TW201351722A - 具有暗層之發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種具有複數條引線、一本體、一光源晶粒、一暗層及一實質上透明囊封劑之發光裝置。該暗層吸收大部分環境光。該光源晶粒可係一頂部發射晶粒。該發光裝置可適於諸如由各發光裝置代表各像素之一大型電子顯示器之應用。該暗層可藉由吸收落於其上之大量環境光而促成達到高對比率。
Description
發光二極體(在下文中稱為LED)具有勝於諸如白熾燈、鹵素燈及螢光燈之習知光源之許多優點。此等優點包含較長操作壽命、較低電力消耗及較小尺寸。因此，LED已廣泛用於許多應用中，諸如手電筒、交通信號、汽車尾燈及顯示裝置。
歸因於小外觀尺寸，LED廣泛地用於大型電子顯示系統中，可在運動場、舞廳、電子交通信號顯示器及沿街之娛樂資訊板中找到LED。大型電子顯示器可經組態以顯示含有資訊或娛樂內容之文字、圖形、影像或視訊。大多數此等電子顯示系統係放置於室外且因此始終由使用者從幾米至百米以上之範圍中之一距離觀看。因此，不同於使用液晶顯示技術(在下文中稱為LCD)之家用平面螢幕及電腦監視器，此等室外顯示系統之各像素係藉由至少一光源(通常係一LED或一群組LED)表示。與透過彩色濾光器截斷光之LCD面板相反，通常不進一步阻擋或調變自室外電子顯示器中之LED發射之光，因此達成高功率效率。
大多數此等大型顯示系統包括配置成二維平面(通常配置成一矩陣配置)之數百或數千個LED。在顯示系統中之LED可係一白色LED或一三色RGB。各LED可表示電子顯示器中之一像素，但在一些場合中，一群組單色LED可表示一像素。LED之外觀尺寸及設計可在藉由電子顯示系統顯示之圖像品質中發揮作用。例如，對於要求高解析度
之電子顯示系統而言，LED較佳儘可能小使得更多LED可放置於一受限空間中以表示每單位面積之更多像素。LED影響電子顯示品質之另一特徵係LED之亮度。要求LED每單位面積產生更多腔以自遠處可見。
對比率係用於比較電子顯示系統之一參數。對比率係一顯示系統之一性質，其可關於系統所能產生之最亮色彩之照度與最暗色彩之照度之比率。一高對比率係電子顯示系統之一所要態樣。考量具有至少第一發光裝置及第二發光裝置之一電子系統之一實例。發光裝置之各者表示顯示器之一像素，其中第二發光裝置經組態以產生最大輸出ΦO(其表示最亮色彩)，且第二發光裝置經組態而不產生輸出(其表示顯示器之最暗色彩)。因為第二發光裝置不產生輸出且在反射係顯著之一亮區域中使用顯示器，所以由一使用者感知之亮度可關於自第二發光裝置反射之環境亮度ΦR。理想上，對比率可被模型化為關於方程式(1)，其中ΦO表示最亮色彩之亮度，而ΦR表示自周圍最暗發光裝置反射之環境亮度。
對比率=ΦO/ΦR....(1)
自方程式(1)可見，可存在一種以上方式以增加對比率。一方式可係增加ΦO，此將意謂藉由使用高功率晶粒或使用針對能夠擷取更多光之發光裝置之一封裝增加發光裝置之亮度。如隨後將在本文中更加詳細論述，增加對比率之另一方式可係經由藉由減少來自周圍最暗發光裝置之環境光之反射減少ΦR。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧引線
112‧‧‧引線之部分
114‧‧‧底部
120‧‧‧光源晶粒
122‧‧‧焊線
130‧‧‧本體
131‧‧‧基座部分/表面
132‧‧‧表面
134‧‧‧側壁
138‧‧‧內表面
140‧‧‧暗層
150‧‧‧囊封劑
160‧‧‧孔隙
162‧‧‧腔
196‧‧‧暗層厚度
197‧‧‧光源晶粒之高度
198‧‧‧光線
199‧‧‧光線
200‧‧‧發光裝置
210‧‧‧引線
220‧‧‧光源晶粒
230‧‧‧本體
232‧‧‧表面
