TWI473294B - 發光裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種採用發光二極體(light-emitting diode,LED)的發光裝置。
隨著光電技術的演進，發光元件的發光機制也隨之演進。舉例而言，從白熾燈泡的熱致發光演進至發光二極體的電致發光。發光二極體之電致發光的發光效率優於白熾燈泡之熱致發光的發光效率，因此發光二極體特別符合現今環保及節能減碳的潮流。此外，相較於日光燈管，發光二極體還有反應速率快的優點。再者，相較於白熾燈與日光燈管，發光二極體還具有使用壽命長的優點。
由於發光二極體具有上述優點，因此除了廣泛應用於交通號誌燈、電氣產品的指示燈、戶外大型看板等各領域之外，近年來更推廣至室內照明、路燈、車燈等主要照明領域。此外，以前的液晶顯示器的背光模組是採用冷陰極螢光燈管來作為光源，而近年來則有大幅度地以發光二極體來取代冷陰極螢光燈管的趨勢，進而使可攜式電子裝置更為省電，且使用壽命延長。
雖然發光二極體具有上述的優點，但由於其結構上的特性，使得發光二極體晶片具有特定的出光光型，因而無法隨意地應用於各類照明領域。此外，由於習知發光二極體晶片是配置於導線架上，且習知的導線架為不透光的導
線架，如此使得發光二極體封裝體為單側發光，進而限制了發光二極體封裝體的光型變化。
本發明提供一種發光裝置，其結構有助於調整光型。
本發明之一實施例提出一種發光裝置，包括一透光基板及多個發光二極體晶片。這些發光二極體晶片配置於透光基板上，且這些發光二極體晶片選自垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片中的至少其中兩種。
由於本發明之實施例之發光裝置採用了透光基板，因此發光裝置可以達到雙面發光的效果。此外，由於發光裝置同時採用了多種不同類型的發光二極體晶片，且不同類型的發光二極體晶片的光型不同，因此藉由將不同類型的發光二極體晶片適當地排列於透光基板上，便可使發光裝置的整體光型符合需求。因此，本發明之實施例之發光裝置的結構有助於調整光型。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明之一實施例之發光裝置的剖面示意圖，圖2A為圖1中之垂直式發光二極體晶片的放大圖，圖2B為圖1中之水平式發光二極體晶片的放大圖，而圖2C為
圖1中之覆晶式發光二極體晶片的放大圖。請參照圖1及圖2A至圖2C，本實施例之發光裝置100包括一透光基板110及多個發光二極體晶片200。這些發光二極體晶片200配置於透光基板110上，且這些發光二極體晶片200選自垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c中的至少其中兩種。在本實施例中，這些發光二極體晶片200包括垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c等三種發光二極體晶片200。
在本實施例中，透光基板110的光穿透率大於或等於50%。舉例而言，透光基板110為藍寶石(sapphire)基板、氮化鋁(aluminum nitride)基板、碳化矽(SiC)基板或其他適當的透光基板。
在本實施例中，發光裝置100包括多個導電線路120，配置於透光基板110上。此外，垂直式發光二極體晶片200a包括一第一電極210a、一第一摻雜型半導體層220a、一發光層230a、一第二摻雜型半導體層240a、一第二電極250a及一接合線260a。第一型摻雜半導體層220a配置於第一電極210a與透光基板110之間，發光層230a配置於第一型摻雜半導體層220a與透光基板110之間，第二型摻雜半導體層240a配置於發光層230a與透光基板之間110，第二電極250a配置於這些導電線路120之一上方，且配置於第二型摻雜半導體層240a與透光基板110之間，接合線260a連接第一電極210a與這些導電線路120之另一。
在本實施例中，水平式發光二極體晶片200b包括一第一型摻雜半導體層220b、一第一電極210b、一發光層230b、一第二型摻雜半導體層240b、一第二電極250b、一第一接合線262b及一第二接合線264b。第一型摻雜半導體層220b配置於透光基板110上。在本實施例中，第一型摻雜半導體層220b藉由一晶片基板270b配置於透光基板110上。然而，在其他實施例中，水平式發光二極體晶片200b中亦可不採用晶片基板270b。第一電極210b配置於第一摻雜型半導體層220b的一第一部分222b上。發光層230b配置於第一型摻雜半導體層220b的一第二部分224b上。第二型摻雜半導體層240b配置於發光層230b上，第二電極250b配置於第二型摻雜半導體層240b上，第一接合線262b連接第一電極210b與這些導電線路120之一，且第二接合線264b連接第二電極250b與這些導電線路120之另一。
