1352419 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光單元，特別關於一種具有密閉 工間的發光單元。 【先％技術】 由於發光二極體（Light Emitting Diode, LED )具有高 免度及省電等優點，因此，隨著發光二極體的技術逐漸成 • # ’其應用領域也越來越廣泛，例如照明設備及背光源。 ’ 請參照圖1所示，一種習知的發光單元1包含一電路 基板11、複數個發光二極體晶粒12、一封膠體13及一反 射喊體（lamp house) 14。其中，發光二極體晶粒12係設 於電路基板11上，並利用打線接合（ wire bonding)的 式與電路基板11電性連接。封膠體13為透光材料，並 用 中Λ保護發光二極體晶粒12，反射殼體14係用以反射集 發光二極體晶粒12的出光方向。 在習知技術中’當發光二極體晶粒12發光時’其會 l3 大量的熱能’且發光二極體晶粒12、固化後之封膠體 電路基板11及反射殼體14四者之材質的熱膨脹係數 相同，因此將會造成夾置於發光二椏體晶粒12、封膠 13、電路基板11及反射殼體14之間的導線w，受到撥 或技扯而產生變形或斷裂，進而可能造成發光二極體晶 1之無法發光的情形，也會使得發光單元1產生缺陷。 中 ’熱膨脹程度不同所造成的影響，尤其是在具有大面 % 5 丄：)3Z4丄y 積封膠體的發光單元中更為嚴 重 另外，習知 技術架構亦不能改善發光二極體散熱的問 題。溫度最咼的…、口 j丨口j 膠體之中，因|| 门坪度的封 板。 此 P、能藉由熱傳導方式將熱導引至電路基 因此，如何括 封夥體材質、替^種能避免發光二極體晶粒之導線因 不同而產线2二極體錄與電路基板之間熱膨脹程度 元，已成為重要===’以及能夠改善散熱的發光單 【發明内容】 發光= =本發明之-目的為提供-種能避免 基板之間材㈣^ 封膠體、發光二極體晶粒與電路 有鐘於上塊課„同而產生斷裂的發光單元。 高發光二極明之另—目的為提供-種能提 為達上述目^的發光單元。 光管體、至少^，依據本發明之—種發光單元包含一透 一 电路基板、複數個發光二極體晶粒及至少 二連接電極。透絲體敍少部分透光，並具有—密閉空 :^路基板係設置於透光管體之密閉㈣。料發光二 趣=日曰粒係覆晶接合或打線接合於電路基板之上。該等連 电極係與該等發光二極體晶粒電性連接。 麵靜^上所述，因依據本發明之一種發光單元係將發光二 -Β曰粒置於透光管體的密閉空間内，因此發光單元不需 6 1352419 再利用高厚度封膠體將發光二極體晶粒整個包覆。藉由透 光管體即可保護發光二極體晶粒不受水氣或灰塵等外界 環境因素的影響，並可避免發光二極體晶粒與電路基板間 * 連接的導線，受擠壓或拉扯而產生變形或斷裂的情形。另 . 外，發光二極體晶粒少了高厚度封膠體的阻隔後，其散熱 路徑除了經由下方電路基板作散熱外，亦可直接經由上方 散熱，又若於密閉空間内充填惰氣、液態膠體、彈性膠體 或油質流體等，藉由氣體或流體之熱對流效應則更可提高 鲁.該等發光二極體晶粒的散熱效果。 另外，本發明之發光單元更可包含一反射層及一螢光 轉換材料。設置有反射層的透光管體除可增加固定方向之 出光效率外，並可使複數個發光二極體晶粒所發出的光線 先於透光管體内進行混光，以使發光單元能發出均勻的光 源。而螢光轉換材料則可用以改變發光單元的出光顏色， 以增加發光單元的應用範圍。 ®【實施方式】 • 以下將參照相關圖式，說明依據本發明之一種發光單 - 元，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。 