发光二极管封装、发光二极管系统及其制造方法

专利名称：：发光二极管封装、发光二极管系统及其制造方法发光二极管封装、发光二极管系统及其制造方法相关申请该申请要求于2008年5月7日提交的韩国专利申请No.10-2008-0042424的优先权，其内容通过引用被完全合并于此。
背景技术：
：发光二极管(LED)在现代电子装置中享有广泛的应用。它们能够发射高功率的光，并且与包括荧光灯、白炽灯泡和卤素灯的传统的它们的近似物相比，它们提供更有效率的功耗、更高的可靠性、更高的耐受性和更长的寿命。另外，由于它们相对小的尺寸，使得能够以相对小的外形(formfactor)来构造。在传统的LED中，向p-n结施加正向偏压，使得p型半导体材料中的空穴与n型半导体材料中的电子再结合(recombine)。作为再结合的结果，以与p-n结的带隙对应的波长发射光能。对于许多LED应用，通常需要产生白光。存在很多用于实现这个的方法。在一个方法中，产生红光、绿光和蓝光的LED或者产生蓝光和黄光的LED被组合在单个封装中，以产生白光。由于该方法需要在固定区内的多个LED的形成、电连接和封装，因此该方法能够导致大体积封装和复杂的制造工序。在另一方法中，使蓝色LED的输出入射到黄色磷光体材料上，以作为磷光反应的结果产生白色输出光。可替换地，使紫外LED的输出入射到包括红色、绿色和蓝色磷光体颗粒的磷光体材料上，以作为磷光反应的结果产生白色输出光。在这些方法中，由于高度依赖于磷光体材料的浓度，因此会难以控制白色输出光的质量。例如，在传统的方法中，通常将磷光体材料混合到在封装中包围LED的树脂材料中。由于一旦与树脂载体混合就难以控制磷光体材料的浓度，因此该方法受到低颜色再现性和由此造成的低可靠性的困扰。
发明内容本发明的实施例涉及解决并克服与传统的器件和方法相关的限制的发光单元、采用这样的发光单元的封装和系统及其制造方法。具体来说，根据本发明的器件、系统和方法提供了所得的LED器件的高的颜色再现性，同时减少了所需的发光转换材料的量，由此降低了制造成本。具体来说，通过控制在发生光能的波长转换的器件中存在的发光转换材料层的厚度，能够优化所得的LED器件的透射率和转换效率。在一个方面，形成LED半导体器件的方法包括在衬底上设置LED;在所述LED上设置第一密封剂材料层；对所述第一密封剂材料层进行第一退火；在首先被退火的第一密封剂材料层上设置发光转换材料层；对所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火。在一个实施例中，发光转换材料基本由发光转换材料组成。在另一个实施例中，在首先被退火的第一密封剂材料层上设置发光转换材料层包括将发光转换材料层设置成被选择以确定从LED半导体器件发射的光能的所得透射率的厚度。在另一个实施例中，所述方法还包括通过控制第一密封剂材料层的第一退火的工艺条件，控制发光转换材料层的厚度。在另一个实施例中，所述方法还包括通过向第一密封剂材料层施加物理压力，控制发光转换材料层的厚度。在另一个实施例中，在第一工艺条件下进行第一退火，在第二工艺条件下进行第二退火，第二工艺条件与第一工艺条件无关。在另一个实施例中，第一退火的第一工艺条件导致第一密封剂材料层的软固化，第二退火的第二工艺条件导致第一密封剂材料层的硬固化。在另一个实施例中，所述方法还包括在所述发光转换材料层上设置第二密封剂材料层。在另一个实施例中，所述第二密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能是基本上透明的。在另一个实施例中，在对所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火之前，进行在所述发光转换材料层上设置第二密封剂材料层。在另一个实施例中，在对所述第二密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火之后，进行在所述发光转换材料层上设置第二密封剂层。在另一个实施例中，所述第一密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能是基本上透明的。在另一个实施例中，所述方法还包括在被首先退火的第一密封剂材料层上设置所述发光转换材料层之后，选择性去除所述发光转换材料层的一部分，其中选择性去除将所述发光转换材料层中没有粘附于被首先退火的第一密封剂材料层的部分去除。在另一个实施例中，所述方法还包括在所述发光转换材料层上设置滤光器。在另一个实施例中，所述方法还包括在所述发光转换材料层上设置一个或多个透镜。在另一个实施例中，在所述LED上设置第一密封剂材料层还包括在所述衬底上设置第一密封剂材料层。