TW202327070A - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
一種發光裝置包含一電路載板，具有一短側邊及一長側邊，其中短側邊的長度小於長側邊；複數個發光單元，位於電路載板上並可產生三或多種色光，複數個發光單元包含一第一發光單元；一透光膠層，位於電路載板上且覆蓋複數個發光單元；其中，第一發光單元具有一出光面、一第一側壁及一第二側壁，第一側壁朝向短側邊且與出光面之間具有一第一夾角介於85~95度，第二側壁朝向長側邊且與出光面之間具有一第二夾角小於85度或大於105度。
Description
本發明是關於一種顯示裝置的發光元件，尤其關於顯示裝置之畫素的發光元件。
發光二極體（Light-Emitting Diode；LED）具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小以及反應速度快等特性，因此廣泛應用於各種需要使用發光元件的領域，例如，車輛、家電、顯示屏及照明燈具等；尤其，LED屬於一種單色光（monochromatic light），做為顯示器中的像素（pixel），可得到極佳的對比度以及色彩飽和度。然而目前的LED顯示前仍存在一些待解決的問題。例如，紅、藍、綠光LED晶片的光型及/或發光角並不相同，當使用紅、藍、綠光LED晶片作為顯示器的次像素（Sub-Pixel）時，次像素混合出來的顏色將隨著觀賞角度而變化
一種發光裝置包含一電路載板，具有一短側邊及一長側邊，其中短側邊的長度小於長側邊；複數個發光單元，位於電路載板上並可產生三或多種色光，複數個發光單元包含一第一發光單元；一透光膠層，位於電路載板上且覆蓋複數個發光單元；其中，第一發光單元具有一出光面、一第一側壁及一第二側壁，第一側壁朝向短側邊且與出光面之間具有一第一夾角介於85~95度，第二側壁朝向長側邊且與出光面之間具有一第二夾角小於85度或大於105度。
圖1顯示一顯示模組1000，顯示模組1000包含一目標基板2及複數個發光裝置1以陣列方式排放在目標基板2上。每個發光裝置1包含至少一發光元件組11。一個發光元件組11包含至少三個發光單元，例如：一第一發光單元112、一第二發光單元114及一第三發光單元116。第一發光單元112、第二發光單元114及第三發光單元116可被獨立操控以發出相同或不同的色光。因為發光元件組11可以發出可被獨立操控的色光。若發光元件組11所發出的色光包含三原色（即紅光、藍光與綠光），發光元件組11可做為顯示模組1000中的一個顯示像素（Display Pixel）。多個發光裝置1以矩陣的方式排放、固定在目標基板2上，排放的方式包含一顆接一顆（one by one）或多個發光裝置1一次性地排放在目標基板2上。在X軸上（橫向），兩相鄰發光元件組11裡，兩相鄰發光單元112、兩相鄰發光單元114及兩相鄰發光單元116之間的水平距離皆為d1（兩相鄰發光單元之中心線間之水平距離）；在Y軸上（縱向），兩相鄰發光元件組11裡，兩相鄰發光單元112、兩相鄰發光單元114及兩相鄰發光單元116之間的垂直距離亦皆為d1（兩相鄰發光單元之中心線間之垂直水平距離）。距離d1係根據目標基板2的尺寸以及顯示模組1000的解析度而決定。在X軸上，兩相鄰發光裝置1之間具有一間距g1（兩相鄰發光裝置之相鄰邊界間之水平距離）；在Y軸上，兩相鄰發光裝置1之間具有一間距g2（兩相鄰發光裝置之相鄰邊界間之垂直距離）。在一實施例中，間距g1及間距g2介於5μm到1000μm。較大的間距g1、g2有助於後續更換故障發光裝置1的程序。
