TW201607016A - 用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板 - Google Patents

用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板，此藍寶石基板包括一成長面與一第二主表面彼此相對設置。藍寶石基板的厚度係大於或等於200微米。

Description

用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板
本發明係關於一種藍寶石基板，尤指一種用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板。
發光二極體(light emitting diode,LED)本身所發出來的光是偏向一種指向性的光源，並非如一般市售的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並無法達到所需要的光型。另外，習知發光二極體晶片僅可單面發光，因此具有較低的發光效率。
本發明之一目的在於提供一用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板，以提升發光效率、改善光型並節省成本。
本發明之一較佳實施例提供一種用於形成多方向出光之發光二極體晶片的藍寶石基板，此藍寶石基板包括一成長面與一第二主表面彼此相對設置。藍寶石基板的厚度係大於或等於200微米。
本發明之一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板、複數個發光二極體結構、一絕緣層與一導電圖案。該透明基板具有一成長面與一第二主表面彼此相對設置。該複數個發光二極體結構設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之第一主表面，且各發光二極體結構包括一第一電極與一第二電極。該絕緣層至少設置於部分該複數個發光二極體結構上。該導電圖案設置於該絕緣層上並與至少部分第一電極及至少部分第二電極電性連接。該複數個發光二極體結構中至少一個發光二極體結構之發光方向包括經過該透明基板並從該第二主表面出光。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板以及至少一發光二極體結構。其中該透明基板材質係包括藍寶石並具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，且該發光二極體結構之出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應成長面之一第二主表面出光。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板、至少一發光二極體結構以及一能量轉換層。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該能量轉換層係至少設置於該發光二極體結構或該第二主表面之上，且該能量轉換層係至少部分吸收並轉換該發光二極體結構所發出光線之波長。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板以及複數個發光二極體結構。該透明基板具有一成長面。該複數個發光二極體結構係設置於該成長面上。該各發光二極體結構未被該透明基板遮蔽的一發光面，與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面共同形成可發光之一第一主表面。該發光二極體結構之一出光角度係大於180度，且該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光，其中該第一主表面或該第二主表面之面積係為該發光二極體結構之發光面之總面積5倍以上。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板、至少一類鑽碳膜以及至少一發光二極體結構。該透明基板具有一成長面。該類鑽碳膜係設置於該透明基板上。該發光二極體結構係設置於該成長面上。該發光二極體結構未被該透明基板遮蔽的一發光面，與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面共同形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板、至少一發光二極體結構以及一反射鏡。該透明基板具有一成長面，且該反射鏡係設置於該透明基板上對應該成長面之一第二主表面上。該發光二極體結構係設置於成長面上。該發光二極體結構未被該透明基板遮蔽的一發光面，與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面共同形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光二極體晶片，包括一透明基板、至少一發光二極體結構、一第一連接導線以及一第二連接導線。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該第一連接導線以及該第二連接導線係分別設置於該透明基板上相對的兩端，且該第一連接導線與該第二連接導線係分別與該發光二極體結構電性連結。