发光二极管组件以及相关的照明装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种发光二极管组件以及相关的照明装置，该发光二极管组件包含有一发光二极管芯片。发光二极管芯片包含有：一透明基底，具有一表面，该表面大致为一长条，该长条具有二终端；及至少一发光二极管单元形成于该表面上，并具有一发光叠层；以及二接合垫，形成于该二终端上。发光二极管组件还包含一支撑结构，用以支撑该发光二极管芯片且相对于该发光叠层所发出的光为透明；以及一透光结构，大致包裹该发光二极管单元。
【专利说明】发光二极管组件以及相关的照明装置
【技术领域】
[0001]发明的实施例涉及发光二极管组件，以及其应用。
【背景技术】
[0002]目前生活上已经可以看到各式各样发光二极管(LED)商品的应用，例如交通号志、机车尾灯、汽车头灯、路灯、电脑指示灯、手电筒、LED背光源等。这些商品除了必要的LED芯片制作工艺外，大致都必须经过重要的封装程序。
[0003]LED封装的主要功能在于提供LED芯片电、光、热上的必要支援。需要考虑有LED芯片的特性、寿命、散热、发光角度、发光方向等问题。白光LED的封装技术更是复杂，除了要考虑热的问题之外，还需要考虑色温(color temperature)、演色系数(color renderingindex)、荧光粉等问题。目前白光LED是采用蓝光LED芯片搭配黄绿荧光粉来实施，且人眼会看到蓝光LED所发出的蓝光与荧光粉所发出的黄绿光混和之后所产生的白光。长期暴露在蓝光下对人体有一定程度的影响，因此需要避免未与荧光粉混和的蓝光外漏。
[0004]现阶段，相对于其他的照明产品而言，LED产品明显高贵的让人难以亲近。如何可以简化LED封装制作工艺与节省LED封装的成本，以使LED产品便宜，更是当今LED封装业界的所致力追求的目标。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明的实施例公开一种LED组件。LED组件包含一发光二极管芯片。发光二极管芯片包含有:一透明基底，具有一表面，该表面大致为一长条，该长条具有二终端；及至少一发光二极管单元形成于该表面上，并具有一发光叠层；以及二接合垫，形成于该二终端上。LED组件还包含一支撑结构，用以支撑该发光二极管芯片且相对于该发光叠层所发出的光为透明；以及一透光结构，大致包裹该发光二极管单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1A、图1B、图1C分别为本发明一实施例的三种LED组件的示意图；
[0007]图2为本发明另一实施例的LED照明装置的示意图；
[0008]图3A与图3B为本发明又一实施例的两个具有突光层的LED组件的不意图；
[0009]图4A为本发明一实施例的具有串联的LED芯片的LED组件的不意图；
[0010]图4B为使用图4A的LED组件作为灯蕊的灯管的示意图；
[0011]图5为本发明另一实施例的具有串联的LED芯片的LED组件的不意图；
[0012]图6为本发明又一实施例的具有串联的LED芯片的LED组件的不意图；
[0013]图7A为本发明一实施例的图6中LED组件的前视图；
[0014]图7B为本发明另一实施例的图6中LED组件的前视图；
[0015]图8为本发明一实施例，图6的LED组件被突光层所环绕的不意图；
[0016]图9为本发明一实施例以图6中的LED组件作为灯蕊的LED照明装置的示意图；
[0017]图10为本发明一实施例具有串联的LED组件的灯,淀、的不意图；
[0018]图11为本发明一实施例的LED芯片的立体示意图；
[0019]图12为图11中的LED芯片的一种可能的剖视图；
[0020]图13为本发明一实施例以LED芯片作为灯蕊的LED照明装置的示意图；
[0021]图14为本发明一实施例，LED芯片被一突光层所包覆的不意图；
[0022]图15为本发明另一实施例具有串联的LED芯片的灯蕊的示意图；
[0023]图16为本发明一实施例的LED灯泡的示意图。
[0024]符号说明
[0025]100 LED 芯片
[0026]102 LED 单元
[0027]103发光层
[0028]104透明基底
[0029]105导电金属层
[0030]106接合垫
[0031]107保护层
[0032]108 凸块
[0033]110、112导电电极板
[0034]114次基板
[0035]116导电银胶
[0036]118 焊线
[0037]200照明装置
[0038]202透光灯壳
[0039]204金属导电架构
[0040]206荧光层
[0041]300、300a、300b、300c LED 组件
