TWI642209B - 發光二極體結構及發光單元 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體結構，包含基板、設置於基板相反兩表面的電極層與焊墊層、設置於電極層上的發光二極體晶片、設置於發光二極體晶片發光面上的螢光轉換層、及起透濾光層。所述焊墊層電性連接於電極層及發光二極體晶片，所述螢光轉換層具有遠離發光二極體晶片的一出光面。起透濾光層設置於出光面上，起透濾光層朝向發光二極體晶片的發光面正投影所形成的一投影區域，其佔發光面面積的30%至90%。起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450~480奈米，並且起透濾光層的陡度為5~50奈米之間。此外，本發明另提供一種發光單元。
Description
本發明涉及一種發光單元，尤其涉及一種能改善(不同角度)發光色溫差距的發光二極體結構及發光單元。
現有的發光二極體結構包含發光二極體晶片及設置於上述發光二極體晶片上的螢光轉化層。其中，所述發光二極體晶片在不同發光角度下，經由螢光轉化層後出射的光線顏色不同，而造成黃暈現象。進一步地說，發光二極體晶片經由螢光轉換層外側區域所射出的藍色光線，在大角度入射下，所走過的螢光轉換層的路程較小角度要大，被轉換成黃色螢光的機率就會增加，從而產生黃暈現象。
於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。
本發明實施例在於提供一種發光二極體結構及發光單元，其能有效地改善現有發光二極體結構角色溫(color over angle，COA)一致性較差的缺失。
本發明實施例公開一種發光二極體結構，包括：一基板，具有位於相反側的一第一板面與一第二板面；一電極層，設置於所述基板的所述第一板面；一發光二極體晶片，具有一發光面，所述發光二極體晶片設置於所述電極層上；一焊墊層，設置於所述
基板的所述第二板面並且電性連接於所述電極層及所述發光二極體晶片；一螢光轉換層，設置於所述發光二極體晶片的所述發光面上方，並且所述螢光轉換層具有遠離所述發光二極體晶片的一出光面，所述出光面包含有一中央區域及圍繞於所述中央區域的一周邊區域；以及一起透濾光層，設置於所述出光面的所述中央區域上，並且所述起透濾光層朝向所述發光二極體晶片的所述發光面正投影所形成的一投影區域，其佔所述發光面面積的30%至90%；其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米(nm)至480奈米，並且所述起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間。
本發明實施例也公開一種發光單元，包括：一發光二極體晶片，具有一發光面；一螢光轉換層，設置於所述發光二極體晶片的所述發光面上方，並且所述螢光轉換層具有遠離所述發光二極體晶片的一出光面，所述出光面包含有一中央區域及圍繞於所述中央區域的一周邊區域；以及一起透濾光層，設置於所述出光面的所述中央區域上，並且所述起透濾光層朝向所述發光二極體晶片的所述發光面正投影所形成的一投影區域，其佔所述發光面面積的30%至90%；其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米至480奈米，並且所述起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間。
綜上所述，本發明實施例所公開的發光二極體結構及發光單元，其通過在螢光轉換層的出光面中央區域上設置特定條件的起透濾光層(例如：上述投影區域佔所述發光面面積的30%至90%，起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米至480奈米，並且起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間)，藉以有效地降低發光二極體結構(或發光單元)在可視角範圍內的色溫差距。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有
關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。
100‧‧‧發光二極體結構
10‧‧‧發光單元
1‧‧‧基板
11‧‧‧第一板面
12‧‧‧第二板面
13‧‧‧導電柱
2‧‧‧電極層
3‧‧‧焊墊層
4‧‧‧發光二極體晶片
41‧‧‧發光面
5‧‧‧螢光轉換層
51‧‧‧出光面
511‧‧‧中央區域
512‧‧‧周邊區域
6‧‧‧起透濾光層
7‧‧‧透明基材
8‧‧‧矽膠層
9‧‧‧帶通濾光片
S‧‧‧黏著層
圖1為本發明發光二極體結構實施例一的俯視示意圖。
圖2為圖1沿剖線Ⅱ-Ⅱ的剖視示意圖。
圖3為圖1的發光二極體結構的模擬測試示意圖(一)。
