TWI720199B - 一種發光元件及其發光裝置 - Google Patents
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Abstract
一種發光元件，包含一發光單元與支撐發光單元的軟性載體。發光單元包含一發光二極體晶粒、一位於發光二極體晶粒上的第一反射層，一以及位於第一反射層以及發光二極體晶粒之間的光學擴散層
Description
本發明係揭露一種發光元件具有多個發光二極體晶粒設置在一個載板上，以及一個包含有發光元件的發光裝置。
相較於傳統光源，發光二極體（light-emitting diode, LED）更具長效性、使用壽命更長、更為輕便、更容易安裝，並具有更低的功耗，因此適合作為照明光源。發光二極體也應用於交通信號燈、背光模塊、路燈和醫療儀器等各種應用，並成為一種主流的光源。當發光二極體應用於室內照明時，需要縮減其尺寸，例如厚度，因此需要在增加光場上等方面投入更多的心力。
本發明揭露一種發光元件，包含一發光單元與支撐發光單元的軟性載體。發光單元包含一發光二極體晶粒、一位於發光二極體晶粒上的第一反射層，一以及位於第一反射層以及發光二極體晶粒之間的光學擴散層。
本發明揭露一種發光裝置，包含一框架、一軟性載體，以及一發光單元。軟性載體具有連接到該框架的第一端與第二端。發光單元位於軟性載體之上，並包含一發光二極體晶粒、一位於發光二極體晶粒與框架之間的反射層，以及一位於發光二極體晶粒之上的光學擴散層。
本發明揭露一種發光裝置，包含一光導、一發光單元、一位於發光單元之上的覆蓋層，以及一連接發光單元的軟性載體。光導包含一上表面、一相對於上表面之下表面，以及一連接上表面與下表面之側表面。發光單元包含一發光二極體晶粒、一位於發光二極體晶粒之上的反射層，以及一位於反射層與發光二極體晶粒之間的光學擴散層。覆蓋層與光導相連接。
以下實施例將伴隨著圖示說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可以擴大或是縮小。
第1A圖為本發明第一實施例所揭露之發光元件示意圖。發光元件1000具有上表面106、側表面108、載體10、形成在載體10的第一表面102之上的多個發光單元20、形成在載體10的第二表面104之上的黏著層18，以及覆蓋 多個發光單元20和載體10的覆蓋層12。發光元件1000的上表面可以是長方形的，例如一長寬比大於1.1的矩形，例如長寬為400mm*300mm的矩形。設置在載體10上的多個發光單元20彼此分離，其中兩個發光單元20之間的距離例如小於10mm，又或者之間的距離介於3mm和10mm之間。 發光單元20在載體10上可形成二維陣列。發光裝置1000在不計算黏著層18的情況下，厚度小於7mm，又或者發光裝置1000在不計算黏著層18的情況下，厚度介於1mm~7mm。發光裝置1000可以作為平面發光裝置，例如嵌入式燈具或LCD顯示器的背光源。 其中的多個發光單元20可第一表面102上的電線佈線彼此電連接。電線佈線更電連接到外部電源。 在另一實施例中，電線佈線形成於第二表面104上，且透過貫穿載板10的金屬插頭連接至載板的第一表面102以電性連接第一表面102上的多個發光單元20。在一實施例中，覆蓋層12和載體10都是軟性（可撓）的，因此發光元件1000也是軟性（可撓）的。黏著層18有一個具有黏著性的外表面，可輕易地將發光元件1000貼附到其它元件。 在另一實施例中，黏著層18可以從發光裝置1000中移除。值得注意的是，發光元件1000中的（多個）發光單元20可以用後續實施例中所揭露的發光單元所取代。
參考第1A圖，法線L1與發光單元20的上表面垂直並穿過發光單元20的幾何中心GC。從發光裝置1000發射的光在各方向上行進，舉例來說，光束L2從載體10往覆蓋層12的方向行進並通過上表面106，光束L3從載體10往覆蓋層12的方向行進並通過側表面108。
在測量點MP測量發光元件1000的光學特性，例如發光效率、色溫、演色性（CRI）、照明均勻度、眩光等級（UGR）或光強度時，法線L1與連接發光單元20的幾何中心GC以及測量點MP的虛擬線VL之間形成一偏移角θ。在具有偏移角θ的特定測量點MP處所測量到發光裝置的照明均勻度，是指在測量點MP上所測量到一個區域中的平均光強度除以同樣條件下的最大光強度。所測量的區域位於一個平行於載體的第一表面102的虛擬平面上。 也就是說，法線L1垂直於第一表面102和測量的區域所在的虛擬平面。此外，所謂的測量點表示所測量區域的幾何中心點，並且最大光強度和平均光強度分別表示測量區域內的光強度的最大值和平均值。發光裝置1000在發出色溫介於3000K和8000K之間的白光時，發光效率大於80lm / W，例如，發光裝置1000發出色溫為3000K的白光時，發光效率約136lm / W。 發光裝置1000的演色性（CRI）大於80。發光裝置1000的眩光等級（UGR）大於19。在偏移角θ介於0°和90°之間的測量點MP處所測量到發光裝置1000的照明均勻度大於或等於80％。舉例來說，在偏移角θ為30°的測量點MP處所量測到的照明均勻度為85.1%。量測區域介於1mm2
