CN101852345A - 发光二极管光源模块 - Google Patents

发光二极管光源模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管(LED)光源模块,至少包含:一导热基板,其中导热基板的一表面包含多个凹槽;多个发光二极管芯片分别设在前述凹槽中;至少一绝缘层设于前述凹槽外的导热基板的表面上;至少一导电层设于绝缘层上,其中这些发光二极管芯片与导电层电性连接;一封装胶体层覆盖在发光二极管芯片、导电层与绝缘层上;以及一透光基板设于封装胶体层上。

Description

发光二极管光源模块
技术领域
[0001] 本发明是有关于一种光源模块,且特别是有关于一种发光二极管(LED)模块。 背景技术
[0002] 在节能与环保的趋势下,以发光二极管作为光源的发光模块已渐渐取代目前常见 的白炽灯具与荧光灯具。目前,发光二极管发光模块主要是将表面粘着型(SMD)发光二极 管封装结构利用表面粘着技术焊接在电路基板上。透过电路基板提供电源,且经由发光二 极管封装结构的导线接脚(Lead Frame)而分别通入发光二极管芯片的p型电极与n型电 极,可使发光二极管芯片发光。
[0003] 然而,传统发光二极管芯片大都无法将大部分的输入电能转换为光能,而多半以 热能的形式损失,因此存在有转换效率不高的问题。若产生的热量无法有效排除,将进一步 会使得发光二极管芯片的接面温度(Junction Temperature)更加上升,如此不仅会降低发 光二极管芯片的发光效率,更会造成组件的可靠性不佳。因此,如何解决发光二极管的散热 问题,已成为发光二极管组件的发展的重要课题。
[0004] 请参照图1,其是绘示一种传统发光二极管发光模块的剖面示意图。此传统发光 二极管发光模块100是一种表面粘着型高功率发光二极管发光模块。发光二极管发光模块 100主要包括发光二极管封装结构136与电路基板134,其中发光二极管封装结构136主要 包括发光二极管芯片102、封装基座104、封装胶体126与反射层124,其中封装基座104具 有导线接脚106嵌设于其中,导线接脚106包括二接脚108与110、以及金属导热块112,金 属导热块112与接脚110电性连接。封装基座104封装基座104是利用聚-邻-苯二甲酰 胺(Polyphthalamide ;PPA)材料射出成型,且具有凹槽118,其中凹槽118暴露出部分的金 属导热块112与部分的接脚108,且反射层124设置在凹槽118的侧面上。发光二极管芯 片102则设置在凹槽118所暴露出的金属导热块112上,其中发光二极管芯片102的一电 极与金属导热块112电性连接,另一电极则透过导线120而与接脚108电性连接。封装胶 体126则填入凹槽118中,并覆盖发光二极管芯片102、导线120、与凹槽118所暴露出的导 线接脚106,其中为提供所需的色光,封装胶体126中还可掺有荧光粉122。
[0005] 电路基板134主要包括载板128、绝缘层130与电路层132,其中绝缘层130夹设 在电路层132与载板128之间,以电性隔离载板128与电路层132。电路基板134可为金属 核心印刷电路板(Metal Core PCB ;MCPCB),且载板128 —般可为铝基板;电路基板134亦 可为FR4铜箔基板。发光二极管封装结构136则设置在电路基板134上,其中导脚108与 110分别透过焊锡114而与电路基板134上的电路层132电性连接,且金属导热块112透过 焊锡116而与电路基板134的载板128接合,以利传导发光二极管芯片102所发出的热。
[0006] 为了提高发光二极管发光模块100的散热效率,在此发光二极管发光模块100中, 发光二极管芯片102接合于导线接脚106的金属导热块112上,以通过金属导热块112将 发光二极管芯片102所产生的热直接向下导出至下方的电路基板134的载板128,而透过由 铝基板所构成的载板128可使发光二极管发光模块100获得较佳的散热效果。[0007] 然而,此传统的发光二极管发光模块100的发光二极管芯片102需透过封装厂将 其封装至聚-邻-苯二甲酰胺的封装基座104上,再送至表面粘着式科技(Surface Mounted Technology ;SMT)封装厂进行发光二极管封装结构136与电路基板134的接合。而且,导 线接脚106需额外制作金属导热块112,因此导线接脚106的厚度不均且厚度差异过大,因 而不仅会使得导线接脚106的制程复杂,更会产生残料问题。这些封装与制作程序均会使 得发光二极管发光模块100的制程过于繁复。其次,发光二极管芯片102与金属导热块112 之间通常是以银胶接合,因此发光二极管芯片102的热量传递会受限于银胶的导热能力, 而导致散热效果不佳。此外,当电路基板134采用FR4基板时,因FR4基板的散热系数低, 将导致发光二极管发光模块100的散热效果不佳;而当电路基板134采用金属核心印刷电 路板时,因金属核心印刷电路板的制程复杂,因此电路基板134的成本高。再者,利用表面 粘着技术接合发光二极管封装结构136的导线接脚106与电路基板134的电路层132时, 在接合后的回火制程后,极易造成两个接脚108与110的焊锡114不均,而导致发光二极管 封装结构136歪斜,进而导致发光二极管封装结构136的共线性不佳,影响发光二极管发光 模块100的发光均勻度。
