TWI464908B - Light emitting device - Google Patents

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Description

發光裝置
本發明係有關於一種發光裝置，尤指一種具有高出光效率、多方向出光特性之發光裝置。
LED是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的簡稱，或稱作發光二極管，這種半導體元件發展以來一般是作為指示燈、顯示板，但目前隨著技術增加，已經能作為顯示或照明光源使用，它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能，使用壽命最長更達數萬小時至10萬小時，且材質無汞、不若傳統燈泡易碎、體積小、光源具方向性、可應用在低溫環境，故具有省電、高發光效率、可靠性高、環保等諸多優點。
除了我們熟知的各種電子產品上面的LED指示燈外，LED螢幕、LED照明、液晶螢幕用的LED背光源、手機上按鍵的LED背光等等各式各樣關於LED的應用正逐漸穩定的發展中，部份領域的LED應用因為市場發展趨於成熟，普及的速度開始加快，也創造出驚人的商機。
雖然LED具有高發光效率、高使用壽命、不易碎、省電、環保無汞、體積小、可應用在低溫環境、光源具方向性、光害少與色域豐富等優點，但LED之出光集中，因此無法像一般日常生活所使用之燈泡可達到多方向出光，即單純LED無法達到像一般燈泡之照明效果，所以習知使用LED的發光裝置通常是將LED置於印 刷電路板封裝後，再搭配其他光學元件製成燈泡，但如此設計由於只使用LED單一面向的出光，無法充分利用LED產生的光，故出光效率低且無法發揮LED的優點，為了達成與成本低廉的傳統燈泡有相同發光效果，習知LED發光裝置必需使用昂貴的超高亮度LED元件或增加驅動功率，使得習知LED發光裝置造價昂貴，而消費者根據性價比大多仍選擇傳統燈源，使LED發光裝置尚無法完全取代目前日常生活所使用之照明光源。
為解決出光效率問題，有學者提出一種新型發光裝置，如美國專利號7,781,789所揭露，係使用特殊的金屬支架與封裝結構設計，使LED的兩個相對出光面的光可以同時被利用，但由於該裝置在支架與封裝結構上構件多，製程複雜，故此種裝置在生產上仍有困難，且構件多也導致光學設計、可靠度、製造成本上必須考量更多，才能有習知發光裝置的發光效果，而增加實用上的難度。
本發明之目的即為解決上述問題，而提供一種具高出光效率、多方向出光、容易生產且可靠度高的發光裝置。
本發明提供一種發光裝置，其包含：一透明基板，具有第一表面及第二表面；一發光二極體晶片模組，設置於該透明基板之該第一表面；其中該發光二極體晶片模組所發出光線之至少一部分穿透該透明基板而從該第二表面出光，且該透明基板具有一定之厚度，使得該透明基板可以支撐該發光二極體晶片模組並與該發光裝置之承載座或固定件接合構裝。
1‧‧‧發光裝置
10‧‧‧基板
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧第二表面
103‧‧‧第一類鑽碳膜層
104‧‧‧第二類鑽碳膜層
11‧‧‧發光二極體晶片模組
110a‧‧‧第一電極
110b‧‧‧第二電極
111‧‧‧發光二極體晶片
111a‧‧‧第一發光二極體晶片
111b‧‧‧第二發光二極體晶片
111c‧‧‧第三發光二極體晶片
113‧‧‧第一半導體層
114‧‧‧發光層
115‧‧‧第二半導體層
12a‧‧‧第一連接導線
12b‧‧‧第二連接導線
13‧‧‧能量轉換層
14‧‧‧金屬凸塊
15‧‧‧金屬打線
16‧‧‧承載座
161‧‧‧物件
A‧‧‧角度
第一圖係本發明之第一實施例之發光裝置的結構圖；第二圖係本發明之第一實施例之發光裝置的使用狀態圖；第三圖係本發明之第二實施例之發光裝置的結構圖；第四圖係本發明之第三實施例之發光裝置的結構圖；第五圖係本發明之第四實施例之發光裝置的結構圖；第六圖係本發明之第五實施例之發光裝置的結構圖；第七圖係本發明之第六實施例之發光裝置的結構圖；第八圖係本發明之第七實施例之發光裝置的結構圖；以及第九圖係本發明之第八實施例之發光裝置的結構圖。
