TWI692884B - 發光二極體封裝元件及發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種發光二極體封裝元件，包括：多個LED晶片、一電路層，及一封裝層。所述LED晶片包含第一、第二表面、一側表面，及於所述第二表面上的一電極組。該電路層形成在所述LED晶片的第二表面之上，具有第一、第二面，及一側面。所述電路層的第一面與所述LED晶片的電極組連接。所述電路層還包括第一、第二電路層，所述第一電路層與所述LED晶片的電極接觸，所述第二電路層形成於所述第一電路層之遠離所述LED晶片的表面之上。該封裝層包覆所述LED晶片的側表面、第二表面及電路層的側面，供所述電路層的至少部分第二面裸露。

Description

發光二極體封裝元件及發光裝置
本發明是有關於封裝元件，特別是指一種發光二極體封裝元件，及包含發光二極體封裝元件的發光裝置。
發光二極體（LED）是當今最熱門的光源技術之一，可用於照明裝置的光源，而且也用於各種電子產品的光源，如被廣泛地用作于諸如TV、蜂窩電話、PC、筆記本PC、個人數字助理(PDA)等的各種顯示裝置的光源。縮小LED裝置的尺寸可以提升顯示的解析度，從而擴大LED顯示幕的應用領域，如手機，車載面板，電視，電腦，視訊會議等。
專利文獻WO2017150804A1公開了一種發光裝置，其將LED晶片固定在封裝基板上，然後進行焊線並填充封裝層。該發光二極體封裝結構中焊線需要佔用一定的面積，因此封裝尺寸一般較大。
專利文獻CN107134469A公開另一種發光二極體裝置，其採用倒裝LED晶片作為光源，可以在一定程度上縮小發光二極體裝置的尺寸。不過，該發光二極體裝置包括多個LED晶片，每個LED晶片的電極直接與電路板固晶連接，因此對電路板的線路精度、固晶精度等有較高的要求，如此一方面增加了難度，降低了良率，另一方面增加了成本。
因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術的至少一缺點的發光二極體封裝元件。
於是，本發明發光二極體封裝元件，包含彼此間隔的多個LED晶片、一電路層，及一封裝層。
每一LED晶片包含相反的一第一表面、一第二表面、一連接於該第一表面和該第二表面之間的側表面，及形成於所述第二表面上的一電極組，該電極組包括一第一電極及一第二電極，所述第一表面為出光面。該電路層形成在所述LED晶片的第二表面之上，並具有相反的一第一面、一第二面，及一連接於該第一面和第二面之間的側面，所述第一面與所述LED晶片的電極組連接，所述電路層還包括一第一電路層和一第二電路層，所述第一電路層與所述LED晶片的電極接觸，所述第二電路層形成於所述第一電路層之遠離所述LED晶片的表面之上。該封裝層包覆所述LED晶片的側表面、第二表面及該電路層的側面，並填充所述電路層內部的間隙，該封裝層供所述電路層的至少部分第二面裸露。
本發明的另一目的，在於提供一種包含上述發光二極體封裝元件的發光裝置。
本發明之功效在於：本發明採用無基板的封裝形式，通過先排列所述LED晶片，用該封裝層固定所述LED晶片，然後再形成電路連接，並再一次填充一密封材料形成該封裝層。本發明的製作方法無需焊線，並提升了可靠性以及對比度。另一方面，所述LED晶片無需錫膏焊接，避免了用錫膏焊接帶來的晶片焊接不良以及二次回流焊回熔的問題，同時實現更小的封裝尺寸，可以達到更高的整合度。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1和圖2，為本發明發光二極體（light emitting diode，LED）封裝元件的一實施例，為一種無基板的LED封裝元件100，該LED封裝元件包含多數個彼此間隔且具有一出光面S21的LED晶片110L1~110L3、一直接固定並封裝所述LED晶片的封裝層120、一包覆在該封裝層120內的電路層130，及多個焊墊140。在一些實施例中，該LED封裝元件100非常適用於顯示面板，此時一方面能夠盡可能的減小封裝體的尺寸，對於提高顯示面板的解析度非常重要，另一方面可以大幅度減少LED發光面積占比，非常有利於提升顯示面板的對比度。該LED封裝元100還具有一與該所述LED晶片110L1~110L3之出光面S21位於同側的第一面101，基於該第一面101的面積為100%計，所述出光面的面積為該第一面101的面積的30%以下，優選可以達到15%以下，甚至5%以下，例如可以為8.5%，或者2.8%，或者1.125%，甚至更低。在一些實施例中，該LED封裝元件同樣適用于照明應用，其可以在保持封裝元件相同的情況下，盡可能的增加LED晶片的個數或者單個LED晶片的尺寸，增加LED發光面積占比，所述出光面的面積為該第一面的面積的40%以上，甚至50%以上。
具體地，該LED封裝元件100的每個LED晶片110L1~110L3具有一對位於同側的電極組1120。該電路層130與各個LED晶片110的電極組1120電連接。該封裝層120固定該等LED晶片110的位置，包覆該等LED晶片110L1~110L3及該電路層130，並供電路層130的部分表面裸露。所述焊墊140與該電路層130連接。
具體地說，該LED封裝元件100包含多個LED晶片110L1、110L2和110L3。例如，第一LED晶片110L1、第二LED晶片110L2，以及第三LED晶片110L3。為了便於說明，圖1和2所示LED封裝元件100包括三個LED晶片110L1、110L2和110L3，但是LED封裝元件100也可僅包括兩個LED 晶片或者三個以上的LED晶片，例如四個LED晶片。該三個LED晶片110L1、110L2和110L3可發射相同波長的光或不同波長的光，例如可以發射相同的藍光或者紫外光，或者可分別發射紅光、綠光和藍光。另一方面，為縮小該LED封裝元件100的尺寸，每個LED晶片110L1~110L3之間的間距優選為100微米以下，例如可以為50~100微米，或者50微米以下。在一些顯示面板的應用中，所述LED晶片之間的間距優選為50微米以下，例如40~50微米，或者30~40微米，或者20~30微米，或者10~20微米。間距越小，越有利於縮小該LED封裝元件100的尺寸，從而提升顯示面板的解析度。當應用於照明方面時，縮小所述LED晶片110L1~110L3之間的間距，可以達到提高所述LED晶片110L1~110L3之出光面與該LED封裝元件之第一面101的面積比。
