CN102237479B - 发光器件封装和具有发光器件封装的发光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光器件封装和具有发光器件封装的发光系统。本发明的发光器件封装包括:主体;在主体的表面上的绝缘层;在绝缘层上的至少一个电极层;以及在至少一个电极层上的发光器件。电极层包括热扩散层和在热扩散层上的反射层,并且热扩散层具有是反射层的厚度的至少二十倍的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件封装和具有发光器件封装的发光系统。
背景技术
发光二极管(LED)是将电流转化为光的半导体发光器件。LED能够产生具有高亮度的光,从而LED已经被广泛地用作用于显示装置、汽车或发光装置的光源。另外,LED能够通过使用荧光体或组合具有各种颜色的LED来呈现具有优异的光效率的白色。
为了提高LED的亮度和性能,已经进行各种尝试来改善光提取结构、有源层结构、电流扩散、电极结构和发光二极管封装的结构。
发明内容
实施例提供能够提高散热效率的包括电极层的发光器件封装。
实施例提供能够提高散热效率的具有封装结构的发光器件封装。
根据实施例的发光器件封装包括:主体;在主体的表面上的绝缘层;在绝缘层上的至少一个电极层;以及在至少一个电极层上的发光器件,其中所述电极层包括热扩散层和在热扩散层上的反射层,并且所述热扩散层具有是反射层的厚度的至少二十倍的厚度。
根据实施例的发光器件封装包括:主体,该主体具有腔体;在主体的表面上的绝缘层;在绝缘层上的多个电极层;在腔体中在电极层中的至少一个上的发光器件;以及成型构件,该成型构件覆盖腔体中的发光器件,其中所述电极层包括热扩散层和在热扩散层上的反射层,并且所述热扩散层具有是反射层的厚度的至少二十倍的厚度。
根据实施例的发光系统包括:多个发光器件封装;板,在其上安装发光器件封装;以及在发光器件封装的光路径中的光学构件。发光器件封装包括:主体;在主体的表面上的绝缘层;在绝缘层上的至少一个电极层;以及在至少一个电极层上的发光器件,其中所述电极层包括热扩散层和在热扩散层上的反射层,并且所述热扩散层具有是反射层的厚度的至少二十倍的厚度。
附图说明
图1是根据第一实施例的发光器件封装的平面图;
图2是沿着图1的线A-A截取的侧截面图;
图3是示出图2的电极层的每个区域的截面图;
图4是示出根据实施例的封装的热阻的图;
图5是示出根据第二实施例的发光器件封装的截面图;
图6是示出根据第三实施例的发光器件封装的截面图;
图7是示出根据第四实施例的发光器件封装的截面图;
图8是示出根据实施例的发光器件的示例的截面图;
图9是根据实施例的包括发光器件封装的显示装置的视图;
图10是示出根据实施例的包括发光器件封装的显示装置的另一示例的视图;以及
图11是根据实施例的包括发光器件封装的发光装置的视图。
具体实施方式
在实施例的描述中,将会理解的是,当层(或膜)、区域、图案、或者结构被称为在另一基板(或者板)、另一层(或者膜)、另一区域、另一焊盘、或者另一图案“上”或者“下”时,它能够“直接地”或者“间接地”在另一基板、层(或者膜)、区域、焊盘、或者图案上,或者也可以存在一个或多个中间层。当元件被称为在“上”或者“下”时,基于元件能够包括“在元件下”以及“在元件上”。已经参考附图描述了层的这样的位置。
为了方便或者清楚起见,附图中所示的每层的厚度和尺寸可以被夸大、省略或者示意性地绘制。另外,元件的尺寸没有完全地反映实际尺寸。
在下文中,将会参考附图描述实施例。附图中所示的每层仅是示例性目的并且实施例不限于附图中所示的厚度。
图1是根据第一实施例的发光器件封装的平面图,并且图2是沿着图1的线A-A截取的侧截面图。
参考图1和图2,发光器件封装100包括主体101、绝缘层130、第一和第二电极层110和120、以及发光器件140。
主体101可以包括硅材料。例如,主体10可以包括具有硅晶圆的晶圆级封装(WLP)。除了硅之外,通过使用Al、AlN、AlOx、PSG(光敏玻璃)、Al2O3、BeO、PCB(印刷电路板)或者各种树脂能够形成主体101。根据实施例,硅用作用于主体101的材料以提高发光器件封装的制造效率和散热效率。
通过诸如湿法蚀刻、干法蚀刻或者激光钻孔的体蚀刻工艺能够形成主体101。能够执行上述蚀刻工艺中的至少两个以形成主体101。深反应离子蚀刻是干法蚀刻工艺的代表性工艺。
通过蚀刻工艺能够在主体101的上部上形成具有预定深度的腔体105。腔体105的上部是打开的。例如,能够以基底管凹陷、多边形凹陷或者圆形凹陷的形式来制备腔体105,但是实施例不限于此。为了形成腔体105,通过使用掩模来执行构图工艺并且通过使用湿蚀刻剂,例如,诸如KOH溶液、TMAH或者EDP的各向异性湿蚀刻剂来执行湿法蚀刻工艺。
腔体105的外周侧103可以相对于腔体105的底表面102以预定的角度倾斜。另外,腔体105的外周侧103可以基本上垂直于腔体105的底表面102或者可以弯曲,但是实施例不限于此。主体101的横向侧107可以以预定角度弯曲或者可以是直立的。主体101的横向侧107包括以第一角度从主体101的顶表面倾斜的上横向侧和以第二角度从主体101的下表面倾斜的下横向侧。上横向侧和下横向侧形成主体101的边缘。根据封装材料的结晶性,以预定的角度蚀刻主体101的横向侧或者能够通过切割工艺形成主体101的横向侧。能够在实施例的范围内对主体101的横向侧的形状进行各种修改并且不限于附图中示出的特征。
主体101的下表面和腔体105的底表面之间的厚度可以小于主体101的其它区域的厚度。优选地,主体101的下表面和腔体105的底表面之间的厚度在主体101中最薄。厚度可以取决于蚀刻方案而变化。
绝缘层130形成在主体101上并且电极层110和120形成在绝缘层130上。绝缘层130使电极层110和120与主体101绝缘。绝缘层130覆盖比电极层110和120宽的面积,从而防止主体101接触其它的导电材料。
例如,绝缘层130包括从由硅热氧化物层(SiO2或者SixOy)、AlOx、硅氮化物层(Si3N4、SixNy或者SiOxNy)、AlN以及Al2O3组成的组中选择的至少一个。
