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TWI581465B - 晶片級封裝發光裝置及其製造方法 - Google Patents

晶片級封裝發光裝置及其製造方法 Download PDF

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TWI581465B
TWI581465B TW104144441A TW104144441A TWI581465B TW I581465 B TWI581465 B TW I581465B TW 104144441 A TW104144441 A TW 104144441A TW 104144441 A TW104144441 A TW 104144441A TW I581465 B TWI581465 B TW I581465B
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fluorescent
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陳傑
王琮璽
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行家光電股份有限公司
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Description

晶片級封裝發光裝置及其製造方法
本發明有關一種發光裝置及其製造方法，特別關於一種具有覆晶式LED晶片之晶片級封裝發光裝置及其製造方法。
LED(發光二極體)晶片係普遍地使用來提供照明、顯示或指示用的光源，而LED晶片通常會設置於一封裝構造(其中可包含螢光材料)中，以成為一發光裝置。
隨著LED技術的發展，晶片級封裝(chip-scale package，CSP)發光裝置以其明顯的優勢於近年開始受到廣大的重視。以最廣泛被使用之白光CSP發光裝置為例，其通常由一藍光LED晶片與一包覆LED晶片的螢光結構所組成；其中，藍光LED晶片通常為一覆晶式LED晶片，具有從上表面與側部立面發出藍光之特性，又，螢光結構需將上表面與側部立面所發出之藍光均勻地轉換波長，使通過螢光結構後所產生之不同波長的光線以適當比例混合後形成均勻的白光；為達成此均勻地轉換波長之目的，螢光結構需在上表面與側部立面具有相同的厚度，此即所謂共形化分佈(conformal coating)之螢光結構。
相較於傳統支架型LED與陶瓷基板型LED，CSP發光裝置具有以下優點：(1)不需要金線及額外的支架或陶瓷基板等副載具(submount)，因此可明顯節省材料成本；(2)因省略了支架或陶瓷基板等副載具，可進一步降低LED晶片與散熱板之間的熱阻，因此在相同操作條件下將具有較低的操作溫度，或進而增加操作功率；(3)較低的操作溫度可使LED具有較高的晶片量子轉換效率；(4)大幅縮小的封裝尺寸使得在設計模組或燈具時，具有更大的設計彈性；(5)具有小發光面積，因此可縮小光展量(Etendue)，使得二次光學更容易設計，亦或藉此獲得高發光強度(intensity)。
然而，CSP發光裝置因為不需額外的基板或支架等副載具，故CSP發光裝置中的螢光結構僅與LED晶片相接觸；由於兩者之間的接觸面積相當有限，往往導致兩者之間的結合力道不足；又LED晶片與螢光結構的熱膨脹係數通常具有明顯的差異，在發光裝置操作時所產生的溫度變化下，熱膨脹係數的不匹配所引起的內應力將使接合力道已不足的螢光結構容易從LED晶片上剝離(delamination)，導致CSP發光裝置失效。這項先天上的特性嚴重影響了現有CSP發光裝置的可靠度性能。
再者，現有CSP發光裝置在製造的過程中，會先將螢光材料混合於黏合材料(binder)中，例如高分子材料，再透過模造成型(molding)、印刷(printing)或噴塗(spraying)等方法來形成螢光結構；當螢光材料混合於高分子材料中時，將形成螢光膠體(phosphor slurry)，以此進行螢光結構的製造時，對螢光結構幾何尺寸的控制需要很高的精準度，才能獲得精確的發光顏色控制；又，現有方法僅能控制螢光結構的幾何外型尺寸，而 難以控制螢光材料在螢光膠體(或螢光結構)內的分佈狀態，而螢光材料的分佈狀態卻是決定其發光性能的關鍵因素。因此，這兩項先天物理特性使得螢光材料難以形成共形化分佈(conformal coating)，故增加了CPS發光裝置在大量製作上達到光學一致性的難度。
