TWI533479B - 封裝結構及其製作方法 - Google Patents

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韓皓惟
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Description

封裝結構及其製作方法
本發明係有關於一種封裝結構，特別是關於一種應用於固態照明裝置中，且摻雜有奈米粒子而能增加藍光利用率，進而提高發光效率的封裝結構及其製作方法。
典型的照明產品使用一個或多個白熾燈，雖然白熾燈便宜，但其所能提供之能源有90%皆變成廢熱，只有10%的能源發揮照明作用，效能低及運轉代價昂貴，此外白熾燈具的產品使用壽命很短。
後續所發展出來的日光燈，雖然效率較白熾燈高，但是其利用的材料(如汞)有危險性。此外，日光燈燈管體積大成本昂貴，不適合在小空間使用，在低溫下運轉不佳等等。所以雖然日光燈使用壽命較白熾燈長，但日光燈的成本高於白熾燈許多，而且需要人力維修保養。
因此，在科技不斷地進步下，固態照明(Solid-State Lighting，縮寫為SSL)是一種新穎的照明技術，它使用發光二極體(LEDs)、有機發光半導體(OLED)或高分子發光二極體(PLED)作為照明光源，以取代傳統的白熾燈或日光燈。
其中，發光二極體(Light Emitting Diode，LED)係利用半導體材料中之電子與電洞結合時能量帶(Energy Gap)位階之改變，以發光形式釋放出能量。如第1圖所示，第1圖所顯示者即為一種傳統的白光發光二極體封裝結構。在此傳統的發光二極體封裝結構1中，發光晶片10接合至具有反射功能的架體12的一凹陷底面，且發光晶片10連接有銲線14。由發光元件10發出的部分光線會被分布在封膠16內的螢光粉體18轉換，而 輸出白光。
由於，發光二極體具有高亮度、反應速度快、體積小、污染低、高可靠度、適合量產等優點，而使其在照明領域或是消費性電子產品的開發應用亦將越來越多，已經不限於白光發光二極體，像是紅光、綠光及藍光等多種發光二極體亦已被廣泛地應用在大型看板、交通號誌燈、手機、掃描器、傳真機之光源以及照明裝置等。
基於上述可知，發光二極體的發光效率以及亮度需求將會越來越受到重視，是故高亮度發光二極體的研究開發將是固態照明應用上的重要課題。惟，目前一般發光二極體光利用率較低，用作照明時，效果並不理想。
有鑑於此，本發明提供一種與習知技術不同之封裝結構，其係於封膠內摻雜有具散射特性之奈米粒子而增加發光元件所發出之光的藍光利用率，進而提高整體的發光效率。同時，本發明所提供之封裝結構更可進一步使不同角度下的色溫均勻分佈，進而改善發光品質。
承上，本發明所提供之封裝結構係應用於一固態照明裝置中，且其至少包含一架體、一發光元件、封膠以及複數個螢光粉體。其中，發光元件係設置於架體內，而封膠係填滿上述架體以封裝發光元件。而該些螢光粉體係分佈於封膠中，且封膠更摻雜有複數個散射粒子。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子為氧化鋯粒子(ZrO2)、氧化鈦粒子(TiO2)、氧化鋁粒子(AlO2)或二氧化矽粒子(SiO2)。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子於封膠中之比例為0%至5%。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子係經由一點膠方式摻雜於封膠中。
在本發明一實施例中，其中上述封膠之材質為矽膠。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子的粒徑係介於20nm與500nm之間。
