TW201013989A - Light emitting device having a phosphor layer - Google Patents

Description

201013989 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光元件，特別是關於一種具有一螢 光層的半導體發光元件。 【先前技術】 發光二極體(light emitting diodes, LEDs)為目前取代 傳統光源（如白熾燈與螢光燈等）受注目的選擇之一。 LEDs的光轉換效率比白熾燈高出許多，且其元件壽命 ❿ 亦較兩傳統類型的光源為長。此外，現今有些類型LEDs 的光轉換效率已比螢光燈來的高，且實驗中亦展示出更 高的光轉換效率。再者，LEsD所需的電壓較螢光燈為 低’因此較適合低電壓源致能的光源應用中，如以電池 或電腦内部直流電源方式進行供能。 遺憾的是，LEDs所產生的光係位於相當窄的光譜頻 帶中。為了取代傳統光源’ LEDs需要能產生人眼所能 察知的「白光」。目前業界可以藍光發光半導體覆蓋一 螢光層之作法將部分的藍光轉換成黃光。此作法如果能 ❹ 正確選擇藍光轉換成黃光的比例，則產生之光源即為人 眼所能察知的白色。 業界所用螢光層一般為螢光顆粒與矽膠的混合物。 在LED的製作期間，裝有該發光半導體的一凹槽中通常 會填入螢光材料與矽膠的混合物，使得該螢光層形成在 該發光半導體的頂部。然而，該矽膠層的厚度以及其内 螢光顆粒的分佈可能會受到製程因素而產生變動。這類 物理性變動於製作流程期間一般不會加以控制，造成其 3 201013989 所製成的LEDs特性不一致，如產生色溫（c〇i〇r temperature)與演色性（color rendering index)不均等問 題。因此緣故’ LEDs會需要進行畫格編碼篩選步驟 (binning process) ’其係根據LEDs所具有的不同特性來 加以分組並為其指派特定的分類碼(b i n c 〇 d e)。此晝格編 碼步驟會增加LEDs製作的成本。

故此’儘管現今LEDs雖已證明適合用於某些預期 用途’然其晝格編碼相關步驟額外的製作成本亦減損了 其整體效用及有利條件。是以具一致性特徵、不需要晝 格編碼等額外製作成本的LED結構設計及方法為目前 業界之需求所在。 【發明内容】 在本發明一觀點中 .......... 共贫尤兀件包含一發光半導體 與一封裝層（encapsulating layer)，其中該發光丰導體係 設置在該封裝層中，並有一螢光層設 方，且該㈣層錢光和有-氣_成。封裝曰 在本發明另—觀點巾，其製作發光元件的方法包含 判疋一發光半導體的光學特性，並在— 光元件之前先行狀該螢光層的光學特^層裝入該發 技疏元:Ϊ其他觀點在所屬領域之 明二元:種觀點實例中進行表示與說 如閱者將I領會文中所揭露發光元件的各種觀點能 多明揭露之精神與範，情形下予以其他 夕種方面的修改。於此，文中隨H讀細節描述其 4 201013989 本質上應視為解說而非限制性質。 【實施方式】 下列所提出與隨附圖式有關之細節描述係立意作為 本發明發光元件多種觀點之說明，而非意欲代表本發明 觀點中所有可能實行之方式。此細節描述可能包含了特 定細節，以俾閱者對本發明發光元件之多種觀點有全盤 性的瞭解。然，對於所屬領域之熟習技藝人士而言，顯

