用于增大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的led的制作方法
【專利說明】用于増大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的LED
[0001 ] 本申請是申請?zhí)枮?00880131373.5，申請日為2008年10月I日，發(fā)明名稱為“用于增大的光提取和非黃色的斷開狀態(tài)顏色的在封裝劑中具有顆粒的LED”的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，并且具體而言涉及用于提高光提取的技術。本發(fā)明還涉及形成具有淺黃色磷光體涂層的LED的非黃色的斷開狀態(tài)顏色。
【背景技術】
[0003]比如GaNLED的半導體LED具有比空氣的折射率(η約等于I)高得多的折射率(例如，對于GaN，η=2.2-3.0 )。通過將LED封裝在具有中間折射率的比如硅樹脂(η=1.4_1.76 )的透明材料中，光提取顯著提高。封裝劑還保護半導體LED管芯。進一步增大光提取是期望的。
[0004]高功率LED現(xiàn)在通常用作包含移動電話相機的小型相機中的閃光燈。LED發(fā)射白色光。這種用作閃光燈的LED典型地為被一層釔鋁氧化物石榴石(YAG)磷光體覆蓋的一個或多個GaN LED管芯，該GaN LED管芯發(fā)射藍色光，該磷光體在被藍色光激勵時發(fā)射黃色-綠色光。通過YAG磷光體泄漏的藍色光與黃色-綠色光的組合產(chǎn)生白色光。
[0005]當LED斷開時，LED上的YAG磷光體涂層在白色環(huán)境光下看上去為黃色-綠色。這種黃色-綠色通常不具備吸引力且典型地不與相機外觀很好地匹配。期望以某種方式消除閃光燈在處于其斷開狀態(tài)時的黃色-綠色顏色。

【發(fā)明內容】

[0006]在一個實施例中，Ti0x、Zr0x或其它白色非磷光體的惰性材料的粒子與用于LED的基本上透明封裝劑混合。一種合適的封裝劑為硅樹脂。申請人發(fā)現(xiàn)，當惰性材料為封裝劑的約2.5-5%(按重量計)時，在封裝劑中的惰性材料(比如T12)的亞微米尺寸顆粒使GaN LED的亮度(流明)增加超過5%。通常，更高百分比的惰性材料開始使光輸出減小。封裝劑中的這種少量的顆粒產(chǎn)生令人吃驚的結果，所述結果超越了發(fā)明人所預測的任何結果。在封裝劑中的T12的0.5%-10%的范圍通常增大亮度，這取決于所使用的實際LED。更高的百分比開始使通過封裝劑的透射顯著減小。
[0007]二氧化鈦和氧化鋯二者被用作油漆和搪瓷中的白色色素。被認為是白色的顏色具有一系列色溫，且該顏色受到檢視光的影響。如本公開內容中使用的術語白色在觀察者看來在太陽光下為基本上白色。
[0008]無論LED涂覆有磷光體還是未涂覆有磷光體，通過將顆粒添加在封裝劑中實現(xiàn)的光增強都發(fā)生。
[0009]在一些實驗中，將T12添加到封裝劑略微減小當LED接通時發(fā)射光的色溫，這是不明顯的。然而，T12的添加使在整個180度發(fā)射角上的色溫變化大幅減小(例如，減小了三分之二)。在攝影中這是重要的，因為整個對象是用基本上均勻的光照射。
[0010]此外，將T12添加到封裝劑也提高了包裝各處的色溫均勻性。當投影LED的放大圖像的光學元件被使用，比如與閃光燈或投影儀一起使用時，這是尤其重要的。
[0011]由于惰性材料(例如，Ti O2或ZrO2)是白色的，具有YAG磷光體涂層的LED的外觀在該LED斷開時看上去白得多，這比YAG磷光體的黃色-綠色顏色更悅目。
[0012]在一個實施例中，閃光燈LED模塊使用具有按重量計約5%的T12的硅樹脂封裝劑，其中封裝劑形成為具有平坦表面從而不顯著影響LED發(fā)射的形狀(S卩，封裝劑不形成透鏡)。相機包含位于閃光燈上的透鏡以控制閃光燈的光發(fā)射模式。在另一實施例中，硅樹脂封裝劑可以成型為透鏡從而使光發(fā)射模式定形。
【附圖說明】
[0013]圖1為包含藍色LED管芯、YAG磷光體涂層、底座和硅樹脂封裝劑的現(xiàn)有技術閃光燈LED的截面視圖。
[0014]圖2為依照本發(fā)明實施例的閃光燈LED的截面視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0015]圖3為說明通過在封裝劑中添加T12,閃光燈在處于其斷開狀態(tài)時的顏色外觀從黃色-綠色到白色的變化的曲線圖。
[0016]圖4為說明通過在封裝劑中添加T12,閃光燈在處于其接通狀態(tài)時色溫的下降以及在視角上的色溫偏差的下降的曲線圖。
[0017]圖5為說明當T12添加到封裝劑中時LED包裝各處的色溫均勻性提高的曲線圖。
[0018]圖6為依照本發(fā)明實施例的不具有磷光體涂層的藍色LED管芯的截面視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0019]圖7為圖5的LED的光功率輸出的曲線圖，其示出了隨著封裝劑中T12數(shù)量的增大，功率輸出提高。
