TW201344979A - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種發光裝置及其製造方法。發光裝置係包含一基板、一發光二極體晶粒、一第一透光層、一光波長轉換層以及一第二透光層。基板具有一晶粒黏著部，發光二極體晶粒係設置於晶粒黏著部上，且具有ㄧ底座，底座係為透光材質。第一透光層係覆蓋於發光二極體晶粒之側面，光波長轉換層係均勻地覆蓋於第一透光層及發光二極體晶粒之上，第二透光層係覆蓋於光波長轉換層之上。
Description
本發明係關於一種發光裝置及其製造方法，特別是適用於底座為透光材質之發光二極體晶粒的發光裝置及其製造方法。
目前常見的發光二極體技術之一為使用藍光發光二極體激發黃色螢光粉達到光學色彩的混光效果，而此技術其光學性能的表現則深受發光二極體之封裝元件製程中螢光粉塗佈的狀況影響。
請參照圖1，其係為一種習知發光裝置的示意圖，發光裝置1其係包含基板11、發光二極體晶粒12、晶粒黏著部13、螢光粉層14以及覆蓋層15。其中晶粒黏著部13設置於基板11中央，發光二極體晶粒12裝設於晶粒黏著部13上，螢光粉層14覆蓋發光二極體晶粒12之側面及上表面，覆蓋層15覆蓋於螢光粉層14上方。
由於螢光粉層14之材料特性（液態之表面張力等）以及發光二極體晶粒12之側面與晶粒黏著部13之裝設接觸面存在的幾何關係限制（例如直角接觸關係），使螢光粉層14覆蓋於發光二極體晶粒12側面之部分會有不均勻的厚度分布，此不均勻的厚度分布將造成光學色彩混光後的特性不佳，進而在其它後端燈具應用時產生色暈的現象。
在螢光粉層14於發光二極體晶粒12側面有不均勻的厚度分布情況下，會使正面光束與側面光束通過螢光粉層14的光路徑長短不同，無法均勻的混光，將大幅降低發光裝置1其光學色彩表現的均勻性與一致性。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種發光裝置及其製造方法，其係適用於底座為透光材質之發光二極體晶粒，且具有較佳的光學色彩均勻性與一致性。
為達上述目的，本發明提供一種發光裝置其係包含一基板、一發光二極體晶粒、一第一透光層、一光波長轉換層以及一第二透光層。基板具有一晶粒黏著部，發光二極體晶粒係設置於晶粒黏著部上，且具有ㄧ底座，底座係為透光材質。第一透光層係覆蓋於發光二極體晶粒之側面，光波長轉換層係均勻地覆蓋於第一透光層及發光二極體晶粒之上，第二透光層係覆蓋於光波長轉換層之上。
為達上述目的，本發明尚提供一種發光裝置的製造方法，其步驟係包含提供一基板，基板具有一晶粒黏著部；將一發光二極體晶粒設置於晶粒黏著部上，發光二極體晶粒具有一底座，底座係為透光材質；將一第一透光層覆蓋於發光二極體晶粒之側面；將一光波長轉換層均勻地覆蓋於第一透光層及發光二極體晶粒之上；以及將一第二透光層覆蓋於光波長轉換層之上。
承上所述，本發明之發光裝置係以第一透光層覆蓋發光二極體晶粒的側面，使後續設置的光波長轉換層能以一均勻的厚度覆蓋於第一透光層及發光二極體晶粒的上表面，讓發光二極體晶粒其側面與正面所發出之光束在通過光波長轉換層後，能得到良好的光學混光效果以及色彩的均勻性與一致性。
更進一步，本發明之發光裝置的製造方法係先於發光二極體晶粒的側面形成第一透光層，讓光波長轉換層能以一均勻的厚度形成於第一透光層及發光二極體晶粒的上表面，使從發光二極體晶粒所發出的正面光束與側面光束能在通過光波長轉換層後得到良好的混光效果，有效解決混光後色彩不均勻與一致性不佳的問題。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種發光裝置及其製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2，其係為依據本發明較佳實施例之一種發光裝置的示意圖。發光裝置2係包含一基板21、一發光二極體晶粒22、一第一透光層23、一光波長轉換層24以及一第二透光層25。其中基板21具有一晶粒黏著部211，其係位於基板21上表面的中央處，發光二極體晶粒22係設置於晶粒黏著部211上，第一透光層23係覆蓋於發光二極體晶粒22之側面及上方，光波長轉換層24係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23之上，第二透光層25係覆蓋於光波長轉換層24上。
