專利名稱：以散射光媒介作光變換的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(LED)，特別是有關(guān)于一種利用散射光媒介(scattering optical media)作光波長變換的發(fā)光二極管的制造。
相關(guān)技術(shù)說明發(fā)光二極管(LED)為熟知的固態(tài)發(fā)光裝置，已廣泛應(yīng)用于指示器、顯示器及光源。如同半導(dǎo)體元件，LED的特征在于具有良好的燒毀率(burn-outrate)、耐振性及持久的反覆開關(guān)(ON/OFF)操作。
傳統(tǒng)的LED一般發(fā)出光譜中的紅光部分。就光波長變換來說，例如使用不同的雜質(zhì)摻雜于LED以改變所放射出紅光的波長。然而，上述利用雜質(zhì)摻雜于LED的公知技術(shù)無法有效地放射出所有可見光譜范圍的光。
相對(duì)于紅光，藍(lán)光屬于可見光譜的短波長部分。目前已開發(fā)出的技術(shù)，從LED產(chǎn)生較大范圍的放射光以開發(fā)光譜中的藍(lán)光部分。波長較短的藍(lán)光，其容許從藍(lán)色LED的放射光改變成光譜中其他顏色的放射光，包含白光。此可通過熒光或光波長變換來完成，其為吸收波長較短的光并重新放射波長較長的光的過程。


圖1a是熟知的利用光波長變換的LED。此LED包含半導(dǎo)體晶粒1、接線2及3、引線架4及5、波長變換物質(zhì)6以及環(huán)氧樹脂封膠7。當(dāng)電流經(jīng)由電性連接至引線架4及5的接線2及3而施加至作為LED的發(fā)光構(gòu)件的半導(dǎo)體晶粒1時(shí)，產(chǎn)生一次光(primary light)。含有特定磷光質(zhì)的波長變換物質(zhì)6，覆蓋發(fā)光構(gòu)件(即半導(dǎo)體晶粒1)并模制于樹脂中。半導(dǎo)體晶粒1的n電極及p電極通過接線2及3分別連接至引線架4及5。
對(duì)于光波長變換而言，LED的有效元件為光波長變換物質(zhì)6，其從半導(dǎo)體晶粒1部分吸收初始光并產(chǎn)生二次光(secondary light)。從半導(dǎo)體晶粒1產(chǎn)生光的部分(以下稱作LED光)激發(fā)內(nèi)含于光變換物質(zhì)6的磷光質(zhì)以產(chǎn)生與LED光不同波長的熒光。由磷光質(zhì)所放射出的熒光與LED光(其輸出沒有磷光質(zhì)的激發(fā))混合并放射輸出。因此，LED輸出具有與通過發(fā)光構(gòu)件(即半導(dǎo)體晶粒1)放射的LED光不同波長的光。
包含于波長變換物質(zhì)6中的磷光質(zhì)可以是公知的熒光材料或是公知中有用的石榴石熒光材料的微晶體。就紫外線(UV)一次光放射而言，波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)6包含稠密的磷光粉。圖1b是配合圖1a中使用稠密磷光粉的熟知具有光波長變換的LED。磷光粉埋置于環(huán)氧樹脂9中并稠密地沉積成薄的覆蓋層于發(fā)光構(gòu)件(即半導(dǎo)體晶粒1)的表面。就藍(lán)色的一次光放射而言，波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)6包含稀釋的磷光粉。圖1c是配合圖1a中使用稀釋磷光粉的熟知具有光波長變換的LED。磷光粉埋置于環(huán)氧樹脂9中并以稀釋比例沉積于發(fā)光構(gòu)件表面，如同厚的敷層、模糊球面或平面層，或如同鏡片模制于半導(dǎo)體晶粒1。
就光波長變換而言，熟知的LEDs(例如公開于圖1a、圖1b及圖1c的LED)在放射光色彩均勻性的控制上有問題。半導(dǎo)體晶粒1所產(chǎn)生的一次光會(huì)由于晶粒1的電極而被局部阻隔，使得光的每個(gè)方向或角度的放射不均勻而造成特別的放射圖案。然而，光波長變換物質(zhì)6中所含的磷光粉則導(dǎo)致光均勻的放射。在放射均勻性中的兩沖突現(xiàn)象造成經(jīng)由放射角度或方向控制光色彩均勻性的困難度，其導(dǎo)致無法控制光放射的色彩差異。
因此，在此技術(shù)中需要一種改善熟知具有光波長變換的改良式LED，特別是可以克服公知問題的LED。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)或其他發(fā)光裝置，例如鐳射二極管(laser diode，LD)，包括發(fā)光構(gòu)件及散光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(dielectricphospher powder，DPP)，此DPP吸收一部分由發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于吸收光的光。在LED中光散射媒介或散布媒介的運(yùn)用，例如介質(zhì)顆粒(或任何具有能隙大于3eV的顆粒，其不會(huì)吸收光譜中的藍(lán)光)，改善了LED放射光的光均勻性。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，LED包含晶質(zhì)的半導(dǎo)體晶粒，作為發(fā)光構(gòu)件。介質(zhì)磷光粉是由近似球型的微介質(zhì)顆粒及磷光顆?；旌衔锼瞥?。此球型介質(zhì)微顆粒也可以由寬能隙半導(dǎo)體或透明介質(zhì)所制成。此DPP形成散射光媒介，其折射指數(shù)、散射特性及光變換特性是由折射指數(shù)及介質(zhì)顆粒半徑所控制。與沒有DPP作光變換的傳統(tǒng)LED相比，在LED中使用DPP容許LED發(fā)光構(gòu)件(例如，晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒)的有效的光引出、有效的光波長變換以及全部放射角的大體均勻的色彩分布和通過具有DPP的LED所產(chǎn)生的較寬的光放射角。
