TWI420691B - Ｌｅｄ裝置及其製造方法 - Google Patents

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Description

LED裝置及其製造方法
本發明是關於一種LED裝置及其製造方法。
一直以來，含有如下LED元件的LED裝置已為人所知，該LED元件具有發光層及螢光層，該螢光層中含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質。
例如，於下述專利文獻1中，揭示有作為LED裝置的白色LED燈，該LED裝置包含LED元件，該LED元件具有發光層及螢光層，其中，該發光層發出藍色光，該螢光層中含有受到上述藍色光的激發而發出與藍色具有互補關係的黃綠色的光的螢光物質。該LED裝置中，從上述發光層發出並直接以藍色光透過上述螢光層的光、與因上述螢光層的螢光物質而轉變為黃綠色光的光相混合，由此，觀察者可看見白色光。該LED裝置中，藉由透明基板及形成於該基板之一個面上的LED結構層(包含發光層)而構成一個LED晶片。並且，該LED晶片的上述LED結構層搭載於作為矽二極體元件基板(子基板元件)側的上述矽二極體元件基板上，上述螢光層以覆蓋上述LED晶片的方式而塗佈，上述LED晶片以上述矽二極體元件基板為承托而配置在上述矽二極體元件基板上。因此，該LED裝置中，上述螢光層只要未被保護膜等特別覆蓋，則會露出到外部。
並且，於下述專利文獻1中，揭示有一較佳方案，即，由於白色色度依賴於上述螢光層的厚度，因此，為了抑制白色色度之不均，以提高所要求的色度的生產良率，而使上述螢光物質的膜厚精確且均勻。進一步，於下述專利文獻1中，揭示有一技術，即，為了使上述螢光物質的膜厚精確且均勻，具體的製造方法為：利用絲網印刷(sllk screen printing)而形成上述螢光物質，或者在上述螢光物質形成之前研磨LED晶片的透明基板，或者在上述螢光物質形成之後研磨螢光物質等。
又，例如，於下述專利文獻2中，揭示有作為LED裝置的發光裝置或顯示裝置(顯示器)，該LED裝置包含LED元件，該LED元件具有發光層及螢光層，其中，該發光層發出紫外光，該螢光層中含有受到上述紫外光的激發而發出可見光的螢光物質。該LED裝置中，在基板上形成有LED結構層(包含發光層)，上述螢光層形成在與上述基板的上述LED結構層相反側的面上，或者與上述LED結構層的上述基板相反側的面上。因此，該LED裝置中，上述螢光層只要未被保護膜等特別覆蓋，亦會露出到外部。
[專利文獻1]日本專利特開2001－15817號公報[專利文獻2]日本專利特表平11－510968號公報
然而，如上所述，於上述習知的LED裝置中，由於上述螢光層只要未被保護膜等特別覆蓋則會露出到外部，因此螢光層會受到外部的影響(例如濕氣)而劣化，而且該LED裝置的耐久性會降低。
又，在製造LED裝置時，根據上述專利文獻1中的揭示，即使利用絲網印刷而形成螢光層或者引入研磨步驟，亦難以使上述螢光物質的膜厚非常精確且均勻。因此，無法於產品間(亦可為含有多個LED元件的產品中，相同產品中的LED元件之間)充分地降低發光色或發光強度之不均，而且無法充分地提高良率。
本發明是鑒於以上情況研製而成的，其目的在於提供一種LED裝置，可在沒有特別的保護膜等覆蓋的情況下降低外部對螢光層的影響，而且可提高耐久性。
又，本發明之目的在於提供一種LED裝置之製造方法，該製造方法能夠製造出可提高上述耐久性的LED裝置，而且可使螢光層的厚度更加精確且均勻，因此可進一步提高良率。
為了解決上述問題，本發明提供一種LED裝置之製造方法，其特徵在於包括以下階段：在第1基板上，形成包含發光層且構成LED元件的LED結構層；在透過特定波段(wavelength band)之光的第2基板上，形成螢光層，該螢光層中含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質；在上述第1基板的上述LED結構層上，接合第3基板；從接合著上述第3基板的上述LED結構層上去除上述第1基板；以及在接合著上述第3基板且去除了上述第1基板的上述LED結構層上，接合具備上述螢光層的上述第2基板，以使上述LED結構層與上述螢光層接觸。
又，本發明提供一種LED裝置之製造方法，其特徵在於包括以下階段：在第1基板上，形成包含發光層且構成LED元件的LED結構層；在透過特定波段的光的第2基板上，形成螢光層，該螢光層中含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質；在形成於上述第1基板上的上述LED結構層上，接合第3基板；從接合著上述第3基板的上述LED結構層上去除上述第1基板；在接合著上述第3基板且去除了上述第1基板的上述LED結構層上，接合形成於上述第2基板上的上述螢光層；以及將具有上述第2基板、形成於上述第2基板上的上述螢光層、及上述LED結構層的接合體，分割為含有一個或一個以上的上述LED元件的部分。
又，本發明的LED裝置之較佳製造方法更包括以下階段：在將上述LED結構層與上述螢光層進行接合的上述階段之後，從上述LED結構層上去除上述第3基板。當包括分割上述接合體的階段時，從上述LED結構層上去除上述第3基板的較佳階段為，在上述LED結構層與上述螢光層進行接合的上述階段之後，且在上述分割的階段之前。
又，本發明的LED裝置之製造方法中，更包括以下階段：準備電路基板，該電路基板上搭載有驅動上述LED元件的驅動電路；以及在將上述LED結構層與上述螢光層進行接合的上述階段之後，將上述LED結構層或者上述第3基板與上述電路基板進行接合。此處，所謂「將LED結構層或者上述第3基板與上述電路基板進行接合」，是指將LED結構層與電路基板電性連接，或者經由第3基板而將LED結構層與電路基板電性連接。再者，當LED裝置之製造方法中包括分割上述接合體的階段時，較佳的作法為，在上述分割階段之前，進行將上述LED結構層或者上述第3基板與上述電路基板接合的階段。進一步，當LED裝置之製造方法中包括去除上述第3基板的階段時，較佳的作法為，在去除上述第3基板的階段之後且在上述分割階段之前，進行將上述LED結構層與上述電路基板接合的階段。
