DE102005046418B4

DE102005046418B4 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102005046418B4
Application number: DE102005046418.1A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Harada
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2006100543A; JP4756841B2; CN100446283C; DE102005046418A1; US20060065906A1; CN1770488A; US7442563B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung (10, 20), umfassend ein Gehäuse (13) mit einer Vertiefung (13a) und eine Leistungszufuhrleitung (11, 12, 13b, 13c), ein mit der Leistungszufuhrleitung (11, 12, 13b, 13c) an einer Bodenfläche der Vertiefung (13a) elektrisch verbundenes Leuchtelement (14) und eine innerhalb der Vertiefung (13a) vorgesehene Wellenlängenumwandlungsschicht (15), wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht (15) Teilchen eines Wellenlängenumwandlungsmaterials (15a) enthält, welches zur Abstrahlung von Wellenlängen-umgewandeltem Licht durch Anregungslicht vom Leuchtelement (14) dient, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht (15) innerhalb der Vertiefung (13a) umfasst, wobei der Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht (15) umfasst:einen ersten Schritt des Einfüllens eines ersten optisch transparenten Harzes (17) ohne Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung (13a) dergestalt, dass eine obere Oberfläche des Leuchtelements (14) etwas freiliegt, und dergestalt, dass eine Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes (17) in einer Schüsselform ausgebildet wird, während die Oberfläche in Richtung des äußeren Bereichs ansteigt;einen zweiten Schritt des Einfüllens eines zweiten optisch transparenten Harzes (18) mit darin enthaltenem Wellenlängenumwandlungsmaterial (15a) in die Vertiefung (13a) oberhalb des ersten optisch transparenten Harzes (17); undeinen dritten Schritt des Aushärtens des ersten optisch transparenten Harzes (17) und des zweiten optisch transparenten Harzes (18).

Description

STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung, die es erlaubt, Licht von einem Leuchtelement durch eine Wellenlängenumwandlungsschicht hindurch auszustrahlen bzw. zu emittieren, die das von dem Leuchtelement ausgestrahlte Anregungslicht mit Wellenlängen-umgewandeltem Licht von der Wellenlängenumwandlungsschicht mischt und die dann das Licht nach außen abstrahlt.
Detaillierte Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Die Japanische Patentveröffentlichungsschrift JP 2004 - 119 838 A offenbart ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen einer LED, welche als diese Art von Halbleiterleuchtvorrichtung verwendet wird, welche in 1 (A) und 1 (B) gezeigt ist.
Gemäß diesem Patentdokument wird nämlich ein Gehäuse 1 aus einem thermoplastischen Harz ausgeformt und hat an seiner oberen Oberfläche eine lichtreflektierende Vertiefung 1a, wie in 1(A) gezeigt. Leitungsrahmen 2 werden in das Gehäuse 1 eingeformt. Die Leitungsrahmen 2 liegen auf der Bodenfläche innerhalb der Vertiefung 1a frei.
Am Boden der Vertiefung 1a wird ein LED-Chip 3 auf die Anschlussrahmen 2 aufgesetzt und wird elektrisch mittels Rohchip-Verbindens („die bonding“) oder Drahtverbindens mit den Leitungsrahmen 2 elektrisch verbunden (in der Figur nicht gezeigt).
Danach wird ein erstes Dichtharz 5 in die Innenseite der Vertiefung 1a bis ungefähr zu ihrer halben Höhe eingegeben, um den LED-Chip 3 zu bedecken. Dann wird ein zweites Dichtharz 6 über das erste Dichtharz 5 aufgegeben. In dem zweiten Dichtharz 6 ist ein fluoreszierendes Material 6a enthalten, um als ein Wellenlängenumwandlungsmaterial einer bestimmten Menge von Teilchen zu dienen. Das fluoreszierende Material 6a innerhalb des zweiten Dichtharzes 6 wird mit einer Teilchenkonzentration hergestellt, die es diesen Teilchen nicht erlaubt, sich während der Auftragung abzulagern bzw. abzusinken.
Wie weiterhin in 1(B) gezeigt, lagert sich das fluoreszierende Material 6a der Teilchen innerhalb des zweiten Dichtharzes 6 ab und wandert durch sein eigenes Gewicht nach unten zum ersten Dichtharz 5.
Als letztes wird die LED durch Aushärten des ersten Dichtharzes 5 und des zweiten Dichtharzes 6 vollendet.
Gemäß dem Herstellungsverfahren einer LED dieser Aufbauform wird die obere Oberfläche des ersten Dichtharzes 5 beim Aufbringen des ersten Dichtharzes 5, welches eine vergleichsweise niedrige Viskosität aufweist, fast flach innerhalb der Vertiefung 1a hergestellt, ohne das fluoreszierende Material 6a zu enthalten. Zusätzlich wird die Konzentrationsverteilung des fluoreszierenden Materials 6a fast gleichförmig in horizontaler Richtung gemacht, und zwar durch Aufgeben des zweiten Dichtharzes 6 mit fast gleichförmiger Dicke oberhalb des ersten Dichtharzes 5.
Danach lagert sich das fluoreszierende Material 6a innerhalb des zweiten Dichtharzes 6 durch sein eigenes Gewicht ab. Nach der Ablagerung ist die Konzentration des fluoreszierenden Materials 6a in der horizontalen Richtung fast gleichförmig, und man kann Lichtabstrahleigenschaften ohne jegliche ungleiche Farbe erhalten.