在另一个实施例中，在所述LED上设置第一密封剂材料层还包括只在所述LED和所述衬底上设置所述第一密封剂材料层，并将所述第一密封剂材料图形化，使得只在所述LED上保留所述第一密封剂材料。在另一个实施例中，在被首先退火的第一密封剂材料层上设置所述发光转换材料层还包括在所述衬底上设置所述发光转换材料层，并且所述方法还包括在被首先退火的第一密封剂材料层和所述衬底上设置所述发光转换材料层之后，选择性去除所述发光转换材料层的一部分，其中选择性去除去除了所述发光转换材料层中没有粘附于被首先退火的第一密封剂材料层的部分。在另一个实施例中，所述方法还包括在所述发光转换材料层和所述衬底上设置第二密封剂层。在另一个实施例中，所述的方法还包括使所述第二密封层成形为具有凸或凹的形状。在另一个实施例中，所述方法还包括在所述第二密封层上设置滤光器°在另一个实施例中，所述发光转换材料层的发光转换材料包括磷光体材料。在另一个方面，一种LED半导体器件包括LED,所述LED在衬底上；第一密封剂材料层，所述第一密封剂材料层在所述LED上；发光转换材料层，所述发光转换材料层在所述第一密封剂材料层上，并且基本由发光转换材料组成，所述发光转换材料层具有被选择以确定从所述LED发射的光能的所得透射率的厚度。在一个实施例中，在施加所述发光转换材料层之前，所述第一密封剂材料层在第一工艺条件下被进行第一退火以具有第一硬度，并且其中所述发光转换材料层的厚度被确定为所述第一硬度的结果；所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层在第二工艺条件下被进行第二退火，所述第二工艺条件与所述第一工艺条件无关。在另一个实施例中，所述第一退火的所述第一工艺条件导致所述第一密封剂材料层的软固化，所述第二退火的所述第二工艺条件导致所述第一密封剂材料层的硬固化。在另一个实施例中，通过控制所述第一密封剂材料层的所述第一退火的工艺条件，确定所述发光转换材料层的厚度。在另一个实施例中，通过向所述第一密封剂材料层施加物理压力，确定所述发光转换材料层的厚度。在另一个实施例中，所述器件还包括在所述发光转换材料层上的第二密封剂材料层。在另一个实施例中，所述第二密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能是基本上透明的。在另一个实施例中，所述第一密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能是基本上透明的。在另一个实施例中，所述器件还包括在所述发光转换材料层上的滤光器。在另一个实施例中，所述器件还包括在所述发光转换材料层上的一个或多个透镜。在另一个实施例中，所述第一密封剂材料层还位于所述衬底上。在另一个实施例中，所述第一密封剂材料层只存在于所述LED上，而不存在于所述衬底上。在另一个实施例中，所述器件还包括在所述发光转换材料层和所述衬底上的第二密封层。在另一个实施例中，使所述第二密封层成形为具有凸或凹的形状。在另一个实施例中，所述器件还包括在所述第二密封层上的滤光器°在另一个实施例中，所述发光转换材料包括磷光体材料。在另一个方面，一种系统包括控制器，所述控制器产生LED启用信号；多个LED半导体器件，所述LED半导体器件接收来自于所述控制器的LED启用信号。每个LED半导体器件包括LED，所述LED在衬底上；第一密封剂材料层，所述第一密封剂材料层在所述LED上；发光转换材料层，所述发光转换材料层在所述第一密封剂材料层上，并且基本由发光转换材料组成，所述发光转换材料层具有被选择以确定当所述LED被所述LED启用信号启用时从所述LED发射的光能的所得透射率的厚度。从如在附图中示出的本发明的优选实施例的更具体的描述中，本发明的前述和其它目的、特征和优点将是显而易见的，在附图中，类似的参考符号在不同的视图中始终表示相同的部件。附图不必要成比例，替代地，其重点放在示出本发明的原理。在附图中图1A至图1E是示出了根据本发明的实施例的LED结构的形成的截面剖视图。图2是示出了根据本发明的实施例的用于形成LED的步骤的流程图。图3是根据本发明的实施例的被提供以将发光转换材料施加到软固化的密封剂的物理力的概念性视图。图4是本发明的另一个实施例的截面剖视图。图5A和图5B是本发明的其它实施例的截面剖视图。图6A至图6D是示出了根据本发明的另一个实施例的LED结构的形成的截面剖视图。图7A至图7C是本发明的其它实施例的截面剖视图。图8A是根据本发明的实施例的LED结构封装的透视图。图8B至图8D是根据本发明的各种实施例的沿着图8A的截面线I-I'截取的图8A的LED结构封装的截面剖视图。图9A和图9B是根据本发明的各种实施例的LED封装模块的截面剖视图。图10A是根据本发明的各种实施例的LED阵列封装模块的俯视图，图10B和图10C是根据本发明的各种实施例的LED阵列封装模块的透视图。