CN1221033C - 在透明或半透明衬底上形成的半导体发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放在外壳(32)内的发光装置倒装片(34)。

Description

在透明或半透明衬底上形成的半导体发光元件

技术领域

本发明一般涉及电子装置，特别是涉及形成于和置于透明或半透明衬底上的半导体发光元件，提供更有效和更均匀的光照分布，因而改善物品或物体在夜间或暗光环境中的观看。衬底可以由被照明物体的保护外壳、透镜或盖子构成，或作为被照明物体的保护外壳、透镜或盖子的一部分。

背景技术

照明广泛用于电子工业产品，范围遍及蜂窝电话、计算器、手表、掌上计算机、全球定位单元和定位装置。照明装置还用在许多其他工业，如汽车、标牌、广告、和装饰。

发光二极管与诸如电致发光、磷光、荧光元件、及LCD和白炽元件等竞争的发光元件比较，在诸如大小、价格、颜色可变、可靠性、和功率消耗方面，具有许多优点。

半导体发光二极管已经用于蜂窝电话、手表、和其他电子装置，但正如美国专利6017127-Timex，3899871-Seiko，4115994-Tomlinson所说，由于半导体发光二极管被置于下面、埋入水晶内、或在接受照明的透光物体的一侧，所以它们的照度受到限制。

电致发光，本文以下称为EL，已经广泛用于电子工业，并且常常放在物品或物体下面，如手表表盘或其他表面的下面，如美国专利3,749,977-Sliker、4775964-Timex、4208869-Hanaoka中所述。在这些参考文献中，是朝上向着观看者提供直接照明的，任何审美角度都受制约。EL的另一个缺点，在于它们需要复杂的辅助电路和向消费市场提供有限的颜色。

发明内容

因此，本发明的一个目的，是提供一种观看物品或物体的改进且有效的照明设备，通过布置照明装置，引导光向着要照明的对象方向，以便更易于观看、更有效、又不太刺激观看者。

本发明的又一个目的，是免除半导体发光二极管的封装，包括反射的定向锥体和周围的玻璃或塑料保护套，从而只剩下原始形式的发光元件，当把这种原始形式的发光元件放在透明的或半透明衬底的下表面时，它以180度角辐射，又当它处于关闭模式时，不发光的发光设备实际上是看不见的。

本发明的另一个目的，是提供一种用于电子装置的照明装置，取消用任何EL作为主要照明源及其相关的电路，这些电子装置如：蜂窝电话、手表、掌上计算机、全球定位单元、定位装置、汽车、标牌、广告和装饰装置。

另一个目的是，把红、绿、和兰配置的半导体发光二极管芯片，集中地，或按选取的衬底区域组合起来，由一电路或带有限流电阻的ASICS芯片独立地调节，以提供不受限制的光谱颜色。

另一个目的是，允许恒定的或预编程的照明变化，这种变化，可由带有预编程的电子电路或可编程的ASICS芯片的电源启动，同时受致动开关控制，这些致动开关可以紧靠物品或物体放置。

本发明的这些和其他目的，连同本发明的特征和优点，从下面的优选实施例、附于后面的权利要求书、及附图的详细解说，可以看得很清楚。

本文公开的一种照明装置，由透明、半透明、或不透明的衬底构成。用薄膜淀积技术，在衬底上形成多根导线。这些导线可以包括若干共同伸延的层，包括铬层、镍层、和金层。然后加上覆盖并保护这些导线的保护层。

该装置还包括一个或多个发光元件，每一元件由形成半导体结的半导体材料构成。重要的是，没有设置透镜来会聚这些元件发的光，从而确保从该装置发出的光是均匀分布的。最好是，把发光元件或各发光元件，封装在一侧有连接凸缘的倒装片中。因此，该芯片可以直接与导线连接。

