TWI610470B - 發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的製造方法 - Google Patents

發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的製造方法 Download PDF

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Abstract

發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的製造方法。發光二極體晶片級封裝結構包括發光二極體晶片及透鏡。透鏡覆蓋發光二極體晶片。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點。z為曲線之縱軸變數。y為曲線之橫軸變數。ai為第i項次的係數。n>3。

Description

發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的 製造方法
本發明是有關於一種發光二極體封裝結構與包含其之發光裝置及其製造方法，且特別是有關於一種具有透鏡的發光二極體封裝結構與包含其之發光裝置及其製造方法。
由於發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)具有壽命長、體積小、低振動、散熱低、能源消耗低等優點，發光二極體已廣泛應用於指示燈或居家光源等裝置中。近年來，隨著多色域及高亮度的發展，發光二極體已應用在各種顯示裝置、照射裝置等。
裝置的發光性質會影響產品的顯示效能。
舉例來說，液晶顯示裝置使用背光模組。直下式背光模組可搭配使用發光二極體光源及透鏡。
直下式發光模組的一種方案是使用反射式透鏡，其能將發光二極體光線多數往模組底面打，製造較大的混光路徑。 此方案可以達到較低厚度的設計。但生產精度要求較高且涉及模組背板的設計，往往除了非常高技術門檻。此外，光學偏移上的容忍度較低。因此不論在打件精度風險上以及成本上均為其目前待克服的問題。
直下式發光模組的另一種方案是使用折射式透鏡，其能將發光二極體光源藉由透鏡直接引導至欲成像平面上，因生產公差容忍度較使用反射式透鏡的方案高。但在較低厚度設計時折射式透鏡較難突破其物理門檻限制。另外因打件精度問題，整體模組的組裝上常因打件偏移造成光學不良的現象。
根據本發明之一方面，提出一種發光二極體晶片級封裝結構，其包括發光二極體晶片及透鏡。透鏡覆蓋發光二極體晶片。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式：
Figure TWI610470BD00001
 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點。z為曲線之縱軸變數。y為曲線之橫軸變數。ai為第i項次的係數。n>3。
根據本發明之另一方面，提出一種直下式背光模組，其包括電路板及複數個上述發光二極體晶片級封裝結構。發光二極體晶片級封裝結構彼此分開設置在電路板上，並電性連接電路板。
根據本發明之又另一方面，提出一種發光裝置的製 造方法，其包括以下步驟。形成發光二極體封裝結構。發光二極體封裝結構的形成方法包括形成透鏡覆蓋發光二極體晶片。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式：
Figure TWI610470BD00002
 對應發光二極體晶片的曲線的一中心點為y-z座標軸之原點。z為曲線之縱軸變數。y為曲線之橫軸變數。ai為第i項次的係數。n>3。
根據本發明之又再另一方面，提供一種發光二極體晶片級封裝結構，其包括發光二極體晶片及透鏡。發光二極體晶片包括發光區、非發光區、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、透明導電層、布拉格反射層、金屬層、保護層、第一電極與第二電極。主動層及第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上。在發光區的第一型半導體、主動層和第二型半導體層構成發光二極體堆疊單元。透明導電層設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上。布拉格反射層設於透明導電層上。布拉格反射層具有第一貫孔，其裸露出發光二極體堆疊單元上之透明導電層。金屬層設於布拉格反射層上，並填滿第一貫孔，使得金屬層可經過第一貫孔而連接發光二極體堆疊單元上之透明導電層。保護層覆蓋金屬層，並且具有第二貫孔，裸露出發光二極體堆疊單元上之金屬層。第一電極填滿於裸露非發光區之第一型半導體層之第三貫孔內，並與第一型半導體層連接。第二電極填滿於第二貫孔內，並與金屬層連接。透鏡覆蓋發光二極體 晶片。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式：
Figure TWI610470BD00003
 對應發光二極體晶片的曲線的中心點為y-z座標軸之原點。z為曲線之縱軸變數。y為曲線之橫軸變數。ai為第i項次的係數。n>3。
