CN106848031A - 紫外光发光二极管的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种紫外光发光二极管的封装结构，包括：基板、透光体、至少一紫外光发光二极管、连接元件以及紫外光遮蔽层。透光体设置于基板上，透光体的内部具有空间。紫外光发光二极管设置于基板上、且位于所述空间内。连接元件设置在基板与透光体之间。紫外光遮蔽层设置在透光体与连接元件之间。此紫外光发光二极管的封装结构，能够提升紫外光的光输出效率、且避免封装材料的劣化。

Description

紫外光发光二极管的封装结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的封装结构，尤其涉及一种紫外光发光二极管(Ultraviolet light emitting diode,UV-LED)的封装结构。
背景技术
随着紫外光发光二极管的发光效率提升，相关的应用快速成长，如：水杀菌、空气类杀菌、食品类杀菌、医疗器械等专用领域中，均使用到紫外光发光二极管。
目前的技术中，紫外光发光二极管的光输出功率范围是1mw到10mw。光输出功率为1mw的紫外光发光二极管的封装结构，主要是以金属壳体来进行气密封装。随着紫外光发光二极管的光输出功率的不断提升，如何设计封装结构来满足更高的光输出功率的需求，是所有研究者亟欲解决的技术问题。
图1为以往的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。请参照图1，紫外光发光二极管的封装结构100具有：基板110、紫外光发光二极管120、第一引线130a、第二引线130b、第一电极140a、第二电极140b、第一引脚150a、第二引脚150b、以及金属壳体160。
如图1所示，金属壳体160具有取光口160a，使紫外光发光二极管120所发出的紫外光出射到外界。然而，由于金属壳体160本身的金属材料反射率差，且金属壳体160本身的设计并不适于将紫外光取出到外界，而有取光效率差及散热效率不佳的问题。
另外，在利用高分子树脂来对于紫外光发光二极管进行封装的封装结构中，由于高分子树脂会吸收紫外光，将导致高分子树脂的劣化，产生泛黄、破裂等现象。因此，高分子树脂对于紫外光发光二极管的保护功能、防水气功能、取光功能等，将随着高分子树脂的劣化而减损。随着紫外光发光二极管的光输出功率不断的提高，高分子树脂劣化的问题将更凸显。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种紫外光发光二极管的封装结构，能够提升紫外光的光输出效率、避免封装材料的劣化，且能利用现有的发光二极管的封装制作工艺进行制作。
为达上述目的，本发明提出一种紫外光发光二极管的封装结构，包括：基板、透光体、至少一紫外光发光二极管、连接元件以及紫外光遮蔽层。透光体设置于基板上，透光体的内部具有空间。紫外光发光二极管设置于基板上、且位于所述空间内。连接元件设置在基板与透光体之间。紫外光遮蔽层设置在透光体与连接元件之间。
本发明还提出一种紫外光发光二极管的封装结构，包括：凹槽基板、透光体、至少一紫外光发光二极管、连接元件以及紫外光遮蔽层。凹槽基板具有一空间。透光体设置于凹槽基板。紫外光发光二极管设置于凹槽基板、且位于所述空间内。连接元件设置于透光体与凹槽基板之间。紫外光遮蔽层设置于透光体与连接元件之间。
基于上述，本发明的紫外光发光二极管的封装结构至少具有以下的优点：
利用透光体来进行封装，可达到气密性良好，减少水气与氧气对于紫外光发光二极管的损坏；并且，能达到较大的取光角度范围，能够提升紫外光的取光效率。另外，利用紫外光遮蔽层，可减低紫外光对于连接材料的损坏，可确保紫外光发光二极管的封装结构的完整性。此紫外光发光二极管的封装结构具有简单的构成，能够利用现有的发光二极管的封装制作工艺进行制作。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为以往的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图2为本发明第一实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图3为本发明第二实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图4为本发明第三实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图5为本发明第四实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图6为本发明第五实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图；
图7为不具有封装结构的紫外光发光光源的示意图；
图8为具有反射器的紫外光发光光源的示意图；
图9为本发明的实施例的具有透光体的紫外光发光光源的示意图。
附图标记说明
100、200、202、300、302、400：紫外光发光二极管的封装结构
110、210、510：基板
120、230、330、430、530：紫外光发光二极管
130a：第一引线
130b：第二引线
140a：第一电极
140b：第二电极
150a：第一引脚
150b：第二引脚
160：金属壳体
160a：取光口
212：凹槽
220、320、420、520：透光体
240、340、440：连接元件
250、350、450：紫外光遮蔽层
260：填充材料
