專利名稱：具有藍光發(fā)光單元以及含硒化鋅的覆蓋部的發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能發(fā)出視覺上的白光的半導(dǎo)體發(fā)光元件，特別是涉及一種具有含硒化鋅螢光材料的覆蓋部的發(fā)光元件。
發(fā)光二極管為一種體積小、高發(fā)光效率的發(fā)光元件，已被廣泛應(yīng)用在各種指示器以及各種光源上。由於發(fā)光二極管為一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，因而具有不易燒壞、抗震性好、以及可承受不斷重覆的開/關(guān)動作的優(yōu)點。近年來，超高照度以及高效率的紅光、綠光、及藍光發(fā)光二極管已成功地開發(fā)出來，使用紅綠藍發(fā)光二極管做成的大屏幕發(fā)光二極管顯示器也已經(jīng)進入實用階段。由於發(fā)光二極管顯示器具有質(zhì)輕、壽命長等優(yōu)點，預(yù)料在未來將會更廣泛地使用。由於發(fā)光二極管具有上述多項優(yōu)點，近年來利用發(fā)光二極管作為白色光源的構(gòu)想也經(jīng)過多方嘗試。因發(fā)光二極管具有發(fā)單色光的特性，要制造一白色光源必須將紅綠藍三原色的三種發(fā)光單元彼此緊密排列在一起。當三種顏色的光被適當?shù)恼{(diào)配并均勻混合後，即可產(chǎn)生出視覺上的白光。然而，由於必須將三種具有不同色調(diào)、發(fā)光強度、及其它特性的發(fā)光單元產(chǎn)生的光做適當?shù)恼{(diào)配，所以想要調(diào)配出所需要的白光色調(diào)并不容易。且不同的發(fā)光單元需要不同的驅(qū)動電壓，這使得發(fā)光元件的驅(qū)動電路設(shè)計變得復(fù)雜化，因而提高了制造成本。另外，由於三種發(fā)光單元分別有不同的衰變速率，這也使得所發(fā)出的白光的白度隨時間而劣化下降。為了解決上述問題，其中一種方法是由日本住友電工(SumitomoElectric)提出的(中國臺灣專利第406,442號)。該方法是在一個硒化鋅的單晶基板上結(jié)晶生長一個發(fā)藍光的硒化鋅結(jié)晶層。硒化鋅基板吸收部分結(jié)晶層發(fā)出的藍光而被激發(fā)，并產(chǎn)生一個波段中心接近黃光波長的寬帶螢光，其中寬帶螢光與藍光混合即產(chǎn)生白光。然而該方法亦有其缺點，即硒化鋅基板并不容易制造，且在該硒化鋅基板上結(jié)晶生長藍光發(fā)光層也增加了技術(shù)上的難度。
因此，仍有需要開發(fā)一種新的發(fā)白光的發(fā)光元件以解決上述的問題。
據(jù)此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高質(zhì)量、易生產(chǎn)、且低成本的白光發(fā)光元件。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的發(fā)光元件，在一藍光發(fā)光單元上形成一個覆蓋部，該覆蓋部覆蓋在發(fā)光單元上，覆蓋部可為含有硒化鋅螢光材料的膠層。藍光發(fā)光單元例如為氮化鎵系列(GaN-based)的半導(dǎo)體發(fā)光單元，能發(fā)出可見光頻譜中的藍光。硒化鋅螢光材料吸收部分發(fā)光單元發(fā)出的藍光，并將被吸收的藍光轉(zhuǎn)換成不同波長的螢光，例如波段中心接近黃光波長(570nm)的寬帶螢光。這個不同波長的螢光與未被吸收的藍光混合，于是產(chǎn)生視覺上的白光。
硒化鋅螢光材料可為粉末形態(tài)，該粉末可為細小的顆粒，片狀或其它不規(guī)則的形狀，分散於該膠層中。膠層作為硒化鋅螢光材料的分散介質(zhì)(dispersing medium)，可為透明或接近透明。該膠層可以印刷或點膠的方式直接涂覆於半導(dǎo)體發(fā)光單元上。該膠層也可以非直接接觸的方式形成在半導(dǎo)體發(fā)光單元上，與半導(dǎo)體發(fā)光單元相隔一適當距離。
