專利名稱：白光發(fā)光二極管組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管組件及其制造方法，尤是關(guān)于一種能產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light emitting diode；LED)是一種接受電力后可自主發(fā)光的光電組件，其體積小且電力效率極佳，而且具有優(yōu)異的初期驅(qū)動特性，因此已廣泛運用于一般照明、大型屏幕及顯示器背光源等用途。
目前發(fā)光二極管的種類可依照其所使用的半導(dǎo)體材料來分類，例如GaAs、GaAs1-xPx或GaP等系列。此外，若在GaAs1-xPx、GaP系列半導(dǎo)體材料中摻雜氮原子，可以產(chǎn)生不同顏色的光線。一般而言，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線具有單色性波長的特性，至于該波長的長短是根據(jù)可發(fā)光的電子轉(zhuǎn)移過程中能量變化而定。目前實際上使用的波長包含紅外光、紅光、綠光、黃光及藍(lán)光等等。在人體視覺中，可藉由紅、綠、藍(lán)三種不同顏色光的感應(yīng)而產(chǎn)生多種顏色的感覺，因此稱紅、綠、藍(lán)三色為光的“三原色”。
若將紅、綠、藍(lán)三種不同波長的發(fā)光二極管光源鄰接配置，將可因混光而得到其它顏色光。美國專利第5,995,070號揭露采用鄰接不同的光源做為顯示裝置，其中每一像素是由一紅光源、一藍(lán)光源以及兩個綠光源的二極管所組成。
上述利用不同波長的光源混色所產(chǎn)生的白光會有色調(diào)與亮度分散的問題，因此無法產(chǎn)生真正所需要的白光。再者，該白光發(fā)光源是總合不同電性的二極管所構(gòu)成，必須分別以適合的驅(qū)動電路控制，因此在系統(tǒng)設(shè)計上較為復(fù)雜。
如圖1所示，目前在白色發(fā)光二極管組件10的制作上，是利用一發(fā)光二極管的晶粒12與熒光物質(zhì)11組合而成。該組件的封裝方法是在晶粒12表面堆棧一熒光物質(zhì)11，其中熒光物質(zhì)11通常是與液態(tài)樹脂或硅膠混合后，再以點膠或涂布方式覆蓋于晶粒12上。即使是同一批生產(chǎn)的白色發(fā)光二極管組件10，因為膠體靜置時間不同，會造成熒光物質(zhì)11在膠體內(nèi)沉淀量不同，而使得組件在混色效果上產(chǎn)生很大的變異。目前的解決變異的方法大多是朝改進熒光物質(zhì)11膠體的比重，或利用其它特性使其可均勻沉淀在晶粒12表面上。
除此之外，日本住友電工所已發(fā)展出一種硒化鋅的白光發(fā)光二極管20，如圖2所示。該白光發(fā)光二極管20是在硒化鋅基板21上形成發(fā)光的外延層(epitaxial layer)22，該外延層22的主要結(jié)構(gòu)是由硒化鋅鎘/硒化鋅(ZnCdSe/ZnSe)量子井(quantum well)所組成。在施加電壓于電極231及232后，該量子井外延層22可發(fā)出藍(lán)光，部分藍(lán)光經(jīng)硒化鋅基板21吸收后會產(chǎn)生黃紅光。原始的藍(lán)光與黃紅光經(jīng)混光后，使白光發(fā)光二極管20本身可呈現(xiàn)出白光。
如圖3所示，由E.Fred Schubert教授發(fā)展出光子回收(photon recycling)方式的白光發(fā)光二極管組件30，其是利用芯片黏著(Wafer-Bonding)的方式將磷化鋁鎵銦(AlGaInP)晶體層31與透光的氧化鋁基板32結(jié)合在一起。磷化鋁鎵銦晶體層31會吸收氮化鎵/氮化銦鎵(GaN/InGaN)外延層33的藍(lán)色并發(fā)出黃光，混合該兩種不同波長的光線則可產(chǎn)生白色光線。另有電流擴散層34、N型金屬電極35及P型金屬電極36形成于氮化鎵/氮化銦鎵外延層33上。
綜上所述，市場上亟需要一種制程簡單，且可產(chǎn)生色坐標(biāo)集中度較佳的白光發(fā)光二極管組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制程簡化的白光發(fā)光二極管組件及其制造方法，其是利用涂布、鍍膜、沉積或低溫成長薄膜的方式在發(fā)光二極管的背面形成一能量轉(zhuǎn)換層，該能量轉(zhuǎn)換層可以吸收發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線并釋放出不同波長的光線。
本發(fā)明的另一目的是提供一種色坐標(biāo)集中度較佳的白光發(fā)光二極管組件及其制造方法，在發(fā)光二極管的背面形成一能量轉(zhuǎn)換層，該能量轉(zhuǎn)換層被光激發(fā)后可產(chǎn)生至少一種不同波長的光線，所有光線混光后能得到色坐標(biāo)集中度較佳的白光。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明揭示一種白光發(fā)光二極管組件及其制造方法，該白光發(fā)光二極管組件包含一能產(chǎn)生特定波長光線的外延層、一該特定波長光線可穿透的基板及一能量轉(zhuǎn)換層。該基板是設(shè)于該外延層及能量轉(zhuǎn)換層之間，并允許該特定波長光線透過而激發(fā)該能量轉(zhuǎn)換層發(fā)射出不同波長的熒光光線，該特定波長光線與熒光光線混合后會成為白色光線。
該外延層包括緩沖層、N型半導(dǎo)體層、活性層及P型半導(dǎo)體層，其中活性層可產(chǎn)生顏色光或紫外光。該能量轉(zhuǎn)換層包括至少一種熒光材料，在接受光線激發(fā)后能產(chǎn)生至少一種波長不同于該特定波長光線的光線。


