CN101551068A - 一种发光二极管装置及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光二极管装置，其包括一具有一容置空间的基座结构、一发光芯片、一透明封装层以及一荧光层；该容置空间由基座结构之一内底部及一围绕该底部周缘的内侧壁界定而成；该发光芯片设置于该容置空间内底部；该透明封装层填设于该容置空间中并覆盖该发光芯片的顶面及周面；该荧光层形成于该透明封装层上，其尺寸大于该容置空间的尺寸且不大于1.5倍容置空间的尺寸，其边缘承载于该基座顶面上。该发光二极管装置出光率高，出光色均性好，出光视角广。本发明还提供该发光二极管装置的封装方法。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管装置及其封装方法，尤其涉及一种出光效率高、出光色彩稳定性好的发光二极管装置及其封装方法。
背景技术
发光二极管具有体积小，重量轻，反应速度快、节能等优点，可广泛地作为各种指示器或显示器的光源。近年来所发展的白光发光二极管还可取代一般的钨丝灯泡或日光灯管作为照明光源。
已知存在有多种形式的白光发光二极管，其中一种白光发光二极管的结构如图1所示，其是将一发光芯片12设置于一基座11的凹陷部111底部，并填置一荧光层13于凹陷部111内以覆盖发光芯片12，借着分布于荧光层13内的荧光粉体131，将发光芯片12发出的部分蓝光转换为黄光，以使黄光可与其它部分未被转换的蓝光混色而形成白光。
然而，如图1所示的白光发光二极管在不同方向上所呈现的白光光色会有偏蓝或偏黄的差异。由于发光芯片12顶面所发出的光线L1与其周面所发出的光线L2在荧光层13中行进的路径较长，以至于其被荧光层13转换为黄光的机率较大，因此芯片12周面所出射的光线对整体白光发光二极管的贡献会以黄光为主，以至于造成发光二极管侧向的白光光色偏黄。
为改善白光光色差异，在美国专利第6,576,488、6,417,019以及6,650,044号专利案中，提出利用电泳和模版印刷等方法来制作如图2所示的白光发光二极管，其在发光芯片12的顶面上与周面上都形成有厚度一致的荧光层13。
然而，此种方法只能适用于覆晶接合(flip chip bonding)式发光芯片上，无法适用在需要以打线接合(wire bonding)的发光芯片上，以致在应用上受到限制。并且，电泳等制程所额外增加的制作成本也导致此种白光发光二极管难以普及。再者，该方法使荧光粉层直接覆盖在芯片表面，会使部分由芯片发出的光线进入荧光粉层与粉粒作用后反弹回芯片内部被吸收，造成出光效率下降。
又如美国专利7,341,818提出一种荧光粉片贴合技术，将固态烧结后的荧光粉薄片贴在薄膜覆晶式芯片或垂直导通芯片上方，此法可进一步降低荧光粉层厚度，从而提高出光效率，但发现经二次光学透镜后会出现色不均的现象，分析原因为荧光粉片并未完全覆盖住芯片表面使外围漏出芯片蓝光而让色度不均。
近期有厂商采用荧光粉喷射的方式在芯片上方及周围做涂布，虽可以完全涵盖住芯片，但也遍布在金线和底材上，经二次光学还是有色不均的现象，。另外也有厂商用喷射的方式将荧光粉涂布在芯片上方，但分布不均且周围未完全覆盖，经二次光学还是有色不均的现象。
因此提供一种出光效率高、出光色均性好的发光二极管装置及其成本低、适用性广且确保发光二极管装置出光效率高、出光色均性好的封装方法非常必要。
发明内容
本发明目的之一是提供一种出光效率高、出光色均性好的发光二极管装置。
本发明另一目的是提供一种成本低、适用性广且确保发光二极管装置出光效率高、出光色均性好的封装方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种发光二极管装置，其包括具有一基座结构、一发光芯片、一透明封装层以及一荧光层；该基座结构具有一容置空间，该容置空间藉由一该基座结构的内底面及一围绕该底面周缘的内侧壁所界定，该发光芯片设置于该容置空间之底部；该透明封装层填设于该容置空间中并覆盖该发光芯片；该荧光层形成于该透明封装层上；其中，该荧光层尺寸大于该容置空间的尺寸且不大于1.5倍该容置空间的尺寸，且其边缘承载于该基座顶面上。由于其发光芯片设置于基座结构的容置空间的底部，该发光芯片上覆盖有一透明封装层，而荧光层形成于该透明封装层上，该荧光层尺寸大于该容置空间的尺寸且不大于1.5倍该容置空间的尺寸，且其边缘承载于该基座顶面上，这样光线经过荧光层的路径基本等长，因此出光色均性好，另外荧光层可以较薄，从而可以减少光能损失，出光率提高；而且该荧光层完全覆盖该发光芯片的发光区域，从而避免漏光，因此提高出光色均性，且提高出光视角。
