CN101276808B - 半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的半导体发光装置包括:第一LED芯片,其发出的光通过荧光物质层进行波长变换,荧光物质层是通过涂敷并固化含有荧光物质的流体材料形成的;以及第二LED芯片,其发出的光不通过荧光物质层进行波长变换,其中第一LED芯片和第二LED芯片以如下方式布置在衬底上:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体发光装置(下文中,称作“LED”)。
背景技术
参考图4A到4C,描述含有多个LED芯片的常规LED(例如,参见日本未审专利公开No.2006-310613和日本未审专利公开No.2004-274027)。图4A是表示常规LED结构的平面图,图4B和4C分别是沿图4A中的I-I和II-II线的剖面图。
如图4A、4B和4C中所示,常规LED包括处于衬底1上发出蓝光的蓝色LED芯片3B、发出绿光的绿色LED芯片3G和发出红光的红色LED芯片3R。衬底1含有用于每个LED芯片3的第一端子1a和第二端子1b。每个LED芯片3处于第一端子1a上。每个LED芯片3含有两个电极,且第一导线5a将两个电极中的一个电极电气连接到第一端子1a,第二导线5b将两个电极中的另一个电极电气连接到第二端子1b。LED芯片3B、3G和3R用透明树脂密封层7密封。当在第一端子1a和第二端子1b之间施加电压时,LED芯片3B、3G和3R分别发出蓝光、绿光和红光。
在这种LED中,众所周知,通过混合蓝光、绿光和红光,可以获得任意颜色的光,例如白光。
然而,通过混合LED芯片3B、3G和3R发出的光L所获得的白光的光谱具有如图5中所示的狭窄宽度的三个峰,并且这种白光具有差的色彩表现性。
在图6中所示的已知的技术中,为了改善色彩表现性,替代绿色LED芯片3G,设置了激发LED芯片3E,其发出光(例如,蓝光)以激发荧光物质,并且通过将含有荧光物质的流体材料(下文中,称作“荧光物质材料”)涂敷到激发LED芯片3E上并使这种材料固化而形成荧光物质层9。图7A和7B中分别示出了使用绿色荧光物质所获得的白光的光谱,以及同时使用黄色荧光物质和绿色荧光物质所获得的白光的光谱。如图7A和7B中所示,可以看到,在任一种情况下,通过结合使用激发LED芯片3E和荧光物质层9,中央峰的宽度都变宽了,并且改善了色彩表现性。
由于荧光物质材料具有流动性,当将荧光物质材料涂敷到激发LED芯片3时,如图8中所示,荧光物质材料可能铺开,并且附着在不涂覆荧光物质材料的LED芯片3上。在这种情况下,可能出现如下问题:发光强度减少了,并且难于控制色温。
本发明考虑到了上述的情况,其目的在于提供能够防止荧光物质材料附着在LED芯片上的LED,所发出的光没有被荧光物质层改变波长。
发明内容
本发明的LED包括:第一LED芯片,其发出的光通过荧光物质层进行波长变换,该荧光物质层是通过涂敷并固化荧光物质材料形成的;以及第二LED芯片,其发出的光不通过荧光物质层进行波长变换,其中第一LED芯片和第二LED芯片以如下方式布置在衬底上:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
根据本发明,由于第一LED芯片和第二LED芯片以在衬底上第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度的方式布置,即使在将荧光物质材料涂敷到第一LED芯片时荧光物质材料铺开,荧光物质材料也不会附着在第二LED芯片上。因此,可以避免荧光物质材料附着在不涂敷荧光物质材料的第二LED芯片上。
附图说明
图1A到1C示出了本发明实施例的LED的结构,图1A是该结构的平面图,图1B和1C分别是沿图1A中的I-I和II-II线的截面图;
图2A到2B是与图1B相对应的截面图,每个表示本发明另一实施例LED的结构;
图3A到3E是表示本发明实施例LED的制造过程的截面图;
图4A到4C示出了常规LED的结构,图4A是该结构的平面图,图4B和4C分别是沿图4A中的I-I和II-II线的截面图;
图5示出了从图4A到4C中的LED发出的光的光谱的示例;
图6A到6C示出了LED的结构,其中从激发LED芯片发出的光的波长通过荧光物质层进行了变换,图6A是该结构的平面图,图6B和6C分别是沿图6A中的I-I和II-II线的截面图;
图7A和7B分别示出了从图6A到6C中的LED发出的光的光谱的示例,图7A示出了使用绿色荧光物质情况下的光谱示例,图7B示出了同时使用绿色荧光物质和黄色荧光物质情况下的光谱示例;以及
图8是与图6B相对应的截面图,用于说明形成具有图6A到6C中结构的LED的荧光物质层时的问题。
