CN101676624B - 发光单元 - Google Patents
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Abstract
一种发光单元，包括基板、多个荧光区块以及第一发光二极管。所述荧光区块以一维或二维排列设置于基板之上。第一发光二极管射出光线至至少一个荧光区块；一第一反射层，其设置于所述基板的一表面，所述荧光区块通过该第一反射层而设置于所述基板上，或者该第一反射层围绕所述荧光区块，以使所述荧光区块设置于所述基板上。本发明的荧光区块以区块形式设置于基板上，通过调整所述荧光区块的面积比例，可调整不同发光二极管不同色光的相对强度以及发光单元的色温。另外，各荧光区块可分别为不同荧光材料，并搭配相对应的第一发光二极管，以发出所需要的色光，各荧光区块不需要在单一荧光区块中混合不同荧光材料，因而可以提高发光单元的光线均匀度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光单元，特别涉及一种具有荧光材料的发光单元。
现有技术
对于人类而言，用于照明领域的发光装置已是不可或缺的电子产品之一，随着技术不断进步，应用于不同领域的发光装置也随着需求不断地被发展出来，所述发光装置更可应用于广告牌、电子装置的光源或是液晶显示装置内的背光源。由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有高亮度及省电等优点，因此，随着发光二极管的技术逐渐成熟，其应用领域也越来越广泛。
请参照图1所示，一种现有的发出白光的发光单元1包括两基板11、12、多个发光二极管13以及一荧光层14。其中，基板11、12通过胶体15而相互结合。所述发光二极管13设置于基板12上，以形成面光源，其中发光二极管13为蓝光发光二极管，其所发出的蓝光经过荧光层14激发后则可发出白光。
然而，现有技术的荧光层14设置时，往往是将荧光材料整层地直接设置于发光单元1的整个出光侧，但是由于发光二极管13为点光源，部分荧光层14的位置可能不会被发光二极管13的光线照射到，或只有少量照射到，如此一来，可能会造成荧光材料浪费的问题。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明之目的是提供一种可节省材料成本的发光单元。
为达到上述目的，依据本发明的一种发光单元包括：基板、多个荧光区块以及第一发光二极管。所述荧光区块以一维或二维形式排列设置于基板之上。第一发光二极管射出光线至少一个荧光区块；以及
一第一反射层，其设置于所述基板的一表面，所述荧光区块通过该第一反射层而设置于所述基板上，或者该第一反射层围绕所述荧光区块，以使所述荧光区块设置于所述基板上，其中，所述第一反射层覆盖至少部分所述荧光区块。
为达到上述目的，本发明提供的一种发光单元，包括：一基板；多个荧光区块，以一维或二维排列设置在所述基板的一表面上；一第一发光二极管，射出光线至至少一个所述荧光区块；以及一反射层，位于所述基板的另一表面。
上述发光单元的所述荧光区块的面积大小彼此相同或不相同。
承上所述，因根据本发明的一种发光单元，所述荧光区块以区块形式设置于基板上，因而可以节省荧光材料的成本。值得一提的是，通过调整所述荧光区块的面积比例，可调整不同发光二极管不同色光的相对强度以及发光单元的色温。另外，各荧光区块可分别为不同荧光材料，并搭配相对应的第一发光二极管，以发出所需要的色光，如此一来，各荧光区块不需要在单一荧光区块中混合不同荧光材料，因而可以提高发光单元的光线均匀度。
附图说明
图1是一种现有的发光单元的示意图；
图2A及图2B是本发明第一实施例的一种种发光单元的示意图；
图2C是本发明第一实施例的荧光区块的另一种变化形式的示意图；
图2D及图2E是本发明第一实施例的荧光区块的排列方式的其它变化形式的示意图；
图3A是本发明第二实施例的发光单元的示意图；
图3B是本发明第二实施例的一种发光单元的另一种变化形式示意图；
图4A是本发明第三实施例的发光单元示意图；
图4B及图4C是本发明第三实施例的发光单元的其它变化形式示意图；
图5A及图5B是本发明第四实施例的一种发光单元示意图；
图5C是本发明第四实施例的发光单元中的发光二极管具有部分封装体的示意图；
