TWI686966B - 紫外線發光二極體元件之封裝結構 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，其係包含一基板、 一紫外線發光二極體及一光學元件，其中，該紫外線發光二極體之發光波長範圍係介於200~400nm，該光學元件係包含非晶態二氧化矽，使紫外光穿透率大於80%，此外，該光學元件搭配一反射環及一金屬膜，可阻擋紫外光直接照射於密封材料上，避免材料之老化；本發明之封裝結構，克服紫外線發光二極體平面化封裝之限制，使後端製程應用更為廣泛。

Description

紫外線發光二極體元件之封裝結構

本發明係關於一種封裝結構，尤指用於封裝紫外線發光二極體元件。

發光二極體(Light-Emitting Diode，簡稱 LED)，係一種以半導體為發光材料之發光元件，其發光原理係施以外加電壓，使半導體中的電子與電洞產生復合而放出光子，毋須仰賴燈絲，因此發光二極體具備無汞、節能、低耗電、體積小、壽命長、反應快速及發光效率高等特徵，而排除了傳統燈泡易產熱及易燒毀等缺點，又被稱為第四代照明光源或綠色光源。

發光二極體之發光波長取決於其製造材料之能階，可涵蓋紫外光、可見光及紅外光之波長範圍。其中，紅外光發光二極體可應用於夜間監視器及光纖通訊等；可見光發光二極體則涵括多種色光種類，廣泛運用於一般照明、指示燈、背光源及植物照明燈等產品上；紫外光發光二極體可進一步區分成三個波段，包括UVA、UVB及UVC，UVA之發光波長介於320~400 nm，亦可稱為近紫外光，可應用於鈔票防偽辨識、紫外光治療及空氣淨化上；UVB則是發光波長介於280~320 nm之紫外光，可應用於生物科技產業及醫療保健上；發光波長低於280 nm之紫外光則為UVC，亦可稱為深紫外光，因其能量為三者中最強，可穿透微生物之細胞膜和細胞核而破壞核酸之分子鍵結，主要應用在水殺菌系統或空氣殺菌系統上。目前UVA及UVB之應用領域及技術已普遍純熟，相關產業及研究單位仍持續開發UVC之應用領域並突破現有之技術限制。

目前紫外線發光二極體之封裝技術，以同軸型(Transistor outline can, TO-can)封裝架構為主，TO-can封裝技術具有良好的氣密性，可減少紫外線發光二極體晶粒受外在環境影響，且TO-can封裝技術以無機材料進行封裝，不會因紫外線長時間照射而造成材料老化之問題，因此具有良好之可靠度；然而，由於TO-can金屬封裝結構中存在引腳，其散熱能力有限而造成熱傳導效率之瓶頸，因此TO-can封裝技術侷限於小功率之紫外線發光二極體，另一方面，TO-can為非平面型封裝架構，對於製程後端之模組及系統等整合上有較多的空間需求限制。

平面貼片型(Surface-Mount Devices, SMD)封裝技術為習知用於可見光發光二極體之封裝技術，具有體積小、散色角大及發光均勻性佳等優點，以SMD封裝方式取代TO-can封裝技術雖可克服空間限制的問題，然而，SMD封裝技術係以有機高分子聚合物(例如矽膠、壓克力或環氧樹脂等)進行封裝，在紫外光照射下，將破壞該些高分子聚合物之化學鍵結。目前習知有機高分子密封材料如應用在紫外線發光二極體封裝上，均具有可靠度不足且材料容易老化之問題，為克服習知技術之缺點，本發明針對習知SMD封裝結構進行改良，除具備習知SMD結構之優點，尚可防止封裝材料之老化，亦克服習知平面化封裝之限制。

本發明之主要目的，係提供一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，其中，一紫外線發光二極體之發光波長範圍係介於200~400 nm，該封裝結構之一光學元件係包含一二氧化矽，紫外光穿透該光學元件之穿透率大於80%。相較習知紫外線發光二極體，具有較佳之發光及穿透效率。

本發明之另一目的，係提供一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，該封裝結構之一光學元件之底部係設置一金屬膜，其可阻擋紫外光照射於密封材料而防止材料老化，亦可增加紫外線發光二極體之出光量。

