專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件的陣列的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。具 體地說，本發(fā)明涉及采用顏色轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件來產(chǎn)生該半導(dǎo)體器件發(fā)射的原初光(primary light)與將該原初光用作激發(fā)光由顏色轉(zhuǎn)換熒光體材 料等進(jìn)行過顏色轉(zhuǎn)換的二次發(fā)射光的顏色混合的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
采用半導(dǎo)體發(fā)光器件(下文中，稱為"LED芯片"或簡單稱為"芯 片")的半導(dǎo)體發(fā)光裝置已經(jīng)用于各種類型的發(fā)光器，如前燈、街燈、背 光燈、顯示器，以及普通照明設(shè)備。為了產(chǎn)生期望顏色的發(fā)射光，如白 光，半導(dǎo)體發(fā)光裝置通常采用發(fā)光器件和用作波長轉(zhuǎn)換材料的熒光體的 組合。針對這種利用顏色轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，可以釆用 下面的方法，將熒光體層設(shè)置到發(fā)光裝置中包括的多個(gè)LED芯片的陣列。如圖1A所示， 一種方法包括將包含熒光體的懸濁液(suspension) 涂至安裝在基板121上的LED芯片122，并且涂至接觸電極(未示出)， 干燥該懸濁液，由此在LED芯片122周圍以均勻厚度形成熒光體層123。 例如在日本特表No. 2003-526212 (對應(yīng)于CN申請No. (U806034.X、 EP 申請No. 2001919164、 US申請No. 10204576)中公開了這種方法。另一 方法包括利用構(gòu)圖成芯片形狀的金屬掩模通過絲網(wǎng)印刷形成熒光體層。 這種方法公開于日本特開No. 2006-313886中。根據(jù)這種方法，如圖IB 所示，熒光體層123不僅沉積在芯片122的上表面上而且淀積在各芯片 122之間。如圖1C所示，又一方法包括將含熒光體的樹脂分散液涂至單 個(gè)LED芯片122上，由此，僅在芯片122的上表面上形成熒光體層123。已經(jīng)提出了除了上述三種方法以外的另一方法，在該方法中，將熒 光體層與多個(gè)LED芯片的陣列分離地形成(參見日本特開No.2004-288760)。在這些常規(guī)方法中，如上所述，將熒光體層直接形成在LED芯片上。 當(dāng)使用多個(gè)LED芯片的陣列時(shí)，如果從上方觀察，則在發(fā)射面內(nèi)特別是 在芯片之間有色度和亮度發(fā)生變化。更具體地說，當(dāng)如圖1A所示地單個(gè)芯片122涂覆有熒光體層時(shí)，發(fā) 射光在芯片122之間重復(fù)反射，并由此由熒光體進(jìn)行多次顏色轉(zhuǎn)換。這 導(dǎo)致增更多的向黃色偏移的光分量。因此，當(dāng)從芯片122的上表面觀察 時(shí)，與恰好在芯片122上方的色度相對地，在芯片122之間觀察到向黃 色偏移。更糟的是，因?yàn)樵谛酒?22之間不存在發(fā)光部分，所以當(dāng)從芯 片122的上表面觀察時(shí)在芯片122之間未發(fā)光部分呈現(xiàn)為暗條紋。在如圖1B所示的整個(gè)芯片122涂覆有熒光體層123的情況下，存在 于芯片122之間的一部分熒光體會(huì)比任何其它部分接收更少量的激發(fā)光。 具體來說，在該部分熒光體中越深(越接近于基板121)，到達(dá)的激發(fā)光 的量更少。因此，與激發(fā)光更多的恰好在芯片122的上方相比，可以認(rèn) 為熒光體在該部分處具有相對更高的濃度。發(fā)光裝置提供的表觀顏色取 決于芯片122發(fā)射的光(激發(fā)光)的顏色和熒光體發(fā)射的光的顏色的顏 色混合。由此，當(dāng)從芯片122的上表面上方觀察時(shí)，相對于恰好在芯片 122上方展示的表觀顏色，在芯片122之間觀察到顏色朝向黃色偏移。在如圖1C所示的僅僅是單個(gè)芯片122的上表面涂覆有熒光體層123 的情況下，可以在芯片122的上表面上獲得均勻顏色混合。然而，由于 芯片122之間缺乏發(fā)射光分量，因而，當(dāng)從芯片122的上表面上方觀察 時(shí)，白色發(fā)光芯片122之間的那些非發(fā)光部分呈現(xiàn)為暗條紋。當(dāng)將這種發(fā)光裝置(LED封裝)用作由凸透鏡、反射鏡以及其它組 件組成的光學(xué)系統(tǒng)的光源時(shí)，色度和亮度的變化可顯著地呈現(xiàn)在通過該 系統(tǒng)投影的圖像中。為了減小這些變化，可以在發(fā)光部分的頂部上設(shè)置 特定層，并且該層包含光漫射劑，如可以使光漫射和散射的精細(xì)硅石微 粒。然而，這不足于消除色度和亮度中的那些變化，而是引發(fā)了另一個(gè) 問題，即光漫射層導(dǎo)致光通量降低。與此相反，可以在多個(gè)LED芯片的上表面上設(shè)置熒光體層，并且在芯片與熒光體層之間具有間隙。