CN102052578A

CN102052578A - 发光装置

Info

Publication number: CN102052578A
Application number: CN2009102091659A
Authority: CN
Inventors: 叶政果; 孙瑞宏
Original assignee: Aurotek Corp
Current assignee: Aurotek Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-11

Abstract

本发明公开了一种发光装置，在发光晶片上方形成光子晶体，再覆盖萤光层，从而于发光晶片射出的光线经光子晶体散射后，可与萤光层产生反应以激发出彩光，再经混光后，以产生出白光射至外界。由此达到提升光萃取效率的目的，以避免现有发光效率不足的缺陷。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，特别涉及一种通过发光晶片产生白光的发光装置。

背景技术

发光二极管(light emitting diode，LED)作为照明光源具有体积小、耗能低、寿命长、反应速度快、安全低电压、方向性好等优点，在照明及显示具有广泛的应用前景。近几年来LED的效能不断的提高，大功率白光LED作为电光源已是产业当红的照明光源，其取代传统的白炽灯、卤钨灯和萤光灯而成为本世纪的新一代环保光源，特别与同为环保且能永续经营的能源的太阳能电池相结合，该白光LED将成为一种理想的环保照明。

以白光LED的白光光源的制作方法来分类，通常可在蓝光晶片加上YAG(Y₃Al₅O₁₂:Ce以及其变化衍生物)黄色萤光粉；然而，这种利用蓝光LED晶片与黄光萤光粉组合而成的白光LED，有下列数种缺点：由于蓝光占发光光谱的大部份，导致色温偏高与不均匀的现象发生，因而以提高蓝光与黄光萤光粉作用的机会来降低蓝光强度或提高黄光的强度，势必增加制造成本。再者，因蓝光LED发光波长会随温度提升而改变，造成白光源颜色控制不易。三、因发光黄色光谱较弱，造成演色性(color rendition)较差现象。

以白光光源的制作方法亦可利用蓝光/紫外光LED晶片加上红绿蓝(RGB)萤光材料，该LED封装激发后可得到三波长的白光，虽然三波长白光LED具有高演色性优点，但却有发光效率不足缺点。

另一方面，利用RGB三色LED晶片混光亦可得到白光光源，此种LED封装具有高发光效率、高演色性优点，但同时也因不同颜色晶粒外延材料不同，连带使电压特性也随之不同。因此使得成本偏高、控制线路设计复杂且混光不易。

所述的三种现有白光光源的制作方法，以设计成本与发光效率作为考量，目前仍以二波长白光混合技术产品，即蓝光晶片加上YAG黄色萤光粉为主流。

传统的LED发光装置，一般是用胶或银胶将LED晶片粘贴在导线架的反射杯中或表面粘着型(surface-mount device，SMD)基座上，再由金或铝线焊接完成LED元件的内外电性连接正负极，之后覆盖上萤光粉再用环氧树脂封装而成。

请参阅图1A，为现有发光装置，其为将一为LED的发光晶片11设于一具有杯状内镜面(紫外光和可见光镜面)10a的基板10的内镜面10a上，且该发光晶片11的顶表面上设有光过滤片(低通滤光片，short-wave-pass filter)13，而一封装层12混合一萤光层(磷光粒结构，phosphor grains)14填充于该基板10的杯口中以包覆该发光晶片11与光过滤片13，又于该基板10的杯口上设有玻璃板(glass plate)15。但是，当LED在操作一段时间后会产生高温，而该热能将累积于该萤光层14中，因而影响LED的效能与萤光层14中的萤光粉的寿命，造成光衰、色偏等严重问题。

请参阅图1B，为现有发光装置，其为将一为LED的发光晶片11’设于一透射(light transmissive)杯的基板10’的杯口内，且一透射层13’(curable layer)形成于该基板10’的杯口上以封盖该发光晶片11’，而一萤光层(phosphor layer)14’设于该透射层13’上。

但是，该发光晶片11’朝四面八方射出难以均匀混合该萤光层14’中的萤光粉，造成白光源颜色控制不易。

因此，如何避免现有技术中上述的种种问题，实已成目前亟欲解决的课题。

发明内容

鉴于上述现有技术的种种缺陷，本发明揭露一种发光装置，包括：基板；发光晶片，设于该基板上；封装层，设于该基板上，且包覆该发光晶片；萤光层，设于该封装层上；以及光晶层，设于该发光晶片表面上或设于该封装层与萤光层之间，令该封装层夹置于该萤光层与基板之间。