本發明之再一目的，係提供一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，該封裝結構之ㄧ基板上設置一反射環，且設置於該紫外線發光二極體及該光學元件之間，用以阻擋紫外光側向照射而防止材料老化，亦可作為該光學元件與一基板組合時之對位標記。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，其係包含一基板、一紫外線發光二極體及一光學元件，其中該紫外線發光二極體係設置於該基板上，該光學元件係包含一二氧化矽，且其結構包含一凹槽，該凹槽面向該基板而罩於其上，並以密封材料接著該基板及該光學元件底部，使該紫外線發光二極體位於該基板及該光學元件之間。

進一步，該光學元件之底部設置一金屬膜，且該紫外線發光二極體及該光學元件之間設置一反射環於該基板上。

本發明之一實施例中，其亦揭露該基板及該光學元件之間係包含一容置空間。

本發明之一實施例中，其亦揭露該二氧化矽係為非晶態結構。

本發明之一實施例中，其亦揭露該光學元件底部與一側面連接處係一非直角連接面。

本發明之一實施例中，其亦揭露該密封材料之高度係低於該反射環之高度。

本發明之一實施例中，其亦揭露該密封材料係包含一膠體。

本發明之一實施例中，其亦揭露該金屬膜係包含鋁。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

本實施案例提供一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，其包括ㄧ光學元件，其係包含非晶態二氧化矽，發光波長介於200~400 nm之紫外光可穿透該光學元件，相較於習知具有較佳之光穿透率且較廣泛之紫外光可穿透波長範圍，並搭配一反射環及一金屬膜，解決習知密封材料受紫外光照射後老化之問題，提升該紫外線發光二極體之發光效率，突破目前紫外線發光二極體進行平面化封裝之限制。

請參閱第一A圖及第一B圖，其係為本發明之封裝結構示意圖及本發明之光學元件底部結構示意圖，如圖所示，本發明之封裝結構包含一基座100、一紫外線發光二極體200及一光學元件300，其中，該發光二極體200係設置於該基座100上，且該光學元件300包含ㄧ凹槽310，該凹槽310面向該基板100而罩於其上，形成一容置空間400，並以一膠體350連接該光學元件底部320與該基板100，使該紫外線發光二極體200位於該基板100及該光學元件300之間。

上述實施例中，其中該光學元件300為高純度非晶態結構之二氧化矽，發光波長介於200~400 nm之紫外光均可穿透該光學元件300，且穿透性可達到80%以上，此外，該光學元件300克服習知石英無法直接壓模成形之限制，而製成具該凹槽310之結構並形成一容置空間400，其可直接罩於該基板100上，取代螢光膠體之封裝，以隔絕外部環境對該紫外線發光二極體之影響，又，該光學元件300之該凹槽310直接罩設於該基座100，有別於一般貼片型結構(具有反射罩)，可增加該紫外線發光二極體之發光角度。

本實施例進一步於該紫外線發光二極體200與該光學元件300之間設置一反射環110於該基座100上，且於該反射環110及該紫外線發光二極體200之間設置一導孔120及一金屬線路板130於該基座100上，並以一金線140連接該紫外線發光二極體200至該金屬線路板130；該光學元件底部320係設置一金屬膜340，且該光學元件底部320與一側面連接處係一非直角之連接面330。

請搭配參閱第一A圖、第一B圖，欲進行紫外線發光二極體元件封裝時，包含固晶、打線及封裝三個部份；首先將該紫外線發光二極體200置於該基板100上，並以金線140連接至金屬線路板130，接著，將該光學元件300放置於該基座100上，而設置於該基座100上之該反射環110，可作為一對位標記，放置該光學元件300之過程可進行對位，接續將該光學元件300下壓，並利用膠體350進行接著，使該光學元件底部320與該基板100密合，由於該光學元件底部320與一側面連接處係一非直角之連接面330，使膠體350在密合的過程中，僅朝外側擠壓，而不溢入該容置空間400內，且該光學元件底部320與該紫外線發光二極體200之間設置一反射環110，亦可防止膠體350溢入該容置空間400內。

