TWI705585B - 光源模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種光源模組，包括基板、第一披覆層、第二披覆層、發光層以及承載基板。發光層設置於第一披覆層以及第二披覆層之間，可以因應通過第一披覆層之第一電流以及第二披覆層之第二電流而產生光束，且光束穿過基板而往外投射。承載基板分別電性連接於第一披覆層以及第二披覆層，承載基板包括電路板以及保護層。其中，保護層可反射投射至承載基板之光束，使光束穿過基板而往外投射。

Description

光源模組
本發明係關於一種光源模組，尤其係有關於高發光效率之光源模組。
常見的光源係利用發光二極體(Light Emitting Diode，LED)來產生光束，其發光原理為，於III-V族半導體材料，例如：氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)以及磷化銦(InP)等材料上施加電流，利用電子與電洞的互相結合，使多餘的能量於多層量子井(Multiple Quantum Well，MQW)之處以光子的形式釋放出來，成為我們眼中所見的光線。
接下來說明習知發光二極體晶粒的結構。請參閱圖1，其為習知發光二極體晶粒之結構剖面示意圖。圖1中顯示出習知發光二極體晶粒1為多層堆疊的結構，其包括基板11、P極披覆層12、多層量子井13、N極披覆層14、導電薄膜層(ITO)15、分別設置於發光二極體晶粒1之其上表面上的具有P極接點16以及N極接點17，而P極接點16以及N極接點 17可供進行打線程序(此將於稍後說明)，而多層量子井13設置於該多層堆疊的結構之中。由於前述已提到發光二極體晶粒1係由多層量子井13出光，因此從多層量子井13向上方輸出的光束勢必被位於多層量子井13上方的P極披覆層12、導電薄膜層15、P極接點16以及N極接點17所遮擋而耗損，進而顯著影響整體向上出光的發光效率。換句話說，傳統發光二極體晶粒1的整體發光亮度大部份只能依賴從多層量子井13向側邊出光的光線部份，導致發光效率不佳。因此，傳統發光二極體晶粒1的發光效率仍有改善的空間。
請參閱圖2，其為應用習知發光二極體晶粒之光源模組之結構剖面示意圖。光源模組2包括有電路板21以及設置於電路板21上的複數個發光二極體22(為了清楚表示，圖2僅繪出單一個發光二極體22)，且每一發光二極體22係電性連接於電路板21，故可接收來自電路板21的電流而輸出光束。其中，光源模組可被設置於電子裝置(未顯示於圖中)內，令電子裝置可提供輸出光束的功能。
一般而言，光源模組可分為下列二種：第一，電路板21僅負責有關發光二極體22的電路運作，而電子裝置所主要提供之電子功能的相關電子訊號處理則透過另一電路板進行。第二、電路板21能夠負責有關發光二極體22的電路運作，亦能夠對有關於電子裝置所主要提供之電子功能的相關電子訊號進行處理。
光源模組2中，每一發光二極體22皆為單一個習知發光二極體晶粒1被封裝後所形成者，且發光二極體晶粒1的P極接點16以及N極接點17係經由打線18而連接至電路板21的電性接腳211，藉此發光二極體22才能接收來自電路板21的電流。然而，於發光二極體晶粒1的封裝過程中，發光二極體晶粒1通常要被設置於一載板19上，但載板19所 占據的體積以及預留打線18所需的高度皆是發光二極體晶粒1被封裝後之整體厚度會增加的主因，故應用傳統發光二極體晶粒1的光源模組十分不利於薄型化，當然，亦不利於欲設置該光源模組的電子裝置朝輕、薄、短小的方向發展。
根據以上的說明可知，習知光源模組具有改善的空間，因此，需要一種可降低厚度且可提升發光效率之光源模組。
本發明之目的在於提供一種可降低厚度且可提升發光效率之光源模組。
於一較佳實施例中，本發明提供一種光源模組，包括一基板、一第一披覆層、一第二披覆層、一發光層以及一承載基板。該第一披覆層設置於該基板之一下表面上，用以供一第一電流通過，而該第二披覆層位於該第一披覆層之下方，用以供一第二電流通過。該發光層設置於該第一披覆層以及該第二披覆層之間，用以因應該第一電流以及該第二電流而產生一光束，且該光束穿過該基板而往外投射。該承載基板分別電性連接於該第一披覆層以及該第二披覆層，該承載基板包括一電路板、一第一金屬連結層、一第二金屬連結層以及一保護層。該第一金屬連結層設置於該電路板之一上表面上，而該第二金屬連結層設置於該第一金屬連結層上，可與該第一金屬連結層結合且反射該光束。該保護層設置於該第二金屬連結層上，用以保護該電路板、該第一金屬連結層以及該第二金屬連結層；其中，該保護層可反射投射至該承載基板之該光束，使該光束穿過該基板而往外投射。