在本實施例中，覆晶式發光二極體晶片200c與上述水平式發光二極體晶片200b類似，其中相同符號的膜層代表相同或相似的膜層。在本實施例之覆晶式發光二極體晶片200c中，第一型摻雜半導體層220b配置於透光基板110上方，發光層230b位於第一摻雜型半導體層220b與透光基板110之間，第二摻雜型半導體層240b位於發光層230b與透光基板110之間，第一電極210b連接該第一型摻雜半導體層220b與導電線路120之一，且位於該第一型摻雜半導體層220b與該透光基板110之間，第二電極250b電性
連接第二型摻雜半導體層240b與導電線路120之一，且位於第二型摻雜半導體層240b與透光基板110之間。
此外，覆晶式發光二極體晶片封裝體200c可進一步包括一反射層280b。反射層280b位於第二型摻雜半導體層240b與第二電極250b之間。
在本實施例中，較佳地，上述之第一型摻雜半導體層220a(或220b)為N型半導體層，而第二摻雜型半導體層240a(或240b)為P型半導體層，其中N型半導體層例如為N型氮化鎵(GaN)、N型氮化鋁(AlN)、N型氮化銦(InN)、N型氮化鋁鎵(AlGaN)、N型氮化鋁銦(AlInN)、N型氮化銦鎵(InGaN)以及N型氮化鋁銦鎵(AlInGaN)其中之一或兩者以上之混合或其他適當的N型半導體層，而P型半導體層例如為P型氮化鎵(GaN)、P型氮化鋁(AlN)、P型氮化銦(InN)、P型氮化鋁鎵(AlGaN)、P型氮化鋁銦(AlInN)、P型氮化銦鎵(InGaN)以及P型氮化鋁銦鎵(AlInGaN)其中之一或兩者以上之混合或其他適當的P型半導體層。發光層230a、230b例如為多重量子井結構或單一量子井結構。第一電極210a、210b與第二電極250a、250b例如為金屬電極。接合線260a、第一接合線262b及第二接合線264b例如為金屬線。此外，晶片基板270b為適於磊晶成長的基板，例如為藍寶石、氮化鋁、碳化矽、矽、砷化鎵、氧化鋅以及具有六方體系結晶材料所構成群組中的一種材料而形成。圖3A、圖3B與圖3C分別為圖1中的垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶
片的正面出光之光型分佈圖，而圖4A、圖4B與圖4C分別為圖1中的垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片的背面出光之光型分佈圖。請參照圖1、圖3A至圖3C及圖4A至圖4C，上述之正面出光所指的是往圖1的透明基板110上方傳遞的光，而上述之背面出光所指的是往圖1的透明基板110下方傳遞的光。在圖3A至圖3C及圖4A至圖4C中，橫軸是代表出光角度，而縱軸是代表光強度。比較圖3A至圖3C可知，垂直式發光二極體晶片200a的正面出光之光型是集中於與透明基板垂直的方向。水平式發光二極體晶片200b的正面出光的光型分佈在與基板法線夾角約正45度至負45度的方向。覆晶式發光二極體晶片200c的正面出光的光型則是分散在與基板法線夾角約正30度與負30度的方向。另外，比較圖4A至圖4C可知，垂直式發光二極體晶片200a的背面出光之光型是分散在二側的方向。水平式發光二極體晶片200b的背面出光的光型分佈雖然也是分散在二側的方向但相較於垂直式發光二極體晶片200a則較為集中。另外，覆晶式發光二極體晶片200c的背面出光的光型則是分散在各個方向。
由於本實施例之發光裝置100採用了透光基板110，因此發光裝置100可以達到雙面發光的效果。此外，由於發光裝置100同時採用了多種不同類型的發光二極體晶片200(如垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c)，且不同類型
的發光二極體晶片200的光型不同，因此藉由將不同類型的發光二極體晶片200適當地排列於透光基板110上，便可使發光裝置100的整體光型符合需求。因此，本實施例之發光裝置100的結構有助於調整光型。由於藉由不同類型的發光二極體晶片200的適當排列就可讓發光裝置100整體的光型在一定程度上符合需求，因此當利用二次光學元件配置於發光裝置100上以使整體光型進一步更加符合需求時，二次光學元件的設計負擔便可以減輕。換言之，不同類型的發光二極體晶片200的適當排列的方式負擔了至少一部分的光型需求。
圖5A與圖5B分別為圖1之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。請參照圖1、圖5A與圖5B，由於發光裝置100同時具有垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c，因此發光裝置100的正面出光之光型兼具了圖3A、圖3B與圖3C的特性，亦即在各個方向上光型呈現較均勻分佈的情形。另一方面，發光二極體100的背面出光之光型也兼具了圖4A、圖4B與圖4C的特性，同樣呈現較均勻分佈的情形。
