CN104795473B - 发光二极管封装件 - Google Patents
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Abstract
这里公开了一种发光二极管封装件。所述发光二极管封装件包括:封装体、模制部分、引线、发光二极管芯片以及封装分布布拉格反射器,封装分布布拉格反射器包括第一封装分布布拉格反射器和第二封装分布布拉格反射器,第一封装分布布拉格反射器对绿光或红光波长范围的光比对蓝光波长范围的光具有更高的反射率,第二封装分布布拉格反射器对蓝光波长范围的光比对红光波长范围的光具有更高的反射率,发光二极管芯片包括基板、发光结构以及分布布拉格反射器,分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率。
Description
本申请是申请日为2010年11月15日、申请号为201010548438.5、题为“发光二极管芯片、其制造方法及发光二极管封装件”的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种发光二极管芯片、其制造方法及发光二极管封装件,更具体地讲,涉及一种具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片及其制造方法和具有分布布拉格反射器的发光二极管封装件。
背景技术
发射蓝光或紫外线的氮化镓基发光二极管芯片已被用于各种应用。具体地讲,背光单元、普通照明设备需要的发射诸如白光的混合颜色的光的各种类型的发光二极管封装件已被市场化。
由于从发光二极管封装件输出的光主要取决于发光二极管芯片的光效率,因此已持续地进行提高发光二极管芯片的光效率的研究。具体地讲,已持续地进行提高发光二极管芯片的光提取效率的尝试。已知其中一种尝试为在诸如蓝宝石的透明基板的底表面上形成金属反射器或分布布拉格反射器的技术。
图1示出了在现有技术中通过在蓝宝石基板的底表面上形成铝层而测量的反射率。
从图1可以理解,在蓝宝石基板上没有形成铝层的情况下,示出了在可见光波长范围的大约20%的反射率,但在蓝宝石基板上形成有铝层的情况下,示出了在可见光波长范围的大约80%的反射率。
图2示出了在现有技术中由通过周期性地将TO2/SiO2涂覆到蓝宝石基板的底表面而形成的分布布拉格反射器测量的反射率。
当形成分布布拉格反射器(DBR)以反射来自发光二极管芯片的光(例如具有460nm的峰值波长的光)而不是使用铝层时,从图2可以理解,在诸如400nm至500nm波长范围的蓝光波长范围内,反射率达到大约100%。
然而,DBR仅可以提高一部分可见光范围的反射率。因此,其它范围的反射率相当低。即,如图2所示,大约520nm或更长的波长的反射率突然降低,而在550nm或更长的波长,大部分的反射率小于50%。
因此,当在实现白光的发光二极管封装件中安装使用DBR的发光二极管芯片时,对于从发光二极管芯片发射的蓝光波长范围的光,DBR表现出高的反射率,但对于绿光和/或红光波长范围的光,DBR没有表现出有效的反射特性。
同时,已经做出了将DBR涂覆到发光二极管封装件的反射表面的尝试,由于诸如在沉积温度、等离子体温度等方面的问题的DBR沉积技术的限制而没有成功。
发明内容
本发明提供了一种能够提高实现诸如白光的混合颜色的光的发光二极管封装件的光效率的发光二极管芯片。
本发明还提供了一种能够提高光效率的发光二极管封装件。
本发明还提供了一种分布布拉格反射器、具有其的发光二极管芯片和发光二极管封装件,所述分布布拉格反射器在宽的波长范围具有高的反射率。
本发明的另外的特征将在下面的说明中阐述,部分地从说明书来看是清楚的,或可通过本发明的实践获知。
根据本发明的一方面,公开了一种具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片。发光二极管芯片包括:基板;发光结构,位于基板的上部上并包括设置在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层;分布布拉格反射器,反射从发光结构发射的光。分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率。
通过采用分布布拉格反射器,当将发光二极管芯片应用到实现诸如白光的混合颜色的光的发光二极管封装件时,蓝光、绿光和红光可有效地被反射,从而可提高发光二极管封装件的光效率。
分布布拉格反射器可位于基板的下部上。具体地,分布布拉格反射器可位于基板的下表面上,并接触基板的下表面。在这种情况下,基板的下表面可具有3μm或更小的表面粗糙度。
此外,基板的上表面可包括预定的图案。例如,基板可以是图案化的蓝宝石基板。
同时,基板的面积可为90000μm2或更大。例如,基板的面积可以是300×300μm2或更大或者1×1mm2或更大。本发明非常有利于通过在宽的面积上形成分布布拉格反射器而具有相对更大的面积的发光二极管芯片。
此外,发光二极管芯片可包括基板上形成的多个发光单元。
此外,发光二极管芯片可包括至少一个发光单元阵列,在所述阵列中多个发光单元串联连接。
