TW201618335A - 發光二極體光條、平面光源裝置以及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體光條，包含一光條基板、至少一接合層、至少一發光二極體晶片、至少一第一導線、至少一第二導線以及至少一封裝體。光條基板界定出一容置空間且包含互相絕緣的一中間金屬板、一第一側金屬板及一第二側金屬板。發光二極體晶片被接合層接合於中間金屬板的出光面。第一導線及第二導線分別耦接於發光二極體晶片的正負極端與第一側金屬板及第二側金屬板之間。封裝體用以封裝發光二極體晶片。

Description

發光二極體光條、平面光源裝置以及其製造方法
本發明係關於一種發光二極體光條、平面光源裝置以及其製造方法，特別是關於一種簡化製程且改善發光效率的發光二極體光條、平面光源裝置以及其製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)由於其反應速度快、體積小、低耗電、低熱量、使用壽命長等特點，已逐漸取代白熾燈泡以及鹵素燈等傳統照明燈具。
圖1A為習知一背光結構的示意圖；圖1B則為圖1A所示背光結構的分解圖。如圖1A及圖1B所示，此背光結構包含導光板10、發光模組20、反射罩30、反射片(reflector)40及支撐結構60。導光板10具有入光側11、出光面12及底面13。出光面12為導光板10朝向上方的一個表面，底面13則為相對的朝向導光板10下方的另一個表面。入光側11位於導光板10的側壁上，出光面12與底面13則分別形成於入光側11的兩個相對端緣，使出光面12及底面13與入光側11夾有一個角度而相互鄰接。
發光模組20包含基板21及發光二極體裝置22，設置於基板21上的發光二極體裝置22朝入光側11發光。發光模組20較佳為採用發光二極體(light-emitting diode，LED)作為發光二極體裝置22的光條(light bar)。在不同實施 例中，當底面13上形成有光學微結構時，可以保留底面13相對於發光二極體裝置22的部分而不形成光學微結構(見圖3)以避免亮點(hot spot)的形成，進而提高光能利用率。更具體之內容，可以參考臺灣專利申請案號第100121649號的揭示內容。
現有的發光二極體裝置，其封裝方法為在固晶(Die Bond)、打線(Wire Bond)之後就直接點膠、封膠(Auto Encapsulate)或壓模(Molding)。而傳統固晶方式則是利用銀膠或透明絕緣膠的方式將晶粒(chip)固著於封裝體內，且使整個發光二極體裝置位於一基板上。發光二極體裝置產生的熱能則是藉由傳導的方式從發光二極體裝置之元件內部傳至元件基板，再經由銀膠或透明絕緣膠傳遞至封裝體的基板或熱漕(heat sink)上。
圖2顯示習知發光二極體裝置一實施例的示意圖。如圖2所示，發光二極體裝置包含一基座100、一基板200、一支架300、一LED晶片400、一第一混合膠體510以及一封裝膠材體800。基板200與支架300係設於基座100上，且第一混合膠體510係塗佈於基板200與LED晶片400之間，用以將LED晶片400固著於基板200上。LED晶片400上藉由導線900連接至支架300，用以導通電力至LED晶片400向上發光(Face Up)。封裝膠材體800係灌注於基座100中用以包覆基板200、LED晶片400以及導線900。第一混合膠體510係設於基板200與LED晶片400之間，藉由其接著性固定LED晶片400於基板200上，更利用熱傳導特性將LED晶片400於發光時所散發之熱量通過基板200傳至基座100進行散熱。更具體之內容，可以參考臺灣專利申請案號第096127147號的揭示內容。
