TWM460203U - 發光元件 - Google Patents

Description

發光元件

本創作係一種發光元件，尤指一種運用具多方向出光發光二極體晶片之透明基板而形成的發光板/發光片，並透過立設的方式，以黏接或插接而耦接於承載機構，將本創作之發光元件應用於各種發光裝置。

在照明技術的領域中，近代對於光源多以兼顧成本、環保以及節電等方向進行發展，以訴求在耗費較少能源的條件下獲得較佳的照明效益，這使得發光二極體在此發展歷程中扮演著重要的角色。

發光二極體除了耗電低、不含汞、壽命長以及二氧化碳排放量低等優勢外，其已普遍應用於3C產品指示器與顯示裝置之上；而再隨著發光二極體生產良率的提高，單位製造成本也已大幅降低，因此發光二極體的需求持續增加。

而若要將發光二極體或類似的發光單元實際應用於照明燈具，則仍有許多發展的空間。過去在利用發光二極體做為光源時，大多為將數個發光二極體晶片或是發光二極體排列佈置於一平面且為單方向出光，或是更進一步在晶片底部設 置光學反射層，以提高單個發光二極體本身的出光效率。

然而，這種佈置方式對於製作大照明角度的燈具並不是很有利，因為發光二極體本身所產生的光當中，僅有部份得以往照明的方向行進，另一部份的光能則被吸收於燈具底座或是在反射的過程中損失，因此需要設置更多的發光二極體來做彌補。

再者，過往的發光二極體燈具多是以平面的基板作為承載發光二極體的底座，因此侷限了在佈置發光二極體於其上的靈活性。若其將基板製作非為平面時，平躺於基板表面的發光二極體所產生的光將會因基板不平整的結構而受到些許遮蔽或是阻礙，這對於減少耗能和降低成本都有不利的影響。因此，發光二極體在做為照明燈具的應用上，仍然有改進的空間存在。

本創作之主要目的，係提供一種高可靠度之發光元件，其係將承載有多方向出光之發光二極體晶片的透明基板做為發光板，並將之立設於底座之上，以做為一種具照明功能的裝置。

本創作之次要目的，係提供一種發光裝置，其可將多個發光板做對稱性或非對稱性的排列，可增加發光裝置的發光強度，同時也兼顧到各個方向的出光均勻性與應用時所需光形。

本創作之另一目的，係提供一種發光裝置，係以燈殼做包覆，應用為燈具或廣告看板，不但發光效果佳，低耗電量、不需變壓器等優點也可取代傳統之日光燈管。

因此，為了達到上述之目的，本創作揭示了一種發光元件，其係包含：一透明基板，具有一承載面；以及至少一發光二極體晶片，設置於該透明基板之該承載面上，而形成可發光之一第一主表面；其中，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該透明基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透至該透明基板上相對應該第一主表面之一第二主表面。如此架構之下，本創作揭示之發光元件即可提供充足的照明強度、均勻的出光效果，以及在針對不同場合時，可藉由改變透明基板的數量和排列方式而調整亮度之運用靈活性。

