TWI509841B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

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TWI509841B
TWI509841B TW102120746A TW102120746A TWI509841B TW I509841 B TWI509841 B TW I509841B TW 102120746 A TW102120746 A TW 102120746A TW 102120746 A TW102120746 A TW 102120746A TW I509841 B TWI509841 B TW I509841B
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Licheng Yang
Yuchun Lee
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Lextar Electronics Corp
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Description

發光二極體封裝結構
本發明係有關於一種半導體裝置，特別是有關於一種發光二極體裝置。
近年來亮度藍光二極體成功大量量產後，LED的應用範圍大幅增加，而且，隨著LED生產良率的提高，使得單位製造成本降低，業界對發光二極體的需求持續增加。就特性而言，發光二極體(Light Emitting Diode；LED)具有體積小、壽命長、耗電量小等特性，諸如3C產品指示器與顯示裝置等已普遍採用發光二極體。
然而，一般發光二極體晶片及其封裝僅具有單一光形(發光角度)，照明範圍有限，使得發光二極體的應用層面受到限制。由此可見，現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的解決方案。
本發明內容之一目的是在提供一種可調整光形的 發光二極體封裝結構，藉以改善現有發光二極體晶片僅具有單一發光角的問題。
為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種可調變光形之發光二極體封裝結構，其包含基底部、發光晶片、杯體部及封裝膠，詳述而言，基底部具有一上表面以及一背對於該上表面之下表面，且該上表面具有一固晶區，而至少一可發出第一波長光線之發光晶片，設置於該固晶區內，該結構杯體部設置於基底部上且環繞於固晶區以形成具有開口且位於在固晶區上方的凹槽，以及封裝膠填於凹槽內，封裝膠內更包含有一波長轉換物質，可將部份該第一波長之光線轉換為第二波長之光線，並與其他未被轉換成第二波長之第一波長光線混合以形成白光，當本發明的杯體部為電致透明層，且電致透明層與外部電源電性連接，電致透明層之透光率隨著該外部電源輸入之電壓大小而改變，藉以調變該發光晶片之光形。
根據本發明一實施例，前述之外部電源輸入之電壓為零時，該電致透明層之透光率為零，則該發光晶片所發出的光皆透過該開口出光。
根據本發明另一實施例，前述之該外部電源輸入之電壓為大於零時，該電致透明層轉為可透光的，則該發光晶片所發出的光為透過該開口以及該電致透明層第一出光區與該第二出光區出光。
根據本發明再一實施例，前述之基底部包括一導體部且與一第二外部電源電性連接。
根據本發明另再一實施例，前述之導體部表面更包含一絕緣層，且在該固晶區及/或焊電區之預定位置具有一露出該導體部表面之開口。
根據本發明另又一實施例，前述之導體部為一導線架，導線架更包含一接腳部延伸出該基底部。
根據本發明再另一實施例，前述之杯體部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積小於該固晶區之面積。
根據本發明再又一實施例，前述之杯體部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積大於該固晶區之面積。
根據本發明另又再一實施例，前述之杯體部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積等於該固晶區之面積。
為達上述各實施例之目的，本發明電致透明層的材料係選至由過渡金屬樣化物、金屬氰化鐵錯合物、雜環導電高分子及有機聯啶分子所組成的族群中之一種材料或其組合。發光二極體晶片可為藍光晶片。波長轉換物質包括螢光粉、色素或顏料。
藉此，根據本發明之技術內容，本發明藉由調整電致色變層的電壓而改變其透明度，藉此改善一般發光二極體封裝僅具有單一發光角，照明範圍有限，使得發光二極體封裝的應用層面受到限制的問題。
