專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，具體而言，涉及具有提高的光提取效率的發(fā)光 裝置。通過減小對來自發(fā)光元件的光的自吸收來提高效率，所述自吸收歸 因于在覆蓋發(fā)光元件的透鏡或密封材料形成的光提取表面處的光的全反 射。
背景技術：
使用發(fā)光元件的公知發(fā)光裝置的實例包括例如圖1中所示的發(fā)光裝 置，該裝置具有在引線框架上安裝的以樹脂密封的燈型發(fā)光二極管，并且 具有例如圖2中所示的發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置具有板和反射鏡、在板上的 由板和反射鏡形成的凹陷的底部處安裝發(fā)光元件、在凹陷的內部或整個凹 陷之上的樹脂密封。在這些圖中，2是發(fā)光元件，4是板，5是反射鏡，6 是密封化合物，7是安裝側引線框架，8是供電側引線框架，9是接合導線， 10是p-電極以及l(fā)l是n-電極。在這樣的發(fā)光裝置中，使用具有介于發(fā)光 元件與空氣之間的折射率的材料作為密封材料，以便減小發(fā)光元件的全反 射，但是沿圖1中的A所指示的光束軌跡的發(fā)光元件的自吸收還是會發(fā)生， 因此降低了效率并特別地導致了光提取效率僅僅約為未密封時的光提取效 率的1.2-1.5倍。
通常，發(fā)光元件的折射率的值為2.4-2.7，然而空氣的折射率為1.0。 用作密封樹脂的樹脂通常具有在它們之間的折射率，約1.5。對于從發(fā)光元 件發(fā)射的離開密封樹脂i^到空氣中的光，由密封樹脂與空氣之間的界面
與在界面上入射的光形成的角(e)必須大于臨界角(ee)，臨界角(ec) 由以下/>式表示
<formula>formula see original document page 4</formula>
(其中n,是在入射面上的折射率，而n2是在出射面上的折射率)。
由密封樹脂的折射率計算的臨界角(ec)約48、并且如果界面與入射 光束之間的角(從界面(反射表面)到沿著界面的法線方向測量的)比該 值小，則光將不能從密封樹脂射出。由于形成發(fā)光元件的p-型層、n-型層 和有源層通常呈現(xiàn)lxl0-lxl0Vcm的光吸收率，在密封樹脂中的光子的多 重反射導致了發(fā)光元件中的吸收，從而限制了光提取。
公知在發(fā)光元件中，與常規(guī)矩形的發(fā)光元件相比，調整幾何尺寸，例 如上覆蓋層相對于有源層的高度以及元件側面的角度，可以提高光提取效 率(例如，參見美國專利No. 6，229，160;美國專利No. 6,323,063;以及美 國專利No. 6,570,190)。然而，卻不公知調整安裝了發(fā)光元件的發(fā)光裝置 的幾何尺寸來提高光提取效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的為提供一種發(fā)光裝置，由于減小了對來自所述發(fā)光裝置 的光的自吸收，所以所述發(fā)光裝置具有良好的光提取效率。
根據(jù)本發(fā)明，在帽的頂表面與底表面之間的間隔是特定的長度并在所 述發(fā)光元件與所述帽頂表面之間提供特定的距離，同時還修改了所述帽的 形狀以減小對來自所述發(fā)光元件的光的自吸收并提高光提取效率。具體而 言，本發(fā)明提供以下各項。
(1 )一種發(fā)光裝置，包括板、在所述板上可選地通過載體(submount) 形成的半導體發(fā)光元件、密封所述半導體發(fā)光元件的帽以及圍繞所述帽設 置的反射鏡，其中所述帽具有平行于所述半導體發(fā)光元件的頂表面的頂表 面和底表面，并且所述頂表面與所述底表面之間的間隔是所述半導體發(fā)光
元件的最長的對角線或直徑的1-3倍。
(2)根據(jù)權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所述底 表面的面積比率(頂表面/底表面)為4或更大。
