專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)光二極管(LED)顯示、背光光源、交通管理色燈、以及各種指示器的發(fā)光二極管。具體地，本發(fā)明涉及具有光致發(fā)光磷光體的發(fā)光二極管，該光致發(fā)光磷光體將從作為初始光發(fā)射源的LED產(chǎn)生的具有初始光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為具有第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光，并發(fā)射該光。
背景技術(shù)：
利用其緊湊、節(jié)能、長(zhǎng)使用壽命的特性，發(fā)光二極管(LED)用于各種目的。
這是由于通過使用一種或多種磷光體材料，將來自作為初始光發(fā)射源的LED的具有光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光，可以獲得任意色調(diào)的發(fā)光二極管。
換句話說，使用一種或多種磷光體材料，可以將來自作為初始光發(fā)射源的LED的光的光發(fā)射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為具有多種波長(zhǎng)的第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光，由此獲得任意色調(diào)的光。因此，可以以低成本獲得穩(wěn)定的光發(fā)射，因此這可用于上述各種目的。
例如，在日本專利申請(qǐng)未審公開No.7-99345中描述了安裝該發(fā)光二極管的磷光體的方法的示例性實(shí)例。該發(fā)明提供使整個(gè)發(fā)光元件被樹脂密封的包括位于凹形座(cup)的底面上的發(fā)光芯片的發(fā)光二極管。該樹脂包括填充凹形座內(nèi)部的第一樹脂，以及圍繞第一樹脂的第二樹脂。第一樹脂包含使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的磷光體物質(zhì)或者吸收光的一部分的濾波物質(zhì)。
然而，一般地，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下將磷光體混合到液體狀態(tài)的半透明樹脂，然后熱固化混合物，由此使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的方法具有下述問題。
1)樹脂的比重和磷光體的比重是不同的。因此，當(dāng)磷光體混合到液體樹脂中時(shí)，由于液體樹脂和磷光體的比重之間的差異，磷光體在混合物熱固化之前沉淀。因此，很難保持均勻的混合狀態(tài)直到混合物熱固化時(shí)。結(jié)果，劣化了發(fā)光二極管的均勻色調(diào)。
2)一般地，將一種或多種不同種類的磷光體用于改進(jìn)發(fā)光二極管的色調(diào)。在這種情況下，各種磷光體的比重是不同的，這引起磷光體的不同沉淀速度。由于不同的沉淀速度，更難獲得磷光體與樹脂的均勻混合物、均勻分散狀態(tài)，或均勻沉淀速度。因此，更難保持均勻的混合狀態(tài)直到熱固化混合物時(shí)。結(jié)果，更劣化了發(fā)光二極管的均勻色調(diào)。
3)一般地，從作為初始光發(fā)射源的LED發(fā)射的光發(fā)射波長(zhǎng)短于通過用磷光體轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)獲得的光的第二光發(fā)射波長(zhǎng)。而且，當(dāng)通常使用的半透明樹脂吸收短波長(zhǎng)的光時(shí)，半透明度降低。來自作為初始光發(fā)射源的LED的光的光發(fā)射波長(zhǎng)短于通過用磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換獲得的第二光發(fā)射波長(zhǎng)。因此，在磷光體與半透明樹脂混合的狀態(tài)下，來自LED的短的初始光發(fā)射波長(zhǎng)的光部分傳輸通過半透明樹脂。因此，很難防止半透明樹脂劣化。
4)在樹脂與磷光體混合期間，或者在用通過混合樹脂和磷光體獲得的材料密封LED芯片期間，空氣很容易混入到這些材料的混合物中。需要防止空氣的這種混入的昂貴設(shè)備，而該設(shè)備的提供增加了制造成本。
在日本專利申請(qǐng)未審公開No.2-91980中，建議將具有限制顆粒尺寸的磷光體層添加到LED的BN結(jié)晶層的結(jié)表面。然而，該建議不同于主要涉及GaN系半導(dǎo)體的本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，通過使用一種或多種磷光體，獲得令人滿意的顯色特性的白色。而且，本發(fā)明提出覆蓋光提取表面的主要部分的詳細(xì)方法。
本發(fā)明解決了上述常規(guī)問題，并在解決不規(guī)則顏色的同時(shí)提供能夠以低成本獲得色調(diào)的發(fā)光二極管，以及制造該發(fā)光二極管的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人專心調(diào)研，并完成了本發(fā)明。本發(fā)明涉及下面內(nèi)容。
(1)一種發(fā)光二極管，包括GaN系LED(發(fā)光二極管)，其發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光；以及磷光體材料薄膜，其包含一種或多種磷光體材料，并將從所述LED發(fā)射的所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光，其中所述LED具有光提取表面，并且所述磷光體材料薄膜主要由磷光體材料構(gòu)成。
