專利名稱：發(fā)光二極管器件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及以發(fā)光二極管(LED)為光源的發(fā)光二極管器件。
近年來，已有可以發(fā)白光的LED器件，而且，已經(jīng)提出可以發(fā)射各種顏色光的LED器件。


圖18是常規(guī)的發(fā)白光的LED器件透視圖，圖19是LED器件的截面圖。
白光LED器件120包括襯底101，和發(fā)藍光的藍光LED105所述襯底具有一對分別提供在其上表面和下表面的終端電極102和103。LED105的陰極通過粘合劑104連接到電極102，陽極通過焊線106連接到電極103。LED105和襯底101上表面覆蓋著一層透明樹脂107。在樹脂107中混有黃色的磷微粒108。
當(dāng)驅(qū)動電壓加在終端電極102和103上時，激勵LED105發(fā)射出藍光S，如圖20所示。
當(dāng)藍光S轟擊磷微粒108時，磷微粒發(fā)出黃光S1，根據(jù)波長轉(zhuǎn)換，藍光和黃光的混合光呈現(xiàn)為白光。
圖21是另一種常規(guī)的LED器件130的截面圖。和圖18和圖19所中的傳統(tǒng)LED器件相同的部分用與它們在圖18和圖19中所用的相同的參考數(shù)字來表示。有色微粒作為濾色器混合到樹脂107中。
有色微粒109通過減色混合改變上述藍光和黃光所混合成的白光的顏色。因此，通過選擇有色微粒109的顏色，可以產(chǎn)生期望顏色的光。因而，提供LED器件130來產(chǎn)生各種顏色的光。
圖22是一個LCD(液晶顯示)的背光單元的透視圖。圖23是背光單元的截面圖。
背光單元140包含一對圖18所示的白光LED器件120，照明板142，散射板143，Py棱鏡片144，Px棱鏡片145，反射板146，和彩色LCD147。
照明板142由透明塑料制成，有上表面142a，下表面142b和前側(cè)面142c。發(fā)白光的LED器件120裝配在LED襯底120b上，并對著前側(cè)面142c放置，作為邊緣照明。散射板143放置在照明板142上表面142a的上面，反射板146放置在下表面142b的下面。
LED器件120發(fā)出的白光從前側(cè)面142c進入照明板142。入射光在上下表面142a和142b之間反復(fù)反射。光被下表面142b的棱鏡面漫反射，并從上表面142a射出。
散射板143使光出射的方向分布在很小的范圍內(nèi)，并進一步由棱鏡片144和145在Y和X方向進行分布，最后分布在Z方向上。分布在Z方向的光照射LCD147。
在這樣的照射器件中，LCD按其里面提供的濾色器特性而各有不同。也就是，濾色器的特性因制造商而異。
另一方面，LCD上所顯示的圖象色度取決于濾色器的特性和照亮LCD的白光LED器件120的色度。這些特性之間關(guān)系將在下文中參照附圖加以說明。
圖24是CIE色度曲線。這里，x坐標表示R的比例，y坐標表示G的比例。如果用z坐標表示B的比例，則這三者有如下關(guān)系。
x+y+z＝1曲線圖中的c0點是R、G和B的比例為1∶1∶1的色度點。
c0點的坐標約為x＝0.33、y＝0.33、z＝0.33。b0點是白光LED器件的目標色度的坐標點，參考字母B表明b0點的允許范圍。b0點的坐標是x＝0.313、y＝0.308。d0點是LCD濾色器的波長透射率的色度點。坐標是x＝0.352和y＝0.357。d0點和b0點的具有顏色互補。參考字母D表示d0點的散射范圍。
如果白光LED器件120的色度是b0點的色度或允許的范圍B里的一個值，那么白光LED器件120發(fā)出的光透過具有d0點的色度或范圍D中的一個值的濾色器，從而把光修正成具有根據(jù)c0點表示的白光的色度的光。
但是，根據(jù)LED105所發(fā)光的波長和強度的彌散、以及產(chǎn)品的樹脂107中微粒分布的彌散，白光LED器件120發(fā)射的光的色度有所不同。
實際生產(chǎn)的白光LED器件的坐標的平均值是x＝0.295和y＝0.290，色散是бx＝0.015和бy＝0.01。
圖24中的f0點表示上述產(chǎn)品的平均色度，F(xiàn)表示色散范圍。因此，每個都具有在所希望的B范圍中色度的實際產(chǎn)品僅占所有產(chǎn)品中很小的百分比。這樣，白光LED器件的成品率非常低。
