TW201814924A - 發光二極體晶片級封裝結構及直下式背光模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種發光二極體晶片級封裝結構及直下式背光模組。發光二極體晶片級封裝結構包括一發光二極體晶片、一擴散結構以及一透鏡。擴散結構覆蓋發光二極體晶片，透鏡覆蓋擴散結構。透鏡的一外表面係為自由曲面，且透鏡的材質與擴散結構的材質係為不同。

Description

發光二極體晶片級封裝結構及直下式背光模組
本發明是有關於一種發光二極體晶片級封裝結構與包含其之直下式背光模組，且特別是有關於一種具有透鏡的發光二極體晶片級封裝結構與包含其之直下式背光模組。
由於發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)具有壽命長、體積小、低振動、散熱低、能源消耗低等優點，發光二極體已廣泛應用於指示燈或居家光源等裝置中。近年來，隨著多色域及高亮度的發展，發光二極體已應用在各種顯示裝置、照射裝置等。
裝置的發光性質會影響產品的顯示效能。
舉例來說，液晶顯示裝置使用背光模組。直下式背光模組可搭配使用發光二極體光源及透鏡。
直下式發光模組的一種方案是使用反射式透鏡，其能將發光二極體光線多數往模組底面打，製造較大的混光路徑。此方案可以達到較低厚度的設計。但生產精度要求較高且涉及模 組背板的設計，往往除了非常高技術門檻。此外，光學偏移上的容忍度較低。因此不論在打件精度風險上以及成本上均為其目前待克服的問題。
直下式發光模組的另一種方案是使用折射式透鏡，其能將發光二極體光源藉由透鏡直接引導至欲成像平面上，因生產公差容忍度較使用反射式透鏡的方案高。但在較低厚度設計時折射式透鏡較難突破其物理門檻限制。另外因打件精度問題，整體模組的組裝上常因打件偏移造成光學不良的現象。
本發明係有關於一種發光二極體晶片級封裝結構與包含其之直下式背光模組。發光二極體封裝結構能提供優異的發光、顯示效果。
根據本發明之一方面，提出一種發光二極體晶片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構包括一發光二極體晶片、一擴散結構以及一透鏡。擴散結構覆蓋發光二極體晶片，透鏡覆蓋擴散結構。透鏡的一外表面係為自由曲面，且透鏡的材質與擴散結構的材質係為不同。
根據本發明之另一方面，提出一種直下式背光模組。直下式背光模組包括一電路板以及複數個前述之發光二極體晶片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構彼此分開設置在電路板上，並電性連接電路板。
根據本發明之又一方面，提出一種發光二極體晶片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構包括一發光二極體晶片、一擴散結構以及一透鏡。發光二極體晶片包括發光區、非發光區、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、透明導電層、布拉格反射層、金屬層、保護層、第一電極與第二電極。主動層及第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上。在發光區的第一型半導體、主動層和第二型半導體層構成發光二極體堆疊單元。透明導電層設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上。布拉格反射層設置於透明導電層上。布拉格反射層具有第一貫孔，其裸露出發光二極體堆疊單元上之透明導電層。金屬層設置於布拉格反射層上，並填滿第一貫孔，使得金屬層可經過第一貫孔而連接發光二極體堆疊單元上之透明導電層。保護層覆蓋金屬層，並且具有第二貫孔，裸露出發光二極體堆疊單元上之金屬層。第一電極填滿於裸露非發光區之第一型半導體層之第三貫孔內，並與第一型半導體層連接。第二電極填滿於第二貫孔內，並與金屬層連接。擴散結構覆蓋發光二極體晶片，透鏡覆蓋擴散結構。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點，z為曲線之縱軸變數，y為曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數， n>3。透鏡的材質與擴散結構的材質係為不同。
根據本發明之更另一方面，提出一種發光二極體晶片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構包括一覆晶式發光二極體晶片、一擴散結構以及一透鏡。覆晶式發光二極體晶片包括發光區、非發光區、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、反射式歐姆導電層、緩衝層、保護層、第一電極與第二電極。主動層及第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上。在發光區的第一型半導體、主動層和第二型半導體層構成發光二極體堆疊單元。反射式歐姆導電層設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上。緩衝層設置於反射式歐姆導電層上。保護層覆蓋緩衝層，並且具有第一貫孔，裸露出發光二極體堆疊單元上之緩衝層。第一電極填滿裸露出非發光區之第一型半導體層之第二貫孔，並與第一型半導體層連接。第二電極填滿於第一貫孔內，並與緩衝層連接。擴散結構覆蓋覆晶式發光二極體晶片，透鏡覆蓋擴散結構。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點，z為曲線之縱軸變數，y為曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，n>3。透鏡的材質與擴散結構的材質係為不同。