电极层110和120包括第一电极层110和第二电极层120。第一和第二电极层110和120包括多个金属层。通过使用具有适合于提高导热性、电气性质以及光反射效率的厚度的金属材料可以形成第一和第二电极层110和120。
第一电极层110被布置在主体101的一侧处并且第二电极层120被布置在主体101的另一侧处。主体101的该一侧可以与主体101的另一侧相对或者相对应。
第一电极层110可以延伸到腔体105的表面的一侧以及主体101的下表面的一侧、第一横向侧以及顶表面的一侧。第二电极层120可以延伸到腔体105的表面的另一侧以及主体101的下表面的一侧、第二横向侧以及顶表面的另一侧。第一横向侧可以是左横向侧,并且第二横向侧面可以是右横向侧。
第一电极层110的末端P1可以用作第一引线端子并且第二电极层120的末端P2可以用作第二引线端子。
为了形成第一和第二电极层110和120,光致抗蚀剂涂覆在绝缘层130上并且对光致抗蚀剂进行暴露和显影工艺使得光致抗蚀剂被选择性地暴露,从而形成掩模图案。然后,通过溅射、镀(电镀或者化学镀)或者电子束蒸镀方案,使第一和第二电极层110和120选择性地沉积在没有形成掩模图案的区域上。然后,执行剥离工艺,但是实施例不限于此。
通过隔离部分145相互隔离第一和第二电极层110和120。隔离部分145被布置在第一和第二电极层110和120之间并且从腔体105延伸到主体101的顶表面。隔离部分145能够被制备为凹陷。在这样的情况下,绝缘材料填充在凹陷中。隔离部分145可以具有与第一电极层110或者第二电极层120的厚度相对应的深度。
至少一个掺杂区域能够形成在主体101中。掺杂区域能够被定义为阱区域。通过将杂质注入/扩散到主体101的顶表面和/或底表面能够形成掺杂区域。掺杂区域可以具有与主体101相反的极性。例如,掺杂区域可以包括P型半导体,但是实施例不限于此。在这样的情况下,主体101可以包括N型半导体。因此,掺杂区域和主体101可以组成P-N、P-N-P、N-P以及N-P-N结结构中的至少一个。这样的结结构可以用作诸如齐纳二极管的保护装置,或者电流调节器装置。
掺杂区域能够接触第一和第二电极层110和120中的一个。
发光器件140可以被布置在第一电极层110和/或第二电极层120上。为了解释的方便,下面将会假定发光器件140被布置在第一电极层110上来进行描述。
发光器件140被布置在腔体105的中心处第一电极层110上。
第一和第二电极层110和120可以具有取决于其区域的可变厚度。第一和第二电极层110和120能够被分为反射区域和引线区域。反射区域具有高于引线区域的反射率的反射率。结合区域形成在反射区域中。第一和第二电极层110和120中的反射区域的厚度可以比引线区域的厚度薄。另外,第一和第二电极层110和120中的结合区域的厚度可以比反射区域的厚度薄。在第一和第二电极层110和120中,结合区域和引线区域可以具有相同的金属堆叠结构。
反射区域可以是第二区域A2,引线区域可以是第三区域A3并且结合区域可以是第一区域A1。
第二区域A2可以延伸到腔体105的底表面102、腔体105的外围侧103、以及主体101的顶表面的一部分L1。暴露于主体101的顶表面的第二区域A2的宽度D1和D2可以是1μm或者更大,但是实施例不限于此。
结合构件125被布置在发光器件140和第一电极层110之间。结合构件125具有大于发光器件140的下表面的面积的面积。
结合构件125能够被布置在第一电极层110的第一区域A1上以将发光器件140结合到第一电极层110。
发光器件140能够通过贴片方案结合到结合构件125。结合构件125可以包括包含Au-Sn、Pb-Sn以及In中的至少一个的共熔金属。通过电子束蒸镀方案能够形成上述材料。
例如,发光器件140可以包括诸如蓝色LED芯片、绿色LED芯片、红色LED芯片或者黄色LED芯片的可见光带、或者UV(紫外)带的LED芯片。然而,实施例不限制发光器件140的类型和数目。
发光器件140包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)的组成式的III-V族化合物半导体层。化合物半导体层可以包括顺序地堆叠的第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层。衬底被布置在半导体层下面。衬底可以包括诸如蓝宝石衬底的绝缘衬底、或者导电衬底。通过生长半导体层可以形成衬底或者可以额外地制备衬底。另外,欧姆层、反射层以及导电支撑构件可以进一步被布置在半导体层下面。能够通过导电支撑构件提供电力。
发光器件140能够电连接到第一和第二电极层110和120。发光器件140结合到第一电极层110,并且通过布线142连接到第二电极层120。发光器件140能够通过倒装芯片方案结合到第一和第二电极层110和120或者通过至少两条布线连接到第一和第二电极层110和120,但是实施例不限于此。布线142的一端可以用作第二电极层120的结合层或者反射层。
通过堆叠至少四个金属层可以形成第一和第二电极层110和120。详细地,通过至少四个金属层能够形成第一电极层110的第一区域A1和第三区域A3,并且通过至少五个金属层可以形成第一和第二电极层110和120的第二区域A2。组成第二区域A2的堆叠结构的层数可以比组成其它区域A1和A3的堆叠结构的层数多至少一层。
第一和第三区域A1和A3可以具有相同的层结构或者相同的厚度。
第一和第二电极层110和120包括反射层117。反射层117可以形成在反射区域,即,第二区域A2上。
成型构件150形成在腔体105中。成型构件150可以包括诸如硅或者环氧的透射树脂材料。成型构件150的表面可以具有平坦的形状、凹形或者凸形形状。成型构件150可以包括至少一种类型的荧光体。荧光体可以选择性地包括包含YAG、TAG、硅酸盐、氮化物以及氧氮化物基材料中的至少一种的红色荧光体、绿色荧光体以及黄色荧光体。
透镜(未示出)可以形成在成型构件150上。例如,被形成在成型构件150上的透镜可以包括凸镜、凹镜、或者其组合。透射能够与成型构件150隔离或者能够被完整地形成有成型构件150。包括至少一种类型的磷光体的荧光膜可以形成在腔体105上,但是实施例不限于此。
具有优异的透射性的包括荧光体或者环氧的硅凝胶能够通过丝网印刷方案形成在成型构件150的想要的区域上。