图11是根据本发明的实施例的在显示面板应用中的LED系统的分解截面剖视图。图12A至图12D是根据本发明的其它实施例的LED系统的视图。图13是根据本发明的实施例的LED系统的框图。图14A是从根据本发明制备的样品实施例获得的实验结果的作为磷光体厚度的函数的磷光体转换效率的绘图。图14B是从根据本发明制备的样品实施例获得的实验结果的作为在施加了绿色磷光体转换层之后的UV波长的输出的函数的磷光体转换效率的绘图。具体实施例方式现在，在下文中，将参照附图来更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并不应该被理解为只限于在此阐述的实施例。在整个说明书中，类似的标号表示类似的元件。将理解的是，虽然术语"第一"、"第二"等在此用来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称作第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。如在此所使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关所列项的任意和全部组合。将理解的是，当元件被称作"在"另一元件"上"或者"连接"或"耦合"到另一元件时，该元件可以直接在另一元件上或者直接连接或直接耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作"直接在"另一元件上或者"直接连接"或"直接耦合"到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应该以类似的方式来解释(例如，"在...之间"与"直接在...之间"，"相邻"与"直接相邻"等)。当元件在此被称作在另一元件的上方时，它可以在另一元件的上方或下方，直接耦合到另一元件，或者可存在中间元件，或者元件可以被空隙或间隙隔开。在此使用的术语只是出于描述具体实施例的目的，并不意在成为本发明的限制。如在此所使用的，除非上下文清楚地指出，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解的是，术语"包括"和/或"包含"当在此使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。图1A至图1E是示出了根据本发明的实施例的LED的形成的截面剖视图。图2是示出了根据本发明的实施例的形成LED的步骤的流程图。参照图1A和图2的步骤502，封装衬底10被制备成包括狭缝或开口12。封装衬底IO可以包括在封装的中心区域中用于定位LED20的可选的子基板(sub-mount)30。LED20能够被安装到可选的子基板30，或者在其它实施例中，直接安装到封装衬底IO。在各种实施例中，LED可以被构造成产生光能，例如产生处于紫外波长或蓝色波长的光能。如所示出地，能够用锥形(tapered)的侧壁12a来构造狭缝12，以增加最终的封装的发光效率。参照图1B和图2的步骤504，在开口12中设置第一密封剂50或树脂层。在这个实施例中，第一密封剂50至少被设置成涂覆或覆盖LED20的水平或深度。第一密封剂50可以包括对由LED20发射的波长的光能是透明的材料。在各种实施例中，第一密封剂50可以包括适于保护下面的LED20的环氧树脂、硅树脂、刚性硅树脂、聚氨酯、环氧丙烷基聚合物(oxethane)、丙烯酸类聚合物(acryl)、聚碳酸酯、聚酰亚胺和这些材料中的至少两种的混合物中的至少一种。参照图1B和图2的步骤506，对包括第一密封剂50的所得结构执行第一退火卯。选择包括温度、压力和持续时间的第一退火90的工艺条件，使得实现第一密封剂50的软固化。在软固化的状态下，第一密封剂50不再处于流态，并且没有完全变硬。替代地，通过第一退火卯使第一密封剂50充分变硬，使得当诸如磷光体材料的发光转换材料随后被施加到第一密封剂50的顶表面时，发光转换材料基本上没有穿透到第一密封剂50中，而是发光转换材料结合到第一密封剂50的顶表面或顶区域。在lmmXlmm的顶视型LED封装中第一密封剂50包括环氧有机硅材料的示例中，在大气压下、在150'C至20(TC下持续80秒至120秒进行的第一退火工艺被发现将第一密封剂50充分地软固化。第一退火90的工艺条件随着在开口12中的第一密封剂50的体积和第一密封剂的类型而变化；一般地，较大体积的第一密封剂需要较长的退火时间。参照图1C和图2的步骤508，将发光转换材料60a施加到所得的软固化第一密封剂50。在一个实施例中，发光转换材料60a包括使用沉积工艺施加的粉末型物质。可以在诸如热应力或机械压力的物理力下，将发光转换材料60a施加到软固化的第一密封剂50，使得发光转换材料60a的下部被物理地推到或者结合到软固化的第一密封剂50的上表面。