TWI558944B - 發光裝置組件及包括該發光裝置組件之前照燈 - Google Patents

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李洙煥
朴熙錫
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Description

發光裝置組件及包括該發光裝置組件之前照燈 相關申請案之交互參照
本申請案主張在2011年5片18日向韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2011-0046845號的權益，其揭示內容併入本文作為參考資料。
本發明係有關於發光裝置組件及包括該發光裝置組件之前照燈，且更特別的是，有關於可得到高對比同時減少LED發出光線之損失的發光裝置組件及包括該發光裝置組件之前照燈。
一般而言，車輛可納入燈系統，例如前照燈與尾燈，以在夜間行駛時辨識行進方向中的物件以及通知其他車輛或其他道路使用者關於該車輛的行駛狀態。前照燈可稱為頭燈(headlight)，以及表示照明車輛行駛路徑的照明燈。晝行燈(DRL)可為在白天增強車輛之感知的燈以減少發生意外的風險。
現有車用燈大體有用光源(例如，鹵素燈、高壓放電燈(HID)，及其類似者)製成的前照燈。在此，頭燈的發光圖形(emitting pattern)有規定，以及頭燈的光學設計或物理遮蔽式截止係用來符合該規定。
發光裝置(LED)可對應至用外加電流產生光的半導體元件。LED在以下方面優於其他光源：低耗電量、半永久性使用壽命、快速反應時間、高度光轉換效率、穩定性、 環保及其類似者。因此，最近已開發出利用LED作為車燈之光源的前照燈。不過，車用LED前照燈仍處於開發的第一階段，而且進展緩慢。
習知LED前照燈的集光結構可包含LED光源、可控制LED前照燈光之方向的反射鏡、可保護LED光源的透鏡、以及能夠擋掉由反方向照向車輛之光線以及防止反方向之眩光影響車輛的物理遮蔽。
如上所述，當遮光板(cutoff shield)用來符合車輛前照燈之發光圖形的規定時，光強度可能減少。因此，已有人在加速開發排除遮光板的LED前照燈。
在排除遮光板的結構中，由光源射出的光線可能分散，這樣一來，可能難以得到想要的對比。特別是，為了得到高對比，可能擋掉由LED晶片產生以及分散至LED晶片側面的光線。在此，光萃取效率可能為LED光源的基本要素。因此，LED光源的對比與光萃取效率可能處於抵換關係。
因此，亟須一種適於增強LED光源之對比同時防止光萃取效率降低的結構。
根據本發明之一態樣，提供一種發光裝置組件與一種包含該發光裝置組件的前照燈，其係可得到高對比同時減少LED放射光線的損失。
根據本發明之另一態樣，提供一種發光裝置組件，其係包含：基板；至少一LED晶片，安裝在該基板上；第一 反射層，形成於該至少一LED晶片之側表面上；光學層，形成於該至少一LED晶片上；磷光層，形成於該光學層上；以及第二反射層，形成於該光學層及該磷光層之側表面上。
該光學層可用透明材料形成。
該光學層可用矽形成。
該光學層可包含散射粒子。
該散射粒子可對應二氧化矽(SiO2)。
該光學層的上表面可圖案化。
該第一反射層及該第二反射層可用相同的材料形成。
該第一反射層及該第二反射層可包含選自下述組成之群之材料：二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氮化鋁(AlN)及二氧化矽(SiO2)。
該光學層及該磷光層可以薄膜形式形成且安裝在該至少一LED晶片上。
根據本發明之又一態樣，提供一種發光裝置組件，其係包含：基板；至少一LED晶片，安裝在該基板上；第一反射層，形成於該至少一LED晶片之側表面上；磷光層，形成於該至少一LED晶片上且包含散射粒子的；以及第二反射層，形成於該磷光層之側表面上。
該散射粒子可對應SiO2。
該磷光層的上表面可圖案化。
該第一反射層及該第二反射層可包含選自下述組成之群之材料：TiO2、ZrO2、Nb2O5、Al2O3、MgF2、AlN及SiO2。
該磷光層可以薄膜形式形成且安裝在該至少一LED晶片上。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於車輛的前照燈，其係包含上述發光裝置組件中之一者；反射件，反射在該車輛前端之該發光裝置組件所產生之光線；以及透鏡，投射該反射件所反射之光線並發射到在該車輛前方之區域。
