CN103050601A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明主要提供一种发光装置，其是将一发光芯片直接粘着于一电路载体上，并使上述发光芯片的出光面直接面对一受光装置，例如导光板。除了上述出光面之外，上述发光芯片的其他表面均为一反射层所覆盖。
Description
本申请文件是2009年3月11日提交的发明名称为“发光装置”的第200910127445.5号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关于发光装置，特别关于发光芯片的发光装置。
背景技术
已封装的发光二极管(light-emitting diode,LED)约有半数应用于行动电话相关领域，其中又以行动电话显示装置中的背光单元(backlight unit,BLU)为主。为了使背光单元更轻更薄，除了使用侧发光型式封装(side-view package,SVP)技术之外，并不断地将其封装厚度薄型化。在有些侧发光型式封装体的结构中，是将发光二极管的芯片封于由透明树脂的材质所构成的碗状或杯状结构(碗杯结构)的底部，而朝碗口或杯口的方向出光。使用这种结构的封装体，在不断地将其薄型化的过程中，会产生一些问题，例如树脂碗杯厚度的减少造成漏光、杯口太小难以执行点胶的步骤、碗杯角度无法最佳化而发生侧光损失等等，造成出光效率的损失。
如何可以保有薄型化的需求又能提升出光效率已成为侧发光型式封装的发展重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种发光装置，可以更有效地利用从发光二极管等的发光芯片所发出的光线，提高到达导光板等收光装置的光线的量。
为达成上述目的，本发明提供一种发光装置，包含：电路载体；以及发光芯片，具有多个表面，位于电路载体上，其中发光芯片包含：基板；第一导电型半导体层，位于上述基板上；活性层(active layer)，位于上述第一导电型半导体层上；第二导电型半导体层，位于上述活性层上；第一内电极，电性连接上述第一导电型半导体层；以及第二内电极，电性连接上述第二导电型半导体层；第一反射层覆盖上述多个表面并且仅暴露上述多个表面的任一表面作为出光面；及第一外电极与第二外电极位于反射层上，分别与第一内电极、第二内电极、以及电路载体产生电性连接。
本发明又提供一种发光装置，包含：电路载体；以及发光芯片，具有：第一电极与第二电极于其上表面上，并经由上述第一电极与上述第二电极而电性连接于上述电路载体；透明基板；第一导电型半导体层，位于上述透明基板上；活性层(active layer)，位于上述第一导电型半导体层上；第二导电型半导体层，位于上述活性层上；反射层，不完全覆盖上述发光芯片的表面，而留下未覆盖的出光面。
附图说明
图1A为一侧视图，显示本发明第一实施例的发光装置及其与一受光装置的相对位置关系；
图1B则显示图1A所示本发明第一实施例的发光装置在另一方向A的侧视图；
图2A为一剖面图，显示本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的一例；
图2B则显示朝向图2A所示本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的上表面俯视的俯视图；
图3为一剖面图，显示本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的一变化例；
图4为一剖面图，显示本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的另一变化例；
图5为一剖面图，显示本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的又另一变化例；
图6为一侧视图，显示本发明第二实施例的发光装置及其与一受光装置的相对位置关系；
图7为一剖面图，显示本发明第二实施例的发光装置中的发光芯片的一例。
主要元件符号说明
1~发光芯片 1D~下表面
1S1~侧表面 1S2~侧表面
1S3~侧表面 1S4~侧表面
1U~上表面 2~发光芯片
2D~下表面 2S1~侧表面
2S2~侧表面 2U~上表面
10~引刷电路板 11~软焊料球状物
12~软焊料球状物 20~电路载体
21~软焊料球状物 22~软焊料球状物
80~导光板 90~导光板
100~基板 110~荧光层
120~第一导电型半导体层 130~活性层
140~第二导电型半导体层 151~第一内电极
152~第二内电极 160~第一反射层
161~介电膜 162~金属反射层
163~介电膜 170~第二反射层
171~介电膜 172~金属反射层
173~介电膜 180~第二反射层
191~第一线路层 192~第二线路层
195~第一外电极 196~第二外电极