(2)如上面(1)中所述的發(fā)光二極管，其中所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)短于所述第二光發(fā)射波長(zhǎng)。
(3)如上面(1)或(2)中所述的發(fā)光二極管，其中所述LED形成在藍(lán)寶石襯底或SiC襯底上。
(4)如上面(1)至(3)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述發(fā)光二極管的光發(fā)射顏色是白色。
(5)如上面(1)至(4)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的70％或更大面積。
(6)如上面(1)至(5)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的80％或更大面積。
(7)如上面(1)至(6)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的90％或更大面積。
(8)如上面(1)至(7)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的95％或更大面積。
(9)如上面(1)至(8)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有100微米或更小的膜厚度。
(10)如上面(1)至(9)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有50微米或更小的膜厚度。
(11)如上面(1)至(10)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有25微米或更小的膜厚度。
(12)如上面(1)至(11)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是70％或更大。
(13)如上面(1)至(12)中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是85％或更大。
(14)一種制造發(fā)光二極管的方法，所述發(fā)光二極管包括發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光的GaN系LED(發(fā)光二極管)以及包含磷光體材料并將從所述LED發(fā)射的所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光的磷光體材料薄膜，所述方法包括在所述LED的光提取表面上形成包含所述磷光體材料的所述薄膜層的步驟。
(15)如上面(14)所述的制造發(fā)光二極管的方法，其中所述薄膜層包含多種磷光體材料。
(16)如上面(14)或(15)所述的制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括在LED晶片或集合(aggregated)芯片的狀態(tài)下在所述LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜的步驟。
(17)如上面(14)或(15)所述的制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括以下步驟在LED晶片或集合芯片的狀態(tài)下在多個(gè)LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜；以及通過掩蔽或蝕刻部分所述磷光體薄膜層或通過結(jié)合掩蔽和蝕刻，防止由所述磷光體薄膜層的絕緣引起的在電極部分處的導(dǎo)電干擾。
(18)如上面(14)至(17)中任何一項(xiàng)所述的制造發(fā)光二極管的方法，其中在所述LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜時(shí)，在集合兩個(gè)或多個(gè)LED芯片的狀態(tài)下，在LED芯片的側(cè)面上形成所述磷光體薄膜。
(19)如上面(14)至(18)中任何一項(xiàng)所述的制造發(fā)光二極管的方法，其中所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是70％或更大。
(20)如上面(14)至(19)中任何一項(xiàng)所述的制造發(fā)光二極管的方法，其中所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是85％或更大。
基于本發(fā)明，可以以低成本提供沒有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。


圖1A至1F是示出了制造發(fā)光二極管的示例性方法的截面圖。
圖2是具有藍(lán)寶石襯底的GaN系的LED的截面圖，其中將磷光體薄膜施加到在相同表面上具有電極的LED的藍(lán)寶石表面以及側(cè)面的發(fā)光表面。
圖3是根據(jù)實(shí)例2具有藍(lán)寶石襯底的GaN系LED的截面圖，其中除了在相同表面上具有電極的LED的藍(lán)寶石表面和側(cè)面的發(fā)光表面外，還將磷光體薄膜施加到電極提取表面。
圖4是根據(jù)實(shí)例3的具有SiC襯底的GaN系LED的截面圖，其中將磷光體薄膜施加到在上表面和下表面上具有電極的LED。