在這種情況下，顯著抑制了色度和亮度 的前述變化。然而，這種類型的發(fā)光裝置難于減小其光源尺寸。為了易 于光學(xué)設(shè)計(jì)，期望減小光源尺寸。發(fā)明內(nèi)容鑒于與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的這些問題而設(shè)計(jì)了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是，提供一種包括直接設(shè)置有波長轉(zhuǎn)換層的LED芯片并且顯著減小 色度與亮度的變化的發(fā)光裝置。根據(jù)本發(fā)明的第一方面， 一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括 多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件，每個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件都具有上表面和側(cè)表面，所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件利用相鄰半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)表面之間的間隙彼此隔開；和波長轉(zhuǎn)換層，該波長轉(zhuǎn)換層包含用于轉(zhuǎn)換由所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器 件發(fā)射的光的至少一部分的波長的波長轉(zhuǎn)換材料，所述波長轉(zhuǎn)換層形成 為橋接所有半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述上表面。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括不透 明器件基板和在所述不透明器件基板上形成并且具有側(cè)表面的半導(dǎo)體層 疊部，并且所述半導(dǎo)體層疊部的側(cè)表面可以覆蓋有所述波長轉(zhuǎn)換層。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件可包括透明 器件基板和在所述透明器件基板上形成并且具有側(cè)表面的半導(dǎo)體層疊 部，并且所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的不面對另一半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述側(cè)表 面可以覆蓋有所述波長轉(zhuǎn)換層和反射層中的任何層。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件之間的所述 間隙可以填充有包括反射部件和散射部件中的任何部件的填充部件。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述填充部件可以被設(shè)置成比所 述半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述上表面更高。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述波長轉(zhuǎn)換層的與所述間隙相 對應(yīng)的部分可以被設(shè)置成比該波長轉(zhuǎn)換層在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述 上表面的厚度更薄。在如上構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，所述波長轉(zhuǎn)換材料可以是熒光體。將所述波長轉(zhuǎn)換層形成為鏈接在分離地設(shè)置的^ 述多個(gè)LED芯片的 上表面部分(實(shí)質(zhì)發(fā)光部分)之間，由此，可以提供在發(fā)射面內(nèi)減小了 亮度和色度變化的發(fā)射光。


參照附圖，可從下面的說明清楚地看到本發(fā)明的這些和其它特性、特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1A、 1B以及1C是例示相應(yīng)現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光裝置的圖；圖2A和2B是例示根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的圖；圖3A、 3B以及3C是例示用于本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的半導(dǎo)體器 