基板21更具有二電極連接件212與213、一第一電極214以及一第二電極215。其中第一電極214與第二電極215設置於基板21上，位於晶粒黏著部211的兩側，且係與發光二極體晶粒22電性相連，電極連接件212與213係穿設基板21，以分別將第一電極214與第二電極215電性連接至基板21的下表面。另外基板21之材質係為氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、矽基板、銅金屬及其合金、鋁金屬及其合金、金屬核印刷電路板（metal-core printed circuit board）、玻璃纖維環氧樹脂基板（flame retardant type,如FR4或FR5）或陶瓷材料（direct bond copper）等可供發光二極體晶粒22黏著之基板材質。
請參照圖3A及圖3B所示，其係為本發明之發光二極體晶粒22的晶粒結構的變化態樣示意圖。其中為便於顯示及說明，可能與實際結構比例不符，於此僅作為參考而非為限制性者。本發明之發光二極體晶粒22的晶粒結構可依據實際使用之後續燈具需求作選擇變化。例如圖3A所示，發光二極體晶粒22更具有一第一電極221、一底座222、一磊晶層223以及一第二電極224。其中第一電極221與第二電極224皆設置於磊晶層223的下表面，此結構為覆晶或類覆晶（flip chip）晶粒結構，本發明之較佳實施例係以覆晶晶粒結構為例，然其非為限定。
底座222設置於磊晶層223上方，其材質係為藍寶石、氧化鋁、玻璃、二氧化矽或碳化矽等透光材質。當發光二極體晶粒22發光（為可見光或不可見光）時，因底座222為透光材質，將同時產生正面光束A與側面光束B，此時光波長轉換層24覆蓋方式的好壞將影響發光裝置的混光效果及色彩表現，此技術內容將於後面再做說明。
如圖3B所示，於其他實施例中，發光二極體晶粒22a更可為水平式（horizontal）晶粒結構，亦即第一電極221與第二電極224皆設置於磊晶層223上表面。發光二極體晶粒22a係藉由底座222黏著固定於晶粒黏著部211上方。
請參照圖4A至圖4C所示，其係為本發明之第一透光層覆蓋於發光二極體晶粒的變化態樣示意圖，其中為便於顯示及說明，部分元件並未標示於其中，於此僅作為參考而非為限制性者。本發明之第一透光層23覆蓋於發光二極體晶粒22的側面，然並非限定其態樣與覆蓋型態，可依照實際的需求作搭配變化。如圖4A所示，第一透光層23覆蓋於發光二極體晶粒22之上，且同時以三角形或類三角形的剖面形狀覆蓋於發光二極體晶粒22的側面，另外光波長轉換層24係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23的上方。
如圖4B所示，第一透光層23a係以發光二極體晶粒22之側面和基板21之上表面為邊界，形成剖面為三角形或類三角形的形狀覆蓋於發光二極體晶粒22之側面，此時光波長轉換層24a係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23a及發光二極體晶粒22的上方。
如圖4C所示，第一透光層23b係以其外表面和發光二極體晶粒22之底面為邊界，形成剖面為梯形或類梯形的形狀覆蓋於發光二極體晶粒22的該些側面與上表面，光波長轉換層24b同樣地係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23b上方。此外，第一透光層係為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂之混合物、高分子材料、玻璃或其他可透光材質，而光波長轉換層更具有光波長轉換粒子，其係為釔鋁石榴石（YAG）螢光粉、矽酸鹽（Silicate）螢光粉、鋱鋁石榴石（TAG）螢光粉、氧化物螢光粉、氮化物螢光粉、鋁氧化物螢光粉、其他可供光波長轉換之螢光粉或材料。
請同時再參照圖3A至圖3B所示，由於底座222係為透光材質，故發光二極體晶粒22發光時會同時產生正面光束A與側面光束B，此時藉由先將第一透光層23覆蓋於發光二極體晶粒22的該些側面與上表面，使後續設置的光波長轉換層24能以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23及發光二極體晶粒22的上方，讓正面光束A與側面光束B兩者通過光波長轉換層24的光路徑長度能相當，解決習知技術因螢光粉層（光波長轉換層）厚度的塗佈不均，導致正面光束A與側面光束B兩者通過光波長轉換層的光路徑長度相差甚大，所產生之色彩均勻性與一致性不佳的問題，進而達到良好的混光效果。同時克服後續搭配其他二次光學透鏡可能產生的色暈問題，更進一步，因本發明之發光二極體晶粒22之底座222使用透光材質，相較於使用非透光材質（例如碳化矽或銅）底座的發光二極體晶粒，更具有晶粒材料成本上的競爭優勢。
