TW201721906A - 發光二極體封裝結構及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體封裝結構，包括一基材、一發光二極體以及一封裝膠體。發光二極體配置於基材表面上且適於產生及發射一光。封裝膠體配置於基材上且包覆發光二極體，其中封裝膠體具有與基材表面平行的一表面以及與基材表面垂直的多個表面。光通過與基材表面平行之表面後具有一第一發光強度，光通過與基材表面垂直的這些表面後具有一第二發光強度，第一發光強度大於第二發光強度。此外，一種發光二極體封裝結構的製造方法亦被提及。
Description
本發明是有關於一種封裝結構及其製造方法，且特別是有關於一種發光二極體封裝結構及其製造方法。
發光二極體是一種由含有III-Ⅴ族元素的半導體材料所構成的發光元件，且發光二極體具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，因此已被廣泛應用於家用及各種設備中的指示器或光源。近年來，發光二極體已朝多色彩及高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。在未來，發光二極體甚至可能成為兼具省電及環保功能的主要照明光源，亦可能廣泛應用於各種裝飾性或指示性照明。
舉例來說，可將發光二極體封裝結構裝設於電子裝置的按鍵而使所述按鍵能夠發光，以便於使用者在黑暗中操作按鍵，或藉所述光提升電子裝置的美感。為了讓發光二極體封裝結構產生的光能夠有效率地進行傳遞以提供按鍵良好的發光能力，發光二極體封裝結構本身在各方向的發光強度之控制顯得十分重要。
本發明提供一種發光二極體封裝結構，在特定方向具有較大的發光強度。
本發明的發光二極體封裝結構包括一基材、一發光二極體以及一封裝膠體。發光二極體配置於基材表面上且適於產生及發射一光。封裝膠體配置於基材上且包覆發光二極體，其中封裝膠體具有與基材表面平行的一表面以及與基材表面垂直的多個表面。光通過與基材表面平行之表面後具有一第一發光強度，光通過與基材表面垂直的這些表面後具有一第二發光強度，第一發光強度大於第二發光強度。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝結構包括一覆蓋元件，其設置於封裝膠體與基材表面垂直之等多個表面的至少其中之一，光通過覆蓋元件後具有一第三發光強度，其中第三發光強度小於第二發光強度。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體在與基材表面呈垂直的至少一表面以及相對於至少一表面之封裝膠體表面之間設置有一覆蓋元件，使得通過覆蓋元件自封裝膠體表面透出的光具有一第三發光強度，其中第三發光強度小於第二發光強度。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體在與基材表面呈垂直的至少一表面上設置有一覆蓋元件，使得通過覆蓋元件自封裝膠體表面透出的光具有一第三發光強度，其中第三發光強度小於第二發光強度。
在本發明的一實施例中，上述的覆蓋元件係藉由噴塗、濺鍍、壓模、或磨砂之方式所形成。
在本發明的一實施例中，上述的覆蓋元件主要是由膠材及填充物所構成，其中該填充物佔整體覆蓋元件重量百分濃度的50%以上，更佳的是能夠達到70%以上。該填充物可以至少包括反射元件以及折射粒子，因此能夠將由封裝膠體所透出的光再進行折射，因此覆蓋元件的透光率將低於封裝膠體的透光率。
在本發明的一實施例中，上述的覆蓋元件之一端至少部分切入基材表面，並且，該覆蓋元件係與基材之材料可以使用相同，或者是不同的材料所構成。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體為由一氮化鎵系的半導體晶片所組成，該半導體晶片還包括一發光層結構，當該半導體晶片放置於基材表面後，該發光層將與覆蓋元件垂直，同時，該半導體晶片長與寬長度可以為不同，而該半導體晶片的厚度將大於晶片較短邊長度的一半。因此，該發光二極體的設計能夠有效的加強第一發光強度而大於第二發光強度或第三發光強度。