前述的发光装置中，该发光晶片是发光二极管，优选地，是蓝光发光二极管，且该萤光层的材料包括红色及绿色萤光粉，而该萤光层是由该萤光粉外部包覆着保护材质所构成。

前述的发光装置中，该封装层的材料是环氧树脂或是硅树脂，且该封装层的成形外部轮廓表面为平面或几何曲面，又该光晶层是由多纳米颗粒所构成。

本发明进一步揭露一种发光装置的制法，包括：在一基板上设置至少一发光晶片；在该基板上形成封装层，以包覆该发光晶片；以及在该封装层上形成光晶层及萤光层，且该光晶层设于该封装层与萤光层之间。

前述的制法中，形成该光晶层及萤光层的步骤包括提供一由该萤光层与光晶层构成的薄膜，以及将该薄膜覆盖至该封装层表面上，以令该光晶层设于该封装层与萤光层之间。或在其他实施例中，可在该封装层上形成光晶层，以及在该光晶层上形成萤光层，以令该光晶层夹置于该封装层与萤光层之间。

本发明又揭露一种发光装置的制法，包括：在一基板上设置至少一发光晶片；在该发光晶片表面上形成光晶层；在该基板上形成封装层，以包覆该发光晶片及光晶层；以及在该封装层上形成萤光层。

前述的两种制法中，该发光晶片是发光二极管，优选为蓝光发光二极管，且该萤光层的材料包括红色及绿色萤光粉，而该萤光层是由该萤光粉外部包覆着保护材质所构成；该封装层的材料是环氧树脂或是硅树脂，而该封装层的成形外部轮廓表面为平面或几何曲面；又该光晶层通过压印方式或电子束微影法成形，且该光晶层是由多纳米颗粒所构成。

由上可知，本发明通过光晶层破坏在该封装层界面的全反射特性，能减少来自LED的光线因全反射而局限在封装层内，并令来自LED的光线产生散射而射出，而能达到提升光萃取效率的目的，以避免现有发光效率不足的缺陷。

再者，本发明通过将该萤光层移至封装层外，使该发光晶片所产生的热不会直接对该萤光粉产生作用，可降低热能对该萤光粉所造成的损害，不仅达到延长萤光粉的使用寿命的目的，且能将大量来自该发光晶片所射出的光线作充足的激发与混合，可达到更高效率的光输出的目的，而避免造成光衰、色偏等问题。

附图说明

图1A及1B为现有发光装置的侧视剖面示意图；

图2A至2D为本发明发光装置的制法的第一实施例示意图；其中，图2D’为图2D的另一实施步骤的示意图，图2D”为另一基板结构的发光装置实施例；以及

图3A至3D为本发明发光装置的制法的第二实施例示意图；其中，图3D’为另一封装层结构的发光装置实施例。

主要元件符号说明

10、10’、20、20’、30 基板

10a 内镜面

11、11’、21、31 发光晶片

12、22、32、32’ 封装层

13 光过滤片

13’ 透射层

14、14’、24、34、34’ 萤光层

15 玻璃板

210 导线

23、23’、33 光晶层

24a、34a 萤光粉

24b、34b 保护材质

25 薄膜

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

第一实施例

本发明有关LED发光源技术，由光子晶体技术配合现有的封装技术；请参阅图2A至2D，为本发明所提供的一种发光装置的第一实施例的制法。

如图2A所示，在一基板20上设置至少一发光晶片21；所述的基板20例如为电路板、导线架或反射杯等，并无特定限制，在本实施例中是以电路板作说明；所述的发光晶片21是发光二极管(light emitting diode，LED)，本实施例为蓝光LED，又该发光晶片21可通过导线210电性连接该基板20；然而，有关晶片电性连接基板的方式繁多，为业界所熟知的技术，并不以所述的打线(wire-bonding)方式为限，且其非本案技术特征，故不再赘述，特此述明。

如图2B所示，在该基板20上形成透明胶材的封装层22，以包覆该发光晶片21与导线210，且形成该封装层22的材料是环氧树脂或是硅树脂；又于本实施例中，该封装层22的成形外部轮廓表面为平面矩形，而于其他实施例中，亦可依使用需求呈几何曲面，并无特定限制。

如图2C所示，于该封装层22上形成光晶层(photonic crystal layer)23，且该光晶层23是由多纳米颗粒排列所构成的结构，如图所示的两层规则排列阵列，又该光晶层23的材质可参考中国台湾专利公告号第200835100号的自聚焦层的材质；于本实施例中，该光晶层23通过电子束微影法(E-beam Lithography，EBL)形成于该封装层22上。另外，该光晶层23可依发光面需求作排列。

所述的光晶层23设于该封装层22表面，用以破坏该封装层22界面的全反射特性，以减少来自LED的光线因全反射而局限在封装层22内，令来自LED的光线产生散射而射出，从而有效提升光萃取效率。

