BR102018002785B1 - Método para fabricar um dispositivo emissor de luz - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ, E, DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ Trata-se de um método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz que inclui: proporcionar uma pastilha que inclui, sucessivamente, a partir de um lado da face superior, uma estrutura de eletrodo que inclui uma fiação multicamada, uma camada semicondutora conectada eletricamente à estrutura de eletrodo e um substrato de crescimento; ligar a pastilha a um substrato de suporte; expor a camada semicondutora removendo-se o substrato de crescimento da pastilha; separar a camada semicondutora em uma pluralidade de elementos emissores de luz, o que compreende a formação de ranhuras na superfície do lado da camada semicondutora da pastilha; e formar uma camada de fósforo que tem protuberâncias e rebaixos em uma superfície da mesma, de modo que a camada de fósforo cubra as superfícies dos elementos emissores de luz que compreende: formar uma película de revestimento sobre superfícies dos elementos emissores de luz aplicando-se uma pasta fluida que compreende partículas de fósforo contidas em um solvente e vaporizando-se o solvente na película de revestimento para formar a camada de fósforo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[001] O presente pedido reivindica prioridade ao pedido n° JP 2017 024482, depositado em 13 de fevereiro de 2017, e ao pedido de patente n° JP 2017-204140, depositado em 23 de outubro de 2017, cujos conteúdos estão aqui incorporados por referência em suas totalidades.
FUNDAMENTOS
[002] A presente invenção refere-se a um dispositivo emissor de luz e a um método para a fabricação do mesmo.
[003] No passado, um dispositivo emissor de luz que tem vários elementos emissores de luz arranjados no mesmo foi proposto para uso, por exemplo, como faróis instalados em veículos ou similares. Esse dispositivo emissor de luz está configurado para desligar elementos individuais emissores de luz ou um grupo de elementos emissores de luz. Esse dispositivo luminoso está configurado para desligar elementos emissores de luz individuais ou um grupo de elementos emissores de luz. Os dispositivos emissores de luz desse tipo requerem habilidades para reduzir o vazamento de luz de um elemento emissor de luz de iluminação para os elementos emissores de luzes adjacentes que estão desligados. Dispositivos emitindo luz deste tipo requerem habilidade para reduzir o vazamento de luz de uma luz esclarecedora emitindo elemento à luz adjacente emitindo elementos que estão desligados. Por esse motivo, um dispositivo emissor de luz convencional inclui uma placa de cerâmica de fósforo com uma pluralidade de peças de proteção contra luz que servem como partições para elementos individuais emissores de luz, conforme descrito, por exemplo, na Publicação de Pedido de Patente não examinado n° JP2011-108589.
SUMÁRIO
[004] A luminosidade de um dispositivo emissor de luz convencio nal, no entanto, pode ser reduzida porque parte da luz proveniente dos ele- mentos emissores de luz é absorvida pelas peças de proteção contra luz. No caso de um dispositivo emissor de luz convencional, além disso, a placa de cerâmica precisa ser alinhada com precisão com os elementos emissores de luz, de modo que as peças de proteção contra luz sejam posicionadas ao longo das bordas dos elementos emissores de luz adjacentes. O alinhamento de peças de proteção contra luz pode ser difícil ao se dispor densamente os elementos emissores de luz miniaturizados.
[005] Consequentemente, um objetivo de certas modalidades da pre sente invenção é proporcionar um dispositivo emissor de luz de luminosidade mais elevada. Outro objetivo é prover um método para a fabricação de um dispositivo de emissão de luz de luminosidade mais elevada.
[006] De acordo com uma modalidade, um método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz inclui uma etapa de preparação de uma pastilha incluindo, sucessivamente, a partir do lado da face superior, uma estrutura de eletrodo que inclui fiação multicamada, uma camada semicondutora conectada eletricamente à estrutura de eletrodo e um substrato de crescimento para a camada semicondutora; uma etapa de ligação da pastilha a um substrato de suporte; uma etapa de exposição da camada semicondutora, removendo- se o substrato de crescimento da pastilha que foi ligada ao substrato de suporte; uma etapa de separação da camada semicondutora em uma pluralidade de elementos emissores de luz, formando-se ranhuras na superfície da pastilha no lado da camada semicondutora; e uma etapa de formação de uma camada de fósforo com rebaixos e protuberâncias na superfície da mesma e que cobre as superfícies dos elementos emissores de luz formando-se uma película de revestimento nas superfícies da pluralidade de elementos emissores de luz aplicando-se uma pasta fluida composta de partículas de fósforo contidas em um solvente seguido de vaporização do solvente na película de revestimento.
[007] De acordo com outra modalidade, o dispositivo emissor de luz está equipado com um chip de matriz de elemento de emissão de luz que in- clui um substrato de suporte, uma estrutura de eletrodo arranjado sobre o substrato de suporte e uma pluralidade de elementos de emissão de luz arranjados sobre estrutura de eletrodo e conectados eletricamente à mesma; e uma camada de fósforo cobrindo diretamente a superfície do chip de matriz do elemento emissor de luz, em que a camada de fósforo tem rebaixos e protuberâncias na superfície da mesma, e as protuberâncias e os rebaixos são tais que as espessuras de camada das protuberâncias são pelo menos duas vezes as espessuras de camada dos rebaixos.
[008] De acordo com certas modalidades da presente invenção, po de-se produzir um dispositivo emissor de luz de luminosidade mais elevada. Além disso, um dispositivo emissor de luz de luminosidade mais elevada pode ser fabricado de forma simplificada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[009] A Figura 1 é uma vista plana esquemática da construção do dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0010] A Figura 2 é uma vista plana esquemática de um chip de matriz de elemento emissor de luz.
[0011] A Figura 3A é uma vista plana esquemática ampliada de uma porção do chip de matriz de elemento emissor de luz quando visto a partir do lado da face de extração de luz.
[0012] A Figura 3B é uma vista plana esquemática ampliada de uma porção do chip de matriz do elemento emissor de luz quando visto a partir do lado da estrutura de eletrodo.
