TWI431806B - 光電組件 - Google Patents

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Description

光電組件
本發明涉及一種光電組件。
本專利申請案主張德國專利申請案DE 10 2007 061 480.4和DE 10 2008 011 809.5之優先權,其已揭示的整個內容在此一併作為參考。
在已公開的文件DE 100 40 448 A1中已描述一種半導體晶片及其以薄膜技術來進行的製造方法。在基板上配置一種由活性的層序列和基層所構成的層複合物。此外,一種強化層和一種輔助載體層添加至該層複合物,此二種層是以電鍍方式而在基板剝離之前施加在該基層上。在已剝離的基板上積層著一種箔,以對由該層複合物所形成的半導體晶片進行操控。
此外,由己公開的文件DE 102 34 978 A1中已知一種可表面安裝的半導體組件,其具有一個半導體晶片和二個外部終端,其中各外部終端施加在一箔上。
本發明的目的是提供一種可儘可能有效率地使用的光電組件。
上述目的藉由申請專利範圍獨立項之特徵來達成。本發明有利的其它佈置方式描述在申請專利範圍各附屬項中。
本發明顯示一種光電組件,其具有至少一種金屬體和一種層序列,層序列施加在基體上且形成為可發出電磁輻射,且在至少一側面上施加一種隔離區,其中至少一金屬體施加在該隔離區之至少一區域上,且此金屬體形成為可與該基體導熱地相接觸。
在對該光電組件施加電流而發出電磁輻射之期間,通常亦會產生熱,特別是光電組件在高電流中使用時此種熱會使該光電組件之壽命縮短且操作期間亦縮短,甚至使光電組件受損。此外,產生高的熱量時會使所發出的電磁輻射的波長偏移且因此使彩色位置發生變動。
設置一種基體,以施加該層序列,其在施加電流時發出電磁輻射。在基體上可配置一個或多個層序列。基體典型上是以散熱件來形成且特別適合在光電組件操作期間將所產生的熱排出,使個別的光電組件可特別有效率地操作。因此,為了使熱量可特別良好地排出至基體上,光電組件應包含至少一金屬體,其可導熱地與基體相接觸。於是,為了不會由於該金屬體而發生短路,在該層序列之至少一側面上應施加一隔離區,其較佳是以電性絕緣方式而形成且使該層序列受到保護,使例如在光電組件被切割期間不受污染。金屬體可配屬於該光電組件之一側面或多個側面。於是,依據對個別光電組件之排熱的需求,熱量需特別適當地排出而使光電組件特別有效率地操作。
在一有利的佈置中,該隔離區以隔離層或隔離層序列來形成。
於是,可特別可靠地確保金屬體和層序列之間的電性絕緣作用。此外,藉由隔離層或隔離層序列,則可使層序列可靠地受到保護使不受污染。
在另一有利的佈置中,該隔離層或隔離層序列具有一鈍化層及/或至少一空氣層。
形成為鈍化層之隔離層或隔離層序列較佳是以電性絕緣方式來形成,以便可藉由金屬體而使短路不會發生。此外,該鈍化層可保護該層序列使例如在光電組件被切割期間不受污染。
空氣層可配置在鈍化層和層序列之間及/或配置在鈍化層和金屬體之間,使金屬體在電性上與該層序列相絕緣,以可靠地防止短路的發生。
在另一有利的佈置中,金屬體以金屬遮罩來形成。
於此,須形成該金屬遮罩,使其具有該光電組件之個別的層序列用的凹口,且使形成為金屬遮罩的金屬體可包含該層序列。該金屬遮罩較佳是形成環形的金屬體。例如,金屬遮罩可施加在該層序列之個別的側面之形成為隔離層或隔離層序列之隔離區上,使層序列中所產生的熱可特別良好地排出至基體上。該金屬遮罩較佳是可具有多個用於層序列之複合物的凹口,且該金屬遮罩因此同時施加在層序列之複合物上,使個別的光電組件可成本特別有利地製成。
在另一有利的佈置中,金屬體可藉由電鍍方法來製成。
藉由電鍍方法,則金屬體可特別適合施加在該層序列之個別的隔離區上,使金屬體可與基體導熱性地相接觸。於是,藉由光電組件之操作所產生的熱可良好地排出且因此該光電組件可特別有效率地操作。
在另一有利的佈置中,在該層序列之遠離該基體之表面之至少一區域上施加一電流分配結構。
