CN102439742A - 用于制造发光二极管的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于制造发光二极管的方法，其包括以下步骤：提供包括半导体本体(10)的发光二极管芯片(1)；以及借助热喷涂将发光转换材料(3)施加到半导体本体(10)的外表面(14)上，使得在发光二极管的工作时产生的电磁辐射(4)的至少一部分射到发光转换材料(3)上。

Description

用于制造发光二极管的方法
提出了一种用于制造发光二极管的方法。
文献US 2006/0182969描述了一种粉末，其适合用于借助热喷涂来涂层。
文献WO 2006/082170描述了一种用于冷气喷涂的方法。
文献DE 202009000537描述了一种用于等离子体沉积的设备。
待解决的任务在于，提出一种用于制造发光二极管的方法，其可以特别简单并且节约成本地执行。
根据这里描述的方法的一个实施形式，首先提供包括半导体本体的发光二极管芯片。发光二极管芯片例如适于产生在UV辐射和/或蓝光波长范围中的电磁辐射。发光二极管芯片包括半导体本体，其可以包括外延生长的半导体层。尤其，半导体本体优选包括至少一个有源区域，在该区域中在发光二极管工作时产生电磁辐射。发光二极管芯片可以单独地或者在晶片复合物中提供。即，还可以提供多个发光二极管芯片，这些发光二极管芯片还没有被分割，而是在晶片复合物中，即处于在具有多个发光二极管芯片的片中。
根据这里所描述的方法的至少一个实施形式，发光转换材料施加到半导体本体的外表面上。发光转换材料为适合用于吸收电磁辐射并且再发射具有相比较于被吸收的电磁辐射更长的波长的电磁辐射的材料。发光转换材料优选地施加到半导体本体的外表面上，使得在发光二极管工作时所产生的电磁辐射的至少一部分射到发光转换材料上。这例如能够通过如下方式实现：发光转换材料施加到发光二极管芯片的辐射出射面上。发光转换材料然后可以局部地或者完全地覆盖辐射出射面。
在此，发光转换材料借助热喷涂来施加。热喷涂为表面涂层方法。在热喷涂中，添加材料(所谓喷涂添加剂)在喷涂燃烧器(Spritzbrenners)内部或外部熔断、熔化或熔合，加速为以喷射颗粒为形式的气流并且离心旋转到待涂层的本体的表面上。在此，待涂层的本体的表面不熔合并且仅以很小的量热负荷。实现所喷射的材料的层形成，因为所喷射的、例如以颗粒为形式的材料在撞击到待涂层的本体上时根据工艺和材料或多或少地展平，并且首先通过机械卡夹保持附着在本体上并且分层地构成喷涂层。
根据这里描述的方法的至少一个实施形式，首先提供包括半导体本体的发光二极管芯片。接下来，借助热喷涂将发光转换材料施加到半导体本体的外表面上，这样在发光二极管工作时所产生的电磁辐射的至少一部分射到发光转换材料上。
在在此描述的方法中可能的是，发光转换材料无连接材料或者基体材料地与半导体本体直接接触。这具有如下有点，即在电磁辐射的转换中可以良好地导散所产生的热量，因为在发光转换材料的颗粒之间不存在例如有机基体。
发光转换材料优选为适于下转换(英语：down-conversion)的发光转换材料。也就是说，发光转换材料吸收电磁辐射并且再发射具有更大波长的电磁辐射。
根据在此描述的方法的至少一个实施形式，发光转换材料借助热喷涂施加到支承体的外表面上而不是直接到半导体本体的外表面上。支承体为透射辐射的支承体，该支承体至少对于在发光二极管芯片的工作中所产生的电磁辐射的一部分和/或通过发光转换材料所转换的电磁辐射的一部分是透射的。在附加的方法步骤中，支承体设置在发光二极管芯片的辐射出射面上，使得在发光二极管工作时所产生的电磁辐射的至少一部分射到发光转换材料上。这例如可以通过如下方式实现：支承体固定在发光二极管芯片的辐射出射面上或者在发光二极管芯片的发射方向上设置在辐射出射面之后。
根据在此描述的方法的至少一个实施形式，首先，提供包括半导体本体的发光二极管芯片。此外提供透射辐射的支承体。发光转换材料施加到支承体的外表面上。发光转换材料借助热喷涂施加。用发光转换材料涂层的支承体设置在发光二极管芯片的辐射出射面上，使得在发光二极管工作时所产生的电磁辐射的至少一部分射到发光转换材料上。
有利地，发光转换材料与支承体直接接触，并且在发光转换材料的颗粒之间不存在其他材料(例如基体材料)，使得在转换时所产生的热量可以尤其有效地在支承体上导散。
根据至少一个实施形式，支承体通过下述材料的一种形成：陶瓷、半导体材料、玻璃、塑料。支承体例如可以包含至少一种所提及的材料或者由所提及的材料之一组成。支承体例如可以构建为柔性的膜，该膜可以作为薄片施加到发光二极管芯片的辐射出射面上。支承体的外表面可以局部地或者完全地用发光转换材料涂层。
根据该方法的至少一个实施形式，热喷涂为冷气喷涂。冷气喷涂为热喷涂的衍生形式。