圖1是現(xiàn)有的一白光發(fā)光二極管組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的另一白光發(fā)光二極管組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的再一白光發(fā)光二極管組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的白光發(fā)光二極管組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明發(fā)光二極管組件的覆晶封裝構(gòu)件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中主要組件符號說明10白色發(fā)光二極管組件11熒光物質(zhì)12晶粒20白色發(fā)光二極管組件21硒化鋅基板22外延層231、232電極30白光發(fā)光二極管組件31磷化鋁鎵銦晶體層32氧化鋁基板33外延層34電流擴散層35N型金屬電極36P型金屬電極40白光發(fā)光二極管組件41能量轉(zhuǎn)換層42基板 43外延層44電流擴散層45N型金屬電極46P型金屬電極 431緩沖層
432N型半導(dǎo)體層433活性層434P型半導(dǎo)體層50覆晶封裝構(gòu)件51、52凸塊53模構(gòu)件 54電路板541絕緣層 542P型銅箔電極543N型銅箔電極具體實施方式
圖4是本發(fā)明的白光發(fā)光二極管組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該白光發(fā)光二極管組件40包含一基板42、一外延層43、一N型金屬電極45、一P型金屬電極46、一電流擴散層44及一能量轉(zhuǎn)換層41?；?2是由氧化鋁(Al2O3)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、未摻雜的硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si)及碳化硅(SiC)其中一種材料制成，并可允許外延層43發(fā)出特定波長的光線通過。該特定波長的光線會激發(fā)該能量轉(zhuǎn)換層41發(fā)射出不同波長的熒光光線，然后所有光線混合后會成為白色光線。
能量轉(zhuǎn)換層41是利用涂布、鍍膜、沉積或低溫成長薄膜的方式在基板42表面產(chǎn)生一光致發(fā)光膜層。該膜層是為無機光致發(fā)光材料及有機光致發(fā)光材料中至少一種材料所構(gòu)成，例如石榴石結(jié)構(gòu)的熒光體、經(jīng)活化的釔鋁石榴石熒光體、硒化鋅∶鋁(ZnSe∶Al)、硒化鋅∶碘(ZnSe∶I)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硫硒化鋅(ZnSeS)、碲化鋅(ZnTe)、硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硒化鉛(PbSe)、砷磷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁銦鎵(AlGaInN)、及磷化鎵∶氮(GaP∶N)等。該種光致發(fā)光材料亦可以納米尺寸的顆粒存在于能量轉(zhuǎn)換層41內(nèi)，利用納米尺寸的量子效應(yīng)而達(dá)到發(fā)光顏色改變的特殊效果。另外，能量轉(zhuǎn)換層41亦可為多層膜結(jié)構(gòu)，其是利用不同光致發(fā)光材料依序涂布而產(chǎn)生堆棧的膜層，例如氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及鹵化物等光致發(fā)光材料。
外延層43是在基板42上利用半導(dǎo)體制程形成的發(fā)光層，包括緩沖層431、N型半導(dǎo)體層432活性層433及P型半導(dǎo)體層434，其中活性層433可產(chǎn)生顏色光或紫外光。若活性層433為氮化物半導(dǎo)體所組成可產(chǎn)生藍(lán)光，且能量轉(zhuǎn)換層41是由硒化鋅/硫化鋅所組成的多層膜，其亦可以石榴石熒光體材料取代，其中石榴石熒光體系列具體而言可自釔(Y)、鎦(Lu)、鈧(Sc)、鑭(La)、釓(Gd)、釤(Sm)中選擇，例如釔鋁石榴石熒光體，則能量轉(zhuǎn)換層41吸收藍(lán)光后會產(chǎn)生黃光，當(dāng)藍(lán)光和黃光混光后就會產(chǎn)生白光。如果將活性層433的材料改換為能產(chǎn)生紫外光的氮化物半導(dǎo)體(例如鋁、鎵或銦的氮化物半導(dǎo)體)，同時能量轉(zhuǎn)換層41也要換成吸收紫外光后會產(chǎn)生紅、藍(lán)、綠等三原色光的光致發(fā)光材料，經(jīng)由合適比例混合紅、藍(lán)、綠三原色光后就得到所需要的白光。
圖5是本發(fā)明發(fā)光二極管組件的覆晶封裝構(gòu)件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該白光發(fā)光二極管組件40的N型金屬電極45以凸點(bump)51和電路板54上的N型銅箔電極543結(jié)合，而P型金屬電極46則藉由凸塊52和P型銅箔電極542電性相連。電路板54是在一絕緣層541表面形成P型銅箔電極542及N型銅箔電極543。在白光發(fā)光二極管組件40及電路板54表面覆蓋一透明的模構(gòu)件53，因此較底層的外延層43發(fā)出的藍(lán)色光線會激發(fā)較上層的能量轉(zhuǎn)換層41發(fā)射出不同波長的熒光光線，然后所有光線混合后會使覆晶封裝構(gòu)件50成為白色光源。由此實施例可知，本發(fā)明的白光發(fā)光二極管組件40適用于在覆晶型的封裝構(gòu)件，且特別適用于大面積覆晶型式的高功率發(fā)光二極管組件的封裝，此種覆晶型高功率發(fā)光二極管組件封裝是未來高功率白光二極管的主流。
以上實施例僅為說明本發(fā)明的原理及功能，并非限制本發(fā)明。因此熟悉本技術(shù)的人員對上述實施例所做的不違背本發(fā)明精神的修改及變化，仍為本發(fā)明所涵蓋。本發(fā)明的權(quán)利范圍應(yīng)如本專利申請權(quán)利要求所列。
