CN1812141A

CN1812141A - 白光发光二极管组件及其制造方法

Info

Publication number: CN1812141A
Application number: CNA2005100028756A
Authority: CN
Inventors: 詹世雄; 曾坚信
Original assignee: ADVANCED DEVELOPMENT PHOTOELECTRIC Co Ltd
Current assignee: Zhanjing Technology Shenzhen Co Ltd; Advanced Optoelectronic Technology Inc
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-02

Abstract

一种白光发光二极管组件及其制造方法，该白光发光二极管组件包含一能产生蓝色光线的外延层、一蓝光可穿透的基板及一能量转换层。该基板是设于该外延层及能量转换层之间，并允许该蓝色光线透过而激发该能量转换层发射出不同波长的荧光光线，该蓝色光线与荧光光线混合后会成为白色光线。

Description

白光发光二极管组件及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种发光二极管组件及其制造方法，尤是关于一种能产生白光的发光二极管组件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(light emitting diode；LED)是一种接受电力后可自主发光的光电组件，其体积小且电力效率极佳，而且具有优异的初期驱动特性，因此已广泛运用于一般照明、大型屏幕及显示器背光源等用途。

目前发光二极管的种类可依照其所使用的半导体材料来分类，例如：GaAs、GaAs1-xPx或GaP等系列。此外，若在GaAs1-xPx、GaP系列半导体材料中掺杂氮原子，可以产生不同颜色的光线。一般而言，发光二极管所发出的光线具有单色性波长的特性，至于该波长的长短是根据可发光的电子转移过程中能量变化而定。目前实际上使用的波长包含红外光、红光、绿光、黄光及蓝光等等。在人体视觉中，可藉由红、绿、蓝三种不同颜色光的感应而产生多种颜色的感觉，因此称红、绿、蓝三色为光的“三原色”。

若将红、绿、蓝三种不同波长的发光二极管光源邻接配置，将可因混光而得到其它颜色光。美国专利第5,995,070号揭露采用邻接不同的光源做为显示装置，其中每一像素是由一红光源、一蓝光源以及两个绿光源的二极管所组成。

上述利用不同波长的光源混色所产生的白光会有色调与亮度分散的问题，因此无法产生真正所需要的白光。再者，该白光发光源是总合不同电性的二极管所构成，必须分别以适合的驱动电路控制，因此在系统设计上较为复杂。

如图1所示，目前在白色发光二极管组件10的制作上，是利用一发光二极管的晶粒12与荧光物质11组合而成。该组件的封装方法是在晶粒12表面堆栈一荧光物质11，其中荧光物质11通常是与液态树脂或硅胶混合后，再以点胶或涂布方式覆盖于晶粒12上。即使是同一批生产的白色发光二极管组件10，因为胶体静置时间不同，会造成荧光物质11在胶体内沉淀量不同，而使得组件在混色效果上产生很大的变异。目前的解决变异的方法大多是朝改进荧光物质11胶体的比重，或利用其它特性使其可均匀沉淀在晶粒12表面上。

除此之外，日本住友电工所已发展出一种硒化锌的白光发光二极管20，如图2所示。该白光发光二极管20是在硒化锌基板21上形成发光的外延层(epitaxial layer)22，该外延层22的主要结构是由硒化锌镉/硒化锌(ZnCdSe/ZnSe)量子井(quantum well)所组成。在施加电压于电极231及232后，该量子井外延层22可发出蓝光，部分蓝光经硒化锌基板21吸收后会产生黄红光。原始的蓝光与黄红光经混光后，使白光发光二极管20本身可呈现出白光。

如图3所示，由E.Fred Schubert教授发展出光子回收(photon recycling)方式的白光发光二极管组件30，其是利用芯片黏着(Wafer-Bonding)的方式将磷化铝镓铟(AlGaInP)晶体层31与透光的氧化铝基板32结合在一起。磷化铝镓铟晶体层31会吸收氮化镓/氮化铟镓(GaN/InGaN)外延层33的蓝色并发出黄光，混合该两种不同波长的光线则可产生白色光线。另有电流扩散层34、N型金属电极35及P型金属电极36形成于氮化镓/氮化铟镓外延层33上。

