專利名稱：發(fā)光二極管的密封劑輪廓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)中的密封劑材料的幾何結(jié)構(gòu)，以 及更具體地說，涉及從產(chǎn)生白光的表面安裝側(cè)視圖LED發(fā)出的光圖 案。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管表示半導(dǎo)體材料類，其中，通過生成光子的至少一些 重新合，在p-n結(jié)上的電流的應(yīng)用驅(qū)動在電子和空穴間的重新組合。 根據(jù)電子和物理的非常公知的原理，光子的波形(由此頻率)基于重 新組合的能量變化。反過來，通過半導(dǎo)體材料的帶隙，即材料的價帶 及其導(dǎo)帶間的能量差，限定或限制能量。因此，通過形成它的材料，大大地限定由LED發(fā)出的顏色。由 砷化鎵(GaAs)和磷化鎵(GaP)形成的二極管傾向于在可見光鐠的 低能紅和黃部分中產(chǎn)生光子。材料，諸如碳化硅(SiC )和III族氮化 物具有更大帶隙，由此能產(chǎn)生具有出現(xiàn)在可見光鐠的綠、藍(lán)和紫色部 分中以及電磁光鐠的紫外線部分中的更大能量的光子。在一些應(yīng)用中，當(dāng)將其輸出調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換成不同顏色時，LED更 有用。特別地，當(dāng)發(fā)藍(lán)光的LED的可用性大大地增加時，使用能轉(zhuǎn)換 藍(lán)光子的發(fā)黃光的熒光體也同樣地增加。特別地，由二極管發(fā)出的藍(lán) 光和由熒光體發(fā)出的黃光的結(jié)合能產(chǎn)生白光。反過來，來自固體源的 白光的可用性提供在許多應(yīng)用中結(jié)合它們的能力，特別是包括照明和 作為用于彩色顯示器的背光。在這些設(shè)備(例如平面計(jì)算機(jī)屏幕、個人數(shù)字助理和蜂窩電話)中，藍(lán)LED和黃熒光體產(chǎn)生白光，然后以照 射彩色元件(通常由液晶形成，"LCD")的一些形式分布。在本申請中， 一般意義上使用術(shù)語"白光"。熟悉人眼感知的多種 顏色或顏色生成的人將意識到頻率的特定混合能限定為用于具體目的 的"白色"。盡管在此所述的一些二極管能產(chǎn)生這類精確的輸出，但在 此更廣泛地使用術(shù)語"白色，，以及術(shù)語"白色"包括不同個人或檢測器 將感知為具有稍微傾向例如黃色或藍(lán)色的色彩的光。在許多傳統(tǒng)應(yīng)用中，為其所需用途封裝發(fā)光二極管(在其基礎(chǔ)半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，通常稱為芯片)。如在此所使用的，術(shù)語封裝通常是指 連同對二極管提供一些物理保護(hù)并且能光學(xué)地引導(dǎo)光輸出的塑料透鏡(樹脂、環(huán)氧樹脂、密封劑)，將半導(dǎo)體芯片放在適當(dāng)?shù)碾娊Y(jié)構(gòu)中。在許多傳統(tǒng)的應(yīng)用中，透鏡至少部分由半球面形成。例子是典型 的T13/4封裝，其被廣泛地認(rèn)可并包含在大量LED應(yīng)用中。最近，發(fā)光二極管正用于照明目的。特別地，能產(chǎn)生白光的LED 經(jīng)一些其他類型的設(shè)備(通常是液晶)，用于背光平板顯示器(計(jì)算 機(jī)屏幕、個人數(shù)字助理、蜂窩電話)以便產(chǎn)生或顯示顏色。在這些應(yīng) 用的許多中，垂直于相關(guān)屏幕的面安裝LED。在該定向中，以及代替 直接在屏幕本身的后面，使LED朝向光導(dǎo)的邊緣-通常是塑料的平面-以便當(dāng)來自LED的光進(jìn)入光導(dǎo)的邊緣時，光導(dǎo)反過來朝顯示屏的表面 垂直地重新定向它。為此目的封裝的發(fā)光二極管稱為側(cè)視圖表面安裝LED或側(cè)視 圖。許多表面安裝側(cè)視圖二極管在它們的外殼內(nèi)包含凹彎月鏡。凹彎 月鏡能傾向于聚焦光并產(chǎn)生更高強(qiáng)度，但以整體能量為代價。不必說， 凹彎月鏡也防止機(jī)械損壞密封劑(密封劑通常比封裝的其他部分更易 碎)。