發(fā)明綜述本發(fā)明的目的是提供色度為常數(shù)的LED器件。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種LED器件，包括裝配在襯底上的LED、含有磷微粒來改變LED發(fā)射光的顏色并覆蓋LED的覆蓋層、在覆蓋層外圍區(qū)域形成的有有色層，并含有用來將變化了的顏色修正為期望的顏色的染料。
染料具有一種顏色，用來修正LED發(fā)射光的顏色。
而且，染料的顏色與LED所發(fā)光的顏色互補。
此外，本發(fā)明提供了一種制造LED器件的方法，包含以下步驟將LED裝配在襯底上，用含有磷微粒的透明樹脂覆蓋LED來形成LED中間器件，測量LED中間器件所發(fā)射的光的色度，向透明樹脂中輸送染料以形成有色層，染料的顏色將所測的色度修正為期望的色度。
在透明樹脂的外圍區(qū)域中形成有色層。
而且，染料具有與所測的色度互補的顏色。
結(jié)合附圖，下面的說明將使本發(fā)明的這些及其他的目的和特點更為明顯。
附圖概述圖1是根據(jù)本發(fā)明的LED器件的透視圖；圖2是LED器件的截面圖；圖3是截面圖被制造LED器件的中間步驟；圖4是LED器件的色度曲線；圖5是圖4中的曲線的放大圖；圖6是在色度點cb和色度點c1處的光譜曲線；圖7是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜；圖8是曲線圖，示出濾色器的光譜；圖9是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜；圖10是曲線圖，示出濾色器的光譜；圖11是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜；圖12是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜；圖13是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜；圖14是透視圖，示出用來照明其中使用了白光LED補充器件的LCD的背光單元；圖15是背光單元截面圖；圖16和17是本發(fā)明第二實施例的器件所發(fā)射的光的光譜的曲線圖18是發(fā)射白光的常規(guī)LED器件的透視圖；圖19是常規(guī)的LED器件的截面圖；圖20是闡釋器件的工作的截面圖；圖21是示出另一種常規(guī)的LED器件的截面圖；圖22是透視圖，示出照明LCD的背光單元；圖23是背光單元截面圖；和圖24是CIE色度的曲線。
較佳實施例的詳細說明圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射白光的LED器件的透視圖，圖2是LED器件的截面圖。
發(fā)光LED器件21包含襯底1和發(fā)藍光的藍光LED5，其中襯底1具有分別提供在其上表面和下表面上的一對終端電極2和3。LED5的陰極通過粘合劑4連接到電極2，陽極通過焊線6連接到電極3。提供透明封裝的封裝層7來覆蓋LED5和襯底1的上表面。封裝層7包括白光產(chǎn)生層10和用于產(chǎn)生期望顏色光的有有色層11。黃色磷微?；騌、G或B磷微?；旌显趯?0中。上色染料滲透在有有色層11中。
下面詳細說明制造LED器件的方法。
圖3是截面圖，示出制造LED器件中間步驟。
通過金屬化方法在襯底1的上表面和下側(cè)上形成終端電極2和3，LED5的陰極通過粘合劑4與電極2連接，陽極通過焊線6與電極3相連。LED5和襯底1的上表面覆蓋著含有黃色磷微粒8的白光產(chǎn)生封裝層7。
這樣，就制造出了白光LED中間器件20。
接下來，用光電方法測量白光LED中間器件所發(fā)射白光的色度，以選出色度在期望范圍之外的LED器件。在封裝層7中確定并滲透有顏色染料，用來減少有缺陷的LED器件所發(fā)射光中不需要的顏色，從而形成有有色層11。這樣就制造出了白光LED成品器件21。
接下來在下文更詳細地說明上述方法。
圖4是LED器件的色度曲線。