图6A、图6B、图6C及图6D是本发明第四实施例的发光单元的其它变化形式示意图；以及
图7A及图7B是本发明第五实施例的一种发光单元示意图。
主要组件符号说明
1、2、2a、2b、3、3a、3b、4、4a、4d、5：发光单元
11、12、21、31、41、41a、51：基板
13：发光二极管
14：荧光层
15：胶体
211、212、311、312、411、412：表面
22、22a、22b、32、42、52：荧光区块
23、33、43、53：第一发光二极管
24、24a、34：第一反射层
35、35a：壳体
351：反射面
36、46：胶体或流体
37、47：空腔
38：密封胶
43a、53a：第二发光二极管
44：第二反射层
44a：第三反射层
45：承载体
48：封装体
49：保护层
W：导线
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的一种发光单元。
第一实施例
请同时参考图2A及图2B，其中图2A显示本发明第一实施例的发光单元中的基板及荧光区块，图2B则显示发光单元的侧视图。发光单元2包括一基板21、多个荧光区块22以及一第一发光二极管23。其中，发光单元2可以是照明单元、液晶显示装置的背光模块、交通信号、或其它电子装置的光源单元。
基板21至少部分透光，即基板21可具有一透光部一及一非透光部。当然，基板21也可全部透光。其中，透光部的材料例如包括玻璃、或蓝宝石、或石英、或塑料、或高分子材料，而非透光部的材料例如包括塑料、或金属、或高分子材料。在本实施例中，基板21以透光高分子材料为例作说明，而高分子材料例如为聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂(methylstyrene，MS)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)或丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene，ABS)。
请同时参考图2A及图2B，多个荧光区块22以一维或二维形式排列设置于基板21之上，相邻的荧光区块22可具有间隔。在本实施例中，所述荧光区块22以二维排列设置于基板21为例，例如为二维矩阵数组。而所述荧光区块22的形状可以是多边形、圆形、椭圆形、条形、空心图案或不规则形状，在此以方形为例。另外，基板21具有相 对而设的两个表面211、212，所述荧光区块22设置于基板21的表面211和/或基板21的表面212，也就是说，表面211、212都可设置所述荧光区块22，在此，以设置于表面212为例。所述荧光区块22可包括黄色荧光材料、红色荧光材料、绿色荧光材料、蓝色荧光材料、橘色荧光材料或其组合。另外，所述荧光区块22可通过例如蒸镀喷墨、网印、印刷或其它工序而形成在表面212上。如此一来，可简化工序，并且所述荧光区块22以区块形式形成在表面212上，因而可节省荧光材料的成本。
请再参考图2B，第一发光二极管23设置于基板21的一侧，其射出光线至至少一个荧光区块22。在本实施例中，第一发光二极管23的数量以一颗为例，并且第一发光二极管23是发光二极管晶粒(die)或者是发光二极管封装组件，并且第一发光二极管23是红光二极管、或绿光二极管、或蓝光二极管、或白光二极管、或紫外光二极管或上述二极管的组合。值得一提的是，为符合产品需要，可选用不同荧光材料来搭配不同的发光二极管，以发出产品所需颜色的光线。由于白光的应用范围较为广泛，因此在此以各荧光区块22包括红色荧光材料、绿色荧光材料以及蓝色荧光材料，并且第一发光二极管23为紫外光二极管为例。当第一发光二极管23射出紫外光线至所述荧光区块22时，由于各荧光区块22可同时包括不同的荧光材料，即可被激发产生不同颜色的光线，并在基板21内或以其它方式混光后，发光单元2即可发出白光。另外，当所述荧光区块22包括橘色荧光材料，并且第一发光二极管23为蓝光二极管或绿光二极管时，也可混光发出白光。上述仅为举例说明，而并非限制本发明。因此可以避免在现有技术中，将荧光材料加入封装体中，而直接封装发光二极管时，荧光层中需要充分均匀混合红色荧光材料、绿色荧光材料以及蓝色荧光材料，才能使受激发的荧光材料发出均匀的白光。而且，现有技术中不同荧光材料混合后，仍然易有荧光材料久置沉淀的问题发生，并且会造成混合后的荧光材料，无法发出均匀白光的问题。
