CN113394324A - 发光二极管结构、其形成方法和背光模块 - Google Patents

发光二极管结构、其形成方法和背光模块 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种发光二极管结构、其形成方法和背光模块。发光二极管结构包括底板、配置于底板上的芯片、配置于底板上并围绕芯片的透光杯壁、在透光杯壁之间覆盖芯片的波长转换层，以及配置于波长转换层上的反射层，其中反射层包括朝向芯片凸出的弧形底面。

Description

发光二极管结构、其形成方法和背光模块
技术领域
本公开涉及背光模块。更特定而言，本公开尤其涉及背光模块的发光二极管结构和其形成方法。
背景技术
液晶显示器包括液晶模块以及用以提供光源的背光模块(backlight unit)。依照背光模块中发光元件相对于出光面的位置，背光模块可区分为直下式(direct type)背光模块和侧入式(edge type)背光模块。直下式背光模块可提供区域调光(local dimming)的功能而广泛应用于液晶显示器中。因此，减少直下式背光模块的光学距离(opticaldistance)以薄化显示器的厚度是近年来背光模块的发展重点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种发光二极管结构、其形成方法和背光模块，以解决上述至少一个问题。
根据本公开的实施例，提供一种发光二极管结构，包括底板、配置于底板上的芯片、配置于底板上并围绕芯片的透光杯壁、在透光杯壁之间覆盖芯片的波长转换层，以及配置于波长转换层上的反射层，其中反射层包括朝向芯片凸出的弧形底面。
在本公开的一些实施例中，透光杯壁的透光率可在20％至100％的范围内。
在本公开的一些实施例中，透光杯壁的内壁和底板之间可具有夹角在90度至170度的范围内。
在本公开的一些实施例中，反射层的弧形底面至反射层的顶表面的厚度可在30微米至100微米的范围内。
在本公开的一些实施例中，反射层可接触透光杯壁，使得波长转换层不接触外界。
在本公开的一些实施例中，发光二极管结构的发光角度可在95度至175度的范围内。
根据本公开的实施例，提供一种背光模块，包括发光二极管结构和配置于发光二极管结构上的光学层。发光二极管结构包括底板、配置于底板上的芯片、配置于底板上并围绕芯片的透光杯壁、在透光杯壁之间覆盖芯片的波长转换层，以及配置于波长转换层上的反射层，其中反射层包括朝向芯片凸出的弧形底面。
根据本公开的实施例，提供一种形成发光二极管结构的方法，包括在底板上形成透光杯壁、在底板上配置芯片并由透光杯壁围绕芯片、连接导线至芯片、在透光杯壁之间形成包括中央凹陷的顶表面的波长转换层并由波长转换层覆盖芯片，以及在波长转换层上形成反射层并进行烘烤。
在本公开的一些实施例中，波长转换层的中央厚度和波长转换层的边缘厚度的差值可大于30微米。
在本公开的一些实施例中，反射层可包括实质上平坦的顶表面。
本发明的有益效果在于，在本公开提供的发光二极管结构形成工艺中，形成包括透光杯壁与底板的杯型结构，并将波长转换层形成于杯型结构中，避免对波长转换层使用切割或蚀刻工艺。由于工艺降低切割或蚀刻工艺对发光二极管的损耗，从而提升发光二极管的良率、降低工艺成本。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。应注意，根据工业中的标准方法，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，可任意增加或减少各种特征的尺寸。
图1A根据本公开的一些实施例，示出发光二极管的立体图。
图1B示出图1A中发光二极管沿着截线A-A′的截面图。
图2A至图2B根据本公开的一些其他实施例，示出发光二极管的立体图。
图3根据本公开的一些其他实施例，示出背光模块的分解图。
图4至图8根据本公开的一些实施例，示出在制造工艺各个中间阶段的发光二极管的截面图。
附图标记如下：
100,102,104:发光二极管
110:底板
120:芯片
130:导线
140:透光杯壁
140a:内壁
140b:外壁
150:波长转换层
150t:顶表面
160:反射层
