CN114447196A - 发光装置及其背光模块 - Google Patents

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Abstract

本揭露提出一种发光装置及其背光模块，发光装置包括基板、多个发光元件、导光层、多个第一光调整图案以及多个第二光调整图案。这些发光元件设置于基板上。导光层覆盖基板及这些发光元件。这些第一光调整图案设置于导光层之上或嵌置于导光层之中，且每个第一光调整图案分别位于每个发光元件的正上方。这些第二光调整图案设置于导光层上或嵌置于导光层之中，且这些第二光调整图案分别环绕各自对应的第一光调整图案。这些第一光调整图案及第二光调整图案具有小于导光层的折射率。如此达成出光均匀的功效。

Description

发光装置及其背光模块
技术领域
本揭露是关于一种发光装置及其背光模块，特别是关于一种具有特定规则设置及排列的光调整图案的发光装置及其背光模块。
背景技术
由于发光二极管(Light-Emitting diode，简称LED)具有体积小、亮度高、耗能低等优点，近年来已逐渐取代传统光源，广泛的应用于发光装置及背光模块中。
现行的LED背光模块主要包含多个发光二极管封装(LED PKG)位于电路基板上，为了提供均匀的背光，这些发光二极管封装的间距须小于光学距离(optical distance，简称OD)，于此所谓的光学距离是指电路基板或发光二极管封装表面至扩散板或光学层的距离。当发光二极管之间的间距过大时，将导致发光二极管之间出现暗区，造成整体背光不均匀。通过缩小发光二极管之间的间距虽然可以改善上述问题，但缩小间距的同时必须增加发光二极管的数量，因而导致成本提升。
另外，一般电路基板表面含有反射面，光打到反射面便会产生散射，传递路径较短。再加上LED为点光源，指向性强，较难达到面光均匀的特性，因此传统上常需要额外透过透镜覆盖LED以扩大LED的发光角度。
因此，如何提升LED的出光效率及发光效果，现有技术仍有待解决。
发明内容
本揭露欲解决的问题，在于如何在不缩小LED间距或增加LED数量的情况下，使LED的点光源能均匀的出光。本揭露的一些实施方式，提出了解决前述问题的发光装置及其应用，其利用具有特定大小顺序以及排列规则的光调整图案，达到均匀化LED出光并补足暗区光不足的效果。
本揭露提出一种发光装置，包括基板、多个发光元件、导光层、多个第一光调整图案以及多个第二光调整图案。这些发光元件设置于基板上。导光层覆盖基板及这些发光元件。这些第一光调整图案设置于导光层之上或嵌置于导光层之中，且每个第一光调整图案分别位于每个发光元件的正上方。这些第二光调整图案设置于导光层上或嵌置于导光层之中，且这些第二光调整图案分别环绕各自对应的第一光调整图案。这些第一光调整图案及第二光调整图案具有小于导光层的折射率。
在一些实施方式中，这些第一光调整图案及这些第二光调整图案能够部分折射与部分反射来自这些发光元件所发出的光线。
在一些实施方式中，每个第一光调整图案包括第一网点，且每个第二光调整图案包括多个第二网点。
在一些实施方式中，第一网点的面积大于发光元件的面积，第一网点面积大于每个第二网点面积。
在一些实施方式中，这些第二网点的尺寸沿着远离第一网点的方向由大到小排列。
在一些实施方式中，这些第二网点的密度沿着远离第一网点的方向由密到疏或由疏到密排列。
在一些实施方式中，这些第二网点具有中心点，这些第二网点设置于第一网点之间且以中心点作对称排列。
在一些实施方式中，这些第二网点以第一网点的中心点为圆心，以同心圆的方式围绕圆心设置。
在一些实施方式中，这些第一光调整图案及这些第二光调整图案的总面积小于基板总面积的50％。
在一些实施方式中，导光层具有雾化上表面。
在一些实施方式中，导光层包含多个散射粒子分散于导光层之中。
在一些实施方式中，导光层包含多个抗沉淀粒子分散于导光层之中。
在一些实施方式中，基板为可透光基板。
在一些实施方式中，可透光基板为玻璃基板。
在一些实施方式中，发光装置还包括线路层，设置于基板之上，其中这些发光元件设置于部分线路层上。
在一些实施方式中，发光装置还包括反射层，设置于线路上且受导光层所覆盖。
在一些实施方式中，反射层的材料包括铝及二氧化硅、银及二氧化硅、氮化镓、二氧化钛、陶瓷材料、分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)或其组合。
在一些实施方式中，这些发光元件是发光二极管元件。
在一些实施方式中，这些发光元件发蓝光。
本揭露提出一种背光模块，包括上述的发光装置。
附图说明
以下将结合附图阅读，根据以下详细描述可以最好地理解本揭露的各方面。应理解，根据行业中的惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意地增加或减小。
图1为绘示根据本揭露的一实施方式的发光装置的立体图；
图2为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置的上视图；
图3为绘示根据图2中截面线3-3’的发光装置的截面图；
图4为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置的截面图；
图5为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置光调整图案的示例图；
图6为绘示根据本揭露的又一实施方式的发光装置光调整图案的示例图。
【符号说明】
100:发光装置
110:基板
120:发光元件
122:电极
130:导光层
131:散射粒子
140:第一光调整图案
150:第二光调整图案
160:线路层
170:反射层
具体实施方式
