TW201332158A - 可相容不同波長之ｌｅｄ的晶片直接封裝（ｃｏｂ）架構 - Google Patents

Abstract

一種可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，此晶片直接封裝(Chip on Board；COB)架構主要係於一基材上規劃設置有導電層，並由導電層的分隔配置，來連接複數個不同波長及色溫且不同封裝型態的LED晶片，使各不同封裝型態的LED晶片得以電性連接以成為發光矩陣，並於發光矩陣之上設置有至少一個透鏡(Lens)來提升發光的效率，進而達到保護晶片直接封裝(COB)架構的功效。

Description

可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構

本發明係有關一種封裝架構，係指一種LED的晶片直接封裝(COB)架構，特別為一種可相容不同波長及色溫且不同封裝型態的LED晶片的封裝架構，可應用於促進各式植物栽種及農業使用的光合照明。

近年來發光二極體(light emitting diode；LED)技術日臻成熟，且LED具有與習知燈泡或螢光燈相比較小之電功率消耗，同時較習知燈泡或螢光燈具有更長的使用壽命，進而具有減少電功率消耗及極佳耐久性；此外LED可安裝於狹窄空間中且具有強烈抗振動性，因此LED之發光裝置已被廣泛應用於顯示設備及照明領域。

傳統之植物燈(或稱為電照燈)大都是使用白熾燈或是省電燈泡，其設置於人工氣候室、植物生長箱、植物生長室或露天田園燈架上，做為仿日照的控制光源；白熾燈有產生熱能高(耗電)、發光效率低、壽命短等缺點，但相對售價便宜；省電燈泡在產生熱能、發光效率、壽命等方面都優於白熾燈，但其缺點為售價較高，此外省電燈泡還有汞及輻射的污染問題；但不論是白熾燈或是省電燈泡，在點燈工作時都會產生高熱，遇水也都有破裂的問題；此外，白熾燈或是省電燈泡都是玻璃製品，裝卸時也容易破裂割傷人手，以光輻射角度來探討，白熾燈或是省電燈泡皆是球體光輻射光源，但就植物電照而言，植物位於燈下往下輻射光為有效光，其餘皆屬無效光。也就是說，白熾燈或是省電燈泡都浪費太多輻射光源。就生產及組裝程序來看，白熾燈或是省電燈泡的燈管生產皆屬精密，量產生產線投資昂貴。

因此若以LED搭配設置於植物燈之上，必可有效改善前述傳統植物燈的問題，因此如何將LED與植物燈結合，進而提升改善傳統植物燈之運作效能，實為一具思考價值之技術課題。

經查目前已有不少習知技術係將LED應用於植物生長燈之上，但如要有效促進植物生長，植物燈則需要廣域的波長為佳，因此若能將植物燈整體的外觀縮減並提升照明效能，將對植物之生長有莫大的裨益。

且除了植物生長之外，LED照明產品還可以根據其產品特性將之廣泛應用在農業活動上，因LED產品的光源具有可控、可調節性，光照波長可以進行設計調節，能夠根據要求滿足不同農業運作過程對於不同波段光線的需求；同時LED照明產品體積小，不會佔用過多農業用地和空間，且不影響作物生長，未來更可能進階應用於生物畜養及水產養殖等方向，例如2010年美國農業部資助普渡大學的評估並提高LED在溫室中應用的研究項目，日本也從2005年研究使用藍光LED集魚燈來替代金屬鹵化物集魚燈等，由此可見LED照明產品應用於農業實為一未來趨勢。

有鑑對於前述LED燈應用於農業的需求及習知技術未及之處，本發明則提供一種可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其主要目的在於將不同波長及色溫之LED整合封裝於一發光矩陣中，來減少LED燈成品的體積並提升發光的效率，此晶片直接封裝(COB)架構主要係於一基材上規劃設置有導電層，並由導電層的分隔配置，來連接複數個不同波長及色溫且不同封裝型態的LED晶片，使各不同封裝型態的LED晶片電性連接以成為發光矩陣，並於發光矩陣之上設置有至少一個透鏡(Lens)來提升發光的效率，進而達到保護晶片直接封裝(COB)架構的功效。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效，有關本發明之詳細內容及技術，茲就配合圖式說明如下。

為清楚揭露本發明所揭露可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構的技術特徵，以下將就本發明之內容加以述明，更同時佐以圖式俾使該些技術特徵得以彰顯。

首先，請先參照「第1圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之發光矩陣架構圖。

本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，此晶片直接封裝(COB)架構主要係於基材上規劃設置有導電層，如基材係使用導電材質製作，則在導電層與基材中間需設置有一絕緣層來分隔導電層與基材，並由導電層的分隔配置來連接複數個不同波長且不同連接型態的LED晶片來型成發光矩陣10，而發光矩陣10之發光晶片數量並無特定限制，各發光晶片間可以串連方式來電性連接，其中發光晶片可選用：紅光晶片(波長介於620~670nm)、紅外線晶片(波長介於700~750nm)、藍光晶片(波長介於390~460nm)、紫外線晶片(UVB波長介於280~320nm，而UVA波長介於360~390nm)、綠光晶片(波長介於500~580nm)、黃光晶片(波長介於580~600nm)及色溫2600K~10000K來任意組合搭配。