160b:底表面
160t,162t,164t:顶表面
170:光线
300:背光模块
302:载板
304:光学膜
306:液晶显示器
A-A′:截线
H1,H2,H3:厚度
θ1:夹角
具体实施方式
在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”可为二元件间存在其它元件。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下面”可以包括上方和下方的取向。
本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
本公开提供一种发光二极管结构，其包括透光杯壁和具有弧形底面的反射层。透光杯壁配置于底板上并围绕芯片，而反射层配置于覆盖芯片的波长转换层上。由于反射层改变芯片发出的光线路径，使光线从发光二极管侧方的透光杯壁离开发光二极管，因此降低发光二极管上方的发光量并增加发光二极管的发光角度范围。
根据本公开的一些实施例，图1A示出发光二极管100的立体图，图1B示出发光二极管100沿着图1A中截线A-A′的截面图。如图1B所示，发光二极管100可包括底板110、芯片120、导线130、透光杯壁140、波长转换层150和反射层160。根据本公开的一些其他实施例，发光二极管100可包括其他层材料或元件，例如波长转换层150实质上可为双层的波长转换层。
底板110作为发光二极管100的载板，包括绝缘材料和导线支架，以提供电流至发光二极管100。在一些实施例中，底板110可为印刷电路板。芯片120配置于底板110上，作为发光二极管100的光源。导线130连接芯片120和电路(例如底板110)，以提供电流至芯片120，使芯片120放光。
波长转换层150位于芯片120上并覆盖芯片120。波长转换层150可包括改变芯片120发出的光线波长的材料。更具体而言，当芯片120发出第一光线后，波长转换层150可吸收部分的第一光线并放出不同于第一光线的第二光线。从结果来看，发光二极管100发出第一光线与第二光线的混光，即发光二极管100所发出的光线的波长不同于芯片120发出的第一光线的波长。举例而言，波长转换层150可包括荧光材料，因此波长转换层150吸收对应激发波长的第一光线后，可发出对应放射波长的第二光线。在下文中，第一光线和第二光线将由光线170作为代表，以简化描述。
反射层160配置于波长转换层150上且位于芯片120上方，使反射层160可反射芯片120朝上方发出的光线170。由于反射层160位于芯片120的上方，因此反射层160减少发光二极管100上方的发光量。另外，在图1B中，反射层160包括朝向芯片120凸出的弧形底表面160b，弧形底表面160b可增加光线170经由反射层160反射而离开发光二极管100的角度范围。因此，弧形底表面160b增加发光二极管100侧方的发光量。
在一些实施例中，在垂直于反射层160的平坦顶表面160t的方向上，反射层160的中央厚度可大于边缘厚度，以形成弧形底表面160b。举例而言，如图1B所示，反射层160的底表面160b的中央低点至反射层160的顶表面160t可具有厚度H1，而反射层160的边缘厚度趋近于0。在一些实施例中，厚度H1可大于约30微米。在一些实施例中，厚度H1可在约30微米至约100微米的范围内。然而，应理解，可根据发光二极管100的尺寸或材料而包括上述范围以外的厚度H1。
在一些实施例中，反射层160位于波长转换层150上，并且反射层160的边缘可接触发光二极管100侧方的透光杯壁140。换而言之，底板110、反射层160和透光杯壁140可围绕波长转换层150，使波长转换层150不接触外界。在此类实施例中，由于波长转换层150不接触外界，波长转换层150可避免受到外界因素(例如空气中的微粒、水分或气体等)影响，因此提高发光二极管100的效率和稳定性。例如，波长转换层150在反射层160和透光杯壁140的封装下，可避免硫化侵蚀而影响发光二极管100的效率。
在一些实施例中，反射层160的反射率可在约90％至约100％的范围内。由于反射层160对光线170具有反射率，使芯片120发出的光线170可由反射层160反射，减少发光二极管100上方的发光量。因此，反射层160可为具有上述反射率的适合材料。在一些实施例中，反射层160可包括硅氧树脂。