10‧‧‧基底部
10A‧‧‧上表面
10B‧‧‧下表面
12、12A、12B、12C‧‧‧固晶區
13A‧‧‧第一出光區
13B‧‧‧第二出光區
14‧‧‧發光晶片
15‧‧‧金線
16、16A、16B、16C‧‧‧杯體部
17‧‧‧導體部
18、18A、18B、18C‧‧‧開口
19‧‧‧封膠體
20、20A、20B、20C‧‧‧凹槽
21A‧‧‧第一外部電源
21B‧‧‧第二外部電源
22‧‧‧導體表面
23‧‧‧波長轉換體
24‧‧‧絕緣層
26‧‧‧接腳
30A、30B‧‧‧透明電極
31‧‧‧離子儲存層
32‧‧‧電解質層
33‧‧‧電致透明層
L1‧‧‧路徑
L2‧‧‧路徑
L3‧‧‧路徑
A‧‧‧部份
100、200‧‧‧發光二極體封裝結構
400A、400B、400C‧‧‧發光二極體封裝結構
第1圖係繪示一習知發光二極體封裝結構之示意圖。
第2圖係繪示依照本發明之電壓調變與光線穿透率的對應關係示意圖。
第3圖係繪示依照本發明之示意圖。
第4圖係繪示依照第3圖中A的局部放大示意圖。
第5圖係繪示依照本發明發光二極體封裝結構之第一實施例中，施加電壓於電致透明層所發出光線之光形示意圖。
第6圖係繪示依照本發明發光二極體封裝結構之第二實施例中，施加電壓於電致透明層所發出光線之光形示意圖。
第7圖係繪示依照本發明發光二極體封裝結構之第三實施例中，施加電壓於電致透明層所發出光線之光形示意圖。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。
其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
習知發光二極體封裝結構，如第1圖所示，發光二極體封裝結構100具有一基底部10，發光晶片14設置於基 底部10上，且發光晶片14藉由金線15電性導通至基底部10，最後以封裝膠19完成封裝。然而，此種習知的發光二極體封裝結構僅具有單一光形(發光角度)，照明範圍有限，其應用層面也因此受到限制。
電致透明材料為一經由輸入電壓的調整而達到控制該材料透明度的物質，如第2圖所示，在此選用電致透明材料為雜環導電高分子與發光二極體晶片發光波長為475(nm)為例以說明穿透率與電壓間的對應關係。當施加於電致透明材料之電壓為約0伏特(V)時，其光穿透率約為10%，此時，電致透明材料處於低透明模式。當施加於電致透明材料之電壓大於約1.5伏特(V)時，其光穿透率接近50%，此時，電致透明材料處於半透明模式。當施加於電致透明材料之電壓大於約6伏特(V)時，其光穿透率已超過90%，此時，電致透明材料處於近透明模式。由此圖得以理解到電壓與電致透明材料透明度具有高度的對應關係，當施予越大的電壓於電致透明材料時，電致透明材料時就變越透明。因此特性，本發明將此電致透明材料運於發光二極體封裝結構200的杯體部16，在固定的發光晶片14發光下，藉以調整杯體部16透明度而產生不同的光形，各實施詳述如下。
請參照第3圖，該圖係依照本發明一實施例繪示一種發光二極體封裝結構的示意圖。如圖所示，發光二極體封裝結構200，包含基底部10、發光晶片14、杯體部16及封裝膠19。詳述而言，本封裝結構之基底部10具有一上 表面10A以及一背對於該上表面10A之下表面10B。上表面10A設計一固晶區12用以固定發光晶片14之用。發光晶片14設置於固晶區12內，且發光晶片14可發出具有第一波長的光線本封裝結構之杯體部16則是環繞設置於基底部10上表面10A而與固晶區12共同形成容置發光晶片14的凹槽20，並且形成開口18位於在固晶區12的凹槽20上方。於另一實施例中，封裝膠19能選擇性填於凹槽20內，更進一步地，封裝膠19內更包含有波長轉換物質23，可將部份的第一波長之光線轉換為第二波長之光線，並與其他未被轉換成第二波長光線之第一波長光線混合以形成白光。在本發明的實施例中，杯體部16具有電致透明層，電致透明層藉由與第一外部電源21A電性連接，而使電致透明層之透光率隨著該外部電源輸入之電壓大小而改變，藉以調變發光晶片之光形。再者，如第3圖所示，基底部10更具有導體部17，用以電性連接於外部的第二外部電源21B而使發光晶片14發光。當發光晶片14發光時，光可通過第一出光區13A(即開口18)及第二出光區13B(即杯體部16)射出。藉由控制第二出光區13B的出光率以控制整體發光的光形。
因為導體部17具有電性，並且設置於基底部10中，為避免與第一外部電源21A造成短路，於基底部10中更進一步設計有絕緣層23，設於導體部17之上。本實施例若實際運用於電路板封裝(Chip on Board/COB)結構時，於固晶區12預定位置上更會依需求設計露出導體部表面的開 口22，用以電性連接使用。倘若是運用在支架封裝(Package/PKG)結構時，本案的導體部17即為封裝結構的導線架。此時，導體部17更進一步更設計有接腳部26，而接腳部26則可於發光二極體封裝時可以向外延伸於基底部10外側為電性導通或銲接使用。
