TWI517450B - 發光二極體封裝體 - Google Patents

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TWI517450B TW102137925A TW102137925A TWI517450B TW I517450 B TWI517450 B TW I517450B TW 102137925 A TW102137925 A TW 102137925A TW 102137925 A TW102137925 A TW 102137925A TW I517450 B TWI517450 B TW I517450B
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Description

發光二極體封裝體
本發明是有關於一種發光二極體封裝體。
一般而言，發光二極體晶片可搭配波長轉換結構，以將發光二極體晶片所提供的光束轉換成其他波長。不論是被轉換波長的光束本身，或者是和未轉換波長的光束進行混合，其都能達成不同光色的發光二極體。
然而發光二極體晶片本身可能會吸收特定波長的光束，因此若部份被波長轉換結構所轉換波長之光束反射回發光二極體晶片中，便可能被發光二極體晶片所吸收。如此一來便會造成波長轉換結構之轉換效率的損失，亦會降低發光二極體的整體出光量。
本發明之一態樣提供一種發光二極體封裝體，包含導線架、發光二極體晶片、波長轉換結構與濾波元件。發光二極體晶片置於導線架上並與之電性連接，用以提供具第一波長之第一光束。波長轉換結構置於發光二極體晶片 上，用以將第一光束轉換為具第二波長之第二光束。濾波元件置於發光二極體晶片與波長轉換結構之間。濾波元件能夠允許第一光束自發光二極體晶片通過至波長轉換結構，且將來自波長轉換結構之第二光束反射回波長轉換結構。
在一或多個實施方式中，發光二極體晶片係覆晶式(Flip chip)晶片。
在一或多個實施方式中，濾波元件為布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且布拉格反射體係由複數第一介電層和複數第二介電層交錯堆疊而成。第一介電層之折射率大於第二介電層之折射率，且布拉格反射體係以第一介電層與發光二極體晶片鄰接，並以第二介電層與波長轉換結構鄰接，並且第一介電層之折射率大於發光二極體晶片之折射率，第二介電層之折射率小於波長轉換結構之折射率。
在一或多個實施方式中，第一、第二介電層之材質為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意組合。
在一或多個實施方式中，發光二極體晶片包括藍寶石基板，且第一介電層之折射率係大於藍寶石基板之折射率。
在一或多個實施方式中，發光二極體晶片包括氮化鎵層，且第一介電層之折射率大於氮化鎵層之折射率。
在一或多個實施方式中，第一波長低於500奈米， 且第二波長高於500奈米。
在一或多個實施方式中，發光二極體封裝體更包含封裝材，覆蓋發光二極體晶片、波長轉換結構與濾波元件。
在一或多個實施方式中，波長轉換結構包含本體與複數波長轉換粒子。波長轉換粒子分佈於本體中。
在一或多個實施方式中，本體的材質為矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
本發明之另一態樣提供一種發光二極體封裝體，包含導線架、發光二極體晶片、封裝材、波長轉換結構與濾波元件。發光二極體晶片置於導線架上並與之電性連接，用以提供具第一波長之第一光束。封裝材覆蓋發光二極體晶片。波長轉換結構置於封裝材上方，用以將第一光束轉換為具第二波長之第二光束。濾波元件置於封裝材與波長轉換結構之間。濾波元件能夠允許第一光束自發光二極體晶片通過至波長轉換結構，且將來自波長轉換結構之第二光束反射回波長轉換結構。
在一或多個實施方式中，發光二極體晶片係為水平式(Face up)或垂直式(Vertical)晶片。
在一或多個實施方式中，濾波元件為布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且布拉格反射體係由複數第一介電層和複數第二介電層交錯堆疊而成。第一介電層之折射率大於第二介電層之折射率，且布拉格反射體係以第一介電層與封裝材鄰接，並以第二介電層與波長轉 換結構鄰接，且第一介電層之折射率大於封裝材之折射率，而第二介電層之折射率小於波長轉換結構之折射率。
在一或多個實施方式中，第一、第二介電層之材質為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意組合。
在一或多個實施方式中，第一波長低於500奈米，且第二波長高於500奈米。