发明内容
[0008] 因此,本发明的目的就是在提供一种发光二极管光源模块,其发光二极管芯片是 嵌入导热基板中,因而与导热基板之间的接触面积得以增加,再加上导热基板的体积远大 于发光二极管芯片,而且无需利用传统的银胶来固定发光二极管芯片,故发光二极管芯片 所产生的热可更为迅速地传导至外界,而可有效解决高功率发光二极管芯片因芯片过热而 导致每瓦输出的光通量降低的情形。
[0009] 本发明的另一目的是在提供一种发光二极管光源模块,其在制作上是直接将发光 二极管芯片整合至导热基板,且利用薄膜沉积、光刻与蚀刻等半导体制作技术来结合已知 技术的导线接合(Wire Bonding)与电路积板上的接线电路。因此,无需利用聚-邻-苯二 甲酰胺等材料来制作发光二极管的封装基座,也无需制作传统的导线接脚,更无需进行将 封装基座与导线接脚组合的制程。故,相较于传统技术,本发明具有制程简化与成本降低的 极佳优势。
[0010] 本发明的又一目的是在提供一种发光二极管光源模块,其是以批次方式注入封装 胶体于透光基板与导热基板之间,此外荧光层亦可利用旋转涂布方式整层涂布于透光基板 上、或利用网板印刷局部涂布于透光基板上,因此相较于传统发光二极管的封装结构,本发 明无需逐颗进行封装,如此一来,荧光层与封装胶体的厚度均可整层控制,故不仅可增加制 程的均勻性,更可有效简化封装制程,大幅缩减封装时间。
[0011] 本发明的再一目的是在提供一种发光二极管光源模块,其透光基板上可制作光学 结构,因此透光基板除了可保护下方的发光二极管芯片,更可透过设计透光基板的光学结 构来提升光学效果,例如提高光输出效率、提升光的均勻性、与缩短混光距离等。此外,可在 发光二极管芯片的出光侧配置反射层,因此可有效提升光输出效率。
[0012] 本发明的再一目的是在提供一种发光二极管光源模块,其无需利用传统导线接脚 来接合发光二极管装结构,因此可避免因导线接脚回焊制程的焊锡不均所造成的发光二极 管芯片共线性不佳的问题。[0013] 根据本发明的上述目的,提出一种发光二极管光源模块,至少包含:一导热基板, 其中导热基板的一表面包含多个凹槽;多个发光二极管芯片分别设在前述的凹槽中;至少 一绝缘层设于前述凹槽外的导热基板的表面上;至少一导电层设于绝缘层上,其中这些发 光二极管芯片与导电层电性连接;一封装胶体层覆盖在前述的发光二极管芯片、导电层与 绝缘层上;以及一透光基板设于封装胶体层上。
[0014] 依照本发明的一较佳实施例,上述的发光二极管芯片嵌设在导热基板的表面的凹 槽中。
[0015] 依照本发明的另一较佳实施例,上述的发光二极管芯片设于每一凹槽的底面上且 与每一凹槽的侧面分开。此外,每一凹槽较佳可呈碗状。
[0016] 依照本发明的又一较佳实施例,上述的发光二极管光源模块还至少包括一荧光层 设于发光二极管芯片与透光基板之间。
[0017] 由上述实施例可知,本发明的一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块的发 光二极管芯片是嵌入导热基板中,因而与导热基板之间的接触面积得以增加,再加上导热 基板的体积远大于发光二极管芯片,而且无需利用传统的银胶来固定发光二极管芯片,因 此发光二极管芯片所产生的热可更为迅速地传导至外界,而可有效解决高功率发光二极管 芯片因芯片过热而导致每瓦输出的光通量降低的情形。
[0018] 由上述实施例可知,本发明的另一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块在 制作上是直接将发光二极管芯片整合至导热基板,且利用薄膜沉积、光刻与蚀刻等半导体 制作技术来结合已知技术的导线接合与电路积板上的接线电路。因此,无需利用聚_邻-苯 二甲酰胺等材料来制作发光二极管的封装基座,也无需制作传统的导线接脚,更无需进行 将封装基座与导线接脚组合的制程。故,相较于传统技术,本发明具有制程简化与成本降低 的极佳优势。
[0019] 由上述实施例可知,本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块是 以批次方式注入封装胶体于透光基板与导热基板之间,此外荧光层亦可利用旋转涂布方式 整层涂布于透光基板上、或利用网板印刷局部涂布于透光基板上,因此相较于传统发光二 极管的封装结构,本发明无需逐颗进行封装,如此一来,荧光层与封装胶体的厚度均可整层 控制,故不仅可增加制程的均勻性,更可有效简化封装制程,大幅缩减封装时间。
