DE102004006513A1

DE102004006513A1 - Verfahren zum Herstellen einer Led

Info

Publication number: DE102004006513A1
Application number: DE102004006513A
Authority: DE
Inventors: Kheng Leng Tan; Abdul Karim Aizar; Su Lin Bayan Lepas Oon; Boon Chun Tanjong Bungah Tan
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2004-09-23
Also published as: US6806658B2; US20040183471A1; JP2004274040A

Abstract

Es wird eine LED offenbart, die einen Lichtemitter umfaßt, der Licht einer ersten Wellenlänge emittiert, und eine Phosphorschicht, die einen Teil dieses Lichts in ein Licht einer zweiten Wellenlänge umwandelt. Die Phosphorschicht umfaßt ein pulverisiertes Phosphor, das in einem photoaushärtbarem Medium suspendiert ist, das sich auf eine Belichtung mit Licht einer Aushärtungswellenlänge hin stabilisiert. Die Phosphorschicht kann ferner einen thixotropen Stoff umfassen, der die Rate, bei der sich das pulverisierte Phosphor in dem Medium setzt, bevor das Medium mit Licht der Aushärtungswellenlänge belichtet wird, verringert. Das photoaushärtbare Medium umfaßt ein photoaushärtbares Epoxy, das innerhalb eines Zeitraums aushärtet, der im Vergleich zu der Absetzzeit des Phosphorpulvers in dem Medium kurz ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf lichtemittierende Dioden.

Für die Zwecke der vorliegenden Erörterung wird die vorliegende Erfindung anhand einer „Weiß" emittierenden lichtemittierenden Diode (LED) erläutert; die bei der vorliegenden Erfindung gelehrten Verfahren können jedoch auf eine breite Palette von LEDs angewandt werden. Eine Weiß emittierende LED, die Licht emittiert, das von einem menschlichen Beobachter als „weiß" wahrgenommen wird, kann hergestellt werden, indem eine LED erzeugt wird, die eine Kombination aus blauem und gelbem Licht im richtigen Intensitätsverhältnis emittiert. LEDs, die ein Blau einer hohen Intensität emittieren, sind in der Technik bekannt. Gelbes Licht kann aus dem blauen Licht erzeugt werden, indem manche der blauen Photonen über ein geeignetes Phosphor umgewandelt werden. Bei einem Entwurf bedeckt eine transparente Schicht, die verteilte Partikel des Phosphors enthält, einen LED-Chip. Die Phosphorpartikel sind in einem Vergußmaterial verteilt, das die lichtemittierenden Oberflächen der Blau-LED umgibt. Um eine Weiß emittierende LED zu erhalten, muß die Dicke und Gleichmäßigkeit der verteilten Phosphorartikel streng gesteuert werden.

Bei einem Entwurf ist die LED an einer Wärmesenke in einer Mulde in einer Basis einer gedruckten Schaltungsplatine angebracht. Die Mulde weist reflektierende Seiten auf, die eine reflektierende „Schale" bilden, wobei sich der LED-Chip auf dem Boden derselben befindet. Das Phosphor wird mit Flüssiggußepoxy gemischt und in die Schale eingespritzt. Das Teil wird anschließend zwei Stunden lang warmgehärtet.

Ungünstigerweise weist dieses Herstellungssystem aufgrund einer ungleichmäßigen Phosphorverteilung in der reflektierenden Schale eine geringe Ausbeute auf. Die Dichte der Phosphorpartikel ist größer als die des Flüssiggußepoxy, und daher tendieren die Partikel dazu, sich zum Boden der Reflektorschale hin abzusetzen. Folglich ist die Phosphormenge über den Chip verringert, was wiederum das Verhältnis von gelbem zu blauem Licht, das durch die fertiggestellte Vorrichtung erzeugt wird, verringert. Eine derartige Vorrichtung emittiert Licht, das bläulich-weiß ist statt weiß.

Ferner tendiert das Flüssiggußepoxy dazu, während des Warmhärtungsvorgangs zu schrumpfen. Dies kann zu einem Teil führen, bei dem das obere Ende des Chips freiliegt. Dies führt ferner zu einer Farbverschiebung, die unerwünscht ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtquelle und ein Verfahren zu schaffen, die die Herstellung einer LED erleichtern.

