TWI509839B - 發光二極體封裝結構及封裝方法 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構及封裝方法

本發明涉及一種發光二極體的封裝結構以及相應的發光二極體的封裝方法。

發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光電半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。

為使發光二極體發出白光以應用於照明領域，通常在發光二極體的封裝材料中添加螢光粉。螢光粉吸收發光二極體晶粒所發出的光線並發出第二波長的光線，發光二極體晶粒所發出的光線與螢光粉所發出的第二波長的光線共同合成白光。然而，在上述發光二極體的製作過程中，一般是將螢光粉直接添加到封裝材料中，然後藉由點膠的過程使螢光粉覆蓋在發光二極體晶粒的表面。由於螢光粉顆粒的密度通常大於封裝材料的密度，在點膠的過程中，螢光粉顆粒將會在封裝材料中逐漸沉澱，從而導致螢光粉分佈不均勻。因此，即使在同一批次所生產的發光二極體中，每個發光二極體的螢光粉含量並不一樣，從而影響發光二極體光學性能的一致性。

有鑒於此，有必要提供一種螢光粉分佈較為均勻的發光二極體封裝結構以及相應的發光二極體的封裝方法。

一種發光二極體封裝結構，包括基板以及設置於基板表面的發光二極體晶粒。發光二極體封裝結構包括一層預先形成的螢光粉薄膜。螢光粉薄膜藉由粘貼的方式形成在發光二極體晶粒的出光面上，發光二極體晶粒所發出的光線經過螢光粉薄膜出射到外界。

一種發光二極體的封裝方法，包括以下步驟：提供一個基板，所述基板的表面設置有發光二極體晶粒；提供一個預先製成的螢光粉薄膜；將螢光粉薄膜粘貼在基板表面以覆蓋在發光二極體晶粒的出光面上，發光二極體晶粒所發出的光線經過螢光粉薄膜出射到外界。

在上述發光二極體的封裝結構中，藉由預先形成螢光粉薄膜，然後再將螢光粉薄膜藉由粘貼的方式形成在發光二極體晶粒的出光面上。由於薄膜的製備工藝簡單，薄膜的厚度以及薄膜中的螢光粉含量等的控制亦較為方便。這種結構避免了在透明封裝材料中添加螢光粉顆粒所造成的螢光粉分佈不均勻的問題，使螢光粉在發光二極體封裝結構中的分佈較為均勻，從而使發光二極體封裝結構具有較為一致的光學性能。

10、20、30‧‧‧發光二極體封裝結構

110、210、310‧‧‧基板

120、220、320‧‧‧發光二極體晶粒

130、230、330‧‧‧螢光粉薄膜

231‧‧‧第一螢光粉薄膜

232‧‧‧第二螢光粉薄膜

131‧‧‧透明載體

132‧‧‧螢光粉顆粒

240、340‧‧‧透明封裝層

241‧‧‧正面

242‧‧‧側面

350‧‧‧反射杯

351‧‧‧容置腔

圖1係本發明第一實施例的發光二極體封裝結構的結構示意圖。

圖2係本發明第一實施例提供的基板以及設置於基板上的發光二極體晶粒的結構示意圖。

圖3係在圖2的基板上粘貼一層螢光粉薄膜的結構示意圖。

圖4係圖3中的螢光粉薄膜的結構示意圖。

圖5係本發明第二實施例的發光二極體封裝結構的結構示意圖。

圖6係本發明第二實施例提供的基板以及設置於基板上的發光二極體晶粒的結構示意圖。

圖7係在圖6的基板上形成透明封裝層的結構示意圖。

圖8係在圖7的透明封裝層上粘貼第一螢光粉薄膜的結構示意圖。

圖9係在圖8的透明封裝層上粘貼第二螢光粉薄膜的結構示意圖。

圖10係本發明第三實施例的發光二極體封裝結構的結構示意圖。

圖11係本發明第一實施例提供的基板以及設置於基板上的反射杯的結構示意圖。

圖12係在圖11的反射杯內部設置發光二極體晶粒的結構示意圖。

圖13係在圖11的反射杯內形成透明封裝層的結構示意圖。

圖14係在圖13的的透明封裝層上形成螢光粉薄膜的結構示意圖。

如圖1所示，本發明第一實施例提供的發光二極體封裝結構10包括基板110、設置於基板110上的發光二極體晶粒120以及設置於發光二極體晶粒120的出光面的螢光粉薄膜130。

所述基板110為長條形狀，其可以是矽基板、鋁基板、氧化鋁基板、碳化矽基板、氮化矽基板或者是印刷電路板。優選地，所述基板110為鋁基電路板，用以將發光二極體晶粒120所產生的熱量 有效地散發到外界。基板110的表面設置有導電線路用以將發光二極體晶粒120與外界電源相連。

所述發光二極體晶粒120沿基板110的長度方向排列。發光二極體晶粒120之間形成並聯連接、串聯連接或者是混聯連接。優選地，所述發光二極體晶粒120為氮化物系發光二極體，其製作材料包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)以及氮化鋁鎵銦(AlInGaN)。