在一或多個實施方式中，波長轉換結構包含本體與複數波長轉換粒子。波長轉換粒子分佈於本體中。
在一或多個實施方式中，本體的材質為矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
因上述之濾波元件能夠允許第一光束通過，且反射第二光束，因此在不阻擋第一光束傳播至波長轉換結構的前提下，濾波元件更能防止第二光束傳播至發光二極體晶片中而被其吸收。
100‧‧‧導線架
200、700‧‧‧發光二極體晶片
202、702‧‧‧第一光束
210‧‧‧藍寶石基板
220‧‧‧氮化鎵層
300‧‧‧波長轉換結構
302‧‧‧第二光束
310‧‧‧本體
320‧‧‧波長轉換粒子
400‧‧‧濾波元件
410‧‧‧第一介電層
420‧‧‧第二介電層
500‧‧‧封裝材
502‧‧‧發光面
800‧‧‧金線
第1圖繪示本發明一實施方式之發光二極體封裝體的剖面圖。
第2圖繪示第1圖的發光二極體晶片、波長轉換結構與濾波元件之一實施方式的局部放大圖。
第3圖繪示第1圖的發光二極體晶片、波長轉換結構 與濾波元件之另一實施方式的局部放大圖。
第4圖繪示本發明另一實施方式之發光二極體封裝體的剖面圖。
第5圖繪示本發明再一實施方式之發光二極體封裝體的剖面圖。
第6圖繪示第4或5圖的封裝材、波長轉換結構與濾波元件的局部放大圖。
以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示本發明一實施方式之發光二極體封裝體的剖面圖。發光二極體封裝體包含導線架100、發光二極體晶片200、波長轉換結構300與濾波元件400。發光二極體晶片200置於導線架100上並與之電性連接，用以提供具第一波長之第一光束202。波長轉換結構300置於發光二極體晶片200上，用以將第一光束202轉換為具第二波長之第二光束302。濾波元件400置於發光二極體晶片200與波長轉換結構300之間。濾波元件400能夠允許第一光束202自發光二極體晶片200通過至波長轉換結構300，且 將來自波長轉換結構300之第二光束302反射回波長轉換結構300。
具體而言，在本實施方式中，自發光二極體晶片200發出之第一光束202首先會通過濾波元件400而到達波長轉換結構300。波長轉換結構300接著將第一光束202轉換為具第二波長之第二光束302。部份之第二光束302會直接從發光二極體封裝體之發光面502離開，然而另一部份之第二光束302可能會往發光二極體晶片200的方向傳播，因此到達濾波元件400。不過濾波元件400能夠將第二光束302反射回波長轉換結構300中，因此這部份的第二光束302能夠通過波長轉換結構300而自發光面502離開。
如此一來，因濾波元件400能夠允許第一光束202通過，且反射第二光束302，因此在不阻擋第一光束202傳播至波長轉換結構300的前提下，濾波元件400更能防止第二光束302傳播至發光二極體晶片200中而被其吸收。因此本實施方式之發光二極體封裝體不但能夠避免波長轉換結構300之轉換效率的損失，亦能夠提升發光二極體封裝體的整體出光量。
在本實施方式中，發光二極體晶片200係覆晶式(Flip chip)晶片。也就是說，發光二極體晶片200中之電極(未繪出)皆可與導線架100直接接觸以進行電性連接，因此可不需要設置金線。如此一來，濾波元件400與波長轉換結構300可依序置於發光二極體晶片200上。
接著請一併參照第2圖，其繪示第1圖的發光二極體晶片200、波長轉換結構300與濾波元件400之一實施方式的局部放大圖。在本實施方式中，濾波元件400為布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且布拉格反射體係由複數第一介電層410和複數第二介電層420交錯堆疊而成。第一介電層410之折射率大於第二介電層420之折射率，且布拉格反射體係以第一介電層410與發光二極體晶片200鄰接，並以第二介電層420與波長轉換結構300鄰接，並且第一介電層410之折射率大於發光二極體晶片200之折射率，第二介電層420之折射率小於波長轉換結構300之折射率。
詳細而言，第一介電層410之折射率大於第二介電層420之折射率，因此第一介電層410與第二介電層420能夠互相交錯堆疊成一週期結構。藉由分別設計每一層之第一介電層410與第二介電層420的厚度，濾波元件400可反射特定波長範圍的光束，亦可允許另一特定波長範圍的光束通過。其中第一介電層410與第二介電層420之材質可分別為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意組合，然而本發明不以此為限。
