TWI392124B - 一種發光二極體裝置及其封裝方法 - Google Patents

Description

一種發光二極體裝置及其封裝方法

本發明係有關於一種發光二極體裝置及其封裝方法，尤其涉及一種出光效率高、出光色彩穩定性好之發光二極體裝置及其封裝方法。

發光二極體具有體積小，重量輕，反應速度快、節能等優點，可廣泛地作為各種指示器或顯示器之光源。近年來所發展之白光發光二極體還可取代一般鎢絲燈泡或日光燈管作為照明光源。

已知存在有複數種形式之白光發光二極體，其中一種白光發光二極體之結構如第1圖所示，其係將一發光晶片12設置於一基座11之凹陷部111底部，並填置一螢光層13於凹陷部111內以覆蓋發光晶片12，借著分佈於螢光層13內的螢光粉體131，將發光晶片12發出之部分藍光轉換為黃光，以使黃光可與其他部分未被轉換之藍光混色而形成白光。

然而，如第1圖所示之白光發光二極體在不同方向上所呈現之白光光色會有偏藍或偏黃之差異。由於發光晶片12頂面所發出之光線L1與其周面所發出之光線L2在螢光層13中行進的路徑較長，以至於其被螢光層13轉換為黃光之機率較大，因此發光晶片12周面所出射之光線對整體白光發光二極體之貢獻會以黃光為主，以至於造成發光二極體側向之白光光色偏黃。

為改善白光光色差異，在美國專利第6,576,488、6,417,019以及6,650,044號專利案中，提出利用電泳以及模版印刷等方法來製作如第2圖所示之白光發光二極體，其在發光晶片12之頂面上與周面上都形成有厚度一致之螢光層13。

然而，此種方法只能適用於覆晶接合(flip chip bonding)式發光晶片上，無法適用在需要以打線接合(wire bonding)之發光晶片上，以致在應用上受到限制。並且，電泳等制程所額外增加之製作成本也導致此種白光發光二極體難以普及。再者，該方法使螢光粉層直接覆蓋在晶片表面，會使部分由晶片發出的光線進入螢光粉層與粉粒作用後反彈回晶片內部被吸收，造成出光效率下降。

又如美國專利7,341,818提出一種螢光粉片貼合技術，將固態燒結後的螢光粉薄片貼在薄膜覆晶式晶片或垂直導通晶片上方，此法可進一步降低螢光粉層厚度，從而提高出光效率，但發現經二次光學透鏡後會出現色不均現象，分析原因為螢光粉片並未完全覆蓋住晶片表面使週邊漏出晶片藍光而讓色度不均。

近期有廠商採用螢光粉噴射之方式在晶片上方及周圍做塗布，雖可以完全涵蓋住晶片，但也遍佈在金線和底材上，經二次光學還是有色不均之現象。另外也有廠商用噴射之方式將螢光粉塗布在晶片上方，但分佈不均且周圍未完全覆蓋，經二次光學還是有色不均現象。

因此提供一種出光效率高、出光色均性好之發光二極體裝置及其成本低、適用性廣且確保發光二極體裝置出光效率高、出光色均性好之封裝方法非常必要。

本發明目的之一係提供一種出光效率高、出光色均性好的發光二極體裝置。

本發明另一目的係提供一種成本低、適用性廣且確保發光二極體裝置出光效率高、出光色均性好之封裝方法。

為實現上述發明目的，本發明提供一種發光二極體裝置，其包括具有一基座結構、一發光晶片、一透明封裝層以及一螢光層；該基座結構具有一容置空間，該容置空間藉由一該基座結構的內底面及一圍繞該內底面周緣的內側壁所界定，該發光晶片設置於該容置空間之底部；該透明封裝層填設於該容置空間中並覆蓋該發光晶片；該螢光層形成於該透明封裝層上；其中，該螢光層尺寸大於該容置空間的尺寸且不大於1.5倍該容置空間的尺寸，且邊緣承載於該基座結構頂面上。由於發光晶片設置於基座結構之容置空間底部，該發光晶片上覆蓋有一透明封裝層，而螢光層形成於該透明封裝層上，該螢光層尺寸大於該容置空間之尺寸且不大於1.5倍該容置空間之尺寸，且邊緣承載於該基座結構頂面上，這樣光線經過螢光層之路徑基本等長，因此出光色均性好，另外螢光層可以較薄，從而可以減少光能損失，出光率提高；而且該螢光層完全覆蓋該發光晶片的發光區域，從而避免漏光，因此提高出光色均性，且提高出光視角。

