TWI481063B - 高效能發光二極體封裝 - Google Patents

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Description

高效能發光二極體封裝
本發明係關於發光二極體且特定而言係關於發白色光之封裝發光二極體。
發光二極體(LED)係一類藉由在適宜半導體材料中刺激電子電洞再結合事件而將所施加電壓轉換成光之光子半導體裝置。而，在該再結合事件中所釋放之某些或所有能量產生一光子。
發光二極體共享其他半導體裝置之大量有利特徵。此等有利特徵通常包含碩壯實體特性、長壽命、高可靠性，及端視特定材料，低成本。
本文中使用之大量術語在業內係常見且眾所周知。然而，在此業內使用中，有時會將此等術語之意義非正式地混合使用。因此，在本文中將盡可能精確地使用此等術語，但無論如何依據上下文將能更清晰地瞭解該等術語之意義。
因此，術語"二極體"或"晶片"通常係指最少包含相反導電性類型(p和n)之兩個半導體部分以及某種形式之歐姆觸點以容許跨越所得p－n接面施加電流之結構。
術語"燈"用於表示一與一適宜電觸點及潛在地一透鏡匹配以便形成一個可添加至或包含於電路或照明器材或其二者中分立裝置之發光二極體。
如本文中所使用，術語"封裝"通常係指在將半導體晶片 連同一向二極體提供某種實體保護且可在光學上引導光輸出之塑膠透鏡(樹脂、環氧樹脂、囊封劑)置於一適宜實體及電氣結構(有時，其係一盡可能簡單的一小片藉以施加電流之金屬)。在本上下文中，封裝包含一反射結構，其通常由聚合物形成且二極體倚靠於其中。添加一個透鏡及電觸點通常形成一燈。
關於發光二極體及二極體燈之結構及運作之適宜參考包含Sze,PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES,2d Edition(1981)及Schubert,LIGHT－EMITTING DIODES,Cambridge University Press(2003)。
一LED發射之色彩主要由形成其之材料界定。由砷化鎵(GaAs)及磷化鎵(GaP)形成之二極體於往往在可見光譜之較低能量(紅色或黃色)部分中發射光子。諸如碳化矽(SiC)及族III氮化物之材料具有較大能帶隙且因此可以產生具有較大能量之光子，其表現為可見頻譜之綠色、藍色及紫色部分以及表現為電磁頻譜之紫外線部分。
在某些應用中，一可對其輸出進行調變或轉換至一不同色彩之LED更有用。特定而言，隨著發藍色光的LED之可用性大幅增加，同樣增加了下變頻藍色光子之發黃色光的磷光體之使用。特定而言，組合二極體所發射之藍色光及磷光體所發射之黃色光可形成白色光。而且，來自固態源之白色光之可用性提供以下能力：將其併入大量應用(特定而言包含照明)中且作為彩色顯示器之發光(通常為背光)。在該等裝置中(例如，平面電腦螢幕、個人數位助理 及蜂巢電話)，藍色LED及黃色磷光體產生白色光，隨後使該白色光以某種形式分佈以照射彩色像素。該等彩色像素通常由液晶彩色過濾器及偏光器之一組合所形成，且通常將包含背光之整個單元稱為一液晶顯示器("LCD")。
在本申請案中，以一般意義使用術語"白色光"。彼等熟悉色彩產生及人類眼睛對色彩感覺的人將辨識可出於精確目的而被界定為"白色"之特定頻率混合。雖然本文中所述之某些二極體可產生此精確輸出，但術語"白色"在本文中之使用多少更為寬廣且包含不同個體或偵測器將感覺為具有偏向(例如)黃色或藍色之淺色調之光。
如以上關於顯示器所述，發光二極體越來越廣泛用於照明目的。為此，"指示"係指一直接視為一自發光物件之光源(例如，一件電子設備上之指示器燈)而"照明"係指一用於在其他物件所反射之光中觀看彼等物件之源(例如，室內照明或臺燈)。參見：國家照明產品資訊綱要(National Lighting Product Inforrnation Program)，網址為http：//www.lrc.rpi.edu/programs/NLPIP/glossary.asp(2006年12月)。
然而，與指示相比，照明往往需要更高數量之光輸出。為此，一二極體以任何既定時間量所產生個別光子之數量取決於該二極體中所產生之再結合事件之數量，其中光子之數量通常少於再結合事件之數量(例如，並非每一事件產生一光子)。而且，再結合事件之數量取決於跨越該二極體所施加電流之量。再者，再結合事件之數量通常將少 於跨越該接面所注入之電子之數量。因此，該等電子性能可減少二極體之外部輸出。