以下揭露提供了用于实现所提供主题的不同特征的许多不同实施例或示例。以下描述原件、数值、操作、材料、配置等类似物的特定示例以简化本揭露。当然，这些仅仅是示例，而无意于进行限制。其他原件、数值、操作、材料、配置等类似物亦须考虑。例如，在下面的描述中，在第二特征上方形成第一特征可以包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征不直接接触的实施例。另外，本揭露可以在各个示例中重复参考数字和/或文字。此重复本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本揭露中可以使用诸如“在...下面”、“在...下方”、“低于”、“在...上面”、“高于”等在空间上相对的术语来描述一个元件或特征与如图所示的另一个或多个元件或特征。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。此装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他方向)，并且在此使用的空间相对描述语可以同样地被相应地解释。
通常，本揭露的发光装置可用于任何具备照明或发光功能的相关装置中。本揭露透过封装胶体散射光学设计、基板镜面设计、封装胶体表面雾化以及封装胶体表面图案设置与材料选用的光学结构，来提升发光元件的取光效率及控制光于平行基板方向行走的距离，进而提升发光装置的亮度和均匀性。
于本揭露的一些实施方式中，提供一种具有均匀面光源的发光装置100。请参阅图1，图1为绘示根据本揭露的一实施方式的发光装置的立体图。如图1所示，发光装置100包括基板110、多个发光元件120、导光层130、多个第一光调整图案140以及多个第二光调整图案150。发光装置100还可以包括其他元件，将在以下叙述。如图1所示，多个第二光调整图案150以同心圆的规则与排列方式围绕每个第一光调整图案140。
于本揭露的另一实施方式中，参阅图2及图3，并同时注意，图2及图3中第一光调整图案140以及第二光调整图案150的排布与大小规则仅为示例性，不应以此限制本揭露。图2为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置的上视图，其中基板110未绘示于图2中。图3为绘示根据图2中截面线3-3’的发光装置的截面图。基板110可以包含任何合适的基板。在一实施方式中，基板110可以为透明基板或不透明基板。在一实施方式中，基板110可以为硬式基板或可挠式基板。因此，发光装置100可应用于高曲面背光形式的发光模块。在一些实施例中，基板110的材质包括，但不限于玻璃基板、蓝宝石基板、硅基板、印刷电路板、金属基板、陶瓷基板、压克力基板或其组合。
多个发光元件120设置于基板110之上。在一些实施方式中，发光元件120可为发出任何波长的光的发光二极管。例如，在一实施方式中，发光元件120可为发出蓝光的发光二极管或发出紫外光的发光二极管。在一实施方式中，发光元件120可以是任何尺寸的发光二极管。在一实施方式中，发光元件120可以为次毫米发光二极管晶片(Mini LED chip)或微发光二极管晶片(Micro LED chip)，但不以此为限。所述“次毫米发光二极管晶片”的边长尺寸可为约100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米或400微米。所述“微发光二极管晶片”的边长尺寸约100微米以下，例如可为约30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米或90微米。另外，在一实施方式中，发光元件120可以为发光二极管封装件(LEDpackage)或晶片级封装LED(Chip Scale Package LED，简称CSP LED)。在一实施方式中，发光元件120包括两电极122，电极122的材料包括，但不限于铜、镍、银、金、钛、钨、钴、钌、其他金属元素或合金或其组合。
导光层130设置并覆盖于发光元件120及基板110的底面上。在一实施方式中，导光层130的材料包括可透光材料，例如但不限于，硅胶树脂、环氧树脂、压克力胶或其组合。此外，第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的折射率小于导光层130。在一实施方式中，导光层130的折射率介于约1.49至约1.62之间，例如导光层130的折射率可为1.49、1.50、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、1.56、1.57、1.58、1.59或者这些值中任意两者之间的任何值。例如硅胶树脂的折射率约1.4-1.5、环氧树脂的折射率约1.5-1.6、压克力胶的折射率约1.49。在一实施方式中，导光层130具有雾化上表面，需注意的是，雾化上表面并未绘示于附图中。详细地说，在一实施方式中，导光层130通过形成树脂材料层后，利用化学蚀刻或物理研磨等方式，使树脂材料层的上表面粗糙化而得到雾化上表面。如此一来，当发光元件120所发射的光通过雾化上表面时，雾化上表面可以散射光线，从而使发光装置100的出光更均匀。在一实施例中，雾化上表面具有0.08-2微米的算术平均粗糙度(Ra)。
在一些实施方式中，导光层130还包括多个散射粒子131及多个抗沉淀粒子(未绘示)。散射粒子131用于散射来自发光元件120的光线，而抗沉淀粒子用于帮助散射粒子131悬浮于导光层130中，以避免掺杂散射粒子131于导光层130中时沉淀。在一实施方式中，散射粒子131的材料包括，但不限于，二氧化钛、二氧化硅或其组合。在一实施方式中，散射粒子131的尺寸介于约30纳米至约90纳米之间，例如可为约30纳米、约40纳米、约50纳米、约60纳米、约70纳米、约80纳米、约90纳米、或者这些值中任意两者之间的任何值。在一实施方式中，抗沉淀粒子的材料包括，但不限于，二氧化钛、二氧化硅或其组合。抗沉淀粒子的尺寸通常小于散射粒子131，其尺寸介于约5纳米至约30纳米之间，例如可为，但不限于约5纳米、约10纳米、约15纳米、约20纳米、约25纳米、约30纳米、或者这些值中任意两者之间的任何值。另外，在一些实施例中，散射粒子131及抗沉淀粒子的材料可皆为二氧化硅，且此时抗沉淀粒子的尺寸会更微细。
