專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管和顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)且具體涉及用在側(cè)視表面安裝場(chǎng)合中并產(chǎn)生白光的封裝LED。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管的基礎(chǔ)物理性質(zhì)在本領(lǐng)域中是廣為人知的并在一些資料中得以說(shuō)明，這些資料包括但并不限于，Sze, Physics of Semiconductor Devices,第二版(1981)以及Sze,Modern Semiconductor Device Physics (1998)。發(fā)光二極管的實(shí)際應(yīng)用也是廣為人知的并在許多資料中以有益的方式得以說(shuō)明，這些資料包括LED Lighting Systems,NLPIPLighting Answers, 2003 年 5 月第 3 期第 7 卷，以及 Schubert, Light Emitting Diodes(劍·橋大學(xué)出版社，2003)。側(cè)視表面安裝式發(fā)光二極管(也被稱(chēng)為“側(cè)面觀察器(side-looker)”或“側(cè)觀察器”(sidelooker))為以下述方式被封裝的LED，即，平行于電路板或類(lèi)似固定件的平面發(fā)出它們的輻射束。這樣，能產(chǎn)生白光的側(cè)觀察器二極管可用于結(jié)合到相對(duì)較小的裝置中，諸如便攜式電話(huà)的彩屏顯示器、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式游戲裝置、以及類(lèi)似的應(yīng)用。這些應(yīng)用經(jīng)常使用液晶顯示器(IXD )、極化材料、和濾色器來(lái)產(chǎn)生全色效果。由于典型的液晶并不產(chǎn)生光，因此它們通常與光源和其他顯示元件一起來(lái)產(chǎn)生希望的可見(jiàn)光輸出。由于許多原因(低成本，長(zhǎng)壽命，可靠性)，發(fā)光二極管經(jīng)常在這種顯示器中用作光源。因此，產(chǎn)生白光的LED對(duì)這些目的尤其有用。在諸如移動(dòng)電話(huà)等體積較小或者低功率的顯示裝置中，一種設(shè)計(jì)方案是沿其他顯示元件的邊緣或周邊放置白光LED 二極管。當(dāng)LED被放置在這種位置時(shí)，它們的輸出基本上平行于而不是垂直于顯示器。因此，被以相對(duì)于規(guī)定的平面(通常為電路板或顯示元件)橫向地發(fā)射輸出的方式封裝的二極管被稱(chēng)為側(cè)視表面安裝式二極管或“側(cè)觀察器”。通常，發(fā)光二極管利用兩種不同的方法產(chǎn)生白光。在其中一種方法中，多個(gè)互補(bǔ)色(complimentary hue)(例如,紅色、綠色和藍(lán)色)LED組合在一起以產(chǎn)生白光。在另一種方法中，發(fā)出可見(jiàn)光譜中較高能量部分(即，藍(lán)光，紫光或紫外光)的發(fā)光二極管與例如當(dāng)被較高能量的光子激發(fā)時(shí)發(fā)出黃光的發(fā)出可見(jiàn)光譜中較低能量區(qū)域的熒光體一起使用。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇，由二極管發(fā)出的輻射與由熒光體發(fā)出的黃色輻射相結(jié)合產(chǎn)生白光。紅-綠-藍(lán)二極管方法能提供在一些情況下色彩更真實(shí)的優(yōu)點(diǎn)，但是通常要求每個(gè)LED色主動(dòng)反饋和對(duì)每個(gè)LED色進(jìn)行控制?？蛇x的是，單個(gè)二級(jí)管與熒光體的方法在物理構(gòu)造和電路等方面略為簡(jiǎn)單，因?yàn)槠鋬H需要單個(gè)(通常為藍(lán)色)LED和一種或多種熒光體，該熒光體通常由鄰近于二極管芯片的密封劑承載。對(duì)于許多這些顯示裝置而言，可見(jiàn)度就是主要目的。因此，從任意給定源獲得盡可能多的光輸出仍然是既定目標(biāo)。然而在側(cè)觀察器LED中，最終用戶(hù)以及某些時(shí)候的中間制造商會(huì)經(jīng)歷可見(jiàn)光輸出低于基礎(chǔ)二極管標(biāo)示的性能。在這點(diǎn)上，半導(dǎo)體二極管(這里將其稱(chēng)為“芯片”)本身的輸出通常以功率的形式表示，例如毫瓦(mW)。然而，因?yàn)槎O管的最終用途是用于顯示器，所以其在封裝使用時(shí)的輸出通常以發(fā)光強(qiáng)度的形式被測(cè)量和表示。發(fā)光強(qiáng)度以坎德拉(candela)(流明/球面度)的形式被測(cè)量。因?yàn)榭驳吕欢x為，555納米(nm)的單色光源在某一強(qiáng)度為I. 46毫瓦/球面度的方向上電磁場(chǎng)的大小，二極管在理論上的理想亮度輸出可根據(jù)其功率輸出計(jì)算得出。