TW201409775A - 具有發光二極體的發光裝置 - Google Patents

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Shih-Chieh Tang
Shih-Yu Yeh
Chi-Chih Pu
Wei-Kang Cheng
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Abstract

一種具有發光二極體晶片的發光裝置，包括一基板、至少一發光二極體晶片與一反射鏡。前述基板具有一第一主表面以及與第一主表面相對設置的第二主表面。發光二極體晶片設置於基板之第一主表面上。發光二極體晶片包括一第一電極與一第二電極。反射鏡設置於基板之第二主表面上，用以反射發光二極體晶片所發出之光線並使前述反射光線經由第一主表面射出。

Description

具有發光二極體的發光裝置
本發明係關於一種發光裝置，尤指一種具有反射鏡及發光二極體的發光裝置。
習知發光二極體(light emitting diode,LED)是一種指向性的光源，並非如傳統燈泡為一種發散型的光源，因此在應用上會受到限制。舉例而言，在一般室內外照明的燈具上的應用難以達到所需要的光型。
本發明之目的之一在於提供一種具有反射鏡及發光二極體的發光裝置，以提升發光效率。
本發明之一較佳實施例提供一種發光裝置，包括一基板、至少一發光二極體晶片與一反射鏡。基板具有一第一主表面以及與第一主表面相對設置的一第二主表面。發光二極體晶片設置於基板之第一主表面上。發光二極體晶片包括一第一電極與一第二電極。反射鏡設置於基板之第二主表面上，用以反射至少部分發光二極體晶片所發出並射入基板之光線，進而使前述光線經由第一主表面射出。本發明之發光裝置可提高發光效率並可改善習知發光二極體之光型不 佳的問題。
請參考第1圖與第2圖。第1圖繪示了本發明之第一較佳實施例之發光裝置的外觀示意圖，第2圖繪示了本發明之第一較佳實施例之發光裝置的剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，本實施例之發光裝置10包括一基板12、至少一發光二極體晶片14與一反射鏡15。基板12可為可透光基板，其具有一第一主表面121與一第二主表面122彼此相對設置。發光二極體晶片14設置於基板12之第一主表面121上，用以發出一光線L，且發光二極體晶片14包括一第一電極16與一第二電極18，用以作外部電性連接。基板12可為一絕緣透光的氧化鋁(Al2O3)基板或一絕緣透光的碳化矽(SiC)基板，但不以此為限。更進一步設計基板12之厚度最佳可大於或等於200微米(μm)，且當射入基板12之光線L的波長範圍大於或等於420奈米(nm)時，基板12之穿透率最佳設計可大於或等於70%。反射鏡15係設置於基板12的第二主表面122上，可進一步設計與基板12一體化，更可包括至少一金屬層或一布拉格反射鏡(Bragg reflector)，但不以此為限。舉例而言，布拉格反射鏡可由多層具有不同折射率的介電薄膜所堆疊而構成，或是由多層具有不同折射率的介電薄膜與多層金屬氧化物所堆疊而構成。射入基板12之光線L可被反射鏡15所反射，並經由第一主表面121射出，進而增加發光裝置10之發光效率。
發光二極體晶片14可包括一基底141、一N型半導體層142、一主動層143與一P型半導體層144。N型半導體層142、主動層143與P型半導體層144之材料可包括三A族之氮化物，例如氮化鋁(AlN)，但不以此為限。更進一步設計發光二極體晶片14之表面較佳可具有一非平面結構。在本實施例中，發光二極體晶片14之基底141係用一固晶材料28如一透明膠黏著於基板12之第一主表面121上。固晶材料28除了用來黏著發光二極體晶片14之外，在材料的選擇上，固晶材料28的折射率較佳可介於基底141的折射率與基板12的折射率之間，藉此可增加出光量。第一電極16與第二電極18係分別與P型半導體層144以及N型半導體層142電性連接。第一電極16與第二電極18可為金屬電極，但不以此為限。此外，發光裝置10更包括一第一連接導線20、一第二連接導線22、一能量轉換材料24以及一承載座(support base)26。第一連接導線20與第二連接導線22係設置於基板12之第一主表面121上。第一連接導線20與第二連接導線22可為金屬連接導線，但不以此為限。第一電極16與第二電極18係分別與第一連接導線20與第二連接導線22電性連接。能量轉換材料24係設置於基板12上，並置於可接收至少部分發光二極體晶片14所發出之光線L的位置，如包覆發光二極體晶片14。基板12係可以非平行方式設置於承載座26上，例如，基板12之側壁係以垂直方式固定於承載座26上，但不以此為限。承載座26上可進一步設置有兩個電極30、32，分別與第一連接導線20與第二連接導線22電性連接，藉此可透過電極30、32分別提供驅動電壓V+,V-以驅動發光二極體晶片14發出光線L。基 板12係選擇具有良好的熱傳導特性的材料，藉此發光二極體晶片14所產生的熱能可快速透過基板12傳遞至承載座26以進行散熱。另外，發光二極體晶片14所發出之光線L係可激發能量轉換材料24而產生與前述光線L的波長範圍不同的光，藉此可使發光裝置10發出其它光色或波長範圍較大的光線。舉例而言，發光二極體晶片14可為一藍光發光二極體晶片，且發光二極體晶片14所產生的部分藍光在照射到能量轉換材料24後可轉換成為黃光，藉此發光裝置10可發出由藍光與黃光混合成的白光。發光二極體晶片14所發出之光並不限於藍光，而亦可為其它可見光或不可見光。在本實施例中，發光二極體晶片14僅包括單一發光二極體晶片，且第一電極16與第二電極18係利用打線方式(wire bonding)與第一連接導線20與第二連接導線22電性連接，但不以此為限。
本實施例之發光裝置10具有較高的發光效率，因此發光二極體晶片之功率可小於例如0.2瓦特，但不以此為限。
