CN1871714A - 半导体光发射装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

半导体光发射装置，包括：具有两个或多个终端的外壳(5)，两个或多个半导体装置(1、2)，设置于外壳中发射各自具有预定波长的光，以及与磷光体混合的成型单元(3)。所述磷光体被从所述半导体装置发射的光激发而发射光，所述光具有不同于由所述半导体装置发射的光的波长。

Description

半导体光发射装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体光发射装置及其制造方法，特别是涉及可以发射具有所需波长光的半导体光发射装置，其通过设置具有各不相同的波长的半导体装置，用由半导体装置发射的光激发磷光体而发射光，该光与由半导体装置发射的光具有不同的波长，及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light-emitting Diodes，LEDs)是为实现红光、绿光和黄光设计的半导体装置。近年来，已经开发蓝色发光二极管而得到白光。这就是说，由于红色、绿色、蓝色发光二极管可以发射三元色(红色、绿色和蓝色)，因此可以实现白光。
通过将磷光体应用于蓝芯片中，即可设计出能发射白光的白色发光二极管。然而，这样一个白色发光二极管具有弱红色，因而降低了它的色彩再现指数(Color Rendering Index，CRI)。
为了解决上述问题，已研究出一种方法，该方法将蓝色磷光体、红色磷光体和绿色磷光体沉积在紫外光(UV)芯片上，产生紫外光波长从而实现白光。然而，这种方法由于红色磷光体的效率以及可靠性问题，以及紫外光芯片的低能量，因而并不能商业化。
作为选择，已经通过使用红、蓝和绿芯片实现白光。然而，在这种情况下，将会遇到例如芯片的光强度、保持平衡、价格、能量消耗以及驱动因数等各种问题。
发明内容
为了解决上述问题提出本发明。
本发明的一个目的是提供一种半导体光发射装置及其制造方法，该装置可以发射具有所需波长的光，通过设置具有各不相同波长的半导体装置，利用由半导体装置发射的光激发磷光体而发射光，该磷光体发射的光与由半导体装置发射的光具有不同的波长。
本发明的另一个目的是提供一种半导体光发射装置及其制造方法，其可以呈现大范围的颜色，提供改善的色彩再现指数(CRI)，通过蓝色和红色的电流转化容易调节白光色调，使光效率最大化，并且改善产品的产能和质量。
本发明的目的是提供一种半导体光发射装置及其制造方法，其通过混合由半导体装置发射的光与由磷光体发射的光，可以发射包括白光的各种颜色光，其中，由半导体装置发射的光具有各不相同的波长，并且由磷光体发射的光与由半导体装置发射的光的波长不同。
为实现上述目的，本发明提供一种半导体光发射装置，该装置包括：具有两个或多个终端的外壳；两个或多个半导体装置，其设置在外壳中发射光，每个装置发射的光都有一个预定的波长；以及与磷光体混合的成型单元，该磷光体被由半导体装置发射的光激发而发射光，该磷光体发射的光与由半导体装置发射的光具有不同的波长。
另一方面，本发明提供制造半导体光发射装置的方法，该方法包括如下步骤：将两个或者多个半导体装置设置在具有两个或者多个终端的外壳中；通过导线将半导体装置互相电性连接；通过将磷光体与透明成型材料混合来形成成型单元，该磷光体被由半导体装置发射的光激发而发射光，该磷光体发射的光与由半导体装置发射的光具有不同的波长。
附图说明
附图、实施例、以及说明书一起用以解释本发明的原理。附图用以进一步理解本发明，而且是本申请的一部分。附图中：
图1A和1B分别是根据本发明的一个优选实施例，作为半导体光发射装置的侧发光二极管外壳的平面视图和侧视图；
图2A和2B分别是根据本发明的另一个优选实施例，作为半导体光发射装置的顶视LED外壳的平面视图和侧视图；
图3A和3B是根据本发明的另一个优选实施例的侧发射型LED外壳的平面视图和侧视图；
图4是根据本发明的另一个实施例，作为半导体光发射装置的垂直LED外壳的侧视图；
图5A是说明现有技术的半导体光发射装置和本发明的半导体光发射装置的光谱的图；
图5B是说明通过LCD滤色镜后的光谱的图；
图5C是说明在绿磷光体沉积前后的光谱的图；和