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置，包括一承載座，以及前述之發光二極體晶片，其中前述發光二極體晶片係固定於該承載座上。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置，包括一發光二極體晶片以及一支架。該發光二極體晶片包括一透明基板、至少一發光二極體結構、一第一連接導線以及一第二連接導線。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該第一連接導線以及該第二連接導線係分別設置於該透明基板上相對的兩端，且該第一連接導線與該第二連接導線係分別與該發光二極體結構電性連結。該支架包括至少一缺口，且該發光二極體晶片係與缺口對應設置。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置，包括複數個發光二極體晶片以及一裝置基座。各發光二極體晶片包括一透明基板、至少一發光二極體結構、一第一連接導線以及一第二連接導線。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該第一連接導線以及該第二連接導線係分別設置於該透明基板上相對的兩端，且該第一連接導線與該第二連接導線係分別與該發光二極體結構電性連結。該裝置基座包括一承載座以及複數個支架自該承載座向外延伸設置。各支架包括至少一缺口，且各發光二極體晶片係與至少部分之缺口對應設置。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置，包括複數個發光二極體晶片以及一燈條。各發光二極體晶片包括一透明基板、至少一發光二極體結構、一第一連接導線以及一第二連接導線。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該第一連接導線以及該第二連接導線係分別設置於該透明基板上相對的兩端，且該第一連接導線與該第二連接導線係分別與該發光二極體結構電性連結。該燈條包括複數個缺口。該燈條具有一延伸方向，該複數個缺口係沿延伸方向排列設置，且各發光二極體晶片係與至少部分之缺口對應設置。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置，包括複數個發光二極體晶片以及一承載座。各發光二極體晶片包括一透明基板、至少一發光二極體結構、一第一連接導線以及一第二連接導線。該透明基板具有一成長面。該發光二極體結構係設置於該成長面上，並與未被該發光二極體結構覆蓋之部分成長面形成可發光之一第一主表面，且該發光二極體結構之一出光角度係大於180度。其中該發光二極體結構所發出之至少部分光線可穿透該透明基板，並從對應該成長面之一第二主表面出光。該第一連接導線以及該第二連接導線係分別設置於該透明基板上相對的兩端，且該第一連接導線與該第二連接導線係分別與該發光二極體結構電性連結。該承載座包括複數個缺口，且該複數個缺口係以一陣列方式排列設置，該發光二極體晶片係與至少部分之缺口對應設置。
本發明之另一較佳實施例提供一種發光裝置之裝置基座，包括一承載座以及複數個支架。各支架係自該承載座向外延伸設置，各支架包括至少一缺口以及複數個電極係分別設置於缺口的兩側。
本發明之發光二極體晶片將發光二極體結構設置於透明基板上，而發光二極體結構所發出之光線可穿透透明基板。因此本發明之發光二極體晶片可至少多方向或全方向發光、提高發光效率並可改善習知發光二極體晶片光型不佳的問題。另外，本發明之發光二極體晶片的絕緣層、導電圖案與發光二極體結構可利用晶圓級製作方法加以製作，可大量節省製作成本並具有較佳的可靠度。
請參考第1A圖與第1B圖，第1A圖與第1B圖為本發明之一較佳實施例之發光二極體晶片或發光板的結構示意。如第1A圖與第1B圖所示，發光二極體晶片1係包括：一透明基板2；一成長面210；一第一主表面21A；一第二主表面21B以及至少一多方向出光發光二極體結構3。其中，為平板薄片狀的透明基板2本身具有兩個主要面體，其中之任一主要面體係為成長面210，具有發光功能的發光二極體結構3設置於此成長面210之上，且發光二極體結構3未被透明基板2遮蔽的一發光面34，與未設置發光二極體結構3之部分成長面210共同形成可發光的第一主表面21A。透明基板2未設有發光二極體結構3的另一主要面體則為第二主表面21B。前述佈置方式反之亦可，且亦可於透明基板2兩個面均設置發光二極體結構3，其中兩個面上的發光二極體結構3係可對應交錯排列，使各面上的發光二極體結構3發光時，光線可順利穿透透明基板2並從另一面出光，而不被另一面上的發光二極體結構遮蔽，增加單位面積之發光強度。透明基板2的材質可為氧化鋁(Al 2 O 3 )、含有氧化鋁的藍寶石、碳化矽(SiC)、玻璃、塑膠或是橡膠，其中，本發明較佳實施例之一係採用藍寶石基板，因為此材料大體上為單晶結構，不但具有較好的透光率，且散熱能力佳，可延長發光二極體晶片1的壽命；但使用傳統藍寶石基板於本發明中會有易碎裂的問題，故本發明經實驗驗證，本發明之透明基板2較佳係選用厚度大於或等於200微米(um)的藍寶石基板，如此可達成較佳的可靠度，並有較佳的承載以及透光功能。同時本發明之發光二極體結構3較佳係可選用出光角度大於180度者，即設置於透明基板2上的發光二極體結構3除發光面34會發出往遠離基板方向離開之光線外，發光二極體結構3亦會發出至少部分進入透明基板2之光線，而進入透明基板2之光線除從透明基板2上對應第一主表面21A的第二主表面21B出光外，亦可從透明基板2的未設置發光二極體結構3之部分成長面210與其他表面出光，使發光二極體晶片1可以至少雙面出光、多方向出光或全方向出光。於本發明中，第一主表面21A或第二主表面21B之面積係為設置於該主表面上的發光二極體結構3的發光面34之總和面積的五倍以上，此係兼顧到發光效率以及散熱等條件而為較佳的配置比例。