然本發明可在不具備這類特定細節的情況下施行。在一 些例子中’為了避免混淆本發明觀念，領域中習知的結 構與元件於本文將僅作簡略描述，或是以方塊圖形式來 表示。 再者，文中所使用的各種描述性詞語，如「設於. 之上」與「透光的」等詞，應予以本發明揭露可能情境 中最廣義之意涵解釋。舉例而言，當一層被描述成「設 於另一層上」時，閱者應可瞭解該層可以沉積、蝕刻、 接附、或是製備、製造等方式直接或間接在該另一層上 形成。同樣地，當某物被描述成「透光的」，其應被理 解成該物具有不會造成特定波長範圍内電磁輻射的阻 礙或吸收之性質。 第二圖係-具有-螢光層112的發光元件刚之截 Γ〇2圖二f列中，元件100可包含有-藍光發光半導體 汉置在一基底104上。該發光半導體102可受一萨 由線與該發光半導體⑽電㈣合之電源(未^ 該基底1〇4可為—絕緣材料，如陶竟或環氧 Μ月曰夕層板(eP〇xy lami崎)等。圖中的凹入式外殼ι〇6 5 201013989 係設置在該基底104上，其可藉由挖出一凹槽log的方 式形成，如一圓錐形凹槽形成在一陶瓷、橡膠、聚鄰苯 二曱醯胺（Polyphthalamide，PPA)、聚碳酸酯樹脂 (Polycarbonate，PC)、或其他合適材質的結構層上。該凹 槽108的一内壁11〇可塗覆一反射材料，如鋁、銀等， 或是藉由射出成形（injection molding)將二氧化鈦注入合 適的塑膠材料中形成，之後並將該外殼106接合在該基 底104上。或者’該凹入式外殼1〇6亦可以直接在該基 β 底上挖出該凹槽108之方式形成。該凹入式外殼1〇6 形成後’該發光半導體102會被接合在該基底1〇4上。 在該發光半導體102與該基底1〇4接合後，該凹槽 108内會沉積透透的折射率匹配材料(index-matching)， 如矽膠(silicone)。之後該凹入式外殼1〇6上會設置一層 螢光層112覆蓋住該凹槽1〇8與該發光半導體1〇2。 該螢光層112係與該發光半導體1〇2結合用來生成 一定色溫與光譜組成範圍内的光。該螢光層112可包含 有一種矽膠與螢光顆粒的混合物，該等螢光顆粒係均勻 參 地懸佈在矽膠中。為了增強元件100所產生的光之演色 性(color rendering index) ’該等螢光顆粒可以有不同的 顏色’如黃色、紅色、或藍色。而為了提供均勻的發光 圖形，該螢光層112的外型可以呈圓片狀(roun(j_disk like shape) 〇 為了控制該等螢光顆粒的分佈及該螢光層112厚 度’該螢光層112可採用任何合適的製程進行個別的製 作’如刮刀塗佈法(d〇ct〇r blading)或網印（screen printing) 6 201013989 。該螢光層112的製作絲可加以控制使該等螢光 =的分佈無縣層112的厚度最佳化。—旦該螢光 二12製作完成，其可與該發光半導體1〇2分別進行測 °此舉將有機會判定出該螢光層112與該發光半導體 ⑽個別的光學特性(如色溫、演色性等）。於此方式中， 複數個螢光層1丨2與複數個發光半導體1〇2的光學特性 可j兩者置入個別元件100前先行取得。根據為元件100 ^疋的些標準’該元件100的建構中需要使用具有特 疋，質的一螢光層112與一發光半導體102。選擇具有 所欲特，性質的該螢光層112與該發光半導體1〇2將可 預先判疋出組褽後該元件1〇〇可能會具有的光學特性。 以j方式預先判定出該元件100可能的光學特性將可省 去鈿述晝格編碼篩選(binning)步驟，故此可減少製作成 本0 在操做期間，該發光半導體102可發出藍光。一部 分的藍光會被該螢光層112中的螢光顆粒所吸收，而剩 ，的藍光會穿透該螢光層112。當一螢光顆粒吸收藍光 枯，该螢光顆粒會發出其個別的色光。從該螢光顆粒二 次發出的有色光（此為已知的史托克位移效應 ，Stokes shift)會與剩餘的藍光混光，而其所生成的混合光譜會為 人眼感知為白色。 第二圖係一具有複數個發光半導體202與一螢光層 212的發光元件200之截面圖。第二圖中每一該發光半 導體202、基底2〇4、凹入式外殼2〇6、凹槽208、反射 性内壁210及該螢光層212係分別對應第一圖的發光半 7 201013989 導體H)2、基底104、凹入式外殼·、凹槽1〇8、反射 性=壁110及螢光層112等’是以此處將省略其個別的 細節描述。 該兀件200與第-圖元件1〇〇的不同之處在於該發 光半導體搬的數目。元件2⑼可具有任意數目的發光 半導體2〇2設置(如九個發光半導體2〇2)，其並排列成任 意尺寸的陣列(如九個發光半導體撕排列成一個3x3 的陣列）。 瘳如參照先前第-@所描述者，該元件的建置期 間其螢光層212可進行個別的製作與測試。發光半導體 202與螢光層212可根據其與元件2〇〇結合前個別的光 學特性來加以選擇。此舉可確保元件2〇〇(具有所選擇的 螢光層與發光半導體2〇2)具有吾人想要的光學特 性。舉例言之，九個平均波長近似的發光半導體2〇2及 具有均勻厚度與螢光顆粒散佈性質的螢光層212可用來 建構出色溫均勻一致的元件200 ’而該元件2〇〇係該螢 光層212及該等發光半導體220的特定光學特性的结 ❿果。 第二圖係一具有一螢光層314與一氣隙的發光元件 300之截面圖。第三圖的發光半導體302、基底304、凹 入式外殼306、凹槽308、反射式内壁310及該螢光層 314係分別對應第一圖的發光半導體102、基底104、凹 入式外殼106、凹槽108、反射式内壁110及螢光層112。 是以此處將省略其個別的細節描述。 該元件300與第一圖元件100的差別之處在於其含 8 201013989 有6又置來包覆該發光半導體302的封裴声 (encapsulating layer) 3丨2。該封骏層3丨2可以矽膠或類^ 成，並可呈任何合適的形狀，如半球圓頂狀。 ，螢光層3U可設置在該凹入式外殼篇上並為其所支 撐，使得該封裝層3Π與該螢光層314間產生一氣隙。