本發明還提供發光二極體裝置之封裝方法，其包括步驟：提供具有一容置空間之一基座，該容置空間底部設置有一發光晶片；往該基座之容置空間內注射透明封裝膠體，使該透明封裝膠體覆蓋該發光晶片之頂面及周面，並凝固該透明封裝膠體；在該凝固的透明封裝膠體上形成一尺寸大於該容置空間之螢光層，使得該螢光層之邊緣承載於該基座頂面之上。該方法既可適用於覆晶接合式發光二極體也可適用於一般的發光二極體，例如打線接合式發光二極體，適用性廣；另外採用注射等簡單工藝，成本低。

具體的，將結合以下圖式對本發明作詳細說明。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件係以相同的編號來表示。

參閱第8A圖，本發明一較佳實施例提供之發光二極體裝置200，包括一基座結構20、一發光晶片22、一透明封裝層24以及一螢光層28；該基座結構20具有一容置空間202；該容置空間202係藉由該基座結構之內底面2022及一圍繞該內底面2022周緣之內側壁2021所界定而成；該發光晶片22設置於該容置空間202底部，亦即該基座結構20的內底面2022之上，優選地，該發光晶片22以幾何中心相對齊地設置於該容置空間202內，該基座結構20的內側壁2021實質平行於該發光晶片22之周面，尤其是當該發光晶片22之側邊與底面為垂直關係時，也可以說，該基座結構20之內側壁2021為一直立圍繞該內底面2022周緣之側壁面；該透明封裝層24填設於該容置空間202中並覆蓋該發光晶片22，包含該發光晶片22之頂面及周面，優選的，該透明封裝層24係將該基座結構20之容置空間22完全填滿，進而提供一平坦上表面；也可以說，優選的，該透明封裝層24之上表面與該基座結構20之頂面201近乎齊高。該螢光層28形成於該透明封裝層24之上，且尺寸(用邊長d表示，如第7A圖所示)略大於該容置空間202之尺寸(用邊長d’表示)，優選不大於1.5倍該容置空間202之尺寸，其邊緣281承載於該基座結構20之頂面201上。此外，該基座結構20更包含一導電結構203，提供該發光晶片22與外部電源電性連接之用，在本實施例中，該發光晶片22係採用打線接合之方式與位於基座結構20內之該導電結構203電性連接，也就是說，其通過連接線221、222分別與該導電結構203之兩相異電性的導電元件2031、2032電性連接。

其中，該螢光層28為螢光粉貼片或內含螢光粉之高分子膠體層，且厚度均勻。該透明封裝層24為一高分子膠體，其包括環氧化物、矽膠或其他具有長鏈狀結構之高分子化合物。該發光晶片22可發出UV~IR之光波段。優選的，該基座結構20可藉由多層陶瓷所堆疊而成。

參閱第8B圖，本發明另一較佳實施例提供之發光二極體裝置200結構與上述實施例基本相同，惟，該發光晶片22採用覆晶接合之方式形成於該基座結構20之容置空間202內，並通過焊墊225、226分別與該導電結構203之兩相異電性的導電元件2031、2032電性連接。

為封裝形成如第8A圖或第8B圖所示之發光二極體裝置200，本發明一較佳實施例提供一種發光二極體裝置之封裝方法，其如第3圖所示，包括下列步驟：步驟S1，提供具有一容置空間之一基座，該容置空間底部設置有一發光晶片；步驟S2，往該基座之容置空間內注射透明封裝膠體，使該透明封裝膠體覆蓋該發光晶片之頂面及周面，並凝固該透明封裝膠體；步驟S3，在凝固之透明封裝膠體上再次注射一較薄之高分子膠體層；步驟S4，在該較薄之高分子膠體層上形成一尺寸略大於該容置空間之螢光層，使得該螢光層的邊緣承載在該基座頂面上。

具體的，可參閱第4A圖，步驟S1係提供一基座結構20，該基座結構20具有一容置空間202，該容置空間202係藉由該基座結構20之內底面2022及一圍繞該內底面2022周緣之內側壁2021所界定而成，一發光晶片22設置於該容置空間202內該基座結構20之內底面2022上，並通過連接線221、222分別與該基座結構20之導電結構203之兩相異電性之導電元件2031、2032電性連接，進而與一外部電源電性連接而提供該發光晶片22發光所需之用。