圖4為圖2中的採用起透濾光層(Chroma AT450lp)在其最大透過率的50%的光學特性圖。
圖5為圖1的發光二極體結構的模擬測試示意圖(二)。
圖6為圖2中的採用起透濾光層(Chroma CT460lp)在其最大透過率的50%的光學特性圖。
圖7為本發明發光二極體結構實施例二的示意圖。
圖8為本發明發光二極體結構實施例三的示意圖。
圖9為圖8中的帶通濾光片的光學特性圖。
圖10為本發明發光二極體結構實施例四的示意圖。
圖11為圖10沿剖線XI-XI的剖視示意圖。
請參閱圖1至圖11，為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。
如圖1至圖6所示，其為本發明的實施例一，本實施例公開一種發光二極體結構100，包含一基板1、設置於上述基板1相反兩表面的一電極層2與一焊墊層3、設置於所述電極層2上一發光
二極體晶片4、設置於所述發光二極體晶片4的一螢光轉換層5、設置於所述螢光轉換層5的一起透濾光層6(cut-on optical filter)、設置於起透濾光層6的所述一透明基材7。
需說明的是，本實施例的發光二極體晶片4、螢光轉換層5、及起透濾光層6可合併稱為一發光單元10，並且上述發光單元10的應用範圍可依設計者的需求而改變，並不限制應用在所述發光二極體結構100。
如圖1和圖2所示，所述基板1具有位於相反側的一第一板面11與一第二板面12，並且上述基板1內埋設有多個導電柱13，而每個導電柱13的相反兩端分別自所述基板1的第一板面11與第二板面12而裸露於外。
所述電極層2設置於基板1的第一板面11並且抵接於上述多個導電柱的一端，所述焊墊層3設置於基板1的第二板面12並且抵接於上述多個導電柱的另一端，藉以所述電極層2與焊墊層3能通過上述導電柱13而達成電性連接。
所述發光二極體晶片4於本實施例中是採用覆晶式晶片(flip chip)，但不受限於此。上述發光二極體晶片4安裝於電極層2上並且通過導電柱13而與焊墊層3電性。其中，所述發光二極體晶片4具有遠離基板1的一發光面41。
所述螢光轉換層5於本實施例中是以一螢光粉片作說明，但不受限於此。上述螢光粉片是指PIG(phosphor in glass)或PIC(phosphor in ceramic)，並且螢光粉片的折射率較佳是介於1.5至1.85。其中，所述螢光轉換層5設置於發光二極體晶片4的發光面41上，並且上述發光二極體晶片4的發光面41較佳是被螢光轉換層5所完整覆蓋，而螢光轉換層5的外側緣切齊於發光二極體晶片4的外側緣。
更詳細地說，所述螢光轉換層5具有遠離上述發光二極體晶片4的一出光面51，也就是說，上述發光二極體晶片4由發光面41所發出的光線穿過上述螢光轉換層5而由其出光面51射出。其中，所述出光面51包含有一中央區域511及圍繞於上述中央區域511的一周邊區域512，上述周邊區域512於本實施例中較佳是環形，也就是說，所述周邊區域512是位於所述出光面51的邊緣與中央區域511之間。再者，所述中央區域511的形狀可以視設計者需求而加以調整(如：圓形、正方形、矩形、或其他形狀)，本發明在此不加以限制。
此外，在本發明未繪示的實施例中，螢光轉換層5的出光面51面積也可以為二極體晶片4的發光面41面積的1到1.15倍之間，且所述發光二極體晶片4和螢光轉換層5的幾何中心大致重合。
所述起透濾光層6設置於上述螢光轉換層5的出光面51中央區域511上，並且上述起透濾光層6可以是通過一黏著層S(如：矽膠)而黏著於所述出光面51的中央區域511上；或者，當所述螢光轉換層5為硬質材料時，上述起透濾光層6也可以是直接鍍設於出光面51的中央區域511上，但本發明在此不加以限制。所述透明基材7(如：玻璃板)設置於起透濾光層6上，並且所述透明基材7與起透濾光層6的外側緣較佳是彼此切齊。
再者，所述濾光層6於本實施例中是用以將來自出光面51中央區域511的至少部分藍光反射回螢光轉換層5中，且利用起透濾光層6於不同角度下對不同波長的光的反射能力不同的優點，小角度下反射藍光，大角度下所有可見光均透過(如：圖4和圖6)。這樣在小角度範圍內，來自中央區域511的低色溫光線和來自周邊區域512的高色溫光線相互混合，產生的色溫較原來沒有起透濾光層6的發光二極體晶片色溫降低，使其與大角度下的色
溫相同，以達到均衡色溫的目的(如：所述發光二極體結構100在色溫5500K以下且在120度的可視角範圍內的色溫差距小於300K)，進而避免發光二極體結構100產生黃暈現象。於本實施例中，所述起透濾光層6包含堆疊排列的一高折射率材料與一低折射率材料，並且所述高折射率材料為五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)、或五氧化二鉭(Ta2O5)，所述低折射率材料為二氧化矽(SiO2)，但本發明的起透濾光層6不以此為限。