請參照圖5A至圖5C所示，其係為本發明之第二透光層25的變化態樣示意圖。首先敘明的是，基板21更可具有一反射結構216，其係位於基板21上表面的兩側，視發光裝置2實際的使用需求將發光二極體晶粒22所發出之光做進一步的聚光或散光，於其他實施例中亦可不設置反射結構，或者可更改其形狀態樣，本發明之較佳實施例係未設置反射結構，然其非用以限定本發明。
第二透光層25係覆蓋於光波長轉換層24上，然並非限定其態樣與覆蓋外型，同樣的第一透光層23其覆蓋發光二極體晶粒22的型態亦是如此，可依照實際的使用需求例如是散光、聚光或者遠投射等，抑或是根據後續搭配之燈具用途做變化。如圖5A所示，第二透光層25為外凸型，如圖5B所示之第二透光層25a為平面型，如圖5C所示之第二透光層25b則為內凹型。此外，第二透光層25～25b係為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂混合物、高分子材料、玻璃或其他可透光材質所構成，又圖中之第一透光層23、光波長轉換層24～24b以及發光二極體晶粒22等元件，與圖4A至圖4C的第一透光層23～23b、光波長轉換層24以及發光二極體晶粒22等元件具有相同的技術特徵，故此處不再敘述其技術內容。
請參照圖6，其係為本發明較佳實施例之一種發光裝置2的製造方法流程圖，本實施例之製造方法包括步驟S01至步驟S05。
請同時參照圖2，首先步驟S01提供一基板21，基板21係具有一晶粒黏著部211，晶粒黏著部211係位於基板21上表面的中央處。其中基板21更具有二電極連接件212與213、一第一電極214以及一第二電極215，電極連接件212與213穿設於基板21，以分別將第一電極214與第二電極215電性連接至基板21的下表面，另外基板21使用之材質可為氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、矽基板、銅金屬及其合金、鋁金屬及其合金、金屬核印刷電路板、玻璃纖維環氧樹脂基板或陶瓷材料等。
請再同時參照圖3A，步驟S02將一發光二極體晶粒22設置於晶粒黏著部211上，發光二極體晶粒22係具有一底座222，底座222係為藍寶石、氧化鋁、玻璃、二氧化矽或碳化矽等透光材質。其中發光二極體晶粒22更具有一第一電極221、一第二電極224以及磊晶層223，第一電極221與第二電極224同位於磊晶層223的下表面，底座222係位於磊晶層223上方。
然後，步驟S03將一第一透光層23覆蓋於發光二極體晶粒22之側面。其中第一透光層23係使用點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程、模具成型製程或其他可覆蓋的方式，以三角形或類三角形的形狀覆蓋於發光二極體晶粒22的側面，此外第一透光層23使用之材質係為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂之混合物、高分子材料、玻璃或其他可透光材質。
接著，步驟S04將一光波長轉換層24均勻地覆蓋於第一透光層23及發光二極體晶粒22之上，其中光波長轉換層24係以點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程、模具成型製程或其他可覆蓋的方式，以均勻的厚度成型於第一透光層23及發光二極體晶粒22之上。此外，光波長轉換層24更具有光波長轉換粒子，其材質係為釔鋁石榴石螢光粉、矽酸鹽螢光粉、鋱鋁石榴石螢光粉、氧化物螢光粉、氮化物螢光粉、鋁氧化物螢光粉、其他可供光波長轉換之螢光粉或材料。
最後，步驟S05將一第二透光層25覆蓋於光波長轉換層24之上。其中第二透光層25係以點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程、模具成型製程或其他可覆蓋的方式，成型於光波長轉換層24之上，成型之形狀可為外凸型、平面型或者是內凹型。另外，第二透光層25之材料係為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂混合物、高分子材料、玻璃或其他可透光材質。
請再參照圖4A至圖4C所示，其係為第一透光層覆蓋於發光二極體晶粒的覆蓋方式態樣示意圖，本發明之第一透光層23於發光二極體晶粒22的側面形成覆蓋，然並非限定其形態與成型方式，同樣的第二透光層25其成型的方式與態樣亦可參照圖5A至圖5C所示，可依實際的需求作適當變化，此外為便於顯示及說明，部分元件並未標示於其中，於此僅作為參考而非為限制性者。
如圖4A所示，第一透光層23係覆蓋於發光二極體晶粒22之上，且同時以三角形或類三角形的剖面形狀覆蓋於發光二極體晶粒22的該些側面，此時光波長轉換層24係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23上方。
