TW201417342A - 發光二極體結構 - Google Patents

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Abstract

發光二極體結構包括基板、發光二極體元件、環狀壩體及光學透鏡。基板具有上表面。發光二極體元件設於基板之上表面上，並用以發射具有第一波長之第一出射光。環狀壩體設於基板之上表面上，且環繞發光二極體元件。光學透鏡設置於基板上，且包覆環狀壩體及發光二極體元件，且光學透鏡與環狀壩體與發光二極體元件形成空腔

Description

發光二極體結構
本發明是有關於一種發光二極體結構，且特別是有關於一種改善出光效率的發光二極體結構。
傳統發光二極體結構包含基板及發光二極體，發光二極體設於基板上。發光二極體的主動面及側面都可射出光線。然而，從發光二極體之側面射出的光線最後耗損或無法利用，因而導致發光二極體結構之出光效率降低。
本發明係有關於一種發光二極體結構，可改善發光二極體結構之出光效率低的問題。
根據本發明之一實施例，提出一種發光二極體結構。發光二極體結構包括一基板、一發光二極體元件、一環狀壩體及一光學透鏡。基板具有一上表面。發光二極體元件設於基板之上表面上，並用以發射具有第一波長之第一出射光。環狀壩體設於基板之上表面上，且環繞發光二極體元件。光學透鏡設置於基板上，且包覆環狀壩體以及其所環繞之發光二極體元件，且光學透鏡與環狀壩體與發光二極體元件之間形成一空腔。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1A及1B圖，第1A圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體結構的剖視圖，而第1B圖繪示第1A圖之俯視圖。
如第1A圖所示，發光二極體結構100包括基板110、發光二極體元件120、環狀壩體130、光學透鏡140、波長轉換物質層150。
基板110包括第一電極111、第二電極112及絕緣層113，其中絕緣層113電性隔離第一電極111與第二電極112。本例中，基板110例如是金屬基板，然亦可為陶瓷基板或複合材料基板。此外，基板110具有上表面110u。
發光二極體元件120例如是藍光、綠光或紅光等可見光發光二極體晶片或紫外光二極體晶片。發光二極體元件120設於基板110之上表面110u上，並用以發射具有第一波長之第一出射光L。此外，至少二銲線125連接發光二極體元件120與基板110，以電性連接發光二極體元件120與基板110。另一例中，發光二極體元件120可以是覆晶式晶片，如此可省略銲線125。
環狀壩體(dam)130設於基板110之上表面110u上，且環繞發光二極體元件120。環狀壩體130可由絕緣性材料或導電性材料構成，其中絕緣性材料例如是矽膠，而導電性材料例如是金屬。環狀壩體130與基板110電性隔離，例如，當基板110為金屬基板時，環狀壩體130可由具有絕緣性的材料構成，如矽膠；當基板為陶瓷基板時，環狀壩體130可由導電材料或絕緣性材料構成。
環狀壩體130可由透明或遮光材料製成。當環狀壩體130由透光材料製成，環狀壩體130的折射率與光學透鏡140的折射率相異，使入射至環狀壩體130內的光線仍可被折射往光學透鏡140之突出部141(容後描述)的方向出光。當環狀壩體130由遮光材料製成，環狀壩體130由包括高反射率的材料，例如環狀壩體130由金屬製成，或於環狀壩體130表面貼附反射層。此外，環狀壩體130可以採用塗膠、金屬沉積製程、鑄膜法(compression molding)或微影製程(Photolithigraphy)形成。
環狀壩體130的內側面130s係平面，其實質上垂直於基板110之上表面110u。另一例中，環狀壩體130的內側面130s為斜平面，其傾斜於基板110之上表面110u。本例中，環狀壩體130的厚度係均一，然環狀壩體130的厚度亦可從環狀壩體130之上表面130u往下表面130b的方向係漸縮或漸擴。此外，環狀壩體130的內側面130s可以是光滑或形成散射結構，其中散射結構例如是結構化圖案或粗糙表面，其中結構化圖案例如光子晶體圖案。散射結構可散射入射至環狀壩體130的內側面130s的光線，以提升發光二極體結構100的出光效率。藉由設計環狀壩體130的內側面130s的輪廓形狀及/或表面粗糙度，可改變光線從內側面130s反射、折射或散射的路徑。
環狀壩體130呈封閉環形(第1B圖)，然另一例中，環狀壩體130可以是開放環形。本例中，環狀壩體130呈圓形(第1B圖)，然另一例中，環狀壩體130的外形可以是橢圓形、多邊形或任意外形，其中多邊形例如是三角形 或矩形。
環狀壩體130具有第二厚度h2、波長轉換物質層150具有第三厚度h3，且發光二極體元件120具有第一厚度h1，其中第二厚度h2至少大於第一厚度h1與第三厚度h3之和，使從發光二極體元件120之側面射出的光線幾乎全部射向環狀壩體130。一例中，發光二極體元件120之第一厚度h1約150微米，而環狀壩體130之第二厚度h2介於170至250微米之間。
相較於傳統之發光二極體結構，本發明實施例之發光二極體結構100由於環狀壩體130的設計，其流明及白光轉換效率提升7%至12%之間。此外，當環狀壩體130具有散射結構，則流明及白光轉換效率提升12%至17%。本發明實施例之發光二極體結構100的出光角度可控制在120度，此角度為照明用途的適合角度，然另一例中發光二極體結構100的出光角度亦可為120度以外的角度值。
光學透鏡140設置於基板110上，且包覆環狀壩體130及其所環繞之發光二極體元件120，且光學透鏡140與環狀壩體130與發光二極體元件120之間形成空腔。光學透鏡140可由封裝膠材質所構成，例如，光學透鏡140之空腔可由封裝膠材質所填滿。
光學透鏡140包括突出部141及延伸部142。突出部141形成於基板110之上表面110u上且包覆發光二極體元件120及環狀壩體130。
光學透鏡140之延伸部142形成於基板110的邊緣區域且從突出部141的底部邊緣往遠離環狀壩體130之方向 向外延伸。由於延伸部142的設計，在光學透鏡140的模壓製程中，上、下模具更緊實地壓合光學透鏡140的材料，進而使成形後之光學透鏡140更緊密地附著於基板110上。由於環狀壩體130的設計，使從發光二極體元件120之側面射出的光線透過環狀壩體130被引導至從突出部141出光，而不致進入延伸部142。進一步地說，若省略環狀壩體130，則部分光線將進入延伸部142內進行全反射而耗損，致使出光效率降低。一例中，延伸部142的厚度h4小於環狀壩體130的第二厚度h2，使射向延伸部142的光線幾乎全部入射至環狀壩體130。
此外，光學透鏡140可藉由點膠法、灌膠法、注膠法、射出成型法或鑄膜法完成。
波長轉換物質層150覆蓋發光二極體元件120之主動面，用以轉換具有第一波長之第一出射光成為具有第二波長之第二出射光L，其中第二波長大於第一波長。波長轉換物質層150是選自螢光粉、色素、顏料或其組合。
請參照第2圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體結構的剖視圖。發光二極體結構200包括基板110、發光二極體元件120、環狀壩體130、光學透鏡140及波長轉換物質層150。本例中，環狀壩體130的內側面130s為凹曲面，且環狀壩體130的厚度從環狀壩體130之上表面130u往下表面130b的方向漸擴。另一例中，環狀壩體130的內側面130s同樣為凹曲面，但環狀壩體130的厚度從環狀壩體130之上表面130u往下表面130b的方向漸縮。
請參照第3圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光 二極體結構的剖視圖。發光二極體結構300包括基板110、發光二極體元件120、環狀壩體130、光學透鏡140及波長轉換物質層150。本例中，環狀壩體130的內側面130s為凸曲面，且環狀壩體130的厚度從環狀壩體130之上表面130u往下表面130b的方向漸擴。另一例中，環狀壩體130的內側面130s同樣為凸曲面，但環狀壩體130的厚度從環狀壩體130之上表面130u往下表面130b的方向漸縮。
由上可知，環狀壩體130之內側面130s可以為平面、曲面或其組合。環狀壩體130之厚度可從上表面130u往下表面130b的方向均一、漸縮、漸擴或其組合變化。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
110u‧‧‧上表面
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧第二電極
113‧‧‧絕緣層
120‧‧‧發光二極體元件
125‧‧‧銲線
130‧‧‧環狀壩體
130b‧‧‧下表面
130s‧‧‧內側面
130u‧‧‧上表面
140‧‧‧光學透鏡
141‧‧‧突出部
142‧‧‧延伸部
150‧‧‧波長轉換物質層
h1、h2、h3、h4‧‧‧厚度
L‧‧‧光線
第1A圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體結構的剖視圖。
第1B圖繪示第1A圖之俯視圖。
第2圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體結構的剖視圖。
第3圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體結構的剖視圖。
100‧‧‧發光二極體結構
110‧‧‧基板
110u‧‧‧上表面
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧第二電極
113‧‧‧絕緣層
120‧‧‧發光二極體元件
125‧‧‧銲線
130‧‧‧環狀壩體
130b‧‧‧下表面
130s‧‧‧內側面
130u‧‧‧上表面
140‧‧‧光學透鏡
141‧‧‧突出部
142‧‧‧延伸部
150‧‧‧波長轉換物質層
h1、h2、h3、h4‧‧‧厚度
L‧‧‧光線

