CN107919431A - 发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块 - Google Patents

发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块 Download PDF

Info

Publication number
CN107919431A
CN107919431A CN201710903754.1A CN201710903754A CN107919431A CN 107919431 A CN107919431 A CN 107919431A CN 201710903754 A CN201710903754 A CN 201710903754A CN 107919431 A CN107919431 A CN 107919431A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light emitting
lens
emitting diode
diffusion
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710903754.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107919431B (zh
Inventor
苏信纶
黄哲瑄
张书修
林志豪
蔡宗良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lextar Electronics Corp
Original Assignee
Lextar Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lextar Electronics Corp filed Critical Lextar Electronics Corp
Publication of CN107919431A publication Critical patent/CN107919431A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107919431B publication Critical patent/CN107919431B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/56—Materials, e.g. epoxy or silicone resin
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Abstract

本发明公开一种发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块。发光二极管芯片级封装结构包括一发光二极管芯片、一扩散结构以及一透镜。扩散结构覆盖发光二极管芯片，透镜覆盖扩散结构。透镜的一外表面为自由曲面，且透镜的材质与扩散结构的材质为不同。

Description

发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片级封装结构与包含其的直下式背光模块，且特别是涉及一种具有透镜的发光二极管芯片级封装结构与包含其的直下式背光模块。
背景技术
由于发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)具有寿命长、体积小、低振动、散热低、能源消耗低等优点，发光二极管已广泛应用于指示灯或居家光源等装置中。近年来，随着多色域及高亮度的发展，发光二极管已应用在各种显示装置、照射装置等。
装置的发光性质会影响产品的显示效能。
举例来说，液晶显示装置使用背光模块。直下式背光模块可搭配使用发光二极管光源及透镜。
直下式发光模块的一种方案是使用反射式透镜，其能将发光二极管光线多数往模块底面打，制造较大的混光路径。此方案可以达到较低厚度的设计。但生产精度要求较高且涉及模块背板的设计，往往除了非常高技术门槛。此外，光学偏移上的容忍度较低。因此不论在打件精度风险上以及成本上均为其目前待克服的问题。
直下式发光模块的另一种方案是使用折射式透镜，其能将发光二极管光源通过透镜直接引导至欲成像平面上，因生产公差容忍度较使用反射式透镜的方案高。但在较低厚度设计时折射式透镜较难突破其物理门槛限制。另外因打件精度问题，整体模块的组装上常因打件偏移造成光学不良的现象。
发明内容
本发明是有关于一种发光二极管芯片级封装结构与包含其的直下式背光模块。发光二极管封装结构能提供优异的发光、显示效果。
根据本发明的一方面，提出一种发光二极管芯片级封装结构。发光二极管芯片级封装结构包括一发光二极管芯片、一扩散结构以及一透镜。扩散结构覆盖发光二极管芯片，透镜覆盖扩散结构。透镜的一外表面为自由曲面，且透镜的材质与扩散结构的材质为不同。
根据本发明的另一方面，提出一种直下式背光模块。直下式背光模块包括一电路板以及多个前述的发光二极管芯片级封装结构。发光二极管芯片级封装结构彼此分开设置在电路板上，并电连接电路板。