310、410：凹槽基板
360：取光材料
502、504、506：紫外光发光光源
F：法线方向
S：空间
θ1、θ2：发光角度范围
具体实施方式
[第一实施例]
图2是本发明第一实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。请参照图2，紫外光发光二极管的封装结构200包括：基板210、透光体220、至少一紫外光发光二极管230、连接元件240以及紫外光遮蔽层250。透光体220设置于基板210上，透光体220的内部具有空间S。紫外光发光二极管230设置于基板210上、且位于空间S内。连接元件240设置在基板210与透光体220之间。紫外光遮蔽层250设置在透光体220与连接元件240之间。
请参照图2，基板210可以采用导热基板，能够适合高功率(例如大于3mW)的紫外光发光二极管230，且可适合紫外光发光二极管230的高密度倒装封装，亦即，基板210可承载多个紫外光发光二极管230，且相邻的两个紫外光发光二极管230之间具有窄间距，仍可保持良好的散热效率。
透光体220的材料可以是石英玻璃、或是其他适合的材料(如不吸收紫外光的材料)。透光体220可以是利用石英玻璃所制作的盖体，从图2可看出，当使用透光体220来进行封装时，可使得紫外光发光二极管230所发出的紫外光，能够在较大的取光角度的范围内穿过透光体220。
详细而言，紫外光发光二极管230可提供一紫外光(未绘示)，紫外光可穿透所述透光体220，且紫外光的发光角度范围θ1是：相对于紫外光发光二极管230的正面发光面的法线方向F，在正负90度的范围内，也就是，紫外光的发光角度范围θ1可以是180度。
相较于以往使用金属壳体160来对于紫外光发光二极管进行封装的技术，本发明的实施例的透光体220可具有较大的取光角度范围，有利于将紫外光取出到外界，而提升光输出效率。
另外，相较于以往使用高分子树脂来对于紫外光发光二极管进行封装的技术，本发明的实施例的透光体220并不会吸收紫外光的能量而劣化，因此，能够避免以往使用高分子树脂进行封装，因高分子树脂劣化所导致的问题。
请再参照图2，在透光体220的所述空间S内可填充有气体(未绘示)。气体可以是惰性气体，使空间S内成为非反应性(inactive)的环境，由此，可保护紫外光发光二极管230，使紫外光发光二极管230的寿命延长。如图2所示，虽仅绘示一个紫外光发光二极管230，但根据光输出功率的设计需要，也可以在基板210上设置多个紫外光发光二极管230，以提升光输出功率。
如图2所示，连接元件240可为胶材，例如，具有黏性的双面胶带、树脂等，均可用来将透光体220连接到基板210。值得注意的是，由于紫外光遮蔽层250设置在透光体220与连接元件240之间，所以，可防止紫外光对于连接元件240造成损坏。所述紫外光遮蔽层250的材料可以是选自于金属、陶瓷、硼砂玻璃及其组合。当紫外光遮蔽层250的材料使用金属时，可以是金、铝等。
另外，透光体220的紫外光穿透率，大于紫外光遮蔽层250的紫外光穿透率，例如透光体320的紫外光穿透率为大于80％，紫外光遮蔽层250的紫外光穿透率小于30％。由此，紫外光发光二极管230所发出的紫外光，可大幅度地穿透所述透光体220，而不穿透紫外光遮蔽层250。在透光体220与基板210的连接处(即：连接元件240与紫外光遮蔽层250的位置)，连接元件240可受到紫外光遮蔽层250的保护，而可避免连接处的连接元件240的劣化，可确保紫外光发光二极管的封装结构200的气密性与防水氧特性。
综上所述，紫外光发光二极管的封装结构200至少具有以下的优点：基板210可利用高导热基板，而具有良好的散热效率；透光体220具有大范围的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽层250，可避免连接元件240受到在透光体220中传导的紫外光的照射而劣化。
[第二实施例]
图3是本发明第二实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。如图3所示的紫外光发光二极管的封装结构202，类似于如图2所示的紫外光发光二极管的封装结构200，相同的元件标示以相同的元件符号。
可注意到，基板210具有凹槽212。所述连接元件240、所述紫外光遮蔽层250与部分的所述透光体220被设置于所述凹槽212内。由此，可通过将连接元件240设置于凹槽212内，使得紫外光发光二极管230所发出的紫外光不会照射到连接元件240，可更佳地避免连接元件240的劣化，紫外光发光二极管的封装结构202的气密性与防水氧特性可进一步得到提升。
另外，请参照图3，紫外光发光二极管的封装结构202还可包括：填充材料260，设置于所述凹槽212内。填充材料260可以采用能够阻挡紫外光的材料，如此一来，可再进一步使紫外光无法入射到连接处，而不会对于连接元件240造成影响。填充材料260还具有：进一步提升连接处的连接强度的效果。
第二实施例的紫外光发光二极管的封装结构202，除了具有第一实施例的紫外光发光二极管的封装结构200的技术效果之外，可更佳地避免连接元件240的劣化，更进一步地确保了紫外光发光二极管的封装结构202的气密性与防水氧特性。
[第三实施例]
图4是本发明第三实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。请参照图4，紫外光发光二极管的封装结构300，包括：凹槽基板310、透光体320、至少一紫外光发光二极管330、连接元件340以及紫外光遮蔽层350。凹槽基板310具有一空间S。透光体320设置于凹槽基板310。紫外光发光二极管330设置于凹槽基板310、且位于所述空间S内。连接元件340设置于透光体320与凹槽基板310之间。紫外光遮蔽层350设置于透光体320与连接元件340之间。
