TWI790941B - 發光模組 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種發光模組，包括：基板；多個發光元件，設置於基板上；封裝材料，覆蓋發光元件與基板，且封裝材料具有封裝厚度H；以及多個調光結構，設置於封裝材料之表面上或嵌置於封裝材料中，其中調光結構各包括厚度不同的多個部分，且調光結構具有最大調光厚度h，其中封裝厚度H與最大調光厚度h滿足0.01≤h/H≤1。

Description

發光模組

本發明是關於發光模組，特別是關於包括調光結構的發光模組。

發光二極體（Light-Emitting Diode，LED）由於體積小、亮度高、耗能低等優點，近年來已逐漸取代傳統光源。發光二極體目前已廣泛的應用於背光模組中以作為發光元件。

在現有的背光模組設計中，包括安裝於電路板上的多個發光元件，具有光線傳遞路徑較短的缺點。因此，當發光元件之間的間距過大時，將導致發光元件之間出現暗區，造成不良的視覺感受。雖然可以藉由縮小發光二極體之間的間距改善上述問題，但縮小間距的同時必須增加發光二極體的數量，導致成本上升。

此外，由於發光二極體晶片具有很高的指向性，因此在傳統的發光裝置中，位於發光二極體晶片正上方的光亮度較高，使得發光裝置的出光不均勻。綜上所述，需要一種可以解決上述問題的發光模組。

一種發光模組，包括：基板；多個發光元件，設置於基板上；封裝材料，覆蓋發光元件與基板，且封裝材料具有封裝厚度H；以及多個調光結構，設置於封裝材料之表面上或嵌置於封裝材料中，其中調光結構各包括厚度不同的多個部分，且調光結構具有最大調光厚度h，其中封裝厚度H與最大調光厚度h滿足0.01≤h/H≤1。

以下的揭示內容提供許多不同的實施例或範例，以展示本發明實施例的不同部件。以下將揭示本說明書各部件及其排列方式之特定範例，用以簡化本揭露敘述。當然，這些特定範例並非用於限定本揭露。例如，若是本說明書以下的發明內容敘述了將形成第一部件於第二部件之上或上方，即表示其包括了所形成之第一及第二部件是直接接觸的實施例，亦包括了尚可將附加的部件形成於上述第一及第二部件之間，則第一及第二部件為未直接接觸的實施例。此外，本揭露說明中的各式範例可能使用重複的參照符號及/或用字。這些重複符號或用字的目的在於簡化與清晰，並非用以限定各式實施例及/或所述配置之間的關係。

再者，為了方便描述圖式中一元件或部件與另一（些）元件或部件的關係，可使用空間相對用語，例如「在…之下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」及諸如此類用語。除了圖式所繪示之方位外，空間相對用語亦涵蓋使用或操作中之裝置的不同方位。當裝置被轉向不同方位時（例如，旋轉90度或者其他方位），則其中所使用的空間相對形容詞亦將依轉向後的方位來解釋。

在此，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。

以下敘述一些本發明實施例，在這些實施例中所述的多個階段之前、期間以及/或之後，可提供額外的步驟。一些所述階段在不同實施例中可被替換或刪去。半導體裝置結構可增加額外部件。一些所述部件在不同實施例中可被替換或刪去。儘管所討論的一些實施例以特定順序的步驟執行，這些步驟仍可以另一合乎邏輯的順序執行。

此處所使用的用語「實質上（substantially）」，表示一給定量的數值可基於目標半導體裝置相關的特定技術節點而改變。在一些實施例中，基於特定的技術節點，用語「實質上地」可表示一給定量的數值在例如目標（或期望）值之±5%的範圍。

本揭露提供一種發光模組，各個調光結構分別位於各個發光元件上方，具有部分透光與部分反射光的效果。由於本揭露的調光結構具有厚度不同的多個部分，可以用於調整發光元件上方的光的亮度，使得發光模組整體的出光更均勻。因此，本揭露的發光模組具有優良的亮度及均勻度，可以減少發光二極體的使用量，進而降低製造成本。