[0042]400 LED照明装置
[0043]402荧光层
[0044]404荧光层
[0045]406荧光层
[0046]500 灯蕊
[0047]506导电黏着物
[0048]600 灯蕊
[0049]700 LED 组件
[0050]702玻璃灯管
[0051]706导电板
[0052]750 LED 组件
[0053]760、760a LED 组件
[0054]800 LED 灯泡
[0055]802 灯蕊
[0056]804支撑架
[0057]806灯泡基座
[0058]808透明灯泡
[0059]900 LED照明装置
[0060]L 长度
[0061]W 宽度
【具体实施方式】
[0062]图1A显示一 LED组件300a，其中的一 LED芯片100是以倒装(flip chip)的方式，固着于一透明次基板114上。次基板114可以是陶瓷、玻璃、石英、碳化硅或是类碳钻等。次基板114大约是一长条状，其两终端上形成有导电电极板110与112，其分别与LED芯片100两端的接合垫或凸块(未显示)互相电连接。接合垫或凸块作为LED芯片100的阳极及阴极。导电电极板110与112可以是透明或是不透明，举例来说，其材质可以是ITO(透明)或是金属(不透明)。次基板114相对于该LED芯片100所发出的光线为透明，因此，LED芯片100所发出的光线可穿透过次基板114中央的透明、没有被导电电极板110与112所遮住的部分，往次基板114侧发光。次基板114可以视为一支撑结构，支撑住LED芯片100。在另一实施例中，导电电极板110与112可形成在次基板114的一终端上。
[0063]LED组件300a所发出的光线，不论对上、下、左、右、前、后大致没有被阻碍，所以，为一六面发光的LED组件。
[0064]LED芯片100不一定需要用倒装的方式固着于一次基板上。在一实施例中，LED芯片100可以用一导电结构固着于次基板114上，例如导电银胶或是焊料固着于次基板114上。如同图1B中的LED组件300b所示,导电银胶(silver paste) 116同时提供导电电极板110或112到LED芯片100的电连接。在图1B中，LED芯片100中带有多个LED单元(未显示)的表面，可以朝向或是背对次基板114。在另一实施例中，LED芯片100可以用焊线118或是焊料与导电电极板110、112电连接，如同图1C中的LED组件300c所示。
[0065]在一实施例中，LED芯片100可以是白光LED芯片。在其他实施例中，LED芯片100可包含蓝光LED,以发出蓝光(主波长(Dominant Wavelength)约为430nm-480nm)、绿光LED，以发出绿光(主波长约为500nm-530nm)、或是红光LED，以发出红光(主波长约为630nm-670nm)。LED芯片100中的每个LED单元的颜色可以相同或是不同。而LED芯片100可以发出一或多种色光。
[0066]图2显示一 LED照明装置400，其以LED组件300作为灯蕊(Filament)。LED组件300可以是图1A、图1B、图1C中任何一个LED组件。简单来说，透光灯壳202环绕LED组件300。LED组件300所发出的光线，可以通过透光灯壳202而发射出去。两个金属导电架构204用以电连接至两导电电极板110、112、及/或用以固定LED组件300。举例来说，金属导电架构204中以金属夹具夹住次基板114的两终端，亦与导电电极板110或112形成电接触。透光灯壳202以及金属导电架构204形成一支撑结构，支撑住LED组件300在透光灯壳202中。外部电源可通过金属导电架构204以及导电电极板110、112，以提供电源，来驱动LED芯片100，使其发光。其中，透光灯壳202由玻璃、塑胶等透光材料所形成。
[0067]在一实施例中，LED照明装置400中LED芯片100可为蓝光LED或紫外光LED (主波长小于430nm)。LED照明装置400中的透光灯壳202涂布有荧光粉，荧光粉可将一部分LED芯片100所发出的光转换成绿光、黄光、或黄绿光。荧光粉可在透光灯壳202的内壁、夕卜壁或在制作透光灯壳202时即混有荧光粉。
[0068]在一个实施例中，图2LED照明装置400中的LED组件300包含蓝光LED单元且被包覆有荧光层，如同图3A与图3B所例示。图3A中，LED芯片100以倒装方式固着于次基板114上，LED芯片100的两端分别与导电电极板110或112形成电接触。LED芯片100与次基板114之间填有荧光层404，且荧光层402包覆了 LED芯片100。荧光层404与402形成一囊状体，大致包裹LED芯片100，由此蓝光LED单元所发出的蓝光都可与荧光层发出的光混和。举例来说，荧光层402可以是透明硅胶混合荧光粉，以喷涂、点胶或印刷方式形成于LED芯片100上。图3B中，LED芯片100以倒装方式固着于次基板114上，LED芯片100与次基板114之间并未填有荧光粉，且具有空隙或是填入有透明树酯于其间。次基板114下表面涂布了荧光层406，且荧光层402包覆LED芯片100。荧光层402与426形成一囊状体，大致包裹LED芯片100。此外，透光灯壳202内可选择性地抽真空或填充气体(例如:空气、氮气、氦气或氩气)。
