CN102074643A - 发光器件和发光器件封装 - Google Patents

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Abstract

本发明提供发光器件、发光器件封装和照明系统。发光器件(LED)包括：LED芯片；在所述LED芯片上的阻挡物；和含有磷光体的包封材料，其中所述包封材料设置在所述LED芯片上的所述阻挡物之内。

Description

发光器件和发光器件封装
技术领域
实施方案涉及发光器件、发光器件封装和照明系统。
背景技术
发光器件(LED)可通过具有将电能转化为光能的特性的p-n结二极管与元素周期表的III族元素和V族元素相结合而实现。LED可通过调整化合物半导体的组成比来实现不同颜色。
分别发射红色、绿色和蓝色光(三原色)的三种LED(即红光LED、绿光LED和蓝光LED)可以相互组合，黄色磷光体(利用如钇铝石榴石(YAG)和铽铝石榴石(TAG)的磷光体)可加入到蓝光LED中，或者三色(红/绿/蓝)磷光体可应用到UV LED中以实现白光LED封装。
但是，在相关技术的利用磷光体的白光LED封装中，在包封材料内的磷光体在模制之后可随时间流逝而在LED封装的底部沉淀。因此，存在磷光体不均匀地分布在LED芯片周围从而使得色温分布变宽的局限。
另外，根据相关技术，磷光体可具有比LED面积相对更大的分布面积。因此，存在磷光体不均匀地分布在LED芯片周围从而使得色温分布变宽的局限。
发明内容
实施方案提供其中磷光体均匀分布在周围的发光器件、发光器件封装和照明系统。
在一个实施方案中，发光器件(LED)包括：LED芯片；在所述LED芯片上的阻挡物(barrier)；和含有磷光体的包封材料，其中所述包封材料设置在所述LED芯片上的所述阻挡物之内。
在另一个实施方案中，发光器件封装包括：子基座(submount)；在所述子基座上的LED芯片；在所述LED芯片上的阻挡物；和含有磷光体的包封材料，其中所述包封材料设置在所述LED芯片上的所述阻挡物之内。
结合附图和下列说明书对一个或多个实施方案进行详细描述。其他特征可由说明书和附图以及从权利要求显而易见。
附图说明
图1是根据第一实施方案的发光器件(LED)封装的剖面图。
图2是根据第一实施方案的LED封装的平面图。
图3至6A是说明根据第一实施方案的LED封装的制造方法的剖面图。
图6B和6C是说明根据第一实施方案的LED封装的其他剖面图。
图6D是根据一个实施方案的LED的剖面图。
图7是说明根据第二实施方案的LED封装的平面图。
图8是说明根据第三实施方案的LED封装的平面图。
图9是说明根据第四实施方案的LED封装的剖面图。
图10是根据一个实施方案的照明单元的立体图。
图11是根据一个实施方案的背光单元的分解立体图。
具体实施方案
本文中，将根据实施方案参考附图描述发光器件(LED)、LED封装和照明系统。
在实施方案的描述中，应理解当层(或膜)称为在另一层或衬底“上”时，其可以直接在另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。另外，应理解当层称为在另一层“下”时，其可以直接在另一层下，或者也可以存在一个或更多个中间层。另外，也应理解，当层称为在两层“之间”时，其可以是该两层之间的唯一层，或者也可以存在一个或更多个中间层。
实施方案
图1是根据第一实施方案的发光器件(LED)封装的剖面图。图2是根据第一实施方案的LED封装的平面图。图1是图2沿着线I-I’的剖面图。
根据一个实施方案的LED封装500可包括子基座100、设置在所述子基座100上的LED芯片200、设置在所述LED芯片200上的阻挡物310和在所述LED芯片200上的含有磷光体的包封材料400。
阻挡物310可设置在LED芯片200的外侧上表面上。例如，阻挡物310可包括与LED芯片200的外周相连的阻挡物，但是不限于此。
包封材料400可具有平的上表面，但是不限于此。当包封材料400具有平的上表面时，通过表面发射，光学设计会变得容易。
由于包封材料400具有平的上表面，并且在包封材料400的上表面上设置粗糙结构(未示出)，可以改善外部光提取效率。
根据本实施方案的LED和LED封装，阻挡物310可以设置在LED周围以使磷光体均匀分布在LED周围。因此，可增加磷光体的密度以使得LED的色温分布变窄。
下文中将参考图3至6A描述根据第一实施方案的LED封装的制造方法。尽管LED封装主要描述如下，但是实施方案不限于此。如图6D所示，阻挡物和磷光体层可以以芯片水平在LED芯片上形成。
首先，如图3所示，制备子基座100。
子基座100具有与LED芯片的材料类似的热膨胀系数。此外，子基座100可由具有优异热导率的材料形成。例如，根据本实施方案，子基座100可由硅材料、合成树脂材料或金属材料形成，但是不限于此。
并且，子基座100可包括反射杯(未示出)。另外，具有齐纳(Zener)二极管形状的器件可设置在子基座100中以避免静电放电的发生。