根据本发明的又一方面，提出一种发光二极管芯片级封装结构。发光二极管芯片级封装结构包括一发光二极管芯片、一扩散结构以及一透镜。发光二极管芯片包括发光区、非发光区、第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、透明导电层、布拉格反射层、金属层、保护层、第一电极与第二电极。主动层及第二型半导体层依序堆叠于位于发光区的第一型半导体层上。在发光区的第一型半导体、主动层和第二型半导体层构成发光二极管堆叠单元。透明导电层设置于发光二极管堆叠单元的第二型半导体层上。布拉格反射层设置于透明导电层上。布拉格反射层具有第一贯孔，其裸露出发光二极管堆叠单元上的透明导电层。金属层设置于布拉格反射层上，并填满第一贯孔，使得金属层可经过第一贯孔而连接发光二极管堆叠单元上的透明导电层。保护层覆盖金属层，并且具有第二贯孔，裸露出发光二极管堆叠单元上的金属层。第一电极填满于裸露非发光区的第一型半导体层的第三贯孔内，并与第一型半导体层连接。第二电极填满于第二贯孔内，并与金属层连接。扩散结构覆盖发光二极管芯片，透镜覆盖扩散结构。透镜的外表面的剖面的曲线实质上符合多项式：
对应发光二极管芯片的曲线的中心点为y-z座标轴的原点，z为曲线的纵轴变数，y为曲线的横轴变数，ai为第i项次的系数，n>3且n≤7。透镜的材质与扩散结构的材质为不同。
根据本发明的更另一方面，提出一种发光二极管芯片级封装结构。发光二极管芯片级封装结构包括一倒装式发光二极管芯片、一扩散结构以及一透镜。倒装式发光二极管芯片包括发光区、非发光区、第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、反射式欧姆导电层、缓冲层、保护层、第一电极与第二电极。主动层及第二型半导体层依序堆叠于位于发光区的第一型半导体层上。在发光区的第一型半导体、主动层和第二型半导体层构成发光二极管堆叠单元。反射式欧姆导电层设置于发光二极管堆叠单元的第二型半导体层上。缓冲层设置于反射式欧姆导电层上。保护层覆盖缓冲层，并且具有第一贯孔，裸露出发光二极管堆叠单元上的缓冲层。第一电极填满裸露出非发光区的第一型半导体层的第二贯孔，并与第一型半导体层连接。第二电极填满于第一贯孔内，并与缓冲层连接。扩散结构覆盖倒装式发光二极管芯片，透镜覆盖扩散结构。透镜的外表面的剖面的曲线实质上符合多项式：
对应发光二极管芯片的曲线的中心点为y-z座标轴的原点，z为曲线的纵轴变数，y为曲线的横轴变数，ai为第i项次的系数，n>3。透镜的材质与扩散结构的材质为不同。
根据本发明的更又一方面，提出一种发光二极管芯片级封装结构。发光二极管芯片级封装结构包括一垂直倒装式发光二极管芯片、一扩散结构以及一透镜。垂直倒装式发光二极管芯片包括发光区、非发光区、第一型半导体层、主动层、第二型半导体层、透明导电层、布拉格反射层、扩散阻障层、贯孔、金属层、第一电极与第二电极。主动层及第二型半导体层依序堆叠于位于发光区的第一型半导体层上，在发光区形成由第一型半导体层、主动层和第二型半导体层所构成的一发光二极管堆叠单元。透明导电层设置于发光二极管堆叠单元的第二型半导体层上，布拉格反射层设置于透明导电层上，扩散阻障层设置于布拉格反射层上。贯孔穿过扩散阻障层、布拉格反射层、透明导电层、第二型半导体层和主动层，裸露出发光二极管堆叠单元的第一型半导体层。金属层设置于扩散阻障层上，并填满贯孔，使得金属层可经过贯孔而连接发光二极管堆叠单元的第一型半导体层。第一电极设置于金属层上，并经由金属层与第一型半导体层电连接。第二电极设置于扩散阻障层上，并与第二型半导体层电连接。扩散结构覆盖垂直倒装式发光二极管芯片，透镜覆盖扩散结构。透镜的外表面的剖面的曲线实质上符合多项式：
对应发光二极管芯片的曲线的中心点为y-z座标轴的原点，z为曲线的纵轴变数，y为曲线的横轴变数，ai为第i项次的系数，n>3。透镜的材质与扩散结构的材质为不同。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为显示一实施例的发光二极管封装结构的剖视图；
图2A为显示另一实施例的发光二极管封装结构的剖视图；
图2B为显示另一实施例的透镜的俯视图；
图3A为显示一实施例的发光二极管封装结构的光路模拟图；
图3B为显示一实施例的发光二极管封装结构的光路模拟图；
图4为显示一实施例的发光单元的剖视图；
图5为显示一实施例的发光单元的剖视图；
图6为显示一实施例的发光单元的剖视图；
图7为显示一实施例的发光单元的剖视图；
图8为显示一实施例的发光单元的剖视图；
图9为显示一实施例的发光装置的剖视图。
符号说明
102、202、702B：发光二极管封装结构
104、304、404、504、604、704、1504：发光单元
105：扩散结构
106、206、706：透镜
107：胶体
108、308、408、508、608、708、1508：发光二极管芯片
110、710：封装胶体
312、412、512、612、712、1512：基板
314、414、1512：第一型半导体层
316、416、1516：主动层
318、418、1518：第二型半导体层
320、420、1520：发光二极管堆叠单元
322、1522：透明导电层
324、1524：布拉格反射层
326、1526：金属层
328、428：保护层
330、430、1530：第一电极
332、432、1532：第二电极
434：反射式欧姆导电层
436：缓冲层
538、1527：绝缘层
540：导电柱
613：打线
711：第一扩散粒子
713：第二扩散粒子
744：波长转换层
746：第一波长转换层
748：第二波长转换层
756：电路板
