CN103094264B - 高功率发光二极管 - Google Patents

高功率发光二极管 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种高功率发光二极管,包含一基板、一上金属层、两个第一芯片、两个第二芯片及一荧光层。两个第一芯片与第二芯片两两相对且交错设置于上金属层上,且荧光层选择性涂布地覆盖于第一芯片。

Description

高功率发光二极管

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高功率发光二极管,特别是涉及一种包含两种不同芯片的高功率 发光二极管。

背景技术

[0002] -般发光二极管是利用蓝光芯片激发红色荧光粉及绿色荧光粉混合形成白光,但 是近年来发展出利用红光芯片来取代红色荧光粉,形成蓝光芯片加上红光芯片搭配绿色或 黄色荧光粉的组合。由于红光芯片产生的红光波长大于绿色或黄色荧光粉的激发波长,所 以红光芯片无法激发绿色或黄色荧光粉,若是绿色或黄色荧光粉覆盖红光芯片,只会遮蔽 红光芯片而降低其出光量。

[0003] 所以如何在同时存在两种不同芯片的发光二极管中有效封装以达到较佳的出光 效率,仍为需要改进的课题。

[0004] 由此可见,上述现有的发光二极管在结构与使用上,显然仍存在有不便与缺陷,而 亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的高功率发光二极管,亦成为当前业 界极需改进的目标。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于,克服现有的发光二极管存在的缺陷,而提供一种新型结构的 高功率发光二极管,所要解决的技术问题是使其是在提供一种可以有效封装两种不同芯片 提高出光效率的高功率发光二极管,非常适于实用。

[0006] 本发明的另一目的在于,提供一种新型结构的高功率发光二极管,所要解决的技 术问题是使其在提供一种可以提高出光均匀性的高功率发光二极管,从而更加适于实用。

[0007] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提 出的一种高功率发光二极管,包含:一基板、两个第一芯片、两个第二芯片、一焚光层及一透 镜,该透镜设于该基板并覆盖所述第一芯片、所述第二芯片及该荧光层;其中:该高功率发 光二极管还包含一上金属层,该上金属层被覆于该基板的上表面,且包括一固晶垫及多个 沿该固晶垫周侧分布的导接垫;所述第一芯片和第二芯片设于该固晶垫,且所述第一芯片 与所述第二芯片两两相对且交错设置;该荧光层选择性涂布地覆盖所述第一芯片。

[0008] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

[0009] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该荧光层选择性涂布地覆盖所述第一芯片 及相邻所述第一芯片的该固晶垫区域。

[0010] 前述的高功率发光二极管,其中所述的各该第二芯片相对于各该第一芯片相邻的 一侧边旋转一角度设置,使各该第二芯片与各该第一芯片的邻边呈介于40度-50度的交 角。

[0011] 前述的高功率发光二极管,其中所述的各该第一芯片与各该第二芯片的间距介于 0. 2mm-〇. 5mm〇

[0012] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该透镜的高度与其底部半径的比例大于I 且小于1.2。

[0013] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该透镜覆盖该固晶垫且该固晶垫呈正方 形,其对角线长度等于该透镜底部的直径长度。

[0014] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该高功率发光二极管还包含一下金属层及 多个金属内导线,该下金属层被覆于该基板的下表面,且包括至少一散热垫及多个分别对 应各该导接垫的焊接垫,各该金属内导线贯穿该基板以分别连接相对应的各该导接垫及各 该焊接垫。

[0015] 前述的高功率发光二极管,其中所述的导接垫总共八个,且该固晶垫的每一侧边 各分布两个,所述焊接垫总共八个,且该散热垫的两侧边各分布四个。

[0016] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该上金属层还包括多个位于该固晶垫内且 靠近该固晶垫边缘的凹槽。

[0017] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该透镜由掺杂小于0. 5wt%的扩散剂的胶 态树脂固化而成。

[0018] 前述的高功率发光二极管,其中所述的该透镜具有一由胶态树脂固化而成的本 体,及一被覆于该本体表面的扩散层。

[0019] 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的 一种高功率发光二极管,包含:一基板、两个第一芯片、两个第二芯片、一焚光层及一透镜, 该透镜设于该基板并覆盖所述第一芯片、所述第二芯片及该荧光层;其中:该高功率发光 二极管还包含一上金属层,该上金属层被覆于该基板的上表面,且包括一固晶垫及多个沿 该固晶垫周侧分布的导接垫;所述第一芯片和第二芯片设于该固晶垫,且所述第一芯片与 所述第二芯片两两相对且交错设置,而且各该第二芯片相对于各该第一芯片相邻的一侧边 旋转一角度设置;该荧光层选择性涂布地覆盖所述第一芯片。

