TW201901989A - 發光二極體封裝元件及其製造方法，以及具有發光二極體封裝元件的多重色溫照明裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體封裝元件，包含一覆晶發光二極體晶粒及一波長轉換層。該覆晶發光二極體晶粒包括一發光主體及兩電極，該發光主體具有一頂面、一與該頂面位於相反側的底面，及一位於該頂面與該底面之間的側面。該等電極係相互間隔地設置於該發光主體的該底面。該波長轉換層內含螢光粉並以模造成型方式製作，且該波長轉換層覆蓋該發光主體的該頂面及該側面而未覆蓋該等電極。

Description

發光二極體封裝元件及其製造方法，以及具有發光二極體封裝元件的多重色溫照明裝置

本發明是有關於一種發光二極體封裝元件及其製造方法以及多重色溫照明裝置，特別是指一種採用覆晶發光二極體晶粒的發光二極體封裝元件及其製造方法以及多重色溫照明裝置。

發光二極體是目前各種照明裝置常用的發光元件，具有高亮度、省電、使用壽命長等優點。然而，由於發光二極體屬於單色光源，在照明裝置中使用發光二極體作為發光源，在光源顏色的表現上較容易受到侷限。另一方面，針對發光二極體及照明裝置的製作，目前已有眾多不同類型的製程技術，但如何持續有效地提升良率及簡化製程，仍是需要關注之處。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種能解決前述問題的發光二極體封裝元件。

於是，本發明發光二極體封裝元件，包含一覆晶發光二極體晶粒及一波長轉換層。該覆晶發光二極體晶粒包括一發光主體及兩電極，該發光主體具有一頂面、一與該頂面位於相反側的底面，及一位於該頂面與該底面之間的側面，該等電極係相互間隔地設置於該發光主體的該底面。該波長轉換層內含螢光粉並以模造成型方式製作，且該波長轉換層覆蓋該發光主體的該頂面及該側面而未覆蓋該等電極。

在一些實施態樣中，該波長轉換層覆蓋該覆晶發光二極體晶粒後的表面形狀呈長方體狀及立方體狀的其中一者。

在一些實施態樣中，該波長轉換層覆蓋該發光主體的厚度不小於0.12毫米。

本發明之另一目的，在提供一種具有前述發光二極體封裝元件的多重色溫照明裝置。

於是本發明多重色溫照明裝置，包含一基材、一設置於該基材的導接線路及多個如前述的發光二極體封裝元件。該等發光二極體封裝元件設置於該基材並電連接於該導接線路，且該等發光二極體封裝元件的發光色溫彼此相異。該等發光二極體封裝元件受控而個別呈現相應的開關狀態及亮度狀態。

在一些實施態樣中，該多重色溫照明裝置包含兩個發光二極體封裝元件，其中一發光二極體封裝元件的發光色溫為3000K，另一發光二極體封裝元件的發光色溫為6500K，當該等發光二極體封裝元件的其中一者受控開啟且另一者受控關閉會使該多重色溫照明裝置整體呈現3000K色溫及6500K色溫的其中一者，當該等發光二極體封裝元件受控同時開啟會使該多重色溫照明裝置整體呈現介於3000K至6500K之間的色溫。

本發明之又一目的，在提供一種製作前述發光二極體封裝元件的製造方法。

於是本發明發光二極體封裝元件的製造方法，包含以下步驟：步驟(A)提供一模具及一覆晶發光二極體晶粒，該模具的頂面形成一凹槽，該覆晶發光二極體晶粒包括一發光主體及兩電極，該發光主體具有一頂面、一與該頂面位於相反側的底面，及一在該頂面與該底面之間圍繞形成的側面，該等電極係相互間隔地設置於該發光主體的該底面。步驟(B)在該模具的該凹槽中設置內含螢光粉的膠體。步驟(C)加熱軟化該膠體，並將該覆晶發光二極體晶粒以該等電極及該底面朝上的方式置入該膠體中，使該膠體覆蓋該發光主體的該頂面及該側面而不覆蓋該等電極。以及步驟(D)固化該膠體，而完成該發光二極體封裝元件的製作。

