TW201403886A - 白光發光二極體 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種白光發光二極體，包括：一發射介於200 nm至650 nm波長之光線之發光單元；複數個覆蓋於發光單元表面之封裝樹脂層；以及複數個設置於該些封裝樹脂層之間之螢光粉層。

Description

白光發光二極體

本發明係關於一種白光發光二極體，尤指一種利用多層封裝技術達到可於製程中即時調整螢光粉含量使其可達目標色溫之白光發光二極體。

自60年代起，發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的耗電量低及長效性的發光等優勢，已逐漸取代日常生活中用來照明或各種電器設備的指示燈或光源等用途。更有甚者，發光二極體朝向多色彩及高亮度的發展，已應用在大型戶外顯示看板或交通號誌，顯示其可應用之領域十分廣泛。

近年來，由於發光二極體之發光效率獲得大幅提升，白光發光二極體已有取代傳統白熱燈泡之趨勢，習知白光發光二極體之製作方式通常為將螢光粉以噴灑或塗佈等各種方式設置於發光二極體晶片上，再以封裝樹脂封裝該晶片使得該螢光粉能經由該晶片所發射之光線激發而放射出適當波長之光線，進而混合成白光，然而此種方式所製造之發光二極體，由於螢光粉係直接接觸其晶片，容易受熱而加速該螢光粉之劣化，造成產品壽命縮短；而另一方式則是將螢光粉混合於封裝樹脂中，直接以此一含有螢光粉之封裝樹脂封裝發光二極體之晶片，以此方式製作之發光二極體，似乎雖可避免螢光粉因直接接觸二極體之晶片而 加速其劣化，然而對於螢光粉之使用量卻無可避免的增加，造成不必要之浪費。此外，上述兩種習知製作白光發光二極體的方式都無可避免的需於硬化該封裝樹脂後才能得知該產品之色溫是否達其目標，若該批產品未達其目標色溫，僅能整批回收，對於產品良率之提升無異是一大阻礙。

因此，為了提升發光二極體之產品品質，避免螢光粉因受熱而加速劣化導致產品壽命縮短，進而提升產品良率，減少不必要之原物料浪費，發展一嶄新之發光二極體製作方式實有其必要。

本發明之主要目的係在提供一種白光發光二極體，其係能避免螢光粉直接與發光二極體晶片接觸導致螢光粉受熱而加速劣化使得產品壽命縮短；以及於製作時即時調整所需之螢光粉含量，避免產品於封裝完成之色溫分析未達目標色溫進而形成缺陷品，故可減少不必要之原物料之浪費，提升產品良率。

為達成上述目的，本發明之一態樣係提供一種白光發光二極體，包括：一發射介於200 nm至650 nm波長之光線之發光單元；複數個覆蓋於發光單元表面之封裝樹脂層；以及複數個設置於該些封裝樹脂層之間之螢光粉層。

於上述本發明之白光發光二極體中，該些封裝樹脂層包括：一覆蓋於發光單元表面之第一樹脂層；一覆蓋於第 一樹脂層表面之第二樹脂層；以及一覆蓋於第二樹脂層表面之第三樹脂層，其中，該第一樹脂層之折射率可高於或等於該第二樹脂層之折射率，該第二樹脂層之折射率可高於或等於該第三樹脂層之折射率。

於上述本發明之白光發光二極體中，該第一樹脂層之折射率可為1.4至1.9之間，而該第三樹脂層之折射率可為1.0至1.3之間；此外，該些封裝樹脂層之組成可為含環氧樹脂、矽膠、丙烯酸樹脂或其組合之熱固化樹脂或光固化樹脂。

於上述本發明之白光發光二極體中，該些螢光粉層包括一第一螢光粉層及一第二螢光粉層，其中，第一螢光粉層設置於該第一樹脂層及該第二樹脂層之間，第二螢光粉層設置於該第二樹脂層及該第三樹脂層之間；前述之該螢光粉層之組成可包括一紅光螢光粉、一綠光螢光粉、一藍光螢光粉、一黃光螢光粉或其組合，其中該紅光螢光粉可選自由Ca₂SiN₈：Eu²⁺、Sr₂SiN₈：Eu²⁺、CaAlSiN₃：Eu²⁺、CaS：Eu²⁺、Y₂O₃：Eu³⁺、Y₂O₃：Bi³⁺、(Y,Gd)₂O₃：Eu³⁺、(Y,Gd)₂O₃：Bi³⁺、Y₂O₂S：Bi³⁺、(Me_1-xEu_x)ReS、Mg₂TiO₄：Mn⁴⁺、及Mg₃SiO₄：Mn所組成之群組；該綠光螢光粉可選自由(Ba,Sr)SiO₄：Eu²⁺、Lu₃Al₅O₁₂：Ce³⁺、YBO₃：Ce³⁺、YBO₃：TB³⁺、SrGa₂S₄：Eu²⁺、SrGa₂O₄：Eu²⁺、SrSi₂N₂O₂：Eu²⁺、SrAl₂O₄：Eu²⁺、(Ba,Sr)MgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺及(Ba,Sr)MgAl₁₀O₁₇：Mn²⁺所組成之群組；該藍光螢光粉可選自由BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺及(Ca,Sr,Ba)₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺,Gd²⁺所組成之群組；以及該黃光螢 光粉可為Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺、Tb₃Al₅O₁₂：Ce³⁺、CaSi₂N₂O₂：Eu²⁺、(Y,Cd)₃Al₅O₁₂：Ce³⁺、或(Me_1-x-yEu_xRe_y)₃SiO₅，上述之Me可選自Ca、Sr、Ba及其組合；Re可選自Pr、Sm、Rb、Dy、Ho、Y、Er、Eu、Tm、Yb、Cr、Sr、Lu、Gd、Al、Zn及其組合。