然后，LED芯片200附着于子基座100上。
LED芯片200可由GaN、GaAs、GaAsP或GaP形成。例如，绿～蓝LED可由GaN(InGaN)形成，而黄～红LED可由InGaAIP或AIGaAs形成，但不限于此。
图4中所示的LED芯片200可以是垂直型LED芯片，但不限于此。
参考图4，LED芯片200可包括形成于第二电极220上的发光结构210。第二电极层220可包括欧姆层、反射层、结层和导电支撑衬底中的至少之一。发光结构210可包括第二导电型半导体层216、有源层214和第一导电型半导体层212。
第一导电型半导体层212可由掺杂有第一导电型掺杂剂的III-V族化合物半导体形成。当第一导电型半导体层212是N型半导体层时，第一导电型掺杂剂可包括Si、Ge、Sn、Se或Te作为N型掺杂剂，但是不限于此。
第一导电型半导体层212可由具有组成式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料形成。
第一导电型半导体层212可由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的至少一种形成。
有源层214可具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种。例如，有源层214可具有通过注入三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2)和三甲基铟(TMIn)气体形成的MQW结构，但是不限于此。
有源层214的阱层/势垒层可形成为具有InGaN/GaN、InGaN/InGaN、AlGaN/GaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaP中的至少之一的对结构，但是不限于此。阱层可由能带隙低于势垒层的能带隙的材料形成。
在有源层214之上或/和之下可形成导电覆层。导电覆层可由AlGaN基半导体形成并且可具有高于有源层214的能带隙。
第二导电型半导体层216可由掺杂有第二导电型掺杂剂的III-V族化合物半导体形成，例如组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。第二导电型半导体层216可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的至少一种形成。当第二导电型半导体层216是P型半导体层时，第二导电型掺杂剂可包括Mg、Zn、Ca、Sr、Ba或类似物作为P型掺杂剂。第二导电型半导体层216可形成为单层或多层结构，但是不限于此。
在本实施方案中，第一导电型半导体层212可通过n型半导体层实现，而第二导电型半导体层216可通过p型半导体层实现，反之亦然。此外，在第二半导体层216上可形成具有与第二导电型相反的导电类型的半导体层，例如N型半导体层(未显示)。因此，发光结构210可具有N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构或者P-N-P结结构中的至少之一。
例如，第二电极层220可包括欧姆层(未显示)，所述欧姆层可与发光结构210欧姆接触以平滑地给发光结构210供电。此外，欧姆层可通过多层堆叠单金属层或金属合金层和金属氧化物层而形成。
例如，欧姆层可由选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铟铝锌(IAZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓锡(IGTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、氮化IZO(IZON)、Al-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga ZnO(IGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少之一形成，但不限于此。
第二电极层220包括反射层(未显示)以反射由发光结构210入射的光，从而提高光提取效率。
例如，反射层可由包括选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf至少之一的金属或合金形成。另外，反射层可利用上述金属或合金与透明导电材料如IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO和ATO等形成为多层结构，例如可堆叠为IZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni、AZO/Ag/Ni等。