制造发光器件封装的方法如下。蚀刻主体101的横向侧的腔体区域并且形成绝缘层130。然后,掩模图案在绝缘层130上对准并且形成电极层110和120。在将发光器件140安装在第一电极层110上之后,发光器件140被引线键合到第二电极层120。然后,成型构件150在腔体105中成型。接下来,主体101被切割成封装单元。切割表面可以选择性地形成在除了其中形成第一和第二电极层110和120的横向侧之外的各种区域中。
在下文中,将会参考图3描述第一和第二电极层110和120的堆叠结构。
参考图3,第一和第二电极层110和120包括晶种层111、热扩散层112、阻挡层113、结合层114、粘附层116以及反射层117。
电极层110和120的第一和第三区域A1和A3可以具有晶种层111、热扩散层112、阻挡层113以及结合层114的结构。电极层110和120的第二区域A2可以包括晶种层111、热扩散层112、阻挡层113、结合层114、粘附层116以及反射层117。
晶种层111形成在绝缘层130(参见图2)上,热扩散层112形成在晶种层111上,阻挡层113形成在热扩散层112上,并且结合层114形成在阻挡层113上。另外,粘附层116被布置在结合层114和反射层117之间。
晶种层111可以包括相对于绝缘层具有优异的粘附性或者相对于其它金属层具有优异的结合性的材料。例如,晶种层111包括Ti、Cr或者Ta,并且能够被定义为粘附层。晶种层111可以具有大约 的厚度。
晶种层111可以被制备为单层结构或者多层结构。例如,晶种层111可以选择性地包括Ti、Cr、Ta及其合金。如果晶种层111具有多层结构,那么晶种层111的厚度可以增加。
通过使用诸如铜(Cu)的具有优异的导热性的金属,可以在晶种层111上形成热扩散层112。热扩散层112具有大约10~50μm的厚度,优选地,大约30μm±2μm的厚度。
热扩散层112距离晶种层111、绝缘层或者主体的表面比距离反射层117更近。
热扩散层112的厚度可以是电极层110和120的第二区域A2的厚度的至少85%。如果热扩散层112具有上述厚度,那么热阻会在垂直方向上,即,在主体的厚度方向上增加并且热扩散速率在水平方向上,即,垂直于主体的厚度的方向上增加。
除了Cu之外,热扩散层112还可以包括Ag、Au、Al或者碳纳米管。
可以如下地获得热扩散层112的热阻和热导率。
每单位面积的热传输与温度梯度成比例并且与热扩散层112的厚度成反比例。如果采用比例常数K,那么热扩散层112的热传导qx如下。
等式1
qx:每小时的一维传导热(kcal/hr)
A:热传导面积(m2)
Δx:扩散层的厚度
k:热导率(w/mK)
T1和T2:物体的前表面和后表面处的温度
另外,如下地获得热阻R:
等式2
热扩散层112的热阻R与热扩散层112的厚度Δx成比例并且与热传导面积成反比例。如果热扩散层112的厚度Δx增加,那么热扩散层112中的热阻增加。另外,如果热扩散层112中的热阻增加,那么热扩散速率在水平方向(横向方向)上增加得比在垂直方向(纵向方向)上多,从而可以增加热扩散层112的有效散热面积。如果热扩散层112的有效散热面积增加,那么热传导面积A能够增加,从而能够降低封装的热阻。
因为以μm为单位表示热扩散层112的厚度并且以mm为单位表示热扩散层112的散热面积,存在大约1000倍的差。另外,因为热扩散层112包括诸如Cu的具有优异的导热性的材料,所以能够在水平方向上增加有效散热面积同时没有增加热扩散层112的厚度。因此,如果热扩散层112的厚度增加,那么热可以在水平方向上快速地在热扩散层112中扩散,从而能够增加有效散热面积和热传导面积。
当与其它封装的有效散热面积相比时,具有热扩散层112的封装的有效散热面积可以基本上增加为10倍。因此,如果通过考虑热扩散层112的有效散热面积来设置热扩散层112的厚度,那么能够在热扩散层112中实现最大的和最佳的散热效率。
子晶种层能够形成在晶种层111和热扩散层112之间。子晶种层可以包括Au或者Cu。晶种层111可以具有Cr/Au、Cr/Cu、Ti/Au、Ta/Cu或者Ta/Ti/Cu的堆叠结构。形成在晶种层111和热扩散层112之间的子晶种层可以具有大约的厚度。
阻挡层113可以形成在热扩散层112上。阻挡层113能够防止结合层114的电气特性在高温环境下被热扩散层112劣化。阻挡层113可以包括Pt或者Ni并且具有大约的厚度。
结合层114可以形成在阻挡层113上。结合层114是包括Au的镀层并且具有大约的厚度。
如图2和图3中所示,结合构件125形成在第一区域A1中结合层114上。结合构件125用于共熔结合并且被结合到结合层114。这时,结合效率可以取决于结合层114的表面粗糙而变化。详细地,如果结合层114的表面粗糙增加,那么空气可以进入结合界面从而可能减低导热性。因此,能够通过降低表面粗糙来提高导热性。根据实施例,通过利用镀方案形成结合层114可以将结合层114的表面粗糙限制为小于30nm。
如果热扩散层112包括Cu,那么阻挡层113包括Ni,并且结合层114包括Au,第一和第三区域A1和A3可以具有Cr/Au/Cu/Ni/Au、Cr/Cu/Cu/Ni/Au、Ti/Au/Cu/Ni/Au、Ta/Cu/Cu/Ni/Au或者Ta/Ti/Cu/Cu/Ni/Au的堆叠结构。在上述堆叠结构中,如果热扩散层112具有大约10μm至50μm的厚度,那么能够降低金属层的热阻。
粘附层116和反射层117堆叠在电极层110和120的第二区域A2中结合层114上。粘附层116用于结合相邻的两个金属并且包括Ti、Cr或者Ta。粘附层116可以具有大约的厚度并且可以被省略。
反射层117形成在粘附层116上。反射层117可以包括具有优异的反射率的金属或者合金。例如,反射层117可以选择性地包括Al、Ag、Al合金、或者Ag合金。反射层117的反射率相对于可见光带的光至少为70%,优选地,至少90%,因此能够提高反射效率。反射层117可以具有大约的厚度。
反射层117形成在第二区域A2的表面上。热扩散层112可以具有大于10μm至50μm的厚度。热扩散层112的厚度是电极层110和120的厚度的至少50%,优选地,至少85%。热扩散层112的厚度是反射层117的厚度的大约数十倍,例如,至少二十倍。热扩散层112的厚度是结合层114的厚度的至少66倍。