再配合參閱圖3(a)為其中一個上述的LED晶片110L1~110L3，每一個上述LED晶片110L1~110L3可以為一般的倒裝結構LED晶片，具有相反的一第一表面S21(即出光面)、和一第二表面S22，以及一連接於該第一表面S21及該第二表面S22之間的一側表面S24。其中，該第一表面S21即為該出光面S21，該第二表面S22上設置有該一對電極1120。進一步的，該LED晶片還包括一第一類型半導體層1111、一發光層1112和一第二類型半導體層1113。該第一類型半導體層1111和該第二類型半導體層1113可分別為p型半導體層和n型半導體層。例如，該第一類型半導體層1111和該第二類型半導體層1113可由通過化學式Al xIn yGa (1-x-y)N(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表達的氮化物半導體形成，但是不限於此。該第一類型半導體層1111和該第二類型半導體層1113也可分別為n型半導體層和p型半導體層，並且可使用基於GaAs的半導體或者基於GaP的半導體。該發光層1112可具有其中量子阱層與量子勢壘層交替地堆疊的多量子阱(MQW)結構。例如，該發光層1112可具有基於氮化物的MQW，諸如InGaN/GaN或GaN/AlGaN，但是不限於此，並且可使用其它半導體，諸如GaAs/AlGaAs、InGaP/GaP或GaP/AlGaP。該LED晶片110還包括一設置於該第一類型半導體層1111上的透明基板1110。該LED晶片的電極組1120包括與該第一類型半導體層1111電性連接的第一電極1121，及一與該第二類型半導體層1113電性連接的第二電極1122。
再配合參閱圖3(b)，為其中一個LED晶片110L1~110L3的另一種變化態樣，與圖3(a)所示的LED晶片不同處在於，每一LED晶片的電極組1120還包括二由導電材料構成的加厚層1123、1124。該等加厚層1123、1124分別設置於該第一電極1121與該電路層130之間及該第二電極1122與該電路層130之間，使得該LED晶片的電極厚度h3達到5微米以上。所述電極組1120包含由電鍍或者化鍍形成的金屬層。所述加厚層1123、1124可以通過電鍍、化鍍或印刷等方式形成，其材料可以是Cu、Cu xW或者其他導電金屬材料。通過加厚層1123、1124的設置，所述LED晶片的電極組1120具有足夠的厚度，一方面可以增加所述LED晶片的側面S24與該封裝層120接觸的面積，從而增加所述LED晶片與該封裝層120之間的黏著力。另一方面，加厚的電極組1120與該封裝層120還可以形成一釘樁結構，使得所述LED晶片可以更好地被該封裝層120固定位置。較佳地，每一LED晶片的電極組厚度h3為5~500微米。不同尺寸的電極的厚度可以不同。通過控制電極組高h3和長度D（電極橫截面的長度或直徑）比值有助於確定電極的厚度h3。較佳地，h3:D為1/2以上，更佳的為1:1以上，例如取1:1。在一些具體的實施樣態中，該LED晶片的電極組厚度h3為30微米~150微米，具體地，該電極組厚度h3可以為30微米~100微米、30微米~50微米，或80微米~120微米，根據具體需求進行選擇。
在一些實施例中，當該LED封裝元件100應用於顯示面板時，該LED封裝元件100還包含覆蓋該等LED晶片110的至少一個LED晶片110的側表面S24的一層黑色材料層（圖中沒有示出），以增加該LED封裝元件的對比度。進一步的，該LED封裝元件100還包含一設置在所述LED晶片110L1~110L3的出光面S21上的透明粗糙層，用以形成光的漫反射，並減少眩光。該粗糙層可以由一亞光材料所構成。
在本實施例中，該封裝層120分為二次形成，並包括一第一封裝層121和一第二封裝層122。其中，所述封裝層120沒有覆蓋所述LED晶片110L1~110L3的出光面。所述LED晶片110L1~110L3的部分出光面沒有被所述封裝層120覆蓋。該第一封裝層121將該等LED晶片110L1~110L3固定連結，並包覆每個LED晶片110L1~110L3的側表面S24，並供所述LED晶片110L1~110L3的第一表面S21和該電極組1220的一下表面S23裸露。較佳地，該第一封裝層121的厚度h1與該LED晶片110L1~110L3的厚度h2基本相同。該第二封裝層122形成在該第一封裝層121上，並用於密封該電路層130。
該第一封裝層121和該第二封裝層122可以是由相同的材料所構成，也可以由不同的材料所構成。當以相同的材料所構成時，該第一、二封裝層121、122合為一層體，較難於進行區分。例如在一些將該LED封裝元件100應用於顯示裝置的實施例中。具體地，該第一封裝層121、第二封裝層122均為添加著色劑的環氧樹脂或矽膠。此時，該封裝層120一方面固定並密封所述LED晶片110L1~110L3，另一方面也可以抑制所述LED晶片110L1~110L3之間的光學干擾。
該封裝層120的熱膨脹係數是一個重要的參數，一般為100 PPM/K 以下。優選地，該熱膨脹係數與所述LED晶片110L1~110L3的熱膨脹係數接近，並用於防止熱膨脹係數不匹配導致該LED封裝元件100裂開或彎曲等問題。在一些實施例中，該封裝層120的熱膨脹係數的較佳值為10PPM/K以下。
該電路層130形成在該第一封裝層121，並與所述LED晶片110L1~110L3的電極組1120電連接。具體地，該電路層130具有相反的一第一面S31及一第二面S32，及一連接於該第一面S31及該第二面S32的側面S33，該電路層130的第一面S31與所述LED晶片110L1~110L3的電極組1120連接，該電路層130的第一面S31的面積大於所述電路層130的第二面S32的面積。該電路層130一方面根據需求將多個LED晶片110L1~110L3以串聯或並聯的形式電連接，另一方面將所述LED晶片110L1~110L3的電極組112的導電力的延伸至LED晶片以外的區域，方便進行後續電路的佈線。於另一形式中，該電路層130可以包括多層電路層，各個電路層之間可以通過絕緣層進行隔離。在本實施例中，該電路層130包括一第一電路層131和一第二電路層132，該第一電路層131與所述LED晶片110L1~110L3的電極組1120接觸，所述第二電路層132形成於所述第一電路層131之遠離所述LED晶片的一面之上。該第一電路層131包括n個第一子電路，該第二電路層132包括m個第二子電路，假設該LED封裝元件100包括a個LED晶片110L1~110L3，該等LED晶片110L1~110L3的第一、二電極1121、1122的總數量為2a，則n、m和a三者的關係為：2a≥n≥m，例如第一電路層131的第一子電路數量n可以小於LED晶片110L1~110L3的第一、二電極1121、1122總數量2a，第二電路層131的第二子電路數量m與第一電路層131的第一子電路數量n相同。