CN102738135A - 发光二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管结构，包括：一基板；一第一LED芯片，形成于该基板之上；一粘着层)，形成于该第一LED芯片之上；以及一第二LED芯片，形成于该粘着层之上，其中该第二LED芯片具有一第一导线，其中该第一导线电性连接至该基板。本发明的发光二极管结构可占有较小的面积，以使后续的二次光学设计较为容易。再者，可借由混合多种发出不同颜色光的LED芯片，以提高发光二极管结构的演色性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管结构，且特别涉及一种具有至少两个LED芯片的发光二极管结构。
背景技术
发光二极管结构由于使用寿命长、体积小、耗电量低与反应速度快等优点，以取代传统的灯泡，目前受到许多研究的瞩目。
一般产生白光发光二极管结构的方法之一是于蓝光LED芯片上涂布或填充黄色荧光粉，借由蓝光与黄光是互补色光的原理，混光制作出白光。
之后，另一种产生白光发光二极管结构的方法，是混合发出不同颜色光的LED芯片，以产生白光。US 7,005,667专利提供一种发光二极管结构，其将一蓝光LED芯片与一与蓝光互补的LED芯片(如黄光LED芯片)平行排列，以混合产生白光。然而，平面封装两个LED芯片会占据较大的面积，使发光二极管结构的尺寸受限。
因此，业界亟需提供一种发光二极管结构，其能够占有较小的面积，以使后续的二次光学设计较为容易。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种发光二极管结构，包括：一基板；一第一LED芯片，形成于该基板之上；一粘着层(adhesion layer)，形成于该第一LED芯片之上；以及一第二LED芯片，形成于该粘着层之上，其中该第二LED芯片具有一第一导线，其中该第一导线电性连接至该基板。
本发明提供一种发光二极管结构，此发光二极管结构借由垂直堆叠两个以上的LED芯片而得，因此，相较于平面封装的发光二极管结构，本发明的发光二极管结构可占有较小的面积，以使后续的二次光学设计较为容易。再者，可借由混合多种发出不同颜色光的LED芯片，以提高发光二极管结构的演色性(color rendering index，CRI)。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A-1B为一系列剖面图，用以说明本发明第一实施例的发光二极管。
图2为一剖面图，用以说明本发明第二实施例的发光二极管。
图3为一剖面图，用以说明本发明第三实施例的发光二极管。
图4A-图4B为一系列剖面图，用以说明本发明第四实施例的发光二极管。
图5为一剖面图，用以说明本发明第五实施例的发光二极管。
并且，上述附图中的附图标记说明如下：
10、20、30、40、50～发光二极管结构
100～基板
150～银胶
200～第一LED芯片
200a～第一表面
202～芯片基板
204～第一导电类型半导体层
206～有源层
208～第二导电类型半导体层
210～第一垫片
212～第二垫片
250～第二导线
300～粘着层
400～第二LED芯片
400a～第二表面
400b～第三表面
402～芯片基板
404～第一导电类型半导体层
406～有源层
408～第二导电类型半导体层
410～第三垫片
412～第四垫片
450～第一导线
500～第二粘着层
600～第三LED芯片
600a～第四表面
600b～第五表面
650～第三导线
700～荧光粉
具体实施方式
图1-图5用以描述本发明发光二极管结构的剖面图。上述图形是用于帮助理解本发明，其中各个元件并非依照实际尺寸而绘制。
请参见本发明图1A，此图显示本发明发光二极管结构10的剖面图。发光二极管10包括两个LED芯片，此两芯片垂直堆叠且各自发出不同颜色的光，以混合产生白光。
发光二极管结构10包括基板100，第一LED芯片200、粘着层300与第二LED芯片400，其中第一LED芯片200形成于基板100之上，粘着层300形成于第一LED芯片200之上，第二LED芯片400形成于粘着层300之上，以及第二LED芯片400具有第一导线450，第一导线450电性连接至基板100。
基板100的材质包括硅基板、陶瓷基板或金属导线架(lead frame)。第一LED芯片200与第二LED芯片400包括芯片基板(chip-substrate)、N型半导体层、有源层与P型半导体层，粘着层300例如为透明胶(transparent adhesiveglue)，用于粘合第一LED芯片200与第二LED芯片400。第一LED芯片200包括第一垫片210与第二垫片212，两垫片电性连接至基板100。此外，一导线布局(connective layout)(未显示于图中)形成于基板100与第一垫片210、第二垫片212之间。