本發明的LED裝置之製造方法中，上述第3基板若為電路基板則較佳。此時，於上述分割階段，分割更具有與上述LED結構層接合的上述電路基板的上述接合體則較佳。
又，更佳的情況為，作為上述第3基板的上述電路基板是搭載有驅動上述LED元件的驅動電路的電路基板。
又，本發明的LED裝置之製造方法中，形成上述LED結構層的上述階段較佳的情況為，包括藉由磊晶成長而形成上述LED結構層之至少1層的階段。
又，較佳的情況為，本發明的LED裝置之製造方法中，上述LED裝置含有多個上述LED元件，且上述LED裝置是根據影像信號或者其他顯示控制信號來進行彩色顯示或黑白顯示的顯示裝置。
本發明又提供一種LED裝置，其包括LED結構層、基板、以及螢光層，其中，上述LED結構層包含發光層而構成LED元件，上述基板透過特定波段的光，上述螢光層配置在上述LED結構層與上述基板之間，且含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質。
又，較佳的情況為，本發明的LED裝置中，上述LED元件的數量為兩個或兩個以上，且向上述兩個或兩個以上LED元件中的至少一個LED元件的外部發出的發光色，不同於向上述兩個或兩個以上LED元件中的另外至少一個LED元件的外部發出的發光色。
又，較佳的情況為，本發明的LED裝置中，上述LED元件的數量為兩個或兩個以上，且該LED裝置構成根據影像信號或者其他顯示控制信號來進行彩色顯示或黑白顯示的顯示裝置。
又，較佳的情況為，本發明的LED裝置包括電路基板，該電路基板上搭載有驅動上述LED元件的驅動電路，且該電路基板與上述LED元件電性連接。
根據本發明，提供一種LED裝置，可在沒有特別的保護膜等覆蓋的情況下降低外部對螢光層的影響，而且可提高耐久性。
又，根據本發明，可提供一種LED裝置之製造方法，該製造方法能夠製造出可提高上述耐久性的LED裝置，而且可使螢光層的厚度更加精準且均勻，因此可進一步提高良率。
以下，參照圖式來說明本發明的LED裝置及其製造方法。
[第1實施形態]
圖1是示意性表示作為本發明第1實施形態的LED裝置之主要部分的LED晶片1的概略剖面圖。
以下未顯示在圖式中，本實施形態的LED裝置構成為，使用圖1所示的LED晶片1作為LED晶片的所謂砲彈型LED燈或者晶片型LED。砲彈型LED燈或晶片型LED構造中，除LED晶片1的構造之外，採用眾所周知的構造，故此處省略其說明。
本實施形態中，如圖1所示，LED晶片1是由基板(第2基板)2及LED元件3而構成的，其中，基板2(第2基板)是透過特定波段(本實施形態中，為可見區域)的光的玻璃基板等基板，LED元件3設置在基板2上，且經由基板2而向外部發出白色光。該LED晶片1僅具有一個LED元件。該LED晶片1中，將基板2的圖1中的下表面側作為光出射側。
LED元件3是由在基板2之上表面側從基板2側依次積層的螢光層4、n型雜質層5、作為發光層的活性層6及p型雜質層7、以及電極8和9而構成的。n型雜質層5、活性層6及p型雜質層7分別藉由磊晶成長層而構成。n型雜質層5的一部分區域並未被活性層6及p型雜質層7覆蓋著，而是該區域上形成有一個電極8。另一個電極9形成於p型雜質層7上。本實施形態中，如所知一般，層5至層7之各層的材料等被設定為可從活性層6發出藍色光。再者，如所知一般，實際上層5至層7之各層可視需要而由多層構成，或者追加緩衝層，其詳細的構造圖示及說明在此省略。又，本實施形態中，螢光層4是由含有螢光物質(例如，YAG(釔鋁鎵化合物))且具有透光性的樹脂(例如，環氧樹脂或者矽氧樹脂)層而構成的，上述螢光物質受到來自活性層6的藍色光的激發而發出與藍色具有互補關係的黃綠色的光。
由以上說明可知，本實施形態中，n型雜質層5、活性層6、p型雜質層7及電極8和9之全體，成為構成LED元件3的LED結構層(其中，螢光層4除外)10，螢光層4配置在LED結構層10與基板2之間。
當電極8和9之間流動有順電流時，從活性層6發出藍色光，而且從活性層6發出並直接以藍色光透過螢光層4的光、與因螢光層4的螢光物質而轉變為黃綠色光的光相混合，由此使基板2的下表面側的觀察者可看見白色光。
本實施形態的LED裝置中，如圖1所示，於LED晶片1中，由於螢光層4被夾在LED結構層10與基板2之間，故螢光層4即便未由特別的保護膜等覆蓋著，亦不會露出到外部。因此，根據本實施形態，可在沒有特別的保護膜等覆蓋的情況下降低外部對螢光層4的影響，而且可提高耐久性。
其次，參照圖2A~2C、圖3A~3B及圖4A~4B來說明本實施形態的LED裝置之製造方法之一例。圖2A~2C、圖3A~3B及圖4A~4B是分別示意性表示本實施形態的LED裝置之製造方法的各步驟的概略剖面圖。
首先，準備基板(第1基板)11，該基板(第1基板)11成為使LED結構層10的n型雜質層5等磊晶成長的基礎。作為基板11，使用例如藍寶石基板或者SiC基板等。隨後，於第1基板11上，形成多個包含發光層(活性層)且構成LED元件的LED結構層10。亦即，於基板11上形成LED結構層10，其數量相當於應一併製造的多個LED晶片1的數量。具體而言，於基板11上，藉由磊晶成長而依次形成n型雜質層5、活性層6及p型雜質層7，且藉由蝕刻而去除活性層6及p型雜質層7的無需區域。此時，n型雜質層5直接形成於基板11的整個面上。其後，以金等形成電極8、9，並且經蝕刻而圖案化為特定形狀。圖2A表示該狀態。
