光轉換結構和其應用的發光二極體的封裝結構的製作方法
2023-07-16 02:50:41 1
專利名稱：光轉換結構和其應用的發光二極體的封裝結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體的封裝結構，特別是涉及一種具有至少一微結構的光轉換結構和其應用的發光二極體的封裝結構。
背景技術：
隨著白光發光二極體(LED，Light Emitting Diode)的發光效率的提升，白光LED已成為倍受重視的新世代光源。目前的白光LED大都由藍色晶片激發突光粉體形成白光,而轉換成白光之後的光學品質優劣由光源的亮度、演色性、以及光源配光來評斷，而光源的演色性由螢光粉體混煉的方法決定，大多是將多種波長螢光粉體混煉在一起由此增加演色性，但由於多種螢光粉體混煉在一起容易造成激發光相互吸收問題，導致發光效率不佳的問題。再者，若由發光晶片所發射出來的光再入射到其他材料(如螢光粉層)時，因材料與環境介質間的折射係數差異，會造成入射至其他材料的光線在特定入射角下遭到全反射。這將使得LED的光萃取效率降低。
發明內容
鑑於以上的問題，本發明的目的在於提供一種具有一堆疊結構的光轉換結構和發光二極體的封裝結構，用於解決現有技術中由於多種螢光粉體混煉在一起容易造成激發光相互吸收，導致發光效率不佳的問題。本發明所揭露的光轉換結構，其包含第一微結構層和一堆疊結構。第一微結構層包含一第一平坦面和一第一粗糙面。一光線由第一粗糙面入射至第一微結構層，形成多個散射光，並由第一平坦面射出。堆疊結構由多個螢光粉層堆疊形成，且設置於第一微結構層的第一平坦面上，以吸收由第一微結構層的第一平坦面射出的散射光，並激發出多個激發光。在一實施例中，本發明所揭露的發光二極體的封裝結構，包含一用以發出一光線的發光晶片和一的光轉換結構。光轉換結構包含一第一微結構層和堆疊結構。第一微結構層包含一第一平坦面和一第一粗糙面，光線由第一微結構層的第一粗糙面入射而形成多個第一散射光，並由第一微結構層的第一平坦面射出。堆疊結構由多個螢光粉層堆疊形成且設置於第一微結構層的第一平坦面上，以吸收由第一微結構層的第一平坦面射出的每一個散射光，並激發出多個激發光。如此一來，光轉換結構便可降低光線入射至堆疊結構時所產生的反射情形，使得光的萃取率以及出光率可以大幅提升。有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合附圖作最佳實施例詳細說明如下。
圖1A為本發明一實施例的光轉換結構的剖面示意圖1B為本發明一實施例的光轉換結構的剖面示意圖；圖2A為本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖；圖2B為本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖；圖3A為本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖；圖3B為本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。主要元件符號說明10,23第一微結構11-13螢光粉層11 a-13a螢光粉體14第二微結構101第一粗糙面102第一平坦面142第二粗糙面141第二平坦面131、311 表面21,31發光晶片22、33封裝體32粘著層D1、D2 距離Ml、M2 光轉換結構
具體實施例方式請參照圖1A，其為根據本發明一實施例的光轉換結構的剖面示意圖。本實施例的光轉換結構Ml包含一第一微結構層10、多個螢光粉層(如螢光粉層11至13所示，但不為本發明的限制)。螢光粉層11至13堆疊形成一堆疊結構。第一微結構層10包含一第一平坦面102和一第一粗糙面101。堆疊結構設置於第一微結構層10的第一平坦面102上。
當光線由第一微結構層10的第一粗糙面101入射至第一微結構層10中時，由於光轉換結構Ml內的折射率與光轉換結構Ml外的折射率不同，且第一粗糙面101會使光線的入射角度改變，因此光線入射至第一微結構10層後形成多個第一散射光。這些第一散射光由第一微結構層10的第一平坦面102射出。螢光粉層11設置於第一微結構層10的第一平坦面102上，螢光粉層11與第一微結構層10相堆疊。螢光粉層11中的螢光粉體Ila吸收來自第一散射光的一第一光譜，而產生具有一第二光譜的多個激發光。這些激發光將直接或間接入射至螢光粉層12中。突光粉層12設置於突光粉層11上。突光粉層12中的突光粉體12a吸收來自突光粉層11的具有第二光譜的激發光而產生多個具有一第三光譜的激發光，然後直接或間接地入射至螢光粉層13中。突光粉層13設置於突光粉層12上。突光粉層13中的突光粉體13a吸收來自突光粉層12的具有第三光譜的激發光而產生多個具有一第四光譜的激發光，然後直接或間接地由螢光粉層13的一表面131射出。