Das Herstellungsverfahren einer LED mit dieser Art von Aufbau hat jedoch die folgenden Arten von Problemen:
Das zweite Dichtharz 6 wird nämlich mit einer fast gleichförmigen Dicke aufgetragen und die Teilchen des fluoreszierenden Materials 6a, die innerhalb dieses Harzes 6 enthalten sind, sinken durch das erste Dichtharz 5 ab. Der LED-Chip 3 liegt jedoch nahe der Mitte der Vertiefung 1a. Dadurch bewirkt die Konzentrationsverteilung des fluoreszierenden Materials 6a in Höhenrichtung, dass ein Pegelunterschied bzw. Niveauunterschied zwischen oberhalb des LED-Chips 3 und an der Bodenfläche der Vertiefung 1a um den Chip 3 herum auftritt. Dieser Niveauunterschied ist gleich der Höhe des LED-Chips 3.
Auch wird die Anregungsenergie des sich am äußeren Bereich bzw. an der Peripherie des LED-Chips 3 befindlichen fluoreszierenden Materials 6a kleiner, wenn sich der Abstand vom LED-Chip 3 vergrößert, wodurch bewirkt wird, dass sich der Umwandlungswirkungsgrad der gesamten LED verringert.
Und noch weiter wird das fluoreszierende Material 6a aufgrund des Absinkens auf dem oberen Bereich des LED-Chips 3 und um den Chip 3 herum in zwei Dimensionen gleichförmig (flach). Es ist eine gut bekannte Tatsache, dass dann, wenn der LED-Chip 3 blaues Licht abstrahlt und das fluoreszierende Material 6a zu dieser Zeit das blaue Licht in gelbes Licht umwandelt, eine gemischte Lichtfarbe, welche aus dem blauen Licht vom LED-Chip 3 und dem vom fluoreszierenden Material 6 erzeugten Wellenlängen-umgewandelten Licht besteht, ein etwas bläuliches Weiß über dem LED-Chip 3 wird, welcher blaues Licht in drei Dimensionen ausstrahlt, während diese gemischte Lichtfarbe dann um die Peripherie des LED-Chips 3 herum ein gelbes Weiß wird.
Zusätzlich erzeugt das fluoreszierende Material 6a aufgrund eines Energieverlustes während der Wellenlängenumwandlung Wärme. Wenn es dem fluoreszierenden Material 6a erlaubt ist, sich abzulagern, sinken die Teilchen des fluoreszierenden Materials 6a durch das erste Abdeckharz 5, was dazu führt, dass die Dichte des fluoreszierenden Materials 6a nach dem Absinken nicht sehr hoch ist. Folglich geht die von dem fluoreszierenden Material 6a erzeugte Wärme durch das erste Abdeckharz 5 und erreicht das aus einem thermoplastischen Harz hergestellte Gehäuse 1, durch das es zur Außenseite dissipiert. Dies wiederum führt zu einer uneffizienten und schlechten Wärmeableitung aufgrund einer unzureichenden Wärmeleitfähigkeit sowohl des ersten Abdeckharzes 5 als auch des Gehäuses 1.
Diese Art von Problem taucht nicht nur bei blauen LED-Chips auf, sondern existiert ähnlich auch bei LED-Chips, welche andere Farben abstrahlen, als auch bei Halbleiterleuchtvorrichtungen, wie beispielsweise LEDs, welche eine gemischte Lichtfarbe abstrahlen, welche aus Licht von anderen Leuchtelementen und Wellenlängen-umgewandeltem Licht eines Wellenlängenumwandlungsmaterials besteht.
Zusätzlich betrifft dieses Problem nicht nur LEDs der Art, in welchen die Anschlussrahmen eingeformt sind. Beispielsweise taucht die gleiche Art von Problem in Halbleiterleuchtvorrichtungen, wie beispielsweise LEDs, auf, in denen eine Vertiefung an der oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildet wird und worin diese LEDs mit Elektrodenschichten versehen sind, welche aus einem leitfähigen Dünnfilm aufgebaut sind, welcher sich von der Bodenfläche der Vertiefung entlang der Seiten der Vertiefung hoch zur oberen Oberfläche des Substrats herumlegt und, gemäß den Verhältnissen, entlang der Seitenoberflächen des Substrats nach unten zur zugehörigen hinteren Oberfläche.
Darüber hinaus sei auf DE 102 29 067 A1 hingewiesen, die ein optoelektronisches Bauelement sowie zugehöriges Herstellungsverfahren offenbart, wobei das optoelektronisches Bauelement mit mindestens einem eine Kavität aufweisenden Grundgehäuse und wenigstens einem in der Kavität angeordneten elektromagnetische Strahlung emittierenden und/oder empfangenden Halbleiterchip ausgestattet ist.
Außerdem zeigt US 2003 / 0 038 295 A1 eine Lichtemittiervorrichtung mit einem fluoreszierenden Teil, der von einem lichtemittierenden Halbleiterelement angeregt wird.