在一些實施態樣中，該步驟(D)之後還包含：步驟(E) 以膠膜黏貼方式，將該發光二極體封裝元件從該模具的該凹槽中取出。

本發明至少具有以下功效：該發光二極體封裝元件是將該覆晶發光二極體晶粒及該波長轉換層藉由模造成型方式製作為晶片級封裝(chip scale package，簡稱CSP)的單一元件，便於後續藉由表面黏著技術(surface-mount technology，簡稱SMT)設置於電路板上，無須再進行打線製程及點膠製程，有助於簡化製程提升良率。藉由在多重色溫照明裝置中設置多個發光色溫不同的發光二極體封裝元件，能夠透過發光二極體封裝元件的發光控制產生混光效果，而呈現出多樣化的發光顏色。

參閱圖1至圖3，為本發明多重色溫照明裝置100的一實施例，該多重色溫照明裝置100包含一基材1、一導接線路2及兩個發光二極體封裝元件3。該基材1可採用熱傳性佳且具有電絕緣性的材質製作，於其頂面形成一凹槽11，以作為容置該等發光二極體封裝元件3的空間。該導接線路2設置於該基材1，並連接於該等發光二極體封裝元件3，以作為發光二極體封裝元件3與外部電路(圖中未繪製)電性導通的結構。本實施例中，該導接線路2是由該凹槽11中延伸至該基材1的外部，然而視實際需要該導接線路2的實施方式可相應設定，不以特定實施方式為限。

該等發光二極體封裝元件3的發光色溫彼此相異，係間隔地設置於該基材1的該凹槽11中且與該導接線路2電性連接。每一發光二極體封裝元件3包含一覆晶發光二極體晶粒4及一波長轉換層5。該覆晶發光二極體晶粒4包括一發光主體41及兩電極42。該發光主體41為該覆晶發光二極體晶粒4的主要發光結構，可藉由氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)、砷化鎵(Gallium Arsenide，GaAs)等半導體發光材質製作，內含圖中未繪製的磊晶基板、N型半導體層、多重量子阱層、P型半導體層等層狀堆疊結構，在外觀上為長方體狀或立方體狀，具有一頂面411、一與該頂面411位於相反側的底面412及一位於該頂面411與該底面412之間的側面413，該頂面411及該側面413為該發光主體41的主要出光面。該等電極42係相互間隔地設置於該發光主體41的該底面412，且兩者電性隔離地分別連接於該導接線路2，以作為該覆晶發光二極體晶粒4的正電極與負電極。該波長轉換層5例如可採用環氧樹脂(epoxy)、矽膠材、玻璃材料、陶瓷材料等透明膠體材質，藉由模造成型方式直接製作於該覆晶發光二極體晶粒4上。具體來說，該波長轉換層5係覆蓋該發光主體41的該頂面411及該側面413而未覆蓋該等電極42，且該波長轉換層5內含螢光粉，藉以調整該發光二極體封裝元件3的發光色溫及發光顏色。

舉例來說，在白光照明應用中，該覆晶發光二極體晶粒4可採用主要材質為氮化鎵的藍光晶粒，並配合在該波長轉換層5中混入黃色螢光粉，如此由該覆晶發光二極體晶粒4之該發光主體41發出的藍光以及該黃色螢光粉受激發後產生的黃光進行混光後便會形成白光，且其發光色溫可藉由不同的混光比例而相應調整。在一特定的實施態樣中，該多重色溫照明裝置100的其中一發光二極體封裝元件3的發光色溫可為3000K(黃光)，另一發光二極體封裝元件3的發光色溫則為6500K(冷白光)，藉由一數位邏輯電路(圖未示)可對此兩個發光二極體封裝元件3進行開、關控制及亮度控制，使該等發光二極體封裝元件3受控而個別呈現相應的開關狀態及亮度狀態，即可讓該多重色溫照明裝置100呈現出從3000K~6500K範圍內的多重色溫狀態，例如邏輯狀態1為色溫6500K的該發光二極體封裝元件3點亮且色溫3000K的該發光二極體封裝元件3關閉而整體呈現6500K的冷白光色溫，邏輯狀態2為色溫6500K的該發光二極體封裝元件3關閉且色溫3000K的該發光二極體封裝元件3點亮而整體呈現3000K的黃光色溫，邏輯狀態3為兩個發光二極體封裝元件3皆點亮而整體呈現4200K的暖白光色溫，邏輯狀態4為兩個發光二極體封裝元件3皆點亮但兩者亮度皆降低而整體呈現較低亮度的4200K暖白光色溫，上述邏輯狀態1~4可以藉由數位邏輯電路進行各種預設之切換模式控制，例如可以讓邏輯狀態1~4依序切換並於四種邏輯狀態切換結束後再從邏輯狀態1開始循環，但不以此種實施方式為限，如此可實現適用於各種照明應用的多重色溫控制。