另外，氮化鎵系半導體晶片另外還包括一藍寶石基板，為了避免因第一發光強度、第二發光強度以及第三發光強度彼此之間的光強度相差過大，而導致光色不均勻的現象。因此可以在半導體晶片的藍寶石基板外側邊進行圖案化，以形成凹凸不平之截面。如此則可增加第二發光強度以及第三發光強度。
除了藉由晶片基板的圖案化來降低光強度相差過大的問題，另外，氮化鎵系半導體晶片與覆蓋元件之間的距離也必須要加以控制，來降低第一發光強度與第三發光強度彼此之間的差異。例如氮化鎵系半導體晶片與覆蓋元件最接近的一側邊，該側邊與覆蓋元件距離較佳應設定為不超過晶片較短邊的長度的一半。如此，不但可以降低發光二極體封裝結構的厚度，同樣還可以降低第一發光強度與第三發光強度的差異。
在本發明的一實施例中，上述的具有第一發光強度、第二發光強度、以及第三發光強度的光之透出方向相互垂直。
在本發明的一實施例中，上述發光二極體設置於該基材表面或接墊，而因為在本發明之設計中，發光二極體難以藉由導線通孔或者是端子進行散熱，因此於覆蓋膠體的選擇上，優選的應選擇熱固型材料以避免因發熱而造成之膠體變型。同時於覆蓋膠體中，優選的可以填充粒子以提升熱傳導功效，相關材料例如TiO2
、SiO2
或者是Al2
O3
等陶瓷材料。
在本發明的一實施例中，上述封裝膠體中之填充粒子，其中可以包含一螢光粉材料，該螢光材料可選自由下述所構成之群組中之一或多者：Sr5
(PO4
)3
Cl:Eu2+
、(Sr,Ba)MgAl10
O17
:Eu2+
、(Sr,Ba)3
MgSi2
O8
:Eu2+
、SrAl2
O4
:Eu2+
、SrBaSiO4
:Eu2+
、CdS:In、CaS:Ce3+
、Y3
(Al,Gd)5
O12
:Ce2+
、Ca3
Sc2
Si3
O12
:Ce3+
、SrSiON:Eu2+
、ZnS:Al3+
,Cu+
、CaS:Sn2+
、CaS:Sn2+
,F、CaSO4
:Ce3+
,Mn2+
、LiAlO2
:Mn2+
、BaMgAl10
O17
:Eu2+
,Mn2+
、ZnS:Cu+
,Cl-
、Ca3
WO6
:U、Ca3
SiO4
Cl2
:Eu2+
、Srx
Bay
Clz
Al2
O4-z/2
:Ce3+
,Mn2+
(X:0.2、Y:0.7、Z:1.1)、Ba2
MgSi2
O7
:Eu2+
、Ba2
SiO4
:Eu2+
、Ba2
Li2
Si2
O7
:Eu2+
、ZnO:S、ZnO:Zn、Ca2
Ba3
(PO4
)3
Cl:Eu2+
、BaAl2
O4
:Eu2+
、SrGa2
S4
:Eu2+
、ZnS:Eu2+
、Ba5
(PO4
)3
Cl:U、Sr3
WO6
:U、CaGa2
S4
:Eu2+
、SrSO4
:Eu2+
,Mn2+
、ZnS:P、ZnS:P3-
,Cl-
、ZnS:Mn2+
、CaS:Yb2+
,Cl、Gd3
Ga4
O12
:Cr3+
、CaGa2
S4
:Mn2+
、Na(Mg,Mn)2
LiSi4
O10
F2
:Mn、ZnS:Sn2+
、Y3
Al5
O12
:Cr3+
、SrB8
O13
:Sm2+
、MgSr3
Si2
O8
:Eu2+
,Mn2+
、α-SrO・3B2
O3
:Sm2+
、ZnS-CdS、ZnSe:Cu+
,Cl、ZnGa2
S4
:Mn2+
、ZnO:Bi3+
、BaS:Au,K、ZnS:Pb2+
、ZnS:Sn2+
,Li+
、ZnS:Pb,Cu、CaTiO3
:Pr3+
、CaTiO3
:Eu3+
、Y2
O3
:Eu3+
、(Y,Gd)2
O3
:Eu3+
