用于增大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的led的制作方法
【專利說明】用于増大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的LED
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00880131373.5，申請(qǐng)日為2008年10月I日，發(fā)明名稱為“用于增大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的LED”的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，并且具體而言涉及用于提高光提取的技術(shù)。本發(fā)明還涉及形成具有淺黃色磷光體涂層的LED的非黃色的斷開狀態(tài)顏色。
【背景技術(shù)】
[0003]比如GaNLED的半導(dǎo)體LED具有比空氣的折射率(η約等于I)高得多的折射率(例如，對(duì)于GaN，η=2.2-3.0 )。通過將LED封裝在具有中間折射率的比如硅樹脂(η=1.4_1.76 )的透明材料中，光提取顯著提高。封裝劑還保護(hù)半導(dǎo)體LED管芯。進(jìn)一步增大光提取是期望的。
[0004]高功率LED現(xiàn)在通常用作包含移動(dòng)電話相機(jī)的小型相機(jī)中的閃光燈。LED發(fā)射白色光。這種用作閃光燈的LED典型地為被一層釔鋁氧化物石榴石(YAG)磷光體覆蓋的一個(gè)或多個(gè)GaN LED管芯，該GaN LED管芯發(fā)射藍(lán)色光，該磷光體在被藍(lán)色光激勵(lì)時(shí)發(fā)射黃色-綠色光。通過YAG磷光體泄漏的藍(lán)色光與黃色-綠色光的組合產(chǎn)生白色光。
[0005]當(dāng)LED斷開時(shí)，LED上的YAG磷光體涂層在白色環(huán)境光下看上去為黃色-綠色。這種黃色-綠色通常不具備吸引力且典型地不與相機(jī)外觀很好地匹配。期望以某種方式消除閃光燈在處于其斷開狀態(tài)時(shí)的黃色-綠色顏色。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，Ti0x、Zr0x或其它白色非磷光體的惰性材料的粒子與用于LED的基本上透明封裝劑混合。一種合適的封裝劑為硅樹脂。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)惰性材料為封裝劑的約2.5-5%(按重量計(jì))時(shí)，在封裝劑中的惰性材料(比如T12)的亞微米尺寸顆粒使GaN LED的亮度(流明)增加超過5%。通常，更高百分比的惰性材料開始使光輸出減小。封裝劑中的這種少量的顆粒產(chǎn)生令人吃驚的結(jié)果，所述結(jié)果超越了發(fā)明人所預(yù)測(cè)的任何結(jié)果。在封裝劑中的T12的0.5%-10%的范圍通常增大亮度，這取決于所使用的實(shí)際LED。更高的百分比開始使通過封裝劑的透射顯著減小。
[0007]二氧化鈦和氧化鋯二者被用作油漆和搪瓷中的白色色素。被認(rèn)為是白色的顏色具有一系列色溫，且該顏色受到檢視光的影響。如本公開內(nèi)容中使用的術(shù)語(yǔ)白色在觀察者看來在太陽(yáng)光下為基本上白色。
[0008]無(wú)論LED涂覆有磷光體還是未涂覆有磷光體，通過將顆粒添加在封裝劑中實(shí)現(xiàn)的光增強(qiáng)都發(fā)生。
[0009]在一些實(shí)驗(yàn)中，將T12添加到封裝劑略微減小當(dāng)LED接通時(shí)發(fā)射光的色溫，這是不明顯的。然而，T12的添加使在整個(gè)180度發(fā)射角上的色溫變化大幅減小(例如，減小了三分之二)。在攝影中這是重要的，因?yàn)檎麄€(gè)對(duì)象是用基本上均勻的光照射。
[0010]此外，將T12添加到封裝劑也提高了包裝各處的色溫均勻性。當(dāng)投影LED的放大圖像的光學(xué)元件被使用，比如與閃光燈或投影儀一起使用時(shí)，這是尤其重要的。