为了提高散热效率,电极层110和120可以具有是绝缘层130(参见图2)的厚度的至少二十倍的厚度。另外,热扩散层112可以具有是反射层117的厚度的至少二十倍的厚度。如果热扩散层112具有上述厚度,那么能够增加有效散热面积从而能够提高发光器件的散热效率和电气可靠性。
如果热扩散在热扩散层112处在水平方向上增加,那么热扩散层112的有效散热面积可以扩展到腔体105的外周侧和底部以及主体的顶表面。如果热扩散层112的有效散热面积增加,那么从发光器件140产生的热可以通过热扩散层112在水平方向上快速地扩散,使得能够通过电极层110和120的整个表面有效地散发热。
在下文中,将会参考图1至图3描述发光器件封装100的操作。
如果通过电极层110和120提供电力,那么发光器件140发射光。发射的光通过成型构件150放出到外部。
然后,包括具有高于其它层的导热性的导热性的材料的热扩散层112被布置在电极层110和120中的至少一个中。热扩散层112具有比其它层的厚度相对更厚的厚度,从而能够提高热扩散效率。
如果电极层110和120中的一个的厚度增加,那么从发光器件140产生的热能够在水平方向上而不是垂直方向上快速地扩散。如果电极层110和120的厚度增加,那么电极层110和120的热阻与电极层110和120的厚度成比例地增加。另外,如果电极层110和120的热阻增加,那么能够以预定的比率增加电极层110和120的表面处水平方向上的热扩散。水平方向能够是封装的长度和/或宽度方向并且垂直方向能够是封装的厚度方向。
从发光器件140产生的热流可以被分为基于发光器件140的水平方向上流动的第一热流F1和垂直方向上流动的第二热流F2。第一和第二热流F1和F2可以取决于电极层110和120而变化。根据实施例,能够在电极层110和120处提高水平方向上的热传输效率,使得在电极层110和120中第一热流F1大于第二热流F2。因此,在电极层110和120中能够增加有效散热面积。另外,在电极层110和120的水平方向上传输的第一热流F1大于传输到主体101的第二热流F2,从而能够增加电极层110和120的有效散热面积。因此,电极层110和120的水平方向上的热扩散增加,从而用于散热的表面面积,即,电极层110和120的有效散热面积增加,从而提高了包括硅材料的主体101以及电极层110和120处的散热效率。
从发光器件140产生的热可以从腔体105中的电极层110和120扩散到形成在主体101的顶表面上的电极层。即,能够增加电极层110和120的有效散热面积。另外,热通过主体101被传输到电极层110和120,从而主体101的有效散热面积能够增加。因此,能够提高发光器件封装的散热效率,因为能够增加电极层110和120的有效散热面积。
图4是示出根据实施例的电极层的热阻的图。
参考图4,在第一示例C1中,在没有结合工艺的情况下制备发光器件,结合层的粗糙大约是28nm,并且热扩散层的厚度大约是0.6μm。热阻TR是13.2K/W,其中芯片电阻R1小但是热扩散层的电阻R3相对增加,从而总热阻几乎没有提高。芯片电阻可以是芯片的有源层下面的结构的电阻值。
在第二示例C2中,通过结合工艺(共熔结合)制备发光器件,结合层的粗糙大约是28nm,并且热扩散层的厚度大约是0.6μm。热阻TR是8.5K/W,其中与第一示例C1相比,第一电阻R1增加,但是第二和第三电阻R2和R3相对减少,从而提高了总热阻。第一电阻R2是芯片电阻并且对应于有源层下面的所有层的电阻值。第二电阻R2是贴片电阻值,并且第三电阻R3是从主体、板(例如,MCPCB)以及封装的结合层产生的电阻值。热阻的这样的提高可以通过热扩散层的厚度增加引起水平方向上的热扩散,从而能够增加有效散热面积,从而提高封装的总热阻。
在第三示例C3中,通过结合工艺(共熔结合)制备发光器件,结合层的粗糙大约是11nm,并且热扩散层的厚度大约是30μm。热阻TR是6.5K/W,其中与第二示例C2相比,第一和第三电阻R1和R3增加,从而提高了总热阻。
因此,根据实施例,热扩散层的厚度相对厚并且通过贴片方案结合发光器件,从而能够提高有效发光面积。因此,能够增加热传导面积从而能够降低热扩散层的电阻、芯片电阻、以及贴片电阻。另外,能够提高电极层的总热阻,从而能够更多地提高散热效率。
图5是示出根据第二实施例的发光器件封装的截面图。在第二实施例的下面的描述中,与第一实施例相同的元件和结构将会被参考第一实施例并且将会省略其详细的描述以避免重复。
参考图5,发光器件封装100A包括:主体101,该主体101具有腔体105;绝缘层130和130A;多个电极层110和120;发光器件140;引线电极110A和120A;以及导通孔构件160和161。
绝缘层130和130A形成在主体101的顶表面和下表面上。绝缘层没有形成在主体101的横向侧上,因此主体101的横向侧暴露于外部。
电极层110和120形成在主体101的顶表面上的绝缘层130上,并且引线电极110A和120A形成在主体101的下表面上的绝缘层130A上。
导通孔构件160和161形成在主体101中。导通孔构件160和161包括通孔160和形成在通孔160中的导通孔161。导通孔161包括绝缘材料使得导通孔161与主体101绝缘。
导通孔161将电极层110和120连接到引线电极110A和120A以提供电力路径。
根据第二实施例,如图3中所示的热扩散层112形成在电极层110和120中,从而增加了有效散热面积和热传导面积,从而降低了封装的热阻。另外,在水平方向上流动的第一热流F1大于在垂直方向上流动的第二热流F2,从而能够提高封装的散热效率。
图6是示出根据第三实施例的发光器件封装的截面图。在第三实施例的下面的描述中,与第一实施例相同的元件和结构将会参考第一实施例并且将会省略其详细的描述以避免重复。
参考图6,发光器件封装100B包括主体101A,该主体101A具有平坦的顶表面;绝缘层130;多个电极层110和120;发光器件140;引线电极P1和P2;以及透镜150A。
通过使用成型构件将透镜150A凸地形成在发光器件140上以调节光的取向角。
根据实施例的发光器件通过绝缘衬底或者生长衬底贴片结合到第二引线电极并且然后被封装以用作用于指示器、发光设备或者显示装置的光源。另外,一个实施例可以不限于此,而是可以选择性地应用于其它的实施例。