本发明还提供发光二极管装置的封装方法，其包括步骤：提供具有一容置空间的一基座，该容置空间底部设置有一发光芯片；往该基座的容置空间内注射透明封装胶体，使该透明封装胶体覆盖该发光芯片的顶面及周面，并凝固该透明封装胶体；在该凝固的透明封装胶体上形成一尺寸大于该容置空间的荧光层，使得该荧光层的边缘承载在该基座顶面上。该方法既可适用于覆晶接合式发光二极管也可适用于一般的发光二极管，例如打线接合式发光二极管，适用性广；另外采用注射等简单工艺，成本低。
具体的，将结合以下图示对本发明作详细说明。
附图说明
图1是现有技术中一种发光二极管的结构示意图；
图2是现有技术中另一种发光二极管的结构示意图；
图3是本发明一较佳实施例提供的发光二极管装置封装方法流程图；
图4A是本发明一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S1示意图；
图4B是本发明另一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S1示意图；
图5是本发明一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S2示意图；
图6是本发明一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S3示意图；
图7A是本发明一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S4示意图；
图7B是本发明另一较佳实施例中发光二极管装置封装方法步骤S4示意图；
图8A是本发明一较佳实施例中发光二极管装置的结构示意图；以及
图8B是本发明另一较佳实施例中发光二极管装置的结构示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现。
在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图8A，本发明一较佳实施例提供的发光二极管装置200，包括一基座结构20、一发光芯片22、一透明封装层24以及一荧光层28；该基座结构20具有一容置空间202；该容置空间202系藉由该基座结构的内底面2022及一围绕该内底面2022周缘的内侧壁2021所界定而成；该发光芯片22设置于该容置空间202底部，也就是该基座结构的内底面2022上，优选地，该发光芯片22以几何中心相对齐地设置在该容置空间202内，该基座结构的内侧壁2021实质平行于该发光芯片22的周面，尤其是当该发光芯片的侧边与底面为垂直关系时，也可以说该基座结构20的内侧壁2021为一直立围绕该底面周缘的侧壁面；该透明封装层24填设于该容置空间202中并覆盖该发光芯片22，包含该发光芯片22的顶面及周面，优选的，该透明封装层24系将该基座结构20的容置空间完全填满，进而提供一平坦上表面；也可以说，优选的，该透明封装层24的上表面与该基座结构20的顶面201近乎齐高。该荧光层28形成于该透明封装层24上，其尺寸(用边长d表示)略大于该容置空间202的尺寸(用边长d’表示)，优选不大于1.5倍该容置空间202的尺寸，其边缘281承载于该基座结构20的顶面201上。此外，该基座结构20更包含一导电结构203，提供该发光芯片22与外部电源电性连接之用，在本实施例中，该发光芯片22是采用打线接合的方式与位于基座结构20内的该导电结构203的电性连接，也就是说其通过连接线221、222分别与该导电结构203之两相异电性的导电组件2031、2032电性连接。
其中，该荧光层28为荧光粉贴片或内含荧光粉的高分子胶体层，且厚度均匀。该透明封装层24为一高分子胶体，其包括环氧化物、硅胶或其它具有长链状结构的高分子化合物。该发光芯片22可发出UV～IR的光波段。优选的，该基座结构20可藉由多层陶瓷所堆栈而成。