在一些示例性实施例中,分布布拉格反射器可包括第一分布布拉格反射器和第二分布布拉格反射器。例如,第一分布布拉格反射器对蓝光波长范围的光比对红光波长范围的光可具有更高的反射率,第二分布布拉格反射器对绿光或红光的波长范围的光比对蓝光波长范围的光可具有更高的反射率。
此外,不具体限定分布布拉格反射器的位置。例如,分布布拉格反射器可位于基板的下部上。在这种情况下,第一分布布拉格反射器可比第二分布布拉格反射器更靠近基板。可选择地,分布布拉格反射器可位于基板和发光结构之间。在这种情况下,第一分布布拉格反射器可比第二分布布拉格反射器更靠近发光结构。
在一些示例性实施例中,分布布拉格反射器可包括:多个具有第一光学厚度的第一材料层和具有第二光学厚度的第二材料层的对;多个具有第三光学厚度的第三材料层和具有第四光学厚度的第四材料层的对。这里,第一材料层的折射率与第二材料层的折射率不同,第三材料层的折射率与第四材料层的折射率不同。
此外,多个第一材料层和第二材料层的对比多个第三材料层和第四材料层的对更靠近发光结构。此外,第一材料层与第三材料层具有相同的折射率,第二材料层与第四材料层具有相同的折射率。此外,第一光学厚度可大于第三光学厚度,第二光学厚度可大于第四光学厚度。
在一些示例性实施例中,多个第一材料层和第二材料层的对可与多个第三材料层和第四材料层的对混合。
同时,第一光学厚度和第二光学厚度可满足整数倍的关系。此外,第三光学厚度和第四光学厚度可满足整数倍的关系。具体地,第一光学厚度与第二光学厚度可彼此相等,第三光学厚度与第四光学厚度可彼此相等。
本发明还公开了一种具有分布布拉格反射器的发光二极管封装件。发光二极管封装件包括:安装表面,发光二极管芯片安装在安装表面上;发光二极管芯片,安装在安装表面上;反射表面,反射从发光二极管芯片发射的光的至少一部分。对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率的分布布拉格反射器安装在反射表面的至少一部分上。
可使用例如离子辅助沉积技术来形成分布布拉格反射器。
本发明还公开了一种具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片,所述发光二极管芯片包括:基板,具有前表面和后表面;发光结构,位于基板的前表面上并包括设置在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层;分布布拉格反射器,位于基板的后表面上,并反射从发光结构发射的光。此外,基板的后表面的表面粗糙度具有3nm或更小的均方根值,分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率。
基板的后表面的表面粗糙度可具有2nm或更小的RMS值,优选地,1nm或更小。根据表面粗糙度提高了分布布拉格反射器的反射率。
此外,通过采用分布布拉格反射器,当将发光二极管芯片应用到实现诸如白光的混合颜色的光的发光二极管封装件时,蓝光、绿光和红光可有效地被反射,从而可提高发光二极管封装件的光效率。
分布布拉格反射器可位于基板的后表面上,并接触基板的后表面。此外,基板的前表面可包括图案。例如,基板可以是图案化的蓝宝石基板。
同时,基板的面积可为90000μm2或更大。例如,基板的面积可以是300×300μm2或更大或者1×1mm2或更大。本发明非常有利于通过在宽的面积上形成分布布拉格反射器而具有相对更大的面积的发光二极管芯片。
此外,发光二极管芯片可包括形成在基板的前表面上的多个发光单元。此外,发光二极管芯片可包括至少一个发光单元阵列,在所述阵列中多个发光单元串联连接。
在一些示例性实施例中,分布布拉格反射器可包括第一分布布拉格反射器和第二分布布拉格反射器。例如,第一分布布拉格反射器对蓝光波长范围的光比对红光波长范围的光具有更高的反射率,第二分布布拉格反射器对绿光或红光的波长范围的光比对蓝光波长范围的光具有更高的反射率。
此外,第一分布布拉格反射器可比第二分布布拉格反射器更靠近基板。
在一些示例性实施例中,分布布拉格反射器可包括:多个具有第一光学厚度的第一材料层和具有第二光学厚度的第二材料层的对;多个具有第三光学厚度的第三材料层和具有第四光学厚度的第四材料层的对。这里,第一材料层的折射率与第二材料层的折射率不同,第三材料层的折射率与第四材料层的折射率不同。
此外,多个第一材料层和第二材料层的对可比多个第三材料层和第四材料层的对更靠近发光结构。此外,第一材料层与第三材料层具有相同的折射率,第二材料层与第四材料层具有相同的折射率。此外,第一光学厚度可大于第三光学厚度,第二光学厚度可大于第四光学厚度。
在一些示例性实施例中,多个第一材料层和第二材料层的对可与多个第三材料层和第四材料层的对混合。
同时,第一光学厚度和第二光学厚度可满足整数倍的关系。此外,第三光学厚度和第四光学厚度可满足整数倍的关系。具体地,第一光学厚度与第二光学厚度可彼此相等,第三光学厚度与第四光学厚度可彼此相等。