[0013] A Figura 4 é uma vista esquemática em corte transversal obtida ao longo da linha IV-IV na Figura 3A.
[0014] A Figura 5 é uma vista esquemática em corte transversal ampliada da porção A na Figura 4.
[0015] A Figura 6 é uma vista esquemática em corte transversal de uma pastilha preparada pelo método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0016] A Figura 7 é uma vista em corte transversal de um exemplo da estrutura de pastilha correspondente à linha VII-VII na Figura 3B.
[0017] A Figura 8A é uma vista em corte transversal que mostra esquematicamente a etapa de ligação do substrato de suporte no método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0018] A Figura 8B é uma vista em corte transversal que mostra esquematicamente a etapa de exposição da camada semicondutora no método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0019] A Figura 8C é uma vista em corte transversal que mostra esquematicamente a etapa de separação da camada semicondutora no método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0020] A Figura 9 mostra um exemplo da estrutura do elemento emissor de luz e é uma vista em corte transversal correspondente à linha IX-IX na Figura 3A.
[0021] A Figura 10A é uma vista em corte transversal que mostra esquematicamente a etapa de formação do eletrodo com almofada no método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0022] A Figura 10B é uma vista em corte transversal que mostra esquematicamente a etapa de ligação da matriz no método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz de acordo com a primeira modalidade.
[0023] A Figura 11A é uma vista plana esquemática do chip de matriz de elemento emissor de luz de um dispositivo emissor de luz de acordo com a segunda modalidade.
[0024] A Figura 11B é um diagrama de circuito que mostra um exem- plo do circuito de acionamento que aciona o chip de matriz de elemento emissor de luz na Figura 11A.
[0025] A Figura 12 é um gráfico que mostra a distribuição de luminosidade do dispositivo emissor de luz, de acordo com a primeira modalidade, quando um dos elementos emissores de luz está iluminado.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0026] Determinadas modalidades da presente invenção serão explicadas com referência aos desenhos anexos. As modalidades descritas abaixo, no entanto, são ilustrações dos dispositivos emissores de luz com a finalidade de dar forma às ideias técnicas da invenção e o escopo da presente invenção não está limitado aos detalhes abaixo, a menos que seja especificado de outra forma especificamente. Os tamanhos e o relacionamento posicional dos membros mostrados em cada desenho podem ser exagerados para maior clareza da explicação.
[0027] No dispositivo emissor de luz de acordo com as modalidades, além disso, “superior”, “inferior”, “direita”, “esquerda”, ou similares, podem mudar dependendo da situação. Os termos tais como “superior”, “inferior” e similares aqui são usados para indicar posições relativas dos elementos constituintes no desenho em questão para fins de explicação e não se destinam a indicar posições absolutas dos mesmos, a menos que seja especificado de outra forma especificamente.
PRIMEIRA MODALIDADE CONSTRUÇÃO DE DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ
[0028] A construção do dispositivo emissor de luz 100, de acordo com a primeira modalidade, será explicada com referência às Figuras 1 a 5. A Figura 4 é uma vista em corte transversal ao longo da linha IV-IV na Figura 3A que mostra esquematicamente aqui a porção na qual três elementos emissores de luz 14 estão arranjados para fins de explicação.
[0029] O dispositivo emissor de luz 100 inclui um chip de matriz de elemento emissor de luz 18 e uma camada de fósforo 40 que cobre diretamente a superfície do chip de matriz emissora de luz 18. Nesta modalidade, o chip de matriz de elemento emissor de luz 18 tem um substrato de suporte 20d, uma estrutura de eletrodo 17 disposta no substrato de suporte 20d e uma pluralidade de elementos emissores de luz 14 arranjados e conectados eletricamente à estrutura de eletrodo 17. A camada de fósforo 40 tem rebaixos e protuberâncias na superfície da mesma, e as protuberâncias e os rebaixos são tais que as espessuras de camada das protuberâncias são pelo menos duas vezes a espessura da camada dos rebaixos. Cada componente será sucessivamente explicado abaixo.
BASE
[0030] Nessa modalidade, o chip de matriz de elemento emissor de luz 18 está montado em uma base 30 que serve como um substrato de montagem secundário. Exemplos de materiais para a base 30 incluem materiais iso- lantes, tais como epóxi de vidro, resinas, cerâmicas e similares. Nesta modalidade, a base 30 é formada em um formato retangular em uma vista plana.
[0031] A base 30 inclui os terminais de eletrodo 31, 32 e 33 como os terminais a serem conectados a uma fonte de alimentação externa.
[0032] O terminal de eletrodo 31 está conectado a múltiplos primeiros fios 17n (por exemplo, 10) do chip de matriz emissora de luz 18 através dos fios W.
[0033] Os terminais de eletrodo 32 e 33 estão conectados, cada um, a múltiplos segundos fios 17p (por exemplo, 10 cada) do 18 chip de matriz de elemento emissor de luz através dos fios W.
CHIP DE MATRIZ DE ELEMENTO EMISSOR DE LUZ SUBSTRATO DE SUPORTE
[0034] O substrato de suporte 20d é um substrato para sustentar uma pluralidade de elementos emissores de luz 14. A pluralidade de elementos emissores de luz 14 é ligada ao substrato de suporte 20d através da estrutura de eletrodo 17 e da camada de ligação 60 descrita posteriormente.
[0035] Exemplos específicos do substrato de suporte 20d incluem materiais condutores, tais como um semicondutor composto de Si, GaAs ou similares, um metal tal como Cu, Ge, Ni ou similares e um material compósito tal como Cu-W.
ELEMENTO EMISSOR DE LUZ
[0036] Nessa modalidade, o chip de matriz de elemento emissor de luz 18 é dotado de uma pluralidade de elementos emissores de luz 14, por exemplo, 200 peças, no substrato de suporte 20d.
