CN101728463A - 光电元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电元件。该光电元件包含：载体；发光元件，连结于载体之上；图案化结构，形成于载体的表面，并环绕发光元件；以及透明封装结构，形成于发光元件的上方。上述的图案化结构，可以使透明封装结构集中于发光元件的上方，并局限于图案化结构之中；同时通过控制透明封装结构的胶量，可获得具有特定结构比例的透明封装结构，明显提升光电元件的发光效率。

Description

光电元件

技术领域

本发明涉及一种光电元件，特别是涉及具有特定结构比例的透明封装结构的发光元件。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode)在具有光电转换特性的固态元件里十分重要。一般而言，它具发光层(Active Layer)，被两种不同电性的半导体层所包夹而成。当施加驱动电流于两半导体层上方的电极时，两半导体层的电子与空穴会注入发光层，并于发光层中结合而放出光线，此时所产生的光线具有全向性，会自发光层由发光二极管的各个表面射出。

同时，发光二极管也是一种被广泛使用的光源，相较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管具有省电与使用寿命较长的优异特性，因此逐渐取代传统光源，而应用于各种不同领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。随着发光二极管光源的应用与发展，对于亮度的需求越来越高，所以如何增加其发光效率而提高其亮度，便成为产业界所共同努力的重要方向。

其中一个值得研究的领域是如何透过封装结构的设计来增加发光效率。目前一般是采用碗杯结构的设计，将发光二极管置于碗杯内的中心处，利用碗杯与封装胶体的形状设计，以调控光型分布。此外，封装胶材的选择、底部载体的反射能力与碗杯形状的设计等，亦会影响发光效率。

发明内容

本发明提供一种光电元件，包含：载体；发光元件，形成于载体之上；图案化结构，形成于载体的表面，并且环绕发光元件；以及透明封装结构，形成于发光元件的上方。上述的图案化结构，可以使透明封装结构集中在图案化结构与发光元件之间的区域，并通过控制透明封装结构的胶量，而产生具有特定结构比例的透明封装结构。其中，发光元件可以是发光二极管元件，或任何具光电转换特性的元件。

本发明又提供一种光电元件，包含，载体；发光元件具有最大宽度z，形成于载体之上；以及透明封装结构，形成于发光元件之上，并具有高度为y与投射于该载体的表面的最大长度为x。其中y/x的比值是介于0.4～0.8之间，且其中z/x的比值是介于0.3～0.5之间。

本发明还提供一种光电元件包含，载体，具有底部宽度为b的凸部；发光元件，其最大宽度为a，连结于凸部上方；以及高度为c的透明封装结构，包覆凸部与发光元件。其中上述发光元件则位于c/2的位置附近，且a/b的值是小于或等于3。本发明透过上述各种不同特定比例的透明封装结构设计，可以使光电元件的发光效率，获得明显的提升。

附图说明

图1为本发明第一实施例的光电元件。

图2为本发明第二实施例的光电元件。

图3为本发明第三实施例的光电元件。

图4A为发光效率与y/x比值的关系图。

图4B为发光效率与z/x比值的关系图。

图5为本发明第四实施例的光电元件。

图6为本发明第五实施例的光电元件。

图7为本发明的背光模块装置。

图8为本发明的照明装置。

附图标记说明

102  反射层           104  载体

105  透明封装结构     107  图案化结构

108  荧光粉层

103、123、133、143、204  发光元件

202  载体             203  凸部

205  透明封装结构     700  背光模块装置

710  光源装置         711  光电元件

720  光学装置         730  电源供应系统

800  照明装置         810  光源装置

811  光电元件        820  电源供应系统

830  控制元件

具体实施方式

图1为本发明的第一实施例，其中各标号的涵义分别如下所述：104表示载体；102表示反射层；103表示发光元件；105表示透明封装结构；107表示图案化结构。下述其他附图中的相同元件，将标以相同的标号，且不再赘述，合先述明。

如图1所示，本实施例主要是于平坦的载体104的表面，形成具有高反射率的反射层102，再于反射层102之上形成发光元件103；接着，在发光元件103周围涂布上一层具有疏水特性的图案化结构107，例如为将发光元件103包围起来的圆形图案化结构、矩形图案化结构或方形图案化结构，再将透明封装材料，利用点胶技术形成于发光元件103的上方。因图案化结构107具有疏水性，使得透明封装材料局限于图案化结构107与发光元件103之间的区域，同时于点胶时，可通过控制透明封装材料的胶量，获得如图所示的具有固定凸起形状的透明封装结构105。如上述步骤所完成的光电元件，可以透过发光元件103下方的反射层102的反射作用，使发光元件103所产生的光，经反射后由透明封装结构105出光。通过反射层102与透明封装结构105的搭配设计，可大幅提高其出光效率。

