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TWI411123B - 發光裝置 - Google Patents

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TWI411123B
TWI411123B TW096112300A TW96112300A TWI411123B TW I411123 B TWI411123 B TW I411123B TW 096112300 A TW096112300 A TW 096112300A TW 96112300 A TW96112300 A TW 96112300A TW I411123 B TWI411123 B TW I411123B
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TW
Taiwan
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light
illuminating device
illuminating
upper side
light emitting
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Application number
TW096112300A
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TW200830587A (en
Inventor
Chia Liang Hsu
Shu Ting Hsu
Original Assignee
Epistar Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Epistar Corp filed Critical Epistar Corp
Priority to TW096112300A priority Critical patent/TWI411123B/zh
Priority to US12/003,880 priority patent/US7837374B2/en
Publication of TW200830587A publication Critical patent/TW200830587A/zh
Priority to US12/891,927 priority patent/US7967491B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI411123B publication Critical patent/TWI411123B/zh

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Description

發光裝置
本發明係關於一種發光裝置，尤其關於一種側面出光型發光裝置及其應用。
第10圖係顯示一習知側面出光型發光二極體(side view light－emitting diode)之側視剖面圖。習知側面出光型發光二極體50係包含基底51、固著於基底51上之晶粒53、用以遮蔽及/或反射晶粒53所射出光線之上側壁52A與下側壁52B(某些型式之發光二極體具有左右側壁)、及填充材料54。
以接近90度射向側壁52A及52B之光線(如箭頭所示)，極可能會在晶粒53與上側壁52A間及/或晶粒53與下側壁52B間來回震盪而無法離開發光二極體50。再者，側壁厚度因發光二極體50尺寸日益縮小而隨之變薄，導致光線可能穿過側壁而導致漏光。由於上述或其他原因，實務上，封裝後晶粒之出光效率相較於裸晶之出光效率可能大幅下降達40%。
此外，發光二極體小型化亦縮短側壁間之距離，使得填充材料54不易填入側壁所包圍之空間中而產生空隙。光線可能會被侷限於此空隙中而降低發光二極體之出光效率。
依本發明之發光裝置包含形成於基座上之光通道及發光單元，其中光通道包含上側面、相對於上側面之下側面、分別與上側面與下側面形成不同角度夾角之內側面、及相對於內側面之出光面；發光單元位於內側面上，並發出光線於光通道內朝向出光面傳遞。
