CN107887370A - 彩色发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管封装结构，包含：多个发光单元，多个第三金属层，以及一封装保护层。每一发光单元包含：一基板；单一或多个磊晶单元，位于该基板的一表面；一第二金属层；n对布拉格反射镜对；以及一荧光粉层；其中至少两相邻发光单元的该荧光粉层发光颜色不同。

Description

彩色发光二极管封装结构
技术领域
本发明关于一种发光二极管封装结构，特别是显示用的发光二极管封装结构。
背景技术
近年来，因发光二极管(LED)具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、及组件体积小等优点，已广泛应用于各种发光装置中，例如显示设备。
然而，目前用于显示器的发光二极管(LED)使用时会产生高热，散热问题一直无法有效改善。特别是大瓦数的LED灯运作时，会产生大量热。因此如何有效地散热，提高电光效率，也成为LED灯丝灯需要改善的重要课题。再者，目前使用于显示图像或影像的LED因为技术及成本考虑，多为单面发光。若需要做到显示图像或影像用的LED双面发光，大部分多采用全方位荧光胶涂敷法。但此方法不仅用料成本大增，还使得封装结构温度增加，导致散热困难、光衰严重。
因此，目前业界亟需要一种能够改善光效，改善散热效应，且可以双面发光，应用于照明或影像显示的发光二极管封装结构。
发明内容
本发明的主要目的旨在提供一种能够改善光效，改善散热效应，且可以双面发光，应用于照明或影像显示的发光二极管封装结构。
本发明的另一目的旨在提供一种应用于彩色影像显示的发光二极管封装结构。
本发明的发光二极管封装结构，包含：多个发光单元，多个第三金属层，以及一封装保护层。每一发光单元包含：一基板；单一或多个磊晶单元，位于该基板的一表面；一第二金属层；n对布拉格反射镜对；以及一荧光粉层；其中至少两相邻发光单元的该荧光粉层发光颜色不同。
其中，每一磊晶单元包括：一n型半导体单元，是位于该基板的表面；至少一发光层，位于该n型半导体单元上；一p型半导体单元，位于该n型半导体单元上，且该发光层是夹设于该p型半导体单元与该n型半导体单元之间，部分的n型半导体单元露出且不被该p型半导体单元覆盖；一透明电极层，是位于该p型半导体单元的表面；以及一第一金属层，该第一金属层是位于该磊晶单元的部分表面。
本发明发光二极管封装结构的n对布拉格反射镜对，是包覆这些磊晶单元以及该第一金属层的部分表面，且其中n为一大于6的整数。本发明发光二极管封装结构的第二金属层，是设于该布拉格反射镜对的表面，并经图案化而具有一间隙，使该第二金属层分隔成至少两独立的电极，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层；本发明发光二极管封装结构的荧光粉层，是位于该基板表面,第一金属层表面及选择性地部分n对布拉格反射镜对的表面。本发明发光二极管封装结构的多个第三金属层，是连接每一发光单元的该第二金属层，且至少两个第三金属层之间具有一间隙以将该第三金属层分隔成至少两独立的电极；本发明发光二极管封装结构的封装保护层，是包覆多个发光单元的该基板、这些磊晶单元、该第二金属层、该荧光粉层、以及部分的该第三金属层。其中至少两相邻发光单元的该荧光粉层发光颜色不同。
本发明发光二极管封装结构，于发光单元包含多个磊晶单元时，第一金属层是位于该磊晶单元的部分表面用以链接该磊晶单元与另一相邻的磊晶单元。
在本发明的发光二极管封装结构中，该p型半导体单元的侧壁及该发光层的侧壁更可选择性地包括一绝缘层；此外，在第三金属层的该间隙亦可更包括一非导电绝缘层。可使用作为绝缘层的材料并无特别限制，任何一种用在发光二极管装置的绝缘层材料都可以被使用。譬如说，氮化物，如氮化硅；氧化物，如二氧化硅或氧化铝；或者也可以使用氮氧化物等。本领域具有通常知识者可依情况选用适当的材料形成绝缘层，并不特别限制在上述的材料中。