在一般的使用狀況下，觀看者會在顯示模組1000的X軸上（水平方向）的觀看視角θ1內，改變觀看的位置，因此在觀看視角θ1範圍內，紅光、藍光及綠光的光強度比例要盡量一致，以確保在觀看視角θ1內，每一發光元件組11的色彩差異減到最小。以下以圖2、圖3說明發光元件組11中之發光單元之發光角度差異所造成的影響。如圖2所示，，若顯示模組1000顯示單一色彩（例如：紅、藍、或綠色）時，觀看者在顯示模組1000的正前方可以看到顏色均勻的畫面。如圖3所示，當觀看者移到其他的特定角度時，兩相鄰發光元件組11發出光線在特定角度的色彩差異過大時，觀看者會看到色彩深淺不均、任意散佈的點狀圖型，這種狀況俗稱為麻屏（Mura）。為了降低顯示模組1000麻屏的情況發生，在每一個發光裝置1中，發光元件組11的發光單元112、發光單元114及發光單元116在X軸方向上或特定觀看視角內的光型較佳地要彼此相近。X軸方向上光型的量測方法如圖4所示，在XZ平面上，以發光裝置1為中心量測發光單元112、發光單元114及發光單元116從-90度到90度之間的發光強度。如圖5所示，當發光元件組11的發光單元112、發光單元114及發光單元116在XZ平面上的光型近似橢圓，且最大發光強度約落在極座標的0±10度的位置，稱之為較佳光型9。若是顯示模組1000上每一個發光單元112、發光單元114及發光單元116都具有接近的光型，例如，較佳光型9時，麻屏現象可以獲得減緩。
圖6A為根據一實施例的發光裝置1上視圖， 圖6B顯示圖6A中發光裝置1沿著AA’線段的剖面示意圖。實務上，發光單元112與發光單元114及發光單元116的材料及/或結構雖不完全相同但大體上類似，例如，藍光與綠光發光單元的材料及/或結構通常相近，但紅光發光單元的材料及/或結構與藍光/綠光發光單元的材料及/或結構通常相異。為簡化說明，僅以發光單元116的剖面示意圖為例，說明發光單元112、114、116與電路載板12之間的連接結構，如圖6B所示。發光裝置1包含一電路載板12、發光單元116位於電路載板12上，以及一透光元件13位在電路載板12上並覆蓋發光單元116以及電路載板12的表面12S。
如圖6B所示，載板12係為一電路板，例如，ABF（Ajinomoto Build-up Film）載板、BT（Bismaleimide Triazine）載板、以及HDI載板等，具有上電極124位於表面12S上以及下電極126位於相對表面12S的另一側，上電極124用於電連接發光元件組11中的發光單元116，下電極用於固定且電連至接目標基板2。
如圖6A所示，發光元件組11具有發光單元112、發光單元114以及發光單元116。在此一實施例中，發光單元的數目為三，但不以此為限。在另一實施例中，發光單元可以是四個或四個以上，例如，發光單元共四顆，分別發出紅光、藍光、綠光、青綠（Cyan）光。在一實施例中，發光單元112、發光單元114以及發光單元116是可分別發出不同波長或不同色光的發光二極體晶粒（LED die）及/或發光二極體晶粒封裝。在一實施例中，發光單元112為紅色發光二極體晶粒，可經由電源提供一電力而發出第一光線，第一光線的主波長（dominant wavelength）及/或峰值波長（peak wavelength）介於600 nm至660 nm之間；發光單元114為綠色發光二極體晶粒，可發出第二光線，第二光線的主波長（dominant wavelength）及/或峰值波長（peak wavelength）介於510 nm至560 nm之間；發光單元116為藍色發光二極體晶粒，可發出第三光線，第三光線的主波長（dominant wavelength）及/或峰值波長（peak wavelength）介於430 nm至480 nm之間。作為發光單元112、發光單元114或發光單元116的發光二極體晶粒可以為垂直式發光二極體晶粒、水平式發光二極體晶粒或覆晶式發光二極體晶粒。如圖6B所示，發光單元116具有p電極116a與n電極116b，二者皆與上電極124電連接，用於將電流導入發光單元116以發出光線，其中，p電極116a、n電極116b與上電極124連接的方法包含使用焊接金屬，例如錫膏或導電膠。導電膠例如異方性導電膠、樹脂導電膠等。透光元件13的材料包含矽膠、環氧樹脂、陶瓷、玻璃或上述材料之組合，對波長在440 nm至470 nm、510 nm至540 nm以及610 nm至640 nm的波段的穿透度都大於80%。
如圖6B所示，在一實施例中，透光元件13具有一上表面13S與載板12的表面12S平行或大體上平行，亦即透光元件13在載板12的表面12S上具有一固定的厚度。發光單元116具有一上表面116S，透光元件13的上表面13S與發光單元116的上表面116S之間的厚度H1介於1µm~500µm之間。在另一實施例中，厚度H1介於50µm~150µm之間。