在本實施例中，所述3個LED晶片110L1~110L3的第一、二電極1121、1122總數量為6個，所述第一子電路的數量為4個。在一些實施例中，當LED封裝元件包括a個所述LED晶片時，該第一電路層131的子電路數量n為a+1，其中一個第一子電路電連接所述LED晶片110L1~110L3的第一電極1121，其餘a個第一子電路分別連接所述LED晶片的第二電極1122。第二電路層132的第二子電路數量m等於第一電路層131的第一子電路數量n。當第一電路層131的第一子電路數目與第二電路層132的第二子電路數目相同，且所述第二電路層132的第二子電路一一對應地位於第一電路層131的第一子電路表面時，所述第二電路層132的面積以小於第一電路層131的面積為佳，例如，可以直接在所述第一電路層131的局部表面上形成第二電路層132，且所述第一電路層131和第二電路層132之間不用設置絕緣層。所述第二子電路之間的間隙大於所述第一子電路之間的間隙。例如，圖2所示的結構中，第一電路層131包括四個第一子電路1311、1312、1313和1314，該第一子電路1311同時與第一個LED晶片110L1、第二個LED晶片110L2和第三個LED晶片110L3的第一電極1121連接，該第一子電路1312與該第一個LED晶片110L1的第二電極1122連接，該第一子電路1313與該第二個LED晶片110L2的第二電極1122連接，該第一子電路1314與該第三個LED晶片110L3的第二電極1122連接；該第二電路層132設置在該第一電路層131上，並包括四個第二子電路1321、1322、1323和1324，其中，該第二子電路1321與該第一電路層131的第一子電路1311連接，該第二子電路1322與該第一電路層131的第一子電路1312連接，該第二子電路1323與該第一電路層131的第一子電路1313連接，該第二子電路1324與該第一電路層131的第一子電路1314連接。該電路層130可以通過電鍍或者化鍍的方法形成，如此可以在該封裝層120內部進行佈線。所述第二子電路之間的間隙不小於所述第一子電路之間的間隙。
該等焊墊140P1~140P4形成在封裝層120的下表面S12上，並與該第二電路層132電連接，該等焊墊140P1~140P4的數目與該第二電路層132的第二子電路的數目相同為佳。在圖2中，該LED封裝元件100包括第一焊墊140P1、第二焊墊140P2、第三焊墊140P3和第四焊墊140P4。其中該第一焊墊140P1該與第二電路層132的第二子電路1321連接，該第二焊墊140P2與該第二電路層132的第二子電路1322連接，該第三焊墊140P3與該第二電路層132的第二子電路1323連接，該第四焊墊140P4與第二電路層132的第二子電路1324連接。較佳地，所述第一焊墊140P1、第二焊墊140P2、第三焊墊140P3和第四焊墊140P4的總面積大於第一LED晶片110L1、第二LED晶片110L2和第三LED晶片110L3的第一表面S21的總面積。所述焊墊140的數量小於所述LED晶片110L1~110L3的第一電極1121與第二電極1122總數量。
儘管可以通過設置大尺寸的焊墊140，而利於後端進行裝置該LED封裝元件100。但是需說明的是，所述焊墊140P1~140P4並不是必要的。在一些實施例中，所述第二電路層132呈塊狀分佈，而可以直接作為LED封裝元件100的焊墊使用，而用於與一電路板(圖未示出)進行連接，此時不需要另外在該封裝層120上另設所述焊墊140P1~140P4。
上述LED封裝元件100通過在該封裝層120內設置成積體電路形式的電路層120，一方面不用進行打線，可以有效提升LED晶片的出光面積與LED封裝元件之間的面積比，另一方面通過電路層120的設置，可以減少封裝元件100的焊墊數量，同時將所述焊墊140P1~140P4外擴至LED晶片以外的區域。利用增加單個焊墊的尺寸的方式，減少後續電路設計的難度，並利於後續進行LED封裝元件100的設置，且可以簡單有效的縮小LED封裝元件100的尺寸。
具體地，圖1和圖2所示的LED封裝元件100可以採用三個5mil×9mil的LED晶片110L1、110L2、110L3，其封裝尺寸為1.0mm×1.0mm。圖4和圖5分別簡單示意了兩種更小尺寸的LED封裝元件100。圖4所示的LED封裝元件100採用三個3mil×5mil的LED晶片110L1、110L2、110L3，其封裝尺寸為0.4mm×0.4mm。通過LED晶片的排列方式及內部電路層的設計，可以進一步縮小LED封裝元件的尺寸，例如圖5所示的封裝元件同樣採用三個3mil×5mil的LED晶片110L1、110L2、110L3，其封裝尺寸進一步縮小為0.3mm×0.3mm。
參閱圖6，簡單示意包括多個該本實施例的LED封裝元件100的一顯示面板10的俯視面圖。該顯示面板10可包括一電路板200和設置在電路板上的多個LED封裝元件100，並各自選擇性地發射紅色的光、綠色的光和藍色的光。每一LED封裝元件100中可作為該顯示面板的單個畫素，並且該等LED封裝元件100可按照多行多列而成陣列排列在該電路板200上。為了便於描述，圖6以排列有6×6個LED封裝元件100的的顯示面板10為例，但是也可根據所需解析度排列數量更多的LED封裝元件100。
參閱圖1、圖4、圖5，所述LED晶片110L1~110L3至少包含兩種發射不同波長的LED晶片110L1~110L3，第一種LED晶片發射第一波長的光線，第二種LED晶片發射第二波長的光線。具體地，該LED封裝元件100內的三個LED晶片110L1、110L2、110L3可為一對應紅光、綠光、藍光(RGB)光源的子畫素(pixel)。該子畫素的顏色不限於RGB，也可對應CYM(青色(cyan)、黃色和洋紅色(magenta))光源。在該等LED封裝元件100中，該封裝層120可為加入黑色著色劑的環氧樹脂或矽膠，如此整個LED封裝元件100除了LED晶片110L1~110L3的出光面S21，其餘區域均為黑色，且所述封裝層130為不透光或非透明材料，如此有助於提升顯示面板的對比度，同時各個LED晶片110L1~110L3之間通過該黑色封裝材料進行隔離，可以減少各個LED晶片110L1~110L3的光學干擾。當採用圖4或圖5所示的LED封裝元件100作為單個畫素，該顯示面板的畫素間距可以達到1mm以下。