根據本發明之更又一方面，提出一種發光二極體晶 片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構包括一垂直覆晶式發光二極體晶片、一擴散結構以及一透鏡。垂直覆晶式發光二極體晶片包括發光區、非發光區、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、透明導電層、布拉格反射層、擴散阻障層、貫孔、金屬層、第一電極與第二電極。主動層及第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上，在發光區形成由第一型半導體層、主動層和第二型半導體層所構成之一發光二極體堆疊單元。透明導電層設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上，布拉格反射層設置於透明導電層上，擴散阻障層設置於布拉格反射層上。貫孔穿過擴散阻障層、布拉格反射層、透明導電層、第二型半導體層和主動層，裸露出發光二極體堆疊單元之第一型半導體層。金屬層設置於擴散阻障層上，並填滿貫孔，使得金屬層可經過貫孔而連接發光二極體堆疊單元之第一型半導體層。第一電極設置於金屬層上，並經由金屬層與第一型半導體層電性連接。第二電極設置於擴散阻障層上，並與第二型半導體層電性連接。擴散結構覆蓋垂直覆晶式發光二極體晶片，透鏡覆蓋擴散結構。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點，z為曲線之縱軸變數，y為曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，n>3。透鏡的材質與擴散結構的材質係為不同。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
102、202、702B‧‧‧發光二極體封裝結構
104、304、404、504、604、704、1504‧‧‧發光單元
105‧‧‧擴散結構
106、206、706‧‧‧透鏡
107‧‧‧膠體
108、308、408、508、608、708、1508‧‧‧發光二極體晶片
110、710‧‧‧封裝膠體
312、412、512、612、712、1512‧‧‧基板
314、414、1512‧‧‧第一型半導體層
316、416、1516‧‧‧主動層
318、418、1518‧‧‧第二型半導體層
320、420、1520‧‧‧發光二極體堆疊單元
322、1522‧‧‧透明導電層
324、1524‧‧‧布拉格反射層
326、1526‧‧‧金屬層
328、428‧‧‧保護層
330、430、1530‧‧‧第一電極
332、432、1532‧‧‧第二電極
434‧‧‧反射式歐姆導電層
436‧‧‧緩衝層
538、1527‧‧‧絕緣層
540‧‧‧導電柱
613‧‧‧打線
711‧‧‧第一擴散粒子
713‧‧‧第二擴散粒子
744‧‧‧波長轉換層
746‧‧‧第一波長轉換層
748‧‧‧第二波長轉換層
756‧‧‧電路板
758‧‧‧發光裝置
1525‧‧‧擴散阻障層
1529‧‧‧接合金屬層
H、H1、H2‧‧‧高度
H31、H41‧‧‧第一貫孔
H32、H42‧‧‧第二貫孔
H33‧‧‧第三貫孔
H51‧‧‧貫孔
B‧‧‧凹部底處
C‧‧‧中心點
D‧‧‧直徑
E‧‧‧發光區
L‧‧‧光線
N‧‧‧非發光區
S‧‧‧外表面
W、W1、W2‧‧‧寬度
第1圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第2A圖繪示根據另一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第2B圖繪示根據另一實施例之透鏡的俯視圖。
第3A圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的光路模擬圖。
第3B圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的光路模擬圖。
第4圖繪示根據一實施例之發光單元的剖面圖。
第5圖繪示根據一實施例之發光單元的剖面圖。
第6圖繪示根據一實施例之發光單元的剖面圖。
第7圖繪示根據一實施例之發光單元的剖面圖。
第8圖繪示根據一實施例之發光單元的剖面圖。
第9圖繪示根據一實施例之發光裝置的剖面圖。
本發明係有關於一種發光二極體晶片級封裝結構與 包含其之直下式背光模組。發光二極體封裝結構能提供優異的發光、顯示效果。
以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。須注意的是，本揭露內容並非顯示出所有可能的實施例，未於本揭露內容提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者，圖式中的元件尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此，說明書和圖式內容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本揭露內容保護範圍之用。另外，實施例中之敘述，例如細部結構、製程步驟和材料應用等等，僅為舉例說明之用，並非對本揭露內容欲保護之範圍做限縮。實施例之步驟和結構之細節可在不脫離本揭露內容之精神和範圍內根據實際應用製程之需要而加以變化與修飾。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。
