CN102593332A

CN102593332A - 一种led发光器件及其制作方法

Info

Publication number: CN102593332A
Application number: CN2012100621525A
Authority: CN
Inventors: 周玉刚; 赖燃兴; 姜志荣; 许朝军; 黄智聪; 朱幸文
Original assignee: APT (GUANGZHOU) ELECTRONICS Ltd
Current assignee: APT (GUANGZHOU) ELECTRONICS Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种LED发光器件和制作方法，该LED发光器件包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的基板，以及设置于所述基板之上并且容纳所述LED芯片的一第一透镜，所述第一透镜采用旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)材料制作。该LED发光器件，相对于现有技术，该LED发光器件通过SOG材料制作第一透镜，能够有效提高透镜对芯片的光提取率；另一方面，能够降低LED结温，减小光衰速率，提高LED寿命。

Description

一种LED发光器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种发光器件和制作方法，尤其是一种具有高可靠性封装透镜的LED发光器件和制作方法。

背景技术

随着发光二极管(LED)发光效率的不断提高，LED无疑成为近几年来最受重视的光源之一。进一步随着LED工艺的发展，LED芯片越来越向大面积、大功率方向发展，面积及功率上升的同时对封装工艺的要求也更加严格，散热、出光质量以及成本依然是LED取代传统照明的阻碍。

目前LED透镜制作方法可分为点胶、灌封胶、贴透镜等方法，将LED透镜与LED芯片紧密联系在一起，有助于提升LED的出光效率、改变LED的广场分布的光学系统。LED透镜根据不同LED出射光的角度设计配光曲线，通过增加光学反射，减小光损，提高光效。

LED透镜可以使用硅胶等无机材料制作通过倒模制作，但是由于硅胶易老化而且与基板的热膨胀系数差异大而导致应力集中在界面层，容易挤压芯片，降低LED发光器件的寿命。美国专利US7256428公开了一种的贴透镜专利，如图示1所示，LED芯片邦定在基板的凹槽中，然后在凹槽中填充可光固化或热固化的材料，固化后在材料表面制作菱形表面，直接作为透镜。然而使用硅胶或者UV胶等无机材料将透镜和基板粘结，还需要使用硅胶填充LED透镜与基板之间的间隙，同样会由于硅胶与基板和透镜之间的热膨胀系数差异较大而导致应力集中在界面层，容易挤压芯片而降低LED器件的寿命。

涂覆式玻璃(Spin On Glass，SOG，以下简称SOG材料)，主要成分为硅酸盐，一般是将硅化合物溶于高度挥发的有机溶剂中，粘度大大低于光刻胶。SOG材料固化后形成未掺杂的二氧化硅，可用于金属前介质或金属间介质，最高可耐受900℃的热处理。优点是对等离子体的抵抗力强，完全固化后热稳定性好，不容易吸水。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种具有高可靠性封装透镜的LED发光器件以及该LED发光器件的制作方法。

为实现提供一种LED发光器件的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种LED发光器件，包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的基板，以及设置于所述基板之上并且容纳所述LED芯片的一第一透镜，所述第一透镜采用旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)材料制作。

具体的，所述LED芯片包括一氮化镓N型层，设于一外延层上；一量子阱，设于所述氮化镓N型层上；一氮化镓P型层，设于所述量子阱上，其上还设有至少一贯穿所述该氮化镓P型层和量子阱的刻蚀通孔，其底部露出所述氮化镓N型层；一P欧姆接触层，设于所述氮化镓P型层上；一N欧姆接触层，设于所述刻蚀通孔中露出的氮化镓N型层上；一N键合层，设于所述N欧姆接触层上，与该N欧姆接触层电连接；以及一P键合层，设于所述P欧姆接触层上，与该P欧姆接触层电连接；所述基板的上表面设有相互绝缘的P金属层与N金属层，所述P欧姆接触层和N欧姆接触层分别与所述P金属层和N金属层电连接。

