CN105591012B - 制造发光设备的方法和发光模块检查设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造发光设备的方法和发光模块检查设备。所述制造发光设备的方法包括：将衬底设置在支承件上；将包括发光装置的发光封装件设置在衬底上，以使得发光封装件位于衬底上的目标位置；将能量施加至发光封装件，以使得发光装置发光；以及分析由于能量而从发光装置发射的光，并且确定发光封装件实际设置的位置。因此，可容易地并低成本地制造发光设备，并且可产生有限数量的斑点并提供改进的均匀亮度。

Description

制造发光设备的方法和发光模块检查设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年11月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0156246的优先权，以引用的方式将该申请的公开内容并入本文中。
技术领域
本发明构思涉及制造发光设备的方法、发光模块检查设备和确定发光模块是否符合质量要求的方法，并且更具体地，涉及一种以容易和便宜的方式制造产生较少斑点且具有改进的均匀亮度的发光设备的方法、发光模块检查设备和确定发光模块是否符合质量要求的方法。
背景技术
由于其高能量效率和小尺寸，发光二极管(LED)近来被显著用于照明设备的光源。另外，LED不仅可用于照明设备中，还可用于平板显示器、光学通信装置等中。
用于将发光封装件安装在衬底上的发光模块被用于各种产品。在此方面，需要满足诸如防斑点、均匀亮度等的各种要求的技术。
发明内容
本发明构思提供了一种低成本地并容易地制造产生较少斑点且具有改进的均匀亮度的发光设备的方法。
本发明构思还提供了一种发光模块检查设备，其用于容易地检查产生较少斑点且具有改进的均匀亮度的发光设备，以低成本地制造发光装置。
本发明构思还提供了一种低成本地并容易地确定发光模块是否符合质量要求的方法。
根据本发明构思的一方面，提供了一种制造发光设备的方法，该方法包括操作：将衬底设置在支承件上；将包括发光装置的发光封装件设置在衬底上，以使得发光封装件位于衬底上的目标位置；将能量施加至发光封装件，以使得发光装置发光；以及通过分析由于能量而从发光装置发射的光来确定发光封装件实际设置的位置。
所述施加能量的操作可包括将光辐射至发光装置上的操作。辐射光的操作可包括操作：聚焦辐射的光的一部分；以及将辐射的光的被聚焦的部分辐射至发光装置上。可通过光聚焦光学系统执行所述聚焦操作。
发光封装件可具有预定形状的窗口。所述确定位置的操作可包括操作：感测从发光装置发射的光；以及通过确定所述预定形状的窗口的中心来确定发光封装件的位置。
辐射至发光装置的光的波长可比从发光装置发射的光的波长短。所述施加能量的操作可包括将电力施加至发光装置的操作。所述方法还可包括基于发光封装件实际设置的位置来将透镜设置在发光封装件上的操作。透镜可设置为可以使得发光封装件的窗口的中心位于透镜的中心轴线上。所述设置透镜的操作可包括操作：将发光封装件实际设置的位置设为透镜的新目标位置；以及将透镜设置在新目标位置。
发光封装件可不包括磷光体。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种发光模块检查设备，该发光模块检查设备包括：支承件，其上设置有衬底，包括发光装置的发光封装件设置在该衬底上；能量施放器，其用于将能量施加至发光封装件，以使得发光装置发光；光感测部分，其用于感测从发光装置发射的光；以及位置确定器，其用于基于通过光感测部分感测的信息来确定发光封装件的位置。
能量可被施加至发光封装件中的发光装置。能量施放器可构造为将光辐射至发光装置。辐射的光的波长可比从发光装置发射的光的波长短。从发光装置发射的光可为蓝光，并且辐射至发光装置的光可为紫外(UV)光。从发光装置发射的光可为红光，并且辐射至发光装置的光可为绿光或者波长比绿光的波长短的光。
能量施放器可包括被构造为将辐射的光的一部分聚焦在发光装置上的光聚焦光学系统。发光装置可包括阳极、阴极以及阳极与阴极之间的发射层，并且辐射至发光装置上的光的能量可大于发射层的带隙能量。
选择性地，能量施放器可构造为将电力施加至发光装置。发光封装件可具有预定形状的窗口，并且位置确定器可通过确定所述预定形状的窗口的中心来确定发光封装件的位置。
发光模块检查设备可基于通过光感测部分感测的信息来确定发光封装件是否符合质量要求。发光模块检查设备还可包括质量要求确定器，其基于通过光感测部分感测的信息来提取发光封装件的窗口的轮廓，并且基于提取的轮廓的形状来确定发光封装件是否符合质量要求。
发光模块检查设备可基于通过位置确定器确定的发光封装件的位置与发光封装件的目标位置之间的距离来确定发光封装件是否符合质量要求。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种制造发光设备的方法，所述方法包括操作：将包括发光装置的发光封装件设置在衬底上，以使得发光封装件位于衬底上的目标位置，在该衬底上设置有基准标记；将能量施加至发光装置，以使得发光装置发光；以及获得关于从发光装置发射的光的图像信息。
所述获得图像信息的操作可包括获得关于从发光装置发射的光的波长分布的信息的操作。在所述获得图像信息的操作之后，所述方法还可包括操作：如果从发光装置发射的光的峰值波长在正常峰值波长的预定范围以内，则确定发光封装件是无缺陷产品，或者，如果从发光装置发射的光的峰值波长不在正常峰值波长的预定范围以内，则确定发光封装件是有缺陷产品。
所述获得图像信息的操作可包括基于从发光装置发射的光提取发光封装件的窗口的轮廓的操作。发光封装件的窗口可具有预定形状，并且所述方法还可包括操作：如果提取的窗口的轮廓与预定形状不同，则确定发光封装件是有缺陷产品。
发光封装件的窗口可具有预定形状，并且所述方法还可包括操作：检测窗口的中心的位置；以及将窗口的中心的位置存储为发光封装件的位置。所述方法还可包括操作：计算发光封装件的位置与目标位置之间的距离；以及基于计算的距离确定发光设备是无缺陷还是有缺陷。
发光封装件可不包括磷光体。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种制造发光设备的方法，所述方法包括步骤：提供衬底；在衬底上设置发光封装件，该发光封装件包括具有窗口的封装框和位于窗口中的发光装置；将能量施加至发光封装件，以使得发光装置发光；以及通过分析从发光装置发射的光来确定窗口的位置。
所述施加能量的步骤可包括将光辐射至发光装置。辐射至发光装置的光的波长可比从发光装置发射的光的波长短。
所述施加能量的步骤可包括将电力施加至发光装置以使得发光装置通过由电力产生的电子和空穴的复合而发光。
所述方法还可包括步骤：基于所确定的窗口的位置将透镜安装在发光封装件上以使得透镜的光轴穿过窗口的中心。
可通过形成在衬底上的基准标记来引导将发光封装件设置在衬底上的步骤，以使得设置的发光封装件位于或邻近于通过基准标记确定的目标位置。
所述方法还可包括步骤：参照通过基准标记确定的目标位置来确定所确定的窗口的位置是否在预定距离以内。
所述方法还可包括步骤：通过收集从发光装置发射的光来获得窗口的图像；基于获得的窗口的图像确定窗口的形状；以及确定所确定的窗口的形状是否与窗口的预定形状不同。
所述方法还可包括步骤：基于对从发光装置发射的光的分析来确定从发光装置发射的光的峰值波长是否在预定波长的预定范围以内。
发光封装件可不包括磷光体。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将更加清楚地理解本发明构思的示例性实施例，图中：
图1是根据本发明构思的示例性实施例的发光设备的分解透视图；
图2至图8是根据本发明构思的示例性实施例的包括在发光设备中的衬底的结构的剖视图；
图9示出了根据本发明构思的示例性实施例的关于从发光设备的发光装置发射的光的色温谱；
图10至图12是根据本发明构思的示例性实施例的在照明设备中使用的发光二极管(LED)芯片的侧剖视图；
图13和图14是根据本发明构思的示例性实施例的包括了照明设备中使用的LED芯片的LED封装件的侧剖视图；
图15示出了根据本发明构思的示例性实施例的发光模块检查设备的构思；
图16是根据本发明构思的示例性实施例的制造发光设备的方法的流程图；
图17A示出了根据本发明构思的示例性实施例的通过光感测部分获得的从发光封装件发射的光的图像；
图17B是图17A所示的部分B的放大图；
图18示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的发光模块检查设备的构思；
图19示出了根据本发明构思的示例性实施例的质量要求确定设备的构思；
图20是根据本发明构思的示例性实施例的确定发光模块是否符合质量要求的方法的流程图；
图21示出了根据本发明构思的示例性实施例的通过利用蓝色发光装置获得的作为图像信息的发射光谱；
图22示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的从发光封装件发射的光的图像，其中所述图像通过光感测部分获得；