Abschließend zeigt JP 2002 - 33 517 A ein lichtemittierendes Element sowie dessen Herstellungsverfahren. Das lichtemittierende Element weist einen Halbleiter-LED-Chip bedeckt von einem lichtdurchlässigen Harz sowie eine Lichtzerstreuungsschicht bestehend aus einer Glasschicht und einer weiteren Harzschicht auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung der oben angesprochenen Punkte ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach Anspruch 1 bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau verwendet, in welchem keine ungleichmäßige Farbe in einer gemischten Farbe von Licht auftritt, das aus Anregungslicht von einem Leuchtelement und aus mittels eines Wellenlängenumwandlungsmaterials erzeugten wellenlängenumgewandeltem Licht besteht, und welches außerdem eine effiziente und vorteilhafte Ableitung von Wärme erreicht, die als Energieverlust durch die Wellenlängenumwandlung des Wellenlängenumwandlungsmaterials abgestrahlt wird. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
Einer der Aspekte der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung. Die Halbleiterleuchtvorrichtung umfasst: ein Gehäuse mit einer Vertiefung und eine Leistungszufuhrleitung; ein mit der Leistungszufuhrleitung an einer Bodenfläche der Vertiefung elektrisch verbundenes Leuchtelement; und eine innerhalb der Vertiefung vorgesehene Wellenlängenumwandlungsschicht, wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht Teilchen eines Wellenlängenumwandlungsmaterials enthält, welches zur Abstrahlung von Wellenlängen-umgewandeltem Licht durch Anregungslicht vom Leuchtelement dient. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht innerhalb der Vertiefung und der Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht umfasst: einen ersten Schritt des Einfüllens eines ersten optisch transparenten Harzes ohne Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung dergestalt, dass eine obere Oberfläche des Leuchtelements etwas freiliegt und dass eine Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes in einer Schüsselform ausgebildet wird, während die Oberfläche in Richtung des äußeren Bereichs ansteigt; einen zweiten Schritt des Füllens eines zweiten optisch transparenten Harzes mit darin enthaltenem Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung oberhalb des ersten optisch transparenten Harzes; und einen dritten Schritt des Aushärtens des ersten optisch transparenten Harzes und des zweiten optisch transparenten Harzes.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung können das erste optisch transparente Harz und das zweite optisch transparente Harz jeweils ein wärmeaushärtbares Harz sein, welche die Eigenschaften haben, dass ihre Viskosität verringert wird, während sie aufgeheizt werden. Wenn in diesem Fall das erste und das zweite optisch transparente Harz aufgeheizt werden, um im dritten Schritt ausgehärtet zu werden, sinken die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes aufgrund der verringerten Viskositäten des ersten und des zweiten optisch transparenten Harzes nach unten und lagern sich oben auf dem Leuchtelementchip und um den Chip herum ab.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich die Vertiefung nach oben erweitert. Weiterhin kann das Wellenlängenumwandlungsmaterial vorzugsweise ein fluoreszentes Material sein.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann die Leistungszufuhrleitung innerhalb des Gehäuses eingeformt sein und kann einen Leitungsrahmen umfassen, welcher an einer Bodenfläche der Vertiefung freiliegt.
Alternativ kann die Leistungszufuhrleitung eine Elektrodenschicht umfassen, welche aus einem leitenden Dünnfilm gebildet wird, welcher mindestens teilweise auf einer Oberfläche des Gehäuses, einer Seitenwand der Vertiefung und / oder einer Bodenfläche der Vertiefung abgeschieden ist.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung. Das Verfahren umfasst: Herstellen eines Gehäuses mit einer Vertiefung an einer oberen Fläche des Gehäuses und einer Strom- bzw. Leistungszufuhrleitung; Anordnen eines Leuchtelementes an einer Bodenfläche der Vertiefung und elektrisches Verbinden des Leuchtelementes mit der Leistungszufuhrleitung; und Bilden einer Wellenlängenumwandlungsschicht innerhalb der Vertiefung, wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht Teilchen eines Wellenlängenumwandlungsmaterials zum Abstrahlen Wellenlängen-umgewandelten Lichts enthält, und zwar durch Anregungslicht vom Leuchtelement. Die Halbleiterleuchtvorrichtung kann ein gemischtes Licht nach außen abstrahlen, welches aus dem Anregungslicht und dem Wellenlängen-umgewandelten Licht besteht. Der Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht umfasst: einen ersten Schritt des Einfüllens eines ersten optisch transparenten Harzes ohne Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung dergestalt, dass eine obere Oberfläche des Leuchtelements etwas freiliegt und dass eine Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes in einer Schüsselform ausgebildet wird, während die Oberfläche in Richtung des äußeren Bereichs ansteigt; einen zweiten Schritt des Füllens eines zweiten optisch transparenten Harzes mit darin enthaltenem Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung oberhalb des ersten optisch transparenten Harzes; und einen dritten Schritt des Aushärtens des ersten optisch transparenten Harzes und des zweiten optisch transparenten Harzes.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird beim Bilden der Wellenlängenumwandlungsschicht zunächst ein erstes optisch transparentes Harz in die Vertiefung dergestalt eingefüllt, dass die obere Oberfläche des Leuchtelementes etwas freiliegt. Damit zusammen wird die Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes in einer Schüsselform dergestalt ausgebildet, dass sie in Richtung des äußeren Bereichs bzw. der Peripherie ansteigt.
Entsprechend ist die obere Oberfläche des Leuchtelementes im niedrigsten Bereich der oberen Oberfläche des schüsselförmigen ersten optisch transparenten Harzes leicht freiliegend.