图6是说明根据本发明的一个优选实施例的半导体光发射装置制造过程的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的优选实施方式，其中，优选实施例通过参考附图进行说明。只要可能，整个附图中相同或相似部分使用相同的附图标记。
本发明的半导体光发射装置可用于多种应用中。然而，本实施例将描述将其应用于多种发光二极管(LEDs)的情况。
如图1A到2B所示，根据本发明的一个优选实施例，发光二极管(LED)作为半导体光发射装置的例子。
首先参考图1A和1B，本发明的发光二极管包括：一个具有两个或者多个终端的外壳5，两个或者多个半导体装置1和2设置于外壳5中，与磷光体混合的成型单元3发射光，该磷光体发射的光的波长不同于由半导体装置1和2发射的光的波长。
半导体装置1和2由可以在可见光范围内发射具有各不相同的波长的光的一组装置构成，优选两个蓝芯片1和一个红芯片2。
这两个蓝芯片1和红芯片2通过导线互相电性连接。
当通电时，芯片1和2发射各自具有预先设定的波长的光。
蓝芯片1具有约430～480nm的峰值波长。红芯片2具有约610～700nm的峰值波长。
尽管蓝芯片1和红芯片2在附图中以串联方式相连接，但本发明不仅仅局限于此。也就是说，芯片1和2可以通过并联方式相连接。
芯片1和2被与磷光体混合的成型单元包围。
这里，成型单元3是通过将成型材料与磷光体材料以预定的比例混合而形成。即，成型材料由透明材料组成，例如环氧树脂、脲醛树脂和硅树脂。成型单元保护半导体装置和导线，同时作为透镜辐射从半导体装置1和2中发射出来的光。磷光体包括：可以被半导体装置1和2激发的多种磷光体，而发射具有和由半导体装置1和2发射的光不同波长的光。
优选地，磷光体包括：绿色磷光体。绿色磷光体具有约200～550nm的激发波长，和约500～570nm的发射峰值波长。
由半导体装置1和2发射的光激发磷光体，使其发射具有多种颜色的光。
例如，为了发射白光，使蓝芯片1和红芯片2通电，这样蓝芯片1发射具有蓝色波长的蓝光，红芯片2发射具有红色波长的红光。
当蓝光和红光到达磷光体时，一部分蓝色波长激发绿色磷光体，产生绿色波长，另一部分蓝色波长被发射到外侧。红色波长也被发射到外侧。其结果，实现了具有三元色(蓝色、红色和绿色)的白光。
尽管上面描述的是蓝芯片和红芯片以及绿色磷光体，本发明并不局限于这种情况。
可以用蓝芯片和绿芯片以及红色磷光体的组合。也可以用红芯片和绿芯片以及蓝色磷光体的组合。
可任意设置蓝、红和绿芯片以及合适的磷光体。根据产品，可以选择各种组合。
半导体装置1和2可包括至少一种紫外(UV)装置，来发射紫外光波长范围的光。
如上所述，本发明的半导体光发射装置实现的光具有包括蓝、绿、红波长的大范围的颜色，并且改善了色彩再现性。
图2A和2B显示了本发明的另一个优选实施例。在该实施例中，本发明应用于PLCC型外壳。
即，设置两个蓝芯片11和一个红芯片12，外壳5中充填绿色磷光体和环氧树脂的混合物。
这里，在电极终端14上提供四块焊盘17和18。这四块焊盘17和18以圆形方向排列。两个蓝芯片11和红芯片12设置在焊盘17的某些部位上，从芯片11和12中延伸出来的导线与其上未设置芯片11和12的焊盘18连接。
因此，当通电时，与如图1A和1B所示的装置同样原理，本实施例的装置可以实现多种颜色的光。
另外，如上述实施例中所述，至少两个半导体装置11和12可以以多种组合形式形成。通过提供合适的磷光体，可以实现白光之外的其他颜色。
图3A和3B显示了本发明的另一个优选实施例。在该实施例中，本发明应用于侧面发光型的外壳。
正如在前面的实施例中所述的，设置一个蓝芯片31和一个红芯片32；绿色磷光体和环氧树脂的混合物充填到注入型塑料制品35中形成成型单元33。
在该实施例中，提供一对焊盘36和37，蓝芯片31和红芯片32分别设置在焊盘36和37上。蓝芯片31和红芯片32彼此之间通过导线连接。
因此，当通电时，与图1A和1B中描述的装置同样的原理，本实施例的装置可以实现多种颜色的光。
另外，如上述实施例中所述，至少两个半导体装置11和12可以以多种组合形式形成。通过提供合适的磷光体，可以实现白光之外的其他颜色。
图4显示本发明的另一个优选实施例。在该实施例中，本发明应用于垂直的发光二极管中。
即，如上述实施例中所述，设置一个蓝芯片31和一个红芯片32，并且芯片31和32由成型单元35封装。
因此，当通电时，与图1A和1B中描述的装置同样原理，本实施例的装置可以实现多种颜色的光。
