CN101629705A - 发光二极管元件的封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光二极管元件的封装结构及其制造方法。该发光二极管元件的封装结构包含一具有一反射腔的基板、一固定于该反射腔内的裸片、一设于该反射腔表面的反射层、多个电极及一位于该反射腔上方的反射式增光偏光膜，其中该多个电极是设于该基板上相对于该反射腔的表面。该反射式增光偏光膜可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层，再经由该反射层反射回该反射式增光偏光膜。而该反射光中有部分偏极光和穿透方向相同，则该部分光线能通过该反射式增光偏光膜而透射出该封装结构，因此能增强发光二极管元件特定偏极方向光线的强度，能改善液晶显示器中背光模块产生光线的利用率，进而提升画面品质。

Description

发光二极管元件的封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管元件的封装结构及其制造方法，尤其涉及一种能提升特定偏极方向光线强度的发光二极管元件。

背景技术

由于发光二极管(light emitting diode；LED)有体积小、发光效率高以及寿命长等优点，因此被认为是次世代绿色节能照明的最佳光源。另外液晶显示器的快速发展及全彩屏幕的流行趋势，使白光系发光二极管除了应用于指示灯及大型显示幕等用途外，还可以应用于广大的消费性电子产品，例如：手机及个人数字助理(PDA)。

发光二极管的发光效率与输出功率随着新材料技术的研发突破而不断提升，使得发光二极管在亮度的表现上逐步接近现有光源，再加上其特有的高色彩饱和度，因此在液晶显示器背光源与照明的应用上有相当的优越性。发光二极管与白炽灯泡相比，白炽灯泡在100W的输出功率下，约有12％转换成热，83％转换成红外线辐射，仅有5％转换成可见光。然而，发光二极管光源可以有15％转换成可见光，其余的85％转换成热能。所以直接接触发光中的发光二极管元件的封装结构，也会感觉到热源的存在。

背光模块(Back light module)为液晶显示器面板(LCD panel)的关键零组件之一，由于液晶材料本身不发光，背光模块的功能即在于提供充足的亮度与分布均匀的光源，使液晶显示器面板能正常显示影像。背光模块主要是由光源(包括冷阴极荧光管、热阴极荧光管、发光二极管元件等)、灯罩、反射板(Reflector)、导光板(light guide plate)、扩散片、增亮膜(Brightnessenhancement film)及外框等组件组装而成。一般而言，背光模块可分为前光式(Front light)与背光式(Back light)兩种，而背光式可依其规格的需要，并以灯管或发光二极管元件的位置做分类，发展出下列两种结构：

(1)侧光式(Edge lighting)结构：发光源为置于侧边的单边光源，导光板采射出成型无印刷式设计，一般常用于18英寸以下中小尺寸的背光模块，其侧边入射的光源设计，拥有轻量、薄型、窄框化以及低耗电的特色，也可作为手机、个人数字助理以及笔记本计算机上液晶显示器面板的光源，目前也有大尺寸背光模块采用此种侧光式结构。

(2)直下型(Bottom lighting)结构：超大尺寸的背光模块，侧光式结构已经无法在重量、消费电力以及亮度上占有优势，因此不含导光板且光源放置于正下方的直下型结构便被发展出来。光源由自发性光源(例如灯管、发光二极管等)射出并通过反射板反射后，向上经扩散板均匀分散后而从正面射出。因安置空间变大，故可依面板大小使用较多的灯管，但同时也会增加模块的厚度、重量及耗电量。相对优点为高辉度、良好的出光视角、光利用效率高及结构简易化等，因而适用于对可携性及空间要求较不挑剔的液晶显示器与液晶电视，其高消费电力(使用冷阴极管)、均一性不佳及造成液晶显示器发热等问题仍需要求改善。