图3是用于向软固化的第一密封剂50施加发光转换材料60a的由组件62提供的物理力F的概念性示图。由于第一密封剂50处于软固化的状态，并且没有变硬，因此其上表面能接纳发光转换材料60a以及结合到此的发光转换材料60a的颗粒。发光转换材料60a用来吸收从LED发射的第一波长的第一光能，并将所吸收的光能转换成具有与第一波长不同的第二波长的光能。例如，为了产生白光波长的第二光能，LED的第一波长可以是蓝色，且发光转换材料60a可以包括黄色荧光体材料。为了进一步增加所得封装的显色指数(CRI)，可以向发光转换材料60a添加红色荧光体。在另一个情况下，通过向发光转换材料60a施加红色/绿色/蓝色磷光体材料，在LED的第一波长为紫外的情况下，能够产生白光波长的第二光能。参照图1D和图2的步骤510，从第一密封剂50的上表面去除过多的发光转换材料60a。例如，该步骤可以通过在颠倒的位置(upside-downposition)摇动或振动所得的封装并允许通过重力作用去除过多的颗粒或材料来进行。在另一个技术中，例如Ar、Ne或K的气流的压力下的气流可以被施加到发光转换材料60a，以从第一密封剂50的上表面去除过多的材料。结果，发光转换材料层60保留在第一密封剂50的上表面上。因为材料60a被施加到第一密封剂50的顶表面而没有与第一密封剂50的材料一起被施加为混合物，所以所得的发光转换材料层60基本由发光转换材料60a组成。基本由发光转换材料60a组成的发光转换材料层60的施加与用于形成LED结构的传统方法的区别之处在于发光转换材料层60没有直接与树脂或第一密封剂混合，而是替代地被作为层而施加到软固化的第一密封剂50的顶表面，如上所述。术语"基本由...组成"意指主要包括发光转换材料，但是允许在所得的发光转换材料层60中存在某些低百分比的杂质或其它材料。已经用实验方法证明了的是所得的发光转换材料层60的厚度确定了所得器件的转换效率，其中转换效率是从封装发射的光能的被转换的光能(即，以第二波长发射的光的功率或者被转换为穿过发光转换材料层60的结果的光的功率)和原始的光能(即以第一波长或者由LED产生的波长发射的光的功率)之间的功率比(powerratio)。较高的转换效率表示相对更多的光被发光转换材料层60转换，且相对较少的由LED发射的第一波长的光被从封装发射而没有被转换。还已经确定的是器件的转换效率直接与发光转换材料层60的厚度有关，并且可以为给定的器件构造确定最佳的转换效率。例如，如果发光转换材料层60太薄，则由于第一波长的光能将穿过发光转换材料层60而没有发生转换，因此转换效率降低。同时，如果发光转换材料层60太厚，则由于带有波长转换和第一波长的穿过发光转换材料层60的光能的量将减少，因此转换效率降低。出于类似的原因，也已经确定的是所得的发光转换材料层60的厚度直接与所得器件的第一波长的光能的透射率相关，其中器件的透射率是以第一波长由LED发射的光的光能对穿过发光转换材料层60并以第一波长从封装发射的光的光能(即，未被转换的光能)之间的能量比。已经确定的是由于器件的透射率直接与发光转换材料层60的厚度相关，因此可以为给定的器件构造确定最佳的透射率值。例如，较薄的发光转换材料层60导致所得器件的较大的透射率，较厚的发光转换材料层60导致所得器件的较小的透射率。可以基于在最大的转换效率范围的适当的透射率范围，例如基于大约5°/。和10%之间的范围中的透射率，来确定发光转换材料的厚度。在某些应用中，其它的透射率范围是可能的并且可能是需要的。本发明的实施例允许控制所得发光转换材料层60的厚度，并且因此通过控制软固化的第一密封剂50的硬度优化所得发光转换材料层60的厚度。通常，被固化到较小程度的第一密封剂层50较少地变硬，并能接纳更多的发光转换材料60a，这样导致了所得发光转换材料层60的较大的厚度。类似地，被固化到较大程度的第一密封剂层50更多地变硬，并较少地接纳发光转换材料60a，这样导致了所得发光转换材料层60中的减小的厚度。在施加发光转换材料60时，第一退火90的工艺条件直接与第一密封剂层50的所得硬度相关，并由此直接与发光转换材料层60的所得厚度相关。所得的发光转换材料层60相对薄，这带来了许多优点。首先，其相对薄的厚度可以被更容易地控制，这导致了制造工艺中的更大的颜色再现性。其次，相对薄的层导致跨过第一密封剂层的顶表面的厚度均匀性得到改进，从而导致更均匀的由给定器件输出的颜色。第三，由于相对少的材料被用于所述层，因此能够减少制作过程中的材料成本。参照图1E和图2的步骤512，在所得的发光转换材料层60上形成例如钝化层的可选的第二密封剂层70。第二密封剂层70用来保护下面的发光转换材料层60不受外部环境条件的影响，例如保护其不暴露于湿气。