CN109585429B - 光源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光源模块，包括基板、第一披覆层、第二披覆层、发光层以及承载基板。发光层设置于第一披覆层以及第二披覆层之间，可以因应通过第一披覆层的第一电流以及第二披覆层的第二电流而产生光束，且光束穿过基板而往外投射。承载基板分别电性连接于第一披覆层以及第二披覆层，承载基板包括电路板以及保护层。其中，保护层可反射投射至承载基板的光束，使光束穿过基板而往外投射。

Description

光源模块
技术领域
本发明涉及一种光源模块，尤其涉及高发光效率的光源模块。
背景技术
常见的光源是利用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)来产生光束，其发光原理为，于III-V族半导体材料，例如：氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)以及磷化铟(InP)等材料上施加电流，利用电子与空穴的互相结合，使多余的能量于多层量子井(Multiple Quantum Well，MQW)之处以光子的形式释放出来，成为我们眼中所见的光线。
接下来说明现有发光二极管晶粒的结构。请参阅图1，其为现有发光二极管晶粒的结构剖面示意图。图1中显示出现有发光二极管晶粒1为多层堆叠的结构，其包括基板11、P极披覆层12、多层量子井13、N极披覆层14、导电薄膜层(ITO)15、分别设置于发光二极管晶粒1的上表面上的具有P极接点16以及N极接点17，而P极接点16以及N极接点17可供进行打线程序(此将于稍后说明)，而多层量子井13设置于该多层堆叠的结构之中。由于前述已提到发光二极管晶粒1是由多层量子井13出光，因此从多层量子井13向上方输出的光束势必被位于多层量子井13上方的P极披覆层12、导电薄膜层15、P极接点16以及N极接点17所遮挡而耗损，进而显著影响整体向上出光的发光效率。换句话说，传统发光二极管晶粒1的整体发光亮度大部分只能依赖从多层量子井13向侧边出光的光线部分，导致发光效率不佳。因此，传统发光二极管晶粒1的发光效率仍有改善的空间。
请参阅图2，其为应用现有发光二极管晶粒的光源模块的结构剖面示意图。光源模块2包括有电路板21以及设置于电路板21上的多个发光二极管22(为了清楚表示，图2仅绘出单一个发光二极管22)，且每一发光二极管22是电性连接于电路板21，故可接收来自电路板21的电流而输出光束。其中，光源模块可被设置于电子装置(未显示于图中)内，令电子装置可提供输出光束的功能。
一般而言，光源模块可分为下列二种：第一，电路板21仅负责有关发光二极管22的电路运行，而电子装置所主要提供的电子功能的相关电子信号处理则通过另一电路板进行。第二、电路板21能够负责有关发光二极管22的电路运行，亦能够对有关于电子装置所主要提供的电子功能的相关电子信号进行处理。
光源模块2中，每一发光二极管22皆为单一个现有发光二极管晶粒1被封装后所形成者，且发光二极管晶粒1的P极接点16以及N极接点17是经由打线18而连接至电路板21的电性引脚211，借此发光二极管22才能接收来自电路板21的电流。然而，于发光二极管晶粒1的封装过程中，发光二极管晶粒1通常要被设置于一载板19上，但载板19所占据的体积以及预留打线18所需的高度皆是发光二极管晶粒1被封装后的整体厚度会增加的主因，故应用传统发光二极管晶粒1的光源模块十分不利于超薄化，当然，亦不利于欲设置该光源模块的电子装置朝轻、薄、短小的方向发展。
根据以上的说明可知，现有光源模块具有改善的空间，因此，需要一种可降低厚度且可提升发光效率的光源模块。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降低厚度且可提升发光效率的光源模块。