件的圖；圖4是例示用于圖2A和2B所示半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法的說明圖；圖5A和5B是例示根據(jù)本發(fā)明第二示示例性施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的圖；圖6A和6B是例示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的圖；圖7A和7B是例示根據(jù)本發(fā)明第四示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的圖；圖8A和8B是例示根據(jù)本發(fā)明第五示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的圖；圖9A和9B是例示根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置的圖；圖IOA、 10B以及IOC是例示根據(jù)第一實(shí)施例與比較例的LED裝置 的亮度分布的圖；圖IIA、 11B以及IIC是例示根據(jù)第一實(shí)施例與比較例的LED裝置 的色度分布的圖；圖12A和12B是例示根據(jù)第二實(shí)施例的LED裝置的亮度分布和色 度分布的圖；以及圖13A和13B是例示根據(jù)第三實(shí)施例的LED裝置的亮度分布和色 度分布的圖。
具體實(shí)施方式
下面，根據(jù)示例性實(shí)施方式，參照附圖，對本發(fā)明的發(fā)光裝置進(jìn)行 說明。通過實(shí)施例，下面要討論的示例性實(shí)施方式釆用了具有設(shè)置在一個(gè) 基板(封裝)上的多個(gè)LED芯片的陣列的所謂的白光LED裝置。該白 光LED裝置可包括藍(lán)色發(fā)光LED和基于YAG的熒光體的組合，該基于 YAG的熒光體被用作波長轉(zhuǎn)換材料并由LED發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)以發(fā)射黃橙 色光。該白光LED裝置形成藍(lán)色和黃橙色的顏色混合，由此提供補(bǔ)充白 光照明。然而，本發(fā)明不限于上述構(gòu)造的白光LED裝置，而還可以應(yīng)用 于任何LED裝置，只要它們采用顏色轉(zhuǎn)換發(fā)光器件以便利用LED和波 長轉(zhuǎn)換材料的組合提供指定發(fā)射光即可。<第一示例性實(shí)施方式>圖2A和2B示出了第一示例性實(shí)施方式。圖2A例示了具有設(shè)置在 一個(gè)基板101上的四個(gè)LED芯片102的白光LED裝置的截面圖，而圖 2B例示了當(dāng)從白光LED裝置的上表面上方觀察時(shí)的該白光LED裝置。 盡管圖2B示出了隱藏在波長轉(zhuǎn)換層(下文中，也稱為"熒光體層")下 面的LED芯片的部分，但LED芯片的整個(gè)上表面實(shí)際上涂覆有熒光體 層。應(yīng)注意到，在下文中，將單個(gè)LED芯片稱為LED芯片或芯片，而 將四個(gè)芯片的陣列稱為芯片陣列。LED芯片102各自被設(shè)置成具有例如沉積在器件基板上的一個(gè)或更 多個(gè)導(dǎo)電半導(dǎo)體層(n型或p型)，并且可以根據(jù)器件基板的類型和如何 排列半導(dǎo)體層而分類成如圖3A到3C所示的三種類型。圖3A的類型1 的芯片具有沉積在不透明器件基板1022上的半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體層疊部) 1021，該芯片允許光透過該半導(dǎo)體層(發(fā)光側(cè))。這種類型的芯片一般具有朗伯(Lambertian)方向特性。與器件基板相比，半導(dǎo)體層1021薄得 多，并且在發(fā)射面積上與它們的上表面相比，其側(cè)表面更小，從而導(dǎo)致 側(cè)表面比上表面發(fā)射低得多的功率。圖3B的類型2的芯片具有沉積在透 明器件基板1022上的半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體層疊部)1021，該芯片允許光透 過該器件基板(發(fā)光側(cè))。圖3C的類型3的芯片具有沉積在透明器件基 板1022上的半導(dǎo)體層1021，該芯片允許光透過該半導(dǎo)體層(發(fā)光側(cè))。 類型2和3的芯片允許光透過透明器件基板的側(cè)表面，從而導(dǎo)致側(cè)表面 一般發(fā)射出與上表面相同的輸出。本發(fā)明的每一個(gè)示例性實(shí)施方式都可 應(yīng)用于這些類型的LED芯片102中的任何一種。然而，在不允許從器件 基板1022漏光的情況下，第一示例性實(shí)施方式優(yōu)選地特別適用于類型1 的LED芯片。LED芯片102在上表面上設(shè)置有對半導(dǎo)體層1021進(jìn)行引線接合需要 的焊盤部(pad section) 102a。盡管圖2A和2B所示LED芯片102僅具 有一個(gè)焊盤部102a，但它還可以具有兩個(gè)或更多個(gè)焊盤部。LED芯片102 還可以不在其上表面上形成電極，即，僅向其下表面建立電連接。如圖所示，本示例性實(shí)施方式的白光LED裝置100設(shè)置成使得在基 板101上按預(yù)定間隔設(shè)置四個(gè)LED芯片102，并且在LED芯片102的上 表面上和芯片102之間的間隙(間隔)上部連續(xù)形成熒光體層103。艮P， 熒光體層103橋接在芯片102之間的間隙上。