CN107706281B - 具湿气阻隔结构的晶片级封装发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种晶片级封装发光装置，其至少包含一蓝光LED晶片及一光致发光结构；光致发光结构设置于蓝光LED晶片上、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，第一光致发光层设置于第二光致发光层上，第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于第一高分子材料中的一非湿度敏感的光致发光材料，而第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于第二高分子材料中的一湿度敏感的光致发光材料。藉此，第一光致发光层具有低水气穿透率，可阻隔湿气的穿透，使湿气不易渗透至湿气敏感的光致发光材料，可提升发光装置的湿气阻隔性能与使用寿命。

Description

具湿气阻隔结构的晶片级封装发光装置
技术领域
本发明有关一种发光装置，特别关于一种具有湿气阻隔结构且应用LED晶片的发光装置。
背景技术
LED(发光二极体)晶片是普遍地使用来提供照明、显示或指示用的光源，而LED晶片通常会设置于一封装结构中，以成为一发光装置，其中封装结构可包含一光致发光材料(荧光材料或光转换材料)，以将LED晶片所发出的光线(例如蓝光)部分转换成其他波长(例如黄光)，而不同波长的光线再混合形成白光。依应用场合的不同，所需选用的光致发光材料的频谱(spectrum)特性亦有所不同。
举例而言，目前的液晶显示器中多以LED发光装置作为背光光源，而在此应用中，光致发光材料若具有较窄的半高宽(FWHM)发光频谱时，可提高显示器色彩纯度(colorpurity)，可使其具有较广的色域(color gamut)，以提供消费者更鲜艳的色彩体验。另一方面，在照明应用上，若LED发光装置采用具有较窄发光频谱的光致发光材料(例如发出红光)，则可有效提升光线的演色性(CRI)并且避免牺牲过多的光转换效率，使具高演色性的发光装置在整体上仍具有良好的发光效率。
在现有的光致发光材料中，是有几种能提供较窄的半高宽带谱，例如，例如氟化物荧光材料或量子点(quantum dot)光转换材料，吸引了LED产业广大的注意力。然而，这些光转换材料却对湿气相当的敏感。例如氟化物荧光材料包含易被氧化的活性元素(例如锰)，其接触到空气中的湿气时，易被氧化而形成氧化物；这些氧化物导致活性元素丧失光转换的功能，因而无法提供预期亮度(或是预期波长)的光线。换言之，这些荧光材料易因湿气而导致效能衰减，不符所需。于是，业界亦提出了方案以求减少这些荧光材料所受到湿气的影响。
举例而言，在一美国专利案(专利号US 8,057,706 B1)的方案中，可于氟化物荧光材料的表面形成一保护层，该保护层为一不含锰的荧光材料，因此降低水气渗透导致活性元素的氧化；而在另一美国专利案(专利号US 9,120,972 B2)的方案中，亦在氟化物荧光材料的表面形成一保护层，该保护层为一含较低浓度的锰的荧光材料。由于降低了锰元素被氧化的机会，因此这两方案都可减少氟化物荧光材料因湿气而造成的效能衰减。然而，上述方法仅降低了荧光材料由湿气所造成的效能衰减，仍无法完全避免此衰减，同时，要使每一个氟化物荧光材料颗粒都被完整地包覆一不含锰(或低浓度锰)的保护层甚为不易，且会增加生产成本，再者，保护层的存在亦会降低氟化物荧光材料的光转换效率。
在LED发光装置的封装结构上，亦有方案被提出来以改善湿气对荧光材料的影响而提升发光装置的操作稳定性。例如在一美国专利申请案(专利号US 2015/0270451)的方案中，揭露一支架型(PLCC-type)的发光装置，其LED晶片的下方与四周皆被支架结构所遮蔽，其正面的出光面却容易遭受水气渗透，因此该申请案增设了一透光硅胶(silicone)覆盖层(overlayer)于该支架型发光装置的正面，可减少湿气从外界穿透至内部的荧光材料层；在另一美国专利申请案(专利号US 2015/0270452)的方案中，亦揭露一支架型的发光装置，荧光材料与硅胶相混合成一混合物(blend)，该混合物设置于支架结构所形成的凹槽中，而在混合物中，硅胶相对于荧光材料占有较大的重量百分比，藉由较多的硅胶可增加阻隔湿气的能力，以减少荧光材料受到湿气影响。
上述从封装结构上阻隔湿气的解决方案皆针对支架型发光装置，然而，采用支架会增加LED晶片的封装尺寸，且采用更厚的硅胶覆盖层或更多的硅胶用量以改善湿气阻隔效果更会进一步增加了发光装置的整体尺寸，这样的方案不利LED应用于轻薄短小的电子产品，例如行动装置或电视的LED背光光源。为符合此类应用需求，LED发光装置必须具有小尺寸，而在不断推陈出新的小尺寸发光装置中，以晶片级封装(chip-scale package，CSP)发光装置最具优势，亦最受瞩目，然而，缩小LED封装尺寸使对外界湿气的阻挡更形困难，至今现有LED技术仍无良好的湿气阻隔方案可应用于CSP发光装置。