、CaS:Pb2+
,Mn2+
、YPO4
:Eu3+
、Ca2
MgSi2
O7
:Eu2+
,Mn2+
、Y(P,V)O4
:Eu3+
、Y2
O2
S:Eu3+
、SrAl4
O7
:Eu3+
、CaYAlO4
:Eu3+
、LaO2
S:Eu3+
、LiW2
O8
:Eu3+
,Sm3+
、(Sr,Ca,Ba,Mg)10
(PO4
)6
Cl2
:Eu2+
,Mn2+
、Ba3
MgSi2
O8
: Eu2+
,Mn2+
、ZnS:Mn2+
,Te2+
、Mg2
TiO4
:Mn4+
、K2
SiF6
:Mn4+
、SrS:Eu2+
、Na1.23
K0.42
Eu0.12
TiSi4
O11
、Na1.23
K0.42
Eu0.12
TiSi5
O13
:Eu3+
、CdS:In,Te、CaAlSiN3
:Eu2+
、CaSiN3
:Eu2+
、(Ca,Sr)2
Si5
N8
:Eu2+
、Eu2
W2
O7
。
在本發明的一實施例中，為了加強覆蓋元件以及基板之接合強度，可以於上述的基板的外側邊形成一階梯構造，而該覆蓋元件則可設置於該階梯構造中，於此則可以增加覆蓋元件以及基板之間之接觸面積，避免因發光二極體發熱而導致覆蓋元件與基板或封裝膠體脫層的現象。
本發明的發光二極體封裝結構之製造方法包括以下步驟。提供一基材。設置複數發光二極體於基材上，其中複數發光二極體形成一陣列。設置一封裝膠體於基材上且包覆複數發光二極體。沿陣列的行方向或列方向在複數發光二極體之間預切割封裝膠體，以形成相互平行的複數切槽，其中各切槽切入基材的表面。填充一膠材於各切槽中。對封裝膠體及基材進行單體化切割，以形成複數發光二極體封裝結構，其中膠材成為各發光二極體封裝結構的一覆蓋元件。
基於上述，在本發明的發光二極體封裝結構中，發光二極體發出的光通過與基材表面平行之表面後的發光強度(即所述第一發光強度)，係大於所述光通過與基材表面垂直之表面後的發光強度(即所述第二發光強度)。據此，發光二極體封裝結構在特定方向具有較大的發光強度，使發光二極體封裝結構產生的光能夠因應其裝設環境而有效率地進行傳遞。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的發光二極體封裝結構的立體圖。圖2是圖1的發光二極體封裝結構的前視圖。圖3是圖1的發光二極體封裝結構的局部剖面圖。請參考圖1至圖3，本實施例的發光二極體封裝結構100包括一基材110、一發光二極體120以及一封裝膠體130。發光二極體120配置於基材110的表面110a上且適於產生及發射光。封裝膠體130配置於基材110上且包覆發光二極體120。在本實施例中，發光二極體120例如為朗伯型(Lambertian)光源。
封裝膠體130具有與基材110的表面110a平行的一表面130a以及與基材110的表面110a垂直的多個表面130b、130c、130d、130e。發光二極體120發射的光通過與基材110的表面110a平行之表面130a後具有第一發光強度(標示為光L1)，發光二極體120發射的光通過與基材110的表面110a垂直的表面130b、130c、130d後具有第二發光強度(標示為光L2)，且所述第一發光強度大於所述第二發光強度。在本實施例中，發光二極體120的出光具有方向性，且發光二極體封裝結構100例如是藉由發光二極體120之出光的方向性而使所述第一發光強度大於所述第二發光強度。
此外，本實施例的發光二極體封裝結構100更包括一覆蓋元件140，覆蓋元件140設置於封裝膠體130與基材110的表面110a垂直之表面130e，發光二極體120發射的光通過覆蓋元件140後具有第三發光強度(標示為光L3)。覆蓋元件140的透光率低於封裝膠體130的透光率，而使所述第三發光強度小於所述第二發光強度。覆蓋元件140例如是藉由噴塗、濺鍍、壓模、磨砂或其他適當方式所形成，本發明不對此加以限制。在本實施例中，封裝膠體130例如為矩形體，且具有所述第一發光強度、所述第二發光強度及所述第三發光強度的光之透出方向係如圖1至圖3所示相互垂直。
