TWI426594B - 能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構 - Google Patents

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Description

能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構
本發明係有關於一種混光式發光二極體封裝結構，尤指一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構。
按，電燈的發明可以說是徹底地改變了全人類的生活方式，倘若我們的生活沒有電燈，夜晚或天氣狀況不佳的時候，一切的工作都將要停擺；倘若受限於照明，極有可能使房屋建築方式或人類生活方式都徹底改變，全人類都將因此而無法進步，繼續停留在較落後的年代。
是以，今日市面上所使用的照明設備，例如：日光燈、鎢絲燈、甚至到現在較廣為大眾所接受之省電燈泡，皆已普遍應用於日常生活當中。然而，此類電燈大多具有光衰減快、高耗電量、容易產生高熱、壽命短、易碎或不易回收等缺點。再者，傳統的日光燈的演色性較差，所以產生蒼白的燈光並不受歡迎，此外因為發光原理在燈管二極電子的一秒鐘120次的快速流動，容易在剛開啟及電流不穩定時造成閃爍，此現象通常被認為是造成國內高近視率的元凶，不過這個問題可藉由改裝附有「高頻電子式安定器」的燈管來解決，其高頻電子式安定器不但能把傳統日光燈的耗電量再降20%，又因高頻瞬間點燈時，輸出的光波非常穩定，因此幾乎無閃爍發生，且當電源電壓變動或燈管處於低溫時，較不容易產生閃爍，此有助於視力的保護。然而，一般省電燈泡和省電燈管的安定器都是固定式的，如果要汰舊換新的話，就得連安定器一起丟棄，再者不管日光燈管再怎樣省電，因其含有水銀的塗佈，廢棄後依然不可避免的對環境造成嚴重的污染。因此，為了解決上述的問題，發光二極體燈泡或發光二極體燈管因應而生。
本發明所要解決的技術問題，在於提供一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構。本發明將「能夠產生高色溫的發光二極體」與「能夠產生低色溫的發光二極體」並聯在一起，以產生能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構。
再者，本發明透過塗佈的方式以成形一可為任意形狀之環繞式邊框膠體(環繞式白色膠體)，且透過環繞式邊框膠體以局限一透光封裝膠體(螢光膠體)的位置且調整透光封裝膠體的表面形狀，因此本發明的發光二極體封裝結構能夠「提高發光二極體晶粒的發光效率」及「控制發光二極體晶粒的出光角度」。
為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其包括：一基板單元、一發光單元、一邊框單元及一封裝單元。該基板單元具有一基板本體及至少兩個設置於該基板本體上表面之置晶區域。該發光單元具有至少一用於產生第一種色溫之第一發光模組及至少一用於產生第二種色溫之第二發光模組，其中上述至少一第一發光模組具有多顆電性地設置於該基板單元的其中一置晶區域上之第一發光二極體晶粒，且上述至少一第二發光模組具有多顆電性地設置於該基板單元的另外一置晶區域上之第二發光二極體晶粒，且每一個第一發光二極體晶粒及每一個第二發光二極體晶粒皆為藍色發光二極體晶粒。該邊框單元具有至少兩個透過塗佈的方式而環繞地成形於該基板本體上表面之環繞式邊框膠體，其中上述至少兩個環繞式邊框膠體分別圍繞上述至少一第一發光模組及上述至少一第二發光模組，以分別形成至少兩個位於該基板本體上方之膠體限位空間。該封裝單元具有成形於該基板本體上表面以分別覆蓋上述至少一第一發光模組及上述至少一第二發光模組之至少一第一透光封裝膠體及至少一第二透光封裝膠體，其中上述至少一第一透光封裝膠體與上述至少一第二透光封裝膠體分別被局限在上述至少兩個膠體限位空間內。
因此，本發明的有益效果在於：本發明透過「能夠產生高色溫的發光二極體」與「能夠產生低色溫的發光二極體」並聯在一起(類似兩條緊靠且並聯在一起之發光條)，以產生能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構。