另外，本發明之另一較佳實施例是發光二極體晶片1之第一主表面21A與第二主表面21B發出之色溫差異等於或小於1500K，使發光二極體晶片1有更全面一致之發光效果。而於透明基板2的透光特性上，當發光二極體結構3發出光線之波長範圍大於或等於420奈米，及/或當該光線之波長範圍小於或等於470奈米時，在前述透明基板2厚度條件下，透明基板2之光穿透率係大於或等於70%。
本發明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，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2A圖、第2B圖與第2C圖，本發明為了獲得供電以進行發光，發光二極體結構3本身包括第一電極31A與第二電極31B，此第一電極31A與第二電極31B則分別與位於透明基板2上之第一連接導線23A以及第二連接導線23B電性連接。其中，第2A圖、第2B圖與第2C圖分別揭示了不同形式的發光二極體結構3以及與導線之耦接方式。第2A圖係為橫式發光二極體結構，其中發光二極體結構3係形成於透明基板2之成長面210上，第一電極31A與第二電極31B係以打線方式分別電性耦接於第一連接導線23A與第二連接導線23B；第2B圖係為覆晶式發光二極體結構，發光二極體結構3係倒置並藉第一電極31A與第二電極31B與透明基板2耦接，其中第一電極31A與第二電極31B係以焊接或黏接方式分別電性耦接於第一連接導線23A與第二連接導線23B；第2C圖則是於發光二極體結構3之兩端設置第一電極31A與第二電極31B，並將發光二極體結構3以直立設置的方式使第一電極31A與第二電極31B分別與第一連接導線23A以及第二連接導線23B相連接。
請參考第3A圖與第3B圖，本發明之發光二極體晶片1可更包括一能量轉換層4，其係設置於第一主表面21A或/與第二主表面21B之上，或是直接設置於發光二極體結構3上，且其可直接接觸發光二極體結構3，或是與發光二極體結構3相鄰一段距離而不直接接觸。能量轉換層4係含有至少一種螢光粉，如石榴石系、硫酸鹽系或矽酸鹽系等等無機或有機材質之螢光粉，以接收並轉換至少部分發光二極體結構3發出光線之波長為另一種波長範圍。例如，當發光二極體結構3發出藍光，能量轉換層4就會轉換部分藍光為黃光，而使發光二極體晶片1在藍光與黃光混合之下最後發出白光。另外由於第一主表面21A光源主要是發光二極體結構3的發光面直接出光，而第二主表面21B光源則是發光二極體結構3的光線穿透透明基板2發出的光，兩個表面的光線強度不同，故本發明之另一較佳實施例係發光二極體晶片1於第一主表面21A與第二主表面21B上的能量轉換層4之螢光粉含量係相應配置，其中第一主表面21A對第二主表面21B上的螢光粉(或發光二極體結構上的螢光粉對第二主表面21B上的螢光粉)含量比例範圍較佳的可從1比0.5至1比3，使發光二極體晶片1的光線強度或光形可以符合應用需求，以及使發光二極體晶片1之第一主表面21A與第二主表面21B發出之色溫差異等於或小於1500K，提升發光二極體晶片1之波長轉換效率與發光效果。
請參考第4圖。第4圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光二極體晶片的剖面示意圖。如第4圖所示，本實施例之發光二極體晶片10包括一透明基板2、複數個發光二極體結構14、一絕緣層20與一導電圖案22。透明基板2具有一成長面210與一第二主表面21B彼此相對設置。複數個發光二極體結構14設置或形成於透明基板2之成長面210上，且各發光二極體結構14包括一第一電極16與一第二電極18。發光二極體結構14未被透明基板2遮蔽的一發光面34，與未設置發光二極體結構14之部分成長面210共同形成一第一主表面21A。絕緣層20至少設置於部分複數個發光二極體結構14上。導電圖案22設置於絕緣層20上並與至少部分第一電極16與至少部分第二電極18電性連接。導電圖案22可為例如金屬線路佈局或一般打線所構成圖案，但不以此為限而可為其它材質所構成的導電圖案。
發光二極體結構14可包括一第一半導體層141、一主動層142與一第二半導體層143，依序形成於透明基板2上。第一半導體層141較佳可為一N型半導體層，而第二半導體層143較佳可為一P型半導體層，但不以此為限。第一半導體層141、主動層142與第二半導體層143之材料包括三A族之氮化物，例如氮化鋁(AlN)，但不以此為限。發光二極體晶片10可進一步包括一緩衝層13，形成於第一半導體層141與透明基板2之間。緩衝層13之材料可包括三A族之氮化物，例如氮化鋁，但不以此為限。第一電極16與第二電極18係分別與第二半導體層143以及第一半導體層141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，發光二極體晶片10更包括一能量轉換層4設置於透明基板2及發光二極體結構14上。發光二極體結構14所發出之光線(圖未示)可為一特定波長，而能量轉換層4可至少部分轉換此特定波長，藉此可使發光二極體晶片10發出其它特定波長或波長範圍較大的光線。