參閱圖7至圖18，圖7為一本發明該實施例LED封裝元件的製作方法的流程，其主要包括步驟S100~S500。以下詳細說明本實施例的製作方法。
如圖8所示，提供多數個LED晶片110L1~110L3，該LED晶片110具有相反的第一、第二表面S21、S22及位於第一、第二表面S21、S22之間的側表面S24，及該電極組1120。該電極組1120設置於該第二表面S22。該等LED晶片11進行排列，使得所述LED晶片110的電極組1120位於同側。雖然圖8中LED晶片110L1~110L3的電極組1120朝上排列，但是在另一些實施例中所述LED晶片110的電極組1120也可以統一朝下排列。於另一形式中，提供一承載基板(圖未示出)，所述LED晶片110L1~110L3排列放置在該承載基板上，且所述LED晶片110L1~110L3的電極1120朝上。
如圖9和10所示，在該等LED晶片110L1~110L3上形成該第一封裝層121。該第一封裝層121填充於該等LED晶片110L1~110L3之間的間隙，從而將該等LED晶片110L1~110L3固定連接在一起。進一步地，該第一封裝層121覆蓋了該等LED晶片110L1~110L3的側表面S24，且該第一封裝層121的一上表面S13與所述LED晶片的第一表面S21齊平。在一些實施例中，可以通過熱壓成型方式填充該第一封裝層121；將第一封裝層121進行研磨或噴砂等，直至露出所述LED晶片110L1~110L3的第一、二電極1121、1122的表面，使得該第一封裝層121的上表面S13與所述LED晶片110L1~110L3的第一表面S21齊平。所述第一封裝層121的厚度與所述LED晶片110L1~110L3的厚度相同。在一些實施例中，也可以通過網版印刷（silk-screen printing）的方式形成該第一封裝層121。
參閱圖10、11和12，接著，在該第一封裝層121上製作該電路層130，該電路層120與該等LED晶片110L1~110L3的電極組1120連接。該電路層130可以為單層結構，也可以為多層結構。在一些實施例中，該電路層130包含兩層以上結構，各電路層的圖案不一樣，首先在第一封裝層121上形成第一電路層131，該第一電路層131包括多個子電路1311、1312、1313、1314，每個子電路與至少一個該等LED晶片110L1~110L3的第一、二電極1121、1122連接，並位於該第一封裝層121上。參閱圖12、13和14，接著，在該第一電極路層131上形成該第二電路層132。圖12~14所示的實施例是以形成以圖2所示LED封裝元件100的電路層130的圖案進行說明。所述第一電路層131在所述封裝層120上的投影面積大於所述第二電路層132在所述封裝層120上的投影面積；所述第二電路層132在所述封裝層120上的投影位在所述第一電路層131在所述封裝層120上的投影範圍內。該電路層130的層數和電路圖案並不侷限以此，例如該第二電路層132可完全堆疊在該第一電路層131上，也可以部分堆疊在該第一電路層131上，另一部分直接覆蓋該第一封裝層121的表面，還可以在該第一電路層131形成上先形成一絕緣層(圖未示出)後，再繼續形成該第二電路層132。因此，該第一電路層131形成在該第一封裝層121上，該第一電路層131與所述LED晶片110L1~110L3的電極1120連接；接著在該第一電路層131上形成一第二電路層132而共同構成該電路層130。較佳地，採用電鍍或者化鍍製作電路層，例如可以採用電鍍一層成預定厚度的Cu作為第一電路層131。在此步驟中，可以通過黃光工藝形成具體的電路層130的圖案。所述電路層130的材料為Cu或者CuW。
如圖15和16所示，在該第一封裝層121上繼續製作該第二封裝層122，從而封裝該等LED晶片110L1~110L3的電極組1120，並填充該電路層130的間隙，只供該電路層130的第二面S32。因此，所述封裝層120完全包覆所述第一電路層131，並包覆所述第二電路層132的側面而供該電路層130的第二面S32裸露。該電路層130為多層結構，該第二封裝層122的下表面S12與該電路層130的最外層的第二面S32齊平，並裸露出該第二面S32。所述第二封裝層122的厚度與所述電路層130的厚度相同。以圖2所示的LED封裝元件為例，是通過熱壓成型方式填充該第二封裝層122；並對該第二封裝層122進行研磨或噴砂等，直至該第二電路層的表面裸露，並使得該第二封裝層121的下表面S12與該第二電路層132的第二面S32齊平。
如圖17和圖18所示，在該第二封裝層122的下表面S12(也就是該封裝層120的該下表面S12)上製作該等焊墊140P1~140P4，該等焊墊140P1~140P4與該電路層130形成電連接，該第一封裝層121和第二封裝層122共同密封該LED晶片110L1~110L3，並在該封裝層120內部製作成該積體電路形式的該電路層130。該等焊墊140P1~140P4形成在該封裝層120的下表面S12上，每一焊墊140P1~140P4的尺寸可以遠大於所述LED晶片110的每一第一、二電極1121、1122的尺寸。
在上述製作中，利用例如環氧樹脂或者矽膠等材料固定該等LED晶片作為該封裝層120。具體地，該封裝層120由一膠材固化而成。然後在該封裝層120上製作該等焊墊140P1~140P4的方式，與傳統的封裝工藝（包括在基板上塗布焊料、固晶和回流焊等步驟）相比，該等LED晶片110L1~110L3位置精度僅受固晶設備的影響，不受焊料位置偏差，回流焊導致LED晶片移動等因素影響，因此精度可以達到10微米（即所述LED晶片110L1~110L3之間的間距為10微米），甚至更小。進一步地，然後利用黃光技術在該封裝層120內部形成該電路層130，並控制該電路層的線路尺寸及間距，不需進行打線，也不需在適用於印刷電路板的一基板上設計電路，可有效縮小LED封裝元件的尺寸。例如，利用3mil×5mil的LED晶片可以做到尺寸小於0.3mm×0.3mm的LED封裝元件100，甚至更小的尺寸。在顯示面板的應用中，當LED晶片之間的間距越小，越有利於縮小LED封裝元件的尺寸，進而提升顯示面板的解析度。而當本發明LED封裝元件應用在照明方面時，縮小LED晶片110L1~110L3之間的間距，可以提高晶片之出光面相對該LED封裝元件的面積比。
參閱圖19和圖20，是本發明LED封裝元件100之實施例的一變化態樣的立體圖，圖19是該LED封裝元件的從元件頂部看的立體圖，圖20將該LED封裝元件上下翻轉後的從元件底部看的立體圖。