参阅图8B，本发明另一较佳实施例提供的发光二极管装置200结构与上述实施例基本相同，只是该发光芯片22采用覆晶接合的方式形成于该基座结构20的容置空间202内，并通过焊垫225、226分别与该导电结构203之两相异电性的导电组件2031、2032电性连接。
为封装形成如图8A或图8B所示的发光二极管装置200，本发明一较佳实施例提供一种发光二极管装置的封装方法，其如图3所示，包括下列步骤：
步骤S1，提供具有一容置空间的一基座，该容置空间底部设置有一发光芯片；
步骤S2，往该基座的容置空间内注射透明封装胶体，使该透明封装胶体覆盖该发光芯片的顶面及周面，并凝固该透明封装胶体；
步骤S3，在凝固的透明封装胶体上再次注射一较薄的高分子胶体层；
步骤S4，在该较薄的高分子胶体层上形成一尺寸略大于该容置空间的荧光层，使得该荧光层的边缘承载在该基座顶面上。
具体的，可参阅图4A，步骤S1是提供一基座结构20，该基座结构20具有一容置空间202，该容置空间202系藉由该基座结构20的内底面2022及一围绕该内底面2022周缘的内侧壁2021所界定而成，一发光芯片22设置在该容置空间内该基座结构的内底面2022上，并通过连接线221和222分别与该基座结构20的导电结构203之两相异电性的导电组件2031、2032电性连接，进而与一外部电源电性连接而提供该发光芯片22发光所需之用。
还可参阅图4B，本发明另一实施例，步骤S1提供一基座结构20，该基座结构20具有一容置空间202，该容置空间202系藉由该基座结构的内底面2022及一围绕该内底面2022周缘的内侧壁2021所界定而成，一发光芯片22采用覆晶接合的方式形成于该基座结构20的容置空间202内并通过焊垫225、226分别与导电结构203之两相异电性的导电组件2031、2032电性连接，进而与一外部电源电性连接而提供该发光芯片22发光所需之用。。
从图4A和图4B来看，本封装方法不但适用于覆晶接合式发光二极管封装，也适用于打线接合式发光二极管封装。
再参阅图5，具体的，步骤S2是利用注射装置3，往该基座结构20的容置空间202内注射透明封装胶体24，使该透明封装胶体覆盖该发光芯片22的顶面及周面，几乎填满该容置空间202，再凝固该透明封装胶体24；该透明封装胶体24可以为环氧化物、硅胶或其它具有长链状结构的高分子化合物，本实施例中采用硅胶。
再请参阅图6，等步骤S2中注射的透明封装胶体24凝固后，再在该凝固的该透明封装胶体24上注射一较薄的高分子胶体层24’，该较薄的高分子胶体层24’优选为与高分子胶体24材质一样，可以为环氧化物、硅胶或其它具有长链状结构的高分子化合物，本实施例中采用硅胶。该步骤注射的较薄高分子胶体层24’主要是用于填平上述透明封装胶体24凝固后可能出现的凸凹不平的上表面，如果上一步骤S2注入的透明封装胶体24适量，且凝固时形成了平整的上表面，则S3这一步骤可以省略。
本实施例采用两次注射成型的方式形成透明封装层24，可避免透明封装胶体凝固后发生微量的变形，出现表面凹凸不均的状况，从而利于荧光层的贴合。例如出现现有技术中荧光粉片并未完全覆盖住芯片表面使外围漏出芯片蓝光而让色度不均的情形，第二次注射的较薄的高分子胶体层24’即可填补该不足，使得该透明封装层24表面平整，且其具有一定的粘性，从而更有利于后续步骤S4中荧光层28与透明封装层24之间的粘结贴合，从而避免出光色度不均的情形。
此外，该高分子胶体层24’亦可优选的使得透明封装层24的上表面与该基座结构20的顶面201近乎齐高，以利于后续步骤S4。
请参阅图7A，具体的步骤S4，可采用一拾取装置4拾取一荧光粉贴片28贴合在该较薄的高分子胶体层24’上，其中，优选的，该荧光粉贴片28的形状与容置空间202内底部2022的形状对应，如本实施例中，该容置空间202内底部2022为长方形，该荧光粉贴片28也为长方形。该荧光粉贴片28的长度d略大于容置空间202内底部2022的长度d’，同样荧光粉贴片28的宽度也应略大于容置空间202内底部2022的宽度，使得该荧光粉贴片28粘合该高分子胶体层24’后，该荧光粉贴片28的边缘281能承载在基座结构20的顶面201上，使该荧光粉贴片28完全覆盖住该容置空间202。