於一較佳實施例中，該光源模組更包括一反射層，設置於該第二披覆層之一下表面上，用以反射穿過該第二披覆層之該光束，使該光束穿過該基板而往外投射。
1、30、40、50、60:發光二極體晶粒
2、3、4、5、6:光源模組
11、31、41、51:基板
11:P極披覆層
13:多層量子井
14:N極披覆層
15:導電薄膜層
16:P極接點
17:N極接點
18:打線
19:載板
22:發光二極體
32、42、52:第一披覆層
33、43、53:第二披覆層
34、44、54:發光層
35、45、55、65:承載基板
36、46、56:第一保護層
47:反射層
57:齊納二極體
61:保護膠
311、411、511:微結構
321、421、521:第一接墊
331、431、531:第二接墊
332、432、532:透明導電層
21、351、451:電路板
352、452:第一金屬連結層
353、453:第二金屬連結層
354、454:第二保護層
355、455:第一電極
356、456:第二電極
357、457:第一金屬連結凸塊
358、458:第二金屬連結凸塊
3511:銅箔
B:光束
T1、T2:光源模組之厚度
圖1係習知發光二極體晶粒之結構剖面示意圖。
圖2係應用習知發光二極體晶粒之光源模組之結構剖面示意圖。
圖3係本發明光源模組於第一較佳實施例中之結構示意圖。
圖4係本發明光源模組之發光層於第一較佳實施例中之結構上視示意圖。
圖5係本發明光源模組於第一較佳實施例中之局部結構下視示意圖。
圖6係本發明光源模組於第二較佳實施例中之結構示意圖。
圖7係本發明光源模組於第三較佳實施例中之結構示意圖。
圖8係本發明光源模組於第四較佳實施例中被封裝後之結構示意圖。
本發明提供一種光源模組，以解決習知技術問題。請參閱圖3，其為本發明光源模組於第一較佳實施例中之結構示意圖。光源模組3包括基板31、第一披覆層32、第二披覆層33、發光層34、承載基板35以及 第一保護層36，第一披覆層32設置於基板31之下表面上，其可用以供第一電流通過，而第二披覆層33位於第一披覆層32之下方，其可供第二電流通過。發光層34設置於第一披覆層32以及第二披覆層33之間，其功能為因應第一電流以及第二電流而產生光束B，且光束B可穿過基板31而往外投射。其中，第一披覆層32、第二披覆層33以及發光層34係為III-V族半導體的數個堆疊結構，以利用電子與電洞的互相結合而產生光束B。於本較佳實施例中，第一披覆層32係為N-GaN披覆層，第二披覆層33係為P-GaN披覆層，而發光層34係為多層量子井。
請同時參閱圖3以及圖4，圖4係為本發明光源模組之發光層於第一較佳實施例中之結構上視示意圖。發光層34具有複數開孔341，且複數開孔341均勻地分佈於發光層34而貫穿發光層34之上表面以及發光層34之下表面。均勻分佈的複數開孔341可使第一電流以及第二電流之密度均勻，進而使發光層34之光束B可均勻地被輸出。
基板31包括複數微結構311，且複數微結構311分別設置於基板31之上表面以及下表面上，其可避免光束B發生全反射，而幫助光束B往基板31之外的方向投射。於本較佳實施例中，複數微結構311可以各種方式形成於基板31之上表面以及下表面上，例如蝕刻方式。另一方面，第一披覆層32具有第一接墊321，設置於第一披覆層32之下表面上且電性連接於第一披覆層32。而第二披覆層33具有第二接墊331，設置於第二披覆層33之下表面上且電性連接於第二披覆層33。於一較佳作法中，第二披覆層33更包括透明導電層332，其設置於第二披覆層33之下表面上，以輔助第二披覆層33導電。
其中，本發明定義基板31、第一披覆層32、第二披覆層33、發光層34以及第一保護層36為發光二極體晶粒30，且發光二極體晶粒30 與承載基板35結合而形成光源模組3。