本发明还公开了一种制造具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片的方法。所述方法包括如下步骤:在基板的前表面上形成发光结构。在这种情况下,发光结构包括第一导电型半导体层、第二导电型半导体层及设置在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层。之后,通过打磨基板的后表面去除基板的一部分,在打磨之后,通过研磨基板减小基板的后表面的表面粗糙度。之后,在基板的后表面上形成分布布拉格反射器。同时,在形成分布布拉格反射器之前,基板的后表面的表面粗糙度具有3nm或更小的RMS值,此外,分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率。
同时,在形成分布布拉格反射器之前,基板的后表面的表面粗糙度可具有1nm或更小的RMS值。此外,所述方法还可包括在执行研磨步骤之后通过化学机械抛光工艺对基板的后表面进行抛光的步骤。可通过化学机械抛光工艺对基板的后表面进行抛光,使得基板的后表面的表面粗糙度具有1nm或更小的RMS值。
同时,可在分布布拉格反射器上形成反射金属层或保护层的步骤。在将发光二极管芯片安装在发光二极管封装件上时,反射金属层或保护层保护分布布拉格反射器。
在本发明的示例性实施例中,可使用例如离子辅助沉积技术来形成分布布拉格反射器。
根据本发明,提供了一种在宽的可见光波长范围具有高的反射率的分布布拉格反射器,因此,可提高实现诸如白光的混合颜色的光的发光二极管封装件的光效率。此外,采用在发光二极管封装件上形成分布布拉格反射器而不损坏封装件的技术,可提供提高了光效率的发光二极管封装件。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步的理解,结合附图并构成说明书的一部分,从而附图示出本发明的实施例,并与说明一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据现有技术的在蓝宝石基板上的铝的反射率的曲线图;
图2是示出根据现有技术的在蓝宝石基板上的分布布拉格反射器的反射率的曲线图;
图3是示出根据本发明示例性实施例的具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片的剖视图;
图4是图3中的分布布拉格反射器的放大的剖视图;
图5是示出根据本发明另一示例性实施例的用于解释分布布拉格反射器的剖视图;
图6是示出根据本发明另一示例性实施例的在蓝宝石基板上的分布布拉格反射器的反射率的曲线图;
图7是用于解释根据本发明另一示例性实施例的具有多个发光单元的发光二极管芯片的剖视图;
图8是示出根据本发明示例性实施例的安装有具有分布布拉格反射器的发光二极管的发光二极管封装件的剖视图;
图9是示出根据本发明另一示例性实施例的具有分布布拉格反射器的发光二极管封装件的剖视图;
图10是示出根据在利用铜表面板执行蓝宝石基板研磨工艺之后是否执行CMP的分布布拉格反射器的反射率的曲线图;
图11是示出在将铝反射金属层沉积在以与图10中相同的方式制造的分布布拉格反射器上之后的反射率的曲线图;
图12至图14是示出根据在使用锡平面板的研磨工艺期间的浆料颗粒的尺寸的分布布拉格反射器的反射率的图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述了本发明,在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而,本发明可以以许多不同的形式来实施,且不应该解释为局限于在这里所提出的示例性实施例。相反,提供这些示例性实施例使得本公开将是彻底的,并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中,为了清晰起见,会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。在附图中,相同的标号表示相同的元件。
图3是用于解释根据本发明示例性实施例的具有分布布拉格反射器45的发光二极管芯片20的剖视图,图4是图3中的分布布拉格反射器45的放大的剖视图。
参照图3,发光二极管芯片20包括基板21、发光结构30和分布布拉格反射器45。此外,发光二极管芯片20可包括缓冲层23、透明电极31、p电极焊盘33、n电极焊盘35、反射金属层51和保护层53。
基板21是透明基板,例如,蓝宝石或SiC基板,但不特定地局限于此。上表面,即基板21的前表面,可具有预定的图案,例如图案化的蓝宝石基板PSS。同时,基板21的面积限定整个芯片面积。在本发明的示例性实施例中,当相对地增大了发光二极管芯片的芯片面积时,反射效应增大。因此,优选地,基板21的面积为90000μm2或更大,更优选地,为1mm2或更大。
发光结构30位于基板21的上部分上。发光结构30包括第一导电型半导体层25、第二导电型半导体层29和设置在第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层29之间的有源层27。在这种构造中,第一导电型层和第二导电型层具有彼此相反的导电类型,其中,第一导电型为n型,第二导电型可以是p型,反之亦可。
