CN103797594A - 波长转换发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面提供了一种波长转换发光二极管（LED）芯片以及用于制造该波长转换LED芯片的方法，其中所述方法包括步骤：将多个LED芯片附接至临时支撑板的顶面上的芯片排列区域，使得形成了至少一个电极的表面朝向上部；在各个LED芯片的电极上形成导电凸块；在芯片排列区域上形成含荧光物质树脂封装部件以覆盖导电凸块；抛光含荧光物质树脂封装部件以暴露该含荧光物质树脂封装部件的顶面上的导电凸块；切割LED芯片之间的含荧光物质树脂封装部件，以形成波长转换LED芯片（在此，通过含荧光物质树脂封装部件获得的波长转换层形成在波长转换LED芯片的侧表面和顶面上）；以及从波长转换LED芯片去除临时支撑板。

Description

波长转换发光二极管芯片及其制作方法

技术领域

实施例的一个方面涉及一种波长转换发光二极管芯片，更具体而言，涉及一种在实现均匀发光特性的同时降低了基于辐射角的色温偏差的波长转换发光二极管芯片，以及其制造方法。

背景技术

发光二极管（LED）是将电能转化为光能的半导体器件，并且由基于能带带隙而发出特定波长的光的化合物半导体所构成。其在显示设备领域已被广泛采用，例如光学通讯与移动显示、计算机显示器等、照明设备的背光单元（BLU）。

特别地，在用于照明设备的LED的发展中，与根据现有技术的LED相比，需要相对高水平的电流、大量的光以及均匀的发光特性。因此，需要开发新型设计与工艺。

根据现有技术，已经通过已公开的诸如分配法等方法在LED芯片的附近涂覆磷光体与透明树脂的混合物来制造了发白光的器件封装件。在此情况下，位于LED芯片上表面和侧表面的磷光体的量彼此不同，使得从芯片上表面发射的白光与从芯片侧表面发射的白光之间在诸如色温之类的颜色特性方面会出现差异。

此外，安装LED芯片的区域形成为具有杯状的结构，并且当杯状结构填满树脂时，由磷光体引起的光散射会导致光路径增加，并且使发光效率劣化。

另一方面，即使直接在晶片级别上形成磷光体层的情况下，在相同条件下，也难以保证均匀的发光特性。

详细而言，即使半导体外延层在相同条件下生长于单个晶片上时，取决于各自不同的芯片区域也会出现不同的发光特性。

因此，在涂覆相同的磷光体层时，由于由此获得的白光LED芯片因为不同发光特性的缘故而具有随着各个芯片不同的白光特性，因此色散可能成为问题。

发明内容

[技术问题]

实施例的一个方面可以提供一种制造具有磷光体层的波长转换LED芯片的方法，该LED芯片能够提供与所需色坐标区域对应的白光，同时具有均匀覆盖的芯片表面。

[技术方案]

根据实施例的一个方面，一种制作波长转换发光二极管（LED）芯片的方法包括步骤：将多个LED芯片附接至临时支撑板的上表面的芯片排列区域，使得形成了至少一个电极的LED芯片的表面指向向上的方向；在各个LED芯片的电极上形成导电凸块；在所述芯片排列区域内形成含磷光体树脂密封部件，以覆盖所述导电凸块；抛光所述含磷光体树脂密封部件；通过切割在各LED芯片之间提供的含磷光体树脂密封部件来形成所述波长转换LED芯片，所述波长转换LED芯片包括波长转换层，所述波长转换层由所述含磷光体树脂密封部件获得并且形成在所述波长转换LED芯片的侧表面和上表面上；以及从所述波长转换LED芯片去除所述临时支撑板。

可以通过特定的发射光特性的标准在至少一个晶片中获得的LED芯片当中来选择所述多个LED芯片。在此，所述发射光特性可以为发射光的峰值波长和光输出中的至少之一。

所述临时支撑板可以包括围绕所述芯片排列区域的堤堰结构。在此情况下，所述堤堰结构的高度可以至少高于包括形成在芯片中的导电凸块在内的芯片的高度。

附接至所述临时支撑板的LED芯片之间的距离可以大于位于所述LED芯片的侧表面上的光波长转换层部分的厚度的两倍。

可以通过从以下方法选择的工艺来执行形成所述含磷光体树脂密封部件的步骤：分配法、丝网印刷法、旋涂法、喷涂法和传递模塑法。

所述多个LED芯片可以包括：绝缘衬底；半导体外延层，其包括顺序形成在所述绝缘衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；以及分别形成在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层上的第一电极和第二电极。

