DE202005002110U1

DE202005002110U1 - Lichtemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE202005002110U1
Application number: DE200520002110
Authority: DE
Original assignee: HONG YUAN TECHNOLOGY CO; Hong-Yuan Technology Co Ltd Yonghe
Current assignee: HONG YUAN TECHNOLOGY CO; Hong-Yuan Technology Co Ltd Yonghe
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: KR100990337B1; US20050184651A1; JP4329938B2; KR20060097680A; KR100869694B1; JP2005236302A; US20100270910A1; JP2008258659A; KR20070009947A; US7749038B2

Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung, mit:
einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung (100);
einer Pulver-Leuchtschicht (21, 130), die klebe- bzw. haftmittelfrei ist und auf bzw. in einem Strahlengang (OP) der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung (100) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Pulver-Leuchtschicht koaguliert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung und betrifft insbesondere eine leuchtende Pulverschicht für die lichtemittierende Vorrichtung.
Leuchtdioden (LEDs) weisen eine hohe Beleuchtungsstärke, ein kleines Volumen, einen niedrigen Stromverbrauch und eine lange Lebensdauer auf und werden als solche in einer Vielzahl von Anzeigegeräten eingesetzt. Das Leuchtprinzip von LEDs ist wie folgt. Eine Spannung wird an eine Diode angelegt, um ein Elektron-Loch-Paar zu treiben bzw. zu erzeugen. Die Rekombination desselben erzeugt Licht, das von der Diode freigesetzt wird. Außerdem können in die LED Leuchtstoffe eingebracht werden, um die Emissionswellenlänge (Farbe) und die Intensität des abgestrahlten Lichts abzustimmen.
Weißlicht-LEDs können auf dem Gebiet der Beleuchtung eingesetzt werden. Es gibt zwei Strukturen von Weißlicht-LEDs. Bei der einen Struktur handelt es sich um eine Ein-Chip-LED. Diese LED verwendet einen einzelnen LED-Chip und Leuchtstoffe, um weißes Licht zu erhalten. Beispielsweise kann eine Weißlicht-LED einen Blaulicht-LED-Chip sowie gelbe Leuchtstoffe verwenden oder diese kann einen UV-LED-Chip und blaue, grüne und rote Leuchtstoffe verwenden, um eine Weißlicht-LED auszubilden. Andere Weißlicht-LEDs verwenden Mehr-Chip-LEDs. Diese Art von LED verwendet eine Mehrzahl von LED-Chips sowie Leuchtstoffe, um weißes Licht zu erzielen. Beispielsweise kann eine Weißlicht-LED Blaulicht-, Grünlicht- und Rotlicht-LED-Chips verwenden, um eine Weißlicht-LED auszubilden. Die Mehr-Chip-LED weist jedoch eine Mehrzahl von LED-Chips auf, die unterschiedliche Treiberspannungen, Leuchtstärken, ein unterschiedliches Temperaturverhalten, sowie unterschiedliche Lebensdauern aufweisen. Somit ist die Auslegung der LED aufwändiger und kostspieliger. Folglich hat die Ein-Chip-LED eine größere Praxisrelevanz.
Der einfachere Aufbau von Ein-Chip-LEDs beruht auf einem einzelnen LED-Chip sowie der Verwendung von Leuchtstoffen, um weißes Licht zu erzielen. Gemäß der 1 umfasst die LED ein Paar von Elektroden 10, die ein Anschlussgehäuse 11 elektrisch kontaktieren. Die LED 12, beispielsweise GaN, ist in dem Anschlussgehäuse 11 angeordnet und das Klebemittel 13, das ein Epoxydharz oder Gel umfasst, ist in dem Anschlussgehäuse 11 vorgesehen, um die LED 12 zu bedecken. Leuchtstoffe 14, die YAG umfassen, sind in dem Klebemittel 13 dispergiert bzw. fein verteilt. Schließlich ist die LED mit Hilfe von Gehäusematerialien 15 eingehäust.
Bei der vorgenannten LED ist das YAG in den Kunstharz gemischt und dann auf den Blaulicht-GaN-LED-Chip aufgebracht. Diese Vorgehensweise ist jedoch zeitaufwendig und materialaufwendig und der Wirkungsgrad der LED und die Gleichmäßigkeit des Leuchtens wird aufgrund einer Absorption in dem Kunstharz und der unzureichenden Dispersion des YAG herabgesetzt.
Außerdem offenbart US-Patent 6,642,618, dass Leuchtstoffe in die Glasschicht hineingemischt werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu unterbinden. YAG kann jedoch nicht gut vermischt werden, so dass der Wirkungsgrad des LED-Leuchtens und dessen Gleichmäßigkeit herab gesetzt werden kann.