另外，當產生光子時，該等光子亦必須離開該二極體且觀察者將感覺到燈。雖然大多數光子將毫不困難地離開燈，但大量已知因素起作用以防止光子離開且因此減少LED燈之外部輸出(亦即，降低其效率)。此等因素包含一光子之內部反射直至其被重新吸收而非發射。二極體中材料之間的折射率之差異亦可改變一所發射光子朝向一物件(其隨後將該光子吸收)之方向。對於一含有磷光體之LED燈中由該磷光體所發射之黃色光子而言，可發生相同之結果。在一LED燈中，此等「物件」可包含基板、封裝之部件、金屬接觸層及防止該光子自等逃逸之任何其他材料或元件。
如上所述，白色光LED越來越多地用於電子裝置之光顯示器。在諸多此等應用中，LED係垂直於相關螢幕之端面安裝。以此定向，且改為引導至螢幕本身之後面，使LED指向一光導(通常為一片平面塑膠)之邊緣，以便當來自LED之光進入該光導之邊緣時，該光導即可漫射光亦可將該光之某些部分再定向成垂直於顯示器螢幕之平面。
為此目的而封裝之發光二極體稱為側視表面安裝LED或"側觀看者"。一側視(側觀看者)二極體燈之習用封裝係由白色塑膠樹脂以一在一金屬條周圍形成一空腔之形狀模製而成(從而形成用於將二極體安裝於封裝中之引線框架)。該空腔通常界定該等相應側之間的側壁角度。在多數常見 封裝中，該等側壁角度近似上面安裝有晶片於之表面(基底)。
雖然顯示器照明代表對側觀看者LED之一頻繁使用，但側觀看者應用並非侷限於顯示器或水平定向。同樣地，雖然諸多顯示器為背光式，但本發明亦可與其他照明幾何形狀或佈置配合使用。
通常，假設白色塑膠材料係一真實朗伯(漫射)反射鏡，亦即，其以全部2π球面度相等地散射光於。因此，習用封裝往往會最大化封裝基底(該封裝中空腔之背側內部表面)，以便更容易地將LED晶片定位於該封裝中(亦即，更多空間)。然而，在某種程度上任何此等假設皆不準確，因此LED燈之有效輸出將遭受損失。
為此，一鏡反射表面係一種鏡狀表面，而一朗伯表面係一種遵循朗伯餘弦定律且因此演示相同亮度與視角無關之表面。因此，將瞭解(如熟悉此項技術者所瞭解)任一既定表面通常係在一自完美鏡反射至完美朗伯之連續區上的任何地方。
總而言之，大量因素可減小一LED燈之外部光輸出。因此，在增加此等LED燈之外部輸出方面需要繼續改進。
在一態樣中，本發明係一發光二極體燈，其包括一界定呈一立體多邊形形狀之凹陷之樹脂封裝，其中該凹陷包括一基底、沿該基底之相應較長側之側壁及沿該基底之相應較短側之端壁。該凹陷具有一選自由以下組成之群組之幾 何形狀：(i)側壁在其間界定一大於3∘角度，(ii)端壁在其間界定一大於40∘角度，及(iii)其二者之組合。一發光二極體晶片位於該封裝之基底上。
在另一態樣中，本發明係一發光二極體燈，其包括一界定一呈一立體多邊形形狀之凹陷之樹脂封裝，其中該凹陷包括一矩形基底、沿該矩形基底之相應較長側之至少兩個側壁及沿該矩形基底之相應較短側之兩個端壁。該兩個側壁界定一大於三度(3∘)之角度，且該兩個端壁界定一大於40∘之角度。一發光二極體晶片定位於該封裝之矩形基底上。
在再一態樣中，本發明係一發光二極體燈，其包括一具有一大於1：1之縱橫比且界定一呈一三維立體形狀之凹陷之樹脂封裝，該凹陷包括一具有一大於1：1縱橫比之基底、沿該基底之相應較長側之彎曲側壁及沿該基底之相應較短側之彎曲端壁。該封裝界定一沿其長軸平分該封裝之第一平面及一沿其窄軸平分該封裝之第二平面。該凹陷具有一選自由以下組成之群組幾何形狀：(i)側壁在其間且沿該第二平面界定一大於3∘角度，(ii)端壁在其間且沿第一平面界定一大於40∘角度，及(iii)其二者之組合。一發光二極體晶片位於該封裝之基底上。
在又一態樣中，本發明係一用於二極體燈之反射結構。在此態樣中，本發明係一具有至少一個大致矩形之端面之封裝，亦即，一界定一呈一立體多邊形形式之凹陷之封裝，該凹陷具有：一平行於該矩形端面之基底，於兩個沿 該矩形端面之相應較長邊緣之側壁，兩個沿該矩形端面之相應較短邊緣之端壁，及一與該矩形端面共面之表面。該等側壁界定一大於3∘之角度，或該等端壁界定一大於40∘之角度，或二者。該反射結構之基底包含電觸點。
在尚一態樣中，本發明係一背光照明一顯示器之方法。在此態樣中，本發明包含以下步驟：將來自一發光二極體之光引導至兩個封裝壁，該等封裝壁至少由該二極體之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一至少3∘之角度；且同時將來自該發光二極體之光引導至其他兩個封裝壁，該等封裝壁至少由該二極體之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一大於40∘之角度；及將來自四個封裝壁之光引導至一為一顯示器提供背光之光分配器。
基於下文之詳細說明並結合附圖，本發明之上述及其他目的及優點以及達成該等目的及優點之方式將變得更加明瞭。