請參照第1A、1B圖。第1A圖是根據本揭露的一些實施例，繪示出發光模組的三維示意圖，且第1B圖是對應第1A圖的線BB’的剖面圖。如第1A、1B圖所示，發光模組10可以包括基板100、發光元件200、封裝材料300、及調光結構400。關於上述元件的詳細說明將在以下敘述之。

在一些實施例中，基板100包括基底101，且基底101可以是任何適合的基板。舉例而言，基底101可以是透明基板或不透明基板。在一些實施例中，基底101是軟性基板。因此，發光模組10可以是高曲面背光形式的發光模組。在其他的實施例中，基底101是剛性基板。舉例而言，基底101的材料可以是樹脂、藍寶石、矽、玻璃、金屬、陶瓷、或其他適合的材料。如第1A圖所示，基板100可以是矩形基板。

如第1B圖所示，基板100可以更包括位於基底101上的導電線路層102。如此一來，基板100可以透過導電線路層102與發光元件200電性連接。在一些實施例中，如第1B圖所示，發光元件200以覆晶（flip chip）形式設置於基板100上，接合構件103位於發光元件200的正電極、負電極與導電線路層102之間。發光元件200的正電極與負電極透過接合構件103與導電線路層102形成電性連接。

接合構件103的材料為導電材料，可以包括：含Au合金、含Ag合金、含Pd合金、含In合金、含Pb-Pd合金、含Au-Ga合金、含Au-Sn合金、含Sn含合金、含Sn-Cu合金、含Sn-Cu-Ag合金、含Au-Ge合金、含Au-Si合金、含Al合金、含Cu-In合金、或其他金屬材料。在一個實施例中，接合構件103為包括金屬和助焊劑的混合物。

應注意的是，第1A圖僅用於示意性地說明發光模組10的結構，其中並未詳細繪示出導電線路層102、接合構件103等結構。此外，在一些實施例中，基板100更包括位於基底101下方的絕緣材料（未顯示）。

如第1A、1B圖所示，多個發光元件200設置於基板100上。在一些實施例中，發光元件200包括能夠發出特定波長的發光二極體晶片。舉例而言，發光元件200可以包括發出藍光的發光二極體晶片或發出紫外光的發光二極體晶片。此外，發光元件200可以包括次毫米發光二極體晶片（Mini LED chip）、微發光二極體晶片（Micro LED chip）、或其他適合的發光元件。上述「次毫米發光二極體晶片」的邊長尺寸可以是約100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm或400μm。上述「微發光二極體晶片」的邊長尺寸可以是約100μm以下，例如約30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm以下。

本揭露的發光元件200可以包括發光二極體晶片或晶片級封裝發光二極體（Chip Scale Package LED，CSP LED）。在一些使用晶片級封裝發光二極體的實施例中，如第1B圖所示，發光元件200包括發光部210以及覆蓋發光部210之頂面與側面的波長轉換層220。

發光部210可以包括能夠發出特定波長的發光二極體晶片或任何適合的發光材料。波長轉換層220可以包括量子點材料、螢光粉、其他適合的材料、或前述之組合。發光模組10可做為顯示器的背光，以發光模組10發出白光做為實施例，發光部210可為藍光發光二極體晶片用以發出藍光，波長轉換層220包含黃色螢光粉，吸收部分藍光轉化成黃光，黃光與部分藍光混合而產生白光。或者，波長轉換層220 包含紅色與綠色波長轉換材料吸收部分藍光分別轉化成紅光與綠光，紅光與綠光與部分藍光混合而產生白光。

在一些其他的實施例中，如第1C圖所示，發光元件200也可以不具有波長轉換層，且由發光部210’所構成。發光部210’可以包括與以上描述的發光部210類似的發光二極體晶片或發光材料。在發光元件200不具有波長轉換層的實施例中，可以在後續形成之覆蓋發光元件200與基板100的封裝材料300中加入波長轉換材料例如螢光粉或量子點的材料，藉此轉換來自發光部210’的發光波長。在另一個實施例中，也可以將波長轉換材料整合到發光部210’中，藉此轉換來自發光部210’的發光波長。