然而在實(shí)際情況中，許多因素(其中一些是不可避免的)使得效率從理論值減小為不怎么有效的實(shí)際輸出。作為其中一個(gè)因素，在大多數(shù)LED中產(chǎn)生光的p-n結(jié)并不具有固有的定向輸出。而是，從P-n結(jié)沿所有方向發(fā)射光子。因此，光子在沿這些不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)一些光子會(huì)被吸收或內(nèi)反射。會(huì)減少輸出的其他因素包括熒光體的數(shù)量和組成，其放置位置，密封劑的組成和幾何形狀，以及封裝的幾何形狀。
因此，產(chǎn)生更亮的顯示器要求提高側(cè)視表面安裝式白光發(fā)光二極管的輸出效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是發(fā)光二極管。該二極管包括封裝支架，位于封裝支架上的半導(dǎo)體芯片，芯片包括發(fā)出光譜的可見(jiàn)光部分中的光的有源區(qū)。金屬接觸部與封裝上的芯片電通信。基本上透明的密封劑覆蓋反射性封裝(reflective package)中的芯片。密封劑中的熒光體發(fā)出可見(jiàn)光譜中的與芯片發(fā)出的輻射不同的輻射，并且熒光體發(fā)出的輻射響應(yīng)芯片發(fā)出的輻射。本發(fā)明的另一方面為顯示元件，其將發(fā)光二極管和平面的顯示元件組合在一起。該組合包括大致為平面的顯示元件，發(fā)光二極管定位在顯示元件的周邊上，并且封裝支架引導(dǎo)二極管的輸出基本上平行于顯示元件的平面?；谙旅娼Y(jié)合附圖的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其他目的及優(yōu)點(diǎn)以及它們的實(shí)現(xiàn)方式將變得更加清楚。


圖I是示出被局部封裝的芯片的透視示意圖。圖2是示出包括有熒光體的常規(guī)封裝的LED芯片的示意圖。圖3、圖4和圖5是用在根據(jù)本發(fā)明的裝置中的熒光體顆粒的照片。圖6是色度圖并且示出了各種基本器件的輸出。圖7至圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的封裝的二極管的剖視示意圖。圖14至圖16是根據(jù)本發(fā)明的二極管的側(cè)視圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的顯示元件的示意性透視圖。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2示出了 LED結(jié)構(gòu)的概況，形成適當(dāng)?shù)谋尘耙员阌趯?duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。就本發(fā)明的最廣義而言，本發(fā)明為發(fā)光二極管，其包括封裝支架和在封裝支架上的半導(dǎo)體芯片。在典型實(shí)施方式中，封裝支架是反射性的(或包反射元件)，從而增強(qiáng)光輸出。芯片包括發(fā)出光譜的可見(jiàn)光部分或UV部分中的光的有源區(qū)(層，P-n結(jié));與反射性封裝上的芯片電通信的金屬接觸部；覆蓋反射性封裝上的芯片的基本上透明的密封劑；和密封劑中的熒光體，該熒光體發(fā)出可見(jiàn)光譜中的波長(zhǎng)比芯片發(fā)出的輻射的波長(zhǎng)長(zhǎng)(能量比芯片發(fā)出的輻射的能量低)的輻射，并且該輻射響應(yīng)芯片發(fā)出的輻射的波長(zhǎng)。芯片沿側(cè)視方取向，并且芯片發(fā)出的波長(zhǎng)與熒光體發(fā)出的波長(zhǎng)的結(jié)合產(chǎn)生色度圖上的適當(dāng)界限內(nèi)的白光。就此而言，圖I示出了局部封裝的二極管芯片，其整體標(biāo)為20。因?yàn)樾g(shù)語(yǔ)“發(fā)光二極管”或“LED”經(jīng)常用于整個(gè)封裝器件，因此這里使用術(shù)語(yǔ)“芯片”表示器件的半導(dǎo)體部分。圖I示出了反射性封裝支架21，將參照?qǐng)D7及之后的圖更詳細(xì)地描述該支架的特性和結(jié)構(gòu)。圖I應(yīng)被理解為是示意性的，因此示出的形狀和尺寸僅為了清楚的目的而不能被理解為具體器件的確切表不。如圖I所示，反射性封裝21包括四個(gè)向下傾斜的(或在一些情況下垂直的)限定反射凹部的壁22和底板23。半導(dǎo)體芯片24放置在底板23上從而在反射性封裝21上。雖然芯片24被示意性地示出為矩形24，但是應(yīng)理解芯片24包括有源區(qū)，該有源區(qū)通常包括多個(gè)外延層和發(fā)出光譜的可見(jiàn)光部分或UV部分中的光的p-n結(jié)。一對(duì)金屬接觸部25、26與反射性封裝21上的芯片24電通信。