TWI464916B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本發明係有關於發光裝置，特別係關於發光晶片的發光裝置。

已封裝的發光二極體(light-emitting diode,LED)約有半數應用於行動電話相關領域，其中又以行動電話顯示裝置中的背光單元(backlight unit,BLU)為主。為了使背光單元更輕更薄，除了使用側發光型式封裝(side-view package,SVP)技術之外，並不斷地將其封裝厚度薄型化。在有些側發光型式封裝體的結構中，是將發光二極體的晶片封於由透明樹脂的材質所構成的碗狀或杯狀結構(碗杯結構)的底部，而朝碗口或杯口的方向出光。使用這種結構的封裝體，在不斷地將其薄型化的過程中，會產生一些問題，例如樹脂碗杯厚度的減少造成漏光、杯口太小難以執行點膠的步驟、碗杯角度無法最佳化而發生側光損失等等，造成出光效率的損失。

如何可以保有薄型化的需求又能提升出光效率已成為側發光型式封裝的發展重點。

有鑑於此，本發明的主要目的係提供一種發光裝置，可以更有效地利用從發光二極體等的發光晶片所發出的光線，提高到達導光板等收光裝置的光線的量。

為達成上述目的，本發明係提供一種發光裝置，包含：一電路載體；以及一發光晶片，具有複數表面，位於電路載體上，其中發光晶片包含：一基板；一第一導電型半導體層，位於上述基板上；一活性層(active layer)，位於上述第一導電型半導體層上；一第二導電型半導體層，位於上述活性層上；一第一內電極，電性連接上述第一導電型半導體層；以及一第二內電極，電性連接上述第二導電型半導體層；一第一反射層覆蓋上述複數表面並且僅暴露上述複數表面之任一表面作為出光面；及一第一外電極與一第二外電極位於反射層上，分別與第一內電極、第二內電極，以及電路載體產生電性連接。

本發明係又提供一種發光裝置，包含：一電路載體；以及一發光晶片，具有：一第一電極與一第二電極於其上表面上，並經由上述第一電極與上述第二電極而電性連接於上述電路載體；一透明基板；一第一導電型半導體層，位於上述透明基板上；一活性層(active layer)，位於上述第一導電型半導體層上；一第二導電型半導體層，位於上述活性層上；一反射層，不完全覆蓋上述發光晶片之表面，而留下未覆蓋的一出光面。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：首先，請參考第1A與1B圖，其中第1A圖為本發明第一實施例之發光裝置及其與一受光裝置的相對位置關係的側視圖，第1B圖則顯示第1A圖所示本發明第一實施例之發光裝置在另一方向A的側視圖。

在第1A與1B圖中，本發明第一實施例之發光裝置包含：一電路載體10與一發光晶片1，於本實施例中，電路載體係一印刷電路板(printed circuit board,PCB)。發光晶片1具有一第一外電極195與一第二外電極196於其同一側的側表面1S4上的一第一反射層160(請參考第2A、2B圖)上，並經由第一外電極195與第二外電極196而電性連接於電路載體10。在本實施例中，發光晶片1是以一既定的發光面面向一受光裝置例如為一導光板80的側表面，使發光晶片1所發出的光線傳遞至導光板80。在本實施例中，是以一軟銲料球狀物(solder ball)11電性連接電路載體10與第一外電極195，且以一軟銲料球狀物12電性連接電路載體10與第二外電極196，藉此可使用電路載體10上的一些控制元件(未繪示)，來控制是否使發光晶片1發光或調整其亮度等性質；而在其他實施例中，亦可以用其他適當的技術來達成第一外電極195、第二外電極196與電路載體10之間的電性連接，例如銲線連接(wire bonding)技術、捲帶式自動接合(tape automatic bonding；TAB)技術、或是其他適當的接合技術。

第1B圖顯示三個發光晶片1與電路載體10電性連接，而對導光板80提供光線。然而對本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，可依其需求任意調整發光晶片1的數量、種類、排列方式等等。