此時請參考圖示於附圖之本發明具體實施例的細節，圖中類似的元件用相同的元件符號表示。以下用附圖描述數個示範具體實施例以解釋本發明。
在本專利說明書中，在描述形成每一基板、層、元件及其類似者於基板、層、元件及其類似者“上”或“下”時，術語“上”可包含“直接在其上”與“間接在介於其間之另一元件上”，以及術語“下”可包含“直接在其下”與“間接在介於其間之另一元件下”。每個元件之“上”或“下”的標準可取決於對應圖式。
為求便於描述，附圖可能誇大元件的尺寸，而不是表示真正的尺寸。
以下，根據具體實施例，用附圖描述發光裝置組件與包含該發光裝置組件的前照燈。
第1圖根據本發明之一具體實施例圖示發光裝置組件的透視圖。第2圖為沿著第1圖之直線I-I’繪出的橫截面圖。
請參考第1圖及第2圖，根據具體實施例之一態樣的發光裝置組件100可包含基板110、安裝在基板110上的至少一LED晶片120、形成於該至少一LED晶片120之側表面上的第一反射層130、形成於該至少一LED晶片120上的光學層140、形成於該光學層140上的磷光層150、以及形成於光學層140及磷光層150之側表面上的第二反射層160。
基板110可用金屬、矽或陶瓷製成。在此，基板110可對應用玻璃或藍寶石製成的絕緣基板，以及對應用矽(Si)、碳化矽(SiC)或氧化鋅(ZnO)製成的導電基板。亦即，基板110可用有優異熱輻射特性的材料製成。電極(未圖示)可形成於基板110上，以及該電極可包含電子電路。在此，電力可通過該電子電路供給至該至少一LED晶片120。
用作光源的該至少一LED晶片120可裝在基板110上。
以下簡述該至少一LED晶片120。該至少一LED晶片120可包含第一導電半導體層，主動層，第二導電半導體層，以及電極。在此，該第一導電半導體層可經n型摻雜。亦即，電子可通過該第一導電半導體層移到該主動層。
該主動層可形成於該第一導電半導體層上。例如，該主動層可形成於有量子阻障層與量子井層交替形成於其中使得電子與電洞可再結合而發光的層疊結構中。在這種情況下，該主動層的組合物可隨著所欲發射波長而改變。
該第二導電半導體層可形成於該主動層上。在此，該第二導電半導體層可經摻雜。亦即，電洞可通過該第二導 電半導體層移到該主動層。
透明電極可形成於該第二導電半導體層上。例如，該透明電極可形成於透明金屬層上，例如鎳(Ni)/金(Au)，或形成為包含導電氧化物，例如銦錫氧化物(ITO)。在此，p型電極可形成於該透明電極上，以及n型電極可形成於該第一導電半導體層上。在這種情況下，該p型電極與該n型電極可包含不同的導電材料，例如鈦(Ti)/鋁(Al)，及其類似者。
通過該p型電極可提供電洞，以及通過該n型電極可提供電子。經提供之電洞及電子可在該主動層中結合以產生光能。該至少一LED晶片120可對應紫外線LED或藍光LED，這取決於放射光的所欲波長。
第一反射層130可形成於該至少一LED晶片120的側表面上。第一反射層130可形成於該至少一LED晶片120之間。在存在多個LED晶片120時，可形成第一反射層130以改善產生於LED晶片間之空間的暗區(dark region)。第一反射層130可填入在該至少一LED晶片120之間的空間，從而改善會使亮度劣化(相較於該至少一LED晶片120的每個部份)的暗區。
第一反射層130可反射由該至少一LED晶片120之一側射出的光線以輸送至光學層140。
光學層140可形成於該至少一LED晶片120上。光學層140可形成於第一反射層130上，第一反射層130形成於LED晶片之間(在有多個LED晶片120時)。在這種情況 下，光學層140可形成於多個LED晶片120的整個表面上，而不是分別形成於該等多個LED晶片120上。因此，在該至少一LED晶片120上產生的光線以及在該至少一LED晶片120之一側產生以及由第一反射層130輸送的光線可通過光學層140輸送至磷光層150。
光學層140可作用成將該至少一LED晶片120所產生之光線輸送至磷光層150的導光板。用透明材料形成的光學層140可配置於該至少一LED晶片120與磷光層150之間以防該至少一LED晶片120與磷光層150直接接觸，從而減少光損失。
光學層140可用透明材料形成。例如，光學層140可用矽形成。在此，光學層140可用透光率至少90%的矽樹脂形成。例如，光學層140可用由以下各物組成之群選出的至少一材料形成：透明矽樹脂組合物、環氧樹脂、改質環氧樹脂組合物，以及不受限於此。光學層140可用透明材料形成，例如玻璃或塑膠合成樹脂的絕緣組合物。