[0011]由于惰性材料(例如，Ti O2或ZrO2)是白色的，具有YAG磷光體涂層的LED的外觀在該LED斷開時(shí)看上去白得多，這比YAG磷光體的黃色-綠色顏色更悅目。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，閃光燈LED模塊使用具有按重量計(jì)約5%的T12的硅樹脂封裝劑，其中封裝劑形成為具有平坦表面從而不顯著影響LED發(fā)射的形狀(S卩，封裝劑不形成透鏡)。相機(jī)包含位于閃光燈上的透鏡以控制閃光燈的光發(fā)射模式。在另一實(shí)施例中，硅樹脂封裝劑可以成型為透鏡從而使光發(fā)射模式定形。
【附圖說明】
[0013]圖1為包含藍(lán)色LED管芯、YAG磷光體涂層、底座和硅樹脂封裝劑的現(xiàn)有技術(shù)閃光燈LED的截面視圖。
[0014]圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的閃光燈LED的截面視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0015]圖3為說明通過在封裝劑中添加T12,閃光燈在處于其斷開狀態(tài)時(shí)的顏色外觀從黃色-綠色到白色的變化的曲線圖。
[0016]圖4為說明通過在封裝劑中添加T12,閃光燈在處于其接通狀態(tài)時(shí)色溫的下降以及在視角上的色溫偏差的下降的曲線圖。
[0017]圖5為說明當(dāng)T12添加到封裝劑中時(shí)LED包裝各處的色溫均勻性提高的曲線圖。
[0018]圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例的不具有磷光體涂層的藍(lán)色LED管芯的截面視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0019]圖7為圖5的LED的光功率輸出的曲線圖，其示出了隨著封裝劑中T12數(shù)量的增大，功率輸出提高。
[0020]圖8為具有依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的閃光燈的相機(jī)的正視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0021]在各個(gè)圖中相似或相同的元件用相同的數(shù)字來標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0022]盡管本發(fā)明可以應(yīng)用到任何類型的LED，但是將詳細(xì)描述在所有實(shí)例中使用的一種具體LED。圖1為封裝在硅樹脂中的常規(guī)白色光LED 10的截面視圖。
[0023]該實(shí)例中LED 10的有源層產(chǎn)生藍(lán)色光。LED 10形成于比如藍(lán)寶石、SiC或GaN的起始生長(zhǎng)襯底上。通常，生長(zhǎng)η層12，接著是有源層14，接著是P層16。？層16被蝕刻以露出一部分的位于下面的η層12。反射金屬電極18(例如，銀、鋁或合金)接著形成于LED的表面之上從而接觸η層和P層。可存在許多分布式電極從而更均勻地?cái)U(kuò)散電流。當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，有源層14發(fā)射光，該光的波長(zhǎng)是由有源層的成份(例如AlInGaN)確定。形成這種LED是公知的且無(wú)需更詳細(xì)描述。形成LED的附加細(xì)節(jié)描述于Steigerwald等人的美國(guó)專利N0.6,828,596和Bhat等人的美國(guó)專利N0.6,876,008，這兩個(gè)美國(guó)專利均轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人且通過引用結(jié)合于此。
[0024]半導(dǎo)體LED接著安裝在底座22上成為倒裝芯片。底座22的頂表面含有金屬電極，該金屬電極經(jīng)由焊料球被焊接或超聲焊到LED上的金屬電極18。也可以使用其它類型的結(jié)合。如果電極本身可以被超聲焊到一起，則焊料球可以刪去。