根據本發明之更另一方面，提供一種發光二極體晶片級封裝結構，其包括覆晶式發光二極體晶片與透鏡。覆晶式發光二極體晶片包括發光區、非發光區、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、反射式歐姆導電層、緩衝層、保護層、第一電極與第二電極。主動層及第二型半導體層依序堆疊於位在發光區之第一型半導體層上。在發光區的第一型半導體、主動層和第二型半導體層構成發光二極體堆疊單元。反射式歐姆導電層設置於發光二極體堆疊單元的第二型半導體層上。緩衝層設於反射式歐姆導電層上。保護層覆蓋緩衝層，並且具有第一貫孔，裸露出發光二極體堆疊單元上之緩衝層。第一電極填滿裸露出非發光區之第一型半導體層之第二貫孔，並與第一型半導體層連接。第二電極填滿於第一貫孔內，並與緩衝層連接。透鏡覆蓋發光二極體晶片。透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式：
Figure TWI610470BD00004
 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點。z為該曲線之縱軸變數。y為該曲線之橫軸變數。ai為第i項次的係數。n>3。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
102、202、702A、702B、802A、802B‧‧‧發光二極體封裝結構
104、304、404、504、604、704、804‧‧‧發光單元
106、206、706‧‧‧透鏡
108、308、408、508、608、708‧‧‧發光二極體晶片
110、710‧‧‧封裝膠體
711‧‧‧擴散粒子
312、412、512、612、712‧‧‧基板
613‧‧‧打線
314、414‧‧‧第一型半導體層
316、416‧‧‧主動層
318、418‧‧‧第二型半導體層
320、420‧‧‧發光二極體堆疊單元
322‧‧‧透明導電層
324‧‧‧布拉格反射層
326‧‧‧金屬層
328、428‧‧‧保護層
330、430‧‧‧第一電極
332、432‧‧‧第二電極
434‧‧‧反射式歐姆導電層
436‧‧‧緩衝層
538‧‧‧絕緣層
540‧‧‧導電柱
744‧‧‧波長轉換層
746‧‧‧第一波長轉換層
748‧‧‧第二波長轉換層
750‧‧‧載體
752‧‧‧模具
754‧‧‧凹槽
756‧‧‧電路板
758、858‧‧‧發光裝置
H31、H41‧‧‧第一貫孔
H32、H42‧‧‧第二貫孔
H33‧‧‧第三貫孔
B‧‧‧凹部底處
C‧‧‧中心點
D‧‧‧直徑
E‧‧‧發光區
I1、I2、I1’、I2’‧‧‧切割步驟
N‧‧‧非發光區
S‧‧‧外表面
第1圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第2A圖繪示根據另一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第2B圖繪示根據另一實施例之透鏡的俯視圖。
第3圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第4圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第5圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第6圖繪示根據一實施例之發光二極體封裝結構的剖面圖。
第7A圖至第7G圖繪示根據一實施例之發光裝置的製造方法。
第8A圖至第8F圖繪示根據另一實施例之發光裝置的製造方法。
此揭露內容之實施例係提出一種發光二極體封裝結構，例如發光二極體晶片級封裝結構，與包含發光二極體封裝結構的發光裝置，及其製造方法。發光二極體封裝結構能提供優異的發光、顯示效果。
須注意的是，本揭露並非顯示出所有可能的實施例，未於本揭露提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者，圖 式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此，說明書和圖示內容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本揭露保護範圍之用。另外，實施例中之敘述，例如細部結構、製程步驟和材料應用等等，僅為舉例說明之用，並非對本揭露欲保護之範圍做限縮。實施例之步驟和結構各之細節可在不脫離本揭露之精神和範圍內根據實際應用製程之需要而加以變化與修飾。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。
第1圖繪示根據實施例之發光二極體封裝結構102，例如發光二極體晶片級封裝結構，其包括發光單元104與覆蓋發光單元104的透鏡106。
實施例中，透鏡106之外表面S的剖面的曲線符合(或實質上符合)多項式(I)：
Figure TWI610470BD00005