將參照?qǐng)D7及之后的圖詳細(xì)地描述其確切的關(guān)系，但是一般而言，芯片24的導(dǎo)電部分與金屬接觸部中的一個(gè)(圖I中為25)電接觸，而導(dǎo)線(xiàn)27將芯片24與另一接觸部26連接。雖然接觸部25、26被示意性地示出為矩形立體狀，但是應(yīng)理解接觸部25、26的目的在于裝配到適當(dāng)?shù)碾娐钒寤パa(bǔ)器件(complementary device)中，因此它們可以根據(jù)需要而成形。圖2是整體由30標(biāo)示的、示出用于封裝的發(fā)光二極管的另一布置的示意圖。在圖 2中，半導(dǎo)體芯片31直接放置在金屬引線(xiàn)架元件32上。互補(bǔ)的金屬接觸部33形成整個(gè)封裝30的一部分并且通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)34與芯片31電通信。圖2還示出了基本上透明的密封劑，其覆蓋封裝30中在引線(xiàn)架32上的芯片31。雖然圖I中并沒(méi)有示出密封劑，但是如果示意性地描述的話(huà)，密封劑可局部或完全填充在反射性封裝21中由傾斜壁22和底板23限定的凹部中。圖2示出了包括在密封劑35中的整體上由36標(biāo)示的熒光體。熒光體36發(fā)出可見(jiàn)光譜中的輻射，該輻射的能量比芯片31發(fā)出的輻射的能量低以響應(yīng)芯片31發(fā)出的波長(zhǎng)。利用圖I和圖2作為背景，參照剩余的圖可理解本發(fā)明的其他特征。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，熒光體的特性能提高本文所描述類(lèi)型的側(cè)視表面安裝式二極管的輸出效率。大部分的熒光體為通過(guò)包括沉淀和煅燒等化學(xué)反應(yīng)制造的固體材料。在熒光體經(jīng)處理和存儲(chǔ)之后，熒光體的各個(gè)物理顆粒會(huì)成塊。通常，未成塊的熒光體趨于比成塊的熒光體表現(xiàn)得好。另外，因?yàn)槲闯蓧K顆粒的性能較好，所以可以通過(guò)研磨(milling)熒光體來(lái)減小顆粒尺寸。然而，研磨處理由于引入表面缺陷而會(huì)產(chǎn)生降低熒光體的光學(xué)響應(yīng)的非輻射路徑，從而使熒光體的光學(xué)性能下降。為了說(shuō)明，本申請(qǐng)的圖3為示出成塊熒光體的照片，圖4為未成塊熒光體的照片，圖5為已研磨的熒光體的照片。補(bǔ)償藍(lán)色輻射(即，來(lái)自芯片)的適當(dāng)?shù)臒晒怏w包括YAG =Ce(CCx=O. 44，ccy=0. 54)及其衍生物，(Sr, Ba)2Si04 Eu (0. 43,0. 53)，CaGa2S4 :Eu，發(fā)綠光的SrGa2S4 :Eu (ccx=0. 27, ccy=0. 68),以及發(fā)紅光的(Sr, Ca) S Eu (ccx=0. 65, ccy=0. 33),且相關(guān)的發(fā)射坐標(biāo)參照色度(CIE)圖。優(yōu)選地，基于經(jīng)過(guò)給定顆粒的最大尺寸的直徑，熒光體顆粒尺寸應(yīng)大于大約I微米(I Pm)且優(yōu)選地大于大約2 ym，以使效率最大。更小的顆粒趨于避免在密封劑中適當(dāng)?shù)某恋砘蚍植家虼粟呌谝腩伾痪弧．?dāng)然，顆粒太大的話(huà)，不管任何熒光性益處，都會(huì)對(duì)光造成物理阻礙，結(jié)果將會(huì)使性能下降。因此，雖然上限不必是準(zhǔn)確的，但是熒光體顆粒的尺寸范圍優(yōu)選在約2微米到25微米之間。一般認(rèn)為，對(duì)熒光體的顆粒的涂覆將提高它們的處理性能和分散性能。一般認(rèn)為，在數(shù)量上按重量計(jì)小于約百分之一(1%)的例如二氧化硅(SiO2)等納米尺寸(即，小于約15納米)顆粒的無(wú)機(jī)涂層粘附到熒光體表面將起到良好作用。實(shí)施例包括來(lái)自美國(guó)德克薩斯州休斯頓的日產(chǎn)化學(xué)美國(guó)公司(Nissan Chemical America Corporation)的娃膠的 SNOffTEX線(xiàn)。當(dāng)然，該涂層對(duì)于來(lái)自芯片的激勵(lì)頻率和來(lái)自熒光體的發(fā)射頻率是透明的。在優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片由諸如碳化硅(SiC)或III族氮化物等寬帶隙半導(dǎo)體材料制成。實(shí)施例包括來(lái)自美國(guó)北卡羅來(lái)納州達(dá)勒姆的Cree，Inc.，即本發(fā)明的受讓人的芯片。參見(jiàn)，Cree Product,[在線(xiàn)]http //www. cree. corn / products /index, htm (2006年4月)。因?yàn)檫@些芯片的寬帶隙性能，這些芯片趨于發(fā)出可見(jiàn)光譜的藍(lán)色部分。