图23A和图23B是示出当将波长为385nm的光辐射至布置在衬底上的发光封装件时是否从发光装置中的每一个发射了光的图像；以及
图24和图25示出了根据本发明构思的实施例的应用了利用发光设备的照明系统的家庭网络。
具体实施方式
现在，将参照示出了本发明构思的示例性实施例的附图更加完全地描述本发明构思。然而，本发明构思可按照许多不同形式实现，并且不应理解为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使得本公开将是透彻和完整的，并且将把本发明构思完全传递给本领域普通技术人员。在附图中，相同的附图标记指代相同构造的元件，并且为了清楚起见夸大了层和区的厚度。
虽然使用术语“第一”和“第二”来描述各种组件，但是显而易见的是，这些组件不受术语“第一”和“第二”的限制。术语“第一”和“第二”仅用于在各个组件之间区分。例如，第一组件可指示第二组件，或者第二组件可指示第一组件，而不与本发明构思冲突。
此外，本文所述的所有示例和条件性语言应该被理解为不限于这些具体描述的示例和条件。在整个说明书中，除非存在相反的特定说明，否则单数形式可包括复数形式。另外，诸如“包括”或者“包括……的”的术语用于指明存在数字、操作、组件和/或它们的组，但不排除存在一个或多个其它数字、一个或多个其它操作、一个或多个其它组件和/或它们的组。
除非另有说明，否则本文使用的包括说明性术语或技术术语的所有术语应该被理解为具有对于本领域普通技术人员之一明显的含义。另外，在普通词典中定义并且在以下描述中使用的术语应该被理解为具有与相关描述中使用的含义等同的含义，并且，除非本文中另有说明，否则所述术语不应被理解为理想的或过于正式的。
如本文所用，术语“和/或”包括相关所列项之一或多个的任何和所有组合。当诸如“……中的至少一个”的表达出现于元件的列表之后时，其修饰元件的整个列表而不修饰列表中的单独的元件。
图1是根据本发明构思的示例性实施例的发光设备100的分解透视图。图2至图8是根据本发明构思的示例性实施例的包括在发光设备中的衬底的结构的剖视图。
参照图1，发光封装件120可布置在衬底110上，并且光提取透镜130可布置在发光封装件120上。
衬底110可为如图2所示的金属衬底。
如图2所示，衬底110包括形成在第一金属层21上的绝缘层22和形成在绝缘层22上的第二金属层23。用于暴露绝缘层22的台阶区形成在金属衬底的一个侧端。
第一金属层21可由具有优秀散热性的材料形成，并且可具有单层结构或多层结构。绝缘层22可由包括无机材料或有机材料的绝缘材料形成。例如，绝缘层22可由包括诸如Al粉末之类的金属粉末的基于环氧树脂的绝缘树脂形成，以提高导热性。通常，第二金属层23可由Cu薄膜形成。
在一个实施例中，如图3所示，衬底110可为具有以下结构的电路板，在所述结构中，具有发光装置124的封装件安装在衬底110上，然后用防水剂和/或光反射材料33包围所述封装件。
在另一实施例中，如图4所示，电路板50可具有包括散热支承衬底51和堆叠在散热支承衬底51上的树脂涂布的覆铜层压板(RCC)52的结构。RCC 52可包括绝缘层53和堆叠在绝缘层53上的由铜薄膜形成的电路层54。由液体光阻焊剂(PSR)形成的保护层56堆叠在电路层54上。将RCC 52的一部分去除，从而形成具有至少一个凹槽的金属覆铜层压板(MCCL)，发光装置或封装件58安装在所述至少一个凹槽。在电路板50中，将光源所在的发光装置或封装件58的下部区域的绝缘层去除，从而光源接触散热支承衬底51，并且在光源中产生的热直接转移至散热支承衬底51，因此提高了散热性能。电路板50可用作包括在图1所示的发光设备中的衬底。
在另一实施例中，衬底110可包括图5所示的柔性衬底。
如图5所示，柔性衬底可设为其厚度和重量可减小并且可降低制造成本的纤薄衬底单元，并且可显著增大散热效率。在当前实施例中，纤薄衬底单元可由具有至少一个通孔的电路板和与对应于通孔的电路板的一部分竖直结合的发光二极管(LED)芯片或封装件构成。当具有减小的厚度和重量的柔性衬底用作纤薄衬底单元的衬底构件时，纤薄衬底单元可为纤薄和轻重量的，并且其制造成本可降低，并且由于LED芯片或封装件通过利用散热胶直接附着于支承衬底，因此可提高针对来自LED芯片或封装件的热的散热效率。
参照图5，柔性衬底可包括：印刷电路板(PCB)41，其中形成了至少一个通孔47；LED芯片或封装件42，其与对应于通孔47的PCB 41的一部分竖直结合；支承衬底45，其上安装有PCB 41；以及散热胶46，其布置在通孔47中，以将LED芯片或封装件42的底表面附着至支承衬底45的顶表面。LED芯片或封装件42的底表面可为暴露于外部的LED芯片的底表面，或者可为其上安装有芯片的引线框的金属块或底表面。
在另一实施例中，如图6所示，衬底61是绝缘衬底，并且具有这样的结构：其中在绝缘衬底的顶表面上形成由铜层压板形成的电路图案61_1和61_2，并且可在绝缘衬底的底表面上形成作为绝缘材料被薄涂布的绝缘薄膜层63。这里，可使用诸如溅射方法或喷射方法的各种涂布方法。另外，顶部热扩散板64和底部热扩散板66可形成在衬底61的顶表面和底表面上，以使在LED模块60中产生的热消散，并且具体地，顶部热扩散板64直接接触电路图案61_1。例如，用作绝缘薄膜层63的绝缘材料的导热性明显低于热垫的导热性，但是由于绝缘薄膜层63具有非常小的厚度，因此绝缘薄膜层63的热阻会明显低于热垫的热阻。在LED模块60中产生的热可经顶部热扩散板64转移至底部热扩散板66，并且随后可散逸至底座63_1。
通孔65可形成为穿过衬底61以及顶部热扩散板64和底部热扩散板66。LED封装件可包括LED芯片67、LED电极68_1和68_2、塑料模制壳62、透镜69等。衬底61可具有通过以下步骤形成的电路图案：将铜层层压至陶瓷或基于环氧树脂的材料的FR4芯上，并随后执行蚀刻工艺。
LED模块60可具有其中安装有发射红光的红光LED、发射绿光的绿光LED和发射蓝光的蓝光LED中的至少一个的结构。
在另一实施例中，如图7所示，金属衬底70可包括由Al或Al合金形成的金属板71和形成在金属板71的顶表面上的Al阳极化层73。可在金属板71上安装诸如LED芯片之类的热产生装置76、77和78和/或诸如电流和/或电压控制器之类的驱动或控制LED芯片的集成电路(IC)芯片。Al阳极化层73可使布线75与金属板71绝缘。
金属衬底70可由相对不贵的Al或Al合金形成。可替换地，金属衬底70可由诸如钛或镁的可被阳极化的另一材料形成。
通过将Al阳极化获得的Al阳极化(Al2O3)层73具有约10至30W/mK的相对高的热传递特性。因此，包括Al阳极化层73的金属衬底70的散热特性可比根据现有技术的基于聚合物衬底的PCB或MCPCB的散热特性更优秀。
在另一实施例中，如图8所示，电路板80包括涂布在金属衬底81上的绝缘树脂83、形成在绝缘树脂83中的电路图案84_1和84_2以及安装为与电路图案84_1和84_2电连接的LED芯片。这里，厚度等于或小于200μm的绝缘树脂83可作为固态膜层压在金属衬底上，或者可利用刀片通过利用旋涂或模制方法在液态下涂布在金属衬底上。具有绝缘电路图案的绝缘树脂层的尺寸可等于或小于金属衬底的尺寸。另外，按照这样的方式形成电路图案84_1和84_2，即，将诸如铜的金属材料填充于在绝缘树脂83中雕刻的电路图案84_1和84_2的形状中。
参照图8，LED模块85包括LED芯片87、LED电极86_1和86_2、塑料模制壳88和透镜89。
返回参照图1，基准标记Mk1和Mk2可设置在衬底110上，并且可用作参考以将各种电子器件安装在衬底110上。参照图1，提供了两个基准标记Mk1和Mk2，但是可使用三个或更多个基准标记，或者可仅使用一个基准标记。
当将x轴定义为连接基准标记Mk1和Mk2的直线，将y轴定义为衬底110的平坦表面上的与x轴垂直交叉的线，并且将z轴定义为衬底110的平坦表面的垂直线时，基准标记Mk1和Mk2可用于确定空间坐标轴上的任意位置。
发光封装件120可位于衬底110上，以参照基准标记Mk1和Mk2布置在预定目标位置T。然而，由于在制造过程中发生的各种因素(例如，公差、制造过程中的振动、机械精度的限制或其它意料之外的因素)，发光封装件120的实际位置可能从目标位置T偏离。
电力端子111可布置在衬底110的一侧或两侧，以将电力供应至将被布置在衬底110上的各个电子设备。另外，衬底110可构造为使得电流经电力端子111供应至发光封装件120。
在一个或多个实施例中，发光封装件120可包括发光装置124和用于容纳发光装置124的封装框126。封装框126可具有窗口122，发光装置124经窗口122发射光。
窗口122的边缘可具有诸如四边形或椭圆形的多边形形状，并且在当前实施例中，窗口122的边缘可具有圆形。例如，发光封装件120可具有圆形窗口122，并且发光封装件120的位置可通过窗口122的中心C1表示。
直径等于或大于窗口122的直径的光提取透镜130可布置在发光封装件120上。用于设置光提取透镜130的目标位置可等于发光封装件120的目标位置T。光提取透镜130的目标位置可设为使得光提取透镜130的中心C2与发光封装件120的光轴一致。例如，光提取透镜130的目标位置可布置为使得光提取透镜130的中心C2与窗口122的中心C1设置在相同位置。
