TWI708408B - 光源裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明光源裝置包含基板、發光晶片、透光封膠，以及頂蓋。基板具有承載面。發光晶片設置於承載面上。透光封膠覆蓋發光晶片並位於承載面上。透光封膠具有出光面位於發光晶片之側面外。頂蓋覆蓋於透光封膠背對於基板之一側，以與基板共同夾持透光封膠，且出光面立於基板及頂蓋之間。頂蓋的反射率大於頂蓋的透光率，且頂蓋的透光率大於0.1%。

Description

光源裝置
本發明係關於一種光源裝置；具體而言，本發明係關於一種可用於顯示裝置的光源裝置。
現有顯示裝置中，使用發光二極體單元的背光模組主要有側入式光源以及直下式光源設計。由於直下式光源可滿足局部調光(local dimming)的需求，愈來愈多的顯示裝置採用直下式光源設計的背光模組。一般而言，顯示裝置的背光模組中，發光二極體單元至最接近之光學膜片的光學距離(Optical Distance,OD)須保持一定差距，以避免如亮點的情形產生。發光二極體晶片封裝成發光二極體單元時，要先進行一次光學設計，以調整發光二極體單元的出光角度、光強、光通量大小、光強分佈、色溫的範圍與分佈。發光二極體晶片產生的光線經封裝結構出光後尚需配合發光二極體單元外的透鏡達到二次光學設計，再利用外部的光學膜片調整出光分布以達成產品所需的出光效果。然而，現有光學距離上的限制將影響顯示裝置應用於更薄型的設計。因此，現有背光模組的結構仍有待改進。
本發明之一目的在於提供一種光源裝置，可減少正向光的相對亮度。
光源裝置包含基板、發光晶片、透光封膠，以及頂蓋。基板具有承載面。發光晶片設置於承載面上。透光封膠覆蓋發光晶片並位於承載面上。透光封膠具有出光面位於發光晶片之側面外。頂蓋覆蓋於透光封膠背對於基板之一側，以與基板共同夾持透光封膠，且出光面立於基板及頂蓋之間。頂蓋的反射率大於頂蓋的透光率，且頂蓋的透光率大於0.1%。
10‧‧‧光源裝置
100‧‧‧基板
102‧‧‧承載面
104‧‧‧側邊端面
110‧‧‧發光晶片
112‧‧‧頂面
114‧‧‧側面
120‧‧‧透光封膠
122‧‧‧出光面
129‧‧‧凹陷區域
130‧‧‧頂蓋
131‧‧‧外表面
132‧‧‧內表面
134‧‧‧側邊端面
d1‧‧‧最大截面寬度
d2,d3,d4‧‧‧厚度
a‧‧‧長度
s‧‧‧方向
w‧‧‧寬度
圖1A為本發明光源裝置之一實施例立體圖。
圖1B為對應圖1A的剖視圖。
圖2為光源裝置另一實施例剖視圖。
圖3A為光源裝置另一實施例立體圖。
圖3B為對應圖3A的剖視圖。
圖4為透光封膠於不同厚度範圍下的亮度分布圖。
圖5為光源裝置之一實施例上視圖。
圖6為光源裝置另一實施例剖視圖。
圖7A,7B為單一發光晶片與基板設置位置關係的示意圖。
圖8A,8B,8C,8D,8E,8F為多個發光晶片與基板設置位置關係的示意圖。
圖9為光源裝置的亮度分布圖。
本發明係提供一種光源裝置，藉由發光晶片封裝結構的改良 減少正向光的相對亮度。前述之正向係指平行正視角的方向，在圖1A所繪示本發明的光源裝置10中，正向為垂直頂蓋130外表面131的方向s。光源裝置例如為發光二極體單元，其可用於顯示裝置。如圖1A所示之光源裝置10的立體圖，光源裝置10包含基板100、發光晶片110、透光封膠120，以及頂蓋130。基板100具有承載面102，發光晶片110設置於承載面102上。發光晶片110例如為發光二極體晶片。承載面102上有透光封膠120，透光封膠120例如為填充有螢光粉、磷光粉、或量子點等波長轉換材料的可透光膠體。如圖1A所示，透光封膠120覆蓋發光晶片110並位於承載面102上。透光封膠120還可覆蓋未被發光晶片110所覆蓋的承載面102上。透光封膠120具有出光面122位於發光晶片110之側面114外。頂蓋130覆蓋於透光封膠120背對於基板100之一側，以與基板100共同夾持透光封膠120。
