TWI445211B

TWI445211B - 光電元件

Info

Publication number: TWI445211B
Application number: TW100119920A
Authority: TW
Inventors: Chia Liang Hsu; Chien Fu Huang; Chun Yi Wu
Original assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2014-07-11
Also published as: TW201208139A

Description

光電元件

本發明是關於一種光電元件，特別是具有一特定結構比例之透明封裝結構的發光元件。

發光二極體(Light Emitting Diode)在具有光電轉換特性的固態元件裡十分重要。一般而言，它具一發光層(Active Layer)，被兩種不同電性的半導體層(p-type & n-type semiconductor layer)所包夾而成。當施加一驅動電流於兩半導體層上方之電極時，兩半導體層之電子與電洞會注入發光層，並於發光層中結合而放出光線，此時所產生之光線具有全向性，會自發光層由發光二極體的各個表面射出。

同時，發光二極體也是一種被廣泛使用的光源，相較於傳統的白熾燈泡或螢光燈管，發光二極體具有省電與使用壽命較長的優異特性，因此逐漸取代傳統光源，而應用於各種不同領域，如交通號誌、背光模組、路燈照明、醫療設備等產業。隨著發光二極體光源的應用與發展，對於亮度的需求越來越高，所以如何增加其發光效率而提高其亮度，便成為產業界所共同努力的重要方向。

其中一個值得研究的領域是如何透過封裝結構的設計來增加發光效率。目前一般是採用碗杯結構之設計，將發光二極體置於碗杯內之中心處，利用碗杯與封裝膠體之形狀設計，以調控光型分佈。此外，封裝膠材之選擇、底部載體之反射能力與碗杯形狀之設計等，亦會影響發光效率。

本發明提供一種光電元件包含：一載體；一光電元件，連結於載體之上；一圖案化結構，形成於載體之表面，並且環繞光電元件；以及一透明封裝結構，形成於光電元件之上方。上述之圖案化結構，可以使光電元件上方之透明封裝結構，集中在圖案化結構與光電元件之間的區域，並藉由控制透明封裝結構之膠量，而產生一具有特定結構比例之透明封裝結構。其中，光電元件可以是一發光二極體元件，或任何具光電轉換特性之元件。

本發明又提供一種光電元件包含，一載體；一光電元件具有一最大寬度z，形成於載體之上；以及一透明封裝結構，形成於光電元件之上，並具有一高度為y與投射於該載體之表面的最大長度為x。其中y/x之比值是介於0.4~0.8之間，且其中z/x之比值是介於0.3~0.5之間。

本發明更提供一種光電元件包含，一載體，具有一底部寬度為b之凸部；一光電元件，其最大寬度為a，連結於凸部上方；以及一高度為c之透明封裝結構，包覆凸部與光電元件。其中上述光電元件則位於c/2之位置附近，且a/b之值是小於或等於3。本發明透過上述各種不同特定比例之透明封裝結構設計，可以使光電元件之發光效率，獲得明顯的提昇。

第1圖係本發明之第一實施例，其中各標號之涵義分別如下所述：104係表示載體；102係表示反射層；103係表示發光元件；105係表示透明封裝結構；107係表示圖案化結構。下述其他圖式中之相同元件，將標以相同之標號，且不再贅述，合先述明。

如第1圖所示，本實施例主要是於一平坦之載體104的表面，形成一具有高反射率之反射層102，再於反射層102之上將形成發光元件103連結於反射層102之上；接著，於發光元件103周圍塗佈上一層具有疏水特性之圖案化結構107，例如為將發光元件103包圍起來之圓形圖案化結構、矩形圖案化結構或方形圖案化結構，再將透明封裝材料，利用點膠技術形成於發光元件103之上方。因圖案化結構107具有疏水性，使得透明封裝材料侷限於圖案化結構107與發光元件103之間的區域，同時於點膠時，可藉由控制透明封裝材料之膠量，獲得如圖所示之一具有固定凸起形狀之透明封裝結構105。如上述步驟所完成之光電元件，可以透過發光元件103下方之反射層102的反射作用，使發光元件103所產生的光，經反射後由透明封裝結構105出光。藉由反射層102與透明封裝結構105之搭配設計，可大幅提高其出光效率。

