TW201721907A - 紫外光發光二極體的封裝結構 - Google Patents
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Abstract
一種紫外光發光二極體的封裝結構，包括：基板、透光體、至少一紫外光發光二極體、連接元件以及紫外光遮蔽層。透光體設置於基板上，透光體的內部具有空間。紫外光發光二極體設置於基板上、且位於該空間內。連接元件設置在基板與透光體之間。紫外光遮蔽層設置在透光體與連接元件之間。
Description
本發明是有關於一種紫外光發光二極體(Ultraviolet light emitting diode, UV-LED)的封裝結構。
隨著紫外光發光二極體的發光效率提升，相關的應用快速成長，如：水殺菌、空氣類殺菌、食品類殺菌、醫療器械等專用領域中，均使用到紫外光發光二極體。
目前的技術中，紫外光發光二極體的光輸出功率範圍是1mw到10mw。光輸出功率為1mw的紫外光發光二極體的封裝結構，主要是以金屬殼體來進行氣密封裝。隨著紫外光發光二極體的光輸出功率的不斷提升，如何設計封裝結構來滿足更高的光輸出功率的需求，是所有研究者亟欲解決的技術問題。
本發明的目的在於提供一種紫外光發光二極體的封裝結構，能夠提升紫外光的光輸出效率、避免封裝材料的劣化，且能利用現有的發光二極體的封裝製程進行製作。
本發明提出一種紫外光發光二極體的封裝結構，包括：基板、透光體、至少一紫外光發光二極體、連接元件以及紫外光遮蔽層。透光體設置於基板上，透光體的內部具有空間。紫外光發光二極體設置於基板上、且位於該空間內。連接元件設置在基板與透光體之間。紫外光遮蔽層設置在透光體與連接元件之間。
本發明還提出一種紫外光發光二極體的封裝結構，包括：凹槽基板、透光體、至少一紫外光發光二極體、連接元件以及紫外光遮蔽層。凹槽基板具有一空間。透光體設置於凹槽基板。紫外光發光二極體設置於凹槽基板、且位於該空間內。連接元件設置於透光體與凹槽基板之間。紫外光遮蔽層設置於透光體與連接元件之間。
基於上述，本發明的紫外光發光二極體的封裝結構至少具有以下的特點： 利用透光體來進行封裝，可達到氣密性良好，減少水氣與氧氣對於紫外光發光二極體的損壞；並且，能達到較大的取光角度範圍，能夠提升紫外光的取光效率。另外，利用紫外光遮蔽層，可減低紫外光對於連接材料的損壞，可確保紫外光發光二極體的封裝結構的完整性。此紫外光發光二極體的封裝結構具有簡單的構成，能夠利用現有的發光二極體的封裝製程進行製作。
為讓本發明的上述特徵和特點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
[第一實施例] 圖1是本發明第一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。請參照圖1，紫外光發光二極體的封裝結構200包括：基板210、透光體220、至少一紫外光發光二極體230、連接元件240以及紫外光遮蔽層250。透光體220設置於基板210上，透光體220的內部具有空間S。紫外光發光二極體230設置於基板210上、且位於空間S內。連接元件240設置在基板210與透光體220之間。紫外光遮蔽層250設置在透光體220與連接元件240之間。
請參照圖1，基板210可以採用導熱基板，能夠適合高功率(例如大於3mW)的紫外光發光二極體230，且可適合紫外光發光二極體230的高密度覆晶封裝(flip-chip package)，亦即，基板210可承載多個紫外光發光二極體230，且相鄰的兩個紫外光發光二極體230之間具有窄間距，仍可保持良好的散熱效率。
透光體220的材料可以是石英玻璃、或是其他適合的材料(如不吸收紫外光的材料)。透光體220可以是利用石英玻璃所製作的蓋體，從圖1可看出，當使用透光體220來進行封裝時，可使得紫外光發光二極體230所發出的紫外光，能夠在較大的取光角度的範圍內穿過透光體220。
詳細而言，紫外光發光二極體230可提供一紫外光(未繪示)，紫外光可穿透該透光體220，且紫外光的發光角度範圍q1是：相對於紫外光發光二極體230的正面發光面的法線方向F，在正負90度的範圍內，也就是，紫外光的發光角度範圍q1可以是180度。
相較於以往使用金屬殼體160來對於紫外光發光二極體進行封裝的技術，本發明的實施例的透光體220可具有較大的取光角度範圍，有利於將紫外光取出到外界，而提升光輸出效率。
另外，相較於以往使用高分子樹脂來對於紫外光發光二極體進行封裝的技術，本發明的實施例的透光體220並不會吸收紫外光的能量而劣化，因此，能夠避免以往使用高分子樹脂進行封裝，因高分子樹脂劣化所導致的問題。
請再參照圖1，在透光體220的該空間S內可填充有氣體(未繪示)。氣體可以是惰性氣體，使空間S內成為非反應性(inactive)的環境，由此，可保護紫外光發光二極體230，使紫外光發光二極體230的壽命延長。如圖1所示，雖僅繪示一個紫外光發光二極體230，但根據光輸出功率的設計需要，也可以在基板210上設置多個紫外光發光二極體230，以提升光輸出功率。
