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TWI540766B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

發光二極體封裝結構 Download PDF

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TWI540766B
TWI540766B TW102124725A TW102124725A TWI540766B TW I540766 B TWI540766 B TW I540766B TW 102124725 A TW102124725 A TW 102124725A TW 102124725 A TW102124725 A TW 102124725A TW I540766 B TWI540766 B TW I540766B
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田運宜
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隆達電子股份有限公司
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Description

發光二極體封裝結構
本發明是有關於一種發光二極體封裝結構，且特別是有關於一種以覆晶型態配置於封裝基板上的發光二極體晶片而構成的封裝結構。
由於發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)晶片具有壽命長、體積小、亮度高、能源消耗低等優點，發光二極體封裝結構已廣泛應用於指示燈或背光模組中。近年來，隨著多色域及高亮度的發展，發光二極體封裝結構已應用在白光發光領域中，以取代傳統的日光燈管。
發光二極體晶片為半導體發光元件，其主要的組成是基材(substrate)、磊晶層(epitaxy layer)以及二個電極。磊晶層包括N型半導體層、P型半導體層以及位於N型及P型半導體層之間的一主動層。當發光二極體的正極及負極兩端施加電壓時，導電電子將與電洞在主動層內結合，再以光的形式發出。
然而，發光二極體晶片其基材的折射係數高，使得基材內大於全反射角之出射光線於基材的表面處發生全反射的 問題，因而導致部分的光線被侷限在基材內部而無法完全取出，進而導致光取出效率不佳。
本發明係有關於一種發光二極體封裝結構，以覆晶型態將發光二極體晶片固著於封裝基板上。
根據本發明之一方面，提出一種發光二極體封裝結構，包括一封裝基板以及一發光二極體晶片。發光二極體晶片包括一基材、一圖案化結構、一第一半導體層、一主動層以及一第二半導體層。基材具有相對的一第一表面以及一第二表面。圖案化結構形成於基材之第二表面。第一半導體層配置於基材之第一表面。主動層配置於第一半導體層的一部分表面上，並且使未被主動層所覆蓋之剩餘的第一半導體層裸露出。第二半導體層配置於主動層上。發光二極體晶片是以第一、第二半導體層面向封裝基板之覆晶型態配置於封裝基板上。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧發光二極體封裝結構
110‧‧‧封裝基板
111‧‧‧發光二極體晶片
112‧‧‧基材
113‧‧‧圖案化結構
114‧‧‧第一半導體層
115‧‧‧主動層
116‧‧‧第二半導體層
117‧‧‧非平坦表面
118‧‧‧半圓形之微結構
119‧‧‧柱形之微結構
120‧‧‧梯形之微結構
121‧‧‧波長轉換層
122‧‧‧第一波長轉換物質
123‧‧‧第二波長轉換物質
124‧‧‧底膠
125‧‧‧反射粒子組成物
126‧‧‧封裝膠體
127‧‧‧擋牆結構
128‧‧‧凹口
E1‧‧‧第一電極
E2‧‧‧第二電極
E3‧‧‧第三電極
E4‧‧‧第四電極
P1‧‧‧第一導體
P2‧‧‧第二導體
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S4‧‧‧表面
第1圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。
第2A~2C圖繪示不同形狀之圖案化結構的示意圖。
第3圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示 意圖。
第4A~4D圖分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。
第5A~5B圖分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。
第6A~6B圖分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。