另外，如上述实施例中所述，至少两个半导体装置11和12可以以多种组合形式形成。通过提供合适的磷光体，可以实现白光之外的其他颜色。
图5A和5B是说明现有技术的半导体光发射装置和本发明的半导体光发射装置的发光光谱的图。
在该图中，曲线(a)显示通过提供蓝芯片和沉积黄色磷光体来实现白光的情况，曲线(b)显示在蓝芯片和红芯片上沉积绿色磷光体来实现白光的情况。
如该图所示，曲线(a)具有一个蓝色峰值波长，一个黄色峰值波长，以及一部分红色波长。
相反地，曲线(b)具有均匀形成的蓝色、绿色和红色峰值波长。
如图5B所示，曲线(c)显示当图5A所述的曲线(a)的光谱通过LCD滤色镜时的情况，其对蓝色、绿色和红色峰值波长具有低的光效能和低的颜色纯度。
相反地，曲线(d)显示当图5A所述的曲线(b)的光谱通过液晶显示器(LCD)滤色镜时的情况，其具有对于蓝色、绿色和红色峰值波长的高的光效能和高的颜色纯度。
图5C显示比较在通过绿色磷光体之前和之后的蓝色和红色光谱的图。
如该图所示，曲线(e)代表每个蓝芯片和红芯片发射光波长的光谱，曲线(f)代表曲线(e)所述的发射光波长通过绿色磷光体之后的光谱。一部分绿色波长激发了绿色磷光体使其产生绿色波长，并发射一部分蓝色波长和红色波长，于是形成了蓝色、绿色和红色峰值波长。
图6显示了根据本发明优选实施例，制造半导体光发射装置的方法。该方法将在下文中参考图1和6来描述。
首先将蓝芯片1和红芯片2设置在具有两个或者多个终端(S100)的半导体外壳上。
在步骤S100中，蓝芯片1和红芯片2可以以多种方式排列。即，如上文所述，串联四个焊盘，将两个蓝芯片1和一个红芯片2设置在焊盘上，芯片之间彼此以串联形式连接。可选地，蓝芯片、红芯片可以以圆形方向设置并且彼此之间以并联形式连接。
可选地，可以将一个蓝芯片和一个红芯片分别设置在一对焊盘上。可选地，可以将蓝芯片、红芯片分别设置在垂直型发光二极管上。
这里，蓝芯片具有约430～480nm的峰值波长，红芯片具有约610～700nm的峰值波长。
完成蓝芯片和红芯片的排列之后，成型单元3就形成了(S120)。即，绿色磷光体和透明的成型材料以预定的比例互相混合并且成型。
这里，绿色磷光体具有约200～550nm的激发波长，具有约500～570nm的光发射峰值波长，所以它可以被蓝色波长激发。
当从蓝芯片1和红芯片2中发射的光到达成型单元3时，蓝色波长激发绿色磷光体，产生绿色波长，以及一部分蓝色波长和红色波长被发射到外侧，因此实现白光。
半导体光发射装置具有如下优点。
首先，由于磷光体被由半导体装置发射的具有彼此不相同波长的光激发，因此可以发射具有与由半导体装置发射的光不同的波长的光。
其次，通过将黄色磷光体沉积在蓝芯片实现的白LED具有弱红色波长和狭窄的色彩再现。然而，应用本发明时，蓝色、绿色和红色波长可以均匀地形成，加宽了色彩再现范围。
特别是，应用采用蓝芯片和黄色磷光体的常规白LED时，色彩再现率仅是NTSC(国家电视系统委员会制式)标准的40％。然而，应用本发明时，色彩再现率可以超过NTSC标准的100％。当本发明应用于液晶显示器LCD的背后照明时，滤色镜引起的光损失可以降低到最小。
第三，当红芯片、蓝芯片和绿芯片用于实现白光时，要保持色彩平衡和所需的驱动电路非常困难，因为每个芯片的亮度和波长必须是匹配的。因此，能量消耗上升，生产成本增加。然而，在本发明中，由于省略了绿芯片而使用绿色磷光体，白光可以通过仅仅调整红光的亮度和波长来得到。在这种情况下，可以降低能量消耗并且提高光效能。
第四，由于紫外光发光二极管(UV LED)低的光效能以及红色磷光体的可靠性和效率问题，因而使用UV LED芯片和蓝色、绿色、红色磷光体实现白光的方法并没有商业化。然而，在本发明中，由于使用了蓝芯片和红芯片而省略了红色磷光体，光效能和可靠性问题可以得到改善。
第五，以串联方式连接芯片，仅使用两个终端即可实现纯白光，因此简化驱动电路成为可能。
第六，由于芯片彼此之间可以通过串联或者并联方式连接，即可保持色彩平衡，因此实现了所需的色彩感觉。
对本领域的技术人员来说，将本发明做出各种修饰或者变化是显而易见的。因此，本发明覆盖了在所附的权利要求书以及其等同物范围以内的本发明的所有修饰和变化。

Claims (19)

1.一种半导体光发射装置，包括：
一具有两个或多个终端的外壳；
两个或多个半导体装置，设置于外壳中发射光，每个具有预定的波长；以及
一与磷光体混合的成型单元，所述磷光体被从所述半导体装置发射的光激发而发射光，所述光与从所述半导体装置发射的光具有不同的波长。
2.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置包括：两个或者多个半导体装置组，发射在可见光范围内具有各不相同的波长的光。
3.根据权利要求1和2中任一所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置包括：一个或多个发射蓝光的装置和一个或多个发射红光的装置。
4.根据权利要求3所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置发射的蓝光具有约430～480nm的峰值波长。
5.根据权利要求3所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置发射的红光具有约610～700nm的峰值波长。
6.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，至少一个所述半导体装置发射紫外光范围内的光。
7.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述成型单元由磷光体和成型材料的混合物形成，所述磷光体被设计成，当被由所述半导体装置发射的光激发时发射绿光。
8.根据权利要求7所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述磷光体具有约200～550nm的激发波长，具有约500～570nm的发射波长。
9.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述成型单元由磷光体和成型材料的混合物形成，所述磷光体被设计成，当被由所属半导体装置发射的光激发时发射红光。
10.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，至少一个所述半导体装置发射具有与由磷光体发射的光同颜色的光。
11.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置包括：一个或多个红光发射装置和一个或多个蓝光发射装置，所述磷光体被设计成，当被来自所述半导体装置的光激发时发射绿光，因此所述半导体光发射装置发射白光。
12.根据权利要求11所述的半导体光发射装置，进一步包括：一个或多个绿光发射装置。
13.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置包括：一个或多个蓝光发射装置和一个或多个绿光发射装置，所述磷光体被设计成，当被来自所述半导体装置的光激发时发射红光，因此所述半导体光发射装置发射白光。
14.根据权利要求13所述的半导体光发射装置，进一步包括：一个或多个红光发射装置。
15.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置包括：发光二极管(LED)。
16.根据权利要求1所述的半导体光发射装置，其特征在于，所述半导体装置通过串联、并联或串并联方式彼此连接。
17.一种半导体光发射装置的制造方法，包括如下步骤：
在具有两个或多个终端的外壳上设置两个或多个半导体装置；
用导线将所述半导体装置彼此电性连接；
通过浇铸磷光体和透明成型材料的混合物形成成型单元，所述磷光体被由所述半导体装置发射的光激发而发射光，所述光与由所述半导体装置发射的光具有不同的波长。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述透明成型材料选自包括环氧树脂、脲醛树脂和硅树脂的一组物质。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述半导体装置包括：具有峰值波长为约430～480nm的蓝芯片和具有峰值波长为约610～700nm的红芯片，以及所述的磷光体具有约200～500nm的激发波长，和约500～570nm的发射波长。
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