CN110783433B - 发光装置与液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光装置，包括发光二极管，发光二极管包括蓝光发光层以及第一波长转换层，第一波长转换层设置于蓝光发光层的出光面。发光装置还包括第二波长转换层以及基板。蓝光发光层位于第一波长转换层与第二波长转换层之间。基板具有反光面与相对于反光面的外表面，第一波长转换层位于蓝光发光层与反光面之间。

Description

发光装置与液晶显示器
技术领域
本发明是关于一种发光装置与液晶显示器。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有省电、重量轻、低辐射及易携带等优点，可广泛应用于电视、电脑屏幕、笔记型电脑、汽车导航系统、行动通讯装置等，已逐渐取代传统的显示器，成为市面上的主流产品。其中，用以提供光源的关键零组件之一即是背光模块(Backlight Module)，其目的在于将发光元件所发射的点光源或线光源，进一步形成均匀的面光源，以提供液晶面板使用。
以发光二极管作为发光元件已广泛地应用在显示器与照明方面的领域。然而，就现有以发光二极管作为光源的发光元件的结构而言，较不易使发光二极管发出的光线均匀化。因此，如何提高发光元件的发光效率以及发光区的亮度均匀性，已成为亟待解决的课题。
发明内容
本发明的实施例提供一种发光装置以及一种液晶显示器。通过使第一波长转换层在第一基板的垂直投影面积落在蓝光发光层在第一基板的垂直投影面积之内，提升第一波长转换层的光转换效率，并且，藉由设置第一波长转换层与第二波长转换层于蓝光发光层的相异侧，可以提升发光装置的色度均匀度及亮度，发光装置还包括第一反光结构及第二反光结构，第一反光结构用以使蓝光与第一色光朝第一基板左右两侧反射，避免蓝光与第一色光反射回发光二极管，第二反光结构用以破坏光线在导光层中的全反射，提高发光装置的出光效率。
于一实施例中，一种发光装置包括发光二极管，发光二极管包括蓝光发光层以及第一波长转换层，第一波长转换层设置于蓝光发光层的出光面。发光装置还包括第二波长转换层以及基板。蓝光发光层位于第一波长转换层与第二波长转换层之间。基板具有反光面与相对于反光面的外表面，第一波长转换层位于蓝光发光层与反光面之间。
于一实施例中，一种液晶显示器包括多个如上所述的发光装置以及液晶显示面板，液晶显示面板位于发光装置上。
附图说明
阅读以下详细叙述并搭配对应的图式，可了解本发明的多个样态。需留意的是，图式中的多个特征并未依照该业界领域的标准作法绘制实际比例。事实上，所述的特征的尺寸可以任意的增加或减少以利于讨论的清晰性。
图1A绘示根据本发明的一实施例的发光装置的剖面图；
图1B绘示图1A的出光路径示意图；
图2绘示根据本发明的另一实施例的发光装置的剖面图；
图3绘示根据本发明的一实施例的液晶显示器的剖面图；以及
图4绘示根据本发明的一实施例的光源模块的俯视图。
其中，附图标记：
10、10a、10b：发光装置
12：液晶显示器
14：光源模块
16：液晶显示面板
18：导线
100：发光二极管
102：蓝光发光层
102a：出光面
104：第一波长转换层
106：第二波长转换层
108：第一基板
108a：反光面
108b：外表面
109：反射墙
110：第一反光结构
111：底座
112：第二反光结构
114a：第一绝缘凸块
114b：第二绝缘凸块
116a：第一反射层
116b：第二反射层
118：导光层
120：透光介质层
122：第二基板
124：第一半导体层
126：第二半导体层
128：第一电极
130：第二电极
132：第三电极
134：第四电极
136：光扩散层
136a：顶面
136b：底面
B1、B2：底面
BL：蓝光
D1、D2：距离
H1、H2：高度
L1：第一色光
L2：第二色光
S1、S2：侧面
T：厚度
WL：白光
θ1：第一角度
θ2：第二角度
具体实施方式
以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。举例而言，叙述“第一特征形成于第二特征上方或上”，于实施例中将包含第一特征及第二特征具有直接接触；且也将包含第一特征和第二特征为非直接接触，具有额外的特征形成于第一特征和第二特征的间。此外，本发明在多个范例中将重复使用元件标号以和/或文字。重复的目的在于简化与厘清，而其本身并不会决定多个实施例以和/或所讨论的配置之间的关系。
