CN100481449C - 发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种发光二极管封装结构，是用以发出一具有目标波峰波长的光，发光二极管封装结构包括一承载体、一第一晶粒以及一第二晶粒。其中，第一晶粒设置于承载体，第一晶粒具有一第一波峰波长，第一波峰波长大于目标波峰波长。第二晶粒设置于承载体，第二晶粒具有一第二波峰波长，第二波峰波长小于目标波峰波长，其中第一晶粒与第二晶粒发出相同色系的光。本发明发光二极管封装结构，能藉由两个以上的发光二极管发出目标波峰波长，以提高晶粒的利用率，并降低生产成本。

Description

发光二极管封装结构
技术领域
本发明涉及一种二极管封装结构，特别是涉及一种发光二极管的封装结构。
背景技术
发光二极管是由半导体材料所制成的发光元件，元件具有两个电极端子，在端子间施加电压，通入极小的电压，经由电子电洞的结合，可将剩余能量以光的形式激发释出。
不同于一般白炽灯泡，发光二极管属冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、无须暖灯时间、反应速度快等优点。再加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合应用上的需求制成极小或阵列式的元件。目前发光二极管已普遍使用于资讯、通讯、消费性电子产品的指示器及显示装置上，成为日常生活中不可或缺的重要元件。近来，利用发光二极管更被应用作为液晶显示器(Liquid crystal Display，LCD)的背光源，并有逐渐取代传统冷阴极萤光灯管的趋势。
现有技术中，发光二极管封装结构中的晶粒(Die)通常是利用半导体工艺的外延(Epitaxy)工艺来制造，其中，晶粒发光的波长由外延层材料来决定，因此外延工艺是发光二极管工艺中，成本最高的一部份。
如图1所示，半导体晶圆1上可具有多个发光二极管晶粒D，而晶圆1经过切割后即可挑选适当的晶粒D进行封装，以将发光二极管封装结构应用于各种产品之中。
虽然在制造过程中，晶圆经过相同的工艺控制以使全部的晶粒发出一目标颜色的光。但是，通常同一批次所制造出来的多个晶粒，甚至是同一晶圆上的多个晶粒，都可能具有相当大的波长变化(wavelength lengthvariation)。例如同一批次的晶粒目标颜色为绿色，但是可能其中一个晶粒发出的光波峰波长为500nm，另一个晶粒却可能发出的光波峰波长为506nm。
然而，在某些应用领域中，例如是液晶显示器背光模组、或是汽车的高级车灯中，常需要多个波长几乎一致的发光二极管封装结构。因此，晶粒的波峰波长是会被严格要求的。也就是说，不论是同一批次生产出的多个晶粒、或是同一晶圆上的多个晶粒，唯有落入一狭小的波峰波长范围者，才符合业者的品质控管标准，可被挑选成为良品而应用于产品中。其他在波长范围之外的晶粒，往往成为不良品，无法使用。如此一来，晶圆上所有的晶粒则无法完全使用，晶粒利用率不高，使得发光二极管封装结构的生产成本居高不下，并且造成原物料的浪费。
由此可见，上述现有的发光二极管封装结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的发光二极管封装结构，便成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的发光二极管封装结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的发光二极管封装结构，能够改进一般现有的发光二极管封装结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的发光二极管封装结构存在的缺陷，而提供一种新型结构的发光二极管封装结构，所要解决的技术问题是使其能藉由两个以上的发光二极管发出目标波峰波长，以提高晶粒的利用率，并降低生产成本，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种发光二极管封装结构，用以发出一具有目标波峰波长的光，其包括：一承载体；一第一晶粒，设置于该承载体，该第一晶粒的发光具有一第一波峰波长，该第一波峰波长大于该目标波峰波长；以及一第二晶粒，设置于该承载体，该第二晶粒的发光具有一第二波峰波长，该第二波峰波长小于该目标波峰波长，该第一波峰波长与该第二波峰波长属于同一色系。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的承载体为一基板或一导线架。