请参照图4，凹槽基板310的凹口向上开放，并且，在凹槽基板310的内部的底面设置所述紫外光发光二极管330。同样地，凹槽基板310可以采用导热基板，并且，可以按照设计需求，以高密度(多个、窄间距)的方式，来设置多个紫外光发光二极管330。
透光体320的材料可以是石英玻璃、或其他适合的材料。如图4所示，透光体320可以是玻璃平板，被承载在凹槽基板310的两侧的突出部分。并且，在凹槽基板310的突出部分与透光体320之间，设置了连接元件340与紫外光遮蔽层350。
由于透光体320的紫外光穿透率，大于紫外光遮蔽层350的紫外光穿透率。由此，紫外光发光二极管330所发出的紫外光，可大幅度地穿透所述透光体320，而不穿透紫外光遮蔽层350。因此，所述连接元件340可通过紫外光遮蔽层350的保护，而避免受到在透光体320中传导紫外光的照射，造成连接处的连接元件340的劣化，可确保紫外光发光二极管的封装结构300的气密性与防水氧特性。
所述连接元件340可为胶材。所述紫外光遮蔽层350的材料可以是选自于金属、陶瓷、硼砂玻璃及其组合。当紫外光遮蔽层350的材料使用金属时，可以是金、铝等。
请再参照图4，在凹槽基板310的所述空间S内可填充有气体(未绘示)。气体可以是惰性气体，使空间S内成为非反应性(inactive)的环境，由此，可保护紫外光发光二极管330，使紫外光发光二极管330的寿命延长。
如图4所示，紫外光发光二极管330可提供一紫外光(未绘示)，所述紫外光可穿透所述透光体320，所述紫外光的发光角度范围θ2是：相对于所述紫外光发光二极管330的正面发光面的法线方向F，在正负60度的范围内，也就是，紫外光的发光角度范围θ2可以是120度。
类似地，紫外光发光二极管的封装结构300可具有：基板310可利用高导热基板，而具有良好的散热效率；透光体320具有大范围的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽层350，可避免连接元件340受到在透光体320中传导的紫外光的照射而劣化等技术效果。
[第四实施例]
图5是本发明第四实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。如图5所示的紫外光发光二极管的封装结构302，类似于如图4所示的紫外光发光二极管的封装结构300，相同的元件标示以相同的元件符号。
值得注意的是，请参照图5，紫外光发光二极管的封装结构302还可包括：取光材料360，设置于所述凹槽基板310的所述空间S内。
所述取光材料360可以是选自于气体、硅油、硅胶、甲基硅氧烷及其组合。取光材料360的折射率可以大于1.4，而紫外光的穿透度可大于70％。
利用被填充在所述空间S内的取光材料360，而可提升将紫外光取出到外界的效率；并且，取光材料360也可达成保护紫外光发光二极管330的效果，可避免水气、氧气进入空间S内对紫外光发光二极管330造成损坏。
第四实施例的紫外光发光二极管的封装结构302，除了具有第三实施例的紫外光发光二极管的封装结构300的技术效果之外，可更佳地利用取光材料360来提升紫外光的取出效率，并可更好地避免紫外光发光二极管330受到水气与氧气的影响。
[第五实施例]
图6是本发明第五实施例的紫外光发光二极管的封装结构的示意图。请参照图6，紫外光发光二极管的封装结构400，包括：凹槽基板410、透光体420、至少一紫外光发光二极管430、连接元件440以及紫外光遮蔽层450。凹槽基板410具有一空间S。透光体420设置于凹槽基板410。紫外光发光二极管430设置于凹槽基板410、且位于所述空间S内。连接元件440设置于透光体420与凹槽基板410之间。紫外光遮蔽层450设置于透光体420与连接元件440之间。
请参照图6，可注意到，凹槽基板410具有斜面、且凹槽基板410为不透光，透光体420嵌入凹槽基板410的空间S内。由于透光体420嵌入凹槽基板410的空间S内，所以，可减少紫外光发光二极管的封装结构400的整体厚度。
另外，类似地，紫外光发光二极管的封装结构400至少可具有以下的优点：基板410可利用高导热基板，而具有良好的散热效率；透光体420具有大范围的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽层450，可避免连接元件440受到在透光体420中传导的紫外光的照射而劣化。
以上所述的第一实施例～第五实施例的紫外光发光二极管的封装结构200、202、300、302、400，均可应用于高功率(>3mW)的紫外光发光二极管。以往的高功率紫外光发光二极管所导致的散热问题、材料劣化导致封装缺陷问题、取光角度范围不足等问题，均可由本发明的实施例的技术方案而得到解决，进而得到以下的本发明的实施例的特有的技术效果，即：良好的散热效率、封装结构更为完整(气密性、防水氧特性)、以及取光角度范围较大(取光效率提升)等。
[利用光学模拟，对于不同的封装结构的取光效率的说明]
图7为不具有封装结构的紫外光发光光源的示意图。图8为具有反射器的紫外光发光光源的示意图。图9为本发明的实施例的具有透光体的紫外光发光光源的示意图。在图9中省略了连接元件与紫外光遮蔽层的绘示。
请同时参照图7～图9，如图7所示的紫外光发光光源502具有：基板510与紫外光发光二极管530。由于紫外光发光光源502不具有封装结构，以光学模拟来计算紫外光发光光源502的取光效率，可知为100％。
