TWI533478B - 覆晶式發光二極體封裝結構 - Google Patents

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吳志凌
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黃逸儒
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Description

覆晶式發光二極體封裝結構
本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種覆晶式發光二極體封裝結構。
隨著光電技術的進步，用以取代傳統白熾燈泡及螢光燈管的新世代光源-發光二極體(Light-emitting diode,LED)-之技術逐漸成熟。由於發光二極體具有低功率消耗、體積小、非熱致發光、環保等優點，因此其應用領域逐漸地被推廣。
在習知的發光二極體封裝結構中，發光二極體是配置在封裝載體，而螢光膠體包覆發光二極體，且封裝膠體包覆螢光膠體與封裝載體。由於發光二極體具有特定的出光角度，因此發光二極體所發出的光線會以特定的角度入射至螢光膠體與封裝膠體中。如此一來，發光二極體封裝結構其發光角度有限，無法具有較大的出光角度。
本發明提供一種覆晶式發光二極體封裝結構，其可增加發光單元的出光角度範圍及出光亮度。
本發明的覆晶式發光二極體封裝結構，其包括一封裝載體、一導光單元以及至少一發光單元。導光單元配置於封裝載體上。發光單元配置於封裝載體上，且位於導光單元與封裝載體之間。導光單元的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。發光單元適於發出一光束，而光束進入導光單元並由導光單元相對遠離發光單元的一上表面射出。
在本發明的一實施例中，上述的光束包括一第一部分光束以及一第二部分光束。第一部分光束的一第一出光方向與上表面的一法線方向平行，而第二部分光束的一第二出光方向與上表面的法線方向之一夾角介於0度至75度之間。
在本發明的一實施例中，上述的發光單元包括一基板、一第一型半導體層、一發光層、一第二型半導體層、一第一電極與一第二電極。第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層依序配置於基板上。第一電極與第一型半導體層電性連接，而第二電極與第二型半導體層電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的封裝載體具有一元件配置面、一第一接墊以及一第二接墊。第一接墊與第二接墊位於元件配置面上且分別電性連接發光單元的第一電極與第二電極。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的外型輪廓和發光單元的基板的外型輪廓略同。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的折射率小於或等於發光單元的基板的折射率。
在本發明的一實施例中，上述的封裝載體包括多個導電柱，貫穿封裝載體。發光單元的第一電極與第二電極透過導電柱分別與第一接墊及第二接墊電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的厚度為發光單元的基板的厚度的0.1倍至20倍。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的厚度為發光單元的基板的厚度的1倍至10倍。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元具有相對於上表面的一下表面，且上表面與下表面至少其中之一為一粗糙表面。
在本發明的一實施例中，上述的粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。
在本發明的一實施例中，上述的粗糙表面為一週期性排列之圖案化表面。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元為一藍寶石片、一玻璃或一可撓式基板。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式發光二極體封裝結構更包括一黏著層，配置於導光單元與封裝載體之間。黏著層包覆發光單元的周圍，且黏著層的側邊與導光單元的側邊實質上切齊。
在本發明的一實施例中，上述的黏著層由具反射特性的 材料構成。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式發光二極體封裝結構更包括一黏著層，配置於導光單元與封裝載體之間。黏著層完全包覆發光單元，且黏著層的側邊與導光單元的側邊切齊。
在本發明的一實施例中，上述的黏著層為一透光材料層。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式發光二極體封裝結構更包括一波長轉換層，配置於封裝載體上，且包覆發光單元與導光單元。
在本發明的一實施例中，上述的覆晶式發光二極體封裝結構更包括一封裝膠體，配置於封裝載體上，且覆蓋波長轉換層與封裝載體。
在本發明的一實施例中，上述的至少一發光單元為多個發光單元。發光單元以串聯、並聯或串並聯的方式電性連接封裝載體。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的水平投影面積為發光單元的水平投影面積的1.1倍至5倍。
