CN101755347B - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置封装包括：衬底；在衬底上的第一和第二导电构件；在衬底上的发光二极管，该发光二极管与第一和第二导电构件电连接；以及在发光二极管上的磷光体层。

Description

发光装置及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种发光装置及其制造方法。
背景技术
近来，发光二极管(LED)被广泛用作发光装置。
LED被用于各个领域，诸如显示装置的光源、可以代替荧光灯或白炽电灯的照明设备、以及用于汽车的光源。
LED可以被制造为发出诸如红、黄、绿和蓝的各种颜色的光。可以使用磷光体或者组合从多个LED发出的彩色光来发出白光。
特别地，由于发出白光的发光二极管可以应用于各个领域，所以关于高效率的发光装置的众多研究正在进展中。
一般地，为了在发光装置中实现白光，通过将主要发出蓝光波长的光的LED和由LED发出的蓝光波长的光激发以发出黄光波长的激发光的磷光体组合来形成发光装置。在使用该方法的发光装置中，发光装置的白光实现显著地受包括磷光体的磷光体层的效率的影响。
例如，从LED发出的光和/或由LED发出的光所激发的激发光经常不是从发光装置发出到外部，而是由于形成LED的材料和发光装置外部的空气之间折射率的不同消失在发光装置内部，使得发光装置的发光效率降低。
因此，需要使得从LED发出的光和/或由LED发出的光所激发的激发光从发光装置有效地发出。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供了一种新结构的发光装置及其制造方法。
本发明的实施例还提供了一种具有提高的发光效率的发光装置及其制造方法。
技术方案
在一个实施例中，一种发光装置包括：发光二极管；以及在发光二极管上的磷光体层，该磷光体层包括图案。
在一个实施例中，一种发光装置封装包括：衬底；在衬底上的第一和第二导电构件；在衬底上的发光二极管，该发光二极管与第一和第二导电构件电连接；以及在发光二极管上的磷光体层。
在一个实施例中，一种用于制造发光装置的方法包括：在衬底上形成发光二极管；形成向发光二极管供电的电极层；并且在所述发光二极管的外表面上形成其中形成有图案的磷光体层。
有益效果
本发明的实施例可以提供一种新结构的发光装置及其制造方法。
本发明的实施例还可以提供一种具有提高的发光效率的发光装置及其制造方法。
附图说明
图1至图6是示出了根据一个实施例的各种类型的LED和磷光体层的示例图。
图7至图9是示出了根据一个实施例的其中安装有LED10的发光装置封装的示例图。
图10至图18是说明了根据实施例的用于制造发光装置的方法的图。
具体实施方式
现在将参照附图对本公开的实施例详细地进行介绍。
尽管本公开允许很多修改和变型，但是在将要详细描述的图中示例性地示出了其特定实施例。然而，这些实施例不是意在将本公开限制于所公开的特定形式，而是本公开包括了所有符合由所附权利要求限定的本公开的精神的修改、等价物和可替选项。
在对附图的描述中，相同的参考标记指代相同的元件。为了清晰起见，图中放大了层和区域的尺寸。此外，这里所描述的每个实施例都包括互补导电类型的可替选实施例。
在诸如层、区域和衬底等的元件被提及为在另一个元件上的情况中，应该理解为该元件直接在另一个元件上或者其间可以存在居间元件。在诸如表面等的元件的一部分被表达为内部部分的情况中，应该理解为与该元件的其他部分相比该部分被设置为远离装置的外侧。
应该理解这些术语意在除了图中所描述的方向之外，还包括装置的其他方向。最后，术语“直接”意味着没有居间元件。如同这里所使用的，术语“和/或”包括所描述的相关项目中的一个或者两个或更多个的任意组合以及所有组合。
本公开主要描述了LED和磷光体层。即，实施例公开了发光二极管和磷光体层之间的位置关系或耦合关系，并且公开了磷光体层的形状。
图1至图6是示出了根据一个实施例的各种类型的LED和磷光体层的示例图。在描述图1至图6时，省略了重复的描述。
首先参照图1，在LED10上形成磷光体层20。
LED10包括第一导电型半导体层11、有源层12和第二导电型半导体层13。LED10的结构不限于图中所示的结构，而是可以不同地设计。
磷光体层20由包括磷光体的材料形成。例如，可以使用包括磷光体的树脂。
磷光体层20可以在完成了LED10的制造之后或者在制造LED10的同时形成。