在根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件中，光學層140可包含散射粒子，以及該散射粒子可對應二氧化矽(SiO2)。當該散射粒子包含於光學層140中時，可散射輸送自該至少一LED晶片120的光線，從而增強光萃取效率。光學層140的上表面可經圖案化。當光學層140的上表面經圖案化成具有微米級不規律(micro-irregularities)時，可減少光學層140的損失量，從而增強光萃取效率。
磷光層150可形成於光學層140上。在此，通過光學層140可輸送由該至少一LED晶片120射出的光線以及通過磷光層150射到外部環境。
磷光層150可散射及轉換由該至少一LED晶片120射出之光線的顏色。例如，由該至少一LED晶片120射出的藍光通過磷光層150可轉換成黃光、綠光或紅光，以及白光可射到外部環境。
磷光層150可包含可將藍光轉換成黃光、綠光或紅光的螢光材料。在這種情況下，磷光層150可包含主體材料(host material)與活性材料，以及例如，包含用釔鋁石榴石(YAG)主體材料中之銫(Ce)激活的材料。由包含於矽酸鹽系(silicate-based)主體材料中之銪(Eu)激活的材料可用於磷光層150，而且不受限於此。
磷光層150可形成為具有細薄及均勻的厚度。亦即，螢光粒子可均勻地分布於磷光層150中。因此，可均勻地轉換磷光層150透射光的顏色。
第3A圖及第3B圖根據本發明另一具體實施例圖示在發光裝置組件中呈薄膜狀的光學層140及磷光層150。第3A圖圖示獨立製作成薄膜狀的光學層140與磷光層150，以及第3B圖圖示以薄膜狀製作成一體的光學層140與磷光層150。
在根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件中，光學層140與磷光層150可以薄膜形式形成以堆疊於第2圖的至少一LED晶片120上。請參考第3A圖，光學層 140與磷光層150可獨立製作成薄膜狀以隨後堆疊於該至少一LED晶片120上。請參考第3B圖，光學層140與磷光層150可用單一操作以薄膜狀製作成為一體以堆疊於該至少一LED晶片120上。因此，藉由初始製作薄膜狀的光學層140與磷光層150，可簡化製程。
光學層140與磷光層150的形成可藉由塗佈液體材料於該至少一LED晶片120與第2圖的第一反射層130上以及用熱固化或紫外線(UV)固化。
請參考第2圖，第二反射層160可形成於光學層140及磷光層150的側表面上以改善全光通量(total luminous flux)以及在光源部份的邊界得到對比。亦即，當存在多個該至少一LED晶片120時，若第一反射層130只形成於LED晶片之間，第二反射層160可形成於該至少一LED晶片120在最靠外位置(outermost position)處的側表面上。第一反射層130或第二反射層160可形成於該至少一LED晶片120在最靠外位置處的側表面上。
藉由形成反射層於該至少一LED晶片120、光學層140及磷光層150的側表面上，可得到具有高對比的光源。在根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件中，第一反射層130與第二反射層160可用相同的材料形成。第一反射層130與第二反射層160可用包含以下各物中之一者的氧化物形成：對應光反射材料的鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鋁(Al)及矽(Si)，或用由氮化鋁(AlN)及氟化鎂(MgF2)選出的材料形成。例如，第一反射層130與第二反射層160 可用選自下述組成之群之材料形成：二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氮化鋁(AlN)、以及SiO2。
在根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件中，利用可防止光線通過磷光層150以外之部份放射到外部環境的第二反射層160，可增強對比。由於可省略用以增強對比的獨立遮蔽結構，可最小化光損失以及改善光萃取效率。
儘管該等組態不同於前述發光裝置組件，但是為求便於描述，與上文在說明第1圖及第2圖時提及之結構類似或相同者，為求簡潔而省略其描述，或按需要提供說明。