請參閱第一圖，係本發明之第一實施例之發光裝置的結構圖。如圖所示，本實施例提供一種發光裝置1，發光裝置1包含一基板10、一發光二極體晶片模組11、第一連接導線12a及第二連接導線12b。基板10可為氧化鋁基板、玻璃基板、塑膠基板、樹脂基板、複合材料或其他材質之透明基板，並具有第一表面101及第二表面102。更進一步設計基板10之厚度在大於或等於200μm時，本發明之發光裝置1的製程上會有最佳的可靠度；另一設計是讓基板10在光線波長範圍大於或等於420nm，且小於或等於470nm，基板10穿透率大於或等於70%時，本發明之發光裝置1整體出光效率上會有最佳的效果。發光二極體晶片模組11、第一連接導線12a及第二連接導線12b設置於基板10之第一表面101，其中第一連接導線12a位於發光二極體晶片模組11之一側，第二連接導線12b位於發光二極體晶片模組11之另一側，且第一連接導線12a與發光二極體晶片模組11之第一電極110a電性連接，第二 連接導線12b與發光二極體晶片模組11之第二電極110b電性連接。
本實施例之發光二極體晶片模組11在僅有一個發光二極體晶片111時，發光二極體晶片模組11與第一連接導線12a及第二連接導線12b係直接電性連接於發光二極體晶片111上之第一電極110a及第二電極110b。本實施例之發光二極體晶片111除了具有第一電極110a及第二電極110b，更至少包含第一半導體層113、一發光層114及第二半導體層115，其中第一電極110a設置於第一半導體層113，第二電極110b設置於第二半導體層115，發光二極體晶片111之表面可為平面或非平面結構。另外該晶片的第一半導層113底部可設置另一透明導光基板(圖中未示)，使該晶片所發出之光線至少部分可經由該透明導光基板有方向性的射出，提昇發光裝置1的出光效率與發光效果。
本實施例之發光二極體晶片111更可倒置於透明基板10，即第二半導體層115位於基板10與第一半導體層113之間，第一電極110a及第二電極110b分別透過一金屬凸塊14與第一連接導線12a及第二連接導線12b連接，使第一電極110a及第二電極110b分別與第一連接導線12a及第二連接導線12b電性連接。
請一併參閱第二圖，係本發明之第一實施例之發光裝置的使用狀態圖；如圖所示：發光裝置1於使用時，先通入電源至第一連接導線12a及第二連接導線12b以導通發光二極體晶片模組11之發光二極體晶片111。待發光二極體晶片111導通發光後，發光二極體晶片111所發光線之至少一部分可經由基板10之第一表面101穿透基板10之第二表面102，使發光裝置1具有多方向出光特性。更進一步設計是使光線由基板10之第一表面101與第二表面102發 出之色溫差異等於或小於1500K，使發光裝置1有更全面一致之發光效果。
上述發光二極體晶片模組11可包含一發出單色光線之發光二極體晶片111，也可包含複數個選擇自一紅光發光二極體晶片、一綠光發光二極體晶片及一藍光發光二極體晶片及該些發光二極體晶片之組合。
請參閱第三圖，係本發明之第二實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，本實施例中，發光二極體晶片111未倒置於基板10，發光二極體晶片111之第一半導體層113直接設置於基板10之第一表面101，即第一半導體層113位於第二半導體層115與基板10之間，而發光二極體晶片111之第一電極110a及第二電極110b分別透過一金屬打線15與第一連接導線12a及第二連接導線12b電性連接。