在本发明的发光二极管封装结构中的基板材料无限制，较佳为蓝宝石基板、氮化镓基板、或氮化铝基板，更佳为蓝宝石基板。本发明的发光二极管封装结构中的半导体单元可以使用现有技术中任何用来形成磊晶单元的材料来形成。较佳为n型半导体单元可为一n型氮化镓、该p型半导体单元是一p型氮化镓。在本发明的发光二极管封装结构中的透明电极层材料可为任何透明导电材料，较佳为透明电极层可为ITO(氧化铟锡，Indium TinOxide)。本发明发光二极管封装结构可加入其他现有的辅助功能层，以加强层和层之间接口黏着力，或增加磊晶单元有其他辅助或附加功能。例如可在基板与该磊晶单元之间更包括一氮化镓或氮化铝缓冲层，使后续形成的磊晶单元和基板之间有更好的结合。
本发明的发光二极管封装结构的第一金属层、第二金属层以及第三金属层可由任何适合的金属材料形成，举例来说，可为金、银、铜、钛、铝、铬、铂、镍、铍、镁、钙、锶或上述任意复数种金属材料的组合，这些第一金属层、第二金属层以及第三金属层的材料可彼此相同或不同。本发明第二金属层所覆盖的区域无限制，较佳为覆盖大部分基板或之n对布拉格反射镜对区域以改善漏光、增加光回收效率、以及改善散热效率。该第三金属层的间隙可与该第二金属层的间隙对应。该第三金属层的厚度大于或等于150m、较佳为大于或等于300m。第三金属层可通过焊接的方式焊接于第二金属层表面，从而在第三金属层与第二金属层之间形成一焊接层，该焊接层的厚度可在1m至3m之间、更佳为1m至2m之间。
本发明的发光二极管封装结构中所使用的布拉格反射镜对，是由两种不同折射率的材料重复交错堆栈而形成，且该两种不同折射率的材料的厚度可相同或不同。在本发明的发光二极管装置中，该布拉格反射镜对的光学膜层折射率可介于1.3至2.8之间，较佳为1.45至2.3之间，更佳为1.3至2.8之间。两种不同折射率的材料，可为五氧化二钽/三氧化二铝的组合、五氧化二钽/氮化硅的组合、五氧化二钽/氧化硅的组合、二氧化钛/二氧化硅、二氧化钛/三氧化二铝的组合、氧化钛/二氧化硅的组合、以及二氧化钛/氮化硅的组合，在本发明一示例性实施例中使用二氧化钛/二氧化硅组合的布拉格反射镜对。至于布拉格反射镜对中两种不同折射率的材料的厚度分别可之间、更佳为之间。布拉格反射镜对的反射率随材料的层数和材料之间的折射率差而改变，在本发明中，布拉格反射镜对的对数(n)较佳为6对以上(n>6)，更佳为20对以上；至于材料之间的折射率差，较佳可在1.3至2.8的范围之内。
本发明的发光二极管封装结构荧光粉层的形成方法并无特别限制，较佳为通过涂敷、喷涂、贴附、自组装、蒸镀等方式将荧光粉胶混合物成型于发光二极管上。
本发明的发光二极管封装结构的封装保护层可由高分子化合物形成，该封装保护层是包覆该基板、这些磊晶单元、该第二金属层、该荧光粉层、以及部分的该第三金属层，不只可强化发光二极管结构，避免该发光二极管结构在后续的加工过程中碎裂，更可使得光在封装保护层内部绕射与背面透射，达成全方位出光的效果。
本发明的发光二极管封装结构的封装保护层之制造方法及材料并无特别限制，在方法上可利用模铸成型、贴附胶片、覆盖透明外壳等方法形成该封装保护层，而材料上可为透明高分子材料(譬如硅胶、环氧树脂)或透明无机物(譬如氧化硅、氧化钛、氧化锆、单多晶氧化铝等)，考虑透明无机物易碎影响良率，较佳使用透明高分子材料。在本发明一示例性实施例中，系利用射出成型的方式将透明环氧成型模料(Epoxy Molding Compound；EMC)包裹于芯片及第三金属层。
本发明的发光二极管封装结构可更包括一链接于该第三金属层表面的加强板。其中该加强板是跨接该第三金属层之间的该间隙的两侧，用以加强结构的保护效果。
本发明的发光二极管封装结构相邻发光单元的该荧光粉层发光颜色不同，可为任何颜色的组合，较佳为三相邻发光单元发出的光为红光，绿光，蓝光。
本发明的发光二极管封装结构发光单元的配置排列无限制，较佳为该发光单元形成N x M数组，且N，M个别为大于等于1的整数。
附图说明
图1为本发明实施例1发光二极管封装结构的示意图。
图2为本发明实施例1发光二极管封装结构的单一发光单元示意图。
图3为本发明实施例3发光二极管封装结构的单一发光单元示意图。
【附图标记说明】
10 发光二极管发光单元封装结构
101 红光发光单元
102 绿光发光单元
103 蓝光发光单元
110 基板
120 磊晶单元
130 第一金属层