如将在稍后描述的那样，填充材料可填充在窗口122中，并且在填充材料中可不存在磷光体。如果在窗口122中的填充材料中不存在磷光体，当根据现有技术执行检查时，仅通过将任意光辐射至发光封装件120则不能从发光封装件120导致光发射，从而难以识别发光封装件120的确切位置。
在一个实施例中，发光装置124可由LED芯片形成。LED芯片可根据构成LED芯片的化合物半导体的类型发射蓝光、绿光或红光。可替换地，LED芯片可发射紫外(UV)射线。在另一实施例中，发光装置124可由UV光二极管芯片、激光二极管芯片或有机发光装置(OLED)芯片形成。然而，根据本发明构思的一个或多个实施例，发光装置124可由除前述元件以外的各种照明器件形成。
发光封装件120可构造为使得显色指数(CRI)可从钠灯等级(CRI＝40)至日光等级(CRI＝100)调整，并且还可产生在从约2,000K至约20,000K之间的色温范围内的各种白光，并且当需要时，发光封装件120可根据周围气氛或心情通过产生具有紫色、蓝色、绿色、红色或橙色的可见光或红外光来调整照明颜色。另外，发光封装件120可产生具有能够刺激植物生长的特定波长的光。
对应于通过蓝光LED发射的光与通过黄色、绿色和红色磷光体和/或通过绿色和红色发光装置发射的光的组合的白光可具有至少两个峰值波长，并且可位于由CIE 1931坐标系的(x，y)坐标(0.4476，0.4074)、(0.3484，0.3516)、(0.3101，0.3162)、(0.3128，0.3292)、(0.3333，0.3333)限定的区中。可替换地，白光可位于由上述线段和黑体辐射光谱包围的区中。白光的色温可在约2,000K与约20,000K之间。图9示出了色温(即，普朗克光谱)。
为了相对于外部环境保护发光装置124或者为了提高从发光装置124向外发射的光的提取效率，可将作为填充材料的光透射材料布置在发光装置124上。
这里，光透射材料可为包括环氧树脂、硅树脂、环氧树脂和硅树脂的混合物等的透明有机材料，并且可在经过热辐射、光辐射、放置一段时间等硬化之后使用。
关于硅树脂，将聚二甲基硅氧烷分类为基于甲基的，并且将聚甲基苯基硅氧烷分类为基于苯基的，并且硅树脂的折射率、渗水率、透光率、耐光性和耐热性根据基于甲基和基于苯基而不同。另外，硅树脂的硬化时间根据交联剂和催化剂而不同，从而影响磷光体的分布。
光提取效率根据填充材料的折射率而变化。为了使得LED芯片的发射的蓝光的最外侧的介质的折射率与发射至外部空气的蓝光的折射率之间的差异最小化，可将具有不同折射率的至少两种硅树脂按次序堆叠。
通常，基于甲基的硅树脂具有最优秀的耐热性，并且温度升高导致的变化按照基于苯基的硅树脂、混合物和环氧树脂的次序减小。可根据硬度等级将硅树脂分为凝胶类型、弹性体类型和树脂类型。
可在发光封装件120上额外布置光提取透镜130，以将从发光装置124辐射的光沿径向引导，并且关于这一点，光提取透镜130可为附着于发光封装件120上的预制透镜，或者可通过将液体有机溶剂注入至安装有发光装置124的模制框架中并且随后将其硬化来形成光提取透镜130。
光提取透镜130可直接附着于LED芯片上的填充材料上，或者可通过安装在发光封装件120的外侧上与填充材料分离开。液体有机溶剂可通过注入模制、转移模制、压缩模制等注入至模制框架中。
根据透镜的形状(例如，凹进形状、凸出形状、凹凸形状、圆锥形、几何形状等)，发光装置的光分布特征可改变，并且透镜的形状可根据光效率和光分布特征的需求而变化。
发光装置124可由诸如氮化物半导体之类的半导体形成。氮化物半导体可由通式AlxGayInzN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)表达。可利用诸如MOCVD方法的气相生长方法在衬底上以外延方式生长诸如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN或InGaAlN的氮化物半导体形成发光装置124。另外，发光装置124可由诸如Si、ZnO、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs或AlInGaP以及石墨或OLED的半导体形成。半导体可具有将n型半导体层、发射层和p型半导体层按次序堆叠的堆叠结构。发射层(即，有源层)可为具有多量子阱结构、单量子阱结构或双异质结构的堆叠半导体。发光装置124可发射蓝光，但不限于此。发光装置124可设为发射具有任意波长的光。
发光装置124可形成为具有多种结构之一的LED芯片，或者可形成为包括LED芯片并且具有多种形式之一的LED封装件。下文中，将详细描述根据本发明构思的多个实施例之一的可在光源封装件中采用的各种LED芯片和LED封装件。
<LED芯片——第一实施例>
图10是根据本发明构思的示例性实施例的可用作发光封装件120中的发光装置124的LED芯片1500的侧剖视图。
如图10所示，LED芯片1500包括形成在衬底1501上的发射堆叠件S。发射堆叠件S包括第一导电半导体层1504、有源层1505和第二导电半导体层1506。
另外，发射堆叠件S包括形成在第二导电半导体层1506上的欧姆电极层1508，并且第一电极1509a和第二电极1509b分别形成在第一导电半导体层1504和欧姆接触层1508的顶表面上。
在整个说明书中，诸如‘上’、‘顶表面’、‘下’、‘底表面’、‘侧表面’等的术语是基于附图的；因此，它们可根据装置实际设置的方向而改变。
下文中，详细描述LED芯片1500的主要元件。
根据需要，衬底1501可由绝缘衬底、导电衬底或半导体衬底形成。例如，衬底1501可由蓝宝石、SiC、Si、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2或GaN形成。对于GaN材料的外延生长，优选地使用作为同质衬底的GaN衬底；然而，GaN衬底由于其制造中的困难而具有高生产成本。
异质衬底的示例包括蓝宝石衬底、碳化硅(SiC)衬底等，并且关于这一点，蓝宝石衬底使用得比昂贵的SiC衬底更广泛。当使用异质衬底时，诸如位错等的缺陷由于衬底材料与生长的薄膜材料的晶格常数之间的差异而增大。另外，由于衬底材料与生长的薄膜材料的热膨胀系数之间的差异，当温度变化时，衬底1501可能弯曲，并且弯曲导致生长的薄膜的破裂。可通过利用衬底1501与包括GaN材料的发射堆叠件S之间的缓冲层1502来减轻前述问题。
为了在LED结构生长之前或之后提高LED芯片1500的光特性或电特性，可在制造芯片的同时将衬底1501完全或部分地去除或者可将其图案化。
例如，可按照将激光辐射至蓝宝石衬底与半导体层之间的界面的方式将蓝宝石衬底分离，并且可通过利用抛光方法、蚀刻方法等去除硅衬底或SiC衬底。
当去除了衬底1501时，可使用另一支承衬底，并且可通过利用反射金属材料将支承衬底接合至原始生长衬底的另一侧，或者可通过将反射结构插入粘合层中而形成支撑衬底，从而提高LED芯片1500的光学效率。
在LED结构生长之前或之后，通过在衬底的主侧(例如，顶表面或两个表面)或侧表面上形成不平的或倾斜的表面来执行衬底上的图案化操作，这样，提高了光提取效率。可在从5nm至500μm的范围内选择图案的大小，并且为了提高光提取效率，可选择规则图案或不规则图案。另外，图案的形状可为圆柱形、圆锥形、半球形、多边形形状等。
蓝宝石衬底包括具有其中晶体沿着c轴方向和a侧方向的晶格常数分别为13.001和4.758的六方菱形(Hexa-Rhombo R3c)对称性的晶体，并且所述晶体具有C(0001)面、A(1120)面、R(1102)面等。在这种情况下，C(0001)面容易地有利于氮化物薄膜的生长，并且在高温下稳定，从而通常将包括具有C(0001)面的晶体的蓝宝石衬底用作用于氮化物的生长的衬底。
衬底形成为更适合于大直径并且具有相对低价格的Si衬底，从而可改进大规模生产。然而，由于将(111)面作为衬底表面的Si衬底与GaN的晶格常数差异为约17％，因此需要一种技术来抑制由于晶格常数差异导致缺陷晶体的出现。另外，硅与GaN之间的热膨胀差异为约56％，因此需要一种技术来抑制由于热膨胀差异导致的晶圆弯曲。由于晶圆弯曲，GaN薄膜可能具有裂纹，并且可能难以执行工艺控制，从而可能增大相同晶圆中的发射波长的分散。
由于Si衬底吸收了在基于GaN的半导体中产生的光，因此发光装置10的外量子效率会变差，因此，在需要时去除Si衬底，并且可额外形成包括反射层的诸如Si、Ge、SiAl、陶瓷或金属衬底之类的支承衬底，并且随后可使用。
当GaN薄膜生长在诸如Si衬底的异质衬底上时，位错密度可能由于衬底材料与薄膜材料的晶格常数之间的失配而增大，并且可能由于热膨胀差异而发生破裂和弯曲。为了防止发射堆叠件S的位错和破裂，缓冲层1502设置在衬底1501与发射堆叠件S之间。缓冲层1502通过在生长有源层的同时调整衬底的弯曲水平减小了晶圆的发射波长的分散。