其中，发光元件103的最大宽度为z，透明封装结构105的高度为y，透明封装结构105与反射层102其接触面积的最大长度为x。当y/x的比值介于0.4～0.8时，其发光效率较高，且更佳为当y/x的比值约为0.6时；另一方面，当z/x的比值介于0.3～0.5时，也会有优选的发光效率，且更佳为当z/x的比值约为0.4时。

载体104可以是印刷电路板(PCB)、软性印刷电路板(FCB)、陶瓷基板或复合基板。除了负责承载发光元件103之外，更进一步将发光元件103所产生的热导出，进而达到散热的效果。反射层102具有高反射系数，可以由金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)或以上组合的合金所形成，也可以由具有反射特性的高分子材料所形成。发光元件103可以是四元或三元系列的发光二极管，其所发出的光可以是红色、蓝色、绿色、黄色等。图案化结构107由具有疏水特性的材料组成，此材料与透明封装材料间会形成表面张力，使得点胶时该透明封装材料集中于图案化结构107与发光元件103之间的区域，而产生凸起的透明封装结构105。其中图案化结构107可为具有疏水性官能基的高分子材料，如具有甲基(methyl group)与氟基(fluorine group)等官能基的高分子材料。其制备可以是利用溶胶-凝胶法(sol-gel method)或高分子聚合法，制成此高分子材料，并使用网版印刷(screen printing)工艺或喷涂(injectprinting)工艺等方式，在载体104的表面形成特定图案，例如为环形、矩形或方形。透明封装结构105，是将透明封装材料利用点胶技术形成于发光元件103上，再加热硬化成型，其中该透明封装材料是具有高光穿透特性的有机绝缘材料，例如环氧树脂(epoxy)、聚亚酰胺(Poly-imides)、硅胶(silicon resin)或上述所混合形成的材料等。

图2为本发明的第二实施例，如第一实施例所述，在载体(图未示)上形成具有高反射率的反射层102后，在反射层102之上形成发光元件103；接着，利用点胶技术将透明封装材料形成于发光元件103的上方，通过控制透明封装材料的胶量，形成具有特定凸起形状的透明封装结构105。为了使本发明得到最佳的发光效率，此透明封装结构105的尺寸必须有一定搭配与设计。如图2所示，发光元件103的最大宽度为z，透明封装结构105的高度为y，透明封装结构105与反射层102的接触面的最大长度为x。其中发光元件103采用常见的15mil至40mil大小的芯片，变化各种点胶的条件，在发光元件103上方形成各种具有凸起形状的透明封装结构105，以获得各种y/x不同比值时所产生的发光效率，并以两者为坐标绘图，其结果如图4A所示。依图4A所示，不论芯片的大小为何，当y/x的比值是介于0.4～0.8之间时，其发光效率较高；尤其是当y/x的比值是在0.6附近时，其发光效率最高。再者，当透明封装结构105的y/x比值固定为0.5时，变化各种不同的z/x的比值，同时量测其个别的发光效率，并以两者为坐标绘图，其结果如图4B所示，不论芯片的大小为何，当z/x的比值是介于0.3～0.5之间时，其发光效率较高；尤其是当z/x的比值是在0.4附近时，其发光效率最高。

图3为本发明的第三实施例，更进一步于发光元件103的表面涂布荧光粉层108，以达成波长转换的目的。其中发光元件103可以是InGaN系列的发光二极管，发出蓝光，激发荧光粉层108的YGA系列的黄色荧光粉，以产生白光。

本发明的第四实施例如图5所示，将第二实施例中的发光元件103，以多个发光元件123、133及143取代，其中发光元件123、133及143各发出不同颜色的光，例如分别为红色、绿色及蓝色，并于透明封装结构105中进行混光而产生白光。如图所示，多个发光元件123、133及143所组成的阵列其最大宽度为z，透明封装结构105的高度为y，透明封装结构105与反射层102接触面的最大长度为x；其中y/x的比值是介于0.4～0.8之间，更佳为0.6；且z/x的比值是介于0.3～0.5之间，更佳为0.4。