藉由上述配置方式，發光二極體120發出的光通過與基材110的表面110a平行之表面130a後的發光強度(即所述第一發光強度)，係大於所述光通過與基材110的表面110a垂直之表面130b、130c、130d後的發光強度(即所述第二發光強度)。此外，所述光通過與基材110的表面110a垂直之表面130b、130c、130d後的發光強度(即所述第二發光強度)，係大於所述光通過覆蓋元件140後的發光強度(即所述第三發光強度)。據此，發光二極體封裝結構100在特定方向具有較大的發光強度，使發光二極體封裝結構100產生的光能夠因應其裝設環境而有效率地進行傳遞。
圖4繪示圖1的發光二極體封裝結構應用於電子裝置之按鍵內的導光結構。舉例來說，可如圖4所示將發光二極體封裝結構100嵌設於按鍵內之導光結構50的側邊52而非裝設於導光結構50的底面54，以降低導光結構50與發光二極體封裝結構100結合後的整體厚度。如前所述將發光二極體封裝結構100設計為在特定方向具有較大的發光強度，可使發光二極體封裝結構100發出的光有效率地沿水平方向傳遞至導光結構50內側的多個反射面50a，藉由反射面50a對所述光之反射而達到最佳的整體發光效果，以提供按鍵良好的發光能力。在其他實施例中，發光二極體封裝結構100可應用於其他種類的裝置或構件，本發明不對此加以限制。
請參考圖3，本實施例的基材110的表面110a上具有兩接墊110b，發光二極體120配置於一接墊110b上並藉由導線110c分別連接兩接墊110b，各接墊110b則藉由對應的導電通孔114a及線路層112a而連接至對應的端子112b，其中該端子的形狀可以為一半通孔形狀。進一步而言，本實施例的基材110包括相疊設的一第一基板112及一第二基板114。藉由將基材110分為第一基板112及第二基板114，可在第一基板112與第二基板114相結合之前，先在第一基板112上形成線路層112a並在第二基板114上形成導電通孔114a，然後將第一基板112與第二基板114相結合而使導電通孔114a連接線路層112a，且使線路層112a被第一基板112覆蓋。據此，不需將線路層112a形成於基材110的表面110a上，以節省表面110a上的配置空間。
圖5是圖1的發光二極體封裝結構的側視圖。請參考圖5，本實施例的覆蓋元件140的一端142並未切入基材110的表面110a。然本發明不以此為限，以下藉由圖式對此舉例說明。圖6是本發明另一實施例的發光二極體封裝結構的側視圖。在圖6的發光二極體封裝結構200中，基材210、接墊210b、導線210c、第一基板212、第二基板214、端子212b、發光二極體220、封裝膠體230、覆蓋元件240的配置與作用方式類似圖5的基材110、接墊110b、導線110c、第一基板112、第二基板114、端子112b、發光二極體120、封裝膠體130、覆蓋元件140的配置與作用方式，於此不再贅述。
發光二極體封裝結構200與發光二極體封裝結構100的不同處在於，覆蓋元件240之一端242至少部分切入基材210的表面210a。詳細而言，在對發光二極體封裝結構200及其封裝膠體230進行單體化之前，例如是先對封裝膠體230進行預切割以形成用以配置覆蓋元件240的切槽，而此切槽可切入基材210的表面210a，從而，形成於所述切槽內的覆蓋元件240亦如圖6所示切入基材210的表面210a。
圖7是本發明另一實施例的發光二極體封裝結構的前視圖。在圖7的發光二極體封裝結構300中，基材310、表面310a、接墊310b、導線310c、發光二極體320、封裝膠體330、表面330a、表面330b、表面330c、表面330d、表面330e的配置與作用方式類似圖2的基材110、表面110a、接墊110b、導線110c、發光二極體120、封裝膠體130、表面130a、表面130b、表面130c、表面130d、表面130e的配置與作用方式，於此不再贅述。
