CN110391324A - 发光元件与电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光元件，其包括一封装基板、一第一发光二极管芯片、一封装材料以及一光阻挡层。其中，发光二极管芯片设置在封装基板上，封装材料设置于发光二极管芯片与封装基板上，而光阻挡层设置于封装材料上并具有一第一开孔。在俯视方向上，光阻挡层的第一开孔的面积小于发光元件的面积。

Description

发光元件与电子装置
技术领域
本发明涉及一种发光元件与相关的电子装置，特别涉及一种能提高发光效率的发光元件与相关的电子装置。
背景技术
公众显示器(public information display,PID)是一种常用于户外的显示设备，为了改善因为反射阳光而造成画面对比度降低的情况，因此一般公众显示器所使用的发光二极管(light emitting diode,LED)都使用黑色封装材料。然而，由于LED芯片被黑色封装材料覆盖，其所产生的光线会有相当的比例被黑色封装材料吸收，因而降低了发光效率，使公众显示器的整体亮度较低。因此如何提高公众显示器的光线使用效率仍为业界研发的方向。
发明内容
本发明的一实施例提供了一种发光元件，其包括一封装基板、一第一发光二极管芯片、一封装材料以及一光阻挡层。其中，发光二极管芯片设置在封装基板上，封装材料设置于发光二极管芯片与封装基板上，而光阻挡层设置于封装材料上并具有一第一开孔。在俯视方向上，光阻挡层的第一开孔的面积小于发光元件的面积。
本发明的另一实施例提供了一种电子装置，其包括一主基板与至少一发光元件。主基板包括一电路与多个连接垫，电路与多个连接垫均设置在主基板表面。发光元件设置在主基板上并电连接于多个连接垫的至少其中一个。发光元件包括一封装基板、一发光二极管芯片、一封装材料以及一光阻挡层。其中，发光二极管芯片设置在封装基板上，封装材料设置于发光二极管芯片与封装基板上，而光阻挡层设置于封装材料上并具有一开孔。在俯视方向上，光阻挡层的开孔的面积小于发光元件的面积。
附图说明
图1为本发明发光元件的第一实施例的剖面示意图
图2为本发明发光元件的第一实施例的俯视示意图。
图3为本发明发光元件的第二实施例的剖面示意图。
图4为本发明发光元件的第二实施例的变化实施例的俯视示意图。
图5为本发明发光元件的第二实施例的另一变化实施例的俯视示意图。
图6为本发明发光元件的第三实施例的俯视示意图。
图7为本发明发光元件的第四实施例的剖面示意图。
图8为本发明发光元件的第五实施例的剖面示意图。
图9为本发明电子装置的俯视示意图。
图10为本发明电子装置的局部放大示意图。
附图标记说明：100-发光元件；102-封装基板；102s-上表面；104、104R、104G、104B-发光二极管芯片；106-封装材料；106a-微结构；108-光阻挡层；1081-光反射层；1082-光吸收层；108a、108b、108c-开孔；108s-内侧壁；110-粒子；200-电子装置；202-主基板；204-电路；206-连接垫；A1、A2、A3-面积；L1-正向光线；L2-侧向光线；Z-方向；θ-内夹角。
具体实施方式
下文结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述，且为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下文各附图可能为简化的示意图，且其中的元件可能并非按比例绘制。并且，附图中的各元件的数量与尺寸仅为示意，并非用于限制本发明的范围。
本发明通篇说明书与所附的权利要求中会使用某些词汇来指称特定元件。本领域技术人员应理解，电子设备制造商可能会以不同的名称来指称相同的元件，且本文并未意图区分那些功能相同但名称不同的元件。当在本说明书中使用术语"包括"、"包括"和/或"具有"时，其指定了所述特征、区域、步骤、操作和/或元件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、区域、步骤、操作、元件和/或其组合的存在或增加。当诸如层或区域的元件被称为在另一元件(或其变型)"上"或延伸到另一元件"上"时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者两者之间还可以存在***的元件。另一方面，当称一元件"直接在"另一元件(或其变型)上或者"直接"延伸到另一元件"上"时，两者间不存在***元件。并且，当一元件被称作"耦接"到另一元件(或其变型)时，它可以直接连接到另一元件或通过一或多个元件间接地连接(例如电连接)到另一元件。
