DE10162223A1 - Light emitting device comprises light-emitting element of gallium nitride semiconductor element - Google Patents
Light emitting device comprises light-emitting element of gallium nitride semiconductor elementInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung, die als weiße LED bezeichnet wird, und die ein lichtemittierendes Halbleiterelement aufweisende Lichtquelle und ein Fluoreszenzmaterial umfaßt, das das Ausgangslicht davon empfängt und das Fluoreszenz Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge als dieses Ausgangslicht emit tiert, wobei das Licht von dem lichtemittierenden Element und das Licht von dem Fluores zenzmaterial kombiniert werden, um weißes Licht zu erzeugen.The present invention relates to a light emitting device, which as white LED is referred to, and that having a light-emitting semiconductor element Light source and a fluorescent material that receives the output light therefrom and the fluorescent light with a different wavelength than this output light tiert, wherein the light from the light emitting element and the light from the fluores zenzmaterial be combined to produce white light.
Eine Anzahl von weißen LED's - lichtemittierende Vorrichtungen, die lichtemittieren de Halbleiterelemente verwenden, um weißes Licht zu erzeugen - sind bis dato vorgeschlagen worden. Die Verwendung von lichtemittierenden Halbleiterelementen erfordert ein verhält nismäßig intensives Licht mit einem niedrigen Verbrauch an elektrischer Leistung. Im Unter schied zu Glühbirnen oder Fluoreszenzleuchten, strahlen solche Vorrichtungen ferner keine Wärme ab und erfahren keine Probleme, beispielsweise eine Verschlechterung mit der Zeit oder ein Ausbrennen. Die Anwendungen für solche Vorrichtungen nehmen daher rapide zu. Das japanische Patent Nr. 2927279 offenbart eine Technik zum Herstellen einer weißen LED unter Verwendung eines lichtemittierenden Halbleiterelements. Dieses Patent lehrt das Kom binieren von blauem Licht (welches von einem Galiumnitrid-Halbleiterelement abgegeben wird) mit einem gelben Licht, das eine Komponente mit breitem Spektrum aufweist (welches von einem YAG Fluoreszenzmaterial abgegeben wird, welches durch das blaue Ausgangslicht erregt wird), um weißes Licht zu erzeugen. In diesem Stand der Technik wird die weiße LED dadurch hergestellt, daß das Halbleiterelement auf einem Substrat angeordnet wird, und daß es in einem transparenten Kunstharz eingekapselt wird, welches YAG Fluoreszenzmaterial enthält.A number of white LEDs - light emitting devices that emit light de Using semiconductor elements to generate white light - have been proposed to date Service. The use of light-emitting semiconductor elements requires a behavior Intense light with low consumption of electrical power. In the sub Unlike light bulbs or fluorescent lights, such devices also do not emit any light Heat away and experience no problems, such as deterioration over time or a burnout. The applications for such devices are therefore increasing rapidly. Japanese Patent No. 2927279 discloses a technique for manufacturing a white LED using a semiconductor light emitting element. This patent teaches the com binary light (which is emitted from a galium nitride semiconductor element with a yellow light that has a broad-spectrum component (which is emitted by a YAG fluorescent material which is emitted by the blue output light is excited) to produce white light. In this state of the art, the white LED manufactured by placing the semiconductor element on a substrate, and in that it is encapsulated in a transparent synthetic resin, which is YAG fluorescent material contains.
Lichtquellen, die Galiumnitrid-Halbleiterelemente verwenden, haben eine längere Le bensdauer als Glühbirnen und Fluoreszenzleuchten, die gegenwärtig als Lichtquellen für die Beleuchtung verwendet werden, und sie können bis zu etwa 10 Jahren verwendet werden.Light sources that use galium nitride semiconductor elements have a longer Le Lifetime as light bulbs and fluorescent lights, which are currently used as light sources for the Lighting are used and they can be used for up to about 10 years.
Die lichtemittierenden Vorrichtungen, die bis dato offenbart worden sind, verwenden jedoch eine schützende Harzschicht (Gußteil), um die lichtemittierende Diode zu schützen, und dies verursacht eine Anzahl von Problemen. Wenn die Schutzschicht aus einem Kunst harz zusammengesetzt ist, kann beispielsweise während des Betriebs über mehrere Jahre Was ser eindringen, wodurch die Arbeitsweise der lichtemittierende Diode beeinträchtigt wird; oder, wenn das abgegebene Licht von der lichtemittierende Diode ultraviolett ist, kann das Ultraviolett mit der Zeit eine Entfärbung verursachen, wodurch die Fähigkeit, Ausgangslicht von der lichtemittierenden Diode zu übertragen, reduziert wird und die Arbeitsweise der lich temittierenden Diode erheblich behindert wird.Use the light emitting devices that have been disclosed to date however, a protective resin layer (casting) to protect the light emitting diode, and this creates a number of problems. If the protective layer is made of an art Resin is composed, for example, What can during the operation over several years water penetrate, thereby affecting the operation of the light emitting diode; or, if the light emitted by the light emitting diode is ultraviolet, it can Ultraviolet can cause discoloration over time, reducing the ability to output light transmitted by the light emitting diode is reduced and the operation of the lich emitting diode is significantly hindered.
Gemäß einem anderen Aspekt emittiert das YAG-Fluoreszenzmaterial, das in dem Stand der Technik offenbart ist, Licht mit einem breiten Spektrum, welches um Gelb herum zentriert ist. Die Lichtausbeute ist jedoch schwach, wie bereits erwähnt. Mit dem Ziel, die Lichtausbeute zu verbessern, hat die Anmelderin eine lichtemittierende Vorrichtung vorge schlagen, die zwei Fluoreszenzmaterialien, ein grünes Licht und ein rotes Licht imitierendes Material, kombiniert. Diese Fluoreszenzmaterialien haben jedoch eine schwache Feuchtig keits-Widerstandsfähigkeit, so daß Gegenmaßnahmen gegen Feuchtigkeit entscheidend sind. Bis dato vorgeschlagene, lichtemittierende Vorrichtungen haben jedoch keine adäquate Feuchtigkeitspermeabilität.In another aspect, the YAG fluorescent material that is emitted in the State of the art is disclosed, light with a wide spectrum, which around yellow is centered. However, the light output is poor, as already mentioned. With the aim of To improve the light yield, the applicant has proposed a light-emitting device beat the two fluorescent materials, a green light and a red light mimicking Material, combined. However, these fluorescent materials have a weak moisture resilience, so that countermeasures against moisture are crucial. However, light emitting devices that have been proposed to date have not been adequate Moisture permeability.