接下來，請參考第2A與2B圖，其中第2A圖為本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片之一例的剖面示意圖，第2B圖則顯示第2A圖所示本發明第一實施例之發光裝置中發光晶片之上表面俯視示意圖。

在第2A與2B圖中，發光晶片1還具有：一基板100、一第一導電型半導體層120、一活性層(active layer)130、一第二導電型半導體層140、一第一內電極151、與一第二內電極152。第一導電型半導體層120位於基板100上；活性層130位於第一導電型半導體層120上；第二導電型半導體層140位於活性層130上。在本實施例中，上述「第一導電型」為n型，而上述「第二導電型」為P型；而在另一實施例中，上述「第一導電型」為P型，而上述「第二導電型」為n型。依據所需發出的光線的波長等的需求，可以選擇不同的材料組合來作為第一導電型半導體層120、活性層130、與第二導電型半導體層140，其材質可以選自包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)等元素之半導體材料，諸如氮化鋁銦鎵(AlGaInN)系列材料、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料或砷化鋁鎵(AlGaAs)系列材料等。

同樣在第2A與2B圖中，第一內電極151電性連接第一導電型半導體層120，第二內電極152電性連接第二導電型半導體層140，並曝露發光晶片1的上表面1U。另外，發光晶片1具有一上表面1U、一下表面1D，與四個側表面1S1、1S2、1S3、1S4。若發光晶片1的形狀為其他多面體時，其側表面的數量會有變化，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者在實施本發明時的需求而定。在本實施例中，發光晶片1的上表面1U為階梯狀而曝露出第一導電型半導體層120的一部分，而第一內電極151則位於第一導電型半導體層120上並與其電性連接、第二內電極152位於第二導電型半導體層140上並與其電性連接；而在其他實施例中，亦可以作出其他不同的結構設計，而達成第一內電極151與第一導電型半導體層120的電性連接、第二內電極152與第二導電型半導體層140的電性連接。

於本實施例中，第一反射層160位於發光晶片1的所有側表面1S1、1S2、1S3、1S4上，其中上述側表面均係包含第一導電型半導體層120、活性層130，以及第二導電型半導體層140之側表面。以下實施例亦同。於本實施例中，第一反射層160較佳為分佈式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)。

第2B圖所示的第一外電極195經由位於第一反射層160上的一第一線路層191，而電性連接於第一內電極151；第二外電極196經由位於第一反射層160上的一第二線路層192，而電性連接於第二內電極152。經由適當的第一線路層191、第二線路層192的繞線設計，可將第一外電極195、第二外電極196設置於發光晶片1的同一側的側表面(在本實施例中為側表面1S4)上，以便將發光晶片1黏著於電路載體10(請參考第1A、1B圖)並與其電性連接。

在本實施例中所採用的繞線設計，如第2B圖所示，第一線路層191是從上表面1U的第一內電極151開始，延伸至側表面1S1上的第一反射層160上，再延伸至側表面1S4上的第一反射層160；第二線路層192是從上表面1U的第二內電極152開始，延伸至側表面1S2上的第一反射層160上，再延伸至側表面1S4上的第一反射層160。上述繞線方式僅僅是舉例，對本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，其在據以實施本發明時，可採用適合其應用範圍的繞線方式。

在第2A圖所示的實施例中，基板100為一透明基板例如藍寶石(sapphire)基板，並以上表面1U作為發光晶片1的出光面。此時需要額外設置一第二反射層170，使其覆蓋發光晶片1的下表面1D，其中此第二反射層170可以是金屬反射層或分佈式布拉格反射鏡。而在另一實施例中，基板100可以是具有光反射性的基板，例如為銅基板或鋁基板；此外，第一導電型半導體層120與基板100間更可包含一黏結層。