因此，如何使CSP LED发光装置在采用湿气敏感的光致发光材料以提升各种性能时，亦具有良好的湿气阻隔能力，且仍能不增加CSP LED封装尺寸，正是目前LED业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提出一种发光装置，其具有各种湿气阻隔机制，以减少或避免外界空气中的湿气影响到发光装置内的湿气敏感的光致发光材料。此外，该湿气阻隔机制不会造成发光装置的封装尺寸大幅增加，故发光装置仍可实现成晶片级封装者。
为达上述目的，根据本发明所提出的发光装置的一实施例，该发光装置可包含：一蓝光LED晶片；一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片上、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层设置于该第二光致发光层上，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料；以及一反射结构，围绕该蓝光LED晶片及该光致发光结构，该反射结构包含一第三高分子材料及混合于该第三高分子材料中的一非湿气敏感的光学散射性微粒。
为达上述目的，根据本发明所提出的发光装置的另一实施例，该发光装置可包含：一蓝光LED晶片；一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片上、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层包覆于该第二光致发光层上；以及一透明封装结构，设置于该光致发光结构上；其中，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料，且该透明封装结构包含一透明高分子材料。
为达上述目的，根据本发明所提出的又一实施例，其包含具湿气阻隔的分层光致发光结构，并应用于需使用湿气敏感光致发光材料的支架型LED发光装置，该发光装置包含：一蓝光LED晶片；一封装结构，包含一导线架及一反射体，该反射体是部分地包覆该导线架、且包含一凹槽，该蓝光LED晶片设置于该凹槽内、并电性连接至该导线架的第一电极及第二电极；以及一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片的上方以及该凹槽内、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层设置于该第二光致发光层上，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料。
藉此，本发明所提出的发光装置至少可提供以下有益技术效果：第一光致发光层可阻隔湿气通过，以使湿气不易穿透至第二光致发光层的湿气敏感的光致发光材料；反射结构、透明封装结构或封装结构亦可阻隔湿气通过，减少湿气对于湿气敏感的光致发光材料的影响。如此，以具有湿气阻隔特性的结构将湿气敏感的光致发光材料遮蔽于其中，可减少光致发光材料受环境湿气影响而造成效能衰减。
此外，第一光致发光层中，除了第一高分子材料能阻碍湿气通过，非湿气敏感的光致发光材料除了可提供原有光转换的功能，亦可进一步阻碍外界环境湿气的穿透，故第一高分子材料不需较大的厚度即可使第一光致发光层整体上有良好的阻隔湿气能力，达到保护内层湿气敏感光致发光材料的目的。如此，发光装置在具有湿气阻隔的机制下，其整体尺寸仍可满足封装尺寸极小化的要求。
另一方面，发光装置可以进一步包含吸湿层、吸湿材料及/或湿气阻隔结构，以具有更佳的湿气阻隔或湿气去除能力，使得湿气更难从外界环境渗透至湿气敏感的光致发光材料。
为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。
附图说明
图1A及图1B为依据本发明的第1较佳实施例的发光装置的各种型态的剖面示意图；
图2A至图2D为依据本发明的第2较佳实施例的发光装置的各种型态的剖面示意图；
图3为依据本发明的第3较佳实施例的发光装置的剖面示意图；
图4A及图4B为依据本发明的第4较佳实施例的发光装置的各种型态的剖面示意图；
图5A及图5B为依据本发明的第5较佳实施例的发光装置的各种型态的剖面示意图。
符号说明
1、2、3、4、5 发光装置
10、10’ 蓝光LED晶片、LED晶片
11 上表面
12 下表面
13 立面
14 电极组
20、20’ 光致发光结构、PL结构
201’ 顶部
202’ 立部
203’ 侧部
201 顶面
202 底面
203 侧面
21 第一光致发光层、第一PL层
211 第一高分子材料
212 非湿气敏感的光致发光材料、非湿敏材料
22 第二光致发光层、第二PL层
221 第二高分子材料
222 湿气敏感的光致发光材料、湿敏材料
23 第三光致发光层、第三PL层
231 第三高分子材料
232 非湿气敏感的光致发光材料、湿敏材料
24 吸湿层
241 透明高分子材料
242 吸湿材料
30 反射结构
31 第三高分子材料
32 光学散射性微粒
40 基板
50 光透明湿气阻隔层
60 湿气阻隔结构
61 第四高分子材料
70 透明封装结构