另一方面，本實施例中，該波長轉換層5覆蓋該覆晶發光二極體晶粒4後的表面形狀呈長方體狀及立方體狀的其中一者，且該波長轉換層5覆蓋該發光主體41的厚度T1、T2不小於0.12毫米，如此可讓該發光二極體封裝元件3實現小體積的晶片級封裝(chip scale package，CSP)，並且維持均勻的發光亮度及發光顏色。要特別說明的是，根據實際需要，該多重色溫照明裝置100中所採用之該發光二極體封裝元件3的數量及各個該發光二極體封裝元件3的發光色溫均可視實際需要而調整，不以前述實施方式為限。

以下配合圖4之流程圖及其他相關圖式，說明該發光二極體封裝元件3的製造方法。

參閱圖3、圖5，首先，於步驟S1需先提供一模具200及一覆晶發光二極體晶粒4，該模具200可設置於一加工設備(圖中未繪製)中，並如圖5般包括一下模板201及一能相對於該下模板201上下移動的上模板202。該下模板201的頂面形成一位於一頂出機構204上的凹槽201，該覆晶發光二極體晶粒4的具體結構如圖3所示，但在本步驟中尚未覆蓋該波長轉換層5。

接著，於步驟S2，可如圖5般在該模具200之該下模板201的該凹槽203中設置內含螢光粉的膠體300，該膠體300例如可藉由灌注方式將內含螢光粉的樹脂注入該凹槽201中所形成。

參閱圖6、圖7，於步驟S3需將該覆晶發光二極體晶粒4以該等電極42及該底面412朝上的方式放置於該膠體300表面的中央部位，然後加熱該膠體300而使該膠體300略為軟化，再如圖7般將該上模板202降下，以藉由該上模板202將該覆晶發光二極體晶粒4壓入該膠體300中，並使該膠體300覆蓋該發光主體41的該頂面411及該側面413而不覆蓋該等電極42。

參閱圖8、圖9，而後，於步驟S4可透過加熱方式固化該膠體300，此時該膠體300經固化處理後即成為該發光二極體封裝元件3之該波長轉換層5，此時該發光二極體封裝元件3以大致加工完成。最終，於步驟S5可如同圖9般藉由該頂出機構204將該發光二極體封裝元件3向上頂出，使該發光二極體封裝元件3顯露於該下模板201之頂面以外的位置，然而便可藉由透過膠膜黏貼等方式，將該發光二極體封裝元件3從該下模板201中取出，而完成該發光二極體封裝元件3的所有加工程序。

綜合前述說明，本發明之該發光二極體封裝元件3是將該覆晶發光二極體晶粒4及該波長轉換層5藉由一系列的模造成型方式製作為晶片級封裝(chip scale package，簡稱CSP)的單一元件，便於後續藉由表面黏著技術(surface-mount technology，簡稱SMT)設置於電路板上，無須再進行打線製程及點膠製程，有助於簡化製程提升良率。此外，藉由在多重色溫照明裝置100中設置多個發光色溫不同的發光二極體封裝元件3，能夠透過各個發光二極體封裝元件3的發光控制產生混光效果，而呈現出多樣化的發光顏色。是故，本發明發光二極體封裝元件3及其製造方法，以及具有發光二極體封裝元件3的多重色溫照明裝置100的實施方式確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧多重色溫照明裝置