所述多个LED芯片可以包括：导电衬底；半导体外延层，其包括顺序形成在所述导电衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；以及形成在所述第二导电半导体层上的电极。

根据实施例的一个方面，一种波长转换LED芯片可以包括：衬底；半导体外延层，其包括顺序形成在所述衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；至少一个电极，其形成在所述半导体外延层上；导电凸块，其形成在所述至少一个电极的表面上；以及波长转换层，其形成为围绕所述半导体外延层以及所述衬底的侧表面，所述波长转换层包括含至少一种类型磷光体粉末的树脂，并且所述波长转换层的上表面形成在与所述导电凸块的上表面相同的平面水平。

所述衬底可以为绝缘衬底，并且所述至少一个电极可以包括分别形成在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层上的第一电极和第二电极。

所述衬底可以为导电衬底，并且所述至少一个电极可以包括形成在所述第二导电半导体层上的电极。

[有益效果]

根据本发明构思的实施例，当在芯片级别上形成磷光体层时，包括上表面与侧表面的大部分芯片表面可以被磷光体层所覆盖，从而可以提供改进了色散率并显著降低了每光束范围角的色温偏差的磷光体层形成技术。

具体而言，可以考虑磷光体层的形成预先根据光波长与光输出中的至少一个对LED芯片进行分类，使得可以根据LED芯片的光特性均匀涂覆磷光体，并且因此可以提供具有所需目标色坐标区域的高质量白光LED芯片。因此，通过提高工艺成品率并降低制作成本可以促进大规模生产。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，可更清楚地理解上述与其他方面、特征和其他优点，其中：

图1的（a）至（f）为根据本发明构思的实施例的LED芯片的各制作工序的截面剖视图；

图2为根据本发明构思的实施例的LED芯片的截面侧视图；

图3为根据本发明构思的实施例的附接了LED芯片的临时支撑板的俯视图；

图4为根据本发明构思的实施例的波长转换LED芯片的截面侧视图；

图5为根据本发明构思的另一个实施例的波长转换LED芯片的截面侧视图；

图6的（a）和（b）为示出了根据不同实施例的背光单元的截面剖视图；以及

图7为根据本发明构思的实施例的显示器的分解透视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述实施例。

然而，实施例可以通过不同形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本发明是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在附图中，为了清楚起见，会夸大元件的形状和尺寸。

图1的（a）至（f）为根据本发明构思的实施例的制作发光二极管（LED）芯片的各工序的截面剖视图。

在根据实施例的LED芯片的制作过程中，首先，多个LED芯片20可以附接至临时支撑板11上表面的芯片排列区域。

多个LED芯片20可以具有图2所示的结构。即，根据本实施例所采用的LED芯片20可以包括通过在绝缘衬底21上堆叠第一导电半导体层25a、有源层25c和第二导电半导体层25b而形成的半导体外延层25。此外，可以分别在第一导电半导体层25a和第二导电半导体层25b的台面刻蚀曝露区域上形成第一电极27a和第二电极27b。

因此，当具有不同极性的第一电极27a和第二电极27b均位于半导体外延层25形成的方向上时，多个LED芯片可以附接至临时支撑板，使得形成了电极27a和27b的表面指向半导体外延层25的向上的方向。

不同于以上描述，当另一极性的电极在形成于导电衬底上之后位于与导电衬底相反的表面上时（通常称作“垂直结构发光器件”），可以将形成有电极并且将要在该电极上形成导电凸块的表面形成为朝向半导体外延层的上部。

可以通过特定的发射光特性的标准在至少一个晶片中的多个LED芯片当中选择多个LED芯片20。在此，发射光特性可以是发射光的峰值波长和光输出中的至少之一。

一般而言，由单个晶片获得的芯片也会表现出不同的光波长特性。因此，当磷光体层一次全部施加至晶片级别的整个芯片区域时，在例如白光特性的光转换波长方面会发生偏差，从而多个芯片不能满足所需的目标色坐标区域。

但是，在本实施例中，由于磷光体层的形成过程是在芯片级别上执行的，所以可以事先根据光的波长特性将芯片分类为彼此相似的芯片，使得可以对这些芯片应用适于获得所需色坐标特征的磷光体层。因此，在晶片级别加工中，可以获得对应于目标色坐标的相对高质量的波长转换LED芯片。