(3 )才艮據(jù)權利要求1或2的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所大。
(4) 才艮據(jù)權利要求1至3中的任何一項的發(fā)光裝置，其中在所述帽的 所述頂表面與所述帽的側面之間形成的角為40°或更小。
(5) 才艮據(jù)權利要求1的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所述底 表面的面積比率(頂表面/底表面)為1/4或更小。
(6 )才艮據(jù)權利要求1或5的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所 述底表面的對應的邊的長度或直徑之間的比率(頂表面/底表面)為1/2或 更小。
(7) 根據(jù)權利要求1、 5和6中的任何一項的發(fā)光裝置，其中在所述 帽的所述頂表面與所述側面之間形成的角為140°或更大。
(8) —種用于制造發(fā)光裝置的方法，包括下列步驟(1)至(4):
(1) 在板上可選地通過載體安裝半導體發(fā)光元件的步驟；
(2) 在所it^上安裝反射鏡的步驟；
(3) 形成根據(jù)權利要求1至7中的任何一項的帽的步驟；以及
(4 )使用具有不大于所述帽的折射率的折射率的材料將所述帽 接合到所述半導體發(fā)光元件上的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的所述發(fā)光裝置，將所述帽的所述頂表面與所迷底表面之 間的間隔(高度)設定得大于所述發(fā)光元件的最長的對角線或直徑，由此 從密封結構有效地提取從所述發(fā)光元件發(fā)射的光，并且防止了對來自所述 發(fā)光元件的光的自吸收，提高了光提取效率。此外，通過在所述帽的所述 側面與所述頂表面之間形成適宜的角，可能進一步提高所述光提取效率。
此外，以同樣可以提高光提取效率的方式密封所述發(fā)光元件，并且所 述發(fā)光元件位于拋物線反射鏡的焦點，以提供具有高的正面亮度的發(fā)光裝置。
圖1是示出了常M光裝置的實例的示意圖2是示出了常M光裝置的另一實例的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的帽的實例的截面圖4是根據(jù)本發(fā)明的帽的實例的平面圖5是根據(jù)本發(fā)明的帽的另一實例的平面圖6是圖4或圖5中示出的帽的截面圖7是根據(jù)本發(fā)明的帽的另一實例的平面圖8是圖7中示出的帽的平面圖9是根據(jù)本發(fā)明的帽的另一實例的平面圖IO是根據(jù)本發(fā)明的帽的另一實例的平面圖ll是圖9或圖10中示出的帽的截面圖12是根據(jù)本發(fā)明的帽的另一實例的截面圖13是圖12中示出的帽的平面圖14是在實例1中制造的發(fā)光裝置的截面圖15是在實例1中制造的發(fā)光裝置的平面圖16是在比較實例1中制造的發(fā)光裝置的截面圖17是在實例2中制造的發(fā)光裝置的截面圖18是在比較實例2中制造的發(fā)光裝置的截面圖；以及
圖19是在比較實例3中制造的發(fā)光裝置的截面圖。
具體實施例方式
圖14是本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的示意圖，示出了實例1中制備的 發(fā)光裝置lll的截面圖。在該附圖中，101是帽，102是半導體發(fā)光元件， 103是載體，104是散熱板，105是反射鏡以及106是密封化合物。
圖3是示出了圖14的帽和發(fā)光元件的局部截面的示意視圖。根據(jù)以上
的(1)的發(fā)明的特征在于通過將帽(1)的頂表面與底表面之間的間隔設
定得不小于發(fā)光元件(2)的最長的對角線或直徑U)，如圖3所示，來 提高發(fā)光元件的光提取，這樣當從發(fā)光元件的一端發(fā)射的光在帽的頂表面 (即，在形成帽的樹脂與空氣之間的界面)處發(fā)生全反射時，光子就不能 容易地返回到發(fā)光元件(2)。