圖1B為對應圖1A中沿A-A’方向的剖視圖。如圖1B所示，透光封膠120位在基板100與頂蓋130之間，且出光面122立於基板100及頂蓋130之間。出光面122係可環繞發光晶片110。如圖1A及圖1B所示，透光封膠120分布於基板100與頂蓋130間的空間中，並覆蓋發光晶片110。於一實施例中，發光晶片110可具有朝向頂蓋130的頂面112以及朝向出光面122的側面114。部分透光封膠120例如填充於發光晶片110之頂面112及頂蓋130之間，其他部分透光封膠120例如填充於發光晶片110之頂面112於承載面102的垂直投影範圍以外的區域，並介於基板100與頂蓋130之間。在圖1A及圖1B的實施例中，位於發光晶片110之頂面112及頂蓋130之間的透光封膠120例如係填滿頂面112至頂蓋130間的空間，即自頂面112到頂蓋130內表面132間都填充有透光封膠120。
頂蓋130例如為模塑樹脂(Molding plastic)，其具有部份反射 及部份透光的特性。具體而言，頂蓋130的反射率大於頂蓋130的透光率，且頂蓋130的透光率大於0.1%。前述透光率係指光源裝置10自頂蓋130射出的光線量與自光源裝置10內部抵達頂蓋130的光線量之比率。藉此設計，自發光晶片110產生的光線中，除了朝出光面122出光的部分外，朝頂蓋130的光線經透光封膠120後大多數為頂蓋130所反射，少數的光線則從頂蓋130出光。藉此設計可有效降低正向光線的相對亮度，且可縮短光學距離，減少背光模組整體之厚度。如此一來可避免光線過於集中於正視角而容易產生亮點或是亮暗不均的現象，省略顯示裝置中的光源裝置外的透鏡，降低製作成本。需說明的是，若使頂蓋130為反射材質而不具有透光性，雖能有效降低正向光線，卻可能在光源裝置10的位置產生明顯的暗點，因此透過頂蓋130的反射率大於頂蓋130的透光率，且頂蓋130的透光率大於0.1%的設計，可有效降低正向光線的相對亮度，又可使少數的光線則從頂蓋130出光，有助提升背光模組的光線均勻性。另外，頂蓋130透光率可具有上限值，於一實施例，頂蓋130之透光率例如小於15%。
此外，頂蓋130的透光率例如與厚度有關，透光率會隨著頂蓋130厚度愈厚而變小。如圖1B所示，頂蓋130具有厚度d2。於一實施例，頂蓋130之厚度d2可介於0.01mm至3mm之間，以取得較佳的透光率。於較佳實施例，頂蓋130之厚度可介於0.05mm至0.6mm之間。藉此減少正向光的相對亮度，並提供將光線導向對應於發光晶片110的側面114之出光面122的效果。另外，於一實施例中，光源裝置10的承載面102可為圓形，而發光晶片110於承載面102上之垂直投影可為正方形，且發光晶片10的正方形投影的幾何中心將會與圓形的承載面102的圓心重疊，讓發光晶片110出光線較均勻。
圖2為光源裝置10另一實施例剖視圖。如圖2所示，透光 封膠120位在基板100與頂蓋130之間，且出光面122立於基板100及頂蓋130之間。光源裝置10主要自出光面122出光，對透光封膠120環繞水平四周(對應圖2中出光面122所在兩側邊之外)提供照明，另外，頂蓋130具有部分透光性亦在頂蓋130上方空間提供照明。光源裝置10可具有正向出光方向，在圖2的光源裝置10中，正向為垂直頂蓋130外表面131的方向s。如圖2所示，透光封膠120分布於基板100與頂蓋130間的空間中，並覆蓋發光晶片110。具體而言，部分透光封膠120填充於發光晶片110之頂面112及頂蓋130之間，其他部分透光封膠120填充於發光晶片110頂面112朝頂蓋130的垂直投影範圍以外，且介於基板100與頂蓋130之間。於一實施例中，透光封膠120的出光面122可與基板100之側邊端面或與頂蓋130之側邊端面切齊，然不限於此，可視需求調整。