 對應發光二極體晶片108之外表面S的剖面曲線的中心點C為y-z座標軸之原點。z為外表面S之剖面曲線的縱軸變數。y為外表面S之剖面曲線的橫軸變數。ai為多項式(I)中第i項次的係數。實施例中，在多項式(I)中，n>3。亦即多項式(I)至少為4次多項式。此揭露中，曲線「實質上符合」多項式(I)意指曲線擬合多項式(I)後的相關係數大於0.995(即為0.995~1)。換句話說，此揭露中，曲線「符合」多項式(I)意指曲線擬合多項式(I)後的相關係數為1。
一些實施例中，多項式(I)中，n=6，a6≠0，亦即多項 式(I)為6次多項式。舉例來說，n=6，其中a0為不為零之常數，a1為不為零之常數，a2為不為零之常數，a3為不為零之常數，a4為不為零之常數，a5為不為零之常數，a6為不為零之常數。
一實施例中，曲線所符合(或實質上符合)之多項式(I)為：z=-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。即多項式(I)中，n=6，其中a0=2.5046，a1=-0.0709y，a2=0.5658，a3=-0.3718，a4=0.0871，a5=-0.0059，a6=-0.0005。
可利用司乃爾定律逆運算方式計算多段曲面斜率將光線引導至指定位置已製作出指定光學圖形。
一些實施例中，外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡應用在直下式背光模組時，能精準地引導光線到期望的位置，而提升顯示裝置的顯示效果。本揭露不限於此，外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡亦可應用至其他類型的照射或顯示裝置。
實施例中，透鏡106包括封裝膠體110，或由封裝膠體110構成。透鏡106接觸發光單元104，例如透鏡106與發光單元104之間不具有空隙(air gap)。
實施例中，發光單元104包括發光二極體晶片108。舉例來說，構成透鏡106的封裝膠體110接觸發光二極體晶片108，或者，與封裝膠體110與發光二極體晶片108之間不具有空隙。此例中，發光單元104與封裝膠體110之間沒有額外的空隙， 因此具有薄的厚度，應用至裝置例如直下式背光模組時能達到微小化或薄化的設計效果。
如第1圖所示之實施例，透鏡106之外表面S(連續曲表面)具有凹陷結構，外表面S之剖面曲線的中心點C為凹陷結構的最低點。
然本揭露不限於此，其他實施例中，透鏡之外表面可具有凸起結構，且外表面之剖面曲線的中心點為凸起結構的最高點。
此外，實施例中，外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡可應用至保留之外曲表面具有相同曲率的菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)結構，而能使用更少的透鏡材料，減少製造成本，並具有更輕的重量、更小的體積與更薄的厚度。
舉例來說，第2A圖與第2B圖分別繪示根據另一實施例之發光二極體封裝結構202其剖面圖與透鏡206的俯視圖。發光二極體封裝結構202例如為發光二極體晶片級封裝結構。第2A圖與第1圖所示之發光二極體封裝結構102、202之間的差異在於，透鏡206的外表面S為菲涅耳透鏡結構，其中外表面S的凹部底處B具有同心圓紋路(第2B圖)，此外透鏡206之外表面S具有凸起結構，且外表面S之剖面曲線的中心點C為凸起結構的最高點。
第3圖至第6圖繪示根據不同實施例之發光單元的 剖面圖。
請參照第3圖，發光單元304包括基板312與基板312上的發光二極體晶片308例如為覆晶式發光二極體晶片。發光二極體晶片308包括依序堆疊於基板312上的第一型半導體層314、主動層316及第二型半導體層318。第一型半導體層314具有N型及P型其中之一導電型，第二型半導體層318具有N型及P型其中之另一導電型。在發光區E的第一型半導體層314、主動層316和第二型半導體層318構成發光二極體堆疊單元320。發光二極體晶片308包括透明導電層322設置於發光二極體堆疊單元320的第二型半導體層318上。發光二極體晶片308包括布拉格反射層324設於透明導電層322上。布拉格反射層324具有第一貫孔H31裸露出發光二極體堆疊單元320上之透明導電層322。發光二極體晶片308包括金屬層326設於布拉格反射層324上，並填滿布拉格反射層324的第一貫孔H31，使得金屬層326可經過第一貫孔H31而連接發光二極體堆疊單元320上之透明導電層322。發光二極體晶片308包括保護層328覆蓋金屬層326，保護層328具有第二貫孔H32裸露出金屬層326。發光二極體晶片308包括第一電極330填滿在非發光區N裸露出第一型半導體層314之第三貫孔H33，並與第一型半導體層314連接。發光二極體晶片308包括第二電極332填滿於保護層328的第二貫孔H32內，並與金屬層326連接。
一些實施例中，構成外表面之剖面曲線(實質上)符 合至少為4項次之多項式(I)之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合上述至少為4項次之多項式(I)之型態的透鏡)的封裝膠體是直接覆蓋在發光單元304(覆晶式發光二極體晶片)上而形成發光二極體(晶片級)封裝結構。