于一优选实施例中，本发明提供一种光源模块，包括一基板、一第一披覆层、一第二披覆层、一发光层以及一承载基板。该第一披覆层设置于该基板的一下表面上，用以供一第一电流通过，而该第二披覆层位于该第一披覆层的下方，用以供一第二电流通过。该发光层设置于该第一披覆层以及该第二披覆层之间，用以因应该第一电流以及该第二电流而产生一光束，且该光束穿过该基板而往外投射。该承载基板分别电性连接于该第一披覆层以及该第二披覆层，该承载基板包括一电路板、一第一金属连结层、一第二金属连结层以及一保护层。该第一金属连结层设置于该电路板的一上表面上，而该第二金属连结层设置于该第一金属连结层上，可与该第一金属连结层结合且反射该光束。该保护层设置于该第二金属连结层上，用以保护该电路板、该第一金属连结层以及该第二金属连结层；其中，该保护层可反射投射至该承载基板的该光束，使该光束穿过该基板而往外投射。
于一优选实施例中，该光源模块还包括一反射层，设置于该第二披覆层的一下表面上，用以反射穿过该第二披覆层的该光束，使该光束穿过该基板而往外投射。
附图说明
图1是现有发光二极管晶粒的结构剖面示意图。
图2是应用现有发光二极管晶粒的光源模块的结构剖面示意图。
图3是本发明光源模块于第一优选实施例中的结构示意图。
图4是本发明光源模块的发光层于第一优选实施例中的结构俯视图。
图5是本发明光源模块于第一优选实施例中的局部结构仰视图。
图6是本发明光源模块于第二优选实施例中的结构示意图。
图7是本发明光源模块于第三优选实施例中的结构示意图。
图8是本发明光源模块于第四优选实施例中被封装后的结构示意图。
附图标记说明：
1、30、40、50、60 发光二极管晶粒
2、3、4、5、6 光源模块
11、31、41、51 基板
11 P极披覆层
13 多层量子井
14 N极披覆层
15 导电薄膜层
16 P极接点
17 N极接点
18 打线
19 载板
22 发光二极管
32、42、52 第一披覆层
33、43、53 第二披覆层
34、44、54 发光层
35、45、55、65 承载基板
36、46、56 第一保护层
47 反射层
57 齐纳二极管
61 保护胶
311、411、511 微结构
321、421、521 第一接垫
331、431、531 第二接垫
332、432、532 透明导电层
21、351、451 电路板
352、452 第一金属连结层
353、453 第二金属连结层
354、454 第二保护层
355、455 第一电极
356、456 第二电极
357、457 第一金属连结凸块
358、458 第二金属连结凸块
3511 铜箔
B 光束
T1、T2 光源模块的厚度
具体实施方式
本发明提供一种光源模块，以解决现有技术问题。请参阅图3，其为本发明光源模块于第一优选实施例中的结构示意图。光源模块3包括基板31、第一披覆层32、第二披覆层33、发光层34、承载基板35以及第一保护层36，第一披覆层32设置于基板31的下表面上，其可用以供第一电流通过，而第二披覆层33位于第一披覆层32的下方，其可供第二电流通过。发光层34设置于第一披覆层32以及第二披覆层33之间，其功能为因应第一电流以及第二电流而产生光束B，且光束B可穿过基板31而往外投射。其中，第一披覆层32、第二披覆层33以及发光层34为III-V族半导体的数个堆叠结构，以利用电子与空穴的互相结合而产生光束B。于本优选实施例中，第一披覆层32为N-GaN披覆层，第二披覆层33为P-GaN披覆层，而发光层34为多层量子井。
请同时参阅图3以及图4，图4为本发明光源模块的发光层于第一优选实施例中的结构俯视图。发光层34具有多个开孔341，且多个开孔341均匀地分布于发光层34而贯穿发光层34的上表面以及发光层34的下表面。均匀分布的多个开孔341可使第一电流以及第二电流的密度均匀，进而使发光层34的光束B可均匀地被输出。
基板31包括多个微结构311，且多个微结构311分别设置于基板31的上表面以及下表面上，其可避免光束B发生全反射，而帮助光束B往基板31之外的方向投射。于本优选实施例中，多个微结构311可以各种方式形成于基板31的上表面以及下表面上，例如蚀刻方式。另一方面，第一披覆层32具有第一接垫321，设置于第一披覆层32的下表面上且电性连接于第一披覆层32。而第二披覆层33具有第二接垫331，设置于第二披覆层33的下表面上且电性连接于第二披覆层33。于一优选作法中，第二披覆层33还包括透明导电层332，其设置于第二披覆层33的下表面上，以辅助第二披覆层33导电。