例如以螢光膠體透過模造成型(或印刷)進行CSP發光裝置之螢光結構製作時，複數個LED晶片(形成一LED晶片陣列)與模具內表面(或與印刷刮刀及鋼板)之間的相對位置的誤差，將造成複數個LED晶片上表面及立面所形成的螢光結構之厚度一致性不足；同時，後續若須以切割分離複數個CSP發光裝置時，螢光結構的切割位置的誤差將使LED晶片立面上的螢光結構之厚度難以控制；再加上無法有效控制螢光材料在膠體內的分佈；這些因素造成了無法形成共形化分佈(conformal coating)之螢光材料，使LED晶片所發射出的光線經過螢光結構後，其顏色不一致，因而造成空間色均勻性(spatial color uniformity)不佳，且色溫(Correlated Color Temperature，CCT)分級(binning)集中度亦不佳，導致生產良率下降。
此外，若採用噴塗方式來製作螢光結構時，雖可避免在模造成型(或印刷製程)中LED晶片在對位誤差上所遭遇的相關問題，但螢光材料在噴塗時卻因重力的作用而不易附著在LED晶片的垂直立面，導致螢光材料不易在立面上形成連續分佈，這將造成在LED晶片的立面上螢光材料在高分子材料中不連續，雖然高分子材料可在立面形成連續分佈透明結構，但因局部缺乏螢光材料以致產生較大面積連續性的光學上之透明「空孔」，使藍光從空孔洩漏，即未經過螢光材料波長轉換而直接穿透封裝構造，造成CSP發光裝置側面容易洩漏藍光，以致CSP發光裝置正面光線與側 面光線的顏色不一致而形成藍暈，因此，現有噴塗製程亦無法形成共形化分佈(conformal coating)之螢光材料；又，若採用噴塗方式於LED晶片的上表面形成較薄的螢光結構時，因螢光材料與高分子材料已預混合形成螢光膠體，螢光材料(通常為顆粒狀)本身的聚集現象(particle aggregation)將使螢光材料出現明顯的分佈不連續，此亦會形成螢光材料的空孔，造成光斑(藍光斑點)現象；因此，採用噴塗方式製作CSP發光裝置時，空孔所造成的藍光洩漏會使局部區域藍光強度過高，除了會使空間色均勻性不佳之外，亦會增加藍光對人眼造成的傷害；同時，不一致的螢光材料分佈會使色溫分級集中度不佳；又，藍光大量洩漏將使螢光材料無法有效轉換藍光波長，也會造成光轉換效率的下降。
有鑑於此，提供一種可增強螢光結構與LED晶片介面的附著力(即改善發光裝置的可靠度)，並增加CSP發光裝置空間色均勻性、提升色溫分級集中度與提升發光效率等的技術方案，為目前業界發展CSP發光裝置製造技術亟待解決的問題。
本發明之一目的在於提供一種發光裝置及其製造方法，其能改善發光裝置的可靠度、空間色均勻性、色溫分級集中度及發光效率，且可具有小發光面積及低熱阻。
為達上述目的，本發明所揭露的一種發光裝置包含一LED晶片與一封裝構造，其中該封裝構造包含一緩衝結構、一螢光結構及一透光結構；該LED晶片為一覆晶式LED晶片，具有一上表面、相對於該上表面 之一下表面、一立面及一電極組，該立面形成於該上表面與該下表面之間，該電極組設置於該下表面上；該緩衝結構為一相對軟性材質，亦可稱為軟性緩衝結構，可由例如一高分子材料製成，其包含一頂部及一側部，該頂部形成於該上表面上，而該側部形成於該立面上，該頂部具有一凸狀曲面，而該側部具有一連接該凸狀曲面的外緣面；該螢光結構沿著該凸狀曲面及該外緣面，形成於該軟性緩衝結構上，該螢光結構通常包含一高分子材料(例如矽膠、環氧樹脂或橡膠等)及一螢光材料；該透光結構形成於該螢光結構上，其中該透光結構的一硬度不小於該軟性緩衝結構的一硬度。
為達上述目的，本發明所揭露的一種發光裝置的製造方法包含：放置複數個LED晶片於一離型材料上，以形成一LED晶片陣列；形成複數個封裝構造於該等LED晶片上，該等封裝構造彼此相連；以及切割該等封裝構造。此外，在切割該等封裝構造之前或之後，移除該離型材料。
上述形成該等封裝構造於該等LED晶片上的步驟更包含：形成複數個軟性緩衝結構於該等LED晶片上，並使得各該軟性緩衝結構的一頂部設置於各該LED晶片之一上表面、且使各該軟性緩衝結構的一側部設置於各該LED晶片之一立面，其中該頂部具有一凸狀曲面，而該側部具有一連接該凸狀曲面的外緣面；沿著該等軟性緩衝結構的該等凸狀曲面及該等外緣面，形成複數個螢光結構於該等軟性緩衝結構上，其中，可選擇性地採用可分別沉積螢光材料與高分子材料之方法形成複數個螢光結構；及形成複數個透光結構於該等螢光結構上，其中該透光結構的一硬度不小於該軟性緩衝結構的一硬度。