[0020] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知,本发 明的主要技术内容如下:高功率发光二极管,包含一基板、一上金属层、两个第一芯片、两个 第二芯片、一荧光层及一透镜。上金属层被覆于基板的上表面,且上金属层由包括一固晶垫 及多个沿固晶垫周侧分布的导接垫。所述第一芯片和第二芯片设于固晶垫,且所述第一芯 片与所述第二芯片两两相对且交错设置。荧光层选择性涂布地覆盖第一芯片。透镜设于基 板并覆盖第一芯片、第二芯片及荧光层。

[0021] 较佳地,荧光层选择性涂布地覆盖第一芯片及相邻第一芯片的固晶垫区域。

[0022] 较佳地,各该第二芯片相对于各该第一芯片相邻的一侧边旋转一角度设置,使各 该第二芯片与各该第一芯片的邻边呈介于40度-50度的交角。

[0023] 较佳地,各该第一芯片与各该第二芯片的间距介于0. 2mm_0. 5mm。

[0024] 较佳地,透镜的高度与其底部半径的比例大于1且小于I. 2。

[0025] 较佳地,透镜覆盖固晶垫且固晶垫呈正方形,其对角线长度等于透镜底部的直径 长度。

[0026] 较佳地,本发明高功率发光二极管还包含一下金属层及多个金属内导线,下金属 层被覆于基板的下表面,且包括至少一散热垫及多个分别对应各导接垫的焊接垫,各金属 内导线贯穿基板以分别连接相对应的各导接垫及各焊接垫。

[0027] 较佳地,导接垫总共八个,且固晶垫的每一侧边各分布两个,焊接垫总共八个,且 散热垫的两侧边各分布四个。

[0028] 较佳地,上金属层还包括多个位于固晶垫内且靠近固晶垫边缘的凹槽。

[0029] 较佳地,透镜由掺杂小于0. 5wt%的扩散剂的胶态树脂固化而成。

[0030] 较佳地,透镜具有一由胶态树脂固化而成的本体,及一被覆于本体表面的扩散层。

[0031] 借由上述技术方案,本发明高功率发光二极管至少具有下列优点及有益效果:本 发明高功率发光二极管具有大面积的固晶垫用以共同设置第一芯片及第二芯片,使得第一 芯片及第二芯片的侧向出光不会受到阻挡,且可借由固晶垫反射光线以及选择性地涂布荧 光层提高出光效率,同时借由固晶垫及散热垫加快散热速率,此外,借由扩散剂增加混光均 匀性,进一步地,第二芯片与第一芯片相邻的侧边呈介于40度-50度的交角设置,不仅可以 提高出光量,并且可以使在〇度轴及90度轴两轴的视角大致相同。

[0032] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段, 而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

[0033] 图1是一立体图,说明本发明高功率发光二极管的第一较佳实施例;

[0034] 图2是一俯视图,说明该第一较佳实施例;

[0035] 图3是一仰视图,说明该第一较佳实施例;

[0036] 图4是一俯视图,说明该第一较佳实施例使用屏蔽涂布焚光层;

[0037] 图5是一侧视示意图,说明该第一较佳实施例的透镜的高度与半径;

[0038] 图6是说明该第一较佳实施例的芯片间距大小与出光效率及视角的关系图;

[0039] 图7是说明该第一较佳实施例的透镜的高度与半径的比例与出光效率及视角的 关系图;

[0040] 图8是说明该第一较佳实施例的透镜含有扩散剂(实线)及不含扩散剂(虚线) 的混光均匀性比较图;

[0041] 图9是一部分剖面图,说明该第一较佳实施例的透镜的另一实施结构;

[0042] 图10是一俯视图,说明本发明高功率发光二极管的第二较佳实施例;及

[0043] 图11是一仰视图,说明该第二较佳实施例。

具体实施方式

[0044] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合 附图及较佳实施例,对依据本发明提出的高功率发光二极管其具体实施方式、结构、特征及 其功效,详细说明如后。

