TW201403788A - 發光二極體陣列模組 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體陣列模組在此揭露，發光二極體陣列模組包括基板、複數個發光二極體晶片以及反射結構。發光二極體晶片以覆晶接合於基板上。反射結構設置於基板上且介於任兩發光二極體晶片之間，以避免發光二極體晶片所發射的光線相互吸收。

Description

發光二極體陣列模組

本發明係關於一種光源，且特別是關於一種發光二極體陣列模組。

隨光學技術的發展，以發光二極體所構成的光源由於具備壽命長、開關速度高、體積小等優點，已被廣泛地應用在人們生活當中。

一般做法中的發光二極體陣列模組，主要將複數個發光二極體晶片固晶於電路板上，而後再以導線連接發光二極體晶片和電路板。如此的結構又被稱為COB(chip on board)。相較於傳統IC封裝技術，COB結構具有體積較小成本較低且發光密集的優點。然而，由於在COB結構中，發光二極體晶片以導線相互連接，是以在製程中必須預留打線(wire bonding)空間，以至於在COB結構中發光二極體晶片無法緊密置放，因而限制了發光二極體陣列模組單位面積的流明量。

是以，為使發光二極體陣列模組的效率能進一步提昇，上述問題有迫切需要被解決。

本發明之一樣態在於提供一種發光二極體陣列模組，其可應用於各式需高發光效率之光源。根據本發明一實施 例，發光二極體陣列模組包括基板、複數個發光二極體晶片以及反射結構。發光二極體晶片以覆晶接合於基板上。反射結構設置於基板上且介於任兩發光二極體晶片之間，以避免發光二極體晶片所發射的光線相互吸收。

如上所述的發光二極體陣列模組，更包括螢光轉換層以及反射框。螢光轉換層覆蓋於基板與發光二極體晶片上。反射框配置於發光二極體晶片外圍。

在本發明一實施例中，螢光轉換層由光學塑膠與螢光粉之混合物所構成，而螢光粉由釔鋁石榴石(YAG)、鎦鋁石榴石(LuAg)或氮氧化物所構成。

在本發明一實施例中，反射框與反射結構由光學塑膠與高反射粒子之混合物所構成，而高反射粒子由二氧化鈦、硫酸鋇、二氧化矽及氧化鋁組成的物質群中選擇的至少一種物質所構成。

在本發明一實施例中，反射框與反射結構的光線反射率大於90%。

在本發明一實施例中，反射結構剖面為圓弧形或角錐型等幾何圖形。

在本發明一實施例中，反射結構相對於基板的高度大於或等於發光二極體晶片相對於基板的高度。

在本發明一實施例中，光學塑膠是由選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯基二甘醇碳酸酯(CR-39)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯胺(polyamide)、丙烯酸酯(acrylate)及矽膠組成的族群中的至少一種物質所構成。

在本發明一實施例中，光學塑膠是由選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯基二甘醇碳酸酯(CR-39)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯胺(polyamide)、丙烯酸酯(acrylate)及矽膠組成的族群中的至少一種物質所構成。

在本發明一實施例中，發光二極體晶片為藍寶石基板發光二極體(sapphire substrate LED)晶片或為氮化鎵薄膜發光二極體(thin-GaN LED)晶片。

在本發明一實施例中，基板為散熱基板、導電基板或絕緣基板。

在本發明一實施例中，基板上具有電路層，用以電性連接發光二極體晶片。

綜上所述，應用本發明的實施例，可實現一每一單位面積具有高流明量的發光二極體陣列模組。其中透過用覆晶技術接合發光二極體晶片，可節省傳統COB結構的打線預留空間，以使發光二極體晶片能被緊密設置。另外，透過上述反射結構的設置，可避免發光二極體晶片所發射的光線為彼此所吸收，以更進一步增進發光二極體陣列模組的發光效率。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。