此散射光媒介，例如DPP，也可以包含磷光顆粒及氣泡(或孔隙)以替代介質(zhì)顆粒。此DPP的氣泡能隙大于3eV，其不吸收光譜中的藍(lán)光。此氣泡可為空氣氣泡、氮?dú)鈿馀菁岸栊詺怏w氣泡。再者，此DPP也可以為氣泡、介質(zhì)顆粒及磷光顆粒的混合物。
根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件(例如，晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒)，以及散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)，此散射光媒介由晶質(zhì)磷光顆粒及近似球型的微介質(zhì)顆粒的混合物所制成。
又根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件(例如，一氮化鋁銦鎵(AlInGaN)晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒)，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP由微晶質(zhì)氮化鋁(AlN)的近似球型的微介質(zhì)顆粒的混合物所制成。根據(jù)此特定實(shí)施例的LED也可以是白色的LED。
又根據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件，例如氮化銦鎵(InGaN)半導(dǎo)體晶粒，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅(Si3N4)的近似球型的微介質(zhì)顆粒及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體的混合物所制成。根據(jù)此特定實(shí)施例的LED也可以是白色的LED。
根據(jù)一另外實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件，例如氮化鋁銦鎵(AlInGaN)半導(dǎo)體晶粒，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2)的近似球型的微介質(zhì)顆粒及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體的混合物所制成。根據(jù)此特定實(shí)施例的LED也可以是白色的LED。
又根據(jù)一另外實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件，例如氮化銦鎵(InGaN)半導(dǎo)體晶粒，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化鎵(GaN)的近似球型的微介質(zhì)顆粒及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體的混合物所制成。根據(jù)此特定實(shí)施例的LED也可以是白色的LED。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所示范的LED結(jié)構(gòu)包括晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒，封膠于環(huán)氧樹脂；接線，連接至半導(dǎo)體晶片；金屬引線架，連接至接線；以及環(huán)氧樹脂封膠，覆蓋散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP由近似球型的介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆粒混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂所制成。
附圖簡述為使上述及本發(fā)明其他優(yōu)點(diǎn)與特征更明顯易懂，以下特舉優(yōu)選實(shí)施例并結(jié)合附圖作詳細(xì)的說明。其中圖1a是公知的具有光波長變換的發(fā)光二極管的示意圖；圖1b是配合圖1使用稠密磷光粉的熟知的具有光波長變換的發(fā)光二極管的示意圖；圖1c是配合圖1使用稀釋磷光粉的熟知的具有光波長變換的發(fā)光二極管的示意圖。
圖1d是根據(jù)本發(fā)明的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的光波長變換的示意圖；圖2a及圖2b是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的具有光波長變換的發(fā)光二極管的示意圖；以及圖3a及圖3b是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的具有光波長變換的發(fā)光二極管或其他發(fā)光裝置，例如鐳射二極管(LD)的示意圖。