本實施例揭露之發光二極體封裝結構，包括有：以覆晶型態配置於封裝基板上的發光二極體晶片以及形成於發光二極體晶片上的圖案化結構。圖案化結構可為任意形狀之微結構、奈米柱結構、錐形結構以及梯形結構其中之一或其組合，其形成於發光二極體晶片的基材上，且具有一非平坦表面。圖案化結構例如以蝕刻液蝕刻或以高功率雷射光燒蝕而形成，圖案化結構具有非平坦表面，可使發光二極體晶片發出的光線經由圖案化結構散射而增加出光量，進而提高發光二極體封裝結構的光取出效率。此外，在發光二極體封裝結構中，可藉由包含於底膠及/或封裝膠體中的波長轉換物質，或藉由配置於圖案化結構上的波長轉換層來改變發光光譜，以改善發光光譜的色均勻度。
以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之發光 二極體封裝結構100的示意圖。發光二極體封裝結構100包括一封裝基板110以及一發光二極體晶片111。封裝基板110可為軟質基板或硬質基板，例如印刷電路板、金屬基板、陶瓷基板或導線架。發光二極體晶片111可為任一色光的發光二極體，例如藍光發光二極體晶片111或紫外光發光二極體晶片111。
較佳地，封裝基板110上包括有一第一電極E1和一第二電極E2，而發光二極體晶片111上包括有一第三電極E3以及一第四電極E4。第一電極E1與第三電極E3電性連接，而第二電極E2與第四電極E4電性連接。
在本實施例中，發光二極體封裝結構100更包括一第一導體P1以及一第二導體P2，第一導體P1用以電性連接第一電極E1和第三電極E3，而第二導體P2用以電性連接第二電極E2和第四電極E4，使得發光二極體晶片111以第一半導體層114與第二半導體層116面向封裝基板110之覆晶型態，配置於封裝基板110上。
請參照第1圖，發光二極體晶片111包括一基材112、一圖案化結構113、一第一半導體層114、一主動層115以及一第二半導體層116。基材112具有相對的一第一表面S1以及一第二表面S2。基材112可為藍寶石基板或碳化矽基板，藉由在基材112上進行磊晶反應，可使第一半導體層114、主動層115以及第二半導體層116由基材112的第一表面S1依序形成，並且相互堆疊。
第一半導體層114配置於基材112之第一表面S1。主動層115配置於第一半導體層114的一部分表面S4上，並且使 未被主動層115所覆蓋之剩餘的第一半導體層114裸露出。第二半導體層116配置於主動層115上。
此外，第三電極E3配置於裸露的第一半導體層114上，以使第一半導體層114上的第三電極E3可與第一電極E1相對且電性連接。第四電極E4配置於第二半導體層116上，並與第三電極E3一同面向封裝基板110，以使第二半導體層116上的第四電極E4可與第二電極E2相對且電性連接。
由上述可知，發光二極體晶片111是以第一半導體層114、第二半導體層116面向封裝基板110之覆晶型態，配置於封裝基板110上。也就是說，第一半導體層114及第二半導體層116位於基材112相對靠近封裝基板110的一側，而圖案化結構位於基材112相對遠離封裝基板110的另一側。
主動層115位於具有不同電性的第一半導體層114與第二半導體層116之間，其材質可為三五族化合物半導體，以使導電電子與電洞分別經由第一及第二半導體層114、116傳輸並相互結合，再以光的形式放出能量。
圖案化結構113形成於基材112之第二表面S2，且具有一非平坦表面117。如第1圖所示，圖案化結構113例如為圓錐、三角錐或四角錐之微結構，其上表面為錐形剖面之非平坦表面117。
當然，非平坦表面117之剖面形狀不限，例如錐形、柱形、半圓形、梯形其中之一或其組合。請參照第2A~2C圖，其繪示不同形狀之圖案化結構113的示意圖。在第2A圖，圖案化結構113例如為半圓形之微結構118。在第2B圖所示，圖案化 結構113為柱形之微結構119，例如奈米柱結構。在第2C圖中，圖案化結構113為梯形之微結構120。
習知技術中，由於基材112為高折射率之藍寶石基板或碳化矽基板，使得光被基材112反射而回到發光二極體晶片111內，導致光不容易經由基材112之第二表面S2出光，影響光取出效率。在本實施例中，圖案化結構113具有非平坦表面117，可使發光二極體晶片111發出的光線經由圖案化結構113散射而增加出光量，進而提高發光二極體封裝結構100的光取出效率。
在本實施例中，例如以蝕刻的方式對基材112之第二表面S2進行粗化或圖案化，使得表面粗化後的基材112具有圖案化結構113。相對於習知利用雷射剝離藍寶石基板的技術，本發明利用蝕刻基材112的方式，可在不破壞磊晶生長於基材112的半導體層的情形下進行，提高光取出效率，減少製程的成本及提高製程的良率。
第二實施例