其中，發光元件103之最大寬度為z，透明封裝結構105之高度為y，透明封裝結構105與反射層102其接觸面積之最大長度為x。當y/x之比值介於0.4~0.8時，其發光效率較高，且最佳是當y/x之比值約為0.6時；另一方面，當z/x之比值介於0.3~0.5時，也會有較佳之發光效率；且最佳是當z/x之比值是在0.4附近時。

載體104可以是一印刷電路板(PCB)、軟性印刷電路板(FCB)、陶瓷基板或複合基板。除了負責承載發光元件103之外，更進一步將發光元件103所產生的熱導出，進而達到散熱之效果。反射層102具有高反射係數，可以由金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)或以上組合之合金所形成，也可以是由具有反射特性之高分子組合物所形成。發光元件103可以是一四元或三元系列之發光二極體，其所發出的光可以是紅色、藍色、綠色、黃色等。圖案化結構107係由具有疏水特性之材料組成，會與透明封裝材料間形成表面張力，使得點膠時該透明封裝材料集中於圖案化結構107與發光元件103之間的區域，而產生凸起的透明封裝結構105。其中圖案化結構107可為一具有疏水性官能基的高分子材料，如具有甲基(methyl group)與氟基(fluorine group)等官能基之高分子材料。其製備可以是利用溶膠-凝膠法(sol-gel method)或高分子聚合法，製成此高分子材料，並使用網版印刷(screen printing)製程或噴塗(inject printing)製程等方式，於載體104之表面形成一特定圖案，例如為一環形、矩形或方形。透明封裝結構105，係將一透明封裝材料利用點膠技術形成於發光元件103上，再加熱硬化成型，其中該透明封裝材料係一具有高光穿透特性之有機絕緣材料，例如環氧樹脂(epoxy)、聚亞醯胺(Poly-imides)、矽膠(silicon resin)或上述所混成之材料等。

第2圖為本發明之第二實施例，如第一實施例所述，於一載體(圖未示)上形成一具有高反射率之反射層102之後，將發光元件103連結於反射層102之上；接著，利用點膠技術將透明封裝材料形成於發光元件103之上方，藉由控制透明封裝材料之膠量，形成一具有特定凸起形狀之透明封裝結構105。為了使本發明得到最佳的發光效率，此透明封裝結構105之尺寸必須有一定搭配與設計。如第2圖所示，發光元件103之最大寬度為z，透明封裝結構105之高度為y，透明封裝結構105與反射層102的接觸面之最大長度為x。其中發光元件103以常見之15mil至40mil大小的晶片，變化各種點膠的條件，形成各種具有凸起形狀之透明封裝結構105於發光元件103之上方，以獲得各種y/x不同比值時所產生之發光效率，並以兩者為座標繪圖，其結果如第4A圖所示。依第4A圖所示，不管晶片的大小為何，當y/x之比值是介於0.4~0.8之間時，其發光效率較高；尤其是當y/x之比值是在0.6附近時，其發光效率最高。再者，當透明封裝結構105之y/x比值固定為0.5時，變化各種不同的z/x之比值，同時量測其個別的發光效率，並以兩者為座標繪圖，其結果如第4B圖所示，不管晶片的大小為何，當z/x之比值是介於0.3~0.5之間時，其發光效率較高；尤其是當z/x之比值是在0.4附近時，其發光效率最高。

第3圖為本發明之第三實施例，更進一步於發光元件103之表面塗佈一螢光粉層108，以達成波長轉換之目的。其中發光元件103可以是一InGaN系列之發光二極體，發出藍光，激發螢光粉層108之一YGA系列的黃色螢光粉，以產生白光。

本發明之第四實施例如第5圖所示，是將第二實施例中之發光元件103，用複數個發光元件123、133及143來取代，其中發光元件123、133及143各發出不同顏色的光，分別為紅色、綠色及藍色，並於透明封裝結構105中進行混光而產生白光。如圖所示，複數個發光元件123、133及143所組成之陣列其最大寬度為z，透明封裝結構105之高度為y，透明封裝結構105與反射層102接觸面之最大長度為x；其中y/x之比值是介於0.4~0.8之間，最佳為0.6；且z/x之比值是介於0.3~0.5之間，最佳為0.4。