與250000mm2
之間。或者，量測區域介於10000mm2
與240000mm2
之間。此外，照明裝置在偏移角θ為0°時的照明均勻度為91.2%、在偏移角θ為60°時的照明均勻度大於82.5%，並且在偏移角θ為90°時的照明均勻度大於80.1%。值得注意的是，偏移角θ為0°的測量點位於覆蓋層12的上方並通過法線L1。總的來說，在偏移角θ介於30°和90°之間的測量點所測量到的照明均勻度大於80％。第1B圖為本發明第一實施例所揭露之發光元件內的發光單元示意圖。發光單元20具有發光二極體晶粒2，以及依序堆疊在發光二極體晶粒2上表面的波長轉換層4、光學擴散層6和反射層8。波長轉換層4覆蓋發光二極體晶粒2的上表面和側表面，而不覆蓋發光二極體晶粒2的下表面。波長轉換層4直接接觸到發光二極體晶粒2。光學擴散層6形成 在波長轉換層4上，並且僅覆蓋發光二極體晶粒2的上表面。反射層8形成在光學擴散層6上，並且僅覆蓋發光二極體晶粒2的上表面。光學擴散層6和反射層8不直接接觸到發光二極體晶粒2的上表面。波長轉換層4、光學擴散層6和反射層8的側表面基本上彼此共面。 換句話說，波長轉換層4、光學擴散層6和反射層8的側表面形成了發光單元20的側表面。在另一實施例中，發光單元20具有兩個或多個發光二極體晶粒2，例如發光單元20具有藍色發光二極體晶粒和紅色發光二極體晶粒，或是發光單元20具有兩個藍色發光二極體晶粒。 發光單元20在下表面上具有第一接合焊墊202和第二接合焊墊204，並且連接到發光二極體晶粒2。從發光二極體晶粒2發射的光被反射層8反射到發光單元20的側表面。第1C圖為第1B圖中發光單元20的光場圖。更具體而言，發光單元20的頂部區域周圍的光強度，例如在第1C圖中30度和330度之間的光強度，比發光單元20的側邊周圍的區域的光強度低，例如第1C圖中 270〜330度或30〜90度的區域。發光單元20側邊周圍的區域的光強度比的頂部區域周圍的光強度高至少10％。此處所揭露的發光單元20可以應用於並包括在接下來根據本公開說明書所述的實施例中所揭露的發光元件或者發光裝置內。
第1D圖為第1B圖中發光單元20的光強度分布曲線。參考第1D圖，發光單元20的視角為約166°。 在一實施例中，發光單元的視角被設計成大於140°。視角代表著發光單元20的發射光譜中，由最大光強度的至少50％的兩個邊界對應的角度所限制的最廣範圍。例如，當發光單元20在發射光譜上角度為10°和210°時的光強度都大於或等於最大光強度的50％，發光單元20的視角便為200° 。發光二極體晶粒2包括一個具有主動層的半導體疊層，根據不同的材料發出非同調性光，例如紅光，藍光或綠光。發光二極體晶粒2上的波長轉換層4包含有一個或多個螢光粉材料，被發光二極體晶粒2發出的第一光束刺激以發射一與第一光束不同顏色的第二光束。其中的一個或多個螢光粉材料包含但不限於黃綠色螢光粉材料或紅色螢光粉材料。 黃綠色螢光粉材料包括氧化鋁（如YAG或TAG）、矽酸鹽、釩酸鹽、鹼土金屬硒化物或金屬氮化物。紅色螢光粉材料包括矽酸鹽、釩酸鹽、鹼土金屬硫化物、氧氮化物、氟化物（K2
TiF6
：Mn4 +
，K2
SiF6
：Mn4 +
），或鎢酸鹽和鉬酸鹽的混合物。
發光二極體晶粒2具有第一導電型半導體層、第二導電型半導體層以及位於第一導電型半導體層與第二導電型半導體層之間的主動層。 第一導電型半導體層和第二導電型半導體層作為披覆層（cladding layer）或限制層（confinement layer），分別提供在主動層中結合以發出光線的電子（electron）和電洞（hole）。第一導電型半導體層、第二導電型半導體層以及主動層包括III-Ⅴ族半導體材料，例如Alx
Iny
Ga（ 1-x-y ）
N或Alx
Iny
Ga（ 1-x-y ）
P，其中0≤x，y≤1;（x + y）≤1。 根據主動層的材料，發光二極體晶粒2可以發射峰值波長在610nm和650nm之間的紅色光、峰值波長在530nm和570nm之間的的綠色光或峰值波長在450nm和490nm之間的藍色光。
光學擴散層6與覆蓋層12對發光二極體晶粒2發出的光線為透明的，光學擴散層6的成分與覆蓋層12相似。光學擴散層6或覆蓋層12的透明度大於60％並且包括一基質。 基質包括折射率為1.4〜1.6的材料，例如聚合物或氧化物。 聚合物包括矽膠、環氧樹脂、PI、BCB、PFCB、SU8、丙烯酸樹脂、PMMA、PET、PC、聚醚酰亞胺或碳氟化合物（fluorocarbon）。 氧化物包括Al2