與習用思想相反，現在已發現用於發光二極體之典型塑膠封裝係非朗伯的，亦即，存在一顯著鏡反射分量且應考量將其用於封裝反射鏡設計。另外，人們已發現旋轉約2π球面度使反射更多地朝向封裝外部會增加總輸出，且打開(亦即，增加)空腔之拐角之角度往往會在光逃逸之前減少多重反射之數量。
可將本發明之諸多態樣與先前技術相比較來加以理解。因此，圖1、2及3圖解闡釋典型之習用封裝。此等圖與商 業封裝之外觀相比多少有所簡化，以將焦點集中在與此項技術及本發明關聯程度最高的態樣上。然而，代表性燈具易於在市場上購得且通常已在於先前技術中解決，包含先前專利及已公開申請案。因此，熟悉此項技術者將認識到相關態樣而無需過多實驗或解釋。
圖1圖解闡釋一通常以10表示的大致矩形封裝。圖1係一俯視圖且顯示一凹陷(通常以13表示)之基底12上之發光二極體晶片11。凹陷13由以下部分界定：基底12、相應側壁14及15、相應端壁16及17，及一在空間上與封裝10之前表面20同面之表面。如圖1所圖解闡釋，習用設計提供一與被晶體11覆蓋之區域相比相對大之基底12，假定某些此等裝置之大小相對小，則此使得在製作步驟其間將LED晶片11定位於基底12多少更容易。
封裝及其凹陷之定向在上下文中將更清晰。然而，作為一非正式註釋，本說明書及申請專利範圍係將該封裝上面倚靠有LED指後面部分稱為"基底"。將瞭解，某些使用者將此相同表面稱為該封裝之"內部背表面"。同樣，本說明書及申請專利範圍使用術語"側"來闡釋彼等垂直於該基底之壁。在某些非正式使用中，有時亦將該等壁稱為封裝之"頂"和"底"，此乃因以側觀察者定向安裝燈時，該等壁定位在LED晶片上方及下方。為清晰起見，圖4－6中未圖解闡釋通至封裝外部之電觸點。
如將在圖8－14中所圖解闡釋，在一適當幾何形狀意義上，根據本發明之某些實例性封裝未必係矩形。然而，該 等封裝通常係矩形，此乃因其長度及寬度尺寸彼此不同。為在不誤用術語"矩形"之前提下闡釋此等形狀，可將該等封裝闡述為具有一大於1：1且在諸多情況下大於5：1之縱橫比。在實例性實施例中，縱橫比介於約3：1與7：1之間。如本文中所用，術語"縱橫比"係指較長總尺寸與較窄總尺寸之比。
圖2及3示意性圖解闡釋毗鄰基底12的習用傾斜封裝壁16及17。亦應瞭解，在諸多情形下燈10將包含一由填充(或部分填充)凹陷13之透明樹脂形成之透鏡。此態樣係關於圖7顯示，但為了清晰起見已自圖1－3中略去。
將進一步瞭解，某些先前技術封裝以剛剛所述之方式係大致而非精確之矩形。
一般而言，習用封裝在相應壁16與17之間具有一小於40∘之角度，此意味著圖2中在側壁17與垂直於基底12之線P 之角度theta(θ)通常將小於約20∘。
然而，將理解為容納一線接合或其他特徵，雖然該等側壁或端壁遵守本文中於所述之總角度，但其在每一側未必相同。舉例而言，壁之間的一40∘角度可一個與垂直線P 成23∘之壁及另一與垂直線P 成17∘之壁形成。壁越陡峭給線接合提供的空間越多。
同樣，圖3以放大形式圖解闡釋端壁14與15間的角度通常不大於約2∘，此意味著側壁15與一垂直於基底12之線之間的角度phi(φ)不大於約1∘。
如上所述及在先前技術中，習用設計假定封裝具有郎伯 特性且因此於具有相等之反射，壁傾斜之角度通常無關緊要且最大化基底12之大小對製作目係有利。
雖然發明者並不期望受到任何特定理論之束縛，但顯而易見本文中所述較大角度往往有利於朗伯發射體，例如，在本文中別處所提及可自Cree,Inc購得之EZBRIGHTTM 二極體。同樣，中等角度往往有利於於較少或非朗伯發射體。因此，本發明提供一其中相關壁之間的角度互補晶片之發射場輪廓以比原本情況產生產生更大之光輸出。
此等益處先前並未觀察到，此乃因於大多數習用設計最初係針對非朗伯發射體且在為某些此等非朗伯發射體提供較大角度時，改進效果並不明顯。作為一第二緣由，習用思想往往會對基底空間進行最優化以使晶片之放置及接合更容易。
然而，在本發明中，較緊密角度及較小基底空間可因晶粒接合往往會變成自對準而實際上改良製造於準確度。當將晶片置於封裝中日寺，該晶片會在接合步驟期間隨著其被向下推入該封裝中而將其自己與側壁對準。
圖4、5及6圖解闡釋根據本發明之發光二極體燈之態樣。在此態樣中，該二極體燈包含通常表示為22之樹脂封裝。封裝22界定一通常表示為23且呈立體多邊形形狀之凹陷。凹陷23包含一矩形基底24、兩個沿矩形基底24之相應較長側之側壁25及26及兩個沿矩形基底24之相應較短側之端壁27及30。封裝31之端面界定多邊形凹陷23之最後側。
兩個側壁25、26在其間界定一大於3∘之角度。此圖解闡 釋於圖5中，其中角度phi將代表壁25與26之間的總角度的一半，此乃因所圖解闡釋之phi係壁中之一者(26)與一垂直於基底12之線P 之間的角度。換言之，在本發明中，角度phi至少為1.5∘。