一般封裝用之膠材或樹脂，亦即封裝膠材體800，其折射率為1.5，空氣之折射率為1。由於晶粒(chips)、元件(devices)與封裝材料；以及導光 板10之折射率差異甚大，造成封裝後發光二極體裝置之光輸出因全反射角過小，而使得出光效率減少。此外，於背光模組中，晶粒(chips)的光線穿透過封裝膠材體800後，進入空氣，再射入至導光板10內，由於光線必須穿透過多數次不同介質之界面，造成光能的損耗大。
依本發明一實施例，提供一種發光二極體光條，包含一光條基板、至少一接合層、至少一發光二極體晶片、至少一第一導線、至少一第二導線以及至少一封裝體。光條基板包含一中間金屬板、一第一側金屬板及一第二側金屬板，且界定出一容置空間，其中第一側金屬板以絕緣方式貼合於中間金屬板之一第一側面，第二側金屬板以絕緣方式貼合於中間金屬板之一第二側面，中間金屬板包含一出光面。發光二極體晶片被接合層接合於中間金屬板的出光面。第一導線耦接於發光二極體晶片的正極端與第一側金屬板之間，用以作為發光二極體晶片之正極的導電路徑。第二導線耦接於發光二極體晶片的負極端與第二側金屬板之間，用以作為發光二極體晶片之負極的導電路徑。封裝體包含有多數螢光粉以及一封裝材料，用以封裝發光二極體晶片。
於一實施例中，中間金屬板的出光面為狹長條狀且位於中間金屬板之第一側面及第二側面之間。第一側金屬板及第二側金屬板皆包含一突出部，且突出部突出於中間金屬板的出光面，且分別朝遠離中間金屬板之第一側面及第二側面的方向，向外側以一預定角度彎折，藉以使中間金屬板的出光面、第一側金屬板及第二側金屬板之該些突出部的內側面共同界定出容置空間。
於一實施例中，界定該容置空間的該中間金屬板的該出光面；及 該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的該些內側面的表面上皆形成有一光反射層。
於一實施例中，第一側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第一側金屬子板，藉以分別控制不同群組的該些發光二極體晶片。
於一實施例中，第二側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第二側金屬子板，藉以將該些不同群組的該些發光二極體晶片加以串聯或並聯。
依據本發明一實施例，提供一種平面光源裝置，包含一導光板及前述發光二極體光條。導光板由一導光材料所構成。前述發光二極體光條位於導光板之一側邊，而且發光二極體光條的容置空間的至少一部分被嵌入於導光板之該側邊內，導光板直接接觸封裝體。
於一實施例中，封裝體未填滿整個容置空間，而導光板的導光材料填入於容置空間內，並直接接觸封裝體。
依據本發明一實施例，提供一種平面光源裝置的製造方法，包含以下步驟。提供一光條基板，其中光條基板界定出一容置空間且包含一中間金屬板、一第一側金屬板及一第二側金屬板，第一側金屬板以絕緣方式貼合於中間金屬板之一第一側面，第二側金屬板以絕緣方式貼合於中間金屬板之第二側面。利用至少一接合層將至少一發光二極體晶片接合於中間金屬板的一出光面上。透過至少一第一導線及至少一第二導線以打線方式，該至少一發光二極體晶片之正負極端分別耦接於第一側金屬板及第二側金屬板。塗佈包含多數螢光粉以及一封裝材料的一封裝體於容置空間內，藉以將該至少一發光二極體晶片封裝，而完成一發光二極體光條。將發光二極體光條之容置空間的部分，置於一模具中，並且將一導光材料注入模具中後，利用熱處理使導光材料於模具內 聚合成一導光板，以形成發光二極體光條與導光板一體成型的一平面光源裝置。
於一實施例中，中間金屬板的出光面為狹長條狀且位於中間金屬板之第一側面及第二側面之間。第一側金屬板及第二側金屬板皆包含一突出部，且突出部突出於中間金屬板的出光面，且分別朝遠離中間金屬板之第一側面及第二側面的方向，向外側以一預定角度彎折，藉以使中間金屬板的出光面、第一側金屬板及第二側金屬板之該些突出部的內側面共同界定出容置空間。