在冷气喷涂中，例如以粉末形式存在的涂层材料以高速度施加到待涂层的本体上。为此，加热到几百摄氏度的工艺气体通过在拉瓦尔喷管中的膨胀加速到超音速，并且接下来涂层材料的颗粒注射到气体射流中。在此，注射的喷涂颗粒加速到高的速度，使得其在不同于其他热喷涂方法而在无事先的熔化或熔合的情况下在冲击到待涂层的本体上时形成紧密并且牢固附着的层。动能在涂层材料的颗粒的冲击到本体上的时刻不足以完全熔合颗粒。冷气喷涂是将发光转换材料直接施加到半导体本体上或者施加到支承体的外表面上的特别温和的可能性。
根据该方法的至少一个实施形式，热喷涂为纳米粉末-等离子体沉积。该方法以大气等离子体喷涂的原理为基础。借助该方法可以沉积具有纳米范围中的平均直径的颗粒。在此，支承体或者半导体本体不经历加热。在此，所沉积的颗粒的平均直径例如为在1nm和10μm之间。
根据该方法的至少一个实施形式，发光转换材料的颗粒具有在1nm和20μm之间的平均直径。
根据该方法的至少一个实施形式，发光转换材料包括至少一种无机发光材料。无机发光材料例如可以为下述发光材料之一：用稀土金属掺杂的石榴石、用稀土金属掺杂的碱土硫化物、用稀土金属掺杂的硫代镓酸盐、用稀土金属掺杂的铝酸盐、用稀土金属掺杂的正硅酸盐、用稀土金属掺杂的氯硅酸盐、用稀土金属掺杂的碱土氮化硅、用稀土金属掺杂的氮氧化物、用稀土金属掺杂的氮氧化铝。
所描述的发光材料例如具有在紫外或蓝色初级辐射范围中的吸收，并且具有在例如黄色的可见光谱范围中的荧光。
根据该方法的至少一个实施形式，发光转换材料包括至少一种有机发光材料。例如，发光转换材料包括下述有机发光材料的中至少一种：二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、罗丹明、偶氮-着色剂、三萘嵌二苯着色剂、四萘嵌三苯着色剂、萘酰亚胺着色剂、菁着色剂、吨着色剂、恶嗪着色剂、蒽着色剂、并四苯着色剂、蒽醌着色剂、噻嗪着色剂。
可能的是，发光转换材料仅包括无机发光材料或仅包括有机发光材料。尤其还可能的是，发光转换材料包括正好一种发光材料。
根据方法的至少一个实施形式，发光转换材料至少包括一种无机发光材料和一种有机发光材料。在此，发光转换材料可以包括上述有机发光材料的至少一种和上述无机发光材料的至少一种。有机发光材料和无机发光材料的组合可以引起：无机发光材料的散射作用引起在有机发光材料中的提高的吸收概率。在此，可以选择发光材料，使得两种发光材料吸收由发光二极管芯片在工作时所产生的电磁辐射，并且分别再发射色彩彼此不同的电磁辐射。以这种方式实现发光二极管，其发射物(例如白光)具有尤其高的显色值。
在此，不同的发光材料，例如有机和无机发光材料可以同时地，即混合地施加。此外可能的是，将带有不同发光材料的层彼此交叠地施加。例如，背离半导体本体或支承体的第一层由无机发光材料构成，而设置在第一层上的第二层由其他无机发光材料或有机发光材料构成。
根据该方法的至少一个实施形式，在施加到半导体本体或支承体上之后会部分地移除发光转换材料。移除例如可以通过磨削、抛光或借助所施加的发光转换材料的激光去除进行。层厚度以及由发光转换材料构成的层的结构化可以通过移除来调整。由此可能的是，可以特别精确地调整由发光二极管所发射的混合光的色度坐标。
下面根据实施例和所述的附图详细阐明在此描述的方法。
图1A、1B、1C和2根据示意的剖面图示出了在此描述的方法的不同的方法步骤。
相同的、同类的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件相互之间的大小关系不应视为合乎比例的。更确切而言，可以为了更好的可示出性和/或为了更好的理解而夸大地示出各个元件。
图1A借助示意性的剖面图示出了这里所描述的方法的第一方法步骤。在该方法中，提供发光二极管芯片1。发光二极管芯片1包括半导体本体10。半导体本体10包括不同掺杂的半导体层11、13，有源区域12设置在这两个层之间。有源区域12设置用于在发光二极管芯片1工作时产生电磁辐射4(为此还参见图1C)。
半导体本体10包括辐射出射面14，其例如可以是粗化的。辐射出射面14的粗化会引起在有源区域12中所产生的电磁辐射4的出射概率的提高。
例如，借助喷嘴2通过热喷涂(例如为冷喷涂)将发光转换材料3施加到半导体本体10的辐射穿透面14上。发光转换材料3例如包括陶瓷发光材料，其作为例如为电弧、等离子体或激光的能量源的粉末或者悬浮液来输送、熔合、在气流中加速并且沉积到辐射穿透面14上。陶瓷材料例如可以为下述掺杂的石榴石的一种：YAG:Ce、TAG:Ce、TbYAG:Ce、LuAG:Ce
发光材料的平均颗粒大小例如为在1μm和50μm之间，例如在2μm和15μm之间。在此，例如在2μm范围中的较小的颗粒大小例如导致较暗的发光二极管，但是其特征在于高的色彩均匀性。例如在15μm范围中的较大的颗粒大小由于较低的散射作用引起较亮的发光二极管。
从图1B的示意性剖面图中可见的是，在发光转换材料3的施加结束之后，将发光转换材料3的层施加到发光二极管芯片1的半导体本体10的辐射穿通面14上。