综上所述，市场上亟需要一种制程简单，且可产生色坐标集中度较佳的白光发光二极管组件。

发明内容

本发明的目的是提供一种制程简化的白光发光二极管组件及其制造方法，其是利用涂布、镀膜、沉积或低温成长薄膜的方式在发光二极管的背面形成一能量转换层，该能量转换层可以吸收发光二极管产生的光线并释放出不同波长的光线。

本发明的另一目的是提供一种色坐标集中度较佳的白光发光二极管组件及其制造方法，在发光二极管的背面形成一能量转换层，该能量转换层被光激发后可产生至少一种不同波长的光线，所有光线混光后能得到色坐标集中度较佳的白光。

为达到上述目的，本发明揭示一种白光发光二极管组件及其制造方法，该白光发光二极管组件包含一能产生特定波长光线的外延层、一该特定波长光线可穿透的基板及一能量转换层。该基板是设于该外延层及能量转换层之间，并允许该特定波长光线透过而激发该能量转换层发射出不同波长的荧光光线，该特定波长光线与荧光光线混合后会成为白色光线。

该外延层包括缓冲层、N型半导体层、活性层及P型半导体层，其中活性层可产生颜色光或紫外光。该能量转换层包括至少一种荧光材料，在接受光线激发后能产生至少一种波长不同于该特定波长光线的光线。

附图说明

图1是现有的一白光发光二极管组件的剖面结构示意图；

图2是现有的另一白光发光二极管组件的剖面结构示意图；

图3是现有的再一白光发光二极管组件的剖面结构示意图；

图4是本发明的白光发光二极管组件的剖面结构示意图；

图5是本发明发光二极管组件的覆晶封装构件的剖面结构示意图。

图中主要组件符号说明：

10白色发光二极管组件 11荧光物质

12晶粒

20白色发光二极管组件 21硒化锌基板

22外延层 231、232电极

30白光发光二极管组件 31磷化铝镓铟晶体层

32氧化铝基板 33外延层

34电流扩散层 35N型金属电极

36P型金属电极

40白光发光二极管组件 41能量转换层

42基板 43外延层

44电流扩散层 45N型金属电极

46P型金属电极 431缓冲层

432N型半导体层 433活性层

434P型半导体层

50覆晶封装构件 51、52凸块

53模构件 54电路板

541绝缘层 542P型铜箔电极

543N型铜箔电极

具体实施方式

图4是本发明的白光发光二极管组件的剖面结构示意图。该白光发光二极管组件40包含一基板42、一外延层43、一N型金属电极45、一P型金属电极46、一电流扩散层44及一能量转换层41。基板42是由氧化铝(Al₂O₃)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、未掺杂的硒化锌(ZnSe)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)及碳化硅(SiC)其中一种材料制成，并可允许外延层43发出特定波长的光线通过。该特定波长的光线会激发该能量转换层41发射出不同波长的荧光光线，然后所有光线混合后会成为白色光线。

能量转换层41是利用涂布、镀膜、沉积或低温成长薄膜的方式在基板42表面产生一光致发光膜层。该膜层是为无机光致发光材料及有机光致发光材料中至少一种材料所构成，例如：石榴石结构的荧光体、经活化的钇铝石榴石荧光体、硒化锌∶铝(ZnSe∶Al)、硒化锌∶碘(ZnSe∶I)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、硫硒化锌(ZnSeS)、碲化锌(ZnTe)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硒化铅(PbSe)、砷磷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铝铟镓(AlGaInN)、及磷化镓∶氮(GaP∶N)等。该种光致发光材料亦可以纳米尺寸的颗粒存在于能量转换层41内，利用纳米尺寸的量子效应而达到发光颜色改变的特殊效果。另外，能量转换层41亦可为多层膜结构，其是利用不同光致发光材料依序涂布而产生堆栈的膜层，例如：氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及卤化物等光致发光材料。

外延层43是在基板42上利用半导体制程形成的发光层，包括缓冲层431、N型半导体层432活性层433及P型半导体层434，其中活性层433可产生颜色光或紫外光。若活性层433为氮化物半导体所组成可产生蓝光，且能量转换层41是由硒化锌/硫化锌所组成的多层膜，其亦可以石榴石荧光体材料取代，其中石榴石荧光体系列具体而言可自钇(Y)、镏(Lu)、钪(Sc)、镧(La)、钆(Gd)、钐(Sm)中选择，例如：钇铝石榴石荧光体，则能量转换层41吸收蓝光后会产生黄光，当蓝光和黄光混光后就会产生白光。如果将活性层433的材料改换为能产生紫外光的氮化物半导体(例如：铝、镓或铟的氮化物半导体)，同时能量转换层41也要换成吸收紫外光后会产生红、蓝、绿等三原色光的光致发光材料，经由合适比例混合红、蓝、绿三原色光后就得到所需要的白光。