圖4中c2點代表白光LED器件20發(fā)射光的平均色度坐標，其中x＝0.295和y＝0.029。字母S2代表色散范圍，其中在3б范圍內(nèi)(N＝10K)，бx＝0.015和бy＝0.01。c1色度點是白光LED器件目標色度的坐標點，參考字母S1代表c1點的允許范圍。c1點坐標是x＝0.313和y＝0.308。范圍S1關(guān)于c1點的色散是бx＝0.005和бy＝0.003(3б范圍)。
這里，確定范圍S2為允許范圍，且色度在范圍S2中的白光LED器件作為可用的器件而被挑選出來。把挑選的LED器件劃分為a、b、c、d四類。換而言之，發(fā)射藍白光的白光LED器件歸為a類，發(fā)射黃白光的器件歸為b類，發(fā)射紅白光的器件歸為c類，以及綠白光的歸為d類。
下面詳細說明在封裝層7中選擇并傳送與所分類顏色為互補色的有色染料。
圖5是圖4的曲線的放大圖。色度點cb表示發(fā)藍白光的a類坐標，其中x＝0.286和y＝0.281。對于在cb點的白光LED器件，選擇萘醌組的黃色染料作為互補色。將白光LED器件20浸入含有100ppm黃色染料的酒精組成的染料溶液中攪拌15分鐘，從而將染料傳送給封裝層7形成有有色層11。這樣就制成了白光LED成品器件21。LED器件21的色度是在期望點c1。c1點的坐標是x＝0.313和y＝0.308。
圖6是色度點cb和色度點c1處的光譜曲線圖，用線Hb和H1表示。在曲線圖中，R分量是在625nm處的一部分，G分量是在560nm處的一部分和B分量是在450nm上的一部分。
藍白光的顏色修正是基于以黃色染料作為相減互補色的減色混合，如下文所述。
圖7是曲線圖，示出染料的濾色器的光譜。圖7中的Fb光譜表明在有有色層11中黃色染料R∶G∶B濾色特性比例為R∶G∶B＝1∶1∶0.80。以這樣的比例，相應(yīng)于色度點cb的白光LED器件20的比例R∶G∶B＝0.28∶0.276∶0.444被修正為R∶G∶B＝0.286×1∶0.281×1∶0.433×0.8＝0.313∶0.308∶0.379。這樣就制成了具有c1點處的色度的白光LED器件21。
接下來，把具有在范圍Sb內(nèi)色度的白光LED器件20修正為與上面所述相類似的條件的色度。結(jié)果是，把LED器件發(fā)射光的色度修正為圍繞c1點處的期望色度的范圍S1內(nèi)的一個值。
修正具有黃白色度的白光LED中間器件20的色度。在圖5中，其色度在圍繞x＝0.328和y＝0.328的色度點cy的范圍Sy內(nèi)。圖8是曲線圖，示出濾色器的光譜。圖8中用Hy表示cy點所對應(yīng)的光譜。
對于cy點處的白光LED器件，選擇蒽醌組的藍色染料。白光LED器件20浸入含有100ppm藍色染料的酒精組成的染料溶液中10分鐘，從而將染料傳送給封裝層7形成有有色層11。這樣就制成了白光LED成品器件21。有有色層11的濾色特性在圖9中用字母Fy表示。其R、G、B的比例為R∶G∶B＝0.886∶0.853∶1，為藍色濾色器。
通過濾色器的修正作用，把色度點cy的R、G、B的比例(0.328∶0.328∶0.344)修正為R∶G∶B＝0.328×0.886∶0.328×0.853∶0.358×1＝0.313∶0.308∶0.379。這是c1點的色度。
類似地，還在把Sy范圍內(nèi)的LED器件的色度修正為S1范圍內(nèi)的色度點。
接下來，修正具有紅白色度的白光LED器件的色度。在圖5中，其色度在圍繞x＝0.33和y＝0.30的色度點cr的范圍Sr內(nèi)。在圖5中，圖10是曲線圖，示出濾色器的光譜。在圖10中Hr表示cr點所對應(yīng)的光譜。
對于在cr點處的白光LED器件，選擇萘醌組的黃色染料和蒽醌的藍色染料。將白光LED器件20浸入含有50ppm黃色染料和50ppm藍色染料的酒精組成的染料溶液中5分鐘，從而將染料傳送給封裝層7以形成有有色層11。這樣通過黃色濾色器和藍色濾色器的綜合作用就制成了白光LED成品器件21。在圖11中用字母Fr1表示黃色濾色特性。其R∶G∶B的比例為Ry∶Gy∶By＝0.923∶1∶0.85，為黃色濾色器。在圖11中用字母Fr2表示藍色濾光特性。其R∶G∶B比例為Rb∶Gb∶Bb＝0.858∶0.858∶1，為藍色濾色器。
濾色特性通過減色混合相疊加而形成圖11中字母Fr所示的總濾色特性。其R∶G∶B的比例是Ry×Rb∶Gy×Gb∶By×Bb＝0.923×0.858∶0.858∶0.85＝0.792∶0.858∶0.85。