第1圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。如第1圖所示，發光二極體封裝結構102包括發光單元104、擴散結構105以及透鏡106。擴散結構105覆蓋發光單元104，透鏡106覆蓋擴散結構105。透鏡106的外表面S係為自由曲面，且透鏡106的材質與擴散結構105的材質係為不同。實施例中，發光單元104包括發光二極體晶片108，擴散結構105覆蓋發光二極體晶片108。
實施例中，透鏡106具有一第一折射率，擴散結構105具有一第二折射率，且第二折射率大於第一折射率。擴散結 構105的折射率(第二折射率)大於透鏡106的折射率(第一折射率)可以增加光擴散的效果，進而增大發光角度。
一些實施例中，第二折射率和第一折射率之差值係為0.2以上。一些實施例中，第二折射率和第一折射率之差值較佳地係為0.3以上。一些實施例中，第一折射率例如是1.2~1.8，第二折射率例如是1.6~2.5。
實施例中，如第1圖所示，擴散結構105接觸發光單元104，例如擴散結構105與發光單元104之間不具有空隙(air gap)。相較於擴散結構105與發光單元104存在空氣的狀況，其中光線通過空氣到達透鏡的表面很容易被反射回發光單元或基板上而造成光的損失，而根據本揭露內容之實施例，擴散結構105與發光單元104不存在空氣，所以可以避免因為光線的損失，進而提高光線的使用效率。
實施例中，如第1圖所示，透鏡106接觸擴散結構105，例如透鏡106與擴散結構105之間不具有空隙。實施例中，擴散結構105與透鏡106的接面例如係為自由曲面。即擴散結構105的外表面也是為自由曲面。擴散結構105與透鏡106一起構成雙自由曲面的發光二極體封裝結構102。
實施例中，如第1圖所示，擴散結構105的高度H相對於寬度W的比例例如係為1：2~5：4。
一些實施例中，如第1圖所示，擴散結構105可包括膠體107以及複數個第一擴散粒子(未繪示)，第一擴散粒子 摻雜在膠體107中。舉例來說，構成擴散結構105的膠體107接觸發光二極體晶片108，或者，膠體107與發光二極體晶片108之間不具有空隙。本實施例中，由於發光單元104與構成擴散結構105的膠體107之間沒有額外的空隙，因此具有薄的厚度，應用至裝置例如直下式背光模組時能達到微小化或薄化的設計效果。
一些實施例中，第一擴散粒子可包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氧化鈦、氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、螢光粉或上述之組合。一些實施例中，第一擴散粒子的粒徑例如為50奈米(nm)以下。
一些實施例中，如第1圖所示，透鏡106可包括一封裝膠體110以及複數個第二擴散粒子(未繪示)，第二擴散粒子摻雜在封裝膠體110中。舉例來說，構成透鏡106的封裝膠體110接觸構成擴散結構105的膠體107，或者，封裝膠體110與膠體107之間不具有空隙。本實施例中，由於構成擴散結構105的膠體107與封裝膠體110之間沒有額外的空隙，因此具有薄的厚度，應用至裝置例如直下式背光模組時能達到微小化或薄化的設計效果。
一些實施例中，第二擴散粒子可包括氧化鈦、氧化矽或上述之組合。
一些實施例中，封裝膠體110與膠體107的材料例如可包括矽膠或透明樹脂，例如是環氧樹脂。
一些實施例中，實施例中，透鏡106之外表面S的剖面的曲線符合(或實質上符合)多項式(I)：
對應發光二極體晶片108之外表面S之剖面的曲線的中心點C為y-z座標軸之原點，z為外表面S之剖面的曲線的縱軸變數，y為外表面S之剖面的曲線的橫軸變數，ai為多項式(I)中第i項次的係數。實施例中，在多項式(I)中，n>3。亦即多項式(I)至少為4次多項式。本揭露內容中，曲線「實質上符合」多項式(I)意指曲線擬合多項式(I)後的相關係數大於0.995(即為0.995~1)。換句話說，本揭露內容中，曲線「符合」多項式(I)意指曲線擬合多項式(I)後的相關係數為1。
一些實施例中，多項式(I)中，n=6，a6≠0，亦即多項式(I)為6次多項式。舉例來說，n=6，其中a0為不為零之常數，a1為不為零之常數，a2為不為零之常數，a3為不為零之常數，a4為不為零之常數，a5為不為零之常數，a6為不為零之常數。
一實施例中，曲線所符合(或實質上符合)之多項式(I)為：z=-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。也就是說，多項式(I)中，n=6，其中a0=2.5046，a1=-0.0709y，a2=0.5658，a3=-0.3718，a4=0.0871，a5=-0.0059，a6=-0.0005。
可利用司乃爾定律逆運算方式計算多段曲面斜率將 光線引導至指定位置已製作出指定光學圖形。
一些實施例中，外表面之剖面的曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡應用在直下式背光模組時，能精準地引導光線到期望的位置，而提升顯示裝置的顯示效果。本揭露內容不限於此，外表面之剖面的曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡亦可應用至其他類型的照射或顯示裝置。