可以由能促进其中形成有磷光体层的LED芯片分离（并且在形成磷光体层后执行该分离）的材料来形成临时支撑板11；或由具有良好热特性的材料来形成临时支撑板11。例如，临时支撑板11可以为具有相对高耐热性的紫外（UV）可固化聚对苯二甲酸乙二酯（PET）膜、由诸如铝（Al）或铜（Cu）等具有良好热传导性的金属形成的金属衬底、或由诸如硅等无机材料形成的衬底。但是，不应当认为本发明构思局限于此。

如图1的（a）所示，附接至临时支撑板11的LED芯片20之间的距离D可以设置为大于位于LED芯片20的侧表面上的部分波长转换层29的厚度（图1的（e）中“d”）的两倍。例如，可以在考虑图1的（e）的切割过程中要移除的切片宽度来设置距离D。

例如，临时支撑板11可以包括如图3所示的围绕芯片排列区域的堤堰结构14。如图3所示，附接至芯片排列区域的LED芯片20可以具有M×N阵列，以便允许在它们之间保持均匀的距离。

堤堰结构14的高度可以至少高于包括形成在其中的导电凸块在内的芯片的高度，使得要形成的磷光体层可以覆盖导电凸块28a和28b，如图1的（c）所示。

随后，如图1的（b）所示，可以在各个LED芯片20的电极27a和27b上形成导电凸块28a和28b。

可以将导电凸块28a和28b形成为其高度高于要在芯片表面上形成的磷光体层的所需厚度。例如，可以将导电凸块28a和28b形成为具有50-120μm的厚度。为了形成这种高度的凸块，可以堆叠两级或更多级钉头凸块（stud bump）。

此后，如图1的（c）所示，可以在芯片排列区域内形成包含磷光体的树脂密封部件29'。

在此过程内形成的含磷光体树脂密封部件29'可以形成为具有覆盖导电凸块28a与28b的高度H。

可以通过从以下方法中选择的工艺来执行形成含磷光体树脂密封部件的步骤：分配法、丝网印刷法、旋涂法、喷涂法和传递模塑法。当通过上述方法当中的类似分配法的方法来对芯片施加液态树脂时，可以根据堤堰结构来确定芯片形成高度。

随后，如图1的（d）所示，可以抛光含磷光体树脂密封部件29'以从其上表面暴露出导电凸块28a和28b。

通过该工序，可以根据需要在整个区域上调整树脂密封部件29'的厚度同时相对于全部芯片具有均匀厚度。此外，导电凸块28a和28b的接合区域e可以暴露于树脂密封部件29'的上表面。

随后，如图1的（e）和（f）所示，可以通过切割形成在LED芯片之间的含磷光体树脂密封部件29'来形成波长转换LED芯片30，并且可以将波长转换LED芯片30从临时支撑板11分离。

在该过程中获得的波长转换LED芯片30可以包括波长转换层29，波长转换层29由含磷光体树脂密封部件获得并且形成在波长转换LED芯片30的侧表面和上表面上。

在波长转换LED芯片中提供了波长转换层29的情况下，可以通过抛光处理将波长转换层29的形成在芯片的上表面上的部分的厚度h精确调整至合适厚度，并且可以通过设定距离D和切割宽度w使得波长转换层29的位于芯片的侧表面上的厚度d形成为具有精确且均匀的厚度，以便在附接LED芯片20时是适合的。

因此，通过在大部分芯片表面（包括芯片侧表面以及芯片上表面）上提供具有均匀厚度的波长转换层，可以改进色散率并且可以显著降低每光束范围角的色温偏差。详细而言，在芯片级别上，考虑到磷光体层的形成，可以根据光波长和光输出中的至少一个来预先对LED芯片进行分类，使得可以提供适合LED芯片的光特性的波长转换层，以提供具有所需目标色坐标区域的高质量白光LED芯片。

图4为通过图1所示的根据本发明构思的实施例的过程得到的波长转换LED芯片的截面侧视图。

图4所示波长转换LED芯片30可包括衬底21和半导体外延层25，半导体外延层25包括顺序形成在衬底21上的第一导电半导体层25a、有源层25c与第二导电半导体层25b。

衬底21可以为诸如蓝宝石衬底之类的绝缘衬底。为了在第一导电半导体层25a上形成导电电极，可以通过台面刻蚀形成曝露区域，并且在第一导电半导体层25a的曝露区域上形成第一电极27a。第二电极27b可以形成在第二导电半导体层25b上。两种极性的电极27a和27b都定位朝向一个表面。

