专利名称：发光二极管封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一个或多个发光二极管的封装结构以及其应用。
背景技术：
由于小尺寸、低耗电及寿命长的优点，发光二极管(LED)被广泛应用于家用装备、电脑周边设备、通讯产品、交通号志、车灯、以及其他形式的应用。发光二极管为一个接面二极管，也就是直接由一p型层及一n型层接合而成的一p-n接合点，或由一p型层及一n型层夹着一活化层的一双异质接面，设置在一重掺杂半导体混合物基材上。发光二极管具有一对传导导线(或针脚)分别连接至p型层及n型层，并且电性连接电源。关于这种发光二极管，其光线可以通过p-n接合点或是通过施加一正向电压于介于p型层及n型层的活化层而被发射。
通常发光二极管仅发射一单色光，随着通讯产品的发展，例如手机及液晶显示荧屏仍是利用白色光来提供光线于其上的液晶分子，因此，发展彩色发光二极管用于液晶面板，用以显示彩色影像或是提供利用白色光源的发光二极管是当务之急。白光光源是红、绿及蓝色的发光二极管的组合物，由上述三色的发光二极管组合后形成白色光。因此，组合由三色发光二极管的一发光二极管封装组成是必须的，一般说来，通常是以一红色发光二极管、一蓝色发光二极管、以及一绿色发光二极管来组合。
传统上，为了完成一全彩发光二极管显示器，或为了提供发光二极管白色光源，至少需要三种颜色的发光二极管，包括一红色发光二极管、一蓝色发光二极管、以及一绿色发光二极管来组合，使这三者在空间上相互接近被封装于一单一单元中。例如，图5显示一传统发光二极管封装500的横切面图，为了要提供一白光光源，因此由一透明树脂510将一红色发光二极管550、一蓝色发光二极管560、以及一绿色发光二极管570封入其内部以组成传统发光二极管封装500。而这种发光二极管封装可以将自红色发光二极管550、蓝色发光二极管560、以及绿色发光二极管570所发出的光均匀混合。发光二极管大约为0.3mm大小的小芯片，对于传统的发光二极管封装组成而言，去区分及确认封装发光二极管的封装是否完成是非常的浪费时间而且昂贵的步骤。另外，某些型态的发光二极管，例如蓝色氮化镓(GaN)发光二极管或是带蓝色的氮化铟镓(InGaN)发光二极管，由于其上的p-n接合点非常接近表面，很容易因静电而导致衰退，假如发光二极管上的传导导线在发光二极管封装组成中被接触，甚至是微小的电流都可以破坏敏感的发光二极管。
发明内容
本发明的目的在于提供针对发光二极管的红、绿、蓝不同颜色分别进行封装的结构，以降低分亮度类别(bin)的难度，进而提高背光的光色稳定性和可靠性。
本发明的一种方式是关于一发光二极管的封装结构，在一实施例中，发光二极管包括至少三个透镜，每个透镜具有主体，主体具有第一表面、第二表面、第三表面、以及第四表面，发光二极管封装结构还包括至少三个发光二极管芯片，每个发光二极管芯片具备单一色彩发光能力以及具有第一传导导线及第二传导导线，并且，每个发光二极管嵌设在相对应透镜的主体，且第一传导导线及第二传导导线分别从相对应透镜的第三表面及第四表面其中之一向主体外延伸。
在一实施例中，每个透镜的主体的横切面形状可为扇形、封闭环形、三角形、四边形、或多边形。每个透镜的第一表面及第二表面之间夹一角度θi，且角度θi满足关系式90°≤θi≤180°，其中i＝1，2或3。在一实施例中，每个透镜的第一表面及第二表面能折射从相对应嵌设的发光二极管芯片发射出来的光，每个透镜由透明材料组成。在一实施例中，透明材料包括玻璃、塑胶、树脂、或上述材料之组合物。
在一实施例中，至少三个发光二极管芯片包括具有发射红色光能力的至少一第一发光二极管芯片、具有发射蓝色光能力的至少一第二发光二极管芯片、或是具有发射绿色光能力的至少一第三个发光二极管芯片。
当至少三个透镜及至少三个发光二极管芯片被组装时以任一透镜的第一表面接触至少三个透镜其余的透镜之一的第二表面，且至少三个发光二极管芯片大体上位于相互接近的位置上。当组装时，至少三个透镜所定义的中心轴重合于每个透镜的第一表面及第二表面的交线，且至少三个发光二极管芯片大致以中心轴为几何中心排成一阵列。
此外，发光二极管封装结构可包括透明介质，放置于介于任一透镜的第一表面及至少三个透镜其余的透镜之一的第二表面之间。
另一方面，本发明提供了一种封装发光二极管的方法。在一实施例中，本方法包括了形成具备透镜及发光二极管芯片的光学元件，其中透镜具有主体，主体至少有一第一表面、一第二表面、一第三表面、以及一第四表面，且发光二极管芯片具有第一传导导线及第二传导导线。在一实施例中，形成步骤还包括将发光二极管芯片嵌入透镜的主体，且第一传导导线及第二传导导线从第三表面及第四表面其中之一分别向主体外延伸。