[0025]底座電極通過通路電連接到底座底部上的陰極和陽(yáng)極焊盤24，因此底座可以表面安裝到印刷電路板上的金屬焊盤，該印刷電路板典型地形成用于相機(jī)的閃光燈模塊的一部分。電路板上的金屬跡線將焊盤電耦合到電源。底座22可以由任何合適材料形成，比如陶瓷、硅、鋁等。如果底座材料導(dǎo)電，則絕緣層形成于襯底材料之上，且金屬電極圖案形成于絕緣層之上。底座22充當(dāng)機(jī)械支撐，提供LED芯片上的精巧的η和P電極與電源之間的電學(xué)接口，并且提供熱沉。底座是公知的。
[0026]為了致使LED10具有低廓形并防止光被生長(zhǎng)襯底吸收，生長(zhǎng)襯底被移除，比如通過CMP或者利用激光剝離方法，在激光剝離方法中激光加熱GaN和生長(zhǎng)襯底的界面以形成高壓氣體，該高壓氣體將襯底推離GaN。在一個(gè)實(shí)施例中，生長(zhǎng)襯底的移除是在LED陣列安裝在底座晶片上之后且在LED/底座被單體化(例如，通過鋸切)之前進(jìn)行的。半導(dǎo)體層的最終厚度可以約為40微米。LED層加上底座的厚度可以約為0.5mm。
[0027]LED半導(dǎo)體層的處理可以在LED安裝在底座22上之前或之后進(jìn)行。
[0028]在生長(zhǎng)襯底移除之后，磷光體層30形成于LED頂部上，用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換從有源層14發(fā)射的藍(lán)色光。磷光體層30可以噴射沉積、旋涂、通過電泳而薄膜沉積、預(yù)形成為陶瓷板并固定到LED層頂部、或者利用任何其它技術(shù)形成。磷光體層30可以是透明或半透明結(jié)合劑(其可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)的)中的磷光體顆粒，或者可以是燒結(jié)磷光體顆粒。由磷光體層30發(fā)射的光在與藍(lán)色光混合時(shí)形成白色光或者另一期望的顏色。在該實(shí)例中，磷光體為產(chǎn)生黃色光的釔鋁氧化物石榴石(YAG)磷光體(Y+B=白色)。該磷光體可以是任何其它磷光體或者多種磷光體的組合，比如紅色磷光體和綠色磷光體(R+G+B=白色)，從而形成白色光。在所有實(shí)例中，磷光體層30的厚度可以約為20微米。
[0029]利用YAG磷光體(S卩，Ce:YAG)，白色光的色溫在很大程度上取決于磷光體中的Ce摻雜以及磷光體層30的厚度。
[0030]硅樹脂封裝劑32接著形成于LED結(jié)構(gòu)之上以保護(hù)LED并增大光提取。在一個(gè)實(shí)施例中，封裝劑被旋涂。在另一實(shí)施例中，封裝劑直接成型在LED和磷光體之上。如果期望使用封裝劑作為透鏡，封裝劑可以利用模具來定形。
[0031]圖1的現(xiàn)有技術(shù)LED結(jié)構(gòu)被用作基線，從而示出當(dāng)采用本發(fā)明時(shí)該結(jié)構(gòu)的改進(jìn)特性。
[0032]圖2為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)的截面視圖，該LED結(jié)構(gòu)與圖1的LED結(jié)構(gòu)相同，但是其中在封裝LED之前，T12顆粒34與硅樹脂封裝劑32混合。取決于LED結(jié)構(gòu)的特性，T12的最優(yōu)數(shù)量可以在硅樹脂的重量的1-10%之間任意位置變化。在一個(gè)實(shí)施例中，含有T12的封裝劑被旋涂。在另一實(shí)施例中，含有T12的封裝劑被直接成型在LED和磷光體之上。如果期望使用封裝劑作為透鏡，則封裝劑可以使用模具來定形。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，平均T12顆粒尺寸為0.25微米，且顆粒為隨機(jī)形狀。在典型實(shí)施例中，硅樹脂的厚度約為100微米。
[0034]當(dāng)T12的重量百分比增大至約5%時(shí)，LED結(jié)構(gòu)的光輸出增大。在一些實(shí)驗(yàn)中，在5%之后光輸出減小。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，樣品的光輸出對(duì)于0% T12為90流明，對(duì)于5% T12為96流明，以及對(duì)于7% T12為93流明，隨后光輸出隨著T12數(shù)量增大而降低。色溫(CCT)也隨T12的百