71 透明高分子材料
80 封装结构
81 导线架
811 第一电极
812 第二电极
82 反射体
821 凹槽
83 透明高分子材料
具体实施方式
请参阅图1A，其为依据本发明第1较佳实施例的发光装置1的一示意图。发光装置1可包含一蓝光LED晶片10、一光致发光结构20及一反射结构30，各元件的技术内容将依序说明如下。
蓝光LED晶片(以下简称为LED晶片)10可为一覆晶式LED晶片，其包含一上表面11、一下表面12、一立面13及一电极组14。上表面11与下表面12为相对且相反地设置，立面13形成于上表面11与下表面12之间、且连接上表面11与下表面12，换言之，立面13沿着上表面11的边缘与下表面12的边缘而形成，故立面13相对于上表面11与下表面12为环形(例如矩型环)。
电极组14设置于下表面12上，且可具有二个以上的电极。电能(图未示)可透过电极组14供应至LED晶片10内，以使LED晶片10发出符合蓝光波长范围的光线；该光线绝大多数可从上表面11及立面13射出。
光致发光(Photoluminescent，PL)结构20在受到LED晶片10所发出的蓝光光线照射后，可吸收部份该蓝光光线而产生出不同波长的光线(例如红光及绿光)，然后蓝光光线与其他光线相混合后，可构成所需颜色的光线(例如为白光)。
外观上，光致发光结构(以下简称为PL结构)20包括一顶面201、一底面202及一侧面203，顶面201与底面202为相对且相反设置，侧面203形成于顶面201及底面202之间，且连接顶面201与底面202，换言之，侧面203相对于顶面201及底面202为环形(例如矩型环)。
位置上，PL结构20设置于LED晶片10上，也就是，PL结构20的底面202位于LED晶片10的上表面11上，且底面202可覆盖于上表面11上。于其他可能态样中，底面202与上表面11相距，表示PL结构20与LED晶片10之间可设置其他结构或材料(图未示)。此外，底面202可略大于上表面11，但不以此为限。结构上，PL结构20包括一第一光致发光层(以下简称为第一PL层)21及一第二光致发光层(以下简称为第二PL层)22；该第一PL层21设置于第二PL层22上，两者可相堆栈，或者两者可相距，以供其他结构或材料设置于其间。
第一PL层21可包含一第一高分子材料211及一非湿气敏感的光致发光材料(以下简称为非湿敏材料)212，非湿敏材料212可均匀地混合且固定于第一高分子材料211中。非湿敏材料212在受到蓝光光线照射后可产生其他波长的光线(例如绿光光线)。非湿敏材料212可不包含易被氧化的活性元素，故接触到湿气后不易生成氧化物(氧化物的形成会造成无法产生光线或是所产生的光线的波长不符所需)。换言之，非湿敏材料212接触湿气后亦可产生所需波长的光线，不易受湿气的影响而改变其光转换特性。非湿敏材料212例如可包括但不限定：一无机荧光材料或一氮氧化物绿色荧光材料，而其中的氮氧化物绿色荧光材料更为β-SiAlON。
非湿敏材料212除了不易受湿气影响外，非湿敏材料212亦可阻碍湿气的通过。下表为薄膜水气穿透率的量测数据，硅胶薄膜A仅由硅胶组成，其所量测到的水气穿透率为10.51(g/m2/day)；硅胶薄膜B除了硅胶之外，亦包含一重量百分比60％的非湿气敏感荧光材料，可使水气穿透率减小至8.31(g/m2/day)。因此，当第一高分子材料211包含非湿敏材料212时，可进一步降低第一PL层21的水气穿透率。
当非湿敏材料212在第一PL层21中的重量百分比越大时，即堆栈密度越高，阻碍湿气的效果则越佳。因此，较佳地，非湿敏材料212在第一PL层21中的重量百分比不小50％、不小于60％或不小于70％。为使非湿敏材料212有较高的堆栈密度，非湿敏材料212的粒径中位值(D50)较佳地不大于30微米、不大于20微米或不大于10微米。
除了非湿敏材料212可阻碍湿气通过，第一高分子材料211亦可。第一高分子材料211可选用具有较低水气渗透率(water vapor transmission rate,WVTR)者，例如不大于10g/m2/day，以增加阻隔湿气的功效。第一高分子材料211可包括但不限定：一树脂材料或一硅胶材料。
综上，第一PL层21的第一高分子材料211及非湿敏材料212皆可阻碍湿气通过，故整体上第一PL层21减少湿气对于其下的第二PL层22的影响。
第二PL层22可包含一第二高分子材料221及一湿气敏感的光致发光材料(以下简称为湿敏材料)222，湿敏材料222可均匀地混合及固定于第二高分子材料221中。湿敏材料222在受到蓝光光线照射后可产生其他波长的光线(例如红光光线)，且较佳地其发光频谱(spectrum)较窄。
湿敏材料222由于为一含易被氧化的活性元素(activator)的荧光材料或一量子点(quantum dots)光致发光材料，湿气易造成湿敏材料222难以产生光线或是所产生的光线的波长不符所需。然而，第一PL层21可阻碍湿气通过，减少湿气穿透至湿敏材料222的可能。因此，湿敏材料222的使用寿命可较长。第二高分子材料221亦可选用具有较低水气渗透率者(例如具低水气渗透率的树脂或硅胶材料)，更进一步减少湿气穿透至湿敏材料222的可能。