图6为本发明的第五实施例，为灯泡式光电元件，包含具有凸部203的载体202；发光元件204形成于该凸部203的上方；以及透明封装结构205包覆凸部203与发光元件204。其中发光元件204的宽度为a，凸部203的底部宽度为b，以及透明封装结构205的高度为c。为了提升此灯泡式光电元件的发光效率，发光元件204的宽度与凸部203的底部宽度的比值a/b，优选为小于或等于3；而发光元件204则位于c/2的位置附近。再者，该发光元件204也可以是由多个颜色不同的发光元件所取代，例如是红色、绿色、及蓝色所组成的白色光源。同时，也可于凸部203的底部附近，形成图案化结构206，环绕于凸部203的底部周围，使得后续所形成的透明封装结构205可以局限于凸部203的上方，而获得一个几近圆形的球体。

图7显示背光模块装置。其中背光模块装置700包含：由上述任意实施例的光电元件711所构成的光源装置710；光学装置720置于光源装置710的出光路径上，负责将光做适当处理后出光；以及电源供应系统730，提供上述光源装置710所需的电源。

图8显示照明装置。上述照明装置800可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等等。其中照明装置800包含：光源装置810，由上述任意实施例的光电元件811所构成；电源供应系统820，提供光源装置810所需的电源；以及控制元件830控制电流输入光源装置810。

虽然本发明已藉各实施例说明如上，然其并非用以限制本发明的范围；且任何对于本发明所作的各种等同修饰与变更，皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (19)

1.一种光电元件，包含：

载体；

发光元件，形成于该载体上；

图案化结构，形成于该载体上，并且环绕该发光元件；以及

透明封装结构，形成于该发光元件上，并位于该图案化结构与该发光元件之间。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中该载体的表面为平坦面。

3.如权利要求1所述的光电元件，其中该图案化结构是以具有疏水特性的材料所组成，例如是具有甲基或氟基等官能基的高分子材料。

4.如权利要求1所述的光电元件，其中还包含荧光粉层覆盖于该发光元件之上。

5.如权利要求1所述的光电元件，其中该发光元件，具有最大宽度z；该透明封装结构，具有高度y以及投射于该载体的表面的最大长度为x；其中该y/x的比值介于0.4～0.8之间，优选约为0.6，或z/x的比值介于0.3～0.5之间，优选约为0.4。

6.如权利要求1所述的光电元件，其中还包含反射层位于该载体与该发光元件之间。

7.一种光电元件，包含：

载体；

发光元件，形成于该载体之上，并具有最大宽度z；以及

透明封装结构，形成于该发光元件之上，并具有高度为y及投射于该载体的表面的最大长度为x，

其中该y/x的比值介于0.4～0.8之间。

8.如权利要求7所述的光电元件，其中该y/x的比值优选约为0.6。

9.如权利要求7所述的光电元件，其中该z/x的比值介于0.3～0.5之间，且优选约为0.4。

10.如权利要求7所述的光电元件，其中还包含荧光粉层覆盖于该发光元件上方。

11.如权利要求7所述的光电元件，其中还包含反射层位于该发光元件下方。

12.如权利要求7所述的光电元件，其中该发光元件也可以是由多个发光元件所构成，此时该最大宽度z则为该多个发光元件所形成阵列的最大宽度。

13.如权利要求7所述的光电元件，还包含图案化结构形成于该载体上，并且环绕该发光元件。

14.一种光电元件，包含：

载体，具有凸部，其中该凸部的底部宽度为b；

发光元件，其最大宽度为a，连结于该凸部上方；以及

透明封装结构，其高度为c，包覆该凸部与该发光元件，

其中该发光元件位于c/2的位置附近。

15.如权利要求14所述的光电元件，其中该a/b的值小于或等于3。

16.如权利要求14所述的光电元件，其中该发光元件可以由多个颜色不同的发光元件所取代。

17.如权利要求14所述的光电元件，其中还包含图案化结构形成于该凸部底部附近。

18.一种背光模块装置，包含：

光源装置，由权利要求1～17任意一项所述的光电元件所组成；

光学装置，位于该光源装置的出光路径上；以及

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源。

19.一种照明装置，包含：

光源装置，由权利要求1～17任意一项所述的光电元件所组成；

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源；以及

控制元件，控制该电源输入该光源装置。

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