上述的覆蓋部也可以是直接沉積在或生長在發(fā)光單元上的硒化鋅薄膜，還可同時包含前述的覆蓋在半導(dǎo)體發(fā)光單元上的膠層。另外，膠層可區(qū)分為上、下兩層，下層含有較高體積濃度的硒化鋅螢光材料，而上層則含有較低體積濃度的硒化鋅螢光材料，如此可達到較佳的光擴散效果。
上述的半導(dǎo)體發(fā)光單元，可用線接合法或倒裝式接合法(Flip-chipbonding)裝在一個電路板上，或是裝在一個導(dǎo)線架上。在半導(dǎo)體發(fā)光單元外還可以用一模注部件包覆，該模注部件內(nèi)也可含有硒化鋅螢光材料。
由於硒化鋅螢光材料可為單晶或多晶的粉末或顆粒形態(tài)，因此特別具有容易制造與低成本的優(yōu)點。
為了對上述的本發(fā)明的特征以及本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點有更清楚的了解，接下來將結(jié)合附圖加以詳細說明。但必須首先說明的是，本發(fā)明除了下述的實施例外，仍然可以有其它的實施例，且以下的附圖并不一定是完全按照實際比例繪制的。其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)，一個半導(dǎo)體發(fā)光單元以線方式裝在一個線路基板上，并有一個含硒化鋅螢光材料的膠層覆蓋于其上；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一種表面粘結(jié)元件(SMD)；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一種導(dǎo)線架方式安裝的發(fā)光元件。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的另一種導(dǎo)線架式安裝的發(fā)光元件，其中一個硒化鋅螢光薄膜形成在一個半導(dǎo)體發(fā)光單元的上表面；圖5表示一個半導(dǎo)體發(fā)光單元按照倒裝方式接合在一個承載杯上的承載座上；圖6表示一個螢光膠層預(yù)先形成在一承載杯內(nèi)的倒裝安裝的半導(dǎo)發(fā)光單元上；圖7表示一個含硒化鋅螢光材料的覆蓋部，以非接觸方式構(gòu)成在多個半導(dǎo)體發(fā)光單元上。
請參考圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明公開的發(fā)光元件的第一個實施例。一個半導(dǎo)體發(fā)光單元2能發(fā)出可見光譜中的藍色光，半導(dǎo)體發(fā)光單元2以線接合的方式裝在一個線路基板4上，例如，印刷電路板。該半導(dǎo)體發(fā)光單元2，例如可為氮化鎵系列的發(fā)光單元，經(jīng)過金線3與線路基板4實現(xiàn)電連結(jié)。一個含有硒化鋅(ZnSe)螢光材料6的覆蓋部5覆蓋半導(dǎo)體發(fā)光單元2。該覆蓋部5的材料可為透明或接近透明的樹脂膠層，用作螢光材料的分散介質(zhì)。硒化鋅螢光材料6可為單晶或多晶的粉末，散布於覆蓋部5中，硒化鋅螢光材料6的粉末可為顆粒形狀、片狀、或其它不規(guī)則的形狀。硒化鋅螢光材料6能吸收一部分該半導(dǎo)體發(fā)光單元2發(fā)出的藍光，然後發(fā)射出不同於藍光波長的螢光，不同波長的螢光例如為一寬帶的螢光，其波段中心約在570nm(接近黃光的波長)。通過這個不同波長的螢光與剩余的藍光混合，即可產(chǎn)生視覺上的白光。本實施例中覆蓋部5分為一上膠層7以及一下膠層8，其中上膠層7具有較低體積濃度的硒化鋅螢光材料，而下膠層8則具有較高體積濃度的硒化鋅螢光材料，因此可使發(fā)光元件獲得較佳的光擴散效果。然而，覆蓋部5并不限定為兩層膠層的結(jié)構(gòu)，亦可為單層或其它多層膠層的結(jié)構(gòu)。上膠層7與下膠層8都可以用印刷或點膠方式直接涂覆在半導(dǎo)體發(fā)光單元2上。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例。一個半導(dǎo)體發(fā)光單元10以倒裝安裝的方式接合在一個線路基板13上，從而構(gòu)成一個表面粘結(jié)元件(SMD)。半導(dǎo)體發(fā)光單元10的兩個接觸電極11、12朝向線路基板13并與線路基板13上的兩個電連接墊14、15直接相接觸而實現(xiàn)電連結(jié)。半導(dǎo)體發(fā)光元件10上可利用點膠或印刷方式形成一個覆蓋部16，覆蓋部16的材料同樣可為透明或接近透明的樹脂，而硒化鋅螢光粉末17則散布於其中。在覆蓋部16上可另外覆蓋一層透明膠或接近透明的膠層18，以保護覆蓋部17。本實施例中，膠層18中未添加螢光材料。當然，膠層18中也可根據(jù)需要摻入適當?shù)奈\粉末。