优选的，所述LED芯片上的P键合层和N键合层位于LED芯片的底面，并且分别与所述P金属层与N金属层键合连接。

优选的，所述LED芯片上的P键合层和N键合层位于LED芯片的顶面，并且分别通过金线与所述P金属层与N金属层键合连接。

进一步，还包括第二透镜，所述第二透镜设置于所述LED芯片的上方，通过所述第一透镜与该LED芯片连接，所述第二透镜的顶部为半球形、倒梯形、内凹型、锥形、圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、多面体、旋转体的一种或几种的组合。

进一步，还包括一荧光粉层，所述荧光粉层包裹在所述LED芯片侧面和顶面。

优选的，还包括一第二透镜，所述第二透镜设于所述基板之上，底面设有一凹陷区，该凹陷区收容所述LED芯片；所述第二透镜的顶部为半球形、倒梯形、内凹型、锥形、圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、多面体、旋转体的一种或几种的组合。

进一步，还包括一荧光粉层，所述荧光粉层设于所述第二透镜的凹陷区侧壁或者包裹在所述LED芯片侧面和顶面。

为了实现提供一种上述LED发光器件的制作方法，本发明采用的技术方案如下：

一种LED发光器件的制作方法，包括以下步骤：

1)制作LED芯片和基板，并将LED芯片邦定到该基板之上；

2)在所述基板和芯片上通过旋涂式、印刷式或者类点胶式涂覆旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)制作第一透镜；

进一步，步骤2)之后还包括以下步骤：

1)制作第二透镜，将该第二透镜覆盖于所述第一透镜之上；

2)将该LED器件置于固化炉中将第一透镜固化成型。

相对于现有技术，本发明所述的LED发光器件通过SOG材料制作第一透镜，SOG材料与基板的材料较相近，折射率比硅胶高，能够有效提高透镜对芯片的光提取率；另一方面，SOG材料热阻比硅胶小，能够帮助基板传导LED的热量，降低LED结温，减小光衰速率，提高LED寿命；最后，SOG材料固化后的气密性好，对水汽等阻挡能力较强，而且，SOG材料本身固化后是玻璃状的固体，可以一体自成型。

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。

附图说明

图1是现有技术中LED器件的结构示意图；

图2是本发明LED器件的实施例1的结构示意图；

图2a是图2中LED芯片的结构示意图；

图2b是本发明LED器件实施例1切割前的结构示意图；

图3是本发明LED器件的实施例2的结构示意图；

图3a是实施例2采用点胶方式制作的LED器件的结构示意图；

图4是本发明LED器件的实施例3的结构示意图；

图5是本发明LED器件的实施例4的结构示意图；

图中：

100-LED芯片；101-氮化镓N型层；102-量子阱；103-氮化镓P型层；104-N欧姆接触层；105-P欧姆接触层；106-N键合层；107-P键合层；108-金线；200-基板；300-荧光粉层；400-第一透镜；500-第二透镜。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，一种LED发光器件，包括至少一LED芯片100和一承载该LED芯片100的基板200。在该基板200上还设有一第一透镜400，该第一透镜400采用旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)材料制作，并容纳该LED芯片100。

请参阅图2a，LED芯片100包括氮化镓N型层101、量子阱102、氮化镓P型层103、N欧姆接触层104、P欧姆接触层105、N键合层106和P键合层107。在LED芯片100具有一外延层，在外延层上设有氮化镓N型层101，在氮化镓N型层101上设有量子阱102，量子阱102上设有的氮化镓P型层103。在氮化镓P型层103上设有至少一贯穿该氮化镓P型层103和量子阱102的刻蚀通孔，刻蚀通孔的底部露出氮化镓N型层101。所述P欧姆接触层 105和N欧姆接触层104分别设于氮化镓P型层103和刻蚀通孔中裸露的氮化镓N型层101上。所述N键合层106设置在N欧姆接触层104上，与N欧姆接触层104电连接；P键合层107设置于P欧姆接触层105上，与P欧姆接触层103电连接，并且与N键合层106相互电气隔离。

基板上表面设有一金属布线层，其由相互绝缘的P金属层和一N金属层组成。LED芯片100通过N键合层106和P键合层107分别键合到该N金属层和P金属层上。所述P金属层和N金属层的形状分别与LED芯片100的P键合层107和N键合层106形状一致，位置相对应。该P金属层和N金属层分别将P键合层107和N键合层106引出。