在本實施例中，發光二極體結構14藉由導電圖案22而以串聯方式電性連接，但不以此為限。另外，在本實施例中，絕緣層20、導電圖案22、發光二極體結構14(包括第一半導體層141、主動層142與第二半導體層143)以及緩衝層13為一併製作，即緩衝層13、第一半導體層141、主動層142與第二半導體層143依序設置於透明基板2上後，再進一步依序設置絕緣層20與導電圖案22並進行切割。絕緣層20與導電圖案22可利用例如微影暨蝕刻製程設置，但不以此為限。本實施例之發光二極體晶片10之絕緣層20、導電圖案22與發光二極體結構14係利用晶圓級製作方法加以製作，可大量節省製作成本並具有較佳的可靠度。
另外，為了增加光線從透明基板2離開之出光量並使出光的分布均勻，第二主表面21B可選擇性地具有一非平面結構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。再者，第二主表面21B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。另外，第二主表面21B與類鑽碳膜25之間可設置一光學膜28。在材料的選擇上，光學膜28的折射率較佳可介於透明基板2的折射率與類鑽碳膜25的折射率或能量轉換層4的折射率之間，藉此可增加出光量。
請參考第5圖，並請一併參考第4圖及其他前述圖式。第5圖繪示了本發明之一變化實施例之發光二極體晶片的等效電路圖。如第5圖所示，在本變化實施例中，發光二極體晶片10’的複數個發光二極體結構14係可藉由導電圖案22以串聯/並聯混合方式電性連接並透過連接導線與外部電源電性耦接。
請參考第6圖，第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光二極體晶片的立體示意圖。如第6圖所示，本發明之發光二極體晶片310包括透明基板2、至少一發光二極體結構3、一第一連接電極311A、一第二連接電極311B與至少一能量轉換層4。其中發光二極體結構3係設置於透明基板2之成長面210上，而形成發光之一第一主表面21A。在此實施例中，發光二極體結構3之一出光角度係大於180度，且發光二極體結構3所發出之至少部分光線會射入透明基板2，而射入光線至少部分會從對應第一主表面21A之一第二主表面21B出光，部分從透明基板2其他表面出光，進而達到六面發光的發光效果。第一連接電極311A以及第二連接電極311B係分別設置於透明基板2上兩端或同側(圖未示)，並分別為透明基板2上之一第一連接導線與一第二連接導線所延伸的晶片對外電極，故第一連接電極311A與第二連接電極311B係分別與發光二極體結構3電性連結。能量轉換層4係至少覆蓋發光二極體結構3及/或第二主表面21B並暴露至少部分第一連接電極311A與第二連接電極311B，其中能量轉換層4係至少部分吸收發光二極體結構3及/或透明基板2所發出之光線，並轉換成另一波長之光線，然後與未被吸收之光線混光，增加發光二極體晶片310的發光波長範圍與發光效果。也就是說能量轉換層4可不覆蓋第一連接電極311A與第二連接電極311B。由於本實施例之發光二極體晶片310具有分別設置於透明基板2上相對兩端之第一連接電極311A與第二連接電極311B，故發光二極體晶片310可獨自完成製作後再與適合之承載座進行結合，因此可達到提升整體製造良率、簡化結構以及增加所配合之承載座設計變化等效果。
請參考第7A圖，本發明之一實施例係使用前述發光二極體晶片之發光裝置11，其中發光裝置11可更包括一承載座5，使發光二極體晶片之透明基板2除可平放於此承載座5，亦可立設於其上並耦接於此承載座5，使透明基板2與承載座5之間具有一第一夾角θ1，該第一夾角θ1角度可為固定或根據發光裝置光形需要調動，其中較佳實施例的第一夾角θ1角度範圍係介於30度至150度之間。
請參考第7B圖，本發明之發光裝置11的承載座5還可包括一電路基板6與外部電源耦接，並電性耦接於透明基板2上的第一連接導線以及第二連接導線(圖未示)，而與發光二極體結構3電性連接，使外部電源透過電路基板供應發光二極體結構3發光所需電源。若無設置此電路基板6，發光二極體結構3亦可直接透過第一連接導線以及第二連接導線(圖未示)電性連接於承載座5，使外部電源可經由承載座5對該發光二極體結構3供電。
請參考第7C圖，本發明之發光裝置11還可包括一反射鏡8設置於第二主表面21B上，此反射鏡8可反射該發光二極體結構3所發出至少部分穿透該透明基板2之該光線，而使該光線至少部分改由該第一主表面21A射出。此反射鏡8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。其中，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。
請參考第7D圖，本發明之發光裝置11的透明基板2還可包括一類鑽碳(diamond-like carbon,DLC)膜9，其中該類鑽碳膜9係設置於透明基板2之成長面210及/或第二主表面21B上，以增加導熱及散熱效果。