缓冲层1502可由AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成，具体地说，由GaN、AlN、AlGaN、InGaN或InGaNAlN形成，并且当需要时，缓冲层1502可由ZrB2、HfB2、ZrN、HfN、TiN等形成。另外，可通过组合多个层或者通过逐渐改变前述材料之一的成分来形成缓冲层1502。
由于Si衬底和GaN薄膜的热膨胀差异大，因此当GaN薄膜生长在Si衬底上时，GaN薄膜在高温下生长，并且随后在室温下冷却，并且此时，由于Si衬底与GaN薄膜之间的热膨胀差异，会对GaN薄膜施加拉伸应力，从而GaN薄膜中会容易出现裂纹。为了防止裂纹，可在GaN薄膜生长的同时将压缩应力施加至GaN薄膜，从而可补偿拉伸应力。
由于Si衬底与GaN薄膜之间的晶格常数差异，Si衬底可能是有缺陷的。当使用Si衬底时，使用具有复合结构的缓冲层，以同时执行缺陷控制和应力控制，以抑制弯曲。
为了防止Si与Ga之间的反应，需要使用不含Ga的材料。例如，AlN首先形成在衬底1501上。可替换地，不仅可使用AlN而且可使用SiC。通过在400℃至1300℃之间的温度利用Al和N源生长AlN。当需要时，可将AlGaN中间层插入多个AlN层中，以控制应力。
现在，详细描述具有III族氮化物半导体的多层结构的发射堆叠件S。第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506可分别由掺有n型杂质和p型杂质的半导体形成，反之亦然。例如，第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506中的每一个可以(但不限于)由III族氮化物半导体(例如，成分为AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的材料)形成。在另一实施例中，第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506中的每一个可由包括基于AlGaInP的半导体、基于AlGaAs的半导体等的材料形成。
第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506中的每一个可具有单层结构。然而，当需要时，第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506中的每一个可具有多层结构，该多层结构包括具有不同成分或厚度的多个层。例如，第一导电半导体层1504和第二导电半导体层1506中的每一个可具有能够提高电子和空穴注入的效率的载流子注入层，并且还可具有各种形式的超晶格结构。
第一导电半导体层1504还可包括邻近于有源层1505的电流扩散层(未示出)。电流扩散层可具有重复堆叠了具有不同成分或不同杂质比率的多个InxAlyGa(1-x-y)N层的结构，或者可部分由绝缘材料层形成。
第二导电半导体层1506还可包括邻近于有源层1505的电子阻挡层。电子阻挡层可具有堆叠了具有不同成分的多个InxAlyGa(1-x-y)N层的结构，或者可具有由AlyGa(1-y)N形成的至少一层。由于电子阻挡层的带隙大于有源层1505的带隙，因此电子阻挡层防止了电子进入第二导电半导体层1506(其为p型)。
可通过利用MOCVD设备形成发射堆叠件S。更详细地说，发射堆叠件S按照以下方式形成：在基于镓的化合物半导体生长在衬底1501上的同时，将诸如有机金属化合物气体(例如，三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)等)和含氮气体(例如氨(NH3)等)的反应气体注入至布置有衬底1501的反应容器中，并且衬底1501保持在约900℃至1100℃的高温，根据需要，注入杂质气体，从而基于镓的化合物半导体作为未掺杂类型、n型或p型而堆叠。Si作为n型杂质是熟知的。Zn、Cd、Be、Mg、Ca、Ba等，具体地说，Mg和Zn，可用作p型杂质。
设置在第一导电半导体层1504与第二导电半导体层1506之间的有源层1505可具有交替地堆叠量子阱层和量子势垒层的多量子阱(MQW)结构。例如，在氮化物半导体的情况下，有源层1505可具有GaN/InGaN结构。然而，在另一实施例中，有源层1505可具有单量子阱(SQW)结构。
欧姆电极层1508可通过相对增大杂质密度来减小欧姆接触电阻，从而欧姆电极层1508可降低操作电压，并且可改进装置特性。欧姆电极层1508可由GaN、InGaN、ZnO或石墨层形成。
第一电极1509a或第二电极1509b可包括诸如Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au等的材料，或者可具有包括Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al、Ni/Ag/Pt等的多层结构。
虽然图10所示的LED芯片1500具有第一电极1509a、第二电极1509b和光提取表面面对同一侧的结构，但是LED芯片1500可具有各种结构，诸如第一电极1509a和第二电极1509b面对光提取表面的相对侧的倒装芯片结构、第一电极1509a和第二电极1509b形成在相对表面上的竖直结构、和采用了其中多个过孔形成在芯片中以改进电流分布和散热效率的电极结构的竖直和水平结构。
<LED芯片——第二实施例>
图11示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的LED芯片1600，其具有在制造用于照明设备的用于高输出的大面积发光装置芯片时有益于改进电流分布和散热效率的结构。
如图11所示，LED芯片1600包括第一导电半导体层1604、有源层1605、第二导电半导体层1606、第二电极层1607、绝缘层1602、第一电极层1608和衬底1601。这里，为了电连接至第一导电半导体层1604，第一电极层1608包括一个或多个接触孔H，它们与第二导电半导体层1606和有源层1605电绝缘，并且从第一电极层1608的表面延伸至第一导电半导体层1604的一部分。
接触孔H从第一电极层1608的界面经第二导电半导体层1606和有源层1605延伸至第一导电半导体层1604的内表面。接触孔H延伸至有源层1605与第一导电半导体层1604之间的界面，并且更优选地，接触孔H延伸至第一导电半导体层1604的一部分。由于接触孔H用于执行第一导电半导体层1604的电连接和电流分布，因此当接触孔H接触第一导电半导体层1604时，接触孔H实现其目的，因此，接触孔不需要延伸至第一导电半导体层1604的外表面。
考虑到光反射功能和与第二导电半导体层1606的欧姆接触，形成在第二导电半导体层1606上的第二电极层1607可由选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt和Au构成的组中的材料形成，并且可通过溅射工艺或沉积工艺而形成。
接触孔H具有穿过第二电极层1607、第二导电半导体层1606和有源层1605以与第一导电半导体层1604连接的形状。可通过利用ICP-RIE等的蚀刻工艺形成接触孔H。
绝缘层1602形成为覆盖接触孔H的侧壁和第二导电半导体层1606的顶表面。在这种情况下，第一导电半导体层1604的与接触孔H的底表面相对应的一部分可暴露出来。可通过沉积诸如SiO2、SiOxNy、SixNy等的绝缘材料形成绝缘层1602。可通过CVD工艺在500℃或更低的温度下以从约0.01μm至约3μm的厚度范围沉积绝缘层1602。
包括通过填充导电材料形成的导电过孔的第二电极层1607形成在接触孔H中。多个过孔可形成在发光装置区中。可调整过孔的数量和过孔的接触面积，以使得接触第一导电类型半导体的过孔的面积在发光装置区的面积的约1％与约5％之间的范围内。接触第一导电类型半导体的过孔的区域的平面半径在约5μm与约50μm之间的范围内，并且根据各个发光装置区的面积，针对各个发光装置区的过孔的数量可在1与300之间。虽然过孔的数量可根据各个发光装置区的面积变化，但是过孔的数量可为至少3。过孔之间的距离可对应于在约100μm与约500μm之间的范围内(并且更详细地说，在约150μm与约450μm之间的范围内)的多行多列的矩阵阵列。当过孔之间的距离小于约100μm时，过孔的数量增加，从而发射面积相对减小，发射效率变差。当距离大于约500μm时，电流扩散会困难，从而发射效率会变差。接触孔H的深度可根据第二半导体层和有源层而变化，并且可在约0.5μm与约5.0μm之间的范围内。
然后，衬底1601形成在第一电极层1608的表面上。在该结构中，衬底1601可经由与第一导电半导体层1604接触的导电过孔电连接至第一导电半导体层1604。
可通过电镀工艺、溅射工艺、沉积工艺或粘合工艺由选自Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se、GaAs、SiAl、Ge、SiC、AlN、Al2O3、GaN和AlGaN构成的组中的材料形成衬底1601。然而，关于衬底1601的材料和形成方法不限于此。
为了减小接触孔H的接触电阻，可适当地调整接触孔H的总数、接触孔H的形状、接触孔H的间距、接触孔H相对于第一导电半导体层1604和第二导电半导体层1606的接触面积等，并且由于接触孔H沿着各行各列按照各种形式布置，因此可提高电流。