透光杯壁140配置于底板110上并围绕芯片120，形成发光二极管100的侧壁。光线170经由反射层160反射后，可由透光杯壁140离开发光二极管100。由于透光杯壁140位于芯片120的周围，因此透光杯壁140可增加发光二极管100侧方的发光量。
在图1B中，透光杯壁140包括内壁140a和外壁140b。透光杯壁140的外壁140b可实质上垂直于底板110，使发光二极管100形成柱状结构。透光杯壁140的内壁140a和底板110之间可具有夹角θ1，从而应用于不同功能的发光二极管100，例如发光二极管100的发光窗口尺寸、发光二极管100和其上方光学膜(未示出)之间的位置、发光二极管100的光型需求等。
在一些实施例中，透光杯壁140的内壁140a和底板110之间的夹角θ1可在约90度至约170度的范围内。举例而言，发光二极管100可为长方体结构，其中长边的内壁140a和底板110之间可具有夹角θ1在约110度至约170度的范围内，而短边的内壁140a和底板110之间可具有夹角θ1在约90度至约150度的范围内。然而，应理解，可根据发光二极管100的尺寸或材料而包括上述范围以外的夹角θ1。
在一些实施例中，透光杯壁140的透光率可在约20％至约100％的范围内。由于透光杯壁140对光线170具有穿透率，使芯片120发出的光线170经由反射层160的反射后，可从透光杯壁140离开发光二极管100。透光杯壁140针对波长不同的光线170可具有不同的穿透率。例如，透光杯壁140可对波长介于400纳米至550纳米的光线170具有穿透率在约20％至约50％的范围内，并对波长介于550纳米至750纳米的光线170具有穿透率在约50％至约70％的范围内。
透光杯壁140可为具有上述透光率的适合材料。在一些实施例中，透光杯壁140可包括聚酰胺、聚对苯二甲酰己二胺、聚1,9-亚壬基对苯二酰胺、聚环己醇二乙酯、聚对苯二甲酸环己烷二甲酯、半芳香族聚酯、液晶高分子聚合物(liquid crystal polymer，LCP)、热固性环氧树脂或热固性硅树脂等。
反射层160反射芯片120朝上发出的光线170，减少发光二极管100的上方发光量。此外，光线170从发光二极管100侧方的透光杯壁140穿透，增加发光二极管100的侧方发光量。结果而言，发光二极管100通过反射层160和透光杯壁140，增加发光二极管100的发光角度范围。在一些实施例中，发光二极管100的发光角度可在约95度至约175度的范围内。
发光二极管100可包括任意适合的形状或尺寸，以应用于发光装置的设计或工艺。根据本公开的一些其他实施例，图2A至图2B示出发光二极管102和发光二极管104的立体图，其中发光二极管102和发光二极管104的结构类似于发光二极管100。参考图1A、图2A和图2B，发光二极管100为长方体，其顶表面160t为正方形，顶表面160t的边长可在约0.1毫米至约6.5毫米的范围内。发光二极管102为长方体，其顶表面162t为长方形，顶表面162t的边长可在约0.1毫米至约7毫米的范围内，顶表面162t中长边和短边的差值可在约1毫米至约5毫米的范围内。发光二极管104可为圆柱体，其顶表面164t为圆形，以提供更均匀的光线。
根据本公开的一些其他实施例，图3示出背光模块300的分解图。背光模块300包括载板302、发光二极管100、光学膜304和液晶显示器306。发光二极管100配置于载板302上，以提供背光模块300的光源。光学膜304配置于发光二极管100上方，以进一步均匀化发光二极管100发出的光线。液晶显示器306配置于光学膜304的上方，以接收经由光学膜304均匀化的光线。应理解，背光模块300仅为示例而非意图限制本公开。包括其他组件的背光模块300亦在本公开的范围内。
如图3所示，包括反射层160和透光杯壁140的发光二极管100(如图1B所示)可应用于背光模块300中。由于发光二极管100的反射层160和透光杯壁140增加发光二极管100的发光角度范围，因此可减少发光二极管100和光学膜304之间的光学距离(opticaldistance)，从而减少背光模块300的厚度。另外，由于发光二极管100具有增加的发光角度范围，增加了各发光二极管100可提供的光源范围，因此可减少背光模块300中发光二极管100的数量，从而降低背光模块300的工艺成本。
