TWI520383B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構

本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種發光二極體封裝結構。

隨著光電技術的進步，用以取代傳統白熾燈泡及螢光燈管的新世代光源一發光二極體(Light-emitting diode,LED)一之技術逐漸成熟。由於發光二極體具有低功率消耗、體積小、非熱致發光、環保等優點，因此其應用領域逐漸地被推廣。

在習知的發光二極體封裝結構中，發光二極體是配置在封裝載體，而螢光膠體包覆發光二極體，且封裝膠體包覆螢光膠體與封裝載體。由於發光二極體具有特定的出光角度，因此發光二極體所發出的光線會以特定的角度入射至螢光膠體與封裝膠體中。如此一來，發光二極體封裝結構其發光角度有限，無法具有較大的出光角度。

本發明提供一種發光二極體封裝結構，其可增加發光單 元的出光角度範圍及出光亮度。

本發明的發光二極體封裝結構，其包括一封裝載體、一導光組件以及一發光單元。導光組件配置於封裝載體上。發光單元配置於導光組件相對遠離封裝載體的一上表面上。導光組件的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。發光單元適於發出一光束，且光束的一部分進入導光組件，並自導光組件的上表面射出且與上表面的法線方向具有一夾角，而夾角介於0度至75度之間。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件為一透光平板或一透光膠體。

在本發明的一實施例中，上述的光束的部分進入導光組件，且被封裝載體反射而自導光組件的上表面射出。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件包括一透光單元以及一反射層。反射層配置於透光單元與封裝載體之間，且透光單元具有上表面。

在本發明的一實施例中，上述的光束的部分進入導光組件的透光單元，且被反射層反射而自透光單元的上表面射出。

在本發明的一實施例中，上述的透光單元為一透光平板或一透光膠體。

在本發明的一實施例中，上述的發光單元包括一基板、一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層依序配置於基板上。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件的厚度為發光單元的基板的厚度的0.1倍至2倍。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件的外型輪廓和發光單元的基板的外形輪廓略同。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件的折射率小於或等於發光單元的基板的折射率。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝結構更包括一透光罩，配置於封裝載體上且遮蓋導光組件與發光單元。

在本發明的一實施例中，上述的透光罩與封裝載體之間存在有一空氣間隙。

在本發明的一實施例中，上述的透光罩的材質包括一透光膠體、一玻璃或一摻雜有螢光物質的透明膠體。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝結構更包括一波長轉換層，配置於封裝載體上且包覆發光單元與導光組件。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝結構更包括一封裝膠體，配置於封裝載體上且包覆波長轉換層與封裝載體，其中導光組件的水平投影面積小於封裝膠體的水平投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件的上表面為一粗糙表面，且粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的粗糙表面為一周期性之 圖案化表面。

在本發明的一實施例中，上述的封裝載體具有一凹槽，而發光單元與導光組件位於凹槽內。

在本發明的一實施例中，上述的導光組件的水平投影面積為發光單元的水平投影面積的1.1倍至5倍。

基於上述，由於本發明的發光二極體封裝結構具有導光組件，其中導光組件的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。因此，發光單元所發出的光束的一部分可藉由導光組件的導光效果，而增大發光單元的出光角度範圍。如此一來，本發明的發光二極體封裝結構可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100a、100b、100c、100d、100e、100f‧‧‧發光二極體封裝結構

110a、110e‧‧‧封裝載體

112e‧‧‧凹槽

113e‧‧‧表面

120a、120b、120c‧‧‧導光組件

121a、121b、121c‧‧‧上表面

122c‧‧‧透光單元

124c‧‧‧反射層

130a、130f‧‧‧發光單元

132‧‧‧基板

134‧‧‧第一型半導體層

136‧‧‧發光層

138‧‧‧第二型半導體層

140‧‧‧透光罩

150‧‧‧波長轉換層

160‧‧‧封裝膠體

A‧‧‧空氣間隙

L1、L2、L3‧‧‧光束

L1’、L2’、L3’‧‧‧光束的一部分

L4、L4’‧‧‧激發光

N1、N2、N3‧‧‧法向方向

α 1、α 2、α 3‧‧‧夾角

圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。

圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，發光二極體封裝結構100a包括一封裝載體110a、一導光組件120a以及一發光單元130a。導光組件120a配置於封裝載體110a上。發光單元130a配置於導光組件120a相對遠離封裝載體110a的一上表面121a上。導光組件120a的水平投影面積大於發光單元130a的水平投影面積。發光單元130a適於發出一光束L1，且光束的一部分L1’進入導光組件120a，並自導光組件120a的上表面121a射出，光束L1’與上表面121a的法線方向N1具有一夾角α 1，而夾角α 1介於0度至75度之間。