請參照第4圖，發光單元404包括基板412與基板412上的發光二極體晶片408例如為覆晶式發光二極體晶片。發光二極體晶片408包括依序堆疊於基板412上的第一型半導體層414、主動層416及第二型半導體層418。第一型半導體層414具有N型及P型其中之一導電型，第二型半導體層418具有N型及P型其中之另一導電型。在發光區E的第一型半導體層414、主動層416和第二型半導體層418構成發光二極體堆疊單元420。發光二極體晶片408包括反射式歐姆導電層434設置於發光二極體堆疊單元420的第二型半導體層418上。一實施例中，反射式歐姆導電層434可具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti合金結構。發光二極體晶片408包括緩衝層436設於反射式歐姆導電層434上。發光二極體晶片408包括保護層428覆蓋緩衝層436，保護層428具有第一貫孔H41裸露出緩衝層436。發光二極體晶片408包括第一電極430填滿在非發光區N裸露出第一型半導體層414的第二貫孔H42，並與第一型半導體層414連接。發光二極體晶片408包括第二電極432填滿於保護層428的第一貫孔H41內，並與緩衝層436連接。
一些實施例中，構成外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出之型態的透鏡)的封裝膠體是直接覆蓋在發光單元404上而形成發光二極體(晶片級)封裝結構。透鏡(或封裝膠體)也可接觸裸露出之元件的側表面。
請參照第5圖，發光單元504包括基板512與發光二極體晶片508。基板512包括絕緣層538與穿過絕緣層538的導電柱540。實施例中，導電柱540的直徑D可為0.25mm。發光二極體晶片508是藉由焊料以覆晶的方式配置在基板512上並電性連接基板512的導電柱540。實施例中，此類發光單元504的面積可小於3mmx3mm。
一些實施例中，構成外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出但(實質上)符合上述多項式(I)之型態的透鏡)的封裝膠體是直接覆蓋在發光單元504上而形成發光二極體(晶片級)封裝結構，換句話說，發光二極體封裝結構的透鏡(或封裝膠體)是接觸裸露出的發光二極體晶片508的上表面，也可接觸裸露出的基板512的上表面。透鏡(或封裝膠體)也可接觸裸露出之元件的側表面。
請參照第6圖，發光單元604包括發光二極體晶片608與基板612。配置在基板612上的發光二極體晶片608是利用以打線613電性連接基板612。
一些實施例中，構成外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出之型態的透鏡)的封裝膠體是直接覆蓋在發光單元604上。換句話說，透鏡(或封裝膠體)是接觸裸露出的發光二極體晶片608的上表面與側表面，並接觸裸露出的打線613，也可接觸裸露出的基板612的上表面與側表面。
一些實施例中，發光二極體(晶片級)封裝結構的發光單元更包括波長轉換層(未顯示)，毯覆性配置在發光二極體晶片之至少一上方或側面。其中波長轉換層能受發光二極體晶片射出之第一光線激發而發出不同於第一光線之波長的第二光線。藉由波長轉換層能調整發光二極體封裝結構或發光裝置的發光色調。波長轉換層可包括波長轉換材料例如螢光粉。一些實施例中，構成外表面之剖面曲線(實質上)符合多項式(I)之透鏡(例如第1圖的透鏡106、第2圖的透鏡206、或其它未畫出之型態的透鏡)的封裝膠體是接觸裸露出的波長轉換層。波長轉換層能視實際需求使用單一層或多層結構。
實施例也提供一種發光裝置及其製造方法。
第7A圖至第7G圖繪示根據一實施例之發光裝置的製造方法。
請參照第7A圖，形成複數個發光二極體晶片708在基板712上。實施例中，發光二極體晶片708可藉由覆晶或打線的方式配置在基板712上，並電性連接基板712的導電部分。 舉例來說，發光二極體晶片708可類似如第3、4、5、6所示之發光二極體晶片308、408、508、608，或未繪示出之其他結構的發光二極體晶片。
請參照第7B圖，形成波長轉換層744在發光二極體晶片708上。舉例來說，波長轉換層744包括第一波長轉換層746與第二波長轉換層748。第一波長轉換層746可毯覆形成在發光二極體晶片708的出光側上，例如露出的上表面上。第一波長轉換層746也可形成在發光二極體晶片708露出的側表面上，及/或可填充在發光二極體晶片708之間的空隙。第二波長轉換層748形成第一波長轉換層746上。第一波長轉換層746與第二波長轉換層748可具有不同的波長轉換性質。
請參照第7C圖，進行切割步驟I1以分開數個由基板712、發光二極體晶片708、及波長轉換層744構成的發光單元704。此切割步驟I1可包括同時對位在發光二極體晶片708之間的波長轉換層744與基板712進行切割。