240‧‧‧暗層
250‧‧‧透明囊封劑
300‧‧‧基於印刷電路板(PCB)之發光裝置
310‧‧‧導體/導電跡線
312‧‧‧導電跡線
314‧‧‧焊料襯墊
320‧‧‧光源晶粒
324‧‧‧焊料球
330‧‧‧基板
332‧‧‧頂表面
340‧‧‧暗層
350‧‧‧透明囊封劑
400‧‧‧電子顯示器
470‧‧‧基板
480‧‧‧像素
482‧‧‧暗灌封劑
在圖式中以實例方式而非以限制方式圖解說明闡釋性實施例。貫穿描述及圖式，類似參考數字可用以識別類似元件。圖式係用於闡釋性目的以幫助瞭解且可不按實際比例繪製。
圖1A圖解說明一發光裝置之一截面視圖；
圖1B圖解說明在圖1A中展示之發光裝置之一俯視圖；圖1C圖解說明發光裝置之一截面視圖；圖2A圖解說明藉由一暗層部分覆蓋之一發光裝置之一截面視圖；圖2B圖解說明在圖2A中展示之發光裝置之一俯視圖；圖3A圖解說明具有一基板之一發光裝置之一截面視圖；圖3B圖解說明在圖3A中展示之發光裝置之一俯視圖；圖4A圖解說明一電子顯示器之一剖視截面視圖；及圖4B圖解說明在圖4A中展示之電子顯示器之一俯視圖。
可使用多種封裝技術(諸如帶引線塑膠晶粒載體(在下文中稱為PLCC)封裝、球柵陣列封裝(在下文中稱為BGA)、針柵陣列封裝(在下文中稱為PGA)、四方扁平封裝(在下文中稱為QFP)、印刷電路板(在下文中稱為PCB)封裝等等)實施發光裝置。某些封裝(例如PLCC封裝)可包括一模製聚合物材料(諸如聚鄰苯二甲醯胺(在下文中稱為PPA)、聚醯胺或如MG 97之環氧樹脂囊封劑)上之一引線框。針對表面安裝類型，自引線框延伸之引線可經彎曲使得發光裝置可在無通孔之情況下焊接於一基板上。基於其他封裝技術(諸如BGA及PGA)之發光裝置可包括具有導電跡線而無一引線框之一基板。儘管在下文中之各實施例中圖解說明一特定類型之封裝，然所描述之特徵可適用於其他實施例及其他類型之封裝技術。
圖1A圖解說明以截面視圖展示之一發光裝置100之一實施例。在圖1B中展示發光裝置100之一俯視圖。圖1C圖解說明發光裝置100沿圖1B中展示之線3-3之另一截面視圖。發光裝置100可包括複數條引線110、一光源晶粒120、一本體130、一暗層140及囊封光源晶粒120之一囊封劑150。從描述及圖式將清楚理解，如本文中使用關於一發光
裝置之一組件之「本體」指代主要結構，其對發光裝置之其他組件提供結構支撐。在另一實施例中，本體130可係諸如PCB之一基板(未展示)。
類似地，如本文中使用關於發光裝置之「引線」110或「導體」指代用於將光源晶粒120電連接至一外部光源(未展示)之構件。在PLCC封裝中利用形成一引線框之部分之引線110，但在另一封裝技術(例如PCB)中可利用導電跡線或導體(未展示)。本發明之範疇不應限於所圖解說明之任意特定形式，而應將多種其他技術、當前可用或未來開發之封裝之其他形式納入考量。例如，在說明書中提及之引線110應包含導電跡線310(參見圖3A)，且在說明書中提及之本體130應包含一基板330(參見圖3A)。
在圖1A與圖1B中展示之實施例中，複數個導體或引線110可由導電且導熱材料(諸如鋼、銅、金屬或金屬合金、金屬化合物或其他類似材料)製成。可使用任意習知衝壓、切割、蝕刻或此項技術中熟知之其他類似程序形成複數條引線110。針對表面安裝目的，引線110可經彎曲以界定用於附接至外部表面(未展示)之一底部114。引線之一部分112可經製成更大以界定一晶粒附接襯墊以接納光源晶粒120。可透過一焊線122將光源晶粒120連接至複數條引線110。焊線122可係金、銅或其他類似焊線材料。在無任意焊線之另一實施例中可使用覆晶技術透過焊料球將光源晶粒120連接至複數條引線110。在又另一實施例中，可使用其他形式之電連接或焊線及焊料球之組合。