圖7顯示發光單元116的光型。在實驗中，厚度H1設定為100µm，發光單元116為發射波長介於440 nm至470 nm的覆晶式藍色發光二極體晶粒。在實驗所測得的光型中，最大發光強度落在0度到10度之間，且光型近似於橢圓形。光型在發光中心與最大發光強度之間的連線BB’的左右兩側具有相近的形狀，具體而言，光型大體上是相對於連線BB’呈現鏡面對稱。
圖8顯示圖1中發光裝置1沿著DD’線段的剖面示意圖，圖9顯示圖1中發光裝置1沿著CC’線段的剖面示意圖。在一實施例中，發光單元112、114、116為倒裝晶片，皆包含一厚度約10µm的半導體疊層112U、114U、116U，以及一厚度在10µm ~200µm之間並位半導體疊層112U、114U、116U上方的藍寶石(Sapphire)基板112T、114T、116T，因此光單元112、114、116射出的光線皆須穿過藍寶石(Sapphire)基板才能向外射出。如前述，由於發光單元112、114、116的結構相同或類似，因此本實施例中以發光單元116剖面示意圖為例，作為後續說明。如圖8及圖9所示，發光單元116的藍寶石(Sapphire)基板116T具有上表面116S、四個側表面116S1~116S4位於上表面116S及p、n電極116a、116b之間。
如圖9所示，若藍寶石基板被劈裂時沿著晶格面中的R面斜裂，發光單元116中藍寶石基板116T的側表面116S2、116S4與上表面116S之間的夾角分別為α
2小於85度、α
4大於105度，α
2與α
4差異的絕對值∣α
4-α
2｜約等於20度。如第8圖所示，若側表面116S1、116S3沒有斜裂，側表面116S1、116S3與上表面116S之間的夾角α
1、α
3介於85~95度之間，α
1與α
3差異的絕對值∣α
1-α
3｜小於10度。換言之，沒有斜裂之側表面116S1、116S3相較於有斜裂之側表面116S2、116S4更接近一個垂直面（相較於上表面116S），例如，α
1大於α
2，α
3小於α
4，或者，∣α
1-90｜＜∣α
2-90｜，∣α
3-90｜＜∣α
4-90｜。
由於沒有斜裂之側表面116S1、116S3相較於有斜裂之側表面116S2、116S4更接近一個垂直面，發光單元116的藍寶石(Sapphire)基板在XZ平面的剖面形狀比在YZ平面的剖面形狀相較於發光單元116的中心軸（未顯示）更為對稱，且較為對稱的藍寶石(Sapphire)基板形狀可以產生較近似於橢圓形的光型，因此發光單元116在XZ面的光型比在YZ面的光型更近似於橢圓。如圖1所示，顯示模組1000的目標基板2具有四個側邊2a、2b、2c、2d，其中側邊2a相對於側邊2c、側邊2b相對於側邊2d。標準化的電子顯示裝置的解析度規格皆為寬度大於高度，例如，Full HD (1920×1080)、4K UHD (3840×2160)、8K Ultra HD (7680×4320)等，因此顯示模組1000的外觀通常設計為長方形。若目標基板2的側邊2a、2c的長度短於側邊2b、2d，當播放影像給觀看者時，短側邊2a、2c是位於觀看者的左右兩側。為了降低顯示模組1000麻屏的情況發生，在發光裝置1中，發光元件組11的發光單元112、發光單元114及發光單元116沿著發光單元之中心軸方向的光型必須儘量對稱，以發光單元116為例，如圖6B及圖8所示，發光單元116沿著中心軸116c方向的光型必須儘量對稱。因此，發光單元116中沒有發生斜裂或較垂直的側表面116S1、116S3較佳地朝向短側邊2a與2c，而發生斜裂或較不垂直的側表面116S2、116S4較佳地朝向長側邊2b、2d。由於發光單元112、114與發光單元116具有相似的結構，發光單元112、114中，沒有發生斜裂或較垂直的側表面朝向短側邊2a、2c，發生斜裂或較不垂直的側表面朝向長側邊2b、2d。
