TWI509186B - 全周光型發光單元及發光裝置及全周光型發光單元的製作方法 - Google Patents

全周光型發光單元及發光裝置及全周光型發光單元的製作方法 Download PDF

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Description

全周光型發光單元及發光裝置及全周光型發光單元的製作方法
本發明係關於一種發光單元及應用該發光單元之發光裝置及其製造方法，特別係關於一種提供全周光形之發光單元及應用該發光單元之發光裝置及其製造方法。
隨著照明科技的發展，各種新式發光元件不斷推陳出新。舉例來說，發光二極體、鹵素燈及雷射二極體等均為新式的發光元件。
舉例而言，發光二極體，可應用在不同的燈具結構中，例如球泡燈或燈管中，以提供所需的照明。發光二極體發出的光由球泡燈或燈管的燈罩向外射出而形成一光場於前側方向，但是其發光角度小於180度。因此，與傳統的白熾光源(incandenscent light source)相比，發光二極體光源的發光角度較小。
因此，有必要針對傳統燈具結構之發光角度或照明均勻性進一步改善。
有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種利用球 形封裝體封裝發光晶片之發光單元，以達到全周發光之發光單元。
根據本發明之一實施例，全周光型發光單元包括發光晶片、球形封裝體、擴散層、及二個導電結構。發光晶片具有正電極及負電極。球形封裝體包覆發光晶片，且擴散層包覆於球形封裝體之外表面。二個導電結構分別電性連結於發光晶片之正電極與負電極，其中二個導電結構分別朝外穿設封裝體與擴散層，並部分暴露於擴散層外部。
在上述實施例中，二個導電結構分別包括導線與連結導線之導電端子，其中導線電性連結於發光晶片，導電端子朝外穿設封裝體與擴散層，且導電端子之一部分係暴露於擴散層外部。
在上述實施例中，導電結構包括導線。或者，導電結構包括導線以及導電端子。
在上述實施例中，發光單元更包括波長轉換層包覆於擴散層之外表面，其中擴散層中更包含有光擴散粒子，光擴散粒子係選自由二氧化矽與二氧化鈦所組成的群組。
在上述實施例中，發光單元更包括保護層，包覆於波長轉換層之外表面，其中保護層至少包括二個具有不同折射率之區域。保護層之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組。
在上述實施例中，其中發光晶片為發光二極體晶片。另外，球形封裝體之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組。
本發明之另一目的在於提供一種利用上述任一實施例所述之發光裝置，其中發光裝置包括N個如申請專利範圍第1至11項任一項所述之全周光型發光單元，N為≧2的自然數；以及(N-1)個連接器，分別電連接於兩相鄰的發光單元之間。
本發明又一目的在於提供一種製作全周光型發光單元的方法。根據本發明之一實施例，製作全周光型發光單元的方法包括：提供具有正電極與負電極的發光晶片；於發光晶片上形成二個導電結構，分別電性連結於發光晶片之正電極與負電極；形成第一半球形封裝體封裝發光晶片之上表面與部分導電結構之上表面；以及形成第二半球形封裝體封裝發光晶片之下表面與部分導電結構之下表面，以與第一半球形封裝體共同構成一球形封裝體。
具體而言，上述形成第一半球形封裝體封裝發光晶片之上表面與部分導電結構之上表面；以及形成第二半球形封裝體封裝發光晶片之下表面與部分導電結構之下表面之步驟中，更包括提供一載具承載發光晶片；提供第一模具，位於載具上，其中第一模具具有第一模穴包覆發光晶片之上表面與部分導電結構之上表面於其內；注入第一封裝膠於第一模穴中；移除載具。接著，提供第二模具，其具有第二模穴包覆發光晶片下表面與部分導電結構於其內；注入第二封裝膠於第二模穴中；烘烤固化第一封裝膠與第二封裝膠；以及移除第一模具與第二模具完成第一半球形封裝體與第二半球形封裝體。
在上述實施例中，更包括形成擴散層包覆於球形 封裝體之外表面；形成波長轉換層包覆於擴散層之外表面；以及形成保護層包覆於波長轉換層之外表面。
在上述實施例中，導電結構分別包括導線或者，導電結構分別包括導線與連結導線之導電端子。
由於發光晶片係由二個半球形封裝體共同形成之球形封裝體所圍繞，而未使用習知結構中無法使光線穿透之基板承載發光晶片以及封裝體。因此，來自發光晶片之光線將朝全周向提供光線。
100、100’‧‧‧全周光型發光單元