Im Hinblick auf die Probleme mit Kunstharzstutzschichten für lichtemittierende Dioden offenbaren die ungeprüfte Patentanmeldung (Kokai) 11-251640 und die ungeprüfte Patentanmeldung (Kokai) 11-204838 Schutzschichten zum Schützen von lichtemittierenden Dioden. Diese Anmeldungen wurden im Hinblick auf die Nachteile der Kunstharzschutz schicht für lichtemittierenden Dioden vorgeschlagen, die in dem obengenannten Patent offen bart ist, nämlich der Fähigkeit, von Feuchtigkeit durchdrungen zu werden - das heißt geringe Widerstandsfähigkeit gegen die Umwelt - und Entfärbung bei massiver Belichtung mit Ultra violett - das heißt geringe Ultraviolett-Widerstandsfähigkeit -, was zu einer verminderten Transparenz und zu einer eingeschränkten Charakteristik als lichtemittierende Diode führt, und sie lehren das Verkapseln der lichtemittierenden Diode mit einem Sol-Gel-Glas statt mit einer Kunstharzschutzschicht.With regard to the problems with synthetic resin protective layers for light-emitting Diodes disclose the unexamined patent application (Kokai) 11-251640 and the unexamined Patent application (Kokai) 11-204838 protective layers for protecting light-emitting Diodes. These filings were made with regard to the disadvantages of synthetic resin protection Layer proposed for light emitting diodes, which is open in the above patent is beard, namely the ability to be penetrated by moisture - that is, low Resistance to the environment - and discoloration with massive exposure to Ultra violet - that is, low ultraviolet resistance - resulting in a decreased Transparency and leads to a limited characteristic as a light-emitting diode, and they teach encapsulating the light emitting diode with a sol-gel glass instead of with a protective resin layer.
Die lichtemittierenden Vorrichtungen, die in der ungeprüften Patentanmeldung (Ko kai) 11-251640 und in der ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) 11-204838 offenbart sind, haben jedoch die folgenden Probleme.The light emitting devices described in the unexamined patent application (Ko kai) 11-251640 and in unexamined patent application (Kokai) 11-204838, however, have the following problems.
Wenn das Drahtbonden verwendet wird, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt der lichtemittierenden Diode zu liefern, führt das Einkapseln der lichtemittierenden Diode mit Sol-Gel-Glas unter Verwendung der Verfahren, die in den oben benannten Veröffentlichun gen offenbart sind, zu den folgenden möglichen Problemen.When wire bonding is used to make a reliable electrical contact to deliver the light emitting diode entails encapsulating the light emitting diode Sol-gel glass using the methods described in the above publications gene are disclosed on the following possible problems.
Wenn Drahtbonden verwendet wird, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt der lichtemittierenden Diode mit einer äußeren Stromquelle zu liefern, müssen die Drähte von der lichtemittierenden Diode durch sowohl Glas als auch Epoxyd-Kunststoff hindurchtreten, um die Leitungen außerhalb der lichtemittierenden Diode anzuschließen. Da jedoch das Glas und das Epoxydharz unterschiedliche Kennwerte, beispielsweise Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und der Hygroskopizität, haben, können erhebliche Spannungen in den Drähten an der Glas-Epoxyd-Grenzfläche erzeugt werden, die möglicherweise die Drähte durchtren nen. Wenn Sol-Gel-Glas verwendet wird, schrumpft das Volumen um etwa 30% während der Aushärtung, so daß ein Bruch aufgrund von Spannungen, die in dem Draht erzeugt werden, während des Gießens ebenfalls auftreten kann. Wenn Drahtbonden verwendet wird, um zu verlässige elektrische Bahnen zu verwirklichen können, daher Unterschiede in den physikali schen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen der Glasschicht und der Epoxydabdeckung zu dem Problem eines Drahtbruches führen. Bei lichtemittierenden Vorrichtungen, die lichtemit tierende Halbleiterelemente verwenden, besteht, während die Halbleiterelemente als solche eine hohe Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer haben, die Gefahr, daß die Verpac kung, die zum Schutz des lichtemittierenden Halbleiterelementes und zur Sicherstellung des elektrischen Kontaktes mit einer äußeren Stromquelle verwendet wird, Probleme im Zusam menhang mit Zuverlässigkeit erfährt. When wire bonding is used to make reliable electrical contact the To deliver light emitting diode with an external power source, the wires from the light-emitting diode to pass through both glass and epoxy to connect the lines outside the light emitting diode. However, since the glass and the epoxy resin has different parameters, for example coefficients of thermal Expansion and hygroscopicity can have significant tension in the wires at the glass-epoxy interface that may penetrate the wires NEN. If sol-gel glass is used, the volume shrinks by about 30% during the Curing so that breakage due to stresses generated in the wire can also occur during casting. If wire bonding is used to reliable electrical tracks can be realized, therefore differences in the physi properties of the interface between the glass layer and the epoxy cover lead to the problem of a wire break. In the case of light-emitting devices which emit light ting semiconductor elements use, while the semiconductor elements as such have a high reliability and a longer service life, the risk that the Verpac kung, which to protect the light-emitting semiconductor element and to ensure the electrical contact with an external power source is used, problems in total menhang experienced with reliability.
Während es möglich wäre, dieses Problem dadurch anzugehen, daß dickere Glas- schichten zur Erzeugung der Grenzfläche verwendet werden, ist es schwierig, dickes Glas frei von Brüchen zu erzeugen.While it would be possible to address this problem by using thicker glass layers are used to create the interface, it is difficult to clear thick glass of generating breaks.
Im Hinblick auf das vorstehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hoch zuverlässige Verpackung für lichtemittierende Halbleiterelemente zu liefern und dadurch eine lichtemittierende Vorrichtung zu liefern, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet und die eine andauernde hohe Betriebsqualität und eine ausgedehnte Lebensdauer bietet.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a to deliver highly reliable packaging for light-emitting semiconductor elements and thereby to provide a light emitting device comprising a semiconductor light emitting element used and which has an ongoing high quality of operation and an extended lifespan offers.
Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung erreicht, in der ein lichtemittierendes Halbleiterelement-Flipflop elektrisch mit Anschlüssen auf einem Sub strat verbunden ist, wobei die Vorrichtung umfaßt: ein lichtemittierendes Element, welches aus einem Galiumnitrid-Halbleiterelement besteht; eine Glasschicht, die auf dem Weg des Lichtes angeordnet ist, das von dem lichtemittierenden Element ausgegeben wird, und das ein Fluoreszenzmaterial enthält, um das Ausgangslicht zu empfangen und umgesetztes Licht zu erzeugen, welches in eine Wellenlänge, die sich von dem Ausgangslicht unterscheidet, umge setzt ist; wobei das emittierte Licht und das umgesetzte Licht verwendet werden, um im we sentlichen weißes Licht zu erzeugen.This object is achieved by a semiconductor light emitting device in which a light-emitting semiconductor element flip-flop electrically with connections on a sub Strat is connected, the device comprising: a light emitting element, which consists of a galium nitride semiconductor element; a layer of glass on the way of the Light is arranged, which is output from the light emitting element, and the Contains fluorescent material to receive the output light and converted light generate, which in a wavelength different from the output light, vice versa sets is; wherein the emitted light and the converted light are used to in the we to produce substantial white light.