發光二極體封裝結構300與發光二極體封裝結構100的不同處在於，覆蓋元件340是設置於發光二極體320與基材310的表面310a呈垂直的表面320a上。類似於圖2之實施例的所述第一發光強度、第二發光強度及第三發光強度的大小關係，在圖7之實施例中，通過覆蓋元件340自封裝膠體330的表面330e透出的光的第三發光強度(標示為光L3’)，係小於通過與基材310的表面310a垂直的表面330b、330c、330d的光的第二發光強度(標示為光L2’)，且更小於通過與基材310的表面310a平行的表面330a的光的第一發光強度(標示為光L1’)。在其他實施例中，覆蓋元件340可設置於發光二極體320與基材310的表面310a呈垂直的表面320a以及相對於表面320a之封裝膠體330的表面330e之間的任何適當位置，本發明不對此加以限制。
以下說明本發明一實施例的發光二極體封裝結構之製造方法。圖8是本發明一實施例的發光二極體封裝結構之製造方法流程圖。請參考圖8，首先，提供大面積的一基材(步驟S620)。接著，設置複數發光二極體於基材上，其中複數發光二極體形成一陣列(步驟S604)。設置一封裝膠體於基材上且包覆複數發光二極體(步驟S606)。沿陣列的行方向或列方向在複數發光二極體之間預切割封裝膠體，以形成相互平行的複數切槽，其中各切槽切入基材的表面(步驟S608)。填充一膠材於各切槽中(步驟S610)。對封裝膠體及基材進行單體化切割，以形成複數發光二極體封裝結構，其中膠材成為各發光二極體封裝結構的一覆蓋元件(步驟S612)，為了增加覆蓋元件與該基材表面之連接強度，該覆蓋元件可以至少部分切入基材表面 。
綜上所述，在本發明的發光二極體封裝結構中，發光二極體發出的光通過與基材表面平行之表面後的發光強度(即所述第一發光強度)，係大於所述光通過與基材表面垂直之表面後的發光強度(即所述第二發光強度)。此外，所述光通過與基材的表面垂直之表面後的發光強度(即所述第二發光強度)，係大於所述光通過覆蓋元件後的發光強度(即所述第三發光強度)。據此，發光二極體封裝結構在特定方向具有較大的發光強度，使發光二極體封裝結構產生的光能夠因應其裝設環境而有效率地進行傳遞。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧導光結構
50a‧‧‧反射面
52‧‧‧側邊
54‧‧‧底面
100、200、300‧‧‧發光二極體封裝結構
110、210、310‧‧‧基材
110a、130a、130b、130c、130d、130e、310a、330a、330b、330c、330d、330e‧‧‧表面
110b、210b、310b‧‧‧接墊
110c、210c、310c‧‧‧導線
112、212‧‧‧第一基板
112a‧‧‧線路層
112b、212b‧‧‧端子
114、214‧‧‧第二基板
114a‧‧‧導電通孔
120、220、320‧‧‧發光二極體
130、230、330‧‧‧封裝膠體
140、240、340‧‧‧覆蓋元件
142、242‧‧‧覆蓋元件的一端
L1、L1’、L2、L2’、L3、L3’‧‧‧光
50a‧‧‧反射面
52‧‧‧側邊
54‧‧‧底面
100、200、300‧‧‧發光二極體封裝結構
110、210、310‧‧‧基材
110a、130a、130b、130c、130d、130e、310a、330a、330b、330c、330d、330e‧‧‧表面
110b、210b、310b‧‧‧接墊
110c、210c、310c‧‧‧導線
112、212‧‧‧第一基板
112a‧‧‧線路層