電流分配結構典型上是一種以電性耦合至光電組件之層序列。電流分配結構例如可藉由微影術及/或電鍍方法而施加在層序列之遠離該基體之表面上。因此,電流分配結構須施加在該層序列之個別的表面上,以便例如在正方形或長方形的結構中使光電組件操作期間所傳送的電流可特別均勻地施加至該層序列中,使光電組件可特別有效率地操作。該層序列之遠離基體之表面上這樣所形成的電流分配結構特別適合用在高電流應用的大面積之光電組件中。
在另一有利的佈置中,至少一金屬體導電性地與電流分配層相接觸且與電性終端區相接觸以與該光電組件形成電性接觸。
藉由另外使用金屬體作為電流分配結構和電性終端區之間的導電性連接以對該光電組件形成電性接觸,則可成本特別有利地製成該光電組件。於此,電性終端區藉由金屬體而與層序列的表面上的電流分配結構相耦合,此電性終端區是光電組件之第二電性終端區。第一電性終端區典型上配屬於層序列之面向基面之表面。於此,較佳是形成個別的隔離區,使其電性隔離地配置在第一和第二電性終端區之間,短路因此不會發生。
在另一較佳的佈置中,該基體以陶瓷體、鈍化之矽體或鈍化的金屬體來形成。
上述形式的基體特別適合作為散熱件且因此可將該光電組件操作時所產生的熱排出。這樣所產生的光電組件包括了形成散熱件之基體,在較佳的應用中可配置此種光電組件,使基體可與由適當的導熱材料所構成的其它物體相耦合,光電組件因此可特別有效率地操作。典型上導電性的基體可藉由鈍化層(其適合以導電方式來形成)來塗佈,鈍化層上可施加該層序列及/或電性終端區。
在另一有利的佈置中,至少一金屬體具有成份金、銀或鎳(Ni)中的至少一種。
上述材料特別適合用來將熱排出且同時用作電性導體。在金屬體適當地與基體耦合時,該光電組件可成本特別有利地製成且可特別有效率地操作。
在另一有利的佈置中,至少一金屬體形成反射體,以將電磁輻射反射至一預設的發射方向中。
金屬體可形成該層序列的外殼,以確保可藉由該金屬體的邊緣使所發出的電磁輻射反射至一預設的發射方向中。藉由此種形式的金屬體,該光電組件之發射特性可特別有利地受到影響。這樣所形成的光電組件之特徵是可成本有利地製成且效率高。
在另一有利的佈置中,該光電組件具有一轉換層,其包括至少一種發光材料,該發光材料施加在該層序列之遠離該基體之表面之至少一區域上且與至少一金屬體可導熱地相接觸。
該轉換層典型上形成電致發光轉換層,其具有至少一發光材料。此發光材料可藉由該光電組件所發出的電磁輻射(亦稱為電磁主輻射)來激發且發出一種二次輻射。主輻射和二次輻射因此具有不同的波長範圍。光電組件之所期望的彩色位置例如可藉由主輻射和二次輻射之混合比例之調整來進行調整。典型上該轉換層具有由矽樹脂、矽氧烷、旋塗氧化物和光可結構化的材料之組中所選取的至少一種材料。至少一發光材料例如以有機發光材料的形式而存在及/或一部份為奈米微粒。
發光材料可由於主輻射(特別是紫外線-主輻射)的激發而受到很強的加熱作用且因此使轉換層大大地受到加熱。藉由金屬體與該轉換層形成可導熱的耦合,則轉換層中所產生的熱可特別良好地排出至以散熱件來形成的基體上,且因此可使光電組件特別有效率地操作。此外,可使彩色變動受到抑制且因此使光電組件之發射特性特別有利地受到影響。
本發明之實施例以下將依據圖式來詳述。
各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件分別設有相同的參考符號。所示的各元件和各元件之間的比例未必依比例繪出。反之,為了清楚之故各圖式的一些細節已予放大地顯示出。
第1圖中顯示一種光電組件10,其例如形成電致發光二極體。此光電組件10包括一基體11,其例如以陶瓷體、鈍化的金屬體或鈍化的矽體來形成。基體11較佳是形成一種熱阻較小的散熱件且典型上具有較小的厚度(例如,100μm),這樣可使光電組件達成一種較小的構造高度。特別是該基體具有一種箔。該基體11作為該層序列17用的載體,須形成該層序列17,以便在施加電流時可發出一種電磁輻射。該層序列17例如以薄膜層來形成。