符號(hào)說明1、10、31～半導(dǎo)體晶粒；2、3、20、30、32、33～接線；4、5、34、35、40、50～金屬引線架；6、36、60～波長變換物質(zhì)；7、37、70～封膠；
8d、120、312～石榴石熒光材料微晶體；9、39、90～環(huán)氧樹脂；10d、110、311～介質(zhì)顆粒。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1d是根據(jù)本發(fā)明的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的光波長變換的示意圖，以應(yīng)用于圖1a的LED。圖1a的波長變換物質(zhì)6被介質(zhì)磷光粉或DPP所取代。根據(jù)本發(fā)明的DPP是由近似球型的微介質(zhì)顆粒與晶質(zhì)的磷光顆?；旌衔锴堵裼诃h(huán)氧樹脂9d所制成。在LED中光散射媒介或散布媒介的運(yùn)用，例如介質(zhì)顆粒(任何具有能隙大于3eV的顆粒)，改善了LED放射光的光均勻性。嵌埋于環(huán)氧樹脂9d的晶質(zhì)磷光顆粒重量或體積濃度取決于環(huán)氧樹脂層的厚度及磷光顆粒的尺寸及分布。磷光顆粒的濃度一般為介質(zhì)磷光粉(DPP)總體積的2％到25％。根據(jù)本發(fā)明的磷光顆粒包含釓(Gd)、釔(Y)、鈰(Ce)及釹(Nd)基磷光質(zhì)。
介質(zhì)磷光粉(DPP)是由近似球型的微介質(zhì)顆粒及磷光顆?；旌衔锼瞥伞Ｇ蛐谓橘|(zhì)微顆?？捎蓪捘芟栋雽?dǎo)體或透明介質(zhì)所制成。此DPP形成散射光媒介，其折射指數(shù)、散射特性及光變換特性是由折射指數(shù)及介質(zhì)顆粒半徑所控制。與沒有DPP作光變換的傳統(tǒng)LED相比，在LED中使用DPP容許LED發(fā)光構(gòu)件(例如，晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒)的有效的光引出、有效的光波長變換以及全部放射角的大體均勻的色彩分布和通過具有DPP的LED所產(chǎn)生的較寬的光放射角。
此散射光媒介，例如DPP也可以包含磷光顆粒，及氣泡(或孔隙)以替代介質(zhì)顆粒。此DPP的氣泡能隙大于3eV。氣泡因其表面張力而自然地成球型，其作用是用作本發(fā)明光波長變換的光散射媒介。此氣泡可為空氣氣泡、氮?dú)?N2)氣泡及惰性氣體氣泡。此氣泡通過在環(huán)氧樹脂9d模制期間注入對(duì)應(yīng)氣泡的氣體而設(shè)置于環(huán)氧樹脂9d上。再者，此DPP也可以為氣泡、介質(zhì)顆粒及磷光顆粒的混合物。
根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)，包含晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒、由近似球型的微介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆粒的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂9d所制成介質(zhì)磷光粉(DPP)、接線，連接至半導(dǎo)體晶粒、金屬引線架，連接至接線以傳輸電流至半導(dǎo)體晶粒以及環(huán)氧樹脂封膠，覆蓋介質(zhì)磷光粉或DPP。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中，此散射光媒介，例如DPP是由近似球型的微晶質(zhì)氮化鋁(AlN)的微介質(zhì)顆粒所制成。又根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，此DPP是由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅(Si3N4)的近似球型的微介質(zhì)顆粒及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體的混合物所制成。在一另外實(shí)施例中，此DPP是由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2)的近似球型的微介質(zhì)顆粒10d及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體8d的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂9d所制成。又根據(jù)一另外實(shí)施例中，此DPP是由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化鎵(GaN)的近似球型的微介質(zhì)顆粒10d及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體8d的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂9d所制成。