导电凸块28a和28b可以分别形成在第一电极27a和第二电极27b的表面。此外，由至少包含一种磷光体粉末29a的树脂体29b形成波长转换层29。波长转换层29可以形成为围绕半导体外延层25的表面以及衬底21的侧表面。

波长转换层29可以具有整体平坦的上表面，从而在芯片20的上表面上具有均匀的厚度h，并且导电凸块28a和28b可以具有接合区域，此结合区域具有与波长转换层29的上表面相同的平面水平。此外，波长转换层29可以具有在芯片20的侧表面上的预定厚度d。

如上描述，在根据本实施例的波长转换LED芯片30中，波长转换层29具有整体均匀的厚度，并且其厚度可以精确控制，使得可以显著降低取决于辐射角的色温偏差。

图5为根据本发明构思的另一个实施例的波长转换LED芯片的截面侧视图。

图5所示的波长转换LED芯片60可包括衬底51和半导体外延层55，半导体外延层55包括顺序形成在衬底51上的第一导电半导体层55a、有源层55c与第二导电半导体层55b。

衬底51可以为诸如通过电镀形成的金属层之类的导电衬底。在此情况下，可以通过衬底51来提供与第一导电半导体层55a进行传导的电极。另一方面，可以在第一导电半导体层55a的曝露区域上形成电极57。可以在电极57的表面上形成导电凸块58。此外，由包含至少一种磷光体粉末59a的树脂体59b形成波长转换层59。

可以形成波长转换层59以围绕半导体外延层55的表面以及衬底51的侧表面。波长转换层29可以具有整体平坦的上表面，从而在芯片50的上表面上具有均匀的厚度h1，并且导电凸块58可以具有接合区域，此接合区域具有与波长转换层59的上表面相同的平面水平。此外，波长转换层59可以具有从芯片50的侧表面开始的预定厚度d1。

在根据本实施例的波长转换LED芯片60（垂直结构半导体发光器件）中，类似于图4所示的情况，波长转换层59同样可以具有整体均匀的厚度，并且其厚度可以精确控制，使得可以显著降低取决于辐射角的色温偏差。因此，根据本发明构思的实施例的磷光体层形成技术可以有效地利用于各种结构的发光二极管。

具有上述波长转换层的LED芯片可以实施为具有各种连接结构的封装件，以便于附接至外部电路，从而可以用作不同设备的LED光源。

图6的（a）和（b）为根据不同实施例的背光单元的示例的截面剖视图。

参考图6的（a），边缘型背光单元1300示出可以采用根据实施例的发光二极管封装件作为光源的背光单元的示例。

根据本实施例的边缘型背光单元1300包括导光板1340以及在导光板1340两侧上提供的LED光源模块1310。

虽然在本实施例示出了在导光板1340的相对两侧上均提供了LED光源模块1310的示例，但LED光源模块也可以仅配置在导光板1340的单侧上，并且与上述描述不同，附加的LED光源模块也可以提供在其他侧上。

如图6的（a）所示，还可以在导光板1340的下部提供反射板1320。本实施例中使用的LED光源模块1310可以包括印刷电路板1301与安装在板1301上的多个LED光源1350，并且LED光源1350可以提供为采用了波长转换LED芯片的发光器件封装件。

参考图6的（b），其提供了一种直下式背光单元1400。

根据本实施例的直下式背光单元1400可以包括光扩散板1440，以及排列于光扩散板1440的下表面的LED光源模块1410。

如图6的（b）所示的背光单元1400可以包括位于光扩散板1440下部并且容纳了光源模块的底壳1460。

本实施例采用的LED光源模块1410可以包括印刷电路板1401以及安装在印刷电路板1401的上表面上的多个LED光源1405。多个LED光源1405可以用作在其中采用了上述波长转换LED芯片的发光器件封装件。

图7为根据本发明构思的实施例的显示器的分解透视图。

图7所示的显示器2400可包括背光单元2200和诸如液晶面板之类的图像显示面板2300。背光单元2200可以包括导光板2240以及位于导光板2240的至少一侧上的LED光源模块2100。

在本实施例中，如图7所示，背光单元2200还可以包括布置在导光板2240下方的底壳2210和反射板2220。

此外，根据不同光学特性的要求，显示器可以包括在导光板2240与液晶面板2300之间的多种类型的光学片2260，例如扩散片、棱镜片或保护片。

LED光源模块2100可以包括设置在导光板2240的至少一侧上的印刷电路板2110，以及安装在印刷电路衬底2110上的多个LED光源2150，以允许光入射到导光板2240上。多个LED光源2150可以为包括上述波长转换LED芯片的发光器件封装件。本实施例采用的多个LED光源可以为侧视型发光器件封装件，安装该封装件的与发光表面相邻的侧面。