此外，藉由環繞式邊框膠體的使用，以使得透光封裝膠體被限位在膠體限位空間內，進而可控制「透光封裝膠體的使用量及位置」；再者藉由控制透光封裝膠體的使用量及位置，以調整透光封裝膠體的表面形狀及高度，進而控制「該些發光二極體晶粒所產生之白色光束的出光角度」；另外，本發明亦可藉由環繞式邊框膠體的使用，以使得該些發光二極體晶粒所產生的光束投射到環繞式邊框膠體的內壁而產生反射，進而可增加「本發明發光二極體封裝結構的發光效率」。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參閱第一A圖及第一B圖所示，本發明第一實施例提供一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構M，其包括：一基板單元1、一發光單元、一邊框單元3及一封裝單元4。
其中，基板單元1具有一基板本體10及至少兩個設置於基板本體10上表面之置晶區域11。此外，基板本體10具有一電路基板100、一設置於電路基板100底部之散熱層101、多個設置於電路基板100上表面之導電焊墊102、及一設置於電路基板100上表面並用於露出該些導電焊墊102之絕緣層103。因此，散熱層101可用於增加電路基板100的散熱效能，且該些絕緣層103為一種可用於只讓該些導電焊墊102裸露出來且達到局限焊接區域之防焊層。然而，上述對於基板本體10的界定並非用以限定本發明，舉凡任何型式的基板皆為本發明可應用的範疇。例如：基板本體10可為一印刷電路板、一軟基板、一鋁基板、一陶瓷基板或一銅基板。
再者，發光單元具有至少一用於產生第一種色溫之第一發光模組2a及至少一用於產生第二種色溫之第二發光模組2b，其中上述至少一第一發光模組2a具有多顆電性地設置於基板單元1的其中一置晶區域11上之第一發光二極體晶粒20a，且上述至少一第二發光模組2b具有多顆電性地設置於基板單元1的另外一置晶區域11上之第二發光二極體晶粒20b。換言之，設計者可預先在基板單元1上規劃出至少兩塊預定的置晶區域11，以使得該些第一發光二極體晶粒20a及該些第二發光二極體晶粒20b可分別電性地放置在基板單元1之至少兩個置晶區域11上。以本發明第一實施例所舉的例子來說，該些第一發光二極體晶粒20a及該些第二發光二極體晶粒20b皆透過打線(wire-bonding)的方式，以分別電性地設置於基板單元1的兩個置晶區域11上。
另外，邊框單元3具有至少兩個透過塗佈的方式而環繞地成形於基板本體10上表面之環繞式邊框膠體30，其中上述至少兩個環繞式邊框膠體30分別圍繞上述至少一第一發光模組2a及上述至少一第二發光模組2b，以分別形成至少兩個位於基板本體10上方之膠體限位空間300。此外，依據不同的設計需求，上述至少兩個環繞式邊框膠體30可選擇性地彼此分離或連接在一起，且上述至少兩個環繞式邊框膠體30可彼此串聯或並聯。以本發明第一實施所舉的例子而言，上述至少兩個環繞式邊框膠體30彼此分離一預定距離，且上述至少兩個環繞式邊框膠體30彼此並聯地排列在基板本體10上。
其中，每一個環繞式邊框膠體30的上表面可為一圓弧形，環繞式邊框膠體30相對於基板本體10上表面之圓弧切線T的角度θ介於40至50度之間，每一個環繞式邊框膠體30的頂面相對於基板本體10上表面的高度h介於0.3至0.7mm之間，每一個環繞式邊框膠體30底部的寬度介於1.5至3mm之間，每一個環繞式邊框膠體30的觸變指數(thixotropic index)介於4至6之間，且每一個環繞式邊框膠體30可為一混有無機添加物之白色熱硬化邊框膠體(不透光膠體)。
另外，上述每一個環繞式邊框膠體30的製作方式至少包括：首先，環繞地塗佈液態膠材(圖未示)於基板本體10上表面(其中液態膠材可被隨意地圍繞成一預定的形狀，塗佈液態膠材於基板本體10上表面的壓力介於350至450kpa之間，塗佈液態膠材於基板本體10上表面的速度介於5至15mm/s之間，且環繞地塗佈液態膠材於基板本體10上表面的起始點與終止點為相同的位置)；最後，再固化液態膠材以形成一環繞式邊框膠體30，且環繞式邊框膠體30圍繞該些設置於置晶區域11上之發光二極體晶粒(20a或20b)，以形成一位於基板本體10上方之膠體限位空間300，其中液態膠材透過烘烤的方式硬化，烘烤的溫度介於120至140度之間，且烘烤的時間介於20至40分鐘之間。
再者，封裝單元4具有成形於基板本體10上表面以分別覆蓋上述至少一第一發光模組2a及上述至少一第二發光模組2b之至少一第一透光封裝膠體40a及至少一第二透光封裝膠體40b，其中上述至少一第一透光封裝膠體40a與上述至少一第二透光封裝膠體40b分別被局限在上述至少兩個膠體限位空間300內，且上述至少一第一透光封裝膠體40a及上述至少一第二透光封裝膠體40b的上表面皆為凸面。
以本發明第一實施例所舉的例子而言，該些第一發光二極體晶粒20a及該些第二發光二極體晶粒20b所產生的光波長介於400nm至500nm之間。