<LED芯片——第三实施例>
由于LED照明设备提供了改进的散热特性，因此考虑到总散热性能，优选地将具有小的热值的LED芯片应用于LED照明设备。LED芯片的示例可为具有纳米结构的LED芯片(下文中，称作“纳米LED芯片”)。
纳米LED芯片的示例包括芯-皮式纳米LED芯片。芯-皮式纳米LED芯片由于其小的组合密度而产生相对少量的热，并且通过利用纳米结构增大其发射面积，以提高发射效率。另外，芯-皮式纳米LED芯片可获得非极性有源层，从而防止由于极化导致的效率变差，从而可改进下垂特性。
图12示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的可应用于照明设备100的纳米LED芯片1700。
如图12所示，纳米LED芯片1700包括形成在衬底1701上的多个纳米发射结构N。在当前实施例中，纳米发射结构N具有作为芯-皮结构的杆结构，但是在另一实施例中，纳米发射结构N可具有诸如棱锥结构的不同结构。
纳米LED芯片1700包括形成在衬底1701上的基础层1702。基础层1702可以是为纳米发射结构N提供生长表面的层，并且可由第一导电半导体形成。由至少一层形成并且具有用于纳米发射结构N(具体地说，芯)的生长的开口区域的掩模层1703可形成在基础层1702上。掩模层1703可由诸如SiO2或SiNx的电介质材料形成。
在纳米发射结构N中，通过使第一导电半导体选择性地生长通过掩模层1703的开口区域来形成第一导电纳米芯1704，并且有源层1705和第二导电半导体层1706作为皮层形成于在部分地蚀刻和去除由至少一层形成的掩模层1703之后暴露的第一导电纳米芯1704的表面上。这样，纳米发射结构N可具有芯-皮结构，其中第一导电半导体是纳米芯，并且包围纳米芯的有源层1705和第二导电半导体层1706是皮层。
在当前实施例中，纳米LED芯片1700包括用于填充纳米发射结构N之间的间隙的填充材料1707。填充材料1707可以结构性地稳定纳米发射结构N。填充材料1707可包括(但不限于)诸如SiO2的反射材料或透明材料。欧姆接触层1708可形成在纳米发射结构N上和/或可形成为包围第二导电半导体层1706以接触第二导电半导体层1706。纳米LED芯片1700包括分别接触由第一导电半导体形成的基础层1702和欧姆接触层1708的第一电极1709a和第二电极1709b。
通过改变纳米发射结构N的直径、成分或掺杂密度，可从一个装置发射具有至少两种不同波长的光。通过适当地调整具有不同波长的光，可在不使用磷光体的情况下在该一个装置中实现白光。另外，通过将该一个装置与另一LED芯片结合，或者将该一个装置与诸如磷光体的波长转换材料结合，可实现具有期望的各种颜色的光或具有不同色温的白光。
<LED芯片——额外实施例>
除前述LED芯片以外，可使用具有各种结构之一的LED芯片。例如，可使用这样的LED芯片，该LED芯片的光提取效率通过使在LED芯片的金属与电介质层之间的界面处形成的表面等离子体激元(SPP)和量子阱激子相互作用而明显提高。
<LED封装件>
前述各种LED芯片可作为裸芯片安装在电路板上，随后可在照明设备中使用。然而，与此不同，LED芯片还可替代性地用于安装在具有一对电极的封装主体中的各种封装结构中。
包括LED芯片的封装件(下文中，称作LED封装件)不仅可具有容易连接至外部电路的外部端子结构而且可具有用于提高LED芯片的散热特性的散热结构和用于提高LED芯片的光特性的各种光学结构。例如，各种光学结构可包括将从LED芯片发射的光转换为具有不同波长的光的波长转换单元，或者可包括用于提高LED芯片的光分布特性的透镜结构。
<LED封装件的示例>
图13示出了根据本发明构思的示例性实施例的半导体发光装置1800，该半导体发光装置1800是将被应用于光源封装件的光源，并且包括安装在安装衬底1820上的LED芯片1810。
图13所示的半导体发光装置1800包括安装衬底1820和安装在安装衬底1820上的LED芯片1810。LED芯片1810与前述实施例中的LED芯片不同。
LED芯片1810包括设置在衬底1801的一个表面上的发射堆叠件S以及相对于发射堆叠件S设置在衬底1801的另一表面上的第一电极1808a和第二电极1808b。另外，LED芯片1810包括用于覆盖第一电极1808a和第二电极1808b的绝缘单元1803。
第一电极1808a和第二电极1808b可通过第一电力连接单元1809a和第二电力连接单元1809b连接到第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b。
发射堆叠件S可包括按次序设置在衬底1801上的第一导电半导体层1804、有源层1805和第二导电半导体层1806。第一电极1808a可设为通过穿过第二导电半导体层1806和有源层1805而接触第一导电半导体层1804的导电过孔。第二电极1808b可接触第二导电半导体层1806。
多个过孔可形成在发光装置区中。可调整过孔的数量和过孔的接触面积，以使得接触第一导电类型半导体的过孔的面积在发光装置区的面积的约1％与约5％之间的范围内。接触第一导电类型半导体的过孔的区域的平面半径在约5μm与约50μm之间的范围内，并且根据各个发光装置区的面积，针对各个发光装置区的过孔的数量可在1个过孔和300个过孔之间。虽然过孔的数量可根据各个发光装置区的面积而改变，但是过孔的数量可至少为3。过孔之间的距离可对应于约100μm与约500μm之间的范围内(并且更详细地说，在约150μm与约450μm之间的范围内)的多行多列的矩阵阵列。当过孔之间的距离小于约100μm时，过孔的数量增加从而发射面积相对减小，发射效率变差。然而，当距离大于约500μm时，电流扩散会变得困难，从而发射效率会变差。接触孔H的深度可根据第二半导体层和有源层而改变，并且可在约0.5μm与约5.0μm之间的范围内。
导电欧姆材料沉积在发射堆叠件S上，从而形成第一电极1808a和第二电极1808b。第一电极1808a和/或第二电极1808b可为包括选自Ag、Al、Ni、Cr、Cu、Au、Pd、Pt、Sn、Ti、W、Rh、Ir、Ru、Mg、Zn和它们的合金所构成的组中的至少一种材料的电极。例如，第二电极1808b可形成为包括相对于第二导电半导体层1806沉积的Ag层的欧姆电极。Ag欧姆电极用于反射光。选择性地，包括Ni、Ti、Pt或W的单层或一层它们的合金可以以交替方式堆叠在Ag层上。更详细地说，Ni/Ti层、TiW/Pt层或Ti/W层可堆叠在Ag层下方，或者前述层可以以交替方式堆叠在Ag层下方。
第一电极1808a可按照以下方式形成：Cr层可相对于第一导电半导体层1804堆叠，并且随后Au/Pt/Ti层可按次序堆叠在Cr层上，或者Al层可相对于第二导电半导体层1806堆叠，并且随后可将Ti/Ni/Au层按次序堆叠在Al层上。
为了改进欧姆特性或反射特性，除前述材料和结构以外，第一电极1808a和第二电极1808b可由各种材料形成，或者可具有各种堆叠结构。
绝缘单元1803可具有开口区域以暴露出第一电极1808a和第二电极1808b的一部分，并且第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b可接触第一电极1808a和第二电极1808b。绝缘单元1803可在约500℃或更低的温度下经SiO2和/或SiN CVD工艺沉积为具有约0.01μm与约3μm之间的厚度。
第一电极1808a和第二电极1808b可沿着相同方向设置，并且如将在稍后描述的，第一电极1808a和第二电极1808b可按照倒装芯片形式安装在引线框中。在这种情况下，第一电极1808a和第二电极1808b可设置为面对相同方向。
具体地说，第一电力连接单元1809a可通过具有穿过有源层1805和第二导电半导体层1806的导电过孔的第一电极1808a形成，并且随后连接至发射堆叠件S中的第一导电半导体层1804。
为了减小导电过孔与第一电力连接单元1809a之间的接触电阻，可适当地调整导电过孔和第一电力连接单元1809a的总数、形状、间距、与第一导电半导体层1804的接触面积等，并且由于导电过孔和第一电力连接单元1809a按照多行多列布置，因此可增大电流。
半导体发光装置1800的另一侧的电极结构可包括直接形成在第二导电半导体层1806上的第二电极1808b以及形成在第二电极1808b上的第二电力连接单元1809b。第二电极1808b可用于形成与第二电力连接单元1809b的电欧姆连接，并且可由光反射材料形成，因此，当LED芯片1810作为倒装芯片结构安装时，第二电极1808b可将从有源层1805发射的光有效地朝着衬底1801排放。明显的是，根据主要光发射方向，第二电极1808b可由诸如透明导电氧化物的光透射导电材料形成。
前述两个电极结构可通过利用绝缘单元1803彼此电分离。具有电绝缘性质的任何材料或任何对象可用作绝缘单元1803，但是优选的是，使用具有低光吸收性质的材料。例如，可使用诸如SiO2、SiOxNy、SixNy等的氧化硅或氮化硅。当需要时，绝缘单元1803可具有其中光反射填料分布在整个光透射材料中的光反射结构。