其中，本发明定义基板31、第一披覆层32、第二披覆层33、发光层34以及第一保护层36为发光二极管晶粒30，且发光二极管晶粒30与承载基板35结合而形成光源模块3。
图3中，承载基板35分别电性连接于第一披覆层32以及第二披覆层33，且承载基板35包括电路板351、第一金属连结层352、第二金属连结层353、第二保护层354、第一电极355、第二电极356、第一金属连结凸块357以及第二金属连结凸块358。第一金属连结层352设置于电路板351的上表面上，而第二金属连结层353设置于第一金属连结层352上，可与第一金属连结层352结合且反射光束B。第二保护层354设置于第二金属连结层353上，其可保护电路板351、第一金属连结层352以及第二金属连结层353，另一方面，第二保护层354亦可反射投射至承载基板35的光束B，使光束B穿过基板31而往外投射。第一电极355设置于第二金属连结层353上，而第二电极356亦设置于第二金属连结层353上。第一金属连结凸块357设置于第一电极355上，其可结合第一电极355以及第一披覆层32的第一接垫321。同理，第二金属连结凸块358设置于第二电极356上，其可结合第二电极356以及第二披覆层33的第二接垫331，因此可知，承载基板35分别通过第一金属连结凸块357以及第二金属连结凸块358而电性连接于第一披覆层32以及第二披覆层33。
由图3可看出，基板31与第一接垫321、第二接垫331分别显露于第一披覆层32、第二披覆层33以及发光层34之外，且第一接垫321以及第二接垫331可以直接接合(例如焊接或其它接合技术)固定于承载基板35或现有载板19上，亦即，本发明光源模块3不需要再通过打线的方式进行电性连接，而有利于降低整体厚度而有助于超薄化的设计。另外，第一保护层36包覆第一披覆层32、第一接垫321、第二披覆层33、第二接垫331以及发光层34，以保护上述元件。
其中，由于第一接垫321通过第一金属连结凸块357而电性连接于第一电极355，且第二接垫331通过第二金属连结凸块358而电性连接于第二电极356，如此作法除了可免除打线的程序，还可将第一接垫321以及与第二接垫331所产生的热能直接传导至下方的承载基板35，且该热能便可通过承载基板35向外散逸。其中，由于承载基板35具有较大的面积，故有助于迅速散热，进而可大幅降低热能对光源模块3的发光效率的损耗。
于本优选实施例中，电路板351可用金、银等材料制成，以提升导电性以及散射性。电路板351可采用但不限于：柔性电路板(FPC)、印刷电路板(PCB)、或镀铜的树脂板(PET)。其中，柔性电路板可为聚亚酰胺基板(PI base)布铜线(copper trace)后经表面处理所形成；印刷电路板可为环氧树脂玻璃纤维基板(FR4base)布铜线后经表面处理所形成；镀铜的树脂板可为聚亚酰胺基板(PET base)布铜线后经表面处理所形成。
于本优选实施例中，第一金属连结凸块357以及第二金属连结凸块358皆为焊接材料，而焊接材料可采用锡膏、银胶、金球、锡球或锡胶等，而焊接工艺方法包括但不限于：超音波热焊(Thermosonic)、共晶(Eutectic)或回焊(Reflow)等。第一金属连结层352是以铜或性质接近铜的导电金属所制成，而第二金属连结层353则以金、镍、性质接近金的导电金属或性质接近镍的导电金属所制成。其中，由于金、镍的特性，使得第二金属连结层353可提供较高的反射率以及较高的结合能力。
需特别说明的有四，第一，由于电路板351的上表面设置有铜箔3511，使得电路板351的上表面不平整，故设置第一金属连结层352于电路板351的上表面上，而得以将电路板351的上表面平整化。第二，第一金属连结凸块357以及第二金属连结凸块358仅需以导电金属制成即可，并非限定第一金属连结凸块357必须以铜制成，亦非限定第二金属连结凸块358必须以金、镍制成。
