CN103400921A - 覆晶式发光二极管及其背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种覆晶式发光二极管及其背光模块，该覆晶式发光二极管包含：一承载基板；以及一覆晶半导体芯片，位于该承载基板上，且电性连接该承载基板，该覆晶半导体芯片包含：一顶面，相对该承载基板；多个发光面，围绕并连接该顶面；以及一第一反光层，位于该顶面表面，用以改变多个光线之方向，以致光线分别从该些发光面输出。光反射部用以反射光线回透光板体内，以改善出光面在圆锥形凹部的周围区域所产生暗带的现象。

Description

覆晶式发光二极管及其背光模块

技术领域

本发明有关于一种发光二极管，特别是有关于一种覆晶式发光二极管及其背光模块。

背景技术

覆晶技术（Flip-Chip），也称“倒晶封装”，是芯片封装技术的一种。此一封装技术主要是有别于过去芯片封装的方式，以往是将芯片置放于基板（chip pad）上，再用打线技术（wire bonding）将芯片与基板上之连结点连接。覆晶封装技术是在芯片连接点长凸块（bump），然后将芯片翻转过来使凸块与基板（substrate）直接连结而得其名。

一般的发光二极管都是从两层堆栈的半导体结构的顶面向上投射出光线，覆晶发光二极管也不例外。以蓝宝石基板覆晶发光二极管为例，他是在蓝宝石基板上形成P型半导体与N型半导体，然后再翻转过来，利用锡球、银球或金球，电性连接在承载基板上；要特别注意的是，选用的P型半导体与N型半导体会在通电后发出蓝光，蓝光可以直接通过透光的蓝宝石基板，所以从半导体结构的顶面向上投射出光线。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中没有从侧向发光的覆晶式发光二极管的缺陷，提供一种覆晶式发光二极管及其背光模块，该覆晶式发光二极管能够作为从侧向发光的点光源，进而结合侧入式导光板的薄型优势与直下式导光板的低价优势，广泛应用于背光模块上。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种覆晶式发光二极管，其特点在于，该覆晶式发光二极管包含：

一承载基板；以及

一覆晶半导体芯片，位于该承载基板上，且电性连接该承载基板，该覆晶半导体芯片包含：

一顶面，相对该承载基板；

多个发光面，围绕并连接该顶面；以及

一第一反光层，位于该顶面表面，用以改变多个光线之方向，以致光线分别从该些发光面输出。

较佳地，该覆晶式发光二极管还包含：一第二反光层，位于相对该顶面设置之一底面的表面，用来改变该些光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。光线被第一反光层反弹后，会被承载基板上的反光层再反弹回去，最终由侧面的发光面输出，但是，光线的反弹跟光程都会造成出光量的损失，为了进一步缩短光程来提升出光量，以半导体制程把第二反光层设计在覆晶半导体芯片里。

较佳地，该第二反光层的材质包含银、铝、金、铬、铜、钯和钛中的至少一种物质。

较佳地，该第一反光层的材质包含银、铝、金、铬、铜、钯和钛中的至少一种物质。第一反光层与第二反光层，是用半导体制程，例如溅镀或化学气相沉积，生成在覆晶半导体芯片里。

较佳地，该覆晶半导体芯片是一蓝宝石基板覆晶半导体芯片，且该第一反光层铺设在该蓝宝石基板覆晶半导体芯片的顶面的表面。选用蓝宝石基板覆晶半导体芯片时，因为在蓝宝石基板上生成的两层半导体堆栈材料会通电后发出蓝光，所以会设计黄色荧光粉层来把蓝光转换成白光。

较佳地，该覆晶式发光二极管还包含：一封装体，设置于该承载基板上且包覆该覆晶芯片，且该封装体中具有一荧光粉层，该荧光粉层具有多个波长转换粒子，用以转换该些光线的波长。黄色荧光粉层也可以被安排在一个封装体内，这个封装体配置在承载基板上且包覆覆晶芯片，通过这种方式，荧光粉层本身所具有的多个波长转换粒子，就可以用来转换光线之波长，进而将蓝光转换成白光。

较佳地，该覆晶式发光二极管还包含：一荧光粉层，具有多个波长转换粒子，分别涂布于该些发光面上，用来转换该些光线的波长。黄色荧光粉层可以被直接涂布在所述发光面上，通过这种方式，荧光粉层本身所具有的多个波长转换粒子，就可以用来转换光线之波长，进而将蓝光转换成白光。