在一些實施例中，基板100表面上可設有多個積體電路晶片（未顯示），且各個積體電路晶片分別控制上述發光元件200。在一些實施例中，積體電路晶片與發光二極體晶片在基板100同一表面上，可受到封裝材料300覆蓋。在一些實施例中，發光二極體晶片在基板100的上表面，積體電路晶片在基板100的下表面。應注意的是，為了說明之目的，本揭露後續的實施例大致上將以具有波長轉換層220的發光元件200進行描述。實際上，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以根據發光模組的設計需求以調整發光元件的配置，本揭露並未對此進行限制。

參照第1A、1B圖，封裝材料300一體覆蓋發光元件200與基板100，且封裝材料300具有封裝厚度H。具體而言，封裝材料300可以具有粗糙或光滑的上表面，本揭露並未對此限定。在一些實施例中，如第1B圖所示，封裝材料具有至少兩個側表面，其分別與基板100的兩個側表面共平面。本揭露並未特別限定封裝材料300的成分。封裝材料300可以包括矽氧樹脂、環氧樹脂、壓克力膠、其他適合的透明材料、或前述之組合。在一些實施例中，封裝材料300的折射率為約1.49到約1.6。

再次參照第1A、1B圖，多個調光結構400設置於封裝材料300之表面上，其中調光結構400包括厚度不同的部分，且調光結構具有最大調光厚度h。在本揭露的實施例中，封裝厚度H與最大調光厚度h滿足0.01≤h/H≤1。在一些優選的實施例中，封裝厚度H與最大調光厚度h滿足0.1≤h/H≤0.25。

如第1A、1B圖所示，各個調光結構400可以分別位於各個發光元件200的上方。在一些實施例中，各個調光結構400的具有最大調光厚度h的位置在基板100的法線方向上與各個發光元件200重疊。

調光結構400具有部分透光與部分反射光的效果，可以用於調整發光元件200所發出的光亮度。具體而言，由於發光二極體晶片具有很高的指向性，因此在傳統的發光裝置中，位於發光二極體晶片正上方的光的亮度較高，使得發光裝置的出光不均勻。根據本揭露的各種實施例中的調光結構400，可以調整位於發光元件上方的光亮度，使發光模組整體的出光更均勻。

調光結構400可以包括反射材料與樹脂材料。反射材料可以包括金屬氧化物顆粒，例如氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、氧化矽、其他適合的金屬氧化物、或前述之組合。樹脂材料可以包括矽氧樹脂、環氧樹脂、壓克力膠、其他適合的透明材料、或前述之組合。調光結構400的外觀上呈現白色。

在一些實施例中，由於反射材料（例如金屬氧化物顆粒）在整個調光結構400中均勻分布，使得調光結構400內部的折射率是均勻的。具體而言，在調光結構400內部的折射率是均勻的情況下，調光結構400內部不具有折射率劇烈變化的界面。

來自發光元件200的光的傳遞路徑如第1B圖中的箭頭所示，發光元件200所發射的一部分光通過並透射出調光結構400，且另一部分光被調光結構400的反射材料反射回封裝材料300中。如此一來，可以增加發光元件200所發射的光在封裝材料300中傳遞的距離，並且使發光模組10的出光更均勻。在一些實施例中，封裝材料300的上表面具有粗糙表面，藉此可破壞光在封裝材料300與調光結構400或空氣之間的界面的全反射，增加出光效率。