第三，于本优选实施例中，基板31为透明或半透明的蓝宝石基板，因此，发光层34所产生的光束B可直接向上方且不被遮挡地穿经基板31，借此可降低光反射的次数而降低光耗损率，以提升发光功率。并且，借此设置，还可增加光源模块3的整体出光面积。另外，由于基板31设置有凹凸的多个微结构311，本发明光源模块3所产生的光束B不易于内部发生全反射，而可直接穿经基板31向外射出，借此因此，本发明光源模块3可提高出光效率。经实验可得知，本发明光源模块3的光输出可优于现有光源模块约1.6倍至3倍。
第四，承载基板35的第二保护层354是以绝缘材料所制成，且覆盖于第二金属连结层353、第一电极355以及第二电极356上，借此可避免第一接垫321与第一金属连结凸块357以及第二接垫331与第二金属连结凸块358发生漏电流的情形。同时，第二保护层354更具有反射功能，以将往下方投射的光束B反射，而可有效提升光束利用率。当然，本发明并非限制必须将绝缘材料与反射材料整合于一体而形成第二保护层354，该两者亦可根据需求而分别设置。
接下来请同时参阅图3以及图5，图5为本发明光源模块于第一优选实施例中的局部结构仰视图。图3显示出第一接垫321的下表面与第二接垫331的下表面是位于同一高度，以便与承载基板35结合。另一方面，图4显示出本发明光源模块3的发光二极管晶粒30的部分结构，由图4可看出第一接垫321与第二接垫331的接触面积占第一保护层36的下表面中相当大的比重，故有助于将热能由发光二极管晶粒30传导至承载基板35，以避免光源模块3过热而影响其发光效率。
再者，本发明还提供与上述不同作法的第二优选实施例。请参阅图6，其为本发明光源模块于第二优选实施例中的结构示意图。光源模块4包括基板41、第一披覆层42、第二披覆层43、发光层44、承载基板45、第一保护层46以及反射层47，且基板41包括多个微结构411，第一披覆层42具有第一接垫421，而第二披覆层43包括第二接垫431以及透明导电层432。承载基板45包括电路板451、第一金属连结层452、第二金属连结层453、第二保护层454、第一电极455、第二电极456、第一金属连结凸块457以及第二金属连结凸块458。其中，本发明定义基板41、第一披覆层42、第二披覆层43、发光层44以及第一保护层46为发光二极管晶粒40，且发光二极管晶粒40与承载基板45结合而形成光源模块4。本优选实施例的光源模块4的各元件的结构以及功能大致上与前述优选实施例相同，且相同之处不再赘述，而该两者之间的不同之处，光源模块4还包括有反射层47。
反射层47设置于第二披覆层43的下表面上，其可反射穿过第二披覆层43的光束B，使光束B穿过基板41而往外投射，以进一步提升光束使用率。其中，若第二披覆层43中包含有透明导电层432，反射层47则设置于透明导电层432的下表面上。此属于在发光层44以及承载基板45之间加入反射材料(例如：Distributed Bragg Reflector，DBR)的一种作法，目的为了得到比现有光源模块更高的出光率。
此外，本发明更提供与上述不同作法的第三优选实施例。请参阅图7，其为本发明光源模块于第三优选实施例中的结构示意图。光源模块5包括基板51、第一披覆层52、第二披覆层53、发光层54、承载基板55、第一保护层56以及齐纳二极管57，且基板51包括多个微结构511，第一披覆层52具有第一接垫521，而第二披覆层53包括第二接垫531以及透明导电层532。其中，本发明定义基板51、第一披覆层52、第二披覆层53、发光层54以及第一保护层56为发光二极管晶粒50，且发光二极管晶粒50与承载基板55结合而形成光源模块5。本优选实施例的光源模块5的各元件的结构以及功能大致上与前述优选实施例相同，且相同之处不再赘述，而该两者之间的不同之处，光源模块5还包括有多个齐纳二极管57。其中，齐纳二极管57设置于承载基板55上，且齐纳二极管57与发光层54反向并联，以形成静电释放(ESD)保护电路，而可保护光源模块5。
