层的出光面中央区域上设置特定条件的起透滤光层(例如：上述投影区域占所述发光面面积的30％至90％，起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米至480纳米，并且起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间)，借以有效地降低发光二极管结构(或发光单元)在可视角范围内的色温差距。
再者，当所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为450纳米，并且起透滤光层的陡度为7纳米时，起透滤光层的尺寸能够依据上述投影区域占所述发光面面积的50％至70％，借以使所述发光二极管结构在可视角范围内的色温差距较小。
另，当所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为460纳米，并且起透滤光层的陡度为34纳米时，起透滤光层的尺寸能够依据上述投影区域占所述发光面面积的40％至60％，借以使所述发光二极管结构在可视角范围内的色温差距较小。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构包括：
一基板，具有位于相反侧的一第一板面与一第二板面；
一电极层，设置于所述基板的所述第一板面；
一发光二极管芯片，具有一发光面，所述发光二极管芯片设置于所述电极层上；
一焊垫层，设置于所述基板的所述第二板面并且电性连接于所述电极层及所述发光二极管芯片；
一荧光转换层，设置于所述发光二极管芯片的所述发光面上方，并且所述荧光转换层具有远离所述发光二极管芯片的一出光面，所述出光面包含有一中央区域及围绕于所述中央区域的一周边区域；以及
一起透滤光层，设置于所述出光面的所述中央区域上，并且所述起透滤光层朝向所述发光二极管芯片的所述发光面正投影所形成的一投影区域，其占所述发光面面积的30％至90％；
其中，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米至480纳米，并且所述起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间；所述发光二极管结构在色温5500K以下且在120度的可视角范围内的色温差距小于300K。
2.依据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述起透滤光层是黏着或镀设于所述出光面的所述中央区域上。
3.依据权利要求2所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构进一步包括一透明基材，并且所述透明基材设置于所述起透滤光层上，所述透明基材与所述起透滤光层的外侧缘彼此切齐。
4.依据权利要求3所述的发光二极管结构，其特征在于，所述发光二极管结构进一步包括设置于所述周边区域的一硅胶层，并且所述硅胶层包覆于所述起透滤光层的外侧缘及所述透明基材的外侧缘，所述硅胶层的顶缘与所述透明基材的顶缘切齐。
5.依据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述起透滤光层用以将来自所述中央区域的至少部分蓝光反射回所述荧光转换层中。
6.依据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述起透滤光层包含多个相互堆栈排列的一高折射率材料与一低折射率材料，并且所述高折射率材料为五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、或五氧化二钽(Ta2O5)，所述低折射率材料为二氧化硅(SiO2)。
7.依据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述投影区域位于所述发光面的正中央。
8.依据权利要求1至7中任一项所述的发光二极管结构，其特征在于，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为450纳米，所述起透滤光层的陡度为7纳米，并且所述投影区域占所述发光面面积的50％至70％。
9.依据权利要求1至7中任一项所述的发光二极管结构，其特征在于，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长为460纳米，所述起透滤光层的陡度为34纳米，并且所述投影区域占所述发光面面积的40％至60％。
10.一种发光单元，其特征在于，所述发光单元包括：
一发光二极管芯片，具有一发光面；
一荧光转换层，设置于所述发光二极管芯片的所述发光面上方，并且所述荧光转换层具有远离所述发光二极管芯片的一出光面，所述出光面包含有一中央区域及围绕于所述中央区域的一周边区域；以及
一起透滤光层，设置于所述出光面的所述中央区域上，并且所述起透滤光层朝向所述发光二极管芯片的所述发光面正投影所形成的一投影区域，其占所述发光面面积的30％至90％；
其中，所述起透滤光层在其最大透过率的50％所对应的光线波长是介于450纳米至480纳米，并且所述起透滤光层的陡度为5纳米至50纳米之间；所述发光单元在色温5500K以下且在120度的可视角范围内的色温差距小于300K。
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