再者，本方法包括组装发光二极管封装结构，包括具有发射红色光能力的发光二极管芯片的至少一第一光学元件、具有发射蓝色光能力的发光二极管芯片的至少一第二光学元件、以及具有发射绿色光能力的发光二极管芯片的至少一第三光学元件，第一光学元件、第二光学元件及第三光学元件的其中之一的透镜的第一表面和其余的第一光学元件、第二光学元件及第三光学元件之一的透镜的第二表面相接触，且三个发光二极管芯片大体上位于相互接近的位置上。
在另一方面，本发明涉及光学元件用于发光二极管封装结构。在一实施例中，光学元件包括透镜，透镜具有主体，主体至少有一第一表面、一第二表面、一第三表面、以及一第四表面，另外，还包括发光二极管芯片，发光二极管芯片具有第一传导导线及第二传导导线，且发光二极管芯片嵌设于透镜的主体，且第一传导导线及第二传导导线分别从第三表面及第四表面的其中之一向主体外延伸。
透镜的主体的横切面形状可为扇形、封闭环形、三角形、四边形、或多边形。每个透镜的第一表面及第二表面之间夹一角度θi，其中i＝1，2，或3，且角度θi满足关系式90°≤θi≤180°。在一实施例中，透镜的第一表面及第二表面折射自发光二极管芯片发射的光，且透镜可由透明材料组成，其中透明材料包括玻璃、塑胶、树脂、或上述材料之组合物。
本发明的技术效果为1.本发明针对不同颜色(红、绿、蓝)的发光二极管分别进行封装，因此没有分亮度类别(bin)的问题。也就是说，分别封装后，在做分亮度类别(bin)时会比较容易，也比较容易测试。如果将不同颜色(红、绿、蓝)的发光二极管封装在一起，则其发出的光已经经过混色了，此时再做分亮度类别(bin)就比较困难。因此，当分亮度类别(bin)的问题减少之后，进一步便会提高显示器背光的光色稳定性和可靠性。
2.因为本发明的发光二极管各芯片之间的间距较小，所以混色效果更佳。
为使本发明的上述及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特列举一具体的较佳实施例，并配合附图做详细说明。
图1为本发明一实施例的光学元件的立体示意图；图2a为本发明一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；图2b为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；图2c为本发明在图2b中的一发光二极管封装结构的立体示意图；图3a为本发明一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；图3b为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；图4a为本发明一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；图4b为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的横切面示意图；以及图5为公知的发光二极管封装结构的横切面示意图。
其中，附图标记说明如下100～光学元件； 110～透镜；112～第一表面； 114～第二表面；115～交线； 116～第三表面；117～第四表面； 118～主体；119～第五表面； θ～夹角；200～发光二极管封装结构；205～中心轴；210、220、230～透镜；212、222、232～第一表面；
214、224、234～第二表面；215、225、235～交线；217、227、237～第四表面；218、228、238～主体；250、260、270～发光二极管芯片；250a、260a、270a～第一传导导线；250b、260b、270b～第二传导导线；281、283、285～间隔；θ1、θ2、θ3～夹角；300～发光二极管封装结构；310、320、330a、330b～透镜；350、360、370a、370b～发光二极管芯片；400～发光二极管封装结构；405～中心轴；410、420、430～透镜；412、422、432～第一表面；414、424、434～第二表面；415、425、435～交线；418、428、438～主体；450、460、470～发光二极管芯片；481、483、485～间隔；θ1、θ2、θ3～夹角；500～传统发光二极管封装；510～透明树脂；550～红色发光二极管；560～蓝色发光二极管；570～绿色发光二极管。
具体实施例方式
本发明将通过下列举例来详细的说明，但是并不限制本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作稍许更动与润饰。本发明多个实施例将被详述，图示中的相同的标号对应于相同的元件，而在说明书及权利要求书中，所提到的“一个”或是“这个”包括多个相关元件，除非上下文中有清楚的指出不是多个，另外，“在..之中”的意思包括“在..之中”及“在..之上”，除非上下文有清楚说明。