根据本公开的一些实施例，图4至图8示出在制造工艺各个中间阶段的发光二极管100的截面图，其中截面位置类似于图1B。然而，应注意，图4至图8仅是示例，且非意图限制本公开。相应地，应理解在图4至图8之前、期间和之后可以提供额外的步骤。
图4示出在工艺中间阶段之一的发光二极管100的截面图，包括形成透光杯壁140在底板110上。透光杯壁140形成在底板110上可包括形成实质上垂直于底板110的外壁140b以及和底板110之间具有夹角θ1的内壁140a。如图4所示，透光杯壁140和底板110形成杯型结构，因此可在后续工艺中配置其他元件于杯型结构之中。在一些实施例中，透光杯壁140可包括热塑性或热固性的材料，因此可对应使用不同的工艺形成透光杯壁140，例如射出成型(injection molding)或压缩成型(compression molding)。
图5示出在工艺中间阶段之一的发光二极管100的截面图，包括配置芯片120在底板110上并位于透光杯壁140之间。芯片120配置于底板110上并连接外部电源，以提供发光二极管100的光源。在一些实施例中，芯片120可通过粘着层固定于底板110上。
图6则示出在工艺中间阶段之一的发光二极管100的截面图，包括连接导线130至芯片120，或可称为打线(bonding)。导线130连接芯片120和底板110上的电路或导线支架。芯片120和导线130经配置后，透光杯壁140围绕芯片120。换而言之，芯片120位于透光杯壁140和底板110形成的杯型结构中。
图7示出在工艺中间阶段之一的发光二极管100的截面图，包括形成波长转换层150在透光杯壁140之间。波长转换层150不仅形成在透光杯壁140之间，更形成于芯片120之上并覆盖芯片120。由于波长转换层150形成于透光杯壁140之间，并且波长转换层150覆盖芯片120、导线130和底板110，从而可避免芯片120受到外界的物理侵蚀，提高发光二极管100的稳定性和效率。
在一些实施例中，波长转换层150可包括具有内聚力的胶体。因此，波长转换层150形成于透光杯壁140之间时，波长转换层150形成朝向芯片120凹陷的顶表面150t。举例而言，如图7所示，在垂直于底板110的方向上，波长转换层150的顶表面150t的中央位置至底板110具有厚度H2，而顶表面150t的边缘位置至底板110具有厚度H3，且厚度H3大于厚度H2。在一些实施例中，厚度H2和厚度H3的差值可大于约30微米。在一些实施例中，厚度H2和厚度H3的差值可在约30微米至约100微米的范围内。然而，应理解，可根据发光二极管100的尺寸或材料而包括上述范围以外的厚度H2和厚度H3。
在一些实施例中，形成波长转换层150可包括使用点胶(dispensing)工艺，将波长转换层150的材料注入透光杯壁140和底板110形成的杯型结构之中。换而言之，透光杯壁140和底板110可定义波长转换层150的侧边和底部边界，避免使用其他切割工艺或蚀刻工艺(例如干蚀刻或湿蚀刻)对波长转换层150进行加工。由于波长转换层150的形成不包括切割或蚀刻工艺，避免波长转换层150受到工艺影响(例如切割形成的毛边(flash)或破裂、蚀刻造成的碳黑化或侵蚀)而降低波长转换层150的发光效率。
图8示出在工艺中间阶段之一的发光二极管100的截面图，包括形成反射层160在波长转换层150上并进行烘烤。反射层160包括底表面160b贴附于波长转换层150的顶表面150t，即底表面160b为朝向芯片120凸出的弧形表面。在一些实施例中，反射层160可包括实质上平坦的顶表面160t，以便于形成其他元件在发光二极管100上。
在一些实施例中，形成反射层160可包括使用点胶(Dispensing)工艺，将反射层160的材料添加于波长转换层150之上。如图8所示，反射层160、透光杯壁140和底板110可将波长转换层150封装于发光二极管100的杯型结构中，避免波长转换层150与外界接触，隔离潮湿、腐蚀等外界影响，提高发光二极管100的稳定性。