O3
，SINR，SU 8或SOG。在另一個實施例中，光學層6或覆蓋層12還包括分散在基質中的多個折射顆粒（未顯示）。 折射粒子的折射率比基質高，例如二氧化鈦，二氧化矽，氧化鋁，氧化鋅或二氧化鋯。第一接合焊墊202和第二接合焊墊204包含金屬或金屬合金，例如Cu、Ti、Au、Ni或其組合。
反射層8可以是一布拉格反射層（Distributed Bragg Reflector；DBR）或一金屬反射層。在一實施例中，發光單元20中可以省去光學擴散層6，且反射層8直接接觸波長轉換層4。
載體10可以是軟性的並且對於發光元件20發射的光而言是透明的。例如，載體10對於來自發光二極體晶粒2的光的透明度大於90％。在一實施例中，載體10的透明度相對於峰值波長為550nm的光線大於92％。 載體可以由PET、聚酰亞胺（PI）、高聚偏二氟乙烯（HPVDF）或乙烯 - 四氟乙烯（ETFE）形成。在一實施例中，載體的透明度相對於發光單元的光為92％〜100％，並且載體在160℃〜200℃之間的溫度下完全固化，以抵抗操作中的各種環境差異。在一實施例中，載體10的透明度大於90％，並具有一大於160℃的玻璃化轉變溫度。在一實施例中，載體10由聚氟化二乙烯（HPVDF）和粒徑約1〜100nm的粒子形成，用於調節載體的透明度。例如，一個顆粒的粒徑小於50nm。
第1E圖為第1A圖中發光元件1000彎曲狀態下的示意圖。載體10是軟性的，並且載體10的表面可以彎曲成具有各種凹陷和突起（例如具有不同的尺寸、半徑或深度）的曲線，如第1E圖所示。 此外，載體10和與平行上表面106的黏著層18的表面被彎成曲面。雖然載具10是彎曲的，但發光單元20透過覆蓋層12緊密地連接到載體10上。 此外，從第1E圖中彎曲的發光元件1000所測量到的光學性質，例如發光效率、色溫、演色性（CRI）、照明均勻度、眩光等級（UGR）或光強度都類似於從第1A圖中未彎折的發光元件1000所測量到的光學性質。也就是說，發光元件1000彎折與否對光學性質上的變化並不明顯，因此發光元件1000可以被應用到各種特定的用途上，例如高解析度的顯示器、醫學手術以及穿戴式裝置。
第2A圖為第1A圖中的第一實施例所揭露之發光元件1000上視圖。參考第2A圖，本範例的發光元件1000A與第1A圖中的發光元件1000的差異是發光元件1000A還包括第一線路160A、第二線路160B、串聯三個發光單元20的第一串列S1和串聯位於載體10A上的兩個發光單元20的第二串列S2、位於載體10A上的第一金屬焊墊140A以及載體10A上的第二金屬焊墊140B，其中第一金屬焊墊140A和第二金屬焊墊140B都具有貫穿載體10A的金屬塞。如第1A圖所示，發光單元20和線路160A和160B被覆蓋層12覆蓋的時候，金屬焊墊140A和140B未被覆蓋層12覆蓋。第一線路160A直接連接到第一金屬焊墊140A，第二線路160B直接連接到第二金屬焊墊140B。 第一線路160A的配置與第二線路160B不同，例如佈局方式以及他們在發光元件1000A中的位置。在另一實施例中，第一線路160A的外型包含一彈簧狀或一波浪狀以增進機械強度，並避免線路在發光元件彎曲的時候損壞。第一串列S1和第二串列S2彼此電性並聯。
第2B圖為第1A圖中的第二實施例所揭露之發光元件1000上視圖的第二實施例。參考第2B圖，本範例的發光元件1000B與第1A圖中的發光元件1000的差異是發光元件1000B還包括第三線路162A、第四線路162B、包含發光單元20的第三串列S3和包含四個在載體10B上並聯的四個發光單元20的第四串列S4、位於載體10B上的第三金屬焊墊142A以及載體10B上的第四金屬焊墊142B，其中第三金屬焊墊142A和第四金屬焊墊142B都具有貫穿載體10B的金屬塞。發光單元20和線路162A和162B如第1A圖所示都被覆蓋層12覆蓋。而金屬焊墊142A和142B未被覆蓋層12覆蓋。第三線路162A直接連接到第三金屬焊墊142A，第四線路162B直接連接到第四金屬焊墊142B。 串列S1~S4中的發光單元20可以根據其應用彼此並聯或串聯。 類似地，發光元件1000A或發光元件1000B中的串列S1~S4之間的連接方式可以針對不同的用途修改。