具體地，該LED封裝元件100包括了四個LED晶片110A、110B、110C、110D，該四個LED晶片110A、110B、110C、110D由該封裝層120封裝。進一步地，該LED封裝元件主要應用於照明，因此該LED封裝元件100還包含一設置在LED晶片110A、110B、110C、110D的出光面一側的螢光粉層150，所述LED晶片110A、110B、110C、110D為倒裝晶片結構，其具體的結構可參考前述實施例的描述，可以發射紫外光或藍光，並配合螢光粉層發射白光。在封裝層120的背面設有所述焊墊140P1、140P2。
該封裝層120由該第一封裝層121和第二封裝層122所構成。該第二封裝層122以具有反射功能的材料所構成，以提升LED封裝元件的出光效率。該第一封裝層121中可以摻入多個顆粒，從而對該LED晶片110A、110B、110C、110D發射的光線進行反射或者散射，以促進LED封裝元件的出光效率。該封裝層120與該LED晶片110A、110B、110C、110D與該電路層130的位置關係與該實施例相同。
再配合參閱圖21和圖22，圖21及圖22為圖19所示LED封裝元件100的該電路層130的圖案，該電路層130包括該第一電路層131（在圖22中採用斜線填充的圖案進行示意）和該第二電路層132（在圖22中採用灰色填充圖案進行示意）。該第一電路層131包括五個第一子電路1311~1315，用於將LED晶片110A、110B、110C、110D進行串聯。具體地，該第一子電路1311與該LED晶片A的第一電極1121連接，該第一子電路1312連接該LED晶片110A的第二電極1122和該LED晶片B的第一電極1121，該第一子電路1313連接該LED晶片B的第二電極1122和該LED晶片C的第一電極1121，該第一子電路1314連接該LED晶片C的第二電極1122和該LED晶片D的第一電極1121，該第一子電路1315與該LED晶片D的第二電極1121連接。該第二電路層132包括二個第二子電路1321、1322。該第二子電路1321設置於與該第一電路層131的第一子電路1311上，並與該第一子電路1311連接，該第二子電路1322設置於該第一電路層131的第一子電路1315上，並與該第一子電路1315連接，該焊墊140P1與該第二電路層的第二子電路1321連接，該焊墊140P2與第二電路層的子電路1322連接。
參閱圖23和圖24，為本發明LED封裝元件的該實施例的另一變化態樣，與圖19和圖20的LED封裝元件100相比，不同處在於，四個LED晶片110A、110B、110C、110D為並聯，其餘LED封裝元件100的構造基本相同。因此，下面將省略與本實施例與圖19所示實施例相同的描述。
圖24顯示了圖23所示LED封裝元件100的該電路層130的圖案。該電路層130包括該第一電路層131（圖24採用斜線填充的圖案進行示意）和該第二電路層132（圖24採用灰色填充圖案進行示意），其中 該第一電路層131包括第一子電路1311~1315，所述第一子電路1311同時與所述LED晶片110A、110B、110C、110D的第一電極1121連接，所述第一子電路1312~1315分別與所述LED晶片110A、110B、110C、110D的第二電極1122連接，第二電路層包括第二子電路1321和1322，第二子電路1321與該第一電路層的第一子電路1311連接，該第二子電路1322同時與該第一電路層的第一子電路1312~1315連接，如此將所述LED晶片110A、110B、110C、110D並聯，所述焊墊140P1與該第二電路層的第二子電路1321連接，所述焊墊140P2與該第二電路層的第二子電路1322連接。在該第一電路層131和該第二電路層132之間的部分區域可以設有絕緣層（圖中未畫出），例如，在橫向延伸且未覆蓋所述LED晶片110A、110B、110C、110D之該第一電路層131和該第二電路層132區域，設置一夾置於該第一電路層131和該第二電路層132間的絕緣層，以完成所述LED晶片110A、110B、110C、110D之並聯的電連接形式。
進一步地，該LED封裝元件100的螢光粉層150可以不用完全覆蓋該封裝層120的表面，而只覆蓋所述LED晶片110A、110B、110C、110D的第一表面S21所在的區域（如圖23所示）。
參閱圖25和圖26，是本發明LED封裝元件的該實施例的另一變化態樣，圖25是從LED封裝元件頂部看的立體圖，圖26是從LED封裝元件底部看的立體圖。
具體地說，該LED封裝元件100主要應用於顯示螢幕，包括了四個LED晶片110L1~110L4，該四個LED晶片110L1~110L4分別發射紅光（R）、綠光（G）、藍光(b)和白光，即為RGBW組合，如此可以提升顯示螢幕的亮度，對於戶外顯示非常有利。該LED封裝元件100設有六個焊墊140P1~140P6，其中，所述焊墊140P1~140P5與LED晶片110L1~110L4連接，所述焊墊140P6懸空（即沒有做具體的電連接）。
圖27顯示了圖25所示LED封裝元件100的電路層130的圖案，該電路層130包括該第一電路層131（圖27中採用斜線填充的圖案進行示意）和該第二電路層132（圖27中採用灰色填充圖案進行示意）。該第一電路層131包括五個第一子電路1311~1315，其中第一子電路1311同時與所述LED晶片110L1~110L4的第一電極1121連接，所述第一子電路1312~1315分別與LED晶片110L1~110L4的第二電極1122連接，該第二電路層132包括第二子電路1321、1322、1323、1324、1325，其分別與該第一電路層131的第一子電路1311~1315連接，所述焊墊140P1~140P5分別與第二電路層132的第二子電路1321~1325連接。
同樣的，該LED封裝元件100也可以不設置焊墊，直接採用該第二電路層132的各個塊狀第二子電路作為焊墊，此時盡可能擴大該第二電路層的各個第二子電路的尺寸，有利於後端進行固晶。
參閱圖28，為本發明LED封裝元件的實施例的另一變化態樣。圖28是LED封裝元件100的立體圖。具體地說，該LED封裝元件主要應用於顯示螢幕，與該實施例不同處在於，該LED封裝元件100還包含一個感應元件（Sensor）151。該感應元件151由所述封裝層120固定。