须说明的是，下文中不同实施例所提供的技术方案可相互替换、组合或混合使用，以在未违反本发明精神的情况下构成另一实施例。
请参考图1与图2，图1为本发明发光元件的第一实施例的剖面示意图，图2为本发明发光元件的第一实施例的俯视示意图。本实施例的发光元件100为一发光二极管封装体，其包括一封装基板102、一发光二极管(LED)芯片104、一封装材料106以及一光阻挡层108。封装基板102可包括绝缘材料层与导电材料层(未绘出)，其中导电材料层可以于封装基板102中形成导线、电极、连接垫或其他适合的元件，但不以此为限。本实施例的封装基板102的表面颜色举例为浅色或白色等能提高光线反射率的颜色，或者封装基板102的表面主要以高反射材料制作，但不以此为限。发光二极管芯片104设置在封装基板102表面，其底部可藉由焊料或其他适合的导电材料而电连接封装基板102中的导线。封装材料106覆盖发光二极管芯片104与封装基板102表面，可以保护或固定发光二极管芯片104，。封装材料106可包括透明或高穿透率材料，此处的透明或高穿透率材料，是指在对应发光二极管芯片所发射的波长范围为透明或高穿透率的材料，例如可以包括环氧基树脂(epoxy based resin)、硅或其他适合的材料，其折射率的范围可介于1.4到1.7之间(1.4≤折射率≤1.7)，或介于1.5到1.6之间(1.5≤折射率≤1.6)，但不以此为限。光阻挡层108覆盖并包围封装材料106，且光阻挡层108在相对于封装材料106的上表面具有一开孔108a。在俯视方向上，本实施例的光阻挡层108的开孔108a与发光二极管芯片104至少一部分重迭，亦即至少一部分由发光二极管芯片104发出的光不经过反射而直接从开孔108a射出。在本实施例中，开孔108a的面积(图1中以符号A1表示)小于封装基板102的面积(图1中以符号A2表示)，而在其他实施例中，开孔108a在俯视方向上的面积A1小于发光元件100封装体的面积。在本实施例中，开孔108a为圆形，但不以此为限，在其他实施例中，开孔108a可以具有其他各种适合的几何形状，例如正方形。
在本实施例中，光阻挡层108具有双层结构，包括一光反射层1081与一光吸收层1082，其中光反射层1081设置在光吸收层1082与封装材料106之间。光反射层1081包含具有高反射率的材料，例如反射率可介于70％到100％之间(70％≤反射率<100％)，在另外的实施例中，反射率则可介于90％到100％之间(90％≤反射率<100％)。高反射率材料能有效地将行进至其表面的光线反射，其颜色举例为浅色或白色，但不以此为限。
光吸收层1082的材料举例为低反射率材料，能有效地将行进至其表面的光线吸收，其颜色举例为深色或黑色，例如可为黑胶，但不以此为限。举例而言，光吸收层1082的反射率可以介于0％到30％之间(0％<反射率≤30％)，在另外的实施例中，反射率则可介于10％到0％之间(0％<反射率≤10％)，但不以此为限。在某些实施例中，光吸收层1082表面还可以经由粗糙化处理产生可让光线散射的粗糙表面，以进一步降低光线反射率。光反射层1081与光吸收层1082可经由二次射出成型或分别以喷涂方式形成于封装材料106表面，但光反射层1081与光吸收层1082的形成方式不限于此。由上述可知，光阻挡层108的双层结构具有内层与外层，其中内层为光反射层1081，外层为光吸收层1082。由于光阻挡层108具有开孔108a且内层为光反射层1081，发光二极管芯片104所发出的部分光线L1可以直接从光阻挡层108的开孔108a射出，而发光二极管芯片104所发出的另一部分光线L2可经由光反射层1081的一次反射、二次反射或多次反射，再经由开孔108a射出。因此，设置在光阻挡层108内层的光反射层1081可以提高光利用率，再搭配面积小于封装基板102的开孔108a设计可以使光线集中于开孔108a处出光，进一步提高光利用率。另一方面，发光元件100的最外侧的光吸收层1082可以吸收照射至发光元件100外表面的光线，当发光元件100元件应用在公众显示器或任何户外显示设备或环境光源强烈的电子装置中，光吸收层1082可以有效减少环境光的反射，提高画面对比。