請參考第8圖。第8圖繪示了本發明之一較佳實施例之發光裝置示意圖。如第8圖所示，本實施例之發光裝置100包括一發光二極體晶片10與一承載座26，其中該發光二極體晶片10係嵌入該承載座26內，並透過連接導線與該承載座之電極30、32電性連接，一電源可透過該電極30、32提供驅動電壓V+,V-以驅動該發光二極體晶片10發出光線L。在本實施例發光裝置100中，發光二極體晶片10之結構可如先前實施例所述，且導電圖案22與至少部分發光二極體結構14之第一電極16與第二電極18電性連接，使至少部分發光二極體結構14形成串聯或其他如並聯或串並聯等電路，其中導電圖案22可為例如金屬線路佈局或一般打線構成圖案，但不以此為限而可為其它材質或形式所構成的導電圖案；而未與該導電圖案22連接之第一電極16與第二電極18透過連接導線分別與承載座26之電極30、32電性連接。另外發光二極體晶片10之至少一發光二極體結構14所發出光線L之出光角係大於180度或具有多個發光面，使得該發光二極體晶片10的出光方向包括從第一主表面21A及第二主表面21B出光，且部分光線亦會由發光二極體結構14及/或透明基板2的四個側壁所射出，使發光二極體晶片10具有六面發光或全方向出光特性。
此外，本實施例之發光二極體晶片10更包括能量轉換層4、類鑽碳膜25與光學膜28依次設置於透明基板2之第二主表面21B上，且能量轉換層4更可進一步設置於發光二極體結構14或第一主表面21A上。其中能量轉換層4可轉換至少部分發光二極體結構14所發出之光線為另一波長範圍的光，使發光二極體晶片10發出特定光色或波長範圍較大的光線，例如發光二極體結構14產生的部分藍光在照射到能量轉換層4後可轉換成為黃光，而發光二極體晶片10即可發出由藍光與黃光混合成的白光。其中因設置類鑽碳膜25與光學膜28提昇發光二極體結構14與發光二極體晶片10的散熱與發光效率，且發光二極體晶片10之透明基板2具有良好的熱傳導特性的材料，可將發光二極體結構所產生的熱直接傳導至承載座26，故本發明之發光裝置可使用高功率之發光二極體結構，但較佳實施例之發光裝置是在同樣功率條件下，在基板12上形成多個較小功率的發光-二極體結構，以充分利用基板12的熱傳導特性，如本實施例之各發光二極體結構14之功率係可小於例如0.2瓦特，但不以此為限。
請參考第9圖。第9圖繪示了本發明之一較佳實施例之發光裝置示意圖。如第9圖所示，本實施例之發光裝置200可更包括一支架51，用以連結發光二極體晶片10與承載座26，其中發光二極體晶片10係藉由一接合層52固定於支架51之一側，而支架51之另一側可嵌設於承載座26上。另外支架51為可彈性調整角度θ1，使發光二極體晶片10與承載座26之夾角θ1介於30度至150度之間。支架51的材質可包括複合式金屬材料、銅導線、電線或其他適合的材料。
請參考第10A圖、第10B圖與第10C圖，當本發明中的透明基板2設置於承載座5之上時，較佳實施例之一係可透過插接或是黏接的方式來達成兩者的接合。
如第10A圖所示，當透明基板2佈置於承載座5之上時，其係插接於承載座5的單孔式插槽61，而使發光二極體晶片透過連接導線與此插槽61電性耦接。此時透明基板2上的發光二極體結構(圖未示)為了要與承載座5的電源供應相耦接，因此電路圖案或連接導線係集中至透明基板2邊緣並整合為具有複數個導電觸片的金手指結構或如連接電極311A和311B，也就是電性連接埠。而插槽61則可讓透明基板2插入，使得發光二極體結構(圖未示)在獲得承載座5供電的同時，透明基板2也被固定於承載座5的插槽61。
接著，請參考第10B圖，其係為透過插接透明基板2於承載座5上多孔式插槽之結構示意圖。此時透明基板2具有至少一雙插腳結構，其中一個插腳為晶片正極，另一個則為晶片負極，兩處皆為具有導電觸片作為連接埠。也就是說，上述之插腳上至少設有一電性連接埠。而對應地，在承載座5則具有至少兩個與插腳插入面尺寸相符的插槽61，使得透明基板2可以與承載座5順利接合，並讓發光二極體結構獲得供電。
請參考第10C圖，其係將透明基板2與承載座5接合。在接合的過程中，可以透過金、錫、銦、鉍、銀等金屬做焊接輔助而接合，或是使用具導電性的矽膠或是環氧樹脂輔助固定透明基板2，使發光二極體晶片之導電圖案或連接導線藉此接合層與承載座上之電極電性連接。
請參考第11A圖與第11B圖，本實施例之發光裝置11主要組成同先前實施例所述，其中承載座5為一金屬基板如可彎折之複合式含鋁材料、銅導線或電線構成。承載座5的表面或是側邊具有至少一支架62，該支架62為與承載座5分離或一體化之機構件。發光二極體晶片係可透過黏接的方式與支架62相耦接，也就是藉由接合層63將透明基板2固定於承載座5，並與承載座5無支架的部分的表面維持具有第一夾角θ1，且承載座5無支架的部分的表面亦可設置發光二極體晶片提昇發光裝置11之發光效果；另外，發光二極體晶片亦可透過插接(圖未示)的方式與支架62相連接，也就是藉由連接器結合晶片與支架及/或支架與承載座而將透明基板2固定於承載座5。由於承載座5與支架62係可彎折，因此增加了在應用時的靈活性，同時因可使用複數個發光二極體晶片，故亦可透過不同發光波長之發光二極體晶片組合出不同光色，使發光裝置11具有變化性以滿足不同需求。