請參閱第二圖，其係為本發明封裝結構之紫外光線路徑圖，如圖所示，本發明透過下述方式以確保該封裝結構中該膠體350之可靠度，其一係於該光學元件底部320設置該金屬膜340，其係包含鋁，鋁係目前薄膜材質中，唯一可反射短波長之薄膜，其對於紫外光具有極高之反射率，且對於光學元件之附著力強；當一紫外光B照射至該光學元件300而形成一反射光B’，該反射光B’接著照射至該金屬膜340即反射形成一反射光C，藉此防止紫外光照射於該膠體350而造成老化，同時亦可增加該紫外線發光二極體之出光量；另一係於該紫外線發光二極體200及該光學元件300之間設置該反射環110，由於該反射環110之高度高於該膠體350，當一紫外光A照射至該反射環110，即反射形成一反射光A’，可阻擋紫外光橫向照射至膠體350上，達到防止材料老化之功效。

綜合上述內容可以得知，本發明之紫外線發光二極體元件封裝結構，使用包含該非晶態結構之二氧化矽之該光學元件，使發光波長介於200~400 nm之紫外光均可穿透，且穿透率達80%以上，提升紫外線發光二極體之發光效能，且其克服習知石英因熔點過高而無法壓模成形之限制，進一步設置該凹槽結構，增加該紫外線發光二極體之發光角度，提升出光量；此外，本發明之封裝結構透過該金屬膜及該反射環，阻擋紫外光直接照射於該膠體上，達到保護材料以防止老化之目的，解決習知以平面式封裝技術進行紫外線發光二極體元件封裝時，密封材料可靠度不足之問題；本發明克服習知紫外線發光二極體平面式封裝之限制，同時具備平面式封裝之優點，亦可取代高成本之TO-can封裝結構，使紫外線發光二極體於後端製程之應用更為廣泛。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

100‧‧‧基板110‧‧‧反射環120‧‧‧導孔130‧‧‧金屬線路板140‧‧‧金線200‧‧‧紫外線發光二極體300‧‧‧光學元件310‧‧‧凹槽320‧‧‧光學元件底部330‧‧‧非直角連接面340‧‧‧金屬膜350‧‧‧膠體400‧‧‧容置空間

第一A圖：其係為本發明之封裝結構示意圖； 第一B圖：其係為本發明之光學元件底部結構示意圖；及 第二圖 ：其係為本發明封裝結構之紫外光線路徑圖。

100:基板

110:反射環

120:導孔

130:金屬線路板

140:金線

200:紫外線發光二極體

300:光學元件

310:凹槽

320:光學元件底部

330:非直角連接面

340:金屬膜

350:膠體

400:容置空間

Claims (16)

1. 一種紫外線發光二極體元件之封裝結構，其係包括：一基板；一紫外線發光二極體，其發光波長範圍係介於200~400nm，並設置於該基板上；以及一光學元件，係包含一二氧化矽，其中該基板及該光學元件之間係包含一容置空間，該紫外線發光二極體所發射之紫外光穿透該光學元件之穿透率大於80%，該光學元件包含一凹槽，該凹槽面向該基板而罩於其上，使該紫外線發光二極體位於該基板及該光學元件之間，該光學元件底部與一側面連接處係一非直角連接面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該基板上具有一反射環，係設置於該紫外線發光二極體及該光學元件之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該二氧化矽係為非晶態結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該光學元件底部設置一金屬膜，該金屬膜係包含鋁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該光學元件係以一密封材料連接於該基板上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之封裝結構，其中該密封材料係包含一膠體。
7. 如申請專利範圍第5項所述之封裝結構，其中該密封材料之高度係低於該反射環之高度。
8. 一種紫外線發光二極體元件封裝結構，其係包括：一基板；一紫外線發光二極體，係設置於該基板上；以及一光學元件，以一密封材料連接該光學元件與該基板，該基板及該光學元件之間係包含一容置空間，該光學元件底部與一側面連接處 為一非直角連接面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該基板上具有一反射環，係設置於該紫外線發光二極體及該光學元件之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該光學元件係包含一二氧化矽。
11. 如申請專利範圍第10項所述之封裝結構，其中該二氧化矽係為非晶態結構。
12. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該紫外線發光二極體之發光波長範圍係介於200~400nm。
13. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該紫外線發光二極體所發射之紫外光穿透該光學元件之穿透率大於80%。
14. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該光學元件底部設置一金屬膜，該金屬膜係包含鋁。
15. 如申請專利範圍第9項所述之封裝結構，其中該密封材料之高度係低於該反射環之高度。
16. 如申請專利範圍第8項所述之封裝結構，其中該密封材料係包含一膠體。

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