CN102412359B - 用于一微型投影系统的发光二极管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一微型投影系统的发光二极管装置，包含一底部基板、一阳极部、至少一阴极部、至少一发光二极管(light emitting diode，LED)芯片以及一透光元件。阳极部及至少一阴极部均设置于底部基板上，至少一LED芯片设置于阳极部上并与阳极部及至少一阴极部电性连接，透光元件覆盖于底部基板上，以界定一空腔。抑或，发光二极管装置可更包含一环绕基板，环绕基板具有一环绕部及一中空部，透光元件直接覆盖于环绕基板而非覆盖于底部基板上，以中空部界定出空腔。

Description

用于一微型投影系统的发光二极管装置

技术领域

本发明是关于一种发光二极管装置，特别是关于一种可应用于一微型投影系统中的发光二极管装置，借以使微型投影系统体积更为小型化。

背景技术

为适应现今市场对电子产品的轻薄短小需求趋势，传统的投影机亦开始朝微型化发展。微型投影机(Pico Projector)的使用需求是设定为便于随身携带，不仅制成可携的微型投影机外，更应用于各式现有的电子产品上，例如内建于手机、多媒体播放器、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、笔记本电脑等，借以扩充电子产品的功能多样性。

基于结构上的精简轻量需求及光学上的亮度表现，目前微型投影机多采用红光、绿光、蓝光三原色的发光二极管作为光源，直接将三色光线投射至数字微镜装置(DigitalMicromirro Device，DMD)进行成像。故与一般投影机相较下，微型投影机省却了彩色滤光片(color filter)等其他光学元件，大幅缩减体积、降低制造成本，更因发光二极管的各项特性而发挥使用寿命长、色彩表现范围大等优势。

然而目前运用于电子产品的微型投影机中，受到发光二极管装置的限制，体积均稍嫌过大且笨重，电力负荷亦有所不足。

综上所述，发展出一种在体积上更适于应用在微型投影机，且具有一定的发光效率、色彩表现及应用弹性的发光二极管装置乃此业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种用于一微型投影系统的发光二极管装置，其具有轻薄短小的体积，且能提供良好亮度及色彩表现，便于应用在可随身携带的微型投影系统中。

为达上述目的，本发明提出一种用于一微型投影系统的发光二极管装置，包含一底部基板、一阳极部、至少一阴极部、至少一发光二极管(light emittingdiode，LED)芯片以及一透光元件。阳极部及至少一阴极部均设置于底部基板上，至少一LED芯片设置于阳极部上并与阳极部及至少一阴极部电性连接，透光元件覆盖于底部基板上，以界定一空腔。

为达上述目的，本发明提出一种用于一微型投影系统的发光二极管装置，包含一底部基板、一阳极部、至少一阴极部、至少一LED芯片、一环绕基板以及一透光元件。阳极部及至少一阴极部均设置于底部基板上，至少一LED芯片设置于阳极部上并与阳极部及至少一阴极部电性连接，环绕基板具有一环绕部及一中空部，透光元件是直接覆盖于环绕基板上，以中空部界定出空腔。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A是本发明第一实施例的发光二极管装置上视图；

图1B是本发明第一实施例的发光二极管装置立体图；

图1C是本发明第一实施例的发光二极管装置剖面图；

图1D是本发明第一实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图2是本发明第二实施例的发光二极管装置上视图；

图3A是本发明第三实施例的发光二极管装置上视图；

图3B是本发明第三实施例的发光二极管装置立体图；

图3C是本发明第三实施例的发光二极管装置剖面图；

图3D是本发明第三实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图4A是本发明第四实施例的发光二极管装置上视图；

图4B是本发明第四实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图5是本发明第五实施例的发光二极管装置上视图；

图6A是本发明第六实施例的发光二极管装置上视图；

图6B是本发明第六实施例的发光二极管装置立体图；

图6C是本发明第六实施例的发光二极管装置剖面图；

图6D是本发明第六实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图7A是本发明第七实施例的发光二极管装置上视图；

图7B是本发明第七实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图8A是本发明第八实施例的发光二极管装置上视图；

