TWI511338B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本揭露是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種具有發光二極體的發光裝置。

二極體發光裝置具有省電的優點，因此應用愈來愈廣泛。然而，二極體發光裝置會有黃暈問題，此會影響顯示品質或照明品質。因此，如何改善黃暈問題是本技術領域業者努力的重點之一。

本揭露係有關於一種發光裝置，可改善黃暈問題。

根據本揭露之一實施例，提出一種發光裝置。發光裝置包括一基板、一發光二極體及一透光包覆層。發光二極體設於基板上。透光包覆層包覆發光二極體，且具有一曲面輪廓並包括數個第一導光結構，第一導光結構形成於曲面輪廓上，各第一導光結構具有一頂點、一第一點及一第二點，第一點比第二點靠近發光二極體之一光軸，第一點與頂點之連線投影於與光軸垂直之一垂直方向係一第一距離，而第一點與第二點之連線投影於與所述垂直方向係一第二距離，第一距離與第二距離的比值介於0至0.5之間。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下 文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10、100、200、300、400、500、600‧‧‧發光裝置

110‧‧‧基板

110u‧‧‧上表面

120‧‧‧發光二極體

121‧‧‧發光二極體晶粒

121u‧‧‧發光面

122‧‧‧波長轉換層

130‧‧‧透光包覆層

131‧‧‧曲面輪廓

1311‧‧‧中間輪廓

1312‧‧‧邊緣輪廓

132、132’、132”‧‧‧第一導光結構

132s1‧‧‧第一出光面

132s2‧‧‧第二出光面

133‧‧‧第二導光結構

134‧‧‧墊高部

134s‧‧‧側面

A1‧‧‧小角度範圍

A2‧‧‧大角度範圍

A11’、A11”、A12’、A12”、A2’、A2”‧‧‧夾角

C1~C12‧‧‧曲線

d‧‧‧第一距離

D‧‧‧第二距離

h‧‧‧第三距離

L1、L11、L12‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

ST3、ST6、ST9、ST12、ST15‧‧‧發光強度

R1、R4、R7、R10、R13‧‧‧出光角度

T1‧‧‧頂點

P1‧‧‧第一點

P2‧‧‧第二點

S1‧‧‧光軸

S2‧‧‧垂直方向

第1A圖繪示依照本揭露一實施例之發光裝置的立體圖。

第1B圖繪示第1A圖中沿方向1B-1B’的剖視圖。

第2圖繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第3圖繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第4圖繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第5圖繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第6圖繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第7圖繪示無導光結構之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。

第8圖繪示第1B圖之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。

第9圖繪示第3圖之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。

第10圖繪示第4圖之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。

第11圖繪示第5圖之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。

第1A圖繪示依照本揭露一實施例之發光裝置的立體圖，第 1B圖繪示第1A圖中沿方向1B-1B’的剖視圖。發光裝置100包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。

發光二極體120設於基板110的上表面110u上。發光二極體120包括發光二極體晶粒121及波長轉換層122，波長轉換層122覆蓋發光二極體晶粒121的發光面121u。發光二極體晶粒121發射出一具有第一波長的光線，其在經過波長轉換層122後，部分的第一波長的光線被轉換成一具有第二波長的光線。本實施例中，發光二極體晶粒121係藍光發光二極體晶粒，而波長轉換層122係黃色波長轉換層，如此使發光二極體晶粒121發射出的部分藍光在經過波長轉換層122後，被轉換成黃光，其中黃光和另一部份的藍光混光後產生白光。

透光包覆層130可採用射出成形技術或其它合適製程所形成之一體成形的包覆體。透光包覆層130的材料例如是玻璃、塑膠或其它合適的透光材料。

透光包覆層130形成於基板110之上表面110u上，並包覆發光二極體120。透光包覆層130具有一曲面輪廓131且包括數個第一導光結構132。第一導光結構132形成於曲面輪廓131上，即，第一導光結構132順應曲面輪廓131的外形排列。例如，曲面輪廓131例如是弧形，則第一導光結構132順應曲面輪廓131的外形排列排列成弧形。另一實施例中，曲面輪廓131可以是圓形輪廓或橢圓形輪廓。此外，曲面輪廓131可以是全曲面輪廓，亦可同時包括部分平面及部分曲面輪廓。