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第一晶粒与该第二晶粒同时或不同时发光。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第一波峰波长与该第二波峰波长的差值小于50nm。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第一波峰波长与该第二波峰波长的差值小于30nm。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的目标波峰波长与该第一波峰波长的差值，不等于或等于该目标波峰波长与该第二波峰波长的差值。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第一晶粒与该第二晶粒的发光强度不同。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的目标波峰波长约介于615nm至650nm之间、约介于515nm至555nm之间或约介于455nm至485nm之间。
前述的发光二极管封装结构，其更包括一第三晶粒，其具有一第三波峰波长，该第一波峰波长、该第二波峰波长以及该第三波峰波长属于该色系。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第三波峰波长大于该第一波峰波长，该第三波峰波长与该第二波峰波长的差值小于50nm。
前述的发光二极管封装结构，其中所述的第三波峰波长小于该第二波峰波长，该第一波峰波长与该第三波峰波长的差值小于50nm。
借由上述技术方案，本发明发光二极管封装结构至少具有下列优点：
本发明一种发光二极管封装结构，具有多个晶粒且第一波峰波长与第二波峰波长属于同一色系。与现有技术相比，本发明发光二极管封装结构可藉由挑选具有适当匹配波长的多个晶粒，也就是可组合出目标波峰波长的多个晶粒，将两个以上的多个晶粒封装在一起。如此一来，发光二极管封装结构可使人眼在目标波峰波长处，感受到宛如二颗具有目标波峰波长的发光二极管的发光强度。另外，藉由挑选匹配晶粒的过程，封装业者即可放宽良品晶粒的波峰波长的范围，进而能提升同一晶圆或同一批次晶圆的晶粒利用率，以降低生产成本，并减少原物料的浪费。
综上所述，本发明新颖的发光二极管封装结构，能藉由两个以上的发光二极管发出目标波峰波长，以提高晶粒的利用率，并降低生产成本。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的发光二极管封装结构具有增进的功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术中晶圆经切割形成多个晶粒的一示意图。
图2为本发明发光二极管封装结构的一示意图。
图3为本发明发光二极管封装结构的另一示意图。
图4为本发明发光二极管封装结构的另一示意图。
图5为本发明发光二极管封装结构的另一示意图。
图6为本发明发光二极管封装结构中，第一晶粒及第二晶粒所发出波长频谱的一示意图，其中，第一晶粒与目标波长的差值等于第二晶粒与目标波长的差值。
图7为本发明发光二极管封装结构中，第一晶粒及第二晶粒所发出波长频谱的另一示意图，其中，第一晶粒与目标波长的差值不等于第二晶粒与目标波长的差值。
图8为本发明发光二极管封装结构的另一示意图。
1：             晶圆
2，2’：        发光二极管封装结构
21，21’：      承载体
22：            第一晶粒
23：            第二晶粒
24：            第三晶粒
25：            引线
26：            封胶材料
27：            内导线
D：             晶粒
λt：            目标波峰波长
λ1：            第一波峰波长
λ2：            第二波峰波长
λ3：            第三波峰波长
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的发光二极管封装结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
首先，请参阅图2至图3，本发明发光二极管封装结构的第一实施例。