發(fā)白光的側(cè)安裝面視圖LED通常通過包含具有發(fā)黃光的熒光體 的發(fā)藍(lán)光LED芯片來實(shí)現(xiàn)，來自芯片的藍(lán)光激發(fā)熒光體發(fā)黃光。這產(chǎn) 生藍(lán)和黃頻率的組合， 一起產(chǎn)生白光的適當(dāng)色調(diào)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)合某些較高亮度二極管，傳統(tǒng)的凹彎月鏡用在側(cè)視圖表面安裝LED中時，密封劑的凹形狀變得不利，因?yàn)樗鼤?低通量和顏色均勻度。這些缺點(diǎn)對具有比典型的LED更Lambertian的遠(yuǎn)場輪廓的芯片 來說特別顯著。Lambertian是指表面遵守Lambert (朗伯)余弦定律 的程度，表示在任一方向中，來自優(yōu)良擴(kuò)散表面的元件的反射或透射 發(fā)光強(qiáng)度(通量)隨那一方向和表面的法向矢量間的角度的余弦變化。 Lambert余弦定律通常表示為公式N-NOcosA，其中，N是輻射強(qiáng)度， NO是垂直于發(fā)射面的輻射法線以及A是視向和發(fā)射表面的法線間的 角度。在實(shí)際意義中，來自Lambert發(fā)射器的輻射比較低Lambertian 或非Lambertian發(fā)射器更均勻。因此，凹彎月鏡傾向于降低或消除產(chǎn)生近Lambertian遠(yuǎn)場圖的 那些LED的遠(yuǎn)場優(yōu)勢。因此，存在補(bǔ)充具有適當(dāng)透鏡或密封劑形狀的高質(zhì)量二極管的亮 度和遠(yuǎn)場特性的需要，這增強(qiáng)，而不是防礙用于所需目的的光輸出。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是發(fā)光封裝二極管，包括具有安裝在反射封裝中的近 Lambertian遠(yuǎn)場圖的LED芯片，其中，與二極管相鄰的表面也為近 Lambertian反射器；封裝中并以Lambertian反射器為界的密封劑； 密封劑中的熒光體，其轉(zhuǎn)換由LED芯片發(fā)出的頻率以及連同由LED 芯片發(fā)出的頻率產(chǎn)生白光，以及基本上平的彎月鏡，由限定封裝二極 管的發(fā)射表面的密封劑形成?；谙率鼋Y(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的和優(yōu)點(diǎn) 以及實(shí)現(xiàn)它的方式將變得更清楚。


圖l是傳統(tǒng)的側(cè)視圖表面安裝發(fā)光二極管的截面圖。圖2、 3和4是根據(jù)本發(fā)明的側(cè)視圖表面安裝發(fā)光二極管的截面圖。圖5是結(jié)合光導(dǎo)，根據(jù)本發(fā)明的二極管的透視圖。
具體實(shí)施方式
圖l是稱為表面安裝側(cè)視圖二極管的類型的傳統(tǒng)發(fā)光二極管的截 面圖。二極管通常由IO表示。封裝二極管10包括白樹脂封裝12中的 發(fā)光二極管芯片11。包括各個電觸點(diǎn)13和14，用于將封裝二極管IO 連接到電路或設(shè)備。為清楚起見，圖l避免從示例說明所有布線，但 不包括通常用于將芯片11連接到一個電極的導(dǎo)線15，同時該芯片本 身建立在第二電極(未示出)上。如在許多這種傳統(tǒng)的封裝中，芯片 11由密封劑16覆蓋，該密封劑16填充由樹脂封裝12的壁17和底面 20限定的凹口。用于光轉(zhuǎn)換的熒光體表示為塊點(diǎn)21。在傳統(tǒng)的封裝10中，密封劑形成凹彎月鏡22。如前所提到的， 在這種傳統(tǒng)的二極管中，凹彎月鏡22能幫助聚焦特定方向中的光，但 可以減少顏色均勻性。不必說，這也降低通量，換取更高定向強(qiáng)度。 凹彎月鏡22也限定白樹脂封裝12的邊界內(nèi)的密封劑。這能幫助防止 密封劑與其他物體物理接觸，由此至少某種程度上對二極管IO提供一 些物理保護(hù)。圖2示例說明根據(jù)本發(fā)明的封裝二極管25。其中相同的元件具有 與圖l相同的參考數(shù)字。因此，在圖2的側(cè)視圖表面安裝實(shí)施例中， 二極管25包括白樹脂封裝12、 LED芯片11、各個觸點(diǎn)13和14以及 由側(cè)壁17和底面20限定的封裝12中的凹口 。