圖4和圖5是才艮據(jù)本發(fā)明的帽(1)的實例的平面圖。圖6是該帽的實 例的截面圖。根據(jù)以上(2)和(3)的發(fā)明，通過設定帽的頂表面與底表 面的面積比率為4:1或更大或者邊的長度的比率為2:1或更大，當帽的頂 表面與底表面之間的間隔不小于發(fā)光元件的最長的對角線或直徑時，則發(fā) 光元件發(fā)射的光在帽的頂表面處的全反射光(A)在側面處具有超過臨界 角的入射角，因而如圖6所示例的那樣被提取出來，從而防止了帽的光吸 收和發(fā)光元件的吸收，使光提取變得更為有效。
然而，如圖6中的虛線所示，如果帽的頂表面與底表面之間的面積比 率為l:l或對應的邊的長度的比率是l:l，對于發(fā)光元件發(fā)射的光，在帽的 頂表面處的大部分的全反射光(B)，在側面具有比臨界角小的入射角， 以致如附圖中的路線B所示例那樣在帽的底表面和頂表面處反復反射，由 此，多次反射在帽中和發(fā)光元件處導致了更多的吸收。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的帽(1)的不同的實例的截面視圖，而 圖8是該實例的平面視圖。根據(jù)以上(4)的發(fā)明，在圍繞發(fā)光元件(2) 的帽(l)的頂表面處，對于發(fā)光元件發(fā)射的光，全反射的光以大于臨界角 的角入射到帽(1)的側面，如圖7示例的，以致可以有效地提取光而不會 被發(fā)光元件吸收。此外，當發(fā)光元件的厚度比其寬度小時，在帽的底表面 和側面處被多次反射朝向帽的底表面的光(B)，但卻可以從帽的頂表面 提取光(B)而不會被發(fā)光元件吸收。從而，減小了發(fā)光元件的光吸收， 因此可以更有效地提取光。在該實例中，帽的頂是削頂?shù)箞A錐，但是使用 倒錐體可以獲得相同的效果。
圖9和圖IO是示出了根據(jù)本發(fā)明的帽(1)的另一實例的平面圖。圖 ll是該實例的截面圖。根據(jù)以上(5)和(6)的發(fā)明，通過設定帽的頂表
面與底表面的面積比率為1:4或更小或者邊的長度的比率為l:2或更小， 當帽的頂表面與底表面之間的間隔不小于發(fā)光元件的最長的對角線或直徑 時，則對于從發(fā)光元件發(fā)射的光，朝向帽的側面的光(A)，具有超過臨 界角的入射角，因而被提取出來，如圖ll所示，從而防止了帽中的光吸收 和發(fā)光元件的吸收，使光提取變得更為有效。
然而，如圖11中的虛線所示，如果帽的項表面與底表面之間的面積比 為1:1或對應的邊的長度的比率是l: 1，沿相同方向發(fā)射的大多數(shù)的光(B) 以比臨界角小的入射角入射到帽的頂表面，以致如附圖中的路線B所示例 的，在帽的側面、底表面和頂表面處反復反射，由此多次反射在帽中和發(fā) 光元件處導致更多的吸收。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的帽(1)的不同實例的截面圖，而圖 13是該實例的平面圖。根據(jù)以上的(7)的發(fā)明，發(fā)光元件(2)發(fā)出的朝 向帽的頂表面和側面的光以大于臨界角的角入射到每個側面，如圖12中所 示，因此可以容易并有效地將光提取到外部。因為發(fā)光元件的厚度比它的 寬度小，射向帽的底表面的光(A3)以最小的反射數(shù)到達側面。因此，全 反射最小，減小了發(fā)光元件的光吸收，因此可以更有效地提取光。在該實 例中，帽的頂部是削頂圓錐，使用錐體可以達到相同的效果。
現(xiàn)在將說明本發(fā)明的發(fā)光裝置的每一個構件。
在其上安裝了反射鏡和載體的板可以是引線框架、印刷板或散熱板。 由于流向發(fā)光元件的大電流，因此優(yōu)選散熱板。