请参照图2C所示，各荧光区块(R、G、B)22的面积也可以相同或不相同。当各荧光区块22为不同荧光材料时，各荧光区块22的面积比例可依产品实际需要来作调整。例如由发光单元2的发光频谱发现绿光不够强时，此时可增加基板21上绿色荧光区块(G)的面积比例，以进而调整不同色光的相对强度，以混合成白光或其它颜色的色光，甚至可以作为发光单元2色温的调整。
另外，各荧光区块22也可分别包括不同荧光材料，也就是在单一荧光区块22中包括红色荧光材料、绿色荧光材料以及蓝色荧光材料。
请同时参考图2D及图2E，其为本发明第一实施例的荧光区块的排列方式的其它形式。如图2D所示，所述荧光区块22a的排列方式为二维错位(misalignment)数组。如图2E所示，所述荧光区块22b的排列方式为一维条状(strips)数组。以上荧光区块的排列方式仅为举例说明，而非限制本发明，可依照实际需求，而有不同的排列方式。
第二实施例
如图3A所示，发光单元2a与发光单元2不同的是，发光单元2a还包括第一反射层24，其中，该第一反射层24可以是基板21的一部分，或是如本实施例所述，外加第一反射层24到基板21的表面212。
第一反射层24设置于基板21的表面212，其中第一反射层24的材料的反射频谱可以是紫外光波段(200-400nm)、或可见光蓝光波段(400-480nm)或可见光全波段(400-780nm)，且反射率可以大于50％以上。其中，第一反射层24的材料可利用氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)或硫酸钡(BaSO4)等材料以涂布或印刷来形成在基板21的表面212上，或将上述材料加入塑料材料中，再以压出成形、射出成形等方式形成第一反射层24。此外，第一反射层24还可通过反射膜片、镜片或多层镀膜材料设置于基板21的表面212上来达成。
所述荧光区块22通过第一反射层24而设置于基板21之上，当第一发光二极管23射出光线至所述荧光区块22时，第一反射层24将激发后的光线反射，此激发后的光线可以是白光或其它色光。如此一来，位于基板21的入光侧(与表面212同侧)的观众，则可看到被荧光材料激发后的光线。
另外，如图3B所示，发光单元2b与发光单元2不同的是，发光单元2b的第一反射层24a围绕所述荧光区块22，而设置于基板21之上。如此一来，位于基板21两侧的观众均可看到部分光线，其中，第一反射层24a的设置对于位于基板21的表面211侧的观众具有防止眩光的功效。
第三实施例
本发明第三实施例对于第二实施例的发光单元的第一发光二极管的设置位置有进一步的叙述及应用。图4A显示本发明第三实施例的一种发光单元3，其包括基板31、多个荧光区块32以及第一发光二极管33。与第一实施例的发光单元2不同的是，所述荧光区块32设置于基板31的表面311，第一发光二极管33则设置于基板31的另一表面312，并且发光单元3的第一反射层34覆盖至少部分所述荧光区块32。在此，以第一反射层34覆盖全部荧光区块32为例。其中，第一发光二极管33可利用打线接合、覆晶接合或表面安装等方式而设置于基板31。当第一发光二极管33射出一紫外光线至包括红色荧光材料、绿色荧光材料以及蓝色荧光材料涉外所述荧光区块32时，第一反射层34将各荧光区块32所激发出的光线反射。经过混光后，发光单元3可自基板31的表面312发出白光，也就是说，发光单元3的出光面为表面312。
如图4B所示，发光单元3a与发光单元3不同的是，发光单元3a还包括壳体35，其中壳体35与基板31连结并形成一空腔(chamber)37。该空腔则可为一开放式空腔或一封闭式空腔，而壳体35的材料包括玻璃、或石英、或树脂、或高分子材料。在此，基板31及壳体35 均以透光高分子聚合材料为例作说明。
利用高分子聚合材料的壳体35，其也可掺杂多个散射体(scattering center)，以增加光扩散的效果。其中，散射体例如是散射粒子或散射气泡，而散射粒子的材料可利用与壳体35的折射率不同的有机散射粒子或无机散射粒子，例如硫酸钡(BaSO4)、二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)等。