具体实施方式
本发明实施例的LED包括:第一LED芯片,其发出的光通过荧光物质层进行波长变换,该荧光物质层是通过涂敷并固化荧光物质材料而形成的;以及第二LED芯片,其发出的光不通过荧光物质层进行波长变换,其中第一LED芯片和第二LED芯片是以如下方式布置在衬底上:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
根据本发明的实施例,由于第一LED芯片和第二LED芯片以在衬底上第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度的方式布置,即使在将荧光物质材料涂敷到第一LED芯片时荧光物质材料铺开,荧光物质材料也不会附着在第二LED芯片上。因此,可以避免荧光物质材料附着在不涂敷荧光物质材料的第二LED芯片上。
下文中,举例说明各个实施例。
还可以在衬底上设置透明树脂层,第一LED芯片的部分或是全部可以埋入透明树脂层中,并且在透明树脂层上可以设置荧光物质层。
当荧光物质材料如图8中所示铺开时,第一LED芯片上存在的荧光物质材料量就减少了。因此,第一LED芯片上所形成的荧光物质层9的厚度就减小了,并且因此可能出现如下问题:不能充分变换从第一LED芯片向上发出的光的波长。在本实施例中,由于第一LED芯片的部分或是全部埋入透明树脂层中,第一LED芯片周围的区域升高了,并且大部分荧光物质材料处于高于第一LED芯片的位置。因此,根据本实施例,第一LED芯片上荧光物质层的厚度变得相对较大,并且可以更为可靠的变换从第一LED芯片所发出的光的波长。
前面所述的透明树脂层的表面和第一LED芯片顶部表面可以几乎处于同一平面上。在这种情况下,所有荧光物质材料都处于高于第一LED芯片的位置,并且第一LED芯片上荧光物质层的厚度趋于变大。当透明树脂层的厚度不必要地太大时,可能出现如下问题:第二LED芯片必须处于非常高的位置,但是在本实施例中,不会发生这种问题。
第二LED芯片可以处于衬底上,在第二LED芯片和衬底之间***有堤状突起(bank-raising)部分。当使用堤状突起部分时,易于使第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
在第二LED芯片中,处于第二LED芯片发光层下面的第二LED芯片部分的高度,可以高于第一LED芯片的高度。在这种情况下,有可能不使用堤状突起部分,而使第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
第二LED芯片的数量可以是多个,并且可以为每个第二LED芯片设置前面所述的堤状突起部分。当多个第二LED芯片处于单一的堤状突起部分上时,堤状突起部分的尺寸可能变大,但是根据本实施例,堤状突起部分的尺寸可以减小到所需的最小值。
根据本发明,提供了制造LED的方法,包括如下步骤:在衬底上放置第一LED芯片和第二LED芯片,将荧光物质材料涂敷到第一LED芯片上,并使其固化以形成荧光物质层,其中第一LED芯片和第二LED芯片以如下方式布置:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
根据这种方法,由于第一LED芯片和第二LED芯片以在衬底上第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度的方式布置,即使在将荧光物质材料涂敷到第一LED芯片时荧光物质材料铺开,荧光物质材料也不会附着在第二LED芯片上。因此,可以避免荧光物质材料附着在第二LED芯片上。
制造本发明的LED的方法还可以包括如下步骤:在前面所述的衬底上形成透明树脂层,从而可以在涂敷前述的材料之前,将第一LED芯片的部分或全部埋入透明树脂层中。如上所述,第一LED芯片上荧光材料层的厚度变大了,可以更为可靠的变换从第一LED芯片所发出的光的波长。
前面所述的透明树脂层可以以如下方式形成:透明树脂层的表面和第一LED芯片的顶部表面几乎处于同一平面上。在这种情况下,所有荧光物质材料都处于高于第一LED芯片的位置,并且第一LED芯片上荧光物质层的厚度趋于变大。
可以通过在前面所述的衬底上形成堤状突起部分,并将第二LED芯片放置在前面所述的堤状突起部分上,来实现第二LED芯片的放置。在这种情况下,易于使第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
在第二LED芯片中,处于第二LED芯片发光层下面的第二LED芯片部分的高度,可以高于第一LED芯片的高度。在这种情况下,有可能不使用堤状突起部分,而使第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度。