US-Patent 6,576,488 und 6,686,581 offenbaren, dass der Leuchtstoff-Aufbau durch Elektrophorese auf der Oberfläche des LED-Chips ausgebildet wird. Die Leuchtstoffpulver müssen durch Entladungsvorgänge bzw. Ladungen in ein Gel gewandelt werden und dann durch Anlegen einer Spannung mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausgebildet werden. Eine leitende Platte muss zusätzlich auf der Oberfläche des LED-Chips vorgesehen werden, um Leuchtstoffe anzuziehen, so dass diese daran anhaften.
US-Patent 6,650,044 offenbart, dass der Leuchtstoff-Aufbau mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens auf der Oberfläche des LED-Chips ausgebildet wird. Bei dem Siebdruckverfahren wird zunächst die Matrize hergestellt und zu dem Leuchtstoffpulver muss ein Verfestigungsmittel hinzugefügt werden, so dass die Leuchtstoffpulver sich auf der Oberfläche des LED-Chips verfestigen.
US-Patent 6,650,044 offenbart einen mit Hilfe der vorgenannten Vorgehensweise hergestellten LED-Aufbau.
Die Taiwanesische Patentanmeldung Nr. 90,104,862 offenbart, dass das Leuchtmaterial mittels eines Klebemittels an der Halbleitereinrichtung haftet.
Bei diesen bekannten Technologien wird der Leuchtstoff-Aufbau nur mit Hilfe eines Klebemittels oder mit Hilfe eines Elektrophorese-Vorgangs auf der Oberfläche des LED-Chips ausgebildet.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen. Gemäß weiteren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung wird ferner ein neuartiges Verfahren zum Platzieren der Leuchtstoffschicht auf der Oberfläche des LED-Chips bereitgestellt und wird die Fragestellung von Leuchtstoffpulvern und der Klebemittelmischung angegangen.
Erfindungsgemäß wird eine lichtemittierende Vorrichtung bereitgestellt, mit einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung und einer Pulver-Leuchtschicht in bzw. auf einem Strahlengang der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung. Zumindest ein Teil der Pulver-Leuchtschicht ist koaguliert und klebemittelfrei.
Figurenübersicht
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird diese nachfolgend ausführlicher und in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
1 ein Querschnitt des herkömmlichen LED-Aufbaus ist;
2A ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines LED-Aufbaus ist;
2B ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines LED-Aufbaus ist;
3A und 3B Querschnitte von weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines LED-Aufbaus sind;
4A ein Querschnitt ist, der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Gehäuseaufbaus zeigt;
4B ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Gehäuseaufbaus ist;
5 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines LED-Gehäuseaufbaus ist;
6A ein Querschnitt ist, der eine Ausführungsform eines LED-Gehäuseaufbaus mit einer ersten Passivierung zeigt;
6B ein Querschnitt ist, der eine Ausführungsform eines LED-Gehäuseaufbaus mit einer zweiten Passivierung zeigt;
7 ein Querschnitt einer Ausführungsform eines Lichtquellenaufbaus ist;
8A ein Querschnitt einer Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung ist;
8B ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung ist; und
9 schematisch eine Ausführungsform eines Herstellungssystems für die Lichtquellenvorrichtung zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Um die vorgenannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu verstehen, werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
Die Ausführungsformen offenbaren ein Herstellungsverfahren für LED-Vorrichtungen zum Positionieren einer Mehrzahl von Leuchtteilchen (luminescent particles) im Strahlengang eines Substrats und zum Verringern des Abstands zwischen den Leuchtteilchen, um die molekulare Anziehungskraft zwischen den Leuchtteilchen zu erhöhen. Die Leuchtteilchen sind aufgrund von molekularen Anziehungskräften zu einer Pulver-Leuchtschicht koaguliert.
Zur Realisierung des vorgenannten Verfahrens umfasst eine Ausführungsform die nachfolgenden Schritte: Dispergieren einer Mehrzahl von Leuchtteilchen in einer Flüssigkeit, um eine Mischung zu bilden; Positionieren eines Substrats in der Mischung während einer Zeitdauer, solange bis sich die Leuchtteilchen auf dem Substrat ablagern; und Entfernen der Flüssigkeit, so dass die Leuchtteilchen auf dem Substrat koagulieren und an dem Substrat anhaften.
Die Leuchtteilchendichte ist größer als die Dichte der Flüssigkeit für die Ablagerung der Leuchtteilchen. Die Leuchtteilchendichte beträgt etwa 0,001~1 g/ml, vorzugsweise 0,01~0,15 g/ml. Die Leuchtteilchengröße beträgt etwa 0,1~100 μm. Beispielsweise beträgt die mittlere Leuchtteilchengröße etwa 3~13 μm. Außerdem können bei der vorliegenden Ausführungsform nanoskalige Leuchtteilchen eingesetzt werden. Die Leuchtteilchen sind in der Flüssigkeit kaum löslich oder unlöslich. Das Substrat kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung sein, beispielsweise ein LED-Chip, oder Schichten umfassen, die aus dem LED-Chip bestehen. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die LED, um den Aufbau weiter zu erläutern.