有关本发明具体的实施例的说明将对应相关图示中的图1-图4b，与本发明的目的一致，并可将其具体化及广泛描述，在一方面，本发明包括有关于具有一个或多个光学元件的一发光二极管封装结构。
参考图1，图1为本发明一实施例的用于一发光二极管封装结构的一光学元件100。光学元件100具有一透镜110及一发光二极管芯片(未图示)，透镜110具有一主体118，主体118具有一第一表面112、一第二表面114、一第三表面116、以及一第四表面117，其中第四表面117与第一表面112、第二表面114、以及第三表面116相交。且发光二极管芯片(未图示)具有一第一传导导线及一第二传导导线，发光二极管芯片嵌设在透镜110的主体118，且第一传导导线与第二传导导线从第三表面116与第四表面117的其中之一向该主体118外延伸118，透镜110的第一表面112与第二表面114可折射发光二极管芯片所发射出来的光。透镜110的主体118的横切面形状为扇形，也可为封闭环形、三角形、四边形、以及多边形。透镜110的第一表面112与第二表面114形成一交线115，且第一表面112与第二表面114夹一夹角θ，其夹角θ的范围不大于180度且不小于90度，如图1所示，夹角θ角度大约为120度。另外，透镜110可由一透明材料构成，其中透明材料包括玻璃、塑胶、树脂、或相似材料。如图1所示，主体118还包括一第五表面119，第五表面119与第一表面112、第二表面114、以及第四表面117相交。
发光二极管封装芯片通过第一传导导线及第二传导导线电性连接于一电源，以供应电力发光，通常一发光二极管芯片只能发射一单一色光。
参考图2a-图2c，图2a-图2c为本发明第二实施例的一发光二极管封装结构200，发光二极管封装结构200包括三个透镜210、220、以及230，每个透镜210(220，230)具有一主体218(228，238)，主体218(228，238)包括至少一第一表面212(222，232)、一第二表面214(224，234)、一第三表面(未图示)、以及一第四表面217(227，237)。
如图2a及图2b所示，每个透镜210(220，230)的主体218(228，238)具有一扇形横切面，每个透镜210(220，230)的第一表面212(222，232)及第二表面214(224，234)之间具有一交线215(225，235)及一夹角θi，其中夹角θi满足关系式90°≤θi≤180°(i＝1，2，3)，每个夹角θ1、θ2、以及θ3大致相同或不同，在如图2a至图2c所示的实施例中，每个夹角θ1、θ2、以及θ3大致相同，皆为约120度。每个透镜210(220，230)的第一表面212(222，232)与第二表面214(224，234)可折射相对应嵌设的一发光二极管芯片所发射出来的光，且每个透镜210(220，230)可由一透明材料构成，其中透明材料包括玻璃、塑胶、树脂、或相似材料。
发光二极管封装结构200还包括三个发光二极管芯片250(260，270)，每个发光二极管芯片250(260，270)具有一第一传导导线250a(260a，270a)及一第二传导导线250b(260b，270b)，且发光二极管芯片250(260，270)嵌设在一相对应透镜210(220，230)的主体218(228，238)，且第一传导导线250a(260a，270a)及第二传导导线250b(260b，270b)从自相对应透镜210(220，230)的第三表面及第四表面217(227，237)其中之一分别向主体218(228，238)外延伸。每个发光二极管芯片(250，260，270)呈放射状地设置于接近一相对应交线(215，225，235)的位置上。每个发光二极管芯片250(260，270)通过第一传导导线250a(260a，270a)及第二传导导线250b(260b，270b)电性连接于一电源，以供应电力使相对应的发光二极管芯片250(260，270)发光，每一个发光二极管芯片250(260，270)只能发射一单一色光。在本实施例的图2a-图2c中，发光二极管芯片250具备发红色光的能力，发光二极管芯片260则具备发蓝色光的能力，另外，发光二极管芯片270具备发绿色光的能力。
如图2b及图2c所示，透镜210、220及230以及相对应发光二极管芯片250、260、以及270可被组装，在组装时，透镜210的第一表面212会与透镜230的第二表面230接触，而透镜220的第一表面222会与透镜210的第二表面214接触，且透镜230的第一表面232会与透镜220的第二表面224接触，相对应的发光二极管芯片250、260、以及270设置于大致相互接近的位置上。当组装时，透镜210、220、及230可定义一中心轴250，中心轴205与每个透镜210(220，230)的第一表面212(222，232)及第二表面214(224，234)的交线215(225，235)相互重合，且三个发光二极管芯片250、260、及270大致以中心轴205为几何中心排成一阵列。