封裝12的壁14和底面 20在它們的反射特性中最好是近Lambertian。用于這些封裝的白樹 脂廣泛可獲得以及本領(lǐng)域易于理解，以及不必詳細(xì)地論述。在圖2中，用26表示密封劑，因?yàn)樗哂胁煌趫D1中所示的 傳統(tǒng)彎月鏡的形狀。特別地，在本發(fā)明中，密封劑形成為基本上平的 透鏡27。后一設(shè)計(jì)在制造期間提供更好遠(yuǎn)場均勻性以及更大亮度通量 的優(yōu)點(diǎn)。密封劑能是適合于本發(fā)明目的以及不干擾芯片的操作的任何材料。如在2006年9月1日提交的共同未決和共同受讓的申請序列號 No.60/824，385， "Phosphor Position In Light Emitting Diodes，，中所闡 述的，當(dāng)LED芯片在光鐠的較高能量部分(例如藍(lán)、紫和紫外線)中 發(fā)射時，密封劑應(yīng)當(dāng)對在該頻率發(fā)出的光子具有低電抗或惰性。因此， 聚硅氧烷("硅酮")樹脂傾向于特別適合于密封劑。盡管發(fā)明人不希望受任何理論束綽，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用平或透鏡27 補(bǔ)充和增強(qiáng)具有Lambertian或近Lambertian遠(yuǎn)場特性的芯片，諸如 可從本發(fā)明的受讓人，Cree Inc.Durham North Carolina獲得的 EZBRIGHTT、 EZRtm LED芯片。包含熒光體在本領(lǐng)域非常公知以及在此將不詳細(xì)地論述。對發(fā)藍(lán) 光二極管，摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAG: Ce)是適合的熒光體材料的 一個例子，因?yàn)樗憫?yīng)較高能量頻率以及作為響應(yīng)發(fā)射黃頻率。如在 前所提到的，這些藍(lán)和黃頻率的結(jié)合能產(chǎn)生白光的適當(dāng)陰影。圖3示例說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。再次，只要適當(dāng)，相同的參 考數(shù)字將表示相同的元件。在圖3中，封裝二極管用30表示以及包括 白樹脂封裝12中的LED芯片11。然而，在圖3中，密封劑用34表 示，以及形成為適度圓頂透鏡31。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)保持在白樹脂封裝12的 頂面32的約50微米內(nèi)的非常微小的彎月鏡(凹或凸)仍然提供如圖 2中所示平面的均勻性好處。50微米尺寸限定在彎月鏡33的最高(最 低)部分和白樹脂封裝12的頂面32間。作為比例比較，封裝12將具 有長度、寬度和高度約2-4亳米量級的尺寸。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明，通過由密封劑34中的點(diǎn)表示的光漫射 器，能增強(qiáng)與圓頂透鏡31的混合的輻射。 一般地說，漫射器是任何物 體集，可能包括密封劑中的氣泡，在密封劑34內(nèi)物理地散射光。圖2和3示例說明熒光體21最好直接位于芯片ll和白樹脂封裝 12的底面20上或非常接近它們。用于以這種方式定向熒光體的方法 在先前包含的申請No.60/824，385 ， Phosphor Position in Light Emitting Diodes中闡述過。圖4是相對于圓頂透鏡31，與圖3類似的根據(jù)本發(fā)明的二極管40的截面圖。在圖4中，然而，用41表示密封劑，因?yàn)樗话?射器。用42表示熒光體，因?yàn)樗鼉H覆蓋芯片11的發(fā)射區(qū)。以這種方 式限制熒光體42的位置允許圓頂透鏡31稍大一些，同時仍產(chǎn)生良好 的顏色均勻度。通過這種適度的圓頂31 (圖3和4 )，能優(yōu)化光提取和效率，以 及適度的圓頂能提供在特定方向中聚焦光同時在其他方向中不聚焦光 的優(yōu)點(diǎn)。反過來這最大化與用作用于平面顯示器(特別是包括液晶) 的那些的背光單元的一部分的平面部件諸如光導(dǎo)的耦合。