请参阅图2所示，发光二极管封装结构2包括一承载体21、一第一晶粒22以及一第二晶粒23。其中，发光二极管封装结构2用以发出一目标波峰波长λt(target peak wavelength)，目标波峰波长可例如是介于615nm至650nm之间的红光、介于515nm至555nm之间的绿光、或波峰波长约介于455nm至485nm之间的蓝光。也就是说，目标波峰波长可由业者自行订定规格，为发光二极管封装结构2最后让人眼接受到之波峰波长。而发光二极管封装结构2可利用人眼的视觉暂留现象，使第一晶粒22及第二晶粒23不论是同时发光或不同时发光，均能得到目标波峰波长。
当然，发光二极管封装结构2目标波峰波长也可分别定义为介于620.5nm至645.0nm之间的第一红光(R1)、波峰波长约介于612.5nm至620.5nm之间的第二红光(R2)、波峰波长约介于520nm至550nm之间的第一绿光(G1)、波峰波长约介于490nm至520nm之间的第二绿光(G2)、波峰波长约介于460nm至490nm之间的第一蓝光(B1)、或波峰波长约介于440nm至460nm之间的第二蓝光(B2)。
请参阅图2，第一晶粒22及第二晶粒23分别设置于承载体21。其中，承载体21可以为一基板或一导线架。本实施例中，发光二极管的封装形态及基板的材质并不加以限制。举例而言，当承载体21为基板时，可为透明基板，也可为不透明的基板。而封装的型式可以如图2中为表面封装(SurfaceMounting Device，SMD)的形态。第一晶粒22及第二晶粒23可藉由多个引线(wiring)25而与承载体21电性连接，再利用封胶材料26保护第一晶粒22与第二晶粒23。
请参阅图3所示，当然，第一晶粒22及第二晶粒23也可藉由于基板上之内导线(interconnection)27而与外界电性进行讯号沟通，而不需要引线。其中，第一晶粒22及第二晶粒23也可利用覆晶(flip chip)的形式而安装于承载体21。
请参阅图4所示，当承载体21’为导线架时，则封装的型式则成为导线架封装(leadframe package)的形态。另外，图5中，第一晶粒22及第二晶粒23也可以堆叠的方式来设置再配合基板及导线架来作为承载体21，21’。
再请参阅图2及图6所示，第一晶粒22具有一第一波峰波长λ1，第一波峰波长λ1大于目标波峰波长λt。第二晶粒23具有一第二波峰波长λ2，第二波峰波长λ2小于目标波峰波长λt。其中，第一晶粒22及第二晶粒23属于同一色系的光，例如第一晶粒22及第二晶粒23都发绿色系的光，例如为绿色、青绿色，且第一晶粒22及第二晶粒23可为同一晶圆上所产出的晶粒。当然，第一晶粒22及第二晶粒23也可以是由不同晶圆但是为同一批次所生产出之晶粒，本实施例中，第一晶粒22及第二晶粒23以同一晶圆所产出之晶粒为例。
在挑选晶粒时，需先量测各个晶粒的波峰波长，以挑选出适合封装在一起，波峰波长可互相匹配的多个晶粒。其中，只要第一晶粒22的第一波峰波长λ1与第二晶粒23的第二波峰波长λ2的差值(Δλ)小于50nm，即可互相匹配，放置于同一封装结构中。
本实施例中，以发出目标波峰波长λt为530nm的发光二极管封装结构2为例。当第一晶粒22与目标波峰波长的差值等于第二晶粒23与目标波峰波长λt的差值，例如：第一波峰波长λ1约为535nm，第二波峰波长λ2约为525nm，并假设第一晶粒22与第二晶粒23之发光效率相同时，提供相同的电流给第一晶粒22及第二晶粒23，不论是第一晶粒22及第二晶粒23同时发光或快速轮流发光时，人眼感受到目标波峰波长值530nm所呈现的发光强度，为第一晶粒22及第二晶粒23在目标波峰波长值530nm处光强度的加总(如虚线波长频谱所示)。也就是说，藉由波长的匹配，将第一晶粒22及第二晶粒23封装在一起后，第一晶粒22与第二晶粒23可组合出目标波峰波长λt，使得人眼无法分辨多个晶粒之间有波长差值，宛如拿二颗可发出目标波峰光波长λt的晶粒封装一起一样。
请参阅图2及图7，本实施例中，以发出目标波峰波长λt为530nm之发光二极管封装结构2为例。当第一晶粒22与目标波峰波长的差值为第二晶粒23与目标波峰波长的差值的一半时，例如：第一波峰波长λ1约为535nm，第二波峰波长λ2约为520nm，假设第一晶粒22与第二晶粒23的发光效率也相同的情形下，可提升第一晶粒22的电流或电压值至二倍，以使第一晶粒22的发光强度为第二晶粒23的二倍。如图7所示，当第一晶粒22及第二晶粒23同时发光或快速轮流发光时，人眼感受到目标波峰波长值λt处所呈现的光强度，为第一晶粒22及第二晶粒23于目标波峰波长值λt处光强度的加总(如虚线波长频谱所示)。