請參照第7D圖，提供載體750，其中模具752配置在載體750上。載體750可為金屬膠帶，或其它合適的載體結構。模具752可具有例如陣列配置的凹槽754，用以容納發光單元704排列在載體750上。在配置發光單元704在載體750上後，可移除模具752。
請參照第7E圖，形成封裝膠體710覆蓋發光單元704。封裝膠體710接觸發光單元704的上表面，也可接觸發光 單元704的側表面，或/及填充發光單元704之間的空隙。如圖所示，實施例中，封裝膠體710包括對應發光二極體晶片708的數個透鏡706，各自外表面之剖面的曲線(實質上)符合上述至少為4項次之多項式(I)。透鏡706可精準地對位發光二極體晶片708。封裝膠體710可包括擴散粒子711或波長轉換粒子摻雜於其中。
請參照第7F圖，進行切割步驟I2，以分開複數個由載體750、發光單元704與透鏡706構成的發光二極體封裝結構702A。此切割步驟I2可包括同時對位在發光單元704之間的封裝膠體710及載體750進行切割。一些實施例中，在此切割步驟I2之後，可將載體750移除。
請參照第7G圖，將由剩餘的發光單元704與透鏡706構成的發光二極體封裝結構702B分開配置在電路板756上。發光二極體封裝結構702B可電性連接電路板756。
根據以上，實施例的製造方法包括形成複數個互相分開的發光二極體封裝結構702B，其中發光二極體封裝結構702B各自具有對應發光單元704之外表面剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)之透鏡706(第7F圖之步驟)。然後，將各自獨立的發光二極體封裝結構702B配置在電路板756上(第7G圖之步驟)。由於發光二極體封裝結構702B是具有相對應的發光單元704與透鏡706的封裝單元，因此在配置發光二極體封裝結構702B於電路板756上的步驟能有較大的公差容忍度。故，根據實施例的發光裝置758可應用至直下式背光模組。
第8A圖至第8F圖繪示根據另一實施例之發光裝置的製造方法，其與第7A圖至第7G圖所示之實施例的主要差異在於波長轉換層為單一層波長轉換層。第8A圖之前的步驟可類似第7A圖所述的步驟，於此不再重複說明。
請參照第8A圖，形成波長轉換層(第一波長轉換層)746在發光二極體晶片708上。波長轉換層746可毯覆形成在發光二極體晶片708的出光側上，例如露出的上表面上。波長轉換層746也可形成在發光二極體晶片708露出的側表面上，及/或可填充在發光二極體晶片708之間的空隙。
請參照第8B圖，進行切割步驟I1’以分開數個由基板712、發光二極體晶片708、及波長轉換層746構成的發光單元804。此切割步驟I1’可包括同時對位在發光二極體晶片708之間的波長轉換層746與基板712進行切割。
請參照第8C圖，提供載體750，其中模具752配置在載體750上。模具752可具有例如陣列配置的凹槽754，用以容納發光單元804排列在載體750上。在配置發光單元804在載體750上後，可移除模具752。
請參照第8D圖，形成封裝膠體710覆蓋發光單元804。封裝膠體710接觸發光單元804的上表面，也可接觸發光單元804的側表面，或/及填充發光單元804之間的空隙。如圖所示，實施例中，封裝膠體710包括對應發光二極體晶片708的數個透鏡706，各自外表面之剖面的曲線(實質上)符合上述至少為4 項次之多項式(I)。透鏡706可精準地對位發光二極體晶片708。封裝膠體710可包括擴散粒子711或波長轉換粒子摻雜於其中。
請參照第8E圖，進行切割步驟I2’，以分開複數個由載體750、發光單元804與透鏡706構成的發光二極體封裝結構802A。此切割步驟I2’可包括同時對位在發光單元804之間的封裝膠體710及載體750進行切割。一些實施例中，在此切割步驟I2’之後，可將載體750移除。
請參照第8F圖，將由剩餘的發光單元804與透鏡706構成的發光二極體封裝結構802B分開配置在電路板756上。發光二極體封裝結構802B可電性連接電路板756。
根據以上，實施例的製造方法包括形成複數個互相分開的發光二極體封裝結構802B，其中發光二極體封裝結構802B各自具有對應發光單元804之外表面剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)之透鏡706(第8E圖之步驟)。然後，將各自獨立的發光二極體封裝結構802B配置在電路板756上(第8F圖之步驟)。由於發光二極體封裝結構802B是具有相對應的發光單元804與透鏡706的封裝單元，因此在配置發光二極體封裝結構802B於電路板756上的步驟能有較大的公差容忍度。故，根據實施例的發光裝置858可應用至直下式背光模組。
本揭露並不限於上述實施例，而可根據揭露的概念適當調整實施例的結構、元件材質或製造方法，或任意合併不同實施例之概念。
舉例來說，透鏡之外表面可具有凹陷結構，外表面之剖面曲線的中心點為凹陷結構的最低點。或者，透鏡之外表面可具有凸起結構，且外表面之剖面曲線的中心點為凸起結構的最高點。
外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡，其外表面可為一連續的曲表面，或可包括菲涅耳透鏡結構所具有之一段一段曲率不變的不連續曲面。