圖6為本發明之另一實施例之發光裝置的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例之發光裝置100d與圖1之發光裝置100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，發光裝置100d中的發光二極體晶片200選自垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發
光二極體晶片200c中的其中兩種(圖6中是以選擇水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c這兩種發光二極體晶片200為例)，且不同種的這些發光二極體晶片200交替排列於透光基板110上。舉例而言，水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c交替排列於透光基板110上。
圖7A與圖7B分別為圖6之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。由圖7A與圖7B可知，當發光裝置100d同時採用水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c時，無論是正面出光或背面出光的光型，皆可加強基板中心法線二側的光場對稱度。
圖8為本發明之又一實施例之發光裝置的剖面示意圖。請參照圖8，本實施例之發光裝置100e與圖6之發光裝置100d類似，而兩者的差異如下所述。本實施例之發光裝置100e同時採用垂直式發光二極體晶片200a與水平式發光二極體晶片200b，且垂直式發光二極體晶片200a與水平式發光二極體晶片200b交替排列於透光基板110上。
圖9A與圖9B分別為圖8之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。由圖9A與圖9B可知，當發光裝置100e同時採用水平式發光二極體晶片200b及垂直式發光二極體晶片200a時，無論是正面出光或背面出光的光型，均呈現出各個方向的光強度較為一致。
圖10為本發明之再一實施例之發光裝置的剖面示意圖。請參照圖10，本實施例之發光裝置100f與圖6之發
光裝置100d類似，而兩者的差異如下所述。本實施例之發光裝置100f同時採用垂直式發光二極體晶片200a與覆晶式發光二極體晶片200c，且垂直式發光二極體晶片200a與覆晶式發光二極體晶片200c交替排列於透光基板110上。
圖11A與圖11B分別為圖10之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。由圖11A與圖11B可知，當發光裝置100f同時採用覆晶式發光二極體晶片200c及垂直式發光二極體晶片200a時，無論是正面出光或背面出光的光型，皆可加強垂直方向的光強度。
圖12A至圖12H繪示本發明之其他實施例之發光裝置的剖面示意圖。請參照圖12A至圖12H，這些實施例之發光裝置與圖6之發光裝置類似，而差異如下所述。在這些實施例中，發光二極體晶片200選自垂直式發光二極體晶片200a、水平式發光二極體晶片200b及覆晶式發光二極體晶片200c中的其中兩種，且這些發光二極體晶片200的其中一種配置於這些發光二極體晶片200的另一種之外側。舉例而言，如圖12A所繪示，這些覆晶式發光二極體晶片200c配置於這些水平式發光二極體晶片200b的外側。如圖12B所繪示，這些覆晶式發光二極體晶片200c配置於一個水平式發光二極體晶片200b的外側。如圖12C所繪示，這些覆晶式發光二極體晶片200c配置於垂直式發光二極體晶片200a的外側。如圖12D所繪示，這些水平式發光二極體晶片200b配置於這些覆晶式發光二極體晶
片200c的外側。如圖12E所繪示，這些水平式發光二極體晶片200b配置於一個覆晶式發光二極體晶片200c的外側。如圖12F所繪示，這些水平式發光二極體晶片200b配置於這些垂直式發光二極體晶片200a的外側。如圖12G所繪示，這些垂直式發光二極體晶片200a配置於水平式發光二極體晶片200b的外側。如圖12H所繪示，這些垂直式發光二極體晶片200a配置於覆晶式發光二極體晶片200c的外側。上述這些不同的發光二極體晶片200可形成不同的光型，而設計者可依實際的光型需求而選擇適當的排列方式。
圖13A與圖13B為本發明之其他實施例之發光裝置的上述圖。請參照圖13A與圖13B，此兩圖中的發光二極體晶片200與透光基板110的說明可參照前述實施例的說明，在此不再重述。此外，在圖13A與圖13B中，這些發光二極體晶片200的數量為奇數。