本实施例中，湿敏材料222可包含一氟化物红色荧光材料，而该氟化物红色荧光材料至少包含下列其中一者：(A)A2[MF6]:M4+，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs、NH4及其组合，M选自Ge、Si、Sn、Ti、Zr及其组合；(B)E2[MF6]:M4+，其中E选自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn及其组合，M选自Ge、Si、Sn、Ti、Zr及其组合；(C)Ba0.65Zr0.35F2.70:M4+；或(D)A3[ZrF7]:M4+，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs、NH4及其组合。
第一PL层21及第二PL层22的形成可藉由喷涂(spraying)、点胶(dispensing)、印刷(printing)、模造(molding)等方式来达成。以第一PL层21为例来说明，未固化的第一高分子材料211及非湿敏材料212先混合后，然后透过上述方式沉积至一基材等结构(图未示)上；待第一高分子材料211固化并将基材移除后，形成第一PL层21。
虽然喷涂(spraying)、点胶(dispensing)、印刷(printing)、模造(molding)等方式可形成第一PL层21，但难以形成较高密度堆栈的非湿敏材料212，因此其湿气阻隔效果较差。较佳地，第一PL层21及第二PL层22的形成可藉由先前提出的公开号US2010/0119839的美国专利申请案所揭露的方法来达成。该方法可以使材料均匀地沈积，故第一PL层21及第二PL层22可有均匀的厚度。此外，该方法可使得材料密集地沈积，故第一PL层21的非湿敏材料212可不小50％、不小于60％或不小于70％的重量百分比。
另说明的是，第一PL层21及第二PL层22是个别制作，非一体成形，以避免第二PL层22的湿敏材料222混入第一PL层21的第一高分子材料211。
反射结构30围绕LED晶片10及PL结构20，用以反射LED晶片10及PL结构20所产生的光线，形成光反射层；换言之，光线主要是朝上从PL结构20的顶面201射出。反射结构30可覆盖且直接接触LED晶片10的立面13及PL结构20的侧面203。
反射结构30亦可阻碍湿气通过，以减少湿气接触到湿敏材料222的可能。为此，反射结构30所包含的一第三高分子材料31及混合于第三高分子材料31的一光学散射性微粒32较佳地可采取以下的配置：第三高分子材料31可选用具有较低水气渗透率者(例如不大于10g/m2/day)，例如可包括一树脂材料或一硅胶材料。而光学散射性微粒32在反射结构30中的一重量百分比不小于30％。光学散射性微粒32具体可为二氧化钛(TiO2)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)或三氧化二铝(Al2O3)等。
在制作上，可透过点胶(dispensing)、印刷(printing)或模造(molding)等方法来形成反射结构30。举例而言，可先将光学散射性微粒32混合于第三高分子材料31以制作反射结构30的制造材料，接着再透过点胶、印刷或模造等方法将反射结构30的制造材料围绕于晶片10与PL结构20的四周，并予以固化，以形成反射结构30。
请参阅图1B，其为依据本发明第1较佳实施例的发光装置1的另一示意图。可选择地，发光装置1更包含一基板40，而LED晶片10及反射结构30设置于基板40上。基板40可包括但不限定：一陶瓷基板、一玻璃基板、一印刷电路板或一金属芯电路板(metal core PCB)。在制作上，可使用共晶焊接或回流焊接将图1A所示的发光装置1接合至基板40上。
藉此，发光装置1可至少有以下技术特点：
1、LED晶片10所产生的蓝光光线可使第一PL层21及第二PL层22产生不同波长的光线(例如绿光及红光光线)，然后该等光线混合可形成一特定频谱的光线(例如白光光线)。
2、第一PL层21除了可产生光线外，更可阻碍来自其上方的湿气通过，故可保护第二PL层22的湿敏材料222。反射结构30可阻碍来自其周围的湿气，而LED晶片10亦可阻碍来自其下方的湿气通过。换言之，第一PL层21、反射结构30及LED晶片10此三个结构将第二PL层22包覆于其中，形成对第二PL层22的湿敏材料222的保护。第一至第三高分子材料211、221、31都可具有低水气渗透率，以增加对湿敏材料222的保护。
3、第一PL层21并非仅依靠第一高分子材料211来阻隔湿气，非湿敏材料212亦能阻隔湿气，故第一高分子材料211不需较大的厚度。此外，非湿敏材料212可有较小的粒径、或较密集地分布，使得非湿敏材料212的重量百分比增加时，第一高分子材料211的厚度不会成比例地增加，例如仅微幅增加。如此，可使第一PL层21具有低水气渗透率的同时，还可使第一PL层21维持相近的厚度。因此，发光装置1在保有湿气阻隔的机制下，其整体尺寸仍可满足晶片级封装的要求。