Von diesem Zustand ausgehend, wird dann ein zweites optisch transparentes Harz, welches ein Wellenlängenumwandlungsmaterial umfasst, in die Vertiefung eingefüllt. Deshalb wird die Dicke des zweiten optisch transparenten Harzes allmählich in radialer Richtung von der Mitte in Richtung des äußeren Bereichs aus dünner, und zwar durch Ausbilden der unteren Oberfläche des zweiten optisch transparenten Harzes in einer Schüsselform. Daher ist der Konzentrationsgradient des Wellenlängenumwandlungsmaterials, das im zweiten optisch transparenten Harz enthalten ist, so festgesetzt, dass er radial nach außen gerichtet geringer wird.
Danach, wenn das erste und zweite optisch transparente Harz zum Wärmeaushärten aufgeheizt werden, sinken die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials, welche innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes enthalten sind, aufgrund der sich zeitweise verringernden Viskositäten dieser optisch transparenten Harze durch ihr eigenes Gewicht zu Boden und lagern sich oben auf dem Leuchtelement und auf der Bodenfläche der Vertiefung um das Leuchtelement herum an. Dies vervollständigt die Bildung der Wellenlängen umwand lungsschicht.
Weil die Konzentration des Wellenlängenumwandlungsmaterials in der Nähe des Leuchtelementes (um den äußeren Bereich herum und auf der oberen Oberfläche) hoch ist, wird das Wellenlängenumwandlungsmaterial während dieses Ablaufs bzw. Prozessschritts mit einer gleichförmigen Dichte in drei Dimensionen um das Leuchtelement herum ausgebildet.
Folglich wird die Anregungsintensität des Wellenlängenumwandlungsmaterials aufgrund des von dem Leuchtelement abgestrahlten Lichts in radialer Richtung fast gleichförmig, wodurch es ermöglicht wird, Leuchteigenschaften im Ganzen ohne jegliche ungleichmäßige Farbe zu erlangen.
Die obere Oberfläche des Leuchtelementes steht in direktem Kontakt mit dem zweiten optisch transparenten Harz. Deshalb setzen sich oben auf dem Leuchtelement die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials direkt auf die obere Oberfläche des Leuchtelements ab.
Sogar falls die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials aufgrund eines Energieverlustes aus der Wellenumwandlung während des Betriebs der Halbleiterleuchtvorrichtung Wärme erzeugen, wird diese Wärme daher vom Leuchtelement durch das Gehäuse und dergleichen abgeleitet, wodurch man eine effiziente und vorteilhafte Wärmeableitung erhält.
Weil dies auch zu einer Steuerung von Temperaturanstiegen des Leuchtelementes und daraus der Halbleiterleuchtvorrichtung führt, gibt es keine Verringerung im Leuchtwirkungsgrad aufgrund von Temperaturanstiegen.
Das oben beschriebene erste und zweite optische transparente Harz können aus einem wärmeaushärtbaren Harz aufgebaut sein, das Eigenschaften hat, welche die Viskosität zeitweise verringern, während sie aufgeheizt werden. Wenn folglich das erste und das zweite optische transparente Harz aufgeheizt werden, um in dem oben beschriebenen dritten Schritt ausgehärtet zu werden, können die innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes des Wellenlängenumwandlungsmaterials vorhandenen Teilchen aufgrund der verringerten Viskositäten der Harze durch ihr eigenes Gewicht nach unten sinken. Wenn das erste und das zweite optisch transparente Harz zum Aushärten aufgeheizt werden, und die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials sich auf dem Leuchtelement und um das Element herum auf diese Art absetzen, werden die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials, das innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes enthalten ist, direkt auf dem Leuchtelement und auf der Bodenfläche der Vertiefung um das Element herum durch das erste optisch transparente Harz hindurch abgesetzt. Dies führt dazu, dass die Wärmeabführeigenschaften von dem Wellenlängenumwandlungsmaterial verbessert werden.
Wenn die oben beschriebene Vertiefung dergestalt ausgeformt wird, dass sie sich nach oben weitet, können das vom Leuchtelement abgestrahlte zur Anregungslicht oder das vom Wellenlängenumwandlungsmaterial abgestrahlten wellenlängenumgewandelte Licht auf die Seitenwand der lichtreflektierenden Vertiefung einfallen und nach oben reflektiert werden, wodurch der Ausbeutewirkungsgrad des Lichts verbessert wird.
Falls das Anregungslicht vom Leuchtelement auf das Wellenlängenumwandlungsmaterial auftrifft, wenn das Wellenlängenumwandlungsmaterial ein fluoreszierendes Material ist, wird das Wellenlängenumwandlungsmaterial angeregt und strahlt fluoreszierendes Licht als das wellenlängenumgewandelte Licht ab.
Wenn die Strom- bzw. Leistungszufuhrleitung des Lichtelementes innerhalb des Gehäuses eingeformt ist und auch aus einem an der Bodenfläche der Vertiefung freiliegendem Leitungsrahmen aufgebaut ist, kann die vorliegende Erfindung auf eine Halbleiterleuchtvorrichtung vom Leitungsrahmen-Typ angewandt werden.