在這種情況下，有色層11中的濾色器修正了cr點的色度中的R、G、B的比例(0.33∶0.30∶0.37)。修正的色度中的比例為R∶G∶B＝0.33×0.792∶0.30×0.858∶0.37×0.85＝0.314∶0.309∶0.377。
色度的坐標變?yōu)閤＝0.314和y＝0.309，約等于期望的色度c1。
把具有在范圍Sr內(nèi)的色度的白光LED器件20修正為與上述條件中相似的條件的色度。結(jié)果是，把LED器件所發(fā)射光的色度修正為圍繞c1點的所期望色度的范圍S1內(nèi)的一個值。
接下來，修正具有綠白色度的白光LED器件20的色度。在圖5中，圍繞x＝0.29和y＝0.315的色度點cg的范圍Sg內(nèi)。圖12是曲線圖，示出濾色器的光譜。圖12中Hg表示cg點所對應(yīng)的光譜。
對于在cg點處的白光LED器件，選擇單偶氮(monoazo)組的紅色染料。將白光LED器件20浸入含有70ppm紅色染料的酒精組成的染料溶液中10分鐘，從而將染料傳送給封裝層7以形成有有色層11。這樣就制成了白光LED成品器件21。
結(jié)果，把cg點處的色度修正為約等于c1點色度(x＝0.313和y＝0.308)的色度。進一步，把在范圍Sg內(nèi)的色度被修正為所期望的范圍S1內(nèi)的色度。這時如下的原因所造成的。
紅色染料使濾色特性改變?yōu)槿鐖D13中Fg所示。換而言之，濾色特性R∶G∶B的比例變?yōu)榧t色組，Rr∶Gr∶Br＝1∶0.906∶0.889。因而修正了cg點處的色度。即把cg點處的R、G、B的比例由0.29∶0.315∶0.395修正為R∶G∶B＝0.29×1∶0.315×0.906∶0.395×0.889＝0.313∶0.308∶0.379。
如上所述，如果白光LED器件20的色度偏離期望的色度范圍S1，那么可以通過選擇有有色層11中提供的濾色器將色度修正到期望的色度范圍內(nèi)的一個色度。一般，在白光LED器件20的色度的R、G、B的比例是R2∶G2∶B2的情況下，期望色度的R、G、B的比例是R1∶G1∶B1，有有色層11中染料的濾色特性R、G、B的比例是r∶g∶b，R2×r∶G2×g∶B2×b＝R1∶G1∶B1....(1)如果設(shè)置濾色特性r∶g∶b使之滿足公式(1)，就能夠提供期望的色度。通過選擇染料的顏色、溶液的種類、濃度、浸入時間，就能將濾色特性的R、G、B的比例r∶g∶b設(shè)定為期望值。
測量了具有不同色度的多個白光LED器件20的色度。色度的平均坐標是x＝0.313和y＝0.308，бx＝0.005，бy＝0.003。坐標在期望的色度范圍S1內(nèi)。
圖14是透視圖，示出照亮LCD(液晶顯示器)的背光單元，其中采用了白光LED互補器件21，圖15是背光單元的截面圖。
背光單元40包括一對白光LED器件21、照明板22、散射板23、Py棱鏡片24、Px棱鏡片25、反射板26和彩色LCD27。
照明板22是由透明塑料構(gòu)成的，具有上表面22a，下表面22b和前側(cè)面22c。把發(fā)白光的LED器件21裝配在LED襯底21b上，并相對于前側(cè)面22c放置，作為邊緣照明。散射板23放置在照明板22的上表面22a的上面，反射板26放置在下表面22b的下面。
LED器件21發(fā)出的白光從前側(cè)面22c進入照明板22。入射光在上和下表面22a和22b之間反復(fù)反射。光被下表面22b的棱鏡面漫反射，并從上表面22a射出。
散射板23使光的出射方向分布在很小的范圍上，并進一步由棱鏡片24和25在Y和X方向進行分布，最后分布在Z方向上。分布在Z方向的光照射LCD27。
照明光的色度與白光LED器件21的色度相同。色度的坐標是圖5中色度點c1的坐標，x1＝0.313，y1＝0.308(z1＝0.379)。
彩色LCD27中的濾色器的透射的色度為圖4中色度點d0的色度。d0點的坐標是xf＝0.352，yf＝0.357(zf＝0.291)。