其次，將用以保持LED結構層10且保護LED結構層10免受機械損傷的基板(第3基板)12，接合在與基板11相反側的LED結構層10的表面。該接合是暫時的，隨後將會剝離。此處，利用熱可塑性蠟(wax)13將基板12接合於LED結構層10上。圖2B表示該狀態。
其後，從接合有基板12的LED結構層10上去除基板11。圖2C表示該狀態。該基板11之去除可藉由下述方式而進行，例如，以研磨機(grinder)削除基板11，或者以噴水機(高壓水噴射)或鋼絲鋸(wire saw)將LED結構層10與基板11的邊界附近切斷。
另一方面，準備透過特定波段(本實施形態中，為可見區域)的光的玻璃基板等基板(第2基板)2，並在基板2上塗佈上述螢光層4。圖3A表示該狀態。由於基板2的表面上沒有經圖案化後之層等所產生的凹凸，且基板2可使用未經伴有磊晶成長層形成等高溫處理之步驟的基板，故於基板2上不存在高溫處理等所導致的彎曲等現象。因此，可使螢光層4的厚度更加精確且均勻。為了使螢光層4的厚度更進一步變得精確且均勻，亦可視需要，在塗佈螢光層4之前研磨基板2以使其平坦化，及/或在塗佈螢光層4之後研磨螢光層4以使其平坦化。再者，螢光層4亦可藉由例如絲網印刷而形成。
接著，將圖2C所示之狀態的LED結構層10的下表面(與基板12相反側的面)、與圖3A所示之狀態的螢光層4的上表面(與基板2相反側的面)進行接合。圖3B表示該狀態。本實施形態中，由於螢光層4是使用環氧樹脂或者矽氧樹脂等具有黏接性的樹脂而構成的，故利用螢光層4黏接性將LED結構層10與螢光層4加以接合。當然，亦可使用與螢光層4不同的具有透光性的黏接劑將LED結構層10與螢光層4加以接合。
將LED結構層10的下表面與螢光層4接合後，去除熱可塑性蠟13，藉此從LED結構層10上剝離並去除基板12。圖4A表示該狀態。
其次，對具備圖4A所示之狀態的LED結構層10的基板進行切割(dicing)，以分割成各個LED晶片1。圖4B表示該狀態。多個LED晶片1藉由以上步驟而一併完成。
其後，經過線接合(wire bonding)等眾所周知的步驟(未圖示)後，完成作為本實施形態之LED裝置的砲彈型LED燈或者晶片型LED。
以該製造方法製造出本實施形態的LED裝置後，可如上所述，使螢光層4的厚度更加精確且均勻。因此，可大量地製造發光色均勻(本實施形態中，為均勻的白色色度)的LED裝置，且可進一步提高良率。
上述製造方法中，一併製造的所有LED晶片1的結構為，作為發光層的活性層6發出藍色光，並且螢光層4將上述藍色光作為激發光而發出黃綠色的光，且所有LED晶片1發出白色光。然而，亦可於各個LED晶片1中，配置發出彼此不同色光的螢光層(亦即，於圖3A所示之步驟中，在對應於彼此不同發光色的LED晶片1的區域中，配置發出彼此不同色光的螢光層)作為螢光層4，並且一次性製造發出彼此不同色光的多個LED晶片1。
又，一併製造的所有LED晶片1的結構亦可為，作為發光層的活性層6發出紫外光，並且螢光層4將上述紫外光作為激發光而發出特定色的光(例如，紅色光、綠色光或者藍色光)。
進一步，一併製造的所有LED晶片1的結構亦可為，作為發光層的活性層6發出紫外光，並且於各個LED晶片1中，配置由紫外光激發而發出彼此不同色光的螢光層(亦即，於圖3A所示之步驟中，在對應於彼此不同發光色的LED晶片1的區域中，配置發出彼此不同色光的螢光層)作為螢光層4，且一次性製造發出彼此不同色光的多個LED晶片1。
進一步，LED晶片1的結構亦可為，作為發光層的活性層6發出紫外光，並且於一個LED晶片1中的將上述螢光層4分成3份的三個區域部分上，分別配置有由紫外光激發而發出紅色光、綠色光及藍色光的三個螢光層。藉此，亦可從LED晶片1發出白色光。
[第2實施形態]
圖5是表示本發明第2實施形態的LED裝置21的概略方塊圖。
本實施形態的LED裝置21構成發光顯示對應於影像信號的彩色畫像的顯示裝置。本實施形態的LED裝置21亦可構成為例如畫面尺寸小於等於1英吋的所謂微顯示器。如圖5所示，本實施形態的LED裝置21包括以下部分：以二維狀配置的多個單位像素30、以列為單位而選擇單位像素30的各色LED元件41R和41G和41B(圖5中未圖示，參照下述圖6及圖7)的垂直掃描電路32、以行為單位而選擇單位像素30的各色LED元件41R和41G和41B的水平掃描電路33、以及控制垂直掃描電路32及水平掃描電路33的影像信號處理電路34，以使對從外部輸入的影像信號經處理後進行對應於該影像信號的畫像顯示。圖5中，單位像素30的數量為3×3個，但並非限定於此。
本實施形態中，藉由單位像素30中的除LED元件41R、41G、41B以外的要素(參照下述圖6)、垂直掃描電路32、水平掃描電路33及影像信號處理電路34，而構成驅動LED元件41R、41G、41B的驅動電路31。
圖6是表示圖5中的單位像素30的電路圖。各單位像素30具有：發出紅色光的紅色LED元件41R、發出綠色光的綠色LED元件41G、發出藍色光的藍色LED元件41B、選擇紅色LED元件41R之像素行的紅色行選擇開關42R、選擇綠色LED元件41G之像素行的綠色行選擇開關42G、以及選擇藍色LED元件41B之像素行的藍色行選擇開關42B。行選擇開關42R、42G、42B藉由MOS電晶體而構成。
所有單位像素30的LED元件41R、41G、41B的陰極藉由接地線43而共通連接著。LED元件41R、41G、41B的陽極分別連接於對應的選擇開關42R、42G、42B的汲極。紅色行選擇開關42R的源極藉由水平源極線44R而共通連接於每個像素列，並從在影像信號處理電路34的控制下而作動的垂直掃描電路32上，接受大小與紅色亮度值相對應的電壓作為驅動信號。綠色行選擇開關42G的源極藉由水平源極線44G而共通連接於每個像素列，並從垂直掃描電路32上接受大小與綠色亮度值相對應的電壓作為驅動信號。藍色行選擇開關42B的源極藉由水平源極線44B而共通連接於每個像素列，並從垂直掃描電路32上接受大小與藍色亮度值相對應的電壓作為驅動信號。
