TWI548122B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種波長轉換層覆蓋出光上表面之發光裝置。

傳統的發光裝置包括發光二極體及螢光粉層，其中螢光粉層包覆發光二極體。然而，因為沉澱關係，螢光粉層內螢光粉通常無法均勻覆蓋發光二極體之出光面，如此導致從發光二極體之出光光線無法全部轉換成預設波長，造成發光裝置的出光不均勻的現象。

本發明係有關於一種發光裝置，一實施例中，可改善發光裝置的出光不均勻的問題。

根據本發明之一實施例，提出一種發光裝置。發光裝置包括一基板、一發光元件及一波長轉換層。發光元件設於基板上且具有一厚度Tc、一出光角度θ及一出光上表面。波長轉換層設於出光上表面上方且具有一寬度Wp。厚度Tc、出光角度θ及寬度Wp的關係滿足：Wp2×Tc×tan(θ/2)。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中 波長轉換層的中心點對準於發光元件的中心點。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中整個波長轉換層位於發光元件的出光上表面上方。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中發光元件更具有一出光側面，波長轉換層覆蓋發光元件的出光上表面及至少一部分出光側面。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中波長轉換層至少覆蓋出光側面之被出光角度涵蓋到的部分。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中波長轉換層的外輪廓係平面、曲面或其組合。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，發光裝置更包括一透光層。透光層設置於波長轉換層上，且波長轉換層位於透光層與發光元件之間。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置。發光裝置更包括一透光層。透光層之至少一部分形成於波長轉換層與發光元件之出光上表面之間。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中發光元件更具有一出光側面，透光層包覆發光元件之出光上表面及出光側面。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中發光元件的折射率大於透光層的折射率，且透光層的折射率大於波長轉換層的折射率。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中波長轉換層包括一第一波長轉換層及一第二波長轉換層。第二波長轉換層設置於第一波長轉換層上，使第一波長轉換層位於第二波長轉換層與發光元件之間，其中，第一波長轉換層與第二波長轉換層之間具有一界面。

根據本發明另一實施例，提出一種發光裝置，其中發光元件更具有一出光側面，第二波長轉換層包覆整個第一波長轉換層，且包覆發光元件之出光上表面及出光側面。

100、200、300、400、500、600、700、800、900‧‧‧發光裝置

110‧‧‧基板

120‧‧‧發光元件

120s‧‧‧出光側面

120u‧‧‧出光上表面

120s1‧‧‧部分

130‧‧‧波長轉換層

130b、831b‧‧‧下表面

130u‧‧‧外輪廓

540‧‧‧透光層

541‧‧‧第一部分

542‧‧‧第二部分

831‧‧‧第一波長轉換層

8311‧‧‧第一色光螢光顆粒

832‧‧‧第二波長轉換層

8321‧‧‧第二色光螢光顆粒

8322‧‧‧第一部分

8323‧‧‧第二部分

C1、C2‧‧‧中心

L1‧‧‧光線

n1、n2、n3‧‧‧折射率

P1、P2‧‧‧曲線

S1‧‧‧橫切面

S2‧‧‧界面

Tc‧‧‧厚度

Wp‧‧‧寬度

θ‧‧‧出光角度

第1圖繪示依照本發明一實施例之發光裝置的剖視圖。

第2圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第3圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第4圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第5圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第6圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第8圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第9圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第10圖繪示依照本發明實施例之發光裝置的光學特性圖。

第1圖繪示依照本發明一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置100包括基板110、發光元件120及波長轉換層130。

發光元件120設置於基板110上。發光元件120具有一厚度Tc、一出光角度θ及一出光上表面120u。

波長轉換層130設於發光元件120的出光上表面120u上方且具有一寬度Wp。發光元件120的厚度Tc、發光元件120的出光角度θ及波長轉換層130的寬度Wp之間的關係滿足關係式(1)

由於關係式(1)的設計，使發光元件120在出光角度θ範圍內所發射的光線L都可通過波長轉換層130而轉換成具有預設波長之光線後而出光。

如第1圖所示，波長轉換層130的中心C1對準發光元件120的中心C2，在此設計下，波長轉換層130的寬度Wp只需符合關係式(1)中的最小寬度Wp(即Wp=2×Tc×tan(θ/2))，即可讓出光角度θ內的出光光線L都能經過波長轉換層130的轉換，如此可節省波長轉換層130的用料。進一步地說，當波長轉換層130的中心C1對準發光元件120的中心C2，且波長轉換層130的寬度Wp=2×Tc×tan(θ/2)，波長轉換層130相對於中心C1呈對稱結構，因而可讓出光角度+θ/2及-θ/2範圍內的出光光線L都能經過波長轉換層130的轉換。