參照第1D圖，在一些實施例中，也可以在基板100上設置絕緣層500。在一些實施例中，由於絕緣層500在沒有發光元件200的位置覆蓋基板100與裸露的導電線路層102，能夠防止導電線路層被氧化。此外，絕緣層500的外觀可以是白色，具有反射光線的作用，因此同時設置調光結構400及絕緣層500，可以進一步增加發光元件200所發射的光在封裝材料300中傳遞的距離，並且使發光模組10的出光更均勻。如此一來，可以在不縮小或增加發光二極體之間的間距的情況下，維持出光均勻性。絕緣層500的材料可以包括環氧樹脂、矽氧樹脂、胺甲酸乙脂樹脂、氧環丁烷樹脂、壓克力膠、聚碳酸脂、聚醯亞胺。絕緣層500可添加其他適合的白色反光材料。

繼續參照第1D圖，在一些實施例中，可以在發光元件200的上表面上設置反射層600。反射層600，可以將來自光萃取面（例如發光元件200的上表面）的光反射，增加光在封裝材料300中傳遞的距離，並且使發光模組10的出光更均勻。儘管發光二極體晶片具有很高的指向性，藉由設置反射層600，可以降低發光元件200正上方的光亮度。如此一來，可以在不縮小或增加發光二極體之間的間距的情況下，維持出光均勻性。反射層600可以是鏡面金屬材料、反射片、白色油墨、或其他適合的材料。

以下將詳細描述調光結構400與發光模組10的其他元件之間的幾何尺寸的關係。如第1B圖所示，在一些實施例中，各個調光結構400具有外徑D，且外徑D與封裝厚度H及最大調光厚度h滿足0＜(H+h)/D＜1。在一些實施例中，相鄰的發光元件200之間的間距P與各個調光結構400的外徑D滿足0＜D/P＜1。在一些實施例中，發光元件200的寬度W小於各個調光結構400的外徑D。

本揭露並未特別限定調光結構400在垂直基板100的剖面中的形狀，只要調光結構400包括厚度不同的部分即可。舉例而言，在一些實施例中，如第1A~1D圖所示，各個調光結構400的表面為具有漸變斜率的曲面。這樣的調光結構400的具有最大調光厚度h的位置可以在基板100的法線方向上與各個發光元件200重疊。在一些實施例中，上述曲面的形狀符合二次函數方程式：y=ax ²+bx+c，其中x為平行於該基板的方向上的位置，y為垂直於該基板的方向上的位置，且a＜0。在一些實施例中，上述二次函數方程式的常數項的絕對值|c|等於最大調光厚度h。

儘管在以上的實施例中是將調光結構400設置於封裝材料300的上表面上，本揭露並非限定於此。第2A圖是根據本揭露的一些實施例，繪示出發光模組20的三維示意圖，且第2B圖是對應第2A圖的線BB’的剖面圖。如第2A、2B圖所示，具有漸變斜率的曲面的調光結構400可以被嵌置於封裝材料300中。如此一來，可以減少發光模組20的厚度。

在第2B圖的實施例中，調光結構400與發光模組20的其他元件之間的幾何尺寸的關係與第1B所描述的類似，在此為了簡潔而省略其描述。嵌置於封裝材料300中的調光結構400的曲面的形狀亦符合二次函數方程式：y=ax ²+bx+c，其中x為平行於該基板的方向上的位置，y為垂直於該基板的方向上的位置，且a＞0。在一些實施例中，上述二次函數方程式的常數項的絕對值|c|等於最大調光厚度h。

在本揭露的一些其他的實施例中，如第3A~3C圖所示，發光模組30的調光結構400包括主調光部410及複數個副調光部420環繞著主調光部410。主調光部410與副調光部420用以增加發光元件200所發射的光在封裝材料300中傳遞的距離，以使得發光模組30的出光更均勻。主調光部410具有最大調光厚度h1，且設置於主調光部410周圍的副調光部420可以具有小於最大調光厚度h1的厚度h2。如第3B、3C圖所示，封裝厚度H與該最大調光厚度h1滿足0.01≤h1/H≤1。在一些進一步的實施例中，封裝厚度H與該最大調光厚度h1滿足0.1≤h1/H≤0.25。

