TWI403005B - 發光二極體及其製作方法 - Google Patents

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Description

發光二極體及其製作方法
本發明是有關於一種發光二極體及其製作方法，特別是提供一種增進白光發光二極體裝置之色溫均勻性及其發光效率之發光二極體及其製造方法。
請參閱第1圖，其係為美國專利第US5998925號所揭示之白光發光二極體之示意圖。該白光發光二極體1至少包含一支架11、一發出第一波長光之氮化鎵系發光二極體晶粒12以及一螢光材料13。該螢光材料13吸收部份該氮化鎵系發光二極體晶粒12所發出之能量而轉換發出第二波長之光，因此獲得由第一波長及第二波長所混合出之白光。圖中，該螢光材料13係與第一樹脂相混合後而形成一含有螢光材料13之混合樹脂14，再將該混合樹脂14充填於承載該氮化鎵系發光二極體晶粒12之支架11碗杯之內並完全地覆蓋該氮化鎵系發光二極體晶粒12，接著，以第二樹脂15將該支架11、氮化鎵系發光二極體晶粒12以及混合樹脂14封蓋而完成該白光發光二極體之製作。由於該混合樹脂14之厚度係不經由刻意地控制而充填於該支架之碗杯之內，故螢光材料之分佈極易造成不均勻之現象，故造成各方向之發光亮度及色溫的特性不均勻，有其缺點存在。
針對上述美國專利第US5998925號之缺點，美國專 利第US5959316號曾揭示一種白光發光二極體裝置，該裝置之結構示意圖，請參閱第2圖。該結構係將一發光二極體晶粒22放置於一支架21之上，接著，再以第一透明封裝樹脂23封蓋於該發光二極體晶粒22之上方，並提供一螢光材料與另一第二透明封裝樹脂相混合所產生之混合樹脂24，再將該混合樹脂24封蓋於該第一透明封裝樹脂23之上，接續，再將另一第三透明封裝樹脂25封蓋於該混合樹脂24之上。由於該第一透明封裝樹脂23係經由烤乾而形成圓頂狀，故含有螢光材料之混合樹脂24係以特定之厚度塗佈於該圓頂狀之上，如此可解決發光裝置色溫之角分佈不均勻之缺點。然而，該專利所揭示之技術內容，係分別製作第一透明封裝樹脂23、混合樹脂24以及第三透明封裝樹脂25之後再分別進行封蓋之步驟，由於封蓋製程過程中必須分別地將各樹脂以高溫烤乾，由於此分段製作之過程極容易造成樹脂表面污染以及各樹脂之間附著力不足之缺點，因此無法提高製程之良率，而且，增加製程步驟之複雜性，故仍有其缺點。
又，請參閱第3圖，其係為美國專利第US6576488號之發光元件示意圖。該專利揭示一種覆晶封裝型式之方法且提供一種選擇性電泳(electrophoresis)沉積螢光材料之技術以提高螢光材料包覆發光二極體晶粒之均勻性進而解決色溫角分布不均之缺點。首先，將製作完成之發光二極體晶粒32以覆晶製程方法將該發光二極體晶粒32固定於一覆晶基板31之上，接著，提供一承載具 有形成螢光材料33之電泳裝置34，施以特定之電壓使得該螢光材料33沉積於該發光二極體晶粒32之暴露面，由於形成厚度均勻之螢光材料33，故能有效地提升色溫角分布之均勻性。然而，該製程雖然可以提高色溫角分布之均勻性，但使用選擇性電泳沉積法製程，必須於發光二極體晶粒32及覆晶基板31之上，製作多種遮蔽光罩以防止螢光材料沉積於金屬導電區域之上，故增加了晶粒製程之複雜性及其製作成本。
另，請參閱第4圖，其係為美國公開專利第US20050244993號曾揭示之另一種製作具有均勻塗佈螢光材料之白光發光元件示意圖。首先，提供一種具有垂直電極結構之發光二極體晶粒42固定於一基板41之上，接著，提供一螢光材料與另一懸浮溶液(suspension)相混合，再將該混合溶液以噴灑(spray)的方法於該發光二極體晶粒42之周圍，如此可形成厚度均勻之螢光材料塗佈層43以有效提升色溫角分布之均勻性。
另，請參閱第5圖，其係為美國專利第US7217583號曾揭示之另一種製作具有均勻塗佈螢光材料之白光發光元件示意圖。首先，提供一發光二極體晶粒52固定於一基板51之上，接著，提供一混合螢光材料與懸浮溶液(suspension)之混合溶液53於該發光二極體晶粒52之上，接續，侷限(confine)該混合溶液53及控制該混合溶液53之蒸發(evaporation)程序，如此可形成厚度均勻之螢光材料塗佈層54於該發光二極體晶粒52之周圍，以有效提升色溫角分布之均勻性。
鑑於習知之問題，本發明人基於多年從事研究開發與諸多實務經驗，提出另一種將螢光材料均勻地塗佈於發光二極體晶粒周圍之方法，以做為簡化製作程序及降低成本之實現方式與依據。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種發光二極體及其製作方法，以解決螢光材料塗佈不均勻所造成的色溫角分布不均勻之缺點。
根據本發明之另一目的，提出一種發光二極體之製作方法，其步驟包含：提供一支架；固置至少一發光二極體晶粒於該支架之上；連結該發光二極體晶粒及該支架之電氣；形成一具有透光性之圍欄框住該發光二極體晶粒；以及於該圍欄所包圍具有該發光二極體晶粒之區域，塗佈一具有螢光材料之封裝樹脂。