在各种实施例中，可以将第二密封剂层70形成为基本上平坦的，或者形成为包括各种光学特征，如将结合进一步的实施例在下面所描述的。第二密封剂层70可以包括例如对于被转换的由发光转换材料层60发射的光能是透明的材料，其包括适于保护下面的发光转换材料层60的环氧树脂、硅树脂、聚氨酯、环氧丙垸基聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯、聚酰亚胺和这些材料中的至少两种的混合物中的至少一种。参照图1E和图2的步骤514，对包括软固化的第一密封剂50、发光转换材料层60和第二密封剂层70的所得结构进行第二退火工艺92。选择包括温度、压力和持续时间的第二退火92的工艺条件，使得对所得的LED器件1实现第一密封剂50的硬固化。在硬固化的状态下，第一密封剂50被基本上充分地硬化。在7mmX7mm的顶视型LED封装(芯片尺寸为lmmXlmm)中第一密封剂包括环氧有机硅材料的示例中，在大气压下、在15(TC至200'C下持续5分钟至30分钟进行的第二退火工艺被发现将第一密封剂50充分地硬固化。在这个示例中，第二退火的持续时间比第一退火工艺的时间长得多。诸如温度和/或压力的其它工艺参数可以被调节成实现所得器件的硬固化。第二退火92的工艺条件随着第一密封剂的类型和存在的第一密封剂50的体积而变化；通常，对于第二退火步骤，较大体积的第一密封剂需要较长的退火时间。参照图1E和图2的步骤516和518，在另一实施例中，可以可选地在形成第二密封剂层70之前，进行第二退火92。图4是本发明的另一个实施例的截面剖视图。参照图4，为了过滤由器件2发射的光能，例如在钝化层70层在发射的光能的光路中，可以施加可选的滤光器80。在一个示例中，可以应用滤光器80来吸收以特定波长发射的光能。在一个示例中，可以将滤光器调谐成吸收由LED20发射的第一光能，并对于由发光转换材料层60发射的并且被转换的第二光能是透明的。在LED产生紫外波长的第一光能的情况下，滤光器80可以被构造成吸收紫外波长的能量，防止人们暴露于有害的紫外能量。在某些应用中，可以将滤光器构造成散热。在可替换的实施例中，例如为了在舞台或剧场照明或用于交通灯应用中使用，有机或无机染料可以被施加到滤光器，以拦截或通过特定波长或颜色。图5A和图5B是本发明的其它实施例的截面剖视图。在这些实施例中，第二密封剂层70形成为透镜的形状，以执行光学功能。在图5A的实施例中，第二密封剂层70形成为单个凸透镜形状，以提供对由LED结构3发射的光能的散射。在图5B的实施例中，第二密封剂层70形成为多个凸透镜构造，以提供对由LED结构4发射的光能的更大的散射。第二密封剂层70也可以形成为其它合适的光学元件的形状，以执行用于器件3、4的需要的光学功能。图6A至图6D是示出了根据本发明的另一实施例的LED结构的形成的截面剖视图。参照图6A和图2的步骤502，制备封装衬底10以包括狭缝或开口12，如上所述。封装衬底10可以包括用于定位LED20的位于封装的中心区域中的可选子基板30。LED20可以被安装到该可选的子基板30，或者在其它实施例中，直接安装到封装衬底10。在各种实施例中，LED可以被构造成产生光能，例如产生紫外或蓝色波长的光能。能够用如所示出的锥形的侧壁12a来构造狭缝12，以增加所得封装的发光效率。继续参照图6A并现在参照图2的步骤504，在开口12中设置第一密封剂52或树脂层，以覆盖LED20。在该实施例中，第一密封剂52没有将开口填充到在LED20的上表面的上方的水平。替代地，本实施例的第一密封剂52被设置为只覆盖LED20和紧挨着环绕LED20的区域，例如，如所示出地，覆盖位于子基板或衬底30的上方的器件的区域。在一个实施例中，第一密封剂52被选择性地施加到LED20和子基板30，而没有施加到封装衬底10。在另一个实施例中，所述52密封剂被施加到包括封装衬底10、LED20和子基板30的整个开口12，然后被选择性地图形化，使得只在LED20上和可选地在紧挨着环绕LED20的区域保留第一密封剂52。如在图1A至图IE的上述实施例中，第一密封剂52可以包括对于由LED20发射的波长的光能是透明的材料。在各种实施例中，第一密封剂52可以包括适于保护下面的LED20的环氧树脂、硅树脂、刚性硅树脂、聚氨酯、环氧丙烷基聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯、聚酰亚胺和这些材料中的至少两种的混合物中的至少一种。继续参照图6A并现在参照图2的步骤506，如在上述的实施例中一样，对包括第一密封剂52的所得结构进行第一退火90。选择包括温度、压力和持续时间的第一退火90的工艺条件，使得实现了第一密封剂52的软固化。在软固化的状态下，第一密封剂52不再处于流体状态，并没有完全变硬。