第4圖根據本發明又一具體實施例圖示發光裝置組件200的透視圖。第5圖為沿著第4圖之直線II-II’繪出的橫截面圖。
請參考第4圖及第5圖，根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件200可包含基板110、安裝在基板110上的至少一LED晶片120、形成於該至少一LED晶片120之側表面上的第一反射層130、形成於該至少一LED晶片120上及包含散射粒子的磷光層150、以及形成於磷光層150之側表面上的第二反射層160。
磷光層150可直接形成於該至少一LED晶片120上以及包含該散射粒子。當磷光層150接觸該至少一LED晶片120時，可能由於發光裝置組件200有相對大量的光損失而降低光萃取效率。然而，根據本發明，該散射粒子可包 含於磷光層150中，因此，可防止低光萃取效率。
包含於磷光層150中的散射粒子可對應SiO2。當該散射粒子可包含於磷光層150中時，可散射輸送自該至少一LED晶片120的光線，從而增強光萃取效率。在根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件200中，磷光層150的上表面可經圖案化。在這種情況下，當磷光層150的上表面經圖案化成有微米級不規律時，可減少發光裝置組件200的光線損失量，從而增強光萃取效率。
如上所述，第一反射層130與第二反射層160可用對應光反射材料的氧化物形成，其係包含Ti、Zr、Nb、Al及Si之一者，或用由AlN及MgF2選出的材料形成。例如，第一反射層130與第二反射層160可使用選自下述組成之群的材料形成：TiO2、ZrO2、Nb2O5、Al2O3、MgF2、AlN及SiO2。
包含該散射粒子的磷光層150可製作成薄膜狀以堆疊於該至少一LED晶片120上。因此，藉由初始製作薄膜狀的磷光層150然後堆疊磷光層150於該至少一LED晶片120上，可簡化製程。
第6圖根據本發明更一具體實施例大略圖示車用前照燈的橫截面圖。
根據本發明具體實施例之一態樣，有發光裝置組件的前照燈可包含上述發光裝置組件100、反射鏡310及透鏡320。
反射鏡310可併入前照燈以反射由在車輛前端之發光裝置組件100產生的光線，以及形成預定的形狀以反射光 線到在車輛前方的區域。可以各種結構、形式及形狀，例如拋物線形狀、直線型、及光學反射鏡結構，提供反射鏡310。
透鏡320可投射反射鏡310所反射的光線以及射到在車輛前方的區域。在此，透鏡320可對應非球面透鏡，以及不受限於此。
因此，根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件可改善產生於至少一LED晶片之間的暗區，可減少光線損失，以及可得到相對高的對比。根據本發明之一具體實施例的發光裝置組件可省略遮蔽結構，因此，車用前照燈可用相對簡單的結構製成。
在有多個該至少一LED晶片120時，根據本發明之一具體實施例的發光裝置組件利用在LED晶片之間的第一反射層可改善產生於LED晶片之間的暗區。利用在LED晶片、磷光層之間的透明光學層或包含散射粒子的光學層，可避免LED晶片與磷光層直接接觸，從而防止低光萃取效率。此外，利用在LED晶片、光學層及磷光層之側表面上的第二反射層，可得到相對高的對比。
根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件可通過反射層來增強對比同時藉由包含於磷光層的散射粒子來提高光萃取效率。
因此，在有多個該至少一LED晶片120時，根據本發明具體實施例之一態樣的發光裝置組件可改善產生於LED晶片之間的暗區，減少光線損失，以及得到相對高的對比。
儘管已圖示及描述本發明的一些示範具體實施例，然而本發明不受限於該等示範具體實施例。反而，熟諳此藝者應瞭解仍可改變該等示範具體實施例而不脫離本發明的原理及精神，本發明的範疇係由申請專利範圍及其等價陳述定義。
100‧‧‧發光裝置組件
110‧‧‧基板
120‧‧‧LED晶片
130‧‧‧第一反射層
140‧‧‧光學層
150‧‧‧磷光層
160‧‧‧第二反射層
200‧‧‧發光裝置組件
310‧‧‧反射件
320‧‧‧透鏡
由以下示範具體實施例結合附圖的說明可更加明白本發明以上及/或其他的方面、特徵及優點。