圖5是根據(jù)實(shí)例4和5的具有藍(lán)寶石襯底的GaN系LED的截面圖，其中在制造LED時(shí)將磷光體膜施加到藍(lán)寶石晶片。
圖6時(shí)根據(jù)實(shí)例6的具有SiC襯底的GaN系LED的截面圖，其中在制造LED時(shí)將磷光體膜施加到SiC晶片。
圖7A至7C以及圖7C至7F是各示出了在除了電極部分外的電極提取表面上形成磷光體膜的工藝的截面圖；圖7C是根據(jù)實(shí)例7和8的GaN系的倒裝芯片型LED的截面圖，其中在制造LED時(shí)將磷光體膜施加到藍(lán)寶石晶片表面和電極提取表面。
圖8是根據(jù)實(shí)例9和10的SiC系的面朝上(face-up)型LED的截面圖，其中將磷光體膜施加到SiC晶片表面和電極提取表面。
圖9是根據(jù)實(shí)例11的具有形成在相同表面上的電極的GaN系LED的截面圖，其中將磷光體層施加到LED芯片的上表面和下表面，并且沒有磷光體層施加到側(cè)面。
圖10是使圖9所示的LED芯片以方形柱的形狀疊置的LED截面圖，其中LED芯片的一個(gè)表面對(duì)準(zhǔn)，并將磷光體層施加到該表面。
圖11是使圖10所示的操作重復(fù)執(zhí)行四次的LED的截面圖，其中將磷光體薄膜層施加到LED芯片的四個(gè)側(cè)面。
圖12是根據(jù)實(shí)例12的具有形成在SiC或SiC襯底的不同表面上的電極的LED的截面圖，其中將磷光體層施加到晶片襯底表面的電極提取表面以及外延表面，并且沒有磷光體層施加到側(cè)面。
圖13是使圖10所示的操作重復(fù)執(zhí)行四次的LED的截面圖，其中將磷光體薄膜層施加到LED芯片的四個(gè)側(cè)面。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)光二極管的LED是GaN系LED，例如，AlGaInN系LED。與BN系LED不同，該GaN系LED具有高發(fā)射強(qiáng)度和穩(wěn)定的光發(fā)射壽命。
而且，在本發(fā)明中，盡管未具體限定，可使用例如YAG系材料作為用于將由GaN系LED產(chǎn)生的第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光的磷光體。本發(fā)明具體關(guān)注其中GaN系LED發(fā)射藍(lán)色并且磷光體層將該光的顏色轉(zhuǎn)換為白色的發(fā)光二極管。
根據(jù)常規(guī)技術(shù)，由于將磷光體材料混合到樹脂中會(huì)產(chǎn)生上述問題。因此，當(dāng)磷光體材料薄膜直接施加到作為初始光發(fā)射源的LED芯片的發(fā)光表面而不在發(fā)光表面上使用樹脂時(shí)，可解決這些問題。
通過涂敷、印刷、蒸發(fā)、濺射，或通過選擇其它適合的方法形成薄膜。當(dāng)然，為了直接將薄膜施加到LED，在可容易地將各種添加劑添加到磷光體材料的狀態(tài)下制備磷光體材料。
根據(jù)這些，可以如下解決上述問題。
(1)即使當(dāng)樹脂的比重不同于磷光體的比重時(shí)，也不存在混合磷光體與樹脂的工藝。
因此，不存在由樹脂和磷光體的比重之間的差異引起的沉淀問題。從而，通過使作為初始光發(fā)射源的LED的光傳輸通過對(duì)LED的發(fā)光表面施加的磷光體的薄膜，獲得均勻的第二光發(fā)射波長(zhǎng)。結(jié)果，由發(fā)光二極管獲得的光的色調(diào)變得均勻。
(2)由于不存在通過混合多種磷光體獲得的混合樹脂與磷光體的工藝，因此不存在由多種磷光體的比重之間的差異引起的影響。結(jié)果，即使當(dāng)混合多種磷光體時(shí)，從發(fā)光二極管獲得的光的色調(diào)變得均勻。
(3)由于將磷光體薄膜直接施加到作為初始光發(fā)射源的LED的發(fā)光表面，因此具有短的初始光發(fā)射波長(zhǎng)的LED的光不傳輸通過半透明樹脂，結(jié)果，不會(huì)劣化半透明樹脂。
(4)由于不存在混合樹脂與磷光體的工藝，因此空氣不會(huì)混合到磷光體中。因此，提高了生產(chǎn)率，并且防止空氣混入的昂貴器件變得不必要。結(jié)果，制造成本降低。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以以低成本提供不具有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管中，優(yōu)選磷光體材料薄膜占LED的光發(fā)射提取表面的70％或更大面積。當(dāng)磷光體材料薄膜占LED的光發(fā)射提取表面的小部分時(shí)，轉(zhuǎn)換來自LED的初始光發(fā)射的波長(zhǎng)的效率變低，而這不是優(yōu)選的。更優(yōu)選磷光體材料薄膜占LED的光發(fā)射提取表面的80％或更大面積，更優(yōu)選地90％或更大面積，特別優(yōu)選地95％或更大面積。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管中，優(yōu)選磷光體材料薄膜具有100微米或更小的膜厚度。當(dāng)磷光體材料薄膜具有較大膜厚度時(shí)，提取光的效率降低。
更優(yōu)選地，膜厚度是50微米或更小，更優(yōu)選地，25微米或更小。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管中，磷光體材料薄膜主要由磷光體材料構(gòu)成，并且在薄膜中的磷光體的重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為70％或更大。當(dāng)薄膜中的磷光體的重量百分?jǐn)?shù)很大時(shí)，可獲得均勻的磷光體材料薄膜，并獲得沒有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。更優(yōu)選地，薄膜中的磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是85％或更大。
