CN215731753U - 提高取光率的紫外光发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关提高取光率的紫外光发光二极管(ultraviolet light emitting diode，紫外光LED)封装结构，其设置紫外光LED芯片于基板上并藉由抗反射膜增加向上出光率，并藉由光学元件聚光，且因无胶体填充在紫外光LED芯片与光学元件之间，而避免紫外光LED芯片所产生的紫外光使胶体变质，而劣化，进而避免出光效率降低。
Description
技术领域
本实用新型是有关一种发光二极管封装结构及其制造方法，尤其是一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构及其制造方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件，并且具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期时间长、且不含汞、具有环保效益等优点，近年已被普遍应用于照明。一般LED封装不仅要求能够保护LED芯片，而且还要透光等材料上的特殊要求、封装方法与结构。发光二极管从早期的具可见色光的发光二极管，一路发展到具不可见光的发光二极管，其中，紫外光发光二极管产品主要应用于光固化市场，紫外光发光二极管的光固化相较于传统光固化，具有较佳的固化效率，例如:紫外光发光二极管的照射强度(W)与能量(J)较佳于传统固化光源，因而具有更强的UV照射强度，同时由于采用紫外光发光二极管(ultraviolet light emitting diode，UV LED)作为固化光源的固化成型速度较快，也让紫外光发光二极管跨入固化产品市场的成长迅速。
除此之外，紫外光LED更可应用在抗生(antibiosis)、防尘、纯化、杀菌以及类似方面的生化应用上，尤具优越效能，且因紫外光LED具有体积小、使用寿命长、耗电量低等优点，故，紫外光LED的应用领域，不仅在于光固化市场，更是已拓展到诸如空气清洁器、净水器、冰箱、空调器以及洗碗机的家庭电器、医学器具以及其类似物，已逐渐成为生活上必须的装置。
然而，一般LED的封装材料，基于成本考虑，大多是以PPA(Polyphthalamide，热塑性塑料)封装LED，在紫外线长期曝晒下，产生材料劣化或是封装胶剥离的状况发生。现有技术中，有业者藉由光均匀化减缓紫外光过于集中，而延长封装材料的使用寿命，但仍无法避免材料脆化或是封装胶剥离的状况发生。
基于上述的问题，本实用新型提供一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其藉由抗反射膜搭配光学元件提升紫外光LED芯片上方的光萃取率，以增加紫外光LED芯片的出光效率，进而避免封装材料劣化。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，提供一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其透过基板上设置光学镀膜于紫外光LED芯片周围，并在紫外光LED上设置抗反射膜，提升紫外光LED芯片上方的光萃取率，以增加紫外光LED芯片的出光效率，进而避免封装材料劣化。
为了达到上述的目的，本实用新型揭示了一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其包含一基板、一紫外光LED芯片、一抗反射层、一光学镀膜以及一光学元件，紫外光LED芯片与抗反射层依序设置于基板上，且抗反射层覆盖于紫外光LED芯片上，以及光学元件位于光学镀膜与抗反射层的上，光学元件具有一间隔空间，覆盖紫外光LED芯片与抗反射层，光学元件与紫外光LED芯片及抗反射层之间具有间隔，亦即光学元件藉由间隔空间覆盖紫外光LED芯片与抗反射层，其中抗反射层的材料选自于铪化物、镁化物或上述的组合，且间隔空间为充填空气或真空，而透过光学元件达成聚光效果，其中，该紫外光LED芯片向上并侧向发出紫外光，向上的紫外光透射该抗反射层并通过该间隔空间，使向上的紫外光向上透射该光学元件，侧向的紫外光经该光学镀膜反射而通过该间隔空间，以使侧向的紫外光透射该光学元件。藉此，提升紫外光LED芯片上方的光萃取率，以增加紫外光LED芯片的出光效率，进而避免封装材料劣化。
本实用新型提供一实施例，其内容在于抗反射层的材料进一步选自于氧化硅、氧化铝、氧化镁、三氧化二钇(Y2O3)、氟化钙、氧化铍、三氧化二钆(Gd2O3)、氧化钙、氧化钍(ThO2)、锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)及上述的组合的其中一者。
本实用新型提供一实施例，其内容在于光学元件的一第一宽度为该紫外光LED芯片的一第二宽度的至少五倍。
本实用新型提供一实施例，其内容在于光学元件的材料选自于石英，
本实用新型提供一实施例，其内容在于光学元件的表面进一步涂布氧化硅或硅。
本实用新型提供一实施例，其内容在于基板为一导电基板或一非导电基板。
本实用新型提供一实施例，其内容在于非导电基板的材料选自于氮化铝、氧化铝及上述的组合的其中一者。