第二LED芯片的数量可以是多个,并且可以为每个第二LED芯片设置前面所述的堤状突起部分。当多个第二LED芯片处于单一的堤状突起部分上时,堤状突起部分的尺寸可能变大,但是根据本实施例,堤状突起部分的尺寸可以减小到所需的最小值。
上面所示的各个实施例可以彼此组合。
下文中,通过附图描述本发明的实施例。如下附图和描述中所示的内容仅是示例,本发明的范围并不限于如下附图和描述中所示的内容。在后面的实施例中,作为示例,描述第一LED芯片是激发LED芯片3E且第二芯片是蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R的情况。对于第二LED芯片的数量是1个或3个或更多的情况,或者对于第二LED芯片是发出蓝色或红色以外的颜色(波长)的光的LED芯片的情况,后面的描述仍是正确的。
1.LED的结构
参考图1A到1C,描述本发明实施例中LED的结构。图1A是表示本实施例LED结构的平面图,图1B和1C分别是沿图1A中的I-I和II-II线的截面图。
如图1A、1B和1C中所示,本实施例的LED包括处于衬底1上的发出蓝光L的蓝色LED芯片3B、为激发荧光物质而发出光L的激发LED芯片3E和发出红光L的红色LED芯片3R。蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R布置在衬底1上,在每个LED芯片和衬底1之间***有为每个LED芯片提供的每个堤状突起部分11。激发LED芯片3E、蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R以如下形式布置:在衬底1上,蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R的发光层的高度高于激发LED芯片3E的顶部表面的高度。
在衬底1上设置透明树脂层13,且将激发LED芯片3E埋入透明树脂层13中。透明树脂层13的表面和激发LED芯片3E的顶部表面几乎处于同一平面上。
在透明树脂层13上紧接激发LED芯片3E之上且在激发LED芯片3E附近设置荧光物质层9。因此,从激发LED芯片3E发出的光L的波长通过荧光物质层9进行变换。荧光物质层9是通过将荧光物质材料涂敷到激发LED芯片3E,并使其固化而形成的。荧光物质层9没有处于蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R之上,从蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R发出光L的波长不会通过荧光物质层9进行变换。
衬底1上含有用于每个LED芯片3的第一端子1a和第二端子1b。每个LED芯片3放置在相应的第一端子1a上。每个LED芯片3还含有2个电极,第一导线(例如:金线)5a将两个电极中的一个电极与第一端子1a电气连接,第二导线(例如:金线)5b将两个电极中的另一个电极与第二端子1b电气连接。LED芯片3B、3G和3R使用透明树脂层7密封。
下文中,详细描述每个组成部分。
1-1.衬底
衬底1的构造没有特定的限制。在一示例中,衬底1是引线框架,第一端子1a和第二端子1b是引线端子,但是衬底1的构造及端子1a和1b并不限于此。例如,衬底1及端子1a和1b可以包括绝缘衬底(例如:环氧玻璃衬底)和在其上形成的互连图案。
1-2.LED芯片
每个LED芯片3的构造,例如材料、形状、尺寸和波长没有特定的限制。在图1A到1C所示的示例中,在LED芯片3的一侧有两个电极,但是也可以在LED芯片3的每侧设置1个电极。在这种情况下,由于LED芯片3可以在其与第一端子1a的接触表面处和第一端子1a电气连接,因此可以省去第一导线5a。当两个电极形成在LED芯片3的一侧时,通过在衬底1上将LED芯片3布置成两个电极与衬底1相对,可以省去第一导线5a和第二导线5b。此外,在这种情况下,将连接到电极的端子或互连图案设置成LED芯片3的两个电极不能短路。
在一示例中,蓝色LED芯片3B和激发LED芯片3E是InGaN基(III-V族化合物半导体,其中V族元素是氮)LED芯片,其中InGaN层是通过在绝缘蓝宝石衬底上外延生长而形成的,并且红色LED芯片3R是InGaAlP-GaAs基LED。在该示例中,从蓝色LED芯片3B和激发LED芯片3E发出的光的波长是相同的,但是在其他的示例中,波长可以是不同的。只要可以激发荧光物质层中包含的荧光物质,从激发LED芯片3E发出的光可以是任意的光(例如,紫外光)。
1-3.堤状突起部分