本發明的一樣態在於提供一種高發光密度的發光二極體陣列模組，其可應用於各式需高發光效率之光源，或是廣泛地運用在相關之技術環節。以下以第1、2圖為例，說明本發明相關實施方式。其中圖式僅以說明為目的，而不用以限制本發明。

參照第1、2圖，第1圖為根據本發明一實施例所繪示的發光二極體陣列模組100之示意圖。第2圖為根據第1圖的發光二極體陣列模組100沿線段2-2的剖面示意圖。發光二極體陣列模組100包括基板110、複數個發光二極體晶片120以及反射結構130。其中基板110為發光二極體晶片120的載體，可用金屬、陶瓷、塑膠等材料構成。發光二極體晶片120用以發射光線，其以覆晶接合(flip-flop bond)於基板110上。反射結構130係以高反射材質所構成，設置於基板110上且介於任兩發光二極體晶片120之間。

在上述的結構中，由於發光二極體晶片120以覆晶接合於基板110上，因此可節省傳統COB結構的打線預留空間，以使發光二極體晶片120能被緊密設置於基板110上。然而，當發光二極體晶片120被緊密設置時，發光二極體晶片120所發射出的光線將被彼此所吸收，如此不但造成能量的損失，同時也使發光二極體晶片120因吸收光線而溫度上升，更進一步影響其發光效率。因此，透過反射結構130的設置，可反射發光二極體晶片120所朝向彼此發射出的光線，以避免為光線為彼此所相互吸收，使發光二極體陣列模組100不因其中的發光二極體晶片120緊密設 置而造成發光效率的降低。

在本發明一些實施例中，反射結構130的形狀可為複數條大致彼此垂直交錯的反射長條，如第1圖所示。利用如此的反射結構130，可使部份發光二極體晶片120被反射結構130所包圍，且發光二極體晶片120往四周發射的光線，都能被反射結構130所反射，而因此能提升發光二極體陣列模組100所發射光線的集中度。

在本發明一些實施例中，基板110可依實際需要而為一具散熱設計的散熱基板、一具有部份導電結構或本身可導電的導電基板、或為一絕緣基板。另外，在一些實施例中，基板110上可具有電路層112，用以電性連接基板110上的發光二極體晶片120。電路層112具有電路圖案，電路圖案由導電材料構成。例如金屬。舉例而言，可利用微影製程方式將導電材料黏著基板110上再經烘烤後形成電路圖案。值得注意的是，在第1圖中所繪的電路層112的圖樣僅為示意，並非用以限定實際上所設計的電路圖案。

另一方面，在本發明一些實施例中，發光二極體晶片120可為藍寶石基板發光二極體(sapphire substrate LED)晶片或為氮化鎵薄膜發光二極體(thin-GaN LED)晶片。其中氮化鎵薄膜發光二極體晶片由於移除了晶片上的藍寶石基板，減少對光源的阻擋，是以可更進一步提升發光二極體晶片120的發光效率。

在本發明一些實施例中，材質上，反射結構130可由光學塑膠與高反射粒子之混合物所構成。其中光學塑膠做為載體承載高反射粒子，而高反射粒子用以反射入射的光 線。光學塑膠可為選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯基二甘醇碳酸酯(CR-39)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯胺(polyamide)、丙烯酸酯(acrylate)及矽膠組成的族群中的至少一種物質所構成。而高反射粒子由二氧化鈦、硫酸鋇、二氧化矽及氧化鋁組成的物質群中選擇的至少一種物質所構成。

反射結構130的光線反射率取決於光學塑膠中的高反射粒子的濃度與特性，當高反射粒子的濃度越高，反射結構130的光線反射率也越高，而當高反射粒子本身的光線反射率越高，反射結構130的光線反射率也越高。在本發明的一些實施例中，反射結構130的光線反射率應至少大於它的光線吸收率，換句話說，對於入射反射結構130的光線，被反射結構130所反射的光線能量應比被反射結構130所吸收的光線能量高，如此方有助於提昇發光二極體陣列模組100的發光效率，且能避免反射結構130因吸收光線能量而溫度上升，因而導致發光二極體晶片120的發光效率受溫度影響而衰減。