LED
2A ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen LED. Die LED umfasst ein Substrat 20 und eine Pulver-Leuchtschicht (luminescent powder layer) 21. Die Pulver-Leuchtschicht 21 haftet unmittelbar auf dem Substrat 20. Die Pulver-Leuchtschicht 21 ist frei von Epoxydharz, Klebstoff oder dergleichen. Gemäß der 2B kann die Passivierungsschicht 22 auch auf der Pulver-Leuchtschicht 21 ausgebildet sein, um die Pulver-Leuchtschicht 21 zu schützen. Bei der Passivierungschicht 22 kann es sich um eine polymere Schicht handeln.
Die 3A ist eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen LED. Die LED umfasst den LED-Chip 30 und die Pulver-Leuchtschicht 35. Der LED-Chip 30 umfasst das Substrat 31, eine Mehrzahl von Halbleiterschichten 32 sowie die leitende Schicht 33. Die leitende Schicht 33 kann eine leitfähige Glasschicht sein, beispielsweise eine ITO-Schicht (Indiumzinnoxid). Die Mehrzahl von Halbleiterschichten 32 kann in Form von zwei oder mehr als zwei Schichten vorliegen. In dem Fall gemäß der 3A liegen zwei Halbleiterschichten 32 vor, nämlich die erste Halbleiterschicht 32a und die zweite Halbleiterschicht 32b. Die Pulver-Leuchtschicht 35 kann unmittelbar auf der Oberfläche des Substrats 31 anhaften. Die lichtemittierende Pulverschicht 35 kann auch auf der Oberfläche von einer der Halbleiterschichten 32 oder auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht anhaften, beispielsweise auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 32a oder der zweiten Halbleiterschicht 32b oder der leitfähigen Schicht 33. Die Pulver-Leuchtschicht 35 besteht nur aus Leuchtpulvern, die frei von Klebemitteln sind, beispielsweise frei von Epoxydharz oder Klebstoff etc.
Die 3B zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen LED. Der LED-Aufbau ist ähnlich zu dem gemäß der 3A. Der Unterschied ist, dass die lichtemittierende Pulverschicht 35 auf der Unterseite des Substrats 31 vorgesehen ist. Dieser LED-Aufbau kann in der Flip-Chip-Herstellung verwendet werden.
Bei den Pulver-Leuchtschichten 21 und 35 kann es sich um Leuchtstoffe, wie beispielsweise Sulfid-Leuchtstoffe oder Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe handeln. Die Sulfid-Leuchtstoffe können von einer Beschichtung überdeckt sein, beispielsweise einer Beschichtung aus einem organischen Polymer, um Umwelteinflüsse zu mindern, beispielsweise Feuchtigkeit und Sauerstoff. Die Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe können beispielsweise YAG, TAG oder ein beliebiger anderer Leuchtstoff sein.
Außerdem kann eine Passivierung auf der Pulver-Leuchtschicht ausgebildet sein, um äußere Einflüsse und eine Kontaminierung zu unterbinden. Die Passivierung kann aus organischen Polymermaterialien bestehen.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschreiben lichtemittierende Halbleiterchips mit einem Aufbau mit Strahlengang-Bereichen und Nicht-Strahlengang-Bereichen.
Lichtemittierende Vorrichtung
Gemäß der 6B umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung die lichtemittierende Halbleitereinrichtung 100 sowie die Pulver-Leuchtschicht 130. Die lichtemittierende Halbleitereinrichtung 100 kann ein Chip oder Wafer sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtemittierende Halbleitereinrichtung 100 der Wafer 110 mit einer Mehrzahl von Chips 120. Der Wafer 110 kann in einen Strahlengang-Bereich OP und einen Nicht-Strahlengang-Bereich NOP unterteilt werden.
Die Pulver-Leuchtschicht 130 haftet auf der Oberfläche des Chips 120 oder des Strahlengang-Bereichs OP an. Zumindest ein Abschnitt, nämlich der Hauptabschnitt oder die gesamte Pulver- Leuchtschicht 130, ist koaguliert und klebemittelfrei. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht die Pulver-Leuchtschicht 130 aus Leuchtstoffen und ist aufgrund von zwischenmolekularen Anziehungskräften koaguliert. Somit umfassen die Leuchtpulver kein Klebemittel, wie beispielsweise Kunstharz, organische Polymere, Verfestigungsmaterialien oder ein Glas-Gel.