140 布拉格反射镜对
150 第二金属层
160 荧光粉层
170 焊接层
180 第三金属层
181 加强板
190 封装保护层
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例发光二极管封装结构包含有多个发光单元。每一独立发光单元均具有类似或相同的结构，但至少两相邻的发光单元的发光颜色不同。在本实施例中，相邻的发光单元依序为发红光，绿光，蓝光的发光单元。其独立的发光单元结构相同，仅为各发光单元的荧光粉颜色不同。
图1为本实施例发光二极管封装结构的示意图。本实施例的发光二极管封装结构包含有三个发光单元，相邻发光单元依序为红光发光单元101，绿光发光单元102，以及蓝光发光单元103。每一发光单元的结构相同，仅为发光的荧光粉相异，因而发出的可见光颜色不同。
图2为本实施例的独立发光单元封装结构10示意图。该发光二单元封装结构10包括：基板110、磊晶单元120、第一金属层130、布拉格反射镜对140、第二金属层150、荧光粉层160、焊接层170、第三金属层180、以及封装保护层190。
本发明的发光二极管封装结构的制备方法，在实施例1中，在蓝宝石基板110的一表面上，在750～1200℃、1大气压的操作条件下，利用有机金属气相沉积方法依序形成氮化镓本质磊晶、n型氮化镓、发光层、p型氮化镓；之后以半导体制程如黄光、微影、蚀刻工序将前述磊晶材料制作成带有PN极性的组件。然后在p型氮化镓的侧壁及发光层的侧壁上，利用化学气相沉积形成氮化硅绝缘层(图中未示出)，以避免电流经由侧壁连通n型层或金属电极而短路。
接下来，在真空的条件下，利用电子束蒸镀方式，在这些磊晶单元120的表面以金/镍形成第一金属层130，其中，第一金属层130覆盖部分的磊晶单元120表面而使这些磊晶单元120与相邻的磊晶单元120能够彼此串接相连。
形成磊晶单元之后，接下来在真空条件下，以电子束蒸镀方式，在这些磊晶单元120及第一金属层130的表面形成布拉格反射镜对140。该布拉格反射镜对140是以的TiO2与的SiO2所组成，总共有20层(对)，并且包覆这些磊晶单元120以及部分的第一金属层130，且部分的第一金属层130不被该布拉格反射镜140包覆。
随后，在真空条件下，利用电子束蒸镀方式，在该布拉格反射镜对140的一表面形成一第二金属层150，且该第二金属层150与未经该布拉格反射镜140对所覆盖的该第一金属层130连接。并进一步图案化该第二金属层150使该第二金属150层具有一间隙而分隔成至少两独立的电极。
在该基板上非布拉格反射镜对140的表面涂敷荧光粉层160。其是在水油相界面下，利用粉体自组装方式进行荧光粉薄膜成型，且荧光粉层的厚度约在60μm。在此使用同样方法,但使用三组不同的荧光粉,使单元101、102、103于封装后分别形成红色、绿色、以及蓝色的光。
随后，将第二金属层150与第三金属层180在以大于250℃温度进行焊接，其中，该第三金属层180系为一铜金属层，厚度约为300μm。以此方式进行时，该第二金属层150与第三金属层180交界的表面形成厚度约2μm之Sn焊接层170。并且，将该第三金属层180图案化，使第三金属层180形成一个间隙而分隔成至少两独立的电极，如图2所示，该第三金属层180图案化所形成之间隙相对应于该第二金属层150图案化后所形成的该间隙。在此焊接步骤,同时将三种具有不同荧光粉的发光单元的第二金属层借由所焊接的第三金属层连接形成一可发三种不同颜色可见光的模块结构。
最后，以射出成形的方式将透明环氧成型模料(Epoxy Molding Compound；EMC)形成一封装保护层190包覆三种具有不同荧光粉的发光单元。此发光单元的该基板110、这些磊晶单元120、该第二金属层150、该荧光粉层160、以及部分的该第三金属层180为封装保护层190所包覆。