於上述實施例中，光線從活性層130發出，而到達側表面1S1、1S2、1S3、1S4及下表面1D的光線會被反射至上表面1U，並且從上表面1U出光。將第2A圖所示的發光晶片1電性連接於第1A、1B圖所示的電路載體10上時，上表面1U即是面對導光板80的側表面的出光面，可有效地將光線提供至導光板80。因此，藉由本發明第一實施例之發光裝置，藉由上述結構將光線僅由一個出光面出光，可防止或大幅減少因為漏光(光線散逸至收光裝置無法收光的區域)而造成光損失的情形，而可提升發光裝置內的發光裝置所發出光線的使用效率。

如前文所述，可依據所需發出的光線的波長等的需求，可以選擇不同的材料組合來作為第一導電型半導體層120、活性層130、與第二導電型半導體層140。例如當第1A圖所示的導光板80需要白光時，一種作法是使第1B圖所示的三個排列在一起的發光晶片1分別發出紅、綠、藍三原色的光線而組合成白光提供至導光板80。另一種作法可藉由單一的發光晶片1來提供白光，例如使本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片1發出紫外光或藍光，使其所發出的光線經由適當設置的波長轉換層而轉換成白光。

一個波長轉換層設置的範例是顯示於第3圖中。與第2A圖所示的發光晶片1相比，除了將一波長轉換層110設置於第一導電型半導體層120與基板100之間之外，其中此波長轉換層110係一具有波長轉換物質之黏結層，第3圖所示的發光晶片1的各元件、構成、與連接關係等等，均與第2A圖所示者相同。當第3圖所示的發光晶片1為藍光發光晶片時，波長轉換層110之波長轉換物質包含黃光螢光粉體，穿過波長轉換層110的藍光的一部分可轉換成黃光，由於藍色與黃色為互補色，轉換後的黃光與其他藍光可合成白光而提供至第1A、1B圖所示的導光板80。另一種情況，當第3圖所示的發光晶片1同樣為藍光發光晶片時，波長轉換層110則具有綠光螢光粉體與紅光螢光粉體，穿過波長轉換層110的藍光的一部分可轉換成綠光與紅光，由於紅、綠、藍為三原色，轉換後的綠光、紅光與其他藍光可合成白光而提供至第1A、1B圖所示的導光板80。又另一種情況，當第3圖所示的發光晶片1為紫外光發光晶片時，波長轉換層110可具有藍光螢光粉體、綠光螢光粉體、與紅光螢光粉體，穿過螢光層110的紫外光可轉換成藍光、綠光、與紅光，由於紅、綠、藍為三原色，轉換後的藍光、綠光、紅光可合成白光而提供至第1A、1B圖所示的導光板80。

而在另一實施例中，如第4圖所示，第一反射層160與第二反射層170分別係由介電膜161/163、171/173包覆一個金屬反射層162、172所成的三明治結構，而介電膜161、163、171、173之材質係為透明絕緣材料；質言之，介電膜161位於金屬反射層162、172與發光晶片1之間。於本實施例中，金屬反射層162需充分地與第一導電型半導體層120、活性層130、與第二導電型半導體層140以及第一線路層191、第二線路層192電性隔離，避免發生短路。

第5圖為本發明之另一實施例，如第5圖所示，第二反射層180覆蓋於發光晶片1的上表面1U，但未覆蓋第一內電極151與第二內電極152，而第一反射層160覆蓋於發光晶片之側表面1S1/1S2，僅裸露發光晶片1之下表面1D，其中，本實施例中第一反射層180與第二反射層170可以是分佈式布拉格反射鏡或介電膜包覆一個金屬反射層所成的三明治結構。於本實施例中，基板100為透明基板，例如為藍寶石基板，而以下表面1D為出光面。將第5圖所示的發光晶片1電性連接於第1A、1B圖所示的電路載體10上時，作為出光面的下表面1D即是面對導光板80的側表面，有效地將光線提供至導光板80。

