发光模块以及具有此发光模块的头灯的制作方法

本实用新型涉及一种发光模块以及一种头灯，尤其涉及一种包含透明层的发光模块以及具有此发光模块的头灯。

背景技术：

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种电致发光元件，主要是由磷化稼(Gap)、磷砷化锌(GaAsP)等半导体材料制成。由于发光二极管具有耗电量低、元件寿命长、反应时间短(fast response time)以及体积小等优点，因而高功率的发光二极管被广泛地应用在汽车头灯以及投影机投影灯等照明装置中。

一般而言，为了提高照明装置的对比度，在封装制程中会于发光二极管晶片/晶粒(CHIP/DIE)周围设置具有低透光度的反射层以提升光准直性。然而，此反射层容易令相邻的两个发光二极管之间形成暗区(Dark Zone)，而使得照明装置的发光均匀度不佳，同时也降低照明区域的清晰度。

技术实现要素：

针对上述不足，本实用新型的目的在于提供一种发光模块以及具有此发光模块的头灯，有助于消除相邻两个发光二极管之间的暗区以提升发光均匀度。

本实用新型为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种发光模块，其特征在于，包含：

一基板；

至少一半导体元件，设置于该基板上，该半导体元件包含有一顶面以及一第一侧面，且该半导体元件主要藉由该顶面射出具有一第一波长的一第一光线；

一透明层，包含有一第二侧面；以及

一光线转换层，该光线转换层包含有一第三侧面，该光线转换层吸收部分具有该第一波长的该第一光线且射出具有一第二波长的一第二光线，该光线转换层位于该半导体元件与该透明层之间，其中该第一侧面、该第二侧面以及该第三侧面实质上为共一平面。

作为本实用新型的进一步改进，该至少一半导体元件的数量为多个，该些半导体元件设置于该基板上且两两相邻。

作为本实用新型的进一步改进，该光线转换层具有多个间隙，该些半导体元件的侧边定义出该些间隙的位置与形状。

作为本实用新型的进一步改进，该透明层的厚度大于0.2厘米并且小于等于3.0厘米。

作为本实用新型的进一步改进，该透明层的厚度小于等于1.0厘米。

作为本实用新型的进一步改进，该透明层的折射率大于等于1并且小于等于3。

作为本实用新型的进一步改进，还包含一第一反射层，设置于该基板上，该第一反射层位于该第一侧面旁。

作为本实用新型的进一步改进，还包含一第二反射层，该第二反射层设置于该些半导体元件相邻的两个第四侧面之间。

作为本实用新型的进一步改进，还包含一第一反射层和一第二反射层，其中该第一反射层设置于该基板上并且位于该第一侧面旁，该第二反射层设置于该些半导体元件相邻的两个第四侧面之间，该第二反射层直接接合该光线转换层，且该第一反射层直接接合该透明层。

作为本实用新型的进一步改进，还包含一第一反射层和一第二反射层，其中该第一反射层设置于该基板上并且位于该第一侧面旁，该第二反射层设置于该些半导体元件相邻的两个第四侧面之间，该第一反射层和该第二反射层皆包含一本体和多个光反射粒子，该些光反射粒子分布于该本体内，该本体的材质为透光材料，并且该些光反射粒子的材质选自氧化钛、氧化硅、氮化硼及其组合所组成的群组中之一。

作为本实用新型的进一步改进，该至少一光线转换层朝相对于该共平面的方向延伸且突出于该半导体元件的该顶面。

一种包含上述发光模块的头灯。

本实用新型所公开的发光模块的半导体元件、光线转换层与透明层依序堆叠于基板上。藉由半导体元件的顶面射出光线，光线转换层将半导体元件所射出的光线转换成波长相异的另一光线。其中，半导体元件的侧面、透明层的侧面以及光线转换层的侧面实质上为共一平面。