藉此，本發明的發光裝置及其製造方法能至少提供以下的有 益效果：相比於現有CSP發光裝置之螢光結構直接地接觸LED晶片，部分螢光材料(通常為一陶瓷材料，其與晶片間無黏著性)減低了高分子材料與LED晶片的接觸面積，因而降低了螢光結構與LED晶片介面之附著力，而本發明所揭露之軟性緩衝結構可使其本身之高分子材料完全與LED晶片接觸，因此透過緩衝結構可明顯提升螢光結構與LED晶片之間的結合力量(bonding force)。此外，軟性緩衝結構的硬度較低，可減緩因各元件之間熱膨脹係數不匹配所產生的內應力，故軟性緩衝結構可作為一應力減緩結構。因此，本發明的發光裝置在運作時(內部溫度會明顯變化)，不易有剝離(delamination)現象產生，即封裝構造不易從LED晶片分離，增加了發光裝置的可靠度性能。
再者，由於本發明所揭露之軟性緩衝結構的側部的外緣面為相對平緩曲面，可使LED晶片的立面所造成之斷差(step)較為平緩(smooth)，相較於現有技術中螢光材料因重力的作用導致螢光材料在高分子材料中沉澱，而不易均勻附著在LED晶片的垂直立面，因此在立面上無法形成連續且共形化分佈(conformal coating)之螢光材料；本發明所揭露之緩衝結構可大幅減緩因重力的作用所導致的螢光材料沉澱之現象，因此可在緩衝材料側部形成連續分佈的螢光材料，產生近似共形化分佈(approximately conformal coating)之螢光結構，故而解決了CSP發光裝置藍光洩漏之問題，如此，本發明的發光裝置具有較佳的空間色均勻性，也因此提升了色溫分級集中度。
又，本發明的發光裝置在形成螢光結構時，可採用分別沉積螢光材料與高分子材料的方法，因此可大幅減少螢光材料聚集的現象，使 得在形成較薄的螢光結構時仍可獲得分佈均勻的螢光材料，避免了空孔的產生，因此不會產生光斑現象，同時亦可形成高密度堆疊的螢光結構。由於改善了光斑現象與藍光之洩漏，並且具有高密度堆疊的螢光結構，因此本發明的發光裝置具有較佳的螢光結構之光轉換效率，故提升了整體發光效率，同時亦降低了藍光對人眼傷害的風險。
為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。
1、1A、1B、1C、1D、1E‧‧‧發光裝置
100‧‧‧LED晶片陣列
10‧‧‧覆晶式LED晶片、LED晶片
11‧‧‧上表面
111‧‧‧邊緣
12‧‧‧下表面
13‧‧‧立面
14‧‧‧電極組
200‧‧‧封裝構造
20‧‧‧緩衝結構、軟性緩衝結構
21‧‧‧頂部
211‧‧‧凸狀曲面
22‧‧‧側部
221‧‧‧外緣面
23‧‧‧光散射性微粒
30‧‧‧螢光結構
31‧‧‧頂部
32‧‧‧側部
321‧‧‧水平段
40‧‧‧透光結構
41‧‧‧微結構透鏡層
411‧‧‧微結構
42‧‧‧光散射性微粒
43‧‧‧光散射層
300‧‧‧離型材料
第1A圖至第1C圖係為依據本發明之第1較佳實施例之發光裝置的示意圖；第2圖係為依據本發明之第2較佳實施例之發光裝置的示意圖；第3A圖至第3C圖係為依據本發明之第3較佳實施例之發光裝置的示意圖；及第4A圖至第4F圖係依據本發明之較佳實施例之發光裝置之製造方法的各步驟之示意圖。
請參閱第1A圖所示，其為依據本發明之第1較佳實施例之發光裝置的示意圖(剖視圖)。該發光裝置1A可包含一LED晶片10、一緩衝結構20、一螢光結構30及一透光結構40，而緩衝結構20、螢光結構30及透光結構40又可構成一透光的封裝構造200；該些元件的技術內容將依序說明如下。
該LED晶片10為一覆晶式LED晶片，其包含一上表面11、一下表面12、一立面13及一電極組14。上表面11與下表面12為相對且相反地設置，而立面13形成於上表面11與下表面12之間、且連接上表面11與下表面12。換言之，立面13是沿著上表面11之邊緣111與下表面12之邊緣而形成，故立面13相對於上表面11與下表面12為環形(例如矩型環)。
電極組14設置於下表面12上，且可具有二個以上之電極。電能(圖未示)可透過電極組14供應至LED晶片10內，以使LED晶片10發出光線。光線可從上表面11及立面13射出。由於LED晶片10為覆晶型式，故上表面11上未設有電極。