請參考第12圖。如第12圖所示，本實施例之發光裝置包括至少一發光二極體晶片1及一承載座5，其中該承載座5包括至少一支架62以及至少一電路圖案P。發光二極體晶片1之主要組成如先前實施例所述，並以透明基板之一端與支架62相耦接，以避免或減少支架62對發光二極體晶片1出光的遮蔽效果。承載座5係複合式鋁質金屬基板、銅導線或電線構成，支架62係自承載座5之一部分加以切割並彎折一角度(如上述第11A圖與第11B圖之第一夾角θ1)而成。電路圖案P係設置於承載座5上，並具有至少1組電性端點與一電源電性連接，且有一部分延伸至支架62與發光二極體晶片1上的連接導線電性連接，使該發光二極體晶片1可透過承載座5之電路圖案P與電源電性連接。承載座5可更包括至少一孔洞H或至少一缺口G，使固定件如螺絲、釘子或插銷等等可透過該孔洞H或缺口G將承載座5與其他組件依發光裝置應用情形作進一步構裝或安裝，同時孔洞H或缺口G亦增加承載座5之散熱面積，提昇發光裝置之散熱效果。
請參考第13圖。第13圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置之裝置基座的立體示意圖。如第13圖所示，本實施例之裝置基座322包括一承載座341以及至少一支架62，與第12圖之實施例相較，本實施例之支架62更包括至少一條狀部342與一缺口330，其中電極30、32係分別設置於缺口330的兩側，條狀部342至少構成該缺口330的一邊牆。一發光二極體晶片係對應該缺口330與該支架62耦接，且該發光二極體晶片的連接導線係與電極30、32電性連接，使該發光二極體晶片可透過支架62及承載座上的電路圖案與一電源電性耦接而被驅動。其中缺口330尺寸需不小於發光二極體晶片之一主要出光面，使發光二極體晶片面對支架62方向的出光不會被支架62遮蔽。支架62與承載座341之間的連接處可為一可活動設計，以使支架62與承載座341之間夾角可視需要進行調整。
請參考第13圖與第14圖。第14圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的立體示意圖。與第13圖之實施例相較，第14圖所示之發光裝置302更包括至少一有複數個缺口330的支架62，其中該複數個缺口330係分別設置於支架62的對應兩邊，使條狀部342至少同時構成該複數個缺口330的一邊牆。複數個發光二極體晶片310係與該複數個缺口330對應設置，且各發光二極體晶片310之電路圖案或連接電極(圖未示)係分別與電極30以及電極32對應設置並電性連結。本實施例之發光裝置302更進一步可包括複數個支架62，各設置有發光二極體晶片310之支架62與承載座341之間夾角可視需要各自進行調整，換句話說，至少部分之支架62與承載座341之間的夾角可彼此相異以達到所需之發光效果，但並不以此為限。另外亦可在相同支架或不同支架設置不同發光波長範圍之發光二極體晶片組合，使發光裝置之色彩效果更豐富。
為了提高亮度與改善發光效果，本發明之另一實施例的發光裝置係將複數個透明基板所形成的發光二極體晶片同時佈置於諸如前述實施例之承載座或其他承載機構之上，此時係可採對稱或非對稱排列的形式做佈置，較佳的對稱佈置方式也就是將多個透明基板所形成的發光二極體晶片以點對稱或線對稱的形式設置於承載機構之上。請參考第15A圖、第15B圖、第15C圖與第15D圖，各實施例之發光裝置係在各種不同形狀的承載機構60上設置複數個發光二極體晶片，並且以點對稱或線對稱的形式讓整體發光裝置11的出光能夠均勻(發光二極體結構省略示意)，此些發光裝置11的出光效果還可藉由改變上述之第一夾角的大小而再做進一步的調整與改善。如第15A圖所示，發光二極體晶片之間係以點對稱方式夾90度角，此時從發光裝置四面的任一面往發光裝置看均正對至少2個發光二極體晶片；第15B圖所示之發光裝置的發光二極體晶片之間夾角係小於90度；第15D圖所示之發光裝置的發光二極體晶片之間夾角係大於90度。另一實施例則以非對稱佈置方式將多個發光二極體晶片至少部分集中或分散設置，以達成發光裝置於不同應用時的光形需要(圖未示)。
請參考第16圖。第16圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的剖面示意圖。如第16圖所示，發光裝置301包括發光二極體晶片310以及一支架321。支架321包括一缺口330，且發光二極體晶片310係與缺口330對應設置。其中，本實施例之支架321之下部亦可當作插腳或彎折成表面焊接所需接墊，用以固定或/及電性連結於其他電路元件。由於發光二極體晶片310之一出光面係設置於缺口330內，故不論支架321是否為透光材料，發光裝置301皆可保有六面發光的發光效果。
請參考第17A圖，為本發明具體實施例之一的發光裝置，該發光裝置包括一長管形之燈殼7、至少一發光二極體晶片1以及其承載機構60，其中發光二極體晶片1設置於承載機構60上並至少一部分位於長管形之燈殼7所形成之空間內。又請參考第17B圖，當兩個以上發光二極體晶片1設置於燈殼7之內時，此些發光二極體晶片1的第一主表面21A之間是以不互相平行的方式做排列。另外，發光二極體晶片1至少部分置於燈殼7所形成之空間內，且不緊貼燈殼7的內壁，較佳的實施例為發光二極體晶片1與燈殼7之間有一大於500微米(μm)的距離D；但亦可設計以灌膠方式形成燈殼7，並使該燈殼7至少部分包覆並直接接觸於該發光二極體晶片1。
請參考第17C圖，本發明之另一具體實施例的發光裝置，其中該發光裝置的燈殼7具有至少一個罩面71，該罩面71可為印刷有廣告的版面或其他需要背光源之顯示裝置，再藉由本發明的發光二極體晶片1的第一主表面21A和第二主表面21B所提供的光照形成罩面71的背光，其中，發光二極體晶片1與罩面71之間形成之第二夾角的角度範圍係介於0度~45度(第二夾角於圖中係為0度，故未示)。為了確保透明基板以及多方向出光之發光二極體結構所組合成的發光二極體晶片或發光板/發光片所產生的光能夠較均勻的穿透燈殼7，發光二極體晶片1至少部分置於燈殼7所形成之空間內，且基本上不緊貼燈殼7的內壁，較佳的實施例為發光二極體晶片1與燈殼7之間有一大於500微米的距離D；但另亦可設計以灌膠方式形成燈殼7，並使燈殼7至少部分包覆並直接接觸於透明基板2。