第一實施例 請參照圖2所示，本發明第一實施例之一種發光單元 2包含一透光管體21、· 一電路基板22、複數個發光二極體 晶粒23及至少二連接電極24。 透光管體21係至少部分透光，且具有一密閉空間 7 1352419 211，換言之，透光管體21係可具有一透光部及一非透光 部，意即透光管體21可部分透光、部分不透光，當然透 光管體21亦可全部透光。密閉空間211可為真空或充填 * 有氣體，例如充填有惰氣（inert gas )或氮氣。另外，密 . 閉空間211亦可充填一膠體或一流體，其中膠體例如為液 態膠體或彈性膠體，而流體例如為油質流體，且液態膠 體、彈性膠體或油質流體之折射率係大於1.3。另外，當 透光管體21之表面為曲面時，液態膠體、彈性膠體或油 ·.質流體的折射率係可大於或等於透光管體21之透光部的 :折射率，藉此可造成集光的功能，.使透光管體21的出光 面形成類似凸透鏡的效果。 上述之密閉空間211的形成方式係可利用熔合或膠合 等方式，其中，膠合方式包含封膠後紫外光固化、封膠後 熱固化、封膠後自然乾燥、安裝蓋體後封膠固化等方式完 成。 I 在本實施例中，透光管體21之透光部的材質例如為 高分子聚合材料、玻璃或石英之至少其中之一，而非透光 • 部的材質例如為高分子聚合材料、陶瓷或金屬之至少其中 - 之一。其中，高分子聚合材料係可選自聚苯乙烯 (polystyrene，PS )、？畏碳酸酉旨（polycarbonate，PC )、苯乙 稀-曱基丙稀酸曱酉旨樹脂（methylstyrene, MS )、聚曱基丙 稀酸甲 §旨（polymethylmethacrylate, PMMA)或丙烯晴-丁 二稀-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS )至少 其中之一。另外，若透光管體21為金屬材質，則於發光 1352419 二極體晶粒23的出光面具有一開口，其係為透光部，以 使光線射出。由於金屬本身具有高反射率、良好的散熱效 果及容易加工成型等優點，藉此可增加發光單元2的應用 - 範圍。 . 透光管體21亦可捧雜複數個散射體（scattering center )，其可為散射粒子或散射氣泡，以增加光擴散的效 果。其中，散射粒子之材料可利用與透光管體21之折射 率不同的有機散射體或無機散射體，例如硫酸鋇 • (BaS04)、二氧化矽（Si02)或氧化鋁（Al2〇3)等。又，透 光管體21例如為直條型（strip type )，且其截面形狀例如 為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形或不規則形， 於本實施例中，係以圓形為例作說明。 電路基板22設置於透光管體21之密閉空間211，且 電路基板22例如為一玻璃基板、一樹脂基板、一陶瓷基 板或一金屬基板。 發光二極體晶粒23係設置於電路基板22之一表面， * 且發光二極體晶粒23可利用覆晶接合（flip-chip)或打線 • 接合（wire-bonding)方式與電路基板22電性連接。另外， - 該等發光二極體晶粒23之發射光譜例如為可見光範圍及/ 或紫外光範圍，其中該等發光二極體晶粒23之發射光譜 若為可見光範圍，則發光二極體晶粒23可選自紅光發光 二極體晶粒、綠光發光二極體晶粒、藍光發光二極體晶粒 及其組合所構成的群組。 連接電極24係與發光二極體晶粒23電性連接，且連 9 1352419 接電極24係可設置於電路基板 電路基板22之兩端。其中， 、端或是分別設置於 光管體21之外部。在本實施例中，^係電性連接至透 別經由-金屬導線241而電性連接電極24係分 於此值得-提的是，複數個發光至遷光管趙21外部。 