由白光LED器件21的色度(x1，y1，z1)和LCD27的濾色器的色度(xf，yf，zf)可得LCD27的照明光顏色的R、G、B比例如下所示R∶G∶B＝x1×xf∶y1×yf∶z1×zf＝0.313×0.352∶0.308×0.352∶0.379×0.291＝0.333∶0.333∶0.334照明LCD27的顏色照明光的色度坐標是x＝0.333，y＝0.333(z＝0.334)，接近白光。
盡管使用了兩個白光LCD器件21，但如前所述，LCD器件間的色度的色散為бx＝0.005，бy＝0.003，在很小的范圍內(nèi)。因而可在背光單元40中使用3個或更多的LCD器件。
下面說明本發(fā)明的第二實施例的LED器件。第二實施例的LED器件用來發(fā)射彩色光而不是白光。
LED器件的構(gòu)造與第一實施例相同。
下面說明由具有色度點c2(x＝0.295，y＝0.29，z＝0.415)的LED中間器件來制造具有色度點c3(x＝0.55，y＝0.35，z＝0.1)的LED成品器件的方法的實例。
利用公式(1)從點c2和c3處的色度中的R、G、B之比可以計算出LED成品器件的有有色層11的濾色特性。
在公式(1)中，R2×r∶G2×g∶G2×b＝R1∶G1∶B1使用R2∶G2∶B2＝0.295∶0.290∶0.415(相應(yīng)于c2)作為LED中間器件的R、G、B之比，使用R1∶G1∶B1＝0.55∶0.35∶0.1(相應(yīng)于c3)作為LED成品器件的R、G、B之比。
由公式(1)可得濾色特性的R、G、B之比為r∶g∶b＝1∶0.647∶0.129。其特性在圖17中用F2表示。
接著，在某溫度下，將LED中間器件浸入并混合到含有酒精、紅色染料、藍色染料的染料溶液中，經(jīng)過一段適當(dāng)?shù)臅r間，使得濾色特性比例變?yōu)閞∶g∶b＝1∶0.647∶0.129。這樣就制成了LED成品器件。
在圖16中，H2表示LED中間器件所發(fā)光的光譜，H3表示LED成品器件所發(fā)光的光譜。如H3所示，該光為紅色。
圖4中的線ST表示單色光的軌跡。根據(jù)本發(fā)明，能夠制造出發(fā)射多種諸如紅色、黃色、綠色、藍色、紫色及其它顏色的單色光的LED成品器件。
根據(jù)本發(fā)明，能夠制造出每個具有期望的色度的LED器件，從而提高LED器件的成品率。
盡管結(jié)合具體的較佳實施例對本發(fā)明進行了說明，但是應(yīng)該明白，本說明旨在舉例說明，而不限定由所附的權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種LED器件，其特征在于，包括裝配在襯底上的LED；用來改變LED所發(fā)光的顏色并密封LED的含有磷微粒的透明樹脂；以及對密封樹脂進行染色的染料，用于修正來自LED的光的顏色。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，染料具有一種顏色，用來修正LED所發(fā)光的顏色，以獲取期望顏色的光。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，染料具有與期望顏色的LED所發(fā)光的顏色互補的顏色。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，用染料使密封樹脂的至少一個表面染色。
5.一種制造LED器件的方法，其特征在于，包括下列步驟將LED裝配在襯底上；用含有磷微粒的透明樹脂密封LED，以形成染色之前的LED器件；測量染色之前的LED器件所發(fā)光的色度；用將染料使透明樹脂染色，該染料具有一種顏色，用于將所測的色度修正到期望的色度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過染料的濃度、放入染料的液體的溫度以及LED器件在染色之前浸入包含染料的液體的時間中選擇至少一種條件來控制透明樹脂的染色。
全文摘要
一種LED器件，包括裝配在襯底上的LED，和含有用來改變LED所發(fā)光的顏色的磷微粒并覆蓋著LED的涂覆層。在涂層的外圍區(qū)域中形成有有色層。有有色層包括將變化了的顏色修正到期望的顏色的染料。
文檔編號H01L33/50GK1495924SQ0315778
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者佐野正樹 申請人:株式會社西鐵城電子