根據本發明之再一目的，提出一種白光發光二極體之製作方法，特別是一種具有透光性之圍欄框住發光二極體晶粒之封裝方法以解決螢光材料塗佈不均勻所造成的色溫角分布不均勻之缺點並增加發光二極體裝置之發光效率。
根據本發明之又一目的，提出一種白光發光二極體之製作方法，特別是一種具有透光性之圍欄框住發光二極體晶粒之封裝方法以簡化製作程序以及降低成本。
根據本發明之更一目的，提出一種白光發光二極 體，其包含支架、發光二極體晶粒、具有透光性圍欄及具有至少含有螢光材料之混合樹脂。發光二極體晶粒固置於支架上。具有透光性之圍欄框住發光二極體晶粒。具有至少含有螢光材料之混合樹脂形成於圍欄所包圍之區域內。
承上所述，依本發明之發光二極體及其製作方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)此發光二極體及其製作方法，係以透光性之圍欄框住發光二極體晶粒，藉此提高螢光材料塗佈之均勻性以及提高發光二極體裝置之發光效率。
(2)此發光二極體及其製作方法，係以透光性之圍欄框住發光二極體晶粒，簡化均勻塗佈螢光材料之程序以及降低製作成本。
為了使 貴審查委員對本發明之製作流程及所達成之功效有進一步之了解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細說明，說明如後：首先，請參閱第6圖，其係為本發明之發光二極體之實施例結構之示意圖。其製作過程為：提供一支架61，固置一發光二極體晶粒62於該支架61之上，形成一圍欄(enclosure)63包圍該發光二極體晶粒62以及提供至少一含有螢光材料之混合樹脂64於該圍欄(enclosure)63之內並覆蓋於該發光二極體晶粒62之上。其中，該支架 61之組成材質可為陶瓷系列(Ceramic based)、氧化鋁(AlO-based)、銅、鋁、鉬、鎢、氮化鋁(AlN-based)或上述所組成之複合材質其中之一。支架61更包含一固晶區域65及電氣連結之線路68及襯墊69以及電極端子70。另外，該固晶區域65可以為一導體或非導體之一或其混合之材質。該發光二極體晶粒62與該圍欄(enclosure)63具一相對距離，並可依據該發光二極體晶粒62及該支架61之尺寸大小調整其最佳距離。然而，該圍欄(enclosure)63為具有透光性之材料，並且依據該發光二極體晶粒62及該支架61之尺寸大小調整位於該發光二極體晶粒62之上之該混合樹脂64之特定厚度。其中，該混合樹脂64之特定厚度不小於該發光二極體晶粒62之邊緣與該圍欄(enclosure)63之相對距離，且係使用選自濺鍍法、化學氣相沈積法、噴印塗佈法、網印塗佈法、真空蒸鍍法、溶膠-凝膠法以及點膠法其中之一方法或其組合方法將該混合樹脂64形成於該圍欄所包圍之區域內。而該混合樹脂64中之螢光材料材質可為Sr1-x-yBaxCaySiO4：Eu2+F、(Sr1-x-yEuxMny)P2+zO7：Eu2+F、(Ba,Sr,Ca)Al2O4：Eu、((Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn))Si2O7：Eu、SrGa2S4：Eu、((Ba,Sr,Ca)1-xEux)(Mg,Zn)1-xMnx))Al10O17、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu,Mn、((Ba,Sr,Ca,Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7：Cl、SrSi3O8．2SrCl2：Eu、BAM：Eu、Sr-Aluminate：Eu、Thiogallate：Eu、Chlorosilicate：Eu、Borate：Ce,Tb、Sr4Al14O25：Eu、YBO3：Ce,Tb、BaMgAl10O17：Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu、 Ca2MgSi2O7：Cl,Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2：Eu ZnS：Cu,Al、(Y,Gd,Tb,Lu,Yb)(AlyGa1-y)5O12：Ce、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz：EuaSr5(PO4)3Cl：Eua其中之一或上述所組成之混合材質。為了使本發明所欲達成之功效有更進一步之了解與認識，本發明之製作流程詳述如下：請参閱第7A圖，首先，將發光二極體晶粒62固置於該支架61之固晶區域65之上，接著，以金屬導線71連接該發光二極體晶粒62之正電極66與負電極67於該支架上之襯墊69。請参閱第7B圖，接續連接金屬導線71步驟之後，提供一具有透光性之圍欄(enclosure)63，將該發光二極體晶粒62框住以形成一空間100。接著，將至少含有一螢光材料之混合樹脂64注滿該空間100而完成兼具色溫及亮度角分佈均勻之白光發光二極體。接續以上之步驟，請参閱第7C圖，亦可加入平坦化該混合樹脂64表面之步驟。除此之外，亦可將上述表面平坦化之步驟改為表面織狀化之步驟。上述第7B圖所揭示之程序亦可以先提供一具有透光性之圍欄(enclosure)63於該支架61之上，再將該發光二極體晶粒62固置於該支架61之該固晶區域65之上。