110、120、130‧‧‧發光晶片
113、123、133‧‧‧上表面
114、124、134‧‧‧下表面
140a、140b、140c、140d、140e、140f‧‧‧導電結構
150‧‧‧封裝體
160‧‧‧擴散層
161‧‧‧光擴散粒子
170‧‧‧波長轉換層
171‧‧‧波長轉換物質
180‧‧‧保護層
181、182‧‧‧區域
190a、190b、190c、190d、190e、190f‧‧‧導電結構
191a、191b‧‧‧導線
192a、192b‧‧‧導電端子
1911a、1921b‧‧‧上表面
1912a、1922b‧‧‧下表面
210‧‧‧載具
220‧‧‧第一模具
221‧‧‧第一模具
230‧‧‧第一封裝膠
240‧‧‧第二模具
241‧‧‧第二模穴
250‧‧‧第二封裝膠
300‧‧‧發光裝置
310‧‧‧電連接器
311a、311b、311c、311d、311e、311f‧‧‧插槽
第1圖顯示本發明之一實施例之全周光型發光單元之剖面圖。
第2圖顯示本發明之一實施例之全周光型發光單元之剖面圖。
第3圖顯示本發明之一實施例之發光裝置之示意圖。
第4A-4H圖顯示本發明之一實施例之全周光型發光單元之製造流程圖。
為了讓本發明之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示做詳細之說明。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
參照第1圖，本發明之一實施例之全周光型發光單 元100包括複數個發光晶片110、120、130、複數個導電結構140a-140f、及一封裝體150。
發光晶片110、120、130係位於相同之平面上，且發光晶片110、120、130彼此間隔相等間距，不互相連結，以避免吸收相鄰之發光晶片110、120、130所發出之光線，然本發明並不僅限於此。在一些實施例中，發光晶片110、120、130彼此相距相異之間距。在另一些實施例中，發光晶片之數量可依需求增加或減少。
在此實施例中，發光晶片110、120、130分別為一發光二極體晶片，其可分別發出相異波長之光線，其中發光晶片110係發出藍色波長之光線，發光晶片120係發出紅色波長之光線，且發光晶片130係發出綠色波長之光線，然本發明不僅限制於此。在一些實施例中，發光晶片110、120、130皆發出相同波長之光線。
在此實施例中，發光晶片110具有一正電極111以及一負電極112，正電極111與負電極112係設置於發光晶片110之單一表面上。導電結構140a-140f分別為一導線(例如：金線)，其中導電結構140a以及導電結構140b係分別電性連結於發光晶片110之正電極111以及負電極112。另外，導電結構140c以及導電結構140d係分別電性連結於發光晶片120之正電極以及負電極(未標示)，且導電結構140e以及導電結構140f係分別電性連結於發光晶片130之正電極以及負電極(未標示)。在一些實施例中，發光晶片110、120、130之正電極或負電極不僅連結單一導電結構，而是連結有二個或二個以上之導電結構。 在另一些實施例中，單一導電結構當中包括二個導線，而該單一導電結構之二個導線係共同連結於單一發光晶片110、120、130之正電極或負電極。
封裝體150為球形，並包覆發光晶片110、120、130以及部分導電結構140a-140f。封裝體150之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組。
在此實施例中，全周光型發光單元100更包括一擴散層160，用以使來自發光晶片110、120、130之光線達到均化。如第1圖所示，擴散層160內包括光擴散粒子161。光擴散粒子161，散佈設置於擴散層160中。光擴散粒子161的材料為具有高反射率或高散射性之材料，例如銀(silver)、樹脂、矽(silicon)(例如：二氧化矽、二氧化鈦)或其他白色材質等，用來在擴散層160內散射並具有混光的功能，使紅光、藍光及綠光在撞及光擴散粒子161後，繼續於擴散層160內散射，以減少因為遮蔽效應所減弱的光線強度。
在此實施例中，全周光型發光單元100更包括一波長轉換層170以適當之方式(例如：塗佈)包覆於擴散層160之外表面。波長轉換層170內包括波長轉換物質171，例如螢光粉、量子點或有機發光材料，其可將發光晶片110、120、130發出的光轉換成所需之波長。於另一些實施例中，波長轉換物質171可使用釔鋁石榴石(YAG)螢光粉，以將發光晶片110、120、130產生之藍光激發成黃光。