在LED芯片102的上表面 上，在引線接合需要的焊盤部102a處不形成熒光體層103。LED芯片102之間的間隔L (^m)可依賴于從LED芯片發(fā)射的光 的方向特性，但通?？稍?0 |im到250 nm的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在50 |im 到120(im的范圍內(nèi)。隨著間隔L的增加，該部分內(nèi)的熒光體微粒發(fā)射的 光量也隨之增加，由此造成黃光變?yōu)橹饕墓狻晒怏w層103的厚度T (pm)通常在50 pm到400 iam的范圍內(nèi)， 并且優(yōu)選地在50 (im到250 |im的范圍內(nèi)，盡管它還取決于LED芯片102 之間的間隔L。隨著熒光體層的厚度的增加，沿著更長的光路通過熒光體 層傳播的這些分量也會(huì)增加。因此，向黃光偏移的熒光分量主要沿邊緣 方向增加，由此，很可能導(dǎo)致色度和亮度的變化發(fā)生。熒光體層103可由包含在諸如硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂的 樹脂中分散的諸如基于YAG的熒光體的熒光體的材料制成。熒光體層 103可以通過利用掩模的刻版印刷(stencil printing)或通過絲網(wǎng)印刷 (screen printing)來沉積。為了改進(jìn)熒光體層材料(涂覆液)的可印刷 性以及易于橋接，可以將諸如煅制氧化硅的增稠劑添加至涂覆液，由此 可理想地增強(qiáng)涂覆液的粘性和觸變性。可以將由包含分散在樹脂中的熒光體的材料制成的薄片制備為熒光 體片(phosphor sheet),接著利用粘合劑等將其附著于LED芯片102的 上表面，以用作熒光體層103。例如，當(dāng)前實(shí)施方式的白光LED裝置100可以制造如下。首先，將 四個(gè)LED芯片102印模接合到基板101上。接著，如圖4所示，沿兩個(gè) 方向(即，沿芯片陣列的縱向和橫向)將通常厚度上和芯片102大致相 同或略薄的間隔體掩模301定位成包圍芯片102的側(cè)面。另外，將厚度 上和熒光體層103相同并且設(shè)置有開口以覆蓋焊盤部102a的金屬掩模 302定位在芯片102的上表面上。接著，將橡皮刷(squeegee) 303用于 通過刻版印刷涂覆熒光體層涂覆液，并接著固化該涂覆液體，由此形成 熒光體層103。最后，在焊盤部102a處引線接合每一個(gè)LED芯片102。應(yīng)注意到，在圖4的截面圖中，示出的間隔體掩模301具有寬度大 于芯片的開口。使該開口為如此形狀是為了在沿另一截面圖觀察時(shí)覆蓋 芯片的上表面上的引線接合焊盤。因此，在印刷期間，金屬掩模定位為 與弓I線接合焊盤接觸，使得在弓I線接合焊盤上不形成熒光體層。按這種方式使用間隔體掩模消除金屬掩模變形而由此導(dǎo)致在印刷期 間橡皮刷被金屬掩模抓住的問題的發(fā)生。還可以防止因金屬掩模變形而 使得熒光體層比其設(shè)計(jì)厚度薄。作為當(dāng)前實(shí)施方式的另一制造方法，還可以使用熒光體片。在這種 情況下，例如，利用前述金屬掩模302通過刻板印刷將熒光體層材料沉 積在可釋放耐熱膜上，并接著固化，由此獲得這種熒光體片。另一方面， 將四個(gè)LED芯片102印模接合到基板101上，并接著將每一個(gè)LED芯 片102引線接合在焊盤部102a上。接著，將熒光體片102粘合到預(yù)先涂覆有諸如基于硅酮的粘合劑的粘合劑的芯片的上表面上。由此，獲得具 有在芯片的上表面上并且在芯片之間的間隙上形成的均勻熒光體層的白光LED裝置。在釆用熒光體片的方法的情況下，可以在焊盤部102a處引線接合之 后放置熒光體片。由此，可以避免污染引線接合焊盤。這種方法比通過 刻板印制的制造方法更有優(yōu)勢。這種方法即使在芯片的高度上存在變化 并且高度上存在階差(step-wise difference)也不會(huì)引起熒光體層的厚度 上的變化。而且，當(dāng)將熒光體片放置在芯片上時(shí)，粘合劑的表面張力使 得芯片的邊緣和熒光體片的邊緣彼此自對齊。由此，可以準(zhǔn)確地定位熒 光體片。在當(dāng)前實(shí)施方式中，熒光體層103被形成為橋接于芯片之間的間隙 上，以使芯片之間尤其是靠近基板處不存在熒光體。這種構(gòu)造使得熒光 體層103的橋接部分通過通過來自兩側(cè)芯片的激發(fā)光而發(fā)光。由此，可 以減小芯片之間呈現(xiàn)條紋狀暗的非發(fā)光部分的可能性，并且防止熒光體 的量相對于到達(dá)熒光體的激發(fā)光的量變得過多。由此，可以減小亮度和 色度的變化。與此相反，利用填充在LED芯片之間的透明樹脂，入射在芯片之間 的透明樹脂部分上的來自熒光體層的光被芯片的側(cè)面和基板的上表面吸 收。在這種情況下，在LED芯片之間將出現(xiàn)亮度下降。相反的是，在當(dāng) 前實(shí)施方式中，在LED芯片之間存在空氣層。該空氣層可以反射來自熒 光體層的光，由此，可以更有效地防止芯片之間的亮度的降低。為此， 優(yōu)選的是，如下討論地在LED芯片之間形成空氣層，或反射層或散射層。 因此，為了密封本實(shí)施方式的LED裝置，優(yōu)選的是，至少在LED芯片 之間不填充沒有添加反射材料或散射材料的透明樹脂。