圖2a及圖2b是繪示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的具有光波長變換的發(fā)光二極管的示意圖。本發(fā)明提供一種LED，包括發(fā)光構(gòu)件及散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)，此DPP吸收一部分由發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于吸收光的光。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，此LED包含晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒(氮化銦鎵(InGaN)晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10)，作為發(fā)光構(gòu)件。此DPP是由近似球型的介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆?；旌衔锴堵裼诃h(huán)氧樹脂70所制成。嵌埋于環(huán)氧樹脂封膠90的晶質(zhì)磷光顆粒重量或體積濃度取決于環(huán)氧樹脂層的厚度及磷光顆粒的尺寸及分布。磷光顆粒的濃度可為體積的2％到25％。根據(jù)本發(fā)明的磷光顆粒的使用，包含釓(Gd)、釔(Y)、鈰(Ce)及釹(Nd)基磷光質(zhì)。特別地，此DPP波長變換物質(zhì)60是由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅(Si3N4)的近似球型的微介質(zhì)顆粒110及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體120的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂90所制成。半導(dǎo)體晶粒10，作為LED中的發(fā)光構(gòu)件，當(dāng)電流經(jīng)由電性連接至金屬引線架40及50的接線20及30而施加于晶粒10時(shí)，產(chǎn)生一次光。含有DPP的波長變換物質(zhì)60，覆蓋發(fā)光構(gòu)件(即半導(dǎo)體晶粒10)并模制于樹脂中。半導(dǎo)體晶粒10的n電極及p電極通過接線20及30分別電性連接至金屬引線架40及50。
此散射光媒介，例如DPP也可以包含磷光顆粒、且以氣泡(或孔隙)替代介質(zhì)顆粒，此DPP的氣泡能隙大于3eV。氣泡因其表面張力而自然地成球型，其作用是用作本發(fā)明光波長變換的光散射媒介。此氣泡可為空氣氣泡、氮?dú)?N2)氣泡及惰性氣體氣泡。此氣泡通過在環(huán)氧樹脂90模制期間注入對(duì)應(yīng)氣泡的氣體而設(shè)置于環(huán)氧樹脂90上。再者，此DPP也可以為氣泡、介質(zhì)顆粒及磷光顆粒的混合物。
根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)，包含晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)，其由近似球型的微介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆粒的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂90所制成，接線20及30，連接至半導(dǎo)體晶粒10、金屬引線架40及50，連接至接線以傳輸電流至半導(dǎo)體晶粒以及環(huán)氧樹脂封膠90，覆蓋散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉或DPP。
用于LED中的發(fā)光構(gòu)件是一氮化鎵化合物半導(dǎo)體，能夠有效激發(fā)DPP中的石榴石熒光材料。LED中的發(fā)光構(gòu)件是由在半導(dǎo)體制備過程中的基底上形成氮化銦鎵(InGaN)光放射層所制成。發(fā)光構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可為同質(zhì)結(jié)構(gòu)(homostructure)、異質(zhì)結(jié)構(gòu)(heterostructure)或雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(doubleheterostructure)。
在根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例中，當(dāng)電流施加于晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10時(shí)，產(chǎn)生波長λp在400到500nm之間的一次藍(lán)綠光。此DPP波長變換物質(zhì)60吸收此一次藍(lán)綠光并產(chǎn)生波長λs在550到660nm之間的二次黃橘光。結(jié)果具有DPP的LED所出現(xiàn)的光是藍(lán)綠光波長λp與黃橘光波長λs的總和，其出現(xiàn)人類肉眼的白光。