以上是发光装置1的技术内容的说明，接着说明依据本发明其他实施例的技术内容，而各实施例的技术内容应可互相参考，故相同的部分将省略或简化。此外，各实施例的技术内容应可互相应用。
请参阅图2A至图2D，其为依据本发明第2较佳实施例的发光装置2的各种型态的示意图。如图2A所示，发光装置2除了包含LED晶片10、PL结构20及反射结构30外，更可包含一光透明湿气阻隔层50。
具体而言，光透明湿气阻隔层50设置于PL结构20上，且可进一步延伸设置至反射结构30上。或者，光透明湿气阻隔层50仅设置于PL结构20上，且被反射结构30围绕(图未示)。光透明湿气阻隔层50不会阻碍光线通过、但可阻碍湿气通过其中，以使得湿气更难穿透至湿敏材料222。光透明湿气阻隔层50可包含但不限定：一透明无机层(例如玻璃)或一低水气渗透率高分子层(例如聚合物)。在制作上，可将光透明湿气阻隔层50贴合至发光装置1上，形成如2A图所示的发光装置2。
如图2B所示，发光装置2的PL结构20可更包含一透明的吸湿层(getter layer)24，吸湿层24夹置于第一PL层21及第二PL层22之间，藉由光透明湿气阻隔层50及第一PL层21阻挡大部分的湿气，但是少许湿气仍可能会通过该些湿气阻隔结构，此时该湿气可被吸湿层24吸收而更减少第二PL层22的湿敏材料222受湿气影响的机会。
吸湿层24可实施成包含一透明高分子材料241及混合于透明高分子材料中的吸湿材料(getter material)242，透明高分子材料241例如可为一树脂、一硅胶、一橡胶或一塑胶等光学透明材料，且较佳地可耐热而不劣化；吸湿材料242可包含复数个奈米微粒，例如可包含以下列举的其中一者或其组合：沸石(zeolite)、沸石陶土(zeolitic clays)、氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氧化铝(alumina)、钙、钡、钛、金属合金、吸水氧化物(waterabsorbing oxides)、活性碳(activated carbon)、吸收性有机或无机材料(absorptiveorganic or inorganic materials)等；奈米微粒的粒径可小于四分之一的可见光波长，例如小于200奈米或更小于100奈米。在制作上，举例而言，可透过点胶、印刷、模造或喷涂(spray coating)等方法来形成吸湿层24。
吸湿层24亦可实施成无微粒(particle-free)者，即吸湿层24可由一透明液状的吸湿材料固化而成。此种吸湿层24的技术内容至少可参阅公开号US2013/0181163A1的美国专利申请案所揭露者。
如图2C所示，发光装置2的PL结构20的第一PL层21及/或第二PL层22可直接地包含一吸湿材料242，也就是，吸湿材料242直接地混合于第一高分子材料211及/或第二高分子材料221中。如图2D所示，反射结构30亦可包含一吸湿材料242，即吸湿材料242混合于第三高分子材料31中。如此，进入至第一高分子材料211、第二高分子材料221及/或第三高分子材料31中的湿气可被吸湿材料242吸收而更难接触到湿敏材料222。
综上，发光装置2透过光透明湿气阻隔层50、吸湿层24或吸湿材料242，进一步避免湿气接触湿敏材料222。
请参阅图3，其为依据本发明第3较佳实施例的发光装置3的一示意图。发光装置3除了包含LED晶片10、PL结构20、反射结构30及光透明湿气阻隔层50外，更包含一湿气阻隔结构60。
具体而言，虽然可选用具低水气穿透率的高分子材料来形成反射结构30以获得较佳的湿气阻隔能力，但低水气穿透率的高分子材料通常较易因紫外光及蓝光的照射而劣化，且其热稳定性较差，因此较不适用于高功率LED发光装置；为解决此问题，发光装置3更包含湿气阻隔结构60，其围绕反射结构30，且可覆盖反射结构30的外侧面，藉此设计，反射结构30可选用较耐热与较耐蓝光照射但不需低水气穿透率的高分子材料，并提供反射LED晶片10蓝色光线的功能，而湿气阻隔结构60可选用低水气穿透率的高分子材料，以提供阻碍湿气通过的功能，如此可使发光装置3同时具有较佳的耐热性与湿气阻隔能力；而光透明湿气阻隔层50亦可延伸而设置于湿气阻隔结构60上。
由于湿气阻隔结构60可阻碍湿气的通过，故所包含的一第四高分子材料61具有较低的水气渗透率(例如不大于10g/m2/day)；该第四高分子材料61可包括但不限定：一树脂材料或一硅胶材料，而树脂或硅胶材料可选用具有较高比例的官能基(function group)，例如苯基(phenyl)等，以降低其水气渗透率。
湿气阻隔结构60亦可包含光学散射性微粒(图未示)，其混合于第四高分子材料61之中，且在湿气阻隔结构60中的一重量百分比不小于10％。如此，湿气阻隔结构60亦可适当地反射光线，减少光线通过湿气阻隔结构60而从侧面射出的可能性，且湿气阻隔结构60的水气渗透率可进一步降低。