緩衝結構20用以緩衝各元件的熱膨脹係數不匹配所產生的內應力、改善LED晶片10與封裝構造200之介面附著性、且可幫助螢光結構30均勻地形成於其上以達到近似共形化分佈(approximately conformal coating)等。具體而言，緩衝結構20為一相對軟性材質，亦可稱為軟性緩衝結構20，其製造材料可為一透明之高分子材料(包含矽膠、環氧樹脂或橡膠等)，軟性緩衝結構20可包含一頂部21及一側部22(兩者為一體成型)，而頂部21形成且接觸於LED晶片10之上表面11上，側部22形成且接觸於LED晶片10之立面13；此外，軟性緩衝結構20可完整地覆蓋LED晶片10之上表面11及立面13，但未有覆蓋LED晶片10之電極組14。
請配合參閱第1B圖(省略螢光結構及透光結構之發光裝置之剖視圖)，頂部21包括一凸狀曲面211(即頂部21的上表面)，且凸狀曲面211之最高點係靠近或對齊LED晶片10之上表面11之中心點，而凸狀曲面211之最低點係靠近或對齊上表面11之邊緣111；因緩衝結構20較佳地由高分子 材料組成，其受材料內聚力之作用後通常會形成一凸狀結構，使頂部21具有凸狀曲面211。較佳地，凸狀曲面211之最高點至上表面11的距離係小於LED晶片10之厚度之一半，換言之，凸狀曲面211可以不是一半球面。
該側部22包含一連接該凸狀曲面211的外緣面221(即側部22之上表面)，而較佳地外緣面221與凸狀曲面211係連續地相連接；也就是，在兩者之交界線上，外緣面221的曲率與凸狀曲面211的曲率為實質相同。連續地連接的外緣面221與凸狀曲面211有益於後述的螢光結構30的形成。
外緣面221與凸狀曲面211可在LED晶片10之上表面11之邊緣111處相連接，故邊緣111相切或鄰近於凸狀曲面211及外緣面221；也就是，邊緣111與「外緣面221及凸狀曲面211之間的交界線」相平行地或接近平行地偏移，而較佳地此偏移量可在製程能力下為最小者。
外緣面221較佳地可包含一凹狀曲面(如圖所示)，換言之，外緣面221的曲率與凸狀曲面211曲率為相反。此外，外緣面221係越遠離LED晶片10之立面13時越接近水平(其曲率最終亦趨近於零)。此種外緣面221更有益於後述的螢光結構30的形成。另一實施例中(圖未示)，外緣面221可包含一傾斜平面或一凸狀曲面。
較佳地，形成該緩衝結構20的方法可為：將一高分子材料，例如矽膠，噴灑(spray)至LED晶片10上，以使得高分子材料附著在LED晶片10之上表面11及立面13。藉由高分子材料本身的表面張力及內聚力，於高分子材料固化後可形成具有頂部21及側部22之軟性緩衝結構20。
軟性緩衝結構20具有較小的硬度，以能減緩各元件之間因熱膨脹係數不匹配所產生的內應力之影響，因而減緩內應力所造成的剝離 (delamination)現象。而當軟性緩衝結構20的硬度過大時，會降低其減緩內應力之效果，故硬度較佳地不大於A80之蕭氏硬度(Shore Hardness)。軟性緩衝結構20的硬度主要由軟性緩衝結構20的製造材料來決定，故依據所需之硬度來選擇適合的製造材料。舉例而言，軟性緩衝結構20的製造材料可為一透明之高分子材料(包含矽膠、環氧樹脂或橡膠等)，然後從不同種類的高分子材料來選擇一硬度合乎要求者。
螢光結構30可改變「從LED晶片10所發出、然後通過軟性緩衝結構20的光線」之波長。具體而言，螢光結構30係沿著軟性緩衝結構20之凸狀曲面211及外緣面221、形成於軟性緩衝結構20上。
請配合參閱第1C圖(省略透光結構之發光裝置之剖視圖)，螢光結構30也可視為包含一頂部31及一側部32，頂部31形成於軟性緩衝結構20之頂部21上，而側部32形成於軟性緩衝結構20之側部22上。此外，由於頂部21之凸狀曲面211及側部22之外緣面221可為連續地連接，螢光結構30之頂部31及側部32亦可較連續、平順地相連接。
由於外緣面221為一相對平緩曲面，可使LED晶片10之立面13所造成之斷差(step)較為平緩(smooth)，因此，在採用噴塗等類似方法來形成螢光結構30時，緩衝結構20可大幅減緩因重力的作用所導致的螢光材料沉澱之現象，使螢光材料可連續分佈於緩衝結構20的頂面211與外緣面221，產生近似共形化分佈(approximately conformal coating)之螢光結構30；換言之，螢光結構30可為薄膜狀結構，係基本上共形於(substantially conform to)軟性緩衝結構20之外型，而近似共形於LED晶片10之外型，由此形成的連續螢光結構30可解決CSP發光裝置1A藍光洩漏之問題。
