发光单元 【技术领域】
本发明涉及一种发光单元。
背景技术
由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有高亮度以及省电等优点，因此，随着发光二极管的技术逐渐成熟，其应用领域也越来越广泛，例如应用于照明设备以及液晶显示装置的背光源。
请参照图1所示，一种公知的发光单元1包括电路基板11、发光二极管晶粒12以及封胶体13。其中，发光二极管晶粒12设置于电路基板11上，并利用打线接合(wire bonding)的方式与电路基板11电性连接。封胶体13为透光材料，并用以密封保护发光二极管晶粒12。
发光二极管晶粒12的发光层可向四面八方射出光线。然而，由于公知的电路基板11不透光，因此由发光二极管晶粒12背面所射出的光线无法经由电路基板11出射，如此也使得发光二极管晶粒12的光线利用率无法进一步地提高。另外，由发光二极管晶粒12表面出射的光直接往各个方向射出，因此也使得发光单元1所发出的光有指向性不足的问题。
另外，当发光二极管晶粒12发光时，其会产生大量的热能，而发光二极管晶粒12、固化后的封胶体13与电路基板11三者的材料的热膨胀系数并不相同。因此，当发光二极管晶粒12、封胶体13与电路基板11因热而产生的膨胀幅度不相同时，将会造成连接于发光二极管晶粒12、封胶体13与电路基板11之间的导线，受到挤压或拉扯而产生变形或断裂，进而可能造成发光二极管晶粒12的可靠性不高。而且，公知技术架构也不能改善发光二极管晶粒12散热的问题。温度最高的PN结仍包覆在大厚度的胶体之中，因此只能通过热传导方式将热导引至电路基板11。
因此，如何提供一种高指向性，且能提高发光二极管晶粒光线利用率的发光单元，已成为重要课题之一。
【发明内容】
有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种高指向性，且能提高发光二极管晶粒的光线利用率的发光单元。
为达到上述目的，根据本发明的一种发光单元包括电路基板、壳体以及发光二极管晶粒。电路基板具有电路层并至少部分透光，壳体具有反射面并与电路基板形成一空腔。发光二极管晶粒设置于电路基板之上，并与空腔内的电路层电性连接。发光二极管晶粒发出的至少一部分光线通过反射面反射并穿射出电路基板。
承上所述，根据本发明的发光单元的壳体具有反射面，且其具有的电路基板至少部分透光。因此，通过壳体的反射面可将由发光二极管晶粒表面出射的光线反射，再穿过电路基板出射，而发光二极管晶粒的背面所发出的光线也可经由电路基板射出。由此，除了可提高发光二极管晶粒的光线利用率之外，且利用壳体的反射面不同的曲率与形状的设计，还可增加发光单元所发出的光线的指向性。
【附图说明】
图1为一种公知的发光单元的示意图；
图2为本发明第一实施例的发光单元的示意图；
图3A和图3B为本发明第一实施例的发光单元的不同变化形式的示意图；
图4为本发明第二实施例的发光单元的示意图；
图5为本发明第三实施例的发光单元的示意图；
图6为本发明第四实施例的发光单元的示意图；以及
图7A和图7B为本发明第四实施例的发光单元的不同变化形式的示意图。
主要组件符号说明
1、2、2a、2b、3、4、5、5a、5b：发光单元
11、21、21a、21b、31、41、51、51a：电路基板
12、23、33、43、53：发光二极管晶粒
13、46：封胶体
22、22a、22b、32、52、52a：壳体
211：电路层
221、321、421：反射面
221a、221b、521、582：反射层
222、222a、222b、322、513：凹部
223：连通部
312、412、512：出光面
323：通孔
34：流体
35、55：荧光转换材料
47：固晶胶体
54、585：胶体
58、58a、58b：反射组件
581：基板
583：反射杯
584：保持件
586：反射壳体
C：空腔
L1、L2：光线
P：黏胶
X、Y：方向
【具体实施方式】
以下将参照相关附图，说明根据本发明的发光单元，其中相同组件以相同标号表示。
第一实施例
请参照图2所示，本发明第一实施例的发光单元2包括电路基板21、壳体22以及发光二极管晶粒23。