Wenn die Leistungszufuhrleitung zum Leuchtelement aus Elektrodenschichten besteht, die aus einem leitfähigen Dünnfilm an der Oberfläche des Substrats als auch an der Seitenwand und der Bodenfläche der Vertiefung ausgebildet sind, kann die vorliegende Erfindung auf eine Halbleiterleuchtvorrichtung von einem Oberflächenmontage-Typ angewandt werden, die beispielsweise ein Halbleitersubstrat nutzt.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisch transparentes Harz, welches ein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthält, in eine Vertiefung eingefüllt wird, wird zunächst ein erstes optisch transparentes Harz, das kein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthält, in die Vertiefung dergestalt eingefüllt, dass die obere Oberfläche des Leuchtelements etwas freiliegt bzw. herausschaut, und es in einer Schüsselform von der oberen Oberfläche des Leuchtelements in Richtung der äußeren Bereiche ansteigt. Danach wird ein zweites optisch transparentes Harz, das ein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthält, über dem ersten optisch transparenten Harz eingefüllt, um so die untere Oberfläche des zweiten optisch transparenten Harzes in einer Schüsselform auszubilden, wobei die Dicke zu den äußeren Bereichen hin allmählich dünner wird.
Gemäß dieses Aufbaus weist die Menge des in dem zweiten optisch transparenten Harz vorhandenen Wellenlängenumwandlungsmaterials einen Konzentrationsgradienten auf, welcher in Richtung der äußeren Bereiche allmählich abnimmt. Wenn die Viskositäten des ersten und des zweiten optisch transparenten Harzes zeitweilig verringert werden, während die optisch transparenten Harze einem Wärmeaushärten unterzogen werden, sinken dadurch die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials, das innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes enthalten ist, durch ihr eigenes Gewicht nieder und setzen sich auf dem Leuchtelement und auf der Bodenfläche der Vertiefung um das Leuchtelement herum ab.
Das Wellenlängenumwandlungsmaterial hat zu dieser Zeit in drei Dimensionen eine gleichförmige Dichte um das Leuchtelement als dem Zentrum herum, und gleichförmige Leuchteigenschaften ohne irgendeine ungleichmäßige Farbe werden erlangt. Da sich das Wellenlängenumwandlungsmaterial direkt auf dem Leuchtelement absetzt, wird die durch das Wellenlängenumwandlungsmaterial aufgrund eines Energieverlustes der Wellenumwandlung erzeugte Wärme effizient vom Substrat durch das Leuchtelement abgeführt.
Figurenliste
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klar, wobei:

1A und 1B schematische Querschnittsansichten sind, welche Herstellungsschritte gemäß einem herkömmlichen Beispiel eines LED-Herstellungsverfahrens in ihrer Reihenfolge zeigen;
2 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche den Aufbau einer mittels eines Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten LED zeigt;
3A, 3B und 3C schematische Querschnittsansichten sind, welche Herstellungsschritte der Wellenlängenumwandlungsschicht der in 2 gezeigten LED zeigen; und
4 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche den Aufbau einer LED zeigt, welche mittels eines Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den folgenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden diese im Detail in Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
Erste Ausführungsform
2 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Leuchtdiode bzw. LED, welche als eine erfindungsgemäße Halbleiterleuchtvorrichtung dient.
In 2 umfasst die LED 10: ein Paar von Leitungsrahmen 11 und 12; ein integral ausgebildetes Gehäuse 13, um so diese Leitungsrahmen 11 und 12 auf einer festen Position zu halten; einen blauen LED-Chip 14, der auf einem Chip-montageabschnitt 11a einer der Leitungsrahmen 11 montiert ist, der innerhalb einer Vertiefung 13a freiliegt und auf der oberen Oberfläche dieses Gehäuses 13 vorgesehen ist; und eine mit einem Wellenlängenumwandlungsmaterial (beispielsweise einem fluoreszierenden Material) gemischte Wellenlängenumwandlungsschicht 15, die so ausgebildet ist, dass sie den blauen LED-Chip 14 innerhalb der Vertiefung 13a des Gehäuses 13 umgibt.
Die Leitungsrahmen 11 und 12 können aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet sein. Die Leitungsrahmen 11 und 12 sind mit dem Chipmontage-Abschnitt 11a bzw. einem Verbindungsabschnitt 12a an den entsprechenden Enden ausgestattet, welcher innerhalb der Vertiefung 13a frei liegen. Die Rahmen 11 und 12 können sich von den entsprechenden Seitenwänden des Gehäuses 13 zur unteren Oberfläche herumwickeln, und die anderen Enden davon bilden Verbindungsabschnitte 11b bzw. 12b zum Oberflächenmontieren.
Diese Leitungsrahmen 11 und 12 können durch Pressformen einer Metallplatte in eine vorbestimmte Form erzeugt werden.
Das Gehäuse 13 kann mit diesen Leitungsrahmen 11 und 12, die bei einem Einsatzformprozess als Einsätze dienen, integral ausgeformt sein. Die Vertiefung 13a ist in der Mitte der oberen Oberfläche des Gehäuses 13 vorgesehen, während sie sich in einer Schüsselform nach oben aufweitet.
Der Chip-Montageabschnitt 11a und der Verbindungsabschnitt 12a der entsprechenden Enden der Leitungsrahmen 11 und 12 liegen auf der Bodenfläche der Vertiefung 13a offen bzw. frei.