In einer bevorzugten praktischen Ausführung ist das Substrat eine Leiterplatte.In a preferred practical embodiment, the substrate is a printed circuit board.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Fluoreszenz Material aus zwei Schwefel enthaltenden Zusammensetzungen, wobei jedes Fluoreszenz Material umgesetztes Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge erzeugt.In a preferred embodiment, the fluorescent material consists of two Sulfur containing compositions, each fluorescent material being reacted Generates light with a different wavelength.
Eines der beiden Fluoreszenzmaterialien kann SrS : Eu2+ sein, welches rotes Fluores zenzlicht emittiert, wobei das andere (Sr, Ba, Ca) S : Eu2+ sein kann, welches grünes Fluores zenzlicht emittiert.One of the two fluorescent materials can be SrS: Eu2 +, which is red fluorescence emitted zenzlicht, where the other (Sr, Ba, Ca) S: Eu2 +, which is green fluorescence Zenzlicht emitted.
Das rot fluoreszierende Material kann aus SrGd2S4 : Eu2 bestehen. In einem bevor zugten Ausführungsbeispiel hat die Glasschicht, die das Fluoreszenz Material enthält, eine Dicke von 100 µm oder weniger. The red fluorescent material can consist of SrGd2S4: Eu2. In a before Preferred embodiment has the glass layer containing the fluorescent material Thickness of 100 µm or less.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Glasschicht aus SiO2, das we nigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO und Al2O3 enthält, oder aus SiO2, das im wesentlichen frei davon ist.In a preferred embodiment, the glass layer consists of SiO2, which we at least one compound selected from the group consisting of PbO, Ga2O3, Bi2O3, Contains CdO, ZnO, BaO and Al2O3, or SiO2, which is essentially free of it.
Die Zusammensetzung der Glasschicht kann verändert werden, indem Verbindungen ausgewählt aus PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO und Al2O3 zugegeben werden. Der Grund dafür ist wie folgt. An der Grenzfläche des lichtemittierenden Elementes und der um gebenen Glasschicht oder einem anderen Verpackungsmaterial tritt eine Reflexion auf. Der Prozentsatz der Totalreflexion, die auftritt, ist höher je größer der Unterschied in dem Bre chungindex. Die Totalreflexion führt dazu, daß das Licht innerhalb der Verpackung hin und her läuft, so daß der Wirkungsgrad der Lichtimmission nach außen abnimmt. Folglich ist es erwünscht, die Totalreflexion an den Grenzflächen auf ein Minimum herabzusetzen, durch die das Licht von dem lichtemittierenden Element hindurchtritt, um eine effiziente Transmission von Licht von dem lichtemittierenden Element zur Luft zu erreichen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, die Brechungsindexdifferenz an jeder Grenzfläche auf ein Minimum herabzu setzen. Wenn die Anordnung mit dem lichtemittierenden Element zwei Schichten umfaßt - ein lichtemittierendes Element und eine Glasschicht - gibt es zwei Grenzflächen, eine zwi schen dem lichtemittierenden Element und der Glasschicht und eine zwischen der Glasschicht und der Luftschicht, und um die Reflexion des Lichtes von dem lichtemittierenden Element auf ein Minimum herabzusetzen, ist es erwünscht, die Brechungsindexdifferenz an jeder der zwei Grenzflächen auf ein Minimum herabzusetzen.The composition of the glass layer can be changed by making connections selected from PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO and Al2O3 can be added. The The reason for this is as follows. At the interface of the light emitting element and around glass or other packaging material, reflection occurs. The The greater the difference in Bre, the higher the percentage of total reflection that occurs chung index. The total reflection causes the light inside and out of the package runs here, so that the efficiency of the light immission decreases to the outside. Hence it is desired to minimize the total reflection at the interfaces by which the light passes through the light emitting element for efficient transmission to reach light from the light emitting element to the air. To achieve this is it is necessary to minimize the refractive index difference at each interface put. If the arrangement with the light-emitting element comprises two layers - a light-emitting element and a glass layer - there are two interfaces, one between between the light emitting element and the glass layer and one between the glass layer and the air layer, and around the reflection of the light from the light emitting element to a minimum, it is desirable to reduce the refractive index difference at each of the to minimize two interfaces.
Folglich liegt der Brechungsindex der Glasschicht vorzugsweise zwischen den Bre chungsindizes von Luft und dem des lichtemittierenden Elements.Consequently, the refractive index of the glass layer is preferably between the bre indices of air and that of the light-emitting element.
In dem die Oberfläche des Elements mit dem oben erwähnten Oxid versehen wird, das
einen Brechungsindex hat, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungs
index des lichtemittierenden Elementes liegt, und durch verwenden desselben mit einer nicht
reflektierenden Beschichtung, um den Wirkungsgrad der Lichtimmissionen nach außen zu
erhöhen, kann der Lichtausgang in der Größenordnung von mehreren 10% verbessert werden.
Die Vorteile der Verwendung von einem Glasüberzug statt der Verkapselung mit Kunstharz
bestehen in folgendem:
In which the surface of the element is provided with the above-mentioned oxide, which has a refractive index that lies between the refractive index of air and the refractive index of the light-emitting element, and by using the same with a non-reflective coating to improve the efficiency of the light emissions To increase the outside, the light output can be improved by the order of several 10%. The advantages of using a glass coating instead of encapsulation with synthetic resin are as follows:
- 1. Die Widerstandsfähigkeit gegen die Umgebung wird verbessert; 2) der Betrieb bei hohen Temperaturen wird möglich; und 3) Materialien können ausgewählt werden, die einen höheren Wirkungsgrad der Lichtimmission bieten. Die Brechungsindizes von Epoxydkunstharzen überschreiten in keinem Fall 1,6. Der Brechungsindex von Luft ist 1,0, und die Brechungsindizes der Verbundhalbleiter, die bei lichtemittierenden Dioden verwendet werden, liegen im Bereich von 3, 4 bis I,8. Der Brechungsindex von SiO2 der Glasschicht ist etwa 1,5, wenn das SiO2 jedoch eine transparente Komponente enthält, beispielsweise PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO oder Al2O3, kann der Brechungsindex auf etwa 1,5 bis 2,5 erhöht werden. Durch einbeziehen einer transparenten Komponenten, beispielsweise PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO oder Al2O3 in das SiO2 kann daher der Brechungsindex der Glasschicht auf ein gewünschtes Niveau geregelt werden, um den Wirkungsgrad der Lich timmission von dem lichtimmitierenden Element auf ein Maximum zu bringen.1. The resistance to the environment is improved; 2) the operation at high temperatures becomes possible; and 3) materials can be selected that offer a higher efficiency of light immission. The refractive indices of Epoxy resins never exceed 1.6. The refractive index of air is 1.0, and the refractive indices of the compound semiconductors used in light emitting diodes are in the range from 3.4 to 1.8. The refractive index of SiO2 of the glass layer is about 1.5, but if the SiO2 contains a transparent component, for example PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO or Al2O3, the refractive index can be around 1.5 to 2.5 increase. By including a transparent component, for example PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO or Al2O3 in the SiO2 can therefore be the refractive index of the Glass layer can be regulated to a desired level to increase the efficiency of the Lich to maximize the emission from the light-imitating element.