於上述本發明之白光發光二極體中，該些封裝樹脂層及該些螢光粉層可為具有2層至10層之多層結構，其中，該些螢光粉層可為連續分佈或非連續分佈，且該些螢光粉層可為多層殼狀之圖案排列；前述本發明中，多層結構形狀可為圓形、矩形、梯形、三角形或其組合，而該些螢光粉層可為同心圓之圖案排列於該些封裝樹脂層之間，但本發明不應侷限於此。

於上述本發明之白光發光二極體中，該發光單元可包括一個或複數個具有不同波長光線之發光二極體晶片所組成，較佳為2個至16個具有不同波長光線之發光二極體晶片所組成；於上述本發明之白光發光二極體中，該些封裝樹脂層及該些螢光粉層可以各種習知之方式而形成，如噴灑或塗佈方式，但本發明並不侷限於此。

此外，本發明之另一目的係在提供一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，其中將本發明上述之發光二極體封裝結構應用於該晶片板上，進而使晶片板上封裝結構可即時調整所需之螢光粉含量，避免產品因於封裝完成之色溫分析未達目標色溫而導致形成缺陷品，故可減少不必要之原物料之浪費，進而提升產品良率。

為達上述目的，本發明之另一態樣提供一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板；以及本發明上述之白光發光二極體，其係經由一組成可為金或金錫之金屬焊接層封裝於該電路載板。

於本發明上述晶片板上封裝結構中，該電路載板包括一絕緣層及一電路基板，其中，該絕緣層之材質可為絕緣性類鑽碳、氧化鋁、陶瓷，及含鑽石之環氧樹脂、或其組成物，或者為表面覆有上述絕緣層之金屬材料，而該電路基板可為一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。此外，該電路載板表面也可以選擇性更包含一類鑽碳層，以增加散熱效果。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

本發明之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為實際實施時之態樣，其實際實施時之元件數目、形狀等比例為選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。

請參考圖1A至1F係本發明第一實施例之白光發光二極體之製備方法的流程結構示意圖；如圖1A，首先準備一基板4，且基板4上設置有發光單元3；接著，於該發光單元3上覆蓋一半球體狀之第一樹脂層11，並將第一樹脂層11加熱硬化至半固化狀態，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.5之熱固化環氧樹脂作為第一樹脂層11，而發光單元3係為具有二個不同波長光線之發光二極體晶片所組成，且該發光單元3可發射波長介於450 nm至500 nm之光線，如圖1B所示。

之後，再於半固化狀態之第一樹脂層11之上表面11a塗佈一紅光螢光粉以形成一連續分佈之第一螢光粉層21，如圖1C；接著，再於該第一螢光粉層21上塗佈覆蓋一第二樹脂層12，並將第二樹脂層12加熱硬化至半固化狀態，如圖1D，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.4之熱固化環氧樹脂作為第二樹脂層12；此時可將白光發光二極體之半成品進行色溫分析，若未達所需之目標色溫即再於該第二樹脂層12之上表面12a塗佈一黃光螢光粉以形成一連續分佈之第二螢光粉層22，如圖1E；待乾燥後再覆上一第三樹脂層13並加以硬化至半固化狀態，如圖1F，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.3之熱固化環氧樹脂作為第三樹脂層13；此時可再將該白光發光二極體100進行色溫分析，若達所需目標色溫，再將覆蓋於發光單元3表面之第一樹脂層11、第二樹脂層12、第三樹脂層13加熱至完全固化成型，並完成封裝；在本發明之白光發光二極體中，覆蓋 於發光單元3表面之樹脂層(例如，第一樹脂層11、第二樹脂層12、第三樹脂層13)可視需要而任意調整樹脂層之層疊數量、硬化方式(光固化樹脂或熱固化樹脂)、折射率，此外，螢光粉層(例如，第一螢光粉層21、第二螢光粉層22)可視需要而任意調整螢光粉層之層疊數量或組成份，同時也可以將不同光色之螢光粉設置於不同螢光粉層，或將不同光色之螢光粉混合後設置於同一螢光粉層，此外，螢光粉層可以在不同樹脂層之間以連續或不連續之方式分佈，而本發明並未侷限於此。