此外，方位相对词汇，如“在…之下”、“下面”、“下”、“上方”或“上”或类似词汇，在本文中为用来便于描述绘示于图式中的一个元件或特征至另外的元件或特征的关系。方位相对词汇除了用来描述装置在图式中的方位外，其包含装置于使用或操作下的不同的方位。当装置被另外设置(旋转90度或者其他面向的方位)，本文所用的方位相对词汇同样可以相应地进行解释。
图1A绘示根据本发明的一实施例的发光装置10的剖面图。图1B绘示图1A的出光路径示意图。请一并参照图1A及图1B。发光装置10包括发光二极管100，发光二极管100包括蓝光发光层102以及第一波长转换层104。第一波长转换层104设置于蓝光发光层102的出光面102a，蓝光发光层102发出蓝光BL，第一波长转换层104用以转换蓝光BL为第一色光L1。发光装置10还包括第二波长转换层106、第一基板108以及反射墙109，第一基板108及反射墙109构成底座111，发光二极管100位于第二波长转换层106与第一基板108之间，蓝光发光层102位于第一波长转换层104与第二波长转换层106之间。第一基板108具有反光面108a与相对于反光面108a的外表面108b。第一基板108的材质可以是透光材料，举例而言，第一基板108可为玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板或其他合适的硬质基板或可挠式基板等，但本发明并非仅限于此。反射墙109具反射光线的能力，故其材料为反射材料。反射墙109的材质可包含金属材质或非金属材质。金属材质可包含如钛、金、铝、银、铂、钯或以上的复合金属。非金属材质可选自聚邻苯二甲酰胺、陶瓷、聚碳酸酯。非金属材质亦可为掺杂具反射效果的材料的高分子材料，其中该掺杂的材料包含具反射效果的非金属材料或金属材料。
第一波长转换层104在第一基板108的垂直投影面积位于蓝光发光层102在第一基板108的垂直投影面积之内，由于蓝光发光层102所发出的蓝光BL光束近似于圆形，且其光强度近似于朗伯分布(Lambertian distribution)，如此一来，使蓝光发光层102所发出的蓝光BL容易进入第一波长转换层104，从而提升第一波长转换层104的光转换效率，并可使蓝光BL与第一色光L1混光均匀。
第二波长转换层106可以将蓝光发光层102所发出的蓝光BL转换成第二色光L2，第一色光L1的波长不同于第二色光L2的波长，于一实施例中，第一色光L1、第二色光L2及蓝光BL混光成为白光WL。通过将第一波长转换层104与第二波长转换层106设置于相异层，能够充分的混合第一色光L1、第二色光L2与蓝光BL为白光WL，使发光装置10的色度与亮度均匀化。于一实施例中，第一波长转换层104包含红光波长转换材料，第二波长转换层106包含绿光波长转换材料，第一色光L1为红光，第二色光L2为绿光。由于绿光易被红光波长转换材料吸收，藉由设置第二波长转换层106与第一波长转换层104于蓝光发光层102的相异侧，而且，第二波长转换层106比第一波长转换层104更远离第一基板108的反光面108a，且第一波长转换层104在第一基板108的垂直投影面积小于第二波长转换层106在第一基板108的垂直投影面积，可以降低绿光被第一波长转换层104吸收的机率，提升发光装置10的出光亮度。
并且，第二波长转换层106与发光二极管100间隔一距离D1，如此一来，可以提供足够的空间充分混合第一色光L1、第二色光L2以及蓝光BL。第一波长转换层104及第二波长转换层106的材料例如是萤光粉、量子点、或光转换物质。
蓝光发光层102的出光面102a面对第一基板108的反光面108a，第一波长转换层104位于蓝光发光层102与反光面108a之间。反光面108a具有至少第一反光结构110与多个第二反光结构112，于一实施例中，第一反光结构110具有第一绝缘凸块114a以及第一反射层116a，第二反光结构112具有第二绝缘凸块114b以及第二反射层116b，第一反射层116a及第二反射层116b分别位于第一绝缘凸块114a及第二绝缘凸块114b上。第一、第二绝缘凸块114a、114b可包括无机介电材料及树脂材料，无机介电材料则可选择氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化铍、硫酸钡、氧化镁或氧化锆。第一、第二反射层116a、116b可为金属反射层，举例而言，第一、第二反射层116a、116b的材料包括铝、银、其他具高反射率的材料或以上的组合。于一实施例中，底座111呈杯状，被第一反光结构110及第二反光结构112反射的第一色光L1、第二色光L2以及蓝光BL可以被反射墙109反射至外界，藉此提高发光装置10的发光效率。