Der blaue LED-Chip 14 wird mit der Oberseite des Chip-Montageabschnitts 11a des Leitungsrahmens 11 innerhalb der Vertiefung 13a des Gehäuses 13 verbunden, und zwar zusammen mit einer auf der Chipoberfläche vorgesehenen Elektrode, welche mittels eines Verbindungsdrahts 16 mit dem Verbindungsabschnitt 12a des Leitungsrahmens 12 verbunden ist, welcher sich benachbart zu dem Chip befindet und innerhalb der Vertiefung 13a freiliegt.
Der blaue LED-Chip 14 kann blaues Licht abstrahlen, wenn eine Betriebsspannung daran angelegt wird. Die Wellenlängenumwandlungsschicht 15 kann aus einem hoch wärmewiderstandsfähigen wärmeformbaren transparenten Harz gebildet sein, wie beispielsweise einem transparenten Epoxydharz, welches mit einem Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a (kleine Teilchen eines fluoreszierenden Materials) gemischt ist. Bei diesem Aufbau sinkt das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a in die untere Seite dieser Schicht 15 ab.
Wenn das blaue Licht von dem blauen LED-Chip 14 auf diese Wellenlängenumwandlungsschicht 15 trifft, wird das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a durch das Licht angeregt, um gelbes Licht abzustrahlen. Das blaue Licht vom LED-Chip 14 und das gelbe Licht vom Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a werden gemischt, um ein weißes Licht zu erzeugen. Dies wird dann nach außen abgestrahlt.
Das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a kann ein YAG-Wellenlängenumwandlungsmaterial, das mit einem Element wie beispielsweise Cer oder Gadolinium dotiert ist, ein Wellenlängenumwandlungsmaterial, welches das Yttrium dieses Typs von YAG-Wellenlängenumwandlungsmaterial durch ein anderes Element ersetzt, und / oder ein orthosilikat-basiertes Wellenlängenumwandlungsmaterial verwenden. In dieser Ausführungsform ist das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a so festgesetzt, dass es bei Anregung durch blaues Licht von dem LED-Chip 14 ein fluoreszierendes gelbes Licht abstrahlt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wellenlängenumwandlungsschicht 15 folgendermaßen ausgebildet.
Der blaue LED-Chip 14 wird nämlich, in Bezug auf 3(A), auf den Chip-Montageabschnitt 11a des Leitungsrahmens 11 montiert, welcher an der Innenseite der Vertiefung 13a des Gehäuses 13 freiliegt. Wie in 3(B) gezeigt, wird in diesem Zustand zunächst ein erstes optisch transparentes Harz eingespritzt und in die Innenseite der Vertiefung 13a eingefüllt. Dieses erste optisch transparente Harz 17 besteht aus einem Epoxydharz und enthält kein Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a.
Das erste optisch transparente Harz 17 besteht vorzugsweise aus einem wärmeaushärtbaren Harz, welches zeitweise seine Viskosität für eine vergleichsweise kurze Zeitdauer durch Aufheizen verringert.
Zu diesem Zeitpunkt ist das erste optisch transparente Harz 17 bis zu einer Höhe aufgefüllt, welche die obere Oberfläche des blauen LED-Chips 14 in der Mitte etwas frei lässt und außerdem in einer Schüsselform von der oberen Oberfläche des blauen LED-Chips 14 aus in Richtung eines äußeren Bereichs bzw. der Peripherie nach oben ansteigt.
Als Nächstes wird ein zweites optisch transparentes Harz 18, welches das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a enthält, eingespritzt und in die Vertiefung 13a über dem in der Schüsselform vorliegenden ersten optisch transparenten Harz 17 eingefüllt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Oberfläche des eingefüllten Harzes 18 bis zu einer Höhe ausgebildet, welche fast identisch zur oberen Oberfläche des Gehäuses 13 ist.
Das zweite optisch transparente Harz 18 ist ebenfalls vorzugsweise aus einem wärmeaushärtbaren Harz zusammengesetzt, welches zeitweise die Viskosität für eine vergleichbar kurze Zeitdauer durch Heizen auf die gleiche Weise verringert.
Deshalb ist die untere Oberfläche des zweiten optisch transparenten Harzes 18 in Übereinstimmung mit der Form der oberen Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes 17 in einer Schüsselform ausgebildet. Folglich wird die Dicke des Harzes 18 in radialer Richtung zu dem äußeren Bereich hin allmählich dünner. In anderen Worten: der Konzentrationsgradient des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a, das in dem zweiten optisch transparenten Harz 18 enthalten ist, wird so gesetzt, dass er radial nach außen kleiner wird.
Danach wird das Gehäuse 13 in eine Harzaushärtevorrichtung gebracht, und das erste optisch transparente Harz 17 und das zweite optisch transparente Harz 18 werden zum Aushärten aufgeheizt.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Viskositäten des ersten und des zweiten optisch transparenten Harzes 17 und 18 zeitweise für eine vergleichbar kurze Zeitdauer verringert. Dadurch sinken die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a, das in dem zweiten optisch transparenten Harz 18 enthalten ist, durch ihr eigenes Gewicht ab und wandern zum ersten optisch transparenten Harz 17. Dadurch wird das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a, wie in 2 gezeigt, mit einer hohen Dichte oben auf dem blauen LED-Chip 14 als auch auf der Bodenfläche der Vertiefung 13a um den äußeren Bereich des LED-Chips herum abgesetzt.
Dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a innerhalb des oben beschriebenen zweiten optisch transparenten Harzes 18 kann ein Konzentrationsgradient in radialer Richtung gegeben werden. Aufgrund dessen tritt kein Unterschied im Pegel der Verteilung des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a zwischen der oberen Oberfläche des blauen LED-Chips 14 und um seinem äußeren Bereich auf, und das Wellenlängenumwandlungsmaterial setzt sich gleichförmig in drei Dimensionen ab.
Folglich werden das von dem blauen LED-Chip 14 abgestrahlte blaue Licht und das gelbe Licht, das einer Wellenlängenumwandlung durch das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a unterzogen wurde, abgestrahlt, und durch diese Mischung von Licht wird Weißlicht gebildet. Man kann zu diesem Zeitpunkt in drei Dimensionen durch die gleichförmige Verteilung des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a Lichtabstrahleigenschaften ohne irgendeine ungleichmäßige Farbe erlangen.
Weil sich, wie oben beschrieben, das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a mit einer hohen Dichte oben auf dem blauen LED-Chip 14 als auch um den Chip 14 herum ablagert, wird das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a direkt oben auf dem blauen LED-Chip 14 als auch auf der Bodenfläche der Vertiefung 13a um den Chip herum abgeschieden.
Deshalb wird, sogar falls Wärme durch Energieverlust während der Wellenlängenumwandlung des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a während des Betreibens der LED 10 erzeugt wird, diese Wärme effizient zum blauen LED-Chip 14 als auch zum Gehäuse 13 übertragen, wodurch es einfach gemacht wird, die Wärme abzuleiten. Folglich wird der Leuchtwirkungsgrad wegen des Temperaturanstiegs des blauen LED-Chips 14 durch die mittels des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a erzeugten Wärme nicht verringert. Dies kann einen vorteilhaften Leuchtwirkungsgrad erbringen.
Gemäß der Leuchtdiode bzw. LED 10 in dieser Ausführungsform wird anfänglich das erste optisch transparente Harz in die Vertiefung 13a in einer Schüsselform eingefüllt, wenn die Wellenlängenumwandlungsschicht 15 gebildet wird. Danach wird das zweite optisch transparente Harz 18, in welches das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a eingemischt ist, in die Vertiefung 13a über das erste optisch transparente Harz 17 eingefüllt. Dies stellt das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a, welches in dem zweiten optisch transparenten Harz 18 enthalten ist, mit einem Konzentrationsgradienten bereit, welcher in Richtung der äußeren Bereiche allmählich abnimmt.
Wenn das erste und zweite optisch transparente Harz 17 und 18 in diesem Zustand zum Aushärten aufgeheizt werden, werden die Viskositäten dieser Harze vergleichsweise niedriger. Deshalb sinkt das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a, das im zweiten optisch transparenten Harz 18 enthalten ist, durch sein eigenes Gewicht nach unten und wandert zum ersten optisch transparenten Harz 17. Das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a setzt sich dann auf der oberen Oberfläche des blauen LED-Chips 14 und auf der Bodenfläche der Vertiefung 13a um den Chip 14 herum ab.
Dies stellt das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a mit einer gleichförmigen Dichte in drei Dimensionen um den blauen LED-Chip 14 herum bereit, und zwar zentriert bezüglich des blauen LED-Chips 14. Daher ist die Anregungsintensität des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a aufgrund des blauen Lichts vom blauen LED-Chip 14 ebenfalls gleichförmig, und man erhält Lichtabstrahleigenschaften ohne eine im Ganzen ungleiche Farbe.
Zweite Ausführungsform
4 zeigt eine erfindungsgemäße zweite Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer LED, welche als eine Halbleiterleuchtvorrichtung dient.
Die LED 20 in 4 ist eine Leuchtdiode, welche nicht die Leitungsrahmen 11 und 12 der in 2 gezeigten LED 10 verwendet, sondern mit Elektrodenschichten 13b und 13c ausgerüstet ist. Die Elektrodenschichten 13b und 13c sind aus einem leitfähigen Dünnfilm, wie beispielsweise aus einem Metall, ausgebildet und erstrecken sich von der Bodenfläche der Vertiefung 13a des Gehäuses 13 (beispielsweise einem Halbleitersubstrat) über eine ansteigende Seitenwand hoch zur oberen Oberfläche des Gehäuses 13.
Die innerhalb der Vertiefung 13a ausgebildete Wellenlängenumwandlungsschicht 15 wird auf eine ähnliche Weise wie die oben beschriebene LED 10 ausgebildet, so wie in den 3A bis 3C gezeigt.
Beim Bilden der Wellenlängenumwandlungsschicht 15 wird zunächst das erste optisch transparente Harz 17 in einer Schüsselform in die Vertiefung 13a eingefüllt. Danach wird das zweite optisch transparente Harz, welchem das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a beigemischt ist, in die Vertiefung 13a oberhalb des ersten optisch transparenten Harzes 17 eingefüllt. Dies versieht das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a, das in dem zweiten optisch transparenten Harz 18 enthalten ist, mit einem Konzentrationsgradienten, welcher in Richtung des Umgebungsbereichs bzw. der Peripherie allmählich geringer wird.
Wenn das erste und zweite optisch transparente Harz 17 und 18 in diesem Zustand zum Härten aufgeheizt werden, werden die Viskositäten dieser Harze vergleichsweise geringer. Deshalb sinkt das innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes 18 enthaltene Wellenlängenumwandlungsmaterial durch sein eigenes Gewicht ab und wandert zum ersten optisch transparenten Harz 17. Das Wellenlängenumwandlungsmaterial setzt sich dann auf der oberen Oberfläche des blauen LED-Chips 14 und auf der Bodenfläche der Vertiefung 13a um den Chip herum ab.