<第二示例性實(shí)施方式>圖5A和5B示出了第二示例性實(shí)施方式的白光LED裝置。本示例 性實(shí)施方式和第一示例性實(shí)施方式的相同之處在于將熒光體層103形成 為橋接芯片。然而，第二示例性實(shí)施方式和第一示例性實(shí)施方式的不同 之處在于，LED芯片102的半導(dǎo)體層1021比器件基板1022小，并且將熒光體層103形成為不僅覆蓋半導(dǎo)體層1021的上表面而且覆蓋其側(cè)表 面。除了上述不同以外，LED芯片102的構(gòu)造和熒光體層的材料與第一 示例性實(shí)施方式相同，由此，不再重復(fù)說明。本示例性實(shí)施方式的白光LED裝置例如可以通過涂覆熒光體層涂覆 液以形成熒光體層來制造。在這種方法中，使用了厚度上和器件基板1022 大約相同的間隔體掩模(未示出)，同時(shí)還使用了具有半導(dǎo)體層1021和 在半導(dǎo)體層1021的上表面上形成的熒光體層的總厚度的金屬掩模。如圖 5A所示，這種方法可以形成整體覆蓋半導(dǎo)體層1021并且橋接芯片的熒 光體層103。本示例性實(shí)施方式的白光LED裝置可以并入如圖3A到3C所示的 三種類型的LED芯片中的任一種，但優(yōu)選地并入從側(cè)表面比從上表面提 供大得多輸出的類型l的LED芯片。應(yīng)注意到，如圖5中箭頭所示，熒 光體層103還可以具有突出部，以完全覆蓋端部。本示例性實(shí)施方式的白光LED裝置還設(shè)置有橋接芯片的熒光體層 103。這種構(gòu)造可以減小否則會(huì)呈現(xiàn)在芯片之間的條紋狀暗的非發(fā)光部 分，由此，減小色度和亮度變化。而且，在本示例性實(shí)施方式中，因?yàn)?用作發(fā)光部分的半導(dǎo)體層整體覆蓋有熒光體層，所以可以有效利用從半 導(dǎo)體層發(fā)射的光。而且，與圖1B所示LED裝置相比，可以在厚度上縮 減芯片之間的熒光體層103。由此，可以減小因恰好在芯片的上表面上與 在芯片間之間的激發(fā)光的量的差所導(dǎo)致的相對熒光體濃度的差而造成的 表觀顏色差，即，色度變化。<第三示例性實(shí)施方式>圖6A和6B示出了第三示例性實(shí)施方式的LED裝置，圖6A例示了 其側(cè)截面圖，而圖6B例示了沿圖6A的A-A，線截取的截面圖。本示例性實(shí)施方式的LED裝置與第一示例性實(shí)施方式的不同之處在 于，如圖所示，還在LED芯片陣列的側(cè)面和橫面上形成熒光體層。其他 構(gòu)造與第一示例性實(shí)施方式相同。本示例性實(shí)施方式的LED裝置優(yōu)選地 并入三種類型中如圖3B和3C所示的類型2或類型3的LED芯片。每一 種類型都包括透明器件基板和半導(dǎo)體層，并且從基板的側(cè)面提供與從其輸出。如上所述，芯片陣列的側(cè)面同樣 涂覆有熒光體層103。這種構(gòu)造可以將來自側(cè)面的輸出用作使得設(shè)置在側(cè)面上的熒光體層發(fā)光的激發(fā)光。由此，能夠增加來自LED裝置的總輸出。 應(yīng)注意到，替代在LED芯片陣列的側(cè)面上形成的熒光體層地，還可 以釆用由包含白色顏料或反射材料的樹脂等形成的反射層。例如，在上 側(cè)面上形成熒光體層之前，可以通過利用插入在芯片之間的間隙中的間 隔體掩模執(zhí)行幾次刻板印刷來形成要設(shè)置在側(cè)面上的熒光體層或反射 層?；蛘?，熒光體層或反射層還可以通過在芯片陣列周圍粘合熒光體片 或反射片來形成。<第四示例性實(shí)施方式>圖7A和7B示出了本示例性實(shí)施方式的LED裝置的實(shí)施例。如圖 所示，在本示例性實(shí)施方式中，在沉積熒光體層103之前，在芯片102 之間填充填充劑，以形成肋部104。在本示例性實(shí)施方式中，肋部104的 高度可調(diào)節(jié)成使得芯片的上表面上的熒光體層103的厚度不同于定位在 芯片之間的間隙中的熒光體層的厚度。另外，可以將高反射材料用作肋 部的材料，由此，減小芯片之間的亮度的降低。肋部104的高度優(yōu)選地大于芯片102的厚度。更具體地說，芯片的 上表面上的肋部的突出部分的高度優(yōu)選為芯片上的熒光體層的厚度的 1/4或以上。換句話說，橋接芯片的熒光體層的厚度優(yōu)選為芯片的上表面 上的熒光體層的厚度的3/4或以下。填充劑不限于特定的填充劑而可以是 樹脂類型的。更具體地說，填充劑可以優(yōu)選地由包含諸如白色顏料或反 射微粒的反射材料的樹脂或由包含散射材料的樹脂形成。還可以將諸如 Ti02或Zr02的精細(xì)微粒添加至填充劑。使用反射填充劑或包含散射材料 的樹脂可以減少要在芯片之間吸收的光的量，并且允許光被反射并且從 上表面引出。由此，可以防止芯片之間的亮度的降低。如同第一到第三示例性實(shí)施方式的情況一樣，本示例性實(shí)施方式的 LED裝置還可以這樣制造通過利用金屬掩模等對安裝在基板上的芯片 陣列進(jìn)行刻板印刷來形成熒光體層，并接著在它們的焊盤部處引線接合 心片。應(yīng)注意到，盡管例示的LED裝置具有僅形成在芯片陣列的上側(cè)面上 的熒光體層，但還可以如在第三示例性實(shí)施方式中將熒光體層設(shè)置在芯 片陣列的兩側(cè)面上。