如图2D所示，于该光晶层23上形成萤光层24，所述的萤光层24的主要材料为红色及绿色萤光粉24a，且该萤光粉24a外部可包覆透明的保护材质24b。

当来自该发光晶片21的蓝光经由该光晶层23而射出时，先整合射出蓝光的方向性，如图2D所示的箭头方向，再令该蓝光充分且均匀激发该萤光层24内的红色及绿色萤光粉24a，因而产生红光及绿光，以令蓝光与红、绿光充分混光后而产生白光。

因本发明通过蓝光发光晶片21加上红绿萤光粉24a，以产生白光光源，故具有高演色性优点，以易于控制白光源的颜色准确度，且通过该光晶层23提升光萃取效率，可避免现有发光效率不足的缺陷。

在另一实施步骤中，亦可如图2D’所示，先于该萤光层24上形成光晶层23，以形成由该萤光层24与光晶层23构成的薄膜25，再通过压印方式，将该薄膜25覆盖至该封装层22表面上，以令该光晶层23夹置于该封装层22与萤光层24之间。

本发明主要将该萤光层24及光晶层23的技术作整合，通过该光晶层23可破坏封装界面的全反射，以增加光萃取效率；再者，相比于现有的萤光层包覆LED，本发明将该萤光层24移至该光晶层23上，以该光晶层23作为缓冲而隔离该萤光粉24a与发光晶片21，使该发光晶片21所产生的热不会直接对该萤光粉24a产生作用，可降低热能对该萤光粉24a所造成的损害，不仅延长萤光粉24a的使用寿命，且能将大量来自该发光晶片21所射出的光线作充足的激发与混合，从而达到更高效率的光输出。

本发明进一步提供一种发光装置，包括：基板20；发光晶片21，是发光二极管，且设于该基板20上；封装层22，设于该基板20上且包覆该发光晶片21，又形成该封装层22的材料是环氧树脂或是硅树脂，而其成形外部轮廓表面为平面或几何曲面；萤光层24，设于该封装层22上；以及光晶层23，设于该封装层22与萤光层24之间，且该光晶层23是由多纳米颗粒所构成。

形成该萤光层24的材料主要是红色及绿色萤光粉24a，且该萤光粉24a外部覆盖着保护材质24b。

另外，如图2D”所示，本发明的基板20’亦可为反射杯，该反射杯的弧口朝上，于该基板20’的弧口内设置至少一颗发光晶片21，且该封装层22填充于该弧口中以包覆该发光晶片21，从而供保护该发光晶片21不受外界侵蚀，且令该反射杯收集该发光晶片21侧面与界面所发出的光；该封装层22上依序覆盖该光晶层23’与以红、绿萤光粉24a混合而成的萤光层24，使得射出的光线能经由混光后而成为白光。其中，该光晶层23’是由多纳米颗粒排列所构成。

第二实施例

请参阅图3A至3D，揭露了本发明的发光装置的第二实施例的制法。本实施例与第一实施例的差异仅在于光晶层的形成位置，其余相关发光装置的设计均大致相同，因此不再重复说明相同部份的结构及功用，以下仅说明其相异处，特此叙明。

如图3A所示，于一基板30上设置至少一发光晶片31。

如图3B所示，于该发光晶片31表面上形成光晶层33，且该光晶层33是由多纳米颗粒排列所构成的结构，如图所示的一层阵列；该光晶层33通过压印方式或电子束微影法形成于该发光晶片31上。

如图3C所示，于该基板30上形成封装层32，以包覆该发光晶片31及光晶层33。所述的光晶层33设于该发光晶片31表面，可避免光线在该封装层32界面产生全反射，以令来自该发光晶片31的光线产生散射而射出，从而能够增进光萃取效率。

如图3D所示，于该封装层32上形成萤光层34；又如图3D’所示，于其他实施例中，该封装层32’的成形外部轮廓表面亦可为几何曲面，如图所示的弧面半球形，而该萤光层34’随该封装层32’的外部轮廓而成形者。

另外，该光晶层33可依发光晶片31的发光面需求作排列，如图3D’所示。

本发明进一步提供一种发光装置，包括：基板30；发光晶片31，是发光二极管，且设于该基板30上；封装层32，设于该基板30上且包覆该发光晶片31，又形成该封装层32的材料是环氧树脂或是硅树脂，而其成形外部轮廓表面为平面或几何曲面；光晶层33，设于该发光晶片31表面上，且该光晶层33是由多纳米颗粒排成所构成；以及萤光层34，设于该封装层32上。