本發(fā)明提供一種制造具有GaN系LED和磷光體材料薄膜的發(fā)光二極管的方法，該GaN系LED發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光，磷光體材料薄膜包含磷光體材料并將由LED發(fā)射的第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光。該方法還包括在LED的光提取表面上形成包含磷光體材料的薄膜層的工藝。
下面解釋涂敷、印刷、蒸發(fā)、以及濺射包含磷光體材料的薄膜層的方法，以及形成其它薄膜的方法。
為涂敷磷光體材料，可使用例如刷涂和噴涂。
為印刷磷光體材料，可使用例如絲網(wǎng)印刷。
為濺射磷光體材料，可使用例如使用利用磷光體材料的靶的DC濺射、RF濺射和MW濺射。
形成包含磷光體材料的薄膜的其它方法包括蒸發(fā)。
由于LED芯片非常小并且為批量生產(chǎn)，因此需要有效的生產(chǎn)方法。
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種制造具有GaN系LED(初始光發(fā)射源)和磷光體材料薄膜(第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光發(fā)射部分)的發(fā)光二極管的方法，該GaN系LED發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光，該磷光體材料薄膜包含磷光體材料并將由LED發(fā)射的第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光。根據(jù)該方法，在LED晶片或集合芯片的狀態(tài)下，在LED的光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜。
在LED芯片被單獨(dú)分離狀態(tài)下磷光體薄膜的提供需要在形成工藝中的各種器件，這變得昂貴。因此，在LED晶片(形成LED的晶片)狀態(tài)下或在集合芯片(LED芯片的集合)的狀態(tài)下，制造用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的磷光體薄膜。優(yōu)選地，在LED晶片的狀態(tài)下制造該磷光體薄膜。
解釋了制造GaN系LED的一般工藝以作為參考(參見圖1A至圖1F)。在下面的實(shí)例中，磷光體薄膜的制造也參考制造步驟(1)到(9)進(jìn)行解釋。詳細(xì)的制造方法根據(jù)技術(shù)的種類而不同，并且本發(fā)明不限于這些步驟。
(1)制備藍(lán)寶石晶片5。
(2)通過MOCVD方法在藍(lán)寶石晶片5上制備各種外延薄膜層4。
(3)施加掩模，并通過蝕刻去除不必要的部分a。
(4)通過濺射或通過沉積制備P和N電極1和2。
(5)將帶(tape)7施加到一個(gè)藍(lán)寶石表面。
(6)以每個(gè)LED芯片6的尺寸使藍(lán)寶石分離或分離一半(分離表面b)。
(7)檢查每個(gè)LED芯片6的電特性，并通過分級(jí)選擇和劃分LED芯片。
(8)將LED芯片6安裝到電極基座(管座)8，并裝配布線9和9’。
(9)用樹脂10密封LED芯片6的暴露部分。
在上述工藝中，優(yōu)選插入在晶片的極限溫度不會(huì)使磷光體材料的物理特性改變的溫度范圍內(nèi)制造磷光體材料薄膜的工藝。將該制造工藝插入步驟(1)和(6)之間是有效的，但可在芯片的集合狀態(tài)下添加磷光體薄膜。
在GaN系LED的情況下，來自表面朝上的藍(lán)寶石表面的提取光的倒裝型LED具有高的光提取效率。根據(jù)該方法，可更有利地制造發(fā)光二極管。
當(dāng)光發(fā)射表面既是襯底又是外延薄膜層時(shí)，本發(fā)明提出的在LED晶片的狀態(tài)下或在集合芯片狀態(tài)下制造用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的磷光體薄膜的方法具有很好的效果。
為進(jìn)一步提高光提取效率，優(yōu)選在光提取的整個(gè)表面上形成磷光體薄膜，由此使用磷光體薄膜轉(zhuǎn)換盡可能多的光的波長(zhǎng)。但是，一般地，在許多情況下磷光體層是絕緣膜。因此，磷光體薄膜層的存在具有使電極不導(dǎo)電的失效風(fēng)險(xiǎn)。
雖然在光提取表面上不具有電極的LED不存在問題，但在光提取表面上具有電極的LED則有很大的問題。為進(jìn)一步提高光提取效率，從可以提取光的整個(gè)光發(fā)射表面提取光。在這方面，優(yōu)選確定在除了電極外的整個(gè)表面上裝配磷光體膜的方法。
為了僅僅從存在電極的部分去除磷光體膜并提供通常在其它光提取表面上作為絕緣體的磷光體薄膜層，本發(fā)明提供下面的方法。
換句話說，本發(fā)明提供制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括以下步驟在LED晶片或集成芯片的狀態(tài)下在LED的光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜；以及通過掩蔽或蝕刻部分磷光體薄膜或通過結(jié)合掩蔽和蝕刻，防止由于磷光體薄膜層的絕緣引起的在電極部分處的導(dǎo)電干擾。
如下更詳細(xì)地解釋上述方法。