本实用新型的有益效果为：光线转换层介于半导体元件与透明层之间，并且半导体元件的侧面、透明层的侧面以及光线转换层的侧面实质上为共一平面。藉此，当光线转换层出射的光线进入透明层时，透明层有助于将此光线进行混光(Mixed Light)，而能消除相邻的两个半导体元件之间的暗区，进而提升发光模块的发光均匀度以及照明区域的清晰度。此外，透明层亦有助于提升发光模块的光准直性，使得发光模块除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

上述是实用新型技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的发光模块的立体示意图；

图2为图1中的发光模块沿剖切线A-A剖切的剖切示意图；

图3为本实用新型第二实施例的发光模块的剖切示意图；

图4为本实用新型第三实施例的头灯的剖切示意图。

其中，附图标记：

1 发光模块

2 头灯

3 壳体

4 灯罩

10 基板

20 半导体元件

210、430、620 顶面

220、230、510、610 侧面

30、40 反射层

310、410 本体

320、420 光反射粒子

430 顶面

50 光线转换层

520 贴附面

60 透明层

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本实用新型的观点，但非以任何观点限制本实用新型的范畴。需注意的是，本文在提及X大于或小于N时，除非另有注明，否则X的数值并不包含N本身。

请同时参照图1和图2。图1为本实用新型第一实施例的发光模块的立体示意图。图2为图1中的发光模块沿剖切线A-A剖切的剖切示意图。

本实施例的发光模块1包含一基板10、多个半导体元件20、两个反射层30与40、一光线转换层50以及一透明层60。半导体元件20的数量并不以多个为限。在其他实施例中，半导体元件20的数量可以是单个。

基板10的材质例如但不限于是陶瓷材料，惟按使用于散热或是成本需求的相异性，基板10亦得由硅、铝或是其他得以提供晶片承载的用的金属、非金属的材料所组成。

半导体元件20例如但不限于是透过覆晶技术(又称倒晶封装法，Flip Chip)连接于基板10的一二极管发光晶片(LED DIE)。这些半导体元件20皆设置于基板10上且两两相邻。每一半导体元件20具有一顶面210以及两个侧面(lateral side)，且半导体元件20主要藉由顶面210射出一光线。也就是说，顶面210具有较大的出光量。

如图2所示，反射层30形成于基板10的表面且围绕并形成有一空间以供半导体元件20、反射层30、反射层40、光线转换层50以及透明层60容置于其中。详细来说，反射层30包含一本体310和多个光反射粒子320，并且光反射粒子320分布于本体310内。反射层30的本体310设置于基板10上并且环绕这些半导体元件20。而上述多颗半导体元件20当中，有部份半导体元件20与反射层30相邻近，并且这些半导体元件20面对且接触反射层30的侧面被定义为侧面220。反射层30的本体310设置于侧面220。任两个相邻的半导体元件20的这些侧面220皆不互相面对。其中，反射层30除了避免发光模块1的侧边产生漏光，亦帮助使半导体元件20产生的光朝顶面210的方向射出。

反射层40设置于相邻两个半导体元件20的两个侧面间。详细来说，如图2所示，反射层40包含一本体410和多个光反射粒子420，并且光反射粒子420分布于本体410内。半导体元件20的侧面230面对相邻的其他半导体元件20的侧面230。而相互面对的两个侧面230间具有一间隙，反射层40位于相面对的两个侧面230之间的间隙中，并且反射层40的本体410可布满此间隙。以本实施例为举例来说，本实施例中半导体元件20为矩形，故每一半导体元件20至多具有面对相邻的多个半导体元件20的四侧面230，而任两相邻的半导体元件20之间则设有反射层40。反射层40有助于进一步使半导体元件20产生的光线尽可能地朝反射层40的顶面430射出，以提升发光模块1的光准直性。

上述反射层30与反射层40的本体310和410的材质例如但不限于是透光材料，并且光反射粒子320和420的材质例如但不限于是选自氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)及其组合所组成的群组中之一，如此，反射层30与反射层40系介于半透明与不透明之间。