在图1C中示出在移除由发光转换材料3构成的层的一部分之后的发光二极管芯片1。例如，发光转换材料3的一部分通过磨削或抛光来移除，以便产生具有发光转换材料3的层的光滑的并且均匀的外表面。
在工作时，在有源区域12中产生的电磁辐射4进入发光转换材料3，并且在那里部分地转换成转换过的电磁辐射5。这样制造的发光二极管例如可以产生由直接产生的电磁辐射和转换过的电磁辐射5构成的混合光。
借助图2的示意性剖面图，详细阐明这里描述的方法的另一实施例。在该实施例中，发光转换材料3施加到支承体6的外表面上，该支承体对于在发光二极管芯片1的有源区域12中所产生的电磁辐射4是辐射透射的。这样涂层的支承体6接下来可以固定在在发光二极管芯片1上的辐射穿透面14上。
支承体6例如可以借助光学粘合剂、借助硅树脂或者借助玻璃固定在发光二极管芯片1上。玻璃材料可以为低熔点玻璃或从溶胶-凝胶过程中得到的玻璃。由发光转换材料3构成的层的一部分的移除在施加在发光二极管芯片1上之前或之后是可能的。
本发明不通过借助实施例的描述局限于其。更确切而言，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其包括权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或该组合本身未在权利要求或实施例中明确说明。
本发明申请要求德国专利申请的优先权102009022682.6，其公开中容通过引用结合于此。

Claims (12)

1.一种用于制造发光二极管的方法，具有如下步骤：
-提供包括半导体本体(10)的发光二极管芯片(1)，以及
-借助热喷涂将发光转换材料(3)施加到半导体本体(10)的外表面(14)上，使得在发光二极管的工作时所产生的电磁辐射(4)的至少一部分射到发光转换材料(3)上。
2.一种用于制造发光二极管的方法，具有如下步骤：
-提供包括半导体本体(10)的发光二极管芯片(1)，
-提供透射辐射的支承体(6)，
-借助热喷涂将发光转换材料(3)施加到支承体(6)的外表面上，以及
-在发光二极管芯片(1)的辐射出射面(14)上设置支承体(6)，使得在发光二极管工作时所产生的电磁辐射(4)的至少一部分射到发光转换材料(3)上。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中发光转换材料(3)的颗粒具有在1μm和50μm之间、尤其是在2μm和15μm之间的平均直径，其中发光转换材料适于下转换电磁辐射。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中热喷涂是冷气喷涂。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中热喷涂是大气等离子体喷涂。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中发光转换材料(3)包括至少一种无机发光材料。
7.根据上一权利要求所述的方法，其中光转换材料包括下述无机发光材料中的至少一种：用稀土金属掺杂的石榴石、用稀土金属掺杂的碱土硫化物、用稀土金属掺杂的硫代镓酸盐、用稀土金属掺杂的铝酸盐、用稀土金属掺杂的正硅酸盐、用稀土金属掺杂的氯硅酸盐、用稀土金属掺杂的碱土氮化硅、用稀土金属掺杂的氮氧化物、用稀土金属掺杂的氮氧化铝。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中发光转换材料包括至少一种有机发光材料。
9.根据上一权利要求所述的方法，其中发光转换材料包括下述有机发光材料中的至少一种：二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、罗丹明、偶氮-着色剂、三萘嵌二苯着色剂、四萘嵌三苯着色剂、萘酰亚胺着色剂、菁着色剂、吨着色剂、恶嗪着色剂、蒽着色剂、并四苯着色剂、蒽醌着色剂、噻嗪着色剂。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中发光转换材料(3)至少包括一种无机发光材料和一种有机发光材料。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在施加发光转换材料(3)之后移除发光转换材料(3)的一部分。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中热喷涂是纳米粉末-等离子体-沉积方法，并且发光转换材料的沉积颗粒的平均直径在1nm和100nm之间，其中发光转换材料适合用于下转换电磁辐射。
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