於一實施例中，界定該容置空間的該中間金屬板的該出光面；及該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的該些內側面的表面上皆形成有一光反射層。
於一實施例中，第一側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第一側金屬子板，藉以分別控制不同群組的該些發光二極體晶片。
綜上所述，本發明所提供之一種發光二極體光條及其應用之平面光源裝置；以及其製造方法。係在製程時預先將發光二極體光條放在模具中，得到發光二極體光條與導光板一體成型的平面光源裝置，使光線大部分能夠進入導光板，大幅提高平面光源裝置之效率。此外本發明係將發光二極體晶片直接固著於光條基板上，無習知技術所使用的導線架，因此也不會有導線架的熱阻，且發光二極體晶片產生之熱能可藉由本發明光條基板之中間金屬板快速傳導散熱，故可有效降低發光二極體之操作溫度，進而提高發光效率及使用壽命。
10‧‧‧導光板
100‧‧‧基座
11‧‧‧入光側
12‧‧‧出光面
13‧‧‧底面
20‧‧‧發光模組
200‧‧‧基板
21‧‧‧基板
22‧‧‧發光二極體裝置
30‧‧‧反射罩
300‧‧‧支架
40‧‧‧反射片
400‧‧‧LED晶片
510‧‧‧第一混合膠體
60‧‧‧支撐結構
600‧‧‧平面光源裝置
610‧‧‧導光板
614‧‧‧發光二極體晶片
615‧‧‧接合層
620‧‧‧發光二極體光條
660‧‧‧光條基板
661‧‧‧第一側金屬板
661a‧‧‧第一側金屬子板
661b‧‧‧第一側金屬子板
662‧‧‧第二側金屬板
663‧‧‧中間金屬板
671‧‧‧封裝體
681‧‧‧第一導線
682‧‧‧第二導線
800‧‧‧封裝膠材體
900‧‧‧導線
圖1A為習知一背光結構的示意圖。
圖1B則為圖1A所示背光結構的分解圖。
圖2顯示習知發光二極體裝置一實施例的示意圖。
圖3A顯示本發明一實施例之一發光二極體光條的立體圖。
圖3B顯示圖3A之發光二極體光條的剖面圖。
圖4A顯示本發明一實施例之平面光源裝置的側視圖。
圖4B顯示圖4A之平面光源裝置的俯視圖。
圖5顯示本發明一實施例之一發光二極體光條的立體圖。
圖6為本發明一實施例之平面光源裝置之製造方法的流程圖。
圖3A顯示本發明一實施例之一發光二極體光條的立體圖。圖3B顯示圖3A之發光二極體光條的剖面圖。如圖3A及圖3B所示，發光二極體光條620包含一光條基板660、至少一發光二極體晶片614、一接合層615、至少一第一導線681、至少一第二導線682以及一封裝體671。光條基板660包含一中間金屬板663、一第一側金屬板661及一第二側金屬板662。
中間金屬板663、第一側金屬板661及第二側金屬板662皆為長方形體，中間金屬板663較厚且寬，且可以為鋁鍍銀或銅鍍銀製成以快速傳導發光二極體晶片614所產生之熱能。第一側金屬板661以絕緣方式貼合於中間金屬板663之第一側面；第二側金屬板662以絕緣方式貼合於中間金屬板663之第二側面。
中間金屬板663的一出光面為狹長條狀且位於中間金屬板663之第一側面及第二側面之間。第一側金屬板661及第二側金屬板662皆包含一突出部，且該些突出部突出於中間金屬板663的出光面，且分別朝遠離中間金屬板663 之第一側面及第二側面的方向，向外側以一預定角度彎折，藉以使中間金屬板663、第一側金屬板661及第二側金屬板662共同界定出一容置空間。較佳的情況是，界定該容置空間的每一側面(包含中間金屬板663的出光面及第一側金屬板661及第二側金屬板662之該些突出部的內側面)的表面上皆形成有一光反射層。於一實施例中，如圖4A所示，第一側金屬板661之彎折處，其在第一側面及光反射層間的角度A，其限定在一最理想角度，該最理想角度能夠使發光二極體晶片614所發出之光線I被第二側金屬板662之光反射層反射後，再照射至導光板610之側面時，會發生全反射。較佳的情況是，前述角度A限定在一最適化角度範圍，使大部分(亦即超過50%)之發光二極體晶片614所發出之光線I被第二側金屬板662之光反射層反射後，再照射至導光板610之側面時，會發生全反射。應了解的是，全反射之現象與導光板610之材質與厚度、封裝體671的材質等相關，這是於本領域具有通常知識者可以利用模擬計算求得或進行實驗而測得，因此本說明書中省略了最理想角度或最適化角度範圍之具體數據的說明。