图7是示出根据第四实施例的发光器件封装的截面图。在第四实施例的下面描述中,与第一实施例相同的元件和结构将会参考第一实施例并且将会省略其详细描述以避免重复。
参考图7,发光器件封装100C包括形成在电极层110和120的表面上的多个突起118。突起118有效地反射从发光器件140发射的光。电极层110和120的突起118可以被布置在腔体105中,但是实施例不限于此。
电极层110和120的突起118提高了反射效率和相对于成型构件150的耦接强度。
电极层110和120的突起118可以从图2中所示的层中的一个突出。例如,电极层110和120的突起118可以从反射层117突出。另外,粗糙突起能够以突起118能够形成在电极层110和120的表面上的方式形成在绝缘层130的表面上或者形成在电极层110和120的另外的层上。
多个掺杂区域107和108能够形成在主体101中。掺杂区域107和108能够被定义为阱区域。通过将杂质注入或者扩散到主体101上,能够在主体101的不同区域中形成掺杂区域。掺杂区域107和108可以具有与主体101的极性相反的极性。例如,掺杂区域可以包括P型半导体,但是实施例不限于此。在这样的情况下,主体101可以包括N型半导体。
第一掺杂区域107连接到第一电极层110并且第二掺杂区域108连接到第二电极层120。因此,掺杂区域107和108、主体101以及电极层110和120可以组成P-N、P-N-P、N-P以及N-P-N结结构中的至少一个。这样的结结构可以用作诸如齐纳二极管的保护装置,或者电流调节器装置。
图8是示出根据实施例的发光器件的示例的截面图。
参考图8,发光器件140包括发光结构235,该发光结构235具有多个化合物半导体层210、220以及230;保护层240;多个导电层250;支撑构件260;绝缘层20以及电极211。
发光器件140可以包括化合物半导体,并且能够被制备为包括多个III-V族元素的化合物半导体层的发光二极管(LED)。LED可以包括用于发射蓝、红、或者绿光的可见光LED或者UV LED。在实施例的技术范围内,LED可以包括各种LED。
发光结构层235包括第一导电半导体层210、有源层220以及第二导电半导体层230。
第一导电半导体层210可以包括掺杂有第一导电掺杂物的III-V族元素的化合物半导体。例如,第一导电半导体层210可以包括GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP或者AlGaInP。如果第一导电半导体层210是N型半导体,那么第一导电掺杂物可以包括诸如Si、Ge、Sn、Se或者Te的N型掺杂物。第一导电半导体层210可以具有单层结构或者多层结构,但是实施例不限于此。
第一导电半导体层210在其顶表面上设置有用于提高光提取效率的诸如粗糙和/或者图案212的光提取结构或者用于电流扩展和光提取的用途的透明电极层或者绝缘层,但是实施例不限于此。
第一导电半导体层210包括多个半导体层,并且半导体层可以具有不同的掺杂物浓度、不同的厚度或者不同的组成式。
第一导电半导体层210可以具有超晶格结构(SLS)并且可以包括从由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、SiO2、SiOx、SiN2、SiNx、SiOxNy以及金属材料组成的组中选择的一个。超晶格结构包括至少两个其中交替地重复至少两个不同的层的堆叠结构的超晶格结构。例如,超晶格结构包括InGaN/GaN的堆叠结构。超晶格结构的每层可以具有至少数的厚度。
电极211可以形成在第一导电半导体层210上。电极211可以包括焊盘或者具有连接到焊盘的分支结构的电极图案,但是实施例不限于此。粗糙图案可以形成在电极211的顶表面上,但是实施例不限于此。其处形成电极211的第一导电半导体层210的顶表面的一部分可以是平坦的,但是实施例不限于此。
电极211可以欧姆接触第一导电半导体层210的顶表面,并且可以具有包括从由Cr、Ti、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、Cu以及Au组成的组中选择的至少一个的单层结构或者多层结构。通过考虑与第一导电半导体层210的欧姆接触、金属层之间的粘附性、反射特性以及导电特性,电极211可以包括从上述材料中选择的一个。
有源层220可以形成在第一导电半导体层210下面并且可以具有多单量子阱结构。另外,有源层220可以具有量子线结构或者量子点结构。有源层220可以通过使用III至V族元素的化合物半导体材料具有阱/势垒层的堆叠结构。例如,有源层220可以具有InGaN阱/GaN势垒层、InGaN阱/AlGaN势垒层、或者InGaN阱/InGaN势垒层的堆叠结构,但是实施例不限于此。
例如,有源层220可以包括具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,并且0≤x+y≤1)的组成式的量子阱层和具有InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,并且0≤x+y≤1)的组成式的势垒层。
导电包覆层可以形成在有源层220的上和/或下面,并且可以包括氮化物基半导体。势垒层的带隙高于阱层的带隙,并且导电包覆层的带隙可以高于势垒层的带隙。
第二导电半导体层230形成在有源层220下面,并且可以包括掺杂有第二导电掺杂物的III-V族元素的化合物半导体。例如,第二导电半导体层230可以包括从由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP以及AlGaInP组成的组中选择的一个。如果第二导电半导体层是P型半导体,那么第二导电掺杂物包括诸如Mg和Zn的P型掺杂物。第二导电半导体层230可以具有单层结构或者多层结构,但是实施例不限于此。
发光结构235可以进一步包括在第二导电半导体层230下面的第三导电半导体层。第三导电半导体层可以具有与第二导电半导体层的极性相反的极性。另外,第一导电半导体层210包括P型半导体,并且第二导电半导体层230包括N型半导体。因此,发光结构235可以包括N-P结结构、P-N结结构、N-P-N结结构以及P-N-P结结构中的至少一个。