本發明之另一目的在於提供上述封裝結構的製作方法，其至少包含下列步驟：首先，提供一架體，再將發光元件設置於架體內。接著，混合複數個螢光粉體與封膠，以使該些螢光粉體分佈於封膠中。再將包含有螢光粉體的封膠填入架體內以封裝發光元件。最後，摻入複數個散射粒子於封膠中。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子係為氧化鋯粒子(ZrO2)、氧化鈦粒子(TiO2)、氧化鋁粒子(AlO2)或二氧化矽粒子(SiO2)。
在本發明一實施例中，其中上述摻入該些散射粒子至封膠中的步驟係藉由點膠來完成。
在本發明一實施例中，其中上述散射粒子於封膠中之比例為0%至5%。
由下文的說明，可更進一步瞭解本發明的特徵及其優點，閱讀時請參考第1圖至第5圖。
1‧‧‧封裝結構
10‧‧‧發光元件
12‧‧‧架體
14‧‧‧銲線
16‧‧‧封膠
18‧‧‧螢光粉體
20‧‧‧散射粒子
第1圖顯示習知發光二極體封裝結構的橫截面示意圖；第2圖顯示本發明一實施例之發光二極體封裝結構的橫截面示意圖；第3圖顯示本發明一實施例之發光二極體封裝結構中氧化鋯濃度與流明效率的關係；第4圖顯示習知與本發明之發光二極體封裝結構的發射光譜；以及第5圖顯示本發明中不同濃度氧化鋯摻雜之發光二極體封裝結構的色溫分佈圖。
請參考第2圖，第2圖顯示本發明一實施例之發光二極體封裝結構的橫截面示意圖。如圖所示，本發明所提供之封裝結構1包含一發光元件10、一架體12、兩條銲線14、封膠16與複數個螢光粉體18。其中，發光元件係設置於架體12內。在本發明之較佳實施例中，發光元件10係 以發光二極體為一較佳實施例來進行後續說明，如發光元件10為一藍光發光二極體晶片。然而，此封裝結構亦可應用於其他如有機發光二極體、薄膜太陽能電池或有機太陽能電池等之光學裝置中，本發明並不欲以此為限。
較佳地，發光元件10係設置於架體12之凹陷底面。較佳地， 發光元件10可藉由銀膠黏合至架體12底面，或使用例如打線技術(wire bonding technique)而接合並電性連接至架體12。實際上，發光元件與架體12之間的連接方式取決於發光元件10之電極的數量與配置，本發明並不欲以此為限。
接著，如圖所示，待發光元件10設置完成後，便可利用封 膠16填滿架體12的凹陷以封裝發光元件10。在較佳實施例中，封膠16的材質可以是透明聚合物(transparent polymer)或是半透明聚合物(translucent polymer)，例如軟膠(soft gel)、彈性物質(elastomer)或是樹脂(resin)，其中樹脂可為環氧樹脂(epoxy resin)、矽膠(silicone)或是環氧-矽膠混合樹脂(epoxy-silicone hybrid resin)。較佳地，本發明所使用之封膠16為矽膠，但不以此為限。另外，上述螢光粉體18的材質係可選擇自黃光螢光粉體、紅光螢光粉體、藍光螢光粉體與綠光螢光粉體所組成之群組。
值得說明的是，本發明之封膠16更摻雜複數個散射粒子 20。在本發明之較佳實施例中，上述散射粒子20為具有散射特性之氧化鋯(ZrO2)奈米粒子，亦可使用氧化鈦粒子(TiO2)、氧化鋁粒子(AlO2)或二氧化矽粒子(SiO2)等。較佳地，上述散射粒子20的粒徑係介於20nm與500nm之間，而折射係數為2.6，因此具有良好的散射效果。另外，該些散射粒子20係經由點膠的方式摻雜於封膠16中。進一步來說，在製作本發明之封裝結構時，可先混合螢光粉體18與封膠16，以使螢光粉體18均勻地分佈於封膠16中。然後，再經由點膠而將散射粒子20摻進封膠16，但本發明並不以上述所述之順序為限。
基本上，經由奈米粒子的散射特性，當在封膠16中摻入散 射粒子20後便可有效地增加藍光利用率，進而提高採用該等發光元件之光學裝置的發光效率。前述效果可進一步參考第3圖，第3圖顯示本發明一實施例之發光二極體封裝結構中氧化鋯(ZrO2)濃度與流明效率的關係。由圖 可知，當封膠中未摻有氧化鋯奈米粒子時，其流明效率係介於31lm至32lm之間。然而，當封膠中開始摻有氧化鋯奈米粒子時，流明效率便增加至34lm與36lm之間，可證實本發明於封膠中摻雜此等具散射特性之氧化鋯奈米粒子確實有利於提高發光效率。