在此實施例中，全周光型發光單元100更包括一保護層180以適當之方式(例如：塗佈)包覆於波長轉換層170之 外表面。保護層180之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組，用以保護波長轉換層170。如第1圖所示般，保護層180包括有複數個具有不同折射率之區域181、182，使通過保護層180之光線受不同折射率影響，而達到特定的照明目的。
應當理解的是，上述波長轉換層170以及保護層180並非本發明之必要特徵。在一些實施例中，波長轉換層170或保護層180至少其中之一者加以省略。在一些實施例中，包括二個不同的波長轉換層170依序堆疊，以產生特定的光學功效。
然而，值得注意的是，無論全周光型發光單元100是否包括擴散層160、波長轉換層170與保護層180，導電結構140a-140f之末端皆未受擴散層160、波長轉換層170或保護層180所完全覆蓋。導電結構140a-140f係分別朝外穿設封裝體150、擴散層160、波長轉換層170與保護層180，並暴露於全周光型發光單元100之最外部，以供外部電路提供發光晶片110、120、130所需之電力。
參照第2圖，其顯示本發明另一實施例之全周光型發光單元100’之剖面圖。在第2圖中，與第1圖所示之實施例相同或相似的元件將施予相同之標號，且其特徵將不再說明。在此實施例中，全周光型發光單元100之導電結構140a-f以導電結構190a-f所取代，其中每一導電結構190a-f皆包括一導線(例如：金線)與一連結導線之導電端子，其中導線係電性連結於發光晶片並受封裝體150所包覆，導電端子朝外穿過封裝體 150、擴散層160、波長轉換層170與保護層180，並暴露於全周光型發光單元100之最外部，以連結外部電路。
舉例而言，在此實施例中，導電結構190a包括導線191a及導電端子192a。導線191a係電性連結於發光晶片110之正電極111並受封裝體150所包覆，導電結構190a之導電端子192a係朝外穿過封裝體150、擴散層160、波長轉換層170與保護層180，並暴露於保護層180外部。相似地，導電結構190b包括導線191b及導電端子192b。導線191b係電性連結於發光晶片110之負電極112並受封裝體150所包覆，且導電結構190b之導電端子192b係朝外穿過封裝體150、擴散層160、波長轉換層170與保護層180，並暴露於保護層180外部。導電結構190c、190d、190e、190f亦以相似的方式連結發光晶片120、130，為簡化說明，導電結構190c、190d、190e、190f與發光晶片120、130的連結關係將不再說明。
由於導電結構190a-f之導電端子具有較導線強之剛性，在全周光型發光單元100’完成封裝後，全周光型發光單元100’可利用導電結構190a-f與外部電路進行電性連結，藉此加強使用全周光型發光單元100’之裝置之穩定性。
舉例而言，請參照第3圖，其顯示利用上述全周光型發光單元100’之發光裝置300之實施例之示意圖。發光裝置300包括複數個全周光型發光單元100’以及複數個電連接器310。在此實施例中，電連接器300包括複數個插槽311a-f，每一插槽311a-f分別對應於全周光型發光單元100’之導電端子192a-f，其中插槽311a與插槽311b電性連結，插槽311c與插槽 311d電性連結，且插槽311e與插槽311f電性連結。
當複數個全周光型發光單元100’欲進行電性串聯時，電連接器300係設置於每二個相鄰之全周光型發光單元100’之間，其中二個相鄰之全周光型發光單元100’其中之一者之導電端子192a、192c、192e係插設於插槽311a、311c、311e當中，並且二個相鄰之全周光型發光單元100’其中之另一者之導電端子192b、192d、192f係插設於插槽311b、311d、311f當中，藉此完成二個相鄰之全周光型發光單元100’之電性連結。在另一些實施例中，全周光型發光單元100’之導電端子192a-f係直接連結於一電源，而未與其他全周光型發光單元100’進行電性串連。
請參照第4A-4H圖，根據本發明之一實施例，封裝體150封裝發光晶片110、120、130與導電結構140a-140f(第1圖)或導電結構190a-190f(第2圖)之方式說明如下。由於在此實施例中，封裝體150封裝導電結構140a-140f之方式係相似於封裝體150封裝導電結構190a-190f之方式，為簡化說明，以下以封裝體150封裝導電結構190a-190f之方式進行說明。