接着，同时参考图3及图4，图3为绘示根据图2中截面线3-3’的发光装置的截面图，图4为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置的截面图。需注意的是，图3及图4仅为示例性的两种实施态样，并不应以此限制本揭露。如图3所示，在一些实施方式中，多个第一光调整图案140及多个第二光调整图案150设置于导光层130的表面上。如图4所示，在一些实施方式中，多个第一光调整图案140设置于导光层130的表面上，而多个第二光调整图案150嵌置于导光层130之中。在一些实施例中，这些第一光调整图案140的下表面与这些第二光调整图案150的上表面齐平。
请再同时参阅图2及图3，在一些实施方式中，这些第一光调整图案140分别位于发光元件120的正上方，并且这些第二光调整图案150分别环绕各自对应的第一光调整图案140。在一实施方式中，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的折射率小于导光层130，例如，但不限于，介于约1.34至约1.41之间。在一些实施例中，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150可由折射率介于约1.34至约1.41之间的材料制成，例如，构成这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的材料的折射率可为1.34、1.35、1.36、1.37、1.38、1.39、1.40、1.41、或者这些值中任意两者之间的任何值。例如这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150为折射率1.38-1.4的UV胶。
于本揭露的一些实施方式中，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150会因为与导光层130之间存在折射率差异，而产生部分折射与部分镜面反射来自发光元件120所发出的光线。
于本揭露的一些实施方式中，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的总面积小于基板110总面积的50％。这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的透光率介于约40％至约70％之间，例如，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的透光率可为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、或者这些值中任意两者之间的任何值。在一实施方式中，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的形状包括，但不限于，半圆形、圆形、半椭圆形、椭圆形、三角形、矩形、多边形或其组合。于本揭露的一些实施例中，当这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的形状为圆形时，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的直径介于0.1mm至1.5mm之间，例如，这些第一光调整图案140及这些第二光调整图案150的直径可为0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm、或者这些值中任意两者之间的任何值。
如图3所示，于本揭露的一些实施方式中，发光装置100还包括线路层160，线路层160与发光元件120的电极122电性连接。在一些实施方式中，多个发光元件120设置于部分线路层160之上。在一实施方式中，形成线路层160的制程包括，但不限于溅镀制程、电镀制程、铜箔制程、蚀刻制程、喷射制程、烧灼制程或其组合。
于本揭露的一些实施方式中，发光装置100还包括反射层170，反射层170形成于线路层114之上。导光层130设置并覆盖于发光元件120、线路层160及反射层170之上。在一实施方式中，反射层170的材料包括，但不限于，铝及二氧化硅、银及二氧化硅、氮化镓、二氧化钛、陶瓷材料、分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)、铝、银、镜面金属材料或其组合。
请参考图5及图6，图5为绘示根据本揭露的另一实施方式的发光装置光调整图案的示例图，且图6为绘示根据本揭露的又一实施方式的发光装置光调整图案的示例图。须注意的是，图5及图6所示的光调整图案为本揭露中的两种实施态样，且仅为示例之用，不应用以限制本揭露。如上所述，第一光调整图案140及第二光调整图案150的大小、形状、间距或排列规则可以依据发光装置的出光状况来调整。于本揭露的一些实施方式中，每一第一光调整图案140还包括第一网点，而每一第二光调整图案150还包括多个第二网点。请同时参阅图3，在一实施方式中，第一网点的面积大于发光元件120的面积，且第一网点的面积也大于每一个第二网点的面积。在一实施方式中，这些第二网点的尺寸沿着远离第一网点的方向由大到小排列。并且，在一实施方式中，这些第二网点的密度沿着远离第一网点的方向由密到疏(如图5所示)或由疏到密排列(如图6所示)。在一实施方式中，这些第二网点具有中心点，而这些第二网点设置于每个第一网点之间并以中心点作对称排列。在一实施方式中，这些第二网点以第一网点的中心点为圆心，并以同心圆的方式围绕圆心设置。