保护层240和多个导电层250可以形成在第二导电半导体层230或者第三导电半导体层下面。在下文中,为了进行解释将会描述其中发光结构235的最下层是第二导电半导体层230的情况。
保护层240被设置在是芯片的外部区域的沟道区域处。沟道区域用作形成芯片的边界的芯片外围区域。保护层240的顶表面的外部可以暴露于外部或者可以由其它的材料,例如,绝缘层290覆盖。粗糙或者图案可以形成在保护层240的顶表面上。保护层240和粗糙或者图案能够提高沟道区域中的光提取效率。在保护层240的顶表面的外部处,粗糙或者图案可以包括不同于保护层240的材料的材料或者具有不同于保护层240的折射率的折射率的材料。粗糙或者图案可以包括III-V族化合物半导体。例如,粗糙或者图案可以包括从由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP以及AlGaInP组成的组中选择的一个。通过使用能够通过隔离蚀刻形成的第二导电半导体可以形成粗糙或者图案。
保护层240的顶表面的内部以预定的宽度接触第二导电半导体层230的底表面的外部。在这样的情况下,接触宽度处于数μm至数十μm的范围内,并且可以根据芯片尺寸而变化。
保护层240可以在第二导电半导体层230的底表面的外围部分处形成为回路形状、环形、或者框架形状。保护层240可以具有连续的图案形状或者不连续的图案形状。
保护层240可以包括具有低于III-V族化合物半导体的折射率的折射率的材料。例如,保护层240可以包括透射氧化物材料、透射氮化物材料、或者透射绝缘材料。保护层240可以包括从由ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、IZTO(铟锌锡氧化物)、IAZO(铟铝锌氧化物)、IGZO(铟镓锌氧化物)、IGTO(铟镓锡氧化物)、AZO(铝锌氧化物)、ATO(锑锡氧化物)、GZO(镓锌氧化物)、SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3以及TiO2组成的组中选择的一个。
如果保护层240包括SiO2,则保护层240的折射率大约是2.3。另外,如果保护层240包括ITO或者GaN,那么保护层240的折射率大约是2.1或者大约2.4。通过第二导电半导体层230入射到保护层240的光可以被提取到外部,从而能够提高光提取效率。
保护层240保护发光结构235避免短路,即使发光结构235的外壁暴露于潮湿。因此能够提供具有优异的耐高潮湿性的LED。如果保护层240包括透射材料,则在激光划片工艺中,激光束透射通过保护层240。因此,在沟道区域中不会产生由于激光束引起的金属碎片。因此,能够防止在发光结构235的侧壁上出现的层间短路问题。
保护层240将发光结构235的每个层210、220或者230的外壁与第一导电层251隔开。保护层240可以具有处于大约0.02μm至大约5μm的范围内的厚度。保护层240的厚度可以根据芯片尺寸而变化。
导电层250包括第一至第三导电层251、252以及253,并且第一导电层251欧姆接触第二导电半导体层230。第一导电层251可以具有包括从由ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au以及Ni/IrOx/Au/ITO组成的组中选择的导电氧化物材料的多层结构,或者可以具有IZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni或者AZO/Ag/Ni的堆叠结构。
不同于第一导电层251并且从SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3以及TiO2中选择的材料能够形成在第一导电层251上。上述材料可以插入在第一导电层251和第二导电半导体层230之间。
第一导电层251被设置或者可以被设置在第二导电半导体层230的底表面上。另外,第一导电层251可以覆盖保护层240的底表面的一部分。换言之,第一导电层251可以具有与保护层240的底表面的该部分处的保护层240的宽度的最多80%相对应的面积。
第二导电层252被设置在第一导电层251下面。第二导电层252可以延伸到保护层240的底表面。第一导电层251可以包括反射金属和/或晶种金属,并且晶种金属用于镀工艺。因此,第一导电层251可以选择性地包括欧姆层、晶种层或者反射层,但是实施例不限于此。
第二导电层252可以具有包括从由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及其组合组成的组中选择的一个的单层结构或者多层结构。
第三导电层253形成在第二导电层252下面。第三导电层253包括阻挡金属或者结合金属。例如,第三导电层253可以包括从由Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag以及Ta组成的组中选择的至少一个。
第三导电层253用作结合层,并且支撑构件260被结合到第三导电层253的底表面。可以通过镀工艺或者使用片将支撑构件260附着到第二导电层252而不形成第三导电层253。
支撑构件260用作基底衬底,并且可以包括从由铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜-钨(Cu-W)、以及载具晶圆(例如,Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC、SiGe或者GaN)组成的组中选择的一个。
支撑构件260可以结合到图2中所示的结合构件124并且电连接到第一电极层110。电极211可以通过使用布线电连接到第二电极层120。从支撑构件260传输到第一电极层110的热可以快速地在主体101的横向方向上,而不是主体101的厚度方向上扩散,从而能够提高散热效率。因此,能够提高发光器件140的可靠性。