光线转换层50的材质例如但不限于是萤光材料(Fluorescent Material)或磷光材料(Phosphorescent Material)。光线转换层50设置于这些半导体元件20的顶面210，并且反射层40面对光线转换层50的一顶面430直接接合光线转换层50。换句话说，光线转换层50完全覆盖所有半导体元件20的顶面210以及反射层40的顶面430。光线转换层50适于吸收部分来自半导体元件20的光线并且射出另一光线，并且自光线转换层50射出的光线的波长和自半导体元件20射出的光线的波长相异。进一步来说，前述自半导体元件20射出的光线得相对于一处于可视光区间的波段，惟其不以此为限，此波长亦得相对于如红外线或是紫外线等非可视光区间的波段。举例来说，本实施例中的半导体元件20可出射具有蓝光波长的光线，并且此光线经过光线转换层50后射出具有黄光及蓝光波长的光线(如图2中虚线箭头所示)而混合成白光。另外，在本实施例中，光线转换层50贴附于半导体元件20并且不完全包覆半导体元件20，即光线转换层50未覆盖半导体元件20的侧面220和侧面230，而能减少杂散光产生。

透明层60的材质例如但不限于是玻璃、蓝宝石水晶玻璃(Sapphire Crystal Glass)、硅胶或可透光陶瓷材料。透明层60设置于光线转换层50，并且光线转换层50介于半导体元件20与透明层60之间。反射层30可围绕并直接接合透明层60。值得注意的是，于本实施例中，在可允许一定制作误差的情况下，半导体元件20的侧面220、光线转换层50面对反射层30的一侧面510以及透明层60面对反射层30的一侧面610实质上(substantially)为共一平面(coplanar)。详细来说，侧面220、侧面510以及侧面610为共一垂直平面(vertical coplanar)。其中，当半导体元件20所发出大角度的光照射至透明层60的侧面610时，由于侧面610与反射层30的边界为垂直平面，因此可将此大角度的光朝透明层60的顶面620射出，而增加了发光模块1的正向光，也就是提升了发光模块1发光时的准直性。另外，透过光线在透明层60中的行进，透明层60将形成亮区，藉此，可消除相邻两个半导体元件20之间的暗区。

在一实施例中，当透明层60的折射率大于等于1并且小于等于3且透明层60的厚度在大于0.2厘米(millimeters)时，其准直效果较佳。而权衡光效及准直的效果，前述透明层60的厚度建议小于等于3.0厘米。亦即透明层60的厚度建议为大于0.2厘米并且小于等于3.0厘米。而较佳地，透明层60的厚度建议处于大于0.2并且小于等于1.0厘米。藉此，透明层60的折射率以及厚度较为合适，而能于进行混光同时提升发光模块1的光准直性。

在另一实施例中，当透明层60折射率大于等于1并且小于等于3时，可避免入射至透明层60的光线的折射角过大而影响发光模块1的光准直性。另外，当透明层60厚度大于0.2厘米时，透明层60能提供足够长度的光路径使出射光进行混光，可避免因混光效果不佳而导致消除暗区效果不佳的问题发生。再者，由于光线进入透明层60时会产生一次折射并且自透明层60出射时会再产生另一次折射，故当透明层60厚度小于等于3.0厘米时，可避免光线于入射至透明层60前的行进路径和出射透明层60后的行进路径产生过大水平偏移量，进而防止透明层60过度降低发光模块1的光准直性。当透明层60厚度小于等于1.0厘米时，能较佳地平衡消除暗区效果和光准直性。因此，透过适当配置透明层60的厚度和折射率，能使发光模块1除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

又一实施例中，透明层60背对半导体元件20的顶面620可具有一抗反射结构(Anti-reflective Structure)，而有助于避免出射光在通过顶面620时产生光反射而导致能量损失。举例来说，抗反射结构可以是多个呈规则排列的微米级尺寸锥状柱，其能产生渐变折射率(Graded Index)，使光线在通过顶面620时会因为折射率变化较为和缓而减少光反射现象。藉此，有助于提升发光模块1的光取出效率。