第1圖根據本發明之一具體實施例圖示發光裝置組件的透視圖；第2圖為第1圖之沿著直線I-I’繪出的橫截面圖；第3A圖及第3B圖根據本發明另一具體實施例圖示在發光裝置組件中呈薄膜狀的光學層及磷光層；第4圖根據本發明又一具體實施例圖示發光裝置組件的透視圖；第5圖為沿著第4圖之直線II-II’繪出的橫截面圖；以及第6圖的橫截面圖根據本發明更一具體實施例大略圖示用於車輛的前照燈。
100‧‧‧發光裝置組件
110‧‧‧基板
150‧‧‧磷光層
160‧‧‧第二反射層

Claims (15)

  1. 一種發光裝置組件，其係包含：基板；多數個LED晶片，安裝在該基板上；第一反射層，形成於該多數個LED晶片之側表面上；光學層，形成於該多數個LED晶片上；磷光層，形成於該光學層上；以及第二反射層，形成於該光學層及該磷光層之側表面上，其中該第一反射層位於該多數個LED晶片之間並填入其間的空間，以及至少一LED晶片的一整個第一側表面與該第一反射層直接物理性接觸，且該至少一LED晶片的一整個第二側表面與該第二反射層直接物理性接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置組件，其中該光學層用一透明材料形成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置組件，其中該光學層用矽形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置組件，其中該光學層包含散射粒子。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置組件，其中該散射粒子對應二氧化矽(SiO2)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置組件，其中該光 學層之上表面係經圖案化。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置組件，其中該第一反射層及該第二反射層用相同的材料形成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置組件，其中該第一反射層及該第二反射層包含選自下述組成之群選自下述組成之群之材料：二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氮化鋁(AlN)、以及二氧化矽(SiO2)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置組件，其中該光學層及該磷光層係以薄膜形式形成且安裝在該至少一LED晶片上。
  10. 一種發光裝置組件，其係包含：基板；多數個LED晶片，安裝在該基板上；第一反射層，形成於該多數個LED晶片之側表面上；磷光層，形成於該多數個LED晶片上且包含散射粒子的；以及第二反射層，形成於該磷光層之側表面上，其中該第一反射層位於該多數個LED晶片之間並填入其間的空間，以及至少一LED晶片的一整個第一側表面與該第一反射層直接物理性接觸，且該至少一LED晶片的一整個第二側表面與該第二反射層直接物理性接觸。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置組件，其中該散射粒子對應二氧化矽(SiO2)。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置組件，其中該磷光層之上表面係經圖案化。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置組件，其中該第一反射層及該第二反射層包含選自下述組成之群之材料：二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氮化鋁(AlN)、以及二氧化矽(SiO2)。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置組件，其中該磷光層係以薄膜形式形成且安裝在該至少一LED晶片上。
  15. 一種用於車輛的前照燈，其係包含：如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的發光裝置組件；反射件，反射在該車輛前端之該發光裝置組件所產生之光線；以及透鏡，投射該反射件所反射之光線並發射到在該車輛前方之區域。
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