200‧‧‧模具

201‧‧‧下模板

202‧‧‧上模板

203‧‧‧凹槽

204‧‧‧頂出機構

300‧‧‧膠體

1‧‧‧基材

11‧‧‧凹槽

2‧‧‧導接線路

3‧‧‧發光二極體封裝元件

4‧‧‧覆晶發光二極體晶粒

41‧‧‧發光主體

411‧‧‧頂面

412‧‧‧底面

413‧‧‧側面

42‧‧‧電極

5‧‧‧波長轉換層

S1~S5‧‧‧流程步驟

T1‧‧‧厚度

T2‧‧‧厚度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一俯視圖，說明本發明多重色溫照明裝置的一實施例； 圖2是一沿圖1之II-II方向的剖面圖； 圖3是一側視圖，說明本發明發光二極體封裝元件的一實施例； 圖4是一流程圖，說明該發光二極體封裝元件之製造方法的一實施例； 圖5~9為示意圖，說明該發光二極體封裝元件的各製作步驟。

Claims (7)

1. 一種發光二極體封裝元件，包含： 一覆晶發光二極體晶粒，包括一發光主體及兩電極，該發光主體具有一頂面、一與該頂面位於相反側的底面，及一位於該頂面與該底面之間的側面，該等電極係相互間隔地設置於該發光主體的該底面；及 一波長轉換層，以模造成型方式製作，該波長轉換層覆蓋該發光主體的該頂面及該側面而未覆蓋該等電極，且該波長轉換層內含螢光粉。
2. 如請求項1所述之發光二極體封裝元件，其中，該波長轉換層覆蓋該覆晶發光二極體晶粒後的表面形狀呈長方體狀及立方體狀的其中一者。
3. 如請求項1所述之發光二極體封裝元件，其中，該波長轉換層覆蓋該發光主體的厚度不小於0.12毫米。
4. 一種多重色溫照明裝置，包含： 一基材； 一導接線路，設置於該基材；及 多個如請求項1至3中任一項所述之發光二極體封裝元件，設置於該基材且電連接於該導接線路，該等發光二極體封裝元件的發光色溫彼此相異，且該等發光二極體封裝元件受控而個別呈現相應的開關狀態及亮度狀態。
5. 如請求項4所述之多重色溫照明裝置，包含兩個發光二極體封裝元件，其中一發光二極體封裝元件的發光色溫為3000K，另一發光二極體封裝元件的發光色溫為6500K，當該等發光二極體封裝元件的其中一者受控開啟且另一者受控關閉會使該多重色溫照明裝置整體呈現3000K色溫及6500K色溫的其中一者，當該等發光二極體封裝元件受控同時開啟會使該多重色溫照明裝置整體呈現介於3000K至6500K之間的色溫。
6. 一種發光二極體封裝元件的製造方法，包含以下步驟： 步驟(A) 提供一模具及一覆晶發光二極體晶粒，該模具的頂面形成一凹槽，該覆晶發光二極體晶粒包括一發光主體及兩電極，該發光主體具有一頂面、一與該頂面位於相反側的底面，及一在該頂面與該底面之間圍繞形成的側面，該等電極係相互間隔地設置於該發光主體的該底面； 步驟(B) 在該模具的該凹槽中設置內含螢光粉的膠體； 步驟(C) 加熱軟化該膠體，並將該覆晶發光二極體晶粒以該等電極及該底面朝上的方式置入該膠體中，使該膠體覆蓋該發光主體的該頂面及該側面而不覆蓋該等電極；及 步驟(D) 固化該膠體，而完成該發光二極體封裝元件的製作。
7. 如請求項6所述之發光二極體封裝元件的製造方法，其中，該步驟(D)之後還包含：步驟(E) 以膠膜黏貼方式，將該發光二極體封裝元件從該模具的該凹槽中取出。