[0020] 由上述实施例可知,本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块的 透光基板上可制作光学结构,因此透光基板除了可保护下方的发光二极管芯片,更可透过 设计透光基板的光学结构来提升光学效果,例如提高光输出效率、提升光的均勻性、与缩短 混光距离等。此外,可在发光二极管芯片的出光侧配置反射层,因此可有效提升光输出效 率。
[0021] 由上述实施例可知,本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块无 需利用传统导线接脚来接合发光二极管装结构,因此可避免因导线接脚回焊制程的焊锡不 均所造成的发光二极管芯片共线性不佳的问题。
附图说明
[0022] 图1是绘示一种传统发光二极管发光模块的剖面示意图;
[0023] 图2是绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管光源模块的立体透视图;[0024] 图3A是绘示依照本发明的- -种较佳实施例的发光二极管光源模块的连接线路示 意图; [0025] 图3B是绘示依照本发明的另一种较佳实施例的发光二极管光源模块的连接线路 示意图: , [0026] 阅 图4 是绘示依照本发明另- -较佳实施例的一种发光二极管光源模块的剖面示意 [0027] 图5A是绘示依照本发明的另一较佳实施例的- -种发光二极管光源模块的立体透视图; [0028] 图5B是绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管光源模块的局部放大剖 面图。 [0029] 【主要组件符号说明】 [0030] 100 : :发光二极管 :发光模块 102 :发光二极管芯片 [0031] 104 : :封装基座 106 :导线接脚 [0032] 108 : :接脚 110 :接脚 [0033] 112 : :金属导热块 114 :焊锡 [0034] 116 : :焊锡 118 :凹槽 [0035] 120 : :导线 122 :荧光粉 [0036] 124 : :反射层 126 :封装胶体 [0037] 128 : :载板 130 :绝缘层 [0038] 132 : :电路层 134 :电路基板 [0039] 136 : :发光二极管 :封装结构 200 :发光二极管 光源模块[0040] 200a ,:发光二极1 _光源模块 200b :发光二极■ f光源模块[0041] 200c ::发光二极1 _光源模块 200d :发光二极■ f光源模块[0042] 202 : :导热基板 202a :导热基板 [0043] 204 : :表面 204a :表面 [0044] 206 : :发光二极管 :芯片 206a :发光二极■ f芯片[0045] 206b | :发光二极1 ,芯片 206c :发光二极■ f芯片[0046] 206d 1 :发光二极1 ■芯片 208 :封装胶体层 [0047] 210 : :透光基板 210a :透光基板 [0048] 212 : :金属基板 214 :导电复合层 [0049] 216 : :凹槽 218 :绝缘层 [0050] 220 : :反射层 222 :基板 [0051] 224 : :第一电性半导体层 226 :发光层 [0052] 228 : :第二电性半导体层 230 :第二电极 [0053] 232 : :第一电极 234 :电路 [0054] 236 : :电路 238 :导线 [0055] 240 : :导线 242 :底面 [0056] 244 : :荧光层 244a :荧光层 [0057] 246 : :抗反射层 248 :光学结构[0058] 250:导电层
[0059] 250b:导电层
[0060] 254 :绝缘层
[0061] 258:导电层
[0062] 262:导电层
[0063] 266:凹槽
[0064] 270 :侧面
250a :导电层 252 :绝缘层 256 :绝缘层 260 :导电层
264 :共晶接合层
268 :反射层 272 :底面
具体实施方式
[0065] 请参照图2A与图2B,其是分别绘示依照本发明一较佳实施例的一种发光二极管 光源模块的立体透视图、与局部放大剖面图。在一示范实施例中,发光二极管光源模块200 至少包含导热基板202、数个发光二极管芯片206、一或多层绝缘层218、一或多层导电层 250、封装胶体层208与透光基板210。这些发光二极管芯片206可依应用实际需求来加以 排列,因而可为均勻排列或不均勻排列。