图5是本发明发光二极管组件的覆晶封装构件的剖面结构示意图。该白光发光二极管组件40的N型金属电极45以凸点(bump)51和电路板54上的N型铜箔电极543结合，而P型金属电极46则藉由凸块52和P型铜箔电极542电性相连。电路板54是在一绝缘层541表面形成P型铜箔电极542及N型铜箔电极543。在白光发光二极管组件40及电路板54表面覆盖一透明的模构件53，因此较底层的外延层43发出的蓝色光线会激发较上层的能量转换层41发射出不同波长的荧光光线，然后所有光线混合后会使覆晶封装构件50成为白色光源。由此实施例可知，本发明的白光发光二极管组件40适用于在覆晶型的封装构件，且特别适用于大面积覆晶型式的高功率发光二极管组件的封装，此种覆晶型高功率发光二极管组件封装是未来高功率白光二极管的主流。

以上实施例仅为说明本发明的原理及功能，并非限制本发明。因此熟悉本技术的人员对上述实施例所做的不违背本发明精神的修改及变化，仍为本发明所涵盖。本发明的权利范围应如本专利申请权利要求所列。

Claims

1.一种白光发光二极管组件，包含：

一基板；

一外延层，覆盖于该基板上，能产生特定波长的光线；

一能量转换层；

其特征在于该能量转换层设于相对于该外延层的该基板另一表面上，可接受该特定波长的光线而发射出荧光光线；

藉由该特定波长的光线与荧光光线混合而形成白光。

2.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该基板是由氧化铝(Al₂O₃)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、未掺杂的硒化锌(ZnSe)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)及碳化硅(SiC)其中至少一种材料制成。

3.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该基板是一具有透光性的氧化物。

4.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该外延层包括氮化物半导体。

5.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该能量转换层是由无机光致发光材料及有机光致发光材料中至少一种材料所构成。

6.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该能量转换层是由石榴石结构的荧光体、经活化的钇铝石榴石荧光体、硒化锌:铝(ZnSe:Al)、硒化锌:碘(ZnSe:I)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、硫硒化锌(ZnSeS)、碲化锌(ZnTe)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硒化铅(PbSe)、砷磷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铝铟镓(AlGaInN)、及磷化镓:氮(GaP:N)其中至少一种材料所构成。

7.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该能量转换层是由氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及卤化物光致发光材料中至少一种材料所构成。

8.根据权利要求1所述的白光发光二极管组件，其特征在于该能量转换层是由多种光致发光材料所构成的多层膜结构。

9.一种白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于包含下列步骤：

提供一基板；

于该基材的表面形成一外延层；

于相对于该外延层的该基材另一表面覆盖一能量转换层；

藉由该外延层产生特定波长的光线而使得该能量转换层发出不同波长的荧光光线，混合该特定波长的光线及荧光光线可得到白光。

10.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该能量转换层是利用涂布、镀膜、沉积或低温成长薄膜的方式形成于该基材上。

11.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该基板是由氧化铝、氮化镓、氮化铝、未掺杂的硒化锌、氧化锌、硅及碳化硅其中至少一种材料制成。

12.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该基板是一具透光性的氧化物。

13.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该外延层包括氮化物半导体。

14.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该能量转换层是由无机光致发光材料及有机光致发光材料中至少一种材料所构成。

15.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该能量转换层是由石榴石结构的荧光体、经活化的钇铝石榴石荧光体、硒化锌:铝、硒化锌:碘、硒化锌、硫化锌、硫硒化锌、碲化锌、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硒化铅、砷磷化镓、磷化铝镓铟、氮化铝铟镓、及磷化镓:氮其中至少一种材料所构成。

16.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该能量转换层是由氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及卤化物光致发光材料中至少一种材料所构成。

17.根据权利要求9所述的白光发光二极管组件的制造方法，其特征在于该能量转换层是由多种光致发光材料所构成的多层膜结构。