然而，如上文所述，本發明於並非侷限於對稱端壁或側壁。因此，該等側壁之間的角度可大於3∘，即使該等側壁相對於基底之定向係不對稱的。
將瞭解，可使用普通且眾所周知的定義以若干方式來闡釋相應角度之幾何形狀。因此，若壁26與垂直線之間的角度phi至少為1.5∘，則基底12與壁26之間的鈍角將至少為91.5∘。因此，壁26與基底24之間的銳角將不超過88.5∘。所有此等角度皆闡釋相同關係，此取決於用於界定該等角度於之線。在其他實施例中，若端壁之間的角度相對較大，則側壁之間的角度可略小。
圖4顯示兩個端壁27及30在其間界定一大於40∘之角度，此意味著圖4中壁27與垂直線之間的角度theta將至少為20∘。如側壁一樣，端壁可不對稱的且仍可在其間界定一大於40∘之角度。
燈結構包含位於封裝22之基底24上同樣編號為11之發光二極體晶片。在實例性實施例中，二極體係呈"倒裝晶片"定向且可能包含一反射層或一反射基板。可自Cree,Inc.,Durham,NC(本發明之受讓人)購得之EZBRIGHTTM 二極體係實例性且包含具有反射鏡及一矽支撐基板之倒裝晶片定向。
圖7圖解闡釋一此類型燈中之某些額外特徵。若適用，則圖7中相同元件帶有與先前圖式中相同之參考編號。特定而言，圖7圖解闡釋一概括地表示為32之燈，其中通常同樣表示為22之封裝亦包含在矩形基底24與封裝22之外部表面中之至少一者之間的相應電觸點33及34。二極體11倚靠在觸點34(且該二極體通常係使用黏合劑而固定至該觸點，例如，該黏合劑係聚矽氧、銀環氧樹脂或銲料)且一導線37將二極體11連接至另一觸點33。如此項技術中眾所周知，此等觸點以及其他相關元件(例如，接合墊及銲料(未顯示))可採取多層或金屬與合金之組合之形式。
燈32進一步包括一樹脂囊封劑35，其在由壁25、26、27、30所形成之凹陷之至少若干部分中。
由於本發明之燈之有用應用中之一者係提供白色光，因此囊封劑35係選自一當存在通常由二極體晶片11所發射之藍色光時呈穩定狀態之材料。因此，該囊封劑可係任一適合於本發明之目的且另外不干擾LED晶片或該燈之其他元件之運作之材料。As set forth in co－pending and commonly assigned application Serial No.filed September 1,2006如2006年9月1日申請之序列號為60/824,385之共同待決及共同受讓之申請案"Phosphor Position In Light Emitting Diodes"中所述，當LED晶片以光譜之較高能量部分(例如，藍色、紫色及紫外線)發射時，該囊封劑對於在此等頻率下所發射之光子應係較不反應或惰性的。因此，聚砂氧烷("聚矽氧")往往特別適合於囊封劑。一般而言，術語 聚砂氧烷係指任一構造於一－(－Si－O－)n－骨架(通常具有有機側基)之聚合物。在一寬廣意義上，術語"樹脂"用於指代可由其形成該封裝之任一聚合物、共聚物或複合物。此等材料通常為熟悉此項技術者所眾所周知且無需詳細論述。
圖7圖解闡釋為使用來自二極體晶片11之藍色光來產生白色光，燈32通常包含囊封劑35中之磷光體36。圖7以一橢圓形式示意性顯示磷光體36之分佈，但將瞭解該磷光體可以若干不同定向分佈以增強光輸出。某些此等定向闡述於2006年4月26日申請之第60/745,478號"Side View Surface Mount White LED"及2006年9月1日申請之第60/824,385號「Phosphor Position in Light Emitting Diodes」共同待決及共同受讓美國待決申請案中。此等申請案之內容皆以全文引用的方式併入本文中。
另外，雖然圖7將囊封劑35圖解闡釋為形成一多少有點凸的透鏡，但該透鏡之形狀可採取其他形式，例如，2006年9月1日申請之第60/824,390號"Encapsulant Profile for Light Emitting Diodes"共同受讓及共同待決申請案中所述之某些形式。此申請案之內容以全文引用的方式併入本文中。
如先前技術中所述，為自LED晶片11之藍色發射產生白色光，將磷光體選擇成回應於藍色光主要以可見光譜之黃色部分來發射。相關磷光體係相對寬廣之發射體(亦即，一色彩範圍)，但彼等在發白色光燈之上下文中最頻繁使用之磷光體具有一強壯黃色分量。一實例性磷光體係摻雜 有銫的釔鋁石榴石("YAG")，其通常已眾所周知且得到廣泛使用。