如第1圖所示之實施例中，透鏡106之外表面S(連續曲表面)具有凹陷結構，外表面S之剖面的曲線的中心點C為凹陷結構的最低點。
然而本揭露內容不限於此，一些其他實施例中，透鏡之外表面亦可具有凸起結構，且外表面之剖面的曲線的中心點可為凸起結構的最高點。
此外，實施例中，外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡可應用至保留之外曲表面具有相同曲率的菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)結構，而能使用更少的透鏡材料，減少製造成本，並具有更輕的重量、更小的體積與更薄的厚度。
舉例來說，第2A圖與第2B圖分別繪示根據另一實施例之發光二極體封裝結構202的剖面圖與其透鏡206的俯視圖。發光二極體封裝結構202例如為發光二極體晶片級封裝結構，且發光二極體封裝結構202包括發光單元104、擴散結構105以及透鏡206。擴散結構105覆蓋發光單元104，透鏡206覆蓋 擴散結構105。透鏡206的材質與擴散結構105的材質係為不同。實施例中，發光單元104包括發光二極體晶片108，擴散結構105覆蓋發光二極體晶片108。
第2A圖所示之發光二極體封裝結構202與第1圖所示之發光二極體封裝結構102之間的差異在於，透鏡206的外表面S為菲涅耳透鏡結構，其中外表面S的凹部底處B具有同心圓紋路(第2B圖)，此外，透鏡206之外表面S具有凸起結構，且外表面S之剖面的曲線的中心點C為凸起結構的最高點。
第3A圖至第3B圖繪示根據一些實施例之發光二極體封裝結構的光路模擬圖。如第3A~3B圖所示的光路模擬圖均呈現光線L自發光單元104射出並通過擴散結構105後進入透鏡106的光路分佈。
實施例中，如第3A~3B圖所示，光線L通過擴散結構105後，進入透鏡106後均具有增大的發光角度。如第3A圖所示的擴散結構105具有高度H1及寬度W1，如第3B圖所示的擴散結構105具有高度H2及寬度W2，且寬度W1與寬度W2實質上相同，而高度H2大於高度H1。如第3A~3B圖所示，當擴散結構105的高度越高，越多光線L往大角度方向散射，而相對較少光線L往小角度方向集中射出，而使得發光角度擴大，且大發光角度範圍內的光線強度也較為均勻。
第4圖至第8圖繪示根據不同實施例之發光單元的剖面圖。
請參照第4圖，發光單元304包括基板312與基板312上的發光二極體晶片308，例如為覆晶式發光二極體晶片。發光二極體晶片308包括依序堆疊於基板312上的第一型半導體層314、主動層316及第二型半導體層318。第一型半導體層314具有N型及P型其中之一導電型，第二型半導體層318具有N型及P型其中之另一導電型。在發光區E的第一型半導體層314、主動層316和第二型半導體層318構成發光二極體堆疊單元320。發光二極體晶片308包括透明導電層322，透明導電層322設置於發光二極體堆疊單元320的第二型半導體層318上。發光二極體晶片308包括布拉格反射層324，布拉格反射層324設置於透明導電層322上。布拉格反射層324具有第一貫孔H31裸露出發光二極體堆疊單元320上之透明導電層322。發光二極體晶片308包括金屬層326，金屬層326設置於布拉格反射層324上，並填滿布拉格反射層324的第一貫孔H31，使得金屬層326可經過第一貫孔H31而連接發光二極體堆疊單元320上之透明導電層322。發光二極體晶片308包括保護層328，保護層328覆蓋金屬層326，且保護層328具有第二貫孔H32裸露出金屬層326。發光二極體晶片308包括第一電極330，第一電極330填滿在非發光區N裸露出第一型半導體層314之第三貫孔H33內，並與第一型半導體層314連接。發光二極體晶片308包括第二電極332，第二電極332填滿於保護層328的第二貫孔H32內，並與金屬層326連接。
一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105覆蓋發光單元304之發光二極體晶片308(覆晶式發光二極體晶片)、且如前述實施例之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合前述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)覆蓋擴散結構105，而形成本揭露內容之實施例之發光二極體(晶片級)封裝結構。
請參照第5圖，發光單元404包括基板412與基板412上的發光二極體晶片408，例如為覆晶式發光二極體晶片。發光二極體晶片408包括依序堆疊於基板412上的第一型半導體層414、主動層416及第二型半導體層418。第一型半導體層414具有N型及P型其中之一導電型，第二型半導體層418具有N型及P型其中之另一導電型。在發光區E的第一型半導體層414、主動層416和第二型半導體層418構成發光二極體堆疊單元420。發光二極體晶片408包括反射式歐姆導電層434，反射式歐姆導電層434設置於發光二極體堆疊單元420的第二型半導體層418上。一實施例中，反射式歐姆導電層434可具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti合金結構。發光二極體晶片408包括緩衝層436，緩衝層436設置於反射式歐姆導電層434上。發光二極體晶片408包括保護層428，保護層428覆蓋緩衝層436，且保護層428具有第一貫孔H41裸露出緩衝層436。發光二極體晶片408包括第一電極430，第一電極430填滿在非發光區N裸露出第一型半導體層414的第二貫孔H42，並與第一型半導體層414連接。發光二極 體晶片408包括第二電極432，第二電極432填滿於保護層428的第一貫孔H41內，並與緩衝層436連接。