在图1中，磷光体层20形成在LED10上并且具有预定图案21。例如，当从上方看时图案21可以形成为诸如圆形、环形、格状、蜂窝状和方形的各种形状。此外，图案21可以形成为诸如圆柱形、环形、半球形、六棱柱状、四棱柱状、格栅图案、四面体状和棱锥状的形状。
因为磷光体层20以预定图案部分地形成在LED10上，所以LED10的上表面通过磷光体层20部分地暴露于朝上方向。
例如，磷光体层20的图案21的间隔(period)可以是0.8μm至5μm，而图案21的高度可以是300nm至3000nm。
参照图2，与图1不同，磷光体层20可以形成在LED10的整个上表面上。
图2中所示的磷光体层20具有第一厚度和第二厚度。具有第一厚度的部分可以形成为如图1中所示的预定图案21。
图1和图2中所示的磷光体层之间的区别在于图案21之间的凹槽21a的深度不同，通过该深度来确定LED10的上表面是否暴露。图案21之间的凹槽21a的深度可以通过磷光体层20的蚀刻量来确定。
参照图3，磷光体层20可以形成在LED10的侧表面上。在侧表面上形成的磷光体层23可以具有预定厚度，并且对发射到LED10的侧表面的光进行颜色变换。
参照图4，磷光体层20可以具有半球形图案22。此外，半球形图案22之间的凹槽22a可以被形成为具有与磷光体层20的厚度几乎相同的厚度。尽管在图4中LED10的上表面没有通过在磷光体层20中形成的凹槽22a暴露出来，但是可以通过增加磷光体层20的蚀刻量部分地暴露LED10的上表面。
用如下工艺形成半球形图案22。采用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、原子层沉积(ALD)、射频(RF)溅射、电子束蒸发和热蒸发的方法形成磷光体层20。采用光刻工艺以预定间隔图案化光致抗蚀剂。在这之后，执行热处理工艺以回流光致抗蚀剂从而形成半球形光致抗蚀剂图案(未示出)。在同时蚀刻光致抗蚀剂图案和磷光体层20时，用形状与光致抗蚀剂图案的形状相似的半球形图案22来蚀刻磷光体层20。
参照图5，磷光体层20可以在具有预定厚度的同时形成为半球形图案22。在这种情况下，LED10的上表面不通过磷光体层20暴露。
参照图6，磷光体层20可以形成在LED10的侧表面上。在侧表面上形成的磷光体层23可以具有预定厚度，并对向LED10的侧表面发射的光进行颜色变换。
图7至图9是示出了根据一个实施例的其中安装有LED10的发光装置封装的示例图。
图7至图9是说明根据LED的形状安装LED的方式的图。图7示出了安装侧向型LED，图8示出了安装垂直型LED，图9示出了安装倒装型LED。
参照图7，发光装置封装包括：其中形成有空腔42的衬底40；形成于衬底40中的第一导电构件1和第二导电构件2；安装在空腔42内部的LED10，并且在LED10的上表面和侧表面上形成有磷光体层20；在LED10上形成的第一电极层15和第二电极层14；将第一电极层15和第二电极层14与第一导电构件1和第二导电构件2电连接的电线3；以及填充空腔42的成形构件30。
空腔42是其中安装有LED10的区域，并且通过部分地移除衬底40来形成。衬底40可以包括倾斜表面41。此外，可以在倾斜表面41上形成由具有高反光率的Ag或Al形成的反射层(未示出)。
第一导电构件1和第二导电构件2由铜形成，并可以穿过衬底40。此外，可以在第一导电构件1和第二导电构件2的表面上形成具有高反光率的Ag或Al。
磷光体层20形成在LED的上表面和/或侧表面上。磷光体层20可以形成为图1至图6中所示出的形状。
因此，在磷光体层20整体上形成在LED10的上表面和侧表面上的情况中，LED10和成形构件30可以由磷光体层20相互隔开。此外，在磷光体层20仅形成在LED10的上表面或者LED10的上表面的一部分上的情况中，成形构件30仅通过其中没有形成磷光体层20的区域与LED10接触。
磷光体层20可以包括用于蓝光激发的黄磷光体(YAG、TAG、硅酸盐、氮化物、硫化物、硒化物等)和用于紫外线激发的磷光体(蓝光发光磷光体、绿光发光磷光体和红光发光磷光体)。可以实现能够发出诸如白色、蓝色和绿色以及红色的所需要的颜色的发光装置。
在图7至图9中所示出的LED10上形成具有图1至图6中所示出的图案21的磷光体层20，以使得从LED10发出的光可以有效地发出。此外，磷光体层20直接形成在LED10上，以使得可以实现均匀的颜色。