758：发光装置
1525：扩散阻障层
1529：接合金属层
H、H1、H2：高度
H31、H41：第一贯孔
H32、H42：第二贯孔
H33：第三贯孔
H51：贯孔
B：凹部底处
C：中心点
D：直径
E：发光区
L：光线
N：非发光区
S：外表面
W、W1、W2：宽度
具体实施方式
本发明是有关于一种发光二极管芯片级封装结构与包含其的直下式背光模块。发光二极管封装结构能提供优异的发光、显示效果。
以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。须注意的是，本发明内容并非显示出所有可能的实施例，未于本发明内容提出的其他实施态样也可能可以应用。再者，附图中的元件尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和附图内容仅作叙述实施例之用，而非作为限缩本发明内容保护范围之用。另外，实施例中的叙述，例如细部结构、制作工艺步骤和材料应用等等，仅为举例说明之用，并非对本发明内容欲保护的范围做限缩。实施例的步骤和结构的细节可在不脱离本发明内容的精神和范围内根据实际应用制作工艺的需要而加以变化与修饰。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。
图1为显示一实施例的发光二极管封装结构的剖视图。如图1所示，发光二极管封装结构102包括发光单元104、扩散结构105以及透镜106。扩散结构105覆盖发光单元104，透镜106覆盖扩散结构105。透镜106的外表面S为自由曲面，且透镜106的材质与扩散结构105的材质为不同。实施例中，发光单元104包括发光二极管芯片108，扩散结构105覆盖发光二极管芯片108。
实施例中，透镜106具有一第一折射率，扩散结构105具有一第二折射率，且第二折射率大于第一折射率。扩散结构105的折射率(第二折射率)大于透镜106的折射率(第一折射率)可以增加光扩散的效果，进而增大发光角度。
一些实施例中，第二折射率和第一折射率的差值为0.2以上。一些实施例中，第二折射率和第一折射率的差值较佳地是为0.3以上。一些实施例中，第一折射率例如是1.2～1.8，第二折射率例如是1.6～2.5。
实施例中，如图1所示，扩散结构105接触发光单元104，例如扩散结构105与发光单元104之间不具有空隙(air gap)。相较于扩散结构105与发光单元104存在空气的状况，其中光线通过空气到达透镜的表面很容易被反射回发光单元或基板上而造成光的损失，而根据本发明内容的实施例，扩散结构105与发光单元104不存在空气，所以可以避免因为光线的损失，进而提高光线的使用效率。
实施例中，如图1所示，透镜106接触扩散结构105，例如透镜106与扩散结构105之间不具有空隙。实施例中，扩散结构105与透镜106的接面例如为自由曲面。即扩散结构105的外表面也是为自由曲面。扩散结构105与透镜106一起构成双自由曲面的发光二极管封装结构102。
实施例中，如图1所示，扩散结构105的高度H相对于宽度W的比例例如为1:2～5:4。
一些实施例中，如图1所示，扩散结构105可包括胶体107以及多个第一扩散粒子(未绘示)，第一扩散粒子掺杂在胶体107中。举例来说，构成扩散结构105的胶体107接触发光二极管芯片108，或者，胶体107与发光二极管芯片108之间不具有空隙。本实施例中，由于发光单元104与构成扩散结构105的胶体107之间没有额外的空隙，因此具有薄的厚度，应用至装置例如直下式背光模块时能达到微小化或薄化的设计效果。
一些实施例中，第一扩散粒子可包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锆或上述的组合。一些实施例中，第一扩散粒子的粒径例如为50纳米(nm)以下。
一些实施例中，如图1所示，透镜106可包括一封装胶体110以及多个第二扩散粒子(未绘示)，第二扩散粒子掺杂在封装胶体110中。举例来说，构成透镜106的封装胶体110接触构成扩散结构105的胶体107，或者，封装胶体110与胶体107之间不具有空隙。本实施例中，由于构成扩散结构105的胶体107与封装胶体110之间没有额外的空隙，因此具有薄的厚度，应用至装置例如直下式背光模块时能达到微小化或薄化的设计效果。
一些实施例中，第二扩散粒子可包括氧化钛、氧化硅或上述的组合。
一些实施例中，封装胶体110与胶体107的材料例如可包括硅胶或透明树脂，例如是环氧树脂。
一些实施例中，实施例中，透镜106的外表面S的剖面的曲线符合(或实质上符合)多项式(I)：
对应发光二极管芯片108的外表面S的剖面的曲线的中心点C为y-z座标轴的原点，z为外表面S的剖面的曲线的纵轴变数，y为外表面S的剖面的曲线的横轴变数，ai为多项式(I)中第i项次的系数。实施例中，在多项式(I)中，n>3且n≤7。亦即多项式(I)至少为4次多项式。本发明内容中，曲线「实质上符合」多项式(I)意指曲线拟合多项式(I)后的相关系数大于0.995(即为0.995～1)。换句话说，本发明内容中，曲线「符合」多项式(I)意指曲线拟合多项式(I)后的相关系数为1。
一些实施例中，多项式(I)中，n＝6，a6≠0，亦即多项式(I)为6次多项式。举例来说，n＝6，其中a0为不为零的常数，a1为不为零的常数，a2为不为零的常数，a3为不为零的常数，a4为不为零的常数，a5为不为零的常数，a6为不为零的常数。