在本實施例中，可以採用三個LED晶片110L1~110L3(例如RGB光源)+Sensor同時進行封裝的方式。該感應元件151為一光電二極體。所組成之顯示螢幕具有觸控的功能，當手指放到該LED封裝元上時，所述LED晶片110L1~110L3發射的光就可以反射到該光電二極體中。該光電二極體可以吸收其中的一種或者多種光形成光電流，從而實現觸控的功能。較佳地，該感應元件151與LED晶片110L1~110L3具有一定的距離。需說明是，該感應元件151不以光電二極體為限。
參閱圖29和圖30，在一些實施例中，該LED封裝元件還包含設置在所述LED晶片110L1~110L3的上方及該封裝層120之上表面S13的一層透明層160，這樣手放到LED封裝元件頂部的時候，可預留出光線的反射路徑。另一實施態樣為，該封裝層120不透光，且該LED封裝元件還包含一形成於該封裝層120與所述LED晶片的第一表面S21上，且可透光或成半透明的保護層(圖未示出)。
參閱圖31和圖32，為本發明LED封裝元件100的另一實施態樣。圖31是LED封裝元件的立體圖，圖32是LED封裝元件的側面剖視示意圖。具體地，該LED封裝元件主要應用於顯示螢幕，其中，所述LED晶片110L1~110L3是微型LED晶片（Micro-LED），尺寸為100μm以下，所述LED晶片110L1~110L3的出光面的面積為LED封裝元件的面積的5%以下，同時該第一封裝層121由黑色材料所構成，當多個LED封裝元件組裝為一顯示裝置時，可以極大提升顯示對比度。例如在一個具體例中，每一LED晶片110L1~110L3的尺寸為30μm×30μm, 該LED封裝元件100的尺寸為0.4mm。以LED封裝元件100的面積為100%計，則該等LED晶片110L1~110L3的面積比例只有1.125%。配合參閱圖33，為另一種LED晶片示意圖，與圖3(b)所示的LED晶片的不同處在於，該LED晶片不具有襯底結構1110(如圖3(b))，該LED晶片通常為微型LED晶片。
參閱圖34和圖35，為本發明LED封裝元件100之實施例的另一態樣的俯視示意圖和側面剖視示意圖。具體地說，該LED封裝元件主要應用於顯示螢幕。該封裝層120包覆多個LED晶片組M，每一LED晶片組M作為一顯示面板的單個畫素，包括一個紅光LED晶片110LR，一個綠光LED晶片110LG和一個藍光LED晶片110LB。如此該單個LED封裝元件100可以具有整合多個畫素點，有助於LED封裝元件元件的整合整合性。此時該LED封裝元件的封裝層120的下表面S12可以預留作為一微電子元件安裝區域，用於安裝諸如控制器、電容等電子元件。這樣可以實現一面是發光面，另一面是控制面的LED封裝元件，使得發光面達到最大化，且無邊框。
當本發明應用而為一發光裝置時，該發光裝置包含一電路板(圖未示出)，以及成陣列排列在所述電路板上的多個LED封裝元件100。每一LED封裝元件100作為單個或者多個畫素。當該LED封裝元件100具有多個畫素，或可在其背面設置微電子元件時，該發光裝置也可僅包含一個LED封裝元件100。
綜上所述，本發明LED封裝元件利用該封裝層固定所述LED晶片及該電路層，並以該電路層電連接所述LED晶片。因此，本發明不需焊線及精密佈線的電路板，提升了可靠性以及對比度。此外，所述LED晶片之電極組無需以錫膏焊接於該電路板，避免了晶片焊接不良的問題，並可改善LED與電子元件的整合性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10:面板 100:LED封裝元件 101:第一面 110L1、110L2、110L3、110L4:LED晶片 S21:第一表面(出光面) S22:第二表面 S24:側表面 1110:襯底結構 1111:第一類型半導體層 1112:發光層 1113:第二類型半導體層 1120:電極組 S23:下表面 1121:第一電極 1122:第二電極 1123、1124:加厚層 120:封裝層 S12:下表面 S13:上表面 121:第一封裝層 122:第二封裝層 130:電路層 131:第一電路層 1311、1312、1313、1314、1315:第一子電路 132:第二電路層 1321、1322、1323、1324:第二子電路 S31:第一面 S32:第二面 S33:側面 140P1、140P2、140P3、140P4:焊墊 140P5、140P6:焊墊 150:螢光粉層 151:感應元件 160:透明層 200:承載基板 h1:厚度 h2:厚度 h3:厚度 d:長度 110A、110B、110C、110D:LED晶片 M:LED晶片組 110LR、110LG、110LB:LED晶片
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個立體圖，說明本發明發光二極體（LED）封裝元件的結構； 圖2是一個俯視示意圖，說明該實施例的一第一電路層及一第二電路層； 圖3(a)是一個側面剖視示意圖，說明該實施例的LED封裝元件的LED晶片是一種常規的倒裝LED晶片； 圖3(b)顯示了另一種倒裝LED晶片，其電極被加厚； 圖4是一個立體圖，說明根據該實施例為一小尺寸的LED封裝元件； 圖5是一個立體圖，說明根據本發明該實施例為另一種小尺寸的LED封裝元件； 圖6是一個俯視示意圖，示意一顯示面板包括多個所述LED封裝元件； 圖7是一個流程圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法； 圖8是一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖9圖一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖10是沿著圖9的線I-I的部分剖面示意圖； 圖11是一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖12是圖10的俯視示意圖； 圖13是一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖14是圖13的俯視示意圖。 圖15是一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖16是圖15的俯視示意圖； 圖17圖一個立體示意圖，說明本發明LED封裝元件的製作方法的一個步驟； 圖18是沿著圖17的線II-II 的剖面示意圖。 