在散熱板的情況下，通過使用沖模的壓力加工，由單個的板模制具有 用于發(fā)光裝置的合理的適宜尺寸的多個散熱板。散熱板的形狀可以是任何 希望的形狀例如矩形、圓形或多邊形。為了完全獨立的形狀，還可以整個 地進行壓力加工。然而，優(yōu)選使用具有形成的隔道(street)的多個連接的 矩形框架形狀，可以將該矩形框架加載至貼片機上，該隔道可以使鄰近的 邊被容易地切割掉。在散熱板的情形下，可以選擇這樣的沖壓方向作為沖 壓方向，該沖壓方向不會導致由于壓力加工之后的邊緣的回彈所造成的對 接合襯底的差的附著。還優(yōu)選精確沖壓，不提倡模具沖壓和垂直沖壓以避
免邊緣下垂。
替代常規(guī)絕緣、低熱導率的印刷電路板，散熱板可以是具有令人滿意 的熱導率的金屬基片例如鐵、銅或鋁，并且在散熱板的一側上涂敷絕緣層 (此后稱作"導熱樹脂層")，該絕緣層包括了包含具有令人滿意的熱導 率的氮化鋁填充物的環(huán)氧樹脂，然后通過蝕刻在絕緣層上形成銅電極電路， 如果必要再涂敷導熱樹脂層作為絕緣保護層，并通過蝕刻形成用于附著反 射鏡的銅電路。
該板具有在其中安裝半導體發(fā)光元件的發(fā)光元件裝配部分。對于散熱 板，發(fā)光元件裝配部分包括在散熱板上的用于改善熱導率的樹脂部分上使
用蝕刻技術形成的電路。通過布線接合或者在發(fā)光元件的p和n電極上形 成的絕緣保護膜將電流自電路供給到發(fā)光元件，并進行焊接以有助于向發(fā) 光元件供電。
可以在板上直接安裝半導體發(fā)光元件，或者通過載體安裝。 載體由絕緣材料形成，例如陶瓷材料、玻璃環(huán)氧板或附著了絕緣保護
膜的Si板，并且在載體的前表面和后表面上具有電路。從散熱的角度來看，
優(yōu)選陶瓷材料。
例如，公知氮化鋁料(green)片是用于具有令人滿意的熱導率的絕 緣構件的陶瓷材料，將氮化鋁料片制備為堆疊的層合板。在該片的表面上 印刷電路圖形，導電圓柱金屬構件或"過孔"通過每一層的電路以沿層疊 的方向提供電路的連續(xù)性。這可以產(chǎn)生在前面和背面上具有不同的電路的 載體。當將在隧道爐等等中燒制層疊的片時，為了防止開裂，優(yōu)選由鴒材 料構成的電路來絲網(wǎng)印刷該層疊的片，其中該鎢材料具有接近氮化鋁的熱 膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，在各個載體之間提供隔道以允許從單個 料片形成多個栽體。為了更合適的焊料安裝，在表面上可以使用Ni或Au 鍍敷用作電路的鴒部分。
優(yōu)選使用具有良好散熱性和可加工性的金屬來制it^射鏡，例如，例 如銅或鋁的金屬材料或者具有良好散熱性的陶瓷材料。用于加工由這樣的 材料構成的反射鏡的方法可以為切割金屬或陶瓷用于研磨修整反射鏡表
面，壓力加工金屬用于研磨修整反射鏡表面，或者在通過耐熱樹脂的模具 模制形成的反射表面上形成鋁氣相淀積膜，盡管其內部散熱較差。在每個
反射鏡的接合表面上40t的銅以允許在散熱板上的焊料安裝。
如上面所解釋的，帽具有削頂?shù)牡箞A錐或倒錐體的形狀，或削頂?shù)膱A 錐或錐體的形狀。同樣如上所述，帽的頂表面與底表面之間的間隔或高度 優(yōu)選不小于半導體發(fā)光元件的最長的對角線或直徑。因為如果太大，會增 加光吸收，因此帽的高度優(yōu)選不大于半導體發(fā)光元件的最長的對角線或直
徑的3倍。
另外，如上面所解釋的，如果帽具有倒圓錐的形狀或倒錐體的形狀， 優(yōu)選帽的頂表面與底表面的面積比率為至少4:1或者優(yōu)選對應的邊或直徑 之間的比率為至少2:1。只要該帽不碰到反射鏡，便不特別地限制面積比 率或者對應的邊或直徑之間的比率的上限。面積比率的上限通常為約25:1。 在圓錐或錐體形狀的情況下，優(yōu)選帽的頂表面與底表面之間的面積比率為 不大于l:4或者優(yōu)選對應的邊或直徑之間的比率為不大于l:2。只要該帽不 碰到反射鏡，便不特別地限制面積比率或者對應的邊或直徑之間的比率的 下限。面積比率的下限通常為約1:25。
而且，如上面所解釋的，在倒圓錐或倒錐體形狀的情況下，該帽的頂 表面與側表面之間形成的角(a)優(yōu)選不大于40°。只要該帽不碰到反射鏡， 便不特別地限制該下限，但是通常約30°的下限是可應用的。對于圓錐或 錐體形狀，該角度優(yōu)選至少140°。只要該帽不碰到反射鏡，并不特別地限 制該上限，但是通常約150°的上限是可應用的。