Wenn eine zusätzliche Epoxyd-Kunstharzschicht auf der Außenseite der Glasschicht vorgesehen ist, wird der Brechungsindex an der Grenzfläche der Glasschicht mit der Epoxyd schicht ebenfalls berücksichtigt. Das heißt, das der Brechungsindex der Glasschicht durch Manipulation der Menge der transparenten Komponenten, die darin enthalten ist, in geeigneter Weise gesteuert wird, um den Brechungsindex an den entsprechenden Grenzflächen, an denen von dem lichtemittierenden Element in die Glasschicht, in die Epoxydeschicht und in Luft übergegangen wird, auf ein Minimum herabzusetzen. Insbesondere bilden die Übergänge in dem Brechungsindex eine geometrische Serie, wenn man von dem lichtemittierenden Element in die Glasschicht, in die Epoxydschicht und in Luft übergeht. Wie erwähnt wurde, liefert die Erfindung eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine Kombination von blauem Licht von einer Galiumnitrid-LED und Licht mit einer umgesetzten Farbe von einem Fluoreszenzmate rial verwendet, um im wesentlichen weißes Licht zu imitieren. Die hier angegebene weiße LED, die im Zusammenhang mit einer blauen LED verwendet wird, liefert eine Beleuch tungslichtquelle, die in hohem Maße zuverlässig ist und eine verlängerte Lebensdauer hat. Weiße LEDs, die blaue LEDs mit hohem Ausgang als Anregungsquellen verwenden, kön nen Glühbirnen oder dergleichen ersetzen. Mit Hilfe eines zuverlässigen Verpackungsverfah rens liefert die hier angegebene lichtemittierende Vorrichtung eine lichtemittierende Vorrich tung, die eine hohe Performance bietet trotz der Verwendung einer Kombination aus Fluores zenzmaterialien, die eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen die Umgebung haben jedoch ebenfalls eine verbesserte Farbreproduktion aufweisen. If an additional epoxy resin layer on the outside of the glass layer is provided, the refractive index at the interface of the glass layer with the epoxy layer is also taken into account. That is, the refractive index of the glass layer through Appropriate manipulation of the amount of transparent components contained therein Way is controlled to the refractive index at the corresponding interfaces where from the light-emitting element into the glass layer, into the epoxy layer and into air is going to be reduced to a minimum. In particular, the transitions in the refractive index is a geometric series, if one of the light-emitting element into the glass layer, into the epoxy layer and into air. As mentioned, the Invention a light emitting device that uses a combination of blue light a galium nitride LED and light with a converted color from a fluorescent material rial used to essentially imitate white light. The white specified here LED used in conjunction with a blue LED provides lighting light source that is highly reliable and has an extended lifespan. White LEDs that use high output blue LEDs as excitation sources can replace a light bulb or the like. With the help of a reliable packaging process rens provides the light-emitting device specified here a light-emitting device device that offers high performance despite the use of a combination of fluorescence zenzmaterials, which have a low resistance to the environment also have improved color reproduction.
Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 is a sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the invention.
Fig. 2 ist eine Schnittfotografie von einem Glasfilm, der ein Fluoreszenzmaterial ent hält. Fig. 2 is a sectional photograph of a glass film containing a fluorescent material ent.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 3 is a sectional view of a light emitting device according to another embodiment of the invention.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 is a sectional view of a light emitting device according to still another embodiment of the invention.
Fig. 5 ist ein Immissionsspektrum eines Fluoreszenzmaterials. Figure 5 is an immission spectrum of a fluorescent material.
Fig. 6 ist ein Immissionsspektrum eines Fluoreszenzmaterials. Figure 6 is an emission spectrum of a fluorescent material.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Eine schematische Schnittdarstel lung der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsspiel ist in Figure 1 gezeigt. Diese lichtemittierende Vorrichtung 100 umfaßt ein Substrat 101. Das Substrat 101 ist typischerweise eine Schaltungsplatine aus Epoxydharz oder einem anderen Kunststoff, jedoch nicht darauf beschränkt. Auf dem Substrat ist eine dielektrische Schicht 101a aus Kunststoff oder dergleichen ausgebildet, und über der dielektrischen Schicht 101a ist ein ge eignetes Muster aus Leiterbahnen 101b, das heißt Elektroden und Anschlüsse, ausgebildet; und es liefert elektrischen Strom von außen an ein lichtemittierendes Element 102, welches damit verbunden ist. Das lichtemittierende Element 102 ist in den vorliegenden Ausführungs beispielen ein Galiumnitrid-Halbleiterelement, das noch beschrieben wird und das auf dem Substrat 101 in einer Flip-Chip-Verbindung montiert ist; Anschlußteile sind auf der Unterseite des Typs vorgesehen, und eine elektrische Verbindung wird mit den Elektroden oder An schlüssen 101b auf dem Substrat durch Bonden von Kuppen (Lötkugeln), die aus einem ge eigneten, leitfähigen Lötmittel bestehen, oder mit Leiterabschnitten 103 (beispielsweise Drähten) mit diesen Anschlüssen hergestellt. Eine lichtdurchlässige Sol-Gel-Glasschicht 10 ist über die Außenseite des lichtemittierenden Elementes ausgebildet. Eine transparente Schicht 106 ist über der Außenseite davon ausgebildet.The preferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. A schematic sectional representation of the light-emitting device according to a first embodiment is shown in Figure 1 . This light emitting device 100 includes a substrate 101 . The substrate 101 is typically, but not limited to, an epoxy or other plastic circuit board. A dielectric layer 101 a made of plastic or the like is formed on the substrate, and a suitable pattern of conductor tracks 101 b, that is to say electrodes and connections, is formed over the dielectric layer 101 a; and it supplies external electric current to a light emitting element 102 connected thereto. The light emitting element 102 in the present embodiment is a galium nitride semiconductor element, which will be described later, and which is mounted on the substrate 101 in a flip-chip connection; Terminal parts are provided on the underside of the type, and an electrical connection circuits to the electrodes or to 101 b on the substrate by bonding of peaks (bumps), which consist of a ge suitable conductive solder or with conductive portions 103 (e.g., wires ) made with these connections. A translucent sol-gel glass layer 10 is formed over the outside of the light-emitting element. A transparent layer 106 is formed over the outside thereof.