图8B是本发明第八实施例的发光二极管装置立体图；

图8C是本发明第八实施例的发光二极管装置剖面图；

图8D是本发明第八实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图；

图9是本发明第九实施例的发光二极管装置上视图；

图10A是本发明发光二极管装置的一应用态样的剖面图；

图10B是本发明发光二极管装置的另一应用态样的剖面图；

图11A是本发明发光二极管装置的又一应用态样的剖面图；以及

图11B是本发明发光二极管装置的再一应用态样的剖面图。

【主要元件符号说明】

1：发光二极管装置 1’：发光二极管装置

101：底部基板 103：阳极部

105：阴极部 107：发光二极管芯片

109：环绕基板 109a：环绕部

109b：中空部 111：透光元件

113：齐纳二极管 2：发光二极管装置

201：阳极部 203：阴极部

3：发光二极管装置 3’：发光二极管装置

301：底部基板 303：阳极部

305：阴极部 307：发光二极管芯片

309：环绕基板 311：透光元件

313：齐纳二极管 4：发光二极管装置

4’：发光二极管装置 403：阳极部

405：阴极部 413：齐纳二极管

5：发光二极管装置 6：发光二极管装置

6’：发光二极管装置 601：底部基板

603：阳极部 605：阴极部

607：发光二极管芯片 609：环绕基板

611：透光元件 613：齐纳二极管

7：发光二极管装置 7’：发光二极管装置

703：阳极部 705：阴极部

713；齐纳二极管 8；发光二极管装置

8’；发光二极管装置 801；底部基板

803；阳极部 805；阴极部

807；发光二极管芯片 809；环绕基板

811；透光元件 813；齐纳二极管

9；发光二极管装置 10a；发光二极管装置

10b；发光二极管装置 11a；发光二极管装置

11b；发光二极管装置

具体实施方式

以下将透过实施例来解释本发明的发光二极管装置，然而，关于实施例的说明仅为阐释本发明，而非用以限制本发明。以下实施例以及附图中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示；且附图中各元件的尺寸及相对位置关系仅用以示意以便了解，非用以限制实际比例及尺寸大小。

如图1A至图1C所示，本发明的第一实施例为一种用于一微型投影系统的发光二极管(light emitting diode，LED)装置1，发光二极管装置1包含一底部基板101、一阳极部103、二阴极部105、一发光二极管芯片107、一环绕基板109以及一透光元件111。由于本实施例的发光二极管装置1仅具有单一发光二极管芯片107，故又可称单晶发光二极管装置。

如图所示，阳极部103及二阴极部105均设置于底部基板101上。发光二极管芯片107设置于阳极部103上，且发光二极管芯片107与阳极部103及其中一个阴极部105分别以引线电性连接。环绕基板109具有一环绕部109a及一中空部109b，透光元件111系直接覆盖于环绕基板109的环绕部109a上，以中空部109b界定出空腔。

由于本实施例中，每一发光二极管装置1仅包含一发光二极管芯片107，为得到良好的投影光源品质，应用时可组合数个本实施例的发光二极管装置1。举例而言，微型投影系统中可采用三个本实施例的发光二极管装置，而此等发光二极管装置分别包含红光、绿光及蓝光三原色的发光二极管芯片。此外，发光二极管装置的数量亦可因应需求而调整。

图1D是本发明第一实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置1’更包含一齐纳二极管(Zener diode)113，借以使发光二极管装置1’的电路稳压。齐纳二极管113系设置于发光二极管装置1’的阳极部103上，并以引线与二阴极部105其中的一电性连接。于本实施态样中，系以单一齐纳二极管113进行单一发光二极管芯片的稳压，但本发明并不以此为限。于本实施态样的发光二极管装置1’中，其余元件均与第一实施例的发光二极管装置1相同，故于此不另赘述。

图2是本发明第二实施例的发光二极管装置上视图，本实施例的发光二极管装置2与第一实施例的发光二极管装置1类似，相异处仅在于电极部的数量及外型，以本实施例而言，发光二极管装置2仅包含一阳极部201及一阴极部203。

如图3A至图3C所示，本发明的第三实施例亦为一种用于一微型投影系统的发光二极管装置3，发光二极管装置3包含一底部基板301、一阳极部303、二阴极部305、二发光二极管芯片307、一环绕基板309以及一透光元件311，二阴极部305分别与二发光二极管芯片307电性连接。由于本实施例的发光二极管装置3具有二个发光二极管芯片307，故又可称双晶发光二极管装置。本实施例的元件关系亦如第一实施例所述，故于此不另重言。

于本实施例中，每一发光二极管装置3包含二发光二极管芯片307，为得到良好的投影光源品质，应用时可组合数个本实施例的发光二极管装置3。举例而言，微型投影系统中可采用三个本实施例的发光二极管装置，而此等发光二极管装置分别包含红光及绿光、绿光及蓝光、蓝光及红光的发光二极管芯片。熟知本领域技术者亦可推及其他颜色的发光二极管芯片组合，举例而言，各发光二极管装置可包含同一颜色的发光二极管芯片，例如分别均为红光、绿光及蓝光。此外，发光二极管装置的数量亦可因应需求而调整。

