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CN103545428A - 白光发光二极管 - Google Patents

白光发光二极管 Download PDF

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CN103545428A
CN103545428A CN201210559151.1A CN201210559151A CN103545428A CN 103545428 A CN103545428 A CN 103545428A CN 201210559151 A CN201210559151 A CN 201210559151A CN 103545428 A CN103545428 A CN 103545428A
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甘明吉
宋健民
黄世耀
蔡百扬
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Abstract

本发明是有关于一种白光发光二极管，包括：一发射介于200nm至650nm波长的光线的发光单元；多个覆盖于发光单元表面的封装树脂层；以及多个设置于所述封装树脂层之间的荧光粉层。

Description

白光发光二极管
技术领域
本发明是关于一种白光发光二极管，尤指一种利用多层封装技术达到可于制程中实时调整荧光粉含量使其可达目标色温的白光发光二极管。
背景技术
自60年代起，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的耗电量低及长效性的发光等优势，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志，显示其可应用的领域十分广泛。
近年来，由于发光二极管的发光效率获得大幅提升，白光发光二极管已有取代传统白热灯泡的趋势，现有白光发光二极管的制作方式通常为将荧光粉以喷洒或涂布等各种方式设置于发光二极管芯片上，再以封装树脂封装该芯片使得该荧光粉能经由该芯片所发射的光线激发而放射出适当波长的光线，进而混合成白光，然而此种方式所制造的发光二极管，由于荧光粉直接接触其芯片，容易受热而加速该荧光粉的劣化，造成产品寿命缩短；而另一方式则是将荧光粉混合于封装树脂中，直接以此一含有荧光粉的封装树脂封装发光二极管的芯片，以此方式制作的发光二极管，似乎虽可避免荧光粉因直接接触二极管的芯片而加速其劣化，然而对于荧光粉的使用量却无可避免的增加，造成不必要的浪费。此外，上述两种现有制作白光发光二极管的方式都无可避免的需于硬化该封装树脂后才能得知该产品的色温是否达其目标，若该批产品未达其目标色温，仅能整批回收，对于产品良率的提升无异是一大阻碍。
因此，为了提升发光二极管的产品质量，避免荧光粉因受热而加速劣化导致产品寿命缩短，进而提升产品良率，减少不必要的原物料浪费，发展一崭新的发光二极管制作方式实有其必要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种白光发光二极管，其能避免荧光粉直接与发光二极管芯片接触导致荧光粉受热而加速劣化使得产品寿命缩短；以及于制作时实时调整所需的荧光粉含量，避免产品于封装完成的色温分析未达目标色温进而形成缺陷品，故可减少不必要的原物料的浪费，提升产品良率。
为达成上述目的，本发明的一态样提供一种白光发光二极管，包括：一发射介于200nm至650nm波长的光线的发光单元；多个覆盖于发光单元表面的封装树脂层；以及多个设置于所述封装树脂层之间的荧光粉层。
于上述本发明的白光发光二极管中，所述封装树脂层包括：一覆盖于发光单元表面的第一树脂层；一覆盖于第一树脂层表面的第二树脂层；以及一覆盖于第二树脂层表面的第三树脂层，其中，该第一树脂层的折射率可高于或等于该第二树脂层的折射率，该第二树脂层的折射率可高于或等于该第三树脂层的折射率。
于上述本发明的白光发光二极管中，该第一树脂层的折射率可为1.4至1.9之间，而该第三树脂层的折射率可为1.0至1.3之间；此外，所述封装树脂层的组成可为含环氧树脂、硅胶、丙烯酸树脂或其组合的热固化树脂或光固化树脂。