1‧‧‧發光元件

11‧‧‧發光裝置

2‧‧‧透明基板

21‧‧‧第一主表面

210‧‧‧承載面

22‧‧‧第二主表面

23‧‧‧第一連接導線

24‧‧‧第二連接導線

3‧‧‧發光二極體晶片

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第二電極

33‧‧‧磊晶層

34‧‧‧發光面

4‧‧‧能量轉換層

5‧‧‧承載座

50‧‧‧承載機構

51‧‧‧插槽

52‧‧‧翹曲體

53‧‧‧黏接物

54‧‧‧底座

6‧‧‧電路基板

7‧‧‧燈殼

71‧‧‧罩面

8‧‧‧反射鏡

9‧‧‧類鑽碳膜

θ₁‧‧‧第一夾角

D‧‧‧距離

第一A~B圖：其係為本創作之結構示意圖；第二A~C圖：其係為本創作之不同形式的發光二極體晶片耦接於導線之示意圖；第三A~B圖：其係為本創作之能量轉換層之示意圖；第四圖：其係為本創作之承載座之示意圖；第五A~D圖：其係為本創作之以點對稱或線對稱排列透明基板於承載機構上之俯視示意圖；第六圖：其係為本創作之發光面之示意圖；第七圖：其係為本創作之電路基板之示意圖； 第八A~B圖：其係為本創作之燈殼之示意圖；第九圖：其係為本創作之廣告看板式燈殼之俯視剖面示意圖；第十圖：其係為本創作之反射鏡之示意圖；第十一圖：其係為本創作之類鑽碳膜之示意圖；第十二A~C圖：其係為本創作之透明基板插接或黏接於承載座之示意圖；第十三A~B圖：其係為本創作之透明基板黏接於具翹曲體之承載座之示意圖；以及第十四A~D圖：其係為本創作之球泡燈式之實施示意圖。

為使 貴審查委員對本創作之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：首先，請參考第一A~B圖，此圖是本創作之發光元件或發光板的結構示意；如圖所示，發光元件1係包含：一透明基板2；一承載面210；一第一主表面21；一第二主表面22以及至少一多方向出光發光二極體晶片3。

其中，為平板薄片狀的透明基板2本身具有兩個主要面體，其中之任一主要面體係為承載面210，具有發光功能的發光二極體晶片3即是設置於此承載面210之上，而形成可發光的第一主表面21。透明基板2未設有發光二極體晶片3的另一主要面體則為第二主表面22。前述佈置方式反之亦可，且 亦可於基板兩個面均佈置發光二極體晶片。

透明基板2的材質可為氧化鋁、含有氧化鋁的藍寶石、玻璃、塑膠或是橡膠，其中，本創作較佳實施例之一係採用藍寶石基板，因為此材料大體上為單晶結構，不但具有較好的透光率，且散熱能力佳，可延長發光元件1的壽命，但使用傳統藍寶石基板於本創作中會有易碎裂的問題，因此為克服此可靠度問題，該透明基板2的厚度經實驗驗證要大於或等於200微米，如此方能實際應用做為承載以及透光之基板。而由於發光二極體晶片3本身的出光角度大於180°，並非僅能單向出光，因此當該發光二極體晶片3設置於透明基板2的承載面210上，形成第一主表面21時，發光二極體晶片3所發出之光線至少部分會穿透透明基板2而透明基板2上相對應第一主表面21的第二主表面22出光。

另外，本創作進一步設計是使發光元件1之第一主表面21與第二主表面22發出之色溫差異等於或小於1500K，使發光元件1有更全面一致之發光效果。而於透明基板2的透光特性上，當光線之波長範圍大於或等於420奈米，或是當該光線之波長範圍小於或等於470奈米時，在前述透明基板2厚度設計條件下，透明基板2之光穿透率係大於或等於70%。

請參考第二A~C圖，本創作為了獲得供電以進行發光，發光二極體晶片3本身包含第一電極31與第二電極32，此第一電極31與第二電極32則分別與位於透明基板2上之第一連接導線23以及第二連接導線24電性連接。其中，第二A~C圖分 別揭示了不同形式的發光二極體晶片3是透過何種方式與耦接於導線。第二A圖係為橫式發光二極體；第二B圖係為覆晶式發光二極體；第二C圖則是於發光二極體晶片3的磊晶層33之兩端設置第一電極31與第二電極32，以直立設置的方式而與第一連接導線23以及第二連接導線24相連接。