同樣，為在可見光譜之藍色部分內產生光，發光二極體11通常包含一由寬能帶隙材料形成之有源部分，例如，族III氮化物或碳化矽(SiC)。族III氮化物通常較佳用於此目的，此乃因其直接能帶隙產生高效輻射再結合。族III氮化物之性質及其在發光二極體中之使用在此項技術中且關於本發明通常眾所周知，因此可在無需過多實驗之情形下實踐。上述Shubert之章節8.4係一實例性資訊源，且眾多專利及公開申請案詳細涵蓋此目標。
封裝22通常係由一在色彩上係白色且包含白色顏料之樹脂(例如，二氧化鈦(TiO2 )或硫酸鋇(BaSO4 ))形成。由於發光二極體11將產生熱及光兩者，因此該樹脂應在存在熱及光兩者時呈穩定狀態達一可接受之使用壽命。因此，諸如聚醯胺或經加強之聚醯胺(例如，使用玻璃或陶瓷)之碩壯聚合物對此目的係有用的。代表性樹脂包含Amodel玻璃加強聚鄰苯二甲醯胺("PPA")樹脂(購自Alpharetta Georgia之Solvay Advanced Polymers)及GenestarTM 壬二胺聚醯胺樹脂(購自日本、東京之KurarayCo.,Ltd)。將瞭解，此等樹脂僅係實例性而非進行限制，且倘若其他樹脂提供所需之反射性能、適宜之物理強度、在製作步驟期間相對容易之模製能力及對典型發藍色光LED所產生之熱及光之所需抵抗性，則該等其他樹脂可係適宜的。
在另一態樣中，本發明係一種背光照明一顯示器之方 法。在此態樣中，該方法包括將來自發光二極體12之光引導至兩個封裝壁25及26，封裝壁25及26至少由二極體11之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一至少3∘之角度而同時將來自發光二極體11之光引導至另兩個封裝壁27及30，封裝壁27及30至少由該二極體之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一至少40∘之角度且同時將來自四個封裝壁25、26、27及30之光引導至一為顯示器提供背光之光分配器。特定而言，該方法包括將來自封裝壁之光引導至一大致平面光分配器之至少一個邊緣以由此自發光二極體照射該分配器。
進一步針對此態樣，該方法可包括在將來自發光二極體之光引導至該分配器之同時操縱一毗鄰該光分配器之液晶顯示器。
在其他實施例中，側壁25、25界定一大於10∘、或大於20∘、或至少30∘之角度。
在其他實施例中，端壁27、30可界定一至少60∘、或至少70∘或至少80∘之角度。
雖然圖7將磷光體36圖解闡釋為散佈在二極體11上方之聚合物透鏡中，但將瞭解該磷光體之置放並非侷限於此等位置。在某些情形中，可將該磷光體直接置於晶片11上，或置於該透鏡之邊界處(內部表面)或置於服務指定目的的任一其他位置或圖案中。不同於以上所述，反射安裝表面之優點在於結合磷光體36之置放之一寬廣可能性。
圖8至13係根據本發明之封裝之平面圖。該等圖係以機 器製圖形式產生且因此對角線指示彎曲表面而非多個平旦表面。作為一介紹，將對圖8進行更詳細標註且圖9－13之元件將是相同的，但其標註較不詳細。
因此，圖8圖解闡釋一通常標記為40之樹脂封裝，該樹脂封裝界定一通常標記為41且呈一三維立體形狀之凹陷。凹陷41包含基底42、沿該基底(其係不準確之大致矩形)之相應較長側之側壁43及44以及沿基底42之相應較短側之相應彎曲端壁45及46。
凹陷41具有一選自由在其間界定一大於3∘之角度之側壁43及44組成之群組之幾何形狀，或一具有在其間界定一大於40∘之角度之端壁45及46之幾何形狀，或具有彼等特徵之兩者之一組合，亦即，界定一大於3∘之角度之側壁43、44及界定一大於40∘之角度之端壁45、46。一發光二極體晶片位於封裝40之基底42上且標記為47。
如在某些其他所圖解闡釋之實施例中，發光二極體47之有源部分由族III氮化物材料系統形成且封裝40將包含在基底42與封裝40之外部表面中之一者之間的電觸點(圖8中未顯示)。
在一嚴格幾何形狀定義上，多邊形係一具有複數個側(該等側為線段)之圖。因此，由於圖8至13中之封裝(例如，40)之端壁45、46及側壁43、44係彎曲的，因此短語「立體多邊形」對於凹陷41而言在技術上並不恰當。因此，較佳將凹陷41闡釋為一具有一大於1：1縱橫比之三維立體。如本文中所使用，"縱橫比"係指封裝之較長尺寸與 封裝之較短尺寸之比。因此，在本文所使用之術語中，端壁45、46係沿著封裝之較短尺寸而側壁43、44係沿著較長尺寸。
同樣，由於凹陷41之三維立體形狀未必屬於規律彎曲形狀之範疇(例如，圓形、橢圓形、拋物線等)，因此彎曲側壁43、44及端壁45、46中可滿足本文所述角度之部分由垂直於封裝(例如，40)中之晶片47之表面之平面所界定。
