CN101651177A - 可产生均匀复色光的光电半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可产生均匀复色光的光电半导体装置。利用于芯片外覆盖透明覆盖层以及荧光粉层，以增加发光二极管的出光效率以及出光均匀性。依据芯片不同出光角度具有不同出光强度的特性，在相对应不同角度的荧光粉层上设计不同厚度或不同浓度，使芯片各角度不同强度的出光在通过特定不同厚度或浓度的荧光粉层后，具有一致性的色度，以产生色彩均匀的复色光。于荧光粉层的内外表面另具有可破坏出射光线全反射角度的微结构，避免芯片射出的光线于覆盖层中发生全反射或回向散射而降低出光效率的问题。
Description
技术领域
本发明有关一种发光二极管装置，尤指一种具有双层覆盖层，可产生均匀复色光以及具有高光透效率的发光二极管装置。
背景技术
目前市面常见的发光二极管(light emitting diode，LED)，由于具有体积小、寿命长、高耐用性、比传统灯泡环保以及低耗电量等特性，使得发光二极管成为「绿色照明光源」的明日之星。其中白光(或复色光)发光二极管通常混合二种以上单一波长色光(单色光)而普遍用于信息、通讯与消费性电子产品的指示灯与显示装置，并成为日常生活常用到的电子元件。在复色光发光二极管的研究中，除了提升出光效率外，出光色彩的不均匀性也是目前复色光发光二极管最需解决的问题。
请参考图1，图1为美国第US 6,417,019号专利案所披露的已知荧光粉层封装的发光二极管示意图。为了改善复色光发光二极管的色均匀性，其利用特殊工艺先将荧光粉层2以极小的厚度沉积于发光二极管芯片1的表面，使芯片1的光线在可忽略光程差的极短距离内即和荧光粉层2内的荧光粉体作用，以将光线转换为复色光，最后经由光学封装(包含反射杯3)出光。
然而这样的封装方式产生了下列缺点：
1.由于荧光粉层2以极小厚度沉积于芯片1表面，此涂布工艺繁复且不易控制，增加制造成本。
2.荧光粉层2直接覆盖于芯片1的表面，使得部分由芯片1发出的光线进入荧光粉层2与荧光粉颗粒碰撞后反弹回芯片1内部然后被吸收，造成出光效率下降。
3.此种工艺技术仅适用于倒装芯片式发光二极管。
4.由于芯片1出光形式接近点光源(反射杯3可提高出光效率但也限制了出光视角)，因此出光视角不足以应用于大视角照明。
因此目前已知技术在针对色均匀性做改善时，并无法有效兼顾出光效率。
发明内容
本发明披露一种可产生均匀复色光的光电半导体装置，其包含有发光二极管芯片、基部、第一覆盖层以及第二覆盖层。该发光二极管芯片固定于该基部上，该第一覆盖层覆盖于该发光二极管芯片外围，该第二覆盖层覆盖于该第一覆盖层外围。该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异厚度。
优选地，该发光二极管芯片用来发出400nm～470nm的蓝光或300nm～400nm的紫外光。
优选地，该发光二极管芯片为正面出光、侧向出光或倒装芯片形式的发光二极管芯片。
优选地，该基部可为金属基板、印刷电路板、陶瓷基板、高分子材料塑胶基板、铅框封装基板或其他复合材料。
优选地，该第一覆盖层为透明高分子胶体。
优选地，该第一覆盖层为环氧化物、硅胶结构、或其他具有长链状结构的高分子化合物。
优选地，该第二覆盖层为荧光粉发光层，该第一区段以及该第二区段对应该发光二极管芯片相异的出光角度。
优选地，该第二覆盖层的该第一区段以及该第二区段具有相异的荧光粉体浓度。
优选地，该第二覆盖层用来将该发光二极管芯片的出光转换为波长范围为520nm～570nm的复色光。
优选地，该第二覆盖层包含有可发出红色(590nm～650nm)、绿色(500nm～530nm)或蓝色(440nm～480nm)的不同发光色的荧光粉体。
优选地，该第二覆盖层为透镜。
优选地，该第二覆盖层另具有第一表面以及第二表面，该第一表面接触于该第一覆盖层的表面，该第一表面、该第二表面以及该第一覆盖层的表面为凸面。
优选地，该第二覆盖层的该第一表面以及该第二表面同时或分别具有从各自圆心向外做放射状分布的角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状的微结构。
优选地，该第二覆盖层的最大厚度小于或等于0.5mm。