由於發光二極體晶片3是設置於承載面210，因此與其第一電極31與第二電極32相連接之第一連接導線23以及第二連接導線24也是同時位於承載面210。

請參考第三A~B圖，本創作之發光元件更包含一能量轉換層4，其係設置於第一主表面21或/與第二主表面22之上，或是直接設置於發光二極體晶片上(圖未示)，此能量轉換層4係接收並轉換至少部分發光二極體晶片3所發出色光之波長。能量轉換層4係含有至少一種螢光粉，其可直接接觸於發光二極體晶片3或是與發光二極體晶片3相鄰一段距離而不直接接觸，以接收並至少部分轉換發光二極體晶片3所發出光線為另一種波長範圍的光線。例如，當發光二極體晶片3發出藍光，能量轉換層4就會轉換部分藍光為黃光，而使發光元件1在藍光與黃光混合之下最後發出白光。

而由於第一主表面21與第二主表面22發出之光線強度略有不同，前者主要藉由發光二極體晶片3直接發光，後者則藉由發光二極體晶片3的光線穿透透明基板2而出光，且如前述本創作進一步設計是使發光元件1之第一主表面21與第二主表面22發出之色溫差異等於或小於1500K，因此本創作之 發光元件1較佳設計係可相應調整位於第一主表面21與第二主表面22的能量轉換層4為具不同之螢光粉含量，較佳的實施例可從1比0.5至1比3或其他比例，以提升發光元件1之波長轉換效率與發光效果。

為求在應用上的便利，請參考第四圖，本創作更包含一承載座5，使透明基板2可以立設於其上並耦接於此承載座5，形成一發光裝置11；另外，透明基板2與承載座5之間具有一第一夾角θ₁，且該第一夾角θ₁角度可為固定或根據發光裝置光形需要調動，其中較佳實施例的第一夾角θ₁角度範圍係介於30°~150°。

為了提高發光裝置的亮度，使用者也可將複數個透明基板2所形成的發光元件同時佈置於諸如承載座等之承載機構50之上，此時係可採對稱或非對稱排列的形式做佈置，較佳的對稱佈置方式也就是將多個透明基板2所形成的發光元件以點對稱或線對稱的形式設置於承載機構50之上。請參考第五A~D圖，其係在各種不同形狀的承載機構50上設置透明基板2，並且以點對稱或線對稱的形式讓整體發光裝置11的出光能夠均勻(發光二極體晶片3省略示意)，此些發光裝置11的出光效果還可藉由改變第一夾角θ₁的大小而再做進一步的調整與改善。另一實施例則以非對稱佈置方式將多個發光元件至少部分集中或分散設置，以達成發光裝置於不同應用時的光形需要(圖未示)。

於本創作中，承載座5是用以兼具承載、供電、連結以 及散熱等功能的基座，其材質可如一般市售之球泡燈的底座而以金屬打造，其中，較佳實施例之一係採用一複合式可彎折金屬基板作為承載基座，而外形也不限定為矩形，其亦可為圓形、多邊形，甚至為具有中空之圓形、多邊形等，只要能讓透明基板2立於其上即可。

另外，請參考第六圖，位於透明基板2上的多個發光二極體晶片3分別具有一發光面34，此些發光面34係指在發光二極體晶片3的結構中，與透明基板2的承載面210大體上呈平行且暴露出的一面。於本創作中，第一主表面21或第二主表面22之面積係為該些發光面34之總和面積的五倍以上，此係兼顧到發光效率以及散熱等條件而為較佳的配置比例。

請參考第七圖，本創作還可更包含一電路基板6與外部電源耦接，其係設置於透明基板2與承載座5之間，並電性耦接於透明基板2上的第一連接導線23以及第二連接導線24(圖未示)，而與發光二極體晶片3電性連接，並供應發光所需電源；若無設置此電路基板6，發光二極體晶片3亦可直接透過第一連接導線23以及第二連接導線24(圖未示)而電性連接於承載座5，使外部電源可經由承載座5對該發光二極體晶片3供電。