首先，如第4A圖所示，發光晶片110、120、130與導電結構190a-190f係承載於一載具210之上，其中每一發光晶片110、120、130之正、負電極(未標示)係電性連結於導電結構190a-190f其中之一者。此時，如第4B圖所示般(導電結構190c-190f未圖示於第4B圖)，發光晶片110、120、130係藉由其下表面114、124、134固定於載具210之上，且導電結構190a、190b係藉由其下表面1922a、1922b固定於載具210之上。
接著，如第4C圖所示般(導電結構190c-190f未圖示於第4C圖)，提供一第一模具220，位於載具210上，其中第一模具220具有一第一模穴221包覆發光晶片110、120、130之上表面113、123、133以及導電結構190a、190b之導電端子192a、192b之上表面1921a、1921b於其內。並且，如第4D圖所示般(導電結構190c-190f未圖示於第4D圖)，注入第一封裝膠230於第一模穴221中，使發光晶片110、120、130以及導電結構190a、190b之導線191a、191b以及部分導電端子192a、192b受第一封裝膠230所封裝。
請參照第4E圖(導電結構190c-190f未圖示於第4E圖)，待注入第一封裝膠230之後，載具210自發光晶片110、120、130與導電結構190a、190b之導電端子192a、192b移除。此時，發光晶片110、120、130之下表面114、124、134係暴露於第一封裝膠230之外，且導電端子192a、192b之下表面1922a、1922b係暴露於第一封裝膠230之外。
接著，如第4F圖所示般(導電結構190c-190f未圖示於第4F圖)，提供一第二模具240於第一模具210上，其中第二模具240具有一第二模穴241包覆發光晶片110、120、130之下表面114、124、134以及導電結構190a、190b之導電端子192a、192b之下表面1922a、1922b於其內。並且，如第4G圖所示般(導電結構190c-190f未圖示於第4G圖)，注入第二封裝膠250於第二模穴241中，使發光晶片110、120、130以及導電結構190a、190b之導線191a、191b以及部分導電端子192a、192b受第二封裝膠250所封裝。
接著，烘烤第一封裝膠230與該第二封裝膠250使第一封裝膠230與該第二封裝膠250固化。待烘烤製程完成後，即移除第一模具220與第二模具240，以完成第一半球形封裝體230與第二半球形封裝體250，使第一半球形封裝體230與第二半球形封裝體250共同構成一球形封裝體，如第4H圖所示般。
值得注意的是，發光晶片110、120、130、導電結構190a、190b之導線191a、191b以及部分導電結構190a、190b之導電端子192a、192b係完全受該球形封裝體所封裝。並且，部分導電結構190a、190b之導電端子192a、192b係暴露於第一半球形封裝體230與第二半球形封裝體250之外，以連結外部電路。
本發明之全周光型發光單元包括一用於封裝發光晶片之球形封裝體，發光晶片之光線可藉由球形封裝體之整個外表面射出。是以，相較於傳統之發光二極體結構，本發明之全周光型發光單元擁有較佳之發光角度以及照明均勻性。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，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，因此本發明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者為準。
100’‧‧‧全周光型發光單元
110、120、130‧‧‧發光晶片
111‧‧‧正電極
112‧‧‧負電極
150‧‧‧封裝體
160‧‧‧擴散層
161‧‧‧光擴散粒子
170‧‧‧波長轉換層
171‧‧‧波長轉換物質
180‧‧‧保護層
190a、190b、190c、190d、190e、190f‧‧‧導電結構
191a、191b‧‧‧導線
192a、192b‧‧‧導電端子

Claims (19)