图1B显示图1A中的发光二极管结构10的详细结构，其中第一导电类型半导体层204、有源层206与第二导电类型半导体层208依序形成于芯片基板202之上，其中第一垫片(pad)210形成于第一导电类型半导体层204之上，而第二垫片212形成于第二导电类型半导体层208之上。
第一导电类型半导体层204或第二导电类型半导体层208可由III-V族化合物半导体层(III-V compound semiconductor layer)所组成。于一实施例中，第一导电类型半导体层204由N型氮化物(nitride)所组成，而第二导电类型半导体层208由P型氮化物所组成。于另一实施例中，第一导电类型半导体层204由P型氮化物所组成，而第二导电类型半导体层208由N型氮化物所组成。第一导电类型半导体层204可视需要地掺杂硅(Si)，而第二导电类型半导体层208可视需要地掺杂锌(Zn)或镁(Mg)。
同样的，第一导电类型半导体层404、有源层406与第二导电类型半导体层408依序形成于芯片基板402之上，其中第三垫片410形成于第一导电类型半导体层404之上，而第四垫片412形成于第二导电类型半导体层408之上。
于图1A中，第一LED芯片200以倒装芯片方式(flip-chip)电性连接至基板100，亦即第一LED芯片200借由第一垫片210与第二垫片212电性连接至基板100，而第二LED芯片400以打线接合(wire bonding)方式电性连接至基板100，亦即第二LED芯片400借由第三垫片410与第四垫片412通过第一导线450电性连接至基板100。
本发明的第一LED芯片200与第二LED芯片400可以以并联(in parallel)或串联(in series)的方式连接。于一实施例中，当第一LED芯片200具有P型第一垫片210P与N型第二垫片212N，第二LED芯片400具有P型第三垫片410P与N型第四垫片412N时，P型第一垫片210P借由基板100的线路设计电性连接至P型第三垫片410P，而N型第二垫片212N借由基板100的线路设计电性连接至N型第四垫片412N。因此，第一LED芯片200与第二LED芯片形成并联(in parallel)的回路。
于另一实施例中，当第一LED芯片200具有P型第一垫片210P与N型第二垫片212N，第二LED芯片400具有N型第三垫片410N与P型第四垫片412P时，P型第一垫片210P借由基板100的线路设计电性连接至N型第三垫片410N，而N型第二垫片212N借由基板100的线路设计电性连接至外部电源负极，P型第四垫片412P借由基板100的线路设计电性连接至外部电源正极。因此，第一LED芯片200与第二LED芯片形成串联(in series)的回路。
须注意的是，第一LED芯片200与第二LED芯片400是借由粘着层300结合，亦即借由粘着层300使第一LED芯片200与第二LED芯片400之间为彼此绝缘。更确切的说，第一LED芯片200具有第一表面200a接触粘着层300，第二LED芯片400具有第二表面400a接触粘着层300，其中借由粘着层300以使第一表面200a与第二表面400a之间为彼此绝缘。另言之，第一表面200a与第二表面400a之间无电性连接。由于第一表面200a与第二表面400a彼此绝缘，因此第一LED芯片200与第二LED芯片400之间的电性连接需要依赖形成于基板10上的电性连接结构(electrical interconnection)。
于一实施例中，第一LED芯片200发出蓝光，第二LED芯片400发出黄光，混合以产生白光。于另一实施例中，第一LED芯片200发出黄光，第二LED芯片400发出蓝光，用以产生白光。
请参见本发明图2，此图显示本发明第二实施例的发光二极管结构20的剖面图，图2的标号与图1A相同者，代表相同元件。图2与图1A的差别在于，图2中具有多个第二LED芯片400。于图2中，至少两个LED芯片400形成于粘着层300之上，其中该些第二LED芯片400的面积小于第一LED芯片200的面积。第二实施例的优点在于，第二LED芯片400可依据实际应用的需求排列成任何形状，例如圆形、三角形、矩形或不规则形状(以俯视图来看，未绘制于图中)。