紅色行選擇開關42R的閘極藉由垂直選擇線45R而共通連接於每個像素行，並從在影像信號處理電路34的控制下而作動的水平掃描電路33上接受紅色行選擇信號。綠色行選擇開關42G的閘極藉由垂直選擇線45G而共通連接於每個像素行，並從水平掃描電路33上接受綠色行選擇信號。藍色行選擇開關42B的閘極藉由垂直選擇線45B而共通連接於每個行，並從水平掃描電路33上接受藍色行選擇信號。
再次參照圖5，當從外部輸入有影像信號後，影像信號處理電路34根據該影像信號而求出各像素30的各色亮度，並將對應於該值的控制信號分別輸出至垂直掃描電路32及水平掃描電路33。垂直掃描電路32及水平掃描電路33是在特定的時序根據上述控制信號，於特定的時序對每個像素行輸出各色的行選擇開關42R、42G、42B的接通信號(選擇信號)，且對每個像素列，向各色的水平源極線44R、44G、44B輸出大小與亮度值相對應的電壓。以此方式，針對每個單位像素30，將大小與亮度值相對應的電壓(且電流)施加至各色LED元件41R、41G、41B，以使每個單位像素30發出以所需的色、亮度而發光，藉此，使得表示所輸入的影像信號的畫像發光顯示。
圖7是示意性表示本實施形態中採用的各色LED元件41R、41G、41B之配置的平面圖。圖7中，「R」表示紅色LED元件41R，「G」表示綠色LED元件41G，「B」表示藍色LED元件41B。圖7中，單位像素30的數量亦為3×3個。上述各方面與下述圖8及圖9相同。
如圖7所示，本實施形態中，各單位像素30是由在列方向(左右方向)上排列的各色逐個合計為三個的LED元件41R、41G、41B所構成。本實施形態中，如圖7所示，相同列的各單位像素30中的各色LED元件41R、41G、41B的排列順序相同，但行方向上相鄰列的單位像素30中的LED元件41R、41G、41B的排列順序不同。
當然，各色LED元件41R、41G、41B的配置並非限定於圖7所示的圖例，例如，亦可採用圖8所示的配置或圖9所示的配置。圖8中，所有單位像素30中的各色LED元件41R、41G、41B的排列順序相同。圖9中，各單位像素30是由一個紅色LED元件41R、兩個綠色LED元件41G、及一個藍色LED元件41B之合計2×2個LED元件所構成的。
圖10是表示本實施形態的LED裝置21的概略剖面圖。圖11是放大表示圖10中的混合(hybrid)晶片51的概略放大剖面圖。圖12是示意性表示構成圖10及圖11所示之晶片51的LED基板52的一個單位像素30的一部分(僅該一部分要素)的概略平面圖。圖13是示意性表示構成圖10及圖11所示之晶片51的驅動電路基板53的與圖12對應之一個單位像素30的一部分(僅該一部分要素)的概略平面圖。再者，圖12及圖13均為自圖11中的上側所觀察到的情況，本來應為隱線的線亦以實線而表示。再者，沿著圖7中的A－A'線的剖面、沿著圖12中的B－B'線的剖面、及沿著圖13中的C－C'線的剖面包含於一個平面內，圖10及圖11所示之剖面表示上述平面中的剖面。
LED基板52是由透過特定波段(本實施形態中，為可見區域)的光的1塊玻璃基板等基板(第2基板)61、及設置於該基板61上的所有單位像素30的各色LED元件41R、41G、41B而構成的。
如圖11及圖12所示，紅色LED元件41R是由在基板61之下表面側從基板61側依次積層的螢光層62R、n型雜質層63、作為發光層的活性層64及p型雜質層65、以及電極66和67而構成的。n型雜質層63、活性層64、及p型雜質層65分別藉由磊晶成長層而構成。n型雜質層63的一部分區域並未由活性層64及p型雜質層65覆蓋著，而是該區域上形成有一個電極66。另一個電極67形成於p型雜質層65上。本實施形態中，眾所皆知地，層63至層65之各層的材料等被設定為可從活性層64發出紫外光。再者，實際上如眾所皆知地，層63至層65之各層可視需要而由多個層構成，或者追加緩衝層，其詳細的構造圖示及說明在此省略。螢光層62R是由含有螢光物質(例如，Ca0.950 Al2 Si4 O0.075 N7.917 ：Eu0.050 或Y2 O2 S：Eu等)且具有透光性的樹脂(例如，環氧樹脂或者矽氧樹脂)層而構成的，上述螢光物質受到來自該LED元件41R之活性層64的紫外光的激發而發出紅色光。
綠色LED元件41G不同於紅色LED元件41R之處僅在於，取代螢光層62R而形成螢光層62G，藍色LED元件41B不同於紅色LED元件41R之處僅在於，取代螢光層62R而形成螢光層62B，因而此處省略該些的重複說明。
螢光層62G是由含有螢光物質(例如，ZnS：Cu、Al或(Ba、Sr、Ca)2 SiO4 ：Eu等)且具有透光性的樹脂(例如，環氧樹脂或者矽氧樹脂)層所構成，上述螢光物質受到來自上述LED元件41G之活性層64的紫外光的激發而發出綠色光。
螢光層62B是由含有螢光物質(例如，BAM：Eu(BaMgAl10 O17 ：Eu或(Sr、Ca、Ba、MG)10 (PO4 )6 CL2 ：Eu等)且具有透光性的樹脂(例如，環氧樹脂或者矽氧樹脂)層而構成的，上述螢光物質受到來自上述LED元件41B之活性層64的紫外光的激發而發出藍色光。
由以上說明可知，本實施形態中，對於各LED元件41R、41G、41B而言，n型雜質層63、活性層64、p型雜質層65及電極66和67之全體，成為構成該LED元件的LED結構層70(其中，螢光層62R、62G、62B除外)，螢光層62R、62G、62B分別配置在LED結構層70與基板61之間。
圖5及圖6所示之電路中，作為LED元件41R、41G、41B以外之部分的驅動電路31是使用眾所皆知的半導體製程技術而搭載於一個驅動電路基板53上的。本實施形態中，採用矽基板作為驅動電路基板53。如圖11、圖12及圖13所示，驅動電路基板53藉由凸塊(bump)71、72而與LED基板52的各LED元件41R、41G、41B之電極66、67電性連接著。晶片51藉由以凸塊71、72彼此接合的LED基板52及驅動電路基板53所構成。