Das hier beschriebene, lichtemittierende Element 101 ist eine lichtemittierende Diode, und insbesondere ein Galiumnitrid-Halbleiterelement. Das Halbleiterelement kann aus AlIn- GaP, InGaN oder dergleichen bestehen.The light-emitting element 101 described here is a light-emitting diode, and in particular a galium nitride semiconductor element. The semiconductor element can consist of AlIn-GaP, InGaN or the like.
Die hier gezeigte Sol-Gel-Glasschicht 101 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 be schrieben.The sol-gel glass layer 101 shown here will now be described with reference to FIG. 1.
Die Herstellung des Sol-Gel-Glases wird nun beschrieben. Als erstes wird ein SiO2 Gel in Netzwerkform durch die Alkoholisierung von Alkoxysilan hergestellt. Dieses Gel wird getrocknet, um ein verfestigtes Gel zu ergeben. Das resultierende Material besteht aus SiO2 - die gleiche Zusammensetzung wie die von gewöhnlichem Glas -, Sol-Gel-Gläser haben je doch einen unterschiedlichen Herstellungsprozeß als gewöhnliches Glas, indem die Verwen dung von Metallkatalysatoren bei der Dealkoholisierungsreaktion es ermöglicht, daß SiO2 bei geringen Temperaturen im Bereich von gewöhnlicher Temperatur bis etwa 150°C synthetisiert werden können. Die Dichte unterscheidet sich jedoch von der von gewöhnlichem Glas, das durch Aufheizen auf den SiO2 Schmelzpunkt erzeugt wird. Sol-Gel-Gläser sind viel dichter als Kunststoffe wie Epoxydkunststoffe, und sie haben Feuchtigkeitspermeabilitäten, die um einen Faktor von mehreren zehn bis mehreren hundert geringer sind als die von Epoxydhar zen.The manufacture of the sol-gel glass will now be described. First, an SiO2 Gel in network form made by the alcoholization of alkoxysilane. This gel will dried to give a solidified gel. The resulting material consists of SiO2 - the same composition as that of ordinary glass, sol-gel glasses have ever but a different manufacturing process than ordinary glass in that the use Formation of metal catalysts in the dealcoholization reaction enables SiO2 at synthesized low temperatures in the range of ordinary temperature to about 150 ° C. can be. However, the density differs from that of ordinary glass, the is generated by heating to the SiO2 melting point. Sol gel glasses are much denser than plastics like epoxy plastics, and they have moisture permeabilities around them are a factor of several tens to several hundred less than that of Epoxydhar Zen.
Was die Feuchtigkeitspermeabilität anlangt, wird, wenn eine Sol-Gel-Glasdeckschicht mit einer Dicke von mehreren Mikron auf einer Kupferplatte oder einer Nickelplatte ausgebil det wird und wenn dieses Muster bei 60°C einer Atmosphäre mit 90% relativer Feuchtigkeit während 100 Stunden ausgesetzt wird, keine Korrosion des Metalls beobachtet. Wenn es in einer Schicht von etwa 10 µm Dicke auf eine Aluminiumplatte aufgebracht wird und in 100°C warmem Wasser während 150 Stunden eingetaucht wird, ist der Aluminiumglanz 95% oder darüber. Da die Glasbeschichtung gegen Feuchtigkeit undurchlässig ist, tritt keine Oxidation der Oberfläche der Metallplatte auf, so daß die Glattheit der Metalloberfläche nicht beein trächtigt wird.As for moisture permeability, there is a sol-gel glass top layer with a thickness of several microns on a copper plate or a nickel plate and if this pattern at 60 ° C in an atmosphere with 90% relative humidity exposed for 100 hours, no corrosion of the metal observed. When it is in a layer of about 10 microns thick is applied to an aluminum plate and in 100 ° C. warm water is immersed for 150 hours, the aluminum gloss is 95% or about that. Since the glass coating is impervious to moisture, no oxidation occurs the surface of the metal plate so that the smoothness of the metal surface does not affect is pregnant.
Epoxydharze absorbieren andererseits etwa 2 Gew.-% Wasser, wenn sie in einer 80°C warmen und 85% Feuchtigkeit enthaltenden Umgebung während 24 Stunden gehalten wird.Epoxy resins, on the other hand, absorb about 2% by weight of water when in an 80 ° C warm and 85% moisture containing environment is kept for 24 hours.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, hat eine vergleichende Forschung, die von den Erfindern durchgeführt wurde, gezeigt, daß das Sol-Gel-Glasbeschichtungen eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Feuchtigkeit als Epoxydbeschichtungen bie ten. Bei Sol-Gel-Gläsern dringt speziell das Wasser nicht leicht in das Glas ein und kann nicht mit dem Fluoreszentmaterial reagieren, das darin enthalten ist, so daß die Verschlechterung des Fluoreszentmaterials verhindert wird.As can be seen from the above, comparative research has been carried out by the inventors showed that the sol-gel glass coatings performed better Resistance to moisture penetration as epoxy coatings bie In the case of sol-gel glasses, the water in particular does not easily penetrate the glass and cannot react with the fluorescent material contained therein, so that the deterioration of the fluorescent material is prevented.
Das hier beschriebene Fluoreszenzmaterial ist eine Kombination von zwei Fluores zenzmaterialien, einem blau-angeregten, roten Fluoreszenzmaterial und einen blau angeregten, grünen Fluoreszenzmaterial. Das SrS : Eu2+ emittiert rotes Fluoreszenzlicht, und das (Sr, Ba, Ca)S : Eu2+ emittiert grünes Fluoreszenzlicht. Ein Beispiel für rotes Fluoreszenz material ist SrGd2S4 : Eu2.The fluorescent material described here is a combination of two fluorescent materials materials, a blue-excited, red fluorescent material and a blue excited green fluorescent material. The SrS: Eu2 + emits red fluorescent light, and the (Sr, Ba, Ca) S: Eu2 + emits green fluorescent light. An example of red fluorescence material is SrGd2S4: Eu2.