本实用新型提供一实施例，其内容在于该铝层为一全覆盖铝部或多个环形铝部，该些个环形铝部的反射强度由内向外递减。
本实用新型提供一实施例，其内容在于该光学镀膜为包含一绝缘层与一铝层的组合。
附图说明
图1：其为本实用新型的一实施例的紫外光发光二极管封装结构的结构示意图；
图2：其为本实用新型的一实施例的紫外光发光二极管封装结构的侧视图；
图3：其为本实用新型的一实施例的抗反射膜抗反射率的曲线图；
图4：其为本实用新型的一实施例的金属反射率的示意图；
图5：其为本实用新型的一实施例的紫外光路径的侧视图；
图6：其为本实用新型的一实施例的剖面A的俯视图；以及
图7：其为本实用新型的一实施例的剖面A的另一俯视图。
【图号对照说明】
10紫外光发光二极管封装结构
12基板
122电路图形
14紫外光LED芯片
16抗反射膜
18光学镀膜
18A绝缘层
18B反射层
18C第一环形反射部
18D第二环形反射部
18E第三环形反射部
20光学元件
20T顶部
20W侧壁部
22涂布层
A剖面
SPACE间隔空间
GAP间隔
R1第一折射光
R2第二折射光
R3第三折射光
R4第四折射光
R5第五折射光
R6第六折射光
R11第一侧向折射光
R12第二侧向折射光
R13第三侧向折射光
RL反射光
W1第一宽度
W2第二宽度
具体实施方式
为了使本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
有鉴于习知紫外光LED技术对于封装胶体的影响，据此，本实用新型遂提出一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构及其制造方法，以解决习知紫外光LED封装结构因紫外光所导致的封装胶体劣化问题。
以下，将进一步说明本实用新型一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构所包含的特性、所搭配的结构：
首先，请参阅图1与图2，其为本实用新型的一实施例的紫外光发光二极管封装结构的结构示意图与侧视图。如图1与图2所示，本实用新型的紫外光LED封装结构10包含一基板12、一紫外光LED芯片14、一抗反射膜16、一光学镀膜18与一光学元件20。其中本实施例的基板12为非导电基板，因此本实施例的基板12为，除此的外，更可为导电基板；本实施例的紫外光LED芯片14为覆晶式芯片设计，而设置于基板12上，因此基板12更进一步设有电路图形层122，以供紫外光LED芯片14连接至外部电路；抗反射膜16为设置于紫外光LED芯片14上，抗反射膜16藉由材料特性，使紫外光LED芯片14向上发光的光线不易产生全反射，因而提升紫外光LED芯片14上方的光萃取率。
其中，抗反射膜16的材料选自于铪化物、镁化物及上述的组合的其中一者，且进一步地，更可选自于氧化铪、石英、氟化镁、氧化铝、氧化镁、三氧化二钇(Y2O3)、氟化钙、氧化铍、三氧化二钆(Gd2O3)、氧化钙、氧化钍(ThO2)、锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)及上述的组合的其中一者；本实施例以氧化铪、石英、氟化镁、氧化铝做举例说明，并请参阅表一:
表一:抗反射膜针对不同材料的光取出率
由表一可知，本实用新型的紫外光LED封装结构10以氧化铪、石英、氟化镁、氧化铝及上述的组合形成的抗反射膜16形成于紫外光LED的上，且上述四组材料在265～280nm都能达到反射率0.1％，且四组在整体光取出效率都有增加。另外，如表二所示，抗反射膜16为一般石英或石英镀膜，其穿透率表现仍有些许差异，约略5％。
表二:抗反射膜为石英的穿透率
| 项目 | 穿透率 |
| 一般石英 | 92％ |
| 石英镀膜 | 97％ |
此外，复参阅图1与图2，由于光学元件20为封闭元件，而封设于基板12上，光学元件20的材料选自于石英，光学元件20的表面进一步设置一涂布层22，涂布层22的材料选自于氧化硅或硅，藉此光学元件20的光穿透绿大于90％，光学元件20内具有一间隔空间SPACE，其充填空气或真空，且间隔空间SPACE包覆紫外光LED芯片14与抗反射膜16，因此间隔空间SPACE进一步覆盖了紫外光LED芯片14的出光方向，即光学元件20的顶部20T与侧壁部20W包覆除了基板12以外的出光方向，且光学元件20透过间隔空间SPACE而与紫外光LED芯片14及抗反射膜16之间具有间隔GAP。此外，光学元件20以石英做为材料的穿透率较佳，而一般玻璃于光波长低于300奈米的穿透率不佳，基于石英的穿透率较佳于传统封装材料，且较不易受紫外光照射而产生劣化的情况，且复参阅图2，光学元件20的一第一宽度W1为该紫外光LED芯片的一第二宽度W2的至少五倍，如此光学元件20的穿透率为大于90％。
如图3所示，抗反射膜16为氧化铪、石英、氟化镁、氧化铪、石英、氟化镁、氧化铝、氧化镁、三氧化二钇(Y2O3)、氟化钙、氧化铍、三氧化二钆(Gd2O3)、氧化钙、氧化钍(ThO2)、锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)及上述的组合的其中一者，而本实施例以氧化铪、石英、氟化镁、氧化铝及上述的组合形成的抗反射膜16作为举例，抗反射膜16于波长260奈米(nm)至290奈米(nm)之间反射率并未超过1％，也就是说本实用新型的抗反射膜16于紫外光的抗反射效果较佳。