如圖4B所示，第一透光層23a係以發光二極體晶粒22之側面和基板21之上表面為邊界，形成剖面為三角形或類三角形的形狀覆蓋於發光二極體晶粒22之側面，光波長轉換層24a係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23及發光二極體晶粒22的上方。
如圖4C所示，第一透光層23b係以其外表面和發光二極體晶粒22之底面為邊界，形成剖面為梯形或類梯形的形狀覆蓋於發光二極體晶粒22的側面與上表面，另外光波長轉換層24b同樣係以均勻的厚度覆蓋於第一透光層23b上方。
綜上所述，本發明之發光裝置係及其製造方法適用於底座為透光材質的發光二極體晶粒。第一透光層係覆蓋發光二極體晶粒的側面，使光波長轉換層能以均勻的厚度覆蓋於第一透光層及發光二極體晶粒的上表面，讓發光二極體晶粒其側面所發出之光束在行經光波長轉換層的路徑與正面所發出之光束在行經光波長轉換層的路徑能兩者相當，進而得到良好的光學混光效果以及色彩的均勻性與一致性。
與習知技術相比，因光波長轉換層能以均勻的厚度塗佈，故解決了色彩均勻性與一致性不佳的問題，以及發光裝置在搭配其他光學透鏡後產生的色暈現象，另外因發光二極體晶粒的底座使用透光性材質，在生產成本上比使用非透光性材質底座的發光二極體晶粒更具有競爭優勢。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、2．．．發光裝置
11、21．．．基板
12、22、22a．．．發光二極體晶粒
13、211．．．晶粒黏著部
14．．．螢光粉層
15．．．覆蓋層
212、213．．．電極連接件
214、221．．．第一電極
215、224．．．第二電極
216．．．反射結構
222．．．底座
223．．．磊晶層
23、23a、23b．．．第一透光層
24、24a、24b．．．光波長轉換層
25、25a、25b．．．第二透光層
A．．．正面光束
B．．．側面光束
S01~S05．．．步驟
圖1為一種習知發光裝置的示意圖；
圖2為本發明較佳實施例之一種發光裝置的示意圖；
圖3A至圖3B為本發明之發光二極體晶粒的晶粒結構與變化態樣示意圖；
圖4A至圖4C為本發明之第一透光層覆蓋於發光二極體晶粒的變化態樣示意圖；
圖5A至圖5C為本發明之第二透光層的變化態樣示意圖；以及
圖6為本發明較佳實施例之一種發光裝置的製造方法流程圖。
圖2為本發明較佳實施例之一種發光裝置的示意圖；
圖3A至圖3B為本發明之發光二極體晶粒的晶粒結構與變化態樣示意圖；
圖4A至圖4C為本發明之第一透光層覆蓋於發光二極體晶粒的變化態樣示意圖；
圖5A至圖5C為本發明之第二透光層的變化態樣示意圖；以及
圖6為本發明較佳實施例之一種發光裝置的製造方法流程圖。
2．．．發光裝置
21．．．基板
211．．．晶粒黏著部
212、213．．．電極連接件
214．．．第一電極
215．．．第二電極
22．．．發光二極體晶粒
23．．．第一透光層
24．．．光波長轉換層
25．．．第二透光層
Claims (24)
- 一種發光裝置，其包含：
一基板，具有一晶粒黏著部；
一發光二極體晶粒，其係設置於該晶粒黏著部上，該發光二極體晶粒具有ㄧ底座，該底座係為透光材質；
一第一透光層，其係覆蓋於該發光二極體晶粒之側面；
一光波長轉換層，其係均勻地覆蓋於該第一透光層及該發光二極體晶粒之上；以及
一第二透光層，其係覆蓋於該光波長轉換層之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該基板之材質係為氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、矽基板、銅金屬及其合金、鋁金屬及其合金、金屬核印刷電路板、玻璃纖維環氧樹脂基板或陶瓷材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該基板更具有一第一電極、一第二電極和一電極連接件，其中該第一電極與該第二電極設置於該基板上，位於該晶粒黏著部的兩側，且與該發光二極體晶粒電性相連，該電極連接件係穿設該基板，以分別將該第一電極與該第二電極電性連接至該基板的下表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光二極體晶粒為水平式結構、覆晶結構或類覆晶結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該底座係為藍寶石、氧化鋁、玻璃、二氧化矽、碳化矽或透光材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