[0037] Os diodos emissores de luz (LEDs) são, preferencialmente, utilizados para os elementos emissores de luz 14. Os diodos emissores de luz de qualquer comprimento de onda provido podem ser selecionados. Para diodos emissores de luz azul e verde, por exemplo, aqueles que empregam ZnSe, semicondutor à base de nitreto (InxAlYGai-x-YN, 0<X, 0<Y, X+Y<1), ou GaP pode ser usado.
[0038] Os elementos emissores de luz 14 têm, cada um, como a camada semicondutora 12, sucessivamente a partir do lado do substrato 20d, uma segunda camada semicondutora, uma camada emissora e uma primeira camada semicondutora. Como mostrado na Figura 3B, os elementos emissores de luz 14 incluem, cada um, um primeiro eletrodo 16n conectado eletricamente à primeira camada semicondutora e um segundo eletrodo 16p conectado eletricamente à segunda camada semicondutora. O primeiro eletrodo 16n e o segundo eletrodo 16p estão arranjados na mesma face dos elementos emissores de luz 14.
[0039] O primeiro eletrodo 16n é um eletrodo para fornecer corrente elétrica à primeira camada semicondutora. É preferível formar o primeiro eletrodo 16n utilizando, por exemplo, pelo menos um elemento selecionado dentre Ti, Al e ligas de Al. O segundo eletrodo 16p é um eletrodo para fornecer corrente elétrica à segunda camada semicondutora. O segundo eletrodo 16p funciona como um eletrodo de superfície plena para difundir uniformemente a corrente elétrica através da segunda camada semicondutora. Ele também funciona como uma película reflexiva. O segundo eletrodo 16p pode ser formado utilizando, por exemplo, Ag ou uma película metálica contendo uma liga de Ag.
[0040] A camada semicondutora 12 nos elementos emissores de luz 14 tem, preferencialmente, uma pequena espessura. Reduzir a espessura da camada semicondutora 12 nos elementos emissores de luz 14 pode atenuar a propagação lateral da luz libertada das faces laterais dos elementos emissores de luz 14. Isso pode tornar a luminosidade de uma porção emissora de luz (isto é, os elementos emissores de luz que estão ligados) mais distinta da luminosidade de uma porção que não emite luz (isto é, os elementos emissores de luz que estão desligados) mesmo quando os elementos emissores de luz 14 estão densamente arranjados. Especificamente, a espessura da camada semi- condutora 12 nos elementos emissores de luz 14 pode estar na faixa de 1 a 10 μm, e os intervalos entre elementos emissores de luz 14 podem estar na faixa de 3 a 25 μm.
ESTRUTURA DE ELETRODO
[0041] A estrutura de eletrodo 17, como mostrado na Figura 2, inclui uma pluralidade de primeiros fios 17n, uma pluralidade de segundos fios 17p e uma película de isolamento entre fios 17b. A estrutura de eletrodo 17 inclui uma chamada estrutura de fiação de múltiplas camadas na qual os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p são empilhados verticalmente (direção de empilhamento das camadas semicondutoras) através da película de isolamento entre fios 17b. Os primeiros fios 17n são conectados eletricamente aos primeiros eletrodos 16n dos elementos emissores de luz 14. Os segundos fios 17p são conectados eletricamente aos segundos eletrodos 16p dos elementos emissores de luz 14. Os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p podem ser formados, por exemplo, com Au.
[0042] Como mostrado na Figura 2 à Figura 4, a película de isolamento entre fios 17b está disposta para proporcionar isolamento entre os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p, bem como entre o primeiro e o segundo eletrodos 16n, 16p dos elementos emissores de luz 14 e o primeiro e o segundo fios 17n, 17p. A película de isolamento entre fios 17b pode ser construída, por exemplo, com SiO2, ZrO2, SiN, SiON, BN, SiC, SiOC, AlN, A1GaN ou similares.
[0043] O chip de matriz de elemento emissor de luz 18 é acionado no modo de matriz passivo. Os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p estão arranjados vertical e horizontalmente de modo a se cruzarem de forma ortogonal em uma vista plana. As interseções dos primeiros fios 17n e dos segundos fios 17p se sobrepõem aos elementos emissores de luz 14 que estão arranjados em uma matriz em uma vista plana. Dessa forma, os elementos emissores de luz 14 arranjados nas interseções dos primeiros fios 17n e dos segundos fios 17p podem ser iluminados individualmente. O tamanho de cada elemento emissor de luz 14 é, por exemplo, 150 μm por lado, de preferência, 100 μm no máximo. Os primeiros eletrodos 16n e os segundos eletrodos 16p dos elementos emissores de luz 14 são conectados eletricamente aos primeiros fios 17n e aos segundos fios 17p, respectivamente, através dos orifícios criados adequadamente na película de isolamento entre fios 17b da estrutura de eletrodo 17.
CAMADA DE LIGAÇÃO
[0044] Nessa modalidade, uma camada de ligação 60 é provida entre a estrutura de eletrodo 17 e o substrato de suporte 20d. Prover a camada de ligação 60 pode aplainar a superfície da estrutura de eletrodo 17 para facilitar, assim, a sua ligação ao substrato de suporte 20d. A camada de ligação 60 é formada utilizando, por exemplo, uma película isolante, tal como SiO2, ou uma película metálica, tal como Al.
CAMADA DE FÓSFORO
[0045] Como mostrado na Figura 4 e na Figura 5, o dispositivo emis- sor de luz 100 inclui uma camada de fósforo 40 que cobre a face superior do chip de matriz de elemento emissor de luz 18, que é a face de extração de luz. A camada de fósforo 40 contém, por exemplo, uma resina transmissora de luz e partículas de fósforo.
[0046] O índice de refração da resina transmissora de luz pode ser, por exemplo, de 1,30 a 1,50. Isso é preferível porque aumenta a dispersão de luz nas interfaces entre as partículas de fósforo e a resina transmissora de luz, e uma pequena diferença de índice de refração em relação ao do ar pode melhorar a extração de luz. Exemplos de tais resinas incluem resinas de silicone de fenila, resinas de silicone dimetila e similares.