200~基板 210~波长转换层
220~第一导电型半导体层 230~活性层
240~第二导电型半导体层 251~第一内电极
252~第二内电极 260~第一反射层
270~第二反射层 270’~第二反射层
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
首先，请参考图1A与图1B，其中图1A为本发明第一实施例的发光装置及其与一受光装置的相对位置关系的侧视图，图1B则显示图1A所示本发明第一实施例的发光装置在另一方向A的侧视图。
在图1A与图1B中，本发明第一实施例的发光装置包含：一电路载体10与一发光芯片1，于本实施例中，电路载体是一印刷电路板(printed circuitboard,PCB)。发光芯片1具有一第一外电极195与一第二外电极196于其同一侧的侧表面1S4上的一第一反射层160(请参考图2A、2B)上，并经由第一外电极195与第二外电极196而电性连接于电路载体10。在本实施例中，发光芯片1是以一既定的发光面面向一受光装置例如为一导光板80的侧表面，使发光芯片1所发出的光线传递至导光板80。在本实施例中，是以一软焊料球状物(solder ball)11电性连接电路载体10与第一外电极195，且以一软焊料球状物12电性连接电路载体10与第二外电极196，藉此可使用电路载体10上的一些控制元件(未绘示)，来控制是否使发光芯片1发光或调整其亮度等性质；而在其他实施例中，亦可以用其他适当的技术来达成第一外电极195、第二外电极196与电路载体10之间的电性连接，例如焊线连接(wirebonding)技术、卷带式自动接合(tape automatic bonding；TAB)技术、或是其他适当的接合技术。
图1B显示三个发光芯片1与电路载体10电性连接，而对导光板80提供光线。然而对本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，可依其需求任意调整发光芯片1的数量、种类、排列方式等等。
接下来，请参考图2A与图2B，其中图2A为本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片的一例的剖面示意图，图2B则显示图2A所示本发明第一实施例的发光装置中发光芯片的上表面俯视示意图。
在图2A与2B中，发光芯片1还具有：一基板100、一第一导电型半导体层120、一活性层(active layer)130、一第二导电型半导体层140、一第一内电极151、与一第二内电极152。第一导电型半导体层120位于基板100上；活性层130位于第一导电型半导体层120上；第二导电型半导体层140位于活性层130上。在本实施例中，上述“第一导电型”为n型，而上述“第二导电型”为p型；而在另一实施例中，上述“第一导电型”为p型，而上述“第二导电型”为n型。依据所需发出的光线的波长等的需求，可以选择不同的材料组合来作为第一导电型半导体层120、活性层130、与第二导电型半导体层140，其材质可以选自包含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)等元素的半导体材料，诸如氮化铝铟镓(AlGaInN)系列材料、磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料或砷化铝镓(AlGaAs)系列材料等。
同样在图2A与图2B中，第一内电极151电性连接第一导电型半导体层120，第二内电极152电性连接第二导电型半导体层140，并曝露发光芯片1的上表面1U。另外，发光芯片1具有一上表面1U、一下表面1D，与四个侧表面1S1、1S2、1S3、1S4。若发光芯片1的形状为其他多面体时，其侧表面的数量会有变化，视本发明所属技术领域中具有通常知识者在实施本发明时的需求而定。在本实施例中，发光芯片1的上表面1U为阶梯状而曝露出第一导电型半导体层120的一部分，而第一内电极151则位于第一导电型半导体层120上并与其电性连接、第二内电极152位于第二导电型半导体层140上并与其电性连接；而在其他实施例中，亦可以作出其他不同的结构设计，而达成第一内电极151与第一导电型半导体层120的电性连接、第二内电极152与第二导电型半导体层140的电性连接。
于本实施例中，第一反射层160位于发光芯片1的所有侧表面1S1、1S2、1S3、1S4上，其中上述侧表面均包含第一导电型半导体层120、活性层130，以及第二导电型半导体层140的侧表面。以下实施例亦同。于本实施例中，第一反射层160较佳为分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector,DBR)。