請參閱第8圖，其係為本發明之另一發光二極體之結構之示意圖，圖中已省略導線線路之示意圖。其製作過程如下：提供一支架81，固置多個發光二極體晶粒82，形成多個透光性之圍欄(enclosure)83各自框住發光二極體晶粒82而形成多個空間，接著，將至少含有一螢光材料之混合樹脂84注滿該多個空間而完成兼具色溫及亮 度角分佈均勻特性之白光發光二極體。接續以上之步驟，亦可加入平坦化或織狀化該混合樹脂84表面之步驟。
據上所述，本發明藉由透光性之圍欄，用以框住發光二極體晶粒，藉此提高螢光材料塗佈之均勻性，以及提高發光二極體裝置之發光效率，此外，更簡化均勻塗佈螢光材料之程序以及降低製作成本。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧白光發光二極體
11‧‧‧支架
12‧‧‧氮化鎵係發光二極體晶粒
13‧‧‧螢光材料
14‧‧‧混合樹脂
15‧‧‧第二樹脂
21‧‧‧支架
22‧‧‧發光二極體晶粒
23‧‧‧第一透明封裝樹脂
24‧‧‧混合樹脂
25‧‧‧第三透明封裝樹脂
31‧‧‧覆晶基板
32‧‧‧發光二極體晶粒
33‧‧‧螢光材料
34‧‧‧電泳裝置
41‧‧‧基板
42‧‧‧發光二極體晶粒
43‧‧‧螢光材料塗佈層
51‧‧‧基板
52‧‧‧發光二極體晶粒
53‧‧‧混合溶液
54‧‧‧螢光材料塗佈層
61、81‧‧‧支架
62、82‧‧‧發光二極體晶粒
64、84‧‧‧混合樹脂
63、83‧‧‧圍欄
65‧‧‧固晶區域
66‧‧‧正電極
67‧‧‧負電極
68‧‧‧電氣連結之線路
69‧‧‧襯墊
70‧‧‧電極端子
71‧‧‧金屬導線
100‧‧‧空間
第1圖 係為習知之白光發光二極體結構示意圖；第2圖 係為習知之另一白光發光二極體結構示意圖；第3圖 係為習知之另一發光元件結構示意圖；第4圖 係為習知之另一白光發光二極體結構示意圖；第5圖 係為習知之另一白光發光二極體結構示意圖；第6圖 係為本發明之發光二極體結構示意圖；第7A圖~第7C圖係為本發明之發光二極體之製作步驟示意圖；以及第8圖 係為本發明之另一發光二極體結構示意圖。
61‧‧‧支架
62‧‧‧發光二極體晶粒
63‧‧‧圍欄
64‧‧‧具有螢光材料之混合樹脂
65‧‧‧固晶區域
66‧‧‧正電極
67‧‧‧負電極
68‧‧‧電氣連結之線路
69‧‧‧襯墊
70‧‧‧電極端子
71‧‧‧金屬導線

Claims (17)

  1. 一種發光二極體之製作方法，其步驟包含：提供一支架；固置至少一發光二極體晶粒於該支架之上；形成至少一具有透光性之圍欄框住該發光二極體晶粒；以及提供具有至少含有一螢光材料之混合樹脂，形成於該圍欄所包圍之區域內；其中，該發光二極體晶粒之表面至該混合樹脂表面之距離大於或等於該發光二極體晶粒之側面至該圍欄之內側距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製作方法，其中，更包含一連結該發光二極體晶粒及該支架的電氣連結之步驟。
  3. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體之製作方法，其中，連結該發光二極體晶粒及該支架電氣之步驟係接續於該固置至少一發光二極體晶粒於該支架之上之步驟之後。
  4. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體之製作方法，其中，連結該發光二極體晶粒及該支架電氣之步驟可接續於該形成至少一具有透光性之圍欄框住該發光二極體晶粒之步驟之後。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製作方法，其中，更包含平坦化該混合樹脂表面之步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製作方法，其中更包含一金屬導線連接該發光二極體晶粒之正電極和負電極於該支架之步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體之製作方法，其中，更包含該金屬導線連接該發光二極體晶粒之該正電極和該負電極於該支架之導熱襯墊之步驟。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製作方法，其中，該螢光材料係選自Sr1-x-yBaxCaySiO4：Eu2+F、(Sr1-x-yEuxMny)P2+zO7：Eu2+F、(Ba,Sr,Ca)Al2O4：Eu、((Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn))Si2O7：Eu、SrGa2S4：En、((Ba,Sr,Ca)1-xEux)(Mg,Zn)1-xMnx))Al10O17、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu,Mn、((Ba,Sr,Ca,Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7：Cl、SrSi3O8．