[0047] Quanto os fósforos, aqueles utilizados na técnica podem ser adequadamente selecionados. Por exemplo, os fósforos excitáveis pela luz emitida a partir de um elemento emissor de luz azul ou ultravioleta incluem fósforos à base de granada de alumínio de ítrio ativados com cério (YAG: Ce); fósforos à base de granada de alumínio com lutécio ativados com cério (LAG: Ce); fósforos à base de aluminossilicato de cálcio que contêm nitrogênio ativado com cromo e európio e/ou cromo (por exemplo, CaO-A12O3-SiO2: Eu); fósforos à base de silicato ativados com európio ((Sr, Ba)2SiO4: Eu); fósforos à base de nitreto, tais como fósforos β-SiA1ON, fósforos à base de CASN (CaA1SiN3: Eu), fósforos à base de SCASN ((Sr, Ca) AlSiN3: Eu); fósforos à base de KSF (K2SiF6: Mn); fósforos à base de sulfureto e fósforos de pontos quânticos. Combinando estes fósforos com um elemento emissor de luz azul ou ultravioleta, podem ser produzidos dispositivos emissores de luz de várias cores de emissão (por exemplo, um dispositivo emissor de luz branca). No caso da obtenção de um dispositivo emissor de luz 100 que pode emitir luz branca, os tipos e as concentrações dos fósforos contidos na camada de fósforo 40 são ajustados para produzir luz branca. A concentração de um fósforo adicionado ao meio, incluindo uma resina, por exemplo, é cerca de 5 a 50 por cento em massa.
[0048] A camada de fósforo 40, de preferência, tem uma pequena espessura, sendo que a espessura da camada média da camada de fósforo é, de preferência, por exemplo, 50 μm ou menos. Prover uma camada fina de fósforo 40 estreita fisicamente as trajetórias em relação à direção do plano e aumenta a dispersão, tornando difícil, assim, a propagação da luz. Isso reduz a propagação da luz proveniente dos elementos emissores de luz 14 de iluminação para os elementos emissores de luz 14 adjacentes que são desligados quando os elementos emissores de luz 14 são iluminados individualmente, aumentando, assim a luminosidade. O tamanho médio de partícula das partículas de fósforo contidas na camada de fósforo 40 é, de preferência, menor do que a espessura da camada média da camada de fósforo 40, por exemplo, de 1 a 30 μm. O tamanho médio de partícula das partículas de fósforo é um valor numérico denominado número de dimensionamento de subpeneira de Fisher e é medido usando permeabilidade ao ar. O tamanho médio de partícula das partículas de fósforo também pode ser obtido por uma imagem em corte transversal capturada usando, por exemplo, um microscópio eletrônico de varredura (SEM) ou microscópio eletrônico de transmissão (TEM).
[0049] Cobrindo-se diretamente as faces superiores dos elementos emissores de luz 14 (isto é, a superfície da primeira camada semicondutora) com uma camada de fósforo 40 formada de forma fina como descrita acima, a propagação lateral da luz dentro da camada de fósforo 40 pode ser reduzida sem prover peças de blindagem de luz que dividem a camada de fósforo 40. Em outras palavras, uma vez que não há peças de proteção de luz que podem reduzir a luminosidade, um dispositivo emissor de luz de luminosidade mais elevada pode ser produzido.
[0050] A camada de fósforo 40 pode ter uma superfície plana, mas, de preferência, tem uma superfície com protuberâncias e rebaixos, como mostrado na Figura 5. A conformação da superfície da camada de fósforo 40, que é a face emissora do dispositivo emissor de luz 100, com protuberâncias e rebai- xos com grandes diferenças de altura entre as mesmas pode reduzir ainda mais a propagação lateral da luz atribuível à diferença de índice de refração entre a camada de fósforo 40 (isto é, o índice de refração da resina transmissora de luz) e o ar. Isso ocorre porque o índice de refração de uma resina, sendo maior do que a do ar, aumenta a dispersão de luz que entra no ar presente nos rebaixos. Além disso, os caminhos são fisicamente mais estreitos na direção longitudinal nos rebaixos, tornando mais difícil para a luz se propagar na direção longitudinal. Em outras palavras, a presença de protuberâncias e rebaixos na superfície produz a camada de fósforo 40 com propagação da luz ainda mais reduzida na direção longitudinal. A grande diferença de altura entre protuberâncias e rebaixos se refere às protuberâncias e rebaixos com uma diferença de espessura equivalente ou maior que a espessura de um rebaixo. Especificamente se refere a uma superfície composta de protuberâncias e rebaixos em qualquer determinada região (por exemplo, na área de pelo menos uma luz emitindo o elemento que compõem o chip de matriz de elemento emissor de luz) na qual o valor de HT máxima da espessura de camada das protuberâncias da camada de fósforo 40 é pelo menos duas vezes o valor de HB mínimo das espessuras de camada do rebaixo. Além disso, a espessura da camada de fósforo 40 em uma protuberância refere-se à altura HT da protube-rância como mostrado na Figura 5, por exemplo. Além disso, a espessura da camada de fósforo 40 em um rebaixo refere-se à altura HB dos rebaixos como mostrado na Figura 5.
[0051] A espessura da camada de fósforo pode ser obtida, por exemplo, capturando-se a imagem em corte transversal da camada de fósforo 40 em uma dada região e medindo-se a espessura da camada de fósforo a partir da imagem obtida.
[0052] Quando a superfície da camada de fósforo 40 tem protuberâncias e rebaixos, a espessura de camada média da camada de fósforo 40 é, de preferência, de 50 μm no máximo, com mais preferência, a espessura das pro- tuberâncias é de 50 μm no máximo. A espessura média da camada de fósforo pode ser obtida, por exemplo, medindo-se a espessura da camada de fósforo com uso de uma imagem em corte transversal de uma determinada região que inclui pelo menos um elemento emissor de luz.
MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE EMISSOR DE LUZ
[0053] Em seguida, um método para fabricar o dispositivo emissor de luz relacionado com a presente modalidade será explicado com referência às Figuras 6 a 10B. O método para a fabricação do dispositivo emissor de luz 100 dessa modalidade inclui uma etapa de preparação de pastilha, uma etapa de ligação de pastilha, uma etapa de exposição à camada semicondutora, uma etapa de separação de camada semicondutora e uma etapa de formação de camada de fósforo que são realizadas nessa ordem. Nesta modalidade, além disso, uma etapa de formação de eletrodo com almofada, uma etapa de divisão de chip e uma etapa de montagem do chip são executadas após a etapa de separação de semicondutores, mas antes da etapa de formação da camada de fósforo. Os materiais utilizados e a disposição espacial dos membros são como explicados anteriormente com referência ao dispositivo emissor de luz 100, cujas explicações serão omitidas aqui quando apropriado.
ETAPA DE PREPARAÇÃO DA PASTILHA
[0054] A etapa de preparação da pastilha é uma etapa de preparação de uma pastilha 10 que tem, sucessivamente, a partir do lado da face superior, uma estrutura de eletrodo 17 que inclui a fiação de múltiplas camadas, uma camada semicondutora 12 conectada eletricamente à estrutura de eletrodo 17 e um substrato de crescimento 11 para a camada semicondutora 12. Nessa modalidade, como mostrado na Figura 6, a pastilha 10 é preparada com a estrutura de eletrodo 17 que inclui uma fiação multicamada em que os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p são empilhados em uma direção para cima ou para baixo. Aqui, para fins de ilustração, apenas a porção correspondente à vista em corte transversal na Figura 4 é exibida.
[0055] A pastilha 10 tem um substrato de crescimento 11 feito de safira ou similar, uma camada semicondutora 12, uma estrutura de eletrodo 17 e uma camada de ligação 60. A fiação multicamada da estrutura de eletrodo 17 pode ser formada utilizando qualquer método conhecido na técnica. Por exemplo, os primeiros fios 17n e os segundos fios 17p podem ser formados por deposição de vapor, pulverização catódica, galvanoplastia, revestimento eletrolítico ou similares. A fabricação em formas de eletrodo desejadas pode ser realizada por corrosão, litografia LIFT-OFF ou similares, com uso de uma máscara formada por fotolitografia, impressão ou similares.
[0056] A camada semicondutora 12, como mostrado na Figura 7, inclui uma primeira camada semicondutora 12n, uma camada emissora 12a e uma segunda camada semicondutora 12p sucessivamente a partir do lado de substrato de crescimento 11. A Figura 7 é uma vista em corte transversal de um exemplo da estrutura de pastilha correspondente à linha VII-VII na Figura 3B. Aqui, a direção da esquerda para a direita na Figura 7 corresponde à direção da posição B1 à posição B2 na linha VII-VII através do caminho indicado pela linha de cadeia de um ponto na Figura 3B. Como mostrado na Figura 7, a pastilha 10 inclui um primeiro eletrodo 16n eletricamente conectado à primeira camada semicondutora 12n e um segundo eletrodo 16p eletricamente conectado à segunda camada semicondutora 12p na face da camada semicondu- tora 12 oposta ao substrato de crescimento 11. Além disso, o primeiro eletrodo 16n e o segundo eletrodo 16p estão conectados eletricamente ao primeiro fio 17n e ao segundo fio 17p, respectivamente.
[0057] No exemplo mostrado na Figura 7, a película de isolamento entre fios 17b inclui, sucessivamente, a partir do lado da camada 12 semicon- dutora, uma película de isolamento 17b1, uma película de isolamento 17b2, uma película de isolamento 17b3 e uma película de isolamento 17b4.
[0058] A película de isolamento 17b1 tem uma abertura no segundo eletrodo 16p e está disposta para cobrir a face superior da segunda camada semicondutora 12p.
[0059] A película de isolamento 17b2 tem uma abertura na primeira camada semicondutora 12n e está disposta para cobrir a face superior da película de isolamento 17b1.
[0060] A película de isolamento 17b3 está disposta para cobrir o primeiro fio 17n e a película de isolamento 17b2.
[0061] A película de isolamento 17b4 está disposta para cobrir o segundo fio 17p e a película de isolamento 17b3. A película de isolamento 17b4 está disposta para servir como uma camada de interrupção de corrosão no fundo das ranhuras ao longo das quais os elementos emissores de luz são separados posteriormente. Cada película de isolamento é formada com uso, por exemplo, de SiN ou SiO2.
ETAPA DE LIGAÇÃO DE PASTILHA
[0062] A etapa de ligação da pastilha é uma etapa de ligação da pastilha 10 a um substrato de suporte 20. Neste momento, uma camada de ligação 60 ou outra camada de metal pode estar presente na fiação de múltiplas camadas. Além disso, a pastilha pode ser diretamente ligada por ligação ativada por superfície ou similares. Na etapa de ligação de pastilha, como mostrado na Figura 8A, a pastilha 10 é ligada ao substrato de suporte 20 de modo que a camada de ligação 60 e o substrato de suporte 20 se oponham um ao outro. O substrato de apoio 20 deve ser preparado antes dessa etapa.
ETAPA DE EXPOSIÇÃO DA CAMADA SEMICONDUTORA
[0063] A etapa de exposição da camada semicondutora é uma etapa de remoção do substrato de crescimento 11 da pastilha 10 que foi ligada ao substrato de suporte 20, expondo, assim, a camada semicondutora 12. A Figura 8B mostra a pastilha 10 que é transferida após a remoção do substrato de crescimento 11. Na etapa de exposição da camada semicondutora, o substrato de crescimento 11 é removido por degradação da interface entre o substrato de crescimento 11 e a camada semicondutora 12, mais especificamente, a primeira camada semicondutora 12n, irradiando um raio laser do lado do substrato de crescimento 11 que é feito de safira ou similar, por exemplo, empregando um método de deslocamento a laser. A separação do substrato de crescimento 11 pode ser realizada utilizando outros métodos, tais como um método de litografia lift-off.