為兼顧不同波長及色溫之發光晶片的正向電壓(Vf)各有差異，所以發光矩陣10亦可以劃分為至少一個工作區域，如圖示中黑色區域(5x5)即可單獨劃分成一工作區域，各工作區域內部鄰接的發光晶片，可以選用正向電壓(Vf)差異不大於5%範圍之發光晶片，來增加發光矩陣工作時發光的穩定度；而各工作區域間可用並聯(或串聯)的方式電性連接作總體控制，或是各工作區域單獨外接作分段控制，並不受限於單一固定的顯示型態。

接下來就本發明之晶片直接封裝(COB)架構作更進一步之詳細說明，請繼續參照「第2A圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(1)圖。

本發明於發光晶片所組成的發光矩陣中，可以選用各種不同波長及色溫之水平型態發光晶片11(Horizontal PN chip)來組合，水平型態發光晶片11固定於基材之上，其特徵在於上表層設置有第一電極及第二電極，可透過打線接合(wire bonding)來與鄰接的水平型態發光晶片11之電極及導電層20作電性連接，以使各發光晶片形成串聯型態。

除了前述之水平型態發光晶片11(Horizontal PN chip)之外，同樣可選用各種不同波長及色溫之垂直型態發光晶片12(Vertical PN chip)來組合，垂直型態發光晶片12同樣係固定於基材之上，其特徵在於上表層設置有第一電極，而下表層則設置有第二電極，第一電極可透過打線接合(wire bonding)來與鄰接的垂直型態發光晶片12之導電層20作電性連接，而第二電極可直接於固晶時與導電層20貼合形成電性連接，使各鄰接的發光晶片形成串聯型態，前述實施例請參照「第2B圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(2)圖。

請繼續參照「第2C圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(3)圖，除了前述2種不同封裝型態的發光晶片外，亦可選用各種不同波長及色溫之覆晶型態發光晶片13(Flip chip)來組合，覆晶型態發光晶片13同樣係固定於基材之上，其特徵在於下表層設置有第一電極及第二電極，而第一電極與第二電極可直接於固晶時與導電層20貼合形成電性連接，以使各鄰接之發光晶片形成串聯型態。

由上述可以清楚了解各種不同封裝型態的發光晶片，都具有不同的電極位置，為了滿足各晶片間電性連接的需求，本發明之的晶片直接封裝(COB)架構更可以有以下實施方式，請參照「第2D圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(4)圖。

此一實施型態為水平型態發光晶片11結合垂直型態發光晶片12的實施態樣，其中導電層20可分隔為複數個導電區域，然後將水平型態發光晶片11與垂直型態發光晶片12固定於基材之上，並透過打線接合(wire bonding)及固晶時與導電層20形成電性連接，來使各發光晶片形成串聯型態。

除了2D圖所述之型態，請參照「第2E~2G圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(4~6)圖。

此3個圖示與2D圖有異曲同工之處，就是都可將不同波長及色溫且不同封裝型態的發光晶片加以混搭設置成為發光矩陣，其中第2E圖為垂直型態發光晶片12結合覆晶型態發光晶片13的實施態樣，而2F圖則為水平型態發光晶片11結合覆晶型態發光晶片13的實施態樣，2G圖則為水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12與覆晶型態發光晶片13的混合設置型態，其特點皆在於透過導電層20分隔形成的導電區域，來適當的與各型態的發光晶片形成電性連接，進而使各發光晶片形成串聯型態。

當各發光晶片完成電性連接後，則可於發光晶片上設置透鏡(Lens)，接下來請參照「第3A圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例示意(1)圖。

由圖中可以看出當水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將獨立透鏡41設置封裝於單一的發光晶片之上，並使獨立透鏡41與基材30緊密結合，以保護發光晶片與對應的導電區域，此獨立透鏡41除了具保護晶片直接封裝(COB)架構外，更有提升發光效率的功能；除了3A圖中平面式的封裝架構，為了增加封裝架構的強固性，更可選用具有容置發光晶片空間的半埋式基材30，同樣於水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將獨立透鏡41設置封裝於單一的發光晶片之上，並使獨立透鏡41與基材30緊密結合，以保護發光晶片與對應的導電區域，此半埋式的實施方式請參照「第3B圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例示意(2)圖。

當發光矩陣10上封裝設置完成獨立透鏡41後，其型態可參照「第3C圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例正視圖；圖中可看出獨立透鏡41與基材30結合，並將發光晶片(方型虛線示意)包覆於其中，進而保護導電層與發光晶片間之電性連接點，來提升良率並增加產品的穩定度；其中本發明之基材30的材質可選用：金屬基板(例如：鋁基板、銅基板及合金基板等)、陶瓷基板、矽基板及非金屬基板(如：鑽石、石墨等)之群組中，依設計需求任選前述之材質來製成。

除了前述的獨立透鏡封裝方式，在不違反同一發明精神下更可有以下實施方式，請參照「第4A圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例示意(1)圖。