Diese Aufgabe wird durch eine Lichtquelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

Die vorliegende Erfindung ist eine LED, die einen Lichtemitter umfaßt, der Licht einer ersten Wellenlänge emittiert, und eine Phosphorschicht, die einen Teil dieses Lichts in ein Licht einer zweiten Wellenlänge umwandelt. Die Phosphorschicht umfaßt ein pulverisiertes Phosphor, das in einem photoaushärtbaren Medium suspendiert ist, das sich auf eine Belichtung mit Licht einer Aushärtungswellenlänge hin stabilisiert bzw. verfestigt. Die Phosphorschicht kann ferner einen thixotropen Stoff umfassen, der die Rate, bei der sich das pulverisierte Phosphor in dem Medium setzt, bevor das Medium mit Licht der Aushärtungswellenlänge belichtet wird, verringert. Das photoaushärtbare Medium umfaßt ein photoaushärtbares Epoxy, das innerhalb eines Zeit raums aushärtet, der im Vergleich zu der Absetzzeit des Phosphorpulvers in dem Medium kurz ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht einer fertiggestellten Weiß emittierenden LED 10.
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebenen Probleme, indem sie die Sedimentation der Phosphorpartikel verringert. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet ein UV-ausgehärtetes Epoxy, das sich innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums stabilisiert, zusammen mit einem thixotropen Stoff, der die Sedimentation der Phosphorpartikel verzögert.
Die Art und Weise, auf die die vorliegende Erfindung ihre Vorteile liefert, werden unter Bezugnahme auf 1, die eine Querschnittsansicht einer fertiggestellten Weiß emittierenden LED 10 ist, leichter verständlich. Die LED 10 umfaßt eine reflektierende Schale 17, die in einer Mulde in einer Basis einer gedruckten Schaltungsplatine gebaut ist. Der Halbleiterchip 12 der Blau emittierenden LED ist an einer Wärmesenke 18 angebracht, die den Boden der Schale 17 bedeckt. Die Schale 17 ist mit einem Gußepoxy 22 gefüllt, in dem die Phosphorpartikel suspendiert sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die Phosphorpartikel einen mittleren Partikeldurchmesser von 4 μm oder mehr auf und sind in dem Epoxymedium gleichmäßig verteilt. Über einen Draht 15, der mit einem elektrischen Kontaktloch 21 verbunden ist, wird eine elektrische Verbindung zu der oberen Oberfläche des Chips 12 hergestellt. Die zweite Verbindung mit dem Chip 12 wird durch die Unterseite des Chips hergestellt. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurde diese Verbindung weggelassen. Eine optische Kuppel 16 ist über dem eingekapselten Chip plaziert, um die Art und Weise, auf die Licht extrahiert wird, zu steuern.
Die bevorzugte Phosphorzusammensetzung umfaßt Partikel eines Metallaluminiumoxids mit einem mittleren Durchmesser, der größer ist als 4 μm. Da Phosphore zur Verwendung beim Herstellen von Weiß emittierenden LEDs in der Technik bekannt sind, werden sie hier nicht ausführlich erläutert. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 6,501,100 ein Phosphorsystem zum Herstellen von Weiß-LEDs. Dieses Material ist in einem UV-aushärtbaren Epoxyharz suspendiert, das einen thixotropen Stoff enthält, der ermöglicht, daß die gelatineartige Zusammensetzung vor einem Aushärten mit UV-Licht in die reflektierenden Schalen eingespritzt wird. Das bevorzugte Epoxyharz ist eine Ein-Komponenten-Zusammensetzung, die cycloaliphatisches Novolak-Bisphenol A, UVI 6990, UVI 6074 und Photoinitiatoren aufweist. Diese Materialien sind von Union Carbide oder Dow Chemicals im Handel erhältlich. Die Zusammensetzungen sind so eingestellt, daß das Epoxy innerhalb von zwei bis vier Sekunden aushärtet, wenn es mit einer UV-Lichtquelle im Bereich von 320-390 nm bei einer Intensität von 1-2 J/cm² belichtet wird. Geeignete thixotrope Stoffe sind von Degussa AG, Aerosil & Silanes, Produktsicherheit AS-FA-PS, Postfach 1345, D-63403 Hanau, erhältlich (Aerosil 130, Aerosil 150, Aerosil 200, Aerosil 300, Aerosil 380, Aerosil R202, Aerosil R805, Aerosil R812, Aerosil R812S, Aerosil R816, Aerosil R972 und Aerosil R974). Weitere thixotrope Stoffe, die sich für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eignen, sind von Cabot Corporation, Cab-O-Sil Division, 700E. U.S. Highway 36, Tuscola, IL 61953-9643, USA, erhältlich (CAB-O-SIL TS-530, CABO-O-SIL TS-610, CABO-O-SIL TS-720, CAB-O-SIL LM-130, CAB-O-SIL LM-150, CAB-O-SIL M-5, CAB-O-SIL M-5P, CAB-O-SIL MS-55, CAB-O-SIL H-5). Die Konzentration der thixotropen Stoffe hängt von dem jeweiligen gewählten Stoff ab; allgemein werden diese Stoffe jedoch bei Konzentrationen von weniger als 30 % verwendet.
Die schnelle Aushärtungszeit zusammen mit dem thixotropen Stoff gewährleistet, daß sich das Epoxy stabilisiert, bevor die Phosphorpartikel sich auf dem Boden der reflektierenden Schale setzen können. Daher sind die Probleme, die mit dem Absetzen der Partikel zusammenhängen, beträchtlich verringert. Ferner erhöht die kürzere Aushärtungszeit den Durchsatz der Produktionskette und verringert somit die Herstellungskosten. Das Ein-Komponenten-Epoxyharz eliminiert ferner durch Menschen verursachte Fehler beim Mischen des bisher verwendeten warmgehärteten Zwei-Komponenten-Systems. Schließlich werden durch diese Epoxyzusammensetzung die Probleme, die mit der Schrumpfung des Epoxymaterials zusammenhängen, beträchtlich verringert.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden ein sich sehr schnell stabilisierendes Epoxy. Man sollte jedoch beachten, daß die vorliegende Erfindung mit jeglichem Epoxy zufriedenstellend funktioniert, bei dem die Stabilisierungszeit im Vergleich zu der Zeit, die benötigt wird, damit sich das pulverisierte Phosphor ausreichend setzt, um die Konzentration des Phosphors in der Harzschicht über dem Chip, das die LED enthält, zu verändern, gering ist. Solange sich die Konzentration des Phosphors in der Schicht nicht um mehr ändert als während des Aushärtungsvorgangs, liefert die vorliegende Erfindung einen beträchtlichen Vorteil gegenüber bekannten Systemen.

