TWI565102B - 發光二極體模組及使用該發光二極體模組的燈具 - Google Patents

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Description

發光二極體模組及使用該發光二極體模組的燈具
本發明係關於一種照明技術；特別係有關於一種發光二極體模組及使用該發光二極體模組的燈具。
發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)因具有壽命長、發光效率高、體積小、汙染低等優點，故近來被廣泛應用在照明用途上。
一種習知之LED照明模組，主要包括基板、複數個LED、螢光粉層及不透光結構，其中LED以打線接合(wire bonding)方式固定於基板上，螢光粉層覆蓋於該些LED上，且不透光結構圍繞於該些LED設置，以定義且限制螢光粉層之塗佈位置。然而，在此LED照明模組中，該些LED的分布範圍通常較大，以致出光無法集中，另外不透光結構亦會造成出光角度受到限制。因此，在使用此種習知之LED照明模組之燈具時，必須搭配多種不同規格之透鏡，以達到所需的光學效果。
另一種習知之LED照明模組，主要包括基板以及固定於基板上之複數個LED封裝體，其中每一LED封裝體 包括塑膠外殼、LED及螢光粉層，LED設置於塑膠外殼中，且螢光粉層覆蓋於LED上。然而，此LED照明模組往往因為該些LED封裝體之高熱阻而造成其光學表現受到影響。另外，在使用此種習知之LED照明模組之燈具時，每一LED封裝體均需獨立搭配一透鏡，如此亦造成製造成本增加，並且透過多組透鏡所產生的光學品味不佳，易有殘影問題。
因此，如何提供一種可改善上述缺點之發光二極體(照明)模組及使用該發光二極體模組的燈具，實為本領域技術人員之一重要課題。
本發明一實施例中提供一種發光二極體模組，包括：一基板；以及複數個發光封裝體，每一發光封裝體包含一發光二極體及一光波長轉換層，其中發光二極體具有一第一出光面、一接合面以及複數個第二出光面，接合面相對於第一出光面，並透過一覆晶封裝方式連接基板，該些第二出光面介於第一出光面及接合面之間，並大致垂直於第一出光面及接合面，光波長轉換層設置於發光二極體上，並覆蓋發光二極體之第一出光面與該些第二出光面，發光二極體之接合面至第一出光面上之光波長轉換層之一頂面之間的距離代表一光源總厚度，相鄰的該些發光封裝體之間的距離代表一光源間距，其中該光源間距與該光源總厚度的比值介於1至6.3之間。
於一實施例中，前述光源間距與光源總厚度的比值介於2至3之間。
於一實施例中，前述發光二極體之接合面設有複數個電極，前述基板上設有複數個對應於該些電極之接合墊，用以電性連接發光二極體與基板。
於一實施例中，前述發光二極體之其中一電極之一第一面積與前述基板上之一對應的接合墊之一第二面積的比值介於0.5至2之間。
於一實施例中，前述基板上之其中一接合墊相對於前述發光二極體之一對應電極於一水平方向上的偏移距離小於50微米。
於一實施例中，前述第一出光面上之光波長轉換層具有一第一厚度，前述第二出光面上之光波長轉換層具有一第二厚度，其中第一厚度與第二厚度的比值介於1至1.33之間。
於一實施例中，前述發光二極體模組更包括一導光材料層，設置於前述該些發光封裝體之間。
於一實施例中，前述導光材料層之折射率小於前述該些光波長轉換層之折射率。
於一實施例中，前述導光材料層具有一第二頂面以及一底面，底面相對於第二頂面並連接前述基板，第二頂面為一平面、外凸弧面、內凹弧面或鋸齒面。
本發明另一實施例中亦提供一種燈具，包括：一基座；一燈罩，連接該基座，並形成有一容置空間；以及一發光二極體模組，設置於該容置空間內，其中發光二極體模組包括：一基板；以及複數個發光封裝體，每一發 光封裝體包含一發光二極體及一光波長轉換層，其中發光二極體具有一第一出光面、一接合面以及複數個第二出光面，接合面相對於第一出光面，並透過一覆晶封裝方式連接基板，該些第二出光面介於第一出光面及接合面之間，並大致垂直於第一出光面及接合面，光波長轉換層設置於發光二極體上，並覆蓋發光二極體之第一出光面與該些第二出光面，發光二極體之接合面至第一出光面上之光波長轉換層之一頂面之間的距離代表一光源總厚度，相鄰的該些發光封裝體之間的距離代表一光源間距，其中該光源間距與該光源總厚度的比值介於1至6.3之間。
為讓本發明之上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