各第一導光結構132具有頂點T1、第一點P1及第 二點P2，其中第一點P1比第二點P2靠近發光二極體120之光軸S1。第一點P1與頂點T1之連線投影於與光軸S1垂直之垂直方向S2係第一距離d，而第一點P1與第二點P2之連線投影於垂直方向S2係第二距離D。第一距離d與第二距離D的比值(d/D)介於0至0.5(包含端點0及0.5)之間，使從小角度範圍A1出光的第一光線L1擴光，而從大角度範圍A2出光的第二光線L2聚光；如此一來，更多第一光線L1與更多第二光線L2可混光成一預設光色，同時改善黃暈現象。此外，小角度範圍A1介於-30度至+30度之間(對稱於光軸S1)之間，而大角度範圍A2係小角度範圍A1以外的角度。然而，藉由設計第一距離d與第二距離D的比值可改變小角度範圍A1及大角度範圍A2的值。

本文所謂的擴光指的是從透光包覆層130出光後，出光光線與光軸S1的夾角取絕對值相較於出光前光線與光軸S1夾角來說變大。以第一光線L11來說，第一光線L11從透光包覆層130出光前與光軸S1的夾角A11’約-5度，而從透光包覆層130出光後與光軸S1的夾角A11”約+15度，取絕對值後的夾角A11”大於取絕對值後的夾角A11’，因此第一光線L11從透光包覆層130出光後屬於擴光型態。以第一光線L12來說，第一光線L12從透光包覆層130出光前與光軸S1的夾角A12’約0度(平行)，從透光包覆層130出光後與光軸S1的夾角A12”約-10度，取絕對值後的夾角A12”大於取絕對值後的夾角A12’，因此第一光線L12從透光包覆層130出光後屬於擴光型態。

本文所謂的聚光指的是從透光包覆層130出光後， 出光光線與光軸S1的夾角取絕對值相較於出光前光線與光軸S1夾角來說變小。以第二光線L2來說，第二光線L2從透光包覆層130出光前與光軸S1的夾角A2’約-40度，從透光包覆層130出光後與光軸S1的夾角A2”約+5度，取絕對值後的夾角A2”小於取絕對值後的夾角A2’，因此第二光線L2從透光包覆層130出光後屬於聚光型態。

頂點T1與第一點P1之連線投影於光軸S1方向係一第三距離h，第三距離h與第二距離D的比值(h/D)大於0；也就是說，頂點T1必高於第一點P1，如此可使從小角度範圍A1出光的第一光線L1擴光，且可使從大角度範圍A2出光的第二光線L2聚光。如此一來，可使更多第一光線L1與更多第二光線L2混光成一預設光色，同時改善黃暈現象。此外，在一實施例中，第三距離h與第二距離D的比值大於0且小於或等於2，可使模仁易於加工且成形品易於脫膜。

相較於第一光線L1，第二光線L2從發光二極體晶粒121之發光面121u經波長轉換層122後出光的光路徑較長，因此第二光線L2在通過第一導光結構132前，其波長強度相異於第一光線L1。舉例說明，在通過第一導光結構132前，第一光線L1的藍光強度多於黃光強度，而第二光線L2的黃光強度多於藍光強度。由於本揭露實施例之第一導光結構132的設計，可使更多波長及光強度相異的第一光線L1與第二光線L2從第一導光結構132出光後混光，如此一來，藍光(第一光線L1)與黃光(第二 光線L2)的比例接近而混合成一接近理想白光。在一實施例中，可藉由設計小角度範圍A1及大角度範圍A2的數值，調整第一光線L1與第二光線L2的混光比例，以獲得一預期色光。

本實施例中，透光包覆層130之曲面輪廓131定義透光包覆層130的整個外輪廓，第一導光結構132形成於整個曲面輪廓上。透光包覆層130之整個外輪廓從發光裝置100露出，其並未有被其它元件(如反射杯)覆蓋的部分，然亦非用以限制本揭露實施例。在此設計下，所有第一導光結構132的出光面(第一出光面132s1及第二出光面132s2)定義透光包覆層130的整個出光面，使發光二極體120的發射光線必須經過透光包覆層130之第一導光結構132出光，然本揭露實施例不限於此。

如第1A圖所示，各第一導光結構132係封閉環形導光條，其環繞光軸S1。如第1B圖所示，光軸S1通過其中一個位於幾何中心之第一導光結構132之第一點P1。另一實施例(未繪示)中，光軸S1通過其中一個位於幾何中心之第一導光結構132之頂點T1，在此實施例的設計下，位於幾何中心的所述第一導光結構132係一錐體，而其它第一導光結構132係封閉環形導光條。