透光層覆蓋於該發光二極體晶粒之上，且同時以三角形或類三角形的剖面形狀覆蓋於該發光二極體晶粒的側面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透光層係以該發光二極體晶粒之側面和該基板之上表面為邊界，形成剖面為三角形或類三角形的形狀覆蓋於該發光二極體晶粒之側面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透光層係以其外表面和該發光二極體晶粒之底面為邊界，形成剖面為梯形或類梯形的形狀覆蓋於該發光二極體的該側面與上表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透光層覆蓋於該發光二極體晶粒之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一透光層係為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂混合物、高分子材料、玻璃或可透光材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該光波長轉換層更具有光波長轉換粒子。
- 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該光波長轉換粒子係為釔鋁石榴石螢光粉、矽酸鹽螢光粉、鋱鋁石榴石螢光粉、氧化物螢光粉、氮化物螢光粉、鋁氧化物螢光粉或可供光波長轉換之螢光粉或材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第二透光層為矽膠、環氧樹脂、矽膠與環氧樹脂混合物、高分子材料、玻璃或可透光材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第二透光層為外凸型、平面型或內凹型。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光二極體晶粒之發光為可見光或不可見光。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該基板具有一反射結構，其位於該基板之上表面的側邊。
- 一種發光裝置的製造方法，其包含步驟：
提供一基板，該基板具有一晶粒黏著部；
將一發光二極體晶粒設置於該晶粒黏著部上，該發光二極體晶粒具有一底座，該底座係為透光材質；
將一第一透光層覆蓋於該發光二極體晶粒之側面；
將一光波長轉換層均勻地覆蓋於該第一透光層及該發光二極體晶粒之上；以及
將一第二透光層覆蓋於該光波長轉換層之上。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該第一透光層覆蓋於該發光二極體晶粒之上，且同時以三角形或類三角形的剖面形狀覆蓋於該發光二極體晶粒的側面。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該第一透光層係以該發光二極體晶粒之側面和該基板之上表面為邊界，形成剖面為三角形或類三角形的形狀覆蓋於該發光二極體晶粒之側面。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該第一透光層係以其外表面和該發光二極體晶粒之底面為邊界，形成剖面為梯形或類梯形的形狀覆蓋於該發光二極體的該側面與上表面。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其更包括一步驟將該第一透光層覆蓋於該發光二極體晶粒之上。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該第一透光層係以點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程或模具成型製程成型。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該光波長轉換層係以點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程或模具成型製程以均勻地覆蓋於該發光二極體及該第一透光材質層之上的方式成型。
- 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中該第二透光層係以點膠製程、網印製程、噴塗製程、沉積製程或模具成型製程覆蓋於該光波長轉換層之上的方式成型。
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