发光元件以及发光模块的制作方法

本实用新型有关于一种光学元件以及光学模块，特别是有关于一种发光元件以及发光模块。

背景技术：

随着光学以及半导体元件等技术的发展，例如是发光二极管(light-emittingdiode,led)的固态照明元件已经充分的应用在照明装置、显示装置中。由于固态照明元件不断往体积小、能量转换效率高、寿命长的方向发展，在体积较薄的例如是液晶屏幕的显示装置中，固态照明元件一样可以作为适当的背光(backlight)。

然而，由于固态照明元件的体积不断降低，分布密度不断提升，一个连接多个固态照明元件的电路板上所需配置的电路密度也随之提升，而高精度的电路板也会导致良率降低、成本提高，更甚至会产生散热、杂讯等问题需要解决。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提出一种发光元件，其包括承载基板以及发光单元。承载基板具有一承载面。发光单元位于承载基板上并提供发光顶面。发光单元包括发光晶片以及透光胶体。发光晶片配置于承载面，透光胶体配置于承载面并覆盖发光晶片。发光顶面位于透光胶体，发光晶片位于发光顶面以及承载面之间。透光胶体含多个粗糙侧面，这些粗糙侧面各自连接于发光顶面以及承载面之间。这些粗糙侧面的平均粗糙度(arithmeticaverageroughness,ra)大于发光顶面的平均粗糙度ra。发光顶面的最长边长为一第一宽度。在平行于发光顶面的法线方向上，透光胶体具有一第一高度。第一高度对第一宽度的比值落在0.27至0.5的范围。

在本实用新型的一实施例中，在平行于上述的发光顶面的最长边长的方向上，发光晶片的长度为一第二宽度，且第二宽度对第一宽度的比值落在0.16至0.22的范围。

在本实用新型的一实施例中，上述的发光单元的形状为立方体，且发光顶面的形状为矩形。

本实用新型的实施例提出一种发光元件，其包括一承载基板以及一发光单元。承载基板具有一承载面。发光单元位于承载基板上并提供一发光顶面。发光单元包括一发光晶片以及一透光胶体。发光晶片配置于承载面。透光胶体配置于承载面并覆盖发光晶片，且发光顶面位于透光胶体，发光晶片位于发光顶面以及承载面之间。透光胶体含多个粗糙侧面各自连接于发光顶面以及承载面之间，其中这些粗糙侧面的平均粗糙度ra大于发光顶面的平均粗糙度ra。发光晶片的上表面具有一第一长边，第一长边沿着一第一方向延伸，且发光顶面具有沿着一第二方向延伸的一第二长边，且第一方向垂直于第二方向。第二长边的长度为一第一宽度。在平行于发光顶面的法线方向上，透光胶体具有一第一高度，且第一高度对第一宽度的比值落在0.27至0.5的范围。

本实用新型的实施例提出一种发光模块，其包括电路板以及多个发光元件。电路板提供电性连接面。这些发光元件配置于电性连接面。每个发光元件包括承载基板以及发光单元。承载基板具有一承载面。一发光单元位于承载基板上并提供一发光顶面。发光单元包括发光晶片以及透光胶体。发光晶片配置于承载面。透光胶体配置于承载面并覆盖发光晶片，且发光顶面位于透光胶体。发光晶片位于发光顶面以及承载面之间，且透光胶体含多个粗糙侧面各自连接于发光顶面以及承载面之间，其中这些粗糙侧面的平均粗糙度ra大于发光顶面的平均粗糙度ra。发光顶面的最长边长为一第一宽度。在平行于发光顶面的法线方向上，透光胶体具有一第一高度。第一高度对第一宽度的比值落在0.27至0.5的范围。