[0045] 参阅图1至图3,本发明高功率发光二极管的第一较佳实施例包含:一基板11、一 上金属层12、一下金属层13、两个第一芯片2、两个第二芯片3、一焚光层4及一透镜5。在 本实施例,第一芯片2可为蓝光芯片,第二芯片3可为红光芯片,当黄色荧光粉选择性涂布 于蓝光芯片时,可借由蓝光芯片所产生的蓝光激发黄色荧光粉而产生白光。在另一实施方 式,第一芯片2可为紫外光芯片,第二芯片3可为红光芯片,当红、绿、蓝荧光粉选择性涂布 于紫外光芯片时,可借由紫外光芯片所产生的紫外光激发红、绿、蓝荧光粉而产生白光。另 外,由于红光芯片并未被荧光层所覆盖,所以除了可借由红光芯片所发出的光来提升高功 率发光二极管的发光效率外,也可借由红光芯片来达到高演色性的优点。本发明的第一芯 片和第二芯片的实施结构并不以上述为限,只要是芯片选择性涂布以达混光皆为本发明所 要保护的范围。

[0046] 基板11由陶瓷材料制成,可以绝缘并且能导热。上金属层12被覆于基板11的上 表面,且上金属层12包括一固晶垫121及多个沿固晶垫121周侧分布的导接垫122。上金 属层12还包括多个位于固晶垫121内且靠近固晶垫121边缘的凹槽123。下金属层13被 覆于基板11的下表面,且下金属层13包括多个散热垫131及多个分别对应各导接垫122 的焊接垫132,而且,本实施例高功率发光二极管还包括多个贯穿基板11的金属内导线(未 图标)以分别连接上下相对应的导接垫122及焊接垫132,也就是说,每一金属内导线是位 于对应的导接垫122及焊接垫132上下重叠的区域内。

[0047] 固晶垫121用以设置第一芯片2及第二芯片3,导接垫122用以设置连接芯片电极 (图中未标号)的导线6,也就是说,借由导线6使芯片电极与对应的导接垫122电连接,在 本实施例,导接垫122总共八个,且固晶垫121的每一侧边各分布两个,使每一第一芯片2 及第二芯片3可分别对应两个导接垫122,借此可以独立控制每一第一芯片2及第二芯片3 的开/关,而且,固晶垫121呈正方形并将面积最大化,并使导接垫122呈窄长形以将面积 最小化,借此使固晶垫121具有较大面积,不仅能大面积反射光线,且能增加散热速度。由 于固晶垫121的面积最大化设计,可选用不同的芯片大小来进行封装,增加高功率加发光 二极管芯片选择的适应性。在此实施例中,仅以单一固晶垫121来承载第一芯片2和第二 芯片3,但不以一个为限,也可规划成多个固晶垫121来承载第一芯片2和第二芯片3。散 热垫131是位于下金属层13的中间区域,切割为四个并排,在焊接时可以与焊料接触(吃 锡)较为平均,以增加焊接结合强度,当然,散热垫131连接成一整体也可以实施(参见图 11)。散热垫131两侧各设置四个焊接垫132,分别对应各导接垫122,虽然焊接垫132与导 接垫122的形状不一样,但是相对应的导接垫122及焊接垫132仍有局部区域是上下重叠 以设置金属内导线。

[0048] 详细而言,基板11的制作程序是先制备已烧结完成的陶瓷板,再于陶瓷板上预定 设置金属内导线的位置形成穿孔(未图示)而完成基板11的制作,然后在基板11上、下两 表面分别被覆上金属层12及下金属层13并于穿孔中沉积金属层形成金属内导线,由于基 板11已经先烧结定形再形成上金属层12、下金属层13及金属内导线,因而不会有基板11 收缩变形的风险,能够提高产品信赖性。在本实施例,上金属层12及下金属层13为铜金属 层,是以溅镀工艺镀上晶种层后再以电镀工艺沉积而成,同时电镀工艺也将铜金属沉积于 围绕穿孔的壁面借此连接上金属层12及下金属层13形成金属内导线。

[0049] 形成上金属层12及下金属层13后,利用黄光光刻刻蚀工艺,分别将上金属层12 及下金属层13图案化,而在上金属层12形成固晶垫121、导接垫122及凹槽123,在下金属 层13形成散热垫131及焊接垫132。基板11的各穿孔即预先分别设于相对应的导接垫122 及焊接垫132上下重叠的区域内,借此所形成的金属内导线可以使相对应的导接垫122及 焊接垫132形成电连接。