在圖2的實施例中，透光封膠120的出光面122與基板100側邊端面104及頂蓋130側邊端面134切齊。如圖2所示，位於發光晶片110之頂面112及頂蓋130之間的透光封膠120係部分填入頂面112至頂蓋130間的空間。如圖2所示，透光封膠120直接覆蓋發光晶片110之頂面112，並且自頂面112朝頂蓋130方向分布，在接近頂蓋130的一側為無透光封膠120的區域。無透光封膠120的區域例如為一凹陷區域129。凹陷區域129例如可透過局部加壓而形成，但不限於此。如圖2所示，凹陷區域129實質位於頂面112朝頂蓋130的的垂直投影方向上，介於頂蓋130與透光封膠120之間。藉此設計，可減少正向出光方向上的螢光粉量，以降低正向光的相對亮度。
參考圖1B與圖2，於一實施例中，可選用不等向性發光強度的發光晶片110來降低正向光的相對亮度。例如，發光晶片110側面114之發光強度大於頂面112之發光強度，藉此達到降低正向光相對亮度的效 果，也可增加發光晶片110的光源利用率。
圖3A為光源裝置10另一實施例立體圖。如圖3A所示，光源裝置10的承載面102例如為正方形，頂蓋130外表面131例如為正方形，而發光晶片110於承載面102上之垂直投影例如為正方形。透光封膠120的出光面122係環繞發光晶片110，出光面122例如呈長方體的形狀，發光晶片110的側面114可平行透光封膠120的出光面122，但不限於此。換言之，基板100、頂蓋130以及發光晶片110可如圖3A採用相同或近似形狀。在此所述近似形狀包含但不限於幾何上的相似形，亦可為邊角結構上的修飾而達成近似。藉此，發光晶片110每一側面114到出光面122的距離相同，使側向出光更均勻。類似地，在其他實施例，可採用圓形的發光晶片，並配合相應形狀的基板和頂蓋。此時光源裝置的承載面為圓形，頂蓋130外表面131與內表面132為圓形，而發光晶片於承載面上之垂直投影為圓形。藉此達成側向出光更均勻的效果。
圖3B為對應圖3A中沿B-B’方向的剖視圖。在圖3A及圖3B的實施例中，透光封膠120的出光面122與基板100側邊端面104及頂蓋130側邊端面134切齊。如圖3B所示，透光封膠120具有厚度d3，發光晶片110具有厚度d4。透光封膠120的厚度d3可與發光晶片110厚度d4有關。於一實施例，透光封膠120的厚度d3介於該發光晶片110厚度d4之2倍及6倍之間，具有2(d4)≦d3≦6(d4)，藉此提供均勻的出光效果。於較佳實施例，透光封膠120的厚度d3介於該發光晶片110厚度d4之2.3倍及4.5倍之間，具有2.3(d4)≦d3≦4.5(d4)。另外，對應圖1A與圖1B的發光晶片110與透光封膠120的厚度關係，亦可符合上面描述。對於圖2中有局部無透光封膠的情形，透光封膠120的厚度與圖3同樣是採用透光封膠120整體的厚度，因此亦適用上述的關係式以求取適合的透光封膠厚度。
圖4為透光封膠於不同厚度範圍下的亮度分布圖。在圖4中，縱軸為相對亮度，橫軸為發射角。發射角為光線與正向方向的夾角(例如圖3B中的方向s)。本發明光源裝置在正視角(0°)附近的相對亮度下降，而提高側視角的相對亮度，其中在圖4繪示模擬結果所示，當透光封膠的厚度介於發光晶片厚度之2.3倍及4.5倍之間時，亮度分布大致位於曲線L1的位置。此時發光晶片各方向的光線亮度較為一致，也就是說，相對亮度的最亮值與最暗值差異較小，可提供較為均勻的光線。當透光封膠的厚度介於發光晶片厚度之2倍到2.3倍之間或者4.5倍到6倍之間時，亮度分布大致位於曲線L2到曲線L3的位置。此時，此時發光晶片各方向的光線亮度較不一致，也就是說，相對亮度的最亮值與最暗值的差異略微變大。換言之，以圖3B為例，當透光封膠120的厚度d3下限值介於2(d4)及2.3(d4)之間時，或厚度d3上限值介於4.5(d4)及6(d4)之間時，亮度差異略增。當透光封膠120的厚度d3更超出上述範圍時，亮度分布大致位於曲線L4的位置。此時側向光線亮度明顯高於正向光的光線亮度，亮度差異更大。
