本发明专利技术提供一种可提升发光二极管封装组件的出光效率的方法与构造。其采用本质上光学透明且具有高折光率的纳米尺度粒子为主体，经由一定的均匀堆积处理，或再辅以其它物质填充于上述纳米粒子的间隙中，形成一具高折光率的纳米透光层，并与发光二极管芯片光学接触，以导出芯片所发出的光线。经此材料所装置的发光二极管组件，因其纳米透光层与发光芯片材料间的折光率差减小，甚至为零，故可大为增加光线于材料界面上的临界全反射角，即减少光线的内部全反射，大为提升发光二极管组件的出光效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关于一种发光二极管封装组件，特别是有关于以具高折光率透明纳 米粒子所装置的发光二极管组件及其制造方法。
技术介绍
近几年来，发光二极管(Light Emitting Diode; LED)的运用领域不断地被开发， 由于发光二极管具有体积小、耐震动、符合环保、寿命长等诸多优点，已普遍使用 于信息、通讯及消费性电子产品的指示灯与显示装置上，成为日常生活中不可或缺 的重要组件。尤其是应用在一般照明的高亮度(HighPower)发光二极管产品，更是为 各家大厂所竞相投入的研发标的。提起此照明产品，主要须克服的技术障碍乃是发 光效率、散热管理与可靠度。尤以发光效率的提升与否，被视为新世纪能否取代现 有照明产品的最重要的技术指标。发光二极管的光源因发光芯片中的半导体磊晶发光层可将外加的电能转化为 光能后，而自芯片内部射出，通过包封于芯片外层的透明封装材料而射入空气中， 但有大部份光线却无法射出。请参照图l，绘示光线由折光率较大的介质ll进入折 光率较小4的介质时的三种光线路径示意图。光线从一介质11进入另一介质4，其中折光率no大于折光率ne，当入射角e大于临界全反射角e c时，光线l不会产 生折射而是以相同反射角全反射回介质ll，即光线L无法有效穿透介质4。而可以 产生折射且穿透的光线仅限于入射角小于临界角ec，即为以ec为圆锥角的立体锥 状范围的光线；又己知sin0c^:ne/no，当no远大于ne时，9c更小，能折射而出 的光线就更少了。请参照图2为现有发光二极管封装组件的结构，发光二极管晶粒l以正面固晶 打线23的方式，使其结构与电性连接于现有封装基座2(于此图示中为模塑支架类) 的基座本体21与导电金属22上，现有的透明封胶4封装于发光二极管芯片1的外 围，而由芯片所发出的光线，经由透明封胶4而至空气中。再请参照下表中所列的 物质折光率值，由于发光二极管晶体材料的折光率(如蓝光LED的磊晶材料氮化镓 GaN: 2.4、其磊晶氧化铝基板1.77、红光LED的磊晶材料砷化镓GaAs: 3.4)皆远 大于透明封胶的折光率(如硅橡胶1.4、环氧树脂1.5)，于是乎由磊晶发光层所发 出射向各方的光线，于接触晶体与封胶的界面时，由于两介质间的高折光率差之故，而使大部分光线产生内部全反射(以蓝光磊晶11与环氧树脂封胶4为例，其临界全 反射角<table>table see original document page 5</column></row><table>0c仅为39。)，而回到芯片中，并因发光层的上下界面为平行之故，于辗转几次的 全反射之后，终将被芯片本身的晶格缺陷、杂质或其电极、基板所吸收，而转化为 组件的热能。除了严重地造成出光效率低下之外，其所产生的额外热量并将使得组 件的工作温度升高，而再次使得发光的内部量子效率更为降低，甚而影响组件的使 用寿命。如美国专利号码7，053，419和7,064,355中所揭露的使用一高温黏贴于发光 二极管芯片上的透明光学固体组件的方法，正是为了改善此一缺点，列于此间作为 参考。又如美国专利号码6,870,311、 7,083,490、日本特许公开番号2004-15063、 2007-51053、 2007-70603、 2007-204354，以纳米粒子分散于封装树脂中，藉由增加封 装树脂的折光率，以提高发光二极管的出光效率。又中国台湾专利公告号码1220067 专利中，也有以纳米粒子分散以强化封装树脂的作法，皆列于此间作为参考。
技术实现思路