Eine Sol-Gel-Glasschicht wird über das Äußere des hier gezeigten, lichtemittierenden Elements 102 ausgebildet, und in dieser Sol-Gel-Glasschicht sind zwei Fluoreszenzmateriali en dispergiert, die unterschiedliche Fluoreszenzwellenlängen haben. Die Verwendung von zwei Fluoreszenzmaterialien mit unterschiedlichen Fluoreszenzwellenlängen ist ein charakte risierendes Merkmal der Erfindung: die hier verwendeten Fluoreszenzmaterialien waren nicht zugänglich für die Verwendung im Gebiet der Erfindung aufgrund ihrer chemischen Instabi lität. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung dieser chemischen unstabilen Fluoreszenzmaterialien jedoch möglich durch die Kombination mit der Einkapselung in Glas, um sie zu stabilisieren.A sol-gel glass layer is formed over the exterior of the light-emitting element 102 shown here, and two fluorescent materials having different fluorescence wavelengths are dispersed in this sol-gel glass layer. The use of two fluorescent materials with different fluorescence wavelengths is a characteristic risk feature of the invention: the fluorescent materials used here were not accessible for use in the field of the invention due to their chemical instability. However, with the present invention, the use of these chemical unstable fluorescent materials is made possible by the combination with the encapsulation in glass to stabilize them.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist das Fluoreszenzmaterial 107 in dem vorliegenden Bei spiel in der Glasschicht 105 dispergiert, so daß seine Konzentration zu der Außenfläche der Schicht hin größer ist als sie nah bei der Oberfläche des lichtemittierenden Elements ist. Auf der Unterseite des lichtemittierenden Elements 102 ist eine reflektierende Schicht mit einer reflektierenden Oberfläche ausgebildet, um von dem lichtemittierenden Element 102 emit tiertes Licht zu reflektieren; das von dem lichtemittierenden Element 102 reflektierte Licht wird in der Information in Fig. 1 reflektiert. Die Reflektionsschicht kann auch als Elektrode fdr das lichtemittierende Element 102 dienen, oder es können separate Elektroden vorgesehen sein.Referring to Fig. 2, the fluorescent material 107 in the present example is dispersed in the glass layer 105 so that its concentration toward the outer surface of the layer is larger than it is close to the surface of the light emitting element. A reflective layer having a reflective surface is formed on the underside of the light-emitting element 102 to reflect light emitted by the light-emitting element 102 ; the light reflected by the light emitting element 102 is reflected in the information in FIG. 1. The reflection layer can also serve as an electrode for the light-emitting element 102 , or separate electrodes can be provided.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Unterbau 108 mit leitfähigen Ab schnitten (nämlich Elektrodenabschnitte 109) für die elektrische Verbindung mit den Metall gruppen 103 und mit Leiterbahnen 110 vorgesehen, die von den Elektrodenabschnitten 109 wegführen. Diese Leiterbahnen 110 erstrecken sich durch durchgängige Öffnungen 111, die in dem Unterbau vorgesehen sind und elektrisch mit den Anschlußteilen 101b verbunden sind, die auf dem Substrat vorgesehen sind. An der Unterseite von jeder durchgehenden Öffnung 110 ist eine leitfähige Kuppe (Lötkugel) 112 gebildet - identisch zu der, die auf der Unterseite der Anordnung des lichtemittierenden Elementes vorgesehen ist -, um eine Leiterbahn zu dem Substrat 101 zu erzeugen.In the present embodiment, a substructure 108 is cut with conductive sections (namely electrode sections 109 ) for the electrical connection to the metal groups 103 and with conductor tracks 110 which lead away from the electrode sections 109 . These conductor tracks 110 extend through through openings 111 , which are provided in the substructure and are electrically connected to the connecting parts 101 b, which are provided on the substrate. A conductive dome (solder ball) 112 - identical to that provided on the underside of the light emitting element array - is formed on the underside of each through hole 110 to create a conductive path to the substrate 101 .
In Fig. 3 hat das Substrat 101 den selben Aufbau wie das Substrat 101, das in Fig. 1 beschrieben ist, und auf der Oberfläche davon sind Anschlußabschnitte für die elektrische Verdrahtung ausgebildet, beispielsweise die Leitungen 101b, die elektrisch mit den Kuppen auf der Unterseite des Unterbaus 108 verbunden sind.In Fig. 3, the substrate 101 has the same structure as the substrate 101 described in Fig. 1, and on the surface thereof, terminal portions for the electrical wiring are formed, for example, the leads 101b which are electrically connected to the tips on the Bottom of the base 108 are connected.
Das Substrat 101, das hier verwendet wird, ist typischerweise eine Schaltungsplatine, insbesondere eine bedruckte Schaltungsplatine PWB (PWB = printed wiring board), die als "Chip-LED" bezeichnet wird, statt einem Lead-Frame. Die gedruckte Schaltungsplatine kann durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden. Auf dem Substrat sind eingebettete Lei tungen 101b in eine Dielektikumschicht eingeätzt, die aus Kunststoff, Keramik, Metall oder einem anderen Material aufgebaut ist.The substrate 101 used here is typically a circuit board, particularly a printed circuit board PWB (PWB), referred to as a "chip LED", rather than a lead frame. The printed circuit board can be manufactured by conventional methods. Embedded lines 101 b are etched onto a substrate in a dielectric layer, which is made of plastic, ceramic, metal or another material.
Die Unterbauanordnung, die in Fig. 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von der in Fig. 3. In dem Unterbau, der in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Verbindung der Anordnung des lichtemit tierenden Elements mit dem Unterbau 108 durch Lötverbindungen erreicht, während die Ver bindung des Unterbaus mit dem Substrat durch Drahtbonden erreicht wird. Die lichtemittie rende Vorrichtung 100 umfaßt ein lichtemittierendes Element 102, eine Fluoreszenzmaterial enthaltende Glasschicht 105, die es einkapselt, und Anschlußabschnitte auf der Unterseite des lichtemittierenden Elements 102, und ferner Metallkuppen 103, die darunter zwecks elektri scher Verbindung angeordnet sind, wodurch sich eine Anordnung des lichtemittierenden Ele ments ergibt. In dem vorliegenden Beispiel ist die Anordnung 104 mit dem lichtemittierenden Element mit leitfähigen Kuppen 103 versehen zwecks elektrischer Verbindung der Elektro denabschnitte auf der Unterseite des lichtemittierenden Elements 102 mit den Elektrodenab schnitten 109 auf der Oberfläche des Unterbaus 108, und zusätzliche leitfähige Kuppen 112 - die auf der äußeren Kante des Elektrodenabschnittes auf der Oberfläche des Unterbaus 108 liegen - zur elektrischen Verbindung mit den Elektrodenflächen, die auf der Außenfläche des Substrats gebildet sind. Diese äußeren, leitfähigen Kuppen 112 des Unterbaus 108 sind über Bonddrähte 113 mit einer Elektrodenplatte 101b auf dem Substrat verbunden. Die das Fluo reszenzmaterial enthaltene Glasschicht 105 erstreckt sich nicht soweit wie die Bonddrahtab schnitte.The base assembly shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 3. In the base shown in FIG. 4, the connection of the arrangement of the light-emitting element to the base 108 is achieved by soldering connections while the connection of the substructure to the substrate is achieved by wire bonding. The light-emitting device 100 includes a light-emitting element 102 , a fluorescent material-containing glass layer 105 that encapsulates it, and terminal portions on the underside of the light-emitting element 102 , and further metal tips 103 that are arranged below for electrical connection, thereby arranging the results in light-emitting elements. In the present example, the arrangement 104 is provided with the light-emitting element with conductive domes 103 for the purpose of electrically connecting the electrode sections on the underside of the light-emitting element 102 to the electrode sections 109 on the surface of the base 108 , and additional conductive domes 112 - which the outer edge of the electrode section on the surface of the base 108 - for electrical connection to the electrode surfaces which are formed on the outer surface of the substrate. These outer, conductive domes 112 of the substructure 108 are connected to an electrode plate 101b on the substrate via bond wires 113 . The glass layer 105 containing the fluorescent material does not extend as far as the bond wire sections.