电路基板21具有电路层211并至少部分透光，该电路基板21地材料例如包括玻璃、蓝宝石、石英、高分子材料或塑料等。
壳体22可例如为金属壳体或合金壳体，其具有反射面221并与电路基板21形成一空腔C。其中，在本实施例中，以密闭空间为例说明空腔C，然而这不是限制性的。空腔C还可以是非密闭空间，例如壳体22可具有开孔，来使空腔C内外气体可形成热对流，或是壳体22与电路基板21只是相互固定，故空腔C未形成密闭空间。另外，在本实施例中，壳体22还可具有一凹部222，而反射面221则位于凹部222内，然而这不是用来限制本发明。
发光二极管晶粒23设置于电路基板21之上，并与空腔C内的电路层211电性连接。发光二极管晶粒23发出的至少一部分光线L1通过反射面221反射并穿射出电路基板21。其中，发光二极管晶粒23的发射光谱例如为可见光范围或紫外光范围，如果发光二极管晶粒23的发射光谱为可见光范围，则发光二极管晶粒23可以是红光发光二极管晶粒、绿光发光二极管晶粒、或蓝光发光二极管晶粒、或白光发光二极管、或其它会发出可见光的发光二极管晶粒。
通过壳体22的反射面221，可将发光二极管晶粒23表面出射的光线L1反射，再穿过电路基板21出射，而发光二极管晶粒23的背面所发出的光线L2则可直接穿过电路基板21射出。由此，除了可以提高发光二极管晶粒23的光线利用率外，利用壳体22的反射面221的曲率或形状(例如为抛物面、半球面、椭圆球面等等)的不同设计方式，可控制发光单元2所发出的光线L1的方向，例如形成平行光或不平行光，且垂直或不垂直于电路基板21的出光面射出，以增加发光单元2的指向性。
另外，通过将发光二极管晶粒23置于空腔C内，可使发光单元2不需再利用高厚度封胶体将发光二极管晶粒23整个包覆，并可保护发光二极管晶粒23不受水气或灰尘等外界环境因素的影响。由此，即可避免发光二极管晶粒23与电路基板21之间连接的导线，由于高厚度封胶体受热而产生的热应力的挤压或拉扯而产生变形或断裂的情形。并且，发光二极管晶粒23少了高厚度封胶体的阻隔后，其散热路径除了经由下方电路基板21作散热外，还可以直接经由上方散热，这可以进一步提高发光二极管晶粒23的散热效果。
参照图3A所示，为本实施例的发光单元2a的另一变化形式。发光单元2a可具有多个发光二极管晶粒23，并以直线排列方式设置于电路基板21a之上，而壳体22a的对应于各发光二极管晶粒23的位置分别具有凹部222a。其中，壳体22a除了可像前述实施例中那样利用金属或合金材料来形成之外，还可利用例如高分子聚合材料、玻璃、石英或陶瓷等不具有光反射性的材料，但其需要另外设置用作反射面的反射层221a。反射层221a可设置于壳体22a面对和/或远离发光二极管晶粒23的一表面，在此，以反射层221a设置于壳体22a面对发光二极管晶粒23的表面为例说明，然而这不是限制性的。
由此，由于发光二极管晶粒23的尺寸较小，排列成一排并发出光线后，则发光单元2a可近似形成一线光源。另外，值得一提的是，各个凹部222a之间可彼此连通或不连通，在此，以各个凹部222a彼此不连通为例作说明。
参照图3B所示，为本实施例的发光单元2b的又一变化形式。发光单元2b具有的多个发光二极管晶粒23也可以二维数组方式设置于电路基板21b上。与图3A相同地，壳体22b的对应于各发光二极管晶粒23的位置分别具有反射层221b以及凹部222b。当然，反射层221b也可以是金属壳体或合金壳体本身的反射面。
由此，发光单元2b可形成一面光源。另外，各个凹部222b之间也可彼此连通或不连通，在本实施例中，以在方向Y中通过连通部223彼此连通，而在方向X中则不相连通为例，说明各个凹部222b，然而这不是用来限制本发明。
第二实施例
请参照图4所示，本发明第二实施例的发光单元3与第一实施例的差异在于：发光单元3还包括胶体或流体4，以及荧光转换材料35。
胶体或流体34充填于空腔C。胶体例如可为熔融态的胶体、半固化的胶体、具有弹性的胶体或已固化的胶体；流体34则可例如为气体或液体，气体可为空气或惰性气体，而液体例如为油或溶剂。在本实施例中，以发光单元3包括流体34为例作说明，然而这不是限制性的。