在一實施例中，如圖8及圖9所示，發光單元112、114、116分別藉由導電膠14與電路載板12上的上電極124電連接，由於發光單元112、114、116的結構相同或類似，後續以發光單元116的結構進行說明。導電膠14包含絕緣部141及多個導電部142，且兩個導電部142之間彼此不接觸。導電部142分別連接電極116a、116b與上電極124。絕緣部141圍繞導電部142以確保相鄰導電部142之間完全隔絕。絕緣部141的材料包含矽膠、環氧樹脂或其混合物，導電部142包含金屬，例如錫、金、銀、銅等。於一實施例中，未固化前的導電膠14為包含金屬顆粒的液態膠體。導電膠14施作的製程包含：液態膠體塗佈在上電極124上；接著把發光單元112、114、116放置在液態狀的膠體上；進行烘烤的製程，金屬顆粒會分別聚集在上電極124與電極116a、116b之間形成二個導電部142，且絕緣部141被固化。若過多的膠體被塗佈在上電極124上面，發光單元112、114、116容易發生歪斜的狀況。當烘烤的製程完成後，發光單元112、114、116會歪斜地固定在電路載板12上。如圖10顯示，發光單元116歪斜地固定在電路載板12上的示意圖，此時發光單元116的最大發光強度無法落在-10度到10度之間且無法對稱。
如上說明，為避免發光單元112、114、116歪斜地固定在電路載板12上，在塗佈液態膠體在上電極124上的程序中，液態狀的膠體的量必須適當控制。如圖8所示，若固化後的導電膠14的厚度H2被控制在5µm內，發光單元116的表面116S與電路載板的表面12S較容易保持平行，發光單元116的最大發光強度在光型極座標中也較容易落在-10度到10度之間而得到一個近似橢圓形的光型。
圖11根據一實施例顯示一顯示模組2000的示意圖。顯示模組2000包含一目標基板2’及複數個發光裝置4以陣列方式排放在目標基板2’上。目標基板2’與圖1顯示的目標基板2功能相同，結構近似。發光裝置4與第1圖顯示的發光裝置1差異在於發光裝置4具有多個發光元件組11。在一實施例中，一個發光裝置4具有四或更多個發光元件組11，，其中，每一個發光元件組11中的發光單元112、114、116分別可發出紅光、藍光與綠光，，並可做為顯示模組2000中的一個顯示像素。顯示模組2000中的發光裝置4以矩陣的方式排放、固定在目標基板2’上。沿X軸與Y軸的方向上，單一個發光裝置4中的兩相鄰的同色發光單元的距離P，以及兩相鄰發光裝置4中的兩相鄰的同色發光單元的距離P皆相同。
圖12A顯示發光裝置4的上視圖，圖12B顯示圖12A中發光裝置4沿著EE’線段的剖面示意圖。如圖12B所示，發光裝置4包含一電路載板12’、發光元件組11的發光單元112、114、116藉由導電膠14固定在電路載板12’上的上電極124’，以及一透光元件13’覆蓋發光元件11的發光單元112、114、116以及電路載板12’的表面12S’，其中，電路載板12’、 導電膠14、透光元件13’的結構與前述發光裝置1的電路載板12、 導電膠14、透光元件13分別具有相同的功能、結構與材料。
如圖12B所示，在一實施例中，透光元件13’具有一上表面13S’與電路載板12’的表面12S’平行，亦即透光元件13’在電路載板12’的表面12S’上具有一固定的厚度。透光元件13’的上表面13S’與發光單元116的上表面116S之間的厚度H3介於1µm~500µm之間。在一實施例中，厚度H3介於50µm~150µm之間，發光單元112、114、116的最大發光強度在極座標中落在-10度到10度之間，且光型近似一個橢圓形。
在一實施例中，發光單元112、114、116中沒有發生斜裂或較垂直的側表面，朝向顯示模組2000中目標載板2’的短側邊2a’、2c’。 如圖12B所示，以發光單元116為例，側表面116S1、116S3為沒有發生斜裂或較垂直的側表面且朝向短的側邊2a’、2c’。側表面116S1、116S3與上表面116S之間的夾角α
1、α
3介於85~95度之間，發光單元112、114、116的最大發光強度落在-10度到10度之間，且光型近似一個橢圓形。
在一實施例中，如圖12B所示，以發光單元116為例，導電膠14的厚度H4在5µm內，發光單元116的表面116S與電路載板的表面12S’在製程中以及製程後保持平行或近似平行，發光單元116的光型在極座標圖中，最大發光強度落在-10度到10度之間，且光型近似一個橢圓形。