该装置可以由安排多种颜色的组的若干发光元件构成。每一组包括红、绿、和兰的元件。然后，可以激励各组以形成静止的或活动的彩色图像。

附图说明

图1画出按照本发明构造的照明装置的平面图；

图2是图1装置的断面图；

图3是放大了的断面图，画出带有导线细节的照明装置；

图4画出引用本主题照明装置的手表的断面图；

图5是图4手表的放大了的断面图；和

图6画出带有多种颜色发光元件的衬底。

具体实施方式

图1和2画出按照本发明构造的照明装置。装置10包括衬底12，该衬底在本发明的一个实施例中，由透明或半透明材料如玻璃、石英、或水晶构成。衬底可以如图1所示的圆形、矩形、方形、或任何需要的其他规则或不规则的形状。两根导线14、16，用半导体技术形成在衬底上，后面还要更详细说明。导线14、16从两个连接器18A、18B伸延，该两个连接器18A、18B最好放在靠近衬底12的边缘。导线14、16的另一端分别由焊点20A、20B构成。发光元件22固定在焊点20A、20B上(图1中，元件22以虚线表示)。最好是，提供的元件22采取只在一个表面22A有连接凸缘(未画出)的倒装片形式。倒装片及把倒装片粘附在衬底的方法，例如公开在美国专利No.5,869,886中(本文引用，供参考)。因此，能够把元件22牢固地安装在衬底12上，在其上表面22A无需任何连接器或引线。元件22的取向，要使它被导线14和16的电流激发时，它发出的光如图2的光线R所示。或者，代替倒装片，元件22可以是表面22A和22B上各有一连线的发光元件，如在一般已知的美国专利No.6,106,127所示，本文引用该专利，供参考。该种发光元件有各种颜色，可从Hewlett Packard Company的子公司Agilent Technologies和日本的Sharp Corporation购得。

发光二极管是半导体装置，各种各样大小、功率输出颜色、配置、等等，都可以容易购得。典型的发光二极管包括发光元件和透镜。发光元件由两种形成结的半导体材料构成，当电流流过该结时，就发出光。然后，发出的光被透镜截取并导向预定的方向。据本发明人所知，现在还没有可用的、只有发光元件而没有透镜的照明装置。但是，本发明人已经公开，可以有效地利用没有透镜的发光二极管元件，同时公开该元件22如何最佳地使用。一种具有该种配置的照明装置，如装置10，也就是一种不带透镜的发光元件的使用，有若干优点：首先，它能更均匀地并在更大的面积上照亮物体。其次，发光元件和它的导线能做得如此地小，以致基本上是看不见的，因而能向任何被这样照明的物体提供有趣的和有吸引力的审美角度。

导线14和16是用本领域熟知的标准薄膜技术，在衬底12上形成的。例如，这些导线可按如下顺序形成：

a.用例如旋转涂布器，在衬底12上涂布光致抗蚀材料；

b.把衬底烘烤一段足以使光致抗蚀材料固化的时间(例如30分钟)；

c.用对准器把负掩模放在光致抗蚀材料上，该掩模形成与导线形状对应的图形；

d.在UV光中把掩模曝光；

e.把衬底浸入光致抗蚀材料的显影液中，除去已曝光的光致抗蚀材料；

f.把衬底装入等离子抛光器(asher)中，用氧清洁；

g.把衬底放入真空室中；

h.用电极束蒸发，把金属淀积在衬底上；

i.让衬底冷却，然后从真空室中移出；

j.把衬底浸入酸中，除去剩余的光致抗蚀材料。

最好是，该过程在大片的衬底上进行，以便同时制作例如排成两维阵列的许多照明装置。在步骤(j)之后，可以检查最后的产品，并切割成需要的大小和形状。

导线可以用上述过程或其他类似过程，在衬底上整体地形成，且可以由金、银、铜、镍以及各种有较低电阻率的合金制成。此外，已经发现，可以用多层取代用单一金属的层来形成导线。例如，在步骤(h)，可以淀积三种不同的层，如图3所示：一层铬Cr，它与玻璃衬底12结合良好；一层镍Ni，它容易焊接；和一层金Au，它有非常小的电阻。最后，在金层的上部可以加上不导电的树脂，以便在处理时保护导线。

第一层，或叫粘附层，也可以用钛或钛钨合金形成。第二层也可以用铂或钯形成。第三层可以用银、铜和其他合金形成。第二层和第三层可以互换。

另外，导线14、16可以用透明材料或半透明材料如氧化锡铟形成(ITO)。

图4和图5画出手表30的截面图，同时表明如何使用本主题发明。手表30包括外壳32、有标记36的表盘34。轴38用于按常规方式旋转两根表针40、42。放在表针40、42上部的是带有导线14、16和发光元件22的衬底12，发光元件22的取向朝下，以便照明表盘34和表针40、42。