如圖1所示，連接元件240可為膠材，例如，具有黏性的雙面膠帶、樹脂等，均可用來將透光體220連接到基板210。值得注意的是，由於紫外光遮蔽層250設置在透光體220與連接元件240之間，所以，可防止紫外光對於連接元件240造成損壞。該紫外光遮蔽層250的材料包括金屬、陶瓷、硼砂玻璃或其組合。當紫外光遮蔽層250的材料使用金屬時，可以是金、鋁等。
另外，透光體220的紫外光穿透率，大於紫外光遮蔽層250的紫外光穿透率，例如透光體320的紫外光穿透率為大於80%，紫外光遮蔽層250的紫外光穿透率小於30%。由此，紫外光發光二極體230所發出的紫外光，可大幅度地穿透該透光體220，而不穿透紫外光遮蔽層250。在透光體220與基板210的連接處(即：連接元件240與紫外光遮蔽層250的位置)，連接元件240可受到紫外光遮蔽層250的保護，而可避免連接處的連接元件240的劣化，可確保紫外光發光二極體的封裝結構200的氣密性與防水氧特性。
綜上所述，紫外光發光二極體的封裝結構200至少具有以下的特點：基板210可利用高導熱基板，而具有良好的散熱效率；透光體220具有大範圍的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽層250，可避免連接元件240受到在透光體220中傳導的紫外光的照射而劣化。
[第二實施例] 圖2是本發明第二實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。如圖2所示的紫外光發光二極體的封裝結構202，類似於如圖1所示的紫外光發光二極體的封裝結構200，相同的元件標示以相同的元件符號。
可注意到，基板210具有凹槽212。該連接元件240、該紫外光遮蔽層250與部分的該透光體220被設置於該凹槽212內。由此，可透過將連接元件240設置於凹槽212內，使得紫外光發光二極體230所發出的紫外光不會照射到連接元件240，可更佳地避免連接元件240的劣化，紫外光發光二極體的封裝結構202的氣密性與防水氧特性可進一步得到提升。
另外，請參照圖2，紫外光發光二極體的封裝結構202還可包括：填充材料260，設置於該凹槽212內。填充材料260可以採用能夠阻擋紫外光的材料，如此一來，可再進一步使紫外光無法入射到連接處，而不會對於連接元件240造成影響。填充材料260還進一步提升連接處的連接強度。
第二實施例的紫外光發光二極體的封裝結構202，除了具有第一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構200的功能之外，更可避免連接元件240的劣化，更進一步地確保了紫外光發光二極體的封裝結構202的氣密性與防水氧特性。
[第三實施例] 圖3是本發明第三實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。請參照圖3，紫外光發光二極體的封裝結構300，包括：凹槽基板310、透光體320、至少一紫外光發光二極體330、連接元件340以及紫外光遮蔽層350。凹槽基板310具有一空間S。透光體320設置於凹槽基板310。紫外光發光二極體330設置於凹槽基板310、且位於該空間S內。連接元件340設置於透光體320與凹槽基板310之間。紫外光遮蔽層350設置於透光體320與連接元件340之間。
請參照圖3，凹槽基板310的凹口向上開放，並且，在凹槽基板310的內部的底面設置該紫外光發光二極體330。同樣地，凹槽基板310可以採用導熱基板，並且，可以按照設計需求，以高密度(多個、窄間距)的方式，來設置多個紫外光發光二極體330。
透光體320的材料可以是石英玻璃、或其他適合的材料。如圖3所示，透光體320可以是玻璃平板，被承載在凹槽基板310的兩側的突出部分。並且，在凹槽基板310的突出部分與透光體320之間，設置了連接元件340與紫外光遮蔽層350。
由於透光體320的紫外光穿透率，大於紫外光遮蔽層350的紫外光穿透率。由此，紫外光發光二極體330所發出的紫外光，可大幅度地穿透該透光體320，而不穿透紫外光遮蔽層350。因此，該連接元件340可透過紫外光遮蔽層350的保護，而避免受到在透光體320中傳導紫外光的照射，造成連接處的連接元件340的劣化，可確保紫外光發光二極體的封裝結構300的氣密性與防水氧特性。
該連接元件340可為膠材。該紫外光遮蔽層350的材料包括金屬、陶瓷、硼砂玻璃或其組合。當紫外光遮蔽層350的材料使用金屬時，可以是金、鋁等。
請再參照圖3，在凹槽基板310的該空間S內可填充有氣體(未繪示)。氣體可以是惰性氣體，使空間S內成為非反應性(inactive)的環境，由此，可保護紫外光發光二極體330，使紫外光發光二極體330的壽命延長。