本发明另披露一种可产生均匀复色光的光电半导体装置，其包含有发光二极管芯片、基部、第一覆盖层以及第二覆盖层。该发光二极管芯片固定于该基部上，该第一覆盖层覆盖于该发光二极管芯片外围，该第二覆盖层覆盖于该第一覆盖层外围。该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异的荧光粉体浓度。
优选地，该第一覆盖层为透明高分子胶体。
优选地，该第二覆盖层为荧光粉发光层，该第一区段以及该第二区段对应该发光二极管芯片相异的出光角度。
优选地，该第二覆盖层为透镜。
优选地，该第二覆盖层另具有第一表面以及第二表面，该第一表面接触于该第一覆盖层的表面，该第一表面、该第二表面以及该第一覆盖层的表面为凸面。
优选地，该第二覆盖层的该第一表面以及该第二表面同时或分别具有从各自圆心向外做放射状分布的角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状的微结构。
本发明另披露一种可产生均匀复色光的光电半导体装置，其包含有发光二极管芯片、基部、第一覆盖层以及第二覆盖层。该发光二极管芯片固定于该基部上，该第一覆盖层覆盖于该发光二极管芯片外围，该第二覆盖层覆盖于该第一覆盖层外围。该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有第一表面以及第二表面，该第一表面以及该第二表面同时或分别具有从各自圆心向外做放射状分布的微结构。
优选地，该第一表面以及该第二表面的微结构为角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状的表面变化。
优选地，该第二覆盖层另具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异厚度。
优选地，该第二覆盖层另具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异的荧光粉体浓度。
附图说明
图1为已知发光二极管封装剖面示意图。
图2为本发明可产生均匀复色光的发光二极管第一实施例的示意图。
图3为本发明可产生均匀复色光的发光二极管第二实施例的示意图。
图4为本发明可产生均匀复色光的发光二极管第三实施例的示意图。
图5为本发明可产生均匀复色光的发光二极管第四实施例的示意图。
图6为本发明可产生均匀复色光的发光二极管第五实施例的示意图。
【主要元件符号说明】
1、21、31、41、51、61：芯片
2、22、32、42、52、62：荧光粉层
3：反射杯
10、20、30、40、50、60：发光二极管
23、33、43、53、63：透明胶体
24、34、44、54、64：基部
45、55、65：第一微结构
46、56、66：第二微结构
421、521、621：第一表面
422、522、622：第二表面
具体实施方式
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中的普通技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
请参考图2。图2为本发明可产生均匀复色光的发光二极管20第一实施例的示意图。发光二极管20包含芯片21，基部24、第一覆盖层23以及第二覆盖层22，芯片21固定于基部24上。其中芯片21为可发出400nm～470nm单一波长蓝光或300nm～400nm单一波长紫外光的正面出光、侧向出光或倒装芯片形式的发光二极管芯片；基部24可为金属基板、印刷电路板、陶瓷基板、高分子材料塑胶基板、铅框封装基板(Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC)或其他复合材料为基础的基材；位于内层的第一覆盖层23直接覆盖于芯片21外围，在本发明的实施例中，第一覆盖层23为环氧化物、硅胶结构或其他具有长链状高分子结构的透明胶体，可用来分隔芯片21以及第二覆盖层22以提高出光效率，并且其透明性质可确保自芯片21发出来的光线不会在第一覆盖层23内被吸收而影响出光效率。如图2所示，在第一覆盖层23上方覆盖内含有荧光粉体的第二覆盖层22，而在第二覆盖层22内包含有可发出红色(590nm～650nm)、绿色(500nm～530nm)或蓝色(440nm～480nm)的不同发光色的荧光粉体，或是可将发光二极管芯片21的出光转换为波长范围为520nm～570nm的复色光的荧光粉体。