发光结构235的外表面可以倾斜并且可以包括绝缘层290。绝缘层290的下端可以部分地接触保护层240的顶表面或者可以覆盖保护层240的整个顶表面。绝缘层290可以包括具有低于化合物半导体的折射率(例如,在GaN的情况下2.4)的折射率的材料。例如,绝缘层390可以包括从由SiO2、SiOx、SiOxNy、Si3N4、Al2O3以及TiO2组成的组中选择的一个。
能够提高热阻和散热效率的封装不仅能够应用于图1中所示的封装100,而且能够应用于根据其它实施例的封装100A和100B。如果上述封装或者封装模块应用于指示器、发光设备或者显示装置,那么能够可靠地提高散热效率。
<发光系统>
根据实施例的发光器件封装可以用作用于指示装置、发光装置以及显示装置的光源。发光装置可以用于照明灯、交通灯、车辆头灯以及标识。可以提供多个发光器件封装。多个发光器件封装可以被排列在板上。导光板、光学片、透镜以及反射片可以被布置在其中排列多个发光器件封装的光学路径上。而且,实施例中的每一个不限于实施例中的每一个。而且,实施例中的每一个可以选择性地应用于其它的实施例并且可以不限于实施例中的每一个。
灯单元可以包括图9和图10中所示的显示装置以及图11中所示的发光装置。此外,灯单元可以包括照明灯、交通灯、车辆头灯以及标识。
图9是根据实施例的显示装置的分解透视图。
参考图9,根据实施例的显示设备1000可以包括导光板1041;发光模块1031,该发光模块1031将光提供给导光板1041;布置在导光板041下面的反射构件1022;布置在导光板1041上的光学片1051;布置在光学片1051上的显示板1061;以及底盖1011,该底盖1011容纳导光板1041、发光模块1031以及反射构件1022,但是不限于此。
底盖1011、反射片1022、导光板1041以及光学片1051可以被定义为灯单元1050。
导光板1041扩散光来生成平面光。导光板1041可以由透明材料形成。例如,导光板1041可以由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸树脂基材料、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、环烯烃共聚合物(COC)树脂以及聚萘二甲酸乙二酯(PEN)树脂中的一个形成。
发光模块1031可以将光提供给导光板1041的至少一个侧表面。因此,发光模块1031可以用作显示装置的光源。
至少一个发光模块1031可以被布置为将光直接地或者间接地提供到导光板1041的至少一个侧表面。发光模块1031可以包括板1033,和根据上述实施例的发光器件封装100。发光器件封装100可以以预定的距离排列在板1033上。
板1033可以是包括电路图案(未示出)的印刷电路板(PCB)。而且,板1033可以包括普通PCB、金属芯PCB以及柔性PCB,但是不限于此。当发光器件封装100被安装在底盖1011的侧表面上或者散热板上时,板1033可以被移除。在此,散热板的一部分可以接触底盖1011的顶表面。
多个发光器件封装100可以安装在板1033上以允许通过其从板1033发射光的发光表面与导光板1041隔开预定的距离,但是不限于此。发光器件封装100可以将光直接或者间接地提供给光入射表面,即导光板1041的侧表面,但是不限于此。
反射构件1022可以被布置在导光板1041的下面。因为反射构件1022反射入射到导光板1041的下表面上的光以向上提供反射光,所以可以提高灯单元1050的亮度。例如,反射构件1022可以由PET、PC以及PVC中的一个形成,但是不限于此。反射构件1022可以是底盖1011的顶表面,但是不限于此。
底盖1011可以容纳导光板1041、发光模块1031以及反射构件1022。为此,底盖1011可以包括容纳部分1012,该容纳部分1012具有盒形状,所述盒形状具有打开的上侧,但是不限于此。底盖1011可以耦接到顶盖,但是不限于此。
底盖1011可以由金属材料或者树脂材料形成。而且,可以使用压制成型工艺或者注入成型工艺来制造底盖1011。底盖1011可以由具有优异的导热性的金属或者非金属材料形成,但是不限于此。
例如,显示面板1061可以是液晶显示(LCD)面板,并且包括由透明材料形成并且相互面对的第一和第二板以及在第一和第二板之间的液晶层。偏振板可以附着到显示面板1061的至少一个表面。本公开不限于偏振板的附着结构。显示面板1061使用透过光学片1051的光来显示信息。显示装置1000可以应用于各种便携式终端、用于笔记本电脑的监视器、用于膝上电脑的监视器、电视等等。
光学片1051被布置在显示面板1061和导光板1041之间,并且包括至少一个光透射片。例如,光学片1051可以包括扩散片、水平和/或垂直棱镜片以及亮度增强片等等中的至少一个。扩散片扩散入射光,并且水平和/或垂直棱镜片将入射光聚集在显示区域中。另外,亮度增强片重新使用丢失的光以提高亮度。而且,保护片可以被布置在显示面板1061上,但是不限于此。
在此,诸如导光板1041和光学片1051的光学构件可以被布置在发光模块1031的光学路径上,但是不限于此。
图10是根据实施例的显示装置的视图。
参考图10,显示装置1100包括底盖1152;板1120,在其上排列上述发光器件封装100;光学构件1154;以及显示面板1155。
板1120和发光器件封装100可以被定义为发光模块1060。底盖1152、至少一个发光模块1060以及光学构件1154可以被定义为灯单元1150。
底盖1152可以包括容纳部分1153,但是不限于此。
在此,光学构件1154可以包括透镜、导光板、扩散片、水平和垂直棱镜片以及亮度增强片中的至少一个。导光板可以由PC材料或者PMMA材料形成。在这样的情况下,导光板可以被移除。扩散片扩散入射光,并且水平和垂直棱镜片将入射光聚集在显示区域中。亮度增强片重新使用丢失的光以提高亮度。
光学构件1154被布置在发光模块1060上以使用从发光模块1060发射的光来产生平面光或者扩散并且聚集从发光模块1060发射的光。
图11是根据实施例的发光装置的视图。
参考图11,发光单元1500可以包括外壳1510;发光模块1530,该发光模块1530在外壳1510中;以及连接端子1520,该连接端子1520被布置在外壳1510中以接收来自于外部电源的电力。
外壳1510可以优选地由具有良好的散热特性的材料形成,例如,由金属材料或者树脂材料形成。