另一方面，因第一介電層410與發光二極體晶片200鄰接，且第一介電層410之折射率大於發光二極體晶片200之折射率，因此自發光二極體晶片200發出之第一光束202到達第一介電層410時可避免發生全反射，以避免第一 光束202反射回發光二極體晶片200中。另外，第二介電層420與波長轉換結構300鄰接，且第二介電層420之折射率小於波長轉換結構300之折射率，因此通過第二介電層420之第一光束202到達波長轉換結構300時亦可避免發生全反射。相反的，自波長轉換結構300到達濾波元件400之第二介電層420的第二光束302則有可能因全反射而被反射回波長轉換結構300，亦能夠避免第二光束302傳播至發光二極體晶片200中。
在本實施方式中，發光二極體晶片200包括藍寶石基板(Sapphire Substrate)210，且第一介電層410之折射率係大於藍寶石基板210之折射率。因藍寶石基板210具有良好的透光度，因此自發光二極體晶片200之發光層(未繪出)所發出之第一光束202能夠實質穿透藍寶石基板210。另一方面，因第一介電層410與藍寶石基板210鄰接，且第一介電層410之折射率係大於藍寶石基板210之折射率，因此自藍寶石基板210傳至第一介電層410之第一光束202亦可避免發生全反射，以防止第一光束202反射回發光二極體晶片200中。
然而發光二極體晶片200的結構並不以第2圖為限。接著請一併參照第1圖與第3圖，其中第3圖繪示第1圖的發光二極體晶片200、波長轉換結構300與濾波元件400之另一實施方式的局部放大圖。在本實施方式中，發光二極體晶片200包括氮化鎵層220，且第一介電層410之折射率大於氮化鎵層220之折射率。詳細而言，在本實施方 式中，發光二極體晶片200之藍寶石基板210(如第2圖所繪示)被切除，因此原本鄰接藍寶石基板210之氮化鎵層220可被暴露出來，即氮化鎵層220可與第一介電層410鄰接。氮化鎵層220例如為無摻雜之氮化鎵緩衝層，亦可為具摻雜之N型氮化鎵層，本發明不以此為限。因此自氮化鎵層220傳至第一介電層410之第一光束202亦可避免發生全反射，以防止第一光束202反射回發光二極體晶片200中。
接著請回到第1圖。在本實施方式中，第一波長可低於500奈米，且第二波長可高於500奈米。舉例而言，發光二極體晶片200可為一氮化鎵發光二極體晶片，其中氮化鎵可發波長低於500奈米的藍光(即第一光束202)。而波長轉換結構300例如可吸收藍光，且發出黃光(即第二光束302)，其中黃光之波長係高於500奈米。因此對於濾波元件400而言，其可設計為允許500奈米以下的光通過，且反射500奈米以上的光，即可達到增加出光量的效果。
在本實施方式中，發光二極體封裝體可更包含封裝材500，覆蓋發光二極體晶片200、波長轉換結構300與濾波元件400。封裝材500可保護其所覆蓋之元件免於受到外界破壞，其中封裝材500的材質可選擇為透明材質，以避免影響到發光二極體封裝體之整體的出光量。另一方面，封裝材500露出於導線架100之面即為發光二極體封裝體的發光面502。
在本實施方式中，波長轉換結構300與濾波元件400可一併貼附於發光二極體晶片200上。詳細而言，為了 簡化製程，波長轉換結構300可先行製作完成，並裁切成複數小片狀，貼上濾波元件400與貼合膠後，再貼附於發光二極體晶片200上。而因固化後之貼合膠的厚度非常薄，因此發光二極體晶片200可視為與濾波元件400鄰接。然而在其他的實施方式中，貼合膠亦可先貼於發光二極體晶片200上，波長轉換結構300再與貼合膠進行貼合，本發明不以此為限。
在本實施方式中，波長轉換結構300可包含本體310與複數波長轉換粒子320。波長轉換粒子320分佈於本體310中。波長轉換粒子320可為螢光粉，例如無機螢光粉，波長轉換粒子320能夠將第一光束202轉換為第二光束302。另一方面，本體310可為透明穿透的材質，例如矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
接著請參照第4圖，其繪示本發明另一實施方式之發光二極體封裝體的剖面圖。發光二極體封裝體包含導線架100、發光二極體晶片700、封裝材500、波長轉換結構300與濾波元件400。發光二極體晶片700置於導線架100上並與之電性連接，用以提供具第一波長之第一光束702。封裝材500覆蓋發光二極體晶片700。波長轉換結構300置於封裝材500上方，用以將第一光束702轉換為具第二波長之第二光束302。濾波元件400置於封裝材500與波長轉換結構300之間。濾波元件400能夠允許第一光束702自發光二極體晶片700通過至波長轉換結構300，且將來自 波長轉換結構300之第二光束302反射回波長轉換結構300。