參考圖3所示的一種導(dǎo)線架安裝的發(fā)光元件，這是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例。一個半導(dǎo)體發(fā)光單元20接合於一導(dǎo)線架21頂部的承載杯20內(nèi)，并以線接合的方式經(jīng)過金線23與導(dǎo)線架21的電連接端實現(xiàn)電連結(jié)。承載杯22內(nèi)，可利用點膠或其它可行的方式填入含有硒化鋅螢光粉末25的螢光膠24，而使該螢光膠24覆蓋半導(dǎo)體發(fā)光單元20。另外，一個模注部件26則將承載杯22、半導(dǎo)體發(fā)光單元20、以及螢光膠24包裹在內(nèi)，其中模注部件26中可摻入硒化鋅螢光粉末27。模注部件26中的硒化鋅體積濃度可小於螢光膠24中的硒化鋅體濃度，由此可得到較佳的光擴散效果。模注部件26的材料可與該螢光膠24的材料相同，如透明或接近透明的樹脂。
當然，模注部件26中也可不摻入螢光材料，而如圖4所示。其中半導(dǎo)體發(fā)光單元20上表面可事先直接生長一硒化鋅螢光薄膜28，或利用化學(xué)氣相沉積法或其它可行的方法形成硒化鋅螢光薄膜28。因此，半導(dǎo)體發(fā)光單元20發(fā)出的藍光在通過該硒化鋅螢光薄膜28時，即會有部分的光被轉(zhuǎn)變成一寬波段的螢光，其波段中心約在570nm(接近黃光的波長)。
上述實施例的半導(dǎo)體發(fā)光單元并不限定為線接合(wire bonding)的安裝方式。根據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光元件，也可如圖所示，將一半導(dǎo)體發(fā)光單元31以倒裝方式接合在一承載杯30上的一承載座32上。半導(dǎo)體發(fā)光單元31的兩個接觸電極33、34朝向承載座32，并直接與該承載座32上的兩個電連接墊35、36連結(jié)。承載杯30內(nèi)則填入含有硒化鋅螢光粉末40的螢光膠39，將半導(dǎo)體發(fā)光單元31覆蓋。另外，半導(dǎo)體發(fā)光單元31上也可預(yù)先涂覆一個螢光膠層37，如圖6所示。螢光膠層37中含有較高體積濃度的硒化鋅螢光粉末38，由此同樣可獲得較佳的光擴散效果。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例。將多個能發(fā)出藍光的發(fā)光二極管燈41以插件方式組裝在一個印刷電路板42上，其中將藍光半導(dǎo)體發(fā)光單元47按照導(dǎo)線架方式安裝，從而可以獲得發(fā)光二極管燈41。在多個發(fā)光二極燈41的上邊構(gòu)成含有硒化鋅螢光粉末46的覆蓋部43，覆蓋部43覆蓋在多個發(fā)光二極燈41上，其中覆蓋部43與發(fā)光二極管燈41及其內(nèi)部的半導(dǎo)體發(fā)光單元47并不直接接觸，相隔一適當?shù)木嚯x。覆蓋部43同樣可由樹脂構(gòu)成，包括一個具有較低硒化鋅體積濃度的上膠層44，以及一個具有較高硒化鋅體積濃度的下膠層45。硒化鋅螢光粉末46同樣可吸收部分該半導(dǎo)體發(fā)光單元47發(fā)出的藍光，并發(fā)出一寬波段的螢光，該寬波段的螢光的波段中心約在570nm(接近黃光的波長)。該寬波段的螢光與剩余的藍光混合即產(chǎn)生視覺上的白光。本實施例中，雖以發(fā)光二極管燈41為例進行說明，但并不以此為限。半導(dǎo)體發(fā)光單元47也可用其它可行的方式(如線接合或倒裝方式)直接安裝在印刷電路板42上。