由于蓝光发光层102的出光面102a面对第一基板108的反光面108a，蓝光发光层102所发出的蓝光BL以及其被第一波长转换层104转换的第一色光L1射向第一基板108的反光面108a，具体而言，射向第一反光结构110及第二反光结构112。于一实施例中，第一反光结构110为轴对称结构，举例而言，第一反光结构110可呈等腰三角形，且第一反光结构110的绝缘凸块114在第一基板108的垂直投影部分重叠于发光二极管100在第一基板108的垂直投影，所以第一反光结构110可将大部分的蓝光BL与大部分的第一色光L1朝第一基板108左右侧反射，如此一来，可避免蓝光BL与第一色光L1射回发光二极管100，使发光二极管100在操作时降低光损耗而提高其光输出效率，使发光装置10的亮度提升。发光二极管100与第一反光结构110的顶端的垂直距离D2介于约10微米至约100微米之间，如此一来，第一反光结构110可以使蓝光BL与第一色光L1有效朝第一基板108左右侧反射。
发光装置10还包括导光层118及透光介质层120，导光层118位于蓝光发光层102与第一反光结构110与第二反光结构112之间，导光层118的厚度T大于第一反光结构110的高度(例如第一绝缘凸块114a的高度H及第一反射层116a的厚度的总和)且大于第二反光结构112的高度(例如第二绝缘凸块114b的高度H及第二反射层116b的厚度的总和)，透光介质层120位于导光层118与第二波长转换层106之间。透光介质层120的折射率小于导光层118的折射率。于一实施例中，导光层118的折射率介于约1.46至约5之间，透光介质层120的折射率介于约1至约1.3之间。蓝光BL及第一色光L1的行进路线先依序进入透光介质层120及导光层118中，接着被第一反光结构110及第二反光结构112反射，导光层118用以将第一反光结构110与第二反光结构112所反射的蓝光BL及第一色光L1朝透光介质层120出射，而提升发光装置10的正面出光效率。第二色光L2的行进路线依序进入透光介质层120及导光层118中，然后被第一反光结构110及第二反光结构112反射，导光层118用以将第一反光结构110与第二反光结构112所反射的第二色光L2朝透光介质层120出射，而提升发光装置10的正面出光效率。导光层118的厚度T介于约10微米至约100微米之间，以有效将蓝光BL、第一色光L1及第二色光L2反射至透光介质层120。导光层118的材料可为树脂(resin)材料或硅胶(silicon)材料。于一实施例中，透光介质层120可为空气，其折射率趋近于1。
第一反光结构110的尺寸不同于各第二反光结构112的尺寸。于一实施例中，第一反光结构110在第一基板108的垂直投影面积大于各第二反光结构112在第一基板108的垂直投影面积。于一实施例中，第一绝缘凸块114a的侧面S1与底面B1夹第一角度θ1，第二绝缘凸块114b的侧面S2与底面B2夹第二角度θ2，第一角度θ1及第二角度θ2大于约30°且小于约60°，且第一角度θ1小于第二角度θ2，如此一来，第二反光结构112可以破坏第一色光L1、第二色光L2及蓝光BL在导光层118中的全反射，藉此增加第一色光L1、第二色光L2及蓝光BL的出光效率。
发光二极管100还包括第二基板122、第一半导体层124、第二半导体层126、第一电极128以及第二电极130，第一电极128与第二电极130电性相反。蓝光发光层102设置于第一半导体层124上，第一波长转换层104设置于蓝光发光层102与第二半导体层126之间。第一电极128设置于第一半导体层124上，第二电极130设置于第二半导体层126上。导光层118的顶面配置有第三电极132与第四电极134，第三电极132与第四电极134电性相反，发光二极管100的第一电极128与导光层118的第三电极132电性连接，发光二极管100的第二电极130与导光层118的第四电极134电性连接，于一实施例中，可利用焊锡使第一电极128、第二电极130分别与第三电极132、第四电极134电性连接。