一实施例中，曲线所符合(或实质上符合)的多项式(I)为：z＝-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。也就是说，多项式(I)中，n＝6，其中a0＝2.5046，a1＝-0.0709y，a2＝0.5658，a3＝-0.3718，a4＝0.0871，a5＝-0.0059，a6＝-0.0005。
可利用司乃尔定律逆运算方式计算多段曲面斜率将光线引导至指定位置已制作出指定光学图形。
一些实施例中，外表面的剖面的曲线(实质上)符合至少为4项次的多项式(I)的透镜应用在直下式背光模块时，能精准地引导光线到期望的位置，而提升显示装置的显示效果。本发明内容不限于此，外表面的剖面的曲线(实质上)符合至少为4项次的多项式(I)的透镜也可应用至其他类型的照射或显示装置。
如图1所示的实施例中，透镜106的外表面S(连续曲表面)具有凹陷结构，外表面S的剖面的曲线的中心点C为凹陷结构的最低点。
然而本发明内容不限于此，一些其他实施例中，透镜的外表面也可具有凸起结构，且外表面的剖面的曲线的中心点可为凸起结构的最高点。
此外，实施例中，外表面的剖面曲线(实质上)符合至少为4项次的多项式(I)的透镜可应用至保留的外曲表面具有相同曲率的菲涅耳透镜(Fresnel Lens)结构，而能使用更少的透镜材料，减少制造成本，并具有更轻的重量、更小的体积与更薄的厚度。
举例来说，图2A与图2B分别为显示另一实施例的发光二极管封装结构202的剖视图与其透镜206的俯视图。发光二极管封装结构202例如为发光二极管芯片级封装结构，且发光二极管封装结构202包括发光单元104、扩散结构105以及透镜206。扩散结构105覆盖发光单元104，透镜206覆盖扩散结构105。透镜206的材质与扩散结构105的材质为不同。实施例中，发光单元104包括发光二极管芯片108，扩散结构105覆盖发光二极管芯片108。
图2A所示的发光二极管封装结构202与图1所示的发光二极管封装结构102之间的差异在于，透镜206的外表面S为菲涅耳透镜结构，其中外表面S的凹部底处B具有同心圆纹路(图2B)，此外，透镜206的外表面S具有凸起结构，且外表面S的剖面的曲线的中心点C为凸起结构的最高点。
图3A至图3B为显示一些实施例的发光二极管封装结构的光路模拟图。如第3A～3B图所示的光路模拟图均呈现光线L自发光单元104射出并通过扩散结构105后进入透镜106的光路分布。
实施例中，如图3A～图3B所示，光线L通过扩散结构105后，进入透镜106后均具有增大的发光角度。如图3A所示的扩散结构105具有高度H1及宽度W1，如图3B所示的扩散结构105具有高度H2及宽度W2，且宽度W1与宽度W2实质上相同，而高度H2大于高度H1。如图3A～图3B所示，当扩散结构105的高度越高，越多光线L往大角度方向散射，而相对较少光线L往小角度方向集中射出，而使得发光角度扩大，且大发光角度范围内的光线强度也较为均匀。
图4至图8为显示不同实施例的发光单元的剖视图。
请参照图4，发光单元304包括基板312与基板312上的发光二极管芯片308，例如为倒装式发光二极管芯片。发光二极管芯片308包括依序堆叠于基板312上的第一型半导体层314、主动层316及第二型半导体层318。第一型半导体层314具有N型及P型其中的一导电型，第二型半导体层318具有N型及P型其中的另一导电型。在发光区E的第一型半导体层314、主动层316和第二型半导体层318构成发光二极管堆叠单元320。发光二极管芯片308包括透明导电层322，透明导电层322设置于发光二极管堆叠单元320的第二型半导体层318上。发光二极管芯片308包括布拉格反射层324，布拉格反射层324设置于透明导电层322上。布拉格反射层324具有第一贯孔H31裸露出发光二极管堆叠单元320上的透明导电层322。发光二极管芯片308包括金属层326，金属层326设置于布拉格反射层324上，并填满布拉格反射层324的第一贯孔H31，使得金属层326可经过第一贯孔H31而连接发光二极管堆叠单元320上的透明导电层322。发光二极管芯片308包括保护层328，保护层328覆盖金属层326，且保护层328具有第二贯孔H32裸露出金属层326。发光二极管芯片308包括第一电极330，第一电极330填满在非发光区N裸露出第一型半导体层314的第三贯孔H33内，并与第一型半导体层314连接。发光二极管芯片308包括第二电极332，第二电极332填满于保护层328的第二贯孔H32内，并与金属层326连接。
一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105覆盖发光单元304的发光二极管芯片308(倒装式发光二极管芯片)、且如前述实施例的透镜(例如图1的透镜106、第2图的透镜206、或其它未画出但(实质上)符合前述至少为4项次的多项式(I)的型态的透镜)覆盖扩散结构105，而形成本发明内容的实施例的发光二极管(芯片级)封装结构。