堤状突起部分11的构造,例如材料、形状和尺寸没有特定的限制。从将LED芯片3中产生的热散发到衬底1的观点看,优选的,堤状突起部分11由具有高导热性的材料制成,例如铝这样的金属。形成堤状突起部分11的方法没有特定的限制。堤状突起部分11可以与衬底1通过铸造而一体形成,或是可以通过准备一块形构件,并将该构件结合到衬底1上而形成。
例如,堤状突起部分11的平面形状与LED芯片3的平面形状相似,并且例如,堤状突起部分11的尺寸略大于LED芯片3的尺寸。在这种情况下,堤状突起部分11的尺寸可以减少到所需的最小值。只要在形成荧光物质层9时可以防止荧光物质材料附着在LED芯片3上,堤状突起部分11的高度没有特定的限制。在本实施例中,为每个LED芯片3设置一个堤状突起部分11。当多个LED芯片3布置在单个堤状突起部分11上时,堤状突起部分11的尺寸可能变大,然而,由于为每个LED芯片3设置堤状突起部分11,所以堤状突起部分11的尺寸相对变小。
1-4.透明树脂层
透明树脂层13的构造,例如材料、厚度和形成方法没有特定的限制。在本实施例中,透明树脂层13的厚度几乎等于激发LED芯片3E的高度(即,透明树脂层13的表面和激发LED芯片3E的顶部表面几乎处于同一平面上),但是透明树脂层13的厚度可以比激发LED芯片3E的高度薄或厚。然而,优选的是,透明树脂层13表面的高度低于堤状突起部分11顶部表面的高度(即,透明树脂层13厚度方向的长度比堤状突起部分11高度方向的长度短)。其原因在于,如果透明树脂层13顶部表面的高度高于堤状突起部分11顶部表面的高度,那么荧光物质材料很可能附着在激发LED芯片3E以外的LED芯片3上。
图2A示出了透明树脂层13的厚度小于激发LED芯片3E厚度的情况。激发LED芯片3E部分埋入透明树脂层13中。在这种情况下,由于激发LED芯片3E周围的区域也升高了,并且大部分荧光物质材料处于高于激发LED芯片3E的位置,因此,通过设置透明树脂层13,激发LED芯片3E上荧光物质层9的厚度变大了。因此,可以更为可靠的变换从激发LED芯片3E向上发出的光L的波长。
图2B示出了透明树脂层13的厚度略大于激发LED芯片3E厚度的情况。在这种情况下,激发LED芯片3E完全埋入透明树脂层13中。在该情况下,通过设置透明树脂层13,激发LED芯片3E上荧光物质层9的厚度也变大了。
可以通过涂敷并固化(例如,热固化或光固化)流体透明树脂,形成透明树脂层13。透明树脂的示例包括硅树脂和环氧树脂。在透明树脂层13中,优选的是,固化的树脂层表面是平坦的。因此,优选的,对于透明树脂层13的材料,所使用材料的粘度比透明树脂密封层7的材料的粘度低。
1-5.荧光物质层
只要通过涂敷并固化荧光物质材料来形成荧光物质层9,荧光物质层9的构造,例如材料、厚度和形成方法没有特定的限制。荧光物质层9所处的位置没有特定的限制,只要在该位置,可以变换从激发LED芯片3E发出的光L的波长。例如,可以通过将荧光物质材料涂敷在激发LED芯片3E上,并固化(例如,热固化或光固化)该材料来形成荧光物质层9。可以将荧光物质材料涂敷在激发LED芯片3E表面上,或是如图2B中所示,当激发LED芯片3E被透明树脂层13覆盖时,可以将荧光物质材料涂敷在透明树脂层13的表面上。
例如,荧光物质材料包括通过将荧光物质分散在流体树脂中形成的物质。例如,树脂的种类包括硅树脂和环氧树脂,但是当激发光是蓝色的光或是具有较短波长的紫外光时,优选的是硅树脂,由于其不易于恶化。荧光物质的种类没有特定的限制。荧光物质的例子包括铈活化的YAG(Ce:YAG(例如,参考日本专利No.2927279))和铕活化的硅酸盐基荧光物质(Eu:BOSE(钡锶原硅酸盐),Eu:SOSE(锶钡原硅酸盐)等)。这些荧光物质可以用蓝色光激发,并且具有宽的发射光谱,该光谱的峰在黄色周围。
1-6.透明树脂密封层
透明树脂密封层7的构造,例如材料、厚度和形成方法没有特定的限制。可以通过涂敷并固化(例如,热固化或光固化)流体透明树脂来形成透明树脂密封层7。透明树脂的示例包括硅树脂和环氧树脂。透明树脂密封层7的材料可以与透明树脂层13的材料相同或是不同。当透明树脂密封层7的材料与透明树脂层13的材料不同时,优选的,选择不会在层7和13之间产生界面的材料。
1-7.反射体
本实施例的LED可以包括反射体,以反射从每个LED芯片3发出的光。例如,可以使用日本未审查专利公开No.2006-310613和日本未审查专利公开No.2004-274027中所示的反射体作为反射体。反射体围绕所有的LED芯片3,并且具有在表面上的位置远离衬底1时向外倾斜的锥形反射表面。
2.制造LED的方法
下面,参考图3A到3E,描述上面提及的制造LED的方法。下面所描述的制造LED的方法仅是示意性的,并且上面提及的LED也可以通过其他的方法制造。
2-1.布置LED芯片和形成堤状突起部分的步骤