再者，在本实施例中，半导体元件20的厚度可以是0.030～0.250厘米或是为相对应于功率为1W的发光二极管晶粒。光线转换层50的厚度可以是0.030～0.30厘米，并且反射层30厚度和基板10厚度的总和可以是0.30～1.50厘米。藉此，本实用新型的发光模块1适合应用于汽车头灯以及投影机投影灯等需要高照度的照明装置。

综上所述，光线转换层50介于半导体元件20与透明层60之间，并且侧面220、侧面510以及侧面610实质上为共一平面。藉此，透明层60有助于将自光线转换层50射出的光线进行混光，而能消除相邻的两个半导体元件20之间的暗区，进而提升发光模块1的发光均匀度以及照明区域的清晰度。此外，透明层60亦有助于提升发光模块1的光准直性，使得发光模块1除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

在第一实施例中，光线转换层覆盖所有半导体元件的顶面以及位于相邻两个半导体元件之间的反射层的顶面，但本实用新型并不以此为限。请参照图3，为根据本实用新型第二实施例的发光模块的剖切示意图。由于本实施例与第一实施例相似，故以下仅就相异处进行说明。

在本实施例中，发光模块1包含多个光线转换层50。这些光线转换层50分别设置于这些半导体元件20的顶面210。相邻的光线转换层50之间具有多个间隙，且这些半导体元件20的侧边(Side Edge)定义出这些间隙的位置与形状。举例来说，当半导体元件为矩形时，每一半导体元件的四侧边相互垂直，每一光线转换层50的形状同样为矩形，并且光线转换层50之间的多个间隙同样以矩形方式排列。藉此，多个光线转换层50对应多个半导体元件20的设置方式有助于减少出射光的发散角度，而提升发光模块1的光准直性。进一步来说，半导体元件20发出的光线于配置有光线转换层50的区域才会被转换成波长相异的出射光射出发光模块1。举例来说，当半导体元件20发出的光线波长为非可见光波段并且光线转换层50能将光线波长转换为可见光波段时，此种光线转换层50的配置有助于令可见光波段的出射光大部分都位于所需要的照明区域，而使发光模块1具有良好光准直性。

此外，如图3所示，光线转换层50向内侧延伸并突出于半导体元件20的顶面210。也就是说，光线转换层50贴附于顶面210的一贴附面520的面积可大于顶面210的面积。藉此，有助于使光线转换层50接收更多半导体元件20出射的光线，而能提升发光模块1的发光强度。

上述各实施例中的发光模块适于应用于头灯。请参照图4，为根据本实用新型第三实施例的头灯的剖切示意图。

在本实施例中，头灯2包含上述任一实施例中所提及的发光模块1。此外，头灯2还可以进一步包含一壳体3和一灯罩4。发光模块1设置于壳体3的一容置槽内。灯罩4设置于壳体3，而有助于保护发光模块1以避免受到水气或油气损害。

综上所述，本实用新型所公开的发光模块以及头灯中，光线转换层介于半导体元件与透明层之间，并且半导体元件的侧面、光线转换层的侧面以及透明层的侧面实质上为共一平面。藉此，当光线转换层发射出的光线进入透明层时，透明层有助于将此光线进行混光，而能消除相邻的两个半导体元件之间的暗区，进而提升发光模块的发光均匀度以及照明区域的清晰度。另外，透明层亦有助于提升发光模块的光准直性，使得发光模块除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

此外，透明层的厚度大于0.2厘米并且小于等于3.0厘米，以及透明层的折射率大于等于1并且小于等于3。藉此，透明层的折射率和厚度较为合适，而能于进行混光同时提升发光模块的光准直性，令发光模块除了能消除暗区之外，还同时兼具良好光准直性的功效。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故采用与本实用新型上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他发光模块及其头灯，均在本实用新型的保护范围之内。