螢光結構30係包含螢光材料、及固定螢光材料的黏合材料(例如可透光的高分子材料)。螢光結構30可藉由如申請人先前提出的公開號US2010/0119839之美國專利申請案(對應於證書號I508331之臺灣專利)所揭露的方法來形成，該美國及臺灣專利申請案的技術內容以引用方式全文併入本文；該方法可分別地沉積螢光材料與高分子材料，在適當的參數控制下可大幅降低螢光材料聚集(particle aggregation)的現象，使得螢光結構30的螢光材料在分佈上具有良好的均勻性，可避免因分佈不連續所產生的空孔而造成藍光的洩漏(即光斑現象)，也因此降低了藍光對人眼傷害的風險；同時，亦可形成高螢光材料堆疊密度的螢光結構30，高堆疊密度且分佈均勻的螢光結構30可具有較佳的光轉換效率。此外，上述方法可重複該些製程一層一層地形成所需的堆疊順序，例如不同螢光材料的堆疊順序、或不同折射係數之高分子材料的堆疊順序，如此可使螢光結構30進一步獲得更佳的光汲取效率或光轉換效率。
由於本發明之螢光結構30是由螢光材料與高分子材料所形成(現有CSP發光裝置之螢光結構亦是)，若螢光結構30直接接觸並形成於LED晶片10上時，部分螢光材料(通常為一陶瓷材料，其與LED晶片10間無黏著性)將減低高分子材料與LED晶片10的接觸面積，因而降低了螢光結構30與LED晶片10介面之附著力；在螢光結構30與LED晶片10之間設置了緩衝結構20後，可使緩衝結構20本身之高分子材料完全與LED晶片10接觸，因而明顯提升了螢光結構30與LED晶片10之間的結合力量(bonding force)。
請復參閱第1A圖，透光結構40用以保護螢光結構30，使得環境中的物質不易影響到螢光結構30。因此，透光結構40係形成於螢光結 構30上，以覆蓋螢光結構30。透光結構40之厚度可較大，且透光結構40可不用共形於螢光結構30、軟性緩衝結構20的外型而形成；透光結構40之上表面還可為平面者，以利於機械手臂等裝置來抓取。
透光結構40的硬度不小於軟性緩衝結構20的硬度，且較佳地，透光結構40會硬於軟性緩衝結構20，以使得透光結構40具有較佳的剛性，進而提供生產上足夠的可操作性。透光結構40的硬度較佳地不小於D30之蕭氏硬度。
透光結構40的硬度主要由透光結構40的製造材料來決定，故依據所需之硬度來選擇適合的製造材料。舉例而言，透光結構40的製造材料可為一高分子材料(包含矽膠、環氧樹脂或橡膠等)，然後從不同種類的高分子材料來選擇一硬度合乎要求者。
綜合上述，發光裝置1A至少可提供以下技術特點：
1、相比於螢光結構30(及現有CSP發光裝置之螢光結構)直接地接觸LED晶片10，部分螢光材料(通常為一陶瓷材料，其與LED晶片10之間無黏著性)減低了樹脂材料與LED晶片10的接觸面積，因而降低了螢光結構30與LED晶片10介面之附著力，緩衝結構20可使其本身之樹脂材料完全與LED晶片10接觸，因此透過緩衝結構20可明顯提升螢光結構30與LED晶片10之間的結合力量。又，由於軟性緩衝結構20的硬度較低，可減緩因各元件之間熱膨脹係數不匹配所產生的內應力。如此，發光裝置1A運作時的溫度變化雖會產生內應力，但在緩衝結構20提升結合力量與減緩內應力之下，該內應力不易使封裝構造200從LED晶片10上分離；換言之，發光裝置1A運作時，不易有剝離(delamination)現象產生，顯著地增加了可 靠度性能。
2、由於軟性緩衝結構20的側部22的外緣面221為相對平緩曲面，可使LED晶片10的立面13所造成之斷差(step)較為平緩(smooth)，在採用噴塗等類似方法形成螢光結構30時，相較於直接噴塗在LED晶片10之垂直立面13上而使螢光材料因重力的作用導致螢光材料在高分子材料中沉澱，造成不易均勻附著在LED晶片10的垂直立面13而無法形成連續且共形化分佈(conformal coating)之螢光材料；發光裝置1A之緩衝結構20可大幅減緩因重力的作用所導致的螢光材料沉澱之現象，因此可在緩衝材料20側部22上形成連續分佈的螢光材料，產生近似共形化分佈(approximately conformal coating)之螢光結構30，即螢光結構30可均勻地於形成在外緣面221上。因此，無論是在頂部21或側部22上，螢光結構30都可具有均勻的螢光材料分佈及均勻的厚度。如此，發光裝置1A可避免於LED晶片10側部因螢光材料不連續所產生的空孔而造成藍光洩漏，降低了對人眼產生傷害的風險，也因此發光裝置1A亦具有良好的空間色均勻性，並提升了色溫分級集中度與其發光效率。
3、在形成發光裝置1A之螢光結構30時，可採用分別沉積螢光材料與高分子材料的方法，因此可大幅減少螢光材料聚集的現象，使得在形成較薄的螢光結構30時仍可獲得分佈均勻的螢光材料，避免了空孔的產生，因此不會產生光斑現象，同時亦可形成高密度堆疊的螢光結構30。由於改善了光斑現象與藍光之洩漏，並且具有高密度堆疊的螢光結構，因此本發明的發光裝置具有較佳的螢光結構之光轉換效率，故提升了整體發光效率，同時亦降低了藍光對人眼傷害的風險。