关于本揭露所述的发光装置100，通过导光层130、第一光调整图案140及第二光调整图案150的设置，可以增加发光元件120所发射的光在导光层130中传递的距离，并且使发光装置100的出光更均匀；进一步可再通过反射曾170与雾化导光层130上表面，使出光更均匀。据此，可在不缩小发光元件120之间的间距的状况下，维持出光亮度，并增加出光均匀性。
综上所述，本揭露的技术主要是将折射率较封装胶体(如导光层130)低的材料作为光调整图案(如第一光调整图案140及第二光调整图案150)设置于封装胶体上或嵌置其中。接着，进一步于导光层底部涂布反射材料，作为反射层(即反射层170)。通过以上元件的组合，可将发光元件之间的距离增加至约12mm以上。如此一来，能够提升发光元件的取光效率，且能控制光在平行基板的方向行走的距离，并维持甚至提升面光源的均匀度。
前述揭露概述了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本揭露的各个方面。本领域技术人员将理解，他们可以容易地将本揭露用作设计或修改其他制程和结构的基础，以实现与本揭露介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的益处。本领域技术人员还应该理解，虽然本揭露已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
一基板；
多个发光元件，设置于该基板上；
一导光层，覆盖该基板及所述多个发光元件；
多个第一光调整图案，设置于该导光层之上或嵌置于该导光层之中，其中各该第一光调整图案分别位于各该发光元件正上方；以及
多个第二光调整图案，设置于该导光层上或嵌置于该导光层之中，其中所述多个第二光调整图案分别环绕各自对应的该第一光调整图案；
其中所述多个第一光调整图案及所述多个第二光调整图案具有小于该导光层的一折射率。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多个第一光调整图案及所述多个第二光调整图案能够部分折射与部分反射来自所述多个发光元件所发出的光线。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，每一所述第一光调整图案包括一第一网点，且每一所述第二光调整图案包括多个第二网点。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，该第一网点面积大于该发光元件面积，且该第一网点面积大于每一所述第二网点面积。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述多个第二网点的尺寸沿着远离该第一网点的方向由大到小排列。
6.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述多个第二网点的密度沿着远离该第一网点的方向由密到疏或由疏到密排列。
7.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述多个第二网点具有一中心点，所述多个第二网点设置于各该第一网点之间且以该中心点作对称排列。
8.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述多个第二网点以该第一网点的一中心点为一圆心，以同心圆的方式围绕该圆心设置。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多个第一光调整图案及所述多个第二光调整图案的总面积小于该基板总面积的50％。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该导光层具有一雾化上表面。
11.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该导光层包含多个散射粒子分散于该导光层之中。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该导光层包含多个抗沉淀粒子分散于该导光层之中。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该基板为一可透光基板。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，该可透光基板为一玻璃基板。
15.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括一线路层设置于该基板之上，其中所述多个发光元件设置于部分该线路层上。
16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，还包括一反射层，设置于该线路上且受该导光层所覆盖。
17.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，该反射层的材料包括铝及二氧化硅、银及二氧化硅、氮化镓、二氧化钛、陶瓷材料、分布式布拉格反射镜或其组合。
18.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多个发光元件是发光二极管元件。
19.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多个发光元件发蓝光。
20.一种背光模块，其特征在于，包含如权利要求1至19任一项所述的发光装置。
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