图2B所示的第一外电极195经由位于第一反射层160上的一第一线路层191，而电性连接于第一内电极151；第二外电极196经由位于第一反射层160上的一第二线路层192，而电性连接于第二内电极152。经由适当的第一线路层191、第二线路层192的绕线设计，可将第一外电极195、第二外电极196设置于发光芯片1的同一侧的侧表面(在本实施例中为侧表面1S4)上，以便将发光芯片1粘着于电路载体10(请参考图1A、1B)并与其电性连接。
在本实施例中所采用的绕线设计，如图2B所示，第一线路层191是从上表面1U的第一内电极151开始，延伸至侧表面1S1上的第一反射层160上，再延伸至侧表面1S4上的第一反射层160；第二线路层192是从上表面1U的第二内电极152开始，延伸至侧表面1S2上的第一反射层160上，再延伸至侧表面1S4上的第一反射层160。上述绕线方式仅仅是举例，对本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，其在据以实施本发明时，可采用适合其应用范围的绕线方式。
在图2A所示的实施例中，基板100为一透明基板例如蓝宝石(sapphire)基板，并以上表面1U作为发光芯片1的出光面。此时需要额外设置一第二反射层170，使其覆盖发光芯片1的下表面1D，其中此第二反射层170可以是金属反射层或分布式布拉格反射镜。而在另一实施例中，基板100可以是具有光反射性的基板，例如为铜基板或铝基板；此外，第一导电型半导体层120与基板100间更可包含一黏结层。
于上述实施例中，光线从活性层130发出，而到达侧表面1S1、1S2、1S3、1S4及下表面1D的光线会被反射至上表面1U，并且从上表面1U出光。将图2A所示的发光芯片1电性连接于图1A、1B所示的电路载体10上时，上表面1U即是面对导光板80的侧表面的出光面，可有效地将光线提供至导光板80。因此，藉由本发明第一实施例的发光装置，藉由上述结构将光线仅由一个出光面出光，可防止或大幅减少因为漏光(光线散逸至收光装置无法收光的区域)而造成光损失的情形，而可提升发光装置内的发光装置所发出光线的使用效率。
如前文所述，可依据所需发出的光线的波长等的需求，可以选择不同的材料组合来作为第一导电型半导体层120、活性层130、与第二导电型半导体层140。例如当图1A所示的导光板80需要白光时，一种作法是使第1B图所示的三个排列在一起的发光芯片1分别发出红、绿、蓝三原色的光线而组合成白光提供至导光板80。另一种作法可藉由单一的发光芯片1来提供白光，例如使本发明第一实施例的发光装置中的发光芯片1发出紫外光或蓝光，使其所发出的光线经由适当设置的波长转换层而转换成白光。
一个波长转换层设置的范例是显示于图3中。与图2A所示的发光芯片1相比，除了将一波长转换层110设置于第一导电型半导体层120与基板100之间之外，其中此波长转换层110是一具有波长转换物质的黏结层，图3所示的发光芯片1的各元件、构成、与连接关系等等，均与图2A所示者相同。当图3所示的发光芯片1为蓝光发光芯片时，波长转换层110的波长转换物质包含黄光荧光粉体，穿过波长转换层110的蓝光的一部分可转换成黄光，由于蓝色与黄色为互补色，转换后的黄光与其他蓝光可合成白光而提供至图1A、1B所示的导光板80。另一种情况，当图3所示的发光芯片1同样为蓝光发光芯片时，波长转换层110则具有绿光荧光粉体与红光荧光粉体，穿过波长转换层110的蓝光的一部分可转换成绿光与红光，由于红、绿、蓝为三原色，转换后的绿光、红光与其他蓝光可合成白光而提供至图1A、1B所示的导光板80。又另一种情况，当图3所示的发光芯片1为紫外光发光芯片时，波长转换层110可具有蓝光荧光粉体、绿光荧光粉体、与红光荧光粉体，穿过荧光层110的紫外光可转换成蓝光、绿光、与红光，由于红、绿、蓝为三原色，转换后的蓝光、绿光、红光可合成白光而提供至图1A、1B所示的导光板80。
而在另一实施例中，如图4所示，第一反射层160与第二反射层170分别系由介电膜161/163、171/173包覆一个金属反射层162、172所成的三明治结构，而介电膜161、163、171、173的材质为透明绝缘材料；质言之，介电膜161位于金属反射层162、172与发光芯片1之间。于本实施例中，金属反射层162需充分地与第一导电型半导体层120、活性层130、与第二导电型半导体层140以及第一线路层191、第二线路层192电性隔离，避免发生短路。
图5为本发明的另一实施例，如图5所示，第二反射层180覆盖于发光芯片1的上表面1U，但未覆盖第一内电极151与第二内电极152，而第一反射层160覆盖于发光芯片的侧表面1S1/1S2，仅裸露发光芯片1的下表面1D，其中，本实施例中第一反射层180与第二反射层170可以是分布式布拉格反射镜或介电膜包覆一个金属反射层所成的三明治结构。于本实施例中，基板100为透明基板，例如为蓝宝石基板，而以下表面1D为出光面。将图5所示的发光芯片1电性连接于图1A、1B所示的电路载体10上时，作为出光面的下表面1D即是面对导光板80的侧表面，有效地将光线提供至导光板80。