光源晶粒120可安裝於引線110之一者之一部分112上。光源晶粒120可經組態以回應於所施加之驅動電流而產生光，且可透過引線110連接至一外部電源。光源晶粒120可係一LED晶粒、一雷射二極體晶粒或能夠發射光之其他光源。自光源晶粒120發射之光可係可見光(諸如白光或其他色彩之可見光)以及不可見光(諸如紅外光及紫外光)。
在圖1中圖解說明之發光裝置100經展示為僅具有一單個光源晶粒120。在另一實施例中，取決於應用，發光裝置100可具有複數個晶粒120以產生更多光或具有不同波長之光。例如，於一運動場中之一室外彩色顯示器中使用之一發光裝置100可包括兩個綠色光源晶粒120、一紅色光源晶粒120及一藍色光源晶粒120。在另一實施例中，發光裝置100可包括三個白色光源晶粒120以便獲得較高光強度。
如在圖1A至圖1C中之實施例中所展示，發光裝置100之本體130可包括一基座部分131及至少一側壁134。基座部分131可係本體130直接與複數條引線110接觸之部分。在另一實施例中，基座部分131可係一PCB。基座部分131可界定用於容納該複數條引線110及該光源晶粒120之一表面132。表面132之一部分可由引線110之一部分覆蓋，如圖1A中所展示，但在另一位置(其中表面132並未由引線110覆蓋)處，暗層140可與表面132直接接觸，如在圖1C中展示。該至少一側壁134可界定一內表面138。發光裝置100可包括藉由至少一側壁134及表面132界定之一腔162。一孔隙160可直接在外部連接該腔以用於光發射。例如，自光源晶粒120發射之光可經組態以透過孔隙160發射。
發光裝置100之腔162可用一層囊封劑150填充以保護光源晶粒120及焊線122。囊封劑150可係環氧樹脂、聚合物、聚矽氧或可注入至發光裝置100之腔162中以囊封光源晶粒120、暗層140及表面131之其他類似實質上透明材料。在另一實施例中，囊封劑150可進一步含有一波長轉換材料或發光材料(未展示)，諸如磷光體，以將由光源晶粒120產生之光轉換至具有一不同光譜之光。
具有基座部分131之本體130及至少一側壁134可係一整體單件結構。可使用一不透明材料(諸如聚鄰苯二甲醯胺(在下文中稱為PPA)、聚醯胺、環氧樹脂、塑膠及其他類似材料)形成本體130。在另一實施例中，本體130可係透明的環氧樹脂或聚矽氧。可使用一射出模製程
序或其他已知程序將本體130形成於引線110上。(引線110可連接至一引線框(未展示)。)或者，本體130可預先形成且隨後經組裝以形成發光裝置100。在另一實施例中，本體130可係諸如PCB之一基板(未展示)，其中界定至少一側壁134之結構以一些其他方法膠合或附接至基板(未展示)上。
本體130可係高度反射性或塗佈有一反射性材料。例如，具有一白色PPA之一發光裝置100可達成大於90%之光之反射率。在某些情況中，本體130可具有黑色塑膠或其他黑色材料而呈較小反射性。一般言之，具有高反射率之本體130可改良光輸出，但是一高度反射性本體130亦可反射環境光或來自其他源而落於本體130上(未展示)之光。為最小化環境光之反射，至少一側壁134可經配置使得內表面138可實質上垂直於表面132或基座部分131之平面，如圖1A與圖1C中展示。環境光可自一特定頂部方向照亮。因此，如在圖1C中藉由光線198圖解說明，垂直於表面131之內表面138可將來自頂部方向之環境光引導向朝向暗層140。
在圖1A至圖1C中展示之實施例中，發光裝置100包括一暗層140，該暗層140之特徵為一暗視覺外觀及在腔162內配置成鄰近於本體130之基座部分131上之光源晶粒120。在一實施例中，暗視覺外觀可呈吸收落於暗層140上之90%以上光之一黑色。暗層140可經配置用於實質上遮擋基座部分131以免光落於基座部分131上。暗層140可經配置用於實質上抑制藉由基座部分131之反射。