請參考圖2A至2F係本發明第二實施例之白光發光二極體之製備方法的流程結構示意圖，除了螢光粉層或樹脂層之組成略有變化之外，本實施例之封裝流程及結構大致與第一實施例相同。

請參考圖2A，首先準備一基板4，且基板4上設置有發光單元3；接著，於該發光單元3上覆蓋一半球體狀之第一樹脂層11，如圖2B，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.4之光固化環氧樹脂作為第一樹脂層11；待紫外線照射至半固化狀態後，於該第一樹脂層11之上表面11a塗佈一螢光粉以形成一非連續分佈之第一螢光粉層21’，如圖2C，其中，在本實施例中，係使用綠光螢光粉及黃光螢光粉混合形成第一螢光粉層21’；待該第一螢光粉層21’乾燥後，在於該第一螢光粉層21’上覆上一第二樹脂層12並以紫外線照射至半固化狀態，如圖2D，其中，在本實施例中，係使用與第一樹脂層11相同組成之光固化環氧樹脂作為第二樹脂 層12；此時可將白光發光二極體之半成品進行色溫分析，若未達所需之目標色溫即再於該第二樹脂層12之上表面12a塗佈另一紅光螢光粉以形成一非連續分佈第二螢光粉層22’，如圖2E；待乾燥後再覆上一第三樹脂層13並加以乾燥，如圖2F，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.3之光固化環氧樹脂作為第三樹脂層13；此時可再將該白光發光二極體200進行色溫分析，若達所需目標色溫，再將覆蓋於發光單元3表面之第一樹脂層11、第二樹脂層12、第三樹脂層13以紫外線照射至完全固化成型，並完成封裝。

本發明之技術特徵在於提供一種可即時調整封裝樹脂中所需之螢光粉含量之技術，避免所製備之白光發光二極體因所含之螢光粉含量過多或不足導致無法達到目標色溫而形成缺陷品之問題產生，因此除前述實施例揭露之三層樹脂封裝之白光發光二極體外，若有需要可重複進行噴灑螢光粉層並加以樹脂封裝之製程，直到該產品達目標色溫為止，因此，請參考圖3係本發明第三實施例之白光發光二極體示意圖，本實施例即為一四層樹脂封裝之白光發光二極體。

請參考圖3，並一併參考前述第一實施例之流程，其中在完成本發明之白光發光二極體100後(如圖1F)，若進行之色溫分析而未達目標色溫時，可再於該第三樹脂層13之上表面13a塗佈一藍光螢光粉，待乾燥形成一連續分佈之第三螢光粉層23後，再覆上一第四樹脂層14並加以乾燥，待乾燥後再進行色溫分析確認該白光發光二極體300是否達 目標色溫，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.2之熱固化環氧樹脂作為第四樹脂層14；如前述本發明之白光發光二極體中，若已達目標色溫即固化樹脂封裝，若未達目標色溫則再重複上述之封裝流程，增加螢光粉及樹脂層之堆疊層數，直到產品達目標色溫。

請參考圖4係本發明第四實施例之白光發光二極體示意圖，並一併參考前述第二實施例之流程，其中在完成本發明之白光發光二極體200後(如圖2F)，所進行之色溫分析若未達目標色溫時，可再於該第三樹脂層13之上表面13a塗佈一綠光螢光粉，待乾燥形成一非連續分佈之第三螢光粉層23’後，再覆上一第四樹脂層14並加以乾燥，待乾燥後再進行色溫分析確認該白光發光二極體400是否達目標色溫，其中，在本實施例中，係使用折射率為1.2之光固化環氧樹脂作為第四樹脂層14；如前述本發明之白光發光二極體中，若已達目標色溫即固化樹脂封裝，若未達目標色溫即再重複上述之封裝流程，增加螢光粉及樹脂層之堆疊層數，直到產品達目標色溫。

請參考圖5，其係本發明第一實施例之晶片板上封裝結構之結構示意圖，其中，晶片板上封裝結構包括：一電路載板5；以及上述第一實施例所製得之白光發光二極體100，其係經由一金屬焊接層6電性連接該電路載板5，其中，該電路載板5包含一絕緣層51、一電路基板52，該絕緣層51之材質可選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、含鑽石之環 氧樹脂、或者上述材質的混合物，該電路基板52係一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。