白光的色彩品質(zhì)取決于一次藍(lán)綠光及二次黃橘光強(qiáng)度比率的全部放射角的分布，并由DPP波長變換物質(zhì)60來控制。DPP波長變換物質(zhì)60是由半徑Rs在Rs＝50到1000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅(Si3N4)的近似球型的微介質(zhì)顆粒110及半徑Rm在Rm＝1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體120的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂90所制成。Si3N4的近似球型的微介質(zhì)顆粒的光散射特性強(qiáng)烈地取決于Rs，其中Rs＝λp/2λne，且ne＝1.3到1.5，其為環(huán)氧樹脂封膠70的折射指數(shù)。這容許一次藍(lán)綠光及二次黃橘光強(qiáng)度比率的角度分布及由控制非晶質(zhì)Si3N4的近似球型的微介質(zhì)顆粒半徑Rs的LED所放射的白光品質(zhì)的控制。
由于Si3N4球型顆粒的折射指數(shù)ns＝2.05接近InGaN晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10折射指數(shù)(其中nc＝2.3到2.8)與環(huán)氧樹脂封膠70(其中ne＝1.3到1.5)相乘的平方根，所以根據(jù)本發(fā)明在LED中使用DPP有效地改善半導(dǎo)體晶粒10的一次光引出。
根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件(例如一氮化鋁銦鎵(AlInGaN)晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10)，封膠于散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)。此散射光媒介，例如DPP波長變換物質(zhì)60由微晶質(zhì)氮化鋁(AlN)的近似球型的微介質(zhì)顆粒的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂90所制成。又根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管(LED)，包括發(fā)光構(gòu)件，例如一氮化鋁銦鎵(AlInGaN)晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒10，封膠于介質(zhì)磷光粉(DPP)。此DPP波長變換物質(zhì)60由半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化鎵(GaN)及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂90所制成。
圖3a及圖3b是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)的具有光波長變換的發(fā)光二極管或其他發(fā)光裝置，例如鐳射二極管(LD)的示意圖。本發(fā)明提供一種LED(或其他發(fā)光裝置，例如LD)，包括；發(fā)光構(gòu)件，例如透明封膠，及散射光媒介，例如孔隙或介質(zhì)磷光粉(DPP)，此散射光媒介吸收一部分由發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于吸收光的光。在散射光媒介直接加入至LED的透明封膠37，此封膠37選自半球型鏡片、環(huán)氧樹脂、雙凸透鏡片(lenticular lens)、薄片玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacylate，PMMA)的薄片塑膠及聚碳酸酯(polycarbonate)的薄片塑膠。
在根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例中，此LED包含晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒(氮化銦鎵(InGaN)晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒31)，作為發(fā)光構(gòu)件。此DPP是由近似球型的介質(zhì)顆粒及晶粒磷光顆?；旌衔锴堵裼谕该鞣饽z37所制成。嵌埋于環(huán)氧樹脂39的晶質(zhì)磷光顆粒重量或體積濃度取決于環(huán)氧樹脂層的厚度及磷光顆粒的尺寸及分布。磷光顆粒的濃度可為體積的2％到25％。根據(jù)本發(fā)明的磷光顆粒粒的使用，包含釓(Gd)、釔(Y)、鈰(Ce)及釹(Nd)基磷光質(zhì)。特別地，此DPP波長變換物質(zhì)36是由半徑在50到1000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2)的近似球型的微介質(zhì)顆粒311及半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體312的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂39所制成。半導(dǎo)體晶粒31，作為LED中的發(fā)光構(gòu)件，當(dāng)電流經(jīng)由電性連接至金屬引線架34及35的接線32及33而施加于晶粒31時(shí)，產(chǎn)生一次光。含有DPP的波長變換物質(zhì)36，覆蓋發(fā)光構(gòu)件(即半導(dǎo)體晶粒31)并模制于樹脂中。半導(dǎo)體晶粒31的n電極及p電極通過接線32及33分別電性連接至金屬引線架34及35。