上述紅色行選擇開關42R構成為MOS電晶體，該MOS電晶體是由形成於驅動電路基板53上的特定的擴散層之源極與汲極(未圖示)、以及配置於該兩者間之區域上的閘極電極73(圖13參照)所組成的。上述源極連接於和水平源極線44R相連接的配線圖案。上述汲極與藉由形成於其上的凸塊72而連接的電極74相連接。閘極電極73藉由配線圖案而連接於垂直選擇線45R。以上各方面對於綠色行選擇開關42G及藍色行選擇開關42B亦相同。再者，接地線43兼作用以與LED元件41R、41G、41B相連接的電極。而且，於圖11中，75為矽酸化膜等絕緣膜。
如圖11所示，紅色LED元件41R的陽極與紅色行選擇開關42R的汲極藉由設於電極67、74之間的凸塊72而電性連接著。又，紅色LED元件41R的陰極與接地線43藉由設於電極66和接地線43之間的凸塊71而電性連接著。同樣地，LED元件41G、41B的陽極與選擇開關42G、42B的汲極藉由各凸塊72而分別電性連接著，且LED元件41G、42B的陰極與接地線43藉由各凸塊71而分別電性連接著。凸塊71、72是由例如銅或金等而構成的。
各色LED元件41R中，若於電極66、67之間流過電流，則會從活性層64發出紫外光。紅色LED元件41R中，螢光層62R受到來自活性層64的紫外光的激發而發出紅色光，該紅色光經由基板61而向上方射出。綠色LED元件41G中，螢光層62G受到來自活性層64的紫外光的激發而發出綠色光，該綠色光經由基板61而向上方射出。藍色LED元件41G中，螢光層62B受到來自活性層64的紫外光的激發而發出藍色光，該藍色光經由基板61而向上方射出。
如圖11所示，本實施形態中，在基板61上的相鄰LED元件間的位置上形成有槽61a，該槽61a形成為與基板61的表面大致垂直。
從LED元件41R、41G、41B的螢光層62R、62G、63發出的光不僅向上方而且欲向各種方向行進。因此，若沒有槽61a，則從各LED元件的螢光層發出的光會與從鄰接的LED元件的螢光層發出的光混合而產生干擾。相對於此，由於基板61上形成有槽61a，所以光會於槽61a的面上產生全反射，故一個LED元件的螢光層所發出的光的輻射方向經某種程度的彙集後確定方向性。因此，可抑制與鄰接的螢光層所發出的光混合而產生的干擾，從而可進行高對比度的顯示。當然，本發明中，未必需要形成槽61a。再者，槽61a內亦可為空的，即使槽61a內埋入有金屬等光反射材料或者對槽61a的面進行蒸鍍等而形成，亦可取得同樣的干擾抑制效果。
再次參照圖10，本實施形態的LED裝置中，晶片51搭載於支持基板54上，晶片51的驅動電路基板53的特定電極與支持基板54上的電極55之間藉由導線56而線接合著，且導線56的部分藉由樹脂57所密封。
通常，具有LED元件的晶片包含與圖10中的基板61相當的透明基板，且全體由樹脂所密封著。其原因在於，通常的晶片若不以此方式形成，則會引起耐久性惡化，或者由於LED發光層的折射率高而導致光取出效率降低。
然而，本實施形態的LED裝置中，LED基板52與驅動電路基板53因凸塊71、72而併合(hybrid)。又，如圖11所示，本實施形態的LED裝置中，各LED元件41R、41G、41B的螢光層62R、62G、62B分別被夾持在LED結構層70與基板61之間，故螢光層62R、62G、62B即便未由特別的保護膜等覆蓋著，亦不會露出到外部。因此，根據本實施形態，可在沒有特別的保護膜等覆蓋的情況下降低外部對螢光層62R、62G、62B的影響，而且可提高耐久性。又，將基板61的折射率設為介於空氣的折射率與LED發光層的折射率之中間程度的折射率，藉此可抑制光取出效率的降低。因此，本實施形態中，不必對整個晶片51進行樹脂密封。但是，由於導線56部分的機械性弱，故本實施形態中，僅導線56的部分是由樹脂57密封的。
當然，本發明中，例如亦可將晶片51以圖14所示的方式收容於封裝(package)81內。該封裝81藉由兼作封裝本體81a及顯示窗的密封蓋81b而構成為所謂球狀封裝(ball grid package)。設於封裝本體81a之底面上的各焊錫球(solder ball)82經由未圖示的路徑而與以導線83接合於驅動電路基板53之電極上的各電極84電性連接著。
其次，參照圖15A~15C、圖16A~16C、圖17A~17B及圖18來說明本實施形態的LED裝置之製造方法之一例。圖15A~15C、圖16A~16C、圖17A~17B及圖19是分別示意性表示該製造方法的各步驟的概略剖面圖。圖18是示意性表示該製造方法的特定步驟的概略立體圖。
首先，準備基板(第1基板)91，該基板(第1基板)91成為使LED結構層70的n型雜質層63等磊晶成長的基礎。作為基板91，使用例如藍寶石基板或者SiC基板等。隨後，於基板91上形成LED結構層70，其數量相當於應一併製造的多個晶片51的LED元件41R、41G、41B的數量。亦即，於基板91上，藉由磊晶成長而依次形成n型雜質層63、活性層64、及p型雜質層65，且藉由蝕刻而去除活性層64及p型雜質層65的無需區域。此時，n型雜質層63直接形成於基板91上的整個面上。其後，以金等形成電極66、67，並且經蝕刻而圖案化為特定形狀。圖15A表示該狀態。
其次，將用以保持LED結構層70且保護LED結構層70免受機械損傷的基板(第3基板)92，接合在與基板91相反側的LED結構層70的表面。該接合是暫時的，隨後將會剝離。此處，利用熱可塑性蠟93將基板12接合於LED結構層10上。隨後，從接合有基板92的LED結構層70上去除基板91。圖15B表示該狀態。