依本發明之發光裝置更包含覆蓋於內側面及下側面上之第一反射層、覆蓋於第一反射層上方並使發光單元與一電路電連接之導電層、位於下側面之相對側之第二反射層；較佳之實施例更包含介於第一反射層與導電層間之第一絕緣層。光通道內可填入填充材料。
於一實施例中，出光面係大體上平行於內側面、或大體上垂直於上側面與下側面中至少其一、或分別與上側面及下側面形成不同角度之夾角。出光面亦可為弧面。上側面亦可選擇大體上平行下側面。此外，內側面與下側面中至少其一之一部分可為弧面。上側面之外緣形成切口，以避免切割晶片(wafer)時所產生之之金屬殘留物、或焊料溢流之污染導致發光單元短路。
於另一實施例中，導電層係包含第一導電層與第二導電層。發光單元之電極係分別與第一導電層與第二導電層電連接。
再者，發光單元係可發出二種以上之色光、或者發出紅、藍、或綠色光。發光裝置中更可包含波長轉換材料以接收來自發光單元之光線並產生激發光。於一實施例中，波長轉換材料係直接覆蓋於發光單元上。
本發明之發光裝置可與顯示裝置結合，且更包含導光板以接收來自發光單元之光線並改變其方向。導光板之入光面宜具有與出光面相對應之幾何輪廓。具體而言，發光裝置更包含位於該導光板之一側且用以反射光線之反射層、光學膜、及液晶層，其中，光學膜與液晶層係位於導光板之另一側。
如第1A圖所示，發光裝置10包含基座11、第一反射層12、第一絕緣層13、導電層14、發光單元16、填充材料17、波長轉換材料17A、第二絕緣層18、及第二反射層19。
於一實施例中，基座11係由矽(silicon)構成，並具有上檯面111、斜面112、及下檯面113。第一反射層12、第一絕緣層13、及導電層14依序形成於斜面112上，其中，第一反射層12與第一絕緣層13係覆蓋上檯面111、斜面112、及下檯面113。導電層14係覆蓋上檯面111與斜面112。發光單元16，例如發光二極體晶粒，係固定於導電層14上。第二絕緣層18與第二反射層19形成於下檯面113之相對側。填充材料17係形成於第一絕緣層13與第二絕緣層18之間。
第一反射層12與第二反射層19可反射或/及散射光線，其材料係包含但不限於金、銀、鋁、銅、鈦等金屬或其合金或其疊層、及布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector；DBR)。第一絕緣層13與第二絕緣層18之材料係包含但不限於氧化矽(SiO2 )、環氧樹脂、benzocyclobutene(BCB)、及Six Ny 。其中絕緣層宜維持一定厚度使光線可以通過以抵達反射層。導電層14之材料係包含但不限於金、銀、鋁、銅、鎢、錫、及鎳等金屬。
填充材料17係包含但不限於環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、及矽膠(Silicone)。
填充材料17中亦可以包含如螢光粉等之波長轉換材料17A，其可以被發光單元16之光激發而產生不同波長之光線。如第1B圖所示，螢光粉層亦可以直接覆蓋於發光單元16任一可能出光之表面。各出光表面之螢光粉層厚度係依所需之光場或顏色進行調整，可以相同亦可以不同。相關技術請參閱本案申請人之台灣專利申請案第093126439號。
發光單元16係可以使用水平式或垂直式發光二極體或晶粒。水平式發光二極體之p電極與n電極係位於基板或承載層之同側。垂直式發光二極體之p電極與n電極係位於基板或承載層之相對側。
本發明導電層之詳細說明係如第2A圖所示。導電層14A與14B係形成於絕緣層13上，並分別與發光二極體之p電極與n電極電連接。詳言之，垂直式發光二極體之n電極或p電極之一係固定於導電層14A上，另一電極則以導線或其他連接方式與導電層14B電連接。水平式發光二極體之p電極與n電極可以分別固定在導電層14A與14B上，亦即以覆晶(flip－chip)方式安置於導電層之上。或者，若水平式發光二極體係由絕緣基板承載，則絕緣基板可以直接安置於導電層14A與14B中之一上，或橫跨此二導電層，而p電極與n電極係分別以導線或其他連接方式與導電層14A與14B電連接。具有絕緣基板之發光二極體或晶粒亦可以直接設置於斜面112、第一反射層12、或絕緣層13之上。如第2B圖所示，反射層12係導電材料且與導線16A相連，亦即發光單元16係透過反射層12與外部電路電連接。此時，第一反射層12與/或絕緣層13之覆蓋區域可視設計需要進行調整。