接下來，請參考第6圖，其為本發明第二實施例之發光裝置及其與一受光裝置的相對位置關係的側視圖。

在第6圖中，本發明第二實施例之發光裝置包含：一電路載體20與一發光晶片2。發光晶片2具有一第一內電極251與一第二內電極252，並經由第一內電極251與第二內電極252與電路載體20電性連接。在本實施例中，發光晶片2是以一既定的發光面面向一受光裝置，例如為一導光板90的側表面，使發光晶片2所發出的光線傳遞至導光板90，其中，電路載體20與第一內電極251之間是以一軟銲料球狀物21形成電性連接，而電路或體20與第二內電極252之間是以一軟銲料球狀物22形成電性連接，藉此可使用電路載體20上的一些控制元件(未繪示)，來控制是否使發光晶片2發光或調整其亮度等性質；而在其他實施例中，亦可以用其他適當的技術來達成第一內電極251、第二內電極252與電路載體20之間的電性連接，例如銲線連接技術、捲帶式自動接合技術、或是其他適當的接合技術。此外，本實施例係以三個發光晶片2與電路載體20電性連接，而對導光板90提供光線，然而對本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，可依其需求任意調整發光晶片2的數量、種類、排列方式等等。

接下來，請參考第7圖，其為本發明第二實施例之發光裝置中的發光晶片的剖面圖。

在第7圖中，發光晶片2還具有：一基板200、一第一導電型半導體層220、一活性層230、一第二導電型半導體層240、一第一內電極251、與一第二內電極252，其結構、材質、及連接關係等均分別與第2A圖所示的基板100、第一導電型半導體層120、活性層130、第二導電型半導體層140、第一內電極151、與第二內電極152等效或相同，其細節可參考前文對第2A圖所作的敘述，故予以省略。

同樣在第7圖中，發光晶片2是具有一上表面2U、一下表面2D與四個側表面。但第7圖中只顯示其中二個側表面2S1、2S2。若發光晶片2的形狀為其他的多面體時，其側表面的數量會有變化，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者在實施本發明時的需求而定。此外，第一反射層260覆蓋發光晶片2的側表面而僅留下一出光面未覆蓋，而第二反射層270/270’分別覆蓋於上表面2U及下表面2D。在本實施例中，第一反射層260僅覆蓋側表面2S2及前述二個未顯示的側表面上，而未覆蓋側表面2S1，而使側表面2S1成為發光晶片2的出光面。第一反射層260與第二反射層270/270’的形成方法與材質大致與前述的第一反射層160相同，但是在形成之前需要對側表面2S1施以遮罩或形成後以例如蝕刻或其他技術，移除形成於側表面2S1上的反射層。

在第7圖所示的實施例中，是以覆晶技術黏著於第6圖所示的電路載體20上而與其電性連接，並使作為出光面之側表面2S1面對導光板90的側表面，而不需要前述第一實施例中的外電極與用以繞線的線路層等結構。此外，於另一實施例中，基板200可以是一不透光基板或反射基板，例如矽基板，此時則無需於發光晶片2下表面2D上設置第二反射層270’。

將第7圖所示的發光晶片2電性連接於第6圖所示的電路載體20上時，側表面2S1即是面對導光板90的側表面的出光面，有效地將光線提供至導光板90。因此，藉由本發明第二實施例之發光裝置，藉由上述結構將光線僅由一個出光面出光，可防止或大幅減少因為漏光(光線散逸至收光裝置無法收光的區域)而造成光損失的情形，而可提升發光裝置內的發光裝置所發出光線的使用效率。

綜上所述，藉由本發明各實施例之發光裝置，可以更有效地利用從發光二極體等的發光晶片所發出的光線，提高到達導光板等收光裝置的光線的量，而達成上述本發明之目的。

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，任何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，當可作些許之更動與潤飾，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。