Bei der Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 wird zunächst eine An ordnung der lichtemittierenden Vorrichtung mit einem lichtemittierenden Element 102 und eine das Fluoreszenzmaterial enthaltende Glasschicht 105 erzeugt, die es einkapselt.When producing a light-emitting device 100 , an arrangement of the light-emitting device with a light-emitting element 102 and a glass layer 105 containing the fluorescent material, which encapsulates it, is first generated.
Wenn die Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung 100 die in Fig. 1 gezeigte ist, wird als nächstes die Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung elektrisch direkt mit den Elektrodenabschnitten 101b auf dem Substrat über Kuppen ohne Verwendung eines Unter baus 108 verbunden. Im Falle der lichtemittierenden Vorrichtungen, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, muß die Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung elektrisch mit den Elek trodenabschnitten 101b auf dem Substrat über einen Unterbau 108 verbunden werden. Zu die sem Zweck werden Lötkuppen 204 auf der Unterseite der Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung ausgebildet, das heißt auf der Oberfläche des Unterbaus 108, und auf der Unter seite des Unterbaus, das heißt auf der Oberfläche des Substrats PWB. In diesem Fall werden die Kuppen 103 auf der Unterseite der Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung und die Kuppen 112 auf der Unterseite des Unterbaus 108 separat hergestellt, wobei der Unterbau 108 unterhalb der Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung angeordnet ist, leitfähige Bahnen werden zwischen der Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung und dem Unterbau 108 aufgebaut, und dann werden leitfähige Pfade zwischen dem Unterbau 108 und dem Substrat 101 aufgebaut. Auf diese Weise werden die Kuppen der Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung und des Unterbaus 108 mit den jeweiligen Elektrodenplatten verbunden. Next, when the arrangement of the light emitting device 100 is that shown in FIG. 1, the arrangement of the light emitting device is electrically connected directly to the electrode portions 101b on the substrate via dome without using a submount 108 . In the case of the light emitting devices shown in Figs. 3 and 4, the arrangement of the light emitting device must electrically trodenabschnitten with the Elek 101 b on the substrate over a substructure 108 are connected. For this purpose, solder pads 204 are formed on the underside of the light emitting device array, that is, on the surface of the base 108 , and on the underside of the base, that is, on the surface of the substrate PWB. In this case, the crests 103 on the underside of the arrangement of the light-emitting device and the crests 112 on the underside of the substructure 108 are manufactured separately, the substructure 108 being arranged below the arrangement of the light-emitting device, conductive tracks being formed between the arrangement of the light-emitting device and submount 108 , and then conductive paths are established between submount 108 and substrate 101 . In this way, the tips of the arrangement of the light-emitting device and the substructure 108 are connected to the respective electrode plates.
Wenn Goldkuppen verwendet werden, wird die Verbindung typischerweise durch Anlegen von Ultraschall oder Wärme ausgeführt. Für die Lötkuppen werden Maskendruck, Planierung oder andere Techniken verwendet.If gold domes are used, the connection is typically through Applying ultrasound or heat. For the soldering tips, mask printing, Planing or other techniques used.
Die Ausbildung von leitfähigen Abschnitten auf einem Substrat durch Maskendruck von Lötpaste ist im Stand der Technik bekannt. Das typische Verfahren ist wie folgt. Als er stes wird eine Maske über die gedruckte Leiterplatte gelegt, und Lötpaste wird über der Mas ke unter Verwendung eines Spatels ausgebreitet. Auf diese Weise bewegt sich die Lötpaste auf die Schaltungsplatine (Substrat) durch die Öffnungen in der Maske, wobei eine Lötschicht auf der Oberfläche der Schaltungsplatine ausgebildet wird. Als nächstes wird die Maske von der Schaltungsplatine entfernt, so daß eine Schicht aus Lötpaste über vorgegebenen, erforder lichen Abschnitten auf der Schaltungsplatine ausgebildet werden. Wenn ein Verfahren mit Lötkugeln verwendet wird, werden Lötkugeln an der Schaltungsplatine oder an dem Element befestigt. In diesem Fall kann ein Lötmittelfluß oder dergleichen für die Lötmittelkugeln ver wendet werden. Das Element wird dann an der richtigen Stelle auf der Schaltungsplatine montiert. Es wird dann einem erneuten Fließverfahren unterzogen, um das Lötmittel zu schmelzen und die Verbindung herzustellen. Ein Lötmittel-Plattierungsverfahren kann eben falls verwendet werden. In diesem Fall werden Bereiche auf der Oberfläche der Schaltungs platine, wo kein Lötmittel abgeschieden werden soll, in der selben Weise wie bei dem Mas kierungsdruck maskiert. Danach erfolgt eine stromfreie Plattierung von Lötmittel. Ein beispielhaftes Lötverfahren wird nun beschrieben.The formation of conductive sections on a substrate by mask printing solder paste is known in the art. The typical procedure is as follows. When he a mask is placed over the printed circuit board and solder paste is placed over the mas ke spread out using a spatula. The solder paste moves in this way onto the circuit board (substrate) through the openings in the mask, leaving a solder layer is formed on the surface of the circuit board. Next, the mask from the circuit board removed, so that a layer of solder paste over predetermined, required Lichen sections are formed on the circuit board. If a procedure with Solder balls are used, solder balls on the circuit board or on the element attached. In this case, a solder flow or the like can be used for the solder balls be applied. The element will then be in place on the circuit board assembled. It is then reflowed to remove the solder melt and make the connection. A solder plating process can be if used. In this case, areas on the surface of the circuit PCB where no solder is to be deposited, in the same way as for the mas masking print masked. This is followed by an electroless plating of solder. An exemplary soldering method will now be described.
Als erstes wird das Element auf dem Lötmittel angeordnet, und es wird dann in einen Flußofen gegeben, um das Lötmittel zu schmelzen und das Element mit der Schaltungsplatine zu verbinden.First, the element is placed on the solder, and then it is put into one Flow furnace given to melt the solder and the element with the circuit board connect to.