替代地，通过第一退火90使第一密封剂52充分变硬，使得当诸如磷光体材料的发光转换材料随后被施加到第一密封剂52的顶表面时，发光转换材料基本上没有穿透进入第一密封剂52中，而是发光转换材料结合到第一密封剂52的顶表面或顶区域。可以结合图1A至图1E的实施例，如上所述地确定第一退火90的工艺条件。参照图6B和图2的步骤508，发光转换材料60a被施加到所得的软固化的第一密封剂52。在一个实施例中，发光转换材料60a包括利用沉积工艺施加的粉末型物质。例如以结合图3在上面示出的方式，发光转换材料60a可以在诸如热应力或机械压力的物理力的作用下施加到软固化的第一密封剂52，使得发光转换材料60a的下部物理地推入或者结合到软固化的第一密封剂52的上表面。由于第一密封剂52处于软固化的状态，并没有变硬，因此其上表面能接纳发光转换材料60a，以及被结合于此的发光转换材料60a的颗粒。参照图6C和图2的步骤510，例如，以结合图1D的上述方式，从第一密封剂52的上表面去除过多的发光转换材料60a。结果，发光转换材料层60保留在第一密封剂52的上表面上。此外，如结合图1D的实施例上面描述的，发光转换材料层60基本由发光转换材料60a组成。所得发光转换材料层60的厚度确定了所得器件的转换效率，如结合图1A至图1E在以上所描述的。参照图6D和图2的步骤512，在所得的发光转换材料层60上形成例如钝化层的可选的第二密封剂层70。第二密封剂层70用来保护下面的发光转换材料层60不受外部环境条件的影响，例如保护其不暴露于湿气。在各种实施例中，第二密封剂层70可以形成为基本平坦的，或者可以形成为包括各种光学特征，如将结合更多的实施例在以下所描述的。第二密封剂层70可以包括例如结合图1A至图1E的描述在以上描述的材料。继续参照图6D并现在参照图2的步骤514，对包括软固化的第一密封剂52、发光转换材料层60和第二密封剂层90的所得结构进行第二退火工艺92。选择包括温度、压力和持续时间的第二退火92的工艺条件，使得实现了第一密封剂52的硬固化。在硬固化的状态下，为所得LED器件5，基本上完全硬化第一密封剂52。如在图1A至图IE的上述的实施例中，第二退火92的工艺条件随着第一密封剂的类型和存在的第一密封剂52的体积而变化；通常，对于第二退火步骤，较大体积的第一密封剂52需要较长的退火时间。继续参照图6D并现在参照图2的步骤516和518，在另一个实施例中，可以可选地在形成第二密封剂层70之前进行第二退火92。图7A至图7C是本发明的其它实施例的截面剖视图。在这些实施例中，第二密封剂层70形成为透镜的形状，以执行光学功能。在所示出的实施例中，为了过滤由器件6、7、8发射的光能，例如在钝化层7上在发射的光能的光路中施加可选的波长滤光器80。在图7A的实施例中，第二密封剂层70形成为单凸透镜形状，以用于由LED结构6发射的光能的聚焦。在图7B的实施例中，第二密封剂层70形成为单凸透镜形状，以用于由LED结构7发射的光能的散射。在图7C的实施例中，第二密封剂层70形成为单高凸透镜构造，以用于由LED结构8发射的光能的更大的散射。而且，在图7C的实施例中，LED20和子基板30被安装到平坦的封装衬底10，而不是安装在具有狭缝的封装衬底中，这对于某些应用可能是需要的。图8A是根据本发明的实施例的LED结构封装的透视图。图8B至图8D是根据本发明的各种实施例的沿着图8A中的截面线I-I'截取的图8A的LED结构封装的截面剖视图。示出各种实施例是出于说明性的目的，并且本发明的实施例不限于此。参照图8A，LED封装的第一引线14a和第二引线14b耦合到LED20，以向LED20施加偏置电压或电流，从而使得通过LED20产生光能。例如，第一引线14a和第二引线14b可以由导热材料形成，使得它们用来去除来自LED封装的热。参照图8B，在一个实施例中，第一引线14a和第二引线14b与封装衬底IO通过绝缘层11隔离开。在这个示例中，子基板30位于第一引线14a上，第一引线14a通过绝缘层31与子基板30隔离。键合线16a将第一引线14a耦合到LED20的第一结，键合线16b将第二引线14b耦合到LED20的第二结。参照图8C，在另一个实施例中，在第一引线14a和第二引线14b上都安装子基板30，第一引线14a和第二引线14b通过绝缘层31与子基板30隔离。延伸穿过子基板30的层间导通孔32分别将第一引线14a耦合到LED20的第一结，将第二引线14b耦合到LED20的第二结。参照图8D，在另一个实施例中，在第一引线14a和第二引线14b上都安装子基板30，第一引线14a和第二引线14b通过绝缘层31与子基板30隔离。层间表面互连34分别将第一引线14a耦合到LED20的第一结，将第二引线14b耦合到LED20的第二结。