第一导电型半导体层25、有源层27和第二导电型半导体层29可由氮化镓基化合物半导体材料(即(Al、In、Ga)N)制成。有源层27的组成元素和组成被限定为发射所需波长的光,例如紫外线或蓝光。第一导电型半导体层25和/或第二导电型半导体层29可形成为如示出的单层结构或多层结构。此外,有源层27可形成为单量子阱结构或多量子阱结构。此外,缓冲层23可设置在基板21和第一导电型半导体层25之间。
可使用MOCVD技术或MBE技术来形成半导体层25、27和29,可使用光刻和蚀刻工艺将第一导电型半导体层25的区域图案化而被部分地暴露。
同时,可在第二导电型半导体层29上由例如ITO或Ni/Au形成透明电极层31。由于透明电极层31的比电阻小于第二导电型半导体层29的比电阻,透明电极31用于分散电流。p电极焊盘33形成在透明电极层31上,n电极焊盘35形成在第一导电型半导体层25上。如示出的,p电极焊盘33可通过透明电极层31连接第二导电型半导体层29。
同时,分布布拉格反射器45位于基板21的下部分上,即后表面上。分布布拉格反射器45可包括第一分布布拉格反射器40和第二分布布拉格反射器50。
参照图4,通过重复多对第一材料层40a和第二材料层40b来形成第一分布布拉格反射器40,通过重复多对第三材料层50a和第四材料层50b来形成第二分布布拉格反射器50。多对第一材料层40a和第二材料层40b对于诸如550nm的绿光或630nm的红光波长范围的光比蓝光波长范围的光具有相对更高的反射率,第二分布布拉格反射器50对于诸如460nm的光的蓝光波长范围的光比红光或绿光波长范围的光可具有相对更高的反射率。在这种情况下,第一分布布拉格反射器40中的材料层40a和40b的光学厚度比第二分布布拉格反射器50中的材料层50a和50b的光学厚度厚,或反之亦可,但不限于此。
第一材料层40a可以是与第三材料层50a相同的材料,即,具有相同的折射率,第二材料层40b可以是与第四材料层50b相同的材料,即,具有相同的折射率。例如,第一材料层40a与第三材料层50a可以由TiO2(n:大约2.5)制成,第二材料层40b与第四材料层50b可以由SiO2(n:大约1.5)制成。同时,第一材料层40a的光学厚度(折射率×厚度)可具有基本上与第二材料层40b的光学厚度为整数倍的关系,且第一材料层40a的光学厚度与第二材料层40b的光学厚度可基本上彼此相同。此外,第三材料层50a的光学厚度可具有基本上与第四材料层50b的光学厚度为整数倍的关系,第三材料层50a的光学厚度与第四材料层50b的光学厚度可基本上彼此相同。
此外,第一材料层40a的光学厚度可以比第三材料层50a的光学厚度厚,第二材料层40b的光学厚度可以比第四材料层50b的光学厚度厚。可通过控制每个材料层的折射率和/或实际厚度来控制第一至第四材料层40a、40b、50a和50b的光学厚度。
返回参照图3,Al、Ag或Rh等的反射金属层51可形成在分布布拉格反射器45的下部分上,用于保护分布布拉格反射器45的保护层53可形成在反射金属层51上。保护层53可由诸如Ti、Cr、Ni、Pt、Ta和Au或它们的合金的任何一种金属层制成。保护层53保护分布布拉格反射器45免受外部冲击或污染。例如,在将发光二极管芯片安装在发光二极管封装件中时,反射金属层51或保护层53防止分布布拉格反射器45因诸如粘合剂的材料而变形。
根据示例性实施例,提供了分布布拉格反射器45,分布布拉格反射器45包括:第一分布布拉格反射器40,对于相对长波长的可见光具有高反射率;第二分布布拉格反射器50,对于相对短波长的可见光具有高反射率,第一分布布拉格反射器40与第二分布布拉格反射器50具有相互堆叠的结构。通过结合第一分布布拉格反射器40与第二分布布拉格反射器50,分布布拉格反射器45可增大对大部分可见光范围的光的反射率。
根据现有技术的分布布拉格反射器对特定波长范围的光具有高的反射率,但对不同波长范围的光具有相对低的反射率,从而在提高发射白光的发光二极管封装件的光效率方面有局限。然而,根据示例性实施例,分布布拉格反射器45对蓝光波长范围的光可具有高的反射率,且对绿色波长范围的光和红色波长范围的光可具有高的反射率,从而可以提高发光二极管封装件的光效率。
此外,与第二分布布拉格反射器50设置为比第一分布布拉格反射器40更靠近基板21的情况相比,在第一分布布拉格反射器40设置为比第二分布布拉格反射器50更靠近基板的情况下,可进一步减少分布布拉格反射器45中的光损失。
尽管示例性实施例描述了两种反射器,即,第一分布布拉格反射器40和第二分布布拉格反射器50,可使用更多的反射器。在这种情况下,对长波长具有相对更高的反射率的反射器可设置为相对更靠近发光结构30。然而,示例性实施例不限于此。
此外,在示例性实施例中,第一分布布拉格反射器40中的第一材料层40a的厚度可彼此不同。此外,第二材料层40b的厚度可彼此不同。此外,第二分布布拉格反射器50中的第三材料层50a的厚度可彼此不同。此外,第四材料层50b的厚度可彼此不同。
尽管示例性实施例描述了分布布拉格反射器45设置在基板21的下部分上,但分布布拉格反射器45可设置在基板21和发光结构30之间。在这种情况下,第一分布布拉格反射器40可设置为比第二分布布拉格反射器50更靠近发光结构30。