[0069]本发明没有限定一个次基板仅仅可以承载一个LED芯片。图4A显示以一次基板114承载数个LED芯片100的LED组件700，其可以作为一灯蕊。在图4A中，每个LED芯片100是以倒装的技术固着于相同的次基板114，其上具有导电板706做为相邻LED芯片100之间的电连接。图4A所示的LED芯片100于导电电极板110与112间彼此串联连接。图4B为具有LED组件700的一 LED照明装置的剖面示意图。LED组件700具有四个LED芯片100，串接于导电电极板112与110之间。在图4B中，LED组件700放置于一透明玻璃灯管702 中。
[0070]图5显示以一次基板114承载数个LED芯片100的LED组件750，其可作为一灯蕊。LED组件750具有四个LED芯片100，串接于导电电极板112与110之间，而LED芯片100之间的电连接，则通过焊线118来完成。在另一个实施例中，图5中的焊线118可以用焊锡取代。
[0071]本发明没有限定LED芯片100在次基板114上的排列方式，例如图4A、图4B及图5中的排列方式，其中每一 LED芯片100的阳极及阴极呈一直线且沿着平行于次基板114的一长度方向设置。图6举例了另一个LED组件760，其中每一 LED芯片100的阳极及阴极呈一直线且沿着实质上垂直于次基板114的长度方向设置。图7A显示LED组件760的一前视图。LED组件760可以做为一灯蕊。如同图6与图7A所示，次基板114承载数个LED芯片100，且LED芯片100之间彼此通过焊线118相连接。图7B显示LED组件760a的前视图，其为LED组件760的一例子。在LED组件760a中，每一 LED芯片100只有一单一 LED单元，并固定于透明基底104的一表面上，具有一发光叠层103 (其至少包含η型半导体层、P型半导体层、及位于η型半导体层与P型半导体层间的主动层)。LED芯片100上有接合垫(未显示)，其上可以形成焊线118，作为电连接，如同图7Β所示。焊线118除了提供LED芯片100之间的电连接之外，也可以提供LED芯片100到导电电极板(112或110)之间的电连接。透明基底104可为用以外延成长发光叠层103的成长基板(growth substrate)或可通过结合(bonding)技术与发光叠层103相接的承载基板。在另一实施例中，每一 LED芯片可包含多个LED单元，彼此以焊线，作为电连接。
[0072]在一实施例中，LED组件760中的LED芯片100都发出蓝光，且LED组件760中的LED芯片100与焊线118被包覆了荧光层206，如同图8所示。荧光层206不仅可以转换蓝光为其他色光(例如黄光、黄绿光、绿光)，并可散射光线及隔绝LED芯片100及焊线118与大气接触。在图8中，荧光层206的主要材料可以是透明树酯或是硅胶，并在其中混杂荧光粉材料。荧光粉材料包含但不限于黄绿色荧光粉及红色荧光粉。黄绿色荧光粉的成分例如铝氧化物(YAG或是TAG)、硅酸盐、钒酸盐、碱土金属硒化物、金属氮化物。红色荧光粉的成分例如硅酸盐、钒酸盐、碱土金属硫化物、金属氮氧化物、钨钥酸盐族混合物。荧光层206可以用模铸(molding)方式形成，围绕LED芯片100与焊线118，但裸露出两终端的导电电极板110或112，如图8所示，以留做电性接触用。荧光层206大致为一囊状体，大致包裹了LED芯片100与焊线118。在另一个实施例中，先以模铸方式形成一透明树酯包裹了 LED芯片100与焊线118，然后再用另一模铸方式或喷涂方式形成一荧光层包裹透明树酯。
[0073]图9显示一 LED照明装置900，其中可包含前述实施例中所述的任一种LED组件。图9中的LED照明装置900可以参照图2的LED照明装置400的相关说明而了解，故不再累述。
[0074]本发明并不限定一灯蕊只能用一 LED组件。图10显示一灯蕊600，在一实施例中，可以取代图2中由LED组件300所构成的灯蕊。灯蕊600具有两个串连的LED组件300a。每个LED组件300a的导电电极板以导电黏着物506，例如银胶或焊锡，来和另一个LED组件300a的导电电极板固着并形成电连接。