圖14A至圖14C為本發明之其他實施例之發光裝置的上述圖。請參照圖14A至圖14C，此三圖中的發光二極體晶片200與透光基板110的說明可參照前述實施例的說明，在此不再重述。此外，在圖14A與圖14C中，這些發光二極體晶片200的數量為偶數。
具有奇數發光二極體晶片200的發光裝置與具有偶數發光二極體晶片200的發光裝置在光型分佈的對稱性上會有所不同，因此使用者可依實際需求而選擇採用奇數個發光二極體晶片200的設計或偶數個發光二極體晶片200的
設計。
圖15為本發明之另一實施例之發光裝置的上述示意圖。請參照圖15，本實施例之發光裝置100g與圖6之發光裝置100d類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之發光裝置100g中，至少部分這些發光二極體晶片200的尺寸不相同。舉例而言，發光二極體晶片200g1的尺寸小於發光二極體晶片200g2的尺寸。
圖16為本發明之又一實施例之發光裝置的上述示意圖。請參照圖16，本實施例之發光裝置100h與圖6之發光裝置100d類似。在本實施例之發光裝置100h中，至少部分這些發光二極體晶片封裝體200的形狀不相同。舉例而言，發光二極體晶片封裝體200h1的形狀不同於發光二極體晶片封裝體200h2的形狀。
選擇不同的發光二極體晶片200的尺寸可達到改變發光裝置的效果，因此設計者可依對光型的實際需求來作選擇。
圖17為本發明之再一實施例之發光裝置的上述示意圖。請參照圖17，本實施例之發光裝置100i與圖6之發光裝置100d類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之發光裝置100i中，至少部分這些發光二極體晶片200所發出的光的波長不相同。舉例而言，發光二極體晶片200i1所發出的光的波長不同於發光二極體晶片200i2所發出的光的波長。在一實施例中，不同發光二極體晶片200所發出的光的波長之最大差異例如大於5奈米。舉到而言，多
種發光二極體晶片200所發出的光的波長例如分別為446奈米、451奈米、456奈米、525奈米及530奈米。藉由採用不同波長的發光二極體晶片200，設計者可調整發光裝置100i的整體發光顏色或發光色溫。
藉由上述各實施例之不同的發光二極體晶片的各種不同特性的其中至少一種不同特性的搭配，再加上適當選擇這些不同特性的發光二極體晶片，可形成偏右型光型、偏左型光型或是其他集中於特定角度的光型。
綜上所述，由於本發明之實施例之發光裝置採用了透光基板，因此發光裝置可以達到雙面發光的效果。此外，由於發光裝置同時採用了多種不同類型的發光二極體晶片，且不同類型的發光二極體晶片的光型不同，因此藉由將不同類型的發光二極體晶片適當地排列於透光基板上，便可使發光裝置的整體光型符合需求。因此，本發明之實施例之發光裝置的結構有助於調整光型。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、100d、100e、100f、100g、100h、100i‧‧‧發光裝置
110‧‧‧透光基板
120‧‧‧導電線路
200、200g1、200g2、200h1、200h2、200i1、200i2‧‧‧發光二極體晶片
200a‧‧‧垂直式發光二極體晶片
200b‧‧‧水平式發光二極體晶片
200c‧‧‧覆晶式發光二極體晶片
210a、210b‧‧‧第一電極
220a、220b‧‧‧第一摻雜型半導體層
222b‧‧‧第一部分
224b‧‧‧第二部分
230a、230b‧‧‧發光層
240a、240b‧‧‧第二摻雜型半導體層
250a、250b‧‧‧第二電極
260a‧‧‧接合線
262b‧‧‧第一接合線
264b‧‧‧第二接合線
270b‧‧‧晶片基板
280b‧‧‧反射層
圖1為本發明之一實施例之發光裝置的剖面示意圖。
圖2A為圖1中之垂直式發光二極體晶片的放大圖。
圖2B為圖1中之水平式發光二極體晶片的放大圖。
圖2C為圖1中之覆晶式發光二極體晶片的放大圖。
圖3A、圖3B與圖3C分別為圖1中的垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片的正面出光之光型分佈圖。
圖4A、圖4B與圖4C分別為圖1中的垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片的背面出光之光型分佈圖。
圖5A與圖5B分別為圖1之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。
圖6為本發明之另一實施例之發光裝置的剖面示意圖。
圖7A與圖7B分別為圖6之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。