透镜210(220，230)与发光二极管芯片250(260，270)也可以利用其他方式组装形成一发光二极管封装结构。例如，如图2a所示，透镜210的第一表面212与透镜230的第二表面234之间以形成一间隔281的方式来组装，而透镜220的第一表面222与透镜210的第二表面214以形成一间隔283的方式来组装，透镜230的第一表面232与透镜220的第二表面224以形成一间隔285的方式来组装。且间隔281、283、以及285可以填满一透明介质。
图3a及图3b分别显示本发明的一发光二极管封装结构300的两种不同的实施例。发光二极管封装结构300具有四个透镜310、320、330a、以及330b与四个发光二极管芯片350、360、370a、以及370b，四个发光二极管芯片350、360、370a、以及370b可以分别嵌入四个透镜310、320、330a、以及330b中。发光二极管芯片350和360分别可以发射红色光及蓝色光，而发光二极管芯片370a及370b则可发射绿色光。其他的发光二极管芯片结合方式也可应用于本发明中，例如将四个发光二极管芯片表面配置于一发光二极管封装结构时，其中一个结合方式是将一发红色光的发光二极管芯片、一个发绿色光的发光二极管芯片、以及两个发蓝色光的发光二极管芯片作结合，另一结合方式则是将一个发蓝色光的发光二极管芯片、一个发绿色光的发光二极管芯片、以及两个发色光的发光二极管芯片作结合。如图3a及图3b所示，四个透镜310、320、330a、以及330b具有相同的三角形横切面，每个透镜310、320、330a、以及330b具有一第一表面及一第二表面，图3b中显示一透镜的第一表面与四个透镜中其余的透镜之一的第二表面相接触，而图3a则有一些改变，也就是在一透镜的第一表面与四个透镜中其余的透镜之一的第二表面之间设置有一透明介质。
图4a及图4b分别显示本发明的一发光二极管封装结构400的两种不同的实施例。发光二极管封装结构400具有三个透镜410、420、以及430与三个发光二极管芯片450、460、以及470，三个发光二极管芯片450、460、以及470可以分别嵌入三个透镜410、420、以及430中。每个透镜410(420，430)具有一主体418(428，438)，主体418(428，438)包括至少一第一表面412(422，432)及一第二表面414(424，434)，如图4a及图4b所示，每个透镜410(420，430)的主体418(428，438)具有一矩形横切面，透镜410(420，430)的第一表面412(422，432)及第二表面414(424，434)之间具有一交线415(425，435)及一夹角θ1(θ2，θ3)，其中θ1为180度，θ2为90度，θ3则为90度，换言之，透镜410的第一表面412和第二表面414大致在一相同平面上。在本实施例的图4a-图4b中，发光二极管芯片450具备发射红色光的能力，发光二极管芯片460则具备发射蓝色光的能力，另外，发光二极管芯片470具备发射绿色光的能力。
如图4b所示，透镜410、420及430以及相对应发光二极管芯片450、460、以及470可被组装，在组装时，透镜410的第一表面412会与透镜430的第二表面434接触，而透镜420的第一表面422会与透镜410的第二表面414接触，且透镜430的第一表面432会与透镜420的第二表面424接触，相对应的发光二极管芯片450、460、以及470设置于大致相互接近的位置上。透镜410、420、及430大致位于相互接近的位置上且排成一阵列，并具有一几何中心。当组装时，一中心轴405与发光二极管芯片阵列的几何中心重合。
图4a显示另一实施例的发光二极管封装结构400，透镜410(420，430)与发光二极管芯片450(460，470)可以下列方式被组装，亦即，透镜410的第一表面412与透镜430的第二表面434之间以形成一间隔481的方式来组装，而透镜420的第一表面422与透镜410的第二表面414以形成一间隔483的方式来组装，透镜430的第一表面432与透镜420的第二表面424以形成一间隔485的方式来组装。且间隔481、483、以及485内可以填满一透明介质。
在图3a-图4b中，每个发光二极管芯片与第一传导导线和第二传导导线的连接方式与图2a-图2b相同，在此不再赘述。