接下来请参阅图8，其为本发明光源模块于第四优选实施例中被封装后的结构示意图。图8显示出发光二极管晶粒60设置于承载基板65上，且发光二极管晶粒60与承载基板65可被喷上保护胶61，其视同封装程序，以防护发光二极管晶粒60。其中，本发明定义基板、第一披覆层、第二披覆层、发光层以及第一保护层为发光二极管晶粒60，且发光二极管晶粒60与承载基板65结合而形成光源模块6。
需特别说明的是，请再次参阅图2，于现有技术中，若要于电路板21上设置光源，其作法为将已制造完成的发光二极管22(发光二极管晶粒1被封装后所形成者)放在电路板21上并经过打线18等程序，而结合发光二极管22以及电路板21以形成光源模块2。其中，光源模块2的厚度为T1。然而，由于本发明改变发光二极管晶粒60的组成，使得发光二极管晶粒60可于不需通过打线程序的情况下而被直接焊接在承载基板65上，且可简易地进行封装程序(例如前述喷上保护胶61的运行)，以形成光源模块6，如图7所示。其中，光源模块6的厚度为T2。与现有技术比较可知，以发光二极管晶粒1与发光二极管晶粒60为基准，可明显看出光源模块6的厚度T2远小于光源模块2的厚度T1，故本发明光源模块确实可降低厚度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的权利要求，因此凡其它未脱离本发明所公开的构思下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本公开的权利要求内。

Claims (8)

1.一种光源模块，包括：
一基板；
一第一披覆层，设置于该基板的一下表面上，用以供一第一电流通过，该第一披覆层具有一第一接垫，设置于该第一披覆层的一下表面上，且电性连接于该第一披覆层；
一第二披覆层，位于该第一披覆层的下方，用以供一第二电流通过，该第二披覆层具有一第二接垫，设置于该第二披覆层的一下表面上，且电性连接于该第二披覆层；
一发光层，设置于该第一披覆层以及该第二披覆层之间，用以因应该第一电流以及该第二电流而产生一光束，且该光束穿过该基板而往外投射；以及
一承载基板，分别电性连接于该第一披覆层以及该第二披覆层，该承载基板包括：
一电路板；
一铜箔，设置于该电路板的上表面；
一第一金属连结层，设置于该电路板的一上表面上，而将该电路板的上表面平整化；
一第二金属连结层，设置于该第一金属连结层上，可与该第一金属连结层结合且反射该光束；
一第一电极，设置于该第二金属连结层上；
一第二电极，设置于该第二金属连结层上；
一第一金属连结凸块，设置于该第一电极上，用以结合该第一电极以及该第一接垫；
一第二金属连结凸块，设置于该第二电极上，用以结合该第二电极以及该第二接垫；以及
一保护层，设置于该第二金属连结层上，用以保护该电路板、该第一金属连结层以及该第二金属连结层；其中，该保护层可反射投射至该承载基板的该光束，使该光束穿过该基板而往外投射，以及该保护层是以绝缘材料所制成，且覆盖于该第二金属连结层、该第一电极以及该第二电极上，借此可避免该第一接垫与该第一金属连结凸块以及该第二接垫与该第二金属连结凸块发生漏电流的情形。
2.如权利要求1所述的光源模块，其中，该第一金属连结凸块是锡膏、银胶、金球、锡球或锡胶，而该第二金属连结凸块是锡膏、银胶、金球、锡球或锡胶。
3.如权利要求1所述的光源模块，其中，该第一金属连结层是以铜或性质接近铜的导电金属所制成，而该第二金属连结层是以金、镍、性质接近金的导电金属或性质接近镍的导电金属所制成。
4.如权利要求1所述的光源模块，其中，该基板包括多个微结构，且该多个微结构分别设置于该基板的一上表面以及该下表面，用以避免该光束发生全反射，而帮助该光束往该基板之外投射。
5.如权利要求1所述的光源模块，其中，该基板是蓝宝石基板。
6.如权利要求1所述的光源模块，其中，该发光层是多层量子井。
7.如权利要求1所述的光源模块，其中，该第二披覆层还包括一透明导电层，设置于该第二披覆层的一下表面上，用以辅助该第二披覆层导电。
8.如权利要求1所述的光源模块，还包括一反射层，设置于该第二披覆层的一下表面上，用以反射穿过该第二披覆层的该光束，使该光束穿过该基板而往外投射。
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