2SrCl2：Eu、BAM：Eu、Sr-Aluminate：Eu、Thiogallate：Eu、Chlorosilicate：Eu、Borate：Ce,Tb、Sr4Al14O25：Eu、YBO3：Ce,Tb、BaMgAl10O17：Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu、Ca2MgSi2O7：Cl,Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO 4)6Cl2：Eu ZnS：Cu,Al、(Y,Gd,Tb,Lu,Yb)(AlyGa1-y)5O12：Ce、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4及(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz：EuaSr5(PO4)3Cl：Eu a其中之一或上述所組成之混合材質。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製作方法，其中，該提供具有至少含有一螢光材料之樹脂，形成於該圍欄所包圍之區域內之步驟係選自濺鍍法、化學氣相沈積法、噴印塗佈法、網印塗佈法、真空蒸鍍法、溶膠一凝膠法以及點膠法其中之一或其組合而成之方法。
  10. 一種發光二極體，係包含：一支架；一發光二極體晶粒，係固置於該支架之上；一具有透光性之圍欄，係框住該發光二極體晶粒；以及一具有至少含有一螢光材料之混合樹脂，形成於該圍欄所包圍之區域內；其中，該發光二極體晶粒之表面至該混合樹脂表面之距離大於或等於該發光二極體晶粒之側面至該圍欄之內側距離。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該支架更包含一電氣連結之線路，該電氣連結之線路係連接發光二極體晶粒及該支架。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該混合樹脂表面係為平坦化的。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該支架具 有一固晶區域，該固晶區域係用以固置該發光二極體晶粒。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該支架更包含一金屬導線，該金屬導線係用以連接該發光二極體晶粒於該支架上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體，其中，該支架更包含一導熱襯墊，該金屬導線係用以連接該發光二極體晶粒之正電極和負電極於該導熱襯墊上。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該螢光材料係選自Sr1-x-yBaxCaySiO4：Eu2+F、(Sr1-x-yEuxMny)P2+zO7：Eu2+F、(Ba,Sr,Ca)Al2O4：Eu、((Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn))Si2O7：Eu、SrGa2S4：Eu、((Ba,Sr,Ca)1-xEux)(Mg,Zn)1-xMnx))Al10O17、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu,Mn、((Ba,Sr,Ca,Mg)1-xEux)2SiO4、Ca2MgSi2O7：Cl、SrSi3O8．2SrCl2：Eu、BAM：Eu、Sr-Aluminate：Eu、Thiogallate：Eu、Chlorosilicate：Eu、Borate：Ce,Tb、Sr4Al14O25：Eu、YBO3：Ce,Tb、BaMgAl10O17：Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu、Ca2MgSi2O7：Cl,Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO 4)6Cl2：Eu ZnS：Cu,Al、(Y,Gd,Tb,Lu,Yb)(AlyGa1-y)5O12：Ce、(Sr1-x-yzBaxCayEuz)2SiO4及(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz：EuaSr5(PO4)3Cl：Eu a其中之一或上述所組成之混合材質。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體，其中，該混合樹脂係藉由濺鍍法、化學氣相沈積法、噴印塗佈法、網印塗佈法、真空蒸鍍法、溶膠-凝膠法以及點膠法其中之一或其組合而成之方法，以形成於該圍欄所包圍之區域內。
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