本創作在進一步的實際應用上，為了防止灰塵、水氣等外界環境粒子汙染、腐蝕或磨損透明基板2以及發光二極體晶片3等元件，因此可設置燈殼以保護及隔絕外部之環境汙染物，此燈殼係與承載座5耦接，且透明基板2至少部分置於 該燈殼所形成之空間內。燈殼材質則無特殊的限制，只要能夠透光即可，外觀則可為燈管或是燈箱之形式。前述之能量轉換層4也可選擇塗佈於此燈殼之上，亦能發揮波長轉換的效果。

請參考第八A圖，為本創作具體實施例之一的發光裝置，該發光裝置為長形燈管，也就是將燈殼7設計為透光的管狀結構，然後將發光元件1以及其承載機構50設置於其中，此圖乃為放置單一個發光元件1之狀態；又請參考第八B圖，當兩個以上發光元件1設置於燈殼7之內時，此些發光元件1的第一主表面21之間是以不互相平行的方式做排列。另外，發光元件1至少部分置於燈殼7所形成之空間內，且不緊貼燈殼7的內壁，較佳的實施例為發光元件1與燈殼7之間有一大於500微米(μm)的距離D；但亦可設計以灌膠方式形成燈殼7，並使該燈殼7至少部分包覆並直接接觸於該發光元件1。

本創作之另一具體實施例的發光裝置為一雙面需要光線的廣告看板，請參考第九圖，此時用以當作廣告看板的燈殼7具有至少一個罩面71，此為主要印刷有廣告的版面，再藉由本創作的發光元件1的第一主表面21和第二主表面22所提供的光照形成罩面71的背光，其中，發光元件1與罩面71之間形成之第二夾角θ₂的角度範圍係介於0°~45°(θ₂於圖中係為0°，故未示)；也就是在設置上，發光元件1的第一主表面21和第二主表面22基本上是面向罩面71。而為了確保透明基板2以及多方向出光之發光二極體晶片3所組合成的發光元 件1或發光板/發光片所產生的光能夠較均勻的穿透燈殼7，發光元件1至少部分置於燈殼7所形成之空間內，且基本上不緊貼燈殼7的內壁，較佳的實施例為發光元件1與燈殼7之間有一大於500微米的距離D；但另亦可設計以灌膠方式形成燈殼7，並使燈殼7至少部分包覆並直接接觸於透明基板2。

本創作之另一實施例如第十圖所示，係設置一反射鏡8於第二主表面22上，此反射鏡8可反射該發光二極體晶片3所發出至少部分穿透該透明基板2之該光線，而使該光線至少部分改由該第一主表面21射出。此反射鏡8可包括至少一金屬層或一布拉格反射鏡(Bragg reflector)，但不以此為限。舉例而言，布拉格反射鏡可由多層具有不同折射率的介電薄膜所堆疊而構成，或是由多層具有不同折射率的介電薄膜與多層金屬氧化物所堆疊而構成。此反射鏡8可提高發光效率並可改善發光二極體之光型不佳的問題。

請參考第十一圖，承載面210以及第二主表面22上可選擇性地設置有一類鑽碳(diamond-like carbon,DLC)膜9，用以增加導熱及散熱效果。

請參考第十二A~C圖，當本創作中的透明基板2設置於承載座5之上時，較佳實施例之一係可透過插接或是黏接的方式來達成兩者的接合。

如第十二A圖所示，當透明基板2佈置於承載座5之上時，其係單孔式插接於承載座5的插槽51，而此插槽51具有與 發光二極體晶片3透過前述之第一連接導線以及一第二連接導線電性連接而對之供電的功能。此時透明基板2上的發光二極體晶片3為了要與承載座5的電源供應相耦接，因此將第一連接導線以及一第二連接導線沿著透明基板2的表面而集中至其邊緣並整合為具有複數個導電觸片的金手指結構，也就是電性連接埠。而插槽51則可讓透明基板2***，使得發光二極體晶片3在獲得承載座5供電的同時，透明基板2也被固定於承載座5的插槽51。