請參考第17D圖、第17E圖、第17F圖與第17G圖，為本發明之另一系列具體實施例，與此系列實施例中發光裝置係進一步包括一球形之燈殼7以及底座64。於第17D圖中，與先前實施例相較，本實施例之發光裝置更包括一球形之燈殼7，一承載座5進一步設置於一底座64上，其中該底座64可為傳統球泡燈底座，該燈殼7可與底座64耦接包覆發光二極體晶片與承載座5，亦可燈殼7直接與承載座5耦接而包覆發光二極體晶片。底座64的形式不拘，可為平台或是另有承載突部，如第17E圖所示。於第17F圖中，燈殼7之內側塗佈有能量轉換層4，可讓發光二極體結構3所產生的光線至少有部分在離開燈殼7之前會被轉換成另一波長範圍的光。而於第17G圖中，則揭示了使用雙層之燈殼7與燈殼7’的設計，燈殼7與燈殼7’之間具有一空間S，利用燈殼7、燈殼7’以及兩者之間的空間S可使發光裝置在花紋和色彩上做進一步變化。
請參考第18圖與第19圖，第18圖繪示了本發明之另一較佳實施例之燈條的示意圖，第19圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的立體示意圖。如第18圖所示，本實施例之燈條323包括複數個缺口330。燈條323具有一延伸方向X，且缺口330係沿延伸方向X排列設置。複數個多方向出光之發光二極體晶片係對應燈條323之缺口330設置而形成一發光燈條，但並不以此為限。此外，燈條323可更包括複數個不同電性之電極30、32與一第一連外電極350A以及一第二連外電極350B。電極30與電極32係分別設置於各缺口330的兩側。第一連外電極350A以及第二連外電極350B係分別與各電極30與各電極32電性連接並設置於燈條323的兩側。如第19圖所示，發光裝置303可包括前述實施例之燈條323以及一裝置框架360。其中，設置有發光二極體晶片310之燈條323可視需要以垂直、水平或斜放的方式設置於裝置框架360中，燈條323可藉由位於兩側之第一連外電極350A以及第二連外電極350B透過裝置框架360與一電源電性連結，但並不以此為限。此外，發光裝置303亦可視需要搭配適合的光學膜例如擴散膜以調整裝置框架360中發光二極體晶片310所形成的發光效果。
請參考第20圖，第20圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的示意圖。如第20圖所示，發光裝置304包括複數個發光二極體晶片310以及一承載座324。承載座324包括複數個缺口330，缺口330係以一陣列方式排列設置，且各發光二極體晶片310係與缺口330對應設置。本實施例之各發光二極體晶片310於缺口330的連接方式與上述實施例相似，故在此並不再贅述。值得說明的是，承載座324可更包括第一連外電極350A以及第二連外電極350B，用以與其他外部元件電性連結。此外，本實施例之發光裝置304可用於廣告看板或直下式背光模組，且承載座324較佳係具有透光性質，但並不以此為限。
綜上所述，本發明之發光二極體晶片使用透明基板以及出光經過透明基板之發光二極體結構，因此具有六面發光或全方向發光的效果，且可提升發光效率並改善習知發光二極體晶片光型不佳的問題。此外，透明基板係選擇具有良好的熱傳導特性的材料，藉此發光二極體結構所產生的熱能可快速透過透明基板進行散熱。再者，本發明之發光二極體晶片的絕緣層、導電圖案與發光二極體結構可利用晶圓級製作方法加以製作，可大量節省製作成本並具有較佳的可靠度。
此外，本發明所揭示之發光二極體晶片，藉由將發光二極體結構設置於透明基板上而形成的發光二極體晶片或發光板/發光片可獲致有效且充分的靈活運用；並且發光二極體晶片的兩個主要面方向皆可出光，因此能在最少的供電之下獲得最大的出光效率，並有均勻之出光效果，而無論是在應用於燈泡、燈管、廣告看板等領域，皆可展現其發光效果佳、低耗電量以及出光均勻等優點，實為一具經濟和實用價值的發光二極體晶片。
1、10、10’、310•••發光二極體晶片
2•••透明基板
3、14•••發光二極體結構
4•••能量轉換層
5、26、324•••承載座
6•••電路基板
7、7’•••燈殼
8•••反射鏡
9、25•••類鑽碳膜
11、100、200、301、302、303、304•••發光裝置
12M•••非平面結構
13•••緩衝層
16、31A•••第一電極
18、31B•••第二電極
20•••絕緣層
21A•••第一主表面
21B•••第二主表面
22•••導電圖案
23A•••第一連接導線
23B•••第二連接導線
28•••光學膜
30、32•••電極
34•••發光面
51•••支架
52•••接合層
60•••承載機構
61•••插槽
62•••支架
63•••接合層
64•••底座
71•••罩面
141•••第一半導體層
142•••主動層
143•••第二半導體層
210•••成長面
311A•••第一連接電極
311B•••第二連接電極
321•••支架
322•••裝置基座
323•••燈條
330•••缺口
341•••承載座
342•••條狀部
350A•••第一連外電極