如第3A圖所示，依本發明之一實施例，發光單元16側面之部分光線會分別射向第一反射層12與第二反射層19。由於斜面上導電層14與第一反射層12與第二反射層19之夾角不同，使光線被反射至不同方向。於一實施例中，斜面112與下檯面113之夾角D1為120度，且導電層14傾斜部分與第一反射層12之夾角等於D1。射向第二反射層19之光線R1會經過二次反射後離開發光裝置10。射向第一反射層19之光線R2會經過一次反射或於第一反射層12與第二反射層19間反射而離開發光裝置10。如第3B圖所示，斜面112與下檯面113間例如可為弧面，其夾角係為D1。弧面可為固定曲率或可變曲率，曲率變化可為二維或三維空間函數。依本發明之設計可以有效釋放侷限於封裝結構中之光線而提升發光裝置出光效率。
如第4A圖所示，發光裝置10之出光面20係與斜面112平行或以角度D2相對於下檯面113傾斜。光線行經傾斜之出光面20會被折射而改變方向，因此若適當設定角度D2，可以導引光線朝向特定方向。於另一實施例中，若角度D2＝60°，光場或光線R3將朝下方偏移。如第4B圖與第4C圖所示，發光裝置10之出光面20係為弧面，弧面可為固定曲率或可變曲率，曲率變化可為二維或三維空間函數。曲面可產生多樣之光場。於適當弧面設計下，即使無第二絕緣層18與第二反射層19之配置，光線亦可於弧面與環境介質之界面上經一次或數次之全反射後自出光面20射出。
如第4D圖所示，本發明之另一實施例中，發光裝置10係包含多個出光面20，各相鄰出光面相對於一參考面，例如：下檯面113，之夾角並不相同，因此，以同一角度入射之光線經由各出光面折射後之射出角度亦不同。此外，出光面20與下檯面113間之夾角愈小，光場愈向下方偏移；反之，則朝上方偏移。該些出光面之外型輪廓可形成自一多面體(polyhedron)之部分。於另數例中，出光面20中至少一部分或至少數個出光面20係為弧面、粗糙面，如第4E圖~第4G圖、或由透鏡組成。藉由組合不同角度與型式之出光面可以控制發光裝置10之整體光場。
上述各實施例中之出光面20上尚可形成二個以上之微小透鏡201。如第5A圖所示，透鏡201係橫向排列於出光面20上。光線經由複數個透鏡201導引離開發光裝置10之出光面20。藉由該些透鏡201，發光裝置10呈現出具有較大角度或具有較均勻混色光之光場。若發光裝置10內之發光單元16可產生二種以上色光，透鏡201將有助於此些色光之混合。此外，透鏡201亦有助於複數光束之混合。然而，縱向配置之透鏡亦可視需要使用之。透鏡201係可以為凸透鏡或凹透鏡。透鏡201之半徑係介於50 μ m~60 μ m。
此外，如第5B圖所示，係顯示具有透鏡201之如第4C圖所示發光裝置10之上視圖。透鏡201之半徑係沿著延伸路線變化，本例中，透鏡201之半徑係由上而下逐漸變大。再者，如第5C所示，具有透鏡陣列201之發光裝置10中，光通道內之內側面117係可為垂直面而不限於斜面。
本發明之發光裝置10之發光單元16並不限於僅固定於光通道之單一側，亦可以固定於光通道之任一側。如第6圖所示，光通道中包含二個或多個之斜面112，且斜面112位於光通道之相異側。斜面112上可以固定任意數目之發光單元16。若二個斜面112彼此相對，形成於斜面上之反射層可以將來自於對向之光線反射向上。若光通道之四周分別具有一個斜面112，且反射層形成於斜面112與下檯面113上，來自於各斜面112上之發光單元16之光線將為各斜面上之反射層反射朝上。
依據本發明之另一實施例，發光裝置10中係包含二個或多個發光單元16，此些發光單元16係可以發出同色光、相異色光、或非可見波長光、或上述各種射線之組合。發光單元16之配置方式係取決於個別發光單元16之電極設計，詳細內容請參照前述關於第2B圖之解說。紅、藍、綠三色之發光單元16混光後可以產生白色光，或者二種互補色之發光單元16亦可以產生白光。