此一實施例則為當水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將點平透鏡42設置封裝於所有的發光晶片之上，並使點平透鏡42與基材30緊密結合，以保護發光晶片與導電層20，此點平透鏡42除了具保護晶片直接封裝(COB)架構外，更有提升發光效率的功能，同時點平透鏡之體積扁平，具有縮減空間的效果；除了4A圖中平面式的封裝架構，為了增加封裝架構的強固性，更可選用具有容置發光晶片空間的半埋式基材30，同樣於水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將點平透鏡42設置封裝於所有的發光晶片之上，並使點平透鏡42與基材30緊密結合，以保護發光晶片與對應的導電區域，此半埋式的實施方式請參照「第4B圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例示意(2)圖。

當發光矩陣10上封裝設置完成點平透鏡42後，其型態可參照「第4C圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例正視圖；圖中可看出點平透鏡42與基材30結合，並將發光矩陣10中的發光晶片(方型虛線示意)包覆於其中，進而保護導電層與發光晶片間之電性連接點，來提升良率並增加產品的穩定度。

最後請參照「第5A圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例示意(1)圖。

由圖中可以看出當水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將光學透鏡43設置封裝於所有的發光晶片之上，並使光學透鏡43與基材30緊密結合，以保護發光晶片與導電層20，此光學透鏡43除了具保護晶片直接封裝(COB)架構外，更有提升發光效率的功能；除了5A圖中平面式的封裝架構，為了增加封裝架構的強固性，更可選用具有容置發光晶片空間的半埋式基材30，同樣於水平型態發光晶片11、垂直型態發光晶片12、覆晶型態發光晶片13與導電層20間完成電性連接後，則可將光學透鏡43設置封裝於所有的發光晶片之上，並使光學透鏡43與基材30緊密結合，以保護發光晶片與對應的導電區域，此半埋式的實施方式請參照「第5B圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例示意(2)圖；而「第5C圖」，係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例正視圖，此圖中所示則為發光矩陣10上封裝設置光學透鏡43完成後的態樣，其功能與結構與4C圖近似，惟不同之處僅在於透鏡型態的差異，故在此不再重覆贅述。

前述的各種不同的透鏡，可選用矽膠(Silicone)、玻璃(Glass)或環氧樹脂(Epoxy)等材質來製作，而發光晶片除了可選用不同波長之LED的晶片外，更可選用具有廣闊色溫(2600K~10000K範圍之內)的發光晶片來組成發光矩陣，同時藉由導電層分隔成複數個導電區域的設計，可以選擇各種不同封裝型式的發光晶片來組裝，進而增加了商品生產的便利性；唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10．．．發光矩陣

11．．．水平型態發光晶片

12．．．垂直型態發光晶片

13．．．覆晶型態發光晶片

20．．．導電層

30．．．基材

41．．．獨立透鏡

42．．．點平透鏡

43．．．光學透鏡

第1圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之發光矩陣架構圖；

第2A圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(1)圖；

第2B圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(2)圖；

第2C圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(3)圖；

第2D圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(4)圖；

第2E圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(5)圖；

第2F圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(6)圖；

第2G圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之剖面示意(7)圖；

第3A圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例示意(1)圖；

第3B圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例示意(2)圖；

第3C圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第一實施例正視圖；

第4A圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例示意(1)圖；

第4B圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例示意(2)圖；

第4C圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第二實施例正視圖；

第5A圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例示意(1)圖；

第5B圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例示意(2)圖；及

第5C圖係為本發明可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構之第三實施例正視圖。

10．．．發光矩陣

Claims (9)

1. 一種可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，該封裝架構包含有：一基材；一導電層，該導電層設置於該基材之上，該導電層更分隔為複數個導電區域；複數個不同波長之發光晶片，該發光晶片更包含至少一種封裝型態，該發光晶片固定該導電層之上，並與至少一個該導電區域電性連接且排列成為一發光矩陣；及至少一個透鏡，該透鏡與該基材相接合，並將該發光晶片包覆於其中。
2. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該基材更為一金屬基板、一陶瓷基板、一矽基板及一非金屬基板之群組中選擇至少一個所組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該發光矩陣更包含有一紅光晶片、一紅外線晶片、一藍光晶片、一紫外線晶片、一綠光晶片及一黃光晶片中選擇至少一個所組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該發光晶片更具有在2600K至10000K之範圍中的色溫。
5. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該發光晶片之封裝型態更包含一水平型態、一垂直型態及一覆晶型態中任選所組成。
6. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該透鏡之材質更包含有一矽膠、一玻璃及一環氧樹脂中任選其一。
7. 如申請專利範圍第1項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，其中該發光矩陣更劃分為至少一個工作區域，該工作區域設置有複數個該發光晶片，且該發光晶片以一串連方式或一並聯方式中任意選擇組合後電性連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，該工作區域中各鄰接之該發光晶片一正向電壓(Vf)更不高於5%。
9. 如申請專利範圍第7項所述可相容不同波長之LED的晶片直接封裝(COB)架構，該工作區域間更以該並聯方式或該串聯方式中任意選擇組合後電性連接。