另外，在一些較佳的實施例中，反射結構的光線反射率應大於約90%，以盡可能反射發光二極體晶片120所發射的光線，而避免光線被反射結構130所吸收，而降低發光二極體陣列模組100的發光效率。值得注意的是，上述光學塑膠的材料僅為實施上的例示，其它任何可承載高反射粒子的材料皆可於此處被選用，不以上述實施例為限。另一方面，上述高反射粒子亦僅為實施上的例示，其它任何具備高反射、低吸收、低散射的粒子皆可於此處被選用， 不以上述實施例為限。

另一方面，在本發明的一些實施例中，就構造而言，反射結構130在垂直於該基板的剖面上可為圓弧形或其它幾何圖形，如第2圖所示。其中，當反射結構130為圓弧形時，可避免發光二極體晶片120所發射的光線被不規則的形狀結構所散射，而無法使發光二極體陣列模組100藉由反射結構130反射光線以增進發光效率。值得注意的是，上述反射結構130的形狀僅為例示，其它任何可有效反射光線、避免散射的結構皆可於此處被選用，而不以上述實施例為限。

再者，如上所述，為使反射結構130能阻隔任兩發光二極體晶片120彼此吸收對方所發射的光線，反射結構130相對於基板110的高度應大於或等於發光二極體晶片120相對於基板110的高度。如此一來，在發光二極體晶片120所發射的光線中，方向朝向其它發光二極體晶片120的光線即能被反射結構130所反射，而不致被其它發光二極體晶片120所吸收。

而另外就實現反射結構130上，舉例而言，反射結構130可用模具以射出成型方式製成，而後再以接合劑黏合於基板110之上。但本領域通常知識者當可明瞭，在不同實施例中，不同結構、材質的反射結構130當可用不同的方式所製成，故不以上述實施例為限。

在本發明的一些實施例中，發光二極體陣列模組100更包括螢光轉換層150以及反射框140。螢光轉換層150覆蓋於基板110與發光二極體晶片120上，用以轉換發光 二極體晶片120所發射一特定波長的光線為另一波長的光線。反射框140配置於發光二極體晶片120外圍，用以反射發光二極體陣列模組100朝四周發射的光線，以提高發光效率。另外，每一個發光二極體晶片120由反射結構140所包圍，或由反射框140與反射結構130所共同包圍，以使發光二極體晶片120往四周發射的光線皆能被反射，而提高發光二極體陣列模組100所發射光線的集中度。

在本發明的一些實施例中，反射框140同樣可用如同上述的光學塑膠與高反射分子所構成。而由於反射框140的用途在於反射光射，是以性質方面的要求，諸如光線反射率與光線吸收率，皆與反射結構130類似，在此不贅述。而由於性質相似，是以反射框140與反射結構130在材料上亦可相同或相異，端視實際需求而定。另外，螢光轉換層150可由光學塑膠與螢光粉之混合物所構成。其中光學塑膠用以承載螢光粉，可為如前所述、具高光穿透率的材質所構成，故在此不贅述。而螢光粉用以轉換波長，當螢光粉受一特定波長區間的光線所激發時，其內電子受激到高能階的激發狀態，而後當電子回到原有的低能階狀態時，螢光粉輻射不同波長的光以釋放能量。由於不同螢光粉會吸收並輻射不同波長區間的光線，故螢光粉的選用當視實際應用而定。舉例而言，若利用波長介於445-475奈米的藍光二極體晶片激發釔鋁石榴石，使釔鋁石榴石產生黃光，則可透過混色產生白光以製成白光二極體陣列模組。在一些實施例中，螢光粉也可由鎦鋁石榴石(LuAg)、氮氧化物或其它不同材質的螢光粉所構成。而不以上述實 施例為限。