需說明的是，為達到上述降低發光二極體結構100在可視角範圍內的色溫差距的效果，所述起透濾光層6的選用有其必要的條件限制存在。具體來說，所述起透濾光層6在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米(nm)至480奈米，並且所述起透濾光層6的陡度為5奈米至50奈米之間。再者，所述起透濾光層6朝向發光二極體晶片4的發光面41正投影所形成的一投影區域(上述投影區域較佳是位於發光面41的正中央)，其佔所述發光面41面積的30%至90%。
需說明的是，由於本實施例的螢光轉換層5外側緣切齊於發光二極體晶片4的外側緣，所以上述投影區域佔所述發光面41面積的30%至90%也可以視為所述中央區域511出光面51佔面積的30%至90%。
更詳細地說，本實施例的發光二極體結構100採用不同類型的起透濾光層6(如：Chroma AT450lp、Chroma CT460lp)並搭配不同面積大小的起透濾光層6來進行模擬測試，藉以證實本實施例的發光二極體結構100能夠有效地降低在可視角範圍內的色溫差距。本實施例所採用的起透濾光層6(Chroma AT450lp、Chroma CT460lp)的光學特性圖分別如圖4和圖6所示。
請參閱圖3所示的模擬測試(一)，所述起透濾光層6(Chroma AT450lp)在其最大透過率的50%所對應的光線波長為450奈米
(如：圖4)，所述起透濾光層6的陡度為7奈米，並且圖3中由下往上的曲線依序為：所述投影區域佔發光面41面積的30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。再者，由圖3中觀察發光二極體結構100在-60度至60度的可視角範圍內的相關色溫(correlated color temperature，CCT)，即可大致彙整成下表。據此，所述投影區域佔所述發光面41面積的60%時，所述發光二極體結構100在可視角範圍內的色溫差距為最小，但本發明不受限於此。舉例來說，本實施例的投影區域可以是佔所述發光面41面積的50%至70%。
請參閱圖5所示的模擬測試(二)，所述起透濾光層6(Chroma CT460lp)在其最大透過率的50%所對應的光線波長為460奈米(如：圖6)，所述起透濾光層6的陡度為34奈米，並且圖5中由下往上的曲線依序為：所述投影區域佔發光面41面積的30%、40%、50%、60%、70%。再者，由圖5中觀察發光二極體結構100在-60度至60度的可視角範圍內的相關色溫可得知：所述投影區域佔所述發光面41面積的50%時，所述發光二極體結構100在可視角範圍內的色溫差距為最小，但本發明不受限於此。舉例來說，本實施例的投影區域可以是佔所述發光面41面積的40%至60%。
請參閱圖7所示，其為本發明的實施例二，本實施例與上述實施例一類似，所述兩個實施例相同的技術特徵則不再加以贅述，而兩者的差異主要在於：本實施例的發光二極體結構100未包含有透明基材7。
請參閱圖8和圖9所示，其為本發明的實施例三，本實施例與上述實施例二類似，所述兩個實施例相同的技術特徵則不再加以贅述，而兩者的差異主要在於：本實施例的發光二極體結構100進一步包含有一帶通濾光片9(band pass filter)，並且本實施例的發光二極體晶片4、螢光轉換層5、起透濾光層6、及帶通濾光片9(band pass filter)可合併稱為一發光單元10。
具體來說，所述帶通濾光片9是設置於發光二極體晶片4的發光面41，而螢光轉換層5則是設置在帶通濾光片9上，並且所述發光二極體晶片4的側緣、螢光轉換層5的側緣、及帶通濾光片9的側緣相互切齊。也就是說，本實施例的螢光轉換層5是設置於所述發光二極體晶片4的發光面41上方。
其中，如圖9所示，本實施例帶通濾光片9所適於穿透的波長，其中心波長介於445奈米至455奈米、帶通範圍介於20奈米至50奈米之間、陡度在5奈米至15奈米之間。換個角度來說，所述帶通濾光片9適於供藍色光線穿透，而反射其他類型的光線，但本發明不受限於此。
請參閱圖10和圖11所示，其為本發明的實施例四，本實施例與上述實施例一類似，所述兩個實施例相同的技術特徵則不再加以贅述，而兩者的差異主要在於：本實施例的發光二極體結構
100進一步包含有一矽膠層8。
具體來說，所述矽膠層8設置於上述螢光轉換層5的出光面51周邊區域512，並且上述矽膠層8包覆於起透濾光層6的外側緣及透明基材7的外側緣，矽膠層8的外側緣較佳是切齊於發光二極體晶片4的外側緣與螢光轉換層5的外側緣，而所述矽膠層8的頂緣與透明基材7的頂邊緣切齊。
綜上所述，本發明實施例所公開的發光二極體結構及發光單元，其通過在螢光轉換層的出光面中央區域上設置特定條件的起透濾光層(例如：上述投影區域佔所述發光面面積的30%至90%，起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米至480奈米，並且起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間)，藉以有效地降低發光二極體結構(或發光單元)在可視角範圍內的色溫差距。