如第1B圖所示，二相鄰之導光結構係彼此直接連接。具體而言，各第一導光結構132具有第一出光面132s1及第二出光面132s2，其中第一出光面132s1比第二出光面132s2更靠近光軸S1。同一第一導光結構132之第一出光面132s1與第二出光面132s2的相交處形成頂點T1(或交線)。第一導光結構132之 第一出光面132s1與鄰近之第一導光結構132’之第二出光面132s2的相交處形成第一點P1(或交線)，其中第一導光結構132’比第一導光結構132更靠近光軸S1。第一導光結構132之第二出光面132s2與鄰近之第一導光結構132”之第一出光面132s1的相交處形成第二點P2(或交線)，其中第一導光結構132比第一導光結構132”更靠近光軸S1。另一實施例中，二相鄰之導光結構可不連接。在此實施例的設計下，第一導光結構132的第一點P1(或第二點P2)與相鄰之第一導光結構132的第二點P2(或第一點P1)不共點(或不共線)。

此外，第一導光結構132的剖面形狀是三角形、矩形。上述第一出光面132s1及第二出光面132s2可以是平面、弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面。本實施例中，第一導光結構132的剖面形狀係三角形，且第一導光結構132的第一出光面132s1及第二出光面132s2係平面。

在上述的實施例中，各第一導光結構132的第一距離d與第二距離D的比值係相同，然本揭露的實施例不限於此，以下舉例說明。

請參照第2圖，其繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置200包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。

透光包覆層130包括曲面輪廓131及數個第一導光結構132。與第1B圖之發光裝置100不同的是，本實施例中的各個第一導光結 構132之第一距離d與第二距離D的比值係相異，例如是不規則的變化、往遠離光軸S1的方向其比值係漸小變化或漸大變化。本實施例中，第一導光結構132之第一距離d與第二距離D的比值往遠離光軸S1的方向係漸小。具體來說，第一導光結構132”比第一導光結構132遠離光軸S1，而第一導光結構132”之第一距離d”與第二距離D”的比值(d‘’/D”)小於第一導光結構132之第一距離d與第二距離D的比值。

當位於小角度範圍A1內的第一導光結構132之第一距離d與第二距離D的比值愈大，則有良好的擴光效果；當位於大角度範圍A2內的第一導光結構132之第一距離d與第二距離D的比值愈小，則有良好的聚光效果。因此，本實施例採用第一距離d與第二距離D2的比值漸變的設計，使從小角度範圍A1出光的第一光線L1擴光，而從大角度範圍A2出光的第二光線L2聚光；如此一來，使更多第一光線L1與更多第二光線L2可混光成一預設光色，同時改善黃暈現象。

請參照第3圖，其繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置300包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。

透光包覆層130具有一曲面輪廓131。曲面輪廓131包括中間輪廓1311及邊緣輪廓1312，光軸S1通過中間輪廓1311，邊緣輪廓1312環繞中間輪廓1311。中間輪廓1311例如是平面、弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面，而邊緣輪廓1312例如是平面、弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面。本實施例之中間輪廓1311及邊緣 輪廓1312係以圓球面為例說明。

本實施例中，第一導光結構132不形成於中間輪廓1311上。然由於第一導光結構132仍形成於邊緣輪廓1312上，使發光二極體120所發射的光線從大角度範圍A2出光的第二光線L2聚光。如此一來，第二光線L2仍可與從中間輪廓1311出光的第一光線L1混光，使混光後之第一光線L1與第二光線L2接近一預設光色，同時改善黃暈現象。

請參照第4圖，其繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置400包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。

透光包覆層130具有一曲面輪廓131。曲面輪廓131包括中間輪廓1311及邊緣輪廓1312。本實施例中，中間輪廓1311係平面，而邊緣輪廓1312例如是平面、弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面。另一實施例中，中間輪廓1311可以是平面，然亦可為弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面。

本實施例中，透光包覆層130更包括數個第二導光結構133，其形成於中間輪廓1311上。第二導光結構133的剖面形狀與第一導光結構132的剖面形狀相異。例如，第二導光結構133的剖面形狀係圓形的至少一部分，而第一導光結構132的剖面形狀係三角形的至少一部分。