還可參閱第4B圖，本發明另一實施例，步驟S1提供一基座結構20，該基座結構20具有一容置空間202，該容置空間202係藉由該基座結構20之內底面2022及一圍繞該內底面2022周緣之內側壁2021所界定而成，一發光晶片22採用覆晶接合之方式形成於該基座結構20的容置空間202內並通過焊墊225、226分別與導電結構203之兩相異電性之導電元件2031、2032電性連接，進而與一外部電源電性連接而提供該發光晶片22發光所需之用。。

從第4A圖和第4B圖來看，本封裝方法不但適用於覆晶接合式發光二極體封裝，也適用於打線接合式發光二極體封裝。

再參閱第5圖，具體的，步驟S2係利用注射裝置3，往該基座結構20之容置空間202內注射透明封裝膠體24，使該透明封裝膠體24覆蓋該發光晶片22之頂面及周面，幾乎填滿該容置空間202，再凝固該透明封裝膠體24；該透明封裝膠體24可以為環氧化物、矽膠或其他具有長鏈狀結構的高分子化合物，本實施例中採用矽膠。

再請參閱第6圖，等步驟S2中注射之透明封裝膠體24凝固後，再在該凝固的該透明封裝膠體24上注射一較薄的高分子膠體層24’，該較薄的高分子膠體層24’優選為與透明封裝膠體24材質一樣，可以為環氧化物、矽膠或其他具有長鏈狀結構的高分子化合物，本實施例中採用矽膠。該步驟注射之較薄高分子膠體層24’主要是用於填平上述透明封裝膠體24凝固後可能出現之凸凹不平之上表面，若上一步驟S2注入之透明封裝膠體24適量，且凝固時形成了平整之上表面，則S3這一步驟可省略。

本實施例採用兩次注射成型之方式形成透明封裝層24，可避免透明封裝膠體凝固後發生微量之變形，出現表面凹凸不均之狀況，從而利於螢光層28之貼合。例如出現習知技術中螢光粉片並未完全覆蓋住晶片表面使週邊漏出晶片藍光而讓色度不均的情形，第二次注射之較薄的高分子膠體層24’即可填補該不足，使得該透明封裝層24表面平整，且其具有一定的黏性，從而更有利於後續步驟S4中螢光層28與透明封裝層24之間的黏結貼合，從而避免出光色度不均的情形。

此外，該高分子膠體層24’亦可優選的使得透明封裝層24的上表面與該基座結構20之頂面201近乎齊高，以利於後續步驟S4。

請參閱第7A圖，具體的步驟S4，可採用一拾取裝置4拾取一螢光粉貼片28貼合在該較薄的高分子膠體層24’之上，其中，優選的，該螢光粉貼片28之形狀與容置空間202內底部2022之形狀對應，如本實施例中，該容置空間202內底部2022為長方形，該螢光粉貼片28也為長方形。該螢光粉貼片28之長度d略大於容置空間202內底部2022之長度d’，同樣螢光粉貼片28之寬度也應略大於容置空間202內底部2022之寬度，使得該螢光粉貼片28粘合該高分子膠體層24’後，該螢光粉貼片28之邊緣281能承載在基座結構20之頂面201上，使該螢光粉貼片28完全覆蓋住該容置空間202。

請參閱第7B圖，步驟S4也可以採用注射方式，用注射裝置3在該較薄的高分子膠體層24’上注射一層內含螢光粉之高分子膠體層，形成一尺寸略大於該容置空間202之螢光層28，使得該螢光層28之邊緣281承載在該基座結構20頂面201之上，完全覆蓋住該容置空間202。

優選的，在步驟S4形成螢光層後，更包含一固化該較薄高分子膠體層的步驟。該固化步驟與步驟S2中凝固該透明封裝膠體24相同，優選為烘烤固化。

本實施例分兩段烘烤，係為防止透明封裝膠體和螢光粉片之膨脹係數不同從而在介面產生氣泡，或者防止注射方法形成之螢光層在烘烤時與該透明封裝膠體混為一體。

經由上述步驟S1至S4，則封裝成如第8A圖或8B所示之發光二極體裝置200。

本發明提供之發光二極體裝置200其發光晶片22設置於基座結構20之一容置空間202內底部2022，該發光晶片22之頂面及周面上覆蓋有一透明封裝層24，而螢光層28形成于該透明封裝層24之上，這樣光線經過螢光層28之路徑基本等長，因此出光色均性好，另外螢光層28可以較薄，從而可以減少光能損失，出光率提高；此外，特別的，該螢光層28尺寸略大於該容置空間202之尺寸，其邊緣281承載於該基座結構20頂面201上，使得該螢光層28完全覆蓋該發光晶片22之發光區域，從而避免漏光，因此提高出光色均性，且提高出光視角。

