TWI619269B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體封裝結構，包含：封裝體，具有容置空間；基板，具有底面和頂面，基板的底面設置在容置空間內；發光二極體晶片，具有頂面及相對於頂面的底面，發光二極體晶片的底面設置在基板的頂面上，藉此發光二極體晶片及基板的總高度小於或等於容置空間的深度；量子點，填滿於容置空間內並覆蓋部份基板及發光二極體晶片；以及透明層，覆蓋在量子點及封裝體上，藉由量子點可以提升整個發光二極體封裝結構的色彩飽和度。

Description

發光二極體封裝結構

本發明關於一種發光元件的封裝結構，尤其是關於一種具有量子點以增加色彩飽和度的發光二極體封裝結構。

量子點(Quantum Dots)是一些肉眼無法看到的、極其微小的半導體奈米晶體，是一種粒徑不足10奈米的顆粒。通常來說，量子點是由鋅、鎘、硒和硫原子組合而成。其特性是，每當受到光的刺激，量子點便會發出有色光線，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點能夠改變光源發出的光線顏色，因此可被歸類為波長轉換物質(wavelength conversion material)的一種。

從工作原理而言，量子點與YAG螢光體類似，通過發光二極體(lightemitting diode,LED)的光線刺激讓量子點發色出幾種顏色的組合，最終讓LED發散出白色的燈光。在同樣的亮度下，量子點LED燈所需的藍光更少，在電光轉化中需要的電力自然更少，更高效的表現令其在節能方面更勝一籌。

量子點通常封裝於玻璃毛細管內。目前含有量子點之玻璃毛細管的固定方式是利用封裝膠材將玻璃毛細管貼附在LED燈之基座上方。由於封裝膠材在塗佈時為液狀，具有流動性，若封裝膠材的量過多，會產生溢膠的問題，進而影響光學品質和組裝性。

根據習知技術的缺點，本發明主要的目的是揭露一種發光二極體封裝結構，將量子點形成在發光二極體晶片上，再將透明層覆蓋在具有量子點的發光二極體晶片上並進行封裝，藉此利用透明層可以阻隔水氣，而避免與空氣接觸發生變化，以提高發光二極體結構的使用壽命。

本發明的另一目的是利用量子點搭配具有不同波長的LED來形成具有高功率以及可產生各種顏色的發光二極體封裝結構。

本發明的再一目的是利用利用量子點搭配具有不同波長的LED來達到具有高色彩飽和度的發光二極體封裝結構。

本發明的再一目的是利用利用量子點搭配具有不同波長的LED來達到具有高色彩飽和度的發光二極體封裝結構。

根據上述目的，本發明還提供另一種發光二極體封裝結構，其包含：封裝體，具有容置空間；基板，具有底面及頂面，基板的底面設置在容置空間內；發光二極體結構陣列，具有頂面及相對於頂面的底面，發光二極體結構陣列的底面設置在基板的頂面上，藉此發光二極體晶片及基板的總高度小於或等於容置空間的深度；量子點，填滿於容置空間內並覆蓋部份基板及發光二極體結構陣列；以及透明層，覆蓋在量子點及封裝體上。

1、2、3、4、7、8、9、11‧‧‧發光二極體封裝結構

10‧‧‧封裝體

102‧‧‧容置空間

104‧‧‧頂面

106‧‧‧底面

110、112‧‧‧側壁

20‧‧‧基板

30‧‧‧發光二極體晶片

40‧‧‧量子點

50、52、54、56‧‧‧黏著層

60、62、64、66‧‧‧透明層

5、6‧‧‧發光二極體封裝結構陣列

圖1A為根據本發明所揭露的技術，表示發光二極體封裝結構的剖示圖；圖1B為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體底面和頂面具有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖； 圖1C為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體的頂面及側壁具有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖；圖1D為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體的頂面、側壁和底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖；圖2A為根據本發明所揭露的技術，表示本發明之發光二極體封裝結構陣列式實施例之俯視圖；圖2B為根據本發明所揭露的技術，表示本發明之發光二極體封裝結構陣列式另一實施例之俯視圖；圖3A為根據本發明所揭露的技術，表示根據圖2A由A-A’方向或圖2B由B-B’方向截面示意圖；圖3B為根據本發明所揭露的技術，表示封裝體頂面及底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖；圖3C為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體頂面及側壁設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖；以及圖3D為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體頂面、側壁及底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。

本發明所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，非用以限定本發明可實施之限定條件，僅針對本發明的超級電容器封裝過程中的實現，進行詳細說明。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關之示意圖。