示例性实施例描述了材料层40a、40b、50a和50b由SiO2或TiO2制成,但不限于此。因此,它们可以由诸如Si3N4、化合物半导体等的其他材料层制成。然而,优选地,第一材料层40a和第二材料层40b的折射率之差及第三材料层50a和第四材料层50b的反射率之差均大于0.5。
此外,第一分布布拉格反射器40中的第一材料层和第二材料层对的数目及第二分布布拉格反射器50中的第三材料层和第四材料层对的数目越多,反射率变得越高。所述对的总数可以是10或更多,优选地,为20或更多。
在形成分布布拉格反射器45之前需要控制基板21的后表面的表面粗糙度。当基板21的后表面的表面粗糙度相对大时,难以通过分布布拉格反射器45在宽的波长范围获得高的反射率。当分布布拉格反射器45和基板21之间的界面有缺陷时,分布布拉格反射器45可能容易变形。当将发光二极管芯片安装在例如发光二极管封装件中时,即使施加了轻微的热处理,所述变形可能导致分布布拉格反射器45的反射率减小的问题。基板21的后表面的表面粗糙度可控制为具有3nm或更小的均方根(RMS)值。优选地,基板21的后表面的表面粗糙度可具有2nm或更小的RMS值,优选地,基板21的后表面的表面粗糙度可具有1nm或更小的RMS值。
现在将描述制造分布布拉格反射器45和发光二极管芯片的方法。
首先,在形成分布布拉格反射器45之前,控制基板21的表面粗糙度。例如,首先将形成有发光结构的基板21的后表面打磨以去除基板21的一部分,从而使基板21变薄。在这种情况下,通过打磨,基板21的后表面被划刻,使得它相对来说很粗糙。之后,用具有小颗粒的浆料将基板21的表面研磨。在研磨工艺中,减小了诸如基板21的表面中的划痕等的槽的深度,从而减小表面粗糙度。在这种情况下,通过控制金刚石浆料的颗粒尺寸及在研磨工艺中使用的表面板,基板21的后表面的表面粗糙度可被控制为3μm或更小。之后,可通过化学物质额外地处理基板21的表面。一般来说,仅使用利用表面板和浆料颗粒的研磨工艺难以控制表面粗糙度。因此,在通过研磨工艺减小表面粗糙度之后,可通过化学机械抛光工艺将基板21的后表面抛光。通过CMP工艺可将基板21的后表面的表面粗糙度控制为1nm或更小。
之后,将诸如TiO2、SiO2、Si3N4等的具有不同折射率的材料层重复地沉积在基板21的表面上。可通过诸如溅射、电子束沉积、等离子体增强化学气相沉积法等各种方法进行材料层的沉积。具体地讲,可使用离子辅助沉积法。离子辅助沉积法通过测量沉积在基板21上的材料层的反射率形成具有合适的厚度的材料层,从而适于形成分布布拉格反射器的材料层。
在形成分布布拉格反射器之后,可在分布布拉格反射器上形成金属层。之后,切割基板,从而完成单个的发光二极管芯片。
图5是用于解释根据本发明另一示例性实施例的分布布拉格反射器55的剖视图。图3和图4示出并描述了分布布拉格反射器45具有第一分布布拉格反射器40和第二分布布拉格反射器50的堆叠结构。另一方面,在根据示例性实施例的分布布拉格反射器55中,多个第一材料层40a和第二材料层40b的对与多个第三材料层50a和第四材料层50b的对混合。换句话说,至少一个第三材料层50a和第四材料层50b的对位于所述多个第一材料层40a和第二材料层40b的对之间。此外,至少一个第一材料层40a和第二材料层40b的对位于所述多个第三材料层50a和第四材料层50b的对之间。在这种构造中,控制第一至第四材料层40a、40b、50a和50b的光学厚度以对于在宽的可见光范围的光具有高的反射率。
分布布拉格反射器55可位于基板21的下部上,但不限于此,并且分布布拉格反射器55可位于基板21和发光结构30之间(见图3)。
图6是示出根据本发明示例性实施例的在蓝宝石基板上的分布布拉格反射器的反射率的曲线图。在这种情况下,已利用TiO2/SiO2形成分布布拉格反射器。如图4所示,分布布拉格反射器形成为具有第一分布布拉格反射器40和第二分布布拉格反射器50的堆叠结构。在整个可见光波长范围测量了反射率,同一样品测量了七次。第一分布布拉格反射器40具有大约630nm的中心波长,第二分布布拉格反射器50具有大约460nm的中心波长。如图6所示,通过采用分布布拉格反射器,对于400nm至500nm的蓝光波长范围的光、500nm至600nm的绿光波长范围的光及600nm至700nm的红光波长范围的光,可获得90%或更高的反射率,甚至98%或更高的反射率。
同时,如图6所示,在400nm至700nm的整个范围,获得90%或更高的高反射率。如果本发明具有两个或更多的中心波长的分布布拉格反射器,则即使在中间范围的一部分得到低于90%的反射率的情况也属于本发明。
图7是用于解释根据本发明另一示例性实施例的具有多个发光单元的发光二极管芯片20a的剖视图。
参照图7,发光二极管芯片20a包括在基板21上的多个发光单元,还包括分布布拉格反射器45。
基板21和分布布拉格反射器45与参照图3至图5描述的基板和分布布拉格反射器相似,因此,将省略对它们的详细描述。然而,基板21可以是绝缘体以电隔离所述多个发光单元。例如,基板21可以是图案化的蓝宝石基板。