请参照图5，发光单元404包括基板412与基板412上的发光二极管芯片408，例如为倒装式发光二极管芯片。发光二极管芯片408包括依序堆叠于基板412上的第一型半导体层414、主动层416及第二型半导体层418。第一型半导体层414具有N型及P型其中的一导电型，第二型半导体层418具有N型及P型其中的另一导电型。在发光区E的第一型半导体层414、主动层416和第二型半导体层418构成发光二极管堆叠单元420。发光二极管芯片408包括反射式欧姆导电层434，反射式欧姆导电层434设置于发光二极管堆叠单元420的第二型半导体层418上。一实施例中，反射式欧姆导电层434可具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti合金结构。发光二极管芯片408包括缓冲层436，缓冲层436设置于反射式欧姆导电层434上。发光二极管芯片408包括保护层428，保护层428覆盖缓冲层436，且保护层428具有第一贯孔H41裸露出缓冲层436。发光二极管芯片408包括第一电极430，第一电极430填满在非发光区N裸露出第一型半导体层414的第二贯孔H42，并与第一型半导体层414连接。发光二极管芯片408包括第二电极432，第二电极432填满于保护层428的第一贯孔H41内，并与缓冲层436连接。
一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105覆盖发光单元404的发光二极管芯片408(倒装式发光二极管芯片)、且如前述实施例的透镜(例如图1的透镜106、第2图的透镜206、或其它未画出但(实质上)符合前述至少为4项次的多项式(I)的型态的透镜)覆盖扩散结构105，而形成本发明内容的实施例的发光二极管(芯片级)封装结构。
请参照图6，发光单元1504包括基板1512与基板1512上的发光二极管芯片1508，例如为垂直倒装式发光二极管芯片。发光二极管芯片1508包括依序堆叠于基板1512上的第一型半导体层1514、主动层1516及第二型半导体层1518。第一型半导体层1514具有N型及P型其中的一导电型，第二型半导体层1518具有N型及P型其中的另一导电型。在发光区E的第一型半导体层1514、主动层1516和第二型半导体层1518构成发光二极管堆叠单元1520。发光二极管芯片1508包括透明导电层1522，透明导电层1522设置于发光二极管堆叠单元1520的第二型半导体层1518上。发光二极管芯片1508包括布拉格反射层1524，布拉格反射层1524设置于透明导电层1522上。发光二极管芯片1508包括扩散阻障层1525，扩散阻障层1525设置于布拉格反射层1524上。发光二极管芯片1508包括贯孔H51，贯孔H51穿过扩散阻障层1525、布拉格反射层1524、透明导电层1522、第二型半导体层1528和主动层1516，裸露出发光二极管堆叠单元1520的第一型半导体层1514。发光二极管芯片1508包括金属层1526，金属层1526设置于扩散阻障层1525上，并填满贯孔H51，使得金属层1526可经过贯孔H51而连接发光二极管堆叠单元1520的第一型半导体层1514。发光二极管芯片1508包括第一电极1530，第一电极1530设置于金属层1526上，并经由金属层1526与第一型半导体层1514电连接。发光二极管芯片1508包括第二电极1532，扩散阻障层1525设置于第二电极1532上，第二电极1532与第二型半导体层1518电连接。实施例中，发光二极管芯片1508还可包括绝缘层1527和接合金属层1529，绝缘层1527位于贯孔H51的侧壁上，且位于扩散阻障层1525和金属层1526之间，接合金属层1529设置于基板1512和金属层1526之间。
一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105覆盖发光单元1504的发光二极管芯片1508(垂直倒装式发光二极管芯片)、且如前述实施例的透镜(例如图1的透镜106、第2图的透镜206、或其它未画出但(实质上)符合前述至少为4项次的多项式(I)的型态的透镜)覆盖扩散结构105，而形成本发明内容的实施例的发光二极管(芯片级)封装结构。
请参照图7，发光单元504包括基板512与发光二极管芯片508。基板512包括绝缘层538与穿过绝缘层538的导电柱540。实施例中，导电柱540的直径D可为0.25毫米(mm)。发光二极管芯片508是通过焊料以倒装的方式配置在基板512上并电连接基板512的导电柱540。实施例中，此类发光单元504的面积可小于3mm x 3mm。
一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105覆盖发光单元504的发光二极管芯片508、且如前述实施例的透镜(例如图1的透镜106、图2A及图2B的透镜206、或其它未画出但(实质上)符合前述至少为4项次的多项式(I)的型态的透镜)覆盖扩散结构105，而形成本发明内容的实施例的发光二极管(芯片级)封装结构。换句话说，发光二极管封装结构的扩散结构105(或胶体107)是接触裸露出的发光二极管芯片508的上表面，也可接触裸露出的基板512的上表面。扩散结构105(或胶体107)也可接触裸露出的元件的侧表面。
请参照图8，发光单元604包括发光二极管芯片608与基板612。配置在基板612上的发光二极管芯片608是利用以打线613电连接基板612。
一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105覆盖发光单元604的发光二极管芯片608、且如前述实施例的透镜(例如图1的透镜106、第2图的透镜206、或其它未画出但(实质上)符合前述至少为4项次的多项式(I)的型态的透镜)覆盖扩散结构105，而形成本发明内容的实施例的发光二极管(芯片级)封装结构。换句话说，扩散结构105(或胶体107)是接触裸露出的发光二极管芯片608的上表面与侧表面，并接触裸露出的打线613，也可接触裸露出的基板612的上表面与侧表面。