請參閱圖1A。圖1A為本發明所揭露的發光二極體封裝結構的剖示圖。

如圖1A所示，是一個已經完成製造的發光二極體封裝結構1，其包含有：封裝體10、基板20、發光二極體晶片30、量子點以及透明層60，其中，封裝體10具有容置空間102，基板20設置在封裝體10的容置空間102內，發光二極體晶片30設置在基板20上。在此要說明的是，發光二極體晶片30與基板20之間還包括黏著層(未在圖中表示)其用以將發光二極體晶片30固著在基板20上，使得發光二極體晶片30和基板20的總高度可以小於或是等於封裝體10的容置空間102的深度。發光二極體封裝結構1還包括量子點40填滿在封裝體10的容置空間102內，並且同時覆蓋住部份的基板20以及包覆住發光二極體晶片30。而在封裝體10及容置空間102上方設置有透明層60，而透明層60和封裝體10及容置空間內的量子點40之間還包括有具有低透氣性及低透氧性的黏著層50，例如環氧樹脂(epoxy)，用以固接透明層60和封裝體10以及將容置空間102予以密封。

在本發明的實施例中，封裝體10可以是含有環氧樹脂的封裝材料、固態模封材料(Epoxy Molding Compound,EMC)或是高分子材料。基板20為藍寶石基板(sapphire substrate)。另外，在本發明的實施例中，發光二極體晶片30可為藍光發光二極體晶片或紫外光發光二極體晶片，其結合一個或多個選自下列元件：紅光發光二極體晶片、綠光發光二極體晶片、藍光發光二極體晶片、黃綠光發光二極體晶片，以及白光發光二極體晶片。發光二極體晶片30亦可由下列一個或多個晶片種類組台而成，例如是發光二極體晶片、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)晶片或是其他類型發光晶片的電激發光元件(electro-luminescence device)。發光二極體 晶片30的發光方向可為向上(光發射方向反基板方向)發光型、向下(光發射方向朝基板方向)發光型或是側壁(光發射方向朝側壁方向)發光型。

在本發明的實施例中，量子點40可由下列方式填滿在封裝體10的容置空間102內，並且覆蓋住部份的基板20以及包覆住發光二極體晶片30，其形成方法包括有：化學溶液生長法、外延生長法或是電場約束法；且可為二六族材料、三五族材料、四族材料、塑膠材料等複合材料所構成。形成並固化該量子點40之後，將具有低透氣性和低透氧性的黏著層50均勻地疊設在封裝體10上、量子點40並且覆蓋在容置空間102上。在本發明的實施例中，為了減少空氣及水分進入量子點40內，最好使用氣密性高且脫氣少的黏著層50，如紫外線固化樹脂、熱固化樹脂，並且，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或者EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)，黏著層50在灌入後會入侵至量子點40的孔隙中，填充在量子點40的孔隙，部分移除量子點40中殘留的空氣，但會影響量子點40的光輸出效果，故材料選擇時需要自行挑選不會影響發光效率的材料；且為使光穿透黏著層50，黏著層50須為可透光性材料；本實施例使用較佳的環氧樹脂(epoxy)，但不限於此。在鋪設黏著層50之前為使亦可選擇性增加脫氣(degas)製程，或是灌入惰性氣體(inert gas)於量子點40中，在鋪設黏著層50時亦可在惰性氣體環境中進行，以減少水氣及空氣入侵或是存在於量子點40上。鋪設黏著層50後，需要經過固化製程，將樹脂固化，例如經過照光或是加熱製程。固化方式的選擇是根據不同的樹脂材料而定。固化製程不僅可以將樹脂硬化，更可以進一步地將量子點40中的水氣驅除，增加發光二極體封裝結構1的使用壽命。

在完成黏著層50後，將透明層60黏附在黏著層50之上。該透明層40的材料可選自玻璃、塑膠、化合物半導體或是由其他聚合物材料所形成 之透光性物質，但不限於此。經由適當設計黏著層50的物體特性，例如調整大小、變更透明物體材質，或是改變材料相位，可將由透明層60導出之光調整成使用者所需的效率、亮度及演色性等等的光學特性。在本發明的實施例中，透明層60的材質較佳的選用玻璃，或是包含玻璃的透明材料，透明層40的厚度可為毫米(mm)，較佳的厚度為小於1.5毫米(mm)。

透明層60的位置並不限制於僅有貼附在黏著層50的上方而已。如圖1B所示，圖1B表示在封裝體底面和頂面都具有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖，其揭示透明層60不僅可以設置在封裝體10的頂面104上用以密封封裝體10的容置空間102之外，亦可以將透明層62設置在封裝體10的底面106上，並且同樣是藉由黏著層52與封裝體10的底面106固接。在此要說明的是，透明層60、62可以為單層、雙層或多層可根據使用者需求自行實施，但須注意的是必須至少一層透明層60、62與黏著層50、52接觸。