此外，每一個第一發光二極體晶粒20a為一藍色發光二極體晶粒，上述至少一第一透光封裝膠體40a為一具有一第一顏色之螢光膠體，且該些第一發光二極體晶粒20a所產生的光束穿過上述至少一第一透光封裝膠體40a以產生色溫約為3000±500K之黃色光束，因此上述的結構組合成一第一組發光結構N1。第一組發光結構N1包括：基板本體10、該些第一發光二極體晶粒20a、環繞式邊框膠體30及第一透光封裝膠體40a。
另外，每一個第二發光二極體晶粒20b為一藍色發光二極體晶粒，上述至少一第二透光封裝膠體40b為一具有一第二顏色之螢光膠體，且該些第二發光二極體晶粒20b所產生的光束穿過上述至少一第二透光封裝膠體40b以產生色溫約為6500±500K之白色光束，因此上述的結構組合成一第二組發光結構N2。第二組發光結構N2包括：基板本體10、該些第二發光二極體晶粒20b、環繞式邊框膠體30及第二透光封裝膠體40b。
因此，第一組發光結構N1與第二組發光結構N2分別產生條狀的黃光及白光，並且此兩條黃光及白光可相互搭配混光，以用於提高演色性。另外，第一組發光結構N1與第二組發光結構N2亦可分別產生條狀的“紅光及白光”或“紅光及綠光”。
再者，依據不同的設計需求，第一組發光結構N1與第二組發光結構N2可共用同一個基板單元1(如第一實施例所舉的例子)或分別使用不同的基板單元，且第一組發光結構N1與第二組發光結構N2組合成本發明混光式發光二極體封裝結構M。
請參閱第二A圖及第二B圖所示，本發明第二實施例提供一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構M，其包括：一基板單元1、一發光單元、一邊框單元3及一封裝單元4，其中發光單元具有至少一用於產生第一種色溫之第一發光模組2a及至少一用於產生第二種色溫之第二發光模組2b。本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，上述至少兩個環繞式邊框膠體30可彼此並聯排列且連接在一起。
請參閱第三A圖及第三B圖所示，依據不同的設計需求，每一個環繞式邊框膠體30皆可為螢光膠體。換句話說，本發明可隨著不同的需求而選擇性地添加螢光粉於每一個環繞式邊框膠體30內，進而降低封裝單元4之至少一第一透光封裝膠體40a與至少一第二透光封裝膠體40b之間的暗帶情況。
請參閱第四A圖至第四C圖所示，基板本體10具有一基板單元10a及一設置於基板單元10a上之導電單元10b，導電單元10b包括至少一第一導電元件A、多個第二導電元件B及至少一第三導電元件C，上述至少一第一導電元件A、該些第二導電元件B及上述至少一第三導電元件C彼此分離一預定距離。亦言之，上述至少一第一導電元件A、該些第二導電元件B及上述至少一第三導電元件C彼此相互配合但沒有彼此接觸在一起。另外，該等導電焊墊P、該些第一發光二極體晶粒20a及該些第二發光二極體晶粒20b選擇性地設置於導電單元10b上。此外，由於上述至少一第一導電元件A、該些第二導電元件B及上述至少一第三導電元件C彼此相互配合但沒有彼此接觸在一起，因此該些第一發光二極體晶粒20a及該些第二發光二極體晶粒20b可以進行分區點亮，以使得本發明具有分區點亮的效果。
再者，上述至少一第一導電元件A具有一第一魚骨形延伸部A1，每一個第二導電元件B具有一第二魚骨形延伸部B1、一從第二魚骨形延伸部B1的一末端向外延伸而出之第一連接部B2、及一貫穿第一連接部B2之第一魚骨形開口B3，上述至少一第三導電元件C具有一第二連接部C1及一貫穿第二連接部C1之第二魚骨形開口C2，第一魚骨形延伸部A1收容於第一個第二導電元件B的第一魚骨形開口B3內，最後一個第二導電元件B的第二魚骨形延伸部B1收容於上述至少一第三導電元件C之第二魚骨形開口C2內，且其餘第二導電元件B的每一個第二魚骨形延伸部B1收容於鄰近的第二導電元件B的第一魚骨形開口B3內。
另外，上述至少一第一導電元件A具有一與第一魚骨形延伸部A1實質上平行且朝上述至少一第三導電元件C的方向延伸之第一外圍延伸部A2，且上述至少一第三導電元件C具有一與第一外圍延伸部A2實質上平行且朝上述至少一第一導電元件A的方向延伸之第二外圍延伸部C3。
如第四C圖所示，每一個第一發光二極體晶粒20a的正極及負極皆設置於每一個第一發光二極體晶粒20a的上表面，所以每一個第一發光二極體晶粒20a的正極及負極可分別透過兩條導線W而分別電性連接於每兩個導電焊墊P之間。每一個第二發光二極體晶粒20b的正極及負極皆設置於每一個第二發光二極體晶粒20b的上表面，所以每一個第二發光二極體晶粒20b的正極及負極可分別透過兩條導線W而分別電性連接於每兩個導電焊墊P之間。