該薄膜層例如以氮化物-化合物半導體材料為主且具有至少一活性區,其適合用來發出電磁輻射。此電磁輻射例如具有藍色及/或紫外線光譜範圍的波長。於此,該層序列17典型上生長在一個別的生長基板上,然後由該生長基板剝離以及施加在基體11上。該剝離可藉由一種雷射剝離方法來進行,其例如在WO 98/14986中已為人所知,其內容藉由參考而併入此處。另一方式是,剝離可藉由蝕刻或其它適當的去除方法來達成。
氮化物-化合物半導體材料是含有氮之化合物-半導體材料,例如,其是由系統Inx Aly Gal-x-y N,其中0≦x≦1,0≦y≦1且x+y≦1所構成的材料。薄膜層例如具有由氮化物-化合物半導體材料構成的至少一種半導體層。
在層序列17之活性區中,例如可含有一種傳統之pn-接面、一種雙異質結構、一種單一量子井結構(SQW-結構)或一種多重-量子井結構(MQW-結構)。這些結構已為此行的專家所知悉,此處因此不再詳述。
該層序列17在其側面上具有一種形成隔離層之隔離區12,其例如以鈍化層來形成且例如具有成份SiO2 。此外,該隔離區12可形成一種施加在該層序列17上的光阻層。此隔離區12較佳是具有電性絕緣的特性,即,具有特別高的電阻。此種形成鈍化層之隔離區12可直接與該層序列17之側面相接觸。另一方式是,該層序列17可在側面上具有一種形成隔離層序列之隔離區12,其除了鈍化層之外具有至少另一層,例如,空氣層及/或光阻層,其例如配置在該層序列17之側面和鈍化層之間。
在層序列17和基體11之間配置一種具有反射性的電性接觸結構18,其在電性上與第一電性終端區13相耦合。由層序列17所發出的電磁輻射在該具有反射性的電性接觸結構18上被反射。第一電性終端區13施加在基體11上的另一隔離層12上,此隔離層12例如形成鈍化層。然而,第一電性終端區13亦可不需該隔離區12而施加在該基體11上。
該層序列17藉由該具有反射性的電性接觸結構18而焊接或黏合在基體11上,其中該基體11較佳是以電性絕緣的形式而形成,即,其具有特別高的電阻。另一方式是,該層序列17亦可藉由電性絕緣的焊劑或鈍化層而在電性接觸結構18利基體11之間施加在該電性接觸結構18上。
在該層序列17之遠離該基體11之表面上施加一電流分配結構14,其典型上具有金屬性(例如,由金或銀構成)且施加在層序列17之表面上。典型上該電流分配結構14以接觸條的形式而在層序列17之表面上延伸。較佳是各接觸條形成多個矩形或正方形的輪廓。特別有利的是多個矩形或正方形分別具有至少一共同的側邊(第1圖中未顯示),特別是甚至具有二個共同的側邊。特別是各接觸條可形成多個正方形及/或矩形,其分別具有一共同的角點。須形成該電流分配結構14,在施加一種電流時,將此電流均勻地施加至該層序列17中,以確保該層序列17中一種儘可能均勻的電流分佈。藉由此種電流分配結構14,則個別的光電組件10可達成特別均勻的發射特性,特別是其面積特別大(例如,大於1mm2 )時。
除了該具有反射性之電性接觸結構18以外,在基體11上施加了第二電性終端區16,其在電性上藉由金屬體15而與電流分配結構14相耦合。該金屬體15施加在該層序列17之隔離區12之至少一區域上且例如具有一鈍化層。另一方式是,該金屬體15亦可施加在以隔離層序列形成的隔離區12之至少一區域上,該隔離區12例如具有鈍化層和一空氣層。該金屬體15例如藉由一種電鍍方法而施加在第二終端區16及/或該隔離區12上。然而,基本上亦可另外使用此行的專家所知悉的方法以施加該金屬體15。該金屬體15因此可直接施加在以鈍化層來形成的隔離區12之至少一區域上。在金屬體15和鈍化層之間亦可至少以區域方式來配置另一層,例如,空氣層。該金屬層15典型上包括金、銀或鎳之成份且所具有的特徵是小的熱阻以及小的電阻。金屬體15藉由第二終端區16而可導熱地與基體11相耦合。
例如,第一和第二電性終端區13和16是在使用一種樣板時壓印而成或整面施加而成,且然後藉由微影術而以所期望的方式來結構化。第一和第二終端區13和16較佳是由金屬或金屬化合物所形成。特別是第一和第二終端區13和16含有金或銀。