更具體來說，在本實施例中，封裝載體110a例如是一導線架或一電路板，其具有反射的特性。導光組件120a為一透光平板或一透光膠體，透光平板例如但不限於藍寶石片，透光膠體板例如但不限於矽膠。發光單元130a包括一基板132、一第一型半 導體層134、一發光層136以及一第二型半導體層138，其中第一型半導體層134、發光層136以及第二型半導體層138依序配置於基板132上。此處，發光單元130a例如是一水平式發光二極體，但並不以此為限。特別是，發光單元130a所發出光束的一部分L1’進入導光組件120a，且被封裝載體110a反射而自導光組件120a的上表面121a射出。較佳地，導光組件120a的水平投影面積為發光單元130a的水平投影面積的1.1倍至5倍。需說明的是，若水平投影面積的比值小於1.1倍，則導光組件120a的光導的效果不佳，無法有效擴大發光單元130a的出光角度；或水平投影面積的比值大於5倍，則導光組件120a不易固定於封裝載體110a上。

請再參考圖1，在本實施例中，導光組件120a的外型輪廓和發光單元130a的基板132的外形輪廓略同，藉此可等效的擴大發光單元130a每一面向的出光角度，可以避免光度不均的問題產生。再者，本實施例的導光組件120a的厚度為發光單元130a的基板132的厚度的0.1倍至2倍。若厚度的比值小於0.1倍，則導光組件120a的光導的效果不佳，無法擴大發光單元130a的出光角度；若厚度的比值大於2倍，則導光組件120a內會產生熱蓄積的現象，導致發光二極體封裝結構100a升溫而壽命減短。此外，本實施例的導光組件120a的折射率小於或等於發光單元130a的基板132的折射率。

由於本實施例的發光二極體封裝結構100a具有導光組件 120a，其中導光組件120a的水平投影面積大於發光單元130a的水平投影面積。也就是說，配置於導光組件120a上的發光單元130a並未完全覆蓋住導光組件120a的上表面121a，而是暴露出導光組件120a的部分上表面121a。因此，發光單元130a所發出的光束的一部分L1’可藉由導光組件120a的導光而使其從未被發光單元130a所覆蓋住的上表面121a射出且與上表面121a的法線方向N1之夾角α 1介於0度至75度之間，進而可有效增大發光單元130a的出光角度範圍。如此一來，本實施例的發光二極體封裝結構100a可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的發光二極體封裝結構100b與圖1的發光二極體封裝結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的導光組件120b的上表面121b為一粗糙表面，其中此粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。較佳地，粗糙表面121b為一周期性之圖案化表面。

由於本實施例的導光組件120b的上表面121b為粗糙表面，因此導光組件120b除了具有導光的效果之外，其亦具有散射的效果，可將發光單元130a進入導光組件120b內的光束散射出 去，進而增大發光單元130a的出光角度範圍。如此一來，本實施例的發光二極體封裝結構100b可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的發光二極體封裝結構100c與圖1的發光二極體封裝結構100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的導光組件120c是由一透光單元122c以及一反射層124c所組成。反射層124c配置於透光單元122c與封裝載體110a之間，而透光單元122c具有上表面121c。此處，透光單元122c例如是為一透光平板或一透光膠體，較佳地，透光單元122c為一藍寶石片，而反射層124c例如是一布拉格反射鏡或一金屬材料層。如圖3所示，當發光單元130a發出光束L2時，光束的一部分L2’會進入導光組件120c的透光單元122c，且被反射層124c反射而自透光單元122c的上表面121c射出。光束L2’與上表面121c的法線方向N2具有一夾角α 2，而夾角α 2介於0度至75度之間。

此外，本實施例的發光二極體封裝結構100c可選擇性地更包括一透光罩140，其中透光罩140配置於封裝載體110a上且遮蓋導光組件120c與發光單元130a。此處，透光罩140的材質例如是一透光膠體、一玻璃或一摻雜有螢光物質的透明膠體。需說明的是，當透光罩140的材質為透光膠體或玻璃時，整體發光二極體封裝結構100c的出光顏色為單一色光。特別是，本實施例的 透光罩140與封裝載體110a之間存在有一空氣間隙A，但並不以此為限。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的發光二極體封裝結構100d與圖3的發光二極體封裝結構100c相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光二極體封裝結構100d更包括一波長轉換層150以及一封裝膠體160。詳細來說，波長轉換層150配置於封裝載體160上且包覆發光單元130a與導光組件120c。封裝膠體160配置於封裝載體110a上且包覆波長轉換層150與封裝載體110a，其中導光組件120c的水平投影面積小於封裝膠體160的水平投影面積。也就是說，導光組件120c的水平投影面積會大於發光單元130a的水平投影面積，但會小於封裝膠體160的水平投影面積。換言之，封裝膠體160會將導光組件120c完全包覆。