一些实施例中，发光二极管(芯片级)封装结构的发光单元还包括波长转换层(未显示)，配置在发光二极管芯片的至少一上方或侧面。其中波长转换层能受发光二极管芯片射出的第一光线激发而发出不同于第一光线的波长的第二光线。通过波长转换层能调整发光二极管封装结构或发光装置的发光色调。波长转换层可包括波长转换材料例如荧光粉。一些实施例中，如前述实施例的扩散结构105(或胶体107)是接触裸露出的波长转换层。波长转换层能视实际需求使用单一层或多层结构。
图9为显示一实施例的发光装置的剖视图。
请参照图9，发光装置758包括电路板756和多个互相分开的发光二极管封装结构702B。根据实施例的发光装置758可应用至直下式背光模块。
如图9所示，发光二极管芯片708设置在基板712上，扩散结构105覆盖发光单元704的发光二极管芯片708，透镜706覆盖扩散结构105。实施例中，发光二极管芯片708可通过倒装或打线的方式配置在基板712上，并电连接基板712的导电部分。
如图9所示，发光二极管封装结构702B包括波长转换层744。举例来说，波长转换层744包括第一波长转换层746与第二波长转换层748。一些实施例中，波长转换层744也可仅包括第一波长转换层746。如图9所示，实施例中，第一波长转换层746可形成在发光二极管芯片708的出光侧上，例如露出的上表面上。第一波长转换层746也可形成在发光二极管芯片708露出的侧表面上，及/或可填充在发光二极管芯片708之间的空隙。如图9所示，实施例中，第二波长转换层748形成第一波长转换层746上。第一波长转换层746与第二波长转换层748可具有不同的波长转换性质。
如图9所示，实施例中，扩散结构105可包括胶体107和第一扩散粒子711，第一扩散粒子711掺杂在胶体107中。
如图9所示，实施例中，透镜706可包括封装胶体710和第二扩散粒子713，第二扩散粒子713掺杂在封装胶体710中。
综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片级封装结构，包括：
发光二极管芯片；
波长转换层，设置于该发光二极管芯片上且直接接触该发光二极管芯片，该波长转换层包括荧光粉；
扩散结构，覆盖该发光二极管芯片和该波长转换层；以及
透镜，覆盖该扩散结构，其中该透镜的一外表面为自由曲面，且该透镜的材质与该扩散结构的材质为不同，其中该扩散结构的高度相对于宽度的比例为1:2～5:4；
其中该透镜的该外表面的剖面的一曲线实质上符合多项式：
<mrow> <mi>z</mi> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>*</mo> <msup> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msup> </mrow>
对应该发光二极管芯片的该曲线的一中心点为y-z座标轴的原点，z为该曲线的纵轴变数，y为该曲线的横轴变数，ai为第i项次的系数，3<n≤6，其中该扩散结构包括胶体以及多个第一扩散粒子，该些第一扩散粒子掺杂在该胶体中，该些第一扩散粒子包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锆或上述的组合，该些第一扩散粒子的粒径为50nm以下，其中，该透镜具有一第一折射率，该扩散结构具有一第二折射率，该第二折射率大于该第一折射率，其中该第二折射率和该第一折射率之差值系为0.2以上。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该第一折射率为1.2～1.8，该曲线拟合该多项式后的相关系数大于0.995。
3.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该第一折射率为1.2～1.8，该第二折射率为1.6～2.5。
4.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，还包括发光单元，该发光单元包括该发光二极管芯片，该扩散结构接触该发光单元，其中该扩散结构与该发光单元之间不具有空隙(air gap)，该透镜接触该扩散结构，其中该透镜与该扩散结构之间不具有空隙。
5.如权利要求4所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该扩散结构为自由曲面。
6.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该透镜包括一封装胶体以及多个第二扩散粒子，该些第二扩散粒子掺杂在该封装胶体中，其中该些第二扩散粒子包括氧化钛、氧化硅或上述的组合。
7.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中在该多项式中，n＝6，a6≠0。
8.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中在该多项式中，n＝6，a0为不为零的常数，a1为不为零的常数，a2＝为不为零的常数，a3为不为零的常数，a4为不为零的常数，a5为不为零的常数，a6为不为零的常数。