該元件300之建構與第一圖元件1〇〇類似，其榮光 1 =與發光半㈣3〇2錄據其特性選出並結合至元 H⑽的建置中以確保細_會具有吾人所欲之光學 第四圖係-發光元件働之戴面圖，其中具有複數 個發光半導體4G2被包覆在個自的封裝層412中、—營 光層414及一氣隙(air gap)形成於該等封裝層412與該 螢光層414之間。第四圖中每一該發光半導體4〇2、基 底404、凹入式外殼406、凹槽408、反射式内壁410、 該等封裝層412及該螢光層414係分別對應第三圖中的 發光半導體302、基底304、凹入式外殼306、凹槽308、 反射式内壁310、封裝層312及螢光層314。是以此處 將省略其個別的細節描述。 該元件400與第三圖元件300的不同之處在於所封 入的發光半導體402數目。與第二圖所示的元件200類 似’元件400可具有任意數目的發光半導體4〇2設置| 排成任意尺寸的一個陣列。 元件300之建構與第二圖元件2〇〇類似，其螢光層 414與發光半導體4〇2係根據其特性選出並結合至元件 400的建置中以確保元件4〇〇會具有吾人所欲之光學特 9 201013989 性。 第五圖係製作一發光元件例如元件100、200、300 及400其中之一的步驟流程圖。該流程從開始至步驟 502 ’於此步驟中至少一發光半導體會被測試並判定出 其光學性質。步驟502後流程會來到步驟504，於此步 驟至少一螢光層會進行測試並判定出其光學特性。 一旦該等發光半導體與該等螢光層的光學性質被判 定出來’流程會來到步驟506，於此步驟一螢光層與至 ❹ 少一發光半導體會根據其所判定出之光學性質而選用 來建構一發光元件。之後流程會來到步驟508。於此步 驟’所選出的該螢光層與該至少一發光半導體會裝入該 發光元件中。 如上所述，具有欲選的發光半導體與螢光層之LEDs 可用於多種用途。舉例而言，這些LEDs可能很適合用 於液晶顯示背光應用中。至於其他應用可能包含(但未限 定）汽車内燈、燈泡、燈籠、街燈、閃光燈、或其他使用 LEDs的應用中。 上文描述係供予所屬領域任何的熟習技藝人士得以 實行文中所描述之各種觀點。無疑該所屬領域之熟習技 藝人士可輕易地對這類觀點進行各種修改、變更，且文 中所定義之通則係可應用至其他的觀點中’故此，本發 明之申請專利範圍並非意欲囿限於文中所示之各種觀 點，而係予發明同其請求項文言一致的範疇’其行文中 對單數元件之指稱並非意欲表達「一與唯一J之意涵， 除非有特別聲明’否則其應為「一或多個」之意。而「一 201013989 些」一詞亦同樣代表「一或多個」之意。本發明揭露全 文所描述各觀點中所有元件結構性與功能性相關之均 等物皆參照文中說明與圖式明確地表示，並意欲含括在 其申請專利範圍中。甚者，無論這類揭露是否有於本文 請求項中明確地詳述，其揭露並非意在貢獻社會大眾。 此外，除非請求項元件使用「…之手段」片語，或是在 方法請求項案例中使用「…之步驟」等片語來敘述，否 則其請求項元件皆不應在美國專利法第112條第6段條 款之概念下進行解讀。