第2C圖為第1A圖中的第三實施例所揭露之發光元件1000上視圖。本範例的發光元件1000C與第1A圖中的發光元件1000的差異是發光元件1000C還包括電源22、第五線路164A、位於載體10D的上表面的第六線路164B、位於載體10D上的第五金屬焊墊144A以及載體10D上的第六金屬焊墊144B，其中第五金屬焊墊144A和第六金屬焊墊144B都具有貫穿載體10D的金屬塞。發光單元20和線路164A和164B如第1A圖所示都被覆蓋層12覆蓋。電源22電性連接到發光單元20以及線路164A和164B。發光元件1000C更包含了其他電子元件（未顯示），例如電容、電感或電阻，以達到保護或者整流的目的。電源22可以是電池或光伏單元以提供電力。 在另一個實施例中，線路可以設置在載體的上表面和下表面之上，使得發光單元20僅形成在載體10D的一側上，並且電子元件僅形成在載體10D的另一側上。第2D圖為第1A圖中的第四實施例所揭露之發光元件1000上視圖。第2D圖中的發光元件1000A'與第2A圖中的發光元件1000A具有相似的結構。不同之處在於，發光元件1000A'還包括設置在第一線路160A上相對於第一金屬焊墊140A上的相反端上的第七金屬焊墊140A'，以及設置在第二線路160B上相對於第二金屬焊墊140B上的相反端上的第八金屬焊墊140B'，使得發光元件1000A'的兩側都能連接到別的發光元件。例如，發光元件1000A'的兩側分別透過金屬焊墊140B與140A連接到發光元件1000B，以及透過金屬焊墊140B'與金屬焊墊140A'連接到發光元件1000C。更進一步來說，發光元件1000A'的兩側都可以依據所需要的數量連接別的發光元件，並且兩側可以連接到相同或者不同的發光元件。以連接到不同的發光元件為例，金屬焊墊140A、140B可以連接到發光元件1000B，而金屬焊墊140A'、140B'可以連接到發光元件1000A，並且這兩個發光元件1000A、1000B上的發光單元的連接方式彼此不同。也就是說，發光元件的兩側可以連接到包含有不同連接方式的發光單元的發光元件。而上述的連接方式，可以是電性上的連接方式，例如電性串聯或者電性並聯，及/或物理上的連接方式，例如位於其上的發光單元被連成一直線或者連成環狀。
第3A-1圖為本發明第一實施例所揭露之串連著的發光元件上視圖。參考第3A-1圖，發光元件1000D的串列透過串連發光元件1000A、1000B和1000C中的多個發光元件所形成。 例如，發光元件1000D包括第2A圖中的發光元件1000A以及第2B圖中的發光元件1000B，兩個元件1000A、1000B透過金屬焊墊彼此連接。 在另一個實施例中，在線路的兩個相對端處添加金屬焊墊，使得發光元件的兩側都可以連接到發光元件。 參考第3A-1圖，第三線路162A透過接合第一金屬焊墊140A到第三金屬焊墊142A上，電性連接到第一線路160A。類似地，第四線路162B透過接合第二金屬焊墊140B到第四金屬焊墊142B上。第3A-2圖為第3A-1圖中的發光元件側視圖。第一金屬焊墊140A接合到第三金屬焊墊142A，並且發光元件1000A的一部分與發光元件1000B的一部分重疊。
第3B圖為第本發明第二實施例所揭露之串連著的發光元件側視圖第3B圖中的發光元件1000D的串列透過串連發光元件1000A、1000B和1000C中的多個發光元件所形成。 例如，發光元件1000D包括第2A圖中的發光元件1000A以及第2B圖中的發光元件1000B，兩個元件1000A、1000B透過電線W1彼此連接。電線W1物理性且電性連接金屬焊墊140A到金屬焊墊142A。
第3C圖為第本發明第三實施例所揭露之串連著的發光元件側視圖。第3C圖中的發光元件1000D的串列透過串連發光元件1000A、1000B和1000C中的多個發光元件所形成。 例如，發光元件1000D包括第2A圖中的發光元件1000A以及第2B圖中的發光元件1000B，兩個發光元件1000A、1000B透過黏著層1440A、1440B與電線W2彼此連接。電線W2連接金屬焊墊140A與金屬焊墊142A。如第3B圖與第3C圖所示，黏著層1440、1440A或1440B形成在發光元件1000A與1000B的側表面之間。側表面可以是如第3B圖所示的平坦表面，或如第3C圖所示的曲面，而這些位於發光元件的兩側的曲面彼此互補。 在另一個實施例中，電線，例如電線W1、W2，以及線路，例如線路160A、160B、162A和162B，都設置在發光元件相對於覆蓋層12所在的上側的另一側的下表面。 在另一個實施例中，黏著層18可以被包含在一個或多個發光元件中，如第 3A-1、3B和3C圖中的實施例所示。
在一實施例中，多個發光元件可以彼此連接成一形狀以達成特定的功效，從上視圖來看，這形狀可以是彎曲狀、圓形或者四方形。發光元件內的發光單元20可以排成各種形狀以配合不同應用，例如排成特定圖片的樣子、圖案或者字。在另一實施例中，一發光元件可以被彎折而具有一曲率半徑，並且最多可以被彎折到曲率半徑不超過25公分的程度。此處所描述的發光元件彼此之間的連接關係可以被應用到或者包含在本發明接下來的實施例中所提到的發光元件。
