TW201145595A - Light emitting diode package and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

201145595 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種半導體發光元件’特別涉及一種發光二 極體封裝結構及其製造方法。 [0002] [先前技術] 作為一種新興的光源，發光二極體憑藉其發光效率高、 體積小、重量輕、環保等優點，已被廣泛地應用到當前 的各個領域當中，大有取代傳統光源的趨勢。 0 [0003] 習知的發光二極體通常包括一基底、設置於基底上的發 光二極體晶片、封裝於發光二極體晶片上的螢光物質及 〇 透明蓋板。發光二極體晶片發出的光可激發螢光物質發 出不同波長的光’從而與發光二極體晶片發出的光混合 成不同顏色例如白色的光。然而發出的光是從具有高折 射率的螢光物質與透明蓋板向具有低折射率的空氣進行 傳播’在螢光物質與透明蓋板的介面處以及在透明蓋板 與空氣的介面處就難免產生全反射，以致光反射回發光 二極體晶片而無法射出，從而影響發光二極體的出光效 率。因此業者通常會在發光二極體晶片的表面上形成光 子晶體結構，以增加發光二極體的出光效率。目前多為 利用奈米轉印技術以形成光子晶體結構，雖然奈米轉印 技術可以大批量製作出具有光子晶體結構的模仁，但精 度不尚，以至景》響光子晶體結構的性能，從而對發光二 極體的出光效率產生負面影響。另外，奈米轉印通常還 會產生殘留層過厚與均勻度不高的問題。 【發明内容】 099118101 表單編號A0101 第3頁/共23頁 0992032115-0 201145595 [0004] 有鑒於此，有必要提供一種發光二極體封裝結構及其製 造方法，利用該製造方法得到的發光二極體具有更高的 出光效率。 [0005] 一種發光二極體封裝結構，包括用於封裝發光二極體晶 片的封裝體，所述封裝體的内表面、外表面及入光面中 的至少一面上形成光子晶體圖案，且所述光子晶體圖案 係利用晶圓級基板模仁加工形成。 [0006] —種發光二極體封裝結構的製造方法，其步驟包括： [0007] 提供發光二極體晶片，將發光二極體晶片設置在一封裝 基板上並電性連結到外部電極； [0008] 提供晶圓級基板模仁； [0009] 加工所述晶圓級基板模仁，使晶圓級基板模仁上形成光 子晶體圖案； [0010] 提供封裝材料，並將封裝材料填充至晶圓級基板模仁内 形成封裝體，其中封裝體的表面具有上述光子晶體圖案 :及 [0011] 將封裝體封裝於發光二極體晶片上。 [0012] 與習知技術相比，本發明發光二極體封裝結構利用晶圓 級基板作為模仁，並加工晶圓級基板模仁使其上形成光 子晶體圖案，可精確形成光子晶體，從而提高發光二極 體的出光效率。 【實施方式】 [0013] 圖1為本發明一實施方式的發光二極體封裝結構的剖視示 099118101 表單編號A0101 第4頁/共23頁 0992032115-0 201145595 意圖。該發光二極體封裝結構包括一封裝體1〇，該封裝 體10用於封裝發光二極體晶片12 (圖7)。封裝體1〇在本 實把方式中為一透鏡，當然在其他實施方式中不排除為 螢光體等其他封裝物。該封裝體10大致呈圓頂形，内凹 设一空間100，封裝體10的表面包括一内表面102，_外 表面104 ’及位於空間1〇〇的底部的一入光面1〇3。封褒 體10的外表面104上鋪設有一層光子晶體結構構成的光子 晶體圖案20。光子晶體結構是週期性規則的介電質分佈 之光學結構，且光子晶體結構週期性排列的方向並不等 〇 同於帶隙出現的方向在一維光子晶體和二維光子晶體 中’也有可能出現全方位的三維帶隙結構。光子晶體結 構的粒徑大小約為1 〇 〇 〇奈米以下，於本發明較佳的實施 方式中，所述光子晶體結構的粒徑為可見光波長的二分 之一或者小於350奈米。該光子晶體圖案2〇係利用晶圓級 基板模仁30 (圖6)加工而成，詳細說明請見下文。 [0014]光子晶體圖案20的密度還可呈梯度分佈，在封裝體的 出光強度較大的位置上設置密度較大的光子晶體圖案2〇 ，而在封裝體10的出光強度較小的位置上設置密度較小 的光子晶體圖案20，即光子晶體圖案2〇的密度與經過封 裝體10的光強度成正比，如此設置可以更加有效地提高 出光效率。具體地，如圖2中所示，對應出光強度大的處 於中間區域的光子晶體圖案2〇a的密度最大，對應出光強 度小的處於最週邊區域的光子晶體圖案2〇d的密度最小， 四光子晶體圖案20a，20b，20c，20d的密度依次減小。 在其他實施方式中，光子晶體圖案2〇可隨出光強度連續 099118101 表單編號A0101 第5頁/共23頁 0992032115-0 201145595 變化，而非呈區域明顯的梯度變化。 [0015] 請參考圖3-5,在不同的實施方式中，光子晶體圖案20不 僅可設置在封裝體10的外表面104上，還可設置在封裝體 10的内表面102上，或者封裝體10的入光面103上，還可 以同時設置在封裝體10的多個表面上，例如同時設置在 入光面103和外表面104上，或者同時設置在内表面102 和入光面103上。 [0016] 請同時參考圖6，本發明一實施方式中的發光二極體封裝 結構的製造方法包括如下步驟： [0017] 第一步，提供晶圓級基板模仁30。值得說明的是，所述 之晶圓級基板模仁30的形狀可依據封裝體的形狀作變化 。圖6之晶圓級基板模仁30的結構是根據前述的實施方式 顯示。 [0018] 第二步，加工所述晶圓級基板模仁30，使晶圓級基板模 仁30上形成光子晶體圖案20。 [0019] 第三步，提供封裝材料，並將封裝材料填充至晶圓級基 板模仁30内形成封裝於發光二極體晶片上的封裝體10， 其中封裝體10的表面具有上述光子晶體圖案20。 [0020] 最後，可將具有光子晶體圖案20的封裝體10覆蓋在發光 二極體晶片上。 [0021] 由於利用晶圓級基板作為模仁，在晶圓級基板模仁30上 加工形成光子晶體圖案20，可精確形成光子晶體結構， 從而提高發光二極體的出光效率。 099118101 表單編號A0101 第6頁/共23頁 0992032115-0 201145595 [0022] [0023] [0024] Ο [0025] ❹ [0026] [0027] 其中，加工晶圓級基板模仁30可採用電鑄加工，或者各 種高能量束加工，例如電子束加工、離子束加工或者雷 射光束加工等。 在第二步中也可以加工晶圓級基板模仁30形成光子晶體 圖案20的薄膜，再將薄膜貼覆在第三步中形成的封裝體 10的表面上。 在上述實施方式中，可使晶圓級基板模仁30上形成的光 子晶體圖案20的密度呈梯度分佈。例如圖2所述之實施方 式，可在封裝體10的出光強度較大的位置上設置密度較 大的光子晶體圖案20a，而在封裝體10的出光強度較小的 位置上設置密度較小的光子晶體圖案20d，即光子晶體圖 案20的密度與經過封裝體10的光強度成正比。 其中前述提供的封裝材料可以為玻璃、矽膠、聚氯丁烯 (PC，Polychloroprene)或者聚曱基丙烯酸曱酯（ PMMA ， polymethyl methacrylate)。 在上述實施方式中，例如圖3至5所述之實施方式，可將 第三步中形成的封裝體10的具有光子晶體圖案20的一面 朝向發光二極體晶片設置，亦即封裝體10的内表面102上 設有光子晶體圖案20。當然，也可以相反設置，亦即將 封裝體10的外表面104上設有光子晶體圖案2 0。 在一些實施方式中，還可以將螢光粉均勻填充在上述的 封裝材料中。螢光粉可以是例如石榴石基螢光粉、矽酸 鹽基螢光粉、原矽酸鹽基螢光粉、硫化物基螢光粉、硫 代鎵酸鹽基螢光粉和氮化物基螢光粉。這些螢光粉與上 099118101 表單編號A0101 第7頁/共23頁 0992032115-0 201145595 述封裝材料混合，使發光二極體晶片發出的光可以在螢 光粉與上述封裝材料形成的封裝體ίο内被轉化成所期望 的波長的光，從而與發光二極體晶片發出的光混合形成 不同波長的光^例如白光等。 [0028] 當然還可以在上述封裝材料中填充擴散劑，或者在已經 含有螢光粉的封裝材料中填充擴散劑。擴散劑可以是二 氧化矽系列光擴散劑、二氧化鈦系列光擴散劑或者碳酸 好系列光擴散劑。擴散劑可增加光的散射和透射，進而 增加發光二極體之發光效率。 [0029] 在一些實施方式中，還可將第三步中形成的封裝體10的 表面塗布一層螢光粉。具體的，可以將螢光粉塗布在封 裝體10的形成光子晶體圖案20—側的表面上，該螢光粉 塗布在光子晶體圖案20上。當然，也可以將螢光粉塗布 在封裝體10的未形成光子晶體圖案20—側的表面上，或 者封裝體10兩側的表面上均塗布有螢光粉。 [0030] 上述方法是先形成封裝體10，然後將封裝體10覆蓋在發 光二極體晶片12上，上述方法可形成圖1至圖5中示出的 各個實施方式的發光二極體封裝結構。當然在其他實施 方式中還可以利用成型技術直接將封裝體1 0形成於發光 二極體晶片上。請參圖7-9，本發明另一實施方式中的發 光二極體封裝結構的製造方法包括如下步驟： [0031] 首先，提供發光二極體晶片12，將發光二極體晶片12設 置在一基板14上並電性連結到外部電極（未標示）。值得 說明的是，所述基板14並不局限於圖7至圖9所顯示的結 099118101 表單編號A0101 第8頁/共23頁 0992032115-0 201145595 構，亦可以包含其他任一結構。 [0032] [0033] Ο [0034] [0035] ❹ 接著，提供-晶圓級基板模仁3卜包括上模紅312與下模 仁314。上模仁312上設有若干注射通道31 3。加工上模 仁312，使上模仁312的腔内表面形成光子晶體圖㈣、。 然後，將載有發光二極體“ 12的基板14置於下模仁 上。當上模仁312與下模仁314閉合時，兩者之間形成封 裝體10的形狀。從注射通道313沿圖8中箭頭所示方向注 射液態封裝材料至晶圓級基板模仁31内，待封裝材料冷 卻後即形成封裝體丨〇的_，且封裝體_表面上具: 光子晶體圖案20。