形成该萤光层34的材料主要是红色及绿色萤光粉34a，且该萤光粉34a外部覆盖着保护材质34b。

本发明的萤光层24，34设于该封装层22，32外部，并未与该发光晶片21，31直接接触，有效避免该发光晶片21，31的热能影响该萤光层24，34中的萤光粉24a，34a的寿命，故本发明可避免造成光衰、色偏等现有问题。

再者，本发明通过该光晶层23，33集光且导引光线方向，以令该发光晶片21，31的光线均匀进入该萤光层24，34中，以充分混合该萤光粉24a，34a，以制作出有效的白光源的颜色。

综上所述，本发明通过光晶层破坏该封装层界面的全反射特性，以减少来自LED的光线因全反射而局限在封装层内，令来自LED的光线产生散射而射出，从而有效提升光萃取效率。

再者，本发明通过将该萤光层移至封装层外，以使该发光晶片所产生的热不会直接对该萤光粉产生作用，可降低热能对该萤光粉所造成的损害，不仅延长萤光粉的使用寿命，且能将大量来自该发光晶片所射出的光线作充足的激发与混合，从而达到更高效率的光输出。

上述实施例是用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如申请权利要求范围所列。

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

基板；

发光晶片，设于该基板上；

封装层，设于该基板上，且包覆该发光晶片；

光晶层，对应位于该发光晶片周围；以及

萤光层，设于该封装层上，令该封装层夹置于该萤光层与基板之间。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该发光晶片是发光二极管。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该发光晶片是蓝光发光二极管。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，该萤光层包括红色与绿色萤光粉。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，该萤光层是由该萤光粉外部包覆着保护材质所构成。

6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该封装层的成形外部轮廓表面为平面或几何曲面。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该封装层的材料是环氧树脂或是硅树脂。

8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该光晶层设于该发光晶片表面上。

9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该光晶层设于该封装层与萤光层之间。

10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该光晶层是由多纳米颗粒所构成。

11.一种发光装置的制法，其特征在于，包括：

在一基板上设置至少一发光晶片；

在该基板上形成封装层，以包覆该发光晶片；以及

在该封装层上形成光晶层及萤光层，且该光晶层设于该封装层与萤光层之间。

12.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，该发光晶片是发光二极管。

13.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，该发光晶片是蓝光发光二极管。

14.根据权利要求13所述的发光装置的制法，其特征在于，该萤光层包括红色与绿色萤光粉。

15.根据权利要求14所述的发光装置的制法，其特征在于，该萤光层是由该萤光粉外部包覆着保护材质所构成。

16.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，该封装层的成形外部轮廓表面为平面或几何曲面。

17.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，该封装层的材料是环氧树脂或是硅树脂。

18.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，该光晶层是由多纳米颗粒所构成。

19.根据权利要求11所述的封装基板的制法，其特征在于，该光晶层通过压印方式形成于该封装层上。

20.根据权利要求11所述的封装基板的制法，其特征在于，该光晶层通过电子束微影法形成于该封装层上。

21.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，形成该光晶层及萤光层的步骤包括提供一由该萤光层与光晶层构成的薄膜，以及将该薄膜覆盖至该封装层表面上，以令该光晶层设于该封装层与萤光层之间。

22.根据权利要求11所述的发光装置的制法，其特征在于，形成该光晶层及萤光层的步骤包括在该封装层上形成该光晶层，以及在该光晶层上形成该萤光层，以令该光晶层夹置于该封装层与萤光层之间。

23.一种发光装置的制法，其特征在于，包括：

在一基板上设置至少一发光晶片；

在该发光晶片表面上形成光晶层；

在该基板上形成封装层，以包覆该发光晶片及光晶层；以及

在该封装层上形成萤光层。

24.根据权利要求23所述的发光装置的制法，其特征在于，该发光晶片是发光二极管。

25.根据权利要求23所述的发光装置的制法，其特征在于，该发光晶片是蓝光发光二极管。

26.根据权利要求25所述的发光装置的制法，其特征在于，该萤光层的材料包括红色及绿色萤光粉。

27.根据权利要求26所述的发光装置的制法，其特征在于，该萤光层是由该萤光粉外部包覆着保护材质所构成。

28.根据权利要求23所述的发光装置的制法，其特征在于，该封装层的成形外部轮廓表面为平面或几何曲面。

29.根据权利要求23所述的发光装置的制法，其特征在于，该封装层的材料是环氧树脂或是硅树脂。

30.根据权利要求23所述的发光装置的制法，其特征在于，该光晶层是由多纳米颗粒所构成。

31.根据权利要求23所述的封装基板的制法，其特征在于，该光晶层通过压印方式形成于该发光晶片上。

32.根据权利要求23所述的封装基板的制法，其特征在于，该光晶层通过电子束微影法形成于该发光晶片上。