第4A圖為依據本發明第二實施例之一發光元件示意圖。參考第4A圖，此處將第1A圖中的發光元件1000連接到一接合平面30上，其細節可以參考第1A~第1E圖及其描述，此處為簡潔而省略。發光元件1000 被彎折而具有一曲率半徑，且其第一端1001和第二端1002連接到接合平面30，因此發光元件1000與接合平面30的表面間形成間隙。其中的間隙為一包含有空氣的間隙。接合平面30可以是牆壁或天花板的表面。 在另一個實施例中，黏著層18可以從發光元件1000省略。
第4B圖為本發明第一實施例之發光裝置示意圖。參考第4B圖，發光裝置2000包括發光元件1000和框架34，其中發光元件1000連接到框架34的第一端1001和第二端1002，發光元件1000 被彎折而具有一曲率半徑R。其中，曲率半徑R不超過25公分。框架34具有靠近發光元件1000的內表面342和與內表面342相對的外表面340。框架34的外表面340可以是有粘性的或者具有形成於其上的黏著層，以應用於特殊的目的。 框架34可以進一步連接到天花板上，並使得發光元件1000突出於天花板之外。 類似地，在發光元件1000和框架34之間形成一間隙。在另一實施例中，發光裝置2000嵌入於天花板或者牆壁上的孔穴內，使得發光元件1000的一部分被孔穴的側壁所環繞。在另一實施例中，在框架的內表面342上設置有一反射層，其反射率相對於從發光單元20發出的光反射率大於80％。 在另一個實施例中，黏著層18可以從發光元件1000中省略。
參考第4A圖，在不同的角度測量發光元件1000的照明均勻度。測量發光元件1000的照明均勻度所使用的方法已經在前述的實施例中詳細的描述了。第一測量點MP1直接位於發光元件1000的下方，其中第一測量點MP1的偏移角θ為0°。 測量點MP2的偏移角度θ為30度，測量點MP3的偏移角θ為60度。 測量點MP1〜MP3位於表面32上。測量點MP4的偏移角度θ為90°。當發光元件1000的曲率半徑R大致為32mm時，在第一測量點MP1所測得的照明均勻度為91.2％，在第二測量點MP2所測得的照明均勻度為85.2％，在第三測量點MP3所測得的照明均勻度為82.5％，在第四測量點MP4所測得的照明均勻度為80.1％。 值得注意的是，當偏移角在30度到90度之間的時，在測量點所測得的照明均勻度大於80％，並且此時發光元件1000的曲率半徑R大於25mm。此外，當發光元件1000未被彎折的時候，曲率半徑R為無限大。值得注意的是，發光元件1000在相同偏移角的測量點處所測量到的照明均勻度與在相同條件下量測發光裝置2000的照明均勻度相似，例如均勻度相差小於10％。
第5A圖為本發明第三實施例所揭露之一發光元件示意圖。類似第1A圖中的發光元件1000，發光元件1000E有多個發光單元20設置在載體10之上，以及一個覆蓋層12覆蓋多個發光元件20。本實施例的發光元件1000E與第1A圖的發光元件1000的差異在於發光元件1000E還包括設置於載體10的第二表面104上的（公）接頭26a，以及設置於載體10的第一表面102上的（母）接頭26b。接頭26a和26b形成在載體10的兩端並與覆蓋層12相分離。發光元件1000E的形狀可以是長方形的，例如是一個矩形，以做為平面發光元件使用，例如一個平板燈或者液晶顯示器的背光源。通過連接（公）接頭26a與（母）接頭26b，可以將載體10的兩端彎曲成一環狀，並使得發光單元20位於載體10的外側表面上。如第5B圖中的右圖所示，（公）接頭26a有一第一突起260a 以及與第一突起260a相反並位在相對位置上的一第二突起262a。如第5B圖中的左圖所示（母）接頭26b有一第一空腔260b、一與第一空腔260b相反並位在相對位置上的一第二空腔262b，以及在第一空腔260b和第二空腔262b之間的開口。可以藉由分別連接第一突起260a與第二空腔262b，以及連接第二突起262a與第一空腔260b，將（公）接頭26a插入（母）接頭26b的開口中。突起和空腔的結合提供的連接具有良好的機械強度，因此兩個發光元件1000E可以通過將一個發光元件1000E的（公）接頭26a插入到另一個發光元件1000E的（母）接頭26b中而彼此連接。在另一個實施例中，兩個發光元件1000E彼此面對，並且讓發光單元20位在兩個載體10之間。（母）接頭的空腔的輪廓與（公）接頭對應的突起的輪廓互補。突起的輪廓可以是圓柱體、柱體或錐體。 空腔和突起可以分別形成在載體10的同一側上，例如同在第一表面102或同在第二表面104之上，或者分別形成在載體的相反側的同樣位置上，並彼此重疊。
第6A圖為本發明第四實施例所揭露之一發光元件1000F示意圖。類似第1A圖中的發光元件1000，發光元件1000F有多個發光單元20設置在載體10之上，以及一個覆蓋層12'覆蓋多個發光元件20。本實施例的發光元件1000F與第1A圖的發光元件1000的差異在於本實施例中的發光元件1000F沒有黏著層18，並且覆蓋層12'沿著發光單元20與載體10的輪廓形成於載體10之上。因此，覆蓋層12'的輪廓與發光單元20的輪廓之間的契合度，比第1A圖中覆蓋層12覆蓋發光單元20的契合度好。發光裝置1000F可以用作平面光源，例如平板燈或者液晶顯示器的背光源。覆蓋層12'對於從發光單元20發射的光而言，可以是半透明或透明。在一實施例中，散射顆粒被添加到覆蓋層12'中以增強光學的散射效果。 在另一個實施例中，可以在載體10和發光單元20之間形成反射層。此外，可以在載體10相對於發光單元20所在的表面上形成黏著層。