Erfindungsgemäß ist die erste Passivierungsschicht 140 auf der Pulver-Leuchtschicht 130 ausgebildet, um ein Verkratzen zu vermeiden, und bedeckt die Passivierungsschicht 140 zumindest die Oberseite der Pulver-Leuchtschicht 130. Zweitens bedeckt die zweite Passivierungschicht 150 zumindest die erste Passivierungschicht 140 und die Pulver-Leuchtschicht 130 und kann diese den Chip 120 bedecken. Die Dicke der zweiten Passivierungsschicht 150 kann größer als die Dicke der ersten Passivierungsschicht 140 sein. Bei einer Ausführungsform kann die erste Passivierungsschicht 140 eine Spannungs-Pufferschicht sein, um eine Beschädigung der Pulverschicht bei nachfolgenden Wärmebehandlungen zu vermeiden. Die Spannungs-Pufferschicht umfasst weichere Materialien, beispielsweise ein Silikongel. Die zweite Passivierungsschicht 150 ist eine Schicht, die härteres Material, beispielsweise Epoxydharz, umfasst, um ein Verkratzen oder Zerkleinern zu vermeiden.
Die Leuchtpulver umfassen Sulfid-Leuchtstoffe und Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe, wobei bei der vorliegenden Ausführungsform Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe verwendet werden. Ausführungsbeispiele der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung sind in den 3A und 3B gezeigt.
LED Gehäuseaufbau
Die 4A ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen LED-Gehäuseaufbaus. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtemittierende Halbleitereinrichtung eine LED 40. Zunächst wird die in der 2 gezeigte LED in das Anschlussgehäuse 41 eingebracht, das ein Paar von Elektroden 42 elektrisch kontaktiert. Das Anschlussgehäuse 41, das Substrat 20 und die Pulver-Leuchtschicht 21 sind von den Gehäusematerialien 43 eingehäust. Außerdem kann die Passivierungsschicht 22 auf der Pulver-Leuchtschicht 21 ausgebildet sein, um diese zu schützen. Die Passivierungsschicht 22 kann eine Polymerschicht oder ein Epoxydharz umfassen.
Die 5 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen LED-Gehäuseaufbaus. Die in der 3A gezeigte LED ist in dem Anschlussgehäuse 51 angeordnet, das ein Paar von Elektroden 52 elektrisch kontaktiert. Das Anschlussgehäuse 51, der LED-Chip 30 sowie die Pulver-Leuchtschicht 35 sind von den Gehäusematerialien 53 eingehäust.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in anderen Gehäuseaufbauten verwendet werden, beispielsweise in einem Flip-Chip-Aufbau.
Lichtquelle
Gemäß der 7 kontaktiert die lichtemittierende Vorrichtung 40 (50) die Platine L elektrisch, um die Lichtquelle 200 zu bilden.
Hintergrundbeleuchtungsmodul
Gemäß den 8A und 8B ist die Lichtquelle 200 unterhalb des Modulkörpers 210 oder auf einer Seitenwand des Modulkörpers 210 vorgesehen, um Licht abzugeben.
Anzeigevorrichtung
Die 8A und 8B zeigen ein Anzeigeelement 300. Die Lichtquelle bzw. das Hintergrundbeleuchtungsmodul stellen die Lichtquelle des Anzeigeelements 300 dar, um eine Anzeigevorrichtung auszubilden.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren und ein Herstellungssystem für die vorgenannte Vorrichtung erläutert.
Herstellungssystem für lichtemittierende Vorrichtung
Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungssystem für eine lichtemittierende Vorrichtung. Das Herstellungssystem umfasst einen Behälter 950; eine Einbringungsvorrichtung 940 zum Einbringen eines Substrats 960 in den Behälter 950; eine Flüssigkeits-Versorgungseinrichtung 910, um eine Flüssigkeit 980 in den Behälter 950 einzubringen, so dass der Flüssigkeitsstand sich oberhalb des Substrats 960 befindet; eine Rühreinrichtung 920, um eine Mehrzahl von lichtemittierenden Pulvern bzw. Leuchtpulvern mit der Flüssigkeit 980 zu vermischen, um eine Mischung auszubilden, wobei die Flüssigkeit 980 optional klebemittelfrei ist; Eine Flüssigkeits-Entsorgungseinrichtung 930, um die Flüssigkeit 980 zu beseitigen, nachdem die Leuchtpulver auf dem Substrat 960 abgelagert wurden. Die Leuchtpulver sind koaguliert und haften auf dem Substrat 960, um die Pulver-Leuchtschicht 970 auszubilden.