Als nächstes wird das Glas, das das Fluoreszentmaterial enthält, über die Oberfläche des lichtemittierenden Halbleiterelements aufgebracht, um eine Glasschicht von etwa 100 µm oder geringerer Dicke zu bilden. Da das Fluoreszenzmaterial auf Temperatur anspricht, wird das Herstellungsverfahren vorzugsweise bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt. Wenn ein Sol-Gel-Glasfilm-Herstellungsverfahren verwendet wird, ist das Glas bei niedriger Tempera tur flüssig, so daß der Glasfilm bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur erzeugt wer den kann. Die Temperatur ist etwa 80°C bis 150°C. Das Fluoreszenzmaterial wird dieser Sol- Gel-Glasmischung zugemischt, die dann aufgebracht und aufgeheizt wird, um einen Glaskör per zu erzeugen. Auf diese Weise wird Glas, das Fluoreszenzmaterial enthält, auf der Oberflä che des Halbleiterchips aufgebracht. Das Fluoreszenzmaterial ist eine Kombination von zwei Materialien, einem blau-angeregtem, grünen Fluoreszenzmaterial und einem blau-angeregten, roten Fluoreszenzmaterial. Der Chip ist ein Flip-Chip. Bei dem Verfahren, bei dem das Glas über der Oberfläche des Halbleiterchips aufgebracht wird, liefert das Flip-Chip Bonden eine bessere technische Kompatibilität, da das Verbindungsverfahren nicht die Anwesenheit von Drähten erfordert. SrS : Eu2+ emittiert rotes Licht, und (Sr, Ba, Ca)S : Eu2+ emittiert grünes Licht. Ein spezielles Beispiel für ein rotes Fluoreszenzmaterial ist SrGd2S4 : Eu2.Next, the glass containing the fluorescent material is over the surface of the light-emitting semiconductor element applied to a glass layer of about 100 microns or less thick. Since the fluorescent material responds to temperature, the manufacturing process is preferably carried out at a low temperature. When a Sol-gel glass film manufacturing process is used, the glass is at low temperature tur liquid, so that the glass film is produced at a relatively low temperature that can. The temperature is about 80 ° C to 150 ° C. The fluorescent material will Gel-glass mixture mixed in, which is then applied and heated to a glass body to generate by. In this way, glass containing fluorescent material is placed on the surface surface of the semiconductor chip applied. The fluorescent material is a combination of two Materials, a blue-excited, green fluorescent material and a blue-excited, red fluorescent material. The chip is a flip chip. In the process in which the glass is applied over the surface of the semiconductor chip, the flip chip bonding provides one better technical compatibility since the connection method does not require the presence of Wires required. SrS: Eu2 + emits red light, and (Sr, Ba, Ca) S: Eu2 + emits green Light. A specific example of a red fluorescent material is SrGd2S4: Eu2.
Wellenlängenspektren der Fluoreszenzmaterialien sind in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt.Wavelength spectra of the fluorescent materials 5 and FIG. 6 are shown in Fig..
Die zwei Arten der Fluoreszenzmaterialien geben rotes und grünes Licht, und die LED gibt blaues Licht. Das Licht aus diesen drei unterschiedlichen Wellenlängen kann kombiniert wer den, so daß sich weißes Licht ergibt. Die hier gezeigten Fluoreszenzmaterialien, die rotes und grünes Licht effizient imitieren und die aus Fluoreszenzmaterialien mit YAG oder einem an deren Oxid bestehen und durch LEDs mit blauem Licht anregbar sind, waren in der Vergan genheit nicht bekannt. Die Erfinder haben entdeckt, daß, während Sulfid-Fluoreszenzmaterial gute Resultate ergeben, Sulfide mit Wasser stark reagieren, so daß die Verfahren zum isolie ren des Fluoreszenzmaterials von Wasser entscheidend sind. Die vorliegende Erfindung be trifft die Verwendung von Sol-Gel-Glas, das im Bezug auf Feuchtigkeit hoch resistent ist, um die wasserempfindlichen Sulfid-Fluoreszenzmaterialien von Wasser zu isolieren.The two types of fluorescent materials give red and green light, and the LED gives blue light. The light from these three different wavelengths can be combined the so that there is white light. The fluorescent materials shown here, the red and imitate green light efficiently and the one made of fluorescent materials with YAG or one their oxide exist and can be excited by LEDs with blue light were in the past not known. The inventors discovered that while sulfide fluorescent material give good results, sulfides react strongly with water, so that the isolie of the fluorescent material of water are crucial. The present invention be meets the use of sol-gel glass, which is highly resistant to moisture isolate the water sensitive sulfide fluorescent materials from water.
Die Glasbeschichtung ist undurchlässig für Wasser, so daß Sulfid-Fluoreszenzmaterialien verwendet werden können.The glass coating is impermeable to water, so that sulfide fluorescent materials can be used.
Die hier beschriebene lichtemittierende Vorrichtung unterscheidet sich von dem Stand der Technik dadurch, daß das lichtemittierende Element auf dem Substrat in einer Flipchipan ordnung montiert ist. Die Auswahl eines harten Materials als Verpackungsmaterial ist er wünscht, da die Elementanordnung in der Lage ist, größere Spannungen zu handhaben. Durch Kombination einer Flip-Chip-Anordnung mit einem Verkapselungsverfahren mit feinem Fluoreszenzmaterial enthaltendem Glas kann eine LED-Verpackung mit einer mehr zuverläs sigen Konstruktion für praktische Zwecke erreicht werden.The light-emitting device described here differs from the state the technique in that the light emitting element on the substrate in a flip chip order is mounted. He is the choice of a hard material as packaging material desires because the element assembly is able to handle greater stresses. By Combination of a flip-chip arrangement with an encapsulation method with fine Glass containing fluorescent material can be more reliable than LED packaging construction for practical purposes.
Claims (8)
ein lichtemittierendes Element bestehend aus einem Galiumnitrid-Halbleiterelement; und
einer Glasschicht, die auf dem Weg des Lichtes angeordnet ist, das von dem lichtemit tierenden Element ausgegeben wird, und die Fluoreszenzmaterial enthält, um das Ausgangs licht aufzunehmen und ein umgesetztes Licht zu erzeugen, welches in eine Wellenlänge um gesetzt ist, die sich von der des Ausgangslichtes unterscheidet;
wobei das emittierte Licht und das umgesetzte Licht verwendet werden, um ein im wesentlichen weißes Licht zu erzeugen.1. A light emitting device in which a semiconductor light emitting element - flip chip is electrically connected to terminals on a substrate, the device comprising:
a light emitting element consisting of a galium nitride semiconductor element; and
a glass layer which is arranged on the path of the light which is emitted by the light-emitting element and which contains fluorescent material in order to receive the output light and to produce a converted light which is set to a wavelength which differs from that the output light differs;
wherein the emitted light and the converted light are used to produce a substantially white light.
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