另一方面，準備透過特定波段(本實施形態中，為可見區域)的光的玻璃基板等基板(第2基板)61，並在基板61上，將上述螢光層62R、62G、62B分別形成於各色LED元件41R、41G、41B所對應的位置上。圖15C表示該狀態。再者，將螢光層62R、62G、62B最終僅形成於一部分區域上的方法本身已廣為人知。由於基板61的表面上沒有圖案化的層等所產生的凹凸，且基板61可使用未經伴有磊晶成長層形成等高溫處理之步驟的基板，故於基板61上不存在高溫處理等所導致的彎曲等現象。因此，可使螢光層62R、62G、62B的厚度更加精確且均勻。為了使螢光層62R、62G、62B的厚度更進一步變得精確且均勻，亦可視需要，在塗佈螢光層62R、62G、62B之前研磨基板61以使其平坦化，及/或在形成螢光層62R、62G、62B之後研磨螢光層62R、62G、62B以使其平坦化。再者，螢光層62R、62G、62B亦可藉由例如絲網印刷而形成。
隨後，將圖15B所示之狀態的LED結構層70的下表面(與基板92相反側的面)與圖15C所示之狀態的螢光層62R、62G、62B的上表面(與基板61相反側的面)進行接合。本實施形態中，由於螢光層62R、62G、62B是使用環氧樹脂或者矽氧樹脂等具有黏接性的樹脂所構成的，因而利用螢光層62R、62G、62B的黏接性將LED結構層70與螢光層62R、62G、62B進行接合。當然，也可另外使用與螢光層62R、62G、62B不同的具有透光性的黏接劑來接合LED結構層70與螢光層62R、62G、62B。其後，去除熱可塑性蠟93，藉此從LED結構層70上剝離並去除基板92。圖16A表示該狀態。
其後，藉由乾式蝕刻等處理，在相鄰的LED元件間的位置上形成槽61a(圖16B)。
另一方面，利用眾所周知的半導體製程技術來準備驅動電路基板53(圖16C)。此處，驅動電路基板53上配置有例如通常的CMOS製程的CMOS電路。並且，如圖17A所示，在驅動電路基板53上，形成有用以與LED元件41R、41G、41B電性連接的凸塊71、72。
其次，將圖16A所示之狀態的基板與形成有凸塊71、72的驅動電路基板53以圖17A所示的方式進行對位。圖18示意性表示該對位的情況。在圖18中，101表示圖16A所示之狀態的基板，102表示圖17A所示之形成有凸塊71、72的驅動電路基板53。又，在圖18中，101a、102a分別示意性表示各基板101、102上的相當於1晶片的區域。
進行上述對位，並將電極66、67與凸塊71、72分別接合。圖17B表示該狀態。凸塊的上述接合與由此產生的併合化是眾所皆知的技術。
繼而，對圖17B所示之狀態的併合化的基板進行切割，以分割成各個晶片51。圖19表示該狀態。多個晶片51藉由以上方法而一併完成。
其後，經過線接合及樹脂密封等眾所皆知的步驟之後，完成如圖10所示之本實施形態的LED裝置21。
以該製造方法製造出本實施形態的LED裝置21後，可如上所述，使螢光層62R、62G、62B的厚度更加精確且均勻。因此，在產品間以及相同產品的多個LED元件間，亦可更加降低發光色或發光強度的不均，而且可更進一步提高良率。
以上對本發明的各實施形態進行了說明，但本發明並非限定於上述實施形態。
例如，在上述第2實施形態的LED裝置21中，若僅由紅色LED元件41、綠色LED元件41G及藍色LED元件41B中的任一個構成各單位像素，則可作為進行黑白顯示的顯示裝置。
又，例如，在上述第2實施形態的LED裝置21中，若使搭載於驅動電路基板53上的驅動電路構成為，響應紅色光照明指令信號並僅使紅色LED元件41R點亮，響應綠色光照明指令信號並僅使綠色LED元件41G點亮，響應藍色光照明指令信號並僅使藍色LED元件41B點亮，以及響應白色光照明指令信號並僅使所有LED元件41R、41G、41B點亮，則可作為能夠選擇性切換紅色光、綠色光、藍色光及白色光之照明的照明裝置。由於上述照明裝置中並不會產生干擾問題，因而無需上述槽61a。
[第2實施形態的變形例]
其次，以下將說明第2實施形態的LED裝置之製造方法的變形例。
參照圖20A~20D及圖21A~21C來說明本變形例的LED裝置之製造方法。圖20A~20D及圖21A~21C是分別示意性表示本變形例的LED裝置之製造方法的各步驟的概略剖面圖。
首先，準備基板(第1基板)91，該基板(第1基板)91成為使LED結構層70的n型雜質層63等磊晶成長的基礎。作為基板91，使用例如藍寶石基板或者SiC基板等。隨後，於基板91上形成LED結構層70，其數量相當於應一併製造的多個LED晶片1的數量。亦即，於基板91上，藉由磊晶成長而依次形成n型雜質層63、活性層64、及p型雜質層65，且藉由蝕刻而去除活性層64及p型雜質層65的無需區域。此時，n型雜質層63直接形成於基板91上的整個面上。其後，以金等形成電極66、67，並且經蝕刻而圖案化為特定形狀。圖20A表示該狀態。
另一方面，利用眾所皆知的半導體製程技術來準備驅動電路基板53。此處，驅動電路基板53上配置有例如通常的CMOS製程的CMOS電路。驅動電路基板53使用矽基板，並以覆蓋矽基板之一部分的方式在該驅動電路基板53上設有絕緣膜75。其後，如圖20B所示，該驅動電路基板53上形成有用以與LED元件41R、41G、41B電性連接的凸塊71、72。凸塊71、72形成為與電極43及電極74分別電性導通。凸塊71、72及電極74、43例如以銅或金等構成。圖20B表示形成有凸塊71、72的驅動電路基板。
其次，將圖20A所示之狀態的基板與形成有凸塊71、72的驅動電路基板53以圖20C所示的方式進行對位。圖18示意性表示該對位的情況。在圖18中，101表示圖20A所示之狀態的基板，102表示圖20A所示之形成有凸塊71、72的驅動電路基板53。又，在圖18中，101a、102a分別示意性表示各基板101、102上的相當於1晶片的區域。