透鏡可為折射式透鏡或反射式透鏡。亦即透鏡的出光面可為折射式出光面或反射式出光面。
發光單元的發光二極體晶片可包括相反導電型的第一型半導體層與第二型半導體層，及第一型半導體層與第二型半導體層之間的主動層。第一電極(正、負電極其中之一)與第二電極(正、負電極其中之另一)分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層。當正極及負極兩端施加電壓時，電子將與電洞在主動層內結合，再以光的形式發出。發光二極體晶片可任選包括其他調控性質的元件，例如導電層(如透明導電層、金屬層、反射式歐姆導電層)、反射層(如布拉格反射層、反射式歐姆導電層)、保護層、緩衝層、貫孔、或其它適當的元件及配置方式。發光二極體晶片可為垂直式發光二極體，可以覆晶、打線的方式電性連接基板的導電元件例如接觸墊等。根據實施例之發光二極體晶片的面積尺寸可小於3mm x 3mm，或可為其他適當尺寸。
一些實施例中，發光二極體晶片配置於其上的基板 亦可作為光型調整設計與散熱之用的背板結構。例如基板的表面可具有反射性質，作為光型調控的輔助參數，調整散射場。背板結構可具有熱阻小於10℃/W之特性。藉此，作為背板結構的基板能提供穩定的機械與光學性能。
舉例來說，一些實施例中，發光單元可任選地包括或不包括波長轉換層。一些實施例中，波長轉換層可只毯覆形成(或接觸)在發光二極體晶片的上表面上，而未配置在發光二極體的側表面，也可不填充於發光二極體晶片之間的空隙。波長轉換層可為單一層波長轉換結構、具有不同波長轉換性質的雙層波長轉換結構、或更多層不同波長轉換性質的波長轉換結構。
一些實施例中，發光單元不具有波長轉換層，構成透鏡的封裝膠材是至少接觸發光二極體晶片的出光上表面，或可進一步接觸發光二極體晶片的側表面，或可進一步填充在發光二極體晶片之間的空隙。一些實施例中，發光單元具有波長轉換層，構成透鏡的封裝膠材是至少接觸發光二極體晶片之出光上表面上的波長轉換層，或可進一步接觸發光二極體晶片的側表面或側表面上的波長轉換層，或可進一步填充在發光二極體晶片之間的空隙。
舉例來說，一些實施例中，發光二極體封裝結構例如發光二極體晶片級封裝結構的封裝膠體可任選地包括或不包括光學粒子摻雜於其中。光學粒子可包括擴散粒子、波長轉換材料(粒子)、或其它可調變從發光二極體晶片發出之光線出光性質 的材質(粒子)。粒子可包括微米或奈米級顆粒。
除了(實質上)符合上述至少為4項次之多項式(I)的透鏡，發光二極體封裝結構例如發光二極體晶片級封裝結構的出光性質也可例如藉由發光單元的波長轉換層及/或構成透鏡之封裝膠體中所摻雜的波長轉換材料(粒子)做調變。舉例來說，發光二極體晶片射出的光線(如藍光)可以波長轉換層及/或波長轉換材料(粒子)轉換為不同顏色的光線(如綠光、黃光或紅光)。然後，不同顏色的光線被混合以產生白光，或者產生其它預期色調的光線。
一些實施例中，發光二極體封裝結構例如發光二極體晶片級封裝結構為發光角度大於150度之白光光源。
根據實施例之發光二極體封裝結構或發光裝置亦可視實際需求應用至適當的發光產品，例如顯示器的前光模組或背光模組，或照明產品例如天井燈照明、洗牆燈等。
根據上述，本揭露之實施例至少有以下優點。外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡能精準地引導來自發光單元之光線到期望的位置，有效提升顯示效果。或者，由於發光單元與封裝膠體之間沒有額外的空隙，因此具有薄的厚度，應用至裝置時能達到微小化或薄化的設計效果。或者，當外表面之剖面曲線(實質上)符合至少為4項次之多項式(I)的透鏡使用菲涅耳透鏡結構時，裝置能使用更少透鏡材料，減少製造成本，並具有更輕的重量、更小的體積與更薄的厚度。發 光裝置的製造方法是在形成具有相對應之發光單元與透鏡的發光二極體封裝結構之後，再將封裝單元配置在電路板上，因此能有較大的公差容忍度，並維持發光二極體封裝結構的發光效果。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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。
102‧‧‧發光二極體封裝結構
104‧‧‧發光單元
106‧‧‧透鏡
108‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧封裝膠體
C‧‧‧中心點
S‧‧‧外表面

Claims (41)