圖14藉由複製圖8且同時亦在其中壁43、44、45及46係彎曲或包含彎曲部分之情形中出於圖解闡釋角度之幾何形狀之目的而重疊虛線56及57來圖解闡釋此幾何形狀。在此等情形中，水平線57代表一沿其長軸平分封裝40之第一平面之投影而垂直線56代表一沿其窄軸平分封裝40之第二平面之投影。在此等封裝中，端壁45與46之間的角度係沿平分平面57量出而側壁43與44之間的角度係沿平分線56量出。此說明同樣適合於規則的彎曲壁。
雖然圖8－13中未圖解闡釋，但該實施例可同樣包含凹陷41之至少若干部分中之樹脂囊封劑以及該囊封劑中之一磷光體，該磷光體回應於族III氮化物二極體所產生之藍色光在可見光譜之黃色部分中發射光。再者，一實例性磷光體係摻雜有銫之YAG且該封裝樹脂通常係聚醯胺。
與更多習用封裝相比，圖8中所圖解闡釋之實施例之側壁43、44及端壁45、46更厚，如封裝40之端面周長50所圖解闡釋。例如，一習用封裝具有對基底而言始終約為100微米(μm)之側壁，而圖8中之彼等側壁以約100 μm開始且 朝向基底變得更厚。如此項技術中所瞭解，較厚之側壁以一有利方式增加封裝之反射且減小穿過封裝之光損失。壁之厚度將多少受到壁43、44、45、46之所需角度之限制，此乃因基底42必須為LED晶片47提供充足之空間。
如上所述，雖然封裝40係大致矩形，但其並非係一準確矩形。此外，雖然在定向上係矩形，但基底42同樣並非準確矩形。周長端面50與基底42之間的對角線(未編號)指示壁43、44、45、46之部分之一彎曲幾何形狀。
圖9至13主要基於欲包含晶片之大小及類型圖解闡釋略不同之實施例。與上述不同，可修改根據本發明之封裝之形狀以有利地含納不同大小之晶片同時仍在該等壁之間及該等壁中間維持有利關係之幾何形狀。同樣，較大角度設計(例如，圖13)有利於朗伯發射體(例如，購自Cree,Inc.(Durham,NC)之EZBRIGHTTM 晶片)而較上角度(例如，圖8)有利於非朗伯發射體。
出於清晰比較目的，在圖9－13中，相同之元件將帶有與圖8中之相同參考編號。因此，圖9圖解闡釋一通常標記為51之封裝，其中基底42小於(即較短又更窄)圖8中之基底且因此適合於較小晶片47，且為光抽取(尤其是在端壁45與46之間)提供一較大角度。
圖10顯示另一通常標記為52之封裝，其中基底42略長於圖9中之基底42，但寬度大致相同。圖11圖解闡釋與圖10相同之封裝52，但具有一出於適當位置之較大晶片47。
圖12係封裝52之另一圖解，其中基底42上具有一最大 (最長)晶片47。
圖13顯示通常標記為53之封裝之一不同實施例，其中周長端面50大致相同或略薄以允許基底達成所需大小而同時仍維持壁43、44、45、46之間的所需大角度。
如熟悉根據本發明之封裝之技術人員已知，封裝之端面及基底兩者在其中安裝有一晶片之前通常係敞開的。為分離及隔離晶片導線，圖8－13中之每一封裝皆包含一橋接側壁43、44之絕緣體54條。此設計同樣在此項技術中眾所周知且無需進一步詳細闡釋。
圖15係一可併入根據本發明之封裝二極體之顯示器之分解透視圖及示意圖。如早期所述，本發明之實施例特別適用於側觀察者上下文中。如圖15中所圖解闡釋，二極體燈60經定向以將光主要引導至一光導及漫射器61之側中。特定而言，當用於一液晶顯示器中時，漫射器61將伴隨有一液晶之平面佈置(由矩形62示意性圖解闡釋)且通常一個或多個其他元件(例如，由矩形63代表之濾色片)且可能其他組件(例如，偏光器、一透明保護片及一框架(圖15之示意圖中未圖解闡釋))。
在側觀察者定向中，大致矩形之較長尺寸或高縱橫比二極體燈60毗鄰光導61定位，以使漫射器61之顯示器端面64平行於主要方向，二極體燈60即沿該主要方向發射光。漫射器61之特性在於除在整個漫射器61中擴散來自二極體燈60之光外，漫射器61亦沿一垂直方向再定向某些光(hυ)以照射其他元件62及63。
在圖式及說明書中已闡述本發明之一較佳實施例，且雖然使用了特定術語，然而，該等術語僅用於一般性及描述性目的而非用於限定之目的，本發明之範疇係界定於申請專利範圍中。
10‧‧‧矩形封裝
11‧‧‧發光二極體晶片
12‧‧‧基底
13‧‧‧凹陷
14‧‧‧側壁
15‧‧‧側壁
16‧‧‧端壁
17‧‧‧端壁
20‧‧‧前表面
22‧‧‧封裝
23‧‧‧凹陷
24‧‧‧矩形基底
25‧‧‧側壁
26‧‧‧側壁
27‧‧‧端壁
30‧‧‧端壁
31‧‧‧封裝
33‧‧‧電觸點
34‧‧‧電觸點
35‧‧‧樹脂囊封劑
36‧‧‧磷光體
40‧‧‧樹脂封裝
41‧‧‧凹陷
42‧‧‧基底
43‧‧‧側壁
44‧‧‧側壁
45‧‧‧彎曲端壁
46‧‧‧彎曲端壁
47‧‧‧發光二極體晶片
50‧‧‧端面周長
51‧‧‧封裝
52‧‧‧封裝
53‧‧‧封裝
54‧‧‧絕緣體
56‧‧‧虛線
57‧‧‧虛線
60‧‧‧二極體燈