较佳地，该覆晶半导体芯片为一碳化硅基板覆晶半导体芯片，且该第一反光层是铺设在该碳化硅基板覆晶半导体芯片的顶面的表面。

一种背光模块，其特点在于，该背光模块包含：

一导光板，包含多个凹槽与一入光底面，该些凹槽间隔地位于该入光底面上；以及

多个覆晶式发光二极管，分别伸入该些凹槽内，每一该些覆晶式发光二极管包含：

一承载基板；以及

一覆晶半导体芯片，位于该承载基板上，且电性连接该承载基板，该覆晶半导体芯片包含：

一顶面，相对该承载基板；

多个发光面，围绕并连接该顶面；以及

一第一反光层，位于该顶面的表面，用来改变多个光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。

较佳地，该背光模块还包含：一第二反光层，位于该覆晶式发光二极管中相对该顶面设置之一底面的表面，用来改变该些光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。另外，也可以直接贴合在导光板的入光底面，进而结合侧入式导光板的薄型优势与直下式导光板的低价优势。

本发明的积极进步效果在于：即使本发明之覆晶式发光组件与导光板之间没有预留足够展光距离，覆晶式发光组件的反光层还是可让这些光线在导光板内横向地扩散以在导光板上提供均匀的出光面，进而实现外型薄型化的目的。如此，本发明的背光模块便可结合侧入式导光板的薄型优势与直下式导光板的低价优势。

附图说明

图1A为本发明实施例1的背光模块的侧视图。

图1B为图1A中A部的放大图。

图2为本发明实施例2的覆晶式发光组件的侧视图。

图3为本发明实施例3的覆晶式发光组件的侧视图。

图4为本发明实施例4的覆晶式发光组件的侧视图。

图5为本发明实施例5的覆晶式发光组件的侧视图。

图6A为本发明实施例6的背光模块的侧视图。

图6B为图6A中的覆晶式发光组件的侧视图。

附图标记说明：

背光模块：100                 导光板：200

入光底面：210                 出光顶面：220

凹槽：240                     二次灯杯：241

覆晶式发光二极管：300         第一反光层：330

光线：R                       覆晶芯片：320

顶面：320T                    发光层：323

承载基板：310                 侧面：320L

底面：320B                    芯片基板：321

第一半导体层：322             发光层：323

第二半导体层：324             第一电极：325

第二电极：326                 导电物：G1、G2

第二电路图案：312             第一表面：322A

第三表面：324A                段差面：323A

第二表面：322B                第一电路图案：311

绝缘层：350                   承载基板：310

覆晶式发光组件：303           波长转换粒子：361

封装体：360                   第一反光层：330

荧光粉层：362             波长转换粒子：363

面：313F                  覆晶式发光组件：305

板体：313                 隆起部：314

放置面：314T              第二接点：312A

第四接点：312B            覆晶式发光组件：301

覆晶式发光组件：302       覆晶式发光组件：304

光学微结构：220M          第二反光层：340R、340L、340M

具体实施方式

一般来说，由于液晶显示器的液晶面板本身不发光，故需配置一背光模块于液晶面板的背面，以提供液晶面板的显示光源。背光模块依发光架构可分类为一侧入式（Edge Lighting）背光模块与一直下式（Direct Lighting）背光模块。

直下式背光模块是把多个发光组件（例如发光二极管）设计在一个导光板的入光底面，两者间隔适当距离以作为展光空间，发光组件朝向导光板的入光底面投射光线。经展光空间使光线发散而晕开以后，便能在导光板的出光顶面提供一均匀的面光源。所以，直下式背光模块的液晶显示器在外型上比较厚，但需要的发光组件比较少。

侧入式背光模块是把发光组件（例如发光二极管）靠在导光板的侧向面。光线经导光板上光学微结构取光后，造成光路径转换而在导光板的出光顶面提供均匀的面光源。然而，侧入式背光模块需要借助边框来遮光并承载发光组件。而且，为了达到窄边框与相对于边框较大的可视区，侧入式背光模块需要的发光二极管颗数，至少是同等级直下式背光模块所需要的发光二极管颗数的两倍。以32英寸平面为例，侧入式背光模块的发光二极管颗数是直下式背光模块的2.4倍。换而言之，为了让屏幕整体变薄，付出的代价就是造价高昂。

有鉴于此，本发明的发明人基于对前述两种面光源背光模块进行了相应的研究，并且给出了下列实施方式中提出的覆晶式发光二极管及其背光模块。

实施例1

如图1A与图1B所示，本实施例的背光模块100包含一导光板200与多个覆晶式发光二极管300。导光板200的一入光底面具有多个凹槽240。这些覆晶式发光二极管300分别位于这些凹槽240内，并分别从这些凹槽240内投射光线R进入导光板200内。如图1B所示，各覆晶式发光二极管300包含一承载基板310与一覆晶芯片320。覆晶芯片320位于承载基板310上，且电性连接承载基板310。覆晶芯片320包含一顶面320T、至少一底面320B、多个侧面320L与一第一反光层330。第一反光层330设置于顶面320T上。当覆晶芯片320发出多个光线R时，第一反光层330得以反射光线R，以改变这些光线R原来的行进方向。这些被改向的光线R可从覆晶芯片320的各侧面320L侧向地输出，因此，这些侧面320L被称为出光面。