  1. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一發光二極體晶片；及一透鏡，覆蓋該發光二極體晶片，該透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，3<n6，該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a6≠0。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a0為不為零之常數，a1為不為零之常數，a2=為不為零之常數，a3為不為零之常數，a4為不為零之常數，a5為不為零之常數，a6為不為零之常數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結 構，其中該外表面具有一凹陷結構，該曲線的該中心點為該凹陷結構的最低點。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該外表面具有一凸起結構，該曲線的該中心點為該凸起結構的最高點。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡的該外表面為菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡為反射式透鏡或折射式透鏡。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，包括一發光單元，該發光單元包括該發光二極體晶片，該透鏡接觸該發光單元。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡與該發光單元之間不具有空隙(air gap)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，包括一發光單元，該發光單元包括該發光二極體晶片，該發光單元的面積小於3mmx3mm。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一基板，其中該發光二極體晶片在該基板上，其中該基板包括一絕緣層與穿過該絕緣層的一導電柱，該導電柱的直徑為0.25mm。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結 構，更包括一基板，其中該發光二極體晶片是以覆晶或打線的方式電性連接該基板。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡包括一封裝膠體。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該透鏡更包括擴散粒子，摻雜在該封裝膠體中。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第一波長轉換層，在該發光二極體晶片上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第二波長轉換層，在該發光二極體晶片上，且性質不同於該第一波長轉換層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括一載體與該載體上的一基板，其中該發光二極體晶片在該基板上。
  19. 一種直下式背光模組，包括：一電路板；及數個如申請專利範圍第1至18項其中之一所述之發光二極體晶片級封裝結構，彼此分開設置在該電路板上，並電性連接該電路板。
  20. 一種發光裝置的製造方法，包括：形成一發光二極體封裝結構，該發光二極體封裝結構的形成方法包括形成一透鏡覆蓋一發光二極體晶片，其中該透鏡之外表 面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，3<n6，該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置的製造方法，更包括將該發光二極體封裝結構配置在一電路板上。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置的製造方法，其中該透鏡與該發光二極體晶片是同時配置在該電路板上。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置的製造方法，包括形成數個發光二極體封裝結構，其中該形成該些發光二極體封裝結構的方法包括：配置數個該發光二極體晶片在一載體上；及形成一封裝膠體覆蓋該些發光二極體晶片，其中該封裝膠體包括對應該些發光二極體晶片的數個該透鏡。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之發光裝置的製造方法，其中該形成該些發光二極體封裝結構的方法更包括對位在該些發光二極體晶片之間的該封裝膠體進行切割。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之發光裝置的製造方法，其中該形成該些發光二極體封裝結構的方法更包括對位在該些發 光二極體晶片之間的該載體進行切割。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之發光裝置的製造方法，更包括將該些發光二極體封裝結構分開配置在一電路板上。
  27. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置的製造方法，包括形成數個該發光二極體封裝結構，其中該形成該些發光二極體封裝結構的方法包括：配置數個該發光二極體晶片在一基板上；及對位在該些發光二極體晶片之間的該基板進行切割。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之發光裝置的製造方法，其中該形成該些發光二極體封裝結構的方法更包括：形成一波長轉換層在該些發光二極體晶片上，其中在該對位在該些發光二極體晶片之間的該基板進行切割的同時，對該波長轉換層進行切割。