[0066] 在一实施例中,这些发光二极管芯片206为水平电极式发光二极管结构。其中,每 个发光二极管芯片206主要包含基板222、第一电性半导体层224、发光层226、第二电性半 导体层228、第一电极232与第二电极230。在发光二极管芯片206中,第一电性半导体层 224、发光层226与第二电性半导体层228可以例如磊晶成长方式而依序形成并堆叠于基板 222上;再利用例如光刻与蚀刻技术进行定义,以移除部分的第二电性半导体层228与发光 层226,并暴露出部分的第一电性半导体层224,因而经定义后,发光层226位于部分的第一 电性半导体层224上,第二电性半导体层228位于发光层226上,其中第一电性与第二电性 为不同电性,例如其中之一为P型,另一为n型;接着分别设置第一电极232于第一电性半 导体层224的暴露部分上、以及第二电极230于第二电性半导体层228上。基板222例如 采用可透光基板,例如为蓝宝石基板,第一电性半导体层224、发光层226与第二电性半导 体层228可例如为氮化镓系列(GaN Based)材料。在一些实施例中,为增加光取出效率,可 选择性地在基板222的底面上设置反射层220,如图2B所示。在另一些实施例中,可选择性 地设置透光导电层(未绘示)于第二电性半导体层228与第二电极230之间,以使发光二 极管结构获得较佳的电流分布与发光效率,其中此透光导电层可例如为氧化铟锡或薄膜金 属层。
[0067] 在其它实施例中,发光二极管芯片亦可采用垂直电极式发光二极管,亦即发光二 极管的不同电性的第一电极与第二电极分别设于基板的相对二侧。在另一实施例中,发光 二极管芯片可具有覆晶(Flip-chip)结构而以覆晶方式设置在导热基板上。
[0068] 导热基板202可为单一层结构或多层堆叠的复合结构。如图2B所示,在本示范实 施例中,导热基板202是一复合结构,而至少包含金属基板212及导电复合层214,其中导电 复合层214设置在金属基板212上。金属基板212的材料例如可为铜(Cu)或铝(A1)。导 电复合层214的材料例如可为氧化铟锡(IT0)、金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)、 铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝、铟(In)、钨(W)、铜,或者含镍、含铬、含钛、含钽、含铝、含铟、含 钨或含铜的合金。在一示范实施例中,导电复合层214的厚度例如可小于实质3 ym。导热 基板202的表面204可包含有多个凹槽216,其中发光二极管芯片206分别对应设置在导热基板202的表面204上的这些凹槽216中。
[0069] 在一示范实施例中,发光二极管芯片206是分别对应嵌设在导热基板202的表 面204的凹槽216中。在本示范实施例中,可先对发光二极管芯片206进行必要的保护 措施后,例如遮覆住第一电性半导体层224、发光层226、第二电性半导体层228、第一电极 232与第二电极230后,再利用例如涂布、蒸镀(Evaporate)、溅镀(Sputtering)或无电镀 (Electroless Plating)方式形成导电复合层214于发光二极管芯片206的背面上,接着以 电镀方式形成金属基板212于发光二极管芯片206背面的导电复合层214上,而完成导热 基板202的制作。由于导电复合层214是形成在发光二极管芯片206的背面上,因此在发 光二极管光源模块200中,发光二极管芯片206是设置在导电复合层214上。此外,由于金 属基板212是利用电镀方式制作,因此金属基板212是一电镀基板且以电镀接合方式固定 在发光二极管芯片206的底部下。
[0070] 在发光二极管光源模块200中,由于每个发光二极管芯片206是局部嵌入导热基 板202中,因此发光二极管芯片206与导热基板202之间的接触面积增加,且发光二极管芯 片206无需透过银胶等导热胶来固定在导热基板202上,再加上导热基板202的体积远大 于发光二极管芯片206,因此可将发光二极管芯片206所产生的热迅速地传导至外界,而可 有效解决发光二极管芯片206因芯片过热而导致每瓦输出的光通量降低。
[0071] 接下来,利用例如沉积方式形成绝缘层218于导热基板202的凹槽216外的表面 204上,其中绝缘层218的材料例如可为二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiNx)。在一示范实施 例中,如图2B所示,发光二极管芯片206的第一电性半导体层224可与绝缘层218约略同 高,如此可有利于发光二极管芯片206的第一电极232与后续形成的导电层250的电路236 间的电性连接,甚至可同时进行导电层250的电路236与发光二极管芯片206的第一电极 232的制作。