一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105覆蓋發光單元404之發光二極體晶片408(覆晶式發光二極體晶片)、且如前述實施例之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合前述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)覆蓋擴散結構105，而形成本揭露內容之實施例之發光二極體(晶片級)封裝結構。
請參照第6圖，發光單元1504包括基板1512與基板1512上的發光二極體晶片1508，例如為垂直覆晶式發光二極體晶片。發光二極體晶片1508包括依序堆疊於基板1512上的第一型半導體層1514、主動層1516及第二型半導體層1518。第一型半導體層1514具有N型及P型其中之一導電型，第二型半導體層1518具有N型及P型其中之另一導電型。在發光區E的第一型半導體層1514、主動層1516和第二型半導體層1518構成發光二極體堆疊單元1520。發光二極體晶片1508包括透明導電層1522，透明導電層1522設置於發光二極體堆疊單元1520的第二型半導體層1518上。發光二極體晶片1508包括布拉格反射層1524，布拉格反射層1524設置於透明導電層1522上。發光二極體晶片1508包括擴散阻障層1525，擴散阻障層1525設置於布拉格反射層1524上。發光二極體晶片1508包括貫孔H51，貫孔H51穿過擴散阻障層1525、布拉格反射層1524、透明導電層1522、 第二型半導體層1528和主動層1516，裸露出發光二極體堆疊單元1520之第一型半導體層1514。發光二極體晶片1508包括金屬層1526，金屬層1526設置於擴散阻障層1525上，並填滿貫孔H51，使得金屬層1526可經過貫孔H51而連接發光二極體堆疊單元1520之第一型半導體層1514。發光二極體晶片1508包括第一電極1530，第一電極1530設置於金屬層1526上，並經由金屬層1526與第一型半導體層1514電性連接。發光二極體晶片1508包括第二電極1532，第二電極1532設置於擴散阻障層1525上，並與第二型半導體層1518電性連接。實施例中，發光二極體晶片1508更可包括絕緣層1527和接合金屬層1529，絕緣層1527位於貫孔H51的側壁上，且位於擴散阻障層1525和金屬層1526之間，接合金屬層1529設置於基板1512和金屬層1526之間。
一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105覆蓋發光單元1504之發光二極體晶片1508(垂直覆晶式發光二極體晶片)、且如前述實施例之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合前述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)覆蓋擴散結構105，而形成本揭露內容之實施例之發光二極體(晶片級)封裝結構。
請參照第7圖，發光單元504包括基板512與發光二極體晶片508。基板512包括絕緣層538與穿過絕緣層538的導電柱540。實施例中，導電柱540的直徑D可為0.25毫米(mm)。發光二極體晶片508是藉由焊料以覆晶的方式配置在基板512上 並電性連接基板512的導電柱540。實施例中，此類發光單元504的面積可小於3mmx3mm。
一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105覆蓋發光單元504之發光二極體晶片508、且如前述實施例之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合前述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)覆蓋擴散結構105，而形成本揭露內容之實施例之發光二極體(晶片級)封裝結構。換句話說，發光二極體封裝結構的擴散結構105(或膠體107)是接觸裸露出的發光二極體晶片508的上表面，也可接觸裸露出的基板512的上表面。擴散結構105(或膠體107)也可接觸裸露出之元件的側表面。
請參照第8圖，發光單元604包括發光二極體晶片608與基板612。配置在基板612上的發光二極體晶片608是利用以打線613電性連接基板612。
一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105覆蓋發光單元604之發光二極體晶片608、且如前述實施例之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合前述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)覆蓋擴散結構105，而形成本揭露內容之實施例之發光二極體(晶片級)封裝結構。換句話說，擴散結構105(或膠體107)是接觸裸露出的發光二極體晶片608的上表面與側表面，並接觸裸露出的打線613，也可接觸裸露出的基板612的上表面與側表面。