接著，請參考第十二B圖，其係為透過多孔式插接透明基板2於承載座5上之結構示意圖。此時透明基板2匯集有連接發光二極體晶片3之線路之一端具有至少一雙插腳結構，其中一個插腳為正極，另一個則為負極，兩處皆為具有導電觸片作為連接埠。而相對應地，在承載座5則具有至少兩個與插腳大小相等的插槽51，使得透明基板2可以順利接合於承載座5之上，並讓發光二極體晶片3獲得供電。

請參考第十二C圖，其係改以黏接的方式將透明基板2接合於承載座5。在黏接的過程中，可以透過金、錫、銦、鉍、銀等金屬做焊接輔助而接合，或是使用具導電性的矽膠或是環氧樹脂輔助固定透明基板2。此種以黏接的方式接合透明基板2接合於承載座5可獲致較佳的散熱效果，優於其他各種插接的形式。

請參考第十三A~B圖，本創作中的承載座5為一複合式可彎折金屬基板所構成之非平面結構，其可具有至少一翹曲體 52，係位於承載座5的表面或是側邊，可為與承載座分離或一體化之機構件。此翹曲體52為一可彎折之鋁質基板。由於承載座5具有翹曲體52，因此增加了在應用時的靈活性，有利於針對不同場合的需求而推出具有變化性的發光裝置11。當承載座5具有翹曲體52時，透明基板2係可透過黏接的方式與翹曲體52相耦接，也就是藉由黏接物53的輔助而將透明基板2固定於承載座5，並與承載座5非翹曲的部分的表面維持具有第一夾角θ₁；另外，透明基板2亦可透過插接(圖未示)的方式與翹曲體52相連接，也就是藉由連接器的輔助而將透明基板2固定於承載座5，而與承載座5非翹曲的部分的表面維持具有第一夾角θ₁。

最後，請參考第十四A~D圖，其係為將第十三B圖所示之發光裝置11進一步設置燈殼7以及底座54，而形成球泡燈之實施例。於第十四A圖中，發光元件1具有燈殼7，且此燈殼7與承載座5相連接，但也可將承載座5進一步設置於一般球泡燈之底座54上，再使燈殼7與燈泡球之底座54連接。底座54的形式不拘，可為平台或是另有承載突部。於第十四C圖中，燈殼7之內側塗佈有能量轉換層4，可讓發光二極體晶片3所產生的光線至少有部分在離開燈殼7之前會被轉換波長。而於第十四D圖中，則揭示了使用雙層燈殼7的設計，可在花紋和色彩上做進一步變化。

本創作所揭示之發光元件的結構，藉由將發光二極體晶片設置於透明基板上而形成的發光元件或發光板/發光片可 獲致有效且充分的靈活運用；並且發光元件的兩個主要面方向皆可出光，因此能在最少的供電之下獲得最大的出光效率，並有均勻之出光效果，而無論是在應用於燈泡、燈管、廣告看板等領域，皆可展現其發光效果佳、低耗電量以及出光均勻等優點，實為一具經濟和實用價值的發光元件。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍，舉凡依本創作申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

1‧‧‧發光元件

2‧‧‧透明基板

21‧‧‧第一主表面

22‧‧‧第二主表面

3‧‧‧發光二極體晶片

Claims (26)