[0075]图11显示做为光源的LED芯片100的立体示意图。在LED芯片100的一表面上，形成有多个LED单元102、接合垫106、及凸块108。图12显示图11中的LED芯片100的一种可能的剖视图。在此说明书中，所谓LED芯片指的是以半导体制作工艺，在一基底上，经过外延、光刻、沉积、氧化、蚀刻、金属化(metallizat1n)等半导体制作工艺后,在基底上同时形成数个LED单元(每一个LED单元至少包含一 η型半导体层、一 P型半导体层、及位于η型半导体层与P型半导体层间的主动层)，之后经过裁切而形成。如同图7Β所举例的，每个LED芯片可以仅仅具有一个LED单元。但于其他实施例中，每个LED芯片也可以具有数个LED单元，彼此串联、并联、或是串联并联混合。
[0076]如图11与图12所示，LED芯片100在透明基底104的一表面上，形成有多个LED单元102。每个LED单元102具有一发光叠层103。LED单元102与LED单元102之间通过导电金属层105相连接。而发光叠层103与导电金属层105可以通过半导体制作工艺所形成，且位于透明基底104相同侧的表面上。LED单元102所在的表面大致为一长条，其具有一长度L以及一宽度W，如同图11所示。在一实施例中，L为440mil，W为1miI，也就是说长宽比为44。在长条的两终端有两个接合垫106，其一跨接至发光叠层103之上，另一形成于发光叠层103的一凹陷处。LED单元102上也设置有一保护层(passivat1n) 107，用以保护LED单元102。保护层107在接合垫106上具有许多开口。开口中形成有凸块(bump) 108，譬如说焊锡凸块(solder bump)或是金凸块(gold bump)。换言之,LED芯片100可通过凸块108以倒装(flip chip)的方式，固着在一基板(mount)或次基板上,如同图1A、图3A与图3B所示。在另一个实施例中，保护层107仅具有两个开口，其分别形成于LED芯片的两个接合垫106上且该开口内并未形成凸块，因此曝露了接合垫106，其可与焊线直接形成电接触。接合垫106并不限于为与导电金属层105使用相同的材料。在另一个实施例中，接合垫106使用的材料，与导电金属层105不同。
[0077]尽管图2、图4B、图5、图6中的实施例是使用一个或是多个LED芯片100设于单一次基板114上，来作为一照明装置的灯蕊，但本发明并不限于此。
[0078]在一实施例中，LED芯片100优选的长度大于1_,例如5_、10_、20_、30_、40_等，且其长宽比大于10。因为长度大于1mm，且接合垫106位于两终端，因此LED芯片100可直接当作一个LED灯蕊，省略LED封装制作工艺。图13显示单单以LED芯片100作为一灯蕊的一 LED照明装置200，其具有透光灯壳202。LED芯片100固定于透光灯壳内，其中金属导电架构204接触接合垫106或凸块108 (如图12所示)。透光灯壳202不只是位于LED芯片100的下方，也位于其两侧面以及上方。图13与图2相同或是类似之处，可以通过先前的说明得知，不再累述。与图2不同的是，图13中仅仅采用LED芯片100作为一灯蕊，并未使用次基板114。
[0079]在一实施例中，图13的LED照明装置200在透光灯壳202上涂布有荧光粉，以将LED单元102所发出的部分蓝光，转成绿光、黄绿光或黄光；绿光、黄绿光或黄光与剩余的蓝光混成白光，使得LED照明装置为一白光照明装置。荧光粉可形成在透光灯壳202的内表面或是外表面上，或是混合在透光灯壳202之中。在另一实施例中，图13中的LED单元102全部都是蓝光或UV LED，而LED照明装置200中的LED芯片100被包覆了荧光层206，如同图14所示。由于蓝光芯片所发出的蓝光于任何方向都可与荧光层发出的光混和，可避免颜色不均或蓝光泄漏的问题。在图14中，荧光层206可以用模铸方式形成，围绕LED芯片100，但裸露出两终端的凸块108或是接合垫106，以留做电性接触用。荧光层206大致为一囊状体，大致包裹了 LED芯片100中的LED单元102 (如图12所示)。在另一个实施例中，先以模铸方式形成一透明树酯包裹了 LED单元102，然后再用另一模铸方式或喷涂方式形成一突光层包裹透明树酯。
[0080]LED芯片100所发出的光线，不论对上、下、左、右、前、后大致没有被阻碍，所以，为一六面发光的LED芯片。
[0081]在本发明所实施的一灯蕊中，具有数个LED芯片100，彼此可以串联或是并联。图15显示一灯蕊500，在一实施例中，可以做为图13中的灯蕊。灯蕊500包含有三个串接在一起的LED芯片100，每个LED芯片100的接合垫以一导电黏着物506，譬如银胶或是焊料，来和另一个LED芯片100的接合垫固着并形成电连接。