[0072] 接着,利用例如沉积技术形成导电层250于绝缘层218上,其中导电层250包含利 用例如光刻与蚀刻等图案定义技术所定义出的电路234与236,这些电路234与236为发光 二极管光源模块200中的发光二极管芯片206之间的连接线路。在本示范实施例中,可利 用例如导线接合(Wire Bonding)方式,而通过导线238与240来分别电性连接每个发光二 极管芯片206的第二电极230与电路234、以及第一电极232与电路236,值得注意的是,第 一电极232与电路236也可以利用光刻与蚀刻等图案定义技术直接定义为电性连接的图案 (未绘示),而不需以导线240来作电性连接。在其它实施例中,可利用覆晶接合来进行发 光二极管芯片206与导电层360之间的电性连接。
[0073] 依产品设计需求,本发明的发光二极管光源模块的导线连接方式可例如为串_并 ^ (Series-parallel Connection)电足各或并—串联(Parallel—serial Connection)电足各。 请参照图3A与图3B,其是分别绘示依照本发明的二种较佳实施例的发光二极管光源模块 的连接线路示意图。在发光二极管光源模块200a中,每一行导线层250a为不连续状,而发 光二极管芯片206的连接方式为串-并联方式,亦即发光二极管芯片206先串联成数列,这 几列串联的发光二极管芯片206再并联,如图3A。在发光二极管光源模块200b中,每一行 导线层250b为连续状,而发光二极管芯片206的连接方式为并_串联方式,亦即发光二极 管芯片206先并联成数行,这几行并联的发光二极管芯片206再串联,如图3B。在发光二极 管光源模块200b中,当其中一颗发光二极管芯片206损坏时,并不影响其它发光二极管芯片206的运转。
[0074] 透光基板210可例如为玻璃基板或光学级的聚碳酸酯(Polycarbonate ;PC)板。 透光基板210可仅为一透光平板,而不具有额外设置的光学结构。在一示范实施例中,透光 基板210可依设计需求而设有光学结构248,其中此光学结构248可包含多个凸透镜或数个 棱镜等,或者可包含一表面喷沙结构等散射结构,以增进光输出效果,例如提高光输出均勻 度或提供防眩光效果。
[0075] 发光二极管光源模块200可依设计需求而选择性地设置荧光层,亦可不设置荧光 层。例如,针对白光光源模块上的应用,若所采用的发光二极管芯片206包含红色、绿色与 蓝色发光二极管芯片,则可直接由红色、绿色与蓝色发光二极管芯片混光形成白光,而无需 另外涂布荧光层。此外,在不需要发出自光的光源模块中,亦可不需要涂布荧光粉,而以发 光二极管芯片206本身所发出的色光来作为发光二极管光源模块200的出光。在一示范实 施例中,发光二极管光源模块200包含荧光层244设置在发光二极管芯片206与透光基板 210之间,例如设置在透光基板210的底面242上并与发光二极管芯片206相面对,如图2B 所示。荧光层244可依实际设计需求而全面性涂布透光基板210的底面242。另一方面,为 节省荧光粉材料的使用,荧光层244亦可局部性地涂布在透光基板210的底面242,例如可 仅在发光二极管芯片206的主要发光范围内涂布荧光层244,只要能使发光二极管芯片206 发出的光可以与荧光层244中的荧光粉充分进行波长转换(Wave Conversion)即可。举例 而言,在白光光源模块的应用上,当发光二极管芯片206发出蓝光波段时,可利用旋转涂布 (SpinCoating)方式,在透光基板210的底面242上全面性地涂布黄色荧光层,例如钇铝石 榴石系(YAG)或碱土金属硅酸盐系(B0SE)荧光粉,或者红色与绿色混合的荧光粉。
[0076] 发光二极管光源模块200亦可根据实际上的设计需求而选择性地设置抗反射层 246,借以使发光二极管芯片206所发出的光通过抗反射层246而不致产生反射现象,而可 减少光损失。在一示范实施例中,如图2B所示,抗反射层246覆盖在透光基板210的底面 242上方的荧光层244上,因而荧光层244夹设在透光基板210的底面242与抗反射层246 之间。在另一实施例中,抗反射层246与荧光层244形成在透光基板210的底面242的顺 序可对调,亦即先形成抗反射层246覆盖透光基板210的底面242上、再形成荧光层244覆 盖在抗反射层246上,而使抗反射层246夹设在透光基板210的底面242与荧光层244之 间,如此的安排也同样具有可减少反射光损失的功效。在其它实施例中,荧光层244亦可直 接覆盖在发光二极管芯片206与导热基板202上,而此时的抗反射层246可设置在透光基 板210的底面242上。