所述螢光粉薄膜130直接粘貼在基板110上且完全覆蓋發光二極體晶粒120的表面。發光二極體晶粒120所發出的光線穿過所述螢光粉薄膜130然後出射到外界。所述螢光粉薄膜130吸收部分發光二極體晶粒120所發出的光線，然後發出第二波長的光線。發光二極體晶粒120所發出的光線與螢光粉薄膜130所發出的第二波長的光線相互混合從而形成白光。

上述發光二極體封裝結構10可藉由以下方式製作。

如圖2所示，首先提供一個基板110。所述基板110為長條形狀，其可以是矽基板、鋁基板、氧化鋁基板、碳化矽基板、氮化矽基板或者是印刷電路板。基板110的表面設置發光二極體晶粒120。

如圖3所示，預先製備一個螢光粉薄膜130，然後將螢光粉薄膜130粘貼在基板110表面以完全覆蓋發光二極體晶粒120，從而形成如圖1所示的發光二極體封裝結構10。

如圖4所示，所述螢光粉薄膜130包括透明載體131以及形成在透明載體131上的螢光粉顆粒132。所述透明載體131的製作材料包括矽膠、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或者聚碳酸酯其中的一種或 者多種。所述螢光粉顆粒132的製作材料包括石榴石(YAG)結構的螢光粉材料，氮化物系螢光粉材料，磷化物，硫化物或矽酸鹽化合物等。所述螢光粉薄膜130可藉由薄膜的製作工藝預先形成，其製作方法包括塗布方法、絲網印刷方法或者是流延成型方法形成。具體地，螢光粉薄膜130可藉由以下方式製作：首先將螢光粉顆粒132、透明載體131如矽膠或聚乙烯等以及有機溶劑按需要的比例混合均勻，形成螢光粉顆粒132與透明載體131的混合物漿料；然後提供一個玻璃基板，將上述的混合物漿料塗布在玻璃基板上，形成特定厚度的螢光粉薄膜130；加熱使溶劑揮發，從而使螢光粉薄膜130固化；最後將螢光粉薄膜130從玻璃基板上取下，然後卷製成圓筒狀以備後續發光二極體晶粒120的封裝過程中使用。

在上述發光二極體封裝結構10中，藉由預先製備螢光粉薄膜130，使到螢光粉薄膜130的厚度、形狀以及螢光粉的含量容置控制。與慣用的在發光二極體晶粒點膠過程中添加螢光粉顆粒的方法相比，上述封裝方法避免了螢光粉顆粒在封裝材料中沉澱從而造成螢光粉顆粒分佈不均勻的問題，使到在同一批次中的發光二極體封裝結構10的光學性能具有較高的一致性。並且，由於螢光粉薄膜130的製備工藝簡單並且方便，有利於大批量的生產以用於發光二極體晶粒120的封裝。

根據需要，上述的發光二極體封裝結構還可以包括透明封裝層。如圖5所示，本發明第二實施例提供的發光二極體封裝結構20包括基板210、設置於基板210上的發光二極體晶粒220以及設置於發光二極體晶粒220的出光面上的螢光粉薄膜230。與第一實施例 不同的是，在發光二極體晶粒220與螢光粉薄膜230之間還設置有一層透明封裝層240，所述透明封裝層240完全覆蓋發光二極體晶粒220以使發光二極體晶粒220不會受到外界環境如灰塵或者水汽的影響。在本實施例中，所述透明封裝層240具有一個與發光二極體晶粒220相對的正面241以及連接在正面241與基板210之間的側面242。所述螢光粉薄膜230包括第一螢光粉薄膜231與第二螢光粉薄膜232。所述第一螢光粉薄膜231粘貼在透明封裝層240的正面241，所述第二螢光粉薄膜232粘貼在透明封裝層240的側面242。發光二極體晶粒220所發出的光線經過螢光粉薄膜230出射到外界。

本實施例的發光二極體封裝結構20可藉由以下方式製作。

如圖6所示，首先提供一個基板210。該基板210為長條形狀，基板210的表面設置發光二極體晶粒220。所述發光二極體晶粒220形成並聯連接或者串聯連接，其沿基板210的長度方向排列。所述基板210與發光二極體晶粒220的結構與材料與第一實施例的相同。

如圖7所示，在基板210上形成一層透明封裝層240以覆蓋發光二極體晶粒220。該透明封裝層240的形狀與大小與基板210的形狀與大小相對應。在本實施例中，透明封裝層240為長方體形狀。所述透明封裝層240的材料可以是環氧樹脂、矽膠或者是聚碳酸酯等。