請參閱第四D圖及第四E圖所示，每一顆第一發光二極體晶粒20a之兩電極S分別設置於每一顆第一發光二極體晶粒20a的上表面及下表面，並且每一顆第一發光二極體晶粒20a之兩電極S分別透過每一條導線W及每一個導電體b(例如錫球)而分別電性連接於其中兩個導電焊墊P。另外，每一顆第二發光二極體晶粒20b的導電方式與上述第一發光二極體晶粒20a相同。
綜上所述，本發明透過「能夠產生高色溫的發光二極體」與「能夠產生低色溫的發光二極體」並聯在一起(類似兩條緊靠且並聯在一起之發光條)，以產生能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構。
另外，本發明透過塗佈的方式以成形一可為任意形狀之環繞式邊框膠體(環繞式白色膠體)，且透過環繞式邊框膠體以局限一透光封裝膠體(螢光膠體)的位置且調整透光封裝膠體的表面形狀，因此本發明的發光二極體封裝結構能夠「提高發光二極體晶粒的發光效率」及「控制發光二極體晶粒的出光角度」。換言之，藉由環繞式邊框膠體的使用，以使得透光封裝膠體被限位在膠體限位空間內，進而可控制「透光封裝膠體的使用量及位置」；再者藉由控制透光封裝膠體的使用量及位置，以調整透光封裝膠體的表面形狀及高度，進而控制「該些發光二極體晶粒所產生之白色光束的出光角度」；另外，本發明亦可藉由環繞式邊框膠體的使用，以使得該些發光二極體晶粒所產生的光束投射到環繞式邊框膠體的內壁而產生反射，進而可增加「本發明發光二極體封裝結構的發光效率」。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。
M．．．發光二極體封裝結構
N1．．．第一組發光結構
N2．．．第二組發光結構
1．．．基板單元
10．．．基板本體
100．．．電路基板
101．．．散熱層
102．．．導電焊墊
103．．．絕緣層
11．．．置晶區域
2a．．．第一發光模組
20a．．．第一發光二極體晶粒
2b．．．第二發光模組
20b．．．第二發光二極體晶粒
3．．．邊框單元
30．．．環繞式邊框膠體
300．．．膠體限位空間
T．．．圓弧切線
θ．．．角度
h．．．高度
4．．．封裝單元
40a．．．第一透光封裝膠體
40b．．．第二透光封裝膠體
10a．．．基板單元
10b．．．導電單元
A．．．第一導電元件
A1．．．第一魚骨形延伸部
A2．．．第一外圍延伸部
B．．．第二導電元件
B1．．．第二魚骨形延伸部
B2．．．第一連接部
B3．．．第一魚骨形開口
C．．．第三導電元件
C1．．．第二連接部
C2．．．第二魚骨形開口
C3．．．第二外圍延伸部
W．．．導線
P．．．導電焊墊
S．．．電極
b．．．導電體
第一A圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第一實施例之上視示意圖；
第一B圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第一實施例之側視剖面示意圖；
第二A圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第二實施例之上視示意圖；
第二B圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第二實施例之側視剖面示意圖；
第三A圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第三實施例之上視示意圖；
第三B圖為本發明能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構的第三實施例之側視剖面示意圖；
第四A圖為本發明基板本體之導電單元的分解示意圖；
第四B圖為本發明基板本體之導電單元的組合示意圖；
第四C圖為第四B圖之X部分的放大圖(使用第一種晶片打線方式)；
第四D圖為第四B圖之X部分的放大圖(使用第二種晶片打線方式)；以及
第四E圖為第二種晶片打線方式之側視示意圖。
M．．．發光二極體封裝結構
N1．．．第一組發光結構
N2．．．第二組發光結構
1．．．基板單元
10．．．基板本體
100．．．電路基板
101．．．散熱層
102．．．導電焊墊
103．．．絕緣層
2a．．．第一發光模組
20a．．．第一發光二極體晶粒
2b．．．第二發光模組
20b．．．第二發光二極體晶粒
3．．．邊框單元
30．．．環繞式邊框膠體
300．．．膠體限位空間
T．．．圓弧切線
θ．．．角度
h．．．高度
4．．．封裝單元
40a．．．第一透光封裝膠體
40b．．．第二透光封裝膠體

Claims (10)