图3D是本发明第三实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置3’更包含二齐纳二极管313，借以使发光二极管装置3’的电路稳压。齐纳二极管313均设置于发光二极管装置3’的阳极部303上，并分别以引线与相邻的阴极部305电性连接。于本实施态样中，系以二个齐纳二极管313分别用于二片发光二极管芯片的稳压；基于前文所述，亦可仅采用单一齐纳二极管，借以进行发光二极管芯片的稳压动作。于本实施态样的发光二极管装置3’中，其余元件均与第三实施例的发光二极管装置3相同，故于此不另赘述。

图4A是本发明第四实施例的发光二极管装置上视图，本实施例的发光二极管装置4与第三实施例的发光二极管装置3类似，相异处仅在于电极部的外型设计，熟知本领域技术者应可轻易推及其他外观态样。

图4B为本发明第四实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置4’更包含二齐纳二极管413，借以使发光二极管装置4’的电路稳压。齐纳二极管413均设置于发光二极管装置4’的阳极部403上，并分别以引线与相邻的阴极部405电性连接。于本实施态样中，是以二个齐纳二极管413分别用于二片发光二极管芯片的稳压；如同前文所述，亦可仅采用单一齐纳二极管，借以进行发光二极管芯片的稳压动作。于本实施态样的发光二极管装置4’中，其余元件均与第四实施例的发光二极管装置4相同，故于此不另赘述。

图5是本发明第五实施例的发光二极管装置上视图，同样地，本实施例的发光二极管装置5与第三实施例的发光二极管装置3类似，相异处仅在于电极部的外型设计，熟知本领域技术者亦可轻易推及其他外观态样。

如图6A至图6C所示，本发明的第六实施例亦为一种用于一微型投影系统的发光二极管装置6。发光二极管装置6包含一底部基板601、一阳极部603、四阴极部605、三发光二极管芯片607、一环绕基板609以及一透光元件611，三发光二极管芯片607分别与其中三个阴极部605电性连接。由于本实施例的发光二极管装置6具有三个发光二极管芯片607，故又可称三晶发光二极管装置。本实施例的元件关系亦如第一实施例所述，故于此不另再言。

于本实施例中，每一发光二极管装置6包含三发光二极管芯片607，为得到良好的投影光源品质，应用时可组合数个本实施例的发光二极管装置6。举例而言，微型投影系统中可采用至少一个本实施例的发光二极管装置，而此种发光二极管装置均包含红光、绿光及蓝光三原色的发光二极管芯片，亦即单一发光二极管装置便可提供三原色的光线。熟知本领域技术者亦可推及其他颜色的发光二极管芯片组合，举例而言，各发光二极管装置可包含同一颜色的发光二极管芯片，例如分别均为红光、绿光及蓝光。此外，发光二极管装置的数量亦可因应需求而调整。

图6D是本发明第六实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置6’更包含一齐纳二极管613，借以使发光二极管装置6’的电路稳压。齐纳二极管613设置于发光二极管装置6’的阳极部603上，并以引线与未和发光二极管芯片607电性连接的阴极部605电性连接。于本实施态样中，仅以单一齐纳二极管613作为三片发光二极管芯片607的稳压；基于前文所述，亦可采用二个或三个齐纳二极管进行发光二极管芯片的稳压。于本实施态样的发光二极管装置6’中，其余元件均与第六实施例的发光二极管装置6相同，故于此不另赘述。

图7A是本发明第七实施例的发光二极管装置上视图，本实施例的发光二极管装置7与第六实施例的发光二极管装置6类似，相异处仅在于电极部的外型设计，熟知本领域技术者应可轻易推及其他外观态样。

图7B是本发明第七实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置7’更包含二齐纳二极管713，借以使发光二极管装置7’的电路稳压。齐纳二极管713均设置于发光二极管装置7’的阳极部703上，并分别以引线与相邻的阴极部705电性连接。于本实施态样中，是以二个齐纳二极管713作为三片发光二极管芯片的稳压；基于前文所述，亦可采用单一或三个齐纳二极管进行发光二极管芯片的稳压动作。于本实施态样的发光二极管装置7’中，其余元件均与第七实施例的发光二极管装置7相同，故于此不另赘述。

如图8A至图8C所示，本发明第八实施例同为一种用于一微型投影系统的发光二极管装置8，发光二极管装置8包含一底部基板801、一阳极部803、四阴极部805、四发光二极管芯片807、一环绕基板809以及一透光元件811，四阴极部805分别与四发光二极管芯片807电性连接。由于本实施例的发光二极管装置8具有四个发光二极管芯片807，故又可称四晶发光二极管装置。本实施例的元件关系亦如第一实施例所言，故于此不另再述。