本发明所提及的发光二极管元件(LED)包含无机发光二极管元件(normal LED)、次毫米无机发光二极管元件(mini LED)、微型无机发光二极管元件(micro LED)、有机发光二极管元件(OLED)、量子点发光二极管元件(QLED)或其组合，但不以此为限。在本实施例中是以次毫米无机发光二极管元件为例，而在以下其他实施例与变化型中，发光二极管元件LED也都以次毫米无机发光二极管元件为例，不再赘述。
本发明的电子装置并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，下文中使用相同标号标注相同元件，并不再对重复部分作赘述。此外，本发明后续实施例中各膜层材料与厚度及制程步骤的条件皆可参考第一实施例，因此不再赘述。
请参考图3，图3为本发明发光元件的第二实施例的剖面示意图。本实施例与第一实施例的主要不同处在于本实施例的发光元件100包括三个发光二极管芯片104R、104G、104B设置于封装基板102表面，发光二极管芯片104R、104G、104B为分别可以产生不同颜色光线的发光二极管芯片，例如能分别产生红光、绿光与蓝光，但不以此为限。当本实施例的发光元件100应用于电子装置中，可以使发光二极管芯片104R、104G、104B经由封装基板102中的导电材料层电连接外部电路，以外部电路控制发光二极管芯片104R、104G、104B分别同时或不同时发光，例如使发光元件100在不同时间分别产生红光、绿光或蓝光，或者，可以使发光二极管芯片104R、104G、104B的其中两个或三个同时发光。在本实施例中，在俯视方向上，光阻挡层108的开孔108a的面积A1小于发光元件100的面积(以封装基板102的面积A2表示)，再搭配光反射层1081与封装材料106的设置，当发光二极管芯片104R、104G、104B的其中两个或三个同时发光时，所发出的光线可以经由光反射层1081反射回封装材料106，再经由面积较小的开孔108a射出，因此光线在由发光元件100射出前能进行混光，提高色彩表现。本实施例的开孔108a的面积A1设计为在俯视方向上大于发光二极管芯片104R、104G或104B的面积A3，但在其他实施例中，开孔108a的面积A1也可小于发光二极管芯片104R、104G或104B的面积A3。此外，可以依据发光二极管芯片104R、104G、104B的发光效率、色彩表现或人眼感知效果的不同来设计发光二极管芯片104R、104G、104B相对于开孔108a的位置。例如，若发光二极管芯片104G的发光效率较低于发光二极管芯片104R、104B，或是人眼对于发光二极管芯片104G所发出的光线颜色感知度较低，则可设计成在俯视方向上发光二极管芯片104G有较大的面积与开孔108a重迭，而发光二极管芯片104R、104B在俯视方向上与开孔108a重迭的面积较小，使得发光二极管芯片104G所发出的大部分光线可以直接由开孔108a射出，而发光二极管芯片104R、104B所发出的光线中大部分则是先经由光反射层1082反射后才由开孔108a射出，据此可以均匀化不同颜色的色彩表现。
请参考图4，图4为本发明发光元件的第二实施例的变化实施例的俯视示意图。在本变化实施例中，开孔108a与发光二极管芯片104R、104G、104B的投影的至少一部分重迭。请参考图5，图5为本发明发光元件的第二实施例的另一变化实施例的俯视示意图。图5中发光元件100的开孔108a可以大于发光二极管芯片104R、104G、104B的面积总和，且在俯视方向上发光二极管芯片104R、104G、104B皆位于开孔108a内。此设计可以使发光二极管芯片104R、104G、104B所发出的大部分光线直接由开孔108a射出而因此提高出光亮度。