圖19是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣，並是自其頂部往下看的視角； 圖20是一個立體圖，說明將圖19翻轉過來後，自其底部往下看的視角； 圖21是一個立體圖，說明圖19所示之LED封裝元件的電路層； 圖22是一圖21的俯視示意圖； 圖23是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣，並是自其頂部往下看的視角； 圖24是一個圖23的俯視示意圖； 圖25是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣，並是自其頂部往下看的視角； 圖26是一個立體圖，說明將圖25翻轉過來後，自其底部往下看的視角； 圖27是一個俯視平面圖，說明圖26所示LED封裝元件的電路層； 圖28是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣； 圖29是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣； 圖30是沿著圖29的線III-III 的剖視示意圖； 圖31是一個立體圖，說明本發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣； 圖32是沿著圖31的線IV-IV 獲得的剖視示意圖； 圖33是一個側面剖視示意圖，說明本發明LED封裝元件的LED晶片不具有一襯底結構； 圖34是一個俯視示意圖，說明發明LED封裝元件的實施例另一變化態樣；及 圖35是圖34的側面剖視示意圖。
100:LED封裝元件
110L1、110L2、110L3:LED晶片
1120:電極組
1121:第一電極
1122:第二電極
120:封裝層
130:電路層
131:第一電路層
1311、1312、1313、1314:第一子電路
132:第二電路層
1321、1322、1323、1324:第二子電路
140P1、140P2、140P3、140P4:焊墊

Claims (50)

  1. 一種發光二極體封裝元件，包含：彼此間隔的多個LED晶片，每一LED晶片包含相反的一第一表面、一第二表面、一連接於該第一表面和該第二表面之間的側表面，及形成於所述第二表面上的一電極組，該電極組包括一第一電極及一第二電極，所述第一表面為出光面；一電路層，形成在所述LED晶片的第二表面之上，並具有相反的一第一面、一第二面，及一連接於該第一面和第二面之間的側面，所述第一面與所述LED晶片的電極組連接，所述電路層還包括一第一電路層和一第二電路層，所述第一電路層與所述LED晶片的電極接觸，所述第二電路層形成於所述第一電路層之遠離所述LED晶片的表面之上；及一封裝層，包覆所述LED晶片的側表面、第二表面及該電路層的側面，並填充所述電路層內部的間隙，該封裝層供所述電路層的至少部分第二面裸露，其中，所述封裝元件不具有用於承載所述LED晶片的一封裝基板，所述LED晶片由所述封裝層固定位置。
  2. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層完全包覆所述第一電路層。
  3. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層包覆所述第二電路層的側面。
  4. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第一 電路層在所述封裝層上的投影面積大於所述第二電路層在所述封裝層上的投影面積。
  5. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第二電路層在所述封裝層上的投影位在所述第一電路層在所述封裝層上的投影範圍內。
  6. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第一電路層包括多個第一子電路，所述第二電路層包括多個第二子電路。
  7. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第二子電路之間的間隙不小於所述第一子電路之間的間隙。
  8. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第一子電路的數量大於或者等於所述第二子電路的數量。
  9. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第一子電路的數量小於所述LED晶片的電極總數量。
  10. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的第一電極與二電極總個數為6個，所述第一子電路的數量為4個。
  11. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的數量為a個，所述第一子電路的數量為n，所述第二子電路的數量為m，則m
    Figure 108126803-A0305-02-0035-4
    n
    Figure 108126803-A0305-02-0035-3
    2a。
  12. 如請求項6所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的數量為a個，所述第一子電路的數量為a+1，其中一個所述第一子電路電連接該a個LED晶片的第一電極，其餘a個所述第一子電路分別連接所述a個LED晶 片的第二電極。
  13. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電路層的該第一面的面積大於所述電路層的第二面的面積。
  14. 如請求項13所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層具有相反的上表面和下表面，所述封裝層的上表面與所述LED晶片的第一表面齊平，所述封裝層的下表面與所述電路層的第二面齊平。
  15. 如請求項14所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電路層的第一面的面積大於所述晶片LED晶片的第二表面的總面積。
  16. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還具有一與該所述LED晶片之出光面位於同側的第一面，基於該第一面的面積為100%計，所述出光面的面積為該第一面的面積的15%以下。