请再参考图4B，在本实施例中，发光单元3a还包括胶体或流体36。所述胶体或流体36充填于空腔37内，其中胶体例如为液态胶体、或弹性胶体、或半固化胶体或已固化胶体，而流体例如为油或有机溶剂，且胶体或流体36的折射率可大于1.3，以减少光线经过界面时的全反射。
承上所述，由于发光二极管晶粒位于壳体35与基板31形成的空腔37中，因此，本实施例的发光单元3a不需再利用大面积且高厚度的封胶体来保护第一发光二极管33。第一发光二极管33少了封胶体的阻隔后，其散热路径除经由基板31作散热外，还可直接通过胶体或流体的热对流效应，以进一步提高第一发光二极管33的散热效果。另外，通过壳体35可保护第一发光二极管33不受水气或灰尘等外界环境因素的影响。
如图4C所示，发光单元3b与发光单元3a不同的是，发光单元3b不额外地设置反射层，而是壳体35a以具有高反射率表面的金属材料为例，壳体35a具有反射面351，第一发光二极管33设置于基板31。另外，发光单元3b还具有密封胶38，该密封胶38连结基板31以及板状的壳体35a以形成空腔37。第一发光二极管33所发出的紫外光线通过壳体35a的反射面351反射，当光线穿透基板31射至包括红色荧光材料、绿色荧光材料及蓝色荧光材料的所述荧光区块32时，经过混光后，发光单元3b可自基板31的表面311发出白光，也就是说，发光 单元3b的出光面为表面311。
第四实施例
图5A及图5B是本发明第四实施例的一种发光单元4，其中图5A为发光单元4的立体分解图，图5B为发光单元4的剖面图。发光单元4包括基板41、多个荧光区块42、至少一个第一发光二极管43、至少一个第二发光二极管43a以及承载体45。其中，基板41、多个荧光区块42、第一发光二极管43已在上述实施例中详细说明，在此不再赘述。
在本实施例中，发光单元4以包括多个第一发光二极管43以及多个第二发光二极管43a为例，所述第一发光二极管43以及所述第二发光二极管43a设置于承载体45，以形成一面光源，各第一发光二极管43以及各第二发光二极管43a分别对应各荧光区块42设置。第一发光二极管43以及第二发光二极管43a可分别发出不同频谱的光线，并且所述第一发光二极管43和所述第二发光二极管43a所发出的光线穿透基板41。
所述第一发光二极管43以及所述第二发光二极管43a可配合荧光区块42的位置来设置。例如，所述荧光区块42的排列方式为二维错位数组(如图2D所示)，则各第一发光二极管43和各第二发光二极管43a也可对应多个荧光区块42设置而呈二维错位数组。如所述荧光区块42的排列方式为一维条状数组(如图2E所示)，则所述第一发光二极管43及所述第二发光二极管43a可分别排列成同一条状或不同条状来对应荧光区块42设置。也就是说，所述第一发光二极管43可对应一个或多个荧光区块42设置；所述第二发光二极管43a也可对应一个或多个荧光区块42设置。以上仅为举例说明，而不是用来限制本发明，可根据实际需求，而有不同的排列方式。
在本实施例中，承载体45与基板41连结并形成一空腔47。承载体45的材料包括玻璃、或石英、或树脂、或高分子材料、或金属，在 这里，承载体45的材料以不透光高分子聚合材料为例作说明。另外，空腔47可以是开放空腔(空气可自由出入)或封闭空腔。
在本实施例中，发光单元4还可具有封装体48，如图5C所示。该封装体48可例如为高分子聚合物并具有透光性，其中可混有荧光物质。封装体48可用以保护第一发光二极管43和承载体45上的打线接点位置，在此封装体48以覆盖发光二极管43的一部分、例如覆盖导线W与承载体45连接的接点，以及导线W与第一发光二极管43连接的接点为例，以避免热膨胀的应力扯断了导线W。
请同时参考图6A、图6B、图6C及图6D，其为本发明第四实施例的发光单元的其它形式。如图6A所示，发光单元4a与发光单元4不同的是，基板41a为透光材料并且呈弯曲状。另外，承载体45以玻璃电路板为例作说明。第一发光二极管43和第二发光二极管43a所发出的光线经由基板41a射出。