接著請參考圖1C。圖1C表示在封裝體的頂面及側壁具有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。在圖1C中，透明層60、64、66設置在封裝體的頂面104及側壁110、112，此時，透明層60、64、66可視為玻璃罩或是玻璃盒，整體罩住或是部分罩住封裝體10以及設置在封裝體10的容置空間102內的基板20、發光二極體晶片30以及填滿於容置空間102並覆蓋基板20及發光二極體晶片30的量子點40，因此利用透明層60、64、66對於空氣與水氣的阻絕性更佳。在本發明的實施例中，透明層60、64、66的材質與前述相同，可為玻璃，透明層60、64、66的厚度可為毫米(mm)，較佳的厚度為小於1.5毫米(mm)，但材料及厚度不在此限。要說明的是，透明層64、66可以設置在封裝體10的任一側壁110或是側壁112。同樣的，在封裝體10的側壁110、112與透明層64、66之間還包括黏著層54、56用以固接透明層64、66與封裝體10。

請參考圖1D。圖1D為根據本發明所揭露的技術，表示在封裝體的頂面、側壁和底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。在圖1D中，其主要是將前述的圖1B與圖1C的結構結合，在封裝體10的頂面104、側壁110、112及底面106下方分別設置有透明層60、62、64、66。在本實施例中，透明層60、62、64、66的形成方式並非上述所限定之形成先後順序，形成順序亦不在此限。在本發明的實施例中，該透明層60、62、64、66的材質與前述相同，若材質為玻璃，其較佳的厚度為小於0.5毫米(mm)，更優選的厚度為0.5-0.1毫米(mm)，最佳實施的厚度為0.1-0.2毫米(mm)。

接著，請參考圖2A與圖2B，圖2A與圖2B係為本發明之發光二極體封裝結構陣列式實施例之上視圖。運用在面板螢幕背光模組、大型廣告牆或是路燈等光源的發光二極體封裝結構陣列5、6是由多個發光二極體封裝結構1所構成的，多個發光二極體封裝結構1排列成如圖2A及圖2B的陣列形式，陣列中依照不同使用者需求能呈現不同維度亦使用不同顆數的發光二極體封裝結構1。該發光二極體封裝結構陣列5、6可為主動矩陣型(Active Matrix,AM)或是被動矩陣型(Passive Matrix,PM)。更進一步地，該發光二極體封裝結構5、6可為主動矩陣型有機發光二極體(Active-Matrix Organic LED,AMOLED)。該陣列發光二極體封裝結構陣列5、6通常是面積約1cm*1cm到1000cm*1000cm不等的陣列，而本發明亦可直接運用在小尺寸至大尺寸光源陣列上。

在圖2A及圖2B中，發光二極體封裝結構陣列5、6由多顆發光二極體結構1所構成，在此要說明的是，可以將如圖1A-圖1D所示的發光二極體封裝結構1、2、3、4依照所需要的數量排列設置以形成發光二極體封裝結構陣列5、6。於另一實施例中，由已經完成半導體製程的晶圓(未在圖中表示)上進行切割，以得到條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30，然後 再將這些條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30來形成本發明所揭露的發光二極體封裝結構。在本發明中的不限制是以已經完成封裝的多個單顆的發光二極體封裝結構1來構成發光二極體封裝結構陣列5、6，或是具有條狀式或是整片式的發光二極體結構來製作發光二極體封裝結構陣列5、6。而要再說明的是，發光二極體封裝結構陣列5、6可以是將多顆發光二極體晶片以矩形、圓形以陣列方式排列，其排列的形狀也不限於只有矩形或是圓形。

圖3A，是根據圖2A或圖2B的A-A截面示意圖。在圖3A中，是以條狀式或是整片式的發光二極體封裝結構7為例，在封裝體10的容置空間102內設置有基板20。接著，再將圖2A或圖2B中所示的條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30設置在基板20，同樣的條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30和基板20的總高度小於或是等於封裝體10的容置空間102的深度。緊接著，再將量子點40填滿於容置空間102內，並同時覆蓋條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30以及覆蓋部份的基板20。在此，量子點40形成於容置空間102內的方法與前述相同，不再重覆陳述。然後，將條狀式或是整片式的透明層60透過黏著層50固定在封裝體10、並且覆蓋在封裝體10的容置空間102上，以形成發光二極體封裝結構陣列5、6。在此，要先說明的是，在圖3A-圖3D的發光二極體封裝結構7、8、9、11是以條狀式或是片狀式的多顆發光二極體晶片30所構成的，而前述圖1A-圖1D中的發光二極體封裝結構1、2、3、4為單顆發光二極體晶片30，其結構以及材料的功能均相同，其差異在於，在圖3A-圖3D的發光二極體封裝結構7、8、9、11可適用於功率較大的照明設備、顯示設備使用；圖1A-圖1D中的發光二極體封裝結構1、2、3、4可用於小功率瓦數的照明設備。