11 201013989 【圖式簡單說明】 本發明的各種觀點係藉由附圖中的例子舉例說明， 但並非受限於這些例子，其中： 第一圖係一具有一榮光層的發光元件之截面圖； 第二圖係一具有複數個發光半導體與一螢光層的發 光元件之截面圖； 第三圖係一具有一螢光層與一氣隙的發光元件之截 面圖； ⑩ 第四圖係一具有複數個發光半導體、一螢光層及一 氣隙的發光元件之截面圖；及 第五圖係一步驟流程圖，舉例說明一發光元件的製 作方法。 【主要元件符號說明】 100 發光元件 102 發光半導體 104 基底 106 外殼 108 凹槽 110 反射式内壁 112 螢光層 200 發光元件 202 發光半導體 204 基底 206 外殼 208 凹槽 12 201013989

210 反射式内壁 212 螢光層 300 發光元件 302 發光半導體 304 基底 306 外殼 308 凹槽 310 反射式内壁 312 封裝層 314 螢光層 400 發光元件 402 發光半導體 404 基底 406 外殼 408 凹槽 410 反射式内壁 412 封裝層 414 蝥光層

Claims (1)

1. 201013989 七、申請專利範圍： 1. 一種發光元件，包含： 一發光半導體； 一封裝層，其中該發光半導體設置在該封裝層中； 一螢光層，設置在該封裝層上方；及 一氣隙，在該封裝層與該螢光層間形成。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含複數 φ 個發光半導體，其中每一該發光半導體設置在其個別 的封裝層中。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含一凹 入式外殼設置來支撐該螢光層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該封裝 層為梦膠。 © 5.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該凹入 式外殼包含一反射性内壁。 6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該螢光 層以到刀塗佈方式(doctor blading)製作。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該螢光 層以網印方式（screen printing)製作。 201013989 8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該發光 元件的光學特性係預先決定。 9. 一種製作一發光元件的方法，該方法包含： 判定一發光半導體之光學特性；及 在一螢光層裝入該發光元件前先行判定該螢光層 之光學特性。 10. 如申請專利範圍第9項所述之製作一發光元件的方 法，其中判定.該發光半導體之光學特性的前述步驟包 含判定複數個發光半導體之光學特性。 11. 如申請專利範圍第10項所述之製作一發光元件的方 法，其中判定該螢光層之光學特性的前述步驟包含判 定複數個螢光層之光學特性。 ⑩ 12.如申請專利範圍第11項所述之製作一發光元件的方 法，更包含根據其個別的光學特性從該等發光半導體 中選出至少一發光半導體，以及從該等螢光層中選出 至少一螢光層。 13.如申請專利範圍第12項所述之製作一發光元件的方 法，更包含根據該所選出的螢光層與該至少一發光半 導體來判定該發光元件之光學特性。 15 201013989 14.如申請專利範圍第13項所述之方法，更包含將該所 選出的螢光層與該至少一發光半導體裝入該發光元件 中〇