同时,多个发光单元30设置为彼此隔开。所述多个发光单元30中的每个与参照图3的发光结构30相同,将省略对它们的详细描述。此外,缓冲层23可设置在发光单元30与基板21之间,缓冲层23也可彼此隔开。
第一绝缘层37覆盖发光单元30的前表面。第一绝缘层37具有在第一导电型半导体层25上的开口并且具有在第二导电型半导体层29上的开口。发光单元30的侧壁由第一绝缘层37覆盖。第一绝缘层37还覆盖在发光单元30之间的区域的基板21。第一绝缘层37可由氧化硅(SiO2)层或氮化硅层形成,并可为利用等离子体化学气相沉积法在200℃至300℃的温度范围内形成的层。在这种情况下,第一绝缘层37可形成为具有至1μm的厚度。当第一绝缘层形成为具有小于的厚度时,由于阶梯覆盖特性,具有相对薄的厚度的第一绝缘层形成在发光单元的底部,在第一绝缘层上形成的布线和发光单元之间可能发生短路。同时,随着第一绝缘层的厚度变厚,可防止短路,但光透射率劣化,从而降低了发光效率。因此,优选地,第一绝缘层形成为不超过1μm的厚度。
同时,布线39形成在第一绝缘层37上。布线39通过开口电连接到第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层29。透明电极层31可设置在第二导电型半导体层29上,布线可连接到透明电极层31。此外,布线39将相邻的发光单元30的第一导电型半导体层25电连接到第二导电型半导体层29,从而可形成发光单元30的串联阵列。可形成多个所述阵列,多个阵列彼此反并联连接,从而它们可被驱动为连接到AC电源。此外,可连接连接到串联阵列的桥式整流器(未示出),发光单元可通过桥式整流器在AC电源下被驱动。可利用布线39通过连接与发光单元30具有相同的结构的发光单元来形成桥式整流器。
另一方面,布线可将相邻发光单元的第一导电型半导体层25彼此连接或将第二导电型半导体层29彼此连接。因此,可提供串联连接或并联连接的多个发光单元30。
布线39可由诸如多晶硅的掺杂的半导体材料或金属的导电材料制成。具体地讲,布线39可形成为多层结构,并可包括例如Cr或Ti的下层和Cr或Ti的上层。此外,Au、Au/Ni或Au/Al的金属层可设置在所述下层和所述上层之间。
第二绝缘层41可覆盖布线39和第一绝缘层37。第二绝缘层41防止布线39被湿气等污染,并防止布线39和发光单元30被外部冲击损坏。
第二绝缘层41可由与第一绝缘层37的材料相同的材料形成,例如氧化硅SiO2层或氮化硅层。与第一绝缘层相似,第二绝缘层41可为利用等离子体化学气相沉积法在200℃至300℃的温度范围内形成的层。此外,当第一绝缘层37是利用等离子体化学气相沉积法形成的层时,第二绝缘层41可以是在第一绝缘层37的沉积温度的-20%至+20%的温度范围内沉积的层,更优选地,第二绝缘层41是在与第一绝缘层37的沉积温度相同的沉积温度沉积的层。
同时,优选地,与第一绝缘层37相比,第二绝缘层41具有相对薄的厚度,优选地,具有或更大的厚度。第二绝缘层41比第一绝缘层37相对更薄,这可防止第二绝缘层从第一绝缘层剥落。此外,当第二绝缘层薄于时,难以保护布线和发光单元免受外部冲击或湿气渗透。
同时,磷光体层43可设置在发光二极管芯片20a上。磷光体层43可以是将磷光体分散在树脂中的层或通过电泳法沉积的层。磷光体层43覆盖第二绝缘层41,从而转换从发光单元30发射的光的波长。
图8是示出根据本发明示例性实施例的安装有具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片的发光二极管封装件的剖视图。
参照图8,发光二极管封装件包括封装体60、引线61a和61b、发光二极管芯片20及模制部分63。封装体60可由塑性树脂制成。
封装体60具有用于安装发光二极管芯片20的安装表面M,还具有反射从发光二极管芯片20发射的光的反射表面R。同时,发光二极管芯片20安装在安装表面M上并通过接合布线电连接到引线61a和61b。
发光二极管芯片20可具有参照图3和图4描述的分布布拉格反射器45,或可具有参照图5描述的分布布拉格反射器55。
同时,发光二极管封装件发射混合颜色的光,例如白光。为此,发光二极管封装件可包括用于转换从发光二极管芯片20发射的光的波长的磷光体。磷光体可包括在模制部分63中,但不限于此。
由于发光二极管芯片20包括分布布拉格反射器45或55,例如当在磷光体中波长被转换的光通过发光二极管芯片20面向安装表面M时,光被反射以具有高的反射率,同时因波长被转换的光或分布布拉格反射器45或55而发射到外部。因此,与根据现有技术的发光二极管封装件相比,可提供具有更高的光效率的发光二极管封装件。
尽管示例性实施例描述了包括磷光体和发光二极管芯片20以实现白光的封装件,但本发明不限于此。能够发射白光的各种封装件为已知的且发光二极管芯片可应用于任何封装件。
此外,尽管示例性实施例描述了安装发光二极管芯片20的情况,但参照图7,发光二极管芯片20a可位于安装表面M上。当发光二极管芯片20a包括磷光体层43时,在模制部分63中的磷光体可省略。