另外，当第二电极层220可包括结层时，反射层可用作结层，或可包括阻挡金属或粘合金属。例如，结层可由Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag和Ta中的至少一种形成。
另外，第二电极层120可包括导电支撑衬底。导电支撑衬底可支撑发光结构210，并可向发光结构210供电。导电支撑衬底可由金属、金属合金或具有优异电导率的导电半导体材料形成。
例如，导电支撑衬底可由铜(Cu)、铜合金、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、Cu-W、载体晶片(例如Si、Ge、GaAs、GaN、ZnO、SiGe、SiC、Ga2O3等)中的至少一种形成。
然后，LED芯片200可通过倒装芯片法附着于子基座100上，在该方法中LED芯片用聚合物粘合剂或镀覆的共晶金属来附着。
例如，在其中需要高导热性的情况下，LED芯片可通过利用具有优异可加工性的Ag导电环氧树脂的焊接工艺或者共晶键合工艺来附着，但不限于此。
参考图5，在LED芯片200上形成阻挡材料310a。阻挡材料310a可由非导电材料或导电材料形成。例如，非导电材料可包括光刻胶材料(PR)、氧化物层和氮化物层，但不限于此。
当阻挡材料310a由导电材料形成时，阻挡物可配置为阻止LED芯片短路。
参考图6A，移除阻挡物材料310a的一部分以在LED芯片200的外侧上表面上形成阻挡物310。例如，当阻挡材料310a为光刻胶层时，可进行曝光和显影工艺以形成阻挡物310。并且，当阻挡材料310a由绝缘材料形成时，可进行蚀刻工艺以形成阻挡物310。
在本实施方案中，阻挡物310可用触变材料形成而不进行移除工艺。例如，阻挡物310可在LED芯片200的外侧上表面上利用具有触变性的Ag环氧树脂形成，其中所述触变性使得环氧树脂不流淌以保持其形状。
阻挡物310可与LED芯片的外周连接，但不限于此。
根据LED和LED封装，阻挡物可以在LED周围形成，然后含磷光体的包封材料可以在下一过程中包封到邻近LED芯片。因此，磷光体可均匀分布在LED周围。
或者，可以进行除了倒装芯片工艺之外的线接合工艺以使电流流入LED芯片。例如，在垂直型LED芯片的情况下可以进行一次线接合工艺。此外，在横向型LED芯片的情况下，线接合工艺可以进行两次。所述线可包括Ag线、铜线和铝线中的至少一种。线接合工艺可通过球线接合工艺或边缘线接合工艺进行。
然后含磷光体(未示出)的包封材料400包封在LED芯片200上，以保护芯片和改善光提取效率。
包封材料400可包括环氧树脂包封材料或硅包封材料，但不限于此。
在本实施方案中，LED芯片可以是发射可见光的LED如绿～蓝或黄～红LED或者UV LED。此处，磷光体可加入包封材料400以发射白光。
例如，在本实施方案中，黄色磷光体(利用诸如YAG和TAG的磷光体)可加入到蓝光LED中以发射白光。或者，三色(红/绿/蓝)磷光体可应用到UV LED中以发射白光。但是，本方面公开不限于此。
磷光体可包括基质材料和活性材料。例如，铈活性材料可应用到例如钇铝石榴石(YAG)的基质材料或者铕(Eu)活性材料可用于硅酸盐基基质材料，但是本发明不限于此。
包封过程可以以组合过程、混合过程、排放过程和固化过程的次序来进行。包封材料400的包封方法可包括如分散法、浇铸成型法、传递成型法和真空印刷法。
包封材料400可具有平的上表面，但是不限于此。由于包封材料400以平面形状在LED芯片200上均匀形成，磷光体可以均匀分布在LED芯片200周围，并且通过表面发射，光学设计也会变得容易。
在本实施方案中，可在包封材料400的上表面上形成粗糙结构(未示出)以改善外部光提取效率。例如，在进行包封过程以在包封材料400的上表面上部分形成粗糙结构之后，可以局部进行湿蚀刻过程。或者，可以利用形成有粗糙结构的模具进行传递成型，以在包封材料400的上表面上形成粗糙结构。
然后，可在包封材料400上形成具有半球形状的外透镜(未示出)以改善光提取效率和保护导线(未示出)。
根据本实施方案的LED和LED封装，可以在LED周围形成阻挡物以将含磷光体的包封材料400包封在邻近LED芯片的位置。因此，磷光体可均匀分布在LED周围。
根据本实施方案，阻挡物310可沿着电极垫(未示出)的外周形成，以阻止含磷光体的包封材料400在LED芯片200的电极垫上形成。并且，阻挡物310可覆盖电极垫和LED芯片200的外周以形成含磷光体的包封材料400。然后，可以仅移除在电极垫上形成的阻挡物310，或者可以移除整个阻挡物310。
图6B和6C是根据第一实施方案的LED封装的其他剖面图。
如图6B所示，阻挡物312设置在LED芯片200的侧面上以起到钝化作用。
另外，如图6C所示，可进行图6A中所示的过程以移除阻挡物310。
图6D是根据一个实施方案的LED的平面图。
本实施方案不限于LED封装。例如，如图6D所示，阻挡物310设置在LED芯片200上，并且可以设置含磷光体的包封材料400。然后，可以利用包括包封材料400和阻挡物310的LED芯片200进行封装过程。