荧光转换材料35设置于电路基板31的一出光面312和或反射面321。在本实施例中，以荧光转换材料35同时设置于电路基板31的出光面312和反射面321为例说明。其中，荧光转换材料35例如为黄色荧光转换材料、红色荧光转换材料、绿色荧光转换材料或蓝色荧光转换材料。并且，荧光转换材料35例如可为荧光转换层或荧光体胶带(phosphor tape)。在本实施例中，以荧光转换层为例说明荧光转换材料35，然而这不是用来限制本发明。荧光转换材料35除可为荧光转换层或荧光体胶带设置于表面上外，也可以直接掺杂于胶体或流体34中。
另外，壳体32除了可利用金属壳体或合金壳体外，也可利用不具光反射性的材料，而反射面321则可以利用反射层来达成反射功能。
因此，通过对特定折射率的胶体或流体34的选择，例如折射率介于发光二极管晶粒33与空气之间，即可提高发光二极管晶粒33的出光效率(light extraction efficiency)。如果利用液态胶体或流体34，则更可通过热对流效应进一步提高发光单元3的散热效果。
荧光转换材料35可用以改变发光单元3的出光颜色，以增加发光单元3的应用范围。并且，如果荧光转换材料35利用荧光体胶带，则可增加工序效率以及产品可靠性。
另外，通过使壳体32的凹部322的聚光处(或反射面的焦点)大约位于电路基板31的出光面312上的某一位置，仅仅在聚光处设置荧光转换材料35，由此除了可提高荧光转换效率之外，还可节省荧光转换材料35的材料成本。
此外，在本实施例中，壳体32还可具有一通孔323。通过发光单元3与泵(图未显示)连接，使流体34可经由通孔323注入至空腔C中，注入后即可封闭通孔323。当进行散热时，可将已吸收发光二极管晶粒33的热量的流体34通过泵而由通孔323抽出，然后再充填入新的流体34，由此则可提高发光单元3的散热效果。
值得一提的是，本实施例的发光单元3还可如图3A与图3B，以直线或二维数组方式来作排列。由于以直线或二维数组方式排列的结构与功能已经在第一实施例中详述，在此不再赘述。
第三实施例
请参照图5所示，本发明第三实施例的发光单元4与第一实施例的差异在于：发光单元4还包括一封胶体46，其至少覆盖部分发光二极管晶粒43。其中，本实施例的封胶体46仅提供提高发光二极管晶粒43的出光效率以及出光范围的功能。
封胶体46例如可为单层折射率材料或多层折射率材料结构。多层折射率材料结构的材料特性是，随着与发光二极管晶粒43的距离由近到远，材料的折射率由大至小。因此，通过封胶体46的多层折射率材料结构的特性，可增加发光二极管晶粒43的出光效率，进而提升发光单元4的亮度。另外，由于封胶体46的体积厚度远小于公知技术的封胶体的体积厚度，甚至并未完全包覆整个发光二极管晶粒43，由此，同样可避免发光二极管晶粒43与电路基板41之间连接的导线，因高厚度封胶体受热而产生的热应力的挤压或拉扯而产生变形或断裂的情形，而可使发光单元4具有较佳的可靠性。
另外，发光单元4还可包括一固晶胶体47，其设置于发光二极管晶粒43与电路基板41之间，由此以使发光二极管晶粒43确定地固定于电路基板41上。
在本实施例中，荧光转换材料可掺杂或混合于封胶体46和/或固晶胶体47中。当然，如果为提高发光单元4的荧光转换效果，荧光转换材料也可设置于电路基板41的出光面412和/或反射面421。此外，在空腔C中也可再充填胶体或流体，并且在胶体或流体中掺杂荧光转换材料。由于胶体或流体以及荧光转换材料的功效与组成已于第二实施例中详述，在此不再赘述。
当然，本实施例的发光单元4也可如图3A与图3B，以直线或二维数组方式排列，由于直线或二维数组方式排列的结构与功效已经在第一实施例中详述，在此不再赘述。
第四实施例
请参照图6所示，本发明第四实施例的发光单元5与第一实施例的差异在于：本实施例的发光单元5还包括一反射组件58，其设置于电路基板51上，而发光二极管晶粒53设置于该反射组件58上。
在本实施例中，反射组件58可具有基板581以及反射层582。该基板581可以是高分子聚合材料、玻璃或石英等透明材料。由此，可避免由发光二极管晶粒53的背面射出的部分光线，因被电路基板51全反射而无法射出，并且可以进一步延长发光二极管晶粒53的背面射出光线的光路径，提升发光二极管晶粒53由背面所发出的光穿透电路基板51的机率，以提升发光二极管晶粒53的光线利用率。值得一提的是，反射组件58上也可设置荧光转换材料。