ETAPA DE SEPARAÇÃO DA CAMADA SEMICONDUTORA
[0064] A etapa de separação da camada semicondutora é uma etapa de separação da camada semicondutora 12 em múltiplos elementos emissores de luz 14 formando ranhuras 13 na superfície da camada semicondutora 12 no lado a partir do qual o substrato de crescimento 11 foi removido. Como mostrado na Figura 8C, as ranhuras 13 que penetram na camada semicondutora 12 e atingem a estrutura do eletrodo 17 são formadas nas regiões fronteiriças entre os elementos emissores de luz 14 irradiando, por exemplo, um raio laser do lado da face superior (isto é, o primeiro lado da camada semicondutora). Em uma vista plana, as ranhuras 13 são formadas longitudinalmente e transversalmente em paralelo aos primeiros fios 17n e aos dois fios 17p.
[0065] Nesse momento, se a espessura da camada semicondutora 12 for, por exemplo, 10 μm ou menos, as ranhuras 13 podem ser formadas por moagem de uma só vez. Se a moagem mais profunda é necessária, no entanto, formar ranhuras finas pode ser difícil. Por essa razão, a espessura da camada semicondutora 12 pode ser reduzida com antecedência por polimento, gravura posterior, ou similares. Por exemplo, após a remoção a cerca de 5 μm aplicando um feixe de laser em toda a superfície, um padrão de ranhura pode ser formado usando uma resistência seguida por gravura dos 5 μm restantes.
[0066] Posteriormente, por exemplo, microprotuberâncias e microrre- baixos podem ser formadas pela rugosidade da face superior da primeira camada semicondutora 12n nos elementos emissores de luz 14, como mostrado na Figura 9, por corrosão úmida usando uma solução corrosiva, tal como TMAH (hidróxido de tetrametilamônio), solução aquosa de KOH, etilenodi- amina pirocatecol, ou similares, ou por corrosão a seco.
[0067] A Figura 9 é um exemplo da estrutura de um elemento emissor de luz 14 e é uma vista em corte transversal correspondente à linha IX-IX na Figura 3A. Aqui, a direção da esquerda para a direita na Figura 9 corresponde à direção da posição A1 para a posição A2 na linha IX-IX através do caminho indicado pela cadeia de um ponto na Figura 3A.
ETAPA DE FORMAÇÃO DE ELETRODO COM ALMOFADA
[0068] A etapa de formação do eletrodo com almofada é uma etapa de formação nas porções das faces inferiores das ranhuras 13 formadas na pastilha 10, isto é, a superfície da estrutura de eletrodo 17, os múltiplos eletrodos com almofada 19 que estão conectados eletricamente aos primeiros fios 17n ou aos dois fios 17p. No eletrodo com almofada que dá forma à etapa, as porções dos primeiros fios 17n e as porções dos segundos fios 17p são expostas, como mostrado na Figura 9, removendo porções da película de isolamento entre a fiação 17b que cobre as regiões onde os eletrodos com almofada 19 devem ser formados por corrosão a seco ou similares. Subsequentemente, utilizando um material metálico prescrito ou similar, os eletrodos com almofada 19 são formados nas regiões prescritas da estrutura de eletrodos 17 por pulverização ou similares, como mostrado na Figura 10A.
ETAPA DE SEPARAÇÃO DE CHIP
[0069] A etapa de separação de chip é uma etapa de formação de múltiplos chips de matriz de elemento de emissor de luz 18 separando a pastilha 10 ligada ao substrato de suporte 20 em regiões individuais, cada uma incluindo vários elementos de emissor de luz 14 e múltiplos eletrodos com almofada 19. A separação em chips pode ser realizada por métodos tais como corte, incisão, incisão a laser ou similares.
ETAPA DE MONTAGEM DE CHIP
[0070] Na etapa de montagem do chip, um chip de matriz de elemento emissor de luz separado 18 está montado em uma embalagem ou base. Especificamente, como mostrado na Figura 10B, o chip de matriz emissor de luz 18 está montado em uma base 30 e os múltiplos eletrodos com almofada 19 formados no chip de matriz de elemento emissor de luz 18 estão conectados ao terminal de eletrodo 31, bem como aos terminais de eletrodo 32 e 33 (conferir a Figura 1) por ligação por fio. Uma camada de ligação pode ser provida na face posterior do substrato de suporte 20 antes da separação da pastilha em chips individuais.
ETAPA DE FORMAÇÃO DE CAMADA DE FÓSFORO
[0071] A etapa de formação da camada de fósforo é uma etapa de formação de uma camada de fósforo 40 que cobre coletivamente a superfície da camada semicondutora 12 dos múltiplos elementos emissores de luz 14 aplicando-se uma pasta fluida composta por partículas de fósforo contidas em um solvente. A espessura média de camada da camada de fósforo 40 é, de preferência, pequena, por exemplo, preferencialmente, são necessários 50 μm. A formação de uma fina camada de fósforo 40 pode atenuar a propagação lateral de luz dentro da camada de fósforo 40 sem ter que prover peças de blindagem de luz que reparte a camada de fósforo 40. Em outras palavras, uma vez que a etapa de formação de camada de fósforo não requer alinhamento de peças de proteção de luz, um dispositivo emissor de luz de luminosidade maior pode ser produzido de forma simplificada.
[0072] Na etapa de formação da camada de fósforo, a pasta fluida é preparada misturando-se um solvente com uma resina transmissora de luz e partículas de fósforo, e é formada uma película de revestimento no chip de matriz de elemento emissor de luz 18 com uso um método de revestimento como revestimento por pulverização, revestimento por rotação, serigrafia ou similares. Entre todos, o revestimento por pulverização é preferível visto que a película de revestimento pode ser formada com uma espessura de película com alta precisão e em alta velocidade. Um processo de pulverização pulsado, que pulveriza o material de revestimento de forma pulsada, isto é, intermitentemente, é mais preferencial, visto que pode dar forma à película de revestimento com uma espessura de película com maior precisão. Desde que a quantidade de pulverização possa ser reduzida quando se utiliza um processo de pulverização pulsada, uma película de revestimento pode ser formada finamente enquanto se reduz a quantidade de revestimento por pulverização. Subsequentemente, a vaporização do solvente forma a camada de fósforo 40 com protuberâncias e rebaixos na superfície, como mostrado na Figura 4.