再者，當所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長為450奈米，並且起透濾光層的陡度為7奈米時，起透濾光層的尺寸能夠依據上述投影區域佔所述發光面面積的50%至70%，藉以使述發光二極體結構在可視角範圍內的色溫差距較小。
另，當所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長為460奈米，並且起透濾光層的陡度為34奈米時，起透濾光層的尺寸能夠依據上述投影區域佔所述發光面面積的40%至60%，藉以使述發光二極體結構在可視角範圍內的色溫差距較小。
以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發明的保護範圍，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的權利要求書的保護範圍。
Claims (10)
- 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有位於相反側的一第一板面與一第二板面；一電極層，設置於所述基板的所述第一板面；一發光二極體晶片，具有一發光面，所述發光二極體晶片設置於所述電極層上；-焊墊層，設置於所述基板的所述第二板面並且電性連接於所述電極層及所述發光二極體晶片；一螢光轉換層，設置於所述發光二極體晶片的所述發光面上方，並且所述螢光轉換層具有遠離所述發光二極體晶片的一出光面，所述出光面包含有一中央區域及圍繞於所述中央區域的一周邊區域；以及一起透濾光層(cut-on optical filter)，設置於所述出光面的所述中央區域上，並且所述起透濾光層朝向所述發光二極體晶片的所述發光面正投影所形成的一投影區域，其佔所述發光面面積的30%至90%；其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米(nm)至480奈米，並且所述起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間。
- 如請求項1所述的發光二極體結構，其中，所述起透濾光層是黏著或鍍設於所述出光面的所述中央區域上。
- 如請求項2所述的發光二極體結構，其進一步包括一透明基材，並且所述透明基材設置於所述起透濾光層上，所述透明基材與所述起透濾光層的外側緣彼此切齊。
- 如請求項3所述的發光二極體結構，其進一步包括設置於所述周邊區域的一矽膠層，並且所述矽膠層包覆於所述起透濾光層的外側緣及所述透明基材的外側緣，所述矽膠層的頂緣與所述透明基材的頂緣切齊。
- 如請求項1所述的發光二極體結構，其中，所述起透濾光層用以將來自所述中央區域的至少部分藍光反射回所述螢光轉換層中。
- 如請求項1所述的發光二極體結構，其中，所述起透濾光層包含多個相互堆疊排列的一高折射率材料與一低折射率材料，並且所述高折射率材料為五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)、或五氧化二鉭(Ta2O5)，所述低折射率材料為二氧化矽(SiO2)。
- 如請求項1所述的發光二極體結構，其中，所述投影區域位於所述發光面的正中央，並且所述發光二極體結構在色溫5500K以下且在120度的可視角範圍內的色溫差距小於300K。
- 如請求項1至7中任一項所述的發光二極體結構，其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長為450奈米，所述起透濾光層的陡度為7奈米，並且所述投影區域佔所述發光面面積的50%至70%。
- 如請求項1至7中任一項所述的發光二極體結構，其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長為460奈米，所述起透濾光層的陡度為34奈米，並且所述投影區域佔所述發光面面積的40%至60%。
- 一種發光單元，包括：一發光二極體晶片，具有一發光面；一螢光轉換層，設置於所述發光二極體晶片的所述發光面上方，並且所述螢光轉換層具有遠離所述發光二極體晶片的一出光面，所述出光面包含有一中央區域及圍繞於所述中央區域的一周邊區域；以及一起透濾光層，設置於所述出光面的所述中央區域上，並且所述起透濾光層朝向所述發光二極體晶片的所述發光面正投影所形成的一投影區域，其佔所述發光面面積的30%至90%；其中，所述起透濾光層在其最大透過率的50%所對應的光線波長是介於450奈米至480奈米，並且所述起透濾光層的陡度為5奈米至50奈米之間。
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