本专利技术人针对现有发光二极管封装材料低折光率所造成出光效率低下的缺点， 专利技术出一种可提升各种发光二极管组件的出光效率的方法与构造，并具有绝佳的可量产性。本专利技术的发光二极管组件，包含至少一发光二极管芯片； 一基座，提供该 发光二极管芯片结构的固定与电性的连接； 一纳米透光层，光学接触于所述发光 二极管芯片的至少一部份的表面；所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、平 均粒径小于100nm且均匀堆积的纳米粉体所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发 出的光波长大体上为透明。所述纳米粉体为经过表面修饰或表面接枝的纳米颗粒。所述纳米透光层包含由所述纳米粉体的表面接枝物质或其它透明物质填充于 所述纳米粉体颗粒的至少部份间隙中。所述纳米透光层进一步由较低折光率的封装材料包封于所述纳米透光层与所述发光二极管芯片的外围。所述纳米粉体为以两种或两种以上不同粒径大小的纳米颗粒所混合而成。所述纳米透光层与空气的界面形成具有适当直径的近似半球状，并将所述发 光二极管芯片设置于球中心的位置。所述纳米透光层与空气的界面形成具有以大约光波长为周期的周期性凹凸结 构，即光子晶体结构。所述纳米透光层与空气的界面形成具有数微米至数百微米等级程度的表面粗 糙度。所述纳米透光层的内部中心处或外部添加光致发光荧光粉，以转换所述发光 二极管芯片所发出的光波长。所述纳米粉体为具有核壳结构、即表面层与内部为不同材料的纳米颗粒所构成。所述发光二极管芯片为蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片或其它色光芯片或其 他不可见光芯片。所述基座为陶瓷基板、塑料基板、金属基板、灌胶支架、模塑支架。 所述纳米粉体为氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化锡、氧化锑、氧化铝、钛酸 钡、钛酸锶、氮化铝、氮化镓、磷化镓、硫化锌、碳化硅等高折光率透明氧化物 或半导体化合物或其组合所构成。本专利技术的另一种发光二极管组件，包含至少一发光二极管芯片； 一基座， 提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接； 一纳米透光层，光学接触于该 发光二极管芯片的至少一部份的表面；所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、 平均粒径小于100nm的纳米粉体且均匀堆积于一透明物质中的纳米复合材料所构 成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。 所述纳米透光层中的所述纳米粉体的体积分率大于25%。 所述纳米透光层中的所述透明物质为液态或固态的高分子、有机物或无机物。 本专利技术的发光二极管制造方法，包含提供一发光二极管芯片，提供一由基 本透明、具高折光率的纳米颗粒所形成具有可操作黏度的纳米分散胶体，将所述 纳米胶体定量点胶于一光滑平面上后，挥发胶体的溶剂，使胶体自由收縮，至形 成一上表为曲面、下表为平面，并具有塑性的纳米透光凝胶块体，将所述纳米透 光凝胶快体移至所述发光二极管芯片的一表面，使两界面自然产生光学接触，进 而硬化成一纳米透光层于所述发光二极管芯片的一发光表面。 所述纳米分散胶体中溶解有一透明液态树脂。为达上述目的，本专利技术所提供的方法为采用本质上光学透明且具有高折光率 的纳米尺度粒子为主体，经由一定的均匀堆积处理，形成一具高折光率的纳米透光层，并与发光二极管芯片光学接触，以导出芯片所发出的光线。根据本专利技术另 一实施方式，该纳米透光层是由本质上光学透明且具有高折光率的纳米粒子均匀 堆积于一透明物质中所构成。根据本专利技术另一实施方式的制造方法，其包含预先 以纳米溶胶形成一上表为曲面、下表为平面，并具有塑性的纳米透光凝胶体，再 将该凝胶体移至发光二极管芯片的一表面，使两界面自然产生光学接触后，进而 硬化成一纳米透光层。经上述材料所装置的发光二极管组件，因其纳米透光层与发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发光二极管组件，包含： 至少一发光二极管芯片； 一基座，提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接； 一纳米透光层，光学接触于所述发光二极管芯片的至少一部份的表面； 其特征在于： 所述纳米透光层至少是由折光率大于１．６５、平均粒径小于１００ｎｍ且均匀堆积的纳米粉体所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：洪绢欲，
申请(专利权)人：洪绢欲，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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