从图5可以更清楚看到，在表盘34下设置的IC芯片44提供的逻辑，用于表针40、42的运动和/或用于发光元件22。通过联接46，把芯片44与导线14、16连接起来。

应当指出，衬底12对适当保护手表可能太易碎，因此，也可以用额外保护的水晶或其他的透明片(未画出)来增强衬底12。

在本发明一个另外的实施例中，表盘34可以从底部照明，代替或者同时从顶部照明。在该实施例中，表盘34可以用透明或半透明材料制成，而照明装置12A放在表盘34之下，基本上类似于装置12。按此配置，装置12A的发光元件(未画出)是朝上的，使它的光穿过表盘34。优点是，装置12A能够作为分立元件制作，或者能够与芯片44或表盘34成为一整体。

示于图1-3的本主题装置，已经就照明手表的应用加以说明，但是，该装置也可以用于照明许多其他设备，如各种电子装置，包括蜂窝电话、计算器、PDA、等等。

元件22能够以单一波长发光，或者，也可以适于发射若干波长，例如，借助在同一衬底上提供若干半导体结。在后一种配置中，需要附加的引线来对装置提供适当的激励。

图6画出本发明的另一个实施例，其中有多个发光元件，如在衬底12′上的元件22A、22B、和22C。当然，这些元件可以按任何需要的图形分布在衬底12′上，并在该衬底上产生静止的或活动的图像。每一元件可以与向这些元件提供激发的导线C连接。在该图中，画出的导线C是沿径向图形形成的。但是，导线也可以按任何图形安排。此外，也可以向每一元件提供两根导线，或者共用一些导线，特别是如果在某一时间激发多于一个元件时。

通过把这些元件上相关的导线，连接至适当的机构和/或本领域熟知的电子开关，对这些元件进行激励。

多种颜色配置中的发光元件，可以形成红、兰、绿元件的组，于是，当适当地激发时，能够用各元件形成彩色的图像。

显然，在不偏离本发明附于后面的权利要求书规定的范围下，可以对本发明作许多其他修改。

Claims (19)

1.一种半导体照明装置，包括：

衬底；

放在该衬底上并有两端的多根导线；和

以倒装片封装、粘附于所述衬底并与所述端连接的发光元件。

2.按照权利要求1的装置，其中所述衬底是透明的。

3.按照权利要求1的装置，其中所述衬底是不透明的。

4.按照权利要求1的装置，其中所述发光元件适于产生多种颜色的光。

5.一种半导体照明装置，包括：

衬底；

放在所述衬底上的多根导线；和

粘附于所述衬底和粘附于接收激励信号的所述导线的多个发光元件。

6.按照权利要求5的装置，其中每一所述发光元件产生不同颜色的光。

7.按照权利要求5的装置，其中，所述多个发光元件被封装在倒装片内，该倒装片内有连接凸缘的表面，所述连接凸缘在电上与所述导线连接。

8.按照权利要求5的装置，其中，所述导线包括若干层，内有导电材料形成的第一层，以及保护层。

9.按照权利要求5的装置，各导线包含若干共同伸延的层，内含铬层、镍层、和金层，铬层是淀积在衬底上的。

10.按照权利要求9的装置，还包括用于保护的保护层，形成在其他层的上部。

11.按照权利要求9的装置，其中所述衬底是玻璃。

12.一种制作照明装置的方法，步骤包括：

提供一种衬底；

在所述衬底上，用薄膜技术淀积多根导线；

在所述衬底上，安装发光元件，使所述发光元件在电上与所述导线耦合。

13.按照权利要求12的方法，其中所述衬底是透明的玻璃。

14.按照权利要求12的方法，其中淀积所述导线的所述步骤，包括在玻璃上淀积一层Cr，在Cr上淀积一层Ni，和在Ni上淀积一层Au。

15.按照权利要求14的方法，还包括在Au上淀积一层保护树脂。

16.按照权利要求12的方法，还包括把发光元件安装在一侧表面有连接凸缘的倒装片封壳上，并把所述凸缘连接至所述导线。

17.按照权利要求12的方法，其中所述发光元件是没有透镜的，所以它们的光不是会聚的。

18.按照权利要求12的方法，还包括把发光元件在所述衬底上按三个一组地排列。

19.按照权利要求18的方法，其中每一组包括红的、绿的、和兰的元件。

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