本发明的另一目的在于提供一发光二极管的封装方法，在一实施例中，本方法包括了组成具备一透镜及一发光二极管芯片的一光学元件，其中透镜具有一主体，主体具有至少有一第一表面、一第二表面、一第三表面、以及一第四表面，且发光二极管芯片具有一第一传导导线及一第二传导导线。在一实施例中，组成步骤还包括将发光二极管芯片嵌入透镜的主体，且以第一传导导线及第二传导导线分别从第三表面及第四表面其中之一向主体外延伸。
再者，本方法包括组装一发光二极管封装结构之步骤，包括具备发射红色光能力的一发光二极管芯片的至少一第一光学元件、具备发射蓝色光能力的一发光二极管芯片的至少一第二光学元件、以及具备发射绿色光能力的一发光二极管芯片的至少一第三光学元件，第一光学元件、第二光学元件及第三光学元件的其中之一的透镜的第一表面和其余的第一光学元件、第二光学元件及第三光学元件之一的透镜的第二表面相接触，且三个发光二极管芯片大体上位于相互接近的位置上。
虽然本发明已以较佳实施例揭示于上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作稍许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随付的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种发光二极管封装结构，包括至少三个透镜，每个透镜具有主体，其中该主体至少有一第一表面、一第二表面、一第三表面、以及一第四表面；以及至少三个发光二极管芯片，每个发光二极管芯片具备单一色彩发光能力以及具有第一传导导线及第二传导导线，嵌设在相对应透镜的主体中，且该第一传导导线及该第二传导导线从该相对应透镜的第三表面及第四表面其中之一向主体外延伸，其中至少该三个透镜和至少该三个发光二极管芯片以任一透镜的该第一表面接触该至少三个透镜中其余的透镜之一的第二表面的方式组装，且该至少三个发光二极管芯片大体上位于相互接近的位置上。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该至少三个发光二极管芯片包括具有发射红色光能力的至少一第一发光二极管芯片、具有发射蓝色光能力的至少一第二发光二极管芯片、或是具有发射绿色光能力的至少一第三个发光二极管芯片。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，还包括一透明介质，放置于介于该任一透镜的第一表面及其余的该至少三个透镜之一的第二表面之间。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中每一透镜的第一表面及第二表面能折射从相对应嵌设的发光二极管芯片发射出来的光。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中每一个透镜的第一表面及第二表面之间夹一角度θi，其中i＝1，2，或3。
6.如权利要求5所述的发光二极管封装结构，其中该角度θi满足关系式90°≤θi≤180°。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中每个透镜的主体的横切面形状可为扇形、封闭环形、三角形、四边形、或多边形。
8.如权利要求7所述的发光二极管封装结构，其中当组装时，该至少三个透镜所定义的中心轴重合于每个透镜的该第一表面及该第二表面的交线。
9.如权利要求8所述的发光二极管封装结构，其中当组装时，该至少三个发光二极管芯片大致以该中心轴为几何中心排成一阵列。
10.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该至少三个透镜的每个由一透明材料组成，该透明材料包括玻璃、塑胶、树脂、或上述材料的组合物。
全文摘要
一种发光二极管封装结构，包括至少三个透镜及至少三个发光二极管芯片，每个透镜具有主体，主体至少有一第一表面、一第二表面、一第三表面、以及一第四表面；以及，每个发光二极管芯片具备单一色彩发光能力以及具有第一传导导线及第二传导导线，嵌设在相对应透镜的主体，且第一传导导线及第二传导导线从相对应透镜的该第三表面或第四表面向主体外延伸，至少三个透镜和至少三个发光二极管芯片以任一透镜的第一表面接触至少三个透镜其余的透镜之一的第二表面的方式组装，且至少三个发光二极管芯片大体上位于相互接近的位置上。本发明针对不同颜色的发光二极管分别进行封装，因此没有分亮度类别的问题，提高了背光的光色稳定性和可靠性。
文档编号H01L25/075GK101051636SQ20071010254
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月14日 优先权日2006年5月23日
发明者周信宏 申请人:友达光电股份有限公司