為了裝配到發(fā)光裝置上，在帽的底表面上形成凹陷，并且將發(fā)光元件 裝配到凹陷的內部。使用還能固定帽的密封化合物密封在帽與發(fā)光元件之 間的間隙。密封化合物是與帽相同的材料，以便避免折射率改變，但是更 優(yōu)選地是可以減輕對發(fā)光元件的震動的密封化合物。形成帽的材料可以是 基于環(huán)氧的樹脂、基于硅酮的樹脂等等，但是^M莫制性的角度來看優(yōu)選基 于環(huán)氧的樹脂。
通過使用上述材料的下列方法制造帽。
首先，制備具有上述尺寸的倒錐形或正錐形模具。模具材料優(yōu)選工具 鋼，該工具鋼可以精確地批量生產(chǎn)并具有良好的鏡面特性。為了將鏡面轉
變成制品，對內表面進行研磨修整。模具包括澆口、澆道(runner)和巻
軸(spool),并且被連接到注射模制機器，并將受熱和受壓的樹脂引入到
模具中。為了除濕和預干燥，在給料器處安裝加熱器，其中在給料器處將
起始材料加入到注射模制機器。在模具中提供冷卻裝置，實施該方法，同
時使用模具冷卻溫度來調整制品的透明度。通過樹脂流來獲得作為連續(xù)的
系列的模制制品，然后切割模制制品并修整澆口 。
用于本發(fā)明的半導體發(fā)光元件可以是寬范圍的發(fā)光元件中的任何一
種，例如AlGalnP基琥珀色發(fā)光元件、AlGaAs基紅色發(fā)光元件、AlGalnP
基紅-黃色發(fā)光元件、GaP基黃-綠色發(fā)光元件、GaN基綠色發(fā)光元件、GaN
基藍色發(fā)光元件等。平面形狀通常是四邊形的，但可選地還可以是具有五個或更多的邊的多邊形，或者圓形。電極結構是這樣的，電極在元件的底
表面和頂表面上或者在相同的表面上。
現(xiàn)在解釋由上述結構構件來裝配本發(fā)明的發(fā)光裝置的過程。
首先，在板或載體上安裝發(fā)光元件。用于在板或載體上安裝發(fā)光元件 的方法可以是，例如，在發(fā)光元件電極上氣相淀積AuSn共晶(eutectic) 材料然后在板或載體上的發(fā)光元件裝配部分上回流，或者在板或載體的發(fā) 光元件裝配部分的電路部分上形成Au凸起然后使用超聲波壓力/熱接合發(fā) 光元件。使用Au材料需要兩階段安裝，其中使用具有比Au基焊料低的 熔點的無鉛焊料在板上安裝反射鏡和載體。
然后在板上安裝反射鏡并且如果必要也安裝載體。過程序如下。 在載體安裝電極部分和散熱板的反射鏡安裝接合部分上，使用絲網(wǎng)印 刷機印刷焊料漿糊。使用在盒架中插入了多個板的自動印刷機進行印刷。 接下來，為了安裝，使用自動傳送機依次在散熱板上安裝安裝了發(fā)光元件 的載體和反射鏡，并在回流爐中加熱該組合件以熔化焊接劑，之后降低溫 度。
最終，安裝圍繞發(fā)光元件的帽。安裝過程如下。使用真空或機械獲取
裝置用于在朝上的帽的底面上設置凹陷并使用與帽本身相同類型的樹脂或 者使用具有比帽更小的折射率的樹脂來填充帽，然后在散熱板的上述位置 處裝配帽，在該位置處已經(jīng)安裝了已定位的反射鏡、載體和發(fā)光元件。對 于該操作，為了密封，在足夠的真空中提供適宜的量的樹脂，以便填滿帽 與發(fā)光元件和載體之間的間隙。
根據(jù)藍光發(fā)光元件的最新i^艮，本發(fā)明的發(fā)光裝置可以用于室內和室 外的應用，包括大尺寸彩色顯示和交通信號。還可以使用白光LED用于 室內和室外照明或汽車頭燈，因此具有非常寬的應用范圍。
實例
現(xiàn)在將通過實例和比較實例詳細地解釋本發(fā)明，應該理解本發(fā)明決不 僅僅局限于實例。 (實例1)
現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的第 一實例。圖14是在該 實例中制造的發(fā)光裝置的截面圖，圖15是該發(fā)光裝置的平面圖。發(fā)光裝置 111由散熱板104、反射鏡105、載體103、半導體發(fā)光元件102和帽101 構成。標號106代表密封化合物。另外，標號120代表外部電源連接電極， 而121代表熱沉安裝部分。