请参见本发明图3，此图显示本发明第三实施例的发光二极管结构30的剖面图，图3的标号与图1A相同者，代表相同元件。图3与图1A的差别在于，于图3中的第一LED芯片200以打线接合(wire bonding)的方式电性连接至基板100。于图3中，银胶(silver glue)150形成于基板100之上，且第一LED芯片200形成于银胶150之上。此外，第一LED芯片200具有第二导线250，第二导线250电性连接至基板100。须注意的是，由于第一LED芯片200具有第二导线250，第二导线250会占据一部分的面积，因此，第二LED芯片400的面积会小于第一LED芯片200的面积。
须注意的是，于第三实施例中，第一LED芯片200与第二LED芯片400之间借由粘着层300结合，亦即借由粘着层300使第一LED芯片200与第二LED芯片400之间为彼此绝缘。更确切的说，第一LED芯片200具有第一表面200a接触粘着层300，第二LED芯片400具有第二表面400a接触粘着层300，其中借由粘着层300使第一表面200a与第二表面400a之间为彼此绝缘。另言之，第一表面200a与第二表面400a之间无电性连接。由于第一表面200a与第二表面400a彼此绝缘，因此第一LED芯片200与第二LED芯片400之间的电性连接需要依赖形成于基板10上的电性连接结构(electrical interconnection)
请参见图4A，此图显示本发明第四实施例的发光二极管结构40剖面图，图4A的标号与图1A相同者，代表相同元件。图4与图1A的差别在于，图4中额外增加第三LED芯片600，其中第二粘着层500形成于第二LED芯片400之上，且第三LED芯片600形成于第二粘着层500之上。此外，第三LED芯片600具有第三导线650且第三导线650借由打线接合方式电性连接至基板100。
须注意的是，于第三实施例中，借由搭配发出不同颜色光的三种LED芯片200，400，600，以增加发光二极管结构40的演色性(color rendering index，CRI)。
此外，于第四实施例中，第二LED芯片400与第三LED芯片600之间借由第二粘着剂500结合，亦即借由粘着层500使第二LED芯片400与第三LED芯片600之间为彼此绝缘。更确切的说，第二LED芯片400具有第三表面400b接触第二粘着层500，第三LED芯片600具有第四表面600a接触第二粘着层500，其中借由第二粘着层500使第三表面400b与第四表面600a之间为彼此绝缘。另言之，第三表面400b与第四表面600a之间无电性连接。
于一实施例中，第一LED芯片200，第二LED芯片400与第三LED芯片600发出三种不同颜色的光，此三种颜色的光包括蓝光、绿光与红光，因此，会有6种排列组合(permutation)。于一实施例中，第一LED芯片200发出蓝光，第二LED芯片400发出绿光，第三LED芯片600发出红光。于另一实施例中，第一LED芯片200发出绿光，第二LED芯片400发出蓝光，第三LED芯片600发出红光。于又一实施例中，第一LED芯片200发出红光，第二LED芯片400发出绿光，第三LED芯片600发出蓝光。于一实施例中，第一LED芯片200发出绿光，第二LED芯片400发出红光，第三LED芯片600发出蓝光。
于另一实施例中，第一LED芯片200，第二LED芯片400与第三LED芯片600发出三种不同颜色的光，此三种颜色的光包括蓝光、黄光与红光，因此，会有6种排列组合(permutation)。于一实施例中，第一LED芯片200发出蓝光，第二LED芯片400发出黄光，第三LED芯片600发出红光。于另一实施例中，第一LED芯片200发出黄光，第二LED芯片400发出蓝光，第三LED芯片600发出红光。于又一实施例中，第一LED芯片200发出红光，第二LED芯片400发出黄光，第三LED芯片600发出蓝光。于一实施例中，第一LED芯片200发出蓝光，第二LED芯片400发出红光，第三LED芯片600发出黄光。
请参见本发明图4B，此图显示本发明第四实施例的另一种变形，图4B同样显示具有三种LED芯片，其中第三LED芯片600形成于粘着层300之上(而非形成于第二粘着层500之上)。另言之，第三LED芯片600形成于第一LED芯片200之上。同样的，第三LED芯片600借由第三导线650以打线接合的方式电性连接至基板100。更确切的说，第一LED芯片200具有第一表面200a接触粘着层300，第三LED芯片600具有第五表面600b接触粘着层300，其中借由粘着层300使第一表面200a与第五表面600b之间为彼此绝缘。
请参见图5，此图显示本发明第五实施例的发光二极管结构50的剖面图，图5的标号与图1A相同者，代表相同元件。图5与图1A的差别在于，图5还包括荧光粉(phosphor)700覆盖第一LED芯片200与第二LED芯片400，借由搭配两种LED芯片200，400与荧光粉700，以产生白光。