圖13A及圖13B根據一實施例中顯示發光裝置1a及發光裝置4a的剖面結構。發光裝置1a與發光裝置1差異在於透光元件13包含一吸光層132以及一透光層131位於吸光層132上，其中吸光層132覆蓋發光單元112、114、116的所有或部分側表面，並露出上表面112S、114S、116S。透光層131與吸光層132及上表面112S、114S、116S直接接觸。吸光層132用以限制發光單元112、114、116發出的所有或多數的光線從上表面112S、114S、116S射出。此外，於一實施例中，透光層131在上表面112S、114S、116S上的厚度H5介於50µm~150µm之間，發光單元112、114、116的光型在極座標圖中，最大發光強度落在-10度到10度之間，且光型近似一個橢圓形。發光裝置4a的透光元件13’與發光裝置1a的透光元件13具有相同的結構與功效。
1、1a、4、4a:發光裝置
11:發光元件組
112、114、116:發光單元
θ1:觀看視角
112T、114T、116T:基板
112U、114U、116U:半導體疊層
116a:p電極
116b:n電極
116c:中心軸
116S1~116S4:側表面
12、12’:電路載板
12S、12S’:表面
13S、13S’、112S、114S、116S:上表面
124:上電極
126:下電極
3、13、13’:透光元件
131:透光層
132:吸光層
14:導電膠
141:絕緣部
142:導電部
2、2’:目標基板
2a、2b、2c、2d、2a’、2b’、2c’、2d’:側邊
9:較佳光型
1000、2000:顯示模組
AA’、CC’、 DD’、 EE’:線段
BB’:連線
d1:距離
g1、g2:間距
P:距離
α1、α2、α3、α4:夾角
H1、H2、H3、H4、H5、H6:厚度
圖1繪示顯示模組的示意圖；
圖2顯示觀看者在顯示模組的正前方所看到畫面顏色分布的示意圖；
圖3顯示發光單元之發光角度差異所造成顯示模組顯示畫面呈現不均勻顏色分布的示意圖；
圖4顯示發光裝置的發光強度量測方法；
圖5顯示發光裝置的理想光型；
圖6A顯示發光裝置的上視圖；
圖6B顯示圖6A中發光裝置的剖面示意圖；
圖7顯示發光單元116的實際光型；
圖8顯示圖1中發光裝置1沿著DD’線段的剖面示意圖；
圖9顯示圖1中發光裝置1沿著CC’線段的剖面示意圖；
圖10顯示發光單元116歪斜地固定在電路載板12的示意圖；
圖11顯示顯示模組2000的示意圖；
圖12A顯示發光裝置4的上視圖；
圖12B顯示圖12A中發光裝置4的剖面示意圖；
圖13A及圖13B顯示發光裝置1a及發光裝置4a的剖面示意圖。
9:較佳光型
Claims (10)
- 一種發光裝置，包含： 一電路載板，具有一短側邊及一長側邊，其中該短側邊的長度小於該長側邊； 複數個發光單元，位於該電路載板上並可產生三或多種色光，該複數個發光單元包含一第一發光單元； 一透光膠層，位於該電路載板上且覆蓋該複數個發光單元； 其中，該第一發光單元具有一出光面、一第一側壁及一第二側壁，該第一側壁朝向該短側邊且與該出光面之間具有一第一夾角介於85~95度，該第二側壁朝向該長側邊且與該出光面之間具有一第二夾角小於85度或大於105度。
- 如請求項1的發光裝置，其中，該電路載板包含一上電極。
- 如請求項2的發光裝置，其中，第一發光單元包含一電極朝向該上電極並與其電連接。
- 如請求項2的發光裝置，更包含一導電膠層位於該電極與該上電極之間，且連電連接接該電極與該上電極。
- 如請求項4的發光裝置，其中，該導電膠層位於該電極與該上電極之間的厚度小於5μm。
- 如請求項3的發光裝置，更包含一吸光膠層，位於該透光膠層與該電路載板之間。
- 如請求項6的發光裝置，其中，該第一發光單元具有複數個側壁，該吸光膠層覆蓋該複數個側壁。
- 如請求項1的發光裝置，其中，該透光膠層包含矽膠、環氧樹脂、壓克力或玻璃。
- 一種顯示裝置，包含： 一基板；以及 複數個如請求項1~8所述的發光裝置，以陣列的型式固定在該基板上。
- 如請求項9的顯示裝置，其中，該三或多種色光包含紅光、藍光及綠光。
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