第4圖繪示本案第3圖上A部分的具體結構，其電致透明成詳細結構由透明電極30A/30B、離子儲存層31、電解質層32與電致透明層33所組成。電解質層32夾設於離子儲存層31與電致透明層33之間，而透明電極30A與透明電極30B則分別包覆於離子儲存層31與電致透明層33之外。藉由輸入電壓的而照成離子儲存層31的電子於電解質層32中游離，而照造成該層整體透明度的改變。
然本發明並不以第3圖所示之結構為限，其僅用以例示性地繪示本發明其中一種實施方式，在不脫離本發明之精神的狀況下，對第3圖所示之結構作任何更動或潤飾皆落入本發明之範圍內。
另外，關於本文中所使用之『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。
為使本發明實施例之發光二極體封裝結構200的效果，更易於理解，在此配合第5、6及7圖一併概要性舉例說明本發明的幾種封裝類型。
如第5圖所示，該發光二極體封裝結構400A為透鏡式封裝結構，於固晶區12A上與杯體部16A環設有凹槽 20A，而發光晶片14設置於凹槽20A內，開口部18A小於固晶區12A，則光線出光收聚於開口部18A出光。於5圖之第(a)至(d)為舉一實施方式來說明光穿透率與光線路徑之示意圖，而第(I)至(IV)為電壓與透明度的變化於光形間的對應關係。請參照本封裝結構400A的圖(a)，當輸入電壓為0時，發光晶片14所發射出的光線將藉由L1發射出去，而光線路徑為L3時則被杯體部16於內部反射。如圖(b)所示，當輸入電壓為1.5伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去與L3路徑被杯體部16於內部反射外，部分的光線已漸由L2射出，此時出光光形也由+/-30度往+/-60度延伸。如圖(c)所示，當輸入電壓為3伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去外，另一部分的光線則由L2路徑射出，此時出光光形已界處+/-60度之間。最後，請參照如圖(d)所示，當輸入電壓為6伏特時，發光晶片14所發射出的光線藉由L1及L2路徑發射出去且L2路徑的出光率大增，此時出光光形已由原先所處的+/-30度調變至超過+/-60度處。
如第6圖所示，該發光二極體封裝結構400B為反射式封裝結構，於固晶區12B上與杯體部16B環設有凹槽20B，而發光晶片14設置於凹槽內，開口部18B大於固晶區12B，則光線出光發散於開口部18B出光。於第6圖之第(a)至(d)為舉一實施方式來說明光穿透率與光線路徑之示意圖，而第(I)至(IV)為電壓與透明度的變化於光形間的對應關係。因此，請參照本封裝結構400B的圖(a)，當輸 入電壓為0時，發光晶片14所發射出的光線將藉由L1發射出去，而光線路徑為L3時則被杯體部16B於內部反射。如圖(b)所示，當輸入電壓為1.5伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去與L3路徑被杯體部16B於內部反射外，部分的光線已漸由L2射出，此時出光光形也由+/-30度往+/-60度延伸。如圖(c)所示，當輸入電壓為3伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去外，另一部分的光線則由L2路徑射出，此時出光光形已界處+/-60度。最後，請參照如圖(d)所示，當輸入電壓為6伏特時，發光晶片14所發射出的光線藉由L1及L2路徑發射出去且L2路徑的出光率大增，此時出光光形已由原先所處的+/-30度調變至超過+/-60度處。
如第7圖所示，該發光二極體封裝結構400C為平板式封裝結構，於固晶區12C上與杯體部16C環設有凹槽20C，而發光晶片14設置於凹槽內，開口部18C等於固晶區12C，則光線垂直於基底部且於開口部18C出光。於7圖之第(a)至(d)為舉一實施方式來說明光穿透率與光線路徑之示意圖，而第(I)至(IV)為電壓與透明度的變化於光形間的對應關係。因此，請參照本封裝結構400C的圖(a)，當輸入電壓為0時，發光晶片14所發射出的光線將藉由L1發射出去，而光線路徑為L3時則被杯體部16C於內部反射。如圖(b)所示，當輸入電壓為1.5伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去與L3路徑被杯體部16C於內部反射外，部分的光線已漸由L2路徑射出，此時 出光光形也由+/-30度往+/-60度延伸。如圖(c)所示，當輸入電壓為3伏特時，發光晶片14所發射出的光線除藉由L1發射出去外，另一部分的光線則由L2路徑射出，此時出光光形已界處+/-60度。最後，請參照如圖(d)所示，當輸入電壓為6伏特時，發光晶片14所發射出的光線已完全藉由L1路徑發射出去，此時出光光形已由原先所處的+/-30度調變至超過+/-60度處。