[0073] Exemplos de resina transmissora de luz utilizada para formar a camada de fósforo 40 incluem resinas de fenilsilicone, resinas de dimetilsili- cone e similares. O tipo de solvente pode ser adequadamente escolhido de acordo com o tipo de resina.
[0074] Além disso, é preferível tornar a camada de fósforo uma fina camada de fósforo de alta concentração para aumentar o contraste do dispositivo emissor de luz. A concentração elevada aqui significa que a razão de peso entre o fósforo e a resina é, por exemplo, de 1:1 a 2:1. A pasta fluida também contém um solvente ou similar, além do fósforo e da resina.
[0075] A camada de fósforo 40 que tem protuberâncias e rebaixos na superfície da mesma pode ser formada, por exemplo, sob as condições de revestimento por pulverização descritas abaixo.
[0076] Como um exemplo, a pasta fluida pode ser uma formulação das partículas de fósforo, uma resina como o aglutinante, um solvente, e AEROSIL, com a razão peso denotada por a, b, c, e d, respectivamente. O AEROSIL é um aditivo para assegurar a estabilidade da pasta fluida impedindo que as partículas de fósforo afundem na pasta fluida.
[0077] Nesse caso, a razão de peso da formulação pode ser a:b:c:d = 15:10:25:1.
[0078] No caso de empregar um fósforo de YAG e uma resina de fe- nilsilicone, por exemplo, a utilização de carbonato de dimetila como solvente na formulação acima pode formar uma camada de fósforo substancialmente plana a cerca de 20 μm de espessura.
[0079] No caso de empregar um fósforo YAG e uma resina de dime- tilsilicone, a utilização de n-heptano como solvente pode formar protuberâncias e rebaixos com o menor valor HB a cerca de 10 μm e o mais alto valor HT a cerca de 40 μm na espessura da camada.
[0080] Nesse ponto, através da formulação da pasta fluida com uma menor concentração de partícula de fósforo, por exemplo, a: b: c: d = 10: 10: 25: 1, a diferença entre o valor mais alto HT e o menor valor HB na espessura da camada pode ser reduzida.
[0081] Por outro lado, formulando-se a suspensão com uma maior concentração de partículas de fósforo, por exemplo, a:b:c:d = 20:10:25:1, a diferença entre o valor mais alto HT e o menor valor HB na espessura da camada pode ser aumentado.
SEGUNDA MODALIDADE
[0082] Em seguida, o dispositivo emissor de luz de acordo com a segunda modalidade será explicado com referência à Figura 11A e à Figura 11B. O dispositivo emissor de luz nessa modalidade inclui, como um chip de matriz de elemento emissor de luz 18B, múltiplos elementos de emissor de luz 14 no substrato de suporte 21 como mostrado na Figura 11A, e também inclui um circuito de acionamento 50 mostrado na Figura 11B.
[0083] Nesse exemplo, o chip de matriz de elemento emissor de luz 18B inclui LEDs, que são os elementos emissores de luz 14, arranjados em uma matriz bidimensional de três linhas por três colunas.
[0084] O terminal de ânodo (segundo eletrodo 16p) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na primeira linha está ligado a um segundo fio 17p e este segundo fio 17p está ligado a um interruptor Tr1.
[0085] O terminal de ânodo (segundo eletrodo 16p) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na segunda linha está ligado a um se- gundo fio 17p e este segundo fio 17p está ligado a um comutador Tr2.
[0086] O terminal de ânodo (segundo eletrodo 16p) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na terceira linha está ligado a um segundo fio 17p e este segundo fio 17p está ligado a um comutador Tr3.
[0087] Os comutadores Tr1 a Tr3 são os comutadores para conectar os segundos fios 17p e uma fonte de tensão V, que são ligados ou desligados pelo circuito de controle 51. Para os comutadores Tr1 a Tr3, elementos de comutação de semicondutores, tais como FETs (transistores de efeito de campo), pode ser usado.
[0088] O terminal de cátodo (primeiro eletrodo 16n) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na primeira linha está ligado a um primeiro fio 17n e este primeiro fio 17n está ligado a um comutador Tr4.
[0089] O terminal de cátodo (primeiro eletrodo 16n) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na segunda linha está ligado a um primeiro fio 17n, e este primeiro fio 17n está ligado a um comutador Tr5.
[0090] O terminal de cátodo (primeiro eletrodo 16n) de cada um dos LEDs (elementos emissores de luz 14) na terceira linha está ligado a um primeiro fio 17n, e este primeiro fio 17n está ligado a um comutador Tr6.
[0091] Os comutadores Tr4 a Tr6 são os comutadores para conectar os primeiros fios 17n e GND, que são ligados ou desligados pelo circuito de controle 51. Para os comutadores Tr4 a Tr6, por exemplo, transistor bipolar pode ser usado.
[0092] O dispositivo emissor de luz relacionado com esta modalidade com a camada semicondutora 12 nos elementos emissores de luz 14 que está diretamente coberto por uma fina camada de fósforo 40 pode reduzir de forma semelhante o vazamento de luz a partir de um elemento emissor de luz de iluminação 14 para elementos emissores de luz adjacentes 14 que estão desligados, além de aumentar a luminosidade. Além disso, um dispositivo emissor de luz com luminosidade melhorada pode ser fabricado de forma simplifica- da.
[0093] O dispositivo emissor de luz de acordo com esta modalidade pode ser utilizado adequadamente em faróis ADB (feixe de condução adaptáveis) e similares, uma vez que permite que o circuito de acionamento 50 conduza individualmente os elementos emissores de luz 14.
EXEMPLO
[0094] O experimento descrito abaixo foi conduzido para confirmar o desempenho do dispositivo emissor de luz de acordo com a presente descrição.