图8D是本发明第八实施例的发光二极管装置另一实施态样的上视图。考量应用时可能会有操作电流过高的问题，故于本实施态样中，发光二极管装置8’更包含四齐纳二极管813，借以使发光二极管装置8’的电路稳压。齐纳二极管813均设置于发光二极管装置8’的阳极部803上，并分别以引线与相邻的阴极部805电性连接。于本实施态样中，系以四个齐纳二极管813分别用于四片发光二极管芯片的稳压；基于前文所述，亦可采用单一或其他数目的齐纳二极管，借以进行发光二极管芯片的稳压动作。于本实施态样的发光二极管装置8’中，其余元件均与第八实施例的发光二极管装置8相同，故于此不另赘述。

图9是本发明第九实施例的发光二极管装置上视图，本实施例的发光二极管装置9与第八实施例的发光二极管装置8类似，相异处仅在于电极部的外型设计，熟知本领域技术者应可轻易推及其他外观态样。

于上述各实施例及各实施态样中，透光元件为一玻璃，尤其是为一抗光折射玻璃。于其他实施态样中，透光元件亦可采用一依光学所设计的透镜；在实际应用上若微型投影系统不需覆盖透明玻璃或透镜，亦可仅盖以简易的透镜以便出货。再者，前述说明的发光二极管装置均具有环绕基板，而于实际应用时，亦可省略此元件。

依前段所述，熟知本领域技术者可分别推及：如图10A的剖面图所示，采用抗光折射的平板玻璃且具有环绕基板的发光二极管装置10a；如图10B的剖面图所示，采用抗光折射的ㄇ形玻璃且不具有环绕基板的发光二极管装置10b；如图11A的剖面图所示，采用凸透镜且具有环绕基板的发光二极管装置11a；如图11B的剖面图所示，采用凸透镜且不具有环绕基板的发光二极管装置11b。

此外，上述各实施例及各实施态样中，环绕基板为一低温共烧陶瓷(Lowtemperature co-fired ceramic，LTCC)，底部基板则为一氮化铝(AlN)，氮化铝是极少数同时具备高热传导系数及电绝缘性的非金属固体，属于一种良好的陶瓷基板材料。由于环绕基板与底部基板均采用陶瓷基板，散热性良好，且因发光二极管装置应用端的操作电流不高，故在散热方面不会产生任何问题。

此外，环绕基板上均设有供产线机台进行对位的对位孔，此对位孔可依产线机台特性进行设计，借此在发光二极管装置的制造组装将具有更良好的精准度。

再者，在本发明中，考量电极部在模块端的吃锡面积，本发明的发光二极管装置中，于现有制程制作允许的条件下将背面的电极部面积设计至最大，并将散热电极部及阳极部共用，借以促进发光二极管芯片的散热。

本发明的发光二极管芯片可依应用需求而采用垂直式芯片或水平式芯片。此外，发光二极管芯片的电极型式亦不限定，当发光二极管芯片的两电极分别位于底部时，每一发光二极管芯片的两电极可实质上与阳极部和相应的阴极部接触，借以达到电性连接；而当发光二极管芯片的两电极系分别位于顶部时，每一发光二极管芯片的两电极可分别透过打线而与阳极部和相应的阴极部电性连接。

对于微型投影系统来说，封装内芯片间距越小越好，为因应基板制程以及固晶机台所能达到的极限，本发明将电极部作新的设计，除了在基板制程方面不会有任何问题外，也可因应固晶机台的极限及机台的误差。此外对于元件品质来说，本发明的共阳极设计易于进行检测，无异提供了出货品质更可靠的保障。

若要将微型投影系统整合于手机中，微型投影系统体积至少要小于6cc，而总厚度则需小于7mm。此发光二极管装置封装的设计为配合芯片大小以及制程上的问题，并配合微型投影系统以薄为导向，将此基板设计至能容许以上问题的最小尺寸，宽度仅为3.6mm的设计，有利于投影系统微型化，未来在薄型化的手机及其他电子产品市场中将占有尺寸上的优势。

此款基板最大的特点就是固晶区的电极部设计。由于微型投影系统系以小屏幕作为基础，借以放大成像为大屏幕，因此微型投影系统内部可容许的缺陷量极低，而根据光展量(Etendue)的公式(Etendue＝A×Ω)可知，微型投影系统中的光源设计主要重点在于发光面积及发光角度。