形成反射层160之后，将发光二极管100进行烘烤，以固化发光二极管100的结构。在一些实施例中，烘烤工艺可为阶段式烘烤，以增加反射层160和波长转换层150之间的附着性，降低湿气和空气进入发光二极管100的可能性。举例而言，烘烤工艺可包括逐渐升温的三段式烘烤(例如第一段烘烤可为约80℃，第二段烘烤可为约100℃，且第三段烘烤可为约150℃)。温度相对低的第一段烘烤可降低波长转换层150的粘度，使波长转换层150填入发光二极管100中的缝隙并减少波纹。温度介于第一段烘烤和第三段烘烤之间的第二段烘烤可减少过快升温产生的内应力(stress)，避免发光二极管100发生形变。温度相对高的第三段烘烤可完全固化发光二极管100并增加反射层160和波长转换层150之间的化学附着。
本公开提供的一种发光二极管结构，在发光芯片上方配置了具有弧形底面的反射层以减少发光二极管上方的发光量，并在发光芯片侧方配置了透光的杯壁以增加发光二极管侧方的发光量。由于反射层和透光杯壁增加发光二极管的发光角度范围，减少发光二极管所需的光学距离和数量，减少使用本公开的发光二极管的背光模块的厚度，增加发光二极管的应用性。
在本公开提供的发光二极管结构形成工艺中，形成包括透光杯壁与底板的杯型结构，并将波长转换层形成于杯型结构中，避免对波长转换层使用切割或蚀刻工艺。由于工艺降低切割或蚀刻工艺对发光二极管的损耗，从而提升发光二极管的良率、降低工艺成本。
前面概述一些实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开的观点。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺和结构的基础，以实现相同的目的和/或实现与本文介绍的实施例相同的优点。本领域技术人员还应该理解，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种发光二极管结构，包括：
一底板；
一芯片，配置于该底板上；
一透光杯壁，配置于该底板上并围绕该芯片；
一波长转换层，在该透光杯壁之间覆盖该芯片；及
一反射层，配置于该波长转换层上，其中该反射层包括朝向该芯片凸出的一弧形底面。
2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该透光杯壁的透光率在20％至100％的范围内。
3.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该透光杯壁的一内壁和该底板之间具有一夹角在90度至170度的范围内。
4.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该反射层的该弧形底面至该反射层的一顶表面的厚度在30微米至100微米的范围内。
5.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该反射层接触该透光杯壁，使得该波长转换层不接触外界。
6.如权利要求1所述的发光二极管结构，其中该发光二极管结构的发光角度在95度至175度的范围内。
7.一种背光模块，包括：
一发光二极管结构，包括：
一底板；
一芯片，配置于该底板上；
一透光杯壁，配置于该底板上并围绕该芯片；
一波长转换层，在该透光杯壁之间覆盖该芯片；及
一反射层，配置于该波长转换层上，其中该反射层包括朝向该芯片凸出的一弧形底面；及
一光学层，配置于该发光二极管结构上。
8.一种形成发光二极管结构的方法，包括：
形成一透光杯壁在一底板上；
配置一芯片在该底板上，其中该透光杯壁围绕该芯片；
连接一导线至该芯片；
形成一波长转换层在该透光杯壁之间，其中该波长转换层覆盖该芯片，该波长转换层包括中央凹陷的一顶表面；及
形成一反射层在该波长转换层上并进行烘烤。
9.如权利要求8所述的形成发光二极管结构的方法，其中该波长转换层的中央厚度和该波长转换层的边缘厚度的差值大于30微米。
10.如权利要求8所述的形成发光二极管结构的方法，其中该反射层包括平坦的一顶表面。
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