于本发明的实施例中，第二覆盖层23可为透镜，且可包含有一种或一种以上的荧光粉体，并且其最大厚度实质上不大于0.5mm。由于芯片21在不同的出光角度具有不同的出光强度，如图2中，芯片21的出光强度I1＞I2＞I3，因此为使芯片21各角度出光在经过包含荧光粉体的第二覆盖层22后具有一致性的色度，以产生色彩均匀的复色光，第二覆盖层22于相对应芯片21不同出光角度的区段具有相异的厚度。例如，第二覆盖层22中相对应出光强度I1的第一区段厚度为d1，相对应出光强度I2的第二区段厚度为d2，相对应出光强度I3的第三区段厚度为d3，且于第一实施例中d1＞d2＞d3，并且进一步设置第二覆盖层22各区段厚度以满足I1/d1＝I2/d2＝I3/d3＝V，使发光二极管20于各角度具有相同的出光强度V。为了说明方便，在说明中以三个区段来描述，但实际上，第二覆盖层22的厚度变化可如图2显示为渐进式变化，可以更精确反应不同出光角度的出光强度变化。
请参考图3。图3为本发明可产生均匀复色光的发光二极管30第二实施例的示意图。其中发光二极管30包含芯片31、基部34、第一覆盖层33以及第二覆盖层32，芯片31固定于基部34上。为了使芯片31各角度出光在经过包含荧光粉体的第二覆盖层32后具有一致性的色度，第二实施例的第二覆盖层32于相对应芯片31不同出光角度的相异区段内的荧光粉体浓度亦不相同。例如，第二覆盖层32中相对应出光强度I1的第一区段内荧光粉体浓度为D1，相对应出光强度I2的第二区段内荧光粉体浓度为D2，相对应出光强度I3的第三区段内荧光粉体浓度为D3，且于第二实施例中D1＞D2＞D3，并且进一步设置第二覆盖层32各区段内荧光粉体浓度以满足I1/D1＝I2/D2＝I3/D3＝V，使发光二极管30于各角度具有相同的出光强度V。为了说明方便，在说明中以三个区段来描述，但实际上，第二覆盖层32内荧光粉体浓度变化可为渐进式变化，可以更精确反应不同出光角度的出光强度变化。
请参考图4。图4为本发明可产生均匀复色光的发光二极管40第三实施例的示意图。对于如本发明所披露具有两层胶体封装的发光二极管(包含前述第一、第二实施例以及后续的第四、第五实施例)而言，覆盖于芯片外的第一覆盖层以及第二覆盖层通常以凸面形式存在以获得最大的出光角度。如图4所示，发光二极管40包含芯片41、基部44、第一覆盖层43以及第二覆盖层42，芯片41固定于基部44上。由于芯片41有部分出光会与第二覆盖层42内的荧光粉体发生碰撞产生回向散射，或是光线在由第一覆盖层43进入第二覆盖层42或由第二覆盖层42进入大气时发生全反射以致于被芯片41吸收而影响出光效率，第四实施例的发光二极管40于第二覆盖层42与第一覆盖层43接触的第一表面421具有多个各自圆心向外做放射状分布的角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状表面变化的第一微结构45，第二覆盖层42与外界大气接触的第二表面422亦具有多个各自圆心向外做放射状分布的角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状表面变化的第二微结构46。其中第一表面421上的第一微结构45可破坏光线自第一覆盖层43进入第二覆盖层42时的全反射角，同时可将与第二覆盖层42内的荧光粉体发生碰撞回向散射的光线再度向外反射增加出光。第二表面422上的第二微结构46则可破坏光线自第二覆盖层42进入大气时的全反射角以增加出光。而本发明的第一微结构45以及第二微结构46可同时存在，亦可单独设置第一微结构45或第二微结构46，皆可提升发光二极管40的出光效率。
请参考图5。图5为本发明可产生均匀复色光的发光二极管50第四实施例的示意图。发光二极管50包含芯片51、基部54、第一覆盖层53以及第二覆盖层52，芯片51固定于基部54上。第二覆盖层52与图2中的第二覆盖层22实质上相同，且第二覆盖层52的第一表面521以及第二表面522上，亦分别具有第一微结构55以及第二微结构56(类似于第三实施例的第一微结构45以及第二微结构46)。因此第四实施例所披露的发光二极管50透过不同厚度的第二覆盖层52以及第二覆盖层52表面的第一微结构55以及第二微结构56，使发光二极管50可发出均匀复色光，并提升出光效率。