于上述本发明的白光发光二极管中，所述荧光粉层包括一第一荧光粉层及一第二荧光粉层，其中，第一荧光粉层设置于该第一树脂层及该第二树脂层之间，第二荧光粉层设置于该第二树脂层及该第三树脂层之间；前述的该荧光粉层的组成可包括一红光荧光粉、一绿光荧光粉、一蓝光荧光粉、一黄光荧光粉或其组合，其中该红光荧光粉可选自由Ca2SiN8:Eu2+、Sr2SiN8:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+、CaS:Eu2+、Y2O3:Eu3+、Y2O3:Bi3+、(Y，Gd)2O3:Eu3+、(Y，Gd)2O3:Bi3+、Y2O2S:Bi3+、(Me1-xEux)ReS、Mg2TiO4:Mn4+、及Mg3SiO4:Mn所组成的群组；该绿光荧光粉可选自由(Ba，Sr)SiO4:Eu2+、Lu3Al5O12:Ce3+、YBO3:Ce3+、YBO3:TB3+、SrGa2S4:Eu2+、SrGa2O4:Eu2+、SrSi2N2O2:Eu2+、SrAl2O4:Eu2+、(Ba，Sr)MgAl10O17:Eu2+及(Ba，Sr)MgAl10O17:Mn2+所组成的群组；该蓝光荧光粉可选自由BaMgAl10O17:Eu2+及(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+，Gd2+所组成的群组；以及该黄光荧光粉可为Y3Al5O12:Ce3+、Tb3Al5O12:Ce3+、CaSi2N2O2:Eu2+、(Y，Cd)3Al5O12:Ce3+、或(Me1-x-yEuxRey)3SiO5，上述的Me可选自Ca、Sr、Ba及其组合；Re可选自Pr、Sm、Rb、Dy、Ho、Y、Er、Eu、Tm、Yb、Cr、Sr、Lu、Gd、Al、Zn及其组合。
于上述本发明的白光发光二极管中，所述封装树脂层及所述荧光粉层可为具有2层至10层的多层结构，其中，所述荧光粉层可为连续分布或非连续分布，且所述荧光粉层可为多层壳状的图案排列；前述本发明中，多层结构形状可为圆形、矩形、梯形、三角形或其组合，而所述荧光粉层可为同心圆的图案排列于所述封装树脂层之间，但本发明不应局限于此。
于上述本发明的白光发光二极管中，该发光单元可包括一个或多个具有不同波长光线的发光二极管芯片所组成，较佳为2个至16个具有不同波长光线的发光二极管芯片所组成；于上述本发明的白光发光二极管中，所述封装树脂层及所述荧光粉层可以各种现有的方式而形成，如喷洒或涂布方式，但本发明并不局限于此。
此外，本发明的另一目的在于提供一种芯片板上封装结构(chip onboard，COB)，其中将本发明上述的发光二极管封装结构应用于该芯片板上，进而使芯片板上封装结构可实时调整所需的荧光粉含量，避免产品因于封装完成的色温分析未达目标色温而导致形成缺陷品，故可减少不必要的原物料的浪费，进而提升产品良率。
为达上述目的，本发明的另一态样提供一种芯片板上封装结构(chipon board，COB)，包括：一电路载板；以及本发明上述的白光发光二极管，其经由一组成可为金或金锡的金属焊接层封装于该电路载板。
于本发明上述芯片板上封装结构中，该电路载板包括一绝缘层及一电路基板，其中，该绝缘层的材质可为绝缘性类金刚石、氧化铝、陶瓷，及含钻石的环氧树脂、或其组成物，或者为表面覆有上述绝缘层的金属材料，而该电路基板可为一金属板、一陶瓷板或一硅基板。此外，该电路载板表面也可以选择性还包含一类金刚石层，以增加散热效果。
附图说明
图1A至图1F是本发明第一实施例的白光发光二极管的制备方法的流程结构示意图。
图2A至图2F是本发明第二实施例的白光发光二极管的制备方法的流程结构示意图。
图3是本发明第三实施例的白光发光二极管示意图。
图4是本发明第四实施例的白光发光二极管示意图。
图5是本发明第一实施例的芯片板上封装结构的立体示意图。
主要元件符号说明
白光发光二极管 100，200，300，400
第一树脂层     11
第二树脂层     12
第三树脂层     13
第四树脂层     14
上表面         11a，12a，13a
第一荧光层     21，21’
第二荧光层     22，22’
第三荧光层     23，23’
发光单元       3
基板           4
电路载板       5
绝缘层         51
电路基板       52
金属焊接层     6
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明的实施例中所述图式均为简化的示意图。但所述图标仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的态样，其实际实施时的元件数目、形状等比例为选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。
请参考图1A至图1F是本发明第一实施例的白光发光二极管的制备方法的流程结构示意图；如图1A，首先准备一基板4，且基板4上设置有发光单元3；接着，于该发光单元3上覆盖一半球体状的第一树脂层11，并将第一树脂层11加热硬化至半固化状态，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.5的热固化环氧树脂作为第一树脂层11，而发光单元3为具有二个不同波长光线的发光二极管芯片所组成，且该发光单元3可发射波长介于450nm至500nm的光线，如图1B所示。