接著，圖3B是根據本發明所揭露的技術，在封裝體頂面及底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。在圖3B中，透明層60、62分別設置在封裝體10的頂面104及底面106、同樣的，透明層60、62藉由黏著層50、52分別與封裝體10的頂面104及底面106固接。於又一實施例，如圖3C所示，圖3C是根據本發明所揭露的技術，在封裝體頂面及側壁設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。在圖3C中，透明層60、64、66分別設置在封裝體10的頂面104、側壁110、112。在此要說明的是，由於圖3C-圖3D是剖示圖，所以僅能呈現封裝體的兩側壁110、112，然而，熟悉半導體元件之技術人員都應當知道，在此所指的側壁，是以整個封裝體的四個側壁，而不是單指任意兩側壁。

於再一實施例，如圖3D所示，圖3D是根據本發明所揭露的技術，在封裝體頂面、側壁及底面設置有透明層的發光二極體封裝結構的剖示圖。在封裝體10的頂面104、底面106及側壁110、112設置有透明層60、62、64、66，同樣的在透明層60、62、64、66與封裝體10之間還分別包含有黏著層50、52、54、56將透明層60、62、64、66與封裝體10固接。在此，對於透明層如何設置在多顆發光二極體晶片10的方法及步驟與設置在單顆發光二極體晶片10的方法及步驟相同，故不再重覆。同樣的，在本發明的上述各實施例中，透明層60、62、64、66的材質為玻璃包含玻璃的透明材料，厚度可為毫米(mm)，較佳的厚度為0.1-0.2毫米。

根據以上所述，藉由本發明所揭露的發光二極體封裝結構，利用量子點與發光二極體晶片可以產生各種顏色、各種波長的光源，可廣泛的應用於各種顯示設備以及照明設備。此外，由於本發明所揭露的發光二極體封裝結構有較佳的色彩飽和度，因此可以視市場需求製作出小功率、但是高亮度的顯示設備，例如LED顯示螢幕、LED背光光源或是觸控螢幕等 等。對於需要高功率的照明設備來說，由於每一顆發光二極體封裝結構的功率可以達到0.04-0.06瓦特，因此以一般加用照明設備為60瓦來說，只需要100-150顆的發光二極體封裝結構就可以構成，因此具有低成本、高功率的發光二極體封裝結構。另外，在本發明中利用透明層做為發光二極體晶片的封裝材料，可以達到阻隔水氣或空氣進入量子點及發光二極體封裝內，以達到提高產品良率、發光效率及增加使用壽命的技術效果。

雖然本創作以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習本領域技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種發光二極體封裝結構，包含：一封裝體，具有一容置空間；一基板，具有一底面及一頂面，該基板的該底面設置在該容置空間內；一發光二極體晶片，具有一頂面及相對於頂面的一底面，該發光二極體晶片的該底面設置在該基板的該頂面上，使得該發光二極體晶片及該基板的高度小於或等於該容置空間的一深度；一量子點，填滿於該容置空間內並覆蓋部份該基板及該發光二極體晶片；以及一透明層，覆蓋在該量子點及該封裝體上，其中在該量子點及該透明層之間透過具有低透氣性及低透氧性的一黏著層接合。
2. 一種發光二極體封裝結構，包含：一封裝體，具有一容置空間；一基板，具有一底面及一頂面，該基板的該底面設置在該容置空間內；一發光二極體結構陣列，具有一頂面及相對於頂面的一底面，該發光二極體結構陣列的該底面設置在該基板的該頂面上，藉此該發光二極體晶片及該基板的總高度小於或等於該容置空間的一深度；一量子點，填滿於該容置空間內並覆蓋部份該基板及該發光二極體結構陣列；以及一透明層，覆蓋在該量子點及該封裝體上，其中在該量子點及該透明層之間透過具有低透氣性及低透氧性的一黏著層接合。
3. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體封裝結構，其中該發光二極體結構陣列由多顆發光二極體晶片所構成。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光二極體封裝結構，其中該發光二極體晶片可以是有機發光二極體晶片(OLED chip,organic light emitting diode chip)。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光二極體封裝結構，其中具有該低透氣性及低透氧性的該黏著層包括一環氧樹脂。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光二極體封裝結構，其中該透明層為玻璃。
7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體封裝結構，其中該玻璃的厚度小於0.5毫米(mm)。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光二極體封裝結構，其中該透明層的厚度小於1.5毫米(mm)。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中在該封裝體的兩側壁、任一側壁或一底面設置有該透明層。