请参考图6。图6为本发明可产生均匀复色光的发光二极管60第五实施例的示意图。发光二极管60包含芯片61、基部64、第一覆盖层63以及第二覆盖层62，芯片61固定于基部64上。第二覆盖层62与图3中的第二覆盖层32实质上相同，且第二覆盖层62的第一表面621以及第二表面622上，亦分别具有第一微结构65以及第二微结构66(类似于第三实施例的第一微结构45以及第二微结构46)。因此第五实施例所披露的发光二极管60透过于不同区段具有不同荧光粉体浓度的第二覆盖层62以及第二覆盖层62表面的第一微结构65以及第二微结构66，使发光二极管60可发出均匀复色光，并提升出光效率。
前述各实施例的发光二极管在两层胶体封装外，不需再设置如已知技术中反射杯一类的结构，自芯片发出的光线不会受到其他阻挡或改变方向，因此本发明所披露的发光二极管更可有效提升出光视角，使发光二极管具有大视角照明的特性。
本发明所披露的发光二极管利用于芯片外覆盖透明覆盖层以及荧光粉层，以增加出光效率以及出光均匀性。依据芯片不同出光角度具有不同出光强度的特性，在相对应不同角度的荧光粉层上设计不同厚度或不同浓度，使芯片各角度不同强度的出光在通过特定不同厚度或浓度的荧光粉层后，具有一致性的色度，以产生色彩均匀的复色光。于荧光粉层之内外表面另具有可破坏出射光线全反射角度的微结构，避免芯片射出的光线于覆盖层中发生全反射或回向散射而降低出光效率的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种光电半导体装置，其包含有：
发光二极管芯片；
基部，该发光二极管芯片固定于该基部上；
第一覆盖层，覆盖于该发光二极管芯片外围；以及
第二覆盖层，覆盖于该第一覆盖层外围，该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异厚度。
2.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该第一覆盖层为透明高分子胶体。
3.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层为荧光粉发光层，该第一区段以及该第二区段对应该发光二极管芯片相异的出光角度。
4.如权利要求3所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层的该第一区段以及该第二区段具有相异的荧光粉体浓度。
5.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层用来将该发光二极管芯片的出光转换为波长范围为520nm～570nm的复色光。
6.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层为透镜。
7.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层另具有第一表面以及第二表面，该第一表面接触于该第一覆盖层的表面，该第一表面、该第二表面以及该第一覆盖层的表面为凸面。
8.如权利要求7所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层的该第一表面以及该第二表面同时或分别具有从各自圆心向外做放射状分布的角锥体、四面体、圆锥体、或环形波浪状的微结构。
9.如权利要求8所述的光电半导体装置，其中该第二覆盖层的最大厚度小于或等于0.5mm。
10.一种光电半导体装置，其包含有：
发光二极管芯片；
基部，该发光二极管芯片固定于该基部上；
第一覆盖层，覆盖于该发光二极管芯片外围；以及
第二覆盖层，覆盖于该第一覆盖层外围，该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有至少一第一区段以及一第二区段，该第一区段以及该第二区段具有相异的荧光粉体浓度。
11.一种光电半导体装置，其包含有：
发光二极管芯片；
基部，该发光二极管芯片固定于该基部上；
第一覆盖层，覆盖于该发光二极管芯片外围；以及
第二覆盖层，覆盖于该第一覆盖层外围，该第二覆盖层内包含至少一种荧光粉体，该第二覆盖层具有第一表面以及第二表面，该第一表面以及该第二表面同时或分别具有从各自圆心向外做放射状分布的微结构。
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