圖5為光源裝置10之一實施例上視圖(圖中省略頂蓋)。如圖5所示，透光封膠120具有最大截面寬度d1，發光晶片110具有長邊，其長度為a(此實施例中發光晶片110頂面為正方形)。透光封膠120的最大截面寬度d1會影響整體出光的均勻性。就矩形而言，最大截面寬度d1是指對角線長，就圓形而言則是指直徑。於一實施例，透光封膠120之最大截面寬度d1係介於長邊長度a之9.22倍與該長邊長度a加0.04mm之間，具有(a)+0.04≦d1≦9.22(a)。於較佳實施例，透光封膠120之最大截面寬度d1係介於長邊長度a之3.15倍與該長邊長度a之1.04倍之間，具有1.04(a)≦d1≦3.15(a)，藉此使整體出光更均勻。
圖6為光源裝置10另一實施例剖視圖。如圖6所示，透光 封膠120位在基板100與頂蓋130之間，且出光面122立於基板100及頂蓋130之間。如圖6所示，透光封膠120分布於基板100與頂蓋130間的空間中，並覆蓋發光晶片110。與前述實施例的差異在於，透光封膠120的出光面122與基板100之側邊端面104與頂蓋130之側邊端面134未切齊。如圖6所示，透光封膠120接近基板100一側相較透光封膠120接近頂蓋130一側來得更寬，自基板100朝頂蓋130方向，透光封膠120寬度w逐漸收束。藉此在符合前述各尺寸比例下可進一步調整基板100、頂蓋130與透光封膠120之間具有不同的寬度，節省用料量。另外，由於自基板100朝頂蓋130方向上透光封膠120寬度w隨著遠離基板100距離而改變，藉此發光晶片110所發出的光線到出光面122較低位置(接近基板100一側)的光程與光線到出光面122較高位置(接近頂蓋130一側)的光程差異更小，藉此使整體出光更均勻。在其它實施例，透光封膠可採不同的分布方式調整出光，例如，透光封膠與基板側邊端面切齊，而與頂蓋側邊端面不切齊，藉此達成光線到出光面光程差異的調整。
圖7A與圖7B為單一發光晶片110與基板100設置位置關係的示意圖。發光晶片110的位置較佳設置於基板100的幾何中心，如圖7A所示，光源裝置10的承載面為圓形，而發光晶片110頂面為矩形，發光晶片110位於承載面的圓心。在圖7B所示的例子，光源裝置10的承載面為矩形，而發光晶片110頂面為矩形，發光晶片110位於承載面對角線的交點。藉此使發光晶片110所發出不同方向的光線到出光面的光程較為一致，使整體出光更均勻。
圖8A,8B,8C,8D,8E,8F為多個發光晶片110與基板100設置位置關係的示意圖。如圖8A~圖8F所示，光源裝置10具有多個發光晶片110，設置於圓形基板100或是矩形基板100上。在圖8A及圖8B中係繪示 三個發光晶片110的例子。當一個光源裝置10中具有多個發光晶片110時，各發光晶片110較佳以對稱方式排列，以提供較規則的光場分佈。藉此，當有多個光源裝置10時，將較易於設計光源裝置10的排列及取得均勻的整體光場分佈。如圖8A所示，發光晶片110圍著基板10承載面的圓心設置。在圖8B中，發光晶片110沿承載面直徑位置上以直線排列設置，其中一個發光晶片110位於圓心，另兩個發光晶片110在位於圓心的發光晶片110的兩側。
在圖8C~圖8F中係繪示四個發光晶片110的例子。在圖8C中，發光晶片110圍著基板100承載面的圓心設置。在圖8D中，發光晶片110沿承載面直徑位置上以直線排列設置，並相對圓心對稱設置。在圖8E中，發光晶片110沿平行承載面長邊方向，於短邊中點連線(如圖8E中虛線e)的位置上以直線排列設置，並相對對角線連線中心對稱設置。在圖8F中，沿平行承載面長邊方向，於短邊中點連線(如圖8F中虛線e)的位置上以交錯排列設置。