圖3中，承載基板35分別電性連接於第一披覆層32以及第二披覆層33，且承載基板35包括電路板351、第一金屬連結層352、第二金屬連結層353、第二保護層354、第一電極355、第二電極356、第一金屬連結凸塊357以及第二金屬連結凸塊358。第一金屬連結層352設置於電路板351之上表面上，而第二金屬連結層353設置於第一金屬連結層352上，可與第一金屬連結層352結合且反射光束B。第二保護層354設置於第二金屬連結層353上，其可保護電路板351、第一金屬連結層352以及第二金屬連結層353，另一方面，第二保護層354亦可反射投射至承載基板35之光束B，使光束B穿過基板31而往外投射。第一電極355設置於第二金屬連結層353上，而第二電極356亦設置於第二金屬連結層353上。第一金屬連結凸塊357設置於第一電極355上，其可結合第一電極355以及第一披覆層32之第一接墊321。同理，第二金屬連結凸塊358設置於第二電極356上，其可結合第二電極356以及第二披覆層33之第二接墊331，因此可知，承載基板35分別藉由第一金屬連結凸塊357以及第二金屬連結凸塊358而電性連接於第一披覆層32以及第二披覆層33。
由圖3可看出，基板31與第一接墊321、第二接墊331分別顯露於第一披覆層32、第二披覆層33以及發光層34之外，且第一接墊321以及第二接墊331可以直接接合(例如焊接或其它接合技術)固定於承載基板35或習知載板19上，亦即，本發明光源模組3不需要再透過打線的方式進行電性連接，而有利於降低整體厚度而有助於薄型化的設計。另外，第一保護層36包覆第一披覆層32、第一接墊321、第二披覆層33、第二接墊331以及發光層34，以保護上述元件。
其中，由於第一接墊321透過第一金屬連結凸塊357而電性連接於第一電極355，且第二接墊331透過第二金屬連結凸塊358而電性連接於第二電極356，如此作法除了可免除打線的程序，更可將第一接墊321以及與第二接墊331所產生的熱能直接傳導至下方的承載基板35，且該熱能便可透過承載基板35向外散逸。其中，由於承載基板35具有較大的面積，故有助於迅速散熱，進而可大幅降低熱能對光源模組3的發光效率之損耗。
於本較佳實施例中，電路板351可用金、銀等材料製成，以提升導電性以及散射性。電路板351可採用但不限於：軟性電路板(FPC)、印刷電路板(PCB)、或鍍銅的樹脂板(PET)。其中，軟性電路板可為聚亞醯胺基板(PI base)佈銅線(copper trace)後經表面處理所形成；印刷電路板可為環氧樹脂玻璃纖維基板(FR4 base)佈銅線後經表面處理所形成；鍍銅的樹脂板可為聚對苯二甲酸乙二酯基板(PET base)佈銅線後經表面處理所形成。
於本較佳實施例中，第一金屬連結凸塊357以及第二金屬連結凸塊358皆為焊接材料，而焊接材料可採用錫膏、銀膠、金球、錫球或錫膠等，而焊接製程方法包括但不限於：超音波熱銲(Thermosonic)、共晶(Eutectic)或回焊(Reflow)等。第一金屬連結層352係以銅所製成，而第二金屬連結層353則以金、鎳所製成。其中，由於金、鎳的特性，使得第二金屬連結層353可提供較高的反射率以及較高的結合能力。
需特別說明的有四，第一，由於電路板351之上表面設置有銅箔3511，使得電路板351之上表面不平整，故設置第一金屬連結層352於電路板351之上表面上，而得以將電路板351之上表面平整化。第二，第一金屬連結凸塊357以及第二金屬連結凸塊358僅需以導電金屬製成即可，並非限定第一金屬連結凸塊357必須以銅製成，亦非限定第二金屬連結凸塊358必須以金、鎳製成。
第三，於本較佳實施例中，基板31係為透明或半透明的藍寶石基板，因此，發光層34所產生的光束B可直接向上方且不被遮擋地穿經基板31，藉此可降低光反射的次數而降低光耗損率，以提升發光功率。並且，藉此設置，更可增加光源模組3的整體出光面積。另外，由於基板31設置有凹凸的複數微結構311，本發明光源模組3所產生之光束B不易於內部發生全反射，而可直接穿經基板31向外射出，藉此，本發明光源模組3可提高出光效率。經實驗可得知，本發明光源模組3之光輸出可優於習知光源模組約1.6倍至3倍。