1. 一種發光元件，其係包含：一藍寶石基板，具有一承載面；以及至少一發光二極體晶片，設置於該藍寶石基板之該承載面上，而形成發光之一第一主表面；其中，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該藍寶石基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透至該藍寶石基板上相對應該第一主表面之一第二主表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該藍寶石基板之厚度係大於或等於200微米。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該發光二極體晶片包含一第一電極與一第二電極。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該第一電極與該第二電極分別與位於該藍寶石基板上之一第一連接導線以及一第二連接導線電性連接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該第一連接導線以及該第二連接導線係位於該承載面上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該第一主表面與該第二主表面之光線色溫差異等於或小於1500K。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中更包含一能量轉換層，可選擇地至少設置於該發光二極體晶片、該第一主表面或該第二主表面之上，該能量轉換層係至少部分吸收並 轉換該發光二極體晶片所發出色光之波長。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件，其中該能量轉換層與該發光二極體晶片係直接相接觸。
9. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件，其中該能量轉換層與該發光二極體晶片係不相接觸。
10. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件，其中該能量轉換層係設置於該第一主表面與該第二主表面之上，且位於不同表面上之能量轉換層所含螢光粉比例為1比0.5至1比3。
11. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該光線之波長範圍大於或等於420奈米，以及該光線之波長範圍小於或等於470奈米時，該藍寶石基板之光穿透率大於或等於70%。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該發光二極體晶片為複數個，每個發光二極體晶片均具有一發光面，該第一主表面或該第二主表面之面積係為該些發光二極體晶片之該發光面之總面積5倍以上。
13. 一種發光元件，其係包含：一透明基板，具有一承載面；至少一發光二極體晶片，設置於該透明基板之該承載面上，而形成發光之一第一主表面，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該透明基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透至該透明基板上相對應該第一主表面之一第二主表面；以及一能量轉換層，可選擇地至少設置於該發光二極體晶片、該第一主表面或該第二主表面之上，該能量轉換層係至少部分 吸收並轉換該發光二極體晶片所發出色光之波長。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該透明基板之厚度係大於或等於200微米。
15. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該透明基板之材質係選自於氧化鋁、藍寶石、玻璃、塑膠以及橡膠所組成之群組其中之一者。
16. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該第一主表面與該第二主表面之光線色溫差異等於或小於1500K。
17. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該能量轉換層係設置於該第一主表面與該第二主表面之上，且位於不同表面上之能量轉換層所含螢光粉比例為1比0.5至1比3。
18. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該發光二極體晶片為複數個，每個發光二極體晶片均具有一發光面，該第一主表面或該第二主表面之面積係為該些發光二極體晶片之該發光面之總面積5倍以上。
19. 一種發光元件，其係包含：一透明基板，具有一承載面；以及複數個發光二極體晶片，設置於該透明基板之該承載面上，每個發光二極體晶片均具有一發光面，，而形成發光之一第一主表面；其中，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該透明基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透至該透明基板上相對應該第一主表面之一第二主表面，且，該第一主表面或該第二主表面之面積係為該些發光二極體晶片之該發光 面之總面積5倍以上。
20. 如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該透明基板之厚度係大於或等於200微米。
21. 如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該透明基板之材質係選自於氧化鋁、藍寶石、玻璃、塑膠以及橡膠所組成之群組其中之一者。
22. 如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該第一主表面與該第二主表面之光線色溫差異等於或小於1500K。
23. 如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中更包含一能量轉換層，可選擇地至少設置於該發光二極體晶片、該第一主表面或該第二主表面之上，該能量轉換層係至少部分吸收並轉換該發光二極體晶片所發出色光之波長。
24. 如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中該能量轉換層係設置於該第一主表面與該第二主表面之上，且位於不同表面上之能量轉換層所含螢光粉比例為1比0.5至1比3。
25. 一種發光元件，其係包含：一透明基板，具有一承載面；至少一類鑽碳膜，設置於該透明基板上；以及至少一發光二極體晶片，設置於該透明基板之該承載面上，而形成發光之一第一主表面；其中，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該透明基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透至該透明基板上相對應該第一主表面之一第二主表面。
26. 一種發光元件，其係包含：一透明基板，具有一承載面； 至少一發光二極體晶片，設置於該透明基板之該承載面上，而形成發光之一第一主表面；以及一反射鏡，設置於該透明基板上相對應該第一主表面之一第二主表面上；其中，該發光二極體晶片之一出光角度大於180°，且該透明基板容許該發光二極體晶片所發出之一光線穿透。