一般光源产生的光线不具有偏极性，当光源通过偏光板后，光线会被线性偏极化到特定的方向上。偏光板原理是将一般不具偏极性的自然光转变成具有特定偏极方向的偏极光。当没有偏光板时，光线可自由进出液晶槽，不受外加电场的影响。但在上下层各外加偏光板后，透过液晶槽的光线就可用外加电场加以控制，从而视觉上可以感受到明暗的变化。由此可知，偏光板功能即在于将非偏极光转为偏极光，而液晶显示面板就是利用此偏极光加上液晶扭转特性，以达到控制光线的通过量而形成亮度的强弱分别。公知技术使用发光二极管元件当作背光模块的光源，因为元件的封装结构没有加入反射型偏光片(Dual Brightness Enhancement Film)，所以导致发光二极管元件产生的部分光线无法通过偏光板而被有效利用。

综上所述，市场上亟需要一种封装结构能增强发光二极管元件特定偏极方向光线的强度，能改善液晶显示器中背光模块产生光线的利用率，进而提升画面品质。

发明内容

本发明的目在于提供一种发光二极管元件的封装结构及其制造方法，发光二极管元件通过一反射式增光偏光膜提升特定偏极方向光线的强度，尤其应用于液晶显示器中背光模块可增加光线的利用率，进而提升画面品质。

为实现上述目的，本发明公开一种发光二极管元件的封装结构，其包含一具有一反射腔的基板、一固定于该反射腔内的裸片、一设于该反射腔表面的反射层、多个电极以及一位于该反射腔上方的反射式增光偏光膜，其中该多个电极是设于该基板上相对于该反射腔的表面。该反射式增光偏光膜可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层，再经由该反射层反射回该反射式增光偏光膜。而该反射光中有部分偏极光和穿透方向相同，则该部分光线能通过该反射式增光偏光膜而透射出该封装结构。

该反射腔内还设有多个焊盘，该裸片上的接点与该焊盘电性相连。该裸片上的接点是以金属导线或凸块连接到该焊盘。

该发光二极管元件的封装结构还包含多个贯穿该基板的导通柱，并使该多个电极及该多个焊盘分别电性连接。

该基板是一导电性不佳的硅晶材料、陶瓷材料、高分子材料、玻璃或低温共烧多层陶瓷的基材。

该反射式增光偏光膜可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层。

该发光二极管元件的封装结构另包含一填入该反射腔内的透明绝缘材料，该反射方式增光偏光膜系覆盖在该透明绝缘材料上。

本发明还提供一种形成发光二极管元件的封装结构的方法，其包含步骤如下：提供一基板，并且于该基板的一第一表面形成一反射腔；形成一反射层于该反射腔表面上；并于该基板的一第二表面上形成多个电极，其中该第二表面相对于该第一表面；再者，固定一裸片于该反射腔内；然后，将一透明绝缘材料填入该反射腔内；最后，覆盖一反射式增光偏光膜在该反射腔上，以此可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层。

另包含在该反射腔内设置多个焊盘的步骤。

另包含在该基板形成多个导通孔及于该导通孔内设置金属导通柱的步骤，其中该焊盘通过该金属导通柱和该电极相连接。

另包含在该反射腔内填入一透明绝缘材料的步骤。

该裸片是以粘晶方式或覆晶方式固定于该反射腔内。

通过本发明公开的一种发光二极管元件的封装结构及其制造方法能增强发光二极管元件特定偏极方向光线的强度，能改善液晶显示器中背光模块产生光线的利用率，进而提升画面品质。