因此，發(fā)出光譜的黃色部分的熒光體對(duì)于發(fā)藍(lán)光的二極管芯片而言是理想的補(bǔ)償。典型的芯片能發(fā)出波長(zhǎng)短至380nm (S卩，在UV中)的光并且能包括以3伏特(V)或更小的正向電壓(以20毫安(mA)電流)工作的芯片。芯片可包括表面粗糙的或透鏡狀的表面或基底以增強(qiáng)光提取。熒光體的組合能夠與藍(lán)色或UV發(fā)光芯片一起使用來(lái)產(chǎn)生白光；例如，藍(lán)色和黃色，藍(lán)色、綠色和紅色，以及藍(lán)色、綠色、黃色和紅色。使用三種或更多種顏色提供選擇特定白點(diǎn)(white point)和更好的顯色性的機(jī)會(huì)。還認(rèn)為,具有不止一個(gè)發(fā)射峰的LED在激勵(lì)一種或多種熒光體來(lái)產(chǎn)生白光是有用的。如本文所使用的一樣，以及在本領(lǐng)域中，術(shù)語(yǔ)“白色”用于描述產(chǎn)生兩種或多種發(fā)射，且該發(fā)射在結(jié)合后對(duì)人眼而言呈現(xiàn)白色陰影(shade ofwhite)的器件的輸出。具體地，照明裝置有時(shí)按照它們的“相關(guān)色溫”(CCT)進(jìn)行分類(lèi)，該相關(guān)色溫將具體裝置的顏色與被加熱到特定溫度的基準(zhǔn)源進(jìn)行比較。根據(jù)本發(fā)明的裝置的CCT至少為4500K至8000K，并且在一些情況下為2700K至10000K。作為描述“白”光的另一種方法，圖6示出了易于理解的色度(或“CIE”)圖。熟悉色度圖以及顏色特性的人將明白當(dāng)兩種色源可用時(shí)，該兩種色源唯一可能產(chǎn)生的顏色結(jié)合將沿著這些顏色之間的單條線(xiàn)落在CIE圖上。通過(guò)增加第三種或第四種顏色，有效的色點(diǎn)(color point)落在由每個(gè)選定顏色的點(diǎn)所限定的多邊形內(nèi)。因此，當(dāng)具有兩種不同發(fā)射的兩種熒光體與芯片及其第三種顏色發(fā)射一起結(jié)合使用時(shí)，二極管發(fā)出的顏色能設(shè)計(jì)成落在色度圖內(nèi)的特定位置處，即，包括白色的特定顏色。CIE圖內(nèi)表示白光的位置在本領(lǐng)域通常是公知的。圖7至圖13示出了芯片、反射性封裝、密封齊U、熒光體、可能的擴(kuò)散體，以及接觸部當(dāng)中及相互之間的各種可能的關(guān)系。圖7示出了整體標(biāo)為40的LED，其中半導(dǎo)體芯片41位于反射性封裝42的底板上，該反射性封裝42通常由諸如聚鄰苯二甲酰胺(例如，來(lái)自美國(guó)喬治亞州的阿爾法利塔的Solvay Advanced Polymers, L. L. C.的AMODEL)白樹(shù)脂或耐熱聚酰胺樹(shù)脂(例如,來(lái)自日本東京都的Kuraray CO.，Ltd的GENESTAR)形成。密封劑43部分填充樹(shù)脂封裝42中的凹部(圖I)并相對(duì)于二極管40的其他幾何形狀的形成彎液面44。在圖7中，熒光體45沉淀(這里限定為大于50%的熒光體沉淀在密封劑43的下25%中)。密封劑中可包括擴(kuò)散體46來(lái)提高光輸出。用于此處時(shí)，擴(kuò)散體為有助于光在密封劑內(nèi)更有效地分散因此提高總輸出的任意固體顆粒。擴(kuò)散體通常為陶瓷，且能相對(duì)于芯片、封裝幾何形狀和熒光體被選擇或修改。例如，用作擴(kuò)散體的二氧化硅顆粒提供在值上更接近于典型的密封劑的折射率，因此用作“較弱的”擴(kuò)散體。這使得損失較低。而且，SiO2是容易且可廣泛獲得的。碳化硅(SiC)可用作擴(kuò)散體，也具有相對(duì)低的損失，但是碳化硅的高折射率使其為強(qiáng)擴(kuò)散體，這在某些情況下是有利的。但是，碳化硅在小顆粒尺寸下通常比二氧化硅更難以 加工。能容易地獲得并且能根據(jù)需要結(jié)合諸如二氧化鈦(Ti02)等的其他陶瓷。除了陶瓷，或者除了將它們分散在密封劑中，擴(kuò)散體實(shí)際上能被預(yù)成型為獨(dú)立件然后被定位在希望的位置處。如圖7所示，擴(kuò)散體46能被放置在芯片41和熒光體45之上且通常懸浮在密封劑層中。圖7還示出了與(白)樹(shù)脂封裝42 —起的接觸部47。圖8為芯片41和一些周?chē)姆糯笠晥D。在圖8中，熒光體45以有時(shí)被稱(chēng)為“水滴狀”的定向直接集中在芯片41上。擴(kuò)散體46定位在彎液面44與熒光體45之間的密封劑43中。封裝42的一些部分形成圖8的背景。導(dǎo)線(xiàn)50將芯片41的至少一個(gè)電極與其中一個(gè)接觸部(圖8中未示出)連接。圖9不出了整體標(biāo)為52的實(shí)施方式(且與圖7和圖8中相同的兀件由相同標(biāo)號(hào)表示)，其中熒光體45借助于例如電泳淀積的淀積處理被放置在芯片41上。這種淀積以非常均勻的方式相對(duì)于芯片41、密封劑43和封裝42定位熒光體。