另外，為了增加基板12之出光量並使出光的分布均勻，基板12之第一主表面121與第二主表面122至少其中之一者具有一非平面結構12M。非平面結構12M可為各式凸出或凹陷的幾何結構，例如金字塔、圓錐體、半球體或三角柱等，且非平面結構12M的排列可為規則性排列或隨機性排列。若第二主表面122具有非平面結構12M，則設置於第二主表面122的反射鏡15亦會形成非平面結構，而可增加散射效果。再者，第一主表面121以及第二主表面122上 可選擇性地設置有一類鑽碳(diamond-like carbon,DLC)膜25，用以增加導熱及散熱效果。在本實施例中，反射鏡15係設置於基板12之第二主表面122與類鑽碳膜25之間，但不以此為限。例如，在一變化實施例中，類鑽碳膜25亦可設置於基板12之第二主表面122與反射鏡15之間。
本發明之發光裝置並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例之發光裝置，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之各實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。
請參考第3圖。第3圖繪示了本發明之第一較佳實施例之一變化實施例之發光裝置的外觀示意圖。如第3圖所示，本變化實施例之發光裝置10’包括複數個發光二極體晶片14，且發光二極體晶片14可彼此電性連接。舉例而言，在本變化實施例中，各發光二極體晶片14分別包括第一電極16與一第二電極18，其中一個發光二極體晶片14的第一電極16與第一連接導線20電性連接，而另一個發光二極體晶片14的第二電極18與第二連接導線22電性連接。此外，發光二極體晶片14可以利用例如串聯方式電性連接，但不以此為限。例如發光二極體晶片14亦可以利用例如並聯方式或串聯/並聯混合方式電性連接。發光二極體晶片14可以均為可發出同一波長範圍對光線的發光二極體晶片，例如藍光發光二極體晶片。同時搭配 能量轉換材料24的作法可使發光裝置10’發出白光或使用者選擇的波長範圍的光。另外，各發光二極體晶片14之功率可視發光裝置10’的亮度要求加以選擇。本實施例之發光裝置10’具有較高的發光效率，因此各發光二極體晶片14之功率可小於例如0.2瓦特，但不以此為限。
請參考第4圖。第4圖繪示了本發明之第二較佳實施例之發光裝置的剖面示意圖。如第4圖所示，在本實施例之發光裝置40中，第一電極16與第二電極18亦係設置於發光二極體晶片14之同一表面。不同於第一較佳實施例之處在於，發光二極體晶片14之第一電極16與第二電極18係利用以覆晶方式(flip chip)與第一連接導線20與第二連接導線22電性連接。舉例而言，第一連接導線20與第二連接導線22可分別延伸至第一電極16與第二電極18的下方，且第一電極16與第二電極18可利用一固晶材料或固晶層(die attach layer)29分別與第一連接導線20與第二連接導線22電性連接。固晶層29可為導電凸塊(conductive bump)例如金凸塊(gold bump)或錫鉛凸塊(solder bump)、導電膠(conductive glue)例如銀膠，或共晶層(eutectic layer)例如金錫(Au-Sn)合金共晶層或銦鉍錫合金(In-Bi-Sn alloy)共晶層，但不以此為限。在使用固晶層29的狀況下，發光二極體晶片14之下方之固晶材料28可省略，或是由能量轉換材料24加以取代。本實施例之發光裝置40可包括單一發光二極體晶片14，或者複數個發光二極體晶片14。
請參考第5圖。第5圖繪示了本發明之第三較佳實施例之發光裝置的外觀示意圖。如第5圖所示，不同於第一較佳實施例，本實施例之發光裝置50另包括一固定物件51，用以連結基板12與承載座26。例如，基板12可藉由一黏著層52固定於固定物件51之一側，而固定物件51之另一側可嵌設於承載座26上，其中固定物件51可為L型、U型或其他形狀。
綜上所述，本發明之發光裝置將發光二極體晶片設置於基板之第一主表面上，並將反射鏡設置於基板之第二主表面上，而發光二極體晶片所發出射入基板之光線可藉由反射鏡反射而經由第一主表面射出。因此，本發明之發光裝置可提高發光效率並可改善習知發光裝置之光型不佳的問題。本發明之發光裝置由於具有高發光效率，因此可應用在各式照明燈具或是作為液晶顯示面板之背光源。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧發光裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧發光二極體晶片
16‧‧‧第一電極
18‧‧‧第二電極
20‧‧‧第一連接導線
22‧‧‧第二連接導線
24‧‧‧能量轉換材料
26‧‧‧承載座
121‧‧‧第一主表面
122‧‧‧第二主表面
25‧‧‧類鑽碳膜
28‧‧‧固晶材料
30‧‧‧電極
32‧‧‧電極
12M‧‧‧非平面結構
V+‧‧‧驅動電壓
V-‧‧‧驅動電壓
10’‧‧‧發光裝置
40‧‧‧發光裝置
141‧‧‧基底
142‧‧‧N型半導體層
143‧‧‧主動層
144‧‧‧P型半導體層
L‧‧‧光線
29‧‧‧固晶層
50‧‧‧發光裝置
51‧‧‧固定物件
52‧‧‧黏著層
15‧‧‧反射鏡
第1圖繪示了本發明之第一較佳實施例之發光裝置的外觀示意圖。
第2圖繪示了本發明之第一較佳實施例之發光裝置的剖面示意圖。
第3圖繪示了本發明之第一較佳實施例之一變化實施例之發光裝置的外觀示意圖。
第4圖繪示了本發明之第二較佳實施例之發光裝置的剖面示意圖。
第5圖繪示了本發明之第三較佳實施例之發光裝置的外觀示意圖。
10‧‧‧發光裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧發光二極體晶片
16‧‧‧第一電極
18‧‧‧第二電極
20‧‧‧第一連接導線
22‧‧‧第二連接導線
24‧‧‧能量轉換材料
15‧‧‧反射鏡
121‧‧‧第一主表面
122‧‧‧第二主表面
25‧‧‧類鑽碳膜
28‧‧‧固晶材料
12M‧‧‧非平面結構
141‧‧‧基底
142‧‧‧N型半導體層
143‧‧‧主動層
144‧‧‧P型半導體層
L‧‧‧光線