此散射光媒介，例如DPP也可以包含磷光顆粒，且以氣泡(或孔隙)以替代介質(zhì)顆粒。此DPP的氣泡能隙大于3eV。氣泡因其表面張力而自然地成球型，其作用是用作本發(fā)明光波長變換的光散射媒介。此氣泡可為空氣氣泡、氮?dú)?N2)氣泡及惰性氣體氣泡。此氣泡通過在環(huán)氧樹脂39模制期間注入對(duì)應(yīng)氣泡的氣體而設(shè)置于環(huán)氧樹脂39上。再者，此DPP也可以為氣泡、介質(zhì)顆粒及磷光顆粒的混合物。
根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)，包含晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒31，封膠于透明封膠37、接線32及33，連接至半導(dǎo)體晶粒31、金屬引線架34及35，連接至接線以傳輸電流至半導(dǎo)體晶粒31以及環(huán)氧樹脂封膠39，覆蓋散射光媒介，例如介質(zhì)磷光粉(DPP)，其由近似球型的微介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆粒混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂37所制成。此散射光媒介直接加入至LED的透明封膠37，此封膠37選自半球型鏡片、環(huán)氧樹脂、雙凸透鏡片(lenticularlens)、薄片玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacylate，PMMA)的薄片塑膠及聚碳酸酯(polycarbonate)的薄片塑膠。在本實(shí)施例中，示于圖3a中的透明封膠37為半球型鏡片。
在根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例中，當(dāng)電流施加于晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒31時(shí)，產(chǎn)生波長λp在400到500nm之間的一次藍(lán)綠光。此DPP波長變換物質(zhì)36吸收此一次藍(lán)綠光并產(chǎn)生波長λs在550到660nm之間的二次黃橘光。結(jié)果具有DPP的LED所出現(xiàn)的光是藍(lán)綠光波長λp與黃橘光波長λs的總和，其出現(xiàn)人類肉眼的白光。
白光的色彩品質(zhì)取決于一次藍(lán)綠光及二次黃橘光強(qiáng)度比率的全部放射角的分布，并由DPP波長變換物質(zhì)36來控制。DPP波長變換物質(zhì)36是由半徑Rs在Rs＝50到1000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2)的近似球型的微介質(zhì)顆粒311及半徑在Rm＝1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體312的混合物嵌埋于環(huán)氧樹脂39所制成。SiO2的近似球型的微介質(zhì)顆粒的光散射特性強(qiáng)烈地取決于Rs，其中Rs＝λp/2λne，且ne＝1.3到1.5，其為透明封膠37的折射指數(shù)。這容許一次藍(lán)綠光及二次黃橘光強(qiáng)度比率的角度分布及由控制非晶質(zhì)SiO2的近似球型的微介質(zhì)顆粒半徑Rs的LED所放射的白光品質(zhì)的控制。
其他可使用于石榴石熒光材料的材料(例如圖2b的120及圖3b的312)包含被鈰活化的石榴石熒光材料磷光質(zhì)，其包含至少一種選自釔(Y)、镥(Lu)、鈧(Sc)、鑭(La)、釓(Gd)及釤(Sm)元素與至少一種選自鋁(Al)、鎵(Ga)及銦(In)元素。舉例而言，例如釔鋁石榴石熒光材料(YAG磷光質(zhì))被鈰活化，可使用于根據(jù)本發(fā)明的DPP中。
其他可使用于石榴石熒光材料的材料還包含選自AgZnS(藍(lán))、CuAuAlZnS(綠)、CuAlZnS(綠)、Mg4(F)GeO5Mn(紅)或CeYAG(黃綠)的磷光質(zhì)。其他可使用于石榴石熒光材料的材料還包含選自香豆素(Coumarin6)(優(yōu)質(zhì)綠，很有效率)、Fluorol 7GA(黃綠，很有效率)、DOCI(綠，衰減長度短)、玫瑰紅(Rhodamine 110)(黃，很有效率)、DCM(橘，普通效率)、吡啶(Pyridine 1)(紅，效率不佳)或吡啶(Pyridine 2)(深紅，效率不佳)的磷光質(zhì)。
雖然此處所討論的是關(guān)于LED，然而可了解到根據(jù)本發(fā)明的方法也有益于其他光源(例如平面光源，鐳射二極管)。再者，雖然此處的一些討論是關(guān)于白色LED，然而也可以了解到根據(jù)本發(fā)明的方法也有益于其他波長的發(fā)射體。根據(jù)本發(fā)明的具有DPP的LED的應(yīng)用領(lǐng)域至少包含電子學(xué)、儀表安裝、電子設(shè)備和戶外型顯示器，用于汽車、航空器的顯示器，或任何其他照明設(shè)備。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說明如上，然該實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明于本文所公開的確切形式，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做出改變和修飾，同樣地，本文所公開的任何制備步驟也可以通過其他達(dá)到實(shí)質(zhì)相同結(jié)果的步驟來替代，因此所有包含于本發(fā)明范圍內(nèi)的更動(dòng)，當(dāng)以后面所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括發(fā)光構(gòu)件以放射光，包含透明封膠；以及散射光媒介，加入至所述透明基底。