Claims

Lichtquelle (10, die folgende Merkmale aufweist: einen Lichtemitter (12), der Licht einer ersten Wellenlänge emittiert; und eine Phosphorschicht (22), die die LED bedeckt, wobei das Phosphor einen Teil des Lichts der ersten Wellenlänge in ein Licht einer zweiten Wellenlänge umwandelt, wobei die Phosphorschicht (22) ein in einem photoaushärtbaren Medium suspendiertes pulverisiertes Phosphor aufweist, das sich auf eine Belichtung mit einem Licht einer Aushärtungswellenlänge hin stabilisiert.
Lichtquelle (10) gemäß Anspruch 1, bei der der Lichtemitter (12) eine LED umfaßt.
Lichtquelle (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der sich das photoaushärtbare Medium in einer geringeren Zeit stabilisiert als für eine mehr als 0,5%ige Veränderung der Konzentration des Phosphors in der Schicht über der LED erforderlich ist.
Lichtquelle (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das photoaushärtbare Medium ein Epoxyharz umfaßt.
Lichtquelle (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Phosphorschicht (22) ferner einen thixotropen Stoff umfaßt, der die Rate, mit der sich das pulverisierte Phosphor in dem Harz setzt, bevor das Harz mit dem Licht der Aushärtungswellenlänge belichtet wird, verringert.
Verfahren zum Herstellen einer LED, das folgende Schritte umfaßt: Anbringen einer LED, die Licht einer ersten Wellenlänge emittiert, auf einem Substrat; Suspendieren eines Pulvers eines Phosphors, das Licht der ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Länge umwandelt, in einem photoaushärtbaren Material, das sich auf eine Belichtung mit einem Licht einer Aushärtungswellenlänge hin stabilisiert; Bedecken der LED mit einer Schicht des suspendierten photoaushärtbaren Mediums; und Belichten des photoaushärtbaren Harzes mit einem Licht der Aushärtungswellenlänge.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem sich das photoaushärtbare Harz in einer geringeren Zeit stabilisiert als für eine mehr als 0,5%ige Veränderung der Konzentration des Phosphors in der Phosphorschicht (22) über der LED erforderlich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem das photoaushärtbare Medium ein Epoxyharz umfaßt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das photoaushärtbare Harz ferner einen thixotropen Stoff umfaßt, der die Rate, mit der sich das pulverisierte Phosphor in dem Harz setzt, bevor das Harz mit dem Licht der Aushärtungswellenlänge belichtet wird, verringert.