本實施例中，整個波長轉換層130位於發光元件120的出光上表面120u上方。然本發明實施例不限於此，以下係舉例說明。

第2圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。 發光裝置200包括基板110、發光元件120及波長轉換層130。與上述實施例之發光裝置100不同的是，本實施例之發光元件120更具有一出光側面120s，波長轉換層130覆蓋發光元件120的出光上表面120u及出光側面120s的一部分。較佳但非限定地，波長轉換層130至少覆蓋出光側面120s之被出光角度θ涵蓋到的部分120s1。

第3圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置300包括基板110、發光元件120及波長轉換層130。與上述實施例之發光裝置200不同的是，本實施例之波長轉換層130覆蓋發光元件120的出光上表面120u及整個出光側面120s。

上述實施例中，波長轉換層130的外輪廓係以平面為例說明，然波長轉換層130的外輪廓亦可為曲面或曲面與平面的組合，以下係舉例說明。

第4圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置400包括基板110、發光元件120及波長轉換層130。與上述實施例之發光裝置100、200及300不同的是，本實施例之波長轉換層130具有一外輪廓130u，其為曲面，如弧面。另一實施例中，波長轉換層130之外輪廓130u亦可為曲面與平面的組合。

本實施例中，波長轉換層130的寬度Wp定義為波長轉換層130沿一橫切面S1之剖面形狀的外輪廓寬度，此處的橫切面S1與出光上表面120u共面。本實施例中，波長轉換層130 覆蓋發光元件120的整個出光側面120s；另一實施例中，第4圖之波長轉換層130覆蓋發光元件120的一部分出光側面120s或完全不覆蓋發光元件120之出光側面120s。

第5圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置500包括基板110、發光元件120、波長轉換層130及透光層540。發光元件120設於基板110之出光上表面120u上方，而透光層540設置於波長轉換層130上方，且波長轉換層130位於透光層540與發光元件120之間。藉由設計透光層540的透光率及/或折射率，可提升發光裝置500的出光效率。

第6圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置600包括基板110、發光元件120、波長轉換層130及透光層540。本實施例之透光層540包括第一部分541及第二部分542，其中第一部分541形成於發光元件120與波長轉換層130之間，以覆蓋發光元件120的出光上表面120u與波長轉換層130的下表面130b，而第二部分542包覆波長轉換層130之下表面130b以外的部分及發光元件120之出光側面120s。透光層540包覆整個波長轉換層130及部分的發光元件120。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置700包括基板110、發光元件120、波長轉換層130及透光層540。本實施例之整個透光層540形成於波長轉換層130與發光元件120之出光上表面120u之間。此外，發光元件120具有折射率n1，透光層540具有折射率n2，而波長轉換層130具 有折射率n3，其中折射率n1、n2及n3滿足關係式(2)。由於折射率n1、n2與n3由大至小漸進變化，使出光的折射角度由小至大漸進變化，進而使光線的發散可以較均勻。

n1>n2>n3...................................(2)

一實施例中，發光元件120之折射率n1約1.7，透光層540之折射率n2約1.6，而波長轉換層130之折射率n3約1.53。就材料而言，透光層540的材料包括玻璃、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、甲基丙烯酸甲脂聚苯乙烯(MS)或聚苯乙烯(PS)或矽膠，而波長轉換層130包括聚合物及螢光粉，其中聚合物例如是矽膠。然而，只要發光元件120、透光層540與波長轉換層130的材料選用可符合上關係式(2)的折射率關係即可，本發明實施例並不限定發光元件120、透光層540與波長轉換層130的材料選用。

第8圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置800包括基板110、發光元件120、第一波長轉換層831及第二波長轉換層832。本實施例中，第一波長轉換層831形成於發光元件120之出光上表面120u上方，而第二波長轉換層832設置於第一波長轉換層831上方，使第一波長轉換層831位於第二波長轉換層832與發光元件120之間。第一波長轉換層831與第二波長轉換層832為二獨立的波長轉換層，使二者結合在一起後，其間形成一明顯界面S2。