附图说明

图1是根据本发明的发光二极管元件的剖面示意图；

图2是根据本发明的另一实施例发光二极管元件的剖面示意图；

图3(a)～3(d)示出了反射型偏光膜能提升特定偏极方向光线强度的示意图；以及

图4(a)～4(h)示出了根据本发明的形成发光二极管元件的各步骤的结构示意图。

并且，上述附图中的附图标记说明如下：

10、10′发光二极管元件

11  基板

12  反射层

14  透明绝缘材料

15  反射式增光偏光膜

111 反射腔

112 第一表面

113 第二表面

131、132  电极

171、172  焊盘

181、182  导通柱

16a、16b  裸片

19a  金属导线

19b  凸块

具体实施方式

图1是本发明发光二极管元件的剖面示意图。发光二极管元件10主要包含一具有一反射腔111的基板11、一固定于反射腔111内的裸片16a、一设于反射腔111表面的反射层12、多个电极131、132及一位于该反射腔111上方的反射式增光偏光膜15。该多个电极131、132是设于基板11上相对于该反射腔111的表面，也就是在基板11的第一表面112形成一凹入的反射腔111，并在基板11的第二表面113上设置电极131、132。而且基板11可以是导电性不佳的硅晶基板、陶瓷材料、高分子材料、玻璃或低温共烧多层陶瓷(LTCC)等。在杯型反射腔111的底部设有多个焊盘171、172，该焊盘171、172并通过导通柱181、182分别和电极131、132相连接。

裸片16a是以粘晶(die bonding；或称为固晶)工艺固定在杯型反射腔111的底部，再以焊线(wire bonding引线键合)工艺将裸片16a上的接点以极细的金属导线19a直径为18～50um连接到焊盘171、172，以此传递裸片16a与基板11间的电信号。为保护裸片16a及金属导线19a不受外力或环境因素损害，因此需要于金属导线杯型反射腔111裸片16a上方覆盖一透明绝缘材料14，也就是将透明绝缘材料14填入该反射腔111内。另外，有一反射式增光偏光膜15覆盖在透明绝缘材料14上，以此可将裸片16a产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层12，其中穿透方向是指反射式增光偏光膜15允许特定偏极方向的光线通过。

该反射式增光偏光膜15可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层12，再经由反射层12反射回该反射式增光偏光膜15。而该反射光中有部分偏极光和穿透方向相同，则此部分光线能通过该反射式增光偏光膜15而穿射出透明绝缘材料14。

相较于图1中粘晶式封装的发光二极管元件10，图2是本发明另一实施例覆晶封装式发光二极管元件10′的剖面示意图。裸片16b上接点是通过凸块(bump)19b和焊盘171、172连接。由于覆晶式封装的信号传输路径较短，因此信号品质与强度得以较完整的保存，而过长的传输路径将会造成信号的延迟(Time Delay)和信号强度减弱。

一般偏光板原理是将一般不具偏极性的自然光转变成偏极光，因此当液晶显示面板没有偏光板时，光线可自由进出液晶槽，而不受外加电场的影响。但在液晶槽上下方各加上偏光板后，光线的透过就可用外加电场加以控制，使得视觉上可以感受到明暗的变化。由此可知，偏光板功能即在于将非偏极光转为偏极光，而液晶显示器就是利用此偏极光加上液晶扭转特性来达到控制光线的通过量而形成亮度的强弱分别。偏光板基本结构是由几层厚度仅数十微米薄膜材料贴合而成，其中最主要的偏光子是利用透光性良好的高分子薄膜(常用为PVA；聚乙烯醇)吸附上二色性物质(碘系、染料性等)，几秒内使碘离子或染料扩散渗入内层的聚乙烯醇中，微热后用人工或机械拉伸至数倍长度。且在变长的同时也将变得又薄又窄，原本聚乙烯醇分子为任意角度无规则性分布，因受力拉伸后分子就逐渐偏转于作用力方向上，而附着在聚乙烯醇上的碘离子或染料也就随之有方向性，因此可吸收平行于其排列方向的光束电场分量，只让垂直方向的光束电场分量通过。另外，由于聚乙烯醇膜在经过延伸之后，通常机械性质会降低，变得容易碎裂，因此在偏光基体(聚乙烯醇)延伸完后会在两侧贴上三醋酸纤维素(TAC)层，作为支撑保护偏光子且防止回缩的保护层。