[0077] 接着,将透光基板210与其上设有发光二极管芯片206的导热基板202对位组合, 再在透光基板210与导热基板202之间的间隙中注入封装胶材,例如硅胶(Silicone)或环 氧树脂,以形成封装胶体层208,借以密封发光二极管芯片206、以及结合导热基板202与 透光基板210,其中通过封装胶体层208的密封,可防止水气等渗入而影响发光二极管芯片 206的寿命。如此一来,封装胶体层208覆盖在发光二极管芯片206、导电层250的电路234 与236、以及暴露出的绝缘层218上,而透光基板210则位于封装胶体层208之上。如图2B 所示,在一示范实施例中,透光基板210上的光学结构248包含数个凸透镜,因此封装胶体 层208的厚度较佳是使得发光二极管芯片206约略位于透光基板210上的凸透镜的焦点的 位置,以利获得较佳的出光均勻性。然而,在其它实施例中,以实际上均勻的出光效果为调整基准,发光二极管芯片206亦可位于透光基板210上的凸透镜的焦距内或焦距外,并不特 别以位于透光基板210上的凸透镜的焦点为限。
[0078] 本发明的发光二极管光源模块可包含多层的绝缘层与导电层,以提供更复杂的电 路设计。请参照图4,其是绘示依照本发明另一较佳实施例的一种发光二极管光源模块的 剖面示意图。在另一示范实施例中,发光二极管光源模块200c的架构与前述的发光二极管 光源模块200大致相同,最大的差异为发光二极管光源模块200c包含至少一红色发光二极 管芯片206a、至少一绿色发光二极管芯片206b与至少一蓝色发光二极管芯片206c,且发 光二极管光源模块200c包含多层堆叠的绝缘层252、254与256、以及多个导电层258、260 与262。在发光二极管光源模块200c中,导热基板202上同时设置有红色发光二极管芯片 206a、绿色发光二极管芯片206b与蓝色发光二极管芯片206c,由于红色、绿色发光二极管 芯片一般分别具有不同的顺向电压(Vf),因此可针对不同发光二极管芯片而于这些绝缘层 252,254与256中分别设计独立的电路。在一示范实施例中,绝缘层252设置在导热基板 202上,绝缘层254叠设在绝缘层252上,绝缘层256则叠设在绝缘层254上,而导电层258 设置在绝缘层252上并与蓝色发光二极管芯片206c电性连接,导电层260设置在绝缘层 254上并与绿色发光二极管芯片206b电性连接,而导电层262则设置在绝缘层256上且与 红色发光二极管芯片206a。通过多层绝缘层252、254与256、以及多层导电层258、260与 262的设计,可提供分层电路设计,使红色发光二极管芯片206a、绿色发光二极管芯片206b 与蓝色发光二极管芯片206c具有分层的独立电路。
[0079] 值得注意的一点是,在本示范实施例中,绝缘层252、254与256、以及导电层258、 260与262,甚至是发光二极管芯片206a、206b与206c的电极均可利用半导体制程中的薄 膜沉积、光刻与蚀刻等技术来加以制作,如此可进一步整合光源模块的制程,并可取代原先 利用金属导线连接电极的制程,达到减少制程步骤的效果。
[0080] 请参照图5A与图5B,其是分别绘示依照本发明的另一较佳实施例的一种发光二 极管光源模块的立体透视图、与局部放大剖面图。在本示范实施例中,发光二极管光源模块 200d与上述的发光二极管光源200类似,主要的差异在于发光二极管光源模块200d的导 热基板202a的表面204a具有多个深度较大的凹槽266,且发光二极管芯片206d完全对应 设置在这些凹槽266中,而非如发光二极管芯片206仅有部分嵌设于导热基板202中。其 中,如图5B所示,每个发光二极管芯片206d是设置在导热基板202a的凹槽266的底面272 上,且与导热基板202a的凹槽266的侧面270分开。在一实施例中,导热基板202a的表面 204a上的凹槽266可例如呈碗状结构,以利反射发光二极管芯片206d所发出的侧向光。
[0081] 在一示范实施例中,制作导热基板202a时,可提供具有多个凸出部的模具(未绘 示),再利用例如电镀方式在模具上镀上导热材料,例如铜或铝,接着将模具与导热镀膜分 开,即完成具有多个凹槽266的导热基板202a。因此,导热基板202a可例如为一体成型结 构,以提供发光二极管光源模块200d较大的结构强度。在一实施例中,可在导热基板202a 制作完成后,选择性地沉积反射层268覆盖在导热基板202a的表面204a、以及每个凹槽 266的底面272与侧面270上。其中,反射层268的材料可例如为铝或银等反射率良好的金 属层,以提高发光二极管芯片206d的光取出效率。
[0082] 其次,发光二极管光源模块200d的荧光层244a是设置在导热基板202a的表面 204a上并填入凹槽266中,且直接覆盖住发光二极管芯片206d、导线238与240、以及导电层250的电路234与236。其中,荧光层244a可利用例如点胶方式局部涂布于导热基板202a 的凹槽266上,亦可为整层涂布于导热基板202a的表面204a上。荧光层244a的材料与上 述实施例的荧光层244类似,故在此不再赘述。