9.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该波长转换层还包括一第一波长转换层和一第二波长转换层，该第一波长转换层位于该发光二极管芯片上，该第二波长转换层位于该第一波长转换层上，且该第二波长转换层的性质不同于该第一波长转换层的性质。
10.如权利要求1所述的发光二极管芯片级封装结构，其中该发光二极管芯片包括垂直倒装式发光二极管芯片或倒装式发光二极管芯片。
CN201710903754.1A 2016-10-06 2017-09-29 发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块 Active CN107919431B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105132374A TWI688128B (zh) 2016-10-06 2016-10-06 發光二極體晶片級封裝結構及直下式背光模組
TW105132374 2016-10-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107919431A true CN107919431A (zh) 2018-04-17
CN107919431B CN107919431B (zh) 2019-11-19

Family

ID=61829148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710903754.1A Active CN107919431B (zh) 2016-10-06 2017-09-29 发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10312408B2 (zh)
CN (1) CN107919431B (zh)
TW (1) TWI688128B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI764349B (zh) * 2020-10-30 2022-05-11 達運精密工業股份有限公司 背光模組
TWI744139B (zh) * 2020-12-16 2021-10-21 隆達電子股份有限公司 二極體封裝結構及其製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1492506A (zh) * 2002-10-22 2004-04-28 洲磊科技股份有限公司 类似覆晶型的发光二极管组件封装
CN201526868U (zh) * 2009-08-07 2010-07-14 广东昭信光电科技有限公司 直下式背光系统
CN102537839A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 光学透镜、光学透镜模块及光学透镜的曲面形成方法
US20150276170A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Asahi Rubber Inc Light distribution lens

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9000461B2 (en) 2003-07-04 2015-04-07 Epistar Corporation Optoelectronic element and manufacturing method thereof
KR100770424B1 (ko) 2006-12-13 2007-10-26 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법
JP5536977B2 (ja) 2007-03-30 2014-07-02 パナソニック株式会社 面発光体
US9048385B2 (en) * 2009-06-24 2015-06-02 Nichia Corporation Nitride semiconductor light emitting diode
WO2011145794A1 (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 서울반도체 주식회사 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 칩과 그 제조 방법, 및 그것을 포함하는 패키지 및 그 제조 방법
US9070851B2 (en) * 2010-09-24 2015-06-30 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Wafer-level light emitting diode package and method of fabricating the same
CN103165763B (zh) * 2011-12-14 2015-07-08 赛恩倍吉科技顾问（深圳）有限公司 发光二极管的制造方法
KR20130094482A (ko) * 2012-02-16 2013-08-26 서울반도체 주식회사 렌즈를 갖는 발광 모듈
JP6303738B2 (ja) * 2013-04-12 2018-04-04 日亜化学工業株式会社 発光装置