如图8所示的紫外光发光光源504具有：基板510(即反射器)、透光体520(即透光基板)与紫外光发光二极管530。由于紫外光的发光角度范围θ2有限，所以，以光学模拟封装结果来计算紫外光发光光源504的取光效率，可知为73％。
如图9所示的紫外光发光光源506具有：基板510、透光体520、以及紫外光发光二极管530。由于紫外光的发光角度范围θ1为180度的大角度范围，所以，以光学模拟来计算紫外光发光光源506的取光效率，可知为84％。相较于以往的利用反射器或使用金属壳体160(如图1所示)的紫外光发光二极管的封装结构100，本发明的实施例可提升取光效率。
综上所述，本发明的紫外光发光二极管的封装结构至少具有以下的优点：
利用透光体(如石英玻璃所制作的盖体)来进行封装，可达到气密性良好，减少水气与氧气对于紫外光发光二极管的损坏；并且，能达到较大的取光角度范围，能够提升紫外光的取光效率。另外，利用紫外光遮蔽层，可减低紫外光对于连接材料的损坏，可确保紫外光发光二极管的封装结构的完整性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (19)

1.一种紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于包括：
基板；
透光体，设置于所述基板上，所述透光体的内部具有空间；
至少一紫外光发光二极管，设置于所述基板上、且位于所述空间内；
连接元件，设置在所述基板与所述透光体之间；以及
紫外光遮蔽层，设置在所述透光体与所述连接元件之间。
2.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述基板具有凹槽，
所述连接元件、所述紫外光遮蔽层与部分的所述透光体被设置于所述凹槽内。
3.如权利要求2所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，还包括：
填充材料，设置于所述凹槽内。
4.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述透光体的材料是石英玻璃。
5.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述空间内填充有气体。
6.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述紫外光遮蔽层的材料是选自于金属、陶瓷、硼砂玻璃及其组合。
7.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述紫外光发光二极管提供一紫外光，所述紫外光穿透所述透光体，
所述紫外光的发光角度范围是：相对于所述紫外光发光二极管的正面发光面的法线方向，在正负90度的范围内。
8.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述连接元件为胶材。
9.如权利要求1所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述透光体的紫外光穿透率，大于所述紫外光遮蔽层的紫外光穿透率。
10.一种紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于包括：
凹槽基板，具有一空间；
透光体，设置于所述凹槽基板；
至少一紫外光发光二极管，设置于所述凹槽基板、且位于所述空间内；
连接元件，设置于所述透光体与所述凹槽基板之间；以及
紫外光遮蔽层，设置于所述透光体与所述连接元件之间。
11.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述透光体的材料是石英玻璃。
12.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述空间内填充有气体。
13.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述紫外光遮蔽层的材料是选自于金属、陶瓷、硼砂玻璃及其组合。
14.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，所述紫外光发光二极管提供一紫外光，所述紫外光穿透所述透光体，
所述紫外光的发光角度范围是：相对于所述紫外光发光二极管的正面发光面的法线方向，在正负60度的范围内。
15.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述连接元件为胶材。
16.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述透光体的紫外光穿透率，大于所述紫外光遮蔽层的紫外光穿透率。
17.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，还包括：
取光材料，设置于所述凹槽基板的所述空间内。
18.如权利要求17所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述取光材料是选自于气体、硅油、硅胶、甲基硅氧烷及其组合。
19.如权利要求10所述的紫外光发光二极管的封装结构，其特征在于，
所述凹槽基板具有斜面、且所述凹槽基板为不透光，
所述透光体嵌入所述凹槽基板的所述空间内。
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