如圖3所示，紫外光發光二極體330可提供一紫外光(未繪示)，該紫外光可穿透該透光體320，該紫外光的發光角度範圍q2是：相對於該紫外光發光二極體330的正面發光面的法線方向F，在正負60度的範圍內，也就是，紫外光的發光角度範圍q2可以是120度。
類似地，紫外光發光二極體的封裝結構300可具有以下特點：凹槽基板310可利用高導熱基板，而具有良好的散熱效率；透光體320具有大範圍的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽層350，可避免連接元件340受到在透光體320中傳導的紫外光的照射而劣化等技術效果。
[第四實施例] 圖4是本發明第四實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。如圖4所示的紫外光發光二極體的封裝結構302，類似於如圖3所示的紫外光發光二極體的封裝結構300，相同的元件標示以相同的元件符號。
值得注意的是，請參照圖4，紫外光發光二極體的封裝結構302還可包括：取光材料360，設置於該凹槽基板310的該空間S內。
該取光材料360可以是選自於氣體、矽油、矽膠、甲基矽氧烷及其組合。取光材料360的折射率可以大於1.4，而紫外光的穿透率可大於70%。
利用被填充在該空間S內的取光材料360，而可提升將紫外光取出到外界的效率；並且，取光材料360也可達成保護紫外光發光二極體330的效果，可避免水氣、氧氣進入空間S內對紫外光發光二極體330造成損壞。
第四實施例的紫外光發光二極體的封裝結構302，除了具有第三實施例的紫外光發光二極體的封裝結構300的特點之外，可更佳地利用取光材料360來提升紫外光的取出效率，並可更好地避免紫外光發光二極體330受到水氣與氧氣的影響。
[第五實施例] 圖5是本發明第五實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。請參照圖5，紫外光發光二極體的封裝結構400，包括：凹槽基板410、透光體420、至少一紫外光發光二極體430、連接元件440以及紫外光遮蔽層450。凹槽基板410具有一空間S。透光體420設置於凹槽基板410。紫外光發光二極體430設置於凹槽基板410、且位於該空間S內。連接元件440設置於透光體420與凹槽基板410之間。紫外光遮蔽層450設置於透光體420與連接元件440之間。
請參照圖5，可注意到，凹槽基板410具有斜面、且凹槽基板410為不透光，透光體420嵌入凹槽基板410的空間S內。由於透光體420嵌入凹槽基板410的空間S內，所以，可減少紫外光發光二極體的封裝結構400的整體厚度。
另外，類似地，紫外光發光二極體的封裝結構400至少可具有以下的特點：基板410可利用高導熱基板，而具有良好的散熱效率；透光體420具有大範圍的取光角度，可提升取光效率；利用紫外光遮蔽層450，可避免連接元件440受到在透光體420中傳導的紫外光的照射而劣化。
以上所述的第一實施例~第五實施例的紫外光發光二極體的封裝結構200、202、300、302、400，均可應用於高功率(＞3mW)的紫外光發光二極體。以往的高功率紫外光發光二極體所導致的散熱問題、材料劣化導致封裝缺陷問題、取光角度範圍不足等問題，均可由本發明的實施例的技術方案而得到解決，進而得到以下的本發明的實施例的特點，即：良好的散熱效率、封裝結構更為完整(氣密性、防水氧特性)、以及取光角度範圍較大(取光效率提升)等。
[利用光學模擬，對於不同的封裝結構的取光效率的說明] 圖6為不具有封裝結構的紫外光發光光源的示意圖。圖7為具有反射器的紫外光發光光源的示意圖。圖8為本發明的實施例的具有透光體的紫外光發光光源的示意圖。在圖8中省略了連接元件與紫外光遮蔽層的繪示。
請同時參照圖6~圖8，如圖6所示的紫外光發光光源502具有：基板510與紫外光發光二極體530。由於紫外光發光光源502不具有封裝結構，以光學模擬來計算紫外光發光光源502的取光效率，可知為100%。
如圖7所示的紫外光發光光源504具有：基板510(即反射器)、透光體520(即透光基板)與紫外光發光二極體530。由於紫外光的發光角度範圍q2有限，所以，以光學模擬封裝結果來計算紫外光發光光源504的取光效率，可知為73%。
如圖8所示的紫外光發光光源506具有：基板510、透光體520、以及紫外光發光二極體530。由於紫外光的發光角度範圍q1為180度的大角度範圍，所以，以光學模擬來計算紫外光發光光源506的取光效率，可知為84%。相較於以往的利用反射器或使用金屬殼體的紫外光發光二極體的封裝結構，本發明的實施例可提升取光效率。