较佳的状况下，第一波峰波长λ1与第二波峰波长λ2的差值小于30nm，组合出的目标波峰波长的发光强度较强，且可形成一主要波峰(main peak)。另外，就算是第一晶粒22与第二晶粒23的波长加总后，无法形成单一主要波峰，但由于发光二极管的发光纯度较高，人眼依旧无法辨识出色彩饱和度(Color Saturation)上的损失。
接着，请参阅图8，以说明本发明发光二极管封装结构第二实施例。
发光二极管封装结构2’更包括一第三晶粒24，而第三晶粒24具有一第三波峰波长λ3，第三晶粒24与第一晶粒22及第二晶粒23发出同一色系的光。举例来说，当第一晶粒22及第二晶粒23均发出粉红色的光，第三晶粒24发出深红色的光，均属于红色系的光。
当发光二极管封装结构2’具有三个晶粒时，晶粒的最大波峰波长及最小波峰波长的差值应小于50nm。也就是说，当第三波峰波长λ3大于第一波峰波长λ1时，第三波峰波长λ3与第二波峰波长λ2的差值小于50nm。而当第三波峰波长λ3小于第二波峰波长λ2时，第三波峰波长λ3与第一波峰波长λ1的差值小于50nm。
较佳的情况下，发光二极管封装结构2’的多个晶粒中，最大波峰波长及最小波峰波长的差值应小于30nm。
当然，本发明发光二极管封装结构中，亦不限定封装结构中的晶粒数量，只要为多个晶粒即可。
综上所述，本发明一种发光二极管封装结构，具有多个晶粒且第一波峰波长与第二波峰波长属于同一色系。与现有技术相比，本发明发光二极管封装结构可藉由挑选具有适当匹配波长的多个晶粒，也就是可组合出目标波峰波长的多个晶粒，将两个以上多个晶粒封装在一起。如此一来，发光二极管的封装结构可使人眼在目标波峰波长处，感受到宛如二颗具有目标波峰波长发光二极管的发光强度。另外，藉由挑选匹配晶粒的过程，封装业者即可放宽良品晶粒的波峰波长的范围，进而能提升同一晶圆或同一批次晶圆的晶粒利用率，以降低生产成本，并减少原物料的浪费。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1、一种发光二极管封装结构，用以发出一具有目标波峰波长的光，其特征在于其包括：
一承载体；
一第一晶粒，设置于该承载体，该第一晶粒的发光具有一第一波峰波长，该第一波峰波长大于该目标波峰波长；以及
一第二晶粒，设置于该承载体，该第二晶粒的发光具有一第二波峰波长，该第二波峰波长小于该目标波峰波长，该第一波峰波长与该第二波峰波长属于同一色系。
2、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的承载体为一基板或一导线架。
3、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第一晶粒与该第二晶粒同时或不同时发光。
4、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第一波峰波长与该第二波峰波长的差值小于50nm。
5、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第一波峰波长与该第二波峰波长的差值小于30nm。
6、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的目标波峰波长与该第一波峰波长的差值，不等于或等于该目标波峰波长与该第二波峰波长的差值。
7、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第一晶粒与该第二晶粒的发光强度不同。
8、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的目标波峰波长介于615nm至650nm之间、介于515nm至555nm之间或介于455nm至485nm之间。
9、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于其更包括：
一第三晶粒，其具有一第三波峰波长，该第一波峰波长、该第二波峰波长以及该第三波峰波长属于该色系。
10、根据权利要求9所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第三波峰波长大于该第一波峰波长，该第三波峰波长与该第二波峰波长的差值小于50nm。
11、根据权利要求9所述的发光二极管封装结构，其特征在于其中所述的第三波峰波长小于该第二波峰波长，该第一波峰波长与该第三波峰波长的差值小于50nm。
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