圖9為採用光源裝置的亮度分布圖。圖9係繪示採用本發明光源裝置的顯示裝置的實測結果。以13.23吋顯示裝置為例，其光學距離11mm(OD=11mm)，正方形發光晶片(邊長0.75mm x 0.75mm，厚度0.15mm)，頂蓋與基板表面為正方形(頂蓋厚0.4mm，基板厚0.4mm)，透光封膠(邊長2.1mm x 2.1mm，厚0.6mm)的封裝結構進行測試。如圖9所示，光源裝置的亮度分布呈曲線L6(實線)。亮度分布曲線L5(虛線)是以未設置頂蓋作為對照，類似現有發光二極體可直接正向出光的結構。由圖9可知，未設置頂蓋的情形(曲線L5)，多數光線集中在正視角附近；而採用本發明光源裝置(曲線L6)，正視角(0°)附近的相對亮度下降，將光線導向側向，即與正視角(0°)的夾角更大的位置出光。如圖9所示，曲線L6在接近+70°附 近及接近-70°附近有最大相對亮度。由此可知藉此設計可有效降低正向光線的相對亮度，且可縮短光學距離，減少背光模組整體之厚度。如此一來可避免光線過於集中於正視角而容易產生亮點或是亮暗不均的現象，可省略顯示裝置中的光源裝置外的透鏡，降低製作成本。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
10‧‧‧光源裝置
100‧‧‧基板
102‧‧‧承載面
110‧‧‧發光晶片
112‧‧‧頂面
114‧‧‧側面
120‧‧‧透光封膠
122‧‧‧出光面
130‧‧‧頂蓋
131‧‧‧外表面
s‧‧‧方向

Claims (17)

  1. 一種光源裝置，包含：一基板，具有一承載面；一發光晶片，設置於該承載面上；一透光封膠，覆蓋該發光晶片，並位於該承載面上；其中，該透光封膠具有一出光面位於該發光晶片之一側面外；以及一頂蓋，覆蓋於該透光封膠背對於該基板之一側，該頂蓋與該基板實質上平行，該透光封膠夾持於實質上平行的該基板與該頂蓋之間；且該出光面立於該基板及該頂蓋之間；其中，該頂蓋的反射率大於該頂蓋的透光率，且該頂蓋的透光率大於0.1%，其中，該光源裝置在接近該頂蓋的一側進一步包含無該透光封膠的一區域介於該頂蓋與該透光封膠之間，且其中，該發光晶片具有一長邊，該透光封膠之最大截面寬度係介於該長邊長度之9.22倍與該長邊長度加0.04mm之間。
  2. 如請求項1所述之光源裝置，其中該頂蓋之透光率小於15%。
  3. 如請求項1所述之光源裝置，其中該發光晶片具有一頂面朝向該頂蓋，該發光晶片的該側面朝向該出光面。
  4. 如請求項3所述之光源裝置，其中該側面之發光強度大於該頂面之發光強度。
  5. 如請求項3所述之光源裝置，其中部分該透光封膠填充於該發光晶片之該頂面及該頂蓋之間。
  6. 如請求項3所述之光源裝置，其中，該區域實質位於該頂面朝該頂蓋的垂直投影方向上。
  7. 如請求項1所述之光源裝置，其中該透光封膠具有一寬度，在該基板朝該頂蓋的方向上，該寬度逐漸收束。
  8. 如請求項1所述之光源裝置，其中該透光封膠的厚度介於該發光晶片厚度之2倍及6倍之間。
  9. 如請求項1所述之光源裝置，其中該透光封膠的厚度介於該發光晶片厚度之2.3倍及4.5倍之間。
  10. 如請求項1所述之光源裝置，其中該頂蓋之厚度介於0.01mm至3mm之間。
  11. 如請求項1所述之光源裝置，其中該頂蓋之厚度介於0.05mm至0.6mm之間。
  12. 如請求項1所述之光源裝置，其中，該透光封膠之最大截面寬度係介於該長邊長度之3.15倍與該長邊長度之1.04倍之間。
  13. 如請求項1所述之光源裝置，其中該出光面係與該基板或該頂蓋之側邊端面切齊。
  14. 如請求項1所述之光源裝置，其中該出光面係環繞該發光晶片。
  15. 如請求項1所述之光源裝置，其中該承載面為圓形，該發光晶片於該承載面上之垂直投影為正方形。
  16. 如請求項1所述之光源裝置，其中該承載面為正方形，該發光晶片於該承載面上之垂直投影為正方形。
  17. 如請求項1所述之光源裝置，其中該承載面為圓形，該發光晶片於該承載面上之垂直投影為圓形。
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