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思的情況下就可做出適當?shù)男薷呐c改進。例如，硒化鋅螢光材料可根據(jù)需要添加I，Br，Cl，Ga，In，或Al作為活性劑以獲得適當?shù)奈灩獠ㄩL，且硒化鋅螢光材料并不限定為單一種類的粉末，還可由多種不同的硒化鋅系列的粉末混合而得；故凡按照本發(fā)明的權(quán)利要求書所作的等效變化與改進，都為本發(fā)明的權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，至少包含一半導(dǎo)體發(fā)光單元，能發(fā)出藍光；以及一含硒化鋅螢光材料的覆蓋部，覆蓋該發(fā)光元件，硒化鋅螢光材料能吸收部分該發(fā)光元件發(fā)出的藍光，并發(fā)射出與該藍光不同波長的光，其中，該不同波長的光與藍光相混合即產(chǎn)生視覺上的白光。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部為覆蓋在半導(dǎo)體發(fā)光單元上的膠層。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于硒化鋅螢光材料以粉末形態(tài)散布于膠層中。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其特征在于膠層包含一下膠層，含有較高的硒化鋅體積濃度；以及一上膠層，含有較低的硒化鋅體積濃度。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部與半導(dǎo)體發(fā)光單元直接接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部以印刷方式形成在半導(dǎo)體發(fā)光單元上。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部以點膠方式形成在半導(dǎo)體發(fā)光單元上。
8.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部與半導(dǎo)體發(fā)光單元間隔一適當距離。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部為直接生長在半導(dǎo)體發(fā)光單元上的硒化鋅薄膜。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部為以沉積方式形成在半導(dǎo)體發(fā)光單元上的硒化鋅薄膜。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于半導(dǎo)體發(fā)光單元為氮化鎵系列的發(fā)光單元。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于硒化鋅螢光材料中添加選自I，Br，Cl，Ga，In，或Al組成的族群中的任何一種作為活性劑。
13.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于覆蓋部為包裹半導(dǎo)體發(fā)光單元的模注部件。
全文摘要
一種能發(fā)出視覺上的白光的發(fā)光元件,它包含一藍光發(fā)光單元及一覆蓋部,覆蓋部覆蓋發(fā)光單元,覆蓋部含有硒化鋅熒光材料。藍光發(fā)光單元,例如為氮化鎵系列的半導(dǎo)體發(fā)光單元,能發(fā)出可見光譜中的藍光,經(jīng)過硒化鋅熒光材料吸收一部分由發(fā)光單元發(fā)出的藍光,并將被吸收的藍光轉(zhuǎn)換成不同波長的熒光(如波段中心在約570nm的寬波段熒光),該不同波長的熒光與未被吸收的藍光混合,於是產(chǎn)生視覺上的白光。
文檔編號H01L33/00GK1373521SQ0110906
公開日2002年10月9日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者羅俊仁, 羅永輝 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院