如圖4所示，當發光單元130a發出光束L3時，光束的一部分L3’會進入導光組件120c的透光單元122c，且被反射層124c反射而自透光單元122c的上表面121c射出。接著，由透光單元122c的上表面121c射出的光束的一部分L3’會激發波長轉換層150中的螢光物質(未繪示)而產生激發光L4’，其中光束L3’與上表面121c的法線方向N3具有一夾角α 3，而夾角α 3介於0度至75度之間。另一方面，光束L3亦可以直接與波長轉換層150中的螢光物質(未繪示)而產生激發光L4。也就是說，波長轉換層150可將發光單元130a所發出的特定波長光束L3、L3’ (如藍光)轉換為另一特定波長的光束L4、L4’(如黃光)。發光單元130a未與波長轉換150的螢光物質所反應的光束(未繪示)會與激發光L4、L4’於封裝膠體160內進行混光，進而產生一混合光，如白光。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的發光二極體封裝結構100e與圖4的發光二極體封裝結構100d相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的封裝載體110e具有一凹槽112e，而發光單元130a與導光組件120c位於凹槽112e內。如圖5所示，波長轉換層150完全填滿凹槽112e並完全包覆發光單元130a與導光組件120c，其中波長轉換層150與凹槽112e的表面113e實質上切齊，但並不以此為限，而封裝膠體160直接覆蓋凹槽112e的表面113e與波長轉換層150。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光二極體封裝結構的剖面示意圖。請參考圖6，本實施例的發光二極體封裝結構100f與圖4的發光二極體封裝結構100d相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光單元130f具體化為一覆晶式發光二極體。

此外，於其他未繪示的實施例中，為了更進一步增加出光角度與出光亮度，亦可選用於如前述實施例所提及之具有粗糙表面的導光組件120b(請參考圖2)，本領域的技術人員當可參照前述實施例的說明，依據實際需求，而選用前述構件，以達到所需的技術效果。

綜上所述，由於本發明的發光二極體封裝結構具有導光組件，其中導光組件的水平投影面積大於發光單元的水平投影面積。因此，發光單元所發出的光束的一部分可藉由導光組件的導光效果，而增大發光單元的出光角度範圍。如此一來，本發明的發光二極體封裝結構可具有較廣的出光角度且可提高其的出光亮度。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a‧‧‧發光二極體封裝結構

110a‧‧‧封裝載體

120a‧‧‧導光組件

121a‧‧‧上表面

130a‧‧‧發光單元

132‧‧‧基板

134‧‧‧第一型半導體層

136‧‧‧發光層

138‧‧‧第二型半導體層

L1‧‧‧光束

L1’‧‧‧光束的一部分

N1‧‧‧法向方向

α 1‧‧‧夾角

Claims (18)

1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一封裝載體；一導光組件，配置於該封裝載體上；以及一發光單元，配置於該導光組件相對遠離該封裝載體的一上表面上，其中該導光組件於該封裝載體上的投影面積大於該發光單元於該封裝載體上的投影面積，而該發光單元適於發出一光束，且該光束的一部分進入該導光組件，並自該導光組件的該上表面射出且與該上表面的法線方向具有一夾角，而該夾角介於0度至75度之間，其中該發光單元包括一基板、一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，而該第一型半導體層、該發光層以及該第二型半導體層依序配置於該基板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件為一透光平板或一透光膠體。
3. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體封裝結構，其中該光束的該部分進入該導光組件，且被該封裝載體反射而自該導光組件的該上表面射出。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件包括一透光單元以及一反射層，該反射層配置於該透光單元與該封裝載體之間，且該透光單元具有該上表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體封裝結構，其中該光束的該部分進入該導光組件的該透光單元，且被該反射層反 射而自該透光單元的該上表面射出。
6. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體封裝結構，其中該透光單元為一透光平板或一透光膠體。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件的厚度為該發光單元的該基板的厚度的0.1倍至2倍。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件的外型輪廓和該發光單元的該基板的外形輪廓略同。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件的折射率小於或等於該發光單元的該基板的折射率。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，更包括：一透光罩，配置於該封裝載體上且遮蓋該導光組件與該發光單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述的發光二極體封裝結構，其中該透光罩與該封裝載體之間存在有一空氣間隙。
12. 如申請專利範圍第10項所述的發光二極體封裝結構，其中該透光罩的材質包括一透光膠體、一玻璃或一摻雜有螢光物質的透明膠體。
13. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，更包括：一波長轉換層，配置於該封裝載體上且包覆該發光單元與該導光組件。
14. 如申請專利範圍第13項所述的發光二極體封裝結構，更包括：一封裝膠體，配置於該封裝載體上且包覆該波長轉換層與該封裝載體，其中該導光組件於該封裝載體上的投影面積小於該封裝膠體於該封裝載體上的投影面積。
15. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件的該上表面為一粗糙表面，且該粗糙表面的中心線平均粗糙度介於100奈米至3000奈米之間。
16. 如申請專利範圍第15項所述的發光二極體封裝結構，其中該粗糙表面為一周期性之圖案化表面。
17. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該封裝載體具有一凹槽，而該發光單元與該導光組件位於該凹槽內。
18. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該導光組件於該封裝載體上的投影面積為該發光單元於該封裝載體上的投影面積的1.1倍至5倍。