於本實施例中，至少一發光二極體晶片614、至少一第一導線681及至少一第二導線682皆為多數個。該些發光二極體晶片614被接合層615接合於中間金屬板663的出光面上，並且被配置成一行。第一導線681耦接於發光二極體晶片614的正極端與第一側金屬板661之間，用以作為發光二極體晶片614之正極的導電路徑；第二導線682耦接於發光二極體晶片614的負極端與第二側金屬板662之間，用以作為發光二極體晶片614之負極的導電路徑。
封裝體671包含有螢光粉以及封裝材料，且封裝體671填滿整個發光二極體光條620的容置空間內，直接接觸該些發光二極體晶片614。於一實施例中該些發光二極體晶片614可以被封裝於個別的封裝體671中，於一實施例亦可以 將該些發光二極體晶片614一起封裝在整個封裝體671內。於一實施例中，封裝體671可以填滿整個容置空間；而於另一實施例中，封裝體671可以僅填充於容置空間的一部分內，而僅將該些發光二極體晶片614封裝即可。
圖4A顯示本發明一實施例之平面光源裝置的側視圖。圖4B顯示圖4A之平面光源裝置的俯視圖。如圖4A及圖4B所示，平面光源裝置600包含一導光板610及一發光二極體光條620。導光板610為一平板形狀，發光二極體光條620位於導光板610之一側邊，而且發光二極體光條620的該容置空間的部分被嵌入於導光板610之該側邊內，導光板610直接接觸封裝體671，並且導光板610包覆第一側金屬板661及第二側金屬板662之外側面的至少一部分。如圖4A所示，封裝體671未填滿整個容置空間，而導光板610的導光材料會填入於容置空間內，並直接接觸封裝體671。於本實施例中，第一導線681及第二導線682一部分被封裝於封裝體671中，另一部分被封裝於導光板610或導光材料中。
圖5顯示本發明一實施例之一發光二極體光條的立體圖。圖5所示實施例與圖3A所示實施例大致相同，因此相同的元件使用相同的符號並省略其相關說明。如圖5所示，本實施例中，第一側金屬板661可以包含有兩互相分離或絕緣的第一側金屬子板661a及第一側金屬子板661b，因此可以分別控制不同群組的發光二極體晶片614。此外，於另一實施例中，第二側金屬板662可以包含有多個互相分離或絕緣的第二側金屬子板，因此能夠進行該些發光二極體晶片614之各群組的串聯或並聯。
綜合以上，本發明所提供之發光二極體光條具有簡潔構造及足夠的機械強度，故可在與導光板一體成型時易於安裝在模具內(如後述)且成型後可得到穩定的外形尺寸與光學性能。
圖6為本發明一實施例之平面光源裝置之製造方法的流程圖。步驟S02：提供一光條基板660，其中該光條基板660包含一中間金屬板663、一第一側金屬板661及一第二側金屬板662，第一側金屬板661以絕緣方式貼合於中間金屬板663之第一側面；第二側金屬板662以絕緣方式貼合於中間金屬板663之第二側面，而且中間金屬板663、第一側金屬板661及第二側金屬板662共同界定出一容置空間。
步驟S04：利用接合層615將至少一發光二極體晶片614接合於中間金屬板663的一出光面上。
步驟S06：透過第一導線681及第二導線682以打線方式，該些發光二極體晶片614之正負極端分別耦接於第一側金屬板661及第二側金屬板662。
步驟S08：塗佈包含螢光粉以及封裝材料的封裝體671於該容置空間內，藉以將該至少一發光二極體晶片614封裝，而完成一發光二極體光條620。