將制造作為初始光發(fā)射源的LED的方法分為在相同表面上形成電極的方法和在不同表面上形成電極的方法。
在相同表面上形成電極的方法為將電極31和32裝配在外延薄膜層34的相同表面上，如7A到7C所示。蝕刻外延薄膜層的部分d，由此去除外延薄膜層34的上層的該部分并暴露下層。然后，在那里裝配P和N電極31和32。
由于在許多情況下磷光體層具有絕緣性，因此僅在需要電極導(dǎo)電的部分確保導(dǎo)電，而其它部分需要用磷光體薄膜層33覆蓋。
為實(shí)現(xiàn)這些，根據(jù)本發(fā)明，通過掩蔽或蝕刻或者通過掩蔽和蝕刻成為干擾的部分磷光體薄膜層33，由此確保電極的導(dǎo)電性，來制造發(fā)光二極管。除了電極外的部分都是磷光體薄膜層。
下面解釋根據(jù)本發(fā)明通過掩蔽或蝕刻或者通過掩蔽和蝕刻成為干擾的部分磷光體薄膜層33，由此確保電極的導(dǎo)電性來制造發(fā)光二極管的示例性方法(參見圖7A至圖7F)。
該方法可結(jié)合各種其它方法，并且詳細(xì)的方法基于技術(shù)類型而不同。因此，本發(fā)明不限于下面的方法。
(1)在最終的外延薄膜層34的頂上形成磷光體薄膜層33(圖7A)。蝕刻在外延薄膜層34上的磷光體薄膜層33的一部分或者磷光體薄層33和外延薄膜層34的一部分(圖7B)，以去除對(duì)于裝配P和N電極必要的外延薄膜層34，并將電極31和32裝配到該層(圖7C)。
(2)在裝配磷光體薄膜層33時(shí)，對(duì)于裝配P和/或N電極必要的外延薄膜層34被37掩蔽，并且外延薄膜層34的剩余部分被去除(圖7D)。然后，在該層上形成磷光體薄膜層33(圖7E)。此后，去除對(duì)于裝配P和/或N電極31和32必要的磷光體薄膜層33’或磷光體薄膜層和外延薄膜層的掩模37(圖7F)。去除對(duì)于裝配P和/或N電極必要的外延薄膜層34，并且將電極31和32裝配到該層(圖7C)。
基于本發(fā)明，可以以低成本批量制造具有除了電極部分外的磷光體薄膜層的芯片。而且，可制造幾乎沒有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管以及該應(yīng)用的產(chǎn)品。
以上述方式將磷光體薄膜層裝配到LED芯片的上表面和下表面。尚未提供將磷光體薄膜層有效地裝配到LED芯片的側(cè)面的方法。
一般地，LED芯片的側(cè)面僅幾百微米，沒有將磷光體薄膜層有效地裝配到該小表面的方法。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了如下地解決上面問題的方法。
換句話說，本發(fā)明提供了一種制造發(fā)光二極管的方法，其中在制造發(fā)光二極管的以上方法中，在將主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜裝配到LED的光提取表面時(shí)，在集合兩個(gè)或多個(gè)LED芯片的狀態(tài)下在LED的側(cè)面上形成磷光體薄膜。
因?yàn)椋话愕?，LED芯片的側(cè)面具有幾百微米的尺寸，因此通過涂敷、噴涂、或?yàn)R射的常規(guī)方法將磷光體薄膜層裝配到該小面積是低效率的。明顯地，該裝配方法是昂貴的。
作為各種調(diào)研的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)該目的的下述簡(jiǎn)單方法。
GaN系LED的一般制造工藝如在步驟(1)至(9)所述。詳細(xì)方法根據(jù)技術(shù)類型而不同，并且本發(fā)明不限于下面的方法。
在上面步驟(1)至(9)，在步驟(7)使LED芯片分離開。因此，在將LED芯片安裝到電極基座(管座)上并在步驟(8)施加布線之前，優(yōu)選地彼此疊置幾打至幾萬的LED芯片，由此以方形柱形狀形成LED芯片的集合。
可以以低成本相對(duì)容易地以該方形柱形狀將磷光體薄膜裝配到LED芯片的側(cè)面。
由于以該方形柱形狀的LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的切割面，因此對(duì)準(zhǔn)四個(gè)表面中的一個(gè)，并形成磷光體薄膜層。接下來，對(duì)準(zhǔn)另一表面，并形成磷光體薄膜層。容易地重復(fù)四次該工作。
當(dāng)然可以切割LED芯片并對(duì)準(zhǔn)四個(gè)切割面，由此同時(shí)在四個(gè)表面上形成磷光體薄膜層。
根據(jù)本發(fā)明，可以以低成本批量制造具有磷光體薄膜層的芯片，用于倒裝芯片型LED、面朝上型LED、以及LED側(cè)面。而且，可制造幾乎沒有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管以及該應(yīng)用的產(chǎn)品。
實(shí)例(實(shí)例1)圖2是具有形成在藍(lán)寶石襯底15上的GaN系外延層14并具有形成在相同表面上的電極11和12的發(fā)光二極管(LED)的截面圖。將磷光體薄膜13施加到藍(lán)寶石襯底15的表面以及LED側(cè)面的發(fā)光表面。該磷光體薄膜主要包括磷光體，并通過混合具有4微米的顆粒尺寸的YAGCe磷光體和粘合劑(四甲氧基甲基硅烷(TMMS)和6％的醋酸水溶液的混合物)以形成漿液，涂敷該漿液并加熱到150℃以形成20微米厚的薄膜來制造。獲得的薄膜包含基于薄膜重量的90％的量的磷光體。
結(jié)果，獲得沒有不規(guī)則顏色并能轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的低成本和高效率的發(fā)光二極管。