Claims (17)

  1. 一種發光裝置，包括：一基板，具有一第一主表面及與該第一主表面相對設置的一第二主表面；一發光二極體晶片，設置於該基板之該第一主表面上，其中該發光二極體晶片包括一第一電極、一第二電極與一基底；以及一反射鏡，設置於該基板之該第二主表面上，用以反射該發光二極體晶片所發出至少部分射入該基板之一光線，而使該光線至少部分經由該第一主表面射出。
  2. 如請求項1所述之發光裝置，其中該基板之厚度大於或等於200微米(μm)。
  3. 如請求項1所述之發光裝置，其中當射入該基板之該光線的波長範圍大於或等於420奈米(nm)時，該基板之穿透率大於或等於70%。
  4. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光二極體晶片之表面具有一非平面結構。
  5. 如請求項1所述之發光裝置，另包括一第一連接導線與一第二連接導線，設置於該基板上，其中該第一連接導線與該第二連接導 線分別與該發光二極體晶片的該第一電極與該第二電極電性連接。
  6. 如請求項5所述之發光裝置，其中該第一連接導線與該第二連接導線係設置於該基板之該第一主表面上。
  7. 如請求項1所述之發光裝置，另包括一能量轉換材料，置於可接收至少部分該發光二極體晶片所發出之該光線的位置，其中該發光二極體晶片所發出之該光線係可激發該能量轉換材料而產生與該光線之波長範圍不同的光。
  8. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光二極體晶片之功率小於0.2瓦特。
  9. 如請求項1所述之發光裝置，其中該基板包括一氧化鋁基板或一碳化矽基板。
  10. 如請求項1所述之發光裝置，其中該基板之該第一主表面與該第二主表面之至少其中之一者具有一非平面結構。
  11. 如請求項1所述之發光裝置，更包括一類鑽碳膜，分別設置於該基板的該第一主表面上以及該第二主表面上。
  12. 如請求項1所述之發光裝置，其中該第一電極與該第二電極係設置於該發光二極體晶片之同一表面。
  13. 如請求項1所述之發光裝置，更包括一承載座，其中該基板係設置於該承載座上。
  14. 如請求項13所述之發光裝置，其中該基板係以一非平行方式固定於該承載座上。
  15. 如請求項13所述之發光裝置，更包括一固定物件，用以連結該基板與該承載座。
  16. 如請求項1所述之發光裝置，其中該反射鏡包括至少一金屬層或一布拉格反射鏡(Bragg reflector)，並與該基板一體化。
  17. 如請求項1所述之發光裝置，更包含一固晶材料，該固晶材料係設置於該發光二極體晶片的該基底與該基板之間，且該固晶材料之折射率係介於該發光二極體晶片的該基底與該基板之間。
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