該光電組件10操作期間所產生的熱可垂直於層序列17而排出至該基體11中且另外藉由金屬體15而橫向於該層序列17以排出至基體11中(請參閱第19圖)。於此,該金屬體15可依據該光電組件10之排熱之個別的需求而或多或少地以大體積來形成。特別是高電流應用之光電組件10中,其中此光電組件10之邊長例如是1mm且3伏至4伏之電源電壓例如需要一種1安培之操作電流,此時該金屬體15特別是以大體積和大面積的方式而與第二終端區16相耦合,以將所產生的熱特別有效率地排出至基體11上。
該具有反射性的電性接觸結構18和第二電性終端區16藉由該隔離區12而在電性上互相隔離,使該二個終端區之間不會發生短路。
基本上亦可形成該光電組件10,使電流分配結構14未藉由金屬體15而與第二電性終端區16相耦合。在此種形式中,金屬體15典型上只用來排熱且因此亦可直接施加在該基體11上,以確保一特別高的排熱作用。
第2A圖中顯示光電組件10之另一實施例,其具有金屬體15,金屬體15圍繞著該層序列17之全部之四個側面而形成金屬鑲邊(第2A圖中只顯示左側面和右側面),其中該金屬體15在電性上未與該層序列17之遠離該基體11之表面上的電流分配結構14相耦合。另一方式是,該電流分配結構14藉由連接線而與第二電性終端區16在電性上相耦合(未顯示),其中該連接線例如配屬於至少一矩形或正方形之一角點,矩形或正方形的輪廓是由接觸條所形成。特別是該連接線可配屬於多個正方形及/或矩形的一個共同的角點。藉由該層序列17之多個側面上該金屬體15之導熱性的接觸,則可更有效率地將熱在橫向中排出至基體11中,此時須注意:金屬體15未同時導電性地與第一和第二電性終端區13和16相耦合。
此外,光電組件10之特徵是包括一種以電致發光轉換層來形成的轉換層20a,其具有至少一發光材料。例如,無機發光材料適合用作發光材料,其例如是以稀土(特別是Ce或Tb)來摻雜之石榴石(其較佳是具有基本結構A3 B5 O12 ),或亦可使用有機發光材料,例如,苝系(perylene)-發光材料。
該轉換層20a藉由透明的中間層21而與該層序列17之遠離該基體11之表面相耦合。典型方式是,該透明的中間層形成鈍化層。該透明的中間層21較佳是形成為具有導熱性,即,具有很小的熱阻,此外,該中間層21亦可導熱地與金屬體15相耦合。這樣所形成的光電組件10特別適合將該層序列17所產生的熱排出,且由轉換層20a之發光材料在主輻射轉換成二次輻射期間所產生的熱特別是可在紫外線波長範圍中的主輻射中排出至基體11中。
在另一有利的實施例中,須形成該金屬體15,使其在金屬體-邊緣22上具有反射性,各邊緣22對應於該層序列17之已發出的電磁輻射之主輻射方向,且因此使光電組件10之發射特性有利地受到影響。
金屬體15是光電組件10之外殼,其上可施加其它的光學元件及/或多個層,例如,可施加光學透鏡及/或多個覆蓋層,其具有使射束成形的特性。
例如,第2B圖所示的實施例中在該金屬體15上施加一轉換陶瓷20b。一種轉換陶瓷特別是一種基板,包括一種陶瓷以作為基材,其中施加一種發光材料,可吸收第一波長之主輻射且轉換成不同於第一波長的二次輻射。例如,上述的無機發光材料適合用作發光材料。
金屬體15在第2B圖之實施例中用作該轉換陶瓷20b之支撐載體。此外,可有利地經由金屬體15而將該轉換陶瓷20b之發光材料在主輻射轉換成二次輻射時所產生的熱特別是在紫外線-波長範圍中之主輻射中排出至基體11中。
在該轉換陶瓷20b和層序列17之間配置著空氣。空氣具有低的導熱性,使該轉換陶瓷20b和層序列17之間可達成一種熱隔離。另一方式是,該轉換層20b可對應於第2A圖之實施例以藉由一透明之中間層而與該層序列17之遠離該基體11之表面相連接。
此外,第2B圖之實施例是與第1圖之實施例相同。
第3圖顯示光電組件10之俯視圖。在基體11上施加該光電組件10之第一和第二電性終端區13和16。第一電性終端區13在電性上是與該具有反射性的電性接觸結構18相耦合(未顯示)。第二電性終端區16藉由金屬體15而在電性上與該電流分配結構14相耦合。電流分配結構14以矩形的結構而施加在該層序列17之遠離該基體之表面上,這藉由例如電鍍方法來達成。藉由矩形配置的電流分配結構14,則電流可特別均勻地傳送至層序列17,以特別是在大面積的光電組件中確保一特別均勻的發射特性。電流分配結構14另外亦可配置成正方形或同心正方形的形式及/或配置成具有至少一共同角點之矩形。