在本实用新型的一实施例中，在平行于上述的最长边长的方向上，发光晶片的长度为一第二宽度，且第二宽度对第一宽度的比值落在0.16至0.22的范围。

在本实用新型的一实施例中，上述的发光晶片发蓝光。

在本实用新型的一实施例中，上述的发光单元的形状为立方体，且发光顶面的形状为矩形。

本实用新型提出一种发光模块，其包括电路板以及多个发光元件。电路板提供电性连接面，且这些发光元件配置于电性连接面。每个发光元件包括承载基板以及发光单元。承载基板具有承载面，发光单元位于承载基板上并提供一发光顶面。发光单元包括发光晶片以及透光胶体。发光晶片配置于承载面，透光胶体配置于承载面并覆盖发光晶片，发光晶片位于发光顶面以及承载面之间，且发光顶面位于透光胶体。发光晶片的上表面具有一第一长边，第一长边沿着一第一方向延伸；发光顶面具有沿着一第二方向延伸的一第二长边，第一方向垂直于第二方向。第二长边的长度为一第一宽度。在平行于发光顶面的法线方向上，发光单元具有一第一高度，且第一高度对第一宽度的比值落在0.27至0.5的范围。且透光胶体含多个粗糙侧面各自连接于发光顶面以及承载面之间，其中这些粗糙侧面的平均粗糙度ra大于发光顶面的平均粗糙度ra。

在本实用新型的一实施例中，上述的发光晶片发蓝光。

在本实用新型的一实施例中，上述的发光单元包括第一反射层以及第二反射层。第一反射层配置于发光晶片邻近发光顶面的一侧。第二反射层配置于发光晶片远离发光顶面的另一侧。第一反射层的反射率小于第二反射层的反射率，且第一反射层的厚度大于等于第二反射层的厚度的0.55倍。

由上述可知，本实用新型的实施例发光元件所发出的光具有较佳的出光角度。本实用新型实施例的发光模块所发出的光可以更有效的透过多个发光元件提供一面光源。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例中发光元件的立体示意图；

图2是本实用新型的一实施例中发光元件的俯视示意图；

图3是根据图2中割面线3所绘的剖面示意图；

图4是本实用新型另一实施例的发光元件的俯视示意图；

图5是根据图4中割面线5所绘的剖面示意图；

图6是本实用新型一些实施例中发光元件的正规化光强度的角度分布图；

图7是本实用新型一实施例中发光模块的立体爆炸示意图；

图8是上述实施例中发光模块的局部剖面示意图；

图9是本实用新型的一实施例中发光元件的剖面示意图；

图10是本实用新型一些实施例中发光元件的正规化光强度的角度分布图。

【符号说明】

a1：光轴

b1：正规化光强度分布线

b2：正规化光强度分布线

b3：正规化光强度分布线

b4：正规化光强度分布线

b5：正规化光强度分布线

b6：正规化光强度分布线

b7：正规化光强度分布线

d1：第一方向

d2：第二方向

dn：法线方向

h1：第一高度

h2：第一高度

h3、h4：厚度

l：光

l1：光

l2：光

od：光学距离

p：间距

s1：最长边长

s2：第一长边

s3：第二长边

w1：第一宽度

w2：第二宽度

w3：第一宽度

w5：第二宽度

w6：第三宽度

50：连接垫

51：连接垫

52：接线

53：接线

100：发光元件

100a：发光元件

110：承载基板

111：承载面

120：发光单元

120a：发光单元

121：发光顶面

122：发光晶片

123a：粗糙侧面

123b：粗糙侧面

123c：粗糙侧面

123d：粗糙侧面

124：透光胶体

125：第一反射层

126：第二反射层

224：透光胶体

200：发光元件

210：承载基板

211：承载面

220：发光单元

221：发光顶面

222：发光晶片

223a：粗糙侧面

223b：粗糙侧面

223c：粗糙侧面

223d：粗糙侧面

224：透光胶体

300：显示装置

310：液晶面板

311：显示表面

320：波长转换膜

330：发光模块

332：电路板

340：阻隔膜

350：阻隔膜

具体实施方式

本实用新型实施例中的发光元件适于应用在发光模块中。具体而言，本实用新型实施例的发光元件适于应用在例如是背光模块的发光模块。本实用新型实施例中的发光模块适于应用在显示装置中。具体而言，本实用新型实施例中的发光模块适于在显示装置作为背光模块。

图1是本实用新型的一实施例中发光元件的立体示意图，其中为了清楚表示各元件及元件之间的相对位置，图1以及以下附图中透光物体之上的元件以及透光物体以及以下的附图均以实线绘示。请参照图1，在本实用新型的实施例中，发光元件100包括承载基板110以及发光单元120，发光单元120配置于承载基板110上。承载基板110具有一承载面111，发光单元120提供发光顶面121。

本实施例的发光单元120包括发光晶片122以及透光胶体124。发光晶片122配置于承载基板110的承载面111上，透光胶体124配置于承载基板110的承载面111并覆盖发光晶片122。发光顶面121位于透光胶体124，发光晶片122位于发光顶面121以及承载面111之间。