圖10以放大的方式示出了以下的實(shí)施方式其中熒光體被包括在作為另一零件的部件的直接定位在芯片41之上的預(yù)制件54中。另外，圖10的其他元件與圖7至圖9中的其他兀件一樣。圖11示出了與圖10類(lèi)似的布置，但是在芯片41和熒光體之間具有指定間隙56或物理間隔元件(或透明間隔件)。間隙的存在使得光有機(jī)會(huì)在撞擊熒光體預(yù)制件(或其他)54之前逃離芯片41，因此防止緊鄰的熒光體在光有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換為較低頻率之前物理地阻擋光。在還一實(shí)施方式(未示出)中，擴(kuò)散體46可以比熒光體放置得更靠近芯片41，因此在光撞擊突光體之前使光擴(kuò)散。在典型實(shí)施方式中，密封劑由一種或多種合成物形成，根據(jù)合成物的物理性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)進(jìn)行選擇。用于密封劑的典型合成物包括硅、環(huán)氧樹(shù)脂、合成橡膠、某些凝膠、熱塑樹(shù)脂和丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。通常，密封劑應(yīng)在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)是透明的，且應(yīng)不能與芯片中的材料、封裝、熒光體或擴(kuò)散體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或是惰性的。如果可能的話(huà)，密封劑應(yīng)抗光化學(xué)反應(yīng)，且應(yīng)提供希望的環(huán)境保護(hù)以及必要的物理強(qiáng)度。這些具體因素中的每一者對(duì)于特定情況可能是尤為重要的，因此應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行最佳的選擇改變。密封劑的折射率(Ik)的范圍通常在約I. 4到約16之間。密封劑的進(jìn)一步特征在于具有在這個(gè)范圍內(nèi)在稍微高些(I. 5-1. 6)或低些(I. 4-1. 5)的折射率。高折射率的密封劑具有優(yōu)點(diǎn)但可能透過(guò)性不像低折射率材料那樣好。另外，折射率在I. 4-1. 5范圍內(nèi)的材料趨于在更廣的范圍內(nèi)可獲得。密封劑的透明度應(yīng)能透射超過(guò)95%的在約460納米到550納米之間的波長(zhǎng)，且損失少于I分貝/厘米。從物理觀點(diǎn)出發(fā)，密封劑樹(shù)脂應(yīng)具有在約20到100之間的邵氏D硬度(Shore Dhardness),合成橡膠在邵氏A硬度計(jì)(Shore A scale)上應(yīng)在約10到95之間,凝膠在邵氏00硬度計(jì)(Shore OOscale)上應(yīng)在約10到50之間。根據(jù)所希望的或所需的加工特性，可為了有利來(lái)考慮密封劑材料的固化溫度(curing temperature)。在諸如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖13示出的實(shí)施方式等許多實(shí)施方式中，密 封劑具有負(fù)彎液面44。限定為封裝壁與彎液面之間的距離的彎液面的深度可根據(jù)不同的目的進(jìn)行選擇且通常范圍在0 (平面液面)到500微米。在約320微米和280微米之間的彎液面深度提供較窄的視角(90-110° )和較高的顏色均一性(color uniformity)。約260微米的深度在更寬的視角(110-120° )提供顏色均一性。如果需要的話(huà)，如圖12所示，密封劑43可形成圓頂部(透鏡部)60。在典型實(shí)施方式中，圓頂部在封裝42的頂部上方的高度在約60微米到400微米之間。根據(jù)液面44或圓頂部60的尺寸和形狀,可產(chǎn)生近朗伯遠(yuǎn)場(chǎng)(near-Lambertian far_field)圖形。某些形狀能有助于使光提取最大化，但是這么做的代價(jià)(即，交換)是損失一些顏色均一性。但是，如果需要的話(huà)，可調(diào)整熒光體和擴(kuò)散體的位置來(lái)獲得所希望的結(jié)果。如前所述，芯片(在大部分圖中為41)優(yōu)選發(fā)出相對(duì)較高能量的頻率，該頻率起到兩個(gè)作用。第一，熒光體將較高能量(較短波長(zhǎng))的光子轉(zhuǎn)換為第二種顏色的較低能量(較長(zhǎng)波長(zhǎng))的光子。第二，沒(méi)有轉(zhuǎn)換的較高頻率的光子與來(lái)自熒光體的較低頻率的光子的結(jié)合能夠產(chǎn)生白光。因此，芯片優(yōu)選地由寬帶隙材料形成，該材料在典型實(shí)施方式中為III族氮化物中的一種。利用這些在垂直導(dǎo)電基底(例如，碳化硅)上的或已經(jīng)去除了基底的芯片，使得整個(gè)封裝能具有有利的幾何形狀。