Herstellungsverfahren für lichtemittierende Vorrichtung
Mit Hilfe des vorgenannten Herstellungssystems wird erfindungsgemäß eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung bereitgestellt, wie in der 6B gezeigt. Die Mehrzahl der Leuchtpulver sind in bzw. auf dem Strahlengang der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung angeordnet, beispielsweise auf der Oberfläche des Chips 120. Der Abstand zwischen den Leuchtpulvern ist verkleinert, um die zwischenmolekularen Anziehungskräfte zwischen den Leuchtpulvern zu erhöhen, um die Leuchtpulver zu koagulieren und die Pulver-Leuchtschicht 130 auszubilden.
Die Pulver-Leuchtschicht 130 wird mit den nachfolgenden Schritten ausgebildet: Eine Mehrzahl von Leuchtpulvern wird mit einer Flüssigkeit vermischt. Die Mehrzahl von Leuchtpulvern wird dann in bzw. auf dem Strahlengang des Halbleiterchips oder Wafers 120 positioniert. Die Flüssigkeit wird entfernt, so dass die Leuchtpulver zu einer Pulver-Leuchtschicht koagulieren.
Erfindungsgemäß umfasst die Flüssigkeit Wasser oder flüchtige Lösungsmittel, jedoch keinen Epoxydharz bzw. Klebstoff. Die flüchtigen Lösungsmittel umfassen Äther, Alkohole und Ketone, beispielsweise Äther, Methanol, Ethanol oder Aceton.
Der lichtemittierende Halbleiterchip bzw. Wafer wird in einen Behälter 950 eingebracht, der die Flüssigkeit 980 enthält, und die Leuchtpulver werden in der Flüssigkeit fein verteilt, um eine Mischung auszubilden.
Um die gleichmäßige Verteilung der Leuchtpulver auf dem Halbleiterchip bzw. Wafer 960 zu fördern, kann optional die Zeitdauer zum Ablagern der Leuchtpulver erhöht werden. Der Flüssigkeitsstand der Flüssigkeit 980 befindet sich oberhalb des Halbleiterchips bzw. Wafers 960, so dass die Leuchtpulver auf dem Halbleiterchip bzw. Wafer 960 abgelagert werden können. Vorzugsweise entspricht die Höhe der Flüssigkeit 980 dem 3,5~6-fachen der Höhe des Halbleiterchips bzw. Wafers 960.
Trocknung
Der Schritt zum Entfernen der Flüssigkeit kann ein Trocknungsschritt sein. Der Trocknungsschritt verwendet eine Trocknungstemperatur, um die Flüssigkeit zu entfernen. Eine durch die Trocknungstemperatur hervorgerufene Erschütterung wird kontrolliert, um nicht die Anordnung der Leuchtteilchen auf dem lichtemittierenden Halbleiterchip bzw. Wafer zu beeinträchtigen.
Die Trocknungstemperatur ist typischerweise höher als die Raumtemperatur. Vorzugsweise beträgt die Trocknungstemperatur 40~300°C. Beispielsweise beträgt die Ethanol-Trocknungstemperatur etwa 80°C. Außerdem kann der Trocknungsschritt mehrere Schritte umfassen. Beispielsweise wird die Flüssigkeit bei einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur entfernt.
Der Schritt zum Entfernen der Flüssigkeit wird außerdem vor dem Trocknungsschritt ausgeführt. Der Schritt zum Entfernen der Flüssigkeit kann einen Flüssigkeitsabfluss oder einen Pumpschritt umfassen.
Gemäß der 6A sind eine Mehrzahl von Leuchtpulvern mit einer Flüssigkeit vermischt. Die Leuchtpulver werden dann in bzw. auf dem Strahlengang-Bereich OP und dem Nicht-Strahlengang-Bereich NOP des Halbleiterwafers abgelagert.
Nachdem die Flüssigkeit entfernt ist, sind die Leuchtpulver zu einer Pulver-Leuchtschicht koaguliert. Außerdem ist eine erste Passivierungsschicht 140 ausgebildet, um die Pulver-Leuchtschicht 130 auf dem Strahlengang-Bereich OP des Halbleiterwafers zu schützen, wie in der 6A gezeigt. Wenn die Pulver-Leuchtschicht auf dem Nicht-Strahlengang-Bereich NOP des Halbleiterwafers abgewaschen bzw. entfernt wird, ist die Pulver-Leuchtschicht auf dem Strahlengang-Bereich OP des Halbleiterwafers durch die Passivierungsschicht 140 geschützt. Nachdem die Pulver-Leuchtschicht auf dem Nicht-Strahlengang-Bereich NOP des Halbleiterwafers entfernt wurde, kann eine zweite Passivierungsschicht 150 ausgebildet werden, um die erste Passivierungsschicht 140 und die Pulver-Leuchtschicht abzudecken.
Nachfolgend wird ein LED-Herstellungsverfahren mit Hilfe des vorstehenden Herstellungssystems erläutert.