權(quán)利要求
1.一種白光發(fā)光二極管組件，包含一基板；一外延層，覆蓋于該基板上，能產(chǎn)生特定波長的光線；一能量轉(zhuǎn)換層；其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層設(shè)于相對于該外延層的該基板另一表面上，可接受該特定波長的光線而發(fā)射出熒光光線；藉由該特定波長的光線與熒光光線混合而形成白光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該基板是由氧化鋁(Al2O3)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、未摻雜的硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si)及碳化硅(SiC)其中至少一種材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該基板是一具有透光性的氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該外延層包括氮化物半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由無機光致發(fā)光材料及有機光致發(fā)光材料中至少一種材料所構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由石榴石結(jié)構(gòu)的熒光體、經(jīng)活化的釔鋁石榴石熒光體、硒化鋅:鋁(ZnSe:Al)、硒化鋅:碘(ZnSe:I)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硫硒化鋅(ZnSeS)、碲化鋅(ZnTe)、硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硒化鉛(PbSe)、砷磷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁銦鎵(AlGaInN)、及磷化鎵:氮(GaP:N)其中至少一種材料所構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及鹵化物光致發(fā)光材料中至少一種材料所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管組件，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由多種光致發(fā)光材料所構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)。
9.一種白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于包含下列步驟提供一基板；于該基材的表面形成一外延層；于相對于該外延層的該基材另一表面覆蓋一能量轉(zhuǎn)換層；藉由該外延層產(chǎn)生特定波長的光線而使得該能量轉(zhuǎn)換層發(fā)出不同波長的熒光光線，混合該特定波長的光線及熒光光線可得到白光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是利用涂布、鍍膜、沉積或低溫成長薄膜的方式形成于該基材上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該基板是由氧化鋁、氮化鎵、氮化鋁、未摻雜的硒化鋅、氧化鋅、硅及碳化硅其中至少一種材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該基板是一具透光性的氧化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該外延層包括氮化物半導(dǎo)體。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由無機光致發(fā)光材料及有機光致發(fā)光材料中至少一種材料所構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由石榴石結(jié)構(gòu)的熒光體、經(jīng)活化的釔鋁石榴石熒光體、硒化鋅:鋁、硒化鋅:碘、硒化鋅、硫化鋅、硫硒化鋅、碲化鋅、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、硒化鉛、砷磷化鎵、磷化鋁鎵銦、氮化鋁銦鎵、及磷化鎵:氮其中至少一種材料所構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、及鹵化物光致發(fā)光材料中至少一種材料所構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于該能量轉(zhuǎn)換層是由多種光致發(fā)光材料所構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種白光發(fā)光二極管組件及其制造方法，該白光發(fā)光二極管組件包含一能產(chǎn)生藍(lán)色光線的外延層、一藍(lán)光可穿透的基板及一能量轉(zhuǎn)換層。該基板是設(shè)于該外延層及能量轉(zhuǎn)換層之間，并允許該藍(lán)色光線透過而激發(fā)該能量轉(zhuǎn)換層發(fā)射出不同波長的熒光光線，該藍(lán)色光線與熒光光線混合后會成為白色光線。
文檔編號H01L33/00GK1812141SQ20051000287
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者詹世雄, 曾堅信 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司