举例而言，透光胶体124的材质例如包括硅胶。本实施例的透光胶体124还包括被发光顶面121连接的多个粗糙侧面123a、123b，且这些粗糙侧面123a、123b各自连接在发光顶面121以及承载面111之间。举例而言，发光晶片122发出的光是蓝光。另一方面，承载基板110的承载面111上还包括连接垫50以及连接垫51，且发光晶片122可以各自透过接线52以及接线53电性连接至连接垫50以及连接垫51，其中接线52和接线53含有金属材料。

需要特别说明的是，此处所参照的附图中省略绘示了粗糙侧面123a、123b上的粗糙微结构，借以清楚标示各元件的相对位置，其并非用以限定本实用新型中粗糙侧面123a、123b。举例而言，透光胶体124的制作方法的步骤包括：由一模具在多个发光晶片122上制作透光胶层；切割此透光胶层来形成多个透光胶体124，且每个透光胶体124覆盖这些发光晶片122的其中之一。透光胶体124上的发光顶面121是由模具提供的平面制作而成，因此透过切割形成的粗糙侧面123a、123b的粗糙度会大于发光顶面121的粗糙度。进一步而言，在本实施例中，这些粗糙侧面123a、123b的平均粗糙度(arithmeticaverageroughness,ra)大于发光顶面121的平均粗糙度ra。

举例而言，本实施例的发光顶面121例如是利用表面的平均粗糙度ra小于等于0.08的模具来压模而成，因此透光胶体124的发光顶面121可以具有相较于粗糙侧面123a、123b较平滑的表面。

图2是本实用新型的一实施例中发光元件的俯视示意图，且图2是朝向发光顶面121观察发光单元120的示意图。请参照图2，本实施例的透光胶体124包括多个粗糙侧面123a、123b以及相对的粗糙侧面123c、123d。发光顶面121的最长边长s1为第一宽度w1。

图3是根据图2中割面线3所绘的剖面示意图。请参照图3，本实施例的发光顶面121为平面，且在发光顶面121的法线方向dn上，透光胶体124具有一第一高度h1。在本实施例中，第一高度h1对第一宽度w1的比值落在0.27至0.5的范围。

举例而言，在本实施例中，透光胶体124的第一高度h1为350微米，且发光顶面121的最长边长s1的第一宽度w1为1300微米，两者的比值为0.27，则本实施例的发光元件100透过此透光胶体124可以让发光晶片122所发出的光l以较佳的角度发出。举例而言，一光轴a1通过发光顶面121的中间且平行于发光顶面121的法线方向dn，发光元件100所发出的光l中，沿着和光轴a1夹50度的方向的光l2的强度大于等于沿着光轴a1发出的光l1的强度。

换句话说，本实施例的发光元件100发出的光具有较大的发散角(divergence)，可以提供大角度的照明范围。

在本实施例中，发光晶片122可以是发光二极管晶片，例如提供蓝光的发光二极管晶片。

在本实施例中，上述的发光单元120的形状为立方体，且发光顶面121的形状为矩形。举例而言，请参照图2，本实施例的发光顶面121的形状为正方形，四周具有相同的边长，其长度实质上都是第一宽度w1，但本实用新型并不限于此。在其他实施例中，发光顶面121的形状可以是长方形或其他形状。

请参照图2，在本实施例中，平行于发光顶面121的最长边长s1的方向上，发光晶片122的长度为一第二宽度w2，且第二宽度w2对第一宽度w1的比值落在0.16至0.22的范围。举例而言，在本实施例中，发光晶片122的第二宽度w2是发光晶片122的最小宽度，且第二宽度w2为9密耳(mil)，等同于228.6微米，发光顶面121的最长边长s1的第一宽度w1为1300微米，因此，第二宽度w2和第一宽度w1的比值大约为0.17。透过透光胶体124，本实施例的发光元件100可以提供具有足够发散角的光l。

换句话说，由于发光元件100发光时，在正视发光元件100的发光顶面121时，亮度最高的区域会环绕发光顶面121中央，因此发光元件100发出的光具有足够的发散角，可以照射更大的区域。