步驟S10：將發光二極體光條620之該容置空間的部分，置於一模具中，並且將導光板材料注入模具中後，利用熱處理使導光板材料於模具內聚合，形成發光二極體光條620與導光板610一體成型的平面光源裝置600。
步驟S10之更具體的實施方式，可以說明如下。步驟S22：將發光二極體光條620放置於該模具的一上模具及一下模具之側邊，而且可以依據模具形狀可選擇放置不同數量之光條，例如楔型導光板僅有一光條。於一實施例中，凹型導光板及平板導光板可以皆設有二光條。步驟S24：將複數原料調和成一調和物，作為該導光板材料，該些原料包括甲基丙烯酸甲酯及聚合開始劑。步驟S26：令調和物預備聚合，此係讓調和物的單量體(monomer)發生初步的聚合，並施加熱處理，以將調和物漿化。步驟S28：為上模具及下模具組合成一 個完整模具後，將漿化後之調和物注入模具中(注模步驟)。步驟S30：利用熱處理使調和物於模具內聚合，此步驟需施以熱處理以增進聚合的速度及效果。步驟S32：冷卻後再脫模形成發光二極體光條620與導光板610一體成型的平面光源裝置600。
由於注入聚合法係將流體的甲基丙烯酸甲酯(MMA)經數小時緩慢聚合成固體壓克力(PMMA)，過程中工作溫度在110℃以下且壓力極低，故可將已裝設有複數發光二極體晶片614之光條620先預置於上下模具之間，依前述流程即可得到發光二極體光條620與導光板610一體成型的平面光源裝置600。
綜上所述，本發明所提供之一種發光二極體光條620及其應用之平面光源裝置600；以及其製造方法。係在製程時預先將發光二極體光條620放在模具中，得到發光二極體光條620與導光板610一體成型的平面光源裝置600，使光線大部分能夠進入導光板610，大幅提高平面光源裝置之效率。此外本發明係將發光二極體晶片614直接固著於光條基板660上，無習知技術所使用的導線架，因此也不會有導線架的熱阻，且發光二極體晶片614產生之熱能可藉由本發明光條基板660之中間金屬板663快速傳導散熱，故可有效降低發光二極體之操作溫度，進而提高發光效率及使用壽命。
另外，本發明所提供之發光二極體光條600的光條基板660，只需簡單電鍍、貼合及折彎即可由捲狀原材料轉變而成，故無長度限制且在後續發光二極體晶片614的設置、接合、打線、封裝體塗佈等製程依然保持連續狀，直至光條完成品。故本發明無論在發光效率、使用壽命、材料成本、製造費用、設備投資及生產效率皆較先前技術有大幅進步。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本 發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
發光二極體光條12與導光板8一體成型後實施例之前視圖及俯視圖，該光條之中間金屬板60前端設有複數發光二極體晶片14之出光面68設在導光板8之內，後端則在導光板8側邊之外以作為發光二極體散熱器或外接散熱器端點，正負極導電軌跡之左金屬板62及右金屬板64，除頂端部份在導光板8之外設為電源接點70，其餘皆設在導光板8內以隔絕外部環境對發光二極體影響。
綜上所述，本發明所提供之平面光源裝置本身即可作為照明用之平面光源，亦可做為液晶顯示器之背光模組。
600‧‧‧平面光源裝置
610‧‧‧導光板
614‧‧‧發光二極體晶片
661‧‧‧第一側金屬板
662‧‧‧第二側金屬板
663‧‧‧中間金屬板
671‧‧‧封裝體
681‧‧‧第一導線

Claims (11)

  1. 一種發光二極體光條，包含：一光條基板，包含一中間金屬板、一第一側金屬板及一第二側金屬板，且界定出一容置空間，其中該第一側金屬板以絕緣方式貼合於該中間金屬板之一第一側面，該第二側金屬板以絕緣方式貼合於該中間金屬板之一第二側面，該中間金屬板包含一出光面；至少一接合層；至少一發光二極體晶片，被該至少一接合層接合於該中間金屬板的該出光面；至少一第一導線，耦接於該發光二極體晶片的正極端與該第一側金屬板之間，用以作為該發光二極體晶片之正極的導電路徑；至少一第二導線，耦接於該發光二極體晶片的負極端與該第二側金屬板之間，用以作為該發光二極體晶片之負極的導電路徑；以及至少一封裝體，包含有多數螢光粉以及一封裝材料，用以封裝該至少一發光二極體晶片。