進行上述對位，並將電極66、67與凸塊71、72分別接合。藉此，LED結構層70的電極67與驅動電路基板53的電極74經由凸塊72而電性導通。又，電極66與驅動電路基板53的電極43經由凸塊71而電性導通。圖20C表示該狀態。凸塊的上述接合與由此產生的併合化是眾所皆知的技術。
隨後，從接合有驅動電路基板53的LED結構層70上去除基板91。圖20D表示該狀態。該基板91之去除可藉由下述方式而進行，例如，以研磨機削除基板91，或者以噴水機(高壓水噴射)或鋼絲鋸將LED結構層70與基板91的邊界附近切斷。
接著，對n型雜質層63進行乾式蝕刻等處理，以在如圖21A所示之相鄰的LED元件間的位置上形成槽63a。
另一方面，準備透過特定波段(本變形例中，為可見區域)的光的玻璃基板等基板(第2基板)61，並在基板61上，將上述螢光層62R、62G、62B分別形成於各色LED元件41R、41G、41B所對應的位置。其後，於基板61上，在圖21A所示之槽63a所對應的位置上進行乾式蝕刻等處理，以形成如圖21B所示的槽61b。再者，將螢光層62R、62G、62B最終僅形成於一部分區域上的方法本身已廣為人知。另外，由於基板61的表面上沒有圖案化的層等所產生的凹凸，且基板61可使用未經伴有磊晶成長層形成等高溫處理之步驟的基板，故於基板61上不存在高溫處理等所導致的彎曲等現象。因此，可使螢光層62R、62G、62B的厚度更加精確且均勻。為了使螢光層62R、62G、62B的厚度更進一步變得精確且均勻，亦可視需要，在塗佈螢光層62R、62G、62B之前研磨基板61以使其平坦化，及/或在形成螢光層62R、62G、62B之後研磨螢光層62R、62G、62B以使其平坦化。再者，螢光層62R、62G、62B亦可藉由例如絲網印刷而形成。又，本變形例中是在形成螢光層62R、62G、62B之後形成槽61b的，亦可利用眾所皆知的方法，先形成槽61b，然後形成螢光層62R、62G、62B。
其次，將圖21B所示的基板61與圖21A所示的具備LED結構層70及電極66的基板91進行對位，並將螢光層62R、62G、62B與n型雜質層63以分別接觸的方式進行接合。圖21C表示該狀態。
其後，以與第2實施形態相同的方式，對圖21C所示之狀態的併合化的基板進行切割，以分割成各個晶片。藉此，完成如圖19所示的多個晶片51。
接著，以與第2實施形態相同的方式，經過線接合及樹脂密封等眾所皆知的步驟後，完成如圖10所示的LED裝置21。
以該製造方法製造出LED裝置21後，可如上所述，使螢光層62R、62G、62B的厚度更加精確且均勻。因此，在產品間以及相同產品的多個LED元件間，亦可更加降低發光色及發光強度的不均，而且可更進一步提高良率。又，本變形例中，由於第2實施形態的第3基板使用形成有驅動電路的驅動電路基板53，故可在基板去除/接合步驟中省略1個步驟。
再者，本變形例中是使用搭載有驅動電路的驅動電路基板53作為第3基板的，亦可取代驅動電路基板53，最初將未搭載有驅動電路的配線板與LED結構層70進行接合，其後以眾所皆知的方法於該配線板上形成驅動電路。又，亦可將搭載有驅動電路的另一配線板以電性連接的方式接合於該配線板上。而且，亦可取代驅動電路基板53，最初將基板(例如矽基板)與LED結構層70進行接合，並以於該基板上形成孔或進行通孔鍍敷等眾所皆知的方法，形成與電極66及67電性導通的配線等，然後將該配線與驅動電路電性連接以製造LED裝置。
如上所作的詳細說明，本發明可提供一種LED裝置及其製造方法，可在沒有特別的保護膜等覆蓋的情況下降低外部對螢光層的影響，而且可提高耐久性。又，本發明可使螢光層的厚度精確且均勻，藉此可進一步提高良率。
1．．．LED晶片
2、61．．．第2基板
3．．．LED元件
4、62R、62G、62B．．．螢光層
5、63．．．n型雜質層
6、64．．．活性層(發光層)
7、65．．．p型雜質層
8、9、55、74、66、67、84．．．電極
10、70．．．LED結構層
11、91．．．第1基板(基板)
12、92．．．第3基板(基板)
13、93．．．熱可塑性蠟
21．．．LED裝置
30．．．單位像素
31．．．驅動電路
32．．．垂直掃描電路
33．．．水平掃描電路
34．．．影像信號處理電路
41R．．．紅色LED元件
41G．．．綠色LED元件
41B．．．藍色LED元件
42R．．．紅色行選擇開關
42G．．．綠色行選擇開關
42B．．．藍色行選擇開關
43．．．電極(接地線)
44R、44G、44B．．．水平源極線
45R、45G、45B．．．垂直選擇線
71、72．．．凸塊
51．．．晶片
52．．．LED基板
53．．．驅動電路基板
54．．．支持基板
56、83．．．導線
57．．．樹脂
61a、61b、63a．．．槽
73．．．閘極電極
75．．．絕緣膜
81．．．封裝
81a．．．封裝本體
81b．．．密封蓋
82．．．焊錫球
101、102．．．基板
101a、102a．．．相當於1晶片的區域
圖1是示意性表示形成本發明第1實施形態的LED裝置之主要部分的LED晶片的概略剖面圖。
圖2A~2C是表示本發明第1實施形態的LED裝置之製造方法之一步驟的概略剖面圖。
圖3A~3B是表示圖2A~2C之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
圖4A~4B是表示圖3A~3B之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
圖5是表示本發明第2實施形態的LED裝置的概略方塊圖。
圖6是表示圖5中的單位像素的電路圖。
圖7是本發明第2實施形態的LED裝置的LED元件的配置圖。
圖8是LED元件的另一配置例圖。
圖9是LED元件的又一配置例圖。
圖10是表示本發明第2實施形態的LED裝置的概略剖面圖。
圖11是放大表示圖10的LED裝置的晶片的概略放大剖面圖。