在本發明的一實施例中，上述的導光單元的水平投影面積為發光單元的水平投影面積的1.1倍至2倍。
基於上述，由於本發明的覆晶式發光二極體封裝結構具有導光單元，其中導光單元的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。因此，發光單元所發出的光束可藉由導光單元的導光效果，而增大發光單元的出光角度範圍。如此一來，本發明的覆 晶式發光二極體封裝結構可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100a、100b、100c、100c’、100d‧‧‧覆晶式發光二極體封裝結構
110a、110b‧‧‧封裝載體
111a‧‧‧元件配置面
112a、112b‧‧‧第一接墊
114a、114b‧‧‧第二接墊
116b‧‧‧導電柱
120a‧‧‧導光單元
121a‧‧‧上表面
123a‧‧‧下表面
130a‧‧‧發光單元
131a‧‧‧第一電極
132a‧‧‧基板
133a‧‧‧第二電極
134a‧‧‧第一型半導體層
136a‧‧‧發光層
138a‧‧‧第二型半導體層
140、140c‧‧‧波長轉換層
150‧‧‧封裝膠體
160、160’‧‧‧黏著層
D1‧‧‧第一出光方向
D2‧‧‧第二出光方向
L‧‧‧光束
L1‧‧‧第一部分光束
L2‧‧‧第二部分光束
N‧‧‧法向方向
S1、S2‧‧‧側邊
α‧‧‧夾角
圖1繪示為本發明的一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖3’繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖1繪示為本發明的一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，覆晶式發光二極體封裝結構100a包括一封裝載體110a、一導光單元120a以 及至少一發光單元130a(圖1中僅示意地繪示一個)。導光單元120a配置於封裝載體110a上。發光單元130a配置於封裝載體110a上，且位於導光單元120a與封裝載體110a之間。導光單元120a的水平投影面積大於發光單元130a的水平投影面積。發光單元130a適於發出一光束L，而光束L進入導光單元120a並由導光單元120a相對遠離發光單元130a的一上表面121a射出。
更具體來說，本實施例的封裝載體110a具有一元件配置面111a、一第一接墊112a以及一第二接墊114a，其中第一接墊112a與第二接墊114a位於元件配置面111a上。導光單元120a更具有相對於上表面121a的一下表面123a，特別是，上表面121a與下表面123a至少其中之一為一粗糙表面，而粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。較佳地，粗糙表面為一週期性排列之圖案化表面。如圖1所示，本實施例之導光單元120a的上表面121a與下表面123a皆以繪示為粗糙表面來作為舉例說明，但並不以此為限。於其他未繪示的實施例中，亦可僅有導光單元的上表面或下表面為粗糙表面，此仍屬於本發明可採用的技術方案，不脫離本發明所欲保護的範圍。此處，導光單元120a具體化為一藍寶石片、一玻璃、一可撓式基板、或是一圖案化藍寶石片(patterned sapphire)，但並不以此為限。
再者，本實施例的發光單元130a包括一基板132a、一第一型半導體層134a、一發光層136a、一第二型半導體層138a、一第一電極131a與一第二電極133a。第一型半導體層134a、發光 層136a以及第二型半導體層138a依序配置於基板132a上。第一電極131a與第一型半導體層134a電性連接，而第二電極133a與第二型半導體層138a電性連接。如圖1所示，發光單元130a的第一電極131a與第二電極133a分別直接結構性與電性連接封裝載體110a的第一接墊112a與第二接墊114a。此處，發光單元130a例如是一覆晶式發光二極體。
此外，請再參考圖1，本實施例的導光單元120a的外型輪廓和發光單元130a的基板132a的外型輪廓略同，藉此可等效的擴大發光單元130a每一面向的出光角度，可以避免光度不均的問題產生。再者，本實施例的導光單元120a的厚度為發光單元130a的基板132a的厚度的0.1倍至20倍。若厚度的比值小於0.1倍，則導光單元120a的光導的效果不佳，無法擴大發光單元130a的出光角度；若厚度的比值大於20倍，則導光單元120a內會產生熱蓄積的現象，導致發光二極體封裝結構100a升溫而壽命減短。較佳地，導光單元120a的厚度為發光單元130a的基板132a的厚度的1倍至10倍。此外，本實施例的導光單元120a的水平投影面積為發光單元130a的水平投影面積的1.1倍至5倍。若面積的比值小於1.1倍，則導光單元120a光導的效果不佳，無法擴大發光單元130a的出光角度；若面積的比值大於5倍，則導光單元120a不易固定於封裝載體110上。較佳地，導光單元120a的水平投影面積為發光單元130a水平投影面積的厚度的1倍至2倍。另外，本實施例的導光單元120a的折射率小於或等於發光單元130a的 基板132a的折射率。