在一實施例中,第一微結構層10與突光粉層11可為但不限於相同材料。在一實施例中，第一微結構層10可於突光粉層11的表面上直接壓製成型。在另一實施例中，第一微結構層10可於突光粉層11的表面上額外透過不限於貼膜的方式或噴灑奈米粒子的方式來成型。由於本實施例的光轉換結構Ml設置有第一微結構層10，使得入射至堆疊結構的光可將大幅提升，並可降低光線的全反射的問題，使得光轉換結構Ml的出光率提升。基於上述的實施例，本發明再提供一實施例，請參照圖1B所示，其為根據本發明一實施例的光轉換結構的剖面示意圖。根據本實施例所提供的光轉換結構M2，其較圖1A的光轉換結構Ml多設置了一第二微結構層14。此第二微結構層14包含一第二平坦面141和一第二粗糙面142。第二平坦面141設置於螢光粉層13的一表面131上，螢光粉層13與第二微結構層14相堆疊。在一實施例中,第二微結構層14與突光粉層13可為但不限於相同材料。在一實施例中，第二微結構層14可於螢光粉層13的表面上直接壓製成型。在另一實施例中，第二微結構層14可於突光粉層13的表面上額外透過不限於貼膜的方式或噴灑奈米粒子的方式來成型。當圖1A、圖1B中由螢光粉層13射出的激發光由第二微結構層14的第二平坦面141入射至第二微結構層14中時，由於光轉換結構M2內的折射率與光轉換結構M2外的折射率不同，且第二粗糙面142會使光線的入射角度改變，因此這些光線入射至第二微結構14層後將產生光線散射，而形成多個具有第四光譜的第二散射光，並由第二微結構層14的第二粗糙面142射出。如此一來，此實施例的光轉換結構M2不僅使得入射至堆疊結構的光可將大幅提升，降低光線的反射，更因著第二微結構層14的設置，而提升了光轉換結構M2的出光率。本發明所提供的光轉換結構Ml和M2可以不同的方式實施在發光二極體的封裝結構中。為了更近一步闡述光轉換結構Ml實施於發光二極體的封裝結構中的情形，請同時參照圖1A和圖2A，圖2A為根據本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。發光二極體的封裝結構包含一發光晶片21、一封裝體22和一光轉換結構Ml。封裝體22設置於發光晶片21和光轉換結構Ml之間並覆蓋於發光晶片21。而光轉換結構Ml與發光晶片21之間的距離Dl大於光轉換結構Ml中的第一微結構10的一厚度值。封裝體22可為高分子材料，例如但不限於矽膠。在一實施例中，光轉換結構Ml可製作成一薄膜貼片，設置於封裝體22的表面上。(薄膜貼片只是本案的實施方法之一，並非本案結構的製作方法的限制)本發明再提供一使用圖1A的光轉換結構Ml的發光二極體的封裝結構的實施樣態。請同時參照圖1A和圖3A，圖3A為根據本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。發光二極體的封裝結構包含一發光晶片31、一粘著層32、一封裝體33和一光轉換結構Ml。粘著層32設置於發光晶片31和光轉換結構Ml之間並覆蓋於發光晶片31。且光轉換結構Ml與發光晶片31之間具有一距離D2(厚度)。而封裝體33則包覆光轉換結構Ml的外部。在一實施例中，封裝體33和粘著層32可為具有相同折射率的高分子材料，例如但不限於矽膠。在另一實施例中，封裝體33和粘著層32的具有不同折射率的高分子材料，例如但不限於娃膠。在一實施例中，光轉換結構Ml可製作成一薄膜貼片，通過粘著層32，設置在發光晶片31的表面上。為了更近一步闡述光轉換結構M2實施於發光二極體的封裝結構中的情形，請同時參照圖1B和圖2B，圖2B為根據本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。發光二極體的封裝結構包含一發光晶片21、一封裝體22和一光轉換結構M2。封裝體22設置於發光晶片21和光轉換結構M2的第一粗糙面101之間並覆蓋於發光晶片21。封裝體22可為高分子材料,例如但不限於娃膠。而光轉換結構M2與發光晶片21之間的距離Dl大於光轉換結構M2中的第一微結構10的一厚度值。具有第四光譜的第二散射光將由第二粗糙面142射出。在一實施例中，光轉換結構M2可製作成一薄膜貼片，設置於封裝體22的表面上。本發明再提供一使用圖1B的光轉換結構M2的發光二極體的封裝結構的實施樣態。請同時參照圖1B和圖3B，圖3B為根據本發明一實施例的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。發光二極體的封裝結構包含一發光晶片31、一粘著層32、一封裝體33和一光轉換結構M2。粘著層32設置於發光晶片31的一表面311和光轉換結構M2的第一粗糙面101之間並覆蓋於發光晶片31。而光轉換結構M2與發光晶片31之間具有一距離D2的一厚度值。而封裝體33則包覆光轉換結構M2的第二粗糙面142的外部。在一實施例中，封裝體33和粘著層32可為具有相同折射率的高分子材料，例如但不限於矽膠。