光官體21外部的連接器或其他 亦可藉由設置於透 接，其中連接H或連接機構縣 接機構來進行串 另外，請參照圖3所示，連接電極24^ 24電性連接。 光管體21的外部。 亦可直接延伸至透 承上所述，請參照圖2所示，由 _ 粒23係位於透光管體。的密閉空間2;; 例之發光單元2不需再利用高厚度封膠體將 體晶粒23整個包覆。藉由透光管體21即可保護 -極體晶粒23不受水氣或灰塵等外界環境因素的影響， 並可避免各發光二極體晶粒23與電路基板22間連接的導 線受擠壓或拉扯而產生變形或斷裂的情形。另外，該等發 光二極體晶粒23少了高厚度封膠體的阻隔後，其散熱路 徑除經由下方電路基板22作散熱外，亦可直接經由上方 散熱，又若於透光管體21内充填氣體、液態膠體、彈性 膠體或油質流體等，藉由氣體或流體之熱對流效應則更可 提高該等發光二極體晶粒23的散熱效果。 本實施例之發光單元亦可利用部分覆蓋於單顆發光 二極體晶粒的封膠體作為提高發光二極體晶粒之出光效 率及出光範圍的功此。清參照圖4所示，發光單元2更包 1352419 含至少一封膠體27，其係覆蓋該等發光二極體晶粒23之 至少其中之一的至少一部分面積，意即，封膠體27並未 完全包覆發光二極體晶粒23。其中，封膠體27係可覆蓋 - 發光二極體晶粒23之出光面，或覆蓋發光二極體晶粒23 . 與至少一導線W的接觸點，且封膠體27未完全覆蓋導線 W。 封膠體27可為一多層折射率材料結構，其材料特性 為隨著與各發光二極體晶粒23的距離由近到遠，材料的 • 折射率由大至小作排列。因此，藉由封膠體27多層折射 率材料結構的特性，即可避免該等發光二極體晶粒23介 面之間容易發生全反射所導致的出光效率下降，進而使發 光單元2的出光效率提高。 第二實施例 請同時參照圖5A及圖5B所示，其中圖5B為沿圖5 A 中之A-A直線的剖面圖。本發明第二實施例之發光單元 2A與第一實施例的差異在於：發光單元2A更包含一反射 • . 部及一螢光轉換材料26。其中，反射部可以係為透光管體 * 21之一部分，或是如本實施例所述係外加一反射層2 5。 . 在本實施例中，反射層25係設置於透光管體21之外 表面，其並具有至少一開口部251，且開口部251係對應 於該等發光二極體晶粒23之一出光面。反射層25之材料 係選自反射頻譜為紫外光波段（ 200-400nm)、可見光藍光 波段（ 400-480nm)或可見光全波段（ 400-780nm)之其中 之一，且其反射率至少大於50%以上。另外，反射層25 11 :利用一氧化鈦（加2)、硫酸鋇（Bas04)或氧化叙⑷ 或才料並以塗佈或印刷來形成於透光管雜21之外表面， ^將上述材料加人塑膠材料t，再以麼出成形、射出成形 6方式形成反射層25。又，反射層25亦可藉由設置一反 ^ y ' — #· H -v 办 ^ ^ 兄月或一多層鍍膜材料於透光管體21之外表 面來達成。 螢光轉換材料26係可設置於至少部分的透光管體21 卩分外表面、部分内表面、直接摻雜於透光管體21及/ 或是捧雜於第—實施例中所述的膠體或流體中。於本實施 」中，螢光轉換材料26係對應設置於開口部251的透光 二體21的外表面。且螢光轉換材料26至少包含一黃色螢 光轉換材料、一紅色螢光轉換材料、一綠色螢光轉換材料 或一藍色螢光轉換材料。 藉由反射層25的設置可集中發光單元2Α的出光方 向’且可利用反射層25使該等發光二極體晶粒23發出的 光線先於透光管體21内進行混光後再射出’以使發光單 元2Α能發出均勻的光源。又，藉由螢光轉換材料26則玎 改變發光單元2Α的出光顏色。 另外’請參照圖6Α所示，反射層25Α亦可設置於透 光管體21之内表面，且反射層25Α亦具有開口部251，其 係對應於該等發光二極體晶粒23之出光面，而螢光轉換 材料26亦可設置於對應於開口部251的透光管體21的内 表面或外表面。