一些實施例中，發光二極體(晶片級)封裝結構的發光單元更包括波長轉換層(未顯示)，配置在發光二極體晶片之至少一上方或側面。其中波長轉換層能受發光二極體晶片射出之第一光線激發而發出不同於第一光線之波長的第二光線。藉由波長轉換層能調整發光二極體封裝結構或發光裝置的發光色調。波長轉換層可包括波長轉換材料例如螢光粉。一些實施例中，如前述實施例之擴散結構105(或膠體107)是接觸裸露出的波長轉換層。波長轉換層能視實際需求使用單一層或多層結構。
第9圖繪示根據一實施例之發光裝置的剖面圖。
請參照第9圖，發光裝置758包括電路板756和複數個互相分開的發光二極體封裝結構702B。根據實施例的發光裝置758可應用至直下式背光模組。
如第9圖所示，發光二極體晶片708設置在基板712上，擴散結構105覆蓋發光單元704的發光二極體晶片708，透鏡706覆蓋擴散結構105。實施例中，發光二極體晶片708可藉由覆晶或打線的方式配置在基板712上，並電性連接基板712的導電部分。
如第9圖所示，發光二極體封裝結構702B包括波長轉換層744。舉例來說，波長轉換層744包括第一波長轉換層746與第二波長轉換層748。一些實施例中，波長轉換層744亦可僅包括第一波長轉換層746。如第9圖所示，實施例中，第一波長轉換層746可形成在發光二極體晶片708的出光側上，例如 露出的上表面上。第一波長轉換層746也可形成在發光二極體晶片708露出的側表面上，及/或可填充在發光二極體晶片708之間的空隙。如第9圖所示，實施例中，第二波長轉換層748形成第一波長轉換層746上。第一波長轉換層746與第二波長轉換層748可具有不同的波長轉換性質。
如第9圖所示，實施例中，擴散結構105可包括膠體107和第一擴散粒子711，第一擴散粒子711摻雜在膠體107中。
如第9圖所示，實施例中，透鏡706可包括封裝膠體710和第二擴散粒子713，第二擴散粒子713摻雜在封裝膠體710中。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (50)

  1. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一發光二極體晶片；一擴散結構，覆蓋該發光二極體晶片；以及一透鏡，覆蓋該擴散結構，其中該透鏡的一外表面係為自由曲面，且該透鏡的材質與該擴散結構的材質係為不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡具有一第一折射率，該擴散結構具有一第二折射率，該第二折射率大於該第一折射率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該第二折射率和該第一折射率之差值係為0.2以上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該第一折射率係為1.2~1.8，該第二折射率係為1.6~2.5，且該第二折射率大於該第一折射率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一發光單元，該發光單元包括該發光二極體晶片，該擴散結構接觸該發光單元。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該擴散結構與該發光單元之間不具有空隙(air gap)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡接觸該擴散結構。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡與該擴散結構之間不具有空隙。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該擴散結構係為自由曲面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該擴散結構的高度相對於寬度的比例係為1：2~5：4。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該擴散結構包括一膠體以及複數個第一擴散粒子，該些第一擴散粒子摻雜在該膠體中。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該些第一擴散粒子包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氧化鈦、氧化矽、氧化鋁、 氧化鋯、螢光粉或上述之組合。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該些第一擴散粒子的粒徑為50nm以下。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡包括一封裝膠體以及複數個第二擴散粒子，該些第二擴散粒子摻雜在該封裝膠體中。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該些第二擴散粒子包括氧化鈦、氧化矽或上述之組合。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡的該外表面的剖面的一曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，a i為第i項次的係數，n>3。