CN102148313A - 发光二极管装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种发光二极管装置。该发光二极管装置包含一基板、一发光二极管芯片及一封装主体。发光二极管芯片设置于该基板上，并且包含一顶面。封装主体设置于该基板上，完全包覆发光二极管芯片，并且具有一第一封装层及一第二封装层。第一封装层及第二封装层的材料包含一波长转换物质。第一封装层位于顶面上方，并且具有一相对于该第二封装层较高的该波长转换物质的重量百分比浓度。

Description

发光二极管装置

技术领域

本发明是关于一种发光二极管装置；特别是关于一种具有浓度分布非均匀的波长转换物质的发光二极管装置。

背景技术

由于发光二极管具有体积小、反应快、效率高以及寿命长的优点，因此无论是用于显示器的照明或环境照明，皆有其广大的应用空间。早期的发光二极管是单色光的发光二极管，因此需同时使多个不同颜色的发光二极管芯片加以混光，方能提供白光的光源。然而利用此种方法制成的白光发光二极管装置，其成本过于高昂而不利于产业应用。因此随着发光二极管制造技术的发展，一种利用单个芯片即可产生白光的发光二极管装置遂被提出。

图1所示是一现有的单个芯片的白光发光二极管装置1示意图。发光二极管装置1包含一基板11、一发光二极管芯片12、电极14及一封装层13。发光二极管芯片12是一蓝光发光二极管芯片，并且设置于基板11的电极14上。发光二极管芯片12的顶部亦设置有一电极14，并通过一金电属导电线连接至基板11上的电极14。封装层13是由一胶体所构成，并且包含有例如为荧光粉的一波长转换物质。

发光二极管芯片12所发出的蓝光，将有一部分直接出射发光二极管装置1，并且具有另一部分被波长转换物质转换成黄光后射出发光二极管装置1。藉此，当蓝光与黄光同时被使用者观察到时，由于蓝光与黄光的互补作用，其效果即相当于一白光。

然而，发光二极管芯片12所发出的光源在方向性上并非一均匀光源。通常而言，如图1中所示，发光二极管芯片12将在如第一方向15的一纵向(即90°)有一最强的发光强度，并且会随着角度的递增及递减，而减少于该角度上的发光强度。亦即，在如第三方向17的一横向(即0°或180°)时，发光二极管芯片具有一最小的发光强度，而在如第二方向16的一斜向时，则具有一发光强度介于第一方向15及第三方向17的发光强度。

在现有的的发光二极管装置1中，波长转换物质是均匀分布于封装层13中，并且由于发光二极管芯片12的发光强度随角度而不同，因此，通过波长转换物质所转换出的白光波长，亦随着角度变化而改变。更详细而言，于第三方向17，发光二极管芯片12的光线强度较弱，因此发光二极管芯片12在第三方向17上发出的蓝光将可以受到波长转换物质较充分的转换，而使发光二极管装置1在第三方向17上具有一较偏黄的白光。相对地，于第一方向15，发光二极管芯片12的光线强度较强，因此，大部分的蓝光将直接穿透封装层13，导致发光二极管装置1在第一方向15上将具有一较偏蓝的白光。

发光二极管装置1所发出的光源颜色在各方向上不均匀的状况，将使得发光二极管装置1所提供的白光品质不佳。有鉴于此，提供一在各方向具有一均匀颜色的白光发光二极管，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种发光二极管装置，在各方向具有一发光颜色均匀性，并且具有一较集中的发光强度。

为达上述目的，本发明提供一种发光二极管装置，包含一基板、一发光二极管芯片以及一封装主体。发光二极管芯片是设置于基板上，并且包含一顶面。封装主体是设置于基板上，完全包覆发光二极管芯片，并且具有一第一封装层、一第二封装层及一透镜结构。其中，第一封装层及第二封装层的材料包含一波长转换物质。第一封装层位于顶面上方，并且具有一相对于该第二封装层较高的波长转换物质的重量百分比浓度，而第二封装层适可与透镜结构一体成形。

本发明相较于现有技术的有益技术效果是：本发明的发光二极管装置通过使该封装主体具有不同的封装层，而使波长转换物质于封装主体中有不同的浓度分布。藉此，由发光二极管芯片的各方向所发出的光线经过不同浓度的波长转换物质，而使各方向的光线受到近似程度的转换，以得到均匀的白光。同时，通过该透镜结构，发光二极管装置所发出的光线可以更集中于一方向射出。