图4是本实用新型另一实施例的发光元件的俯视示意图，图5是根据图4中割面线5所绘的剖面示意图。请参照图4，本实施例的发光元件200类似上述实施例的发光元件100。发光元件200包括承载基板210(绘示于图5)以及发光单元220。承载基板210具有承载面211(绘示于图5)。发光单元220提供发光顶面221。发光单元220包括发光晶片222以及透光胶体224。上述元件的详细说明在此不再赘述。

在本实施例中，发光晶片222的上表面225具有一第一长边s2，第一长边s2沿着第一方向d1延伸，且发光顶面221具有沿着第二方向d2延伸的一第二长边s3，且第一方向d1垂直于第二方向d2。换句话说，发光顶面221的第二长边s3和发光晶片222的上表面225的第一长边s2沿着不同方向延伸。

请参照图4，在本实施例中，发光顶面221的形状为正方形，第一长边s2的长度实质上与其他边的长度相同，但本实用新型并不限于此。在本实用新型的其他实施例中，发光顶面221的形状为长方形且具有一短边，且此短边的延伸方向和发光晶片222的上表面225的第一长边s2的延伸方向平行。

请参照图5，发光顶面221的第二长边s3(绘示于图4)的长度为第一宽度w3。本实施例的透光胶体224具有第一高度h2，且第一高度h2对第一宽度w3的比值落在0.27至0.5的范围。举例而言，在本实施例中，透光胶体224的第一高度h1为550微米，且发光顶面221的第二长边s3(绘示于图4)的第一宽度w3为1300微米，两者的比值为0.42，则本实施例的发光元件200透过此透光胶体224可以让发光晶片222所发出的光以较佳的角度发出。

另一方面，请参照图4，透光胶体224的这些粗糙侧面223a、223b、223c、223d的平均粗糙度ra大于发光顶面221的平均粗糙度，更可以调整让发光晶片222所发出的光以较佳的角度发出。

举例而言，在本实施例中，发光晶片222的短边具有第二宽度w5，长边具有第三宽度w6。发光晶片222的长边和第一长边s2的延伸方向一样与第一方向d1平行。发光晶片222的第二宽度w5例如为11密耳，等同于279.4微米，第三宽度w6例如为28密耳，等同于711.2微米。在第二方向d2上，第二宽度w5和长度为1300微米的第一宽度的比值大约为0.21，落在0.16至0.22的范围。搭配这些粗糙侧面223a、223b、223c、223d的平均粗糙度ra大于发光顶面221的平均粗糙度，更可以调整让发光晶片222所发出的光以较佳的角度发出。

举例而言，在本实用新型其他实施例的发光元件中，当发光顶面的最长边长或第二长边为1300微米时，透光胶体的第一高度可以落在350微米至550微米的范围，且封装胶体具有多个粗糙侧面以及相对光滑的发光顶面，因此发光元件可以以较佳的出光角度发光。

图6是本实用新型一些实施例中发光元件的正规化光强度的角度分布图。请参照图6，其中纵轴为正规化后的强度分布图，横轴为发光元件的发光角度。以上述实施例的发光元件100的元件符号且发光晶片122是使用蓝光发光二极管晶片为例，正规化光强度分布线b1为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.27时的光强度分布图；正规化光强度分布线b2为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.31时的光强度分布图；正规化光强度分布线b3为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.35时的光强度分布图；正规化光强度分布线b4为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.38时的光强度分布图；正规化光强度分布线b5为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.42时的光强度分布图。由图6可以看出，在上述比值范围内，发光元件100的光强度分布都可以具有较大的发散角。

由于发光元件100可以提供大范围的照射角度，因此应用于发光模块上，不但可以减少发光模块使用的发光元件颗数，又能助于发光模块达到均光的效果。如图7所示，是本实用新型一实施例中发光模块的立体爆炸示意图，图8是上述实施例中发光模块的局部剖面示意图。在附加附图中，为了清楚起见，放大了元件、层、膜、面板、区域等厚度。在本说明书中，相同的图标标示相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上与另一元件连接，或者可以存在中间元件。相对而言，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”可为二元件间存在其他元件。

请参照图7，在本实用新型的一实施例中，显示装置300包括液晶面板310、波长转换膜320以及发光模块330。在本实施例中，波长转换膜320配置在液晶面板310以及发光模块330之间。