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 6≠0。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 0為不為零之常數，a 1為不為零之常數，a 2=為不為零之常數，a 3為不為零之常數，a 4為不為零之常數，a 5為不為零之常數，a 6為不為零之常數。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y 6-0.0059y 5+0.0871y 4-0.3718y 3+0.5658y 2-0.0709y+2.5046。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該外表面具有一凹陷結構，該曲線的該中心點為該凹陷結構的最低點。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該外表面具有一凸起結構，該曲線的該中心點為該凸起結構的最高點。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結 構，其中該透鏡的該外表面為菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)結構。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡為反射式透鏡或折射式透鏡。
  25. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一基板，其中該發光二極體晶片是以覆晶或打線的方式電性連接該基板。
  26. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第一波長轉換層，該第一波長轉換層位於該發光二極體晶片上。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第二波長轉換層，位於該發光二極體晶片上，且該第二波長轉換層的性質不同於該第一波長轉換層的性質。
  28. 一種直下式背光模組，包括：一電路板；以及複數個如申請專利範圍第1至27項其中之一所述之發光二極體晶片級封裝結構，彼此分開設置在該電路板上，並電性連接該電路板。
  29. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一發光二極體晶片，包括：一第一型半導體層、一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成由該第一型半導體層、該主動層和該第二型半導體層所構成之一發光二極體堆疊單元；一透明導電層，設置於該發光二極體堆疊單元的該第二型半導體層上；一布拉格反射層，設置於該透明導電層上，且該布拉格反射層具有一第一貫孔，裸露出該發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一金屬層，設置於該布拉格反射層上，並填滿該第一貫孔，使得該金屬層可經過該第一貫孔而連接該發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一保護層，覆蓋該金屬層，並且具有一第二貫孔，裸露出該發光二極體堆疊單元上之該金屬層；一第三貫孔，裸露在該非發光區之該第一型半導體層；一第一電極，填滿於該第三貫孔內，並與該第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於該第二貫孔內，並與該金屬層連接； 一擴散結構，覆蓋該發光二極體晶片；以及一透鏡，覆蓋該擴散結構，該透鏡之一外表面的剖面的一曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，a i為第i項次的係數，n>3，且該透鏡的材質與該擴散結構的材質係為不同。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 6≠0。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 0為不為零之常數，a 1為不為零之常數，a 2為不為零之常數，a 3為不為零之常數，a 4為不為零之常數，a 5為不為零之常數，a 6為不為零之常數。
  33. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式： z=-0.0005y 6-0.0059y 5+0.0871y 4-0.3718y 3+0.5658y 2-0.0709y+2.5046。
  34. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第一波長轉換層，該第一波長轉換層位於該發光二極體晶片上。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第二波長轉換層，位於該發光二極體晶片上，且該第二波長轉換層的性質不同於該第一波長轉換層的性質。