據此，本發明上述晶片板上封裝結構(chip on board，COB)中，其中將本發明上述之發光二極體封裝結構設置於該晶片板上，進而使晶片板上封裝結構可即時調整所需之螢光粉含量，利於提升產品良率。而且，本發明上述晶片板上封裝結構中適合使用的發光二極體，並非僅限於上述第一實施例所製得之白光發光二極體，亦可使用本發明所述任何白光發光二極體。

由上述可知，本發明之多層封裝之白光發光二極體，具有可即時調整封裝樹脂中螢光粉含量的結構設計，可在封裝發光二極體的過程中根據色溫分析結果即時調整螢光粉含量，避免產品於封裝完成後之色溫分析未達目標色溫進而形成缺陷品，故可減少不必要之原物料之浪費，提升產品良率。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，該些螢光粉層亦可為連續分佈及非連續分佈交替使用，如第一螢光粉層為連續分佈而第二螢光粉層為不連續分佈，本發明不應以此為限，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100,200,300,400‧‧‧白光發光二極體

11‧‧‧第一樹脂層

12‧‧‧第二樹脂層

13‧‧‧第三樹脂層

14‧‧‧第四樹脂層

11a,12a,13a‧‧‧上表面

21,21’‧‧‧第一螢光層

22,22’‧‧‧第二螢光層

23,23’‧‧‧第三螢光層

3‧‧‧發光單元

4‧‧‧基板

5‧‧‧電路載板

51‧‧‧絕緣層

52‧‧‧電路基板

6‧‧‧金屬焊接層

圖1A至1F係本發明第一實施例之白光發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。

圖2A至2F係本發明第二實施例之白光發光二極體之製備方法的流程結構示意圖。

圖3係本發明第三實施例之白光發光二極體示意圖。

圖4係本發明第四實施例之白光發光二極體示意圖。

圖5係本發明第一實施例之晶片板上封裝結構之立體示意圖。

100‧‧‧白光發光二極體

5‧‧‧電路載板

51‧‧‧絕緣層

52‧‧‧電路基板

6‧‧‧金屬焊接層

Claims (20)

1. 一種白光發光二極體，包括：一發光單元，係發射介於200 nm至650 nm波長之光線；複數個封裝樹脂層，係覆蓋於發光單元之表面；以及複數個螢光粉層，係設置於該些封裝樹脂層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些封裝樹脂層包括一第一樹脂層，其係覆蓋於發光單元之表面；一第二樹脂層，其係覆蓋於第一樹脂層之表面；一第三樹脂層，其係覆蓋於第二樹脂層之表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之白光發光二極體，其中該第一樹脂層之折射率係高於或等於該第二樹脂層之折射率，該第二樹脂層之折射率係高於或等於該第三樹脂層之折射率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之白光發光二極體，其中該第一脂層之折射率為1.4至1.9。
5. 如申請專利範圍第3項所述之白光發光二極體，其中該第三脂層之折射率為1.0至1.3。
6. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些封裝樹脂層係為一熱固化樹脂、或一光固化樹脂。
7. 如申請專利範圍第6項所述之白光發光二極體，其中該些封裝樹脂層係為環氧樹脂、矽膠、丙烯酸樹脂。
8. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些螢光粉層係包括一第一螢光粉層及一第二螢光粉層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之白光發光二極體，其中該第一螢光粉層係設置於該第一樹脂層及該第二樹脂層之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之白光發光二極體，其中該第二螢光粉層係設置於該第二樹脂層及該第三樹脂層之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些螢光粉層係選自由一紅光螢光粉、一綠光螢光粉、一藍光螢光粉、一黃光螢光粉或其組合所組成之群組。
12. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些螢光粉層係為一連續分佈或一非連續分佈。
13. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些螢光粉層係為同心圓之圖案排列於該些封裝樹脂層之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該些封裝樹脂層及該些螢光粉層係具有2層至10層之多層結構。
15. 如申請專利範圍第1項所述之白光發光二極體，其中該發光單元係為一個或複數個具有不同波長光線之發光二極體晶片所組成。
16. 如申請專利範圍第15項所述之白光發光二極體，其中該發光單元係為2個至16個具有不同波長光線之發光二極體晶片所組成。
17. 一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)， 包括：一電路載板；以及一如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之白光發光二極體，其係經由一金屬焊接層封裝於該電路載板。
18. 如申請專利範圍第17項所述之晶片板上封裝結構，其中，該電路載板包括一絕緣層及一電路基板，絕緣層之材質係至少一種選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷，及含鑽石之環氧樹脂所組成之群組。
19. 如申請專利範圍第17項所述之晶片板上封裝結構，其中，該電路基板係為一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
20. 如申請專利範圍第17項所述之晶片板上封裝結構，其中，該金屬焊接層係為金或金錫。