第6圖為本發明之第五實施例，係一燈泡式光電元件，包含具有一凸部203之載體202；一發光元件204連結於該凸部203之上方；以及一透明封裝結構205包覆凸部203與發光元件204。其中發光元件204之寬度為a，凸部203之底部寬度為b，以及透明封裝結構205之高度為c。為了提昇此燈泡式光電元件之發光效率，發光元件204之寬度與凸部203之底部寬度之比值a/b，較佳為小於或等於1/3；而發光元件204則位於c/2之位置附近。再者，該發光元件204也可以是由複數個件204。其中發光元件204之寬度為a，凸部203之底部寬度為b，以及透明封裝結構205之高度為c。為了提昇此燈泡式光電元件之發光效率，發光元件204之寬度與凸部203之底部寬度之比值a/b，較佳為小於或等於1/3；而發光元件204則位於c/2之位置附近。再者，該發光元件204也可以是由複數個顏色不同的發光元件所取代，例如是紅色、綠色、及藍色所組成之白色光源。同時，也可於凸部203之底部附近，形成一圖案化結構206，環繞於凸部203之底部周圍，使得後續所形成之透明封裝結構205可以侷限於凸部203之上方，而獲得一個幾近圓形的球體。

第7圖顯示一背光模組裝置。其中背光模組裝置700包含：由上述任意實施例之光電元件711所構成的一光源裝置710；一光學裝置720置於光源裝置710之出光路徑上，負責將光做適當處理後出光；以及一電源供應系統730，提供上述光源裝置710所需之電源。

第8圖顯示一照明裝置。上述照明裝置800可以是車燈、街燈、手電筒、路燈、指示燈等等。其中照明裝置800包含：一光源裝置810，係由上述任意實施例的光電元件811所構成；一電源供應系統820，提供光源裝置810所需之電源；以及一控制元件830控制電流輸入光源裝置810。

雖然本發明已藉各實施例說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍；且任何對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。

102‧‧‧反射層

104‧‧‧載體

105‧‧‧透明封裝結構

107‧‧‧圖案化結構

108‧‧‧螢光粉層

103、123、133、143、204‧‧‧發光元件

202‧‧‧載體

203‧‧‧凸部

205‧‧‧透明封裝結構

206‧‧‧圖案化結構

700‧‧‧背光模組裝置

710‧‧‧光源裝置

711‧‧‧光電元件

720‧‧‧光學裝置

730‧‧‧電源供應系統

800‧‧‧照明裝置

810‧‧‧光源裝置

811‧‧‧光電元件

820‧‧‧電源供應系統

830‧‧‧控制元件

第1圖係本發明第一實施例之光電元件。

第2圖係本發明第二實施例之光電元件。

第3圖係本發明第三實施例之光電元件。

第4A圖係發光效率與y/x比值之關係圖。

第4B圖係發光效率與z/x比值之關係圖。

第5圖係本發明第四實施例之光電元件。

第6圖係本發明第五實施例之光電元件。

第7圖係本發明之一背光模組裝置。

第8圖係本發明之一照明裝置。

204‧‧‧發光元件

202‧‧‧載體

203‧‧‧凸部

205‧‧‧透明封裝結構

206‧‧‧圖案化結構

Claims

一光電元件，包含一載體，具有一凸部，其中該凸部之底部寬度為b；一發光元件，其寬度為a，連結於該凸部上方；以及一透明封裝結構，其高度為c，包覆該凸部與該發光元件；其中該發光元件位於c/2之位置附近。
如申請專利範圍第1項所述之一光電元件，其中該a/b之值是小於或等於1/3。
如申請專利範圍第1項所述之一光電元件，其中該發光元件也可以由複數個顏色不同的發光元件所取代。
如申請專利範圍第1項所述之一光電元件，其中更包含一圖案化結構形成於該載體上，並且環繞該發光元件。
如申請專利範圍第4項所述之一光電元件，其中該圖案化結構係以一具有疏水特性之材料所組成。
如申請專利範圍第5項所述之一光電元件，其中該具有疏水特性之材料可以是具有甲基(methyl group)或氟基(fluorine group)等官能基之高分子材料。
如申請專利範圍第1項所述之一光電元件，其中更包含一反射層位於該發光元件之下方。
一背光模組裝置包含：一光源裝置，係由申請專利範圍第1~7項所述之任一光電元件所組成；一光學裝置，置於該光源裝置之出光路徑上；以及一電源供應系統，提供該光源裝置所需之電源。
一照明裝置包含：一光源裝置，係由申請專利範圍第1~7項所述之任一光電元件所組成；一電源供應系統，係提供該光源裝置所需之電源；以及一控制元件，係控制該電源輸入該光源裝置。