10‧‧‧發光二極體模組
20‧‧‧基座
30‧‧‧燈罩
100‧‧‧基板
102‧‧‧發光封裝體
104‧‧‧發光二極體
104A‧‧‧第一出光面
104B‧‧‧接合面
104C‧‧‧第二出光面
106‧‧‧光波長轉換層
106A‧‧‧頂面
108‧‧‧導光材料層
108A‧‧‧頂面/第二頂面
108B‧‧‧底面
A1‧‧‧第一面積
A2‧‧‧第二面積
B‧‧‧接合墊
D‧‧‧光源間距
E‧‧‧電極
S‧‧‧容置空間
T‧‧‧光源總厚度
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
第1圖表示本發明一實施例中之發光二極體模組的上視示意圖。
第2圖表示沿第1圖中A-A’方向之剖視示意圖。
第3圖表示第2圖中之發光封裝體與基板之接合部份的放大示意圖。
第4圖表示第3圖中之發光二極體之電極與基板上之接合墊的佈置關係示意圖。
第5圖表示本發明一實施例中之燈罩的剖視示意圖。
茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。
在以下所說明的本發明的各種實施例中，所稱的方位“上”、“下”，僅是用來表示相對的位置關係，並非用來限制本發明。當述及一第一元件位於一元件上時，包括第一元件與第二元件直接接觸或間隔有一或更多其他元件之情形。
在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之符號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可擴大，以簡化或是方便標示。此外，在圖式或說明書描述中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
請一併參閱第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖表示本發明一實施例中之發光二極體模組的上視示意圖，第2圖表示沿第1圖中A-A’方向之剖視示意圖，第3圖表示第2圖中之發光封裝體與基板之接合部份的放大示意圖。在第1至3圖中，本實施例之發光二極體(LED)模組10包括一基板100、複數個發光封裝體102以及一導光材料層108。
前述基板100係為一電路板，其上設置有多條線路(圖未示)，用以電性連接前述發光封裝體102，並提供該些發光封裝體102發光所需的電能。發光封裝體102設置於基板100上，且每一發光封裝體102包括一發光二極體(LED)104及一設置於發光二極體104上之光波長轉換層106。於本實施例中，發光封裝體102用以發射白光，其中發光二極體104可為一藍色LED，光波長轉換層106可為一 黃色螢光粉層，但並不以此為限。此外，前述導光材料層108設置於相鄰的發光封裝體102之間，具有導光效果，並可避免發光封裝體102之間相互吸光。導光材料層108之導光原理及其他特徵、優點會在後面段落再做說明。
應能瞭解的是，雖然在第1圖中包括四個以矩陣方式排列之發光封裝體102，但於本發明之其他實施例中亦可包括兩個、三個或更多個發光封裝體102，以矩陣方式或者其他可選用的方式排列。
請繼續參閱第1圖、第2圖及第3圖，本實施例之該些發光二極體104均為六面體結構，但並不以此為限。其中，每一發光二極體104具有一第一出光面104A、一相對於第一出光面104A之接合面104B、以及四個介於第一出光面104A與接合面104B之間的第二出光面104C。在第2圖中，該些第二出光面104C大致垂直於第一出光面104A及接合面104B。另外，光波長轉換層106可覆蓋第一出光面104A及四個第二出光面104C，以使得該些發光封裝體102具有五個出光面(接合面104B除外)。
於本實施例中，每一光波長轉換層106可以真空成膜技術(vacuum mould membrane technology)單獨地形成於每一發光二極體104上，故相較於習知技術中以點膠方式將螢光粉層塗佈於複數個發光二極體上，更可準確地掌控螢光粉層的厚度及均勻性，進而改善發光效率。如第3圖所示，位於第一出光面104A上之光波長轉換層106具有一第一厚度T1，而位於該些第二出光面104C上之光波長轉換 層106具有一第二厚度T2，其中第一厚度T1與第二厚度T2的比值介於1至1.33之間，以使得本實施例之發光封裝體102可具有較佳的發光效率及色彩均勻性。此外，本實施例之發光二極體模組10可省去習知技術之不透光結構，以避免其出光角度範圍受限。