(實(shí)例2)圖3是具有形成在藍(lán)寶石襯底15上的GaN系外延層14并具有形成在相同表面上的電極11和12的發(fā)光二極管的截面圖。將磷光體薄膜13施加到除了電極外的表面，以及藍(lán)寶石襯底15的表面和LED側(cè)面的發(fā)光表面。
結(jié)果，與根據(jù)實(shí)例1的發(fā)光二極管光相比較，可獲得沒有不規(guī)則顏色并能夠轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的更低成本和更高效率的發(fā)光二極管。
(實(shí)例3)圖4是具有形成在SiC襯底15上的GaN系外延層14的發(fā)光二極管的截面圖。將磷光體薄膜13施加到具有形成在LED的上和下表面的電極11和12的LED的上和下表面以及側(cè)面。
(實(shí)例4)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到制造使用藍(lán)寶石襯底的GaN系發(fā)光二極管的工藝。
參考圖5，按照上述在藍(lán)寶石襯底25上制造GaN系LED的一般步驟(1)到(9)，在步驟(2)通過MOCVD方法形成外延薄膜層24。在步驟(3)施加掩模，并通過蝕刻去除不必要的部分。在藍(lán)寶石晶片襯底25的表面上形成磷光體薄膜層23。在步驟(4)通過濺射或通過沉積制備P和N電極21和22。
隨后的操作以如前所述相同的方式進(jìn)行。結(jié)果，顯著提高了生產(chǎn)效率。而且，可制造幾乎沒有不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例5)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到制造使用藍(lán)寶石襯底的GaN系發(fā)光二極管。
按照上述在藍(lán)寶石襯底上制造GaN系LED的一般步驟(1)到(9)，在步驟(4)通過濺射或通過沉積形成P和N電極。如圖1A到1F所示在藍(lán)寶石晶片襯底的表面上形成磷光體薄膜層。在步驟(5)將帶裝配到其上裝配有磷光體薄膜層的藍(lán)寶石表面。
隨后的操作以如前所述相同的方式進(jìn)行。圖5示出了獲得的發(fā)光二極管。參考標(biāo)號(hào)26表示切割面。
結(jié)果，顯著地提高了生產(chǎn)效率。而且，制造了具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例6)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到制造使用SiC襯底的GaN系發(fā)光二極管的工藝。
參考圖6，在制造SiC LED的情況下，不存在在步驟(3)裝配掩模并通過蝕刻去除不必要的部分的工藝。因此，在步驟(4)，通過濺射或通過沉積形成P和N電極21和22。如圖6所示，在SiC襯底25和外延薄膜層的表面上形成磷光體薄膜層23。參考標(biāo)號(hào)26表示切割面。
隨后的操作以如前所述相同的方式進(jìn)行結(jié)果，顯著地提高了生產(chǎn)效率。而且，可以制造具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例7)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用藍(lán)寶石襯底35的GaN系發(fā)光二極管的相同表面上形成P和N電極31和32的工藝(參見圖7A到7C)。
根據(jù)制造GaN系LED的一般工藝制造發(fā)光二極管。
(a)通過MOCVD方法形成外延薄膜層34。
(b)施加掩模，并去除外延薄膜層34的不必要的部分。
(c)在藍(lán)寶石晶片襯底35上形成磷光體薄膜層33。
(d)在步驟(2)形成的外延薄膜層34的整個(gè)表面上形成磷光體薄膜層33。
(e)通過蝕刻去除電極部分的磷光體薄膜層，也就是，在對(duì)于P和N電極必要的外延薄膜層上的磷光體薄膜層，由此僅在對(duì)于P和N電極必要的部分處去除外延薄膜層。然后，裝配電極31和32。
(f)通過濺射或通過沉積制備步驟(4)的P和N電極。
(g)以如在步驟(5)之后的相同方式進(jìn)行隨后的操作。在圖7A至7C中，參考標(biāo)號(hào)31和32表示電極，33表示磷光體層，34表示外延層，35表示襯底，以及36表示切割面。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，顯著地提高了制造效率。而且可制造具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例8)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用藍(lán)寶石襯底35的GaN系發(fā)光二極管的相同表面上形成電極的工藝(參見圖7C到7F)。
通過制造GaN系LED的一般工藝制造發(fā)光二極管。
(a)通過MOCVD方法形成外延薄膜層34。
(b)施加掩模，并去除外延薄膜層34的不必要的部分。
(c)在藍(lán)寶石晶片襯底35上形成磷光體薄膜層33。
(d)通過掩模37在步驟(2)形成的外延薄膜層34的整個(gè)電極提取部分，形成磷光體薄膜層33。
(e)僅在掩蔽部分37處去除磷光體薄膜層，由此去除在對(duì)于P和N電極的必要部分處的外延薄膜層33’。
(f)通過濺射或通過沉積制備步驟(4)的P和N電極。