LED-Herstellungsverfahren
Zunächst werden die Leuchtpulver in die Flüssigkeit eingebracht, wobei die Dichte der Leuchtpulver größer als die Dichte der Flüssigkeit ist und die Leuchtpulver unlöslich sind oder in der Flüssigkeit eine geringe Löslichkeit aufweisen und wobei die Leuchtpulver in der Flüssigkeit stabil sind und keine chemische Reaktion mit der Flüssigkeit zeigen. Die Leuchtpulver werden mit Hilfe eines Rührstabs oder einer Ultraschall-Erschütterung mit der Flüssigkeit gut vermischt, um eine Mischung auszubilden. Die Leuchtpulver können Leuchtstoffe sein und die Leuchtstoffe können Sulfid-Leuchtstoffe oder Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe sein. Die Sulfid-Leuchtstoffe können ferner mit Hilfe einer Beschichtung aufgeschichtet werden, beispielsweise einer Beschichtung aus einem organischen Polymer, um Umweltfaktoren, beispielsweise Feuchtigkeit und Sauerstoff, zu mindern. Die Nicht-Sulfid-Leuchtstoffe können YAG, TAG oder beliebige andere Leuchtstoffe sein.
Ein Substrat wird während eines Zeitraums in die Mischung eingebracht und der Füllstand der Mischung muss höher sein als die Oberseite des Substrats, und zwar um mindestens 10 μm. Dann lagern sich die Leuchtpulver aufgrund der Schwerkraft von alleine auf dem Substrat ab. Somit muss die Dichte der Leuchtpulver größer sein als die Dichte der Flüssigkeit, weil ansonsten die Ablagerung nicht auftreten wird. Die Teilchengröße der Leuchtpulver beträgt typischerweise 0,1~100 μm. Falls die Teilchen zu klein sind, wird die Ablagerungszeit zu lang sein und der Durchsatz abnehmen. Falls die Teilchen zu gross sind, wird die gleichförmige Verteilung der Pulver-Leuchtschicht abnehmen. Um eine gleichmäßige Dicke der Pulver-Leuchtschicht zu erzielen, beträgt die Konzentration der Leuchtpulver und der Flüssigkeit etwa 0,001~1 g/ml, vorzugsweise 0,01~15 g/ml. Falls die Konzentration zu groß ist, ist der Verbrauch an Leuchtpulvern zu groß oder wird die Pulver-Leuchtschicht zu dick werden. Falls die Konzentration zu niedrig ist, wird die Ablagerungszeit zu groß werden und die Pulver-Leuchtschicht zu dünn werden.
Schließlich wird die Flüssigkeit entfernt, und zwar durch Trocknen, durch Abfließen und/oder Pumpen, um auf dem Substrat eine Pulver-Leuchtschicht auszubilden. Der Schritt des Entfernens der Flüssigkeit braucht die Pulver-Leuchtschicht nicht erschüttern, ansonsten kann keine ideale Pulver-Leuchtschicht erzielt werden. Die Trocknungstemperatur kann 40~300°C betragen. Falls die Trocknungstemperatur zu niedrig ist, würde die Trocknungszeit zu lang werden oder wäre es schwierig, die Flüssigkeit einzutrocknen. Falls die Trocknungstemperatur zu hoch ist, können das Substrat und/oder die Leuchtpulver beeinträchtigt werden und kann die Pulver-Leuchtschicht erschüttert werden. Wenn die Flüssigkeit entfernt wird, nimmt der Abstand zwischen den Leuchtpulvern ab und bildet sich die Pulver-Leuchtschicht aufgrund von zwischenmolekularen Kräften, beispielsweise Van-der-Waal-Kräften. Außerdem kann der Trocknungsschritt mehrere Trocknungsschritte umfassen, beispielsweise einen ersten Trocknungschritt und zweiten Trocknungsschritt. In dem ersten Trocknungsschritt kann die Trocknungstemperatur niedriger sein als der Siedepunkt der Flüssigkeit, um die Bildung von Hohlräumen auf der Oberfläche der Pulver-Leuchtschicht zu verhindern. In dem zweiten Trocknungsschritt kann die Trocknungstemperatur höher sein, um sämtliche Flüssigkeit einzutrocknen, insbesondere niedriger als die Schmelz- bzw. Siedetemperatur des Substrats bzw. des Leuchtpulvers beispielsweise 300°C.
Außerdem kann mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens auf der Pulver-Leuchtschicht eine Passivierungsschicht ausgebildet werden. Die Passivierungsschicht kann ein organisches Polymer sein.