因此，这些光线R从凹槽240进入导光板200内且侧向地扩散后，在导光板200的出光顶面提供均匀的面光源。换句话说，凹槽240取代了传统侧入式背光模块的入光侧。由于各覆晶式发光组件伸入导光板内，可有效地缩短覆晶式发光组件与导光板之间的距离，进而实现外型薄型化的目的。而且，本发明的背光模块在光源位置的配置架构上，采类似传统直下式背光模块的方案，因此能够节省一半以上的发光二极管，进而同时克服上述直下式背光模块太厚与侧光式背光模块太贵的缺点。

此外，各凹槽240可以塞入二次灯杯241，加强由四周侧向进入导光板的光线。具体来说，导光板板材可以达到3mm的厚度，这并不是最小极限值，而是适合大尺寸液晶电视的一种选择。凹槽深度可达2mm左右，再通过相关设计，厚度可达0.15mm的发光二极管，即可置于约当板材中央1.5mm厚度的位置。当然，导光板上表面或下表面，仍需要有相配合的光学图样微结构设计，使出光面整体均匀发亮。

实施例2

如图2所示，在本实施例的覆晶式发光组件301中，覆晶芯片320包含一芯片基板321、一第一半导体层322、一发光层323、一第二半导体层324、一第一电极325与一第二电极326。芯片基板321具透光性，例如为一蓝宝石基板或一碳化硅基板，它们是磊晶制程中，作为覆晶发光二极管的长晶基板。然而，不限于上述材料，本领域技术人员应根据实际需要，选择芯片基板的具体材料。第一半导体层322与第一反光层330分别形成于芯片基板321的两个相对面上。因此，芯片基板321背对第一半导体层322的面就是顶面320T。第一半导体层322例如为N型或P型半导体层，其相对第一反光层330的一侧包含一第一表面322A与一第二表面322B。第二半导体层324与第一半导体层322的极性（P型/N型）彼此相反，迭设于第一表面322A上。第二半导体层324相对第一半导体层322的一侧具有一第三表面324A。第二表面322B与第三表面324A都是覆晶芯片320的底面320B的一部分。第一电极325设于第二表面322B上，第二电极326位于第三表面324A上，分别透过导电物G1、G2（例如金球、银球或锡球等焊球）电性连接承载基板310的一第一电路图案311与一第二电路图案312。第二表面322B与第三表面324A之间可定义出一个段差面323A，这个段差面323A为覆晶芯片320底面320B的一部分。第一半导体层与第二半导体层324的交接位置因通电而形成发光层323（即PN结界面）。

然而，本发明不限于此，覆晶芯片320设计上可通过材料选择，以便在芯片基板321上配合第一反光层330的光反射功能；换而言之，芯片基板321在材料上若有反射能力或光学半透半反能力，也可以配合导光板的图样，而发挥作用。通过现有的半导体工艺制程，可以将金属沉积于芯片基板321，以便制作第一反光层330，同理，后面将要提及的第二反光层也可以依此制作。

实施例3

如图3所示，在本实施例的覆晶式发光组件302中，为更加强被改向的光线R从覆晶芯片320的各侧面320L输出的效率，覆晶芯片320还包含至少一第二反光层340R、340L、340M。第二反光层340R、340L、340M形成于这些底面320B的表面，也可以反射光线R。这些第二反光层340R、340L、340M，是在半导体制程中，以物理沉积或化学沉积方式生成在底面320B的表面；因为选用的材料可能会导电，所以需要相应配合设计一绝缘层350。绝缘层350也是通过物理沉积或化学沉积方式生成在第二反光层340R、340L、340M与第一电极325、第二电极326之间。

当然，所述第一反光层与第二反光层只要能部份反射光线、全反射光线或至少遮蔽光线透出的总量就可以了。因为第一反光层不需要太厚，所以随电流激增，光强度激增，仍会透出一些光，而不能完全反光。在实际应用上，完全反光会在导光板的出光表面上形成暗点。因此，本发明不限定反光层的形式、颜色与材质。第一反光层与第二反光层，例如可为一光反射片或一光反射物涂层，例如可以具白色或银色的颜色，例如材质可为高反光系数的金属，例如银、铝、金、铬、铜、钯、钛或其组合，但不仅限于此。