另一方面，反射结构30可将大部分LED晶片10及PL结构20所产生的光线(尤其是蓝光或紫外光)反射，因此减少了光线穿透到湿气阻隔结构60的剂量，故在此结构设计下，湿气阻隔结构60不易因为高剂量蓝光照射而劣化，此外，在反射结构30的缓冲下，可减少湿气阻隔结构60所受到的热影响，因此较不易因受热而产生材料劣化。同时，对反射结构30而言，为了避免或减少其材料因为受蓝光及紫外光照射或受高温影响而劣化，反射结构30的第三高分子材料31的树脂或硅胶材料可选用较不易受蓝光及紫外光照射而劣化者，以及具有较佳的高温稳定性者，例如选用具有较低比例的官能基(例如苯基等)的树脂或硅胶材料。
在制作上，可透过点胶、印刷或模造等方法来形成湿气阻隔结构60。举例而言，可参考前述发光装置1的反射结构30的制作方法，于制作完成反射结构30后，再以点胶、印刷或模造等方法将湿气阻隔结构60的制造材料围绕于反射结构30的四周，并予以固化，以形成湿气阻隔结构60；此外，可依制程的需求，于形成湿气阻隔结构60之前或之后将光透明湿气阻隔层50设置于PL结构20上。如此便可形成具湿气阻隔结构60及光透明湿气阻隔层50的发光装置3。
综上，发光装置3透过湿气阻隔结构60，进一步避免湿气接触湿敏材料222。
虽然本发明所揭露的发光装置1至3可有效改善晶片级封装发光装置的防水性，但其仅适用于小发光角度的单面发光晶片级封装发光装置。根据本发明所提出的湿气阻隔的分层光致发光结构，亦可应用于使用湿气敏感光致发光材料的五面发光晶片级封装发光装置，以适用于需大发光角度的应用。
请参阅图4A及图4B，其为依据本发明第4较佳实施例的发光装置4的各种型态的示意图。如图4A所示，发光装置4包含一LED晶片10、一PL结构20’及一透明封装结构70，其中PL结构20’不同于前述实施例中的PL结构20(如图1A所示)，PL结构20外观上呈现一板状结构、不会遮蔽到LED晶片10的立面13，而PL结构20’外观上呈现一帽状结构。
具体而言，PL结构20’包括一顶部201’、一立部202’及一侧部203’，顶部201’设置于LED晶片10的上表面11上，而立部202’从顶部201’向下延伸、并遮蔽LED晶片10的立面13，且立部202’的底面可齐平于LED晶片10的下表面12；侧部203’则是从立部202’向外地延伸。由于PL结构20’是由第一PL层21及第二PL层22构成，故顶部201’、立部202’及侧部203’的每一者都是由第一PL层21及第二PL层22的一部分来构成。
透明封装结构70设置于PL结构20’上，且可覆盖顶部201’的上表面201、立部202’的外侧面及侧部203’的上表面，然后透明封装结构70的外侧面可齐平于侧部203’的侧面203；于其他可能态样中(图未示)，透明封装结构70亦可覆盖侧部203’的外侧面。透明封装结构70可包含一透明高分子材料71，其较佳地可具有低水气渗透率，以阻隔湿气通过。
如图4B所示，PL结构20’可更包含一第三光致发光层(第三PL层)23，第三PL层23设置于第二PL层22下，换言之，第二PL层22夹置于第三PL层23及第一PL层21之间。第三PL层23包含一第三高分子材料231及混合于第三高分子材料231中的一非湿气敏感的光致发光材料(非湿敏材料)232，两者的的技术内容可参照第一PL层21的第一高分子材料211及非湿敏材料212的技术内容。
在制作上，较佳地可藉由先前提出的公开号US2010/0119839的美国专利申请案所揭露的方法在LED晶片10上依序形成第三PL层23、第二PL层22及第一PL层21，接着再以点胶、印刷或模造等方法形成透明封装结构70，可完成发光装置4。
藉此，发光装置4中，LED晶片10及PL结构20’所产生的光线除了可朝上射出外，亦可侧向地朝周围射出，使得发光装置4的光线照射范围较广。此外，第一PL层21、第三PL层23及透明封装结构70皆可阻碍湿气通过，减少湿气接触到第二PL层22的湿敏材料222。
根据本发明所提出的湿气阻隔的分层光致发光结构，亦可应用于使用湿气敏感光致发光材料的支架型LED发光装置。请参阅图5A及图5B，其为依据本发明第5较佳实施例的发光装置5的各种型态的示意图。如图5A所示，发光装置5包含一蓝光LED晶片(LED晶片)10’、一封装结构80及一PL结构20，该LED晶片10’除了可为覆晶型晶片外，亦可为水平式晶片。
封装结构80可包含一导线架81及一反射体82，该导线架81可包含一第一电极811及一第二电极812、且可由一金属片经冲压形成者，并且两者相互电性隔离。反射体82部分地包含该导线架81，以使第一及第二电极811及812具有露出表面可供LED晶片10’的电极组14进行电性连接。第一及第二电极811及812的露出表面亦可供打线、其他装置的电极(图未示)之间的电性连接。
反射体82还从导线架81向上延伸以形成一围墙结构(或称反射杯)，以使得反射体82包含一凹槽821。反射体82的材料组成可参照反射结构30(如图1A所示)，即包含高分子材料及光散性微粒，故反射体82也可具有低水气渗透率；反射体82亦可由包含一反射性树脂的一材料所制成，反射性树脂例如可为聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide，即PPA)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(Polycyclolexylene-di-methylene Terephthalate，即PCT)、热固性环氧树脂(Epoxy molding compound，即EMC)或硅胶树脂(Silicone molding compound，即SMC)。