[第六實施例] 圖9為本發明第六實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。請參照圖9，紫外光發光二極體的封裝結構600，包括：凹槽基板610、透光體620、至少一紫外光發光二極體630、連接元件640以及紫外光遮蔽層650。凹槽基板610具有一空間S。透光體620設置於凹槽基板610上。紫外光發光二極體630設置於凹槽基板610、且位於該空間S內。連接元件640設置於透光體620與凹槽基板610之間。紫外光遮蔽層650設置於透光體620與連接元件640之間。
如圖9所示，在紫外光發光二極體的封裝結構600的封裝位置，設置紫外光遮蔽層650，可減低紫外光對於連接元件640的破壞。紫外光遮蔽層650的材料包括金屬、陶瓷等。詳細而言，紫外光發光二極體的封裝結構600的特點是：在透光體620的連接處導入紫外光遮蔽層650，能夠解決紫外光對連接元件640造成損害的問題。
可注意到，透光體620可包括透鏡。舉例而言，如圖9所示，透光體620可利用凸透鏡。透光體620可利用凸透鏡來對於紫外光進行聚集，但不限定於此，透光體620可依照需求來設計光形，並進行模組化。透光體620也可按照光學需求，採用其他適當形狀的透鏡，如凹透鏡等。
[第七實施例] 圖10為本發明第七實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。請參照圖10，紫外光發光二極體的封裝結構700包括：基板710、透光體720、至少一紫外光發光二極體730、連接元件740以及紫外光遮蔽層750。透光體720設置於基板710上，透光體720的內部具有空間S。紫外光發光二極體730設置於基板710上、且位於空間S內。連接元件740設置在基板710與透光體720之間。紫外光遮蔽層750設置在透光體720與連接元件740之間。
如圖10所示，在紫外光發光二極體的封裝結構700中，設置了紫外光遮蔽層750，可減低紫外光對於連接元件740的破壞。紫外光遮蔽層750的材料包括金屬、陶瓷等。紫外光發光二極體的封裝結構700可具有以下特點：在透光體720的連接處導入紫外光遮蔽層750，能夠解決紫外光對連接元件740造成損害的問題。
可注意到，透光體720可包括透鏡。舉例而言，如圖10所示，透光體720的上方部分具有凸透鏡的形狀。透光體720可利用具有凸透鏡的形狀的部分來對於紫外光進行聚集，但不限定於此，透光體720可依照需求來設計光形，並進行模組化。透光體720也可按照光學需求，採用其他適當形狀的透鏡，如凹透鏡等。
綜上所述，本發明的紫外光發光二極體的封裝結構至少具有以下的特點： 利用透光體(如石英玻璃所製作的蓋體或透鏡)來進行封裝，可達到氣密性良好，減少水氣與氧氣對於紫外光發光二極體的損壞；並且，能達到較大的取光角度範圍，能夠提升紫外光的取光效率。另外，利用紫外光遮蔽層，可減低紫外光對於連接材料的損壞，可確保紫外光發光二極體的封裝結構的完整性。
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。
200、202、300、302、400、600、700‧‧‧紫外光發光二極體的封裝結構
210、510、710‧‧‧基板
212‧‧‧凹槽
220、320、420、520、620、720‧‧‧透光體
230、330、430、530、630、730‧‧‧紫外光發光二極體
240、340、440、640、740‧‧‧連接元件
250、350、450、650、750‧‧‧紫外光遮蔽層
260‧‧‧填充材料
310、410、610‧‧‧凹槽基板
360‧‧‧取光材料
502、504、506‧‧‧紫外光發光光源
F‧‧‧法線方向
S‧‧‧空間
q1、q2‧‧‧發光角度範圍
210、510、710‧‧‧基板
212‧‧‧凹槽
220、320、420、520、620、720‧‧‧透光體
230、330、430、530、630、730‧‧‧紫外光發光二極體
240、340、440、640、740‧‧‧連接元件
250、350、450、650、750‧‧‧紫外光遮蔽層
260‧‧‧填充材料
310、410、610‧‧‧凹槽基板
360‧‧‧取光材料
502、504、506‧‧‧紫外光發光光源
F‧‧‧法線方向
S‧‧‧空間
q1、q2‧‧‧發光角度範圍
圖1為本發明第一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖2為本發明第二實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖3為本發明第三實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖4為本發明第四實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖5為本發明第五實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖6為不具有封裝結構的紫外光發光光源的示意圖。 圖7為具有反射器的紫外光發光光源的示意圖。 圖8為本發明的實施例的具有透光體的紫外光發光光源的示意圖。 圖9為本發明第六實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。 圖10為本發明第七實施例的紫外光發光二極體的封裝結構的示意圖。