如第3圖所示，前述發光二極體104之接合面104B上設有複數個電極E，而基板100上設有複數個對應之接合墊B，其中該些電極E與接合墊B可透過金屬共晶接合(Metal Eutectic Bonding)之方式連接，但並不以此為限，以使得發光二極體104與基板100電性連接。於本實施例中，發光二極體104透過覆晶封裝方式(flip-chip packaging)連接基板100，如此可大幅降低封裝熱阻，並進而改善整體發光二極體模組10的發光效率。
請參閱第4圖，其表示第3圖中之發光二極體104之電極E與基板100上之接合墊B的佈置關係示意圖。於本實施例中，發光二極體104之接合面104B上的電極E具有一第一面積A1(本實施例中之複數個電極E具有相同之面積，但並不以此為限)，而基板100上對應的接合墊B(在第4圖中以虛線表示之)具有一第二面積A2，其中第一面積A1與第二面積A2的比值介於0.5至2之間，以使得發光封裝體102與基板100之間具有較佳的接合強度，及發光封裝體102具有較佳的光學表現。
具體而言，若第一面積A1與第二面積A2的比值大於2時，發光封裝體102與基板100之間的接合強度可能不 足；若第一面積A1與第二面積A2的比值小於0.5時，發光封裝體102所發出的光線則可能被接合墊B所吸收，並使其發光效率受到影響。此外，於一較佳的實施例中，第一面積A1與第二面積A2的比值係為1，且接合墊B相對於對應之電極E於一水平方向(如第4圖中之箭頭方向所示)上的偏移距離小於50微米。
需特別說明的是，相較於習知打線封裝或使用塑膠外殼之封裝方式，本實施例中之發光封裝體102之分布範圍/面積可藉由覆晶封裝方式而被有效地縮減，進而有利於彈性地調整該些發光封裝體102之間距，以達到所需的光學效果。舉例而言，如第1圖及第2圖所示，相鄰的發光封裝體102之間的距離(即，相鄰的光波長轉換層106之間的距離)代表一光源間距D(每一發光封裝體102視為一點光源)，而發光封裝體102中之發光二極體104之接合面104B至第一出光面104A上之光波長轉換層106之頂面106A之間的距離代表一光源總厚度T，其中本實施例之光源間距D(大約0.35至2.2毫米)與光源總厚度T(大約0.35毫米)的比值介於1至6.3之間，以使得發光二極體模組10可滿足不同(照明)出光角度的需求。
本發明另一實施例中亦提供一種使用前述發光二極體模組10之燈具。請參閱第5圖，本實施例之燈具主要包括一前述發光二極體模組10、一基座20以及一燈罩30，其中基座20與燈罩30可以卡合或鎖合之方式(圖未示)結合，並在兩者之間形成有一容置空間S，而發光二極體模 組10設置於容置空間S內，並可由基座20所支撐。值得一提的是，由於本發明重點不在於基座20與燈罩30之設計，故在此不再贅述其結構及選用材料等內容。
本實施例之燈具的特點在於：當發光二極體模組10之光源間距D與光源總厚度T的比值越小(趨近1)時，發光封裝體102之間會互相吸光，而使得整體光通量(luminous flux)減少，但中心光強(center beam candlepower，CBCP)則會增加；反之，當發光二極體模組10之光源間距D與光源總厚度T的比值越大(趨近6.3)時，整體光通量會增加，但中心光強則會減少，因而可利用點光源(發光封裝體102)之不同間距設計，並僅搭配單一個燈罩30而滿足不同照明或燈具規格之需求。於一較佳的實施例中，發光二極體模組10之光源間距D與光源總厚度T的比值介於2至3之間，此時可同時兼顧光通量與中心光強的光學表現。
需特別說明的是，藉由上述設計，本實施例中之燈具之燈罩的共用性可被提升，如此得有效地降低製造成本，同時由於發光二極體模組10中之複數個發光封裝體102所發出的光線通過單一個燈罩30射出，亦不會產生光學品味方面的問題。
請再回到第1圖及第2圖，本實施例之發光封裝體102之間更可設有一透明導光材料層108，其中導光材料層108之折射率係小於發光封裝體102之光波長轉換層106之折射率，並大於環境(例如容置空間S內之空氣)之折射率。藉此折射率遞減之佈置，導光材料層108可有助於將發 光封裝體102所發出之光線導引向上並經由燈罩30射出，進而減少發光封裝體102之間相互吸光的機會。因此，可改善整體燈具之發光效率，及當該些發光封裝體102之間距較大時所發生之中心暗區的現象(改善出光均勻度)。