  29. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一發光二極體晶片，包括：一第一型半導體層、一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成由該第一型半導體、該主動層和該第二型半導體層所構成之發光二極體堆疊單元；一透明導電層，設置於該發光二極體堆疊單元的該第二型半導體層上； 一布拉格反射層，設於該透明導電層上，且該布拉格反射層具有第一貫孔，裸露出該發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一金屬層，設於該布拉格反射層上，並填滿該第一貫孔，使得該金屬層可經過該第一貫孔而連接該發光二極體堆疊單元上之該透明導電層；一保護層，覆蓋該金屬層，並且具有第二貫孔，裸露出該發光二極體堆疊單元上之該金屬層；第三貫孔，裸露在該非發光區之該第一型半導體層；一第一電極，填滿於該第三貫孔內，並與該第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於該第二貫孔內，並與該金屬層連接；及一透鏡，覆蓋該發光二極體晶片，該透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，3<n6，該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝 結構，其中在該多項式中，n=6，a6≠0。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a0為不為零之常數，a1為不為零之常數，a2為不為零之常數，a3為不為零之常數，a4為不為零之常數，a5為不為零之常數，a6為不為零之常數。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第一波長轉換層，在該發光二極體晶片上。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第二波長轉換層，在該發光二極體晶片上，且性質不同於該第一波長轉換層。
  35. 一種發光二極體晶片級封裝結構，包括：一覆晶式發光二極體晶片，包括：一第一型半導體層、一發光區與一非發光區；一主動層及一第二型半導體層依序堆疊於位在該發光區之該第一型半導體層上，在該發光區形成由該第一型半導體、該主動層和該第二型半導體層所構成之發光二極體堆疊單元；一反射式歐姆導電層，設置於該發光二極體堆疊單元的 該第二型半導體層上；一緩衝層，設於該反射式歐姆導電層上；一保護層，覆蓋該緩衝層，並且具有第一貫孔，裸露出該發光二極體堆疊單元上之該緩衝層；裸露出該第一型半導體層之第二貫孔，設置於該非發光區；一第一電極，填滿於該第二貫孔內，並與該第一型半導體層連接；以及一第二電極，填滿於該第一貫孔內，並與該緩衝層連接；及一透鏡，覆蓋該發光二極體晶片，該透鏡之外表面的剖面的曲線實質上符合多項式： 對應該發光二極體晶片的該曲線的一中心點為y-z座標軸之原點，z為該曲線之縱軸變數，y為該曲線之橫軸變數，ai為第i項次的係數，3<n6，該曲線擬合該多項式後的相關係數大於0.995。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該反射式歐姆導電層具有Ni/Ag/Pt或Ni/Al/Ti合金結構。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體晶片級封裝 結構，其中在該多項式中，n=6，a6≠0。
  38. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中在該多項式中，n=6，a0為不為零之常數，a1為不為零之常數，a2為不為零之常數，a3為不為零之常數，a4為不為零之常數，a5為不為零之常數，a6為不為零之常數。
  39. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體晶片級封裝結構，其中該曲線實質上符合多項式：z=-0.0005y6-0.0059y5+0.0871y4-0.3718y3+0.5658y2-0.0709y+2.5046。
  40. 如申請專利範圍第35項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第一波長轉換層，在該發光二極體晶片上。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之發光二極體晶片級封裝結構，更包括第二波長轉換層，在該第一波長轉換層上，且性質不同於該第一波長轉換層。
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