2.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介選自空氣氣泡、氮?dú)鈿馀菁岸栊詺怏w氣泡。
3.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介的能隙大于3eV。
4.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介不會(huì)吸收藍(lán)光。
5.權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒，其中所述散射光媒介嵌埋于所述環(huán)氧樹脂；接線，連接至所述半導(dǎo)體晶片；以及金屬引線架，連接至所述接線以將電流傳輸至所述半導(dǎo)體晶粒。
6.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒，封膠于所述散射光媒介；接線，連接至所述半導(dǎo)體晶片；以及金屬引線架，連接至所述接線以將電流傳輸至所述半導(dǎo)體晶粒；其中所述半導(dǎo)體晶粒選自氮化合物半導(dǎo)體晶粒、氮化鎵化合物半導(dǎo)體晶粒、晶質(zhì)氮化銦鎵的半導(dǎo)體晶粒以及晶質(zhì)氮化鋁銦鎵的半導(dǎo)體晶粒。
7.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述透明封膠還包括選自釓、釔、鈰及釹基磷光質(zhì)的石榴石熒光材料。
8.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述透明封膠還包括選自AgZnS、CuAuAlZnS、CuAlZnS、Mg4(F)GeO5Mn及CeYAG的石榴石熒光材料。
9.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述透明封膠還包括選自香豆素、Fluorol 7GA、DOCI、玫瑰紅、DCM、吡啶1及吡啶2的石榴石熒光材料。
10.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介是磷光顆粒及孔隙的混合物。
11.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介還包括由晶質(zhì)磷光顆粒及介質(zhì)顆粒所制成的介質(zhì)磷光粉。
12.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述磷光顆粒的濃度為所述介質(zhì)磷光粉總體積的2％到25％。
13.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述介質(zhì)顆粒選自微晶質(zhì)氮化鋁、非晶質(zhì)氮化硅、非晶質(zhì)氮化鎵及非晶質(zhì)二氧化硅。
14.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述介質(zhì)顆粒選自半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅、半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅及半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化鎵。
15.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述磷光顆粒是半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體。
16.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述磷光顆粒選自釓、釔、鈰及釹基磷光質(zhì)。
17.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述磷光顆粒包括含有至少一種選自釔、镥、鈧、鑭、釓及釤元素與至少另一種選自鋁、鎵及銦元素的被鈰活化的石榴石熒光材料。
18.權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中所述透明封膠選自半球型鏡片、環(huán)氧樹脂、雙凸透鏡片、薄片玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯的薄片塑膠及聚碳酸酯的薄片塑膠。
19.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介吸收一部分由所述發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于所述吸收光的光。