第6B圖為本發明第二實施例所揭露之一發光元件內的發光單元示意圖。在根據本發明的前述或後續實施例中，位於發光元件內的發光單元20可以由發光單元20'代替。 如第6 B圖所示，第1B圖的發光單元20與本發明的發光單元20'之間的差異是發光單元20沒有光學擴散層6，以及發光單元20'的反射層8直接連接到波長轉換層 4，因此發光單元20'的厚度小於發光單元20的厚度，並可應用於需要超薄尺寸的電子設備。發光單元20'具有一發光二極體晶粒2、一反射層8、一位於發光二極體晶粒2的上表面的波長轉換層4以及與發光二極體晶粒2的下表面連接的第一接合焊墊202和第二接合焊墊204。 類似地，從發光二極體晶粒2發射的光被反射層8反射，使得發光單元20'的上表面的光強度低於發光單元20'的側表面處的光強度。發光單元20'的光學特性與發光單元20的光學特性相似，例如視角大於160°的特性。值得注意的是，由於來自發光二極體晶粒2的光不被光學擴散層吸收，因此發光單元20'的發光強度比發光單元20更高。反射層8的材料、波長轉換層4的材料，以及焊墊202和204的材料都跟發光單元20中對應的元件的材料類似，因此此處為了簡潔起見而省略相關描述。此處所描述的發光單元20'可以應用於並包含在本發明前述或者接下來的實施例中所提到的發光元件。
第7圖為本發明第三實施例所揭露之一發光元件內的發光單元示意圖。參考第7圖，發光單元40具有發光二極體晶粒2d、包含波長轉換粒子120的波長轉換層4、具有絕緣部分5-1和5-3的絕緣層5、反射層114、光學層11和接合焊墊202和204。反射層114可以是一布拉格反射層（Distributed Bragg Reflector；DBR）或反射金屬層，並且反射層114可以通過塗覆、貼合或噴塗的步驟形成在光學層11上。 發光二極體晶粒2d具有連接到接合焊墊202的電極60，以及連接到接合焊墊204的電極62。接合焊墊202和204通過絕緣層5與電極60和62分離。接合焊墊2202和204分別通過絕緣部分5-1與波長轉換層4物理性分離。接合焊墊202具有連接到絕緣部分5-1和電極60的第一部分，以及連接到絕緣部分5-3的第二部分。此外，絕緣部分5-1的側表面與發光單元40的側表面共面。絕緣層5具有連接到接合焊墊202和204的彎曲表面，其中的彎曲表面靠近 發光單元40的側表面。類似地，絕緣層5的側表面與波長轉換層4的側表面共面。絕緣層5具有不均勻的厚度，其中絕緣部分5- 3的最大厚度大於絕緣部分5-1的最大厚度。接合焊墊202和204用於電連接到外部電源。 波長轉換層4對於從發光二極體晶粒2d發出的光而言是透明的。第7圖中的波長轉換層4的組成， 與第1圖中的波長轉換層4相同，此處為了簡潔的考量省略細節的介紹。 在本實施例中，光能夠通過發光單元40的五個主要出光表面，並具有一介於100度和160度之間的視角。絕緣層5的材料可以是氧化物，氮化物或聚合物。 氧化物包括氧化矽（SiOx
）、氧化鈦（TiOx
）、氧化鉭（TaOx
）或氧化鋁（AlOx
）。 氮化物包括氮化鋁（AlNx
）或氮化矽（SiNx
）。聚合物包括聚酰亞胺或苯並環丁烷（BCB）。 在另一個實施例中，絕緣層5包括了交替堆疊的低折射率層和高折射率層的多個次層，以形成一布拉格反射層（DBR）。光學層11包括藍寶石、鑽石、玻璃、環氧樹脂、石英、丙烯酸樹脂、氧化矽、氧化鋁、氧化鋅或矽膠。在另一實施例中，發光單元40中沒有光學層11，並且發光二極體晶粒2d具有一上表面400與側表面402和404。波長轉換顆粒120覆蓋上表面400和側表面402和404。此外，波長轉換顆粒120覆蓋絕緣層5在側向上延伸並超出發光二極體晶粒2d的側面的部分。此處所描述的發光單元40可以應用於並包含在本發明前述或者接下來的實施例中所提到的發光元件。