图7是根据第二实施方案的LED封装的平面图。沿着图7的线II-II’的剖面图与图1类似。
第二实施方案可采用第一实施方案的技术特征。如此，第二实施方案的特征主要描述如下。
在第二实施方案中，多个阻挡物320可以置于LED芯片的外周上并且多个阻挡物320呈现相互分离的状态。例如，根据第二实施方案的阻挡物320可包括第一至第四阻挡物321、322、323和324，它们是相互分离的，但是不限于此。根据第二实施方案，由于相互分离的阻挡物320置于LED芯片200的外周上，光屏蔽面积可以最小化，含磷光体的包封材料400可邻近LED芯片200进行包封。因此磷光体可均匀分布在LED芯片200周围。
图8是说明根据第三实施方案的LED封装500c的平面图。沿着图8的线III-III’的剖面图与图1类似。
第三实施方案可采用第一和第二实施方案的技术特征。因此，第三实施方案的特征主要描述如下。
根据第三实施方案的阻挡物330可以设置在LED芯片200的外周上并且阻挡物330呈现相互分离的状态。例如，根据第三实施方案的阻挡物330可包括第一至第四阻挡物331、332、333和334，它们是相互分离的，但是不限于此。
在第三实施方案中，相互分离的第一至第四阻挡物331、332、333和334中的至少一个可以是垫(pad)。例如，第四阻挡物334可以是垫，但是不限于此。此处，阻挡物的垫可以在LED芯片工艺中形成。
相互分离的第一至第四阻挡物331、332、333和334中的至少一个是实际垫，而其他阻挡物是虚拟垫。
根据第三实施方案，由于相互分离的阻挡物利用垫设置在LED芯片200的外周上，因此光屏蔽面积可以最小化，并且含磷光体的包封材料400可邻近LED芯片200进行包封以使磷光体均匀分布在LED芯片200周围。
图9是说明根据第四实施方案的LED封装500d的剖面图。
第四实施方案可采用第一至第三实施方案的技术特征。因此，第四实施方案的特征主要描述如下。
在第四实施方案中，包封材料420可以是半球形状。包封材料420可通过其表面张力保持为均匀形状以均匀分布磷光体。
因此，根据本实施方案，由于包封材料通过其表面张力以均匀的形状保持在LED芯片200上，磷光体可以均匀分布于包封材料中。因此，磷光体的分布是均匀的，磷光体可以均匀分布于与LED芯片面积相类似的面积上。
根据本实施方案，LED芯片的表面可具有润湿性以通过其表面张力在LED芯片200上均匀形成包封材料420。
例如，当在LED芯片200的表面上设置粗糙结构(未示出)时，可降低包封材料420的润湿性以形成具有半球形状的包封材料420。另外，可改善光提取效率。
根据第四实施方案，包封材料420可具有半球形状以改善光提取效率。并且，由于阻挡物310置于LED芯片200的外周上，因此含磷光体的包封材料420可邻近LED芯片200分布。因此磷光体可均匀分布在LED芯片200周围。
根据该实施方案的多个LED封装500可排列在衬底上。可在LED封装500发射的光的路径上设置光学元件例如导光板、棱镜片、扩散片和荧光片。LED封装500、衬底和光学元件可用作背光单元或照明单元。例如，照明系统可包括背光单元、照明单元、指示单元、灯、街灯等。
图10是根据一个实施方案的照明单元1100的立体图。图10所示的照明单元110是照明系统的一个例子，但是不限于此。
参考图10，照明单元1100可包括壳体1110、设置于壳体1110中的发光模块部1130、以及设置于壳体1110中并接收外部电源供电的接线端子1120。
壳体1110可由具有良好散热特性的材料例如金属材料或者树脂材料形成。
发光模块部1130可包括衬底1132和安装于衬底1132上的至少一个LED封装500。
衬底1132可以是其中电路图案印刷在绝缘体上的衬底。例如，衬底1132可包括普通印刷电路板(PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB等。
此外，衬底1132可以由能有效反射光的材料形成，或者可具有能够有效反射光的颜色表面，例如白色或者银色。
可在衬底1132上安装至少一个LED封装500。每一个LED封装500可包括至少一个发光器件(LED)芯片200。LED芯片200可包括分别发射例如红色、绿色、蓝色或者白色光的有色光的彩色发光二极管和发射紫外线的UV发光二极管。
发光模块部1130可包括多种LED封装200的组合，以获得期望的色调和亮度。例如，发光模块部1130可具有白光LED、红光LED和绿光LED的组合，以获得高的显色指数(CRI)。
接线端子1120可与发光模块部1130电连接以供电。如图10所示，接线端子1120可以插座型旋入并连接到外电源，但是不限于此。例如，接线端子1120可制造为销型，因此，接线端子1120可插入外电源或者通过导线与外电源连接。