[0083] 此外,发光二极管光源模块200d的透光基板210a可例如为玻璃基板或光学级聚 碳酸酯板,其中此透光基板210a为平板状结构而并未设有光学结构。在一实施例中,透光 基板210a的底面上可选择性地设置抗反射层246,以增加发光二极管芯片206d的光取出效率。
[0084] 在本示范实施例中,发光二极管芯片206d与上述实施例的发光二极管芯片206相 同为一水平电极式发光二极管芯片,然亦可采用垂直电极式发光二极管芯片、或具有覆晶 结构发光二极管芯片。在每个发光二极管芯片206d中,第一电性半导体层224叠设在基板 222上,发光层226与第二电性半导体层228则依序堆叠于部分的第一电性半导体层224 上,第一电极232设于第一电性半导体层224的暴露部分上,而第二电极230则设于第二电 性半导体层228上。在一实施例中,可选择性地设置共晶接合层264覆盖在基板222的底 面上,以利这些发光二极管芯片206d与导热基板202a透过共晶方式来接合。其中,共晶接 合层264可为单层结构或多层结构,例如为锡/铋(Sn/Bi)结构、锡/铋/银(Sn/Bi/Ag) 结构、或锡/银(Sn/Ag)结构。将这些发光二极管芯片206d固定在导热基板202a的凹槽 266的底面272上时,可先将发光二极管芯片206d对应设置在导热基板202a的凹槽266的 底面272上,再利用例如低温的红外线回焊(IR Reflow)制程,例如可在约200°C的温度下 进行少于7分钟的回焊过程,借以使共晶接合层264与下方的金属导热基板202a或金属反 射层268形成共晶结构,而使发光二极管芯片206d直接固定在金属导热基板202a或金属 反射层268上。
[0085] 由于本示范实施例是利用共晶接合层264与回焊制程来固定发光二极管芯片 206d于导热基板202a上,而无需利用传统的银胶加热固定制程。由于传统银胶加热固定 制程的加热温度高于200°C,且时间长达30分钟至2小时,因此本实施例可避免传统银胶 加热制程对发光二极管芯片206d所造成的热损害。此外,共晶接合层264的热阻抗较银胶 低,因此可更迅速地将发光二极管芯片206d所产生的热传导至导热基板202a后再传递至 外界。
[0086] 在本示范实施例的发光二极管光源模块200d中,绝缘层218、导电层250、封装胶 体层208的设置位置、制作方式与材料,发光二极管芯片206d与导电层250的电路234和 236间的电性连接方式,以及透光基板210a与导热基板202a之间的组合方式,均与上述发 光二极管光源模块200相同,故在此不再赘述。
[0087] 上述实施例的发光二极管光源模块200a〜200d均可广泛地应用于各类需要光源 的应用产品上,因此发光二极管光源模块200a〜200d可例如为照明灯具、指示灯具、告示 板或广告告示板等的光源模块。
[0088] 由上述实施例可知,本发明的一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块的发 光二极管芯片是嵌入导热基板中,因而与导热基板之间的接触面积得以增加,再加上导热 基板的体积远大于发光二极管芯片,而且无需利用传统的银胶来固定发光二极管芯片,因 此发光二极管芯片所产生的热可更为迅速地传导至外界,而可有效解决高功率发光二极管 芯片因芯片过热而导致每瓦输出的光通量降低的情形。[0089] 由上述实施例可知,本发明的另一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块在 制作上是直接将发光二极管芯片整合至导热基板,且利用薄膜沉积、光刻与蚀刻等半导体 制作技术来结合已知技术的导线接合与电路积板上的接线电路。因此,无需利用聚_邻-苯 二甲酰胺等材料来制作发光二极管的封装基座,也无需制作传统的导线接脚,更无需进行 将封装基座与导线接脚组合的制程。故,相较于传统技术,本发明具有制程简化与成本降低 的极佳优势。
[0090] 由上述实施例可知,本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块是 以批次方式注入封装胶体于透光基板与导热基板之间,此外荧光层亦可利用旋转涂布方式 整层涂布于透光基板上、或利用网板印刷局部涂布于透光基板上,因此相较于传统发光二 极管的封装结构,本发明无需逐颗进行封装,如此一来,荧光层与封装胶体的厚度均可整层 控制,故不仅可增加制程的均勻性,更可有效简化封装制程,大幅缩减封装时间。