61‧‧‧漫射器
62‧‧‧液晶之平面佈置
63‧‧‧濾色片
64‧‧‧顯示器端面
P‧‧‧線
圖1係一先前技術之二極體封裝實例之俯視平面圖。
圖2係一沿圖1之線2－2截取之剖視圖。
圖3係一沿圖1之線3－3截取之剖視圖。
圖4、5及6係一根據本發明之封裝之相應剖視圖及俯視剖面圖，該等圖彼此之間呈與圖1、2、3相同之關係。
圖7係根據本發明之一二極體燈之另一剖視圖。
圖8－14係根據本發明之封裝之特定實施例之相應俯視平面圖。
圖15係一併入有根據本發明之二極體之顯示器之示意性透視圖。
11‧‧‧發光二極體晶片
23‧‧‧凹陷
25‧‧‧側壁
26‧‧‧側壁
31‧‧‧封裝
P‧‧‧線

Claims (40)

  1. 一種發光二極體燈，其包括：一樹脂封裝，其具有一大於1：1之縱橫比且界定一呈一三維立體形狀之凹陷；該凹陷包括一具有大於1：1之縱橫比之基底、沿該基底之相應較長側之側壁及沿該基底之相應較短側之端壁；該封裝界定一沿其長軸平分該封裝之第一平面及一沿其窄軸平分該封裝之第二平面；該凹陷具有一選自由以下組成之群組之幾何形狀：(i)該等側壁在其間且沿著該第二平面界定一大於3°之角度、(ii)該等端壁在其間且沿著該第一平面界定一大於40°之角度，及(iii)其組合；一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少部分中；一自我對準發光二極體晶片，其位於該封裝之該基底上；及在該樹脂囊封劑中之一磷光體，其回應由該二極體發射之光而發射光，其中該基底之覆蓋區與該自我對準發光二極體晶片之尺寸相符，且該覆蓋區及該等側壁與該等端壁之角度幫助在該基底上該二極體晶片之對準。
  2. 如請求項1之發光二極體，其包括彎曲端壁。
  3. 如請求項1之發光二極體，其包括彎曲側壁。
  4. 如請求項1之發光二極體，其中：該發光二極體之有源部分由族III氮化物材料系統形 成；且該封裝進一步包括在該基底與該封裝之至少一個外部表面之間的電觸點。
  5. 如請求項1之發光二極體燈，其中：該二極體在可見光譜之藍色部分中發射；該燈進一步包括：一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少若干部分中；及一磷光體，其位於該該囊封劑中且回應於藍色光而在該可見光譜之黃色部分中發射光。
  6. 如請求項5之發光二極體燈，其中該磷光體包括摻雜有銫之YAG且該封裝樹脂包括聚醯胺。
  7. 如請求項1之發光二極體燈，其中該等相應側壁及端壁之厚度足以防止來自該晶片之光透射穿過該等壁而是改為自該等壁反射。
  8. 一種顯示器，其包括：一光導；及一如請求項1之發光二極體燈，其中該二極體燈之較長尺寸毗鄰該光導定位以使該光導之顯示器端面平行於該二極體燈發射光之主要方向。
  9. 如請求項8之顯示器，其進一步包括液晶，該等液晶經定位以由發射自該光導之該顯示器端面之光照射。
  10. 如請求項9之顯示器，其進一步包括濾色片，該等濾色片經定位以由來自該光導之該顯示器端面之光照射。
  11. 一種發光二極體燈，其包括： 一樹脂封裝，其界定一呈一立體多邊形形狀之凹陷；該凹陷包括一基底、沿該基底之相應較長側之側壁及沿該基底之相應較短側之端壁；該凹陷具有一選自由以下組成之群組之幾何形狀：(i)該等側壁在其間界定一大於3°之角度、(ii)該等端壁在其間界定一大於40°之角度，及(iii)其組合；一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少部分中；一自我對準發光二極體晶片，其位於該封裝之該基底上；及在該樹脂囊封劑中之一磷光體，其回應由該二極體發射之光而發射光，其中該基底之覆蓋區與該自我對準發光二極體晶片之尺寸相符，且該覆蓋區及該等側壁與該等端壁之角度幫助在該基底上該二極體晶片之對準。
  12. 如請求項11之發光二極體燈，其中：該發光二極體之有源部分由族III氮化物材料系統形成；且該封裝進一步包括在該基底與該封裝之至少一個外部表面之間的電觸點。
  13. 如請求項11之發光二極體燈，其中：該二極體在可見光譜之藍色部分中發射；該燈進一步包括：一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少若干部分中；及一磷光體，其位於該囊封劑中且回應於藍色光在該 可見光譜之黃色部分中發射光。
  14. 如請求項13之發光二極體燈，其中該磷光體包括摻雜有銫之YAG且該封裝樹脂包括聚醯胺。
  15. 如請求項11之發光二極體燈，其中該等相應側壁及端壁之厚度足以防止來自該晶片之光透射穿過該等壁而是改為自該等壁反射。