112b、212b‧‧‧端子
114、214‧‧‧第二基板
114a‧‧‧導電通孔
120、220、320‧‧‧發光二極體
130、230、330‧‧‧封裝膠體
140、240、340‧‧‧覆蓋元件
142、242‧‧‧覆蓋元件的一端
L1、L1’、L2、L2’、L3、L3’‧‧‧光
圖1是本發明一實施例的發光二極體封裝結構的立體圖。 圖2是圖1的發光二極體封裝結構的前視圖。 圖3是圖1的發光二極體封裝結構的局部剖面圖。 圖4繪示圖1的發光二極體封裝結構應用於電子裝置之按鍵內的導光結構。 圖5是圖1的發光二極體封裝結構的側視圖。 圖6是本發明另一實施例的發光二極體封裝結構的側視圖。 圖7是本發明另一實施例的發光二極體封裝結構的前視圖。 圖8是本發明一實施例的發光二極體封裝結構之製造方法流程圖。
100‧‧‧發光二極體封裝結構
110‧‧‧基材
110a、130a、130b、130c、130d、130e‧‧‧表面
112‧‧‧第一基板
112b‧‧‧端子
114‧‧‧第二基板
120‧‧‧發光二極體
130‧‧‧封裝膠體
140‧‧‧覆蓋元件
L1、L2、L3‧‧‧光
Claims (9)
- 一種發光二極體封裝結構，包括‧‧‧ 一基材； 一發光二極體，配置於該基材表面上且適於產生及發射一光；以及 一封裝膠體，配置於該基材上且包覆該發光二極體，其中該封裝膠體具有與該基材表面平行的一表面以及與該基材表面垂直的多個表面， 其中該光通過與該基材表面平行之該表面後具有一第一發光強度，該光通過與該基材表面垂直的該等多個表面後具有一第二發光強度，該第一發光強度大於該第二發光強度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，包括一覆蓋元件，其設置於該封裝膠體與該基材表面垂直之該等多個表面的至少其中之一，該光通過該覆蓋元件後具有一第三發光強度，其中該第三發光強度小於該第二發光強度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該發光二極體在與該基材表面呈垂直的至少一表面以及相對於該至少一表面之封裝膠體表面之間設置有一覆蓋元件，使得通過該覆蓋元件自該封裝膠體表面透出的光具有一第三發光強度，其中該第三發光強度小於該第二發光強度。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該發光二極體在與該基材表面呈垂直的至少一表面上設置有一覆蓋元件，使得通過該覆蓋元件自該封裝膠體表面透出的光具有一第三發光強度，其中該第三發光強度小於該第二發光強度。
- 如申請專利範圍第2、3、或4項任一項所述的發光二極體封裝結構，其中該覆蓋元件係藉由噴塗、濺鍍、壓模、或磨砂之方式所形成。
- 如申請專利範圍第2、3、或4項任一項所述的發光二極體封裝結構，其中該覆蓋元件的透光率低於該封裝膠體的透光率。
- 如申請專利範圍第2、3或4項任一項所述的發光二極體封裝結構，其中該覆蓋元件之一端至少部分切入該基材表面。
- 如申請專利範圍第2、3、或4項其中任一項所述的發光二極體封裝結構，其中具有該第一發光強度、該第二發光強度、以及該第三發光強度的光之透出方向相互垂直。
- 一種發光二極體封裝結構之製造方法，包括‧‧‧ 提供一基材； 設置複數發光二極體於該基材上，其中該複數發光二極體形成一陣列； 設置一封裝膠體於該基材上且包覆該複數發光二極體； 沿該陣列的行方向或列方向在該複數發光二極體之間預切割該封裝膠體，以形成相互平行的複數切槽，其中各該切槽切入該基材的表面； 填充一膠材於各該切槽中；以及 對該封裝膠體及該基材進行單體化切割，以形成複數發光二極體封裝結構，其中該膠材成為各該發光二極體封裝結構的一覆蓋元件。
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