在一些实施例中，第二基板122为透明材料制成，以便于光线的出射。举例而言，第二基板122可为玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板或其他合适的硬质基板或可挠式基板等，但本发明并非仅限于此。于一实施例中，第一半导体层124为N型半导体层，第二半导体层126为P型半导体层，第一电极128为正极，第二电极130为负极，N型半导体层和P型半导体层的材料为氮化镓(GaN)。N型半导体层主要提供电子，P型半导体层主要提供电洞。蓝光发光层102的材料包括为多重量子井结构(multiple quantum well，MQW)，可包括氮化镓基材料，主要使电子和电洞聚集而产生光。
图2绘示根据本发明的另一实施例的发光装置10a的剖面图，发光装置10a的出光路径类似于发光装置10，因此省略于图中。如图2所示，本实施例与图1A及图1B所示的实施例之间的差异主要在于：本实施例更包含光扩散层136，光扩散层136设置于第二波长转换层106与蓝光发光层102之间，也就是说，光扩散层136射置于第二波长转换层106与发光二极管100之间。光扩散层136具有相对的顶面136a与底面136b，底面136b可具有雾面处理、散射点设计或类似设计，底面136b接触透光介质层120，使第一色光L1与蓝光BL均匀混合，光扩散层136的顶面136a接触第二波长转换层106，如此一来，混合均匀的第一色光L1与蓝光BL抵达第二波长转换层106时，蓝光BL可均匀的被第二波长转换层106转换为第二色光L2，如此一来，可提升发光装置10a的第一色光L1、第二色光L2及蓝光BL混光均匀度。并且，朝透光介质层120射出的第二色光L2反射回光扩散层136时，光扩散层136亦可使第二色光L2与第一色光L1、蓝光BL均匀混合，提升发光装置10a的第一色光L1、第二色光L2及蓝光BL混光均匀度，使发光装置10a发出亮度均匀且高演色性的光线。
图3绘示根据本发明的一实施例的液晶显示器12(liquid crystal display,LCD)的剖面图，液晶显示器12包括由多个发光装置10b构成的光源模块14及液晶显示面板16，发光装置10b的结构可依需求采用发光装置10或发光装置10a的结构，发光装置10b可以矩阵排列，液晶显示面板16位于光源模块14上，以接收来自光源模块14的光线，发光装置10b可提供亮度均匀且高演色性的光线给液晶显示面板16，提升液晶显示面板16的显示品质。图4绘示根据本发明的一实施例的光源模块14的俯视图。请一并参照图3及图4，光源模块14更包括数条导线18，导电一端电性连接发光装置10b，另一端电性连接至控制电路与接地端(未绘示)。导线18可以是利用如焊接或是热压等方式与第三电极132及第四电极134电性连接。在此并不限定发光装置10b的连接方式，发光装置10b可以是并联、串联或是部份并联、部分串联的方式连接，此领域具有通常知识者可以根据发光装置10b的数量以及实际使用的需求调整发光装置10b的连接方式。可以理解的是，为了满足更大功率的发光需求，发光装置10b的数量可以根据需要作选择。
光源模块14可更包括有扩散片、棱镜片、增亮片等光学片(未绘示)，且光学片可以设置于液晶显示面板16与发光装置10b之间。在其他实施例中，光源模块14如果采用侧面入光式背光模块的型态来实施，则光源模块14可以包括一导光板，其具有相邻的入光面与出光面。此时，发光装置10b的发光方向可以朝向导光板的入光面，而导光板的出光面可以面向液晶显示面板16。
发光装置通过使第一波长转换层在第一基板的垂直投影面积落在蓝光发光层在第一基板的垂直投影面积之内，提升第一波长转换层的光转换效率，并且，藉由设置第一波长转换层与第二波长转换层于蓝光发光层的相异侧，可以提升发光装置的色度均匀度及亮度，发光装置还包括第一反光结构及第二反光结构，第一反光结构用以使蓝光与第一色光朝第一基板左右两侧反射，避免蓝光与第一色光反射回发光二极管，第二反光结构用以破坏光线在导光层中的全反射，提高发光装置的出光效率。
以上概述数个实施方式或实施例的特征，使所属领域中具有通常知识者可以从各个方面更加了解本发明。本技术领域中具有通常知识者应可理解，且可轻易地以本发明为基础来设计或修饰其他制程及结构，并以此达到相同的目的及/或达到在此介绍的实施方式或实施例相同的优点。本技术领域中具有通常知识者也应了解这些相等的结构并未背离本发明的发明精神与范围。在不背离本发明的精神与范围的前提下，可对本发明进行各种改变、置换或修改。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包含：