4、透光結構40的折射係數可選擇小於螢光結構30的折射係數，其又可選擇小於軟性緩衝結構20的折射係數；換言之，封裝構造200可落實折射係數之匹配，係封裝構造200之折射係數越遠離LED晶片10時越接近外界(空氣)之折射係數，可減少在光路徑上因為折射係數的差異而在材料介面上之全反射。如此，可提升發光裝置1A的光汲取效率。
5、透光結構40可不包含螢光材料於其內，故透光結構40的尺寸誤差不會影響到光線之波長轉換的一致性；換言之，最終形成透光結構40(或發光裝置1A)外形尺寸之製程(例如切割、模造成型…等)具有一定的加工公差，發光裝置1A的空間色均勻性與色溫分級集中度幾乎不會因為受到該些加工公差的影響而降低。
6、軟性緩衝結構20、螢光結構30及透光結構40所構成的封裝構造200在長度及寬度上僅略大於LED晶片10，且LED晶片10下方不需要設置一副載具(submount，圖未示)，故發光裝置1A可作為小尺寸的晶片級封裝之發光裝置。另外，依據應用需求，封裝構造200之側面(全部或部分)上可選擇地設置一反射結構，以進一步控制發光裝置1A的發光角度。
以上是發光裝置1A的技術內容的說明，接著說明依據本發明其他實施例的發光裝置的技術內容，而各實施例的發光裝置的技術內容應可互相參考，故相同的部分將省略或簡化。
請參閱第2圖所示，其為依據本發明之第2較佳實施例之發光裝置的示意圖。第2實施例之發光裝置1B與前述發光裝置1A不同處至少在於，發光裝置1B之透光結構40更包含一微結構透鏡層41，其為透光結構40的一部分，且可與透光結構40的其他部分一體成型。微結構透鏡層41可包 含規則或任意排列的複數個微結構411，且該等微結構411可為半球狀、角錐狀、柱狀、圓錐狀等形狀、或是為粗糙表面。
藉此，微結構透鏡層41可使光線不易反射回透光結構40中，幫助光線離開透光結構40，可增加光汲取效率，進而提升發光裝置1B的發光效率。
請參閱第3A圖至第3C圖所示，其為依據本發明之第3較佳實施例之發光裝置的示意圖。第3實施例之發光裝置1C與前述發光裝置1A不同處至少在於，發光裝置1C之軟性緩衝結構20可包含一光散射性微粒23(如第3A圖所示)，而透光結構40亦可包含一光散射性微粒42(如第3B圖及第3C圖所示)。軟性緩衝結構20及透光結構40亦可同時包含各自的光散射性微粒(圖未示)。
該光散射性微粒23及42可使光線散射，進而提升發光裝置1C之空間色均勻性等；光散射性微粒23及42可為二氧化鈦(TiO2)、氮化硼(BN)、二氧化矽(SiO2)或三氧化二鋁(Al2O3)等。此外，光散射性微粒23可均勻地分佈於軟性緩衝結構20中，而光散射性微粒42可均勻地分佈於透光結構40中(如第3B圖所示)。另外如第3C圖所示，光散射性微粒42亦可集中地分佈於透光結構40的某一部分，以構成一光散射層43；換言之，透光結構40可包含一光散射層43，而光散射層43可覆蓋螢光結構30並包含該光散射性微粒42。
上述各實施例之發光裝置1A至1C中，軟性緩衝結構20、螢光結構30及/或透光結構40可為一單層或多層結構。若為單層結構時，其由製造材料經一次固化而形成者，故各部分為一體成型；若為多層結構時， 其由製造材料分次固化而形成者，故各部分非一體成型。
接著將說明依據本發明的發光裝置的製造方法，該製造方法可製造出相同或類似於上述實施例的發光裝置1A至1C，故製造方法的技術內容與發光裝置1A至1C的技術內容可相互參考。
請參閱第4A圖至第4F圖所示，其為依據本發明之第4較佳實施例之發光裝置之製造方法的各步驟之示意圖。該製造方法至少包含三步驟：放置複數個LED晶片10於一離型材料300上；形成複數個封裝構造200於該等LED晶片10上；以及切割該等封裝構造200。以下將配合各圖式來進一步說明各階段之技術內容。
如第4A圖所示，首先準備一離型材料(例如離型膜)300，而該離型材料300還可放置於一支撐結構(例如矽基板或玻璃基板，圖未示)上；接者，將複數LED晶片10(圖式係以兩個LED晶片10為例示)放置在離型材料300上，以形成一LED晶片陣列100。較佳地，各LED晶片10之電極組14可陷入至離型材料300中，使LED晶片10之下表面12被離型材料300遮蔽。