上述設計有利於發光單元應用於液晶顯示器之背光模組等需要特殊光場之產品中。如第7A圖所示，側投式液晶顯示器主要包含導光板30、反射膜31、光學膜32、及液晶層33。導光板30入光面之幾何形狀係隨發光裝置10之出光面20而變化。於本例中，入光面係與出光面20輪廓一致，但本發明之應用非僅限於此，其他可以與發光裝置10接合之配置皆可採用。來自於發光單元16之光線R4於導光板30之入光面經折射後射向導光板底部，再為反射膜31反射朝向光學膜32及液晶層33。本實施例中，出光面20之角度係不同於以上實施例以配合顯示器之設計。
發光裝置10之出光角度可以藉由改變出光面相對於一參考面之傾斜角度加以控制。水平入射光線通過較大傾斜角度之出光面可以照射至較遠之位置；反之，光線通過較小傾斜角度之出光面僅能照射至較近之位置。如第7B圖所示，二個具有不同角度之出光面20A與20B係配置於反射體34之同側，其中，此二個出光面20A與20B係可以形成於單一或獨立之發光裝置10上。通過較大角度出光面20A之光線(光場)R5經折射後射向距出光面較遠之位置；而通過較小角度出光面20B之光線(光場)R6經折射後射向距出光面較近之位置。光線經反射體34反射後射向遠離反射體之方向。於此設計下，即使不使用第7A圖中之導光板30，亦可以使光線均勻分布於一定區域上。上述之具有相異出光角度之出光面係可以分別為不同發光裝置所擁有，或形成於單一發光裝置之上。再者，發光裝置係可以配置於反射體之一個或二個以上之邊緣。
此外，反射體34之表面35可為粗糙面，其上具有突起與凹陷。照射至粗糙面之光線將會朝不特定方向散射。於一實施例中，此突起與凹陷之分布密度係隨著遠離出光面之位置而增加。然而，突起與凹陷亦可均勻或任意分布於表面35上。突起與凹陷之圖案可以為點狀、條狀、孔洞、或其混合。
以下說明本發明之製作流程。
首先，如第8A圖所示，準備一矽基板11。接著，如第8B~8E圖所示，輔以氧化物遮罩(未顯示)與KOH蝕刻液，非等向蝕刻矽基板11形成溝槽114，溝槽114具有上檯面111、斜面112、與下檯面113。依序覆蓋第一反射層12與第一絕緣層13於上檯面111、斜面112、與下檯面113上。再覆蓋導電層14與15於第一絕緣層13位於上檯面111與斜面112上方之區域。將發光單元16固定於導電層14及/或15上，並視需要進行打線。將填充材料17注入溝槽114中，再依序覆蓋第二絕緣層18與第二反射層19，如第8F與8G圖所示。最後切割矽基板11完成獨立之發光裝置10。此外，為避免金屬殘留物造成發光單元16短路或焊料污染發光單元16之側壁，可以在切割前先形成切口115(虛線部分係表示另一相連之發光裝置結構)，如第8H與8I圖所示。切口115亦可以形成於第一絕緣層13覆蓋前，亦即，第一絕緣層13係覆蓋於切口之上。上述說明中，各層可為均勻厚度或非均勻厚度，取決於製程條件或設計需要。
本發明之製程亦可有其他選擇。例如，如第9A與第9B圖所示，首先，於矽基板11之一表面上形成Si3 N4 膜116，並蝕刻Si3 N4 膜116以形成圖案，其中，Si3 N4 膜為製程便利可同時形成於基板11之其他表面。以此圖案作為遮罩，使用KOH溶液蝕刻基板11以形成溝槽114與切口115。接著藉由乾蝕刻移除Si3 N4 膜116。導入如氧氣等之反應氣體使其與矽基板11之表面反應形成氧化矽絕緣層13。再重複第8D圖後之步驟形成發光裝置10。
雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。
10．．．發光裝置
11．．．基座
111．．．上檯面
112．．．斜面
113．．．下檯面
114．．．溝槽
115．．．切口
116．．．Si3 N4 膜
117．．．內側面
12．．．第一反射層
13．．．第一絕緣層
14．．．導電層
14A．．．導電層
14B．．．導電層
15．．．導電層
16．．．發光單元
16A．．．導線
17．．．填充材料
17A．．．波長轉換材料
18．．．第二絕緣層
19．．．第二反射層
20．．．出光面
30．．．導光板
31．．．反射膜
32．．．光學膜
33．．．液晶層
34．．．反射體