第一电极层15和第二电极层14形成在LED10的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层上，并且通过电线3与第二导电构件2和第一导电构件1电连接。
成形构件30围绕LED10。即，磷光体层20和成形构件30布置在LED10的上表面方向上，并且磷光体层20、成形构件30和衬底40布置在LED10的侧面方向上。成形构件30可以采用滴涂(dispense)或者丝网印刷方法形成。
参照图8，图8中所示的LED封装类似于图7中所示的LED封装，但是第二导电型半导体层直接与第一导电构件1电连接，而与第一导电型半导体层电连接的第一电极层15通过电线3与第二导电型构件2电连接。
参照图9，在图9中所示的LED封装中，LED10的第一电极层15和第二电极层14直接与第一导电构件1和第二导电构件2电连接而不使用电线3。
这样的发光装置具有出色的光提取效率，并可以应用于需要实现均匀颜色的发光装置的移动装置(蜂窝电话、数字相机、MP3播放器)、装饰照明设备、汽车电子部件和液晶显示(LCD)装置的背光灯。
在下文中详细描述用于制造这样的发光装置的工艺。
图10至图18是示出了根据实施例的用于制造发光装置的方法的图。
首先，参照图10，在衬底50上形成多层结构的半导体层10。半导体层10可以包括第一导电型半导体层11、有源层12和第二导电型半导体层13。
参照图11，蚀刻半导体层10以使得第一导电型半导体层11部分地暴露，并且第一电极层15和第二电极层14随后形成在第二导电型半导体层13和第一导电型半导体层11上。
接下来，采用上述MOCVD、ALD、RF溅射、电子束蒸发和热蒸发在不包括第一和第二电极层14和15的区域上形成磷光体层20。
在磷光体层20上图案化光致抗蚀剂(未示出)，并且蚀刻磷光体层20以形成图案21。在这之后，移除光致抗蚀剂，从而得到图12中所示的结构。
因为在该结构中，从不存在磷光体层20的部分发出蓝光并且穿过磷光体层20的蓝光被转换为黄光，所以两种光混合形成白光。
另外，参照图10，利用在衬底50上形成的半导体层10进行沟槽蚀刻，以使得限定单元装置隔离区域16并且可以进行后续工艺，如图13中所示。
利用如上述所限定的单元装置隔离区域16，参照图14，蚀刻半导体层10以使得第一导电型半导体层11以相同方式部分地暴露。第一电极层15形成在第一导电型半导体层11的暴露部分上，并且第二电极层14形成在第二导电型半导体层13上。
在这之后，在包括单元装置隔离区域16的半导体层10上形成磷光体层20。此处，磷光体层20不形成在其中形成有第一和第二电极层14和15的部分上。
接着，当在磷光体层20上形成图案21时，获得图15中所示的结构。
此处，当沿着单元装置隔离区域16进行切割时，磷光体层20也形成在半导体层10的侧表面上，如图6或图9中所示。
接下来，描述了用于形成垂直发光装置结构的工艺。
参照图16，在衬底70上形成多层结构的半导体层60，并且蚀刻单元装置隔离区域64。半导体层60可以包括第一导电型半导体层61、有源层62和第二导电型半导体层63。
在这之后，参照图17，在第二导电型半导体层63上形成欧姆接触层80和支撑层81。该欧姆接触层80也可以用作反射电极和/或耦合层。支撑层81可以由例如金属形成。
此外，单元装置隔离区域64可以用由诸如光致抗蚀剂的材料形成的钝化物65填充。
接下来，通过激光照射或者蚀刻移除衬底70。在移除衬底70时暴露出来的第一导电型半导体层61上形成第一电极层82，如图18中所示。
磷光体层90形成在不包括第一电极层82的第一导电型半导体层61上，并通过以上工艺图案化，以形成图案91。
在磷光体层90上形成有图案91的情况中，入射角度增加，通过该入射角度可以提取光，从而增加可以从磷光体层90中获得的光量。因此，其中形成有图案91的磷光体层90可以利用光子晶体或光栅效应来提高光提取效率。
此外，在发光装置制造工艺期间形成具有图案91的磷光体层90的情况中，即使在封装制造工艺期间没有附加地涂覆磷光体的工艺，也可以制造红、蓝和绿发光装置封装以及能够发出各种颜色的发光装置。
该实施例是详细说明本公开的精神的示例，但是本公开不限于该实施例，而是可以修改为将落入本公开的范围内的各种形式。
工业实用性
根据实施例的作为光源的发光装置可以用于各种电子设备。

Claims (17)

1.一种发光装置，包括：
发光二极管，所述发光二极管具有上表面；以及
在所述发光二极管上的单个磷光体层，所述单个磷光体层具有第一厚度和第二厚度，并包括图案和凹槽，