如图3(a)～3(d)，反射型偏光膜15(DBEF；或称为反射型偏光片)是利用多层膜技术形成一具有特殊性质的薄膜，可将非穿透方向的偏极光P2有效反射回去，而穿透方向的偏极光P1则可以通过反射型偏光膜15而射出封装结构。由于反射腔111侧壁的反射层12具有扩散(Diffusion)与扰乱(Scrambling)效应，故可将原非穿透方向偏极光部分P2转化为穿透方向偏极光P1′，进而再通过反射型偏光膜15，然而其中仍有部分转化为非穿透方向偏极光P2′而仍被反射回去。通过如此往复反射及穿透作用后，大多数原本会被吸收而损耗的非穿透方向偏极光大都转变成为可利用的穿透方向偏极光。

图4(a)至图4(h)显示本发明形成发光二极管元件的各步骤的结构示意图。首先提供一基板11，并且于基板11的第一表面112形成反射腔111。再于基板11形成多个垂直导通孔183、184，使得反射腔111和基板11的第二表面112贯通。然后形成一反射层12于该反射腔111的侧壁表面。并设置多个焊盘171、172于反射腔111底部，及于基板11的一第二表面112上形成多个电极131、132，同时垂直导通孔183、184内也充填金属材料而产生导通柱181、182。再者，固定一裸片16a于反射腔111底部，并通过焊线工艺将裸片16a上的接点以极细的金属导线19a连接到焊盘171、172。然后，将一透明绝缘材料14填入该反射腔111内。最后，覆盖一反射式增光偏光膜15在透明绝缘材料14上，以此可将该裸片16a产生光线中非穿透方向的偏极光反射回该反射层12。

本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及公开内容而作各种不背离本发明精神的替换以及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所公开的内容，而应包括各种不背离本发明的替换以及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种发光二极管元件的封装结构，包含：

一基板，具有一反射腔；

一裸片，固定于该反射腔内；

一反射层，设于该反射腔表面；

多个电极，设于该基板上相对于该反射腔的表面；以及

一反射式增光偏光膜，设于该反射腔上。

2.如权利要求1所述的发光二极管元件的封装结构，其中该反射腔内设有多个焊盘，该裸片上的接点与该焊盘电性相连。

3.如权利要求2所述的发光二极管元件的封装结构，其中该裸片上的接点是以金属导线或凸块连接到该焊盘。

4.如权利要求2所述的发光二极管元件的封装结构，其另包含多个贯穿该基板的导通柱，并使该多个电极及该多个焊盘分别电性连接。

5.如权利要求1所述的发光二极管元件的封装结构，其中该基板是一导电性不佳的硅晶材料、陶瓷材料、高分子材料、玻璃或低温共烧多层陶瓷的基材。

6.如权利要求1所述的发光二极管元件的封装结构，其中该反射式增光偏光膜可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层。

7.如权利要求1所述的发光二极管元件的封装结构，其另包含一填入该反射腔内的透明绝缘材料，该反射式增光偏光膜系覆盖在该透明绝缘材料上。

8.一种发光二极管元件封装结构的制造方法，包含下列步骤：

提供一基板；

于该基板的一第一表面产生一反射腔；

形成一反射层于该反射腔表面；

于该基板的一第二表面上形成多个电极，其中该第二表面相对于该第一表面；

固定一裸片于该反射腔内；以及

覆盖一反射式增光偏光膜在该反射腔上，以此可将该裸片产生光线中非穿透方向的偏极光有效反射回该反射层。

9.如权利要求8所述的发光二极管元件封装结构的制造方法，其另包含于该反射腔内设置多个焊盘的步骤，并且另包含于该基板形成多个导通孔以及于该导通孔内设置金属导通柱的步骤，其中该焊盘通过该金属导通柱和该电极相连接。

10.如权利要求8所述的发光二极管元件封装结构的制造方法，其另包含于该反射腔内填入一透明绝缘材料的步骤。

11.如权利要求8所述的发光二极管元件封装结构的制造方法，其中该裸片是以粘晶方式或覆晶方式固定于该反射腔内。

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