[0095] Primeiro, um dispositivo emissor de luz semelhante ao dispositivo emissor de luz 100 relacionado à primeira modalidade da invenção (o Exemplo) foi produzido nas condições descritas abaixo.
FORMA E MATERIAIS PARA O DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ
[0096] Tamanho de cada elemento emissor de luz 14 (um segmento emissor de luz) do chip de matriz emissor de luz 18 por lado: 150 μm Espessura dos elementos emissores de luz 14: 5 μm Número de elementos emissores de luz 14: 200 Elementos emissores de luz 14: LEDs azuis (elementos emissores de luz semicondutores baseados em GaN) A espessura da camada de fósforo: 10 a 40 μm
COMPONENTES DE PASTA FLUIDA
[0097] A pasta fluida foi preparada com partículas de fósforo a, resina servindo como aglutinante b, solvente c e AEROSIL d utilizando a taxa de peso da formulação abaixo. a:b:c:d = 15:10:25:1 Pasta fluida pulverizada Resina transmissora de luz: resina de dimetilsilicone (índice de refração 1,41) Fósforo baseado em YAG Solvente: n-heptano
EXPERIMENTO
[0098] Para comparação com o Exemplo, produziu-se um dispositivo emissor de luz sem uma camada de fósforo 40 (Exemplo Comparativo 1). Além disso, foi preparado outro dispositivo emissor de luz (Exemplo comparativo 2) que foi provido com uma placa de fósforo YAG a cerca de 70 μm de espessura, em lugar de uma camada de fósforo, ligada à face superior do dispositivo de emissor de luz de acordo com o Exemplo Comparativo 1.
[0099] A distribuição de luminosidade de cada dispositivo emissor de luz foi medida por iluminação de um dos elementos emissores de luz do chip de matriz de elemento emissor de luz 18 enquanto mantém os outros elementos emissores de luz desligados.
[00100] A Figura 12 mostra os resultados. O eixo horizontal do gráfico na Figura 12 representa a distância [mm] do centro do elemento emissor de luz de iluminação. O eixo vertical representa a luminosidade relativa [%] quando a luminosidade máxima do elemento emissor de luz de iluminação é 100. A faixa W1 indicada por uma seta representa o tamanho do elemento emissor de luz de iluminação 14. A linha pontilhada representa o Exemplo Comparativo 1, a linha tracejada representa o Exemplo Comparativo 2, e a linha contínua representa o Exemplo.
[00101] Foi confirmado que o Exemplo Comparativo 1 tinha o perfil de distribuição de luminosidade mais íngreme. A luminosidade no centro do elemento emissor de luz de iluminação no Exemplo Comparativo 1 caiu porque uma porção da camada emissora foi removida com a finalidade de descartar o primeiro eletrodo.
[00102] O exemplo comparativo 2, por outro lado, teve um perfil de distribuição de luminosidade espalhada porque a luz foi difundida lateralmente pela placa de fósforo YAG.
[00103] O exemplo, conforme mostrado pela faixa W2 indicado por uma seta, atingiu o valor de luminosidade que era 1/200 da luminosidade máxima nas segundas células a partir do elemento emissor de luz de iluminação. Em outras palavras, no Exemplo, confirmou-se que a luminosidade dos elementos emissores de luz situados ao lado daqueles que eram adjacentes ao elemento emissor de luz de iluminação apresentava luminosidade adequadamente baixa. Acredita-se que a luz foi espalhada pela camada de fósforo 40 formada finamente que reduziu a propagação lateral no Exemplo. Conforme discutido acima, o Exemplo foi confirmado para ter um desempenho de contraste consideravelmente melhorado em comparação com o Exemplo Comparativo 2 e pode alcançar resultados próximos dos do Exemplo Comparativo 1.

Claims (5)

1. Método para fabricar um dispositivo emissor de luz (100), sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma pastilha (10) que inclui, sucessivamente, a partir de um lado da face superior, uma estrutura de eletrodo (17) que inclui uma fiação multicamada, uma camada semicondutora (12) conectada eletricamente à estrutura de eletrodo (17) e um substrato de crescimento (11) para a camada semicondutora; ligar a pastilha (10) a um substrato de suporte (20); expor a camada semicondutora (12) removendo-se o substrato de crescimento (11) da pastilha (10) que foi ligada ao substrato de suporte (20); separar a camada semicondutora (12) em uma pluralidade de elementos emissores de luz (14), o que compreende a formação de ranhuras (13) na superfície do lado da camada semicondutora (12) da pastilha (10); e formar uma camada de fósforo (40) tendo protuberâncias e rebaixos na superfície da mesma de tal modo que a camada de fósforo (40) cubra as superfícies dos elementos emissores de luz (14), o que compreende: formar uma película de revestimento sobre as superfícies dos elementos emissores de luz (14) aplicando-se uma pasta fluida compreendendo partículas de fósforo (a) contidas em um solvente (c), e após a formação da película de revestimento, vaporizar o solvente (c) na película de revestimento para formar a camada de fósforo (40), em que uma espessura da camada de fósforo (40) em uma protuberância entre as protuberâncias e os recessos é pelo menos duas vezes uma espessura da camada de fósforo (40) em um primeiro rebaixo entre as protruberâncias e os rebaixos e os recessos em pelo menos uma dada região do elemento emissor de luz (100).
2. Método para fabricar um dispositivo emissor de luz (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura média da camada de fósforo (40) é de 50 μm ou menos.
3. Método para fabricar um dispositivo emissor de luz (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa de formação da película de revestimento compreende o uso de um método de pulverização pulsada para formar a película de revestimento pulverizando-se uma pasta fluida compreendendo uma resina transmissora de luz (b) e as partículas de fósforo (a) contidas no solvente (c).
4. Método para fabricar um dispositivo emissor de luz (100) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o índice de re- fração da resina (b) está em uma faixa de 1,30 a 1,50.
5. Método para a fabricação de um dispositivo emissor de luz (100) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: a resina transmissora de luz (b) compreende uma resina de silicone de dimetila, e o solvente (c) compreende n-heptano.
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