基體15在三個側面上圍繞著該層序列17且因此可確保將熱特別良好地排出至基體11中。該層序列17之全部之四個側面都鑲邊亦是可能的。
第4圖中顯示另一光電組件10,其具有層序列17和一配置在層序列17上的電流分配結構14。第4圖顯示另一實施例,其中該金屬體15未以電鍍方式施加而成,而是形成金屬遮罩以施加在該層序列17之隔離區12上。形成為金屬遮罩的金屬體15典型上包括該層序列17之形式的凹口且可直接施加在該層序列17之隔離區12上,這例如藉由焊接或黏合來達成。可形成該形成金屬遮罩的金屬體15,使該層序列17中只有一側面是以金屬體15來覆蓋。然而,該金屬遮罩亦能以環形方式來形成,使多於一個側面可藉由金屬體15來覆蓋。當該金屬遮罩具有多個層序列17之形式的凹口時,施加該形成金屬遮罩的金屬體15是特別有利的,且因此一共同的基體11上由光電組件10之層序列17所形成的複合物設有一種金屬體15。光電組件之此種製造方法在成本上特別有利。
在另一實施例中,須形成該光電組件10,使第一電性終端區13藉由非反射之電性接觸結構18而與層序列之配屬於該基體15之表面相耦合。此外,基體11在層序列17(第4圖中的虛線)之區域中是以透明方式(例如,玻璃或一種層序列17形式之凹口)而形成,使光電組件10在遠離基體11之發射方向中發出電磁輻射且亦在面向該基體11之發射方向中發出電磁輻射。在此種光電組件10之形式中,可確保熱在橫向中經由金屬體15而排出至基體11中。
第5圖顯示基體11上多個光電組件10之複合物之俯視圖。每一所示的光電組件10包括第一和第二電性終端區13和16。依據需求,個別的光電組件10可在電性上相連接(例如,串聯)。個別的光電組件10之電性接觸例如可藉由微影方法來達成。一種形成金屬遮罩之金屬體15亦是可利用者,其具有多個凹口以用於光電組件10之複合物之全部之層序列17中。
每一光電組件10分別包括一在以隔離層或隔離層序列來形成的隔離區12上的金屬體15。藉由這樣所形成的個別的光電組件10,則個別的光電組件10所需的面積可特別小且因此該組件在一預設的基體11上之密度可特別高。然而,基本上該金屬體15亦能以環形來圍繞該層序列17而形成。
第5圖所示的光電組件10以矩形方式來形成。然而,光電組件10亦可具有其它的形式,例如,六角形或圓形。特別是就基體11之最佳的排熱及/或預定面積的最佳使用而言,須確定何種形式可最適當地形成。
此外,第5圖所示的光電組件10之複合物設有其它的光電組件,例如,電容器、電阻及/或電感。這些電子組件可配置成預設的電路配置以控制該光電組件,例如,可用來限制電流或控制亮度。
10...光電組件
11...基體
12...隔離區
13...第一電性終端區
14...電流分配結構
15...金屬體
16...第二電性終端區
17...層序列
18...電性接觸結構
19...熱傳導
20a...轉換層
20b...轉換陶瓷
21...透明之中間層
22...具有反射性的邊緣
40...金屬遮罩
第1圖 光電組件之切面圖。
第2A,2B圖 分別顯示一光電組件之另一切面圖。
第3圖 光電組件之俯視圖。
第4圖 具有金屬遮罩之光電組件之另一種切面圖。
第5圖 多個光電組件之一複合物的圖解。
10...光電組件
11...基體
12...隔離區
13...第一電性終端區
14...電流分配結構
15...金屬體
16...第二電性終端區
17...層序列
18...電性接觸結構
19...熱傳導

Claims (15)