請參閱圖8與圖9，在透明封裝層240的正面241上粘貼預先製成的第一螢光粉薄膜231，然後在透明封裝層240的側面242上粘貼預先製成的第二螢光粉薄膜232，從而形成如圖5所示的發光二極體 封裝結構20。所述第一螢光粉薄膜231與第二螢光粉薄膜232的材料與第一實施例的相同。優選地，粘貼第一螢光粉薄膜231與第二螢光粉薄膜232的過程最好在透明封裝層240尚未固化的時候進行。此時，在螢光粉薄膜230粘貼完成之後，烘烤所述透明封裝層240，從而使透明封裝層240與螢光粉薄膜230結合的更加緊密。

根據需要，上述發光二極體封裝結構還可以包括反射杯。如圖10所示，本發明第三實施例的發光二極體封裝結構30包括基板310、設置於基板310上的發光二極體晶粒320、用於密封發光二極體晶粒320的透明封裝層340以及覆蓋在透明封裝層340的表面上的螢光粉薄膜330。所述發光二極體晶粒320所發出的光線進過螢光粉薄膜330出射到外界。與第二實施例不同的是，在基板310的邊緣處設置有反射杯350。所述反射杯350環繞發光二極體晶粒320設置。反射杯350中間形成有一個容置腔351，所述發光二極體晶粒320設置於該容置腔351的內部。根據需要，所述容置腔351的內部還可以填充有封裝材料，形成透明封裝層340。根據需要，反射杯350的內壁可以塗覆一層金屬反射層以提高反射杯350的反射效率。

本實施例的發光二極體封裝結構30可藉由以下方式製作。

如圖11所示，首先提供一個基板310，所述基板310為長條形狀。基板310的兩側形成有反射杯350。反射杯350的中間形成有一個容置腔351，該容置腔351用於反射發光二極體晶粒320所發出的光線。

如圖12所示，在容置腔351的內部設置發光二極體晶粒320。所述 發光二極體晶粒320形成在基板310的表面上。所述發光二極體晶粒320沿基板310的長度方向排列，形成並聯連接或者串聯連接。

如圖13所示，在容置腔351的內部填充封裝材料，形成透明封裝層340。所述透明封裝層340完全覆蓋發光二極體晶粒320以使發光二極體晶粒220不會受到外界環境如灰塵或者水汽的影響。該透明封裝層340的材料可以是環氧樹脂、矽膠或者是聚碳酸酯等。

如圖14所示，提供一個預先製成的螢光粉薄膜330，然後將該螢光粉薄膜330粘貼在透明封裝層340的表面，從而形成如圖10所示的發光二極體封裝結構30。所述發光二極體晶粒320所發出的光線經過螢光粉薄膜330出射到外界。根據需要，上述的粘貼過程可在透明封裝層340尚未固化的時候進行。在螢光粉薄膜330粘貼完成之後，烘烤所述螢光粉薄膜330以使螢光粉薄膜330與透明封裝層340結合的更加緊密。

根據需要，在容置腔351裏面亦可以不添加封裝材料，然後在反射杯350的表面直接粘貼螢光粉薄膜330。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧發光二極體封裝結構

110‧‧‧基板

120‧‧‧發光二極體晶粒

130‧‧‧螢光粉薄膜

Claims (5)

1. 一種發光二極體封裝結構，包括基板以及設置於基板表面的發光二極體晶粒，其改良在於，所述發光二極體封裝結構包括一層預先形成的螢光粉薄膜，所述螢光粉薄膜藉由粘貼的方式形成在發光二極體晶粒的出光面上，發光二極體晶粒所發出的光線經過螢光粉薄膜出射到外界，所述螢光粉薄膜直接貼附在基板上和發光二極體晶粒的表面上且完全覆蓋在發光二極體晶粒的表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，所述螢光粉薄膜包括透明載體以及設置於透明載體上的螢光粉顆粒，所述熒光粉薄膜通過以下方法製作：首先將螢光粉顆粒、透明載體如矽膠或聚乙烯等以及有機溶劑按需要的比例混合均勻，形成螢光粉顆粒與透明載體的混合物漿料；然後提供一個玻璃基板，將上述的混合物漿料塗布在玻璃基板上，形成特定厚度的螢光粉薄膜；加熱使溶劑揮發，從而使螢光粉薄膜固化；最後將螢光粉薄膜從玻璃基板上取下，然後卷製成圓筒狀以備後續發光二極體晶粒的封裝過程中使用。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，所述透明載體選自矽膠、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或者聚碳酸酯其中的一種或者多種。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，所述螢光粉顆粒的製作材料選自石榴石結構的螢光粉材料，氮化物系螢光粉材料，磷化物，硫化物與矽酸鹽化合物其中一種或者多種。
5. 一種發光二極體的封裝方法，包括以下步驟：提供一個基板，所述基板的表面設置有發光二極體晶粒； 提供一個預先製成的螢光粉薄膜；將螢光粉薄膜直接粘貼在基板表面和發光二極體晶粒的表面以覆蓋在發光二極體晶粒的出光面上，發光二極體晶粒所發出的光線經過螢光粉薄膜出射到外界。