在参阅附图及随后描述的实施方式后，该技术领域具有通常知识者便可了解本发明的上述及其它目的，以及本发明的技术手段及实施态样。

附图说明

图1是现有的的白光发光二极管装置示意图；

图2是本发明第一实施例的发光二极管装置示意图；以及

图3是本发明第二实施例的发光二极管装置示意图。

具体实施方式

图2所示是本发明第一实施例的发光二极管装置2。发光二装体装置2具有一基板21、一发光二极管芯片22及一封装主体23。于此实施例中，发光二极管芯片22是一垂直结构式设计(Vertical chip design)的蓝光发光二极管，并且具有一顶面221。发光二极管芯片的两侧分别设置有二电极27，其中于顶面221上的电极27还通过一金属导电线电性连接至基板21上的另一电极27。封装主体23完全包覆发光二二极管芯片22、电极27及该金属导电线，以对发光二极管芯片22提供适当的保护能力。

虽然发光二极管芯片22是向各方向投射光线，然而其中较大部分的光线是由一主要发光强度方向28所投射而出，此主要发光强度方向28亦即垂直于顶面221的一方向。随着投射角度由主要发光强度方向28往发光二极管芯片22的侧向29(即平行于顶面221的方向)变化，发光强度将会随之衰减。因此，在发光二极管装置2的主要发光强度方向28上，需提供浓度较为充足的波长转换物质，而使由发光二极管芯片22所发出的蓝光光线被转换为黄光的比例提高(即，较大比例的蓝光被转换为黄光)，不致使朝向主要发光强度方向28投射的白光偏蓝。相对地，在发光二极管装置2的侧向29上，需提供浓度较低的波长转换物质，以降低发光二极管芯片22所发出的蓝光光线被转换为黄光的比例(即，使转换为黄光的蓝光比例降低)，而避免朝向侧向29投射的白光偏黄。

为了达成上述目的，封装主体23包含第一封装层24、第二封装层25。第一封装层24是相应于主要发光强度方向28而设置于发光二极管芯片22的顶面221上方。较佳地，第一封装层24利用内聚力而完全包覆发光二极管芯片22的顶面221，而第二封装层25完全包覆发光二极管芯片22及第一封装层24。本实施例中，第一封装层24及第二封装层25的材料实质上相同，该材料包含由一封装胶体及一波长转换物质混合而成的材料。该封装胶体的一材质是选自环氧树脂及硅树脂所组成的群组，而该波长转换物质可为一磷光体。其中，第一封装层24的波长转换物质的重量浓度百分比，是相当地大于第二封装层25的波长转换物质的重量浓度百分比。然而，上述仅用于说明，于其它实施例中，第一封装层24亦可仅实质上包覆顶面221的至少一部份。甚或，第一封装层24是仅位于顶面221上方而不与顶面221接触。此外，第二封装层25亦可不需完全包覆第一封装层24，使部分第一封装层24显露于外。

藉此设置，由顶面221朝主要发光强度方向28所发出的蓝光光线，可以先行经过具有较高浓度的波长转换物质的第一封装层24，而后再经过具有较低浓度的波长转换物质的第二封装层25，使较大比例的蓝光被波长转换物质转换为黄光。藉此，发光二极管装置2在主要发光强度方向28上将有足够强度的黄光，以与未被转换的蓝光混合成一理想颜色的白光，自主要发光强度方向28射出，避免产生偏蓝的白光。

另一方面，由发光二极管芯片22朝侧向29射出的蓝光光线，则将不会经过具有较高浓度的波长转换物质的第一封装层24，而只会经过具有较低浓度的波长转换物质的第二封装层25。藉此，由发光二极管装置2朝侧向29所发出的蓝光光线，将不会因过多比例的蓝光被转换为黄光，造成黄光比例增加，导致朝侧向29投射的整体白光偏黄。