如上述第5、6及7圖，若杯體部16A、16B、16C藉由外部電源之調變而改變其透明度時，部分的光線將穿透杯體部16A、16B、16C而出光，將能產生有別於非透明杯體部之光形。
於實現本發明時，本發明技術的電致透明層材料為選自由過渡金屬樣化物、金屬氰化鐵錯合物、雜環導電高分子及有機聯啶分子所組成的組合族群之一，發光二極體晶片可為藍光晶片，波長轉換物質可包括螢光粉、色素或顏料。然本發明之結構所採用之材料並不以上述材料為限，其僅用以例示性地闡述本發明之一實現方式，熟習此技藝者當可依照實際需求而選擇性地採用適當之材料來製作本發明之各層狀結構。
10‧‧‧基底部
10A‧‧‧上表面
10B‧‧‧下表面
12‧‧‧固晶區
13A‧‧‧第一出光區
13B‧‧‧第二出光區
14‧‧‧發光晶片
15‧‧‧金線
16‧‧‧杯體部
17‧‧‧導線部
18‧‧‧開口
19‧‧‧封膠體
20‧‧‧凹槽
21A‧‧‧第一外部電源
21B‧‧‧第二外部電源
22‧‧‧導體表面
23‧‧‧波長轉換體
24‧‧‧絕緣層
26‧‧‧接腳
A‧‧‧部份
200‧‧‧發光二極體封裝結構

Claims (11)

  1. 一種可調變光形之發光二極體封裝結構，包括：一基底部，具有一上表面以及一背對於該上表面之下表面，且該上表面具有一固晶區；至少一可發出第一波長光線之發光晶片，設置於該固晶區；一杯體部，設置於該基底部上且環繞該固晶區，形成一具有開口位在該固晶區上方之凹槽；以及一封裝膠，溝填於該凹槽內，該封裝膠內含有一波長轉換物質，可將部份該第一波長之光線轉換為第二波長之光線，並與其他未被轉換成第二波長之第一波長光線混合以形成白光；其中該杯體部包含一電致透明層，與一第一外部電源電性連接，該電致透明層之透光率隨著該外部電源輸入之電壓大小而改變，藉以調變該發光晶片之光形。
  2. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中當該第一外部電源輸入之電壓為零時，該電致透明層之透光率為零，則該發光晶片所發出的光皆透過該開口出光，當該第一外部電源輸入之電壓為大於零時，該電致透明層轉為可透光的，則該發光晶片所發出的光透過該開口以及該電致透明層出光。
  3. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該電致透明層的材料係選至由過渡金屬樣化物、金屬氰化鐵錯合物、雜環導電高分子及有機聯啶分子所組成的族群中之一種材料或其組合。
  4. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該基底部包括一導體部，與一第二外部電源電性連接。
  5. 如請求項4所述之發光二極體封裝結構，其中該導體部表面更包含一絕緣層，且在該固晶區之預定位置具有一露出該導體部表面之開口。
  6. 如請求項4所述之發光二極體封裝結構，其中該導體部為一導線架，該導線架更包含一接腳部延伸出該基底部。
  7. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該杯體部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積小於該固晶區之面積。
  8. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該杯體部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積大於該固晶區之面積。
  9. 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該杯體 部環繞該固晶區所形成之凹槽，其開口之面積等於該固晶區之面積。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之發光二極體封裝結構，其中該發光二極體晶片為藍光晶片。
  11. 如請求項10所述之發光二極體封裝結構，其中該波長轉換物質包括螢光粉、色素或顏料。
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