請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構101的示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於，發光二極體封裝結構101更包括一波長轉換層121，配置於圖案化結構113上。波長轉換層121內包括有第一波長轉換物質122及/或一第二波長轉換物質123，使得波長轉換層121被主動層115所發出之波長為λ 1之第一光線照射後，可發出波長為λ 2之第二光線及/或波長為λ 3之第三光線，且λ 2>λ 1，λ 3>λ 1。例如：第一光線是藍光波長或紫外光波長的光線，當第一波長轉換物質122被第一光線照射後，可發出黃光波長或紅光 波長的第二光線。當第二波長轉換物質123被第一光線照射後，可發出綠光波長的第三光線。
具有不同波長的第一光線、第二光線與第三光線混合之後，例如紅光、藍光及綠光混合之後，可產生全波段的白光，以改善發光光譜的色均勻度。因此，本實施例可避免習知色偏的問題。
第三實施例
請參照第4A~4B圖，其分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於，發光二極體封裝結構102更可包括一底膠124，用以包覆第一導體P1、第二導體P2與部分發光二極體晶片111的側面S3。
在第4A圖中，底膠124內包含一第一波長轉換物質122，被主動層115所發出之波長為λ 1之第一光線照射後，可發出波長為λ 2之第二光線，且λ 2>λ 1。例如：第一光線是藍光波長或紫外光波長的光線，當第一波長轉換物質122被第一光線照射後，可發出黃光波長或紅光波長的第二光線。
此外，在第4B圖之發光二極體封裝結構102中，底膠124內除了具有第一波長轉換物質122之外，更可包含一反射粒子組成物125，用以反射第一光線及/或第二光線。也就是說，當底膠124內包含反射粒子組成物125時，入射至底膠124內的第一光線可被反射粒子組成物125反射，並與波長為λ 2之第二光線混合來改變發光光譜，以改善發光光譜的色均勻度，進而解決習知色偏的問題。
另外，請參照第4C~4D圖，其分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構103的示意圖。上述第3圖中的波長轉換層121，可應用在本實施例之發光二極體封裝結構103中，如第4C圖及第4D圖所示。
在本實施例中，波長為λ 1之第一光線可經由波長轉換層121轉換成波長為λ 2之第二光線及/或波長為λ 3之第三光線，還可藉由底膠124內的第一波長轉換物質122轉換成波長為λ 2之第二光線，或是藉由底膠124內的反射粒子組成物125反射波長為λ 1之第一光線。因此，本實施例能解決習知色偏的問題。
第四實施例
請參照第5A~5B圖，其分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構104的示意圖。本實施例與第三實施例不同之處在於，發光二極體封裝結構104更可包括一封裝膠體126，包覆波長轉換層121以及發光二極體晶片111，如第5A圖所示。或是，封裝膠體126包覆發光二極體晶片111，如第5B圖所示。
在本實施例中，例如以模具灌膠，將配置有波長轉換層121以及底膠124的發光二極體晶片111包覆在液態膠體內，再經由固膠、脫模而形成封裝膠體126。
在第5B圖中，封裝膠體126內更包括第一波長轉換物質122及/或第二波長轉換物質123。也就是說，在未配置第5A圖之波長轉換層121的一實施例中，可在封裝膠體126內加入具有相同功效的第一波長轉換物質122及/或第二波長轉換物質 123，以將波長為λ 1之第一光線轉換成波長為λ 2之第二光線及/或波長為λ 3之第三光線。因此，本實施例能解決習知色偏的問題。
第五實施例
請參照第6A~6B圖，其分別繪示依照本發明一實施例之發光二極體封裝結構105的示意圖。本實施例與第四實施例不同之處在於，發光二極體封裝結構105更可包括一擋牆結構127，配置於封裝基板110上。擋牆結構127環繞波長轉換層121以及發光二極體晶片111，並形成一凹口128，使封裝膠體126被填入凹口128中，如第6A圖所示。或是，擋牆結構127環繞發光二極體晶片111，並形成一凹口128，使封裝膠體126被填入凹口128中，如第6B圖所示。
在第6B圖中，封裝膠體126內更包括第一波長轉換物質122及/或第二波長轉換物質123。也就是說，在未配置第6A圖之波長轉換層121的一實施例中，可在封裝膠體126內加入具有相同功效的第一波長轉換物質122及/或第二波長轉換物質123，以將波長為λ 1之第一光線轉換成波長為λ 2之第二光線及/或波長為λ 3之第三光線。因此，本實施例能解決習知色偏的問題。
上述之波長轉換層121可為螢光轉換層，而上述的波長轉換物質以及第二波長轉換物質123可為螢光粉。針對不同色光之發光二極體晶片111，可使用不同種類的螢光粉來混光，尤其是以覆晶型態配置於封裝基板110上的發光二極體晶片111，直接以點膠的方式進行底膠124之塗佈，不需再進行底面螢 光層之貼合製程，以簡化製程的步驟，亦能達到均勻混光及提高色均勻度的效果。