Falls bei dem vorgenannten Herstellungsverfahren die Leuchtpulver in der Flüssigkeit löslich sind, wird die Pulver-Leuchtschicht nicht ausgebildet werden. Wenn die Leuchtpulver in der Flüssigkeit löslich sind und die Mischung übersättigt ist, kann die Erfindung dennoch ausgeführt werden. Das Verfahren mit Überdosierung des Leuchtpulvers erhöht jedoch die Kosten. Falls jedoch die Leuchtpulver in der Flüssigkeit instabil sind oder eine chemische Reaktion mit der Flüssigkeit zeigen, werden sich die Leuchtpulver verschlechtern oder zersetzen. Folglich bietet die Flüssigkeit keine oder eine geringe Löslichkeit und sind die Leuchtpulver stabil und zeigen diese eine chemische Reaktion. Bei der Flüssigkeit kann es sich um Wasser, Alkohole, Ketone und/oder Äther handeln. Die Alkohole können Ethanol sein, die Ketone können Aceton sein, die Äther können Äther sein.
Außerdem kann das Substrat ein LED-Chip oder eine beliebige Schicht auf dem LED-Chip sein, mit anderen Worten, die Pulver-Leuchtschicht kann auf einer beliebigen Oberfläche des LED-Chips ausgebildet werden.
Gemäß den nachfolgenden Beispielen wird Wasser und Ethanol als Flüssigkeit eingesetzt.
Ausführungsbeispiel 1
YAG-Leuchtstoffe von Nichia Co. werden in Wasser eingebracht, um mittels Ultraschall-Erschütterung eine Mischung auszubilden. Ein GaN-Chip wurde in die Mischung für zwanzig Minuten zur Ablagerung der YAG-Leuchtstoffe eingebracht. Die Oberfläche der Mischung lag höher als die Oberfläche des GaN-Chips, so dass die YAG-Leuchtstoffe auf dem GaN-Chip abgelagert wurden. Das Wasser wurde bei etwa 50°C während eines Zeitraums verdampft und dann bei etwa 200°C eingetrocknet, um sämtliches Wasser einzutrocknen und die YAG-Leuchtstoffe zu koagulieren. Bei dem Schritt zum Entfernen des Wassers kann ein Vakuum angelegt werden, um die Wasser-Entfernungsrate zu erhöhen.
Ausführungsbeispiel 2
YAG-Leuchtstoffe von Nichia Co. wurden in Ethanol eingebracht, um mittels Ultraschall-Erschütterung eine Mischung auszubilden. Ein GaN-Chip wurde in die Mischung eingebracht und verblieb dort während etwa 20 Minuten zur Ablagerung der YAG-Leuchtstoffe. Die Oberfläche der Mischung lag höher als die Oberfläche des GaN-Chips, so dass die YAG-Leuchtstoffe auf dem GaN-Chip abgelagert wurden. Das Ethanol wurde bei etwa 80°C während eines Zeitraums verdampft, dann bei etwa 150°C eingetrocknet, um sämtlichen Ethanol einzutrocknen, so dass die YAG-Leuchtstoffe koagulieren. Bei dem Schritt zum Entfernen des Ethanols kann ein Vakuum angelegt werden, um die Ethanol-Entfernungsrate zu erhöhen.
LED-Messdaten, CIE-Koordinaten und Beleuchtungsstärken werden nachfolgend angegeben. Die LEDs wurden mit Hilfe des herkömmlichen Verfahrens hergestellt, bei denen der Leuchtstoff mit einem Kunstharz vermischt wird, sowie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das einen GaN-LED-Chip und YAG-Leuchtstoffe einsetzt. Die Betriebsbedingungen sind wie folgt:
(Betriebsbedingung 1)

Anregungswellenlänge: 460~465 nm
Leistung: 40~50 mcd
Spannung: 3,2~3,3 V

(Betriebsbedingung 2)

Anregungswellenlänge: 470~475 nm
Leistung: 40~50 mcd
Spannung: 3,2~3,3 V

Tabelle 1 CIE Koordinaten
Tabelle 2 Leuchtstärke
Wie aus den Tabellen 1 und 2 folgt, emittieren die LEDs der Ausführungsbeispiele weißes und helleres Licht. Folglich liegt die Leuchtstärke der LEDs, die erfindungsgemäß hergestellt wurden und mit Hilfe der längeren Wellenlänge (geringeren Energie) angeregt wurden, nahe der Leuchtstärke der LEDs, die mit Hilfe der bekannten Verfahren hergestellt wurden und mit der kürzeren Wellenlänge (größeren Energie) angeregt wurden.
Die zeigt, dass die erfindungsgemäßen LEDs einen höheren optoelektrischen Wirkungsgrad aufweisen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung und des Herstellungsverfahrens sind insbesondere wie folgt:

1. Erfindungsgemäß haftet die Pulver-Leuchtschicht in oder auf der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung unmittelbar und ohne jegliches Medium wie beispielsweise Epoxydharz oder Klebstoff, an, so dass die applizierte Energie nicht von dem Medium vergeudet wird und die erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung einen höheren Emissionswirkungsgrad aufweist.