第一透镜400采用SOG材料制作。SOG材料与基板和芯片的匹配好，透镜热膨胀系数小，进一步降低应力对芯片的影响，且不易脱落；并且该SOG材料折射率比硅胶高，提高透镜对芯片的光提取率，提高光效；其次，SOG材料热阻比硅胶小，能够帮助基板传导LED的热量，降低LED结温，减小光衰速率，提高LED发光器件的寿命；所述SOG材料固化后的气密性好，对水汽等阻挡能力较强；所述SOG材料的成型较稳定，能做特殊结构透镜的粘结层，适应不同出光要求的透镜制作。该第一透镜400设于基板200之上，并且容纳该LED芯片100。

荧光粉层300设于该第一透镜400和LED芯片100之间，用于调节LED发光器件的色温。

以下详细描述该LED发光器件的制作方法，主要包括以下步骤：

步骤S1：制作LED芯片100和基板200，并将LED芯片100邦定到该基板200上；值得注意的是，可以将若干LED芯片100邦定在一基板200上，也可以将单个的LED芯片邦定在一基板200上。

步骤S2：将荧光粉采用喷涂技术均匀的喷涂到LED芯片100顶面及侧面，形成荧光粉层300，LED芯片100可以激发该荧光粉层300。如果基板200上邦定有若干个LED芯片100，则通过统一的喷涂技术一次性在所有LED芯片100顶面和侧面喷涂一层荧光粉层300，提高了生产效率。

步骤S3：在荧光粉层300以及基板200的上表面采用旋涂的方式涂覆上一层SOG材料，在LED芯片100上表面和侧面周围形成一层等厚的SOG材料，形成第一透镜层400。由于SOG材料本身即为透明材料，因此SOG材料105粘结层固化后可直接作为透镜使用。

优选的，如图2b所示，在制作LED发光器件的过程中，也可以在基板200上放置若干LED芯片100，待SOG材料固化后形成第一透镜400，然后对基板101进行切割，形成以SOG材料为第一透镜400的LED发光器件。

实施例2

请参阅图3，实施例2与实施例1的区别在于，还包括一第二透镜500，该第二透镜500设置于LED芯片100的正上方，通过采用SOG材料制作的第一透镜400与该LED芯片100连接。

该第一透镜400使用如下方法制作：将SOG材料涂覆或者点胶的方式，在荧光粉层300上制作一层由SOG材料构成的第一透镜400。如果一基板200上设有邦定有若干LED芯片100，则可以通过涂覆的方式制作第一透镜400。

请参阅图3a，在某些情况下，需要在同一基板200上制作若干透镜配光和出光设计互异的LED发光器件时，可以通过在荧光粉层300上采用类点胶的方式，在LED芯片100上方的荧光粉层300上制作一层SOG材料；将第二透镜500垂直下压到该SOG材料上，SOG材料在荧光粉层300的上表面被压平，同时SOG材料向荧光粉层300侧面流动，包裹住荧光粉层300。然后，将贴装有第二透镜500LED器件放进固化炉中对SOG材料105进行固化，完成LED器件的制作。如果在一基板200上设置有若干LED芯片100，还需要对固化完的基板200进行切割，完成LED发光器件的制作。

通过类点胶的方式，可以实现第一透镜400的局部单晶制作，在同一基板200上实现若干具有互异的透镜配光和出光设计，实现LED发光器件功能的多样化，极大的拓展了LED发光器件的应用范围。

该第二透镜500可以采用玻璃材料制作，其顶面可以根据需要制作成各种形状，如半球形、倒梯形、内凹型、锥形、圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、多面体、旋转体的一种或几种的组合，以适应LED发光器件的聚光要求。

实施例3

请参阅图4，实施例3与实施1的区别在于，还包括一第二透镜500，第二透镜500底面设有一凹陷区，该第二透镜500设于基板200之上，该凹陷区容纳该LED芯片100。