在這種情況下，由于填充劑如其沿該圖中的縱向保 持在兩側(cè)面上，因而，熒光體層可以僅沿與該方向正交的方向(即，沿 垂直于該圖的方向)設(shè)置在兩側(cè)面上?；蛘?，可以設(shè)置熒光體層來代替 存在于縱向兩側(cè)面上的填充劑。這些構(gòu)造可以根據(jù)芯片的類型適當(dāng)?shù)剡x 擇。本示例性實(shí)施方式的LED裝置需要在芯片之間設(shè)置填充劑的制造步 驟。然而，可以通過比在芯片之間存在間隙的情況更容易地涂覆來形成 熒光體層。而且，可以調(diào)節(jié)肋部的高度，即，定位在芯片之間的熒光體 層的厚度，由此，控制表觀顏色。由此，可以提供縮減了色度變化的LED 裝置。<第五示例性實(shí)施方式>第五示例性實(shí)施方式的LED裝置的特征在于，存在于芯片之間的熒 光體層的厚度小于存在于芯片的上表面上的熒光體層的厚度。在前述第 一到第三示例性實(shí)施方式中，熒光體層具有整體上均勻的厚度，或者在 芯片之間厚度更大。從LED裝置發(fā)射的光的顏色根據(jù)芯片發(fā)射的色光和 熒光體層發(fā)射的色光的顏色混合來確定。由此，在減小了芯片發(fā)射的光 的量的芯片之間，來自熒光體層的色光變得更具有主導(dǎo)性，以使在熒光 體層的厚度與芯片的上表面上的熒光體層的厚度相比相同或更大時(shí)提供 偏向黃光的亮度。相反，在本示例性實(shí)施方式中，存在于芯片之間的熒 光體層在厚度上可以被做得比上表面上的熒光體層薄，由此，減小表觀 顏色的不均勻度。第五示例性實(shí)施方式的LED裝置釆用厚度依賴于位置的這種熒光體 片，以便提供厚度隨位置改變的熒光體層。圖8A和8B例示了本示例性 實(shí)施方式的LED裝置的側(cè)截面圖。如該圖所示，本示例性實(shí)施方式中采用的熒光體片1031在其表面上 設(shè)置有其中每一個(gè)都具有和芯片之間的間隔大致相同的直徑的多個(gè)下凹 部(depressedportion) 103a。這些下凹部103a在設(shè)置芯片時(shí)按相同間隔形成。這種熒光體片1031可以通過利用模子的注射模塑法來形成，或通 過在如第一示例性實(shí)施方式中通過刻板印刷在可釋放膜上制成的熒光體膜完全固化之前使得該熒光體膜凹陷來形成?；蛘?，熒光體片1031可以 在已經(jīng)形成有突出部的可釋放膜上通過刻板印刷來制成。例示的下凹部 103a具有半圓形截面，但也可以具有諸如字母"V"或"U"的任何形狀。 然而，從模子可釋放性和制造該熒光體片所需強(qiáng)度的觀點(diǎn)來說，半圓形 形狀更優(yōu)選。圖8A所示LED裝置采用利用粘合劑105粘合至芯片陣列的熒光體 片1031作為熒光體層，以使形成有下凹部103a的表面用作上表面(光 通過該上表面發(fā)射)。針對圖8所示LED裝置，將熒光體片1031利用粘 合劑105粘合至芯片陣列，以使熒光體片1031的沒有形成下凹部103a 的表面用作上表面(光通過該上表面發(fā)射)。在任一情況下，將熒光體片 1031定位成使得下凹部103a與芯片之間的間隔對齊。如同第四示例性實(shí)施方式，本示例性實(shí)施方式可以通過將存在于芯 片之間的熒光體層的厚度制成得比上表面上的熒光體層的厚度更小來進(jìn) 一步減小表觀顏色的不均勻度。圖8A和8B所示LED裝置中的任一種都 提供了相同的效果，因?yàn)闇p小了存在于芯片之間的熒光體層的厚度。然 而，圖8B所示LED裝置更為優(yōu)選，因?yàn)檎澈蟿?05的突出部可以減小， 并且可以防止從突出的粘合劑部分漏光。而且，根據(jù)本示例性實(shí)施方式， 使用熒光體片可以用于避免污染引線接合焊盤，而且，即使芯片的高度 上存在變化，也形成具有期望厚度的熒光體層。<其它示例性實(shí)施方式>在前面描述中，已經(jīng)描述了根據(jù)第一到第五示例性實(shí)施方式的本發(fā) 明的發(fā)光裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的發(fā)光裝置也可以通 過將這些示例性實(shí)施方式恰當(dāng)?shù)亟M合在一起、并入其它組件或修改熒光 體層的形狀來實(shí)現(xiàn)。例如，作為熒光體層的形狀，例示了整形成盤狀或具有與芯片之間 的間隙相關(guān)聯(lián)的下凹部的熒光體層。然而，例如，如圖9A和9B所示， 熒光體層還可以整形成字母"C"狀，或柱面透鏡。還可以通過在盤狀熒光體層上堆積沒有熒光體微粒的層而按不同形 狀形成熒光體層。沒有熒光體微粒的層的示例包括具有更高折射率的樹 脂層或包含用于散光目的的諸如硅石微粒的散光材料的樹脂層。即使使用熒光體片，也可以形成肋部。[實(shí)施例〗[第一實(shí)施例]將各自具有980拜的側(cè)面長度的四個(gè)LED芯片按芯片之間的間隔 L-200^im安裝到陶瓷封裝(基板)上。通過刻板印刷(金屬掩模印刷) 將厚度200 |im的熒光體層形成在LED芯片上。為了形成熒光體層，使用基于硅樹脂的熱固性樹脂的熒光體分散液， 該分散液通過混合硅基熱固性樹脂和27 wt^基于YAG的熒光體以及用 于控制粘度的13 wt^的煅制氧化硅來制備。利用厚度200 Mm的不銹鋼 刻版(金屬掩模)印刷熒光體層。在印刷之后，將熒光體層在150攝氏 溫度加熱兩個(gè)小時(shí)，以使固化硅酮樹脂，由此，形成厚度與金屬掩模大 致相同的熒光體層。