  17. 如請求項16所述的發光二極體封裝元件，其中，所述出光面的面積為該第一面的面積的5%以下。
  18. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還具有一與該所述LED晶片之出光面位於同側的第一面，基於該第一面的面積為100%計，所述出光面的面積為該第一面的面積的40%以上。
  19. 如請求項18所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝元件的出光面積占比為50%以上。
  20. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還包含一個感應元件，由所述封裝層固定。
  21. 如請求項20所述的發光二極體封裝元件，其中，所述感應元件為一光電二極體。
  22. 如請求項21所述的發光二極體封裝元件，還包含一透明層，其形成於所述LED晶片的第一表面上。
  23. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還包含多個焊墊，其位於所述封裝層上，並與所述電路層電連接。
  24. 如請求項23所述的發光二極體封裝元件，其中，所述焊墊的總面積大於該等個LED晶片的第一表面的總面積。
  25. 如請求項23所述的發光二極體封裝元件，其中，所述焊墊的數量小於所述LED晶片的第一、二電極的總數量。
  26. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED晶片至少包含兩種發射不同波長的LED晶片，其中第一種LED晶片發射第一波長的光線，第二種LED晶片發射第二波長的光線。
  27. 如請求項26所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED晶片包含三種LED晶片，分別發射紅光、綠光和藍光。
  28. 如請求項26所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED晶片包含四種LED晶片，分別分射紅光、綠光、藍光和白光。
  29. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED晶片區分為多數組LED晶片組，每一LED晶片組包含至少三個LED晶片而為一個畫素。
  30. 如請求項29所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層的下表面為一微電子元件安裝區。
  31. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED晶片之間的間距為50微米以下。
  32. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的第一、二電極具有足夠的厚度，以增加該LED晶片與該封裝層的側面接觸面積。
  33. 如請求項32所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的電極組厚度為5微米以上。
  34. 如請求項33所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的電極組厚度為5微米~500微米。
  35. 如請求項34所述的發光二極體封裝元件，其中，所述LED晶片的電極組厚度為30微米~100微米。
  36. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電極組的高、長比值為1/2以上。
  37. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電極組包含由電鍍或者化鍍形成的一金屬層。
  38. 如請求項37所述的發光二極體封裝元件，該金屬層為Cu或者CuXW。
  39. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還包含一覆蓋該等LED晶片的至少一個LED晶片的側表面的黑色材料層。
  40. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，還包含一設置於該等LED晶片的至少一個LED晶片的出光面的透明粗糙層。
  41. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，該等LED 晶片還包括一第一類型半導體層、一發光層，及一第二類型半導體層，該第一類型半導體層電連接該第一電極，該第二類型半導體層電連接該的第二電極。
  42. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電路層由化鍍或者電鍍形成。
  43. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述電路層的材料為Cu或者CuW。
  44. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層為環氧樹脂或矽膠。
  45. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層具有相反一上表面和一下表面，其中，該上表面與所述LED晶片的第一表面齊平，該下表面與所述電路層的第二面齊平。
  46. 如請求項1所述的發光二極體封裝元件，其中，所述封裝層包括一第一封裝層和一第二封裝層，該第一封裝層包覆所述LED晶片的側表面，並裸露出所述LED晶片的電極的表面，該第二封裝層包覆所述電路層的側面，並裸露出所述電路層的部分第二面。
  47. 如請求項46所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第一封裝層的厚度與所述LED晶片的厚度相同。
  48. 如請求項46所述的發光二極體封裝元件，其中，所述第二封裝層的厚度與所述電路層的厚度相同。
  49. 一種發光裝置，包括請求項1~48所述的任意一個發光二極體封裝元件。
  50. 如請求項49所述的發光裝置，還包含一電路板和成陣列排列在所述電路板上的多個所述發光二極體封裝元件，每一發光二極體封裝元件作為單個或者多個畫素。
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