於此則以設置於對應於開口部251的透光 管體21的内表面為例作說明。又，請參照圖6Β所示，邡 12 1352419 可同時於透光管體21之内表面及外表面設置反射層25B 及反射層25C。需注意者，設置於透光管體21之内表面及 外表面的反射層25B及反射層25C係為錯位設置，但應避 • 免覆蓋住出光用的開口部251。 , 請參照圖7所示，螢光轉換材料亦可改以利用一螢光 體膠帶（phosphor tape) T來取代，螢光體膠帶T係設置 於至少部分的透光管體21之外表面及/或内表面，於此螢 光體膠帶T是以黏貼設置於透光管體21之外表面為例作 • 說明。螢光體膠帶T例如具有一黏著層T1及一螢光層T2, 螢光層T2中則摻雜有螢光體，以改變出光顏色。其中需 注意者，螢光體膠帶T依不同的需求可有不同的組成。 另外，上述之反射層係以設置於透光管體為例說明， 然而，反射層亦可設置於電路基板之表面。以下，請參照 圖8A至圖8D所示，其係為一電路基板32的長轴剖面圖。 為求清楚說明，以下圖示中皆省略透光管體，然於實際應 用時，電路基板32仍應設置於透光管體内。 I 如圖8A至圖8D所示，電路基板32之之一表面或相 * 對之表面係設置有複數發光二極體晶粒33,而與上述實施 . 例相同，發光二極體晶粒33係可以覆晶接合或打線接合 於電路基板32之上，於此係以覆晶接合為例。 請參照圖8A所示，一反射層35係設置於電輅基板32 上之該等發光二極體晶粒33的周圍。利用反射層35將由 發光二極體晶粒33所發射至電路基板32的光線反射，藉 此可增加該等發光二極體晶粒33所發出光線的利用率。 13 1352419 其中，反射層35之材質係與上述實施例中的反射層之材 質相同，於此不再贅述。 另外，請參照圖8B所示，若電路基板32為透明基板 - 時，反射層35A係可設置於電路基板32與該等發光二極 . 體晶粒33相反的另一面，以反射發光二極體晶粒33所發 射出的光線。 接著，請參照圖8C所示，該等發光二極體晶粒33係 可以錯位的方式分別設置於電路基板32的正反兩面，於 • 此，可分別將一反射層35B、35C分別設置於電路基板32 之正反兩面之該等發光二極體晶粒33的周圍。又，請參 照圖8D所示，該等發光二極體晶粒33亦可以對位的方式 分別設置於電路基板32的正反兩面，於此，可分別將一 反射層35D、35E分別設置於電路基板32之正反兩面該等 發光二極體晶粒33的周圍。需注意者，反射層的設置非 為限制性，依不同的設計亦可僅設置於部分的發光二極體 0 晶粒33的周圍。 另外，請參照圖9所示，電路基板32上該等發光二 • 極體晶粒33周邊亦可設置有一反射殼體（lamp house)L， • 藉此可用以反射集中發光二極體晶粒33的出光方向。 第三實施例 承上所述，發光單元的透光管體除可如上所述係為一 體成型之外，亦可由至少二殼體元件所構成。請參照圖10A 與圖10B所示，發光單元4的一透光管體41係由二殼體 元件412、413所構成。電路基板42之上同樣設置有複數 14 1352419 發光二極體晶粒43及二連接電極44,且電路基板42夾置 於二殼體元件412、413之間。其中，一反射層45係可設 置或形成於電路基板42之上，而一螢光轉換材料46則可 - 設置或形成於殼體元件412，然其非為限制性，其變化態 ^ 樣亦可參照上述實施例。另外，由於透光管體41係可具 有一透光部及一非透光部，意即可部分透光、部分不透 光，因此殼體元件412、413亦可部分透光、部分不透光， 例如於電路基板42下的殼體元件413可為不透光，然其 • 非用以限制本發明。 