于一实施例中，第一LED芯片200与第二LED芯片400两者之一发出蓝光，另一发出红光，荧光粉700发出黄光。
于另一实施例中，第一LED芯片200与第二LED芯片400两者之一发出蓝光，另一发出黄光，荧光粉700发出绿光。
于又一实施例中，也可覆盖荧光粉700于图4A中第三LED芯片600上，因此，混合三种LED芯片200，400，600与荧光粉700，以产生白光。须注意的是，LED芯片与荧光粉的颜色搭配并不限于上述提及的组合，本领域普通技术人员可依据实际应用的需求作调整。
本发明提供一种发光二极管结构，此发光二极管结构借由垂直堆叠两个以上的LED芯片而得，因此，相较于平面封装的发光二极管结构，本发明的发光二极管结构可占有较小的面积，以使后续的二次光学设计较为容易。再者，可借由混合多种发出不同颜色光的LED芯片，以提高发光二极管结构的演色性(color rendering index，CRI)。
虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种发光二极管结构，包括：
一基板；
一第一LED芯片，形成于该基板之上；
一粘着层(adhesion layer)，形成于该第一LED芯片之上；以及
一第二LED芯片，形成于该粘着层之上，其中该第二LED芯片具有一第一导线，其中该第一导线电性连接至该基板。
2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该第一LED芯片包括一第一垫片与一第二垫片，该第一垫片与该第二垫片电性连接至该基板，且该第一LED芯片具有一第二导线电性连接至该基板。
3.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该第一LED芯片具有一第一表面接触该粘着层，该第二LED芯片具有一第二表面接触该粘着层，其中该第一表面与该第二表面彼此绝缘。
4.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包括：
一第二粘着层，形成于该第二LED芯片之上；以及
一第三LED芯片，形成于该第二粘着层之上。
5.如权利要求4所述的发光二极管结构，其中该第二LED芯片具有一第三表面接触该第二粘着层，该第三LED芯片具有一第四表面接触该第二粘着层，其中该第三表面与该第四表面彼此绝缘，且该第三LED芯片包括一第三导线电性连接至该基板。
6.如权利要求4所述的发光二极管结构，还包括一荧光粉，覆盖该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片，其中该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片各自发出三种不同颜色的光，且三种不同颜色的光包括蓝光、绿光与红光。
7.如权利要求4所述的发光二极管结构，还包括一荧光粉，覆盖该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片，其中该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片各自发出三种不同颜色的光，且三种不同颜色的光包括蓝光、黄光与红光。
8.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包括一第三LED芯片形成于该粘着层之上。
9.如权利要求8所述的发光二极管结构，其中该第一LED芯片具有一第一表面接触该粘着层，该第三LED芯片具有一第五表面接触该粘着层，且该第一表面与该第五表面彼此绝缘，且该第三LED芯片具有一第三导线电性连接至基板。
10.如权利要求8所述的发光二极管结构，还包括一荧光粉覆盖该第一LED芯片、该第二LED芯片与该第三LED芯片，其中该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片各自发出三种不同颜色的光，且三种不同颜色的光包括蓝光、绿光与红光。
11.如权利要求8所述的发光二极管结构，还包括一荧光粉覆盖该第一LED芯片、该第二LED芯片与该第三LED芯片，其中该第一LED芯片、第二LED芯片与第三LED芯片各自发出三种不同颜色的光，且三种不同颜色的光包括蓝光、黄光与红光。
12.如权利要求1所述的发光二极管结构，还包括一荧光粉覆盖该第一LED芯片与该第二LED芯片。
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