如第4B圖至第4D圖所示，在該等LED晶片10放置好後，接著形成複數個封裝構造200於該等LED晶片10上，而該等封裝構造200彼此相連。而形成封裝構造200於LED晶片10的過程中，可包含三個次步驟：首先，如第4B圖所示，形成複數個軟性緩衝結構20於該等LED晶片10上。也就是，將該等軟性緩衝結構20的一製造材料噴灑(spray)至該等LED晶片10上，以使得製造材料附著在LED晶片10之上表面11及立面13(離型材料300上亦會附著有製造材料)。藉由製造材料本身的表面張力及內聚力，製造材料固化後可形成例如第1實施例所述的軟性緩衝結構20 (具有頂部21及側部22)。此外，所形成的軟性緩衝結構20的最高點會自然地對準LED晶片10的上表面11的中心點。
除了藉由噴灑外，亦可藉由旋轉塗佈(spin coating)等適合方式將軟性緩衝結構20的製造材料附著至LED晶片10上。此外，亦可在製造材料中混入光散射性微粒23(如第3A圖所示)，使得所形成的軟性緩衝結構20包含光散射性微粒23。
接著，如第4C圖所示，沿著該等軟性緩衝結構20的該等凸狀曲面211及該等外緣面221，形成複數個螢光結構30於該等軟性緩衝結構20上。螢光結構30的形成例如可藉由申請人先前提出的公開號US2010/0119839之美國專利申請案(對應於證書號1508331之臺灣專利)所揭露的方法，即：先將該等LED晶片10及該等軟性緩衝結構20放置於一製程腔室(圖未示)中，然後將一螢光材料及一高分子材料分別地沈積至該等軟性緩衝結構20上。可以先沈積一層密集及均勻分佈的螢光材料後，再沈積一層高分子材料作為黏合材料(binder)，以固定螢光材料；反之亦可。此外，在沈積螢光材料時，製程腔室內可為真空狀態，以更好地沈積螢光材料。
此外，以上述方法(或噴塗等方法)形成螢光結構30時，雖然在「放置複數個LED晶片10於離型材料300上以形成一LED晶片陣列100」的步驟中難以避免會產生放置位置的誤差，但各螢光結構30仍可均勻地且對稱地形成於各LED晶片10上，並不會受到對位誤差的影響而減低了該些螢光結構30之均勻性與對稱性，此特性相當有益於穩定且大量地生產；相對地，若採用模造成型與印刷等方法製作螢光結構時，並不具備此優點， 對位誤差將強烈影響其均勻性與對稱性。
下一步將如第4D圖所示，形成複數個透光結構40於該等螢光結構30上。在形成透光結構40時，可將透光結構40的製造材料噴灑至螢光結構30上，然後以加熱等方式使製造材料固化。除了藉由噴灑外，亦可藉由旋轉塗佈、模造成型或點膠等適合方式將透光結構40的製造材料附著至螢光結構30上。此外，亦可在製造材料中混入光散射性微粒42(如第3B圖所示)，使得所形成的透光結構40包含光散射性微粒42。
若所形成的透光結構40欲包含微結構透鏡層41(如第2圖所示)時，可在透光結構40的形成的同時或之後，將微結構透鏡層41形成於透光結構40上。此外，藉由模造成型，可將微結構透鏡層41與透光結構40同步形成出。
藉此，該等封裝構造200形成並覆蓋該等LED晶片10，而該等封裝構造200為一體相連。然後，可如第4E圖所示，將離型材料300從LED晶片10及封裝構造200下方移除，並如第4F圖所示，切割相連的該等封裝構造200，以得到相互分離的複數個發光裝置1；亦可先切割封裝構造200後，再移除離型材料300。
在切割相連的封裝構造200時，刀具(圖未示)較佳地可從軟性緩衝結構20的外緣面221的曲率/斜率較小處的上方向下切(也就是從遠離LED晶片10之立面13處向下切)。因此，刀具切斷處為螢光結構30的側部32的水平段321。如此，縱然切割位置有誤差，亦難以影響發光裝置1的空間色均勻性，原因在於：切割位置的誤差雖會導致發光裝置1的螢光結構30具有不對稱的水平段321，但LED晶片10所發出之光線很少會通過水平段 321，故水平段321的多寡對於空間色均勻性的影響很小。
綜合上述，發光裝置之製造方法可批次生產大量的發光裝置1，每個發光裝置1都可如前述實施例的發光裝置般具有良好的可靠度、空間色均勻性、色溫分級集中度、發光效率等，且可作為小尺寸的晶片級封裝之發光裝置。
此外，發光裝置之製造方法可不需使用模具，因此製造方法可輕易地應用於各種尺寸的LED晶片10。也就是，該製造方法應用至不同尺寸的LED晶片10時，可不需準備一個已製作好的符合該尺寸的模具，故其尺寸適用性廣泛，可減少成本。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1A‧‧‧發光裝置
10‧‧‧覆晶式LED晶片、LED晶片
11‧‧‧上表面
111‧‧‧邊緣