  36. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一覆晶式發光二極體晶片，包括：一第一型半導體層、一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成由該第一型半導體層、該主動層和該第二型半導體層所構成之一發光二極體堆疊單元；一反射式歐姆導電層，設置於該發光二極體堆疊單元的該第二型半導體層上；一緩衝層，設置於該反射式歐姆導電層上；一保護層，覆蓋該緩衝層，並且具有一第一貫孔，裸露出 該發光二極體堆疊單元上之該緩衝層；裸露出該第一型半導體層之一第二貫孔，設置於該非發光區；一第一電極，填滿於該第二貫孔內，並與該第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於該第一貫孔內，並與該緩衝層連接；一擴散結構，覆蓋該覆晶式發光二極體晶片；以及一透鏡，覆蓋該擴散結構，該透鏡之一外表面的剖面的一曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，a i為第i項次的係數，n>3，且該透鏡的材質與該擴散結構的材質係為不同。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  38. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該反射式歐姆導電層具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti合金結構。
  39. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 6≠0。
  40. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 0為不為零之常數，a 1為不為零之常數，a 2為不為零之常數，a 3為不為零之常數，a 4為不為零之常數，a 5為不為零之常數，a 6為不為零之常數。
  41. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y 6-0.0059y 5+0.0871y 4-0.3718y 3+0.5658y 2-0.0709y+2.5046。
  42. 如申請專利範圍第36項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第一波長轉換層，該第一波長轉換層位於該發光二極體晶片上。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第二波長轉換層，位於該第一波長轉換層上，且該第二波長轉換層的性質不同於該第一波長轉換層的性質。
  44. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括： 一垂直覆晶式發光二極體晶片，包括：一第一型半導體層、一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成由該第一型半導體層、該主動層和該第二型半導體層所構成之一發光二極體堆疊單元；一透明導電層，設置於該發光二極體堆疊單元的該第二型半導體層上；一布拉格反射層，設置於該透明導電層上；一擴散阻障層，設置於該布拉格反射層上；一貫孔，穿過該擴散阻障層、該布拉格反射層、該透明導電層、該第二型半導體層和該主動層，裸露出該發光二極體堆疊單元之該第一型半導體層；一金屬層，設置於該擴散阻障層上，並填滿該貫孔，使得該金屬層可經過該貫孔而連接該發光二極體堆疊單元之該第一型半導體層；一第一電極，設置於該金屬層上，並經由該金屬層與該第一型半導體層電性連接；以及一第二電極，設置於該擴散阻障層上，並與該第二型半導體層電性連接；一擴散結構，覆蓋該垂直覆晶式發光二極體晶片；以及一透鏡，覆蓋該擴散結構，該透鏡之一外表面的剖面的一曲 線實質上符合多項式： 對應該垂直覆晶式發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，a i為第i項次的係數，n>3，且該透鏡的材質與該擴散結構的材質係為不同。
  45. 如申請專利範圍第44項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  46. 如申請專利範圍第44項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 6≠0。
  47. 如申請專利範圍第44項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a 0為不為零之常數，a 1為不為零之常數，a 2為不為零之常數，a 3為不為零之常數，a 4為不為零之常數，a 5為不為零之常數，a 6為不為零之常數。
  48. 如申請專利範圍第44項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y 6-0.0059y 5+0.0871y 4-0.3718y 3+0.5658y 2-0.0709y+2.5046。
  49. 如申請專利範圍第44項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第一波長轉換層，該第一波長轉換層位於該垂直覆晶式發光二極體晶片上。
  50. 如申請專利範圍第49項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一第二波長轉換層，位於該垂直覆晶式發光二極體晶片上，且該第二波長轉換層的性質不同於該第一波長轉換層的性質。
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