之后，再于半固化状态的第一树脂层11的上表面11a涂布一红光荧光粉以形成一连续分布的第一荧光粉层21，如图1C；接着，再于该第一荧光粉层21上涂布覆盖一第二树脂层12，并将第二树脂层12加热硬化至半固化状态，如图1D，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.4的热固化环氧树脂作为第二树脂层12；此时可将白光发光二极管的半成品进行色温分析，若未达所需的目标色温即再于该第二树脂层12的上表面12a涂布一黄光荧光粉以形成一连续分布的第二荧光粉层22，如图1E；待干燥后再覆上一第三树脂层13并加以硬化至半固化状态，如图1F，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.3的热固化环氧树脂作为第三树脂层13；此时可再将该白光发光二极管100进行色温分析，若达所需目标色温，再将覆盖于发光单元3表面的第一树脂层11、第二树脂层12、第三树脂层13加热至完全固化成型，并完成封装；在本发明的白光发光二极管中，覆盖于发光单元3表面的树脂层(例如，第一树脂层11、第二树脂层12、第三树脂层13)可视需要而任意调整树脂层的层叠数量、硬化方式(光固化树脂或热固化树脂)、折射率，此外，荧光粉层(例如，第一荧光粉层21、第二荧光粉层22)可视需要而任意调整荧光粉层的层叠数量或组成份，同时也可以将不同光色的荧光粉设置于不同荧光粉层，或将不同光色的荧光粉混合后设置于同一荧光粉层，此外，荧光粉层可以在不同树脂层之间以连续或不连续的方式分布，而本发明并未局限于此。
请参考图2A至图2F是本发明第二实施例的白光发光二极管的制备方法的流程结构示意图，除了荧光粉层或树脂层的组成略有变化之外，本实施例的封装流程及结构大致与第一实施例相同。
请参考图2A，首先准备一基板4，且基板4上设置有发光单元3；接着，于该发光单元3上覆盖一半球体状的第一树脂层11，如图2B，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.4的光固化环氧树脂作为第一树脂层11；待紫外线照射至半固化状态后，于该第一树脂层11的上表面11a涂布一荧光粉以形成一非连续分布的第一荧光粉层21’，如图2C，其中，在本实施例中，是使用绿光荧光粉及黄光荧光粉混合形成第一荧光粉层21’；待该第一荧光粉层21’干燥后，在于该第一荧光粉层21’上覆上一第二树脂层12并以紫外线照射至半固化状态，如图2D，其中，在本实施例中，是使用与第一树脂层11相同组成的光固化环氧树脂作为第二树脂层12；此时可将白光发光二极管的半成品进行色温分析，若未达所需的目标色温即再于该第二树脂层12的上表面12a涂布另一红光荧光粉以形成一非连续分布第二荧光粉层22’，如图2E；待干燥后再覆上一第三树脂层13并加以干燥，如图2F，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.3的光固化环氧树脂作为第三树脂层13；此时可再将该白光发光二极管200进行色温分析，若达所需目标色温，再将覆盖于发光单元3表面的第一树脂层11、第二树脂层12、第三树脂层13以紫外线照射至完全固化成型，并完成封装。
本发明的技术特征在于提供一种可实时调整封装树脂中所需的荧光粉含量的技术，避免所制备的白光发光二极管因所含的荧光粉含量过多或不足导致无法达到目标色温而形成缺陷品的问题产生，因此除前述实施例揭露的三层树脂封装的白光发光二极管外，若有需要可重复进行喷洒荧光粉层并加以树脂封装的制程，直到该产品达目标色温为止，因此，请参考图3是本发明第三实施例的白光发光二极管示意图，本实施例即为一四层树脂封装的白光发光二极管。
请参考图3，并一并参考前述第一实施例的流程，其中在完成本发明的白光发光二极管100后(如图1F)，若进行的色温分析而未达目标色温时，可再于该第三树脂层13的上表面13a涂布一蓝光荧光粉，待干燥形成一连续分布的第三荧光粉层23后，再覆上一第四树脂层14并加以干燥，待干燥后再进行色温分析确认该白光发光二极管300是否达目标色温，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.2的热固化环氧树脂作为第四树脂层14；如前述本发明的白光发光二极管中，若已达目标色温即固化树脂封装，若未达目标色温则再重复上述的封装流程，增加荧光粉及树脂层的堆栈层数，直到产品达目标色温。
请参考图4是本发明第四实施例的白光发光二极管示意图，并一并参考前述第二实施例的流程，其中在完成本发明的白光发光二极管200后(如图2F)，所进行的色温分析若未达目标色温时，可再于该第三树脂层13的上表面13a涂布一绿光荧光粉，待干燥形成一非连续分布的第三荧光粉层23’后，再覆上一第四树脂层14并加以干燥，待干燥后再进行色温分析确认该白光发光二极管400是否达目标色温，其中，在本实施例中，是使用折射率为1.2的光固化环氧树脂作为第四树脂层14；如前述本发明的白光发光二极管中，若已达目标色温即固化树脂封装，若未达目标色温即再重复上述的封装流程，增加荧光粉及树脂层的堆栈层数，直到产品达目标色温。