[0050] 两个第一芯片2及两个第二芯片3设于固晶垫121,两个第一芯片2和两个第二 芯片3为两两相对且交错设置。在一较佳实施方式中,两个第一芯片2位于同一对角在线 且两个第二芯片3位于另一对角在线,第一芯片2与第二芯片3相间隔地交错设置。第一 芯片2与第二芯片3的间距d以介于0. 2mm-0. 5mm较佳,可以具有较佳的出光效率及混光 效果(参见图6)。芯片固定后,利用打线方式将各第一芯片2及各第二芯片3的正负电极 (图中未标号)分别用导线6连接至与各芯片相邻的两个导接垫122,从而与对应的焊接垫 132电连接。值得注意的是,导接垫122的总数为第一芯片2与第二芯片3总合数目的两 倍,借此来独立控制每一芯片。

[0051] 荧光层4选择性涂布地覆盖第一芯片2及相邻第一芯片2的固晶垫121区域并与 第二芯片3间隔一段距离。参阅图4,选择性涂布荧光层4是利用屏蔽(mask) 7来控制荧光 层4只覆盖第一芯片2及其周围的固晶垫121表面,避免覆盖第二芯片3,借此使第一芯片 2发射的光线能激发荧光层4,且使第二芯片3不会被荧光层4遮蔽以不影响第二芯片3的 出光效率,本实施例对比于第二芯片3同时覆盖荧光层4的对照组可以提高8%的亮度。详 细而言,屏蔽7具有对应第一芯片2的镂空部71,以露出两个第一芯片2并且遮盖两个第二 芯片3及部分基板11,而且镂空部71在对角线两端呈截角状,借此减少荧光层4的涂布范 围以节省用料,此外,遮盖第二芯片3的区域至少要比第二芯片3的周缘多出0. 1mm,以确保 喷涂过程不会将荧光层4覆盖到第二芯片3。本实施例的第一芯片2与第二芯片3固设于 平面式的固晶垫121上,再以选择性涂布在第一芯片2及其周围的固晶垫121表面覆盖荧 光层4,因而不会有侧壁阻挡出光的缺点,且能利用大面积的固晶垫121反射光线提高出光 效率,同时能够加快散热速度以符合高功率芯片的散热需求。虽然本实施例涂布的荧光层 4还覆盖第一芯片2周围的固晶垫121,但是荧光层4也可以只涂布在第一芯片2上(如后 文的第二较佳实施例)。

[0052] 参阅图1、图2及图5,透镜5设于基板11并覆盖第一芯片2、第二芯片3及荧光层 4,且透镜5覆盖固晶垫121及各导接垫122,且透镜5底部的直径长度约等于固晶垫121的 对角线长度,也就是说,固晶垫121为透镜5覆盖范围内最大面积的正方形。在本实施例, 透镜5是由掺杂小于0.5wt%的扩散剂(氮化硼)的胶态树脂(硅胶)直接于基板11上固 化成形,而且胶态树脂可以流入位于固晶垫121边缘的凹槽123内,借此可以增加透镜5与 基板11间的附着力。透镜5的高度h与其底部半径r的比例以在大于1且小于1. 2 (即1 <h/r < 1.2)的范围内较佳,可以具有较高的出光效率(参阅图7),其中透镜5的高度h 是指由第一芯片2及第二芯片3的顶面所存在的平面至透镜5的顶点的距离,透镜5的底 部半径r即指透镜5在第一芯片2及第二芯片3的顶面所存在的平面的半径。此外,参阅 图8,透镜5掺杂扩散剂(实线)相较于未掺杂扩散剂(虚线)者可以增加混光的均匀性。 扩散剂除了可以掺杂于透镜5内,另外一种等效变化的实施结构,参阅图9,透镜5也可以 先由胶态树脂固化形成一本体51,再将扩散剂掺混于胶态树脂并利用涂布的方式被覆于本 体51表面形成一扩散层52,也就是说,透镜5具有一由胶态树脂固化而成的本体51,及一 被覆于本体51表面的扩散层52。