在另一實施例中，本體130(且更特定言之基座部分131)可由黑色材料製成且暗視覺外觀可呈黑色。在此情況中，由於基座部分131可呈黑色，故暗層140可經配置而不實質上遮擋基座部分以免光落於基座部分131上。然而，在另一實施例中，暗層140之配置可實質上遮擋光落於複數條引線110上。暗層140可經配置用於實質上抑制藉由複數
條引線110之反射。在圖1A中展示之暗層140覆蓋本體130之基座部分131。然而，在另一實施例中，暗層140除覆蓋基座部分131之外可進一步覆蓋至少一側壁134之內表面138。
如在圖1A中展示，暗層140可與光源晶粒120直接接觸。光源晶粒120可係一頂部發射晶粒，其可避免藉由晶粒側表面以其他方式發射之光被暗層140阻擋。一頂部發射光源晶粒120可經組態以在一頂部方向上發射大部分光(其可實質上垂直於表面131，如在圖1A中藉由光線199所圖解說明)，此可實質上避免來自光源晶粒之光被暗層140阻擋。如在圖1A中之實施例中展示，暗層可形成於腔162之一底部處用於實質上避免自光源晶粒120發射之光藉由暗層140之任意阻擋。在一實施例中，暗層140可具有可小於光源晶粒120之高度197之約40%之一厚度196。
暗層140可包括一暗色顏料，諸如黑色顏料或深綠色、紅色及/或藍色顏料之一混合物。顏料可塗佈於基座部分131上以形成暗層。或者，可藉由添加暗色顏料顆粒至囊封劑150中而形成暗層140，藉以可在自暗層140上方形成透明囊封劑層150之前首先形成一暗層140。在本體130係實質上暗之另一實施例中，本體130可淺於暗層140之暗視覺外觀。此可歸因於使用較本體130高之密度之暗色顏料形成暗層140。
本體130及暗層140之光學性質在用於大型顯示應用中時可具有一光學設計考量。再次考量具有至少複數個相同發光裝置100之一電子系統(未展示)之實例。發光裝置100之各者可表示顯示器之一像素。發光裝置之一者可經組態以產生最大輸出ΦO(其表示最亮色彩)且發光裝置之另一者可經組態而不產生輸出(其表示顯示器之最暗色彩)，且藉由一使用者感知之亮度可基於自關閉之發光裝置反射之環境亮度ΦR。
再次回想方程式(1)，可使用ΦO與ΦR之比率模型化大型顯示器(未展示)之對比率。增加本體130(特定言之至少一側壁134之內表面138)之反射率可顯著增加光輸出，且因此增加最大光輸出ΦO。然而，落於發光裝置100上之任意外部光可依一較高百分比反射，且亦可增加ΦR。若ΦO增加多於ΦR，則可增加對比率。另一方面，暗層140可因自光源晶粒120發射之光經組態以吸收落於暗層140上之環境光而減少光輸出，且因此減少光輸出ΦO，但若可依一較高百分比吸收環境光之反射(減少ΦR)，則仍可增加對比率。
一些實施例可採用一或多種額外技術以獲得高對比率，例如，藉由具有一實質上非反射性本體130(惟內表面138可製成反射性除外)。然而，作為額外技術之部分，內表面138可製成垂直或傾斜一角度使得環境光可被引導至暗層140。作為額外技術之部分，暗層140可經組態以吸收儘可能多的光。由於大部分環境光可來自如圖1C中藉由光線198展示之一頂部方向，故光可經反射朝向暗層140且可在暗層上被吸收。因此，可實質上減少反射環境光ΦR。可藉由使用一頂部發射光源晶粒120將來自光源晶粒120之光輸出實質上引導至如藉由199展示之頂部方向，且因此，此等額外高對比率技術之態樣可對減少發光裝置100之最大光輸出ΦO具有極小影響。