[0020]圖8為具有依照本發(fā)明一個實施例的閃光燈的相機的正視圖，其中T12顆粒與封裝劑混合。
[0021]在各個圖中相似或相同的元件用相同的數(shù)字來標記。
【具體實施方式】
[0022]盡管本發(fā)明可以應用到任何類型的LED，但是將詳細描述在所有實例中使用的一種具體LED。圖1為封裝在硅樹脂中的常規(guī)白色光LED 10的截面視圖。
[0023]該實例中LED 10的有源層產(chǎn)生藍色光。LED 10形成于比如藍寶石、SiC或GaN的起始生長襯底上。通常，生長η層12，接著是有源層14，接著是P層16。？層16被蝕刻以露出一部分的位于下面的η層12。反射金屬電極18(例如，銀、鋁或合金)接著形成于LED的表面之上從而接觸η層和P層?？纱嬖谠S多分布式電極從而更均勻地擴散電流。當二極管正向偏置時，有源層14發(fā)射光，該光的波長是由有源層的成份(例如AlInGaN)確定。形成這種LED是公知的且無需更詳細描述。形成LED的附加細節(jié)描述于Steigerwald等人的美國專利N0.6,828,596和Bhat等人的美國專利N0.6,876,008，這兩個美國專利均轉讓給本申請的受讓人且通過引用結合于此。
[0024]半導體LED接著安裝在底座22上成為倒裝芯片。底座22的頂表面含有金屬電極，該金屬電極經(jīng)由焊料球被焊接或超聲焊到LED上的金屬電極18。也可以使用其它類型的結合。如果電極本身可以被超聲焊到一起，則焊料球可以刪去。
[0025]底座電極通過通路電連接到底座底部上的陰極和陽極焊盤24，因此底座可以表面安裝到印刷電路板上的金屬焊盤，該印刷電路板典型地形成用于相機的閃光燈模塊的一部分。電路板上的金屬跡線將焊盤電耦合到電源。底座22可以由任何合適材料形成，比如陶瓷、硅、鋁等。如果底座材料導電，則絕緣層形成于襯底材料之上，且金屬電極圖案形成于絕緣層之上。底座22充當機械支撐，提供LED芯片上的精巧的η和P電極與電源之間的電學接口，并且提供熱沉。底座是公知的。
[0026]為了致使LED10具有低廓形并防止光被生長襯底吸收，生長襯底被移除，比如通過CMP或者利用激光剝離方法，在激光剝離方法中激光加熱GaN和生長襯底的界面以形成高壓氣體，該高壓氣體將襯底推離GaN。在一個實施例中，生長襯底的移除是在LED陣列安裝在底座晶片上之后且在LED/底座被單體化(例如，通過鋸切)之前進行的。半導體層的最終厚度可以約為40微米。LED層加上底座的厚度可以約為0.5mm。
[0027]LED半導體層的處理可以在LED安裝在底座22上之前或之后進行。
[0028]在生長襯底移除之后，磷光體層30形成于LED頂部上，用于波長轉換從有源層14發(fā)射的藍色光。磷光體層30可以噴射沉積、旋涂、通過電泳而薄膜沉積、預形成為陶瓷板并固定到LED層頂部、或者利用任何其它技術形成。磷光體層30可以是透明或半透明結合劑(其可以是有機或無機的)中的磷光體顆粒，或者可以是燒結磷光體顆粒。由磷光體層30發(fā)射的光在與藍色光混合時形成白色光或者另一期望的顏色。在該實例中，磷光體為產(chǎn)生黃色光的釔鋁氧化物石榴石(YAG)磷光體(Y+B=白色)。該磷光體可以是任何其它磷光體或者多種磷光體的組合，比如紅色磷光體和綠色磷光體(R+G+B=白色)，從而形成白色光。在所有實例中，磷光體層30的厚度可以約為20微米。
[0029]利用YAG磷光體(S卩，Ce:YAG)，白色光的色溫在很大程度上取決于磷光體中的Ce摻雜以及磷光體層30的厚度。
[0030]硅樹脂封裝劑32接著形成于LED結構之上以保護LED并增大光提取。在一個實施例中，封裝劑被旋涂。在另一實施例中，封裝劑直接成型在LED和磷光體之上。如果期望使用封裝劑作為透鏡，封裝劑可以利用模具來定形。
[0031]圖1的現(xiàn)有技術LED結構被用作基線，從而示出當采用本發(fā)明時該結構的改進特性。
[0032]圖2為LED結構的截面視圖，該LED結構與圖1的LED結構相同，但是其中在封裝LED之前，T12顆粒34與硅樹脂封裝劑32混合。取決于LED結構的特性，T12的最優(yōu)數(shù)量可以在硅樹脂的重量的1-10%之間任意位置變化。在一個實施例中，含有T12的封裝劑被旋涂。在另一實施例中，含有T12的封裝劑被直接成型在LED和磷光體之上。如果期望使用封裝劑作為透鏡，則封裝劑可以使用模具來定形。
[0033]在一個實施例中，平均T12顆粒尺寸為0.25微米，且顆粒為隨機形狀。在典型實施例中，硅樹脂的厚度約為100微米。
[0034]當T12的重量百分比增大至約5%時，LED結構的光輸出增大。在一些實驗中，在5%之后光輸出減小。在一個實驗中，樣品的光輸出對于0% T12為90流明，對于5% T12為96流明，以及對于7% T12為93流明，隨后光輸出隨著T12數(shù)量增大而降低。色溫(CCT)也隨T12的百