該封裝體1G呈圓頂形，並覆蓋在發光 —極體晶片12上。 最後，移除晶®級基韻仁仏，並則、水刀或者 線刀，沿著切割線315切割，即可得到互相分離的發光二 極體封裝結構。 請參圖10 ’在上模仁312與下模仁3U之間還可設置一假 表、述在上模仁312腔内表面形成光子晶體圖案20 不同的是，在假模32上加工出光子晶體圖_。該實施 方式中還可以加讀模32形成具㈣子晶體圖獅 的薄膜，進而設置在上模仁312的腔内表面或者發光二極 體晶片12上，從而在封裝體_外表面104上或者入光面 103上形成光子晶體圖案20。其他步驟與上述實施方式中 的相同’因此不再贅述。 [0036] 綜上所述，本發明確 出專利申請。惟，以 已符合發明專利之要件，遂依法提 上所述者僅為本發明之較佳實施方 099118101 表單編號Α0101 第9頁/共23頁 0992032115-0 201145595 式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本 案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化 ，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 [0037] 圖1為本發明一實施方式的發光二極體封裝結構的剖視示 意圖。 [0038] 圖2為本發明一實施方式的發光二極體封裝結構的俯視示 意圖。 [0039] 圖3至圖5為本發明不同實施方式的發光二極體封裝結構 的剖視示意圖。 [0040] 圖6至圖1 0為本發明不同實施方式的發光二極體封裝結構 的製造過程示意圖。 【主要元件符號說明】 [0041] 封裝體：10 [0042] 空間：100 [0043] 内表面：102 [0044] 入光面：103 [0045] [0046] [0047] [0048] 外表面：1 0 4 發光二極體晶片：12 基板：14 光子晶體圖案：20、20a、2 Ob、20c、2 0d 晶圓級基板模仁：30、31 099118101 表單編號A0101 第10頁/共23頁 0992032115-0 [0049] 201145595 [0050] 上模仁：312 [0051] 注射通道：313 [0052] 下模仁：314 [0053] 切割線：31 5 ❹

099118101 表單編號A0101 第11頁/共23頁 0992032115-0

Claims (1)

1. 201145595 七、申請專利範圍： 1 . 一種發光二極體封裝結構，包括用於封裝發光二極體晶片 的封裝體，其改良在於：所述封裝體的内表面、外表面及 入光面中的至少一面上形成光子晶體圖案，且所述光子晶 體圖案係利用晶圓級基板模仁加工形成。 2 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中 所述光子晶體圖案的密度呈梯度分佈。 3 .如申請專利範圍第1或2項所述之發光二極體封裝結構，其 中所述光子晶體圖案的密度與經過封裝體的光強度成正比 〇 4 . 一種發光二極體封裝結構的製造方法，其步驟包括： 提供發光二極體晶片，將發光二極體晶片設置在一封裝基 板上並電性連結到外部電極； 提供晶圓級基板模仁； 加工所述晶圓級基板模仁，使晶圓級基板模仁上形成光子 晶體圖案； 提供封裝材料，並將封裝材料填充至晶圓級基板模仁内形 成封裝體，其中封裝體的表面具有上述光子晶體圖案；及 將封裝體封裝於發光二極體晶片上。 5 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構的製造 方法，其中採用電鑄加工或高能量束加工所述晶圓級基板 模仁而形成光子晶體圖案。 6 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構的製造 方法，其中所述封裝材料為玻璃、矽膠、PC或者PMMA。 7 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構的製造 099118101 表單編號A0101 第12頁/共23頁 0992032115-0 201145595 方法，其中所述封裝材料中填充有螢光粉。 8 .如申請專利範圍第4或7項所述之發光二極體封裝結構的製 造方法，其中所述封裝材料中填充有擴散劑。 9 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構的製造 方法，其中所述封裝體的至少一個表面上塗布有螢光粉。 10 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構的製造 方法，其中所述光子晶體圖案的密度在晶圓級基板模仁上 呈梯度分佈。 〇 099118101 表單編號A0101 第13頁/共23頁 0992032115-0