下面描述的所使用的半導體發(fā)光元件102是GaN基化合物半導體藍光 發(fā)光元件，具有l(wèi)mmxlmm的邊的方形形狀和約90n厚度。
通過A1N緩沖層，在藍寶石襯底上依次堆疊由具有8 jim的厚度的由 未摻雜的GaN構成的基礎層、具有2 nm的厚度的Ge摻雜的n-型GaN接 觸層、具有0.03 nm的厚度的n-型In^Ga^N覆蓋層、其中5個16 nm的 厚度的Si摻雜的GaN勢壘層與5個3 nm的厚度的In^Ga^N阱層交替堆 疊并在最后堆疊了 Si摻雜的GaN壘層的多量子阱結構發(fā)光層、具有 O.Olnm的厚度的Mg摻雜的p-型Alo.07Gao.93N覆蓋層以及具有0.15nm的 厚度的Mg摻雜的p-型AlGaN接觸層，分別在p-型AlGaN接觸層和n-型GaN接觸層上形成正電極和負電極以制備發(fā)光元件。
為了制造散熱板104，在厚度為1.5mm的20mm直徑的盤形的、高
熱導鋁片上，形成厚度為35nm的絕緣層，該絕緣層由包含氮化鋁填充物 而具有令人滿意的熱導率的環(huán)氧基樹脂所構成，在其上通過本領域技術人 員公知的蝕刻方法形成Cu電路，并在反射鏡安裝部分上形成環(huán)氧基樹脂 絕緣層作為保護層。
對于反射鏡105，使用壓力機將6 mm厚的鋁薄片切割成單獨的15 mm 直徑部分，然后形成具有Y = X2/4.8 (Y:以mm為單位的高度，mm, X: 以mm為單位的半徑)截面的拋物線狀的凹陷，并且為了對來自發(fā)光元件 的光產(chǎn)生平行化效果，使用拋光劑研磨修整內表面。將安裝在板104上的 底表面的一部分纟皮研磨至6mm的直徑。
載體103由氮化鋁制造，并且截面是具有1.2 mmxl.2 mm的邊長的方 形且高度為1.3mm。半導體發(fā)光元件102和電連接的散熱板104構成電路。 將GaN基藍光發(fā)光元件設置在載體上，使GaN基藍光發(fā)光元件大致處于 反射鏡的束焦點位置。
帽101由環(huán)氧樹脂構成，并且具有l(wèi).Omm底部半徑x2mm頂部半徑 xl.5mm高度的尺寸的削頂?shù)箞A錐形狀。因此，頂部/底部面積比為4:1， 并且高度大于發(fā)光元件的最長的對角線。在底表面的中心處形成尺寸能夠 完美安裝發(fā)光元件的凹陷。
這些結構構件用于通過下列過程來裝配發(fā)光裝置111。
首先，在載體103上安裝發(fā)光元件102。具體過程如下。使用加熱器 將載體保持在約200°C的溫度，使用凸起接合器設置金凸起。凸起的配置 為總共18個金凸起，包括兩個0.12mm方形n電極位置中的每一處的一個 凸起，以及在四個0.7 mm長度x0.14 mm寬度的條形p電極位置中的每一 處的四個凸起。凸起直徑為80 nm，以便避免在發(fā)光元件的接觸接合期間 的歸因于凸起的變形而導致的電路短路。為了安裝發(fā)光元件，使用真空夾 具獲取每個發(fā)光元件并且在形成了凸起的載體上通過超聲接觸接合，其間 保持300g的負重，條件為200。C、 138KHz和10mS。
接下來，在散熱板104上設置安裝了發(fā)光元件的載體103和反射鏡 105。具體過程如下。使用Sn-Ag-Cii基悍料漿糊將載體和反射鏡附著到散
熱板。通過絲網(wǎng)印刷方法，將焊料漿糊涂敷到散熱板上。金屬掩模厚度為
100n。施加面積的尺寸由載體側接合區(qū)(land)和反射鏡側接合區(qū)組成， 通過在中心處具有分離p-和n-電極的0.2mm寬的絕緣部分的邊長為1.2 mm的方形來限定載體側的接合區(qū)(也就是，間隔為0.2 mm的兩個1.2 mmx0.5mm矩形接合區(qū))，并且在外部通過直徑為6mm的圓同時在內部 通過邊長為1.3mm的方形來限定反射鏡側接合區(qū)。使用傳送機器人在涂敷 了焊料漿糊的散熱板上設置安裝了發(fā)光元件的載體和反射鏡。在傳送器上 將安裝了栽體和反射鏡的散熱板提供給回流爐并焊接。在回流爐中，在氮 氣氣氛下進行兩個階段的加熱，其中用80秒將溫度提高到175°C并保持 60秒，之后用30秒將溫度提高到235°C并保持30秒。