图9是用于解释根据本发明另一示例性实施例的具有分布布拉格反射器的发光二极管封装件的剖视图。
参照图9,发光二极管封装件与参照图8描述的发光二极管封装件的大部分相似。然而,区别在于分布布拉格反射器75形成在反射表面R上。此外,在示例性实施例中,发光二极管芯片90可不具有在图4或图5中描述的分布布拉格反射器45或55。
分布布拉格反射器75可包括第一分布布拉格反射器70和第二分布布拉格反射器80。第一分布布拉格反射器70和第二分布布拉格反射器80均可具有与参照图4的第一分布布拉格反射器40和第二分布布拉格反射器50的材料层相同的材料层的堆叠结构。即,第一分布布拉格反射器70可形成为多个第一材料层70a和第二材料层70b的对,第二分布布拉格反射器80可形成为多个第三材料层80a和第四材料层80b的对。这些第一至第四材料层70a、70b、80a和80b与参照图4描述的第一至第四材料层40a、40b、50a和50b相同,因此,将省略对它们的详细描述。
可通过分布布拉格反射器75提供在宽的可见光范围的波长范围的高的反射率,因此,提高了发光二极管封装件的光效率。
同时,与参照图5描述的分布布拉格反射器相似,可通过混合多个第一材料层70a和第二材料层70b的对及多个第三材料层80a和第四材料层80b的对来形成分布布拉格反射器。
可利用在相对低的温度下执行的离子辅助沉积法形成分布布拉格反射器75。因此,可在不损坏塑性树脂的封装体60或引线61a和61b的情况下形成分布布拉格反射器75。可在除了用于接合布线的引线区域之外的整个区域上形成分布布拉格反射器75。
同时,如图7中的发光二极管芯片20或20a,发光二极管芯片90可包括分布布拉格反射器,但不限于此。发光二极管芯片90可以是根据现有技术的普通的发光二极管芯片。
根据示例性实施例,安装对蓝光波长范围的光、绿光波长范围的光和红光波长范围的光具有90%或更大的反射率的分布布拉格反射器,从而使发光二极管封装件可以具有提高的光效率。
(实验示例)
形成有分布布拉格反射器的基板的表面的状态可影响分布布拉格反射器的反射率。以下,确认基板的表面的状态可影响分布布拉格反射器的反射率。
图10是示出根据在利用铜表面板执行蓝宝石基板研磨工艺之后是否执行CMP的分布布拉格反射器的反射率的曲线图;
首先,在打磨了蓝宝石基板的后表面之后,通过利用具有3μm的颗粒的金刚石浆料来执行利用铜表面板的研磨工艺。在利用铜表面板执行研磨工艺之后,蓝宝石基板的后表面的表面粗糙度示出在5μm×5μm的面积大约5.12nm的RMS值。
之后,在对蓝宝石基板的后表面执行化学机械抛光工艺之后,通过控制TiO2和SiO2的厚度形成上述第一分布布拉格反射器和第二分布布拉格反射器,从而制造样品(示例1)。另一方面,对比示例直接形成与示例1相似的分布布拉格反射器而不执行化学机械抛光工艺来制造样品。利用SiO2的浆料在20Kg的负载下执行化学机械抛光工艺,在化学机械抛光工艺之后,蓝宝石基板的表面粗糙度示出在5μm×5μm的面积大约0.25nm的RMS值。
在对比示例的情况下,如图10所示,在可见光范围分布布拉格反射器的反射率显示为大约90%或更大,但反射率根据波长是不规则的,在550nm附近显示为90%或更小的值。另一方面,在示例1的情况下,分布布拉格反射器的大部分反射率在宽的可见光的波长范围显示为接近100%的值。
图11是示出在将大约500nm的铝层沉积在以与图10中的示例和对比示例相同的方式制造的样品上之后的反射率的曲线图。
在对比示例的情况下,确认了在沉积Al之后反射率明显降低。另一方面,在示例的情况下,即使在沉积Al之后,也保持了高的反射率而没有降低反射率。
在对比示例的情况下,考虑到在沉积Al之后显示的反射率降低的现象是由于根据对比示例的形成在具有粗糙表面的蓝宝石表面上的分布布拉格反射器在利用电子束沉积技术沉积Al的同时因界面缺陷而变形。在示例1的情况下,由于蓝宝石基板的表面粗糙度好,可确定在沉积Al时分布布拉格反射器没有变形,保持了反射率。
图12至图14是示出根据在使用锡平面板的研磨工艺期间的浆料颗粒的尺寸的分布布拉格反射器的反射率的曲线图。
在此结构中,浆料包括金刚石颗粒,金刚石颗粒的尺寸分别为3μm、4μm和6μm。在利用锡平面板执行研磨工艺之后,蓝宝石基板的表面粗糙度根据金刚石颗粒的尺寸显示的RMS值为大约2.40nm、3.35nm和4.18nm的RMS值。
在通过锡表面板执行研磨工艺之后,形成与示例1相同的分布布拉格反射器,如图11中的示例,沉积500nm的Al。
如从图中可以理解的,在利用3μm的浆料和锡平面板执行研磨工艺之后,分布布拉格反射器的反射率在宽的可见光范围的波长范围为90%或更大。然而,当沉积Al时,在550nm附近反射率略有减小。
相反,在利用4μm的浆料和锡平面板执行研磨工艺之后,分布布拉格反射器的反射率在550nm附近没有达到90%,并且在沉积Al后,反射率减小到80%。
从上述实验示例可以理解,在形成分布布拉格反射器之前,蓝宝石基板的表面粗糙度对分布布拉格反射器的反射率有影响。此外,当蓝宝石基板的表面粗糙度被控制为具有3nm或更小的RMS值时,反射率特性相当好。此外,当蓝宝石基板的表面粗糙度为1nm或更小时,预计即使在沉积Al之后反射率也不会减小。