另外，在本实施例中，壳体52具有反射层521作为反射面，而荧光转换材料55设置于电路基板51的出光面512，然而这不是限制性的。当然，在空腔C中，也可充填胶体或流体。
参照图7A所示，为本实施例的发光单元5a的另一变化形式示意图。反射组件58a也可具有反射杯583。该反射杯583例如可以是金属或合金等具有光反射性的材料，或可以是高分子聚合材料、玻璃、石英或陶瓷等不具光反射性的材料并设置反射层。在本实施例中，以金属或合金材料为例说明反射杯583。另外，反射组件58a还可具有保持件584。该保持件584例如为网状结构或具有通孔的板状结构，通过保持件584可使发光二极管晶粒53对应反射杯583的开口固定。另外，反射组件58a还可具有胶体585，该胶体585充填于反射杯583内，发光二极管晶粒53设置于胶体585之上。
值得一提的是，胶体585可直接充填在反射杯583内，或者在充填空腔C内的胶体54时，通过保持件584的通孔同时充填至反射杯583内。如此一来，胶体585与胶体54则为相同的材料。当然，如果空腔C内充填有流体，也可同时充填至反射杯583内。
因此，通过对特定折射率的胶体585或流体的选择，例如折射率介于发光二极管晶粒53与空气之间，即可避免发光二极管晶粒53的背面射出的部分光线，被电路基板51全反射而无法射出，并进一步延长发光二极管晶粒53的背面射出光线的光路径，提升发光二极管晶粒53由背面所发出的光穿透电路基板51的机率，以提升发光二极管晶粒53的光线利用率。
参照图7B所示，为本实施例的发光单元5b的又一变化形式的示意图。电路基板51a还具有凹部513，反射组件58b设置于该凹部513内，并且壳体52a呈平板状，并通过黏胶P而与同为板状的电路基板51a结合。反射组件58b具有反射层或反射壳体586，并具有保持件584以使发光二极管晶粒53固定于凹部513之上。
另外，设置反射组件58b内的胶体585，可直接充填或者在充填空腔C内的胶体54时，通过保持件584的开孔同时充填至反射组件58b内。如此一来，胶体585与胶体54则为相同的材料。当然，如果空腔C内充填为流体，也可由此同时充填至反射组件58b内。同样地，通过将特定折射率的胶体585或流体充填至凹部513内，再利用反射层586反射，可以提升发光二极管晶粒53的光线利用率。
当然，本实施例的发光单元5、5a、5b也可如图3A与图3B，以直线或二维数组的方式排列。由于直线或二维数组方式排列的结构与功效已经在第一实施例中详述，在此不再赘述。
综上所述，根据本发明的发光单元的壳体具有反射面，且其具有的电路基板至少部分透光。因此，通过壳体的反射面可将由发光二极管晶粒表面出射的光线反射，再穿过电路基板出射，而发光二极管晶粒的背面所发出的光线也可经由电路基板射出。由此，除了可提高发光二极管晶粒的光线利用率之外，利用壳体的反射面不同的曲率与形状的设计，还可增加发光单元所发出的光线的指向性。
另外，通过将发光二极管晶粒置于空腔内，可使发光单元不需再利用高厚度的封胶体将发光二极管晶粒整个包覆，并可保护发光二极管晶粒不受水气或灰尘等外界环境因素的影响，即可避免发光二极管晶粒与电路基板之间连接的导线，因高厚度封胶体受热而产生的热应力的挤压或拉扯而产生变形或断裂的情形。并且，发光二极管晶粒少了高厚度封胶体的阻隔后，其散热路径除了经由下方电路基板作散热外，也可直接经由上方散热，更可提高发光二极管晶粒的散热效果。
此外，本发明的发光单元还可通过将反射组件设置于发光二极管晶粒与电路基板之间，来避免由发光二极管晶粒的背面射出的光线，因被电路基板全反射而无法射出，且可进一步延长发光二极管晶粒的背面射出光线的光路径，提升发光二极管晶粒由背面所发出的光穿透电路基板的机率，以提升发光二极管晶粒的光线利用率。
以上所述仅为举例性，而并非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在后附的申请专利范围中。