制作时，将LED芯片100倒装邦定于基板200上并在该LED芯片100上涂覆荧光粉层300后，在该凹陷区中填充入胶状的SOG材料，将涂覆有荧光粉层300的LED芯片100倒扣在该第二透镜500的凹陷区中，该凹陷区中的SOG材料凝固后形成第一透镜400。

由于第二透镜500的凹陷区与LED芯片100之间填充有采用SOG材料制作的第一透镜400，极大地改善了第二透镜500与LED芯片100之间的密封性能。本实施例中，荧光粉层300可以制作于第二透镜500的凹陷区的侧面和顶面或者设置于LED芯片100的侧面和顶面。

实施例4

请参阅图5，本实施例与实施例3的区别在于，LED芯片100正装于基板200之上，通过金线108将LED芯片100的电极引出。当LED芯片100正装于基板200上后，荧光粉层 300设于第二透镜500的凹陷区的侧壁。然后，在第二透镜500的凹陷区中填入胶状的SOG材料，将LED芯片100倒扣入在该第二透镜500的凹陷区之中，该凹陷区中的SOG材料凝固后形成第一透镜400。

相对于现有技术，本发明所述的LED发光器件通过SOG材料制作第一透镜，SOG材料与基板的材料较相近，热阻系数小，使得该第一透镜不易脱落，而且SOG材料的热阻小，可帮助基板散热，提高LED发光器件的寿命。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims

1.一种LED发光器件，其特征在于，包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的基板，以及设置于所述基板之上并且容纳所述LED芯片的一第一透镜，所述第一透镜采用旋涂式玻璃材料制作。

2.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述LED芯片包括一氮化镓N型层，设于一外延层上；一量子阱，设于所述氮化镓N型层上；一氮化镓P型层，设于所述量子阱上，其上还设有至少一贯穿所述氮化镓P型层和量子阱的刻蚀通孔，其底部露出所述氮化镓N型层；一P欧姆接触层，设于所述氮化镓P型层上；一N欧姆接触层，设于所述刻蚀通孔中露出的氮化镓N型层上；一N键合层，设于所述N欧姆接触层上，与该N欧姆接触层电连接；以及一P键合层，设于所述P欧姆接触层上，与该P欧姆接触层电连接；所述基板的上表面设有相互绝缘的P金属层与N金属层，所述P欧姆接触层和N欧姆接触层分别与所述P金属层和N金属层电连接。

3.如权利要求2所述的LED发光器件，其特征在于，所述LED芯片上的P键合层和N键合层位于LED芯片的底面，并且分别与所述P金属层与N金属层键合连接。

4.如权利要求2所述的LED发光器件，其特征在于，所述LED芯片上的P键合层和N键合层位于该LED芯片的顶面，并且分别通过金线与所述P金属层与N金属层键合连接。

5.如权利要求3或4所述的LED发光器件，其特征在于，还包括第二透镜，所述第二透镜设置于所述LED芯片的上方，与所述第一透镜连接；所述第二透镜的顶部为半球形、倒梯形、内凹型、锥形、圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、多面体、旋转体的一种或几种的组合。

6.如权利要求5所述的LED发光器件，其特征在于，还包括一荧光粉层，所述荧光粉层包裹在所述LED芯片侧面和顶面。

7.如权利要求3或4所述的LED发光器件，其特征在于，还包括一第二透镜，所述第二透镜设于所述基板之上，底面设有一凹陷区，该凹陷区收容所述LED芯片；所述第二透镜的顶部为半球形、倒梯形、内凹型、锥形、圆台形、棱台形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、多面体、旋转体的一种或几种的组合。

8.如权利要求7所述的LED发光器件，其特征在于，还包括一荧光粉层，所述荧光粉层设于所述第二透镜的凹陷区侧面和顶面或者包裹在所述LED芯片的侧面和顶面。

9.一种LED发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制作LED芯片和基板，并将LED芯片邦定到该基板之上；

2)制作第一透镜：在所述基板和芯片上通过旋涂式、印刷式或者类点胶式涂覆旋涂式玻璃材料。

10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，步骤2)之后还包括以下步骤：

1)制作第二透镜，将该第二透镜覆盖于所述第一透镜之上；

2)将该LED器件置于固化炉中将所述第一透镜固化成型。