一第一基板，具有一反光面与相对于该反光面的一外表面；
一发光二极管，包含一第二基板、一蓝光发光层以及一第一波长转换层，该第一波长转换层设置于该蓝光发光层的一出光面，且该第一波长转换层位于该蓝光发光层与该反光面之间，该蓝光发光层位于该第二基板与该第一波长转换层之间，该反光面具有至少一第一反光结构与多个第二反光结构，该发光二极管位于该第一反光结构的上方而不位于该些第二反光结构的上方；以及
一第二波长转换层，其中该蓝光发光层位于该第一波长转换层与该第二波长转换层之间；以及
一透光介质层，位于该第一基板以及该第二波长转换层之间，其中该透光介质层的一部分位于该第一波长转换层与该第一基板之间，该透光介质层的另一部分位于该第二波长转换层与该发光二极管之间，其中该蓝光发光层发出的一蓝光被该第一波长转换层转换为一第一色光，该蓝光发光层发出的另一蓝光与该第一色光进入该透光介质层的该部分，接着被第一反光结构及第二反光结构反射后朝向该第二波长转换层前进，该被反射的该另一蓝光被该第二波长转换层转换成一第二色光并反射回该透光介质层，该第一色光的波长不同于该第二色光的波长。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，更包含：
一反射墙，该反射墙与该第一基板构成一底座，该底座呈杯状，该第一反光结构的尺寸不同于各该第二反光结构的尺寸，其中该第一反光结构位于该些第二反光结构之间。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该第一反光结构具有一第一绝缘凸块以及一第一反射层，该第一反射层位于该第一绝缘凸块上，该第一绝缘凸块在该第一基板的垂直投影部分重叠于该发光二极管在该第一基板的垂直投影。
4.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该第一反光结构在该第一基板的垂直投影面积大于各该第二反光结构在该第一基板的垂直投影面积，其中该第二反光结构具有一第二绝缘凸块以及一第二反射层，该第二反射层位于该第二绝缘凸块上，且该第一绝缘凸块的侧面与底面夹一第一角度，该第二绝缘凸块的侧面与底面夹一第二角度，该第一角度及该第二角度大于30°且小于60°，且该第一角度小于该第二角度。
5.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该发光二极管包含：
一第一半导体层，该蓝光发光层设置于该第一半导体层上；
一第二半导体层，该第一波长转换层设置于该蓝光发光层与该第二半导体层之间；
一第一电极，设置于该第一半导体层上；以及
一第二电极，设置于该第二半导体层上，其中该发光二极管与该第一反光结构的顶端的垂直距离介于10微米至100微米之间。
6.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，更包含：
一导光层，位于该蓝光发光层与该第一反光结构与该些第二反光结构之间，该导光层的厚度介于10微米至100微米之间；
其中该透光介质层的折射率低于该导光层的折射率，该透光介质层的折射率介于1至1.3之间。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，更包含：
一光扩散层，设置于该第二波长转换层与该蓝光发光层之间，该光扩散层接触该第二波长转换层与该透光介质层。
8.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一波长转换层在该第一基板的垂直投影面积位于该蓝光发光层在该第一基板的垂直投影面积之内。
9.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一波长转换层包含红光波长转换材料，该第二波长转换层包含绿光波长转换材料。
10.一种液晶显示器，其特征在于，包含：
多个如权利要求1至9任一项中所述的发光装置；以及
一液晶显示面板，位于该些发光装置上。
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