接下来，请参考图6，其为本发明第二实施例的发光装置及其与一受光装置的相对位置关系的侧视图。
在图6中，本发明第二实施例的发光装置包含：一电路载体20与一发光芯片2。发光芯片2具有一第一内电极251与一第二内电极252，并经由第一内电极251与第二内电极252与电路载体20电性连接。在本实施例中，发光芯片2是以一既定的发光面面向一受光装置，例如为一导光板90的侧表面，使发光芯片2所发出的光线传递至导光板90，其中，电路载体20与第一内电极251之间是以一软焊料球状物21形成电性连接，而电路载体20与第二内电极252之间是以一软焊料球状物22形成电性连接，藉此可使用电路载体20上的一些控制元件(未绘示)，来控制是否使发光芯片2发光或调整其亮度等性质；而在其他实施例中，亦可以用其他适当的技术来达成第一内电极251、第二内电极252与电路载体20之间的电性连接，例如焊线连接技术、卷带式自动接合技术、或是其他适当的接合技术。此外，本实施例系以三个发光芯片2与电路载体20电性连接，而对导光板90提供光线，然而对本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，可依其需求任意调整发光芯片2的数量、种类、排列方式等等。
接下来，请参考图7，其为本发明第二实施例的发光装置中的发光芯片的剖面图。
在图7中，发光芯片2还具有：一基板200、一第一导电型半导体层220、一活性层230、一第二导电型半导体层240、一第一内电极251、与一第二内电极252，其结构、材质、及连接关系等均分别与图2A所示的基板100、第一导电型半导体层120、活性层130、第二导电型半导体层140、第一内电极151、与第二内电极152等效或相同，其细节可参考前文对图2A所作的叙述，故予以省略。
同样在图7中，发光芯片2是具有一上表面2U、一下表面2D与四个侧表面。但图7中只显示其中二个侧表面2S1、2S2。若发光芯片2的形状为其他的多面体时，其侧表面的数量会有变化，视本发明所属技术领域中具有通常知识者在实施本发明时的需求而定。此外，第一反射层260覆盖发光芯片2的侧表面而仅留下一出光面未覆盖，而第二反射层270/270’分别覆盖于上表面2U及下表面2D。在本实施例中，第一反射层260仅覆盖侧表面2S2及前述二个未显示的侧表面上，而未覆盖侧表面2S1，而使侧表面2S1成为发光芯片2的出光面。第一反射层260与第二反射层270/270’的形成方法与材质大致与前述的第一反射层160相同，但是在形成的前需要对侧表面2S1施以遮罩或形成后以例如蚀刻或其他技术，移除形成于侧表面2S1上的反射层。
在图7所示的实施例中，是以覆晶技术粘着于图6所示的电路载体20上而与其电性连接，并使作为出光面的侧表面2S1面对导光板90的侧表面，而不需要前述第一实施例中的外电极与用以绕线的线路层等结构。此外，于另一实施例中，基板200可以是一不透光基板或反射基板，例如硅基板，此时则无需于发光芯片2下表面2D上设置第二反射层270’。
将图7所示的发光芯片2电性连接于图6所示的电路载体20上时，侧表面2S1即是面对导光板90的侧表面的出光面，有效地将光线提供至导光板90。因此，藉由本发明第二实施例的发光装置，藉由上述结构将光线仅由一个出光面出光，可防止或大幅减少因为漏光(光线散逸至收光装置无法收光的区域)而造成光损失的情形，而可提升发光装置内的发光装置所发出光线的使用效率。
综上所述，藉由本发明各实施例的发光装置，可以更有效地利用从发光二极管等的发光芯片所发出的光线，提高到达导光板等收光装置的光线的量，而达成上述本发明的目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种发光装置，包含：
半导体层，具有多个侧表面；
内电极，电性连接该半导体层；
反射层，位于该多个侧表面上，并与该内电极电绝缘；及
外电极，位于该反射层上，并与该内电极电连接。
2.如权利要求1所述的发光装置，还包含线路层用以电性连接该内电极与该外电极。
3.如权利要求1所述的发光装置，还包含基板，位于该半导体层之下。
4.如权利要求3所述的发光装置，还包含黏结层，位于该基板及该半导体层之间。
5.如权利要求3所述的发光装置，其中该基板为透明基板或反射基板。
6.如权利要求1所述的发光装置，还包含波长转换层，位于该半导体层之下。
7.如权利要求1所述的发光装置，还包含介电膜，位于该反射层及该半导体层之间。
8.如权利要求1所述的发光装置，还包含介电膜，包覆该反射层。
9.如权利要求1所述的发光装置，还包含透明绝缘材料，位于该多个侧表面上。
10.如权利要求1所述的发光装置，其中该反射层为分布式布拉格反射镜或金属反射层。
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