另一方面，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100a可更包括一波長轉換層140以及一封裝膠體150。波長轉換層140配置於封裝載體110a上，且直接包覆發光單元130a與導光單元120a。封裝膠體150配置於封裝載體110a上，且覆蓋波長轉換層140與封裝載體110a的第一接墊112a及第二接墊114a。如圖1所示，本實施例的發光單元130a所發出的光束L可區別為一第一部分光束L1以及一第二部分光束L2。第一部分光束L1一第一出光方向D1與上表面121a的一法線方向N平行，而第二部分光束L2的一第二出光方向D2與上表面121a的法線N方向之一夾角α介於0度至75度之間。也就是說，發光單元130a的第一部分光束L1直接穿過導光單元120a出光，而第二部分光束L2透過導光單元120a的導光效果而以非平行上表面121a的法線方向N出光。如此一來，可有效增加發光單元130a的出光角度。
由於本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100a具有導光單元120a，其中導光單元120a的水平投影面積大於發光單元130a的水平投影面積。因此，發光單元130a所發出的光束L可藉由導光單元120a而增大發光單元130a的出光角度範圍。如此一來，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100a可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。此外，本實施例的導光單元120a的上表面121a與下表面123a皆為粗糙表面，因此有助於折射與散射發光單元130a所發出的光束L，以提高取光效率。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100b與圖1的覆晶式發光二極體封裝結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的封裝載體110b包括多個導電柱116b(圖2中僅示意地繪示兩個)。導電柱116b貫穿封裝載體110b，其中發光單元130a的第一電極131a與第二電極133a透過導電柱116b分別與第一接墊112b及第二接墊114b電性連接。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100c與圖2的覆晶式發光二極體封裝結構100b相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100c更包括一黏著層160，其中黏著層160配置於導光單元120a與封裝載體110b之間，用以增加導光單元120a與封裝載體110b之間的黏附力，另外，黏著層160可由具反射性質的材料所構成，例如矽氧樹脂(Silicone)。如圖3所示，本實施例的黏著層160包覆發光單元130a的周圍，且黏著層160的側邊S1與導光單元120a的側邊S2實質上切齊。
於另一實施例中，請參考圖3'，覆晶式發光二極體封裝 結構100c’與圖3的覆晶式發光二極體封裝結構100c相似，惟二者主要差異之處在於：黏著層160’可完全包覆發光單元130a，意即黏著層160’包覆發光單元130a的基板132a的表面以及發光單元130a的周圍。此時，黏著層160’為一透光材料層。上述實施例仍屬於本發明可採用的技術方案，不脫離本發明所欲保護的範圍。
圖4繪示為本發明的另一實施例的一種覆晶式發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100d與圖1的覆晶式發光二極體封裝結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100d包括多個發光單元130a(圖4中示意地繪示兩個)，其中發光單元130a以串聯、並聯或串並聯的方式電性連接封裝載體110a。換言之，本實施例的覆晶式發光二極體封裝結構100d為一多晶片的覆晶式發光二極體封裝結構。
綜上所述，由於本發明的覆晶式發光二極體封裝結構具有導光單元，其中導光單元的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。因此，發光單元所發出的光束可藉由導光單元的導光效果，而增大發光單元的出光角度範圍。如此一來，本發明的覆晶式發光二極體封裝結構可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a‧‧‧覆晶式發光二極體封裝結構
110a‧‧‧封裝載體
111a‧‧‧元件配置面
112a‧‧‧第一接墊
114a‧‧‧第二接墊
120a‧‧‧導光單元
121a‧‧‧上表面
123a‧‧‧下表面
130a‧‧‧發光單元
131a‧‧‧第一電極
132a‧‧‧基板
133a‧‧‧第二電極
134a‧‧‧第一型半導體層
136a‧‧‧發光層
138a‧‧‧第二型半導體層
140‧‧‧波長轉換層
150‧‧‧封裝膠體
D1‧‧‧第一出光方向
D2‧‧‧第二出光方向
L‧‧‧光束
L1‧‧‧第一部分光束
L2‧‧‧第二部分光束
N‧‧‧法向方向
α‧‧‧夾角

Claims (26)