當(dāng)與導(dǎo)電基底一同使用時(shí)，芯片可被限制到單個(gè)頂面接觸部，從而使得多個(gè)頂面接觸部是可選的而不是必須的。芯片還可以是凸塊接合(bump bond)，而沒(méi)有頂面接觸部。優(yōu)選的是，芯片的縱橫比以有效的方式與所希望封裝的尺寸相匹配。因此，芯片輪廓可以為方形或?yàn)榭v橫比為I. 2,1. 5,2. 0或甚至更大(以及在它們之間)的矩形。雖然在一些情況下，對(duì)于某些場(chǎng)合，輻射通量較低的芯片也是可以接受的，優(yōu)選的是，芯片具有大于30毫瓦的輻射通量。如上所述，為了獲得所希望的顏色，芯片的主波長(zhǎng)應(yīng)在約430納米到470納米之間，且峰值波長(zhǎng)在約380納米到470納米之間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，術(shù)語(yǔ)主波長(zhǎng)很少表示低于約430納米。如背景技術(shù)中進(jìn)一步所提及的一樣，封裝可結(jié)合三個(gè)芯片來(lái)形成產(chǎn)生白光的三色像素。三色像素提供既不需要過(guò)濾器也不需要熒光體來(lái)產(chǎn)生白光的優(yōu)點(diǎn)。然而，這種像素需要額外的引線(xiàn)和電路。芯片厚度是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。然而，應(yīng)明白厚度是相對(duì)的，對(duì)于一些場(chǎng)合而言，相對(duì)較厚的芯片是優(yōu)選的，而對(duì)于其他場(chǎng)合而言，相對(duì)較薄的芯片是優(yōu)選的。如果是透明的，則較厚的芯片將有助于實(shí)現(xiàn)白色均一性而較薄的芯片趨于增加亮度。通常，芯片的外延膜部分相對(duì)較小，且一般大小約為2 U m的數(shù)量級(jí)。然而，整個(gè)芯片尺寸的范圍一般在約25 ii m上至250 u m之間。25 y m的芯片具有亮度優(yōu)點(diǎn)，但是其小尺寸使得難以對(duì)其進(jìn)行處理。較厚的芯片易于處理，且如上所述能提高光提取的均一性。然而，當(dāng)基底為不透明的情況下，額外的厚度并不帶來(lái)光學(xué)優(yōu)勢(shì)。示意圖旨在表示相對(duì)于封裝的幾何形狀對(duì)齊的芯片，例如圖I中示出的定向。然而，芯片也可以被定向?yàn)椴煌?一般為在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn))以更有效地提取光。這種定向通過(guò)明確地避免矩形芯片的長(zhǎng)軸與矩形封裝的長(zhǎng)軸匹配而能 提高顏色均一性。雖然圖中未作為獨(dú)立的元件來(lái)具體地示出，但是熟悉這種二極管的技術(shù)人員知道芯片(例如，圖7至圖13中的41)以某種方式被固定于封裝42上。在一些情況下，芯片與諸如銀膠(silver epoxy)或共晶金屬等的材料導(dǎo)電聯(lián)接。其他導(dǎo)電聯(lián)接體包括導(dǎo)電帶和導(dǎo)電性熱塑性塑料(即，其中分散有第二種成分來(lái)產(chǎn)生導(dǎo)電路徑的塑料)。這種導(dǎo)電粘接劑在一些實(shí)施方式中是必須或有利的，但是會(huì)造成光損失的額外可能。例如，銀膠在使用時(shí)趨于不透明。因此，它在使用時(shí)的傳導(dǎo)優(yōu)勢(shì)將與潛在的光損失平衡。對(duì)于在芯片與封裝之間不需要直接導(dǎo)電聯(lián)接的設(shè)計(jì)，可利用不導(dǎo)電的材料來(lái)進(jìn)行該聯(lián)接。這些材料可包括與密封劑相同的(或相關(guān)的)材料，或者膠帶(許多移動(dòng)電話(huà)部件通常以這種方式被聯(lián)接)或者前面提及，包括熱塑性塑料、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的樹(shù)脂中的一種。圖13至圖16中示出了本發(fā)明的其他方面。圖13示出了整體標(biāo)為62的封裝芯片，其中傾斜側(cè)壁63成角度地設(shè)置以形成與芯片41的尺寸相對(duì)接近地匹配從而減少接觸區(qū)域的底板。一般而言，如果封裝材料42比接觸金屬47的反射性強(qiáng)，則使接觸區(qū)域最小化會(huì)產(chǎn)生更大的光提取。依次地，圖14、圖15和圖16示出了如何根據(jù)接觸區(qū)域的光學(xué)特性對(duì)接觸區(qū)域進(jìn)行修改。圖14至圖16為根據(jù)本發(fā)明的側(cè)觀察器二極管的側(cè)視圖，其中所希望的產(chǎn)生光的方向?yàn)閺捻?yè)面向外朝向讀者。這些圖均包括芯片41和樹(shù)脂封裝42。與圖I的方式一致，樹(shù)脂封裝42包括多個(gè)傾斜壁64，這些傾斜壁64在圖14.圖16中形成不規(guī)則的六邊形，這又限定了具有類(lèi)似(但更小)形狀的底板65。