图8C和图8D的实施例适用于较小的封装几何体。图9A和图9B是根据本发明的各种实施例的LED封装模块的截面剖视图。示出各种实施例是为了说明性的目的，本发明的实施例不限于此。参照图9A，将LED封装1，例如如以上结合图4和图8B描述地构造的LED封装，安装到电路板300，以提供LED封装模块101。LED封装1的第一引线14a电耦合到电路板300的第一导体310，LED封装1的第二引线14b电耦合到电路板300的第二导体310。第一导体310和第二导体320依次耦合到电路板上的主驱动系统，或者与电路板300进行通信。参照图9B，LED封装模块102的另一个实施例与以上结合图9A描述的LED封装模块类似，不同之处在于本示例中的电路板300包括第一层间导通孔316和第二层间导通孔326，第一层间导通孔316和第二层间导通孔326分别将电路板300的一面上的第一导体310和第二导体320连接到电路板300的第二面上的第三导体312和第四导体322。图10A是根据本发明的各种实施例的LED阵列封装模块的俯视图，图10B和图10C是根据本发明的各种实施例的LED阵列封装模块的透视图。示出各种实施例是为了说明性的目的，本发明的实施例不限于此。参照图IOA，LED封装阵列103包括具有第一引线14a和第二引线14b的LED封装1的列，第一引线14a和第二引线14b分别通过第一导电互连310和第二导电互连320耦合到彼此。以这样的方式，共用列的LED封装1被启用，以同时发射光能。各个列的第一导电互连310和第二导电互连320可以同样耦合在一起，使得所有列的LED封装可以被启用，以同时发射。参照图IOB，由密封材料形成的柱面透镜340可以沿着形成在公共衬底300上的LED封装的列形成，或者可替换地，跨过所述LED封装的列形成，以执行所需要的光学功能。参照图IOB，在这个实施例中，利用由密封材料形成的单个凸透镜350构造沿着阵列的列或行的LED封装，以为阵列提供另外的光学功能。图11是根据本发明的实施例的在显示面板应用中LED系统的分解截面剖视图。传统上，这种类型的系统是液晶显示(LCD)装置中的边缘型背光单元(BLU)。在这个实施例中，LED封装1或LED封装阵列被安装到电路板300。LED封装1可以是侧视型。传输片(transfersheet)410可以由诸如丙烯酸酯的透明塑料树脂制成，接收发射出的光能并用作波导，以将光能呈现到其上具有图案412a的反射片412。被反射的光能从传输片的侧区域发射，并入射到传播片(spreadingsheet)414，传播片414用于分散光能。多个棱镜片416用于进一步将发射出的光能导向显示面板450，使得光能主要与面板450的延长方向正交。图12A至图12D是根据本发明的其它实施例的LED系统的视图。参照图12A，示出了根据本发明的实施例的LED系统的另一个示例应用。在这个示例中，投影仪系统505包括光源510，光源510相应包括在此描述的类型的LED封装1。发射出的光入射到聚光透镜520上，并施加到滤色器530。锐化透镜(sharpinglens)540将光导向图像调制装置，例如导向数字微镜装置(DMD)，数字微镜装置通过需要的图像来调制所施加的光，并将反射的光呈现到投影透镜580。投影透镜580相应地将被图像调制的光导向投影屏幕590。参照图12B，示出了根据本发明的实施例的LED系统的另一个示例应用。在这个示例中，包括上述类型的LED封装1的本发明的LED系统被应用到汽车前灯、辅灯或尾灯系统610。参照图12C，示出了根据本发明的实施例的LED系统的另一个示例应用。在这个示例中，包括上述类型的LED封装1的本发明的LED系统被应用到路灯、交通灯系统620。参照图12D，示出了根据本发明的实施例的LED系统的另一个示例应用。在这个示例中，包括上述类型的LED封装1的本发明的LED系统被应用到诸如聚光灯或泛光灯的发光照明系统630。图13是根据本发明的实施例的LED系统的框图。参照图13，LED系统包括LED控制器702，例如产生将一个或多个LED器件706启用或停用(deactivate)的LED启用信号的LED控制器。例如，启用信号704包括将LED器件706正向偏压使得它们发射光能的驱动信号。在此描述的类型的LED器件706例如在显示应用中可以被个别地启用，或者例如在照明应用中可以布置成阵列并被集体启用。根据公知的数据处理构造，可以通过具有存储器的处理系统，对LED控制器702进行寻址和编程。在此描述的各种实施例中，LED可以包括许多适合类型的LED中的任意一种，所述适合类型的LED包括例如InxAlyGa(1.x.y)(0SxS1,OSy^l)LED。在各种实施例中，LED可以被构造为例如倒装芯片型LED、竖直型LED或水平型LED，并且LED封装可以被构造为例如顶视型封装或侧视型封装。