第四，承載基板35之第二保護層354係以絕緣材料所製成，且覆蓋於第二金屬連結層353、第一電極355以及第二電極356上，藉此可避免第一接墊321與第一金屬連結凸塊357以及第二接墊331與第二金屬連結凸塊358發生漏電流之情形。同時，第二保護層354更具有反射功能，以將往下方投射的光束B反射，而可有效提升光束利用率。當然，本發明並非限制必須將絕緣材料與反射材料整合於一體而形成第二保護層354，該兩者亦可根據需求而分別設置。
接下來請同時參閱圖3以及圖5，圖5係為本發明光源模組於第一較佳實施例中之局部結構下視示意圖。圖3顯示出第一接墊321之下表面與第二接墊331之下表面係位於同一高度，以便與承載基板35結合。另一方面，圖5顯示出本發明光源模組3之發光二極體晶粒30之部份結構，由圖5可看出第一接墊321與第二接墊331之接觸面積占第一保護層36之下表面中相當大的比重，故有助於將熱能由發光二極體晶粒30傳導至承載基板35，以避免光源模組3過熱而影響其發光效率。
再者，本發明更提供與上述不同作法之第二較佳實施例。請參閱圖6，其為本發明光源模組於第二較佳實施例中之結構示意圖。光源模 組4包括基板41、第一披覆層42、第二披覆層43、發光層44、承載基板45、第一保護層46以及反射層47，且基板41包括複數微結構411，第一披覆層42具有第一接墊421，而第二披覆層43包括第二接墊431以及透明導電層432。承載基板45包括電路板451、第一金屬連結層452、第二金屬連結層453、第二保護層454、第一電極455、第二電極456、第一金屬連結凸塊457以及第二金屬連結凸塊458。其中，本發明定義基板41、第一披覆層42、第二披覆層43、發光層44以及第一保護層46為發光二極體晶粒40，且發光二極體晶粒40與承載基板45結合而形成光源模組4。本較佳實施例之光源模組4的各元件之結構以及功能大致上與前述較佳實施例相同，且相同之處不再贅述，而該兩者之間的不同之處，光源模組4更包括有反射層47。
反射層47設置於第二披覆層43之下表面上，其可反射穿過第二披覆層43之光束B，使光束B穿過基板41而往外投射，以進一步提升光束使用率。其中，若第二披覆層43中包含有透明導電層432，反射層47則設置於透明導電層432之下表面上。此屬於在發光層44以及承載基板45之間加入反射材料(例如：Distributed Bragg Reflector，DBR)的一種作法，目的係為了得到比習知光源模組更高的出光率。
此外，本發明更提供與上述不同作法之第三較佳實施例。請參閱圖7，其為本發明光源模組於第三較佳實施例中之結構示意圖。光源模組5包括基板51、第一披覆層52、第二披覆層53、發光層54、承載基板55、第一保護層56以及齊納二極體57，且基板51包括複數微結構511，第一披覆層52具有第一接墊521，而第二披覆層53包括第二接墊531以及透明導電層532。其中，本發明定義基板51、第一披覆層52、第二披覆層53、發光層54以及第一保護層56為發光二極體晶粒50，且發光二極體晶 粒50與承載基板55結合而形成光源模組5。本較佳實施例之光源模組5的各元件之結構以及功能大致上與前述較佳實施例相同，且相同之處不再贅述，而該兩者之間的不同之處，光源模組5更包括有複數齊納二極體57。其中，齊納二極體57設置於承載基板55上，且齊納二極體57與發光層54反向並聯，以形成靜電釋放(ESD)保護電路，而可保護光源模組5。
接下來請參閱圖8，其為本發明光源模組於第四較佳實施例中被封裝後之結構示意圖。圖8顯示出發光二極體晶粒60設置於承載基板65上，且發光二極體晶粒60與承載基板65可被噴上保護膠61，其視同封裝程序，以防護發光二極體晶粒60。其中，本發明定義基板、第一披覆層、第二披覆層、發光層以及第一保護層為發光二極體晶粒60，且發光二極體晶粒60與承載基板65結合而形成光源模組6。
需特別說明的是，請再次參閱圖2，於習知技術中，若要於電路板21上設置光源，其作法為將已製造完成的發光二極體22(發光二極體晶粒1被封裝後所形成者)放在電路板21上並經過打線18等程序，而結合發光二極體22以及電路板21以形成光源模組2。其中，光源模組2之厚度為T1。然而，由於本發明改變發光二極體晶粒60的組成，使得發光二極體晶粒60可於不需透過打線程序的情況下而被直接焊接在承載基板65上，且可簡易地進行封裝程序(例如前述噴上保護膠61的運作)，以形成光源模組6，如圖7所示。其中，光源模組6之厚度為T2。與習知技術比較可知，以發光二極體晶粒1與發光二極體晶粒60為基準，可明顯看出光源模組6之厚度T2遠小於光源模組2之厚度T1，故本發明光源模組確實可降低厚度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改 變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