  1. 一種光電組件(10),其具有至少一金屬體(15)、一第一電性終端區(13)、一第二電性終端區(16)、一電性接觸結構(18)和一層序列(17),此層序列(17)施加在一基體(11)上且用來發出電磁輻射,且在該層序列之至少一側面上施加一隔離區(12),其特徵為:該基體(11)作為該層序列(17)用之載體,該層序列(17)係用於發出電磁輻射,該電性接觸結構(18)配置在該層序列(17)和該基體(11)之間,該電性接觸結構(18)係與該第一電性終端區(13)形成電性耦合,該至少一金屬體(15)施加在該隔離區(12)之至少一區域上,且該金屬體(15)形成為與該基體(11)可導熱地相接觸,在該層序列(17)之一遠離該基體(11)之表面之至少一區域上施加一電流分配結構(14),該電流分配結構(14)以多個接觸條的形式在該層序列(17)之表面上延伸,其中該些接觸條形成多個矩形或正方形的輪廓,該第二電性終端區(16)施加在該基體(11)上,該第二電端終端區(16)與該電流分配結構(14)形成電性耦合, 該至少一金屬體(15)係與該電流分配結構(14)及該第二電性終端區(16)形成可導電的接觸以與該光電組件(10)形成電性接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該隔離區(12)形成隔離層或隔離層序列。
  3. 如申請專利範圍第2項之光電組件(10),其中該隔離層或隔離層序列具有一鈍化層及/或至少一空氣層。
  4. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該至少一金屬體(15)形成金屬遮罩(40)。
  5. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該至少一金屬體(15)藉由電鍍方法而製成。
  6. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該基體(11)是以陶瓷體、鈍化之矽體或鈍化之金屬體來形成。
  7. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該至少一金屬體(15)具有金、銀或鎳成份中之至少一種成份。
  8. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該至少一金屬體(15)以反射器來形成,以使電磁輻射反射至一預定的發射方向中。
  9. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中一轉換層(20a)具有至少一種發光材料,其施加在該層序列(17)之遠離該基體(11)之表面之至少一區域上且可導熱地與至少一金屬體(15)相接觸。
  10. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中一轉換陶 瓷(20b)具有至少一種發光材料,其施加在該金屬體(15)之遠離該基體(11)之表面之至少一區域上且可導熱地與至少一金屬體(15)相接觸。
  11. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其未具備一連接線。
  12. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該金屬體(15)和該電流分配結構(14)直接互相連接著。
  13. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該電性接觸結構(18)和該第二電性終端區(16)位於一平面中。
  14. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中形成該隔離區(12),使該隔離區(12)電性絕緣地配置在該第一電性終端區(13)和該第二電性終端區(16)之間,以防止短路。
  15. 如申請專利範圍第1項之光電組件(10),其中該金屬體(15)形成為環形。
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