然后安裝圍繞發(fā)光元件102的帽101。具體過程如下。在兩溶液環(huán)氧 樹脂中以1:1的重量比率混合基本化合物和固化劑。然后從混合物中徹底 去除氣體以除去樹脂中的空氣泡，使用分配器將樹脂注入到帽的凹陷內并 且以圍繞發(fā)光元件的方式附著帽。然后在120°C下固化樹脂4小時。
當對獲得的發(fā)光裝置進行電流測試時，發(fā)現(xiàn)該實例的發(fā)光裝置的光提 取是棵芯片發(fā)光裝置的光提取的1.86倍。
散熱板104可以是具有令人滿意的熱導率的金屬基片例如鐵、銅或鋁， 取代常規(guī)絕緣、低熱導率印刷電路板，并在散熱板的一側上涂敷絕緣層(此 后稱為"導熱樹脂層")，該絕緣層包括包含了增加了具有令人滿意的熱 導率的氮化鋁填充物的環(huán)氧樹脂。通過蝕刻，在絕緣層上形成銅電極電路， 如果必要，重新涂敷導熱樹脂層作為絕緣保護層，并通過蝕刻形成用于反 射鏡附著的銅電路。
優(yōu)選由高散熱材料例如鐵、銅或鋁制造反射鏡105，并且反射鏡105 的內表面是通過拋光加工的鏡面，Ni鍍敷底層(ground layer)并通過銀 鍍敷或氣相淀積鋁來鏡面修整底層。
通過層壓和燒結具有令人滿意的散熱性的氮化鋁來制備在其上安裝該 發(fā)光元件的栽體103，并在發(fā)光元件與散熱板安裝面上繪制通過Ni和銀鍍 敷鴒表面形成的電極圖形。在內部，在層壓期間，通過過孔或導電圓柱銷
透it^面電極圖形，以獲得用于三維布線的從前面到后面的導電性。
使用填充到由樹脂模形成的帽101的凹陷中的密封化合物106來密封 發(fā)光元件102的頂部。帽101的頂表面是第一光提取表面，其高度大于發(fā) 光元件的最長的對角線。該形狀可以減少來自發(fā)光元件的光子返回到元件 本身從而減小元件本身的光子吸收。填充的密封化合物保護發(fā)光元件、導 電布線等，使其免受使用發(fā)光元件的環(huán)境的影響。密封化合物可以是取代 樹脂的低熔點玻璃。作為合適的密封化合物的具體實例，其可以為環(huán)氧樹 脂、尿素樹脂、硅酮以及其它耐候性樹脂或玻璃。另外，通過將分散劑增 加到密封化合物，可能緩和元件的發(fā)光特性并增加可視角度。
當將大電流施加到發(fā)光元件102時，發(fā)光元件中產(chǎn)生的熱會損害有源 區(qū)。因此，如果為了降低熱阻而從組合件略去了載體103，則來自發(fā)光元 件的熱流通過散熱板104的包含熱轉移填充物的樹脂層傳輸?shù)缴岚宓幕?礎金屬片和金屬反射鏡105，從而減小了熱阻并改善了發(fā)光元件的可靠性。 由于散熱板的_^5出金屬片和載體103的熱膨脹系數(shù)通常相差約3-4倍， 當發(fā)光裝置經(jīng)受從低溫(_40°C)到高溫(250 °C)的反復加熱循環(huán)時， 載體103和散熱板104的焊料接合點傾向于開裂。導熱樹脂層還具有作為 避免開裂的緩沖層的作用。 (比較實例1)
圖16示出了該比較實例制造的發(fā)光裝置的截面圖。除了帽101的頂表 面與底表面之間的間隔為0.75mm之外，該間隔小于半導體發(fā)元件102的 最長對角線，以與實例l相同的方式制逸良光裝置。當以與實例l相同的 方式對獲得的發(fā)光裝置進行電流測試時，光提取約是棵芯片的光提取的1.6 倍。 (實例2)
圖17示出了該實例制造的發(fā)光裝置的截面圖。除了帽的形狀是削頂?shù)?圓錐形之外，以與實例l相同的方式來制造發(fā)光裝置，該削頂圓錐形具有 0.8mm的頂表面半徑、1.6mm的底表面半徑以及1.5mm的高度，使得頂 表面與底表面面積比率為l:4并且頂表面與底表面的間隔大于發(fā)光元件的
最長對角線。當以與實例l相同的方式對獲得的發(fā)光裝置經(jīng)進行電流測試
時，光提取約是棵芯片的光提取的1.87倍。
當比較實例1的發(fā)光裝置與實例2的發(fā)光裝置的正面亮度時，實例1 的發(fā)光裝置的亮度為1，實例2的發(fā)光裝置的亮度為0.2。 (比較實例2)