3‧‧‧光源模組
30‧‧‧發光二極體晶粒
31‧‧‧基板
32‧‧‧第一披覆層
33‧‧‧第二披覆層
34‧‧‧發光層
35‧‧‧承載基板
36‧‧‧第一保護層
311‧‧‧微結構
321‧‧‧第一接墊
331‧‧‧第二接墊
332‧‧‧透明導電層
351‧‧‧電路板
352‧‧‧第一金屬連結層
353‧‧‧第二金屬連結層
354‧‧‧第二保護層
355‧‧‧第一電極
356‧‧‧第二電極
357‧‧‧第一金屬連結凸塊
358‧‧‧第二金屬連結凸塊
3511‧‧‧銅箔
B‧‧‧光束

Claims (9)

  1. 一種光源模組，包括：一基板；一第一披覆層，設置於該基板之一下表面上，用以供一第一電流通過；一第二披覆層，位於該第一披覆層之下方，用以供一第二電流通過；其中，該第二披覆層具有一接墊；一發光層，設置於該第一披覆層以及該第二披覆層之間，用以因應該第一電流以及該第二電流而產生一光束，且該光束穿過該基板而往外投射；一反射層，設置於該第二披覆層之一下表面上，用以反射穿過該第二披覆層之該光束，使該光束穿過該基板而往外投射；其中，該接墊穿過該反射層而電性連接於該第二披覆層；以及一承載基板，分別電性連接於該第一披覆層以及該第二披覆層，該承載基板包括：一電路板；一第一金屬連結層，設置於該電路板之一上表面上；一第二金屬連結層，設置於該第一金屬連結層上，可與該第一金屬連結層結合且反射該光束；以及一保護層，設置於該第二金屬連結層上，用以保護該電路板、該第一金屬連結層以及該第二金屬連結層；其中，該保護層可反射投射至該承載基板之該光束，使該光束穿過該基板而往外投射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該第一披覆層具有一 第一接墊，設置於該第一披覆層之一下表面上，且電性連接於該第一披覆層；而該第二披覆層具有一第二接墊，設置於該第二披覆層之一下表面上，且電性連接於該第二披覆層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光源模組，其中，該承載基板更包括：一第一電極，設置於該第二金屬連結層上；一第二電極，設置於該第二金屬連結層上；一第一金屬連結凸塊，設置於該第一電極上，用以結合該第一電極以及該第一接墊；以及一第二金屬連結凸塊，設置於該第二電極上，用以結合該第二電極以及該第二接墊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光源模組，其中，該第一金屬連結凸塊係錫膏、銀膠、金球、錫球或錫膠，而該第二金屬連結凸塊係錫膏、銀膠、金球、錫球或錫膠。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該第一金屬連結層係以銅所製成，而該第二金屬連結層係以金、鎳所製成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該基板包括複數微結構，且該複數微結構分別設置於該基板之一上表面以及該下表面，用以避免該光束發生全反射，而幫助該光束往該基板之外投射。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該基板係藍寶石基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該發光層係多層量子井。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該第二披覆層更包括 一透明導電層，設置於該第二披覆層之一下表面上，用以輔助該第二披覆層導電。
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