图11是根据一个实施方案的背光单元1200的分解立体图。图11所示的背光单元1200是照明系统的一个例子，但是不限于此。
根据本实施方案的背光单元1200可包括：导光板1210、为导光板1210提供光的发光模块部1240、在导光板1210下的反射元件1220、和容纳导光板1210、发光模块部1240和反射元件1220的底盖1230，但是不限于此。
导光板1210将光扩散以产生平面光。导光板1210可由透明材料形成。例如，导光板1210可由丙烯酸系树脂材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、环烯烃共聚物(COC)树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂中的一种形成。
发光模块部1240为导光板1210的至少一个侧表面提供光，并且最终用作其中安装背光单元的显示器件的光源。
发光模块部1240可与导光板1210接触，但是不限于此。具体而言，发光模块部1240可包括衬底1242和安装于衬底1242上的多个LED封装500。衬底1242可与导光板1210接触，但是不限于此。
衬底1242可以是包括电路图案(未显示)的PCB。衬底1242可包括金属芯PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)以及普通PCB等，但是不限于此。
由于多个LED封装200可安装在衬底1242上，因此LED封装200的发光表面与导光板1210间隔开预定距离。
可在导光板1210下设置反射元件1220。反射元件1220反射从导光板1210的底表面上入射的光，以使得反射的光沿着向上的方向前行，由此提高背光单元的亮度。反射元件1220可由例如PET、PC、PVC树脂等形成，但是不限于此。
底盖1230可容纳光导板1210、发光模块部1240和反射元件1220。为此，底盖1230可形成为具有打开的顶表面的盒形，但是不限于此。
底盖1230可由金属材料或者树脂材料形成。另外，底盖1230可使用例如压制成型或者注入成型的方法制造。
如上所述，根据实施方案的照明系统包括根据实施方案的LED封装，从而改善可靠性。
在本说明书中对″一个实施方案″、″实施方案″、″示例性实施方案″等的任何引用，表示与该实施方案相关描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为将这种特征、结构或特性与其它的实施方案相关联均在本领域技术人员的范围之内。
虽然已经参考大量说明性实施方案描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多的其它改变和实施方案，这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在公开、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明的组合排列的构件和/或结构中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或结构的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。

Claims (14)

1.一种发光器件(LED)，包括：
LED芯片；
在所述LED芯片上的阻挡物；和
含有磷光体的包封材料，其中所述包封材料设置在所述LED芯片上的所述阻挡物之内。
2.根据权利要求1的LED，其中所述阻挡物设置在所述LED芯片的外侧上表面上。
3.根据权利要求1的LED，其中所述阻挡物包括与所述LED芯片的外周相连接的多个阻挡物。
4.根据权利要求1的LED，其中所述阻挡物包括在所述LED芯片的外周周围的互相分离的阻挡物。
5.根据权利要求4的LED，其中所述相互分离的阻挡物中的至少一个包括垫。
6.根据权利要求4的LED，其中所述相互分离的阻挡物中的至少一个包括虚拟垫。
7.根据权利要求1的LED，其中所述包封材料具有平的上表面。
8.根据权利要求1的LED，其中所述包封材料具有平的上表面并且所述包封材料的平的上表面上包括粗糙结构。
9.根据权利要求1的LED，其中所述包封材料具有半球形状。
10.根据权利要求1的LED，其中所述阻挡物包括选自导电材料、非导电材料和触变材料的至少一种。
11.一种LED封装，包括：
子基座；
在所述子基座上的LED芯片；
在所述LED芯片上的阻挡物；和
含有磷光体的包封材料，其中所述包封材料设置在所述LED芯片上的所述阻挡物之内
12.根据权利要求11的LED封装，其中所述阻挡物设置在所述LED芯片的外侧上表面上。
13.根据权利要求11的LED封装，其中所述包封材料具有平的上表面。
14.根据权利要求11的LED封装，其中所述包封材料具有半球形状。
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