紫外光发光二极管封装结构10进一步包含一光学镀膜18，光学镀膜18为设置于基板12上并位于紫外光LED芯片14的周围，因而让紫外光LED芯片14的侧向出光向上反射，其中，本实施例的紫外光LED芯片14所发出的紫外光为紫外光-C。光学镀膜18包含一绝缘层18A与一反射层18B，而绝缘层18A的材料选自于氧化硅或氧化铝，反射层18B的材料选自于金属，例如:铝。如图4所示，金属中，具有较佳反射效果的金属为金、银、铜、铝，特别是铝对于小于300奈米光波长的光线具有较佳的反射率，也就是铝对于紫外光的反射率较佳。
如图5所示，紫外光LED芯片14向上发光的紫外光于偏离第一光轴C1而穿透光学元件20的顶部20T并通过涂布层22，以形成一第一传播路径L1，其自紫外光LED芯片14所产生的紫外光向上入射至抗反射层16，经抗反射层16发生第一次折射而产生第一折射光R1，经离开抗反射层16而入射至间隔空间SPACE时即发生第二次折射，而产生第二折射光R2，接续入射至光学元件20即发生第三次折射，而产生第三折射光R3，遂进入到涂布层22，则进一步产生第四次折射，而产生第四折射光R4，以出射至光学元件20的外部，因而发生第五次折射，藉此产生第五折射光R5，由第一折射光R1至第五折射光R5即为紫外光的第一传播路径L1。
另外，紫外光LED芯片14的侧向紫外光于偏离第二光轴C2并经反射层18B反射而穿透光学元件20的侧壁部20W后，以形成一第二传播路径L2，其中紫外光LED芯片14侧向发出的紫外光于入射至间隔空间SPACE，即发生第一次折射，而产生一第一侧向折射光R11，第一折射光R11偏离第二光轴C2并经反射层18B反射，而产生一反射光RL后，随即反射光RL入射至光学元件20的侧壁部20W，而产生第二次折射，产生一第二侧向折射光R12，第二侧向折射光R12出射至光学元件20的外部，发生第三次折射，而产生第三侧向折射光R13，藉由第一侧向折射光R11至第三侧向折射光R13，以形成第二传播路径L2。如此藉由光学元件20取代传统封装材料，因而避免封装材料曝晒于紫外光下而劣化的问题。
如图6所示，其为依据如图1所示的剖面A向下俯视所得的俯视图，由图6可知，反射层18B为覆盖并环绕于紫外光LED芯片14的周围，即反射层18为一全覆盖铝部，其全然覆盖紫外光LED芯片14。如图7所示，反射层18B改为多个环形部，随设置位置，越向外的反射层呈现越细小的线条，即第一环形部18C的宽度大于第二环形部18D的宽度，第二环形部18D的宽度大于第三环形部18E，基于宽度与反射效果成正比，因此该些个环形部，即第一环形部18C、第二环形部18D与第三环形部18E的反射强度由内向外递减。
综上所述，本实用新型的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构及其制造方法为透过紫光外LED芯片与抗反射层依序设置于基板上，再由光学元件取代传统封装材料覆盖于紫光外LED芯片与抗反射层上，因而避免传统封装材料受紫外光长期曝晒而劣化的问题。此外，紫外光LED芯片的周围进一步设置光学镀膜，以增强紫外光LED芯片的周围的光反射效果。
上文仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其包含:
一基板；
一紫外光LED芯片，设置于该基板上；
一抗反射层，覆盖于该紫外光LED芯片上；
一光学镀膜，设置于该基板上并位于该紫外光LED芯片的周围；以及
一光学元件，封设于该基板上，该光学元件具有一间隔空间，该间隔空间覆盖该紫外光LED芯片及该抗反射层，该光学元件与该紫外光LED芯片及该抗反射层之间具有一间隔，该间隔空间为充填空气或真空；
其中，该紫外光LED芯片向上并侧向发出紫外光，向上的紫外光透射该抗反射层并通过该间隔空间，且向上的紫外光向上透射该光学元件，侧向的紫外光经该光学镀膜反射而通过该间隔空间，以使侧向的紫外光透射该光学元件。
2.如权利要求1所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中该光学元件的一第一宽度为该紫外光LED芯片的一第二宽度的至少五倍。
3.如权利要求1所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中该光学元件的材料选自于石英。
4.如权利要求1所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中该光学元件的表面进一步涂布氧化硅或硅。
5.如权利要求1所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中该基板为一导电基板或一非导电基板。
6.如权利要求1所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中一铝层为一全覆盖铝部或多个环形铝部，该些个环形铝部的反射强度由内向外递减。
7.如权利要求6所述的提高取光率的紫外光发光二极管封装结构，其特征在于，其中该光学镀膜为包含一绝缘层与该铝层的组合。
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