TWI661578B (zh) 2013-06-20 2019-06-01 晶元光電股份有限公司 發光裝置及發光陣列
TWI486687B (zh) * 2013-08-06 2015-06-01 Global Lighting Technology Inc 直下式背光模組
TWI478387B (zh) * 2013-10-23 2015-03-21 Lextar Electronics Corp 發光二極體結構
WO2016056316A1 (ja) * 2014-10-09 2016-04-14 シャープ株式会社 発光装置
KR20160059708A (ko) * 2014-11-19 2016-05-27 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광 모듈
US10627672B2 (en) * 2015-09-22 2020-04-21 Samsung Electronics Co., Ltd. LED package, backlight unit and illumination device including same, and liquid crystal display including backlight unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1492506A (zh) * 2002-10-22 2004-04-28 洲磊科技股份有限公司 类似覆晶型的发光二极管组件封装
CN201526868U (zh) * 2009-08-07 2010-07-14 广东昭信光电科技有限公司 直下式背光系统
CN102537839A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 光学透镜、光学透镜模块及光学透镜的曲面形成方法
US20150276170A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Asahi Rubber Inc Light distribution lens

Also Published As

Publication number Publication date
US10312408B2 (en) 2019-06-04
CN107919431B (zh) 2019-11-19
TWI688128B (zh) 2020-03-11
US20180102459A1 (en) 2018-04-12
TW201814924A (zh) 2018-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5797393B2 (ja) 発光素子パッケージ
US9165912B2 (en) Light emitting device package
CN102201525B (zh) 发光器件封装及具有该发光器件封装的照明系统
JP6058351B2 (ja) 光源モジュール及びこれを備えた照明装置
RU2728830C2 (ru) Светоизлучающее устройство
US9041043B2 (en) Light emitting device package
US20140159069A1 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
US10141476B2 (en) Light emitting diode chip scale packaging structure
CN107919431A (zh) 发光二极管芯片级封装结构及直下式背光模块
KR20140095913A (ko) 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 장치
KR20120045539A (ko) 발광소자 패키지
CN110783433A (zh) 发光装置与液晶显示器
KR20140049274A (ko) 광원 모듈 및 이를 구비한 조명시스템
KR20110128693A (ko) 발광 소자 패키지 및 이를 구비한 라이트 유닛
KR20110134735A (ko) 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛
KR101550938B1 (ko) 발광소자 패키지
KR20130014755A (ko) 발광 소자 패키지 및 조명 시스템
CN211125689U (zh) 发光元件以及发光模块
KR102075522B1 (ko) 발광소자패키지
KR101657074B1 (ko) 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 백라이트 장치, 조명장치
KR101724707B1 (ko) 라이트 유닛
KR20130050146A (ko) 발광소자 패키지
KR101704032B1 (ko) 발광 소자 패키지 및 조명시스템
KR20130014899A (ko) 발광소자 패키지
KR101704035B1 (ko) 발광 소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant