CN1983655A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种发光器件，其包括：衬底；发光元件，配置为发射具有第一波长的光，所述发光元件具有电极对且形成在所述衬底上方；金属层，置于所述衬底和发光元件之间且具有平面结构；以及形成在所述金属层上的波长转换层。所述金属层的周边至少部分地由多个凸出部分和多个凹入部分构成。所述多个凸出部分位于所述发光元件的外部。所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。

Description

发光二极管及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2005年12月16日提交的在先的日本专利申请No.2005-363625的优先权，在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
本发明涉及包括半导体发光元件和荧光物质的组合的发光器件，以及制造该发光器件的方法。
背景技术
近年来，其中采用半导体发光元件例如蓝色LED、紫色LED和UVLED等作为激发光源的小的白色LED引起了很多的关注。在这种白色LED中，来自半导体发光元件的部分或全部发射被转换，以便使白色LED能够发射白光。
包括半导体发光元件和荧光物质的组合的发光器件可以用在许多领域中作为照明光源、液晶背光源等。可以通过其中荧光物质被包含到用于光传输构件例如聚硅氧烷树脂、玻璃等的原料中以获得混合物的工序，制造这种发光器件，其中该混合物被滴入其上安装有光传输元件的凹入部分中并被热固化，由此获得发光器件。另一方面，在其中半导体衬底由GaN等构成的LED芯片的情况下，如此构造，以使其发光元件通过从安装在LED芯片上表面上的电极的导线引出。
通常地，由于荧光物质的比重大于密封树脂的比重，在荧光物质与密封树脂混合后，荧光物质在热固化树脂的过程中沉淀，由此使得不可能将荧光物质均匀地分布到密封树脂中。荧光物质的不均匀的密度分布会导致不均匀的光发射。
并且，由于用作激发光源的LED元件具有预定的发射图形，荧光物质的不均匀密度分布会进一步增加在LED元件照射区域中的荧光物质产生的光的不均匀发射的可能性。
由于这些原因，为了将LED元件用于照明，认为有必要安装与特定种类的LED元件匹配的特定透镜系统。然而，这些为获得希望色度和发射强度的尝试不仅仅会导致制造成本的增加，也会导致关于发光器件性能的各种问题的发生。
发明内容
根据本发明的一个方面的发光器件包括：衬底；发光元件，配置为发射具有第一波长的光，所述发光元件具有电极对且形成在所述衬底上方；金属层，置于所述衬底和所述发光元件之间且具有平面结构，其周边至少部分地由多个凸出部分和多个凹入部分构成，所述多个凸出部分位于所述发光元件的外部；以及波长转换层，形成在所述金属层上，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
根据本发明另一方面的发光器件包括：衬底；发光元件，配置为发射具有第一波长并具有远场图形和近场图形的光，所述发光元件具有电极对且形成在所述衬底上方；金属层，置于所述衬底和所述发光元件之间并具有平面结构，其周边至少部分地由与从所述发光元件发射的光的所述远场图形或所述近场图形一致的图形构成；以及波长转换层，形成在所述金属层上，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
根据本发明的又一方面的制造发光器件的方法包括以下步骤：在衬底上形成金属层；加工所述金属层以形成具有平面结构的构图的金属层，其周边至少部分地由多个凸出部分和多个凹入部分构成；在所述构图的金属层的中心处安装发光元件，所述发光元件配置为发射具有第一波长的光；从所述发光元件的上方滴下包含荧光物质的原料，以在所述构图的金属层和所述发光元件的表面上或者在所述构图的金属层的表面上选择性地形成波长转换层，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
附图说明
图1A和1B分别表示示例了根据第一实施例的白色LED的结构的截面图；
图2A和2B分别表示示例了图1A的LED芯片3和在LED芯片下方的电极结构的顶视平面图；
图3A和3B分别表示示例了LED芯片结构的截面图；
图4表示示例了根据第二实施例的LED芯片和在LED芯片下方的电极结构的顶视平面图；
图5A和5B是分别表示示例了根据第三实施例的LED芯片和在LED芯片下方的电极结构的顶视平面图；
图6A和6B是分别表示示例了根据第四实施例的LED芯片和在LED芯片下方的电极结构的顶视平面图；
图7是表示示例了根据第五实施例的白色LED的结构的截面图。
图8A和8B分别表示示例了根据第六实施例的LED芯片和在LED芯片下方的电极结构的顶视平面图；以及
图9A至9D分别表示示例了根据第八实施例的LED芯片和在LED芯片下方的电极(荧光层)结构的顶视平面图，以及接合线5相对于LED芯片的引出方向。
具体实施方式
接下来，将参考附图详细说明本发明的实施例。
(第一实施例)
如图1A中所示，提供圆形安装衬底1，在其上表面上具有电极2a、2b、2c，其中电极2b和2c通过安装衬底1的侧面延伸到安装衬底1的底面。该结构可以通过沿着安装衬底1的侧面和底面使已经被附着到安装衬底1的上表面的电极2b和2c弯曲而制得。
在形成在安装衬底1的上表面上的电极2a上，设置LED芯片3。作为该LED芯片3的实例，可以采用发射颜色从例如蓝色到紫外范围变化的波长的光(例如具有从400到550nm的波长的光)的半导体发光元件(例如氮化镓基半导体发光元件)。该LED芯片3占用的面积小于电极2a的面积，以使得电极2a的周边部分从LED芯片3的周边露出。在LED芯片3的上表面上形成的电极(未示出)通过接合线5与电极2b电连接。另外，为了改善光提取效率，在形成LED芯片3时倾斜地加工LED芯片3的侧面。
如图2A和2B中所示，使电极2a的平面结构与从LED芯片3的上表面和四个侧面发射的光的远场图形16一致。也就是，电极2a具有这样的平面形状，其周边部分地由形成为围绕LED芯片3的四个凸出部分和四个凹入部分构成。使每个凸出部分的图形与远场图形16的图形一致。在这种情况下，电极2a的平面结构具有每个与LED芯片3的平面结构的四个顶点的每一个对应的凸出部分。这些凸出部分的每一个形成为具有近似抛物线形或类似圆弧形的轮廓。为了使电极2a的结构与远场图形的结构一致，使电极2a大于LED芯片3。具体地，电极2a可以被设计为具有约为LED芯片3的外径(在对角线方向上)的1到10倍的尺寸(在抛物线形或类似圆弧形轮廓的相反顶点之间的距离)。
另外，由参考标号15表示的部分与从LED芯片3的上表面和四个侧面发射的光的近场图形一致。该近场图形15具有分别与在LED芯片3的平面结构中的四个侧面的每一个对应的凸出部分。这些凸出部分的每一个形成为具有近似抛物线或类似圆弧形的轮廓。
如图1A中所示，选择性地形成与在LED芯片3的周围暴露的电极2a的上表面部分接触且与LED芯片3的侧面接触的作为波长转换层的荧光层4。虽然该荧光层4形成在电极2a的上表面上，但该荧光层4没有形成在位于电极2a外部的安装衬底1的上表面部分上。换句话说，使荧光层4的平面结构的外周轮廓与电极2a的平面结构的外周轮廓基本上相同。因为相对于荧光层4(主要由树脂构成)在电极2a(金属)和安装衬底1的上表面(主要由绝缘材料构成)之间的表面张力的差异，产生了荧光层4的该平面结构。该事实由本发明人首次发现，在下文中将进一步进行讨论。
具有向顶部开口逐渐扩展的倒锥形侧壁的侧壁6从安装衬底1的周边向上扩展，由此形成凹入部分。LED芯片3设置在凹入部分的圆形底部上。在侧壁6的内周表面上以这样的方式附着有反射膜7，以使反射膜7与电极2a、2b和2c电绝缘。必要时，可以省略反射膜7。并且，如果需要，可以在凹入部分内部的空间8中嵌入光传输材料。该光传输材料可以由具有优良电绝缘特性并具有传输从LED芯片3发射的光的特性的物质形成。例如，该光传输材料可以由选自玻璃和树脂例如聚硅氧烷树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、氟化树脂等形成。参考标号9表示用于密封LED芯片3的盖板。
根据表示该实施例的白色LED，例如由氮化镓基半导体(由氮和选自铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)和硼(B)的元素构成)构成的LED芯片3发射具有从蓝色到紫外变化的波长的光。并且，由于该光被荧光层4接收，该光被转换成具有不同波长的光，然后该具有不同波长的光从荧光层4发射。通过适当地组合这些光，可以提供发射基本上白色系的(whitish)光。该发光器件可以用作可靠性优良并具有长寿命的照明光源。其中采用高输出的LED作为激发源的白色LED可以用于替代荧光灯或白炽灯。
特别地，根据表示该实施例的白色LED，电极2a的平面结构形成为与从LED芯片3将要发射的光的远场图形16一致，并且荧光层4的平面结构形成为与电极2a的平面结构一致。换句话说，由于荧光层4的平面结构形成为与远场图形16一致，现在可以使从LED芯片3发射的光的强度分布与在荧光层4中的荧光物质的密度分布严格一致。因此，荧光层4可以以从LED芯片3发射的光的强度分布可以被可靠地反射的方式设置，而抑制在光转换时光的任何浪费。因此，可以获得颜色的不均匀性可以被忽略且发光图形均匀的白色LED。
接下来，将说明根据该实施例制造白色LED的方法。
首先，制造图1A中所示的LED芯片3。作为该LED芯片3，例如采用具有作为发光层的其中单色发射峰是可见光(例如455nm)的In0.2Ga0.8N半导体层的氮化物基半导体发光元件。更具体地，该LED芯片3可以通过以下工序制造，其中三甲基镓(TMG)气体、三甲基铟(TMI)气体、三甲基铝(TMA)气体、氮气和掺杂剂气体与载气一起通过已经被清洗的蓝宝石衬底上方，由此通过MOCVD法形成氮化物半导体的膜。作为掺杂剂气体，可以采用SiH4等作为n型掺杂剂气体，以及采用Cp2Mg(双环戊二烯基镁)等作为p型掺杂剂气体。通过切换这些掺杂剂气体，可以形成可用作n型氮化物半导体或p型氮化物半导体的层。
图3A示出了其中采用绝缘衬底例如蓝宝石衬底的LED芯片3的结构。图3B示出了其中采用导电衬底例如GaN衬底或SiC衬底的LED芯片3的结构。
如图3A中所示，依次在蓝宝石衬底21上形成作为未掺杂的氮化物半导体的n型GaN层22、用作n型接触层的Si掺杂的GaN层23和作为未掺杂的氮化物半导体的n型GaN层24(其可以是n型AlGaN层)。然后，交替地层叠用作势垒层(总共六层)的GaN层和用作阱层(总共五层)的InGaN层，以形成具有多量子阱结构的发光层25。
在该发光层25上进一步依次层叠作为p型覆层的Mg掺杂的p型AlGaN层26和作为p型接触层的Mg掺杂的p型GaN层27。然后，从p型接触层27向下蚀刻所得到的结构，直到n型接触层23，以暴露n型接触层23的表面，在其上形成n侧电极29。此外，在p型GaN层27上形成p侧电极。
可以采用溅射方法、真空沉积方法、电子束沉积方法等实现这些电极的沉积。另外，如上所述，为便于形成这些层，优选在低温或高温下在蓝宝石衬底21上沉积作为缓冲层的GaN层22(或AlN层)。最后，在由此制成的半导体晶片上画出划片线，然后分离晶片，由此制造LED芯片3。在这种情况下，如上所述，为了提高光提取效率，优选当形成芯片时加工芯片，以获得具有倾斜侧面的芯片。
可以以与如上所述的相同方式制造具有如图3B所示的结构的LED芯片3。也就是，在n型衬底31例如GaN衬底或SiC衬底上依次形成作为未掺杂的氮化物半导体的n型GaN层32、具有多量子阱结构的发光层33、用作p型覆层的p型AlGaN层34和作为p型接触层的p型GaN层35。然后，在p型接触层35上形成p侧电极36，并在n型衬底31上形成n侧电极37。此后接下来的步骤可以与在图3A的LED芯片3的制造中的上述的那些步骤相同。另外，如果采用GaN衬底或SiC衬底，则不必采用上述的缓冲层。
然后，将通过上述制造步骤由此制造的LED芯片3安装在提前提供的具有电极2a、2b和2c的安装衬底1上。使用共熔焊料(Au-Sn)、Pb-Sn焊料、无铅焊料等将该LED芯片3固定到安装衬底1上。作为用于安装衬底1的材料，优选采用与LED芯片3的热膨胀系数几乎相同的材料，由此可以减轻可在安装衬底1和LED芯片3之间产生的热应力。
例如，在采用氮化镓基半导体发光元件作为半导体发光元件的情况下，优选采用氮化铝、氮化硼或金刚石作为安装衬底1。当采用这些材料作为安装衬底1时，也可以提高其热释放效果。并且，为了提高热释放效果，还可以采用能够呈现高达100W/(m·K)或更大的热导率的Mg基、Al基或Cu基金属芯材料。可以通过注入模制或加压模制将这些材料模制成近似立方体结构，由此使得其能够用于封装中。
在这种情况下，由于需要确保电极之间的绝缘以及凹入部分的底部的绝缘，例如这些材料可以嵌入在安装衬底1中。然而，这些材料不必限于任何特定的结构，因此安装衬底1可以由通过环氧树脂制成的塑料板构成。可选地，安装衬底1可以使用Si形成，且凹入部分可以通过蚀刻等形成。
在采用图3A的LED芯片3的情况下，采用一对正和负引线电极，以分别与电极2b和2c对应，其中电极2a与用作如图1A中所示的热沉(heatsink)的金属构件对应。LED芯片3的P侧电极28通过由Au等制成的接合线5与电极2b连接。n侧电极29通过接合线(未示出)与电极2c连接。另一方面，在采用图3B的LED芯片3的情况下，采用一对正和负引线电极，以分别与电极12b和12a对应，其中电极12a也用作如图1B中所示的热沉。电极12a设置为穿过安装衬底1。LED芯片3的p侧电极36通过接合线5与电极12b连接。n侧电极37与电极12a连接。电极12c与电极12b整体形成。另外，图1A和1B中示出的结构分别仅表示一个实例，因此不必说可以采用任何其它的希望结构。
具有电极2a、2b和2c的安装衬底1可以根据以下方法制造。首先，为上述正和负引线电极对和热沉安装模具。该模具设置为从其两侧将引线电极和热沉夹在中间。然后，将模制树脂注入到由该模具封闭的空间内并固化以形成安装衬底1。与注入和固化上述树脂的步骤的同时可以形成将要设置在安装衬底1的外周部分上的侧壁6。可选地，侧壁6可以在独立的步骤中制造。
在如图1A中示出的白色LED的情况下，一对正和负引线电极与安装衬底1整体形成，其中这些引线电极在凹入部分的底部暴露。这些引线电极分别具有从安装衬底1延伸的外部引线部分。这些外部引线部分在安装衬底1的侧面向内弯曲，且向内弯曲的部分在随后的步骤中被焊接。
然后，形成荧光层4。该荧光层4由其中包含荧光物质的树脂(光传输材料)例如聚硅氧烷树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等形成。该荧光层4可以如下形成。首先，将钇(Y)、钆(Gd)、铝(Al)和铈(Ce)(其可以被镨(Pr)代替)的氧化物以化学计量比混合在一起，以获得原料荧光物质。可选地，可以采用锶(Sr)(其可以被钡(Ba)或钙(Ca)代替)、硅(Si)和铕(Eu)的氧化物以获得原料荧光物质。
当采用Y、Gd、Al和Ce(其可以被Pr代替)的氧化物作为原料荧光物质时，可以获得由YAG(钇·铝·石榴石)：Ce(Pr)(激活元素)表示的荧光物质(例如，(Y，Gd)3(Al，Gd)5O12:Ce)。并且，当Sr(其可以被Ba或Ca代替)、Si和Eu的氧化物用作原料荧光物质时，可以获得由(Ba，Ca，Sr)2SiO4:Eu(激活元素)表示的铕激活的碱土金属硅酸盐基荧光物质(例如，(Sr1.84Ba0.12)2SiO4:Eu)。
这些荧光物质都是黄光型荧光物质，因此当采用发蓝光的LED芯片时，由于这些荧光物质接收蓝光，通过颜色混合，即从该LED芯片发射的蓝光与从这些荧光物质发射的黄光混合，可以获得白光。在后一荧光物质的情况下，部分的氧(O)可以被氮(N)代替。并且，可以采用其中氧完全被氮代替的氮化物。
将由此获得的荧光原料物质与助熔剂混合以获得混合物，然后将该混合物置于坩埚中并在球磨机中对其进行混合处理两个小时。在去除了球之后，在稀薄还原气氛中在1400到1600℃的范围内的温度下对混合物进行烧结六个小时，然后在1400到1600℃的温度下在还原气氛中进一步烧结六个小时。将由此获得的烧结产品在水中球磨，然后对其进行清洗、分离和干燥步骤。最后，对所得的产品进行筛选，以使产品的中心颗粒直径均匀。通常地，将荧光物质的颗粒控制在颗粒尺寸分布(中心颗粒直径)中10到20μm的范围。然而，在该实施例中，颗粒尺寸分布不限于该范围。也就是说，只要荧光物质的颗粒尺寸分布限定在75μm或更小就是允许的。
接下来，将从上述步骤获得的荧光物质以例如40到60wt％范围的浓度引入光传输材料(例如聚硅氧烷树脂等)中，然后在自转/公转混合器中搅拌5分钟。然后，为了冷却从搅拌处理产生的热量，将荧光物质放置30分钟，以使树脂返回正常温度以稳定树脂。然后将由此获得的混合液体转移到筒体。
进一步在真空中放置混合液体，以去除混合液体中夹带的空气。随后，使用分配器(dispenser)将由此制备的包含树脂的荧光物质滴在安装于安装衬底1上的LED芯片3上，由此用树脂填充凹入部分。进行该填充以将荧光层的最终厚度限定在80至240μm的范围。如果需要，可以加热安装衬底1或LED芯片3，以降低包含树脂的荧光物质的粘度。
最后，热处理包含树脂的荧光物质，以在LED芯片3上形成树脂层。可以根据光传输材料的固化温度，适当地选择在这种情况下采用的加热温度。在这种情况下需要将包含树脂的荧光物质至少加热到固化包含树脂的荧光物质所需要的温度。例如，当采用聚硅氧烷树脂作为光传输材料时，为了固化聚硅氧烷树脂，可以在80至200℃范围的温度下进行加热30分钟至3小时。
另外，当通过喷墨法涂敷上述光传输材料(例如聚硅氧烷树脂)时，可以精细地调节树脂的量，且可以精确地控制树脂的结构，由此使得可以进行更精细的色度调节。
本发明的实施例的最重要的特征之一在于发现了由本发明人首先发现的事实，即以预定浓度包含上述荧光物质的树脂呈现与对设置在电极2a周围的安装衬底1的(主要由绝缘材料构成的)上表面部分的表面张力不同的对电极2a(金属)的表面张力，以及基于这种现象，可以在电极2a的表面上选择性地形成荧光层4，而不在安装衬底1的上表面上沉积荧光层4。
因此，通过将电极2a的平面结构设计为使其与将要从LED芯片3的上表面和从四个侧面发射的光的远场图形16一致，可以使荧光层4的平面结构与远场图形16一致，由此使荧光层4能够以使从LED芯片3发射的光的强度分布可以很好地被反射的方式设置。因此，可以以优良的可重复性方便而便宜地形成具有希望的平面结构(例如近似抛物线形或圆弧形结构)的荧光层4，而不必采用特定的模具。
另外，如果需要，也可以在LED芯片3上形成荧光层4。在这种情况下，在在LED芯片3上形成荧光层4的步骤中，适当地调节包含在树脂中的荧光物质的浓度、树脂的粘度、树脂的量等。
接下来，如果需要，在侧壁6的内表面上沉积反射膜7。该反射膜7可以使用具有优良反射率的金属例如银、金或铝，通过蒸发、印刷、镀敷等形成。并且，如果需要，可以在凹入部分内部的空间8中嵌入树脂例如聚硅氧烷树脂或例如玻璃的材料。此后，为了密封空间8，将盖板9附着到侧壁6的开口，由此完成发光器件。
另外，为了提高发光器件的可靠性，可以用底层填料(underfill)填充在LED芯片3和安装衬底1之间形成的间隙。作为用于底层填料的材料，可以采用热固性树脂例如环氧树脂。为了减轻底层填料的热应力，可以将环氧树脂与氮化铝、氧化铝或这些材料的合成混合物混合。底层填料的量可以为这样的量，以使在安装衬底1与LED芯片3的正和负电极之间产生的间隙可以用底层填料完全填充。
(第二实施例)
将如下说明第二实施例。在LED芯片3下方的电极41的结构方面，根据图4中示出的本实施例的白色LED与第一实施例的白色LED不同。
如图4中所示，根据该实施例的白色LED，使电极41的平面结构与将要从LED芯片3发射的光的近场图形一致。也就是说，该电极41具有这样的平面图形，该平面图形具有四个凸出部分，使这四个凸出部分与LED芯片3的平面结构的四个侧面对应。这些凸出部分的每一个形成为具有近似抛物线形或圆弧形的周边轮廓。为了使电极2a的结构与近场图形的结构一致，使电极41稍微大于LED芯片3。
特别地，该电极41的尺寸小于第一实施例的电极尺寸。也就是说，可以将电极41设计为具有约为LED芯片3外径(在平行于LED芯片3的侧面之一的方向上)的0.1至一倍的尺寸(抛物线形或圆弧形周边轮廓的相反顶点之间的距离)。
在该实施例中，同样地，使荧光层4的平面结构与电极41的平面结构一致。也就是说，由于荧光层4的平面结构形成为与近场图形一致，可以使从LED芯片3发射的光的强度分布与在荧光层4中的荧光物质的密度分布严格一致。因此，荧光层4可以以从LED芯片3发射的光的强度分布可以可靠地被反射的方式而设置，而抑制在光转换时光的任何浪费。因此，可以获得颜色的不均匀性可以被忽略且发光图形均匀的白色LED。
(第三实施例)
将如下说明第三实施例。在LED芯片3下方的电极51和52的结构方面，根据在图5A和5B中示出的本实施例的白色LED与第一和第二实施例的白色LED不同。
如图5A中所示，根据该实施例的白色LED，使电极51的平面结构与从LED芯片3发射的光的远场图形近似一致。也就是说，该电极51具有这样的平面图形，该平面图形具有四个凸出部分，使这四个凸出部分与LED芯片3的平面结构的四个顶点对应。这四个凸出部分的每一个的轮廓由四个侧面构成。也就是说，该凸出部分由五角形结构形成。这四个凸出部分可以如下形成。具体地，首先形成矩形(特别地为正方形)电极图形，然后蚀刻掉该电极图形的四个侧面的每一个的中心部分，以分别形成三角形(特别地等边三角形)切除部分。
以这种方式，可以常规地形成具有与远场图形类似的平面结构的电极51。另外，电极51的凸出部分不局限于如图5A中所示的五角形结构，而可以是任何多角形结构。切除部分的结构也不局限于如图5A中示出的三角形结构，而可以是任何其它的多角形结构(n大于等于3)。
并且，如图5B中所示，可以使电极52的平面结构与将要从LED芯片3发射的光的近场图形一致。也就是说，电极52具有这样的平面图形，该平面图形具有四个凸出部分，使这四个凸出部分与LED芯片3的平面结构的四个侧面对应。这四个凸出部分的每一个由三个侧面构成。也就是说，该凸出部分是四角形的。可以方便地制造该电极52的平面结构。
另外，电极52的凸出部分不局限于四角形结构，而可以是n角形(n大于等于3)。
(第四实施例)
将如下说明第四实施例。在设置于LED芯片3的电极61和62的结构方面，根据在图6A和6B中示出的本实施例的白色LED与第三实施例的白色LED不同。
如图6A和6B中所示，除了凸出部分的拐角部分是圆的之外，这些电极61和62的平面结构与图5A和5B中示出的这些电极51和52的平面结构几乎相同。通过以这种方式修改这些拐角部分，可以严格沿着在电极61和62的平面结构中的凸出部分的拐角部分很容易地涂敷包含荧光物质的树脂。结果，可以将荧光层4形成为具有更接近于从LED芯片3发射的光的远场图形或近场图形的结构。
另外，在这些电极61和62的凸出部分之间的凹入的拐角部分同样也可以是圆形的，由此使得荧光层4的平面结构也更接近于远场图形或近场图形。
(第五实施例)
将如下说明第五实施例。根据图7中示出的本实施例的白色LED与第一实施例的白色LED的区别在于，采用无机荧光层和有机荧光层的组合作为在该实施例中的荧光层。
如图7中所示，无机荧光层74a选择性地形成在电极2a上且从该处延伸以覆盖LED芯片3的侧面和上表面。有机荧光层74b也选择性地形成在电极2a上且从该处延伸以部分地覆盖无机荧光层74a。虽然有机荧光层74b形成为仅覆盖LED芯片3的侧面，有机荧光层74b也可以形成为覆盖LED芯片3的上表面。
根据该实施例的白色LED，由于采用无机荧光层和有机荧光层的组合作为荧光层，可以获得显色性更优良的白光。也就是说，例如，当采用发蓝光的氮化镓基半导体发光元件作为LED芯片3时，在第一实施例中所述的黄色荧光物质可以用作被包括在无机荧光层74a中且与例如聚硅氧烷树脂混合的荧光物质，以及红色型稀土金属络合物可以用作被包括在有机荧光层74b中且与例如氟化树脂混合的荧光物质，由此可以获得显色性优良的白光。作为稀土金属络合物的实例，可以采用其中氧化膦化合物或乙酰基丙酮(acetylacetonato)衍生物(β-二酮衍生物)与稀土金属离子例如Eu离子配位的络合物，如下面的化学式(1)中所示。
Figure A20061016947100171
化学式(1)
(其中，X和Y可以相同或不同，且分别是选自O、S和Se的原子(特别地是O)；并且R1-R6可以相同或不同，且分别是选自具有20个或更多碳原子的线性或支化的烷基或烷氧基、苯基、联苯、萘基、杂环基、以及包括这些基的任何一者的取代基的基团，其中R1-R3的组合可以与R4-R6的组合相同，但优选地在发射强度方面与R4-R6的组合不同(例如，R1-R3可以分别是n-Oc(辛烷基)，而R4-R6可以分别是苯基)；Ln是稀土元素(如下文中描述的Eu或其它元素例如Tb或Er)；R7和R9可以相同或不同，且分别是选自线性或支化的烷基或烷氧基、苯基、联苯基、萘基、杂环基以及包括这些基的任何一者的取代基的基团(例如，n-C4F9或t-C4F9)；以及R8是卤素原子、氘原子或具有1至22个碳原子的线性或支化的脂族基。)
该稀土金属络合物的荧光强度很大。特别地，当与上述化学式(1)中的结构不同的多种(特别地，两种)磷化合物配位到一个稀土金属原子时，其配位场变得更不对称，且其分子消光系数会增大，由此显著地提高发射强度。
另外，也可以采用其中无机荧光层74a形成在有机荧光层74b上的结构。
(第六实施例)
将如下说明第六实施例。在LED芯片3下方的电极结构方面，根据图8A示出的本实施例的白色LED与第一实施例的白色LED不同。
在图8B中示出的实施例中，在LED芯片3下方的电极2a’的结构形成为使圆形开口81设置在LED芯片3的中心的正下方。在实施例的发光器件中，其重要的特征之一是这样的事实，即设置在发光元件下方的金属层的部分凸出并从发光元件的周边暴露，由此不必将金属层设置为完全面对发光元件的所有下侧。虽然在该实施例中在电极2a’中形成圆形开口81，但开口的形状可以不是圆形，而可以是任何其它的形状。例如，开口可以是裂缝状开口。
(第七实施例)
将如下说明第七实施例。根据本实施例的白色LED与第一实施例的白色LED的区别在于，在第五实施例中说明的有机荧光层嵌入安装衬底1的整个凹入部分。也就是说，参考图1A，在第五实施例中说明的有机荧光层嵌入在安装衬底1的凹入部分内的空间8中。
根据该实施例，可以与在第一实施例的情况下一样最小化颜色的不均匀度，且也可以获得发射图形均匀的白色LED。虽然有机荧光层的平面结构没有形成为与远场图形或近场图形一致的图形，其不会对发射强度的不均匀度或颜色的不均匀度的产生发生任何实质性的影响，因为与无机荧光层4的距离相比，离开LED芯片3的距离远得多，光发射图形分布的不均匀度被最小化。
(第八实施例)
将如下说明第八实施例。
在图9A和9B中示出的实施例中，使荧光层4的平面结构与将要从LED芯片3发射的光的近场图形一致。在图9A中示出的设置中，接合线5从LED芯片3的一侧的中心部分延伸出芯片。也就是说，接合线5经过荧光层4的最厚部分上方延伸出来。另一方面，在如图9B所示的设置中，接合线5从LED芯片3的一个拐角部分延伸出芯片。也就是说，接合线5经过荧光层4的最薄部分上方延伸出来。在其中接合线5经过荧光层4的最薄部分上方延伸出来的结构的情况下，接合线5延伸出来，避免了发射强度相对大的区域，由此可以有效地提取来自LED芯片3的光。
在图9C和9D中示出的实施例中，使荧光层4的平面结构与将要从LED芯片3发射的光的远场图形一致。在图9C中示出的设置中，接合线5从LED芯片3的一侧的中心部分延伸出芯片。也就是说，接合线5经过荧光层4的最薄部分上方延伸出来。另一方面，在如图9D中示出的设置中，接合线5从LED芯片3的拐角部分延伸出芯片。也就是说，接合线5经过荧光层4的最厚部分上方延伸出来。在这种情况下，以及在其中接合线5经过荧光层4的最薄部分上方延伸出来的情况下，接合线5避开发射强度相对大的区域延伸出来，由此可以有效地提取来自LED芯片3的光。
另外，本发明不应被解释为局限于上述实施例或实例。例如，用于形成LED芯片3的衬底可以由其它材料形成。例如，可以采用包括YAG和Al2O3(蓝宝石)的层叠衬底，或采用包括其中包含YAG的Al2O3(蓝宝石)的衬底。
并且，除了荧光物质外，也可以在波长转换层中采用染色剂。例如，对于染色剂，可以采用氧化钕作为红色染色剂、氧化铬作为绿色染色剂、氧化铜作为蓝色染色剂和氧化钬作为黄色染色剂。
对于荧光物质，可以采用各种荧光物质，当它们被从半导体LED芯片发射的光激发时发射光。当蓝色LED芯片与黄色荧光物质一起使用时，可以获得白光。这种荧光物质可以与红色荧光物质或黄绿色荧光物质混合。当这些荧光物质彼此混合时，可以提高显色性。可选地，紫外LED芯片可以与上述荧光物质组合使用，也可以与蓝色荧光物质组合使用。根据本发明的实施例的发光器件可应用于呈现各种波长的任何一种的任何可选择的荧光物质。
对于发射红色的荧光物质，可以采用由(Ba，Ca，Sr)2SiO4:Eu表示的铕激活的碱土金属硅酸盐基荧光物质。当Ba代替部分Sr时，荧光物质的发射光谱可以向短波长侧移动，以及当Ca代替部分Sr时，荧光物质的发射光谱可以向长波长侧移动。通过以这种方式改变组分，可以连续地调节发光颜色。
也可以采用包含以下元素的氮化物荧光物质：选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn的至少一种；以及选自C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf的至少一种；该氮化物荧光物质被选自稀土元素的至少一种激活。也可以采用由(Mg，Ca，Sr，Ba)2Si5N8:Eu表示的且由具有红色断面的破碎颗粒构成的铕激活的碱土氮化硅基荧光物质，由此使其能够发射红色区域的光，或采用由(Y，La，Gd，Lu)2O2S:Eu表示的且由作为规则结晶生长形状的近似球形的生长颗粒构成的铕激活的稀土氧硫族元素化物基荧光物质，由此使得其能够发射红色区域的光。
对于发射绿色的荧光物质，可以采用由(Mg，Ca，Sr，Ba)Si2O2N2:Eu表示的且由具有断面的破碎颗粒构成的铕激活的碱土氧氮化硅基荧光物质，由此使其能够发射绿色区域的光，或采用由(Ba，Ca，Sr)2SiO4:Eu表示的且由具有断面的破碎颗粒构成的铕激活的碱土硅酸镁基荧光物质，由此使其能够发射绿色区域的光。
对于发射蓝色的荧光物质，可以采用由(Sr，Ca)10(PO4)6C12:Eu2+表示的荧光物质或由BaMg2Al16O27:Eu2+表示的荧光物质。
上述这些荧光物质可以单独使用或两种或多种组合使用。并且，这些荧光物质可以与发光元件适当结合使用，以获得任何希望的色调。例如，当发射蓝色的半导体发光元件与黄色荧光物质组合使用时，可以获得发射白光的发光器件。然而，当在这种情况下该荧光物质被包含黄色荧光物质和红色荧光物质的混合物替代时，可以获得发射暖色的白光的发光器件。
通过适当地混合两种或多种荧光物质，可以获得所希望的白色系的混合颜色的光。更具体地，通过在荧光物质的混合物的制备时适当调节彼此在色度上有差别的多种荧光物质的混合比率以与发光芯片的发射波长符合，可以获得发射在表示荧光物质的组合和发光芯片之间关系的色度图中的任何希望的点处的光的发光器件。
本发明不应被解释为局限于上述实施例和实例。也就是说，在本发明范围内在实施本发明时可以对构成要素进行各种修改。并且，在上述实施例和实例中公开的多种构成要素可以任意地组合以产生本发明的多种形式。例如，可以消除在上述实施例和实例中示例的一些构成要素。并且，在上述不同实施例和实例中示例的构成要素可以任意地组合。
根据本发明，可以提供一种能够获得均匀色度和均匀发射强度的发光器件，并可以提供一种制造具有这样特征的发光器件的方法。
本领域技术人员很容易想到其它的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不局限于在此示出和描述的具体细节和示例性实施例。因此，在不脱离由所附权利要求和它们的等同替换限定的总发明构思的精神或范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (22)

1.一种发光器件，包括：
衬底；
发光元件，配置为发射具有第一波长的光，所述发光元件具有电极对且形成在所述衬底上方；
金属层，置于所述衬底和所述发光元件之间且具有平面结构，其周边至少部分地由多个凸出部分和多个凹入部分构成，所述多个凸出部分位于所述发光元件的外部；以及
波长转换层，形成在所述金属层上，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
2.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属层的所述平面结构的所述凸出部分的每一个是多角形。
3.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属层的所述平面结构的所述凹入部分的每一个是多角形。
4.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属层的所述平面结构的所述凸出部分的每一个由曲线限定。
5.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属层的所述平面结构的所述凸出部分的每一个由弧线限定。
6.根据权利要求1的发光器件，其中所述波长转换层具有其外周轮廓与所述金属层的外周轮廓基本上相同的平面结构。
7.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属层是第一电极，所述发光元件的所述电极对之一连接到所述第一电极。
8.根据权利要求1的发光器件，其中所述波长转换层另外设置在所述发光元件上。
9.根据权利要求7的发光器件，还包括设置在所述衬底上的第二电极，以及将所述发光元件的所述电极对的另一个连接到所述第二电极的接合线。
10.根据权利要求9的发光器件，其中所述波长转换层具有最厚部分和最薄部分，所述接合线设置为经过所述波长转换层的所述最厚部分。
11.根据权利要求9的发光器件，其中所述波长转换层具有最厚部分和最薄部分，所述接合线设置为经过所述波长转换层的所述最薄部分。
12.根据权利要求1的发光器件，其中所述波长转换层包括荧光物质。
13.一种发光器件，包括：
衬底；
发光元件，配置为发射具有第一波长且具有近场图形和远场图形的光，所述发光元件具有电极对且形成在所述衬底上方；
金属层，置于所述衬底和所述发光元件之间且具有平面结构，其周边至少部分地由与从所述发光元件发射的光的所述远场图形或所述近场图形一致的图形构成；以及
波长转换层，形成在所述金属层上，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
14.根据权利要求13的发光器件，其中所述波长转换层具有其外周轮廓与所述金属层的外周轮廓基本上相同的平面结构。
15.根据权利要求13的发光器件，其中所述金属层是第一电极，所述发光元件的所述电极对之一连接到所述第一电极。
16.根据权利要求13的发光器件，其中所述波长转换层另外设置在所述发光元件上。
17.根据权利要求15的发光器件，还包括设置在所述衬底上的第二电极，以及将所述发光元件的所述电极对的另一个连接到所述第二电极的接合线。
18.根据权利要求17的发光器件，其中所述波长转换层具有最厚部分和最薄部分，所述接合线设置为经过所述波长转换层的所述最厚部分。
19.根据权利要求17的发光器件，其中所述波长转换层具有最厚部分和最薄部分，所述接合线设置为穿过所述波长转换层的所述最薄部分。
20.根据权利要求13的发光器件，其中所述波长转换层包括荧光物质。
21.一种制造发光器件的方法，包括：
在衬底上形成金属层；
加工所述金属层以形成具有平面结构的构图的金属层，其周边至少部分地由多个凸出部分和多个凹入部分构成；
在所述构图的金属层的中心处安装发光元件，所述发光元件配置为发射具有第一波长的光；以及
从所述发光元件的上方滴下包含荧光物质的原料，以在所述构图的金属层和所述发光元件的表面上或者在所述构图的金属层的表面上选择性地形成波长转换层，所述波长转换层吸收从所述发光元件发射的光的至少部分并转换所述第一波长，由此发射具有与所述第一波长的波长不同的第二波长的光。
22.根据权利要求21的方法，其中通过喷墨法进行滴下所述包含所述荧光物质的所述原料。
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