圖8為本發明之又一實施例之發光裝置的剖面示意圖。
圖9A與圖9B分別為圖8之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。
圖10為本發明之再一實施例之發光裝置的剖面示意圖。
圖11A與圖11B分別為圖10之發光裝置的正面出光與背面出光的光型分佈圖。
圖12A至圖12H繪示本發明之其他實施例之發光裝置的剖面示意圖。
圖13A與圖13B為本發明之其他實施例之發光裝置的
上述圖。
圖14A至圖14C為本發明之其他實施例之發光裝置的上述圖。
圖15為本發明之另一實施例之發光裝置的上述示意圖。
圖16為本發明之又一實施例之發光裝置的上述示意圖。
圖17為本發明之再一實施例之發光裝置的上述示意圖。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧透光基板
200‧‧‧發光二極體晶片
200a‧‧‧垂直式發光二極體晶片
200b‧‧‧水平式發光二極體晶片
200c‧‧‧覆晶式發光二極體晶片
Claims (11)
- 一種發光裝置，包括：一透光基板；以及多個發光二極體晶片，配置於該透光基板上，其中該些發光二極體晶片選自垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片中的至少其中兩種。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括多個導電線路，配置於該透光基板上，其中該垂直式發光二極體晶片包括：一第一電極；一第一型摻雜半導體層，配置於該第一電極與該透光基板之間；一發光層，配置於該第一型摻雜半導體層與該透光基板之間；一第二型摻雜半導體層，配置於該發光層與該透光基板之間；一第二電極，配置於該些導電線路之一上，且位於該第二型摻雜半導體層與該透光基板之間；以及一接合線，連接該第一電極與該些導電線路之另一。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括多個導電線路，配置於該透光基板上，其中該水平式發光二極體晶片包括：一第一型摻雜半導體層，配置於該透光基板上； 一第一電極，配置於該第一型摻雜半導體層的一第一部分上；一發光層，配置於該第一型摻雜半導體層的一第二部分上；一第二型摻雜半導體層，配置於該發光層上；一第二電極，配置於該第二型摻雜半導體層上；一第一接合線，連接該第一電極與該些導電線路之一；以及一第二接合線，連接該第二電極與該些導電線路之另一。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括多個導電線路，配置於該透光基板上，其中該覆晶式發光二極體晶片包括：一第一型摻雜半導體層，配置於該透光基板上方；一發光層，位於該第一型摻雜半導體層與該透光基板之間；一第二型摻雜半導體層，位於該發光層與該透光基板之間；一第一電極，連接該第一型摻雜半導體層與該些導電線路之一，且位於該第一型摻雜半導體層與該透光基板之間；以及一第二電極，連接該第二型摻雜半導體層與該些導電線路之另一，且位於該第二型摻雜半導體層與該透光基板 之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透光基板的光穿透率大於或等於50%。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透光基板為藍寶石基板、氮化鋁基板或碳化矽基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中發光二極體晶片選自垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片中的其中兩種，且不同種的該些發光二極體晶片交替排列於該透光基板上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中發光二極體晶片選自垂直式發光二極體晶片、水平式發光二極體晶片及覆晶式發光二極體晶片中的其中兩種，且該些發光二極體晶片的其中一種配置於該些發光二極體晶片的另一種之外側。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中至少部分該些發光二極體晶片的尺寸不相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中至少部分該些發光二極體晶片所發出的光的波長不相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中至少部分該些發光二極體晶片封裝體的形狀不相同。
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