请参考图5，其是本发明第一实施例的芯片板上封装结构的结构示意图，其中，芯片板上封装结构包括：一电路载板5；以及上述第一实施例所制得的白光发光二极管100，其经由一金属焊接层6电性连接该电路载板5，其中，该电路载板5包含一绝缘层51、一电路基板52，该绝缘层51的材质可选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、含钻石的环氧树脂、或者上述材质的混合物，该电路基板52是一金属板、一陶瓷板或一硅基板。
据此，本发明上述芯片板上封装结构(chip on board，COB)中，其中将本发明上述的发光二极管封装结构设置于该芯片板上，进而使芯片板上封装结构可实时调整所需的荧光粉含量，利于提升产品良率。而且，本发明上述芯片板上封装结构中适合使用的发光二极管，并非仅限于上述第一实施例所制得的白光发光二极管，亦可使用本发明所述任何白光发光二极管。
由上述可知，本发明的多层封装的白光发光二极管，具有可实时调整封装树脂中荧光粉含量的结构设计，可在封装发光二极管的过程中根据色温分析结果实时调整荧光粉含量，避免产品于封装完成后的色温分析未达目标色温进而形成缺陷品，故可减少不必要的原物料的浪费，提升产品良率。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，所述荧光粉层亦可为连续分布及非连续分布交替使用，如第一荧光粉层为连续分布而第二荧光粉层为不连续分布，本发明不应以此为限，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (20)

1.一种白光发光二极管，其特征在于，包括：
一发光单元，发射介于200nm至650nm波长的光线；
多个封装树脂层，覆盖于发光单元的表面；以及
多个荧光粉层，设置于所述封装树脂层之间。
2.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述封装树脂层包括一第一树脂层，其覆盖于发光单元的表面；一第二树脂层，其覆盖于第一树脂层的表面；一第三树脂层，其覆盖于第二树脂层的表面。
3.如权利要求2所述的白光发光二极管，其特征在于，该第一树脂层的折射率高于或等于该第二树脂层的折射率，该第二树脂层的折射率高于或等于该第三树脂层的折射率。
4.如权利要求3所述的白光发光二极管，其特征在于，该第一树脂层的折射率为1.4至1.9。
5.如权利要求3所述的白光发光二极管，其特征在于，该第三树脂层的折射率为1.0至1.3。
6.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述封装树脂层为一热固化树脂、或一光固化树脂。
7.如权利要求6所述的白光发光二极管，其特征在于，所述封装树脂层为环氧树脂、硅胶、丙烯酸树脂。
8.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述荧光粉层包括一第一荧光粉层及一第二荧光粉层。
9.如权利要求8所述的白光发光二极管，其特征在于，该第一荧光粉层设置于该第一树脂层及该第二树脂层之间。
10.如权利要求8所述的白光发光二极管，其特征在于，该第二荧光粉层设置于该第二树脂层及该第三树脂层之间。
11.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述荧光粉层选自由一红光荧光粉、一绿光荧光粉、一蓝光荧光粉、一黄光荧光粉或其组合所组成的群组。
12.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述荧光粉层为一连续分布或一非连续分布。
13.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述荧光粉层为同心圆的图案排列于所述封装树脂层之间。
14.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述封装树脂层及所述荧光粉层具有2层至10层的多层结构。
15.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，该发光单元为一个或多个具有不同波长光线的发光二极管芯片所组成。
16.如权利要求15所述的白光发光二极管，其特征在于，该发光单元为2个至16个具有不同波长光线的发光二极管芯片所组成。
17.一种芯片板上封装结构，其特征在于，包括：
一电路载板；以及
一如权利要求1至权利要求16中任一项所述的白光发光二极管，其经由一金属焊接层封装于该电路载板。
18.如权利要求17所述的芯片板上封装结构，其特征在于，该电路载板包括一绝缘层及一电路基板，绝缘层的材质至少一种选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷，及含钻石的环氧树脂所组成的群组。
19.如权利要求18所述的芯片板上封装结构，其特征在于，该电路基板为一金属板、一陶瓷板或一硅基板。
20.如权利要求17所述的芯片板上封装结构，其特征在于，该金属焊接层为金或金锡。
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