  2. 如請求項1所述的發光二極體光條，其中，該中間金屬板的該出光面為狹長條狀，該第一側金屬板及該第二側金屬板皆包含一突出部，且該些突出部突出於該中間金屬板的該出光面，且分別朝遠離該中間金屬板之該第一側面及該第二側面的方向，向外側以一預定角度彎折，藉以使該中間金屬板的該出光面、該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的內側面共同界定出該容置空間。
  3. 如請求項2所述的發光二極體光條，其中，界定該容置空間的該中間金屬板的該出光面；及該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的該些內側面的表面上皆形成有一光反射層。
  4. 如請求項1所述的發光二極體光條，其中，該第一側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第一側金屬子板，藉以分別控制不同群組的該些發光二極體晶片。
  5. 如請求項4所述的發光二極體光條，其中，該第二側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第二側金屬子板，藉以將該些不同群組的該些發光二極體晶片加以串聯或並聯。
  6. 一種平面光源裝置，包含：一導光板，由一導光材料所構成；及一如請求項1至5項所述的發光二極體光條，其中該發光二極體光條位於該導光板之一側邊，而且該發光二極體光條的該容置空間的至少一部分被嵌入於該導光板之該側邊內，該導光板直接接觸該封裝體。
  7. 如請求項6所述的平面光源裝置，其中，該封裝體未填滿整個該容置空間，而該導光板的該導光材料填入於該容置空間內，並直接接觸該封裝體。
  8. 一種平面光源裝置的製造方法，包含：提供一光條基板，其中該光條基板界定出一容置空間且包含一中間金屬板、一第一側金屬板及一第二側金屬板，該第一側金屬板以絕緣方式貼合於該中間金屬板之一第一側面，該第二側金屬板以絕緣方式貼合於該中間金屬板之該第二側面； 利用至少一接合層將至少一發光二極體晶片接合於該中間金屬板的一出光面上；透過至少一第一導線及至少一第二導線以打線方式，該至少一發光二極體晶片之正負極端分別耦接於該第一側金屬板及第二側金屬板；塗佈包含多數螢光粉以及一封裝材料的一封裝體於該容置空間內，藉以將該至少一發光二極體晶片封裝，而完成一發光二極體光條；將該發光二極體光條之該容置空間的部分，置於一模具中，並且將一導光材料注入該模具中後，利用熱處理使該導光材料於該模具內聚合成一導光板，以形成該發光二極體光條與該導光板一體成型的一平面光源裝置。
  9. 如請求項8所述的平面光源裝置的製造方法，其中，該中間金屬板的該出光面為狹長條狀，該第一側金屬板及該第二側金屬板皆包含一突出部，且該些突出部突出於該中間金屬板的該出光面，且分別朝遠離該中間金屬板之該第一側面及該第二側面的方向，向外側以一預定角度彎折，藉以使該中間金屬板的該出光面、該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的內側面共同界定出該容置空間。
  10. 如請求項9所述的平面光源裝置的製造方法，其中，界定該容置空間的該中間金屬板的該出光面；及該第一側金屬板及該第二側金屬板之該些突出部的該些內側面的表面上皆形成有一光反射層。
  11. 如請求項10所述的平面光源裝置的製造方法，其中，該第一側金屬板包含有多數個互相分離或絕緣的第一側金屬子板，藉以分別控制不同群組的該些發光二極體晶片。
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