首先,将激发LED芯片3E放置在衬底1上,然后,在衬底1上形成堤状突起部分11,并且将蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R分别放置在这些堤状突起部分11上,从而获得图1A中所示的结构。如图1A中所示,蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R放置在衬底1上,在每个LED芯片和衬底1之间***有每个堤状突起部分11,并且在衬底1上,蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R的发光层的高度高于激发LED芯片3E的顶部表面的高度。
例如,可以通过使用Ag糊将激发LED芯片3E结合到衬底1,并且使用烤炉将Ag糊固化,来实现激发LED芯片3E的放置。例如,可以通过使用Ag糊将铝等制成的堤状突起块结合到衬底1,并且使用烤炉将Ag糊固化,来形成堤状突起部分11。例如,可以通过使用Ag糊将蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R结合到衬底1,并且使用烤炉将Ag糊固化,来实现蓝色LED芯片3B和红色LED芯片3R的放置。在完成所有的LED芯片3和堤状突起部分11的粘接之后,Ag糊的每次固化可以分别进行,或是同时进行。
2-2.相互连接的步骤
接下来,用第一导线5a将每个LED芯片3的一个电极与衬底1的第一端子1a连接,并且用第二导线5b将每个LED芯片3的另一个电极与衬底1的第二端子1b连接,从而获得图3B中所示的结构。
2-3.形成透明树脂层的步骤
接下来,在衬底1上形成透明树脂层13,使得激发LED芯片3E的部分或是全部埋入透明树脂层中,从而获得图3C中所示的结构。将透明树脂层13形成为透明树脂层的表面和激发LED芯片3E的顶部表面几乎处于同一平面。
2-4.形成荧光物质层的步骤
接下来,通过将荧光物质材料涂敷在激发LED芯片3E上,并使其固化,来形成荧光物质层9,从而获得图3D中所示的结构。
2-5.形成透明树脂密封层的步骤
接下来,形成透明树脂密封层7,其厚度可以将每个LED芯片3和导线5a、5b埋入其中,从而获得图3E中所示的结构,并且由此完成本实施例LED的制造过程。
上面实施例中所示的各种特征可以彼此组合。当一实施例中包含多个特征时,可以从这些特征中适当的选择一个或多个特征,并且在本发明中,可以单独采用或结合采用这些特征。
Claims (8)
1.一种半导体发光装置,包括:
第一LED芯片,其发出的光通过荧光物质层进行波长变换,荧光物质层是通过涂敷并固化含有荧光物质的流体材料形成的;以及
第二LED芯片,其发出的光不通过荧光物质层进行波长变换,
其中,第一LED芯片和第二LED芯片以如下方式布置在衬底上:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度,以及
第二LED芯片置于衬底上,在第二LED芯片和衬底之间***有堤状突起部分。
2.根据权利要求1所述的装置,还包括衬底上的透明树脂层,其中,第一LED芯片的部分或全部埋入透明树脂层中,并且在透明树脂层上设置荧光物质层。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,透明树脂层的表面和第一LED芯片的顶部表面实质上处于同一平面上。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,第二LED芯片是多个,并且为每个第二LED芯片设置堤状突起部分。
5.一种制造半导体发光装置的方法,包括如下步骤:
将第一LED芯片和第二LED芯片放置在衬底上,
将含有荧光物质的流体材料涂敷在第一LED芯片上,并固化流体材料,以形成荧光物质层,
其中,第一LED芯片和第二LED芯片以如下方式布置:在衬底上,第二LED芯片发光层的高度高于第一LED芯片顶部表面的高度,以及
通过在前述衬底上形成堤状突起部分,并将第二LED芯片放置在堤状突起部分上,完成第二LED芯片的放置。
6.根据权利要求5所述的方法,还包括如下步骤:在衬底上形成透明树脂层,使得在涂敷荧光物质材料前,第一LED芯片的部分或全部埋入透明树脂层中。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,形成透明树脂层,使得透明树脂层的表面和第一LED芯片的顶部表面实质上处于同一平面上。
8.根据权利要求5所述的方法,其中,第二LED芯片是多个,并且为每个第二LED芯片设置堤状突起部分。
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