请参考图6，图6为本发明发光元件的第三实施例的俯视示意图。本实施例与图3、图4及图5所示实施例和变化型的差异主要在于光阻挡层108包括三个开孔108a、108b、108c，其位置分别与发光二极管芯片104G、104B、104R对应。并且，在本实施例中，开孔108a、108b、108c在俯视方向上的面积皆大于发光二极管芯片104G、104B、104R的面积，且开孔108a、108b、108c与发光二极管芯片104G、104B、104R至少部分重迭。因此发光二极管芯片104G、104B、104R的所发出的大部分光线可由开孔108a、108b、108c直接射出，少部分的光线会先经由光阻挡层108的光反射层1081反射后再由开孔108a、108b、108c射出，此设计可以提高整体出光亮度。在本实施例的变化实施例中，开孔108a、108b、108c的面积可小于发光二极管芯片104G、104B、104R的投影面积。当开孔108a、108b、108c在发光元件100顶部所占面积较小，即表示在发光元件100顶部的光吸收层1082所占面积较大，此设计可以降低反射环境光线的几率，提高画面对比度。
请参考图7，图7为本发明发光元件的第四实施例的剖面示意图。本实施例的发光二极管芯片104G、104B、104R在俯视方向的相对排列位置可参考图4。本实施例与前述实施例的主要差异点在于封装材料106中可掺杂有粒子110，以进一步提高光线在封装材料106中的混光效果，此粒子110可以包含散射粒子、扩散粒子、反射粒子、折射粒子、其他可调整光型的粒子、或上述粒子的组合，但不以此为限。在一些实施例中，封装材料106内还可掺杂量子点、荧光粉或磷光粉等可以调整光线颜色的材料。此外，本实施例的封装材料106在被开孔108a暴露的部分表面可具有微结构106a，例如具有规则或不规则的咬花或凹凸图案。微结构106a可以增加散射效果，使得开孔108a处较不易反射环境光线。本实施例的粒子110与微结构106a可以单独或同时应用于本发明其他实施例与变化型中，例如在某些实施例中，发光元件100的封装材料106可以包含粒子110但表面不具有微结构106a，而在另一些实施例中，发光元件100的封装材料106表面可具有微结构106a，但没有掺杂粒子110。
请参考图8，图8为本发明发光元件的第五实施例的剖面示意图。与前述实施例相较，本实施例的主要不同点在于发光元件100的光阻挡层108的内侧壁108s相对于封装基板上表面102s具有一倾斜角，并且在一些实施例中，封装基板102的上表面102s与光阻挡层108的内侧壁108s之间的内夹角θ可大于90度且小于180度。此设计可以减少光线在封装材料106中的反射次数，经由较少的反射次数即可由开孔108a射出，因而提高发光效率。在另外的实施例中，封装基板102的上表面102s与光阻挡层108的内侧壁108s之间的内夹角θ可介于0度和90度之间(0度<内夹角θ≤90度)。
请参考图9与图10，图9为本发明电子装置的俯视示意图，而图10为本发明电子装置的局部放大示意图。前述本发明的发光元件100可应用于各种电子装置200中。电子装置200可为一显示器，例如拼接式显示器或可挠式显示器，但不以此为限。在某些实施例中，本发明的电子装置200可为一发光二极管显示面板，例如为公众显示器。在某些实施例中，电子装置200可为一发光装置，例如可以作为非自发光显示面板的背光源或背光模块。然而，本发明的电子装置200不以上述举例为限。本实施例是以电子装置200为一公众显示器为例。本发明的的电子装置200包括一主基板202与至少一发光元件100。主基板202包括至少一电路204与多个连接垫206，电路204与多个连接垫206均设置在主基板202表面。电路204可包含薄膜晶体管、导线、电容或其他适合的电子元件，图9中是以晶体管符号表示电路204。在图10中，连接垫206可由金属材料或任何适合的导电材料构成。发光元件100设置在主基板202上并经由连接垫206而电连接于电路204。图9与图10中的发光元件100是以图1与图2所示者为例，但不以此为限，前述在各实施例与变化实施例中提到的发光元件100皆可应用于本发明的电子装置200，于此不再赘述发光元件100的详细结构。