其中所述图案和所述凹槽被布置在所述发光二极管的上表面上，
其中所述图案具有比所述凹槽的深度大的所述第一厚度，以及
其中在所述凹槽之下的所述单个磷光体层具有比所述图案的所述第一厚度小的所述第二厚度，
其中所述发光二极管包括第一型半导体层、位于所述第一型半导体层上的有源层、以及位于所述有源层上的第二型半导体层，
其中所述单个磷光体层与所述有源层上的所述第二型半导体层的上表面直接接触，
其中所述图案的间隔为0.8μm至5μm，所述图案的高度为300nm至3000nm。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述单个磷光体层被设置到所述发光二极管的侧表面。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述单个磷光体层直接接触所述发光二极管的上表面。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述单个磷光体层形成在所述发光二极管的整个上表面上。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述图案包括圆柱形、环形、半球形、六棱柱状、四棱柱状、格栅图案、四面体状和棱锥状中的一种。
6.一种发光装置封装，包括：
衬底；
在所述衬底上的第一和第二导电构件；
在所述衬底上的发光二极管，所述发光二极管与所述第一和第二导电构件电连接；以及
在所述发光二极管上的单个磷光体层，所述单个磷光体层具有第一厚度和第二厚度，并包括图案和凹槽，
其中所述图案和所述凹槽被布置在所述发光二极管的上表面上，
其中所述图案具有比所述凹槽的深度大的所述第一厚度，以及
其中在所述凹槽之下的所述单个磷光体层具有比所述图案的所述第一厚度小的所述第二厚度，
其中所述发光二极管包括第一型半导体层、位于所述第一型半导体层上的有源层、以及位于所述有源层上的第二型半导体层，
其中所述单个磷光体层与所述有源层上的所述第二型半导体层的上表面直接接触，
其中所述图案的间隔为0.8μm至5μm，所述图案的高度为300nm至3000nm。
7.根据权利要求6所述的发光装置封装，其中在衬底中形成空腔，并且所述发光二极管在所述空腔中。
8.根据权利要求6所述的发光装置封装，包括围绕所述发光二极管和所述单个磷光体层的成形构件。
9.根据权利要求8所述的发光装置封装，其中所述发光二极管和所述成形构件由所述单个磷光体层隔开。
10.根据权利要求8所述的发光装置封装，其中所述成形构件在没有形成所述单个磷光体层的区域中接触所述发光二极管。
11.根据权利要求8所述的发光装置封装，其中所述单个磷光体层形成在所述发光二极管的整个上表面上。
12.根据权利要求8所述的发光装置封装，其中所述单个磷光体层形成在所述发光二极管的上表面和侧表面上。
13.根据权利要求8所述的发光装置封装，其中在所述单个磷光体层的上表面中形成所述图案。
14.一种用于制造发光装置的方法，所述方法包括：
在衬底上形成发光二极管，所述发光二极管具有上表面；
形成向所述发光二极管供电的电极层；并且
在所述发光二极管上形成单个磷光体层，所述单个磷光体层具有第一厚度和第二厚度，并包括图案和凹槽，
其中所述图案和所述凹槽被布置在所述发光二极管的上表面上，
其中所述图案具有比所述凹槽的深度大的所述第一厚度，以及
其中在所述凹槽之下的所述单个磷光体层具有比所述图案的所述第一厚度小的所述第二厚度，
其中所述发光二极管包括第一型半导体层、位于所述第一型半导体层上的有源层、以及位于所述有源层上的第二型半导体层，
其中所述单个磷光体层与所述有源层上的所述第二型半导体层的上表面直接接触，
其中所述图案的间隔为0.8μm至5μm，所述图案的高度为300nm至3000nm。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述单个磷光体层形成在所述发光二极管的上表面和侧表面上。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述单个磷光体层形成在所述发光二极管的整个上表面上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述单个磷光体层被形成为具有不均匀的厚度。
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