LED晶片10’设置于凹槽821内，且电性连接至第一及第二电极811及812；PL结构20设置于LED晶片10’上，使PL结构20的底面202直接接触于LED晶片10’的上表面11(同图1A所示的LED晶片10与PL结构20的接触方式)，且也设置于凹槽821内。因此，PL结构20及LED晶片10’所产生的光线会被反射体82反射，仅能朝上方射出。于其他可能态样中(即图5A所示者)，封装结构80可更包含一透明高分子材料83，其设置于PL结构20与LED晶片10’之间，使得两者相分隔；如此，LED晶片10’的上表面11将有可能供打线连接。
在制作上，举例而言，可先将LED晶片10’固晶接合至封装结构80中，再藉由先前提出的公开号US2010/0119839的美国专利申请案所揭露的方法先形成PL结构20，再将其贴合于LED晶片10’上，使PL结构20的底面202直接接触于LED晶片10’的上表面11；或在LED晶片10’的上表面11上形成透明高分子材料83，再将PL结构20贴合至透明高分子材料83上，形成不同态样的发光装置5。
上述所揭露的发光装置5与先前技术的支架型发光装置(例如专利号US 2015/0270451的美国专利申请案)不同处在于：先前技术增设了一透光硅胶覆盖层(siliconeoverlayer)于该支架型发光装置的正面，以减少湿气从外界穿透至内部的荧光材料层；而本发明所揭露的发光装置5则采用包含非湿敏材料212的第一PL层21取代覆盖层以提升湿气阻隔能力，达到保护第二PL层22内湿敏材料222的目的，如此可不需采用更厚的硅胶覆盖层，避免了增加发光装置的整体尺寸，解决了先前技术的方案不利LED应用于轻薄短小电子产品的缺点。
如图5B所示，发光装置5可包含一光透明湿气阻隔层50，其可设置于PL结构20上，且可延伸设置于反射体82上。此外，PL结构20及/或透明高分子材料83亦可包含一吸湿材料242。
综合上述，本发明的较佳实施例所提出的发光装置具有各种湿气阻隔机制(例如PL结构、反射结构、光透明湿气阻隔层、湿气阻隔结构、吸湿层、吸湿结构、封装结构等)，以减少或避免湿气从外界环境渗透至湿敏材料的可能性；此外，这些湿气阻隔机制不会大幅增加发光装置的尺寸及制造成本。
以上说明的实施例的技术内容并非用来限制本发明的保护范畴。本发明所属技术领域中具有通常知识者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，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (27)

1.一种发光装置，包含：
一蓝光LED晶片；
一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片上、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层设置于该第二光致发光层上，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料；以及
一反射结构，围绕该蓝光LED晶片及该光致发光结构，该反射结构包含一第三高分子材料及混合于该第三高分子材料中的一光学散射性微粒，
其中，该非湿气敏感的光致发光材料在该第一光致发光层中的一重量百分比不小于60％。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料的粒径中位值(D50)不大于30微米。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该光学散射性微粒在该反射结构中的一重量百分比不小于30％。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该第一高分子材料及该第三高分子材料的水气渗透率(WVTR)不大于10g/m2/day。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料更为一无机荧光材料，而该湿气敏感的光致发光材料更为一含易被氧化的活性元素(activator)的荧光材料或一量子点光致发光材料。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料包含一氮氧化物绿色荧光材料，该氮氧化物绿色荧光材料更为β-SiAlON；而该湿气敏感的光致发光材料包含一氟化物红色荧光材料。
7.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，更包含一光透明湿气阻隔层，该光透明湿气阻隔层设置于该光致发光结构上。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，该光透明湿气阻隔层包含一透明无机层或一低水气渗透率高分子层。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其中，该光透明湿气阻隔层更设置于该反射结构上。