  1. 一種能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其包括：一基板單元，其具有一基板本體及至少兩個設置於該基板本體上表面之置晶區域；一發光單元，其具有至少一用於產生第一種色溫之第一發光模組及至少一用於產生第二種色溫之第二發光模組，其中上述至少一第一發光模組具有多顆電性地設置於該基板單元的其中一置晶區域上之第一發光二極體晶粒，且上述至少一第二發光模組具有多顆電性地設置於該基板單元的另外一置晶區域上之第二發光二極體晶粒，且每一個第一發光二極體晶粒及每一個第二發光二極體晶粒皆為藍色發光二極體晶粒；一邊框單元，其具有至少兩個透過塗佈的方式而環繞地成形於該基板本體上表面之環繞式邊框膠體，其中上述至少兩個環繞式邊框膠體分別圍繞上述至少一第一發光模組及上述至少一第二發光模組，以分別形成至少兩個位於該基板本體上方之膠體限位空間；以及一封裝單元，其具有成形於該基板本體上表面以分別覆蓋上述至少一第一發光模組及上述至少一第二發光模組之至少一第一透光封裝膠體及至少一第二透光封裝膠體，其中上述至少一第一透光封裝膠體與上述至少一第二透光封裝膠體分別被局限在上述至少兩個膠體限位空間內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中該基板本體具有一電路基板、一設置於該電路基板底部之散熱層、多個設置於該電路基板上表面之導電焊墊、及一設置於該電路基板上表面並用於露出該些導電焊墊之絕緣層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中上述至少一第一透光封裝膠體為一具有一第一顏色之螢光膠體，且該些第一發光二極體晶粒所產生的光束穿過上述至少一第一透光封裝膠體以產生色溫約為3000±500K之黃色光束；上述至少一第二透光封裝膠體為一具有一第二顏色之螢光膠體，且該些第二發光二極體晶粒所產生的光束穿過上述至少一第二透光封裝膠體以產生色溫約為6500±500K之白色光束。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中該些第一發光二極體晶粒及該些第二發光二極體晶粒所產生的光波長介於400nm至500nm之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中上述至少一第一發光模組所產生之第一種色溫小於上述至少一第二發光模組所產生之第二種色溫。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中上述至少兩個環繞式邊框膠體皆為螢光膠體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中上述至少兩個環繞式邊框膠體可選擇性地彼此分離或連接在一起，且上述至少兩個環繞式邊框膠體彼此串聯或並聯。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中每一個環繞式邊框膠體的上表面為一圓弧形，每一個環繞式邊框膠體相對於該基板本體上表面之圓弧切線的角度介於40至50度之間，每一個環繞式邊框膠體的頂面相對於該基板本體上表面的高度介於0.3至0.7mm之間，每一個環繞式邊框膠體底部的寬度介於1.5至3mm之間，每一個環繞式邊框膠體的觸變指數(thixotropic index)介於4至6之間，且每一個環繞式邊框膠體為一混有無機添加物之白色熱硬化邊框膠體。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中該基板本體具有一基板單元及一設置於該基板單元上之導電單元，該導電單元包括至少一第一導電元件、多個第二導電元件及至少一第三導電元件，上述至少一第一導電元件、該些第二導電元件及上述至少一第三導電元件彼此分離一預定距離，且該些第一發光二極體晶粒及該些第二發光二極體晶粒選擇性地設置於該導電單元上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之能夠提高演色性之混光式發光二極體封裝結構，其中上述至少一第一導電元件具有一第一魚骨形延伸部，每一個第二導電元件具有一第二魚骨形延伸部、一從該第二魚骨形延伸部的一末端向外延伸而出之第一連接部、及一貫穿該第一連接部之第一魚骨形開口，上述至少一第三導電元件具有一第二連接部及一貫穿該第二連接部之第二魚骨形開口，該第一魚骨形延伸部收容於第一個第二導電元件的第一魚骨形開口內，最後一個第二導電元件的第二魚骨形延伸部收容於上述至少一第三導電元件之第二魚骨形開口內，且其餘第二導電元件的每一個第二魚骨形延伸部收容於鄰近的第二導電元件的第一魚骨形開口內。
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