本實施例將不同色光螢光顆粒分別摻雜於不同的波長轉換層。例如，第一波長轉換層831包含數個第一色光螢光顆粒8311，而第二波長轉換層832包含數個第二色光螢光顆粒8321，其中第一色光螢光顆粒8311與第二色光螢光顆粒8321分別為不同色光螢光顆粒。一實施例中，第一色光螢光顆粒8311及第二色光螢光顆粒8321例如是綠色、紅色或黃色螢光顆粒。若把第一色光螢光顆粒8311及第二色光螢光顆粒8321摻雜於同一波長轉換層，將導致第一色光螢光顆粒8311與第二色光螢光顆粒8321轉換的色光互相吸收，進而導致光轉換效率降低，或需要摻雜更多的螢光顆粒方能轉換成預設色光。由於本實施例為不同色光的螢光顆粒分別摻雜於不同的波長轉換層，因此可避免不同色光的螢光顆粒互相吸收的問題，因而可提升光轉換效率且/或減少摻雜螢光顆粒的用量。

第9圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置900包括基板110、發光元件120、第一波長轉換層831及第二波長轉換層832。第二波長轉換層832包覆整個第一波長轉換層831，且包覆發光元件120的出光上表面120u及出光側面120s。進一步來說，與上述實施例之發光裝置800不同的是，本實施例之第二波長轉換層832包括第一部分8322及第二部分8323，其中第一部分8322形成於發光元件120與第一波長轉換層831之間，以覆蓋發光元件120的出光上表面120u與第一波長轉換層831的下表面831b，而第二部分8323包覆第一波長轉 換層831之下表面831b以外的部分及發光元件120之出光側面120s。由於第二部分8323包覆整個出光側面120s，使從出光側面120s任何局部出光的光線L都能經過第二波長轉換層832的轉換。

第10圖繪示依照本發明實施例之發光裝置的光學特性圖。曲線P1表示習知發光裝置的光學特性曲線，而曲線P2表示上述實施例之發光裝置100的光學特性曲線。相較於曲線P1，由於上式(1)的設計，使本實施例之發光裝置100之出光角度θ範圍內的出光光線L的色溫較均勻，即，從出光角度θ範圍內出光的光線L產生一均勻出光效果。本發明其它實施例之發光裝置亦具有類似發光裝置100的光學特性，容此不再贅述。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光裝置

110‧‧‧基板

120‧‧‧發光元件

120u‧‧‧出光上表面

130‧‧‧波長轉換層

C1、C2‧‧‧中心

L‧‧‧光線

Tc‧‧‧厚度

Wp‧‧‧寬度

θ‧‧‧出光角度

Claims (11)

1. 一種發光裝置，包括：一基板；一發光元件，設於該基板上且具有一厚度Tc、一出光角度θ及一出光上表面；以及一波長轉換層，設於該出光上表面上方且具有一寬度Wp；其中，該厚度Tc、該出光角度θ及該寬度Wp的關係滿足：Wp2×Tc×tan(θ/2)；其中，該波長轉換層包括一第一波長轉換層及一第二波長轉換層，該發光元件更具有一出光側面，該第二波長轉換層包覆整個該第一波長轉換層，且包覆該發光元件之該出光上表面及該出光側面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該波長轉換層的中心點對準於該發光元件的中心點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中整個該波長轉換層位於該發光元件的該出光上表面上方。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該波長轉換層覆蓋該發光元件的該出光上表面及至少一部分該出光側面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該波長轉換層至少覆蓋該出光側面之被該出光角度涵蓋到的部分。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該波長轉換層的外輪廓係平面、曲面或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括：一透光層，設置於該波長轉換層上，且該波長轉換層位於該透光層與該發光元件之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括：一透光層，該透光層之至少一部分形成於該波長轉換層與該發光元件之該出光上表面之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該透光層包覆該發光元件之該出光上表面及該出光側面。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該發光元件的折射率大於該透光層的折射率，且該透光層的折射率大於該波長轉換層的折射率。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第二波 長轉換層設置於該第一波長轉換層上，且該第一波長轉換層位於該第二波長轉換層與該發光元件之間；其中，該第一波長轉換層與該第二波長轉換層之間具有一界面。