通过上述的揭露，可使发光二装体装置2于各方向所产生的白光波长范围更为集中，避免造成偏蓝或偏黄的白光，因此可以提供一较为均匀的白光。此外，通过降低第二封装层25中波长转换物质的浓度，减少发光二极管芯片22所发出的光线能量被波长转换物质所吸收，使光阻降低，亦可提高发光二装体装置2的整体亮度。

在实际应用上，举例而言，第一封装层24的波长转换物质的重量百分比浓度是介于5％至20％之间，第二封装层25的该波长转换物质的重量百分比度是介于0.5至3％之间，可以使得发光二极管装置2所发出的光线，在各方向性上均能提供较佳的白光光源。此外第二封装层25的材料，还可包含一扩散剂，以使发光二极管装置2内的蓝光与黄光更均匀地被混光，使整体的光线更为柔和、视觉效果更佳。第二封装层25所含的扩散剂浓度，举例而言，是在小于10％的重量百分比浓度时可以使整体光线品质有较佳的效果。

为了进一步调整发光二极管装置2的主要光线以预定角度投射出，封装主体23还可包含一透镜结构26，设置于第二封装层25之上。较佳地，透镜结构26与第二封装层25一体成型，藉以控制光线投射方向。上述仅用于说明，于其它实施例中，若第一封装层24的部分显露于外，则透镜结构26亦可设置于第一封装层24之上，并与第一封装层24一体成型。

图3所示是本发明第二实施例的发光二极管装置3。于此实施例中，发光二极管装置3所具有的发光二极管芯片22’是一横向结构式设计(Lateral chip design)，并且具有一第一次顶面222及一第二次顶面223。封装主体23包含一第一封装层24、一第二封装层25及一透镜结构26。第一封装层24完全包覆发光二极管芯片22’的第一次顶面222及第二次顶面223。于本实施例中的发光二极管芯片22’所具有的发光强度分布，虽与第一实施例中的发光二极管芯片22有所差异(于一侧向29具有相对于发光二极管装置2较大的发光强度)，然而利用各封装层具有不同波长转换物质的浓度，亦可改善发光二极管装置3光源均匀性，以提供一较佳视觉效果的白光。详细的设置方式相似于上述实施例，于此不再加以赘述。

综上所述，本发明提供一发光二极管装置，通过具有不同浓度的波长转换物质的封装层，相较于现有技术，可提供一较为均匀的白光。同时，利用透镜结构的设置，亦可使发光二极管装置的光线射出方向得以被控制。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，以及阐释本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何熟悉本技术者的人士均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围应如后述的本申请权利要求范围所列。

Claims (13)

1.一种发光二极管装置，其特征在于，包含：

一基板；

一发光二极管芯片，设置于该基板上，并且包含一顶面；以及

一封装主体，设置于该基板上，完全包覆该发光二极管芯片，并且具有一第一封装层及一第二封装层；

其中该第一封装层及该第二封装层的材料包含一波长转换物质，该第一封装层位于该顶面上方，并且具有一相对于该第二封装层较高的该波长转换物质的重量百分比浓度。

2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一封装层实质上包覆该顶面的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该封装主体还包含一透镜结构，设置于该第一封装层及该第二封装层之上。

4.根据权利要求3所述的发光二极管装置，其特征在于，该透镜结构与该第二封装层一体成型。

5.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该顶面具有一第一次顶面及一第二次顶面，该第一封装层包覆该第一次顶面及该第二次顶面的至少一部分。

6.根据权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该第二封装层完全包覆该第一封装层。

7.根据权利要求6所述的发光二极管装置，其特征在于，该第二封装层的材料还包含一扩散剂。

8.根据权利要求7所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一封装层的该波长转换物质的重量百分比浓度是介于5％至20％之间，该第二封装层的该波长转换物质的重量百分比度是介于0.5至3％之间。

9.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，该第二封装层的该扩散剂的重量百分比浓度是小于10％。

10.根据权利要求9所述的发光二极管装置，其特征在于，该第一封装层及该第二封装层的材料还包含一封装胶体。

11.根据权利要求10所述的发光二极管装置，其特征在于，该封装胶体的一材质是选自环氧树脂及硅树脂所组成的群组。

12.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该发光二极管芯片是一蓝光发光二极管芯片，该波长转换物质是一磷光体。

13.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，垂直于该顶面的一方向是该发光二极管芯片的主要发光强度方向。

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