雖然在第2圖中之導光材料層108之頂面108A(第二頂面)為一平面，但其亦可能為一外凸弧面、內凹弧面或鋸齒面，此可根據實際需求來設計。在第2圖中，導光材料層108之與頂面108A相對之底面108B連接於基板100。
雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可做些許之更動與潤飾。因此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。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。
10‧‧‧發光二極體模組
100‧‧‧基板
102‧‧‧發光封裝體
104‧‧‧發光二極體
104A‧‧‧第一出光面
104B‧‧‧接合面
104C‧‧‧第二出光面
106‧‧‧光波長轉換層
106A‧‧‧頂面
108‧‧‧導光材料層
108A‧‧‧頂面/第二頂面
108B‧‧‧底面
D‧‧‧光源間距
T‧‧‧光源總厚度

Claims (8)

  1. 一種發光二極體模組，包括：一基板；複數個發光封裝體，每一該發光封裝體包含一發光二極體及一光波長轉換層，其中該發光二極體具有一第一出光面、一接合面以及複數個第二出光面，該接合面相對於該第一出光面，並透過一覆晶封裝方式連接該基板，該些第二出光面介於該第一出光面及該接合面之間，並大致垂直於該第一出光面及該接合面，該光波長轉換層設置於該發光二極體上，並覆蓋該發光二極體之該第一出光面與該些第二出光面，該發光二極體之該接合面至該第一出光面上之該光波長轉換層之一頂面之間的距離代表一光源總厚度，相鄰的該些發光封裝體之間的距離代表一光源間距，其中該光源間距與該光源總厚度的比值介於1至6.3之間；以及一導光材料層，設置於該些發光封裝體之間，其中該導光材料層具有一第二頂面以及一底面，該底面相對於該第二頂面並連接該基板，該第二頂面為一平面、外凸弧面、內凹弧面或鋸齒面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體模組，其中該光源間距與該光源總厚度的比值介於2至3之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體模組，其中該發光二極體之該接合面設有複數個電極，該基板上設有複數個對應於該些電極之接合墊，用以電性連接該發光 二極體與該基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體模組，其中該發光二極體之其中一電極之一第一面積與該基板上之一對應的接合墊之一第二面積的比值介於0.5至2之間。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體模組，其中該基板上之其中一接合墊相對於該發光二極體之一對應電極於一水平方向上的偏移距離小於50微米。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體模組，其中該第一出光面上之該光波長轉換層具有一第一厚度，該些第二出光面上之該光波長轉換層具有一第二厚度，其中該第一厚度與該第二厚度的比值介於1至1.33之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體模組，其中該導光材料層之折射率小於該些光波長轉換層之折射率。
  8. 一種燈具，包括：一基座；一燈罩，連接該基座，並形成有一容置空間；以及一發光二極體模組，設置於該容置空間內，包括：一基板；複數個發光封裝體，其中每一該發光封裝體包含一發光二極體及一波長轉換層，該發光二極體具有一第一出光面、一接合面以及複數個第二出光面，該接合面相對於該第一出光面，並透過一覆晶封裝方式連接該基板，該些第二出光面介於該第一出光面及該接合面之間，並大致垂直於該第一出光面及該接合面，該光波長轉換層 設置於該發光二極體上，並覆蓋該發光二極體之該第一出光面與該些第二出光面，該發光二極體之該接合面至該第一出光面上之該光波長轉換層之一頂面之間的距離代表一光源總厚度，相鄰的該些發光封裝體之間的距離代表一光源間距，其中該光源間距與該光源總厚度的比值介於1至6.3之間；以及一導光材料層，設置於該些發光封裝體之間，其中該導光材料層具有一第二頂面以及一底面，該底面相對於該第二頂面並連接該基板，該第二頂面為一平面、外凸弧面、內凹弧面或鋸齒面。
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