(g)以如步驟(5)之后的相同方式進(jìn)行隨后的操作。在圖7A至圖7C中，參考標(biāo)號(hào)31和32表示電極，33表示磷光體層，34表示外延層，35表示襯底，以及36表示切割面。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，顯著地提高了制造效率。而且，可制造具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例9)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用SiC襯底35的GaN系發(fā)光二極管的不同表面上形成電極31和32的工藝(參見圖8)。
通過制造使用SiC襯底的GaN系發(fā)光二極管的一般工藝，制造發(fā)光二極管。
(1)在SiC襯底35的外延表面34上形成磷光體薄膜層33。
(2)通過蝕刻去除電極部分的磷光體薄膜層33，也就是，在對(duì)于P和N電極必要的外延薄膜層上的磷光體薄膜層。
(3)通過濺射或通過沉積制備P和N電極31和32。
以如步驟5之后的相同方式進(jìn)行隨后的操作。在圖8中，參考標(biāo)號(hào)31和32表示電極，33表示磷光體層，34表示外延層，35表示襯底，以及36表示切割面。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，顯著地提高了制造效率。而且，可制造具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。
(實(shí)例10)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用SiC襯底35的GaN系發(fā)光二極管的不同表面上形成電極31和32的工藝(參見圖8)。
通過制造使用SiC襯底的GaN系發(fā)光二極管的一般工藝制造發(fā)光二極管。
(1)在SiC襯底35上通過掩蔽外延薄膜層34的電極提取部分，形成磷光體薄膜層33。
(2)僅在掩蔽部分處去除磷光體薄膜層，由此去除對(duì)于P和N電極必要的表面。
(3)通過濺射或通過沉積制備P和N電極31和32。
(4)以如步驟(5)之后的相同方式進(jìn)行隨后的操作。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，顯著地提高了制造效率。而且，可制造具有很少不規(guī)則顏色的發(fā)光二極管。在圖8中，參考標(biāo)號(hào)31和32表示電極，33表示磷光體層，34表示外延層，35表示襯底，以及26表示切割面。
(實(shí)例11)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用藍(lán)寶石襯底45的GaN系發(fā)光二極管的相同表面上形成P和N電極41和42的工藝(參見圖9)。
(1)制備藍(lán)寶石晶片45。
(2)通過MOCVD方法在藍(lán)寶石晶片45上制備各種外延薄膜層44。
(3)施加掩模，并通過蝕刻去除不必要的部分。
(4)通過濺射或通過沉積制備P和N電極41和42。
(5)將帶施加到藍(lán)寶石表面。
(6)以每個(gè)LED芯片的尺寸使藍(lán)寶石分離或分離一半。
(7)檢查每個(gè)LED芯片的電特性，并分級(jí)選擇和劃分LED芯片。
(8)將LED芯片安裝到電極基座(管座)，并裝配布線。
(9)用樹脂密封LED芯片的暴露部分。
在上面的步驟(7)，分離LED芯片。因此，在將LED芯片安裝到電極基座(管座)之前以及在步驟(8)的施加布線之前，疊置LED芯片46，并在LED芯片16的側(cè)面上形成磷光體薄膜43，如圖10所示。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，整齊地形成包括LED芯片側(cè)面的磷光體層(圖11)。
在圖9至圖11中，參考標(biāo)號(hào)41和42表示電極，43表示磷光體層，44表示外延層，45表示襯底，以及46表示LED芯片。
(實(shí)例12)將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用到在使用SiC襯底或藍(lán)寶石襯底的GaN系發(fā)光二極管的不同表面上形成電極的工藝(參見圖12)。
以與根據(jù)實(shí)例11的方法基本相同的方式，在分離LED芯片之前以及在將LED芯片安裝到電極基座(管座)并施加布線之前，將LED芯片疊置在一起，并在LED芯片的側(cè)面上形成磷光體薄膜。
基于根據(jù)本實(shí)例的制造方法，整齊地形成包括LED芯片側(cè)面的磷光體層(圖13)。在圖12和圖13中，參考標(biāo)號(hào)41和42表示電極，43表示磷光體層，44表示外延層，以及45表示襯底。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可形成沒有不規(guī)則顏色并能夠轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的低成本和高效率的發(fā)光二極管。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括GaN系LED(發(fā)光二極管)，其發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光；以及磷光體材料薄膜，其包含一種或多種磷光體材料，并將從所述LED發(fā)射的所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光，其中所述LED具有光提取表面，并且所述磷光體材料薄膜主要由磷光體材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)短于所述第二光發(fā)射波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的發(fā)光二極管，其中所述LED形成在藍(lán)寶石襯底或SiC襯底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述發(fā)光二極管的光發(fā)射顏色為白色。