2. Die erfindungsgemäße Pulver-Leuchtschicht wird durch das Verfahren mit unmittelbarem Anhaften hergestellt und nicht mit dem Kunstharz vermischt und dann auf die lichtemittierende Vorrichtung aufgestrichen. Somit ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einfacher und kann die Ausbeute erhöht werden.
3. Erfindungsgemäß wird die Pulver-Leuchtschicht mit Hilfe des Verfahrens mit unmittelbarem Anhaften hergestellt, und zwar nicht durch Vermischen mit dem Kunstharz, der dann auf die lichtemittierende Vorrichtung aufgestrichen wird, so dass eine ungleichmäßige Verteilung des Leuchtpulvers in dem Medium 30 erfindungsgemäß nicht auftritt.
4. Die erfindungsgemäße Pulver-Leuchtschicht wird mit Hilfe des Verfahrens mit unmittelbaren Anhaften hergestellt, wobei dann, wenn dieses Herstellungsverfahren versagt, die Pulver-Leuchtschicht beispielsweise durch Bürsten derselben nachgearbeitet werden kann. Somit ist die Nachbearbeitung sehr einfach und kostengünstig.

Wenngleich die Erfindung vorstehend in beispielhafter Weise und anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass diese nicht darauf beschränkt ist.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung sowie eine Pulver-Leuchtschicht umfasst, die auf bzw. in einem Strahlengang der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung vorgesehen ist. Die Pulver-Leuchtschicht ist frei von Klebemitteln. Die Pulver-Leuchtschicht ist zumindest teilweise bzw. abschnittsweise koaguliert.

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung, mit: einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung (100); einer Pulver-Leuchtschicht (21, 130), die klebe- bzw. haftmittelfrei ist und auf bzw. in einem Strahlengang (OP) der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung (100) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Pulver-Leuchtschicht koaguliert ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pulver-Leuchtschicht (21, 130) eine Mehrzahl von Leuchtteilchen umfasst und die Leuchtteilchen aufgrund von durch molekulare Wechselwirkungen bedingten Anziehungskräften koaguliert sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Klebe- bzw. Haftmittel Kunstharz, organische Polymere, feste Materialien oder glasförmigen Klebstoff umfasst.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine erste Passivierungsschicht (140), die zumindest eine Oberseite der Pulver-Leuchtschicht (21, 130) bedeckt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend eine zweite Passivierungsschicht (150), welche zumindest die erste Passivierungsschicht (140) und die Pulver-Leuchtschicht (21, 130) bedeckt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Passivierungsschicht (150) dicker ist als die erste Passivierungsschicht (140).
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sofern rückbezogen auf Anspruch 2, wobei die Leuchtteilchen Leuchtstoffpulver umfassen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sofern rückbezogen auf Anspruch 2, wobei die Pulver-Leuchtschicht an der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung (100) anhaftet.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtemittierende Halbleitereinrichtung (100) ein Substrat (31), eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (32) auf dem Substrat sowie eine leitfähige Schicht (33) auf der Mehrzahl von Halbleiterschichten umfasst und wobei die Pulver-Leuchtschicht (35) an dem Substrat oder der Mehrzahl von Halbleiterschichten oder der leitfähigen Schicht anhaftet.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die leitfähige Schicht aus einem transparenten, leitfähigen Material besteht.
Gehäuseaufbau für eine lichtemittierende Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: einem Paar von Elektroden (42, 52); einem Anschlussgehäuse (41, 51), das das Paar von Elektroden elektrisch verbindet bzw. kontaktiert; einer lichtemittierenden Vorrichtung (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die an dem Anschlussgehäuse befestigt bzw. in diesem vorgesehen ist; und einem Gehäusematerial (43, 53), welches das Anschlussgehäuse und die lichtemittierende Halbleitereinrichtung einkapselt.
Vorrichtung zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit: einem Behälter (950), einer Einbringungsvorrichtung (940), um ein Substrat (960) in den Behälter einzubringen; einer Flüssigkeits-Versorgungseinrichtung (910), um eine Flüssigkeit (980) in den Behälter bis zu einem Flüssigkeitspegel einzuspeisen, der höher liegt als das Substrat (960), wobei die Flüssigkeit klebe- bzw. haftmittelfrei ist; einer Rühreinrichtung, um eine Mehrzahl der Leuchtteilchen in der Flüssigkeit gleichmäßig fein zu verteilen bzw. zu dispergieren, um eine Mischung auszubilden; und einer Flüssigkeits-Auslasseinrichtung (930), um die Flüssigkeit auszulassen, nachdem sich die Leuchtteilchen auf dem Substrat niedergeschlagen haben, so dass die Leuchtteilchen koagulieren und an dem Substrat anhaften.