当前用于顶视型LED封装的LED芯片通常是诸如尺寸为lmmXlmm的方形形状，并具体地可应用到照明系统、橱窗照明(windowillumination)和汽车前灯。当前的用于侧视型LED封装的LED芯片通常是诸如尺寸为250pmX600pm的矩形形状，并在诸如移动电话、MP3播放器和导航系统的移动显示系统中获得应用。LED可以被构造为产生包括例如紫外或蓝色波长的许多窄带或宽带波长的光能中的任意一种。例如通过将LED安装在封装衬底10的中心区域，可以实现均匀的色调。在此描述的各种实施例中，封装衬底io可以包括许多合适的材料中的任意一种，所述合适的材料例如包括例如硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、脲醛树脂、(酰)亚胺树脂或氟树脂的具有耐光特性(lightfastcharacteristic)的有机材料。可替换地，封装衬底IO可以包括例如玻璃或硅胶的具有耐光特性的无机材料。可以通过热固(thermosetting)工艺来处理封装衬底10，使得所得的结构耐受在器件制造的过程中产生的热。可以将A1N或A10的填充物材料添加到封装衬底10的材料中，以减轻在随后第一和第二密封剂层的施加和退火的过程中产生的热应力。在其它实施例中，金属或陶瓷材料可以被施加到封装衬底10的至少一部分中，以增加所得封装的散热特性。在此描述的各种实施例中，发光转换材料层60的发光转换材料60a可以包括任意的以下材料或者任意的以下材料的混合物被诸如Eu、Ce等的镧系元素激活的氮化物/氧化物材料—M2Si5N8:Eu,M2Si5N8:Eu,MSi7N10:Eu,ML8Si5O0.2N8:Eu，Mo.9Si70(uNto:Eu，MSi202N2:Eu(其中，M从Sr,Ca,Ba,Mg,Zn中选择)被镧系元素、过渡金属元素(Mn等)激活的碱土卤素磷灰石—M5(P04)3X:R(其中，M是Sr、Ca、Ba、Mg、Zn;X是F、Cl、Br、I;R是Eu、Mn、Eu)碱土金属-硼化物卤素磷光体—M2B509X:R(其中，M是Sr、Ca、Ba、Mg、Zn;X是F、Cl、Br、I;R是Eu、Mn、Eu)碱土金属-铝酸盐磷光体—SrAl204:R，Sr4Al14025:R,CaAl204:R,BaMg2Al16027:R,BaMg2Al16012:R,BaMgAl10O17:R(其中，R是Eu、Mn、Eu)碱土-硅酸盐磷光体—(SrBa)2Si04:Eu*碱土乳化磷光体—La202S:Eu，Y202S:Eu，Gd202S:Eu碱土硫化镓酸磷光体*碱土氮化硅磷光体锗酸盐*被诸如Ce、Eu的镧系元素激活的稀土铝酸盐、稀土硅酸盐—Y3Al5012:Ce,(Y0.8Gd02)3Al5O12:Ce,Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce,(Y,Gd)3(Al，Ga)5012[YAG]—Tb3Al5012:Ce，Lu3A5012:Ce*ZnS:Eu,Zn2Ge04:Mn，MGa2S4:Eu(其中，M是Sr、Ca、Ba、Mg、Zn;X是F、CI)可以改变或添加激活材料Eu—Tb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti发光转换材料60a还可以包括适于光能的波长转换的另外材料。进行实验来确定是否能够通过控制发光转换材料层的厚度来优化LED器件的转换效率值。实验包括7mmX7mm的顶视LED封装(1mmXlmm的芯片尺寸)，所述封装包括紫外发射LED和用于发光转换材料的绿色磷光体材料。LED20被包围在包含透明硅树脂的第一密封剂层50中，第一密封剂层50填充封装开口12的大约90%。在165'C的温度下进行100秒的第一退火操作90，以将第一密封剂层50软固化。提供绿色磷光体材料作为发光转换材料60a，去除过多的发光转换材料60a以提供发光转换材料层60，并且所得物在165"的温度下经受5分钟的第二退火操作92，以将所得器件1硬固化。制备了5个这样的样品，每个样品具有被实验测量出的不同的所得绿色磷光体厚度。如上所述，通过向发光转换材料60a施加受控的机械压力，来管理所得绿色磷光体厚度。结果，提供了如下面的表1中所示的分别具有226pm、224^rni、190pm、153pm禾tl108|im的绿色磷光体厚度的样品1至样口《参照下面的表i的数据，在施加绿色磷光体层之前，对每个样品(样品1~5)进行紫外(UV)波长的LED的光能的输出功率的实验室测量。在表1中，可以看到，样品15的UV波长的输出能量分别是149mW、145mW、148mW、148mW和147mW，如在下面的表1中所示出的。接着，在施加绿色磷光体层之后，对每个样品(样品1~5)进