[0091] 由上述实施例可知,本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块的 透光基板上可制作光学结构,因此透光基板除了可保护下方的发光二极管芯片,更可透过 设计透光基板的光学结构来提升光学效果,例如提高光输出效率、提升光的均勻性、与缩短 混光距离等。此外,可在发光二极管芯片的出光侧配置反射层,因此可有效提升光输出效 率。
[0092] 由上述实施例可知,本发明的再一优点就是因为本发明的发光二极管光源模块无 需利用传统导线接脚来接合发光二极管装结构,因此可避免因导线接脚回焊制程的焊锡不 均所造成的发光二极管芯片共线性不佳的问题。
[0093] 虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何在此技 术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因 此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

  1. 一种发光二极管光源模块,其特征在于,至少包含:一导热基板,其中该导热基板的一表面包含多个凹槽;多个发光二极管芯片,分别设在该些凹槽中;至少一绝缘层,设于该些凹槽外的该导热基板的该表面上;至少一导电层,设于该至少一绝缘层上,其中该些发光二极管芯片与该至少一导电层电性连接;一封装胶体层,覆盖在该些发光二极管芯片、该至少一导电层与该至少一绝缘层上;以及一透光基板,设于该封装胶体层上。
  2. 2.根据权利要求1所述的发光二极管光源模块,其特征在于,每一该些发光二极管芯 片至少包含:一基板;一第一电性半导体层,设于该基板上;一发光层,设于部分的该第一电性半导体层上;一第二电性半导体层,设于该发光层上,其中该第二电性半导体层与该第一电性半导 体层具不同电性;一第一电极,设于另一部分的该第一电性半导体层上;以及一第二电极,设于该第二电性半导体层上。
  3. 3.根据权利要求2所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该些发光二极管芯片嵌 设在该导热基板的该表面的该些凹槽中。
  4. 4.根据权利要求3所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该第一电性半导体层与 该至少一绝缘层同高。
  5. 5.根据权利要求3所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该导热基板至少包括:一金属基板;以及一导电复合层,设于该金属基板上,其中该些发光二极管芯片设于该导电复合层上。
  6. 6.根据权利要求2所述的发光二极管光源模块,其特征在于,还至少包括一荧光层设 于该些发光二极管芯片与该透光基板之间。
  7. 7.根据权利要求6所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该荧光层设于该透光基 板的一底面上,并与该些发光二极管芯片相面对。
  8. 8.根据权利要求7所述的发光二极管光源模块,其特征在于,还至少包括一抗反射层, 其中该荧光层夹设在该透光基板的该底面与该抗反射层之间。
  9. 9.根据权利要求7所述的发光二极管光源模块,其特征在于,还至少包括一抗反射层 夹设在该透光基板的该底面与该荧光层之间。
  10. 10.根据权利要求6所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该荧光层覆盖在该些发 光二极管芯片与该导热基板上。
  11. 11.根据权利要求10所述的发光二极管光源模块,其特征在于,还至少包括一抗反射 层设在该透光基板的一底面上。
  12. 12.根据权利要求2所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该些发光二极管芯片设 于每一该些凹槽的一底面上且与每一该些凹槽的一侧面分开。
  13. 13.根据权利要求12所述的发光二极管光源模块,其特征在于,每一该些发光二极管 芯片还包含一共晶接合层覆盖在该基板的底面上,以使该些发光二极管芯片与该导热基板 共晶接合。
  14. 14.根据权利要求1所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该透光基板包含一光学 结构,且该光学结构包括多个凸透镜、多个棱镜、或一表面喷沙结构。
  15. 15.根据权利要求1所述的发光二极管光源模块,其特征在于,该至少一绝缘层包含互 相堆叠的多个绝缘层,且该至少一导电层包含互相堆叠的多个导电层,其中该些导电层与 该些绝缘层对应且分别设于对应的该些绝缘层上。
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