圖12是示意性表示圖10及圖11中所示晶片的LED基板的一個單位像素之部分的概略平面圖。
圖13是示意性表示圖10及圖11中所示晶片的驅動電路基板的一個單位像素之部分的概略平面圖。
圖14是表示本發明第2實施形態的LED裝置之變形例的概略剖面圖。
圖15A~15C是表示本發明第2實施形態的LED裝置之製造方法之一步驟的概略剖面圖。
圖16A~16C是表示圖15A~15C之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
圖17A~17B是表示圖16A~16C之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
圖18是示意性表示本發明第2實施形態的LED裝置之製造方法之一步驟的概略立體圖。
圖19是表示圖17A~17B之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
圖20A~20D是表示本發明第2實施形態的LED裝置之製造方法的變形例的步驟的概略剖面圖。
圖21A~21C是表示圖20A~20D之步驟的後續步驟的概略剖面圖。
1．．．LED晶片
2．．．第2基板
3．．．LED元件
4．．．螢光層
5．．．n型雜質層
6．．．活性層(發光層)
7．．．p型雜質層
8、9．．．電極
10．．．LED結構層

Claims (11)

  1. 一種LED裝置之製造方法，其特徵在於包括以下階段：在第1基板上，形成包含發光層並構成LED元件的LED結構層；在透過特定波段的光的第2基板上，形成螢光層，該螢光層中含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質；在上述第1基板的上述LED結構層上，接合第3基板；從接合著上述第3基板的上述LED結構層去除上述第1基板；以及在接合著上述第3基板且去除了上述第1基板的上述LED結構層，接合具備上述螢光層的上述第2基板，以使上述LED結構層與上述螢光層接觸。
  2. 一種LED裝置之製造方法，其特徵在於包括以下階段：在第1基板上，形成包含發光層並構成LED元件的LED結構層；在透過特定波段的光的第2基板上，形成螢光層，該螢光層中含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質；在形成於上述第1基板上的上述LED結構層，接合第3基板；從接合著上述第3基板的上述LED結構層去除上述第 1基板；在接合著上述第3基板且去除了上述第1基板的上述LED結構層，接合形成於上述第2基板上的上述螢光層；以及將具有上述第2基板、形成於上述第2基板上的上述螢光層、及上述LED結構層之接合體，分割為含有一個或一個以上的上述LED元件的部分。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED裝置之製造方法，其特徵在於更包括以下階段：在將上述LED結構層與上述螢光層進行接合的上述階段之後，從上述LED結構層去除上述第3基板。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED裝置之製造方法，其特徵在於更包括以下階段：準備電路基板，該電路基板搭載有驅動上述LED元件的驅動電路；以及在將上述LED結構層與上述螢光層進行接合的上述階段之後，將上述LED結構層或者上述第3基板與上述電路基板進行接合。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED裝置之製造方法，其特徵在於，上述第3基板為電路基板。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之LED裝置之製造方法，其特徵在於，作為上述第3基板的上述電路基板，是搭載有驅動上述LED元件的驅動電路的電路基板。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED裝置之 製造方法，其特徵在於，形成上述LED結構層的上述階段中，包括藉由磊晶成長而形成上述LED結構層之至少1層的階段。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之LED裝置之製造方法，其特徵在於，上述LED裝置含有多個上述LED元件，且上述LED裝置是根據影像信號或者其他顯示控制信號來進行彩色顯示或黑白顯示的顯示裝置。
  9. 一種LED裝置，其特徵在於包括：LED結構層，該LED結構層包含發光層並構成LED元件；基板，透過特定波段的光；以及螢光層，配置在上述LED結構層與上述基板之間，含有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質，其中，上述LED元件的數量為兩個或兩個以上，向上述兩個或兩個以上LED元件中的至少一個LED元件的外部發出的發光色，不同於向上述兩個或兩個以上LED元件中的另外至少一個LED元件的外部發出的發光色。
  10. 一種LED裝置，其特徵在於包括：LED結構層，該LED結構層包含發光層並構成LED元件；基板，透過特定波段的光；以及螢光層，配置在上述LED結構層與上述基板之間，含 有受到來自上述發光層的光的激發而發出不同波長的光的螢光物質，其中，上述LED元件的數量為兩個或兩個以上，該LED裝置構成根據影像信號或者其他顯示控制信號來12進行彩色顯示或黑白顯示的顯示裝置。
  11. 如申請專利範圍第9項至第10項中任一項所述之LED裝置，其特徵在於包括電路基板，該電路基板搭載有驅動上述LED元件的驅動電路，且該電路基板與上述LED元件電性連接。
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