实施例4

如图4所示，覆晶式发光组件303还包含一封装体360。封装体360设置于承载基板310上且包覆覆晶芯片320。封装体360的材料可以为透明胶材，例如环氧树脂（Epoxy Resin）、硅树脂（Silicone Resin）或聚碳酸酯（PolyCarbonate）。封装体360内包含多个波长转换粒子361构成的荧光粉层。波长转换粒子361散布于封装体360中，以转换光线的波长。

实施例5

如图5所示，在本实施例的覆晶式发光组件304中，覆晶芯片320还包含一荧光粉层362。荧光粉层362涂布于覆晶芯片320的外表面，内含多个波长转换粒子363，用来转换这些光线的波长。

实施例6

如图6A所示，承载基板310包含一板体313与一隆起部314。隆起部314突出于板体313的一面313F上，使得隆起部314的一放置面314T与板体313的此面313F之间保持一高度差H，然而，隆起部314不限于一体成型地位于板体313上。第一电路图案311的一第一接点311A与第二电路图案312的一第二接点312A分别露出于隆起部314之放置面314T，且第一电路图案311的第三接点311B与第二电路图案312的第四接点312B分别露出于板体313背对隆起部314的一面。覆晶芯片320设置于隆起部314的放置面314T，并透过导电物G1、G2（例如焊球）电性连接第一电路图案311的第一接点311A与第二电路图案312的第二接点312A。封装体360一并包覆隆起部314与覆晶芯片320。

如图6B所示，当每一覆晶式发光组件305伸入凹槽240内，使得板体313的此面313F邻接入光底面210时，由于隆起部314与覆晶芯片320都伸入凹槽240内，因此，覆晶芯片320可更接近导光板200的出光顶面220，进而让覆晶芯片320所输出的光线更充分地被引导至导光板200的出光顶面220，以提高导光板200的出光面的亮度。

请继续结合图6A予以理解，为确保导光板200提供更好的出光效率，导光板200更包含多个扩散用或反射用的光学微结构220M。举例来说，光学微结构220M间隔地形成于出光顶面220上，以使光线更均匀。举另一例来说，每一覆晶式发光二极管300垂直正投影至导光板200的出光顶面220的区域上所配置的光学微结构220M的密度较导光板200的出光顶面其余区域上所配置的光学微结构220M的密度大。如此，可使导光板200的出光顶面220上的亮度更均匀。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶式发光二极管包含：

一承载基板；以及

一覆晶半导体芯片，位于该承载基板上，且电性连接该承载基板，该覆晶半导体芯片包含：

一顶面，相对该承载基板；

多个发光面，围绕并连接该顶面；以及

一第一反光层，位于该顶面表面，用以改变多个光线之方向，以致光线分别从该些发光面输出。

2.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶式发光二极管还包含：

一第二反光层，位于相对该顶面设置之一底面的表面，用来改变该些光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。

3.如权利要求2所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该第二反光层的材质包含银、铝、金、铬、铜、钯和钛中的至少一种物质。

4.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该第一反光层的材质包含银、铝、金、铬、铜、钯和钛中的至少一种物质。

5.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶半导体芯片是一蓝宝石基板覆晶半导体芯片，且该第一反光层铺设在该蓝宝石基板覆晶半导体芯片的顶面的表面。

6.如权利要求5所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶式发光二极管还包含：

一封装体，设置于该承载基板上且包覆该覆晶芯片，且该封装体中具有一荧光粉层，该荧光粉层具有多个波长转换粒子，用以转换该些光线的波长。

7.如权利要求5所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶式发光二极管还包含：

一荧光粉层，具有多个波长转换粒子，分别涂布于该些发光面上，用来转换该些光线的波长。

8.如权利要求1所述的覆晶式发光二极管，其特征在于，该覆晶半导体芯片为一碳化硅基板覆晶半导体芯片，且该第一反光层是铺设在该碳化硅基板覆晶半导体芯片的顶面的表面。

9.一种背光模块，其特征在于，该背光模块包含：

一导光板，包含多个凹槽与一入光底面，该些凹槽间隔地位于该入光底面上；以及

多个覆晶式发光二极管，分别伸入该些凹槽内，每一该些覆晶式发光二极管包含：

一承载基板；以及

一覆晶半导体芯片，位于该承载基板上，且电性连接该承载基板，该覆晶半导体芯片包含：

一顶面，相对该承载基板；

多个发光面，围绕并连接该顶面；以及

一第一反光层，位于该顶面的表面，用来改变多个光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。

10.如权利要求9所述的背光模块，其特征在于，该背光模块还包含：

一第二反光层，位于该覆晶式发光二极管中相对该顶面设置之一底面的表面，用来改变该些光线的方向，以使光线分别从该些发光面输出。

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