請參照第5圖，其繪示依照本揭露另一實施例之發 光裝置的剖視圖。發光裝置500包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。相較於第3圖之發光裝置300及第4圖之發光裝置400，本實施例之發光裝置500係第4圖之第二導光結構133設於第3圖之中間輪廓1311上。

請參照第6圖，其繪示依照本揭露另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置600包括基板110、發光二極體120及透光包覆層130。透光包覆層130更包括一墊高部134，其覆蓋基板110並包覆發光二極體120。墊高部134可增高基板110至第一導光結構132的高度，使小角度範圍A1增加。墊高部134例如是圓柱或矩形柱。墊高部134具有一側面134s，側面134s可以是平面、弧面、圓球面、圓柱面、橢圓球面、橢圓柱面或其它幾何型態的表面。

請參照第7圖，其繪示無導光結構之發光裝置的出光角度與發光強度的關係圖。以發光二極體晶粒的尺寸約為1.524毫米×1.524毫米×0.2毫米、波長轉換層的厚度約為0.1毫米、曲面輪廓為一半球體，其曲率半徑約為2毫米為例，可獲得第7圖的曲線，其中，曲線C1代表發光裝置的全出光角度與發光強度的曲線，曲線C2代表發光裝置從小角度範圍出光光線與發光強度的曲線，曲線C3代表發光裝置從大角度範圍出光光線與發光強度的曲線。

請參照第8圖，其繪示第1B圖之發光裝置100的出光角度與發光強度的關係圖。與第7圖在相同參數條件下，設置本揭露中的第一導光結構，且第二距離D約為100微米、第一 距離d約為50微米及第三距離h約為40微米為例，可獲得第8圖的曲線，其中，曲線C4代表第1B圖之發光裝置的全出光角度與發光強度的曲線，曲線C5代表第1B圖之發光裝置的第一光線L1的出光角度與發光強度的的曲線，而曲線C6代表第1B圖之發光裝置的第二光線L2的出光角度與發光強度的曲線。

比較第7圖及第8圖，第8圖實施例之發光裝置100的出光角度R4(曲線C4)小於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的出光角度R1(曲線C1)。可知，由於第一導光結構132的設計，使發光裝置100成為一聚光型發光裝置。此外，由於第8圖實施例之第一導光結構132的設計，使從透光包覆體130出光的第二光線L2聚光，因此發光裝置100的第二光線L2在接近光軸區域的光強度ST6高於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的第二光線在接近光軸區域的發光強度ST3。此外，由於第8圖實施例之第一導光結構132的設計，使第一光線L1擴光，因此發光裝置100之第一光線L1的出光範圍R5(曲線C5)大於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的出光範圍R2(曲線C2)。據此，可知在第8圖實施例中，藉由第一導光結構132的設置，可使發光裝置整體出光匯聚，光軸附近區域來自大角度範圍A2的光強度增加，而來自小角度範圍A1的出光範圍增加。

請參照第9圖，其繪示第3圖之發光裝置300的出光角度與發光強度的關係圖。曲線C7代表第3圖之發光裝置的全出光角度與發光強度的曲線，曲線C8代表第3圖之發光裝置 的第一光線L1的出光角度與發光強度的的曲線，而曲線C9代表第3圖之發光裝置的第二光線L2的出光角度與發光強度的曲線。

比較第7圖及第9圖，第9圖實施例之發光裝置300的出光角度R7(曲線C7)小於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的出光角度R1(曲線C1)。可知，由於第一導光結構132的設計，使發光裝置300成為一聚光型發光裝置。此外，由於第9圖實施例之第一導光結構132的設計，使從透光包覆體130出光的第二光線L2聚光，因此發光裝置300的第二光線L2在接近光軸區域的光強度ST9高於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的第二光線在接近光軸區域的發光強度ST3。

請參照第10圖，其繪示第4圖之發光裝置400的出光角度與發光強度的關係圖。曲線C10代表第4圖之發光裝置400的全出光角度與發光強度的曲線，曲線C11代表第4圖之發光裝置400的第一光線L1的出光角度與發光強度的的曲線，而曲線C11代表第4圖之發光裝置400的第二光線L2的出光角度與發光強度的曲線。