发光模块330搭配波长转换膜320提供一背光至液晶面板310。举例而言，发光模块330中发光元件100发出蓝色光，波长转换膜320包括波长转换物质，例如含有红色和绿色的量子点(quantumdots)吸收部分来自发光模块330的蓝色光而产生红光与绿光，再与部分蓝光混合成白色光，借此提供一白色背光至液晶面板310。本实用新型并不限于此，在本实用新型的其他实施例中，波长转换物质可为荧光粉，例如含有红色和绿色荧光粉，甚至是荧光粉或量子点混合。再者，波长转换膜320上、下表面可设有阻隔膜(barrierlayer)340和350，以使波长转换膜320具有较好的抗水氧性能。

在本实施例中，发光模块330包括一电路板332以及多个上述实施例中的发光元件100，详细元件说明与上述相同，此处不再赘述。液晶面板310透过液晶形成多个像素光阀来在显示表面311形成影像。

请参照图8，本实施例的发光模块330具有多个上述实施例中的发光元件100设置于电路板332上，由于发光元件100的光强度分布具有较大的发散角，因此这些发光元件100之间的间距p可以比较大，例如落在20毫米至22毫米的范围，亦即发光模块所需使用的发光元件数量可以降低，发光元件100于电路板332的分布密度较低，也因此发光模块330中的线路分布的密度也可以降低。

另一方面，由于发光元件100的发散角够大，因此当这些发光元件之间的间距落在20毫米至22毫米的范围时，发光元件100之间的间距p与发光元件100至阻隔膜340之间的光学距离od(opticaldistance)比例(p/od)落在1.6～2.2的范围。换句话说，这些发光元件100可以以较低密度的方式分布，同时也不会增加光学距离od，不会增加显示装置300的整体厚度。

图9是本实用新型的另一实施例中发光元件的剖面示意图。请参照图9，本实施例的发光元件100a类似于上述实施例的发光元件100，其包括承载基板110、发光晶片122与透光胶体124，其中透光胶体124具有一第一高度h1，发光顶面121具有一第一宽度w1，第一高度h1对第一宽度w1的比值落在0.27至0.5的范围。于发光元件100不同的是，发光元件100a还包括第一反射层125以及第二反射层126，其中第一反射层125配置于发光晶片122邻近发光顶面121的一侧，第二反射层126配置于发光晶片122远离发光顶面121的另一侧。

在本实施例中，第一反射层125的厚度h3对第二反射层126的厚度h4的比值大于等于0.55，且第二反射层126的反射率也大于第一反射层125的反射率。由于发光晶片122位于第一反射层125与第二反射层126之间，且第一反射层125和第二反射层126的反射率不同，因此本实施例的发光元件100a所发出的光可以具有较大的发散角，可以具有良好的光型。

换句话说，由于发光元件100a发光时，在正视发光元件100a的发光顶面121时，亮度最高的区域会环绕于发光顶面121中央，因此发光元件100发出的光具有足够的发散角，可以照射更大的区域。

图10是本实用新型一些实施例中发光元件的正规化光强度分布图。请参照图10，其中纵轴为正规化后的强度分布图，横轴为发光元件的发光角度。其中，发光元件100和发光元件100a的发光晶片122都是使用蓝光发光二极管晶片。

以上述实施例的发光元件100的元件符号为例，正规化光强度分布线b1、b2、b4、b5各自为发光元件100中透光胶体124的第一高度h1和发光顶面121的最长边长w1的比值为0.27、0.31、0.38以及0.42时的光强度分布图。同时，以上述另一实施例图9的发光元件100a的元件符号为例，正规化光强度分布线b6为第二反射层126的反射率和第一反射层125的反射率的比值为1时的光强度分布图：正规化光强度分布线b7为第一反射层125的反射率和第二反射层126的反射率的比值为0.55时的光强度分布图。

由图10可知，当发光元件100a中发光晶片122配置于第一反射层125以及第二反射层126之间时，发光表面121上位于中央区域的亮度可以进一步降低，亮度最强的区域发生于中央区域的两侧，可再增加发光元件的发光张角，以符合不同的照明需求。

综上所述，本实用新型实施例中的发光元件所发出的光具有较大的发散角，可以在较近的表面照明较大的区域。本实用新型实施例中的发光模块包含多个上述的发光元件，由于发光元件提供大范围的照射角度，因此应用于发光模块上，不但减少发光模块使用的发光元件颗数，又能助于发光模块达到均光的效果，发光模块中也不需要进一步增加线路的复杂度。