请参阅图7B，步骤S4也可以采用注射的方式，用注射装置3在该较薄的高分子胶体层24’上注射一层内含荧光粉的高分子胶体层，形成一尺寸略大于该容置空间202的荧光层28，使得该荧光层28的边缘281承载在该基座结构20顶面201上，完全覆盖住该容置空间202。
优选的，在步骤S4形成荧光层后，更包含一固化该较薄高分子胶体层的步骤。该固化步骤与步骤S2中凝固该透明封装胶体24相同，优选为烘烤固化。
本实施例分两段烘烤，是为了防止透明封装胶体和荧光粉片的膨胀系数不同在界面产生气泡，或者防止注射方法形成的荧光层在烘烤时与该透明封装胶体混为一体。
经由上述步骤S1至S4，则封装成如图8A或8B所示的发光二极管装置200。
本发明提供的发光二极管装置200其发光芯片22设置于基座结构20的一容置空间202内底部2022，该发光芯片22的顶面及周面上覆盖有一透明封装层24，而荧光层28形成于该透明封装层24上，这样光线经过荧光层28的路径基本等长，因此出光色均性好，另外荧光层28可以较薄，从而可以减少光能损失，出光率提高；此外，特别的，该荧光层28尺寸略大于该容置空间202的尺寸，其边缘281承载于该基座结构20顶面201上，使得该荧光层28完全覆盖该发光芯片22的发光区域，从而避免漏光，因此提高出光色均性，且提高出光视角。
本发明提供的发光二极管装置的封装方法，既可适用于覆晶接合式发光二极管也可适用于一般的发光二极管，例如打线接合式发光二极管，适用性广；另外采用注射等简单工艺，成本低，且采用二次注射、分段固化方式形成透明封装层，不但利于荧光层的贴合，也避免界面出现气泡而出光色均性较差的情形，因此该封装方法适用性广，成本低，且确保封装形成的发光二极管装置出光效率高，出光色均性好，出光视角广。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管装置，其包括具有一基座结构、一发光芯片、一透明封装层以及一荧光层；该基座结构具有一容置空间，该容置空间藉由一该基座结构的内底面及一围绕该底面周缘的内侧壁所界定，该发光芯片设置于该容置空间之底部；该透明封装层填设于该容置空间中并覆盖该发光芯片；该荧光层形成于该透明封装层上；其特征在于，该荧光层尺寸大于该容置空间的尺寸且不大于1.5倍该容置空间的尺寸，且其边缘承载于该基座顶面上。
2.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该荧光层为荧光粉贴片或内含荧光粉的高分子胶体层。
3.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该透明封装层具有一平坦上表面。
4.如权利要求1或3所述的发光二极管装置，其特征在于，该透明封装层与该荧光层间更包含一高分子胶体层。
5.如权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该透明封装层的上表面与该基座结构的顶面近乎齐高。
6.一种发光二极管装置的封装方法，其包括步骤：
提供具有一容置空间的一基座，该容置空间底部设置有一发光芯片；
往该基座的容置空间内注射透明封装胶体，使该透明封装胶体覆盖该发光芯片的顶面及周面，并凝固该透明封装胶体；
在该凝固的透明封装胶体上形成一尺寸大于该容置空间的荧光层，使得该荧光层的边缘承载在该基座顶面上。
7.如权利要求6所述的发光二极管装置的封装方法，其特征在于，在该凝固的透明封装胶体上形成荧光层的方法为粘贴一荧光粉贴片或注射一内含有荧光分的高分子胶体层。
8.如权利要求6所述的发光二极管装置的封装方法，其特征在于，该荧光层尺寸需不大于1.5倍该容置空间的尺寸。
9.如权利要求6所述的方法光二极管装置的封装方法，其特征在于，在荧光层形成前，更包含一在凝固的封装胶体上再次注射一较薄的高分子胶体层的步骤。
10.如权利要求9所述的发光二极管装置的封装方法，其特征在于，在荧光层形成后，更包含一固化该较薄高分子胶体层的步骤。
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