10.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，其中，该光致发光结构更包含一透明的吸湿层(getter layer)，该吸湿层夹置于该第一光致发光层及该第二光致发光层之间。
11.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，其中，该第一光致发光层及/或该第二光致发光层更包含一吸湿材料(getter material)，该吸湿材料混合于该第一高分子材料及/或该第二高分子材料中。
12.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，其中，该反射结构更包含一吸湿材料，该吸湿材料混合于该第三高分子材料中。
13.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，更包含一湿气阻隔结构，该湿气阻隔结构围绕该反射结构，该湿气阻隔结构包含一第四高分子材料，该第四高分子材料的水气渗透率不大于10g/m2/day。
14.根据权利要求13所述的发光装置，该湿气阻隔结构更包含一光学散射性微粒，该光学散射性微粒混合于该第四高分子材料之中，且该光学散射性微粒在该湿气阻隔结构中的一重量百分比不小于10％。
15.根据权利要求1至6任一项所述的发光装置，更包含一基板，而该蓝光LED晶片及该反射结构设置于该基板上。
16.一种发光装置，包含：
一蓝光LED晶片；
一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片上、且包含一顶部、一从该顶部向下延伸的立部、及一从该立部向外延伸的侧部，该光致发光结构更包含一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层设置于该第二光致发光层上；以及
一透明封装结构，设置于该光致发光结构上；
其中，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料，且该透明封装结构包含一透明高分子材料，
其中，该非湿气敏感的光致发光材料在该第一光致发光层中的一重量百分比不小于60％。
17.根据权利要求16所述的发光装置，其中，该光致发光结构更包含一第三光致发光层，该第二光致发光层夹置于该第三光致发光层及该第一光致发光层之间；该第三光致发光层包含一第三高分子材料及混合于该第三高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料。
18.根据权利要求17所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料在该第三光致发光层中的一重量百分比不小于60％。
19.根据权利要求16所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料的粒径中位值不大于30微米。
20.根据权利要求16所述的发光装置，其中，该透明封装结构所包含的该透明高分子材料的水气渗透率不大于10g/m2/day。
21.根据权利要求16至20任一项所述的发光装置，更包含一基板，而该蓝光LED晶片及该光致发光结构设置于该基板上。
22.一种发光装置，包含：
一蓝光LED晶片；
一封装结构，包含一导线架及一反射体，该导线架包含一第一电极及一第二电极，该反射体是部分地包覆该导线架且包含一凹槽，该蓝光LED晶片设置于该凹槽内、并电性连接至该导线架的该第一电极及该第二电极；以及
一光致发光结构，设置于该蓝光LED晶片上及该凹槽内、且包括一第一光致发光层及一第二光致发光层，该第一光致发光层设置于该第二光致发光层上，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一非湿气敏感的光致发光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一湿气敏感的光致发光材料，
其中，该非湿气敏感的光致发光材料在该第一光致发光层中的一重量百分比不小于60％。
23.根据权利要求22所述的发光装置，其中，该非湿气敏感的光致发光材料的粒径中位值不大于30微米。
24.根据权利要求22所述的发光装置，其中，该封装结构更包含一透明高分子材料，该透明高分子材料设置于该光致发光结构与该蓝光LED晶片之间。
25.根据权利要求22所述的发光装置，更包含一光透明湿气阻隔层，该光透明湿气阻隔层设置于该光致发光结构上。
26.根据权利要求24所述的发光装置，其中，该光致发光结构及/或该透明高分子材料更包含一吸湿材料。
27.根据权利要求22所述的发光装置，其中，该光致发光结构更包含一吸湿材料。
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