第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b可分别连接至第一电力连接单元1809a和第二电力连接单元1809b，因此可用作LED芯片1810的外部端子。例如，第一电极焊盘1819a和/或第二电极焊盘1819b可由Au、Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或者它们的共晶合金形成。在这种情况下，当第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b安装在安装衬底1820上时，第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b可利用共晶金属接合至安装衬底1820，从而可不使用通常用于倒装芯片接合中的分离的焊料凸块。与利用焊料凸块的情况相比，利用共晶金属的安装方法可实现更优秀的散热效果。在这种情况下，为了获得优秀的散热效果，可形成具有大面积的第一电极焊盘1819a和第二电极焊盘1819b。
除非提供矛盾的说明，否则可通过参照前述说明理解衬底1801和发射堆叠件S。另外，虽然未具体示出，但是可在发射堆叠件S与衬底1801之间形成缓冲层，并且关于这一点，缓冲层可形成为包括氮化物等的未掺杂的半导体层，从而缓冲层可使生长在缓冲层上的发射结构的晶格缺陷减少。
衬底1801可具有彼此面对的第一主表面和第二主表面，并且关于这一点，可在第一主表面和第二主表面中的至少一个上形成凹凸结构。由于衬底1801的一部分被蚀刻，因此布置在衬底1801的一个表面上的凹凸结构可由与衬底1801的材料相同的材料形成，或者其可由与衬底1801的材料不同的材料形成。
如在当前实施例中那样，由于在衬底1801与第一导电半导体层1804之间的界面处形成凹凸结构，因此从有源层1805发射的光的路径可改变，从而在半导体层中吸收的光的比率可降低，并且光散射率可增大；因此，光提取效率可增大。
更详细地说，凹凸结构可具有规则形状或不规则形状。形成凹凸结构的异质材料可包括透明导体、透明绝缘体或者具有优秀反射率的材料。关于这一点，透明绝缘体可包括(但不限于)SiO2、SiNx、Al2O3、HfO、TiO2或ZrO，透明导体可包括(但不限于)TCO，诸如包含ZnO的氧化铟或者包括Mg、Ag、Zn、Sc、Hf、Zr、Te、Se、Ta、W、Nb、Cu、Si、Ni、Co、Mo、Cr或Sn的添加剂，并且反射材料可包括(但不限于)Ag、Al或由具有不同折射率的多层形成的DBR。
可从第一导电半导体层1804去除衬底1801。为了去除衬底1801，可执行利用激光的激光剥离(LLO)工艺、蚀刻工艺或者研磨工艺。在去除衬底1801之后，可在第一导电半导体层1804的顶表面上形成凹凸结构。
如图13所示，LED芯片1810安装在安装衬底1820上。安装衬底1820具有如下结构：上电极层1812b和下电极层1812a分别形成在衬底主体1811的顶表面和底表面上，并且过孔1813穿过衬底主体1811以连接上电极层1812b和下电极层1812a。衬底主体1811可由树脂、陶瓷或金属形成，并且上电极层1812b和下电极层1812a可为包括Au、Cu、Ag、Al等的金属层。
明显的是，其上安装有LED芯片1810的衬底的示例不限于图13的安装衬底1820，因此可使用具有用于驱动LED芯片1810的布线结构的任何衬底。例如，可提供其中LED芯片1810安装在具有一对引线框的封装主体中的封装结构。
<LED封装件的另一示例——芯片级封装(CSP)>
可用于照明设备中的LED封装件的示例可包括具有CSP结构的LED芯片封装件。
CSP可减小LED芯片封装件的尺寸，可简化制造工艺，并且可适于大规模生产。另外，LED芯片、诸如磷光体的波长转换材料和诸如透镜的光学结构可一体地制造，从而CSP可设计为适于照明设备。
图14示出了根据本发明构思的示例性实施例的CSP 1900的示例，其具有如下封装结构：其中经沿着主光提取表面的反方向的LED 1910的底表面形成电极，并且磷光体层1907和透镜1920一体地形成。
图14所示的CSP 1900包括设置在安装衬底1911上的发射堆叠件S、第一端子Ta和第二端子Tb、磷光体层1907和透镜1920。
发射堆叠件S具有包括第一导电半导体层1904和第二导电半导体层1906以及设置在第一半导体层1904与第二导电半导体层1906之间的有源层1905的堆叠结构。在当前实施例中，第一导电半导体层1904和第二导电半导体层1906可分别为n型半导体层和p型半导体层，并且可由诸如AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的氮化物半导体形成。可替换地，除氮化物半导体之外，第一导电半导体层1904和第二导电半导体层1906可由基于GaAs的半导体或基于GaP的半导体形成。
设置在第一导电半导体层1904与第二导电半导体层1906之间的有源层1905可发射由于电子和空穴的复合而具有预定能量的光，并且可具有其中量子阱层和量子势垒层交替地堆叠的MQW结构。MQW结构可包括InGaN/GaN结构或AlGaN/GaN结构。
可通过本领域熟知的诸如MOCVD、MBE、HVPE等的半导体层生长工艺来形成第一导电半导体层1904和第二导电半导体层1906以及有源层1905。
在图14所示的LED 1910中，已经去除了生长衬底，并且凹凸结构P可形成在LED1910的去除了生长衬底的表面上。另外，磷光体层1907在其上形成有凹凸结构的表面上形成为光转换层。
LED 1910可具有分别接触第一导电半导体层1904和第二导电半导体层1906的第一电极1909a和第二电极1909b。第一电极1909a具有通过穿过第二导电半导体层1906和有源层1905而接触第一导电半导体层1904的导电过孔1908。在导电过孔1908与有源层1905和第二导电半导体层1906之间形成绝缘层1903以防止短路。
虽然布置了一个导电过孔1908，但是在另一实施例中，可布置至少两个导电过孔1908以用于改进电流分布，并且它们可按照各种形式布置。
安装衬底1911是容易地应用于半导体工艺过程的诸如硅衬底之类的支承衬底，但是安装衬底1911的示例可变化。安装衬底1911和LED 1910可通过接合层1902和1912彼此接合。接合层1902和1912可由电绝缘材料或导电材料形成，并且关于这一点，电绝缘材料的示例可包括诸如SiO2、SiN等的氧化物，或者包括硅树脂、环氧树脂等的树脂材料，并且导电材料的示例可包括Ag、Al、Ti、W、Cu、Sn、Ni、Pt、Cr、NiSn、TiW、AuSn或它们的共晶金属。可按照将接合层1902和1912布置在LED 1910和安装衬底1911的接合表面上并随后接合在一起的方式来执行接合工艺。
穿过安装衬底1911的过孔形成在安装衬底1911的底表面，以接触接合的LED 1910的第一电极1909a和第二电极1909b。然后，绝缘体1913可形成在过孔的侧表面和安装衬底1911的底表面上。当安装衬底1911形成为硅衬底时，绝缘体1913可布置为通过热氧化工艺形成的氧化硅层。通过用导电材料填充过孔，第一端子Ta和第二端子Tb形成为连接至第一电极1909a和第二电极1909b。第一端子Ta和第二端子Tb可包括种子层1918a和1918b以及通过利用种子层1918a和1918b经电镀工艺形成的电镀充电单元1919a和1919b。
图15示出了根据本发明构思的示例性实施例的发光模块检查设备200的构思。图16是根据本发明构思的示例性实施例的制造发光设备的方法的流程图。
参照图15，发光模块检查设备200可包括用于支承衬底110的支承件201、用于将能量施加至衬底110上的发光封装件120的能量施放器210、用于感测从发光装置124发射的光的光感测部分230和用于利用通过光感测部分230获得的信息确定发光封装件120的位置的位置确定器250。
参照图15和图16，可在支承件201上设置衬底110(S1)。由于先前详细描述了衬底110，因此这里省略进一步的描述。如上所述，可在衬底110上设置基准标记Mk1和Mk2(参照图1)。
支承件201不限于特定类型，只要衬底110可设置在支承件201上即可。参照图15，支承件201是平的，但是在另一实施例中，支承件201可具有用于固定衬底110的两端的结构。
另外，支承件201还可包括用于牢固地固定衬底110的固定部分203。固定部分203可为能够保持衬底110的诸如夹子或小片之类的任何固定器具，并且固定部分203的类型不受限制。
然后，可在衬底110上设置发光封装件120(S2)。发光封装件120可包括发光装置124，并且先前详细提供了其描述，因此，这里省略进一步的描述。这里，在覆盖发光装置124的包封构件中可不存在磷光体。因此，与包括磷光体的发光封装件相比，可以低成本地提供发光封装件120。在当前实施例中，从发光封装件120发射的光可基本等于从发光装置124发射的光。