對於具有一高度反射性本體130之發光裝置，可藉由使用暗層140覆蓋發光裝置100之基座部分131達成高對比率。本體130之所有外表面可藉由暗灌封材料482覆蓋(參見圖4A)。此配置可藉由避免必須塗佈至少一側壁之內表面138而簡化製造且可減少成本。在典型境況中總可施加暗灌封材料之情況下可避免塗佈。或者，可使用較小反射性材料製成本體130。所得較小反射性本體130可結合先前論述之頂部發射光源晶粒120(僅發射大部分光至如藉由光線199所圖解說明之頂部方向)使用。
圖2A圖解說明以截面視圖展示之一發光裝置200之一實施例。在圖2B中展示發光裝置200之一俯視圖。發光裝置200可包括複數條引線210、複數個光源晶粒220、一本體230、一暗層240及一選用透明囊封劑250。本體230可界定一表面232。表面232及本體230之特徵可為一暗視覺外觀。在圖2A與圖2B中展示之實施例中之暗層240可經配置以僅覆蓋形成於表面232上之引線210之部分。在圖2B中展示之光源晶粒220可經組態以發射不同波長。例如，光源晶粒220可經組態以分別產生紅光、綠光及藍光。
圖3A圖解說明以截面視圖展示之基於PCB之發光裝置300之一實施例。在圖3B中展示發光裝置300之一俯視圖。發光裝置300可包括一基板330、複數個導體310、至少一或多個光源晶粒320、一暗層340及一透明囊封劑350。基板330可組態為一「本體」以對整個發光裝置300提供結構支撐。在圖3A至圖3B中展示之實施例中，「本體」或基板330可包括一PCB。基板330可包括一頂表面332。曝露於頂表面332上之複數個導體310可係可經組態以接納至少一或多個光源晶粒320之導電跡線312。位於頂表面332之相對表面上之導體310可係用於建立至一外部PCB之電連接之焊料襯墊314。
至少一或多個光源晶粒320可係可透過焊料球324附接至導電跡線312之覆晶晶粒。如在圖4B中展示，光源晶粒320可配置成一二維矩陣。晶粒320之兩者可經組態以發射綠光且其他晶粒可經組態以相應地發射紅光及藍光。暗層340可經調適以覆蓋基板330之整個頂表面332。或者，暗層可經組態以僅覆蓋導電跡線312。囊封劑350可囊封光源晶粒320及暗層340。在圖3A中展示之實施例中，不存在側壁，以便避免在存在一側壁之情況下原本可產生之環境光之任意反射。因此，由於不存在側壁以反射環境光，故僅在暗層332處可發生環境光之受限反射。因此，相較於先前實施例，如圖3A中展示不具有側壁
之暗層340之配置可更加有效地用於改良對比率。
圖4A圖解說明以剖視截面視圖展示之一電子顯示器400之一實施例。在圖4B中展示電子顯示器400之一剖視俯視圖。電子顯示器400可包括一基板470及如剛剛關於圖3A與圖3B論述之複數個發光裝置300。可在圖4A與圖4B中展示之實施例中採用複數個發光裝置300，但在其他實施例中可利用如先前關於圖1A與圖1B論述之發光裝置100或如先前關於圖2A與圖2B論述之發光裝置200。如圖4A與圖4B中展示，發光裝置300可配置成一或多列及一或多行之一陣列，或配置成基板470之二維平面中之另一系統形式。由於大型電子顯示器400可放置於室外，故可使用一暗灌封劑482覆蓋發光裝置300。暗灌封劑482經配置以保護電子組件不受潮且防止光藉由平坦基板470反射。各發光裝置300可表示顯示器之一像素480，但在另一實施例中，一像素可藉由複數個發光裝置300表示。
不同態樣、實施例或實施方案可(但無需)產生以下優點之一或多者。例如，當將發光裝置以陣列形式配置於一大型電子顯示器中時可達成高對比率。另一優點可係可達成較低成本。
儘管在上文中已描述及圖解說明本發明之特定實施例，然本發明不應限於所描述或圖解說明之部分之任意特定形式或配置。例如，在不脫離本發明之精神之情況下，上述光源晶粒可係LED晶粒或已知或隨後開發之一些其他未來光源晶粒。同樣，儘管已論述發光裝置，然實施例可適用於組件層級(諸如一光源封裝)以產生發光裝置。本發明之範疇係藉由隨附申請專利範圍及其等效物加以界定。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧引線