第8A～8D圖為本發明之發光元件之製作方法示意圖。更精確一點的來說，第8A～8D圖為第1A圖中發光元件1000的製作方法的示意圖。製作方法包含了第一步驟至第五步驟。參考第8A圖，在載體10的上表面設置多個發光單元20的第一步驟。如第 8B、8C圖所示，提供並形成覆蓋發光單元20的未固化的覆蓋層12a的第二步驟，並且其中未固化的覆蓋層12a是一具有均勻厚度的薄片。第三步驟為固化未固化的覆蓋層12a以形成覆蓋層12。第四步驟如第8C圖所示，在載體10相對於上表面的下表面上形成黏著層18。第五步驟如第8D圖所示，切割第四步驟中所形成的結構，而形成如第1A圖中所示的發光元件1000。覆蓋層12以一一致的厚度形成在載體10之上，更具體地來說，覆蓋層12彎曲或突起的部分在第四步驟中被移除了。在一實施例中，部分未被固化的覆蓋層12a被濕式噴砂、研磨或拋光等方法移除以減少整體結構的厚度。參考第1A圖，發光單元20上方的上表面106為平坦面。此外，第8A~8D圖中所描述的方法可以被用來形成第6A圖中的發光元件1000F。形成發光元件1000與發光元件1000F的方法差異在於，發光元件1000的覆蓋層12是透過在發光單元20上貼附一未固化的覆蓋層12a，而發光元件1000F的覆蓋層12'是利用保形塗佈（conformal coating）的方式，例如噴塗，形成一薄層以覆蓋發光單元20。本實施例的覆蓋層12'的材料與在製造發光元件期間的未固化的覆蓋層12a相比，具有較小的粘度。 此外，覆蓋層12的厚度比覆蓋層12'厚，但兩者的厚度均小於600um。例如，覆蓋層12或覆蓋層12'的厚度在100um和500um之間。覆蓋層12或覆蓋層12'包含有聚合物。
第9A圖為本發明第二實施例之包含有發光元件的發光裝置示意圖。發光裝置2002具有一光導50與一發光元件1000。參考第9A圖，發光元件1000連接到光導50的側表面以形成發光裝置2002。黏著層18與光導 50位在發光裝置1000的相對的兩個面上。 發光元件1000可以用本說明書中所揭示的任一發光元件代替。 光導50具有出光面501。覆蓋層12在光導50和覆蓋層12之間的界面與載體10之間，有著一均勻的厚度。值得注意的是，發光元件1000包括多個發光單元20，其中的發光單元20可以用本說明書在其他實施例中公開的發光單元20'取代。 在另一個實施例中，黏著層18可以從發光元件1000中省略。
第9B圖為第9A圖中的發光裝置2002側視圖。光導50有一上表面501、一下表面502、一連接上表面501與下表面502的側表面，以及一位於（相對於上表面501一側的）下表面502之上的光學結構503。光學結構503可用於改變光的行進方向，例如反射、折射，及/或散射來自發光單元20的光線，讓光線往上表面501的方向前進，並穿過上表面501。光導50的側表面連接到發光元件1000。更具體而言，覆蓋層12連接到光導50的側表面。光學結構503內置於光導50之內，並用於均勻的分散整個光導50內的光線，並且從剖面圖上看，光學結構503的形狀可以是三角形、弧形或梯形。光學結構503可以是透明或者可透光的。發光裝置2002可以當作光源使用，例如螢幕的背光模組。在另一實施例中，發光元件1000更包含了一個反射層位於載體與覆蓋層之間，以及位於載體與發光單元之間，用來增加發光元件所能提供的光強度。
第10A圖為本發明第三實施例之包含有發光元件的發光裝置示意圖。發光裝置2004具有一光導52與一發光元件1000，發光元件1000包含有發光單元20。值得注意的是，發光元件1000內的發光單元20的位置大致與發光裝置2004的幾何中心線重疊。從另一方面來看，光導52的幾何中心線跟發光裝置2004的幾何中心線重疊。也就是說，發光單元20的位置與光導52的幾何中心線重疊。發光元件1000可以用本說明書在其他實施例中公開的發光元件取代。發光單元20可以用本說明書在其他實施例中公開的發光單元取代。
第10B圖為第10A圖中的發光裝置側視圖。黏著層18與光導52形成在發光元件1000的相對應的兩側。光導52具有一上表面521以及與上表面521相反下表面522，其中，光線主要從上表面521離開發光裝置2004。發光元件1000與下表面522相接。發光元件1000具有多個發光單元20、載體10和覆蓋層12。值得注意的是，第9A~9B圖中的發光元件1000所發出的光線，主要從光導50的側面進入光導50，而第10A~10B圖中的發光元件1000所發出的光線，則主要從光導52的下表面522進入光導52。載體10的上表面102可以是一粗糙面以反射、散射或將光線轉向，更可以包含第9B圖中的光學結構。光導52是用於強化光學特性，例如用以強化發光元件1000所發出的光線的均勻度。發光裝置2004可以當作光源使用，例如做為螢幕的背光模組。在另一實施例中，發光元件1000更包含了一反射層設置於載體與覆蓋層之間，以及設置於載體與發光單元之間，用來增加發光元件所能提供的光強度。在另一實施例中，黏著層18可以從發光元件1000中省略。
需了解的是，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易見之修飾或變更接不脫離本發明之精神與範圍。
1000、1000A、1000B、1000C 、1000A'、1000D 、1000E 、1000F‧‧‧發光元件
2000、2002、2004‧‧‧發光裝置