本發明提供之發光二極體裝置之封裝方法，既可適用於覆晶接合式發光二極體也可適用於一般發光二極體，例如打線接合式發光二極體，適用性廣；另採用注射等簡單工藝，成本低，且採用二次注射、分段固化方式形成透明封裝層，不但利於螢光層之貼合，也避免介面出現氣泡而出光色均性較差之情形，因此該封裝方法適用性廣，成本低，且確保封裝形成的發光二極體裝置出光效率高，出光色均性好，出光視角廣。

惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書所記載的內容所作出簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明申請專利範圍所涵蓋範圍之內。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利檔搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。

[習知]

11‧‧‧基座

111‧‧‧凹陷部

12‧‧‧發光晶片

13‧‧‧螢光層

131‧‧‧螢光粉體

L1、L2‧‧‧光線

[本發明]

20‧‧‧基座結構

200‧‧‧發光二極體裝置

201‧‧‧基座結構頂

202‧‧‧容置空間

2021‧‧‧內側壁

2022‧‧‧內底面

203‧‧‧導電結構

2031、2032‧‧‧導電元件

22‧‧‧發光晶片

24‧‧‧透明封裝層

24’‧‧‧高分子膠體

28‧‧‧螢光層

281‧‧‧螢光層邊緣

3‧‧‧注射裝置

4‧‧‧拾取裝置

221、222‧‧‧連接線

225、226‧‧‧焊墊

S1~S4‧‧‧封裝步驟

d‧‧‧螢光層邊長

d’‧‧‧容置空間邊長

第1圖係習知技術中一種發光二極體之結構示意圖；

第2圖係習知技術中另一種發光二極體之結構示意圖；

第3圖係本發明一較佳實施例提供之發光二極體裝置封裝方法流程圖；

第4A圖係本發明一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S1示意圖；

第4B圖係本發明另一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S1示意圖；

第5圖係本發明一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S2示意圖；

第6圖係本發明一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S3示意圖；

第7A圖係本發明一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S4示意圖；

第7B圖係本發明另一較佳實施例中發光二極體裝置封裝方法步驟S4示意圖；

第8A圖係本發明一較佳實施例中發光二極體裝置之結構示意圖；以及

第8B圖係本發明另一較佳實施例中發光二極體裝置之結構示意圖。

20．．．基座結構

200．．．發光二極體裝置

201．．．基座結構頂面

202．．．容置空間

202．．．內側壁

2022．．．內底面

203．．．導電結構

2031、2032．．．導電元件

22．．．發光晶片

221、222．．．連接線

24．．．透明封裝層

24’．．．高分子膠體層

28．．．螢光層

281．．．螢光層邊緣

d’．．．容置空間邊長

Claims (7)

1. 一種發光二極體裝置，其包括一基座結構、一發光晶片、一透明封裝層、一高分子膠體層以及一螢光層；該基座結構具有一容置空間，該容置空間藉由一該基座結構之內底面及一圍繞該內底面周緣之內側壁所界定，該發光晶片設置於該容置空間之底部；該透明封裝層填設於該容置空間中並覆蓋該發光晶片；該高分子膠體層設置於該透明封裝層上；該螢光層形成於該高分子膠體層上；其中，該螢光層尺寸大於該容置空間之尺寸且不大於1.5倍該容置空間之尺寸，且邊緣承載於該基座結構頂面之上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中，該螢光層為螢光粉貼片或內含螢光粉的高分子膠體層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中，該透明封裝層具有一平坦上表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體裝置，其中，該透明封裝層的上表面與該基座結構的頂面近乎齊高。
5. 一種發光二極體裝置之封裝方法，其包括步驟：提供具有一容置空間之一基座，該容置空間底部設置有一發光晶片；往該基座之容置空間內注射透明封裝膠體，使該透明封裝膠體覆蓋該發光晶片之頂面及周面，並凝固該透明封裝膠體；在凝固的封裝膠體上再次注射一較薄高分子膠體層；在該較薄高分子膠體層上形成一尺寸大於該容置空間之螢光層，使得該螢光層之邊緣承載於該基座頂面之上；在該螢光層形成後固化該較薄高分子膠體層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體裝置之封裝方法，其中，在該凝固的透明封裝膠體上形成螢光層之方法為黏貼一螢光粉貼片或注射一內含有螢光分之高分子膠體層。
7. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體裝置之封裝方法，其中，該螢光層尺寸需不大於1.5倍該容置空間之尺寸。