在這些應(yīng)用 中，本發(fā)明提供將光牢固地聚焦在光導(dǎo)的平面內(nèi)同時以最大效率和均 勻性在平面上擴(kuò)展它的能力。圖5示例說明該原理，其中，沿光導(dǎo)47的后邊緣46,放置根據(jù) 本發(fā)明的兩個二極管(分別用45表示)。如由矢量箭頭50所示，稍 微圓頂?shù)膹澰络R(圖3和4中的31)能產(chǎn)生比在光導(dǎo)47的主要平面 中更多的光，同時避免浪費(fèi)那一平面上和下的光，由此增加二極管45 和光導(dǎo)47的結(jié)合效率。圖5還示例說明在一些實(shí)施例中，用矩形輪廓而不是方形或圓形 輪廓特征化側(cè)視圖表面安裝二極管。在這些情況下，適度地圓頂密封 劑的發(fā)光表面形成弧狀輪廓，其在主發(fā)射的方向中延伸，如由圖5進(jìn) 一步例示，朝向二極管意圖照射的光導(dǎo)的邊緣。在這些情況下，如果單獨(dú)地看密封劑，其從白樹脂封裝(例如圖 1-4中的12)延伸的程度將限定具有一個矩形側(cè)面的立體多邊形，垂 直于矩形面的兩個弧狀平面，以及從矩形側(cè)面的頭到尾延伸并跟隨兩 個弧狀平面的弧的垂直曲線壁。這將在表面安裝LED和表面安裝側(cè)視 圖LED中更常見的半球面或其他部分球面與本發(fā)明的圓頂區(qū)別開。將理解到根據(jù)本發(fā)明的圓頂31或平面透鏡27不必在單一步驟中 形成。因?yàn)閺澰络R27， 3在制造中的變化幾乎不可避免，將導(dǎo)致顏色 點(diǎn)的初始可變性、顏色均勻度、強(qiáng)度和遠(yuǎn)場輪廓(或這些的任一組合)。 例如，密封劑10的高度或位置的小到IO微米的變化能限定有用和失 敗二極管間的差異。因此，在本發(fā)明中，通過連續(xù)應(yīng)用薄層的附加密封劑，直到產(chǎn)生所需特性為止，能重制密封劑。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中闡述的附圖和說明書中，盡管采用特定 的術(shù)語，但僅在一般和描述意義上使用它們，而不是用于限制目的， 本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光封裝二極管，包括發(fā)光二極管芯片，安裝在反射封裝中，其中，與所述二極管相鄰的表面是近Lambertian反射器；在所述封裝中并以所述近Lambertian反射器為界的密封劑；在所述密封劑中的熒光體，其轉(zhuǎn)換由所述芯片發(fā)出的頻率，以及結(jié)合由所述芯片發(fā)出的頻率產(chǎn)生白光；以及基本上平的彎月鏡，由限定所述封裝二極管的發(fā)射面的所述密封劑形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的封裝二極管，包括具有近Lambertian遠(yuǎn) 場圖的發(fā)光二極管芯片。
3. 如權(quán)利要求1所述的封裝二極管，其中，所述密封劑包括多 層所述密封劑。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述發(fā)光二極管由ni族氮化物材料體系形成。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述熒光體包 括摻雜鈰的釔鋁石榴石。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述反射封裝 包括白樹脂。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述密封劑包 括漫射器。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述密封劑包 括聚硅氧烷樹脂。
9. 一種顯示器，其結(jié)合光導(dǎo)在側(cè)視圖表面安裝定向中包含權(quán)利 要求l的封裝二極管。
10. —種發(fā)光封裝二極管，包括發(fā)光二極管芯片，安裝在側(cè)視圖表面安裝反射封裝中，其中，與 所述二極管相鄰的表面是近Lambertian反射器；在所述封裝中并以所述近Lambertian反射器為界的密封劑； 在所述密封劑中的熒光體，其轉(zhuǎn)換由所述芯片發(fā)出的頻率，以及 結(jié)合由所述芯片發(fā)出的頻率產(chǎn)生白光；以及圓頂彎月鏡，由限定所述封裝二極管的發(fā)射面的所述密封劑形成。