10、10A、10B、10D‧‧‧載體
2、2d‧‧‧發光二極體晶粒
4‧‧‧波長轉換層
5‧‧‧絕緣層
5-1、5-3‧‧‧絕緣部分
6‧‧‧光學擴散層
11‧‧‧光學層
12、12' 、12a‧‧‧覆蓋層
8、114‧‧‧反射層
18、1440、1440A、1440B‧‧‧黏著層
20、20' 、40‧‧‧發光單元
22‧‧‧電源
102‧‧‧第一表面
120‧‧‧波長轉換粒子
1001、1002‧‧‧端
202、204‧‧‧接合焊墊
30‧‧‧接合平面
50、52‧‧‧光導
60、62‧‧‧電極
26a、26b‧‧‧接頭
260a、262a‧‧‧突起
260b、262b‧‧‧空腔
104‧‧‧第二表面
106、400、501、521‧‧‧上表面
160A、160B、162A、162B 、164A、164B‧‧‧線路
140A、140B、142A、142B、144A、144B、140A'、140B'‧‧‧焊墊
108、402、404‧‧‧側表面
502、522‧‧‧下表面
503‧‧‧光學結構
34‧‧‧框架
32‧‧‧表面
340‧‧‧外表面
342‧‧‧內表面
L1‧‧‧法線
S1、S2、S3、S4‧‧‧串列
L2、L3‧‧‧光束
W1、W2‧‧‧電線
GC‧‧‧幾何中心
MP、MP1、MP2、MP3、MP4‧‧‧測量點
R‧‧‧曲率半徑
θ‧‧‧偏移角
第1A圖為本發明第一實施例所揭露之發光元件示意圖。
第1B圖為本發明第一實施例所揭露之發光元件內的發光單元示意圖。
第1C圖為第1B圖中發光單元的光場圖。
第1D圖為第1B圖中發光單元的光強度分布曲線。
第1E圖為第1A圖中發光元件彎曲狀態下的示意圖。
第2A圖為第1A圖中的第一實施例所揭露之發光元件上視圖。
第2B圖為第1A圖中的第二實施例所揭露之發光元件上視圖。
第2C圖為第1A圖中的第三實施例所揭露之發光元件上視圖。
第2D圖為第1A圖中的第四實施例所揭露之發光元件上視圖。
第3A-1圖為本發明第一實施例所揭露之串連著的發光元件上視圖。
第3A-2圖為第3A-1圖中的發光元件側視圖。
第3B圖為第本發明第二實施例所揭露之串連著的發光元件側視圖。
第3C圖為第本發明第三實施例所揭露之串連著的發光元件側視圖。
第4A圖為本發明第二實施例所揭露之發光元件示意圖。
第4B圖為本發明第一實施例之發光裝置示意圖。
第5A圖為本發明第三實施例所揭露之發光元件示意圖。
第5B圖為第5A圖中的連接器示意圖。
第6A圖為本發明第四實施例所揭露之發光元件示意圖。
第6B圖為本發明第二實施例所揭露之發光元件內的發光單元示意圖。
第7圖為本發明第三實施例所揭露之發光元件內的發光單元示意圖。
第8A～8D圖為本發明之發光元件之製作方法示意圖。
第9A圖為本發明第二實施例之包含有發光元件的發光裝置示意圖。
第9B圖為第9A圖中的發光裝置側視圖。
第10A圖為本發明第三實施例之包含有發光元件的發光裝置示意圖。
第10B圖為第10A圖中的發光裝置側視圖。
1000‧‧‧發光裝置
10‧‧‧載體
12‧‧‧覆蓋層
18‧‧‧黏著層
20‧‧‧發光單元
102‧‧‧第一表面
104‧‧‧第二表面
106‧‧‧上表面
108‧‧‧側上表面
Claims (10)
- 一發光單元，包含：一發光二極體晶粒，具有一第一上表面、一第一下表面、以及一第一側表面位於該第一上表面與該第一下表面之間；一波長轉換層直接形成在該第一上表面上，且具有一第二上表面、一第二下表面大體上與該第一下表面共平面、以及一第二側表面位於該第二上表面與該第二下表面之間；一光學擴散層直接與該波長轉換層接觸，且具有一第三側表面；以及一反射層直接與該光學擴散層接觸，且具有一第四側表面，其中，該第二側表面、該第三側表面、以及該第四側表面大體上齊平。
- 如請求項1所述之發光單元，其中，該第二側表面平行於該第一側表面。
- 如請求項1所述之發光單元，其中，該波長轉換層完全覆蓋該第一側表面。
- 如請求項1所述之發光單元，其中，該發光單元於一側邊方向具有一第一光強度，於一頂部方向具有一第二光強度，該第二光強度比該第一光強度低至少10%。
- 如請求項1所述之發光單元，其中，該第一上表面平行於該第二上表面。
- 如請求項1所述之發光單元，其中，該第二上表面平行於該第二下表面。
- 如請求項1所述之發光單元，更包含一第一接合焊墊以及一第二接合焊墊，皆設置在該發光二極體晶粒的同一側。
- 一發光裝置，包含：如請求項1所述之發光單元；一載體，用以乘載該發光單元且面對該第一下表面；以及一覆蓋層，覆蓋該發光單元。
- 如請求項8所述之發光裝置，更包含一光導，直接連接該覆蓋層。
- 如請求項9所述之發光裝置，其中，該光導包含一第三下表面、以及複數個光學結構位於該第三下表面。
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