請參閱第四圖，係本發明之第三實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，承第二實施例，發光裝置1更包含一能量轉換層13，能量轉換層13係含有至少一種螢光粉，能量轉換層13設置於可接收發光二極體晶片模組11所發出光線的位置(如基板10之第一表面101及第二表面102)，例如直接接觸於發光二極體晶片模組11或與發光二極體晶片模組11相鄰一段距離而不直接接觸，以接收並至少部分轉換發光二極體晶片模組11所發出光線為另一種波長範圍的光線，例如發光二極體晶片模組11發出藍色光線，能量轉換層13轉換部分藍色光線為黃色光線，而使發光裝置1最後發出白光。由於第一表面101與第二表面102發出之光線強度不同，本發明之發光裝置1最佳設計係可相應調整於第一表面101與第二表面102的能量轉換層13為具不同之螢光粉含量，例如1比0.5至1 比3或其他比例，以提升發光裝置1之波長轉換效率。
請參閱第五圖，係本發明之第四實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，本實施例之發光裝置1與上述實施例之發光裝置不同在於，本實施例之基板10的第二表面102為非平坦表面，當發光二極體晶片模組11所發出之光線進入基板10時，非平坦之第二表面102增加了基板10內之光線散射機會，進而提升發光裝置1之出光效率。然，請參閱第六圖，係本發明之第五實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，本實施例與第四實施例不同在於，本實施例之基板10的第一表面101也為非平坦表面，如此更增加發光二極體晶片模組11所發出之光線的散射，進一步提升發光裝置1之出光效率。
請參閱第七圖，係本發明之第六實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，承第五實施例，本實施例之發光裝置1更包含第一類鑽碳膜層103，第一類鑽碳膜層103設置於基板10之第一表面101上，發光二極體晶片模組11、第一連接導線12a及第二連接導線12b設置於第一類鑽碳膜層103上。由於第一類鑽碳膜層103具有良好的熱傳導性，容易將發光二極體晶片模組11所產生之熱能導出，有效提升發光裝置1之散熱效果，提升發光裝置1之出光效率、可靠度及增加發光裝置1之使用壽命。另參閱第八圖，係本發明之第七實施例之發光裝置的結構圖；如圖所示，本實施例與第六實施例不同在於，本實施例之發光裝置1更包含第二類鑽碳膜層104，第二類鑽碳膜層104設置於基板10之第二表面102上。而上述實施例之第一類鑽碳膜層103及第二類鑽碳膜層104亦可設置於未具有非平坦表面之基板10，或與基板10一體化。
請參閱第九圖，係本發明之第八實施例之發光裝置的結構圖 ；如圖所示，本實施例之發光裝置1的發光二極體晶片模組11具有多個發光二極體晶片，其包含一第一發光二極體晶片111a、一第二發光二極體晶片111b及至少一第三發光二極體晶片111c，該第三發光二極體晶片111c分別與第一發光二極體晶片111a與第二發光二極體晶片111b電性連接。而發光二極體晶片模組11之第一電極110a位於第一發光二極體晶片111a，發光二極體晶片模組11之第二電極110b位於第二發光二極體晶片111b，第一電極110a及第二電極110b分別與第一連接導線12a及第二連接導線12b電性連接。上述第一發光二極體晶片111a、第二發光二極體晶片111b及第三發光二極體晶片111c係可選擇自一紅光發光二極體晶片、一綠光發光二極體晶片、一藍光發光二極體晶片或該些晶片之組合，使本發明之發光裝置1所發出之光線的顏色有不同變化。而本實施例之發光二極體晶片模組11之該些發光二極體晶片係呈交錯排列，如此可增加發光裝置1之發光面積及使發光裝置1均勻發光。當然該些發光二極體晶片亦可呈線性排列或其它排列方式，於此不再贅述。
本實施例之發光裝置1更包含一承載座16或固定件，基板10支撐發光二極體晶片模組11並設置於該承載座16上，本實施例之透明基板10之表面與承載座16之表面間具有一角度A，其中角度A範圍為30至150度。當然本實例之發光裝置1更可包含轉動機構使透明基板10與承載座16之間之角度可依據發光裝置1所需之照射角度調整。承載座16更包含一物件161，用以讓基板10設置於物件161上，以固定於承載座16，且其可為一平面、L型、U型或溝槽結構。
由上述可知，本發明提供一種高出光效率、具實用性且高可 靠度的發光裝置，並充分使用發光二極體晶片模組所發出之多方向光線，使該發光裝置同時具有多方向出光特性；而且於透明基板上設置類鑽碳膜層，因類鑽碳膜層具有良好的熱傳導性，更使發光裝置具有良好的散熱效果，以提升發光裝置之出光效率及使用壽命。
惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，且各實施例之設計均能相互組合套用，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1‧‧‧發光裝置
10‧‧‧基板
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧第二表面
11‧‧‧發光二極體晶片模組
110a‧‧‧第一電極
110b‧‧‧第二電極
111‧‧‧發光二極體晶片
113‧‧‧第一半導體層
114‧‧‧發光層
115‧‧‧第二半導體層
12a‧‧‧第一連接導線
12b‧‧‧第二連接導線
14‧‧‧金屬凸塊

Claims (19)

  1. 一種發光裝置，其包含：一透明基板，具有第一表面、第二表面及一定厚度；一發光二極體晶片模組，設置於該透明基板之該第一表面，且該發光二極體晶片模組所發出光線的至少一部分係穿透該透明基板而從該第二表面出光；其中，該發光二極體晶片模組更包含一第一發光二極體晶片及一第二發光二極體晶片，且該第一發光二體晶片與該第二發光二極體晶片電性連接，且第一電極位於該第一發光二極體晶片上，第二電極位於該第二發光二極體晶片上。
  2. 如請求項1所示之發光裝置，其中該透明基板之厚度係大於或等於200μm。
  3. 如請求項1所示之發光裝置，其中在該光線波長範圍大於或等於420nm，且小於或等於470nm時，該透明基板之穿透率大於或等於70%。
  4. 如請求項1所示之發光裝置，其中該發光二極體晶片模組包含至少一發光二極體晶片，該發光二極體晶片之表面具有非平面結構。
  5. 如請求項1所示之發光裝置，其中由該基板的第一表面與該第二表面發出之光線色溫差異等於或小於1500K。
  6. 如請求項1所示之發光裝置，其中該發光二極體晶片模組更包含：至少一第三發光二極體晶片，分別與該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片電性連接。
  7. 如請求項1所示之發光裝置，其中該發光二極體晶片模組更包含選擇自一紅光發光二極體晶片、一綠光發光二極體晶片、一藍光發光二極體晶片或該些晶片之組合。
  8. 如請求項1所示之發光裝置，更包含：一能量轉換層，設置於可接收該發光二極體晶片模組所發出光線的位置，並將所接收至少部分來自該發光二極體晶片模組之光線轉換為另一波長範圍的光線。
  9. 如請求項8所示之發光裝置，其中該能量轉換層設置於該透明基板之第一表面與第二表面。
  10. 如請求項8所示之發光裝置，其中該能量轉換層設置係直接接觸於該發光二極體晶片模組。
  11. 如請求項8所示之發光裝置，其中該能量轉換層設置係不與該發光二極體晶片模組直接接觸。
  12. 如請求項1所示之發光裝置，其中該透明基板材質可選擇自氧化鋁、玻璃、塑膠、樹脂或複合材料。
  13. 如請求項1所示之發光裝置，其中該透明基板之至少一表面為非平坦表面。
  14. 如請求項9所示之發光裝置，其中該能量轉換層所含螢光粉含量於不同表面的比例可為相同或不同。
  15. 如請求項9所示之發光裝置，其中該第二表面上能量轉換層的螢光粉含量對第一表面上的能量轉換層的螢光粉比例範圍為1比1至1比3。
  16. 如請求項1所示之發光裝置，更包含：一類鑽碳膜層，設置於該透明基板之至少一表面。
  17. 如請求項1所示之發光裝置，更包含： 一承載座，係供該透明基板設置，且該基板與該承載座間呈一角度，該角度範圍可從30度至150度。
  18. 如請求項17所示之發光裝置，更包含：一轉動機構，使該基板與該承載座間的角度為可調。
  19. 如請求項1所示之發光裝置，更包含：一物件以固定該基板於該發光裝置，且該物件可為一平面、L型、U型或溝槽結構。
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