  16. 一種發光二極體燈，其包括：一樹脂封裝，其界定一呈一立體多邊形形狀之凹陷；該凹陷包括一矩形基底，兩個沿該矩形基底之相應較長側之側壁及兩個沿該矩形基底之相應較短側之端壁；該兩個側壁在其間界定一大於3°之角度；且該兩個端壁在其間界定一大於40°之角度；一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少部分中；一自我對準發光二極體晶片，其位於該封裝之該矩形基底上；及在該樹脂囊封劑中之一磷光體，其回應由該二極體發射之光而發射光，其中該矩形基底之覆蓋區與該自我對準發光二極體晶片之尺寸相符，且該覆蓋區及該等側壁與該等端壁之角度幫助在該基底上該二極體晶片之對準。
  17. 如請求項16之發光二極體燈，其中該封裝進一步包括在該矩形基底與該封裝之至少一個外部表面之間的電觸點。
  18. 如請求項16之發光二極體燈，其進一步包括一在該凹陷 之至少若干部分中之樹脂囊封劑。
  19. 如請求項18之發光二極體燈，其進一步包括一位於該囊封劑中之磷光體。
  20. 如請求項19之發光二極體燈，其中該二極體在可見光譜之藍色部分中發射光且該磷光體回應於藍色光而在該可見光譜之黃色部分中發射光。
  21. 如請求項19之發光二極體燈，其中該磷光體包括摻雜有銫之YAG。
  22. 如請求項16之發光二極體燈，其中該封裝樹脂包括聚醯胺。
  23. 如請求項16之發光二極體燈，其中該發光二極體之有源部分由族III氮化物材料系統形成。
  24. 一種用於二極體燈之反射結構，其包括：一封裝，其具有至少一個大致矩形之面；該封裝界定一呈一立體多邊形形式之凹陷，其具有一與該端面平行之底面、兩個沿該面之相應較長邊緣之側壁、兩個沿該端面之相應較短邊緣之端壁及一與該面共面之表面；該凹陷具有一選自由以下組成之群組之幾何形狀：(i)該等側壁在其間界定一大於3°之角度、(ii)該等端壁在其間界定一大於40°之角度，及(iii)其組合；一樹脂囊封劑，其在該凹陷之至少部分中；在該樹脂囊封劑中之一磷光體；電觸點，其通至該基底；及 一自我對準發光二極體晶片，其位於該基底上；其中該基底之覆蓋區與該自我對準發光二極體晶片之尺寸相等，且該覆蓋區及該等側壁與該等端壁之角度幫助在該基底上該二極體晶片之對準。
  25. 如請求項24之反射結構，其中該封裝包括聚合物樹脂。
  26. 如請求項24之反射結構，其中該聚合物樹脂包括聚醯胺。
  27. 如請求項25之反射結構，其中該聚合物樹脂包含白色顏料。
  28. 如請求項24之反射結構，其中該等側壁界定一至少60°之角度。
  29. 如請求項24之反射結構，其中該等側壁界定一至少70°之角度。
  30. 如請求項24之反射結構，其中該等側壁界定一至少80°之角度。
  31. 如請求項24之反射結構，其中該等端壁界定一大於10°之角度。
  32. 如請求項24之反射結構，其中該等端壁界定一大於20°之角度。
  33. 如請求項24之反射結構，其中該等端壁一至少30°之角度。
  34. 一種照明一顯示器之方法，其包括：以一選自由以下組成之群組之方式引導來自一發光二極體之光：(i)將該光引導至兩個封裝壁，該等封裝壁至 少由該二極體之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一至少3°之角度；(ii)將來自該發光二極體之光引導至另兩個封裝壁，該等封裝壁至少由該二極體之尺寸分離且該等壁在其自身之間形成一至少40°之角度；及(iii)以其組合來同時引導光；且同時將來自該等封裝壁之光引導至一顯示器，該顯示器也作用為一光分配器。
  35. 如請求項34之方法，其包括引導來自該發光二極體之可見光譜之藍色部分中之光。
  36. 如請求項35之方法，其包括在存在一發黃色光之磷光體時引導該藍色光。
  37. 如請求項34之方法，其包括透過一樹脂囊封劑透鏡引導來自該二極體之光。
  38. 如請求項34之方法，其包括將來自該等封裝壁之光引導至一大致平面光分配器之至少一個邊緣以藉此自該發光二極體照射該分配器。
  39. 如請求項38之方法，其包括在將來自該發光二極體之光引導至該分配器之同時操縱一毗鄰該光分配器之液晶顯示器。
  40. 一種發光二極體燈，其包括：一具有一凹陷之封裝，該凹陷包括一基底，多個側壁及多個端壁；及在該封裝之該基底上之一自我對準發光二極體晶片；其中該基底之覆蓋區與該發光二極體晶片之尺寸相 符，且該覆蓋區與該等側壁及該等端壁之角度幫助在該基底上之該二極體晶片之對準。
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