具體而言，在本實施方式中，自發光二極體晶片700發出之第一光束702首先會通過濾波元件400而到達波長轉換結構300。波長轉換結構300接著將第一光束702轉換為具第二波長之第二光束302。部份之第二光束302可能會往發光二極體晶片700的方向傳播，因此到達濾波元件400。不過濾波元件400能夠將第二光束302反射回波長轉換結構300中，因此這部份的第二光束302能夠通過波長轉換結構300後離開波長轉換結構300。
如此一來，因濾波元件400能夠允許第一光束702通過，且反射第二光束302，因此在不阻擋第一光束702傳播至波長轉換結構300的前提下，濾波元件400更能防止第二光束302傳播至發光二極體晶片700中而被其吸收。因此本實施方式之發光二極體封裝體不但能夠避免波長轉換結構300之轉換效率的損失，亦能夠提升發光二極體封裝體的整體出光量。
在本實施方式中，發光二極體晶片700係為水平式(Face Up)(如第4圖所繪示)或垂直式(Vertical)晶片(如第5圖所繪示)。如第4圖所示，水平式晶片係固晶於導線架100上，再以金線800分別連接水平式晶片之兩電極(未繪出)與導線架100。另一方面，如第5圖所示，垂直式晶片之其中一電極直接接觸導線架100，而另一電極則以金線800連接導線架100。也就是說，在此二實施方式中，發光二極 體封裝體皆包含金線800，因此波長轉換結構300與濾波元件400皆可以分離(Remote)型式置於發光二極體晶片700上方。
請參照第6圖，其繪示第4或5圖的封裝材500、波長轉換結構300與濾波元件400的局部放大圖。在本實施方式中，濾波元件400為布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且布拉格反射體係由複數第一介電層410和複數第二介電層420交錯堆疊而成。第一介電層410之折射率大於第二介電層420之折射率，且布拉格反射體係以第一介電層410與封裝材500鄰接，並以第二介電層420與波長轉換結構300鄰接，並且第一介電層410之折射率大於封裝材500之折射率，第二介電層420之折射率小於波長轉換結構300之折射率。
詳細而言，第一介電層410之折射率大於第二介電層420之折射率，因此第一介電層410與第二介電層420能夠互相交錯堆疊成一週期結構，使得濾波元件400可反射特定波長範圍的光束，亦可允許另一等定波長範圍的光束通過。第一介電層410與第二介電層420之材質可分別為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意組合，然而本發明不以此為限。
另一方面，因第一介電層410與封裝材500鄰接，且第一介電層410之折射率大於封裝材500之折射率，因此來自封裝材500之第一光束702到達第一介電層410時可避免發生全反射，以防止第一光束702反射回發光二極 體晶片700中。另外，第二介電層420與波長轉換結構300鄰接，且第二介電層420之折射率小於波長轉換結構300之折射率，因此通過第二介電層420之第一光束702到達波長轉換結構300時亦可避免發生全反射。相反的，自波長轉換結構300到達濾波元件400之第二介電層420的第二光束302則有可能因全反射而被反射回波長轉換結構300，亦能夠避免第二光束302傳播至發光二極體晶片700中。
接著請回到第4或5圖。在本實施方式中，第一波長可低於500奈米，且第二波長可高於500奈米。舉例而言，發光二極體晶片700可為一氮化鎵發光二極體晶片，其中氮化鎵可發波長低於500奈米的藍光(即第一光束702)。而波長轉換結構300例如可吸收藍光，且發出黃光(即第二光束302)，其中黃光之波長係高於500奈米。因此對於濾波元件400而言，其可設計為允許500奈米以下的光通過，且反射500奈米以上的光，即可達到增加出光量的效果。
在本實施方式中，波長轉換結構300與濾波元件400可一併貼附於封裝材500上。詳細而言，為了簡化製程，波長轉換結構300可先行製作完成，並裁切成複數小片狀，貼上濾波元件400與貼合膠後，再貼附於封裝材500表面上。而因固化後之貼合膠的厚度非常薄，因此封裝材500可視為與濾波元件400鄰接。然而在其他的實施方式中，貼合膠亦可先貼於封裝材500表面上，波長轉換結構 300再與貼合膠進行貼合，本發明不以此為限。
在本實施方式中，波長轉換結構300可包含本體310與複數波長轉換粒子320。波長轉換粒子320分佈於本體310中。波長轉換粒子320可為螢光粉，例如無機螢光粉，波長轉換粒子320能夠將第一光束702轉換為第二光束302。另一方面，本體310可為透明穿透的材質，例如矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。