圖14示出了封裝材料42比標(biāo)為66和67的金屬接觸部的反射性強(qiáng)的實(shí)施方式。因此，在圖14中，接觸區(qū)域相對(duì)于封裝42的底板65被最小化。圖15示出了接觸部材料70、71比封裝材料42的反射性強(qiáng)較多的實(shí)施方式。在這種情況下，相對(duì)于封裝底板65增加接觸部70、71的區(qū)域，會(huì)增加最后得到的器件的亮度。圖16示出了封裝42和接觸部72、73的反射特性較為相似因此它們每個(gè)的相對(duì)尺寸不太重要的實(shí)施方式。圖17是在顯示元件的背景中的根據(jù)本發(fā)明的二極管的示意圖。顯示元件整體標(biāo)為74且基本上是平面的。如前所述，顯示器74最終可用在許多場(chǎng)合中，目前常見(jiàn)的種類(lèi)有便攜式電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理和便攜式游戲裝置。這些裝置中的每一個(gè)均包含許多設(shè)計(jì)和功能元件，為了清楚起見(jiàn)，圖17中并沒(méi)有重現(xiàn)這些元件。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知這些顯示器，因此不需要進(jìn)行過(guò)多的實(shí)驗(yàn)就能將本發(fā)明結(jié)合應(yīng)用到這些場(chǎng)合中。圖17相應(yīng)地示出了定位在顯示元件74的周邊77上的兩個(gè)二極管75、76，箭頭80示出了在平行于顯示元件74的平面的主方向上的二極管直射光。顯示元件74還包括被示意性地示出的其他元件，諸如液晶顯示屏81、一個(gè)或多個(gè)濾色器82和可能的偏光膜83。在附圖和說(shuō)明書(shū)中，已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，雖然采用了具體的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，但是僅使用這些術(shù)語(yǔ)的通用的和說(shuō)明性含義，因此并不起到限制作用，本發(fā)明的范圍 由權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括 封裝支架，包括傾斜側(cè)壁和限定反射凹部的底板； 半導(dǎo)體芯片，位于所述封裝支架的所述底板上，所述芯片包括有源區(qū)，所述有源區(qū)發(fā)射在光譜的可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)部分的輻射； 金屬接觸部，與所述封裝上的所述芯片電通信，所述接觸部包括與所述底板正交的安裝面，使得所述封裝能夠安裝到一表面上； 基本上透明的密封劑，覆蓋所述封裝中的所述芯片，所述密封劑形成非平面的彎液面；以及 所述密封劑中的熒光體，發(fā)射可見(jiàn)光譜中的與所述芯片發(fā)射的輻射不同的輻射，并且所述熒光體發(fā)射的輻射響應(yīng)所述芯片發(fā)射的波長(zhǎng)， 其中，所述半導(dǎo)體芯片被設(shè)置為沿著平行于所述安裝面的方向發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，包括二極管和熒光體，其組合的輸出輻射產(chǎn)生白光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中，所述二極管發(fā)射可見(jiàn)光光譜的藍(lán)光部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中，所述熒光體選自由以下組成的組YAGiCe ； (Sr, Ba)2Si04:Eu ；CaGa2S4:Eu ；SrGa2S4:Eu ； (Sr, Ca) S:Eu,以及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述熒光體散布在所述密封劑內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述熒光體被封裝在預(yù)制件中并定位在所述S封劑中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，還包括散布在所述密封劑內(nèi)的擴(kuò)散體。
8.一種發(fā)光二極管，包括 封裝支架，包括傾斜側(cè)壁和限定反射凹部的底板； 半導(dǎo)體芯片，位于所述封裝支架的所述底板上，所述芯片包括有源區(qū)，所述有源區(qū)發(fā)射在光譜的可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)部分的輻射； 金屬接觸部，與所述封裝上的所述芯片電通信，所述接觸部包括與所述底板正交的安裝面，使得所述封裝能夠安裝到一表面上； 基本上透明的密封劑，覆蓋所述封裝中的所述芯片，所述密封劑形成非平面的彎液面； 所述密封劑中的熒光體，發(fā)射可見(jiàn)光譜中的與所述芯片發(fā)射的輻射不同的輻射，并且所述熒光體發(fā)射的輻射響應(yīng)所述芯片發(fā)射的輻射，其中，所述半導(dǎo)體芯片被設(shè)置為沿著平行于所述安裝面的方向發(fā)光，以及 擴(kuò)散體，散布在預(yù)制件中，并且與所述預(yù)制件一起定位在鄰近所述二極管的所述密封劑中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述密封劑相對(duì)于所述封裝和所述芯片限定彎液面。