1．．．發光晶片

1D．．．下表面

1S1．．．側表面

1S2．．．側表面

1S3．．．側表面

1S4．．．側表面

1U．．．上表面

2．．．發光晶片

2D．．．下表面

2S1．．．側表面

2S2．．．側表面

2U．．．上表面

10．．．引刷電路板

11．．．軟銲料球狀物

12．．．軟銲料球狀物

20．．．電路載體

21．．．軟銲料球狀物

22．．．軟銲料球狀物

80．．．導光板

90．．．導光板

100．．．基板

110．．．螢光層

120．．．第一導電型半導體層

130．．．活性層

140．．．第二導電型半導體層

151．．．第一內電極

152．．．第二內電極

160．．．第一反射層

161．．．介電膜

162．．．金屬反射層

163．．．介電膜

170．．．第二反射層

171．．．介電膜

172．．．金屬反射層

173．．．介電膜

180．．．第二反射層

191．．．第一線路層

192．．．第二線路層

195．．．第一外電極

196．．．第二外電極

200．．．基板

210．．．波長轉換層

220．．．第一導電型半導體層

230．．．活性層

240．．．第二導電型半導體層

251．．．第一內電極

252．．．第二內電極

260．．．第一反射層

270．．．第二反射層

270’．．．第二反射層

第1A圖為一側視圖，係顯示本發明第一實施例之發光裝置及其與一受光裝置的相對位置關係。

第1B圖則顯示第1A圖所示本發明第一實施例之發光裝置在另一方向A的側視圖。

第2A圖為一剖面圖，係顯示本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片之一例。

第2B圖則顯示朝向第2A圖所示本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片的上表面俯視的俯視圖。

第3圖為一剖面圖，係顯示本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片之一變化例。

第4圖為一剖面圖，係顯示本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片之另一變化例。

第5圖為一剖面圖，係顯示本發明第一實施例之發光裝置中的發光晶片之又另一變化例。

第6圖為一側視圖，係顯示本發明第二實施例之發光裝置及其與一受光裝置的相對位置關係。

第7圖為一剖面圖，係顯示本發明第二實施例之發光裝置中的發光晶片之一例。

1．．．發光晶片

1D．．．下表面

1S1．．．側表面

1S2．．．側表面

1U．．．上表面

100．．．基板

120．．．第一導電型半導體層

130．．．活性層

140．．．第二導電型半導體層

151．．．第一內電極

152．．．第二內電極

160．．．第一反射層

170．．．第二反射層

191．．．第一線路層

192．．．第二線路層

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含：一電路載體；一發光晶片，具有複數表面，位於該電路載體上，其中該發光晶片包含：一第一導電型半導體層；一活性層，位於該第一導電型半導體層上；一第二導電型半導體層，位於該活性層上；一第一內電極，電性連接該第一導電型半導體層；一第二內電極，電性連接該第二導電型半導體層；一反射層，覆蓋該複數表面上並且僅裸露該複數表面中任一表面作為出光面；及一第一外電極與一第二外電極位於該反射層上，分別與該第一內電極、該第二內電極，以及該電路載體產生電性連接；以及一導光板，其中該發光晶片之出光面係面對該導光板之側面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一第一線路層與一第二線路層，分別用以電性連接該第一內電極與該第一外電極以及該第二內電極與該第二外電極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一基板位於該第一導電型半導體層下，及一波長轉換層於該第一導電型半導體層與該基板之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該發光晶片為一藍光發光晶片，且該波長轉換層具有一黃光螢光粉。
5. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該發 光晶片為一藍光發光晶片，且該波長轉換層具有一綠光螢光粉與一紅光螢光粉。
6. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該發光晶片為一紫外光發光晶片，且該波長轉換層具有一藍光螢光粉、一綠光螢光粉與一紅光螢光粉。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該反射層係一金屬反射層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該反射層為分佈式布拉格反射鏡。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含：一第一軟銲料球狀物，電性連接該電路載體與該第一外電極；以及一第二軟銲料球狀物，電性連接該電路載體與該第二外電極。
10. 一種發光裝置，包含：一電路載體；一發光晶片，具有複數表面，位於該電路載體上，其中該發光晶片包含：一基板；一發光疊層，位於該基板上；至少一電極，分別電性連接該發光疊層與該電路載體；及一反射層，覆蓋該複數表面上並且僅裸露該複數表面中任一表面作為一出光面；以及一導光板，其中該發光晶片之該出光面係面對該導光板之一側面；其中，該反射層同時覆蓋於該基板及該發光 疊層之側面上。