如上所述，上述磷光体可以应用于具有不同安装结构的封装件，而该封装件要应用于提供不同类型的白光的LED光源模块。上述发光器件封装件或上述包括所述发光器件封装件的光源模块可以应用于不同种类的显示器件或照明设备。

虽然已结合实施例示出并描述本发明的概念，但本领域技术人员清楚的是，在不背离由所附权利要求限定的发明构思的精神和范围的前提下可以进行修改和变化。

Claims (17)

1.一种制作波长转换LED芯片的方法，包括步骤：

将多个LED芯片附接至临时支撑板的上表面的芯片排列区域，使得形成了至少一个电极的LED芯片的表面指向向上的方向；

在各个LED芯片的电极上形成导电凸块；

在所述芯片排列区域内形成含磷光体树脂密封部件，以覆盖所述导电凸块；

抛光所述含磷光体树脂密封部件；

通过切割在各LED芯片之间提供的含磷光体树脂密封部件来形成所述波长转换LED芯片，所述波长转换LED芯片包括波长转换层，所述波长转换层由所述含磷光体树脂密封部件获得并且形成在所述波长转换LED芯片的侧表面和上表面上；以及

从所述波长转换LED芯片去除所述临时支撑板。

2.如权利要求1所述的方法，其中，从至少一片晶片获得所述多个LED芯片，并且通过特定的发射光特性的标准来选择所述多个LED芯片。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述发射光特性为发射光的峰值波长和光输出中的至少之一。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述临时支撑板包括围绕所述芯片排列区域的堤堰结构。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述堤堰结构的高度至少高于包括形成在芯片中的导电凸块在内的芯片的高度。

6.如权利要求1所述的方法，其中，附接至所述临时支撑板的LED芯片之间的距离大于位于所述LED芯片的侧表面上的光波长转换层部分的厚度的两倍。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述临时支撑板为UV可固化PET膜。

8.如权利要求1所述的方法，其中，通过从以下方法选择的工艺来执行形成所述含磷光体树脂密封部件的步骤：分配法、丝网印刷法、旋涂法、喷涂法和传递模塑法。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个LED芯片包括：绝缘衬底；半导体外延层，其包括顺序形成在所述绝缘衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；以及分别形成在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层上的第一电极和第二电极。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个LED芯片包括：导电衬底；半导体外延层，其包括顺序形成在所述导电衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；以及形成在所述第二导电半导体层上的电极。

11.一种波长转换LED芯片，包括：

衬底；

半导体外延层，其包括顺序形成在所述衬底上的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；

至少一个电极，其形成在所述半导体外延层上；

导电凸块，其形成在所述至少一个电极的表面上；以及

波长转换层，其形成为围绕所述半导体外延层以及所述衬底的侧表面，所述波长转换层包括含至少一种类型磷光体粉末的树脂，并且所述波长转换层的上表面形成在与所述导电凸块的上表面相同的平面水平。

12.如权利要求11所述的波长转换LED芯片，其中，所述衬底为绝缘衬底，并且所述至少一个电极包括分别形成在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层上的第一电极和第二电极。

13.如权利要求11所述的波长转换LED芯片，其中，所述衬底为导电衬底，并且所述至少一个电极包括形成在所述第二导电半导体层上的电极。

14.一种发光器件封装件，包括通过如权利要求1至10中任一项所述的方法制造的波长转换LED芯片。

15.一种表面光源器件，包括：

导光板；以及

LED光源模块，其形成在所述导光板的至少一侧，从而为所述导光板的内部提供光，

其中，所述LED光源模块包括电路板和安装在所述电路板上的LED光源，所述LED光源具有通过如权利要求1至10中任一项所述的方法制造的波长转换LED芯片。

16.一种显示器，包括：

提供图像的图像显示板；以及

背光单元，其包括如权利要求15所述的表面光源器件，用于为所述图像显示板提供光。

17.一种照明器件，包括

LED光源模块；以及

扩散板，其形成在所述LED光源模块上，并且使得从所述LED光源模块入射的光在其上均匀地扩散，

其中，所述LED光源模块包括电路板和安装在所述电路板上的LED光源，所述LED光源具有通过如权利要求1至10中任一项所述的方法制造的波长转换LED芯片。

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