完成之后，将上述之发光二极管封装单元结构从第三金属层总集切取使用。因为该结构具有封装保护层190的关系，可轻易地切割而不会损害到内部芯片的结构。除此之外，在此结构中，第三金属层(铜金属层)大幅度地提升了散热的效果，且相较于现有技术，此结构省略透明蓝宝石封装基板，故能大幅度地减少用料成本。另外,本发明可同时发出三种颜色的可见光，并可依照实际需要形成数组，可实际应用于混光形成白光。再者，因为本发明的发光二极管封装结构可以两面发光，并且可发出不同颜色的可见光，所以可以应用于显示器显示影像或图片。而透明环氧成型模料所形成的封装保护层，可使光线在封胶内部绕射与背面透射，也可达到全方位出光的效果。
实施例2
本实施例发光二极管封装结构的制造方法及结构与实施例1的发光二极管封装结构相同，除了每一独立发光单元仅包含单一个磊晶单元。
实施例3
图3是本发明一示例性实施例的发光二极管封装结构10示意图。该发光二极管封装结构10在结构及制造方法上大致与图2的发光二极管封装结构相似，不同的地方在于，为了达到更好的保护效果，图3的发光二极管封装结构10在形成第三金属层后，以模铸成型方法利用EMC材料来形成加强板181，且该加强板181系跨接该第三金属层180之间的该间隙的两侧。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，包含：
多个发光单元，每一发光单元包含：
一基板；
单一或多个磊晶单元，位于该基板的一表面，每一磊晶单元包括：
一n型半导体单元，是位于该基板的表面；
至少一发光层，位于该n型半导体单元上；
一p型半导体单元，位于该n型半导体单元上，且该发光层是夹设于该p型半导体单元与该n型半导体单元之间，部分的n型半导体单元露出且不被该p型半导体单元覆盖；
一透明电极层，是位于该p型半导体单元的表面；以及
一第一金属层，该第一金属层是位于该磊晶单元的部分表面；
n对布拉格反射镜对，是包覆这些磊晶单元以及该第一金属层的部分表面，其中n为一大于6的整数；
一第二金属层，是设于该布拉格反射镜对的表面，并经图案化而具有一间隙，使该第二金属层分隔成至少两独立的电极，且该第二金属层连接未经该布拉格反射镜对所覆盖的该第一金属层；以及
一荧光粉层，是位于该基板表面，第一金属层表面及选择性地部分n对布拉格反射镜对的表面；
多个第三金属层，是连接每一发光单元的该第二金属层，且至少两个第三金属层之间具有一间隙以将该第三金属层分隔成至少两独立的电极；以及
一封装保护层，是包覆多个发光单元的该基板、这些磊晶单元、该第二金属层、该荧光粉层、以及部分的该第三金属层；
其中至少两相邻发光单元的该荧光粉层发光颜色不同。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包括一链接于该第三金属层表面的加强板，其中该加强板跨接该第三金属层之间的该间隙的两侧。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包括一位于该第三金属层的该间隙的非导电绝缘层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包含一位于该基板与该磊晶单元之间的缓冲层。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该第三金属层的厚度大于或等于150μm。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该第二金属层和与之相邻的该第三金属层之间更具有一焊接层，且该焊接层的厚度为1μm至3μm之间。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该封装保护层是由一透明高分子或透明无机材料所形成。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该布拉格反射镜对的光学膜层折射率是介于1.3至2.8之间。
9.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中至少三相邻发光单元发出的光为红光，绿光，及蓝光。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该发光单元形成N x M数组，且N，M个别为大于等于1的整数。
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