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的70％或更大面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的80％或更大面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的90％或更大面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜占所述LED的所述光發(fā)射提取表面的95％或更大面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有100微米或更小的膜厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有50微米或更小的膜厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中所述磷光體材料薄膜具有25微米或更小的膜厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中在所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是70％或更大。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)的發(fā)光二極管，其中在所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)是85％或更大。
14.一種制造發(fā)光二極管的方法，所述發(fā)光二極管包括發(fā)射第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光的GaN系LED(發(fā)光二極管)以及包含磷光體材料并將從所述LED發(fā)射的所述第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光的磷光體材料薄膜，所述方法包括在所述LED的光提取表面上形成包含所述磷光體材料的所述薄膜層的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的制造發(fā)光二極管的方法，其中所述薄膜層包含多種磷光體材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括在LED晶片或集合芯片的狀態(tài)下在所述LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15的制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括以下步驟在LED晶片或集合芯片的狀態(tài)下，在多個(gè)LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜；以及通過掩蔽或蝕刻部分所述磷光體薄膜層或通過結(jié)合掩蔽和蝕刻，防止由所述磷光體薄膜層的絕緣引起的在電極部分處的導(dǎo)電干擾。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任何一項(xiàng)的制造發(fā)光二極管的方法，其中在所述LED的所述光提取表面上形成主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜時(shí)，在集合兩個(gè)或多個(gè)LED芯片的狀態(tài)下，在LED芯片的側(cè)面上形成所述磷光體薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任何一項(xiàng)的制造發(fā)光二極管的方法，其中在所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)為70％或更大。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任何一項(xiàng)的制造發(fā)光二極管的方法，其中在所述磷光體材料薄膜中的所述磷光體的重量百分?jǐn)?shù)為85％或更大。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有很少不規(guī)則顏色的低成本的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管使用一種或多種磷光體材料，將作為初始光發(fā)射源的LED發(fā)射的第一光發(fā)射波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光。將主要由磷光體材料構(gòu)成的薄膜施加到作為初始光發(fā)射源的LED的光提取表面，由此轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)并發(fā)射第二光發(fā)射波長(zhǎng)的光。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1954444SQ20058001593
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者玉村英雄 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社