此外，上述各實施例中藉由圖案化結構113，可使發光二極體晶片111發出的光線經由圖案化結構113散射而增加出光量，進而提高上述各實施例中不同態樣之發光二極體封裝結構100~105的光取出效率。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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‧‧‧發光二極體封裝結構
110‧‧‧封裝基板
111‧‧‧發光二極體晶片
112‧‧‧基材
113‧‧‧圖案化結構
114‧‧‧第一半導體層
115‧‧‧主動層
116‧‧‧第二半導體層
117‧‧‧非平坦表面
E1‧‧‧第一電極
E2‧‧‧第二電極
E3‧‧‧第三電極
E4‧‧‧第四電極
P1‧‧‧第一導體
P2‧‧‧第二導體
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S4‧‧‧表面

Claims (14)

  1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一封裝基板；以及一發光二極體晶片，包括：一基材，具有相對的一第一表面以及一第二表面；一圖案化結構，形成於該基材之該第二表面；一第一半導體層，配置於該基材之該第一表面；一主動層，配置於該第一半導體層的一部分表面上，並且使未被該主動層所覆蓋之剩餘的該第一半導體層裸露出；及一第二半導體層，配置於該主動層上；其中，該發光二極體晶片是以該第一、第二半導體層面向該封裝基板之覆晶型態配置於該封裝基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體發光結構，其中該圖案化結構具有一非平坦表面，該非平坦表面之剖面形狀包括錐形、柱形、半圓形、梯形其中之一或其組合。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構，其中該封裝基板上更包括有一第一電極和一第二電極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝結構，其中該發光二極體晶片更包括：一第三電極，配置於裸露的該第一半導體層上；及一第四電極，配置於該第二半導體層上；其中，該第一電極與該第三電極電性連接，而該第二電極與該第四電極電性連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構，更包 括：一第一導體，用以電性連接該第一電極和該第三電極；及一第二導體，用以電性連接該第二電極和該第四電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝結構，更包括一底膠，用以包覆該第一導體、該第二導體與部分該發光二極體晶片的側面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構，其中該底膠內包含一第一波長轉換物質，被該主動層所發出之波長為λ 1之第一光線照射後，可發出波長為λ 2之第二光線，且λ 2>λ 1。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體封裝結構，其中該底膠內更包含一反射粒子組成物，用以反射該第一光線。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項中所述之發光二極體封裝結構，更包括一波長轉換層，配置於該圖案化結構上，該波長轉換層內包括有該第一波長轉換物質及/或一第二波長轉換物質，使得該波長轉換層被該主動層所發出之波長為λ 1之第一光線照射後，可發出波長為λ 2之第二光線及/或波長為λ 3之第三光線，且λ 2>λ 1，λ 3>λ 1。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，更包括一封裝膠體，包覆該波長轉換層以及該發光二極體晶片。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，更包括一擋牆結構，配置於該封裝基板上，該擋牆結構環繞該波長轉換層以及該發光二極體晶片，並形成一凹口，使該封裝膠體被填入該凹口中。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體封裝結構，其中該封裝膠體內更包括該第一波長轉換物質及/或該第二波長轉換物質。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該基材為藍寶石基板或碳化矽基板。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該發光二極體晶片為藍光發光二極體晶片或紫外光發光二極體晶片。
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