值得注意的是，上述於封膠中散射粒子20的摻雜量較佳地 係介於0%至5%之間。如第3圖所示，當氧化鋯奈米粒子的摻雜量太高時，流明效率反而降低，估計是由於奈米粒子過多時反而會影響到光線射出的路徑所致。
接著，請參考第4圖，第4圖顯示習知與本發明之發光二極 體封裝結構的發射光譜。其中，實線係代表習知發光二極體封裝結構的發射光譜，而虛線則係代表本發明之發光二極體封裝結構的發射光譜(於此實施例中，氧化鋯奈米粒子於封膠中的摻雜比例為1%)。如圖所示，與習知技術相較，本發明之發光二極體結構的發射光譜在450nm至495nm之藍光區段明顯可見其強度下降，而在570nm至590nm之黃光區段則見其強度上升，足以證明本發明於封膠中摻入氧化鋯奈米粒子確實有助於增加藍光的利用率，進而提高發光效率。
最後，請參考第5圖，第5圖顯示本發明中不同濃度氧化鋯 摻雜之發光二極體封裝結構的色溫分佈圖。其中，該些曲線由上而下分別代表封裝結構之封膠中摻雜有0.5%、1%、3%與10%氧化鋯奈米粒子時，於不同角度下的色溫分佈。如圖所示，當封膠中僅摻雜有0.5%的氧化鋯奈米粒子時，不同角度下之色溫係分佈於5000K至5500K之間。然而，當氧化鋯奈米粒子的摻雜量逐步由1%、3%提高至10%時，其於不同角度下之色溫分佈漸趨一直線。也就是說，當封膠中摻雜有氧化鋯奈米粒子時，可改善不同角度下的色溫分佈，進而提高發光品質。此時，即可明瞭本發明所提供之封裝結構係於封膠中摻入散射粒子(如氧化鋯奈米粒子)，除了可提高流明效率外，亦可改善不同角度下之色溫分佈，進而提高發光品質。至於散射粒子(如氧化鋯奈米粒子)的摻雜量多寡則可視上述各條件進行調整，以獲得一最佳化效果。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟 該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍中。
1‧‧‧封裝結構
10‧‧‧發光元件
12‧‧‧架體
14‧‧‧銲線
16‧‧‧封膠
18‧‧‧螢光粉體
20‧‧‧散射粒子

Claims (5)

  1. 一種具有散射粒子的封裝結構，應用於一固態照明裝置中，該封裝結構至少包含：一架體；一發光元件，設置於該架體內；封膠，填滿該架體以封裝該發光元件；，其中該封膠之材質係由軟膠，以及環氧-矽膠混合樹脂群組中所選出；複數個散射粒子，該複數個散射粒子係經由一點膠方式摻雜於該封膠中，該複數個散射粒子於該封膠中之比例為0.1%至5%，該複數個散射粒子係由氧化鋯粒子(ZrO2)、氧化鈦粒子(TiO2)、氧化鋁粒子(AlO2)以及二氧化矽粒子(SiO2)群組中所選出；以及複數個螢光粉體，分佈於該封膠中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該複數個散射粒子的粒徑係介於20nm與500nm之間。
  3. 一種具有散射粒子的封裝結構的製作方法，至少包含下列步驟：提供一架體；將設置一發光元件於架體內；混合複數個螢光粉體與封膠，以使該複數個螢光粉體分佈於該封膠中；填入該封膠於該架體內以封裝該發光元件；以及摻入複數個散射粒子至該封膠中，該複數個散射粒子係經由一點膠方式摻雜於該封膠中，該複數個散射粒子於該封膠中之比例為0.1%至5%，該複數個散射粒子係由氧化鋯粒子(ZrO2)、氧化鈦粒子(TiO2)、氧化鋁粒子(AlO2)以及二氧化矽粒子(SiO2)群組中所選出。
  4. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該摻入該複數個散射粒子至該 封膠中的步驟係藉由點膠來完成。
  5. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該複數個散射粒子的粒徑係介於20nm與500nm之間。
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