Claims (11)

  1. 一種發光二極體結構，包括：一基板，具有一上表面；一發光二極體元件，設於該基板之該上表面，並用以發射具有一第一波長之一第一出射光；一環狀壩體(Dam)，設於該基板之該上表面，且環繞該發光二極體元件；以及一光學透鏡，設置於該基板上，且包覆該環狀壩體以及其所環繞之該發光二極體元件，且該光學透鏡與該環狀壩體與該發光二極體元件之間形成一空腔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中更包括：一波長轉換物質層，覆蓋該發光二極體元件之表面，且將具有該第一波長之該第一出射光轉換成具有一第二波長之一第二出射光，該第二波長大於該第一波長；其中，該波長轉換物質層具有一第三厚度，該發光二極體元件具有一第一厚度，而該環狀壩體具有一第二厚度，該第二厚度至少大於該第一厚度與該第三厚度之和。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體結構，其中該波長轉換物質層是選自螢光粉、色素、顏料或其組合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體結構，其中該環狀壩體與該基板電性隔離。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體結構，其中該光學透鏡之折射率與該環狀壩體之折射率相異。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體結構，其中該光學透鏡可由封裝膠材質所構成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體結構，其中該光學透鏡之空腔可由封裝膠材質所填滿。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體結構，其中該環狀壩體可由矽膠或金屬所構成。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之發光二極體結構，其該發光二極體元件為藍光、綠光、或紅光等可見光發光二極體晶片或紫外光二極體晶片。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該光學透鏡可藉由點膠法、灌膠法、注膠法、射出成型法或鑄膜法完成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該光學透鏡在與該基板接觸之底部邊緣更包括一延伸部，該延伸部往遠離該環狀壩體之方向向外延伸。
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