如图6B所示，发光单元4b与发光单元4不同的是，发光单元4b的承载体45以透光高分子聚合材料为例，并且所述荧光区块42设置于基板41的表面411，也就是，荧光区块42设置于基板41背对空腔47的一侧。另外，发光单元4b还包括一第二反射层44，该第二反射层44覆盖至少部分所述荧光区块42以及至少部分设置于基板41，发光二极管43所发出的光通过第二反射层44反射并穿透承载体45。
如图6C所示，发光单元4c与发光单元4b不同的是，发光单元4c的所述荧光区块42设置于基板41的表面412，也就是，荧光区块42设置于基板41面对空腔47的一侧，而第二反射层44设置于基板41相对于所述荧光区块42的另一侧，发光二极管43所发出的光通过第二反射层44反射并穿透承载体45。
如图6D所示，与发光单元4不同的是，发光单元4d还包括胶体 或流体46以及第三反射层44a。该第三反射层44a设置于承载体45并围绕第一发光二极管43和第二发光二极管43a，而胶体或流体46已详述于上面的实施例，故不再赘述。另外，发光单元4d还包括保护层49，该保护层49覆盖所述荧光区块42，以避免直接接触胶体或流体46。
第五实施例
图7A及图7B显示本发明第五实施例的一种发光单元5，其包括基板51、多个荧光区块52、多个第一发光二极管53以及多个第二发光二极管53a。与第四实施例的发光单元4不同的是，所述荧光区块52只有红色荧光材料和绿色荧光材料，并且所述第一发光二极管53分别为紫外光二极管，所述第二发光二极管53a分别为蓝光二极管。第一发光二极管53所射出的光线分别激发红色荧光材料和绿色荧光材料以产生红光及绿光；所述第二发光二极管53a所设置的位置并未对应到荧光区块52，因此第二发光二极管53a所射出的蓝色光线的至少一部分直接穿透基板51，而与红光及绿光混成白光。
综上所述，根据本发明的一种发光单元，所述荧光区块以区块形式设置于基板上，因而可以节省荧光材料的成本。值得一提的是，通过调整所述荧光区块的面积比例，可调整不同发光二极管不同色光的相对强度以及发光单元的色温。另外，各荧光区块可分别为不同荧光材料，并搭配相对应的第一发光二极管，以发出所需要的色光，如此一来，各荧光区块不需要在单一荧光区块中混合不同荧光材料，因而可提高发光单元的光线均匀度。
以上所述仅为举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在后附申请专利的范围中。
Claims (13)
1.一种发光单元，包括：
一基板；
多个荧光区块，以一维或二维排列设置在所述基板上；
一第一发光二极管，射出光线至至少一个所述荧光区块；以及
一第一反射层，其设置于所述基板的一表面，所述荧光区块通过该第一反射层而设置于所述基板上，或者该第一反射层围绕所述荧光区块，以使所述荧光区块设置于所述基板上，其中，所述第一反射层覆盖至少部分所述荧光区块。
2.如权利要求1所述的发光单元，其中所述基板至少部分透光，其材料包括玻璃、或蓝宝石、或石英、或塑料、或金属、或高分子材料。
3.如权利要求1所述的发光单元，还包括：
一壳体，与所述基板连结并形成一空腔。
4.如权利要求3所述的发光单元，还包括：
一胶体或一流体，充填于所述空腔内。
5.如权利要求1所述的发光单元，其中还包括：
一承载体，所述第一发光二极管设置于所述承载体，所述第一发光二极管所发出的光线穿透所述基板。
6.如权利要求1所述的发光单元，其中所述第一发光二极管对应一个或多个荧光区块设置。
7.如权利要求1所述的发光单元，其中所述第一发光二极管是发光二极管晶粒或发光二极管封装组件。
8.如权利要求1所述的发光单元，还包括：
一第二发光二极管，射出光线至至少一个所述荧光区块。
9.如权利要求8所述的发光单元，其中所述第二发光二极管对应一个或多个荧光区块设置。
10.如权利要求9所述的发光单元，其中所述第一发光二极管和所述第二发光二极管对应相同的荧光区块设置。
11.如权利要求1所述的发光单元，其中所述荧光区块的排列方式为二维矩阵数组、二维错位数组或一维条状数组。
12.如权利要求1所述的发光单元，其中所述荧光区块的面积大小彼此相同或不相同。
13.如权利要求1所述的发光单元，还包括：
一保护层，覆盖至少部分所述荧光区块。
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