此后，利用金絲(gold wire)接合LED芯片的上表 面上的焊盤部，由此，制造如圖2A和2B所示構(gòu)造的LED裝置。在這種 LED裝置中，在熒光體層下的芯片之間形成空氣層。[比較例1]使用具有和第一實(shí)施例的LED芯片陣列相同的LED芯片陣列的 LED裝置，以使允許通過電泳沉積粘合熒光體微粒，以覆蓋單個(gè)芯片。 隨后，用基于硅樹脂的熱固性樹脂覆蓋其表面，由此，制造圖1A所示構(gòu) 造的LED裝置。該熒光體層厚度大約為30 |im。[比較例2]使用具有和第一實(shí)施例的LED芯片陣列相同的LED芯片陣列的 LED裝置，以使混合有27 wt。/。的基于YAG的熒光體的基于硅樹脂的熱 固性樹脂的熒光體分散液覆蓋芯片陣列和芯片之間。由此，如圖1B所示 構(gòu)造LED裝置。該熒光體層厚度大約為200 iam。對根據(jù)第一實(shí)施例和比較例1和2制造的LED裝置的亮度分布和色 度分布進(jìn)行測量。圖10A到10C示出了亮度分布的測量結(jié)果。圖10A示出了比較例l的結(jié)果，圖10B示出了比較例2的結(jié)果，而圖10C示出了 第一實(shí)施例的結(jié)果。這些圖形示出了發(fā)射面內(nèi)的恰好在封裝上方獲得并 且沿縱截面標(biāo)繪的亮度分布。圖形中的值在最大亮度縮減至100 %的情況 下進(jìn)行了歸一化。水平軸表示封裝上的LED芯片的相對位置(中心處為 零)。根據(jù)所示結(jié)果可以看出，第一實(shí)施例的LED裝置縮減了芯片之間的 亮度變化(亮度降低與最大亮度之比；圖形中看起來像凹谷的那些部分)。圖IIA到IIC示出了色度分布的測量結(jié)果。圖IIA示出了比較例1 的結(jié)果，圖11B示出了比較例2的結(jié)果，而圖IIC示出了第一實(shí)施例的 結(jié)果。這些圖形示出了發(fā)射面內(nèi)的恰好在封裝上方獲得并且沿縱截面標(biāo) 繪的色度分布。圖形中的值示出了相對于芯片上色度(CIE 1931中的x 值和y值)的色度變化。水平軸表示封裝上的LED芯片的相對位置(中 心處為零)。根據(jù)所示結(jié)果，可以看出，第一實(shí)施例的LED裝置縮減了芯片之間 (實(shí)線表示x值，而虛線表示y值)出現(xiàn)的色度差異。具體來說，y值(虛 線)具有縮減的變化范圍。這意味著難于觀察到偏向黃光。 [第二實(shí)施例]利用由AuSn制成并且厚度大約為30 ]iim的導(dǎo)電粘合劑將各自具有 980 ^im的側(cè)面長度和100 pm的高度的四個(gè)LED芯片按芯片之間的間隔 L-100^m安裝到陶瓷封裝(基板)上。將包含30%到40%的氧化鈦的 單分量熱固性粘合劑液體硅樹脂(白色)注入到芯片之間的三個(gè)間隙中， 以使充滿間隙，并接著通過加熱來固化，由此來填充芯片之間?；旌嫌?氧化鈦的硅樹脂具有大約120拜的高度，并且低于經(jīng)由導(dǎo)電粘合劑安裝 在基板上的芯片的上表面。如在第一實(shí)施例中，通過刻板印制(金屬掩 模印刷)將厚度200 ,的熒光體層形成在LED芯片上。隨后，禾l」用金 絲接合LED芯片的上表面上的焊盤部，由此，制造如圖7A所示構(gòu)造的 LED裝置。如在第一實(shí)施例中，第二實(shí)施例的LED裝置也從恰好在封裝上方測 量在發(fā)射面內(nèi)的亮度分布和色度分布。圖12A和12B示出了測量結(jié)果；圖12A示出了亮度分布，而圖12B示出了色度分布。該結(jié)果示出了在第 二實(shí)施例的LED裝置中，芯片之間的熒光體發(fā)射的光被白色填充劑反射 并且從上表面引出，由此，防止芯片之間的亮度降低。這反過來又縮減 了該面內(nèi)的亮度變化和色度變化。應(yīng)注意到，在本實(shí)施例中，填充在芯片之間的樹脂(肋部)在高度 上低于芯片的上表面。然而，該肋部還可以制成高于芯片的上表面，如 圖7B所示。為了形成比芯片的上表面高的肋部，可以通過利用掩模進(jìn)行 印刷來形成該肋部。[第三實(shí)施例]利用由AiiSn制成并且厚度大約為30 pm的導(dǎo)電粘合劑將各自具有 980 jim的側(cè)面長度和100 ^im的高度的四個(gè)LED芯片按芯片之間的間隔 L-100pm安裝到陶瓷封裝(基板)上。利用金屬掩模印刷混合有23 wt。/。的21 nm的平均微粒直徑D50 (在 分散之前)的氧化鈦和9 wtn/。的煅制氧化硅增稠劑的分散硅樹脂。接著通 過加熱來固化該樹脂，由此在芯片之間形成高度200 nm的肋。隨后，在 LED芯片的上表面上和肋部上通過金屬掩模印刷形成熒光體層，以使熒 光體層具有平坦頂部，并且具有從芯片的上表面起的200 pim厚度和從肋 的上表面起的大約130 pm厚度。隨后，利用金絲接合LED芯片的上表 面上的焊盤部，由此，制造如圖7B所示構(gòu)造的在LED裝置的兩端部上 沒有肋部的LED裝置。如在第一實(shí)施例中，第三實(shí)施例的LED裝置還 從恰好在封裝上方對發(fā)射面內(nèi)的亮度分布和色度分布進(jìn)行測量。圖13A 和13B示出了測量結(jié)果；圖13A示出了亮度分布，而圖13B示出了色度 分布。在第三實(shí)施例的LED裝置的情況下，芯片之間的熒光體發(fā)射的光 被肋反射并從上表面引出，由此防止芯片之間的亮度降低。