对本领域技术人员来说明显的是,在不脱离本发明的精神或范围的情况下,可以在本发明中作出各种修改和改变。因此,意图是本发明覆盖权利要求及其等同物范围内提供的本发明的修改和改变。
Claims (17)
1.一种发光二极管封装件,所述发光二极管封装件包括:
封装体,具有安装表面和反射表面;
模制部分;
引线;
发光二极管芯片,安装在安装表面上,并且被构造为发射蓝光波长范围的光;
磷光体层,被构造为将发光二极管芯片发射的光转换为绿光或红光波长范围的光;以及
封装分布布拉格反射器,设置在反射表面的至少一部分上,
其中,封装分布布拉格反射器包括第一封装分布布拉格反射器和第二封装分布布拉格反射器,第一封装分布布拉格反射器对绿光或红光波长范围的光比对蓝光波长范围的光具有更高的反射率,第二封装分布布拉格反射器对蓝光波长范围的光比对红光波长范围的光具有更高的反射率,
其中,发光二极管芯片包括:
基板,具有前表面和后表面;
发光结构,设置在基板的前表面上,并包括设置在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的有源层;
分布布拉格反射器,设置在基板的后表面上并反射从发光结构发射的光;以及
反射金属层,位于分布布拉格反射器上,
其中,基板的后表面的表面粗糙度具有1nm或更小的均方根值,
分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率,
分布布拉格反射器包括第一分布布拉格反射器和第二分布布拉格反射器,第一分布布拉格反射器对绿光或红光波长范围的光比对蓝光波长范围的光具有更高的反射率,第二分布布拉格反射器对蓝光波长范围的光比对红光波长范围的光具有更高的反射率,第一分布布拉格反射器设置为比第二分布布拉格反射器更靠近基板。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,第一封装分布布拉格反射器设置在第二封装分布布拉格反射器上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管封装件,其中,封装分布布拉格反射器对蓝光波长范围的第一波长的光、绿光波长范围的第二波长的光和红光波长范围的第三波长的光具有90%或更大的反射率。
4.根据权利要求3所述的发光二极管封装件,其中,第一封装分布布拉格反射器包括多个具有第一光学厚度的第一材料层和具有第二光学厚度的第二材料层的对;第二封装分布布拉格反射器包括多个具有第三光学厚度的第三材料层和具有第四光学厚度的第四材料层的对,
第一材料层的折射率与第二材料层的折射率不同,第三材料层的折射率与第四材料层的折射率不同。
5.根据权利要求4所述的发光二极管封装件,其中,第一材料层与第三材料层具有相同的折射率,第二材料层与第四材料层具有相同的折射率。
6.根据权利要求4所述的发光二极管封装件,其中,第一光学厚度比第三光学厚度厚,第二光学厚度比第四光学厚度厚。
7.根据权利要求4所述的发光二极管封装件,其中,第一光学厚度与第二光学厚度彼此相同,第三光学厚度与第四光学厚度彼此相同。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,分布布拉格反射器接触基板的后表面。
9.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,基板的前表面包括预定的图案。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,基板的面积为90000μm2或更大。
11.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中:
第一分布布拉格反射器包括多个具有第一光学厚度的第一材料层和具有第二光学厚度的第二材料层的对;并且
第二分布布拉格反射器包括多个具有第三光学厚度的第三材料层和具有第四光学厚度的第四材料层的对,
第一材料层的折射率与第二材料层的折射率不同,第三材料层的折射率与第四材料层的折射率不同。
12.根据权利要求11所述的发光二极管封装件,其中,多个第一材料层和第二材料层的对设置为比多个第三材料层和第四材料层的对更靠近发光结构。
13.根据权利要求11所述的发光二极管封装件,其中,第一材料层与第三材料层具有相同的折射率,第二材料层与第四材料层具有相同的折射率。
14.根据权利要求11所述的发光二极管封装件,其中,第一光学厚度比第三光学厚度厚,第二光学厚度比第四光学厚度厚。
15.根据权利要求11所述的发光二极管封装件,其中,第一光学厚度与第二光学厚度彼此相同,第三光学厚度与第四光学厚度彼此相同。
16.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,所述发光二极管封装件还包括:设置在模制部分中的磷光体。
17.根据权利要求1所述的发光二极管封装件,其中,封装分布布拉格反射器设置在引线的一部分上。
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