第3圖為根據本發明一實施例的發光二極體陣列模組100所繪示的剖面圖。發光二極體陣列模組100包括包括基板110、複數個發光二極體晶片120、反射結構130、反射框140以及螢光轉換層150。在本實施例中，除反射結構130在垂直於基板110的剖面上可為角錐形(如圖所示)外，其餘部份皆與前述實施例相同或相似，故在此不贅述。而當反射結構130為角錐型時，可避免發光二極體晶片120所發射的光線被不規則的形狀結構所散射，而無法反射光線增進發光效率。同樣地，反射結構130在垂直於基板110的剖面上的形狀不以角錐形為限，任何可有助於反射結構130反射光線的形狀皆可在此處被選用，而不以上述實施例為限。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光二極體陣列模組

110‧‧‧基板

112‧‧‧電路層

120‧‧‧發光二極體晶片

130‧‧‧反射結構

140‧‧‧反射框

150‧‧‧螢光轉換層

2-2‧‧‧線段

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本發明一實施例所繪示的發光二極體陣列模組之示意圖。

第2圖為根據第1圖的發光二極體陣列模組沿線段2-2的剖面示意圖。

第3圖為根據本發明一實施例所繪示的發光二極體陣列模組之剖面示意圖。

100‧‧‧發光二極體陣列模組

110‧‧‧基板

112‧‧‧電路層

120‧‧‧發光二極體晶片

130‧‧‧反射結構

140‧‧‧反射框

150‧‧‧螢光轉換層

2-2‧‧‧線段

Claims (12)

1. 一種發光二極體陣列模組，包括：一基板；複數個發光二極體晶片，以覆晶接合於該基板上；以及一反射結構，設置於該基板上且介於任兩該些發光二極體晶片之間，以避免該些發光二極體晶片所發射的光線相互吸收。
2. 如請求項1所述的發光二極體陣列模組，更包括：一螢光轉換層，覆蓋於該基板與該些發光二極體晶片上；以及一反射框，配置於該些發光二極體晶片外圍。
3. 如請求項2所述的發光二極體陣列模組，其中該螢光轉換層由光學塑膠與螢光粉之混合物所構成，而螢光粉由釔鋁石榴石(YAG)、鎦鋁石榴石(LuAg)或氮氧化物所構成。
4. 如請求項3所述的發光二極體陣列模組，其中該反射框與反射結構由光學塑膠與高反射粒子之混合物所構成，而高反射粒子由二氧化鈦、硫酸鋇、二氧化矽及氧化鋁組成的物質群中選擇的至少一種物質所構成。
5. 如請求項4所述的發光二極體陣列模組，其中該反射框與該反射結構的光線反射率大於光線吸收率。
6. 如請求項5所述的發光二極體陣列模組，其中該反射框與該反射結構的光線反射率大於90%。
7. 如請求項1~6項中任一項所述的發光二極體陣列模組，其中該反射結構在垂直於該基板的剖面上為圓弧形或角錐型等幾何圖形。
8. 如請求項7所述的發光二極體陣列模組，其中該反射結構相對於該基板的高度大於或等於該些發光二極體晶片相對於該基板的高度。
9. 如請求項4~6項中任一項所述的發光二極體陣列模組，其中光學塑膠是由選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯基二甘醇碳酸酯(CR-39)、聚苯乙烯(PS)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯胺(polyamide)、丙烯酸酯(acrylate)及矽膠組成的族群中的至少一種物質所構成。
10. 如請求項1所述的發光二極體陣列模組，其中該些發光二極體晶片為藍寶石基板發光二極體(sapphire substrate LED)晶片或為氮化鎵薄膜發光二極體(thin-GaN LED)晶片。
11. 如請求項1所述的發光二極體陣列模組，其中該基板為散熱基板、導電基板或絕緣基板。
12. 如請求項1所述的發光二極體陣列模組，其中該基板上具有電路層，用以電性連接該些發光二極體晶片。