20.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中以鐳射二極管(LD)替代所述發(fā)光二極管。
21.一種鐳射二極管，包括發(fā)光構(gòu)件以放射光，包含透明封膠；以及散射光媒介，加入至所述透明基底。
22.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述散射光媒介選自空氣氣泡、氮?dú)鈿馀菁岸栊詺怏w氣泡。
23.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述散射光媒介的能隙大于3eV。
24.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述散射光媒介不會(huì)吸收藍(lán)光。
25.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述透明封膠還包括選自釓、釔、鈰及釹基磷光質(zhì)的石榴石熒光材料。
26.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述透明封膠還包括選自AgZnS、CuAuAlZnS、CuAlZnS、Mg4(F)GeO5Mn及CeYAG的石榴石熒光材料。
27.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述透明封膠還包括選自香豆素、Fluorol 7GA、DOCI、玫瑰紅、DCM、吡啶1及吡啶2的石榴石熒光材料。
28.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述散射光媒介是磷光顆粒及孔隙的混合物。
29.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述散射光媒介還包括由晶質(zhì)磷光顆粒及介質(zhì)顆粒所制成的介質(zhì)磷光粉。
30.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述磷光顆粒的濃度為所述介質(zhì)磷光粉總體積的2％到25％。
31.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述介質(zhì)顆粒選自微晶質(zhì)氮化鋁、非晶質(zhì)氮化硅、非晶質(zhì)氮化鎵及非晶質(zhì)二氧化硅。
32.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述介質(zhì)顆粒選自半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化硅、半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)二氧化硅及半徑在50到5000nm之間的非晶質(zhì)氮化鎵。
33.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述磷光顆粒是半徑在1000到10000nm之間的石榴石熒光材料的微晶體。
34.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述磷光顆粒選自釓、釔、鈰及釹基磷光質(zhì)。
35.權(quán)利要求29的鐳射二極管，其中所述磷光顆粒包括含有至少一種選自釔、镥、鈧、鑭、釓及釤元素與至少另一種選自鋁、鎵及銦元素的被鈰活化的石榴石熒光材料。
36.權(quán)利要求21的鐳射二極管，其中所述透明封膠選自半球型鏡片、環(huán)氧樹脂、雙凸透鏡片、薄片玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯的薄片塑膠及聚碳酸酯的薄片塑膠。
37.權(quán)利要求21的發(fā)光二極管，其中所述散射光媒介吸收一部分由所述發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于所述吸收光的光。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)光二極管(LED)或其他光發(fā)射裝置,例如鐳射二極管(laser diode,LD),包括發(fā)光構(gòu)件及散射光媒介,例如介質(zhì)磷光粉(DPP),此散射光媒介吸收一部分由發(fā)光構(gòu)件所放射的光并放射出波長不同于吸收光的光。散射光媒介由晶質(zhì)磷光顆粒及能隙大于3eV的近似球型介質(zhì)顆?；旌衔锼瞥?其不吸收藍(lán)光)。散射光媒介,例如DPP也可以包含磷光顆粒及以氣泡(或孔隙)替代介質(zhì)顆粒。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所示范的LED結(jié)構(gòu)包括:封膠于環(huán)氧樹脂的晶質(zhì)半導(dǎo)體晶粒;連接至半導(dǎo)體晶片的接線;連接至接線的金屬引線架;及覆蓋散射光媒介,例如介質(zhì)磷光粉的環(huán)氧樹脂封膠。此DPP由近似球型的介質(zhì)顆粒及晶質(zhì)磷光顆?；旌衔锴堵裼诃h(huán)氧樹脂所制成。
文檔編號(hào)C09K11/70GK1372330SQ0114244
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者王望南, 黃文杰 申請(qǐng)人:華上光電股份有限公司