10.一種顯示元件，包括發(fā)光二極管和平面顯示元件的組合，所述組合包括 基本上平面的顯示元件；以及 發(fā)光二極管，定位于所述顯示元件的周邊，所述發(fā)光二極管包括 反射性封裝支架，將所述二極管的輸出基本上平行地引導(dǎo)至所述顯示元件的平面；半導(dǎo)體芯片，位于所述反射性封裝支架上，所述芯片包括有源區(qū)，所述有源區(qū)發(fā)射在光譜的可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)部分的輻射； 金屬接觸部，與所述反射性封裝上的所述芯片電通信，所述接觸部包括與所述底板正交的安裝面，使得所述封裝能夠安裝到側(cè)觀察結(jié)構(gòu)的所述顯示元件上； 基本上透明的密封劑，覆蓋所述反射性封裝中的所述芯片，所述密封劑形成非平面的彎液面；以及 所述密封劑中的熒光體，發(fā)射可見(jiàn)光譜中的與所述芯片發(fā)射的輻射不同的輻射，并且熒光體發(fā)射的輻射響應(yīng)芯片發(fā)射的波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，包括二極管和熒光體，其組合的輸出頻率產(chǎn)生白光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，包括液晶顯示器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，包括濾色器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，包括偏振器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，包括所述密封劑中的多個(gè)熒光體，其發(fā)射彼此不同的波長(zhǎng)的輻射。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述芯片包括不超過(guò)一個(gè)頂側(cè)接觸部。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示元件，其中，所述芯片包括不超過(guò)一個(gè)頂側(cè)接觸部。
18.—種發(fā)光二極管,包括 封裝支架，包括傾斜側(cè)壁和限定反射凹部的底板； 半導(dǎo)體芯片，位于所述封裝支架的所述底板上，所述芯片包括有源區(qū)，所述有源區(qū)發(fā)射在光譜的可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)部分的輻射； 多個(gè)金屬接觸部，與所述封裝上的所述芯片電通信，所述接觸部包括與所述底板正交的安裝面，使得所述封裝能夠安裝到一表面，其中，所述芯片的至少一部分直接位于所述多個(gè)金屬接觸部的至少一個(gè)金屬接觸部上； 基本上透明的密封劑，覆蓋所述封裝中的所述芯片，所述密封劑形成非平面的彎液面；以及 所述密封劑中的熒光體，發(fā)射可見(jiàn)光譜中的與所述芯片發(fā)射的輻射不同的輻射，并且所述熒光體發(fā)射的輻射響應(yīng)所述芯片發(fā)射的波長(zhǎng)， 其中，所述半導(dǎo)體芯片被設(shè)置為沿著平行于所述安裝面的方向發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明提供了發(fā)光二極管和顯示元件。該發(fā)光二極管包括封裝支架和位于封裝支架上的半導(dǎo)體芯片，芯片包括發(fā)出光譜的可見(jiàn)光部分中的光的有源區(qū)。金屬接觸部與封裝上的芯片電通信。基本上透明的密封劑覆蓋封裝中的芯片。密封劑中的熒光體發(fā)出可見(jiàn)光譜中與芯片發(fā)出的頻率不同的頻率，并且熒光體發(fā)出的頻率響應(yīng)芯片發(fā)出頻率的波長(zhǎng)。還公開(kāi)了一種顯示元件，其將發(fā)光二極管和平面的顯示元件組合在一起。該組合包括大致為平面的顯示元件，發(fā)光二極管定位在顯示元件的周邊上，并且封裝支架引導(dǎo)二極管輸出基本上平行于顯示元件的平面。
文檔編號(hào)H01L33/52GK102800786SQ20121025214
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者克勒斯托弗·P·胡賽爾, 邁克爾·J·伯格曼恩, 布萊恩·T·柯林斯, 大衛(wèi)·T·埃默森 申請(qǐng)人:克利公司