[0082]图16显示一 LED灯泡800，其中使用了依据本发明所实施的灯蕊802。每个灯蕊802可以是前述具有次基板或无具有次基板的任何灯蕊。例如,灯蕊802可为图14或图8的灯蕊。LED灯泡800有一灯泡基座806、一透明或半透明灯泡808、支撑架804以及灯蕊802。灯泡基座806可以是一爱迪生标准灯泡座，其中可选择性的包含有一 LED驱动电路(未显示)。透明灯泡808固着于灯泡基座806上，在透明灯泡808与灯泡基座806之间形成一灯泡内部空间。支撑架804支撑四个灯蕊802且四个灯蕊802与支撑架804固定在灯泡内部空间中，支撑架804可以是导电材料，除了固定灯蕊802之外，也提供灯蕊802之间彼此的电连接，以及灯蕊802到灯泡基座806之间的电连接。举例来说，支撑架804可以是一条金属线，其尾端有焊锡将两灯蕊802固定于其上。支撑架804在灯泡基座806中的连接关系，可以使得灯蕊802具有串联、并联、或是桥式连接的关系。灯蕊802大致共平面，此平面大致跟灯泡基座806与透明灯泡808所在的一中央旋转轴(Z方向)相垂直。如此，可以使LED灯泡800为一全周光的照明装置。
[0083]在本发明的实施例中，因为LED芯片有足够大的长宽比或是长度，所以可以直接以LED芯片作为照明装置的灯蕊，节省掉封装的成本。在另一个实施例中，LED组件采用倒装的技术、或是以银胶焊锡等技术，就可以把LED芯片固着于次基板上，可以避免使用较为昂贵的焊线技术，降低封装成本。本发明并不限制于不能使用焊线技术，在本发明一些实施例中，也可以使用焊线技术。此外，依据本发明所实施的LED芯片或是组件都可以六面发光，所以可以作为一全周光装置的主要光源。
[0084]以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种发光二极管组件，包含有: 发光二极管芯片，包含有: 透明基底，具有一表面，该表面大致为一长条，该长条具有二终端；至少一发光二极管单元形成于该表面上，并具有一发光叠层；以及二接合垫，形成于该二终端上； 支撑结构，用以支撑该发光二极管芯片且相对于该发光叠层所发出的光为透明；以及 透光结构，大致包裹该发光二极管单元。
2.如权利要求1所述的发光二极管组件，还包含二导电电极板；其中，该支撑结构为一透明次基板且具有二终端，该二导电电极板设于该透明次基板的该二终端至少之一上，该发光二极管芯片以倒装方式，固着于该透明次基板上且电连接至该二导电电极板。
3.如权利要求1所述的发光二极管组件，还包含二导电电极板；其中，该支撑结构包含有一透明次基板且具有二终端，该二导电电极板设于该透明次基板的二终端或该二终端其中之一；该发光二极管芯片的该二接合垫，以一导电结构分别电连接至该二导电电极板。
4.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该支撑结构包含有二导电架构，固定并提供电连接至该二接合垫，该发光二极管组件还包含一透光灯壳，设于该二导电架构之间，环绕该发光二极管芯片。
5.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该透光结构包含有一荧光粉层，形成于该发光二极管芯片与该支撑结构之间。
6.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该透光结构包含有一荧光粉层，该支撑结构位于该荧光粉层与该发光二极管芯片之间。
7.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该透光结构包含有一突光粉层，覆盖于该发光二极管单元之上。
8.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，每一接合垫上形成有一焊锡凸块或是一金凸块。
9.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该发光二极管单元通过一金属层连接至该等接合垫，且该发光二极管芯片还包含有一保护层，覆盖于该金属层上；该保护层于具有一开口位于该等接合垫上，以曝露该金属层。
10.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中，该发光二极管芯片包含有多个发光二极管单元，彼此以一焊线串联连接。
【文档编号】H01L33/00GK104425657SQ201410400286
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈泽澎, 郑子淇 申请人:广镓光电股份有限公司, 英特明光能股份有限公司