12‧‧‧下表面
13‧‧‧立面
14‧‧‧電極組
200‧‧‧封裝構造
20‧‧‧緩衝結構、軟性緩衝結構
21‧‧‧頂部
211‧‧‧凸狀曲面
22‧‧‧側部
221‧‧‧外緣面
30‧‧‧螢光結構
31‧‧‧頂部
32‧‧‧側部
40‧‧‧透光結構

Claims (15)

  1. 一種發光裝置，包含：一覆晶式LED晶片，具有一上表面、相對於該上表面之一下表面、一立面及一電極組，該立面形成於該上表面與該下表面之間，該電極組設置於該下表面上；一軟性緩衝結構，包含一頂部及一側部，該頂部形成於該上表面上，而該側部形成於該立面上，該頂部具有一凸狀曲面，而該側部具有一連接該凸狀曲面的外緣面；一螢光結構，沿著該凸狀曲面及該外緣面，形成於該軟性緩衝結構上；以及一透光結構，形成於該螢光結構上，其中該透光結構的一硬度不小於該軟性緩衝結構的一硬度；其中，該發光裝置係為晶片級封裝者。
  2. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該覆晶式LED晶片之該上表面具有一邊緣，而該凸狀曲面及該外緣面係在該邊緣處連接，且該邊緣係相切或鄰近於該凸狀曲面及該外緣面。
  3. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該外緣面包含一凹狀曲面、一傾斜平面或一凸狀曲面。
  4. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該軟性緩衝結構的該硬度不大於A80之蕭氏硬度，而該透光結構的該硬度不小於D30之蕭氏硬度。
  5. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該軟性緩衝結構及該透光結構之每一者的製造材料為一高分子材料，包含矽膠、環氧樹脂或橡膠。
  6. 如請求項1至5之任一項所述的發光裝置，其中，該透光結構更包含一微結構透鏡層。
  7. 如請求項1至5之任一項所述的發光裝置，其中，該軟性緩衝結構及該透光結構的至少一者包含一光散射性微粒。
  8. 如請求項1至5之任一項所述的發光裝置，其中，該透光結構包含一光散射層，該光散射層覆蓋該螢光結構並包含一光散射性微粒。
  9. 如請求項1至5之任一項所述的發光裝置，其中，該軟性緩衝結構、該螢光結構及該透光結構的至少一者為一單層或多層結構。
  10. 一種發光裝置的製造方法，包含：放置複數個覆晶式LED晶片於一離型材料上，以形成一覆晶式LED晶片陣列； 形成複數個封裝構造於該等覆晶式LED晶片上，該等封裝構造彼此相連；以及切割該等封裝構造；其中，在切割該等封裝構造之前或之後，移除該離型材料；其中，形成該等封裝構造於該等覆晶式LED晶片上的步驟係包含：形成複數個軟性緩衝結構於該等覆晶式LED晶片上，並使得各該軟性緩衝結構的一頂部設置於各該覆晶式LED晶片之一上表面、且使各該軟性緩衝結構的一側部設置於各該覆晶式LED晶片之一立面，其中該頂部具有一凸狀曲面，而該側部具有一連接該凸狀曲面的外緣面；沿著該等軟性緩衝結構的該等凸狀曲面及該等外緣面，形成複數個螢光結構於該等軟性緩衝結構上；及形成複數個透光結構於該等螢光結構上，其中該透光結構的一硬度不小於該軟性緩衝結構的一硬度。
  11. 如請求項10所述的發光裝置的製造方法，其中，形成該等軟性緩衝結構於該等覆晶式LED晶片上的步驟更包含：將 該等軟性緩衝結構的一製造材料噴灑(spray)或旋轉塗佈(spin coating)至該等覆晶式LED晶片上。
  12. 如請求項10所述的發光裝置的製造方法，其中，形成該等螢光結構於該等軟性緩衝結構上的步驟更包含：將該等覆晶式LED晶片及該等軟性緩衝結構放置於一製程腔室中；以及將一螢光材料及一高分子材料分別地沈積至該等軟性緩衝結構上。
  13. 如請求項10所述的發光裝置的製造方法，其中，形成該等透光結構於該等螢光結構的步驟更包含：將該等透光結構的一製造材料噴灑、旋轉塗佈、模造成型(molding)或點膠(dispensing)至該等螢光結構上。
  14. 如請求項10所述的發光裝置的製造方法，其中，形成該等透光結構於該等螢光結構上的步驟更包含：形成複數個微結構透鏡層於該等透光結構上。
  15. 如請求項14所述的發光裝置的製造方法，其中，該等微結構透鏡層與該等透光結構係以模造成型(molding)同步形成出。
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