在本实施例中，电子装置200可包括多个发光元件100，成数组型式设置在主基板202表面。发光元件100底部的连接垫可经由焊料或其他连接方式而电连接其下方的连接垫206。根据本发明，连接垫206的设置范围小于所对应的发光元件100在主基板202上的投影面积，换言之，在俯视方向上，发光元件100与所电连接的连接垫206重迭，连接垫206被发光元件100遮蔽而不会在俯视方向上显露，在其他实施例中，连接垫206则是大部分被发光元件100所遮蔽。此设计可以减少包含金属材料的连接垫206未被遮蔽的部分以减少反射环境光线的几率，改善画面对比度。
由上述可知，本发明的发光元件具有光阻挡层设置在高穿透率的封装材料***，且光阻挡层具有开孔可以容许光线穿过，使得发光元件的光线能集中由开孔射出。光阻挡层的内层为光反射层，能提高光线由开孔射出的几率以提高光利用率，并且在发光元件包含多个可发出不同颜色光线的发光二极管芯片时促进混光。光阻挡层的外层为光吸收层，能降低环境光线的反射率，进而降低环境光线对发光元件所发出光线的干扰以提高对比度度。当本发明的发光元件应用在电子装置中，由于能降低环境光线的反射，提高光线利用率，或改善画面对比度。另外，位于电子装置的主基板表面的连接垫因为被发光元件遮蔽，也可以降低环境光线的反射而提高影像表现。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光元件，其特征在于，包括：
一封装基板；
一第一发光二极管芯片，设置在所述封装基板上；
一封装材料，设置于所述发光二极管芯片与所述封装基板上；以及
一光阻挡层，设置于所述封装材料上，所述光阻挡层具有一第一开孔；
其中在俯视方向上，所述第一开孔的面积小于所述发光元件的面积。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述光阻挡层包括一光反射层与一光吸收层，其中所述光反射层设置在所述光吸收层与所述封装材料之间。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一开孔的位置对应于所述第一发光二极管芯片的位置。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，更包括一第二发光二极管芯片，设置在所述封装基板上，在俯视方向上，所述第一开孔与所述第一发光二极管芯片和所述第二发光二极管芯片的至少一部分重迭。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，更包括一第二发光二极管芯片，设置在所述封装基板上，所述光阻挡层包括一第二开孔，且所述第二开孔对应于所述第二发光二极管芯片设置。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，更包括多个散射粒子、扩散粒子、反射粒子、折射粒子、其他可调整光型的粒子或其组合设置于所述封装材料中。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一开孔暴露出一部分的所述封装材料，且所述部分的所述封装材料表面具有微结构。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述封装基板与所述光阻挡层之间的内夹角大于90度。
9.一种电子装置，其特征在于，包括：
一主基板，包括一电路与多个连接垫，所述电路与多个所述连接垫均设置在所述主基板表面；以及
一发光元件，设置在所述主基板上并电连接于多个所述连接垫的至少其中一个，所述发光元件包括：
一封装基板；
一发光二极管芯片，设置在所述封装基板上；
一封装材料，设置于所述发光二极管芯片与所述封装基板上；以及
一光阻挡层，设置于所述封装材料上并具有一开孔；
其中在俯视方向上，所述开孔的面积小于所述发光元件的面积。
10.根据权利要求9所述的电子装置，其特征在于，在俯视方向上，所述发光元件与所电连接的多个所述连接垫重迭。
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