200‧‧‧紫外光發光二極體的封裝結構
210‧‧‧基板
220‧‧‧透光體
230‧‧‧紫外光發光二極體
240‧‧‧連接元件
250‧‧‧紫外光遮蔽層
F‧‧‧法線方向
S‧‧‧空間
θ1‧‧‧發光角度範圍
Claims (21)
- 一種紫外光發光二極體的封裝結構，包括： 基板； 透光體，設置於該基板上，該透光體的內部具有空間； 至少一紫外光發光二極體，設置於該基板上、且位於該空間內； 連接元件，設置在該基板與該透光體之間；以及 紫外光遮蔽層，設置在該透光體與該連接元件之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該基板具有凹槽，該連接元件、該紫外光遮蔽層與部分的該透光體被設置於該凹槽內。
- 如申請專利範圍第2項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，更包括：填充材料，設置於該凹槽內。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體的材料是石英玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該空間內填充氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該紫外光遮蔽層的材料包括金屬、陶瓷、硼砂玻璃或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該紫外光發光二極體提供一紫外光，該紫外光穿透該透光體，該紫外光的發光角度範圍是：相對於該紫外光發光二極體的正面發光面的法線方向，在正負90度的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該連接元件為膠材。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體的紫外光穿透率，大於該紫外光遮蔽層的紫外光穿透率。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體包括透鏡。
- 一種紫外光發光二極體的封裝結構，包括： 凹槽基板，具有一空間； 透光體，設置於該凹槽基板； 至少一紫外光發光二極體，設置於該凹槽基板、且位於該空間內； 連接元件，設置於該透光體與該凹槽基板之間；以及 紫外光遮蔽層，設置於該透光體與該連接元件之間。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體的材料是石英玻璃。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該空間內填充氣體。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該紫外光遮蔽層的材料包括金屬、陶瓷、硼砂玻璃或其組合。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該紫外光發光二極體提供一紫外光，該紫外光穿透該透光體，該紫外光的發光角度範圍是：相對於該紫外光發光二極體的正面發光面的法線方向，在正負60度的範圍內。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該連接元件為膠材。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體的紫外光穿透率，大於該紫外光遮蔽層的紫外光穿透率。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，更包括：取光材料，設置於該凹槽基板的該空間內。
- 如申請專利範圍第18項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該取光材料是選自於氣體、矽油、矽膠、甲基矽氧烷及其組合。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該凹槽基板具有斜面、且該凹槽基板為不透光，該透光體嵌入該凹槽基板的該空間內。
- 如申請專利範圍第11項所述的紫外光發光二極體的封裝結構，其中，該透光體包括透鏡。
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