這反過來又 縮減了該面內(nèi)的亮度變化和色度變化。本發(fā)明可應(yīng)用于白光LED、 LED前燈、LED街燈、背光燈、顯示器， 以及普通照明設(shè)備。具體來說，本發(fā)明可有效應(yīng)用于按原樣投射出發(fā)射 面上色度和亮度的變化的發(fā)光器(illuminator)。這些發(fā)光器的示例包括 供采用凸透鏡和反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)使用以利用發(fā)射面作為光源圖像來投影圖像的LED;前燈組；以及街燈組。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下， 可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。因此，本發(fā)明的目的是要覆蓋落入 所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變型。上述引用的 全部現(xiàn)有技術(shù)通過弓i用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，該半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件，每個(gè)所述半導(dǎo)體發(fā)光器件都具有上表面和側(cè)表面，所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件彼此隔開，在相鄰半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)表面之間具有間隙；和波長轉(zhuǎn)換層，該波長轉(zhuǎn)換層包含用于對由所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)射的光的至少一部分進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換材料，所述波長轉(zhuǎn)換層被形成為橋接全部所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述上表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光 器件包括不透明器件基板和形成在所述不透明器件基板上并且具有側(cè)表 面的半導(dǎo)體層疊部，所述半導(dǎo)體層疊部的所述側(cè)表面覆蓋有所述波長轉(zhuǎn) 換層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光 器件包括透明器件基板和形成在所述透明器件基板上并且具有側(cè)表面的 半導(dǎo)體層疊部，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的不面向另一半導(dǎo)體發(fā)光器件的所 述側(cè)表面覆蓋有所述波長轉(zhuǎn)換層和反射層中的任何層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件之間的所述間隙填充有包括反射部件和散射部 件中的任何部件的填充部件。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述填充部件比 所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的所述上表面高。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層 的與所述間隙相對應(yīng)的部分比所述波長轉(zhuǎn)換層在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的 所述上表面的厚度更薄。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述波長轉(zhuǎn)換材料是熒光體。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光裝置。提供了一種組合有多個(gè)LED芯片和熒光體層的發(fā)光裝置，以顯著地減小色度和亮度的變化。所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED芯片)間設(shè)置有間隙，并且在其上表面上形成有熒光體層，以橋接在LED芯片之間的間隙上。所述熒光體層可以在厚度方面均勻，但優(yōu)選的是，在LED芯片之間的間隙上的厚度小于在LED芯片的上表面上的厚度。所述熒光體層連續(xù)形成于芯片陣列的上表面上，并且在芯片之間不存在熒光體。這可以減小由于間隙或間隙之間存在的熒光體層而可能導(dǎo)致的亮度和色度變化。
文檔編號H01L25/075GK101325195SQ20081009840
公開日2008年12月17日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者原田光范, 安食秀一, 川上康之, 赤木努 申請人:斯坦雷電氣株式會(huì)社