Dies versieht das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a mit einer gleichförmigen Dichte in drei Dimensionen, und zwar zentriert zum blauen LED-Chip 14 um den blauen LED-Chip 14 herum. Daher ist die Anregungsintensität des Wellenlängenumwandlungsmaterials 15a aufgrund des blauen Lichts vom blauen LED-Chip 14 ebenfalls gleichförmig, und man erhält Lichtabstrahleigenschaften ohne im Ganzen jegliche ungleichmäßige Farbe.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Vertiefung 13a so ausgeformt ist, dass sie sich nach oben weitet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Seitenwand der Vertiefung 13a kann auch senkrecht bezüglich der Bodenfläche sein.
Weiterhin ist, obwohl der blaue LED-Chip 14 als ein Leuchtelement in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der LED-Chip kann eine andere Lichtfarbe abstrahlen, oder ein Leuchtelement mit einem anderen Aufbau kann ebenfalls verwendet werden.
Für diesen Fall ist, obwohl das Wellenlängenumwandlungsmaterial 15a darauf ausgelegt ist, blaues Licht in gelbes Licht Wellenlängen umzuwandeln, die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann ein Wellenlängenumwandlungsmaterial ausgewählt werden, das eine Abstrahlfarbe in eine geeignete Lichtfarbe wellenlängenumwandelt, welches der Abstrahlfarbe von Anregungslicht von einem einen LED-Chip enthaltenden Leuchtelement entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau verwendet, in welchem keine ungleichmäßige Farbe in einer gemischten Farbe von Licht auftritt, welches aus Licht zur Anregung von einem Leuchtelement und wellenlängenumgewandeltem Licht, das durch ein Wellenlängenumwandlungsmaterial erzeugt wurde, besteht, und welches auch eine effiziente und vorteilhafte Ableitung von Hitze erreicht, die durch den Energieverlust während der Wellenlängenumwandlung des Wellenlängenumwandlungsmaterials erzeugt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung (10, 20), umfassend ein Gehäuse (13) mit einer Vertiefung (13a) und eine Leistungszufuhrleitung (11, 12, 13b, 13c), ein mit der Leistungszufuhrleitung (11, 12, 13b, 13c) an einer Bodenfläche der Vertiefung (13a) elektrisch verbundenes Leuchtelement (14) und eine innerhalb der Vertiefung (13a) vorgesehene Wellenlängenumwandlungsschicht (15), wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht (15) Teilchen eines Wellenlängenumwandlungsmaterials (15a) enthält, welches zur Abstrahlung von Wellenlängen-umgewandeltem Licht durch Anregungslicht vom Leuchtelement (14) dient, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht (15) innerhalb der Vertiefung (13a) umfasst, wobei der Schritt des Bildens der Wellenlängenumwandlungsschicht (15) umfasst: einen ersten Schritt des Einfüllens eines ersten optisch transparenten Harzes (17) ohne Wellenlängenumwandlungsmaterial in die Vertiefung (13a) dergestalt, dass eine obere Oberfläche des Leuchtelements (14) etwas freiliegt, und dergestalt, dass eine Oberfläche des ersten optisch transparenten Harzes (17) in einer Schüsselform ausgebildet wird, während die Oberfläche in Richtung des äußeren Bereichs ansteigt; einen zweiten Schritt des Einfüllens eines zweiten optisch transparenten Harzes (18) mit darin enthaltenem Wellenlängenumwandlungsmaterial (15a) in die Vertiefung (13a) oberhalb des ersten optisch transparenten Harzes (17); und einen dritten Schritt des Aushärtens des ersten optisch transparenten Harzes (17) und des zweiten optisch transparenten Harzes (18).
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das erste optisch transparente Harz (17) und das zweite optisch transparente Harz (18) jeweils aus wärmeaushärtbarem Harz sind, welches die Eigenschaften hat, dass eine zugehörige Viskosität verringert wird, während es aufgeheizt wird; und wenn das erste und das zweite optisch transparente Harz (17, 18) aufgeheizt werden, um im dritten Schritt ausgehärtet zu werden, die Teilchen des Wellenlängenumwandlungsmaterials (15a) innerhalb des zweiten optisch transparenten Harzes (18) aufgrund der verringerten Viskositäten des ersten und des zweiten optisch transparenten Harzes (17, 18) absinken und sich dann oben auf dem Leuchtelement (14) und um das Element (14) herum ablagern.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Vertiefung (13a) nach oben aufweitet.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wellenlängenumwandlungsmaterial (15a) ein fluoreszentes Material ist.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leistungszufuhrleitung (11, 12) innerhalb des Gehäuses eingeformt ist und einen Leitungsrahmen (11, 12) umfasst, welcher an einer Bodenfläche der Vertiefung (13a) freiliegt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterleuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leistungszufuhrleitung (11, 12) eine Elektrodenschicht (13b, 13c) umfasst, welche aus einem leitenden Dünnfilm auf einer Oberfläche des Gehäuses (13), einer Seitenwand der Vertiefung (13a) und / oder einer Bodenfläche der Vertiefung (13a) gebildet wird.