11. 如權(quán)利要求10所述的封裝二極管，包括具有近Lambertian 遠(yuǎn)場圖的發(fā)光二極管。
12. 如權(quán)利要求10所述的封裝二極管，其中，所述密封劑包括 多層所述密封劑。
13. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述發(fā)光二 極管由III族氮化物材料體系形成。
14. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述熒光體 包括摻雜鈰的釔鋁石榴石。
15. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述反射封 裝包括白樹脂。
16. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述密封劑 包括漫射器。
17. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，所述密封劑 包括聚硅氧烷樹脂。
18. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光封裝二極管，其中，定向所述熒 光體以便僅覆蓋所述芯片的發(fā)射區(qū)。
19. 一種發(fā)光顯示器，包括 光導(dǎo)；沿所述光導(dǎo)的一個邊緣的至少一個封裝發(fā)光二極管； 所述封裝二極管包括 具有近Lambertian反射器的反射封裝， 在所述反射封裝中的發(fā)光二極管芯片， 在所述封裝中并覆蓋所述芯片的密封劑，在所述密封劑中的熒光體，其轉(zhuǎn)換由所述芯片發(fā)出的頻率以及結(jié)合由所述芯片發(fā)出的頻率產(chǎn)生白光，以及由所述密封劑形成的圓頂彎月鏡，其相對于所述光導(dǎo)的邊緣，限 定所述封裝二極管的發(fā)射面。
20. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，其中，所述封裝二極管 是具有矩形輪廓的側(cè)視圖表面安裝封裝，以及所述圓頂密封劑的發(fā)光 面形成在所述芯片的主發(fā)射方向中延伸并朝向所述光導(dǎo)的所述邊緣的弧狀輪廓。
21. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，其中，所述二極管芯片 由III族氮化物材料體系形成。
22. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，其中，所述反射封裝是 白聚合物樹脂。
23. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，包括沿所述光導(dǎo)的至少 一個邊緣的至少兩個封裝發(fā)光二極管。
24. 如權(quán)利要求23所述的發(fā)光顯示器，其中，所述光導(dǎo)為矩形 以及具有基本上平面的尺寸。
25. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，其中，所述密封劑是聚 硅氧烷樹脂。
26. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光顯示器，其中，所述熒光體包括 摻雜鈰的釔鋁石榴石。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的密封劑輪廓，其中具體公開一種發(fā)光封裝二極管，包括發(fā)光二極管芯片，安裝在反射封裝中，其中，與二極管相鄰的表面是近Lambertian反射器。在封裝中的密封劑以Lambertian反射器為界以及在密封劑中的熒光體轉(zhuǎn)換由LED芯片發(fā)出的頻率，以及結(jié)合由芯片發(fā)出的頻率產(chǎn)生白光。由密封劑形成的基本上平的彎月鏡限定封裝二極管的發(fā)射面。
文檔編號H01L33/50GK101232066SQ20071014832
公開日2008年7月30日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者克里斯托弗爾·P.·胡塞爾, 大衛(wèi)·T.·艾莫森, 布萊恩·T.·柯林斯, 邁克爾·J.·伯格曼 申請人:克里公司