112‧‧‧引線之部分
114‧‧‧底部
120‧‧‧光源晶粒
122‧‧‧焊線
130‧‧‧本體
131‧‧‧基座部分/表面
132‧‧‧表面
134‧‧‧側壁
138‧‧‧內表面
140‧‧‧暗層
150‧‧‧囊封劑
160‧‧‧孔隙
162‧‧‧腔
196‧‧‧暗層厚度
197‧‧‧光源晶粒之高度
199‧‧‧光線
Claims (20)
- 一種發光裝置，其包括一本體，其具有一基座部分；複數個導體，該等導體之一部分位於該基座部分上；至少一光源晶粒，其附接於經調適以容納該光源晶粒之該等導體之一者之一部分上；及一暗層，其特徵為一暗視覺外觀，該暗層配置成鄰近於該基座部分上之該光源晶粒以吸收落於該暗層上之光。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層實質上遮擋該複數個導體位於該基座部分上之該部分。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層經組態以遮擋該基座部分，實質上抑制該基座部分反射光。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層包括黑色顏料。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層之該暗視覺外觀實質上係黑色。
- 如請求項1之發光裝置，其中吸收落於該暗層上之約百分之九十的光。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層與該光源晶粒直接接觸。
- 如請求項1之發光裝置，其中該暗層具有約小於該光源晶粒之高度之百分之四十之一厚度。
- 如請求項1之發光裝置，其進一步包括一囊封劑，該囊封劑實質上囊封該暗層、該光源晶粒及該基座部分之至少部分。
- 如請求項1之發光裝置，其中該至少一光源晶粒係一頂部發射晶粒，其經組態以實質上在近似垂直於該基座部分之一方向上發射光。
- 如請求項1之發光裝置，其中該本體係實質上暗但淺於該暗層之該暗視覺外觀。
- 如請求項1之發光裝置，其中該本體包括一印刷電路板。
- 如請求項1之發光裝置，其中該本體進一步包括至少一側壁，該至少一側壁具有經配置實質上垂直於該基座部分之一內表面。
- 如請求項13之發光裝置，其中該至少一側壁實質上係非反射性。
- 如請求項1之發光裝置，其中該發光裝置經調適以形成一電子顯示器之一部分。
- 一種光源，其包括：一本體，其具有一表面及至少一側壁；一腔，其藉由該表面及該至少一側壁界定；一光源晶粒，其經組態以發射光，該光源晶粒佈置於該本體之該表面上之該腔內；一孔隙，其在外部直接連接該腔以用於光發射；一暗層，其特徵為一暗視覺外觀且在該腔內配置成鄰近於該光源晶粒用於吸收光；及一囊封劑，其實質上囊封該腔內之該光源晶粒、該表面及該暗層。
- 如請求項16之光源，其中該至少一腔側壁包括一內表面，該內表面經配置成實質上垂直於該表面。
- 如請求項16之光源，其進一步包括複數條引線，該複數條引線經配置使得該等引線之一部分佈置於該表面上，其中該暗層經配置以遮擋光使之不落於佈置於該表面上之該等引線之該部分上。
- 如請求項16之光源，其中該暗層與該光源晶粒直接接觸。
- 一種電子顯示系統，其包括：一基板；複數個發光裝置，其附接於該基板上；一平坦表面，其位於該等發光裝置之各者上；至少一光源晶粒，其位於該平坦表面上；及一暗層，其鄰近於該光源晶粒而覆蓋該平坦表面以遮擋該平坦表面使之免受光的影響。
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