为了使发光面积缩小，必须将发光二极管的芯片间距缩小，亦即芯片间距越小对于提升微型投影系统的效率越佳，是故本发明将固晶区设计为一个可容纳数颗发光二极管芯片的大面积阳极部(亦即共阳极)，而未直接地区分出数个阳极部。借此，在量产机台的能力允许范围内(机台的误差大约为±40μm)，便可将芯片间距大幅缩小(＜0.07mm)，可增加微型投影系统输出的效率，更能符合客户应用端的需求。本发明目前已将基板的功能区面积缩小至制程能力的极限，随着未来制程进步，势必能再将本发明的发光二极管装置尺寸再进一步缩小。

针对不同微型投影系统及其内部光路设计，本发明的发光二极管装置分别有单晶、两晶、三晶及四晶的封装形式，对于光路设计来说，可设计成三条、两条及一条光路，对微型投影系统的制造设计厂商而言，设计方案及材料选择较为多元，无需配合发光二极管装置的光路设计微型投影系统，而可以从微型投影系统的需求去寻找最适合的搭配组合。

再者，发光二极管芯片的颜色及发光二极管装置的封装可随需求而进行搭配，熟知本发明技术领域者可以轻易推及多种搭配方式，故发光二极管芯片的排列方式及颜色并不局限上述提供的实施例及态样，例如可为单晶+二晶、三个单晶等，借以配合微型投影系统的光源需求。而每一发光二极管装置的封装内芯片搭配或排列均随需求选择，搭配弹性高。

本发明的发光二极管装置的封装无须填胶，而是直接覆盖一片抗光折射玻璃，借以有效减少光的折射，使发光二极管装置成为一点光源而不是一面光源，维持原有的聚光效果；故可在量产时减少许多的成本及工时；此外，如果改为覆盖透镜，亦可同样采用内部不填胶的封装方式，以确保高可靠度。

承上段所述，本发明的发光二极管装置具有多种封装形式。因应现今微型投影系统尺寸上的要求，直接将二次光学的部分设计于封装上，使发光二极管装置除了是光源亦可直接进行光学设计。是故可搭配不同角度及形状的透镜，封装方式极具弹性，不同于过去发光二极管装置随客需封装而弹性较小，此对于微型投影系统的光学设计及制程上均能减少一道工夫。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种发光二极管装置，包含：

一底部基板；

一阳极部，设置于该底部基板上；

至少一阴极部，设置于该底部基板上；

至少两个发光二极管(light emitting diode,LED)芯片，设置于该阳极部上并与该阳极部及该至少一阴极部电性连接，该芯片彼此的间距为小于0.07mm；

一透光元件，覆盖于该底部基板上，以界定一空腔，该透光元件为一片状玻璃，该片状玻璃为一抗光折射玻璃；以及

至少一齐纳二极管(Zener diode)，设置于该阳极部上，并分别以引线与相邻的阴极部电性连接。

2.如权利要求1所述的发光二极管装置，更包含一环绕基板，该环绕基板具有一环绕部及一中空部，该透光元件是直接覆盖于该环绕基板上，以该中空部界定出该空腔。

3.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少两个LED芯片具有多个LED芯片，且该至少一阴极部具有多个阴极部，且所述LED芯片的数量与所述阴极部的数量相同，所述LED芯片是共同与该阳极部电性连接，且各LED芯片分别与各阴极部电性连接。

4.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，所述LED芯片为垂直式芯片或水平式芯片。

5.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少两个LED芯片为一红光LED芯片、一绿光LED芯片及一蓝光LED芯片其中之一。

6.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少两个LED芯片具有二个LED芯片，且该至少一阴极部具有二个阴极部，分别与该二个LED芯片电性连接。

7.如权利要求6所述的发光二极管装置，其特征在于，该二个LED芯片为一红光LED芯片及一绿光LED芯片、一红光LED芯片及一蓝光LED芯片，或一绿光LED芯片及一蓝光LED芯片。

8.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少两个LED芯片具有三个LED芯片，且该至少一阴极部具有三个阴极部，分别与该三个LED芯片电性连接。

9.如权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，该三个LED芯片为一红光LED芯片、一绿光LED芯片及一蓝光LED芯片。

10.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该至少两个LED芯片具有四个LED芯片，且该至少一阴极部具有四个阴极部，分别与该四个LED芯片电性连接。

11.如权利要求10所述的发光二极管装置，其特征在于，该四个LED芯片为一红光LED芯片、二绿光LED芯片及一蓝光LED芯片。

12.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该底部基板为一氮化铝(AlN)基板。

13.如权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该环绕基板为一低温共烧陶瓷基板(LTCC，Low Temperature Co-fired Ceramic)。