假定发光封装件120位于目标位置T，但是可能因为各种因素而设为从目标位置T偏离。因此，有必要获得告知发光封装件120从目标位置T偏离多远的信息和关于设置发光封装件120的确切位置的信息。如果发光封装件120设置在显著远离目标位置T并且在预定公差以外的位置，则需要修理或丢弃发光封装件120或者包括发光封装件120的模块。可替换地，如果需要在发光封装件120上布置诸如光提取透镜130的额外结构，则需要检测发光封装件120的确切位置。
当从发光装置124发射光时，可通过利用光来确定发光封装件120的确切位置。为此，可将能量施加至发光封装件120，以使得从发光装置124发射光(S3)。施加至发光封装件120的能量可为电能量或光能量。参照图15，将光能量施加至发光封装件120，但是本发明构思的一个或多个示例性实施例不限于此。
为此，发光模块检查设备200还可包括能量施放器210。能量施放器210可为电力供应器，或者，如图15所示，可为光辐射器。
如果能量施放器210是光辐射器，则能量施放器210可包括光源211、滤光器213和光聚焦光学系统215。光源211可为用于产生光的仪器。更详细地说，光源211可通过从外部源接收电力而产生可见光或UV光。可以考虑发光装置124的特性来选择光源211，并且稍后将提供其详细描述。
滤光器213可用于使得光的辐射方向一致和/或限制辐射的光的波长范围。例如，滤光器213可构造为进一步传输预定区的波长。在当前实施例中，滤光器213可包括使得光的辐射方向一致的准直仪。
从能量施放器210发射的光可辐射至发光封装件120，并且更具体地，光可主要聚焦在发光装置124上。为了将辐射的光聚焦在特定区上，可提供光聚焦光学系统215。参照图15，将光聚焦光学系统215布置为一个透镜，但是光聚焦光学系统215可包括两个或更多个透镜和/或其它光聚焦仪器。
不需要将通过光聚焦光学系统215聚焦的光仅聚焦在发光装置124上，因此，可以仅将聚焦的光的一部分辐射至发光装置124。关于这一点，聚焦的光的该部分的量必须足以激发发光装置124，从而使得从发光装置124发射光。
从光源211发射的光的波长可比从发光装置124发射的光的波长更短。例如，如果发光装置124构造为发射蓝光，则从光源211发射的光可为波长比蓝光的波长更短的UV光。在示例性实施例中，如果发光装置124构造为发射红光，则从光源211发射的光可为波长比红光的波长更短的UV光、蓝光或绿光。
在当前实施例中，从光源211发射并且辐射至发光装置124的光的能量可大于发光装置124的随机发射层的带隙能量。从光源211发射并且入射在发光装置124上的光可激发发射层，并且当激发的发射层返回至基态时，可从发光装置124发射光。
然后，分析从发光装置124发射的光，从而可确定发光封装件120的位置(S4)。这里，从发光装置124发射的光可由于从能量施放器210施加至发光封装件120的能量而发射。
为了分析从发光装置124发射的光，发光模块检查设备200还可包括用于感测从发光装置124发射的光的光感测部分230。
光感测部分230可构造为对从发光装置124发射的光进行行扫描，以聚集从中获得的多条数据，并产生一条图像信息。可替换地，包括以二维方式排列的电荷耦合器件(CCD)的光感测部分230可构造为通过使得从发光装置124发射的光辐射在电荷耦合器件(CCD)上来获得二维图像信息。
位置确定器250可通过利用通过光感测部分230获得的图像信息来确定发光封装件120的位置。
图17A示出了根据本发明构思的示例性实施例的通过光感测部分230获得的从发光封装件120发射的光的图像。图17B是图17A所示的部分B的放大图。
参照图17A，经发光封装件120的窗口122提取从发光装置124(参照图15)发射的光，因此，窗口122的部分以明亮方式示出而除窗口以外的一部分由于光没有通过而以昏暗方式示出。因此，可由于光通过其发射的区域的轮廓来间接识别窗口122的轮廓。
如上所述，由于发光封装件120不包括磷光体，因此可从发光装置124发射经窗口122发射的任何光。
如果窗口122具有圆形，则发光封装件120的位置可通过窗口122的中心C1表示。在这种情况下，发光封装件120可设置在衬底110上，以使中心C1匹配目标位置T。然而，如上所述，由于各种因素，可能在中心C1偏离目标位置T的情况下设置发光封装件120。
参照图17B，可通过利用基准标记Mk1和Mk2将目标位置T设为坐标(x1，y1)。也就是说，在衬底110设置在支承件201上之后，发光模块检查设备200可通过利用光感测部分230获得衬底110的表面的图像。然后，衬底110的表面的图像转移至位置确定器250。基准标记Mk1和Mk2以可识别的方式设置在衬底110的表面上，并且位置确定器250可通过利用基准标记Mk1和Mk2的位置在衬底110的表面的图像上确定目标位置T的位置。
如参照图17A描述的，可根据窗口122的外形来计算窗口122的中心C1的位置，并且可将其设为坐标(x2，y2)。因此，可计算中心C1与目标位置T之间的距离d。
如果距离d的值在预定公差以内，则发光模块检查设备200可确定模块符合质量要求。相反，如果距离d的值在预定公差以外，则发光模块检查设备200可确定模块不符合质量要求，随后可修理或丢弃模块，从而可防止出现随后的不必要的成本。
可通过利用商业化的软件包根据窗口122的轮廓来计算窗口122的中心C1的位置。
然后，可基于所确定的发光封装件120的位置将光提取透镜130设置在发光封装件120上(S5)。如以上参照图1描述的那样，可将光提取透镜130的目标位置设为使得光提取透镜130的中心C2位于发光封装件120的光轴上。然而，如上所述，当发光封装件120实际设置在衬底110上时，发光封装件120可能被设为偏离目标位置。因此，光提取透镜130的目标位置可调整为对应于所确定的发光封装件120的位置。
更详细地，在发光封装件120设置在衬底110上之前，将指示发光封装件120的目标位置T的坐标(x1，y1)设为光提取透镜130的目标位置。然而，在发光封装件120设置在衬底110上之后，可将所确定的发光封装件120的位置，即，指示发光封装件120的窗口122的中心C1的位置的坐标(x2，y2)设为光提取透镜130的新目标位置。
当确定了光提取透镜130的新目标位置时，光提取透镜130可设置在新目标位置上。
在当前实施例中，辐射了光以将能量施加至发光封装件120。在下面的示例性实施例中，供应电力，以将能量施加至发光封装件120。
图18示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的发光模块检查设备300的构思。
参照图18，当前实施例与图15的示例性实施例的不同是，在当前实施例中，不是辐射光而是供应电力来施加能量。
能够将电力供应至发光封装件120的端子112a和112b可布置在设置在支承件301上的衬底110上。为了将电力供应至发光封装件120，可将电源305电连接至端子112a和112b。
当将来自电源305的电力经衬底110供应至发光封装件120时，可从发光装置124发射光。
光感测部分330可根据从发光装置124发射的光来获得图像，并且位置确定器350可利用该图像确定发光封装件120的位置。已经参照图15提供了关于该过程的详细描述，因此，这里省略进一步的描述。
在确定无缺陷产品和有缺陷产品时可不同地使用利用光感测部分230或330获得的图像信息。图19示出了根据本发明构思的示例性实施例的质量要求确定设备400的构思。图20是根据本发明构思的示例性实施例的确定发光模块是否符合质量要求的方法的流程图。
参照图19，质量要求确定设备400的结构可基本等于图15的发光模块检查设备200的结构，不同的是质量要求确定设备400包括质量要求确定器450而非图15所示的位置确定器250。因此，这里省略关于相同特征的额外描述。
参照图19和图20，衬底110设置在支承件401上，并且发光封装件120设置在衬底110上(S10)。可以将发光封装件120作为目标设置在其目标位置上。
然后，可将能量施加至发光装置124，以使得从发光装置124发射光(S20)。可通过能量施放器410施加能量。参照图19，辐射了光，但是如参照图18描述的那样，可按照经衬底110供应电力的方式将能量施加至发光装置124。
当发光装置124由于能量而发射光时，可从发射的光中获得关于发射的光的图像信息(S30)。可首先通过光感测部分430获得图像信息。
通过光感测部分430获得的图像信息可包括发射光谱信息。另外，质量要求确定器450可利用发射光谱信息来确定发光模块是否符合质量要求(S40)。质量要求确定器450可以考虑发射的光的峰值波长的位置来确定发光模块是否符合质量要求。
图21示出了根据本发明构思的示例性实施例的利用蓝色发光装置获得的作为图像信息的发射光谱。
参照图21，以粗实线示出的发射光谱之一指示了其中可预料来自蓝色发光装置的输出的正常光谱。正常光谱可预先存储在质量要求确定器450中。在当前实施例中，可在质量要求确定器450中存储正常峰值波长的范围。
质量要求确定器450从包括在图像信息中的发射光谱信息中提取峰值波长，并且确定峰值波长是否在正常峰值波长的范围内。如果峰值波长在正常峰值波长的范围内(参照图21的粗实线)，则质量要求确定器450可确定包括该蓝色发光装置的发光模块符合质量要求。然而，如果峰值波长在正常峰值波长的范围以外(参照图21的细实线)，质量要求确定器450可确定包括该蓝色发光装置的发光模块不符合质量要求。