350B•••第二連外電極
360•••裝置框架
D•••距離
G•••缺口
H•••孔洞
L•••光線
P•••電路圖案
S•••空間
V+•••驅動電壓
V-•••驅動電壓
θ1•••第一夾角
X•••延伸方向
第1A圖與第1B圖繪示了本發明之一較佳實施例之發光二極體晶片的結構示意圖。
第2A圖、第2B圖與第2C圖繪示了本發明之一較佳實施例之不同形式的發光二極體結構耦接於導線之示意圖。
第3A圖與第3B圖繪示了本發明之一較佳實施例之能量轉換層之佈置示意圖。
第4圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光二極體晶片的剖面示意圖。
第5圖繪示了本發明之另一較佳實施例之一變化實施例之發光二極體晶片的等效電路圖。
第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光二極體晶片的示意圖。
第7A圖繪示了本發明之一較佳實施例之承載座之示意圖。
第7B圖繪示了本發明之一較佳實施例之電路基板之示意圖。
第7C圖繪示了本發明之一較佳實施例之反射鏡之示意圖。
第7D圖繪示了本發明之一較佳實施例之類鑽碳膜之示意圖。
第8圖繪示了本發明之一較佳實施例之發光裝置之示意圖。
第9圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置之示意圖。
第10A圖、第10B圖與第10C圖繪示了本發明之一較佳實施例之透明基板插接或黏接於承載座之示意圖。
第11A圖與第11B圖繪示了本發明之一較佳實施例之透明基板黏接於具支架之承載座之示意圖。
第12圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的立體示意圖。
第13圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置之裝置基座的立體示意圖。
第14圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的立體示意圖。
第15A圖、第15B圖、第15C圖與第15D圖繪示了本發明之一較佳實施例之以點對稱或線對稱排列透明基板於承載機構上之俯視示意圖。
第16圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的示意圖。
第17A圖與第17B圖繪示了本發明之一較佳實施例之燈殼之示意圖。
第17C圖繪示了本發明之一較佳實施例之廣告看板式燈殼之俯視剖面示意圖。
第17D圖、第17E圖、第17F圖與第17G圖繪示了本發明之一較佳實施例之球泡燈式之實施示意圖。
第18圖繪示了本發明之另一較佳實施例之燈條的示意圖。
第19圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的立體示意圖。
第20圖繪示了本發明之另一較佳實施例之發光裝置的示意圖。
2‧‧‧透明基板
4‧‧‧能量轉換層
10‧‧‧發光二極體晶片
14‧‧‧發光二極體結構
16‧‧‧第一電極
18‧‧‧第二電極
21A‧‧‧第一主表面
21B‧‧‧第二主表面
22‧‧‧導電圖案
25‧‧‧類鑽碳膜
26‧‧‧承載座
28‧‧‧光學膜
30、32‧‧‧電極
100‧‧‧發光裝置
L‧‧‧光線
V+‧‧‧驅動電壓
V-‧‧‧驅動電壓

Claims (10)

  1. 一種發光裝置，包括: 一發光二極體晶片，包括: 一透明基板，包含一表面與一側面； 一第一發光二極體結構設置於該表面上；及 一能量轉換層，覆蓋該第一發光二極體結構，但不覆蓋該側面；以及 一承載座，連接該發光二極體晶片，並與該透明基板形成一非90度之夾角。
  2. 如請求項1所述之發光裝置，更包括：一第二發光二極體結構，設置於該表面上。
  3. 如請求項2所述之發光裝置，其中，該能量轉換層連續性地覆蓋該第一發光二極體結構與該第二發光二極體結構。
  4. 如請求項1所述之發光裝置，其中，該能量轉換層直接接觸該第一發光二極體結構。
  5. 如請求項1所述之發光裝置，其中，該透明基板更包含一第一部分與一第二部分，未被該能量轉換層覆蓋。
  6. 一種燈具，包括: 一燈殼，具有一幾何中心軸； 一第一發光二極體晶片，包括一具有一第一表面與一第一側面的第一透明基板，以及一設置於該第一表面上的一第一發光二極體結構；以及 一第二發光二極體晶片，包括一具有一第二表面與一第二側面的第二透明基板，以及一設置於該第二表面上的一第二發光二極體結構； 其中，該第一側面與該第二側面指向該幾何中心。
  7. 如請求項6所述之燈具，其中，該第一發光二極體晶片更包括一覆蓋該第一發光二極體結構之第一能量轉換層，第二發光二極體晶片更包括一覆蓋該第二發光二極體結構之第二能量轉換層。
  8. 如請求項7所述之燈具，其中該第一側面並未被該第一能量轉換層覆蓋，該第二側面並未被該第二能量轉換層覆蓋。
  9. 如請求項6所述之燈具，其中，該第一發光二極體晶片更包含一位於該第一表面相對側之第三表面，以及一覆蓋該第一表面之第一能量轉換層。
  10. 如請求項9所述之燈具，其中，該第一發光二極體晶片更包含一層覆蓋該第三表面之第二能量轉換，該第二能量轉換層與該第一能量轉換層所包含的螢光粉含量不同。
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