該等殼體元件412、413係在對應設置後，利用膠合 或熔合等方式結合，以形成密閉空間411。其中，膠合方 式包含封膠後紫外光固化、封膠後熱固化或封膠後自然乾 燥等。另外，該等殼體元件412、413亦可先以鎖合或卡 合結合後，再以膠合或溶合方式作結合。 另外，請參照圖11所示，若於該等發光二極體晶粒 43出光面上之殼體形狀為三角形、四邊形、多邊形或不規 ® 則形等，則對應各發光二極體晶粒43上之殼體的外表面 - 或内表面係可具有一透鏡結構S，藉由不同透鏡的結構， . 以使發光二極體晶粒43所發出的光產生聚光或散光的效 果。於此以透鏡結構S設置於殼體元件412A的外表面為 例作說明，然其非限制性。 綜上所述，因依據本發明之一種發光單元係將發光二 極體晶粒置於透光管體的一密閉空間内，因此發光單元不 需再利用高厚度封膠體將發光二極體晶粒整個包覆。藉由 15 1352419 透光管體即可保護發光二極體晶粒不受水氣或灰塵等外 界環境因素的影響，並可避免發光二極體晶粒與電路基板 間連接的導線，受擠壓或拉扯而產生變形或斷裂的情形。 - 另外，發光二極體晶粒少了高厚度封膠體的阻隔後，其散 . 熱路徑除經由下方電路基板作散熱外，亦可直接經由上方 散熱，又若於密閉空間内充填惰氣、膠體或流體等，藉由 氣體或流體之熱對流效應則更可提高該等發光二極體晶 粒的散熱效果。 • 另外，本發明之發光單元更可包含一反射層及一螢光 轉換材料。設置有反射層的透光管體上除可增加固定方向 之出光效率外，並可使複數個發光二極體晶粒所發出的光 線先於透光管體内進行混光，以使發光單元能發出均勻的 光源。而螢光轉換材料則可用以改變發光單元的出光顏 色，以增加發光單元的應用範圍。螢光轉換材料更可改以 利用螢光體膠帶來取代，來增加製程效率及產品可靠度。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離. * 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1為一種習知的發光單元示意圖； 圖2為本發明第一實施例之一種發光單元示意圖； 圖3為本發明第一實施例之發光單元另一變化態樣示 意圖； 16 1352419 圖4為本發明第一實施例之發光單元又一變化態樣示 意圖； 圖5A為本發明第二實施例之發光單元示意圖，圖5B . 為沿圖5A中之A-A直線的發光單元剖面圖； . 圖6A及圖6B為本發明第二實施例之發光單元的一變 化態樣示意圖； 圖7為本發明第二實施例之發光單元的另一變化態樣 不意圖， • 圖8A至圖8D為本發明之反射層設置於電路基板上的 不同變化態樣示意圖； 圖9為本發明第—二實施例之發光單元的又一變化態樣 不意圖， 圖10A及圖10B為本發明第三實施例之發光單元的示 意圖；以及 圖11為本發明第三實施例之發光單元的另一變化態 樣示意圖。 * 【主要元件符號說明】 .1、2、2A、4 :發光單元 11、 22、32、42 :電路基板 12、 23、33、43 :發光二極體晶粒 13、 27 :封膠體 14、 L· :反射殼體 21、41 :透光管體 17 1352419 211、411 :密閉空間 24、44 :連接電極 241 :金屬導線 -25、25A〜25C、35、35A〜35E、45 反射層 .251 :開口部 412、412A、413 :殼體元件 26、46 :螢光轉換材料 A-A .直線 • S :透鏡結構 T :螢光體膠帶 T1 :黏著層 T2 :螢光層 W :導線
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