應理解的是，第3B圖是對應第3A圖的線BB’的剖面圖，且第3C圖是對應第3A圖的線CC’的剖面圖。

副調光部420可以包括與主調光部410接觸的多個內副調光部422，例如第3B圖中與主調光部410接觸的兩個內副調光部422。如第3A、3B圖所示，內副調光部422與主調光部410在剖面圖(例如第3B圖中)中共同形成階梯狀輪廓。

副調光部420也可以包括與主調光部410分隔的多個外副調光部424，例如第3C圖中與主調光部410分隔的兩個外副調光部424。如第3A、3C圖所示，各個外副調光部424與主調光部410之間具有尺寸不同的的間隙，藉此達到漸進式的調光效果。

應理解的是，儘管在第3C圖中僅分別繪示了相對主調光部410設置的兩個內副調光部422及兩個外副調光部424，本揭露並未限定副調光部420在主調光部410周圍的距離及位置。發光模組30可以根據設計需求，以包括具有各種配置的副調光部420。

如第3A~3C圖所示，調光結構400可以位於發光元件200的上方。在一些實施例中，調光結構400的具有最大調光厚度h1的位置在基板100的法線方向上與發光元件200重疊。

以下將詳細描述調光結構400與發光模組30的其他元件之間的幾何尺寸的關係。如第3B、3C圖所示，在一些實施例中，調光結構400的主調光部410具有外徑D1，且外徑D1與封裝厚度H及最大調光厚度h1滿足0<(H+h1)/D1<1。在一些實施例中，相鄰的發光元件200之間的間距(未顯示於第3B、3C圖)與主調光部410的外徑D1滿足0<D1/P<1。在一些實施例中，主調光部410 的外徑D1大於發光元件200的寬度W。

第4A圖是根據本揭露的一些實施例，繪示出發光模組40的三維示意圖，其中第4B圖是對應第4A圖的線BB’的剖面圖，且第4C圖是對應第4A圖的線CC’的剖面圖。如第4A~4C圖所示，包括主調光部410及副調光部420的調光結構400也可以被嵌置於封裝材料300中。如此一來，可以減少發光模組40的厚度。

在第4B、4C圖的實施例中，調光結構400與發光模組40的其他元件之間的幾何尺寸的關係與第3B、3C所描述的類似，在此為了簡潔而省略其描述。

以下將以發光模組在實際測試時所產生的發光影像以說明使用本揭露的調光結構所導致的優良效果。由於發光二極體晶片具有很高的指向性，在傳統的發光裝置中，位於發光二極體晶片正上方的光亮度較高，使得發光裝置的出光不均勻。如第5A圖所示，在傳統的發光模組的發光影像中，呈現規律的棋盤狀的雲紋(mura)。藉由將具有厚度不同的部分的調光結構用於發光模組，如第5B圖所示，可以產生亮度均勻的發光影像，其中並未產生雲紋。

綜上所述，本揭露提供一種發光模組，可應用於顯示器的背光、多種發光裝置等。發光模組包含各個調光結構分別位於各個發光元件上方，具有部分透光與部分反射光的效果。由於本揭露的調光結構具有厚度不同的多個部分，可以用於調整發光元件上方的光的亮度，使得發光模組的出光更均勻。因此，本揭露的發光模組具有優良的亮度及均勻度，可以減少發光二極體的使用量， 進而降低製造成本。

以上概述數個實施例之特徵，以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本發明實施例的觀點。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可輕易地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本發明的精神與範圍，且可在不違背本發明之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。