[0053] 参阅图10与图11,本发明高功率发光二极管的第二较佳实施例与第一较佳实施 例大致相同,只是,在第二较佳实施例中,焚光层4仅涂布于第一芯片4且散热垫131为一 整体,此外,第二芯片3相对于第一芯片2相邻的一侧边旋转一角度设置,使第二芯片与第 一芯片的邻边呈介于40度-50度的交角α,实质上交角α约为45度。由于在本实施例中 第二芯片3呈矩形,借由旋转角度设置,可以降低第一芯片2对于第二芯片3长轴的出光路 径的影响,避免芯片间相互吸光(chip absorption),不仅可以提高出光量(本实施例的亮 度相较于第一较佳实施例提高3% ),并且可以使在0度轴及90度轴两轴的视角大致相同。 如下表1所示,相较于第一较佳实施例两轴的视角(VA)相差约6度,第二较佳实施例将第 二芯片3旋转45度设置后,两轴的视角差异下降至1度,近乎一致,显示呈矩形的第二芯片 3相对于第一芯片2两者相邻的侧边呈介于40度-50度的交角α设置较佳。

Figure CN103094264BD00081

[0056] 综上所述,本发明高功率发光二极管具有大面积的固晶垫121用以共同设置第一 芯片2及第二芯片3,使得第一芯片2及第二芯片3的侧向出光不会受到阻挡,且可借由固 晶垫121反射光线以及选择性地涂布荧光层4来提高出光效率,同时借由固晶垫121及散 热垫131加快散热速率,此外,借由扩散剂增加混光均匀性,进一步地,第二芯片3与第一芯 片2相邻的侧边呈约45度的交角α设置,不仅可以提高出光量,并且可以使在0度轴及90 度轴两轴的视角大致相同,所以确实能达成本发明的目的。

[0057] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人 员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1. 一种高功率发光二极管,包含:一基板、两个第一芯片、两个第二芯片、一焚光层及 一透镜,该透镜设于该基板并覆盖所述第一芯片、所述第二芯片及该荧光层;其特征在于: 该高功率发光二极管还包含一上金属层,该上金属层被覆于该基板的上表面,且包括一平 面式固晶垫及多个沿该固晶垫周侧分布的导接垫;所述第一芯片和第二芯片设于该平面式 固晶垫,且所述第一芯片与所述第二芯片两两相对且交错设置;该荧光层利用屏蔽选择性 涂布地覆盖所述第一芯片及相邻所述第一芯片的该平面式固晶垫区域,该透镜覆盖该平面 式固晶垫且该平面式固晶垫呈正方形,其对角线长度等于该透镜底部的直径长度,所述基 板为陶瓷基板。
2. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:各该第二芯片相对于各该第 一芯片相邻的一侧边旋转一角度设置,使各该第二芯片与各该第一芯片的邻边呈介于40 度-50度的交角。
3. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:各该第一芯片与各该第二芯 片的间距介于0. 2mm_0. 5mm。
4. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:该透镜的高度与其底部半径 的比例大于1且小于1.2。
5. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:该高功率发光二极管还包含 一下金属层及多个金属内导线,该下金属层被覆于该基板的下表面,且包括至少一散热垫 及多个分别对应各该导接垫的焊接垫,各该金属内导线贯穿该基板以分别连接相对应的各 该导接垫及各该焊接垫。
6. 如权利要求5所述的高功率发光二极管,其特征在于:所述导接垫总共八个,且该固 晶垫的每一侧边各分布两个,所述焊接垫总共八个,且该散热垫的两侧边各分布四个。
7. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:该上金属层还包括多个位于 该固晶垫内且靠近该固晶垫边缘的凹槽。
8. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:该透镜由掺杂小于0. 5wt%的 扩散剂的胶态树脂固化而成。
9. 如权利要求1所述的高功率发光二极管,其特征在于:该透镜具有一由胶态树脂固 化而成的本体,及一被覆于该本体表面的扩散层。
10. -种高功率发光二极管,包含:一基板、两个第一芯片、两个第二芯片、一焚光层及 一透镜,该透镜设于该基板并覆盖所述第一芯片、所述第二芯片及该荧光层;其特征在于: 该高功率发光二极管还包含一上金属层,该上金属层被覆于该基板的上表面,且包括一固 晶垫及多个沿该固晶垫周侧分布的导接垫;所述第一芯片和第二芯片设于该固晶垫,且所 述第一芯片与所述第二芯片两两相对且交错设置,而且各该第二芯片相对于各该第一芯片 相邻的一侧边旋转一角度设置;该荧光层选择性涂布地覆盖所述第一芯片,该透镜覆盖该 固晶垫且该固晶垫呈正方形,其对角线长度等于该透镜底部的直径长度。
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