然而，确定发光模块是否符合质量要求的方法不限于峰值波长的位置。
如果将发光模块确定为有缺陷产品，则可修理或可丢弃发光模块(S50)。
图22示出了根据本发明构思的另一示例性实施例的从发光封装件120a发射的光的图像，其中通过光感测部分430获得该图像。
参照图22，可根据参照图15和图16的描述提取窗口122a的轮廓。
这里，如果所提取的窗口122a的轮廓的形状不是正常窗口的形状，则这可能表明封装框126a损坏而形成了裂纹，并且光沿着裂纹泄漏。例如，如果获得了具有与窗口的目标形状不同的形状的轮廓图像，则封装框126a可能为有缺陷产品。
具体地说，如果所提取的窗口122a的轮廓的形状具有从正常窗口的形状突出的突起(参照图22所示的部分P)，则这可能表明从窗口122a发射的光的方向没有得到有意的控制，从而照射质量会变差。因此，如图22所示，如果提取的轮廓具有不期望的突起，则可确定发光封装件120a是有缺陷产品。
图23A和图23B是示出当波长为385nm的光辐射至布置在衬底上的发光封装件时是否从发光装置中的每一个发射了光的图像。图23A是在未使用光聚焦光学系统的情况下辐射了波长为385nm的光的情况的图像，图23B是通过利用光聚焦光学系统辐射波长为385nm的光的情况的图像。
明显的是，在图23A所示的发光装置中没有发生发射，而如图23B所示获得了窗口的鲜明轮廓。
图24和图25示出了根据本发明构思的示例性实施例的应用了利用发光设备的照明系统的家庭网络。
如图24所示，家庭网络可包括家用无线路由器2000、网关集线器2010、ZigBee模块2020、LED灯2030、车库门锁2040、无线门锁2050、家用电器2060、蜂窝电话2070、壁装开关2080和云网络2090。
根据卧室、起居室、门厅、车库、家用电器等的操作状态以及周边环境/情况，可通过使用诸如ZigBee、Wi-Fi等的室内无线通信自动地调整LED灯2030的照明亮度。
例如，如图25所示，根据在电视机3030上播送的节目类型或电视机3030的屏幕亮度，可通过利用网关3010和ZigBee模块3020A自动地调整LED灯3020B的照明亮度。在一个实施例中，当由于播送肥皂剧而需要舒适氛围时，可根据舒适氛围将照明调整为具有等于或小于5,000K的色温。在另一实施例中，当由于喜剧节目的播送而需要轻松氛围时，可将照明调整为具有等于或大于5,000K的色温，并且可具有蓝白色。
ZigBee模块2020或3020A可与光传感器一体地模块化，并且还可与发光设备一体地形成。
当使用可见光无线通信技术时，通过利用可见波段中的光无线地递送信息。与常规有线光学通信技术和常规红外无线通信不同的是，可见光无线通信技术使用可见波段中的光，即，具有与以上参照一个或多个示例性实施例描述的发光封装件的光的频率不同的特定频率的可见光。另外，与常规有线光学通信技术不同的是，可见光无线通信技术使用无线环境。另外，与常规射频(RF)无线通信不同的是，可见光无线通信技术由于在频率使用方面不受规定或控制，因此非常方便并且在物理上可靠；由于用户可检查通信链路，因此可见光无线通信技术是独特的；并且最重要的是，其通过使得光源同时用于其原始用途和额外通信用途而具有收敛(convergence)特性。
另外，LED照明可用作用于车辆的内部光源或外部光源。对于内部光源，LED照明可用作用于车辆的内部灯、阅读灯、仪表板等，并且对于外部光源，LED照明可用作用于车辆的大灯、刹车灯、方向导向灯、雾灯、日间行驶灯等。
利用特定波长的LED可促进植物生长，可稳定人的情感，或者可帮助疾病的治疗。LED可应用于在机器人或各种机械设备中使用的光源。除具有低功耗和长寿命的LED以外，还可结合诸如太阳能电池系统、风力系统等的环保可持续能源动力系统来实现本发明的照明设备。
如上所述，根据一个或多个以上示例性实施例，通过利用制造发光设备的方法、发光模块检查设备和确定发光模块是否符合质量要求的方法，可容易地并低成本地制造具有较少斑点且更均匀的亮度的发光设备。
虽然已经参照本发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应该理解，可在不脱离权利要求的精神和范围的情况下在其中作出各种形式和细节上的改变。

Claims (23)

1.一种制造发光设备的方法，该方法包括步骤：
将衬底设置在支承件上；
将包括发光装置的发光封装件设置在所述衬底上，以使得所述发光封装件位于所述衬底上的目标位置，其中，所述发光封装件不包括磷光体；
将能量施加至所述发光封装件，以使得所述发光装置发光；以及
通过分析由于能量而从所述发光装置发射的光来确定所述发光封装件实际设置的位置。
2.根据权利要求1所述的制造发光设备的方法，其中，所述施加能量的步骤包括将光辐射至所述发光装置上的步骤。
3.根据权利要求2所述的制造发光设备的方法，其中，所述辐射光的步骤包括步骤：
聚焦辐射的光的一部分；以及
将辐射的光的被聚焦的部分辐射至所述发光装置上。
4.根据权利要求3所述的制造发光设备的方法，其中，通过光聚焦光学系统执行所述聚焦辐射的光的一部分的步骤。
5.根据权利要求3所述的制造发光设备的方法，其中，所述发光封装件具有预定形状的窗口，并且
所述确定位置的步骤包括：
感测从所述发光装置发射的光；以及
通过确定所述预定形状的窗口的中心来确定所述发光封装件的位置。
6.根据权利要求2所述的制造发光设备的方法，其中，辐射至所述发光装置的光的波长比从所述发光装置发射的光的波长短。
7.根据权利要求1所述的制造发光设备的方法，其中，所述施加能量的步骤包括将电力施加至所述发光装置。
8.根据权利要求1所述的制造发光设备的方法，还包括步骤：
基于所述发光封装件实际设置的位置将透镜设置在所述发光封装件上。
9.根据权利要求8所述的制造发光设备的方法，其中，所述透镜设置为使得所述发光封装件的窗口的中心位于所述透镜的中心轴线上。
10.根据权利要求8所述的制造发光设备的方法，其中，所述设置透镜的步骤包括：
将所述发光封装件实际设置的位置设为所述透镜的新目标位置；以及
将所述透镜设置在所述新目标位置。
11.一种制造发光设备的方法，该方法包括步骤：
将包括发光装置的发光封装件设置在衬底上，以使得所述发光封装件位于所述衬底上的目标位置，在所述衬底上设置有基准标记，其中，所述发光封装件不包括磷光体；
将能量施加至所述发光装置，以使得所述发光装置发光；以及
获得关于从所述发光装置发射的光的图像信息。
12.根据权利要求11所述的制造发光设备的方法，其中，所述获得图像信息的步骤包括获得关于从所述发光装置发射的光的波长分布的信息。
13.根据权利要求12所述的制造发光设备的方法，在获得所述图像信息之后还包括步骤：
如果从所述发光装置发射的光的峰值波长在正常峰值波长的预定范围以内，则确定所述发光封装件是无缺陷产品，或者，
如果从所述发光装置发射的光的峰值波长不在正常峰值波长的预定范围以内，则确定所述发光封装件是有缺陷产品。
14.根据权利要求11所述的制造发光设备的方法，其中，所述获得图像信息的步骤包括基于从所述发光装置发射的光提取所述发光封装件的窗口的轮廓。
15.根据权利要求14所述的制造发光设备的方法，其中，所述发光封装件的窗口具有预定形状，并且
所述方法还包括步骤：
如果提取的窗口的轮廓与预定形状不同，则确定所述发光封装件是有缺陷产品。
16.根据权利要求14所述的制造发光设备的方法，其中，所述发光封装件的窗口具有预定形状，并且
所述方法还包括步骤：
检测所述窗口的中心的位置；以及
将所述窗口的中心的位置存储为所述发光封装件的位置。
17.根据权利要求16所述的制造发光设备的方法，还包括步骤：
计算所述发光封装件的位置与所述目标位置之间的距离；以及
基于计算的距离确定所述发光设备是无缺陷的还是有缺陷的。
18.一种制造发光设备的方法，所述方法包括步骤：
将衬底设置在支承件上；
将包括发光装置的发光封装件设置在所述衬底上，其中，所述发光封装件不包括磷光体；
将能量施加至所述发光封装件，以使得所述发光装置发光；以及
分析由于能量而从所述发光装置发射的光，并且基于所分析的发射的光来确定所述发光封装件是否符合质量要求。
19.一种发光模块检查设备，包括：
支承件，其上设置有衬底，包括发光装置的发光封装件设置在所述衬底上，其中，所述发光封装件不包括磷光体；
能量施放器，其用于将能量施加至所述发光封装件，以使得所述发光装置发光；
光感测部分，其用于感测从所述发光装置发射的光；以及
位置确定器，其用于基于通过所述光感测部分感测的信息来确定所述发光封装件的位置。
20.根据权利要求19所述的发光模块检查设备，其中，能量被施加至所述发光封装件中的所述发光装置。
21.根据权利要求19所述的发光模块检查设备，其中，所述能量施放器构造为将光辐射至所述发光装置。
22.根据权利要求21所述的发光模块检查设备，其中，辐射的光的波长比从所述发光装置发射的光的波长短。
23.根据权利要求22所述的发光模块检查设备，其中，从所述发光装置发射的光是蓝光，并且辐射至所述发光装置的光是紫外光。
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