10,20,30,40:發光模組

100:基板

101:基底

102:導電線路層

103:接合構件

200:發光元件

210,210’:發光部

220:波長轉換層

300:封裝材料

400:調光結構

410:主調光部

420:副調光部

422:內副調光部

424:外副調光部

500:絕緣層

600:反射層

BB’,CC’:線

D,D1:外徑

H:封裝厚度

h,h1:最大調光厚度

h2:厚度

P:間距

W:寬度

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例的特徵。 第1A圖是根據本揭露的一些實施例，繪示出發光模組的三維示意圖。 第1B圖是根據本揭露的一些實施例，繪示出對應第1A圖的線BB’的剖面圖。 第1C圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出發光模組的剖面圖。 第1D圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出發光模組的剖面圖。 第2A圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出發光模組的三維示意圖。 第2B圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出對應第2A圖的線BB’的剖面圖。 第3A圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出發光模組的三維示意圖。 第3B圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出對應第3A圖的線BB’的剖面圖。 第3C圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出對應第3A圖的線CC’的剖面圖。 第4A圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出發光模組的三維示意圖。 第4B圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出對應第4A圖的線BB’剖面圖。 第4C圖是根據本揭露的一些其他的實施例，繪示出對應第4A圖的線CC’剖面圖。 第5A圖是傳統的發光模組在實際測試時所產生的發光影像。 第5B圖是本揭露的發光模組在實際測試時所產生的發光影像。

10:發光模組

100:基板

101:基底

102:導電線路層

103:接合構件

200:發光元件

210:發光部

220:波長轉換層

300:封裝材料

400:調光結構

D:外徑

H:封裝厚度

h:最大調光厚度

P:間距

W:寬度

Claims (18)

1. 一種發光模組，包括：一基板；多個發光元件，設置於該基板上；一封裝材料，覆蓋該些發光元件與該基板，且該封裝材料具有一封裝厚度H；以及多個調光結構，設置於該封裝材料之表面上或嵌置於該封裝材料中，其中該些調光結構各包括厚度不同的多個部分，且該些調光結構具有一最大調光厚度h；其中該封裝厚度H與該最大調光厚度h滿足0.01

   

   h/H

   

   1，其中相鄰的該些發光元件之間的間距P與各個該些調光結構的外徑D滿足0<D/P<1。
2. 如請求項1之發光模組，其中各個該些調光結構分別位於各個該些發光元件的上方。
3. 如請求項1之發光模組，其中該些調光結構各具有一外徑D，且該外徑D與該封裝厚度H及該最大調光厚度h滿足0<(H+h)/D<1。
4. 如請求項1之發光模組，其中該些發光元件的寬度W小於各個該些調光結構的外徑D。
5. 如請求項1之發光模組，其中該封裝厚度H與該最大調光厚度h滿足0.1

   

   h/H

   

   0.25。
6. 如請求項1之發光模組，其中該些調光結構的具有 該最大調光厚度的位置在該基板的法線方向上與該些發光元件重疊。
7. 如請求項1之發光模組，其中各個該些調光結構的一表面為具有漸變斜率的一曲面。
8. 如請求項7之發光模組，其中各個該些調光結構的具有該最大調光厚度的位置對應該曲面的中心。
9. 如請求項7之發光模組，其中該曲面的形狀符合一二次函數方程式：y=ax²+bx+c，其中x為平行於該基板的方向上的位置，y為垂直於該基板的方向上的位置，且a<0。
10. 如請求項9之發光模組，其中該二次函數方程式的常數項的絕對值(|c|)等於該最大調光厚度h。
11. 如請求項1之發光模組，其中各個該些調光結構包括：一主調光部，具有該最大調光厚度h；以及複數個副調光部，設置於該主調光部周圍，且具有小於該最大調光厚度h的厚度。
12. 如請求項11之發光模組，其中該些副調光部包括與該主調光部接觸的多個內副調光部，且該些內副調光部與該主調光部在一剖面圖中共同形成一階梯狀輪廓。
13. 如請求項11之發光模組，其中該些副調光部包括與該主調光部分隔的多個外副調光部。
14. 如請求項11之發光模組，其中該主調光部的外徑 大於該些發光元件的寬度。
15. 如請求項1之發光模組，其中該些調光結構內部的折射率是均勻的。
16. 如請求項1之發光模組，其中該些調光結構包括反射材料與樹脂材料。
17. 如請求項1之發光模組，其中該些發光元件包括複數發光二極體晶片或複數晶片級封裝發光二極體(CSP LED)。
18. 如請求項1之發光模組，其中該基板具有多個積體電路晶片，且各該些積體電路晶片分別控制該些發光元件。

Images