  1. 一種覆晶式發光二極體封裝結構，包括：一封裝載體；一導光單元，配置於該封裝載體上；至少一發光單元，配置於該封裝載體上，且位於該導光單元與該封裝載體之間；以及一封裝膠體，配置於該封裝載體上，該封裝膠體覆蓋該封裝載體、該導光單元以及該發光單元，其中該導光單元的水平投影面積大於該發光單元的水平投影面積，該發光單元適於發出一光束，而該光束進入該導光單元並由該導光單元相對遠離該發光單元的一上表面射出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該光束包括一第一部分光束以及一第二部分光束，該第一部分光束的一第一出光方向與該上表面的一法線方向平行，而該第二部分光束的一第二出光方向與該上表面的該法線方向之一夾角介於0度至75度之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該發光單元包括一基板、一第一型半導體層、一發光層、一第二型半導體層、一第一電極與一第二電極，該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層依序配置於該基板上，而該第一電極與該第一型半導體層電性連接，且該第二電極與該第二型半導體層電性連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該封裝載體具有一元件配置面、一第一接墊以及一第二接墊，該第一接墊與該第二接墊位於該元件配置面上且分別電性連接該發光單元的該第一電極與該第二電極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該封裝載體包括多個導電柱，貫穿該封裝載體，該發光單元的該第一電極與該第二電極透過該些導電柱分別與該第一接墊及該第二接墊電性連接。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的外型輪廓和該發光單元的該基板的外型輪廓略同。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的折射率小於或等於該發光單元的該基板的折射率。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的厚度為該發光單元的該基板的厚度的0.1倍至20倍。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的厚度為該發光單元的該基板的厚度的1倍至10倍。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元具有相對於該上表面的一下表面，該上表面 與該下表面至少其中之一為一粗糙表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該粗糙表面為一週期性排列之圖案化表面。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元為一藍寶石片、一玻璃或一可撓式基板。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，更包括：一黏著層，配置於該導光單元與該封裝載體之間，其中該黏著層包覆該發光單元的周圍，且該黏著層的側邊與該導光單元的側邊切齊。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該黏著層由具反射性質的材料所構成。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，更包括：一黏著層，配置於該導光單元與該封裝載體之間，其中該黏著層完全包覆該發光單元，且該黏著層的側邊與該導光單元的側邊切齊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該黏著層為一透光材料層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，更包括：一波長轉換層，配置於該封裝載體上，且包覆該發光單元與該導光單元。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該封裝膠體覆蓋該波長轉換層與該封裝載體。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該至少一發光單元為多個發光單元，該些發光單元以串聯、並聯或串並聯的方式電性連接該封裝載體。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的水平投影面積為該發光單元的水平投影面積的1.1倍至5倍。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元的水平投影面積為該發光單元的水平投影面積的1.1倍至2倍。
  23. 一種覆晶式發光二極體封裝結構，包括：一封裝載體；至少一發光單元，配置於該封裝載體上，該發光單元與該封裝載體電性連接；一導光單元，覆蓋該發光單元；以及一波長轉換層，覆蓋該發光單元及該封裝載體。
  24. 一種覆晶式發光二極體封裝結構，包括： 一封裝載體；一導光單元，配置於該封裝載體上；至少一發光單元，配置於該導光單元與該封裝載體之間，該發光單元與該封裝載體電性連接；以及一波長轉換層，包覆該發光單元且位在該導光單元與該封裝載體之間。
  25. 一種覆晶式發光二極體封裝結構，包括：一封裝載體；一導光單元，配置於該封裝載體上；至少一發光單元，配置於該導光單元與該封裝載體之間，該發光單元與該封裝載體電性連接；以及一黏著層，覆蓋該發光單元與該封裝載體，並且該黏著層的至少一部分位在該導光單元與該發光單元之間，該黏著層的側邊和該導光單元的側邊切齊。
  26. 如申請專利範圍第23、24或25項所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其中該導光單元具有一粗糙表面。
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