35．．．表面
50．．．發光二極體
51．．．基座
52A．．．上側壁
52B．．．下側壁
53．．．晶粒
54．．．填充材料
第1A與1B圖係顯示依本發明實施例之發光裝置；第2A與2B圖係顯示依本發明一較佳實施例之部分發光裝置結構之立體圖；第3A與3B圖係顯示依本發明一實施例之發光裝置之光跡圖；第4A~第4G圖係顯示本發明另一實施例之發光裝置；第5A~第5C圖係顯示本發明又一實施例之發光裝置；第6圖係顯示本發明再一實施例之發光裝置之示意圖；第7A與第7B圖係顯示本發明之發光裝置應用於顯示器之示意圖；第8A圖~第8I圖係顯示依本發明較佳實施例之發光裝置之製程；第9A圖~第9F圖係顯示依本發明另一實施例之發光裝置之製程；及第10圖係顯示習知側面出光型發光二極體之側視剖面圖。
10．．．發光裝置
11．．．基座
111．．．上檯面
112．．．斜面
113．．．下檯面
12．．．第一反射層
13．．．第一絕緣層
14．．．導電層
16．．．發光單元
17．．．填充材料
17A．．．波長轉換材料
18．．．第二絕緣層
19．．．第二反射層
20．．．出光面

Claims (20)

  1. 一種發光裝置，包含：一光通道，係形成於一基座上，包含：一上側面；一下側面，係相對於該上側面；一內側面，係分別與該上側面與該下側面相交形成不同角度之夾角；及一出光面，係相對於該內側面；及一發光單元，係位於該內側面上，其中，該發光單元可發出光線於該光通道內朝該出光面傳遞。
  2. 如請求項1所述之發光裝置，更包含：一第一反射層，係覆蓋於該內側面上；一導電層，係覆蓋於該第一反射層上方，並與該發光單元電連接；及一第二反射層，係位於該上側面上。
  3. 如請求項2所述之發光裝置，更包含：一第一絕緣層，係介於該第一反射層與該導電層之間。
  4. 如請求項2所述之發光裝置，更包含：一填充材料，係至少填入該光通道內。
  5. 如請求項1所述之發光裝置，其中該出光面係大體上平行於該內側面。
  6. 如請求項1所述之發光裝置，其中該出光面係大體上垂直於該上側面與該下側面中至少其一。
  7. 如請求項1所述之發光裝置，其中該出光面係分別與該上側面與該下側面形成不同角度之夾角。
  8. 如請求項1所述之發光裝置，其中該出光面係為弧面。
  9. 如請求項1所述之發光裝置，其中該上側面係大體上平行該下側面。
  10. 如請求項2所述之發光裝置，其中該導電層係包含一第一導電層與一第二導電層。
  11. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光單元係發出二或多種之色光。
  12. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光單元係發出紅、藍、或綠色光。
  13. 如請求項1所述之發光裝置，其中該內側面與該下側面至少其一之部分係為弧面。
  14. 如請求項1所述之發光裝置，其中該上側面包含一切口。
  15. 如請求項1所述之發光裝置，更包含：一波長轉換材料，用以接收來自該發光單元之光線並產生激發光。
  16. 如請求項15所述之發光裝置，其中該波長轉換材料係直接覆蓋於該發光單元上。
  17. 如請求項1所述之發光裝置，更包含：一導光板用以接收來自該發光單元之光線並改變其方向。
  18. 如請求項17所述之發光裝置，其中該導光板之一入光面係具有與該出光面相應之幾何輪廓。
  19. 如請求項17所述之發光裝置，更包含：一反射層，位於該導光板之一側，用以反射光線；一光學膜；及一液晶層； 其中，該光學膜與該液晶層係位於該導光板之另一側。
  20. 一種發光裝置，包含：一光通道，包含：一上側面；一下側面，係相對於該上側面；一內側面，係位於該光通道之一端，且與該上側面與該下側面相交；一出光面，係位於該光通道之另一端，且不平行於該內側面，並與該上側面及該下側面相交；一填充材料，係位於該光通道內；及一發光單元，係位於該內側面上，其中，該發光單元係可發出光線於該光通道內朝該出光面傳遞。
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