  1. 一種全周光型發光單元，包括：一發光晶片，具有一正電極及一負電極；一球形封裝體，包覆該發光晶片，且直接接觸該發光晶片的一上表面及一下表面；一擴散層，包覆於該球形封裝體之外表面；以及二個導電結構，分別電性連結於該發光晶片之正電極與負電極，其中該二個導電結構分別朝外穿設該封裝體與該擴散層，並部分暴露於該擴散層外部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，其中該二個導電結構分別包括一導線與一連結該導線之導電端子，其中該導線電性連結於該發光晶片，該導電端子朝外穿設該封裝體與該擴散層，且該導電端子之一部分係暴露於該擴散層外部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，其中該導電結構為一導線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，更包括一波長轉換層，包覆於該擴散層之外表面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之全周光型發光單元，更包括一保護層，包覆於該波長轉換層之外表面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之全周光型發光單元，其中該保護層之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之全周光型發光單元，其中該 保護層至少包括二個具有不同折射率之區域。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，其中該發光晶片為發光二極體晶片。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，其中該擴散層中更包含有光擴散粒子。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之全周光型發光單元，其中該球形封裝體之材質係選自由環氧樹脂、矽膠、壓克力樹脂所組成的群組。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之全周光型發光單元，其中該光擴散粒子係選自由二氧化矽與二氧化鈦所組成的群組。
  12. 一種發光裝置，包括：N個如申請專利範圍第1至11項任一項所述之全周光型發光單元，N為≧2的自然數；以及(N-1)個連接器，分別電連接於兩相鄰的該些發光單元之間。
  13. 一種全周光型發光單元的製作方法，包括：提供一具有一正電極與一負電極的發光晶片；於該發光晶片上形成二個導電結構，分別電性連結於該發光晶片之該正電極與該負電極；形成一第一半球形封裝體以封裝且直接接觸該發光晶片之上表面與部分該些導電結構之上表面；以及形成一第二半球形封裝體以封裝且直接接觸該發光晶片之下表面與部分該些導電結構之下表面，以與該第一半球形封裝體共同構成一球形封裝體。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之製作方法，更包括形成一擴散層包覆於該球形封裝體之外表面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之製作方法，更包括形成一波長轉換層包覆於該擴散層之外表面。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之製作方法，更包括形成一保護層包覆於該波長轉換層之外表面。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該形成第一半球形封裝體與第二半球形封裝體步驟包括：提供一載具承載該發光晶片；提供一第一模具，位於該載具上，其中該第一模具具有一第一模穴包覆該發光晶片之上表面與部分該些導電結構之上表面於其內；注入一第一封裝膠於該第一模穴中；移除該載具；提供一第二模具，其具有一第二模穴包覆該發光晶片下表面與部分該些導電結構於其內；注入一第二封裝膠於該第二模穴中；烘烤固化該第一封裝膠與該第二封裝膠；以及移除該第一模具與該第二模具完成該第一半球形封裝體與該第二半球形封裝體。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該導電結構是一導線。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該導電結構分別包括一導線與一連結該導線之導電端子。
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