圖18示出了該比較實例制造的發(fā)光裝置的截面圖。除了帽101的頂表 面與底表面之間的間隔為0.75mm之外，該間隔小于半導體發(fā)元件102的 最長對角線，以與實例2相同的方式制itJ良光裝置。當以與實例l相同的 方式對獲得的發(fā)光裝置經(jīng)進行電流測試時，光提取約是棵芯片的光提取的 1.6倍。
(比較實例3)
除了帽的形狀是具有l(wèi).Omm的半徑的半圓之外，如圖19中所示，以 與實例l相同的方式制造發(fā)光裝置。這對應正常錐形帽的側角是連續(xù)變化 的情況。當以與實例l相同的方式對獲得的發(fā)光裝置經(jīng)進行電流測試時， 光提取約是棵芯片的光提取的1.82倍。
另外，當比較實例1的發(fā)光裝置與比較實例3的發(fā)光裝置的正面亮度 時，實例1的發(fā)光裝置的亮度為1，而比較實例3的發(fā)光裝置的亮度為0.2。
工業(yè)適用性
由于本發(fā)明的發(fā)光裝置具有改善的光提取效率和高的光發(fā)射輸出，因 此本發(fā)明的發(fā)光裝置作為室內或室外的照明裝置、汽車頭燈等是高效的， 具有極高的工業(yè)價值。
權利要求
1. 一種發(fā)光裝置，包括板、在所述板上可選地通過載體形成的半導體發(fā)光元件、密封所述半導體發(fā)光元件的帽以及圍繞所述帽設置的反射鏡，其中所述帽具有平行于所述半導體發(fā)光元件的頂表面的頂表面和底表面，并且所述頂表面與所述底表面之間的間隔是所述半導體發(fā)光元件的最長的對角線或直徑的1-3倍。
2. 根據(jù)權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所述底表 面的面積比率(頂表面/底表面)為4或更大。
3. 根據(jù)權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所述底表 面的對應的邊的長度或直徑之間的比率(頂表面/底表面)為2或更大。
4. 根據(jù)權利要求l的發(fā)光裝置，其中在所述帽的所述頂表面與所述帽 的側面之間形成的角為40°或更小。
5. 根據(jù)權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所述底表 面的面積比率(頂表面/底表面)為1/4或更小。
6. 根據(jù)權利要求l的發(fā)光裝置，其中所述帽的所述頂表面與所迷底表 面的對應的邊的長度或直徑之間的比率(頂表面/底表面)為1/2或更小。
7. 根據(jù)權利要求1的發(fā)光裝置，其中在所述帽的所述頂表面與所述帽 的側面之間形成的角為140°或更大。
8. —種用于制itJl光裝置方法，包括下列步驟(1)至(4):(1) 在板上可選地通過載體安裝半導體發(fā)光元件的步驟；(2) 在所^yi上安裝反射鏡的步驟；(3 )形成根據(jù)權利要求1至7中的任何一項的帽的步驟；以及 (4 M吏用具有不大于所述帽的折射率的折射率的材料將所迷帽接合到所 述半導體發(fā)光元件上的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的為提供一種發(fā)光裝置，由于減小了對來自所述發(fā)光裝置的光的自吸收，所以所述發(fā)光裝置具有良好的光提取效率。本發(fā)明的發(fā)光裝置包括板、在所述板上可選地通過載體形成的半導體發(fā)光元件、密封所述半導體發(fā)光元件的帽以及圍繞所述帽設置的反射鏡，其中所述帽具有平行于所述半導體發(fā)光元件的頂表面的頂表面和底表面，并且所述頂表面與所述底表面之間的間隔是所述半導體發(fā)光元件的最長的對角線或直徑的1-3倍。
文檔編號H01L33/60GK101379624SQ20078000413
公開日2009年3月4日 申請日期2007年2月5日 優(yōu)先權日2006年2月6日
發(fā)明者?？菩⒅?申請人:昭和電工株式會社