100‧‧‧導線架
200‧‧‧發光二極體晶片
202‧‧‧第一光束
300‧‧‧波長轉換結構
302‧‧‧第二光束
310‧‧‧本體
320‧‧‧波長轉換粒子
400‧‧‧濾波元件
500‧‧‧封裝材
502‧‧‧發光面

Claims (13)

  1. 一種發光二極體封裝體，包含：一導線架；一發光二極體晶片，置於該導線架上並與之電性連接，用以提供具一第一波長之一第一光束，其中該發光二極體晶片係覆晶式(Flip chip)晶片；一波長轉換結構，置於該發光二極體晶片上，用以將該第一光束轉換為具一第二波長之一第二光束；以及一濾波元件，置於該發光二極體晶片與該波長轉換結構之間，該濾波元件能夠允許該第一光束自該發光二極體晶片通過至該波長轉換結構，且將來自該波長轉換結構之該第二光束反射回該波長轉換結構，其中該濾波元件為一布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且該布拉格反射體係由複數第一介電層和複數第二介電層交錯堆疊而成，其中該第一介電層之折射率大於該第二介電層之折射率，且該布拉格反射體係以該第一介電層與該發光二極體晶片鄰接，並以該第二介電層與該波長轉換結構鄰接，並且該第一介電層之折射率大於該發光二極體晶片之折射率，該第二介電層之折射率小於該波長轉換結構之折射率。
  2. 如請求項1所述之發光二極體封裝體，其中該第一、第二介電層之材質為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意組合。
  3. 如請求項2所述之發光二極體封裝體，其中該發光二極體晶片包括一藍寶石基板，且該第一介電層之折射率係大於該藍寶石基板之折射率。
  4. 如請求項2所述之發光二極體封裝體，其中該發光二極體晶片包括一氮化鎵層，且該第一介電層之折射率大於該氮化鎵層之折射率。
  5. 如請求項1所述之發光二極體封裝體，其中該第一波長低於500奈米，且該第二波長高於500奈米。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之發光二極體封裝體，更包含一封裝材，覆蓋該發光二極體晶片、該波長轉換結構與該濾波元件。
  7. 如請求項6所述之發光二極體封裝體，其中該波長轉換結構包含：一本體；以及複數波長轉換粒子，分佈於該本體中。
  8. 如請求項7所述之發光二極體封裝體，其中該本體的材質為矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
  9. 一種發光二極體封裝體，包含：一導線架；一發光二極體晶片，置於該導線架上，並與之電性連接，用以提供具一第一波長之一第一光束，其中該發光二極體晶片係為水平式(Face up)或垂直式(Vertical)晶片；一封裝材，覆蓋該發光二極體晶片；一波長轉換結構，置於該封裝材上方，用以將該第一光束轉換為具一第二波長之一第二光束；以及一濾波元件，置於該封裝材與該波長轉換結構之間，該濾波元件能夠允許該第一光束自該發光二極體晶片通過至該波長轉換結構，且將來自該波長轉換結構之該第二光束反射回該波長轉換結構，其中該濾波元件為一布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector,DBR)，且該布拉格反射體係由複數第一介電層和複數第二介電層交錯堆疊而成，其中該第一介電層之折射率大於該第二介電層之折射率，且該布拉格反射體係以該第一介電層與該封裝材鄰接，並以該第二介電層與該波長轉換結構鄰接，且該第一介電層之折射率大於該封裝材之折射率，而該第二介電層之折射率小於該波長轉換結構之折射率。
  10. 如請求項9所述之發光二極體封裝體，其中該第一、第二介電層之材質為二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)或上述之任意 組合。
  11. 如請求項9所述之發光二極體封裝體，其中該第一波長低於500奈米，且該第二波長高於500奈米。
  12. 如請求項9至11中任一項所述之發光二極體封裝體，其中該波長轉換結構包含：一本體；以及複數波長轉換粒子，分佈於該本體中。
  13. 如請求項12所述之發光二極體封裝體，其中該本體的材質為矽氧無機化合物、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或上述之任意組合。
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