发光模块1530可以包括板1532、和安装在板1532上的发光器件封装100。可以提供多个发光器件封装100,并且多个发光器件封装100可以以矩阵的形式排列或者以预定距离相互隔开。
板1532可以是其上印刷电路图案的绝缘体。例如,板可以包括普通的印刷电路板(PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB、FR-4等等。
而且,板1532可以由有效地反射光的材料形成,并且其表面可以以能够有效地反射光的颜色形成。例如,板1532可以是具有白色或者银色的涂层。
至少一个发光器件封装100可以安装在板1532上。发光器件封装100中的每一个可以包括至少一个发光二极管(LED)芯片。LED芯片可以包括发射红、绿、蓝或者白色光的彩色LED,和发射紫外(UV)线的UV LED。
发光模块1530可以具有各种发光器件封装100的组合以获得想要的颜色和亮度。例如,发光模块1530可以具有白色LED、红色LED、以及绿色LED的组合以获得高显色指数(CRI)。
连接端子1520可以电连接到发光模块1530以提供电力。连接端子1520可以螺纹耦合到插座类型的外部电源,但是不限于此。例如,连接端子1520可以是插头型并且被插入到外部电源,或者可以通过布线连接到外部电源。
制造根据实施例的发光器件封装的方法包括下述步骤:在封装主体上形成绝缘层;在绝缘层上顺序地形成晶种层、热扩散层、阻挡层以及结合层;在结合层的第二区域上形成粘附层并且在粘附层上形成反射层;以及将发光器件结合到结合层的第一区域并且将发光器件电连接到形成在与第一区域电隔离的第二区域的一部分上的反射层。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中,在各处出现的这类短语不必都表示相同的实施例。此外,当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时,都认为结合实施例中的其它实施例实现这样的特征、结构或特性也是本领域技术人员所能够想到的。
虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例,但是应该理解,本领域的技术人员可以想到多个其它修改和实施例,这将落入本发明原理的精神和范围内。更加具体地,在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主要内容组合布置的组成部件和/或布置中,各种变化和修改都是可能性。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外,对于本领域的技术人员来说,替代使用也将是显而易见的。
Claims (15)
1.一种发光器件封装,包括:
主体;
在所述主体的表面上的绝缘层;
在所述绝缘层上的第一电极层;
在所述绝缘层上的第二电极层;以及
在所述第一电极层上的发光器件,
其中所述第一电极层和所述第二电极层包括热扩散层和在所述热扩散层上的反射层,并且所述热扩散层具有是所述反射层的厚度的至少二十倍的厚度,
其中所述第一电极层和所述第二电极层进一步包括:
在所述热扩散层和所述绝缘层之间的晶种层;
在所述热扩散层和所述反射层之间的阻挡层;
在所述阻挡层和所述反射层之间的结合层;以及
在所述结合层和所述反射层之间的粘附层,
其中所述发光器件被结合到结合构件,其中所述结合构件具有比所述发光器件的下表面的面积大的面积,
其中所述结合构件被结合到所述结合层,
其中所述结合层的表面粗糙小于30nm,
其中所述结合层具有的厚度。
2.根据权利要求1所述的发光器件封装,其中所述第一电极层和所述第二电极层包括从所述反射层突出的突起。
3.根据权利要求1所述的发光器件封装,其中所述第一电极层和所述第二电极层包括:
第一区域,所述第一区域包括至少四个金属层,其中所述发光器件被布置在所述第一区域上;和
在所述第一区域的外部处的第二区域,所述第二区域包括至少六个金属层。
4.根据权利要求2所述的发光器件封装,其中所述发光器件被结合到所述第一电极层上并且通过布线连接到所述第二电极层。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件封装,其中所述第一电极层和所述第二电极层的厚度是所述绝缘层的厚度的至少二十倍。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件封装,其中所述热扩散层的厚度处于10~50μm的范围内。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件封装,其中所述热扩散层的厚度是所述结合层的厚度的至少66倍,
其中所述结合层是包含Au的镀层。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件封装,其中所述热扩散层的厚度是所述第一电极层和所述第二电极层的厚度的至少85%。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的发光器件封装,其中所述晶种层具有多层结构。
10.根据权利要求6所述的发光器件封装,其中所述热扩散层包括铜(Cu),并且具有处于30μm±2μm的范围内的厚度。
11.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光器件封装,其中所述热扩散层包括从由Cu、Al、Au以及Ag组成的组中选择的至少一个,并且所述反射层包括从由Al、Al合金以及Ag合金组成的组中选择的至少一个。
12.根据权利要求2所述的发光器件封装,
其中所述主体具有腔体,所述腔体具有开放的顶表面,以及在所述腔体中形成成型构件。
13.根据权利要求12所述的发光器件封装,其中所述主体包括硅基导电材料。
14.根据权利要求12所述的发光器件封装,其中所述主体被布置有至少一个导通孔构件,所述导通孔构件通过穿过所述主体从所述主体的顶表面延伸到所述主体的下表面。
15.根据权利要求12所述的发光器件封装,其中所述成型构件覆盖所述腔体中的发光器件并且耦接到所述突起。
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