在另一實施例中，封裝體33和粘著層32的具有不同折射率的高分子材料，例如但不限於矽膠。在一實施例中，光轉換結構M2可製作成一薄膜貼片，通過粘著層32，設置於發光晶片31的表面上。上述的各個實施例的第一微結構層和第二微結構層為透明層，且可根據使用者的需要設計為具有規則排列或非規則排列的微結構。上述的各個實施例的堆疊結構的實施方式可參照中國臺灣公開專利第201123548號所述的方式實施，然而此實施方式不為本案的技術特徵的限制。此外，上述的各個實施例的發光晶片的實施方式也可在發光晶片的表面上進行粗糙化的設計，然而，此實施方式不為本案的技術特徵的限制。如此一來，光轉換結構便可降低光線入射至堆疊結構時所產生的反射情形，使得光的萃取率以及出光率可以大幅提升。
權利要求
1.一種光轉換結構，其包含: 第一微結構層，包含第一平坦面和第一粗糙面，光線由該第一粗糙面入射至該第一微結構層，形成多個第一散射光，並由該第一平坦面射出；以及 堆疊結構，由多個螢光粉層堆疊地形成，並設置於該第一平坦面上，以吸收由該第一平坦面射出的每一該第一散射光，且激發出多個激發光。
2.如權利要求1所述的光轉換結構，其中與該第一微結構層相疊的突光粉層的材料與該第一微結構層的材料相同。
3.如權利要求1所述的光轉換結構，還進一步包含: 第二微結構層，包含第二平坦面和第二粗糙面，該第二平坦面設置於該堆疊結構上，該些激發光穿透該第二微結構層而形成多個第二散射光後，由該第二粗糙面射出。
4.如權利要求3所述的光轉換結構，其中該光轉換結構為薄膜貼片。
5.如權利要求3所述的光轉換結構,其中與該第二微結構層相疊的突光粉層的材料與該第二微結構層的材料相同。
6.一種發光二極體的封裝結構，其包含: 發光晶片，用以發出光線；以及 光轉換結構，包含第一表面和第二表面，該光轉換結構包含: 第一微結構層 ，包含第一平坦面和第一粗糙面，該光線由作為該第一表面的該第一粗糙面入射並在穿透該第一微結構層後形成多個第一散射光，由該第一平坦面射出；以及 堆疊結構，由多個螢光粉層堆疊地形成，且設置於該第一平坦面上，以吸收由該第一平坦面射出的每一該第一散射光且激發出多個激發光。
7.如權利要求6所述的封裝結構，其中該封裝結構還進一步包含: 封裝體，設置於該發光晶片和該光轉換結構之間。
8.如權利要求7所述的封裝結構，其中該第一粗糙面與該發光晶片間的距離大於該第一微結構的厚度值。
9.如權利要求7所述的封裝結構，其中該光轉換結構為薄膜貼片，且設置於該封裝體的表面上。
10.如權利要求7所述的封裝結構，其中該封裝體為矽膠。
11.如權利要求6的封裝結構,其中該光轉換結構還進一步包含: 第二微結構層，包含第二平坦面和第二粗糙面，該第二平坦面與該第一微結構層將該堆疊結構包夾在其中，該些激發光在穿透該第二微結構層而形成多個第二散射光後，由作為該第二表面的該第二粗糙面射出。
12.如權利要求11所述的封裝結構，其中與該第二微結構層相疊的螢光粉層的材料與該第二微結構層的材料相同。
13.如權利要求6所述的封裝結構,還進一步包含: 粘著層，設置於該第一粗糙面和該發光晶片之間。
14.如權利要求13所述的封裝結構，其中該第一粗糙面與該發光晶片間的距離大於該第一微結構的厚度值。
15.如權利要求14所述的封裝結構，其中該光轉換結構為薄膜貼片，該光轉換結構的該第一粗糙面設置於該粘著層的表面上。
16.如權利要求14所述的封裝結構,其中該光轉換結構還進一步包含: 第二微結構層，包含第二平坦面和第二粗糙面，該第二平坦面與該第一微結構層的該第一平坦面將該堆疊結構夾在其中，該些激發光穿透該第二微結構層而形成多個第二散射光後，由作為該第二表面的該第二粗糙面射出。
17.如權利要求16所述的封裝結構，其中與該第二微結構層相疊的螢光粉層的材料與該第二微結構層的材料相同。
18.如權利要求13所述的封裝結構,其中該封裝結構還進一步包含: 封裝體，設置於該光轉換結構的該第二表面上。
19.如權利要求18所述的封裝結構，其中該封裝體與該粘著層的材料為具有相同折射率或不同折射率的矽膠。
20.如權利要求6所述的封裝結構,其中與該第一微結構層相疊的突光粉層的材料與該第一微結構層的材料相同。
全文摘要
本發明公開一種光轉換結構和一種發光二極體的封裝結構，其中光轉換結構包含一第一微結構層和由多個螢光粉層堆疊形成的一堆疊結構。第一微結構層包含一第一平坦面和一第一粗糙面，一光線由第一粗糙面入射，並在穿透第一微結構層而形成多個第一散射光後，由第一平坦面射出。堆疊結構設置於第一平坦面上，以吸收由第一平坦面射出的每一個第一散射光並激發出多個激發光。
文檔編號H01L33/50GK103187515SQ201210227580
公開日2013年7月3日 申請日期2012年7月2日 優先權日2011年12月30日
發明者林建憲, 彭耀祈, 謝岷宜, 陳於堂, 徐達偉 申請人:財團法人工業技術研究院