比較第7圖及第10圖所示，第10圖實施例之發光裝置400的出光角度R10(曲線C10)小於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的出光角度R1(曲線C1)。可知，由於第一導光結構132的設計，使發光裝置400成為一聚光型發光裝置。此外，由於第10圖實施例之第一導光結構132的設計，使從透光包覆體130出光的第二光線L2聚光，因此發光裝置400的第二光線 L2在接近光軸區域的光強度ST12高於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的第二光線在接近光軸區域的發光強度ST3。此外，由於第10圖實施例之第二導光結構133的設計，使第一光線L1進一步擴光，因此發光裝置400之第一光線L1的出光範圍R11(曲線C11)大於第7圖中無導光結構之發光裝置的出光範圍R2(曲線C2)。

請參照第11圖，其繪示第5圖之發光裝置500的出光角度與發光強度的關係圖。曲線C13代表第5圖之發光裝置500的全出光角度與發光強度的曲線，曲線C14代表第5圖之發光裝置500的第一光線L1的出光角度與發光強度的的曲線，而曲線C15代表第5圖之發光裝置500的第二光線L2的出光角度與發光強度的曲線。

比較第7圖及第11圖所示，第11圖實施例之發光裝置500的出光角度R13(曲線C13)小於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的出光角度R1(曲線C1)。可知，由於第一導光結構132的設計，使發光裝置500成為一聚光型發光裝置。此外，由於第11圖實施例之第一導光結構132的設計，使從透光包覆體130出光的第二光線L2聚光，因此發光裝置500的第二光線L2在接近光軸區域的光強度ST15高於第7圖中無第一導光結構之發光裝置的第二光線在接近光軸區域的發光強度ST3。此外，由於第11圖實施例之第二導光結構133的設計，使第一光線L1進一步擴光，因此發光裝置500之第一光線L1的出光範圍R14(曲 線C14)大於第7圖中無導光結構之發光裝置的出光範圍R2(曲線C2)。

第6圖之發光裝置600具有與發光裝置100類似的光學效果。更甚者，由於墊高部134的設計，使小角度範圍A1增加(相較於發光裝置100而言)，如此使聚光效果更為明顯。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光裝置

110‧‧‧基板

110u‧‧‧上表面

120‧‧‧發光二極體

121‧‧‧發光二極體晶粒

121u‧‧‧發光面

122‧‧‧波長轉換層

130‧‧‧透光包覆層

131‧‧‧曲面輪廓

132、132’、132”‧‧‧第一導光結構

132s1‧‧‧第一出光面

132s2‧‧‧第二出光面

A1‧‧‧小角度範圍

A2‧‧‧大角度範圍

A11’、A11”、A12’、A12”、A2’、A2”‧‧‧夾角

d‧‧‧第一距離

D‧‧‧第二距離

L1、L11、L12‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

T1‧‧‧頂點

P1‧‧‧第一點

P2‧‧‧第二點

S1‧‧‧光軸

S2‧‧‧垂直方向

h‧‧‧第三距離

Claims (13)

1. 一種發光裝置，包括：一基板；一發光二極體，設於該基板上；以及一透光包覆層，包覆該發光二極體，該透光包覆層具有一曲面輪廓且包括複數個第一導光結構，該些第一導光結構形成於該曲面輪廓上，各該第一導光結構具有一頂點、一第一點及一第二點，該第一點比該第二點靠近該發光二極體之一光軸，該第一點與該頂點之連線投影於與光軸垂直的一垂直方向係一第一距離，而該第一點與該第二點之連線投影於該垂直方向係一第二距離，該第一距離與該第二距離的比值介於0至0.5之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該頂點與該第一點之連線投影於該光軸方向係一第三距離，該第三距離與第二距離的比值大於0且小於或等於2。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透光包覆層之該曲面輪廓定義該透光包覆層之整個外輪廓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該整個外輪廓係露出於該發光裝置外。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該曲面輪廓具有一中間輪廓及一邊緣輪廓，該光軸通過該中間輪廓，且該邊緣輪廓環繞該中間輪廓，該些第一導光結構形成於該邊緣輪廓上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該中間輪廓係平面或弧面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該透光包覆層更包括複數個第二導光結構，形成於該中間輪廓上，各該第二導光結構的剖面形狀與各該第一導光結構的剖面形狀相異。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該些第一導光結構中至少一者係封閉環形導光條。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中相鄰的該些第一導光結構係彼此直接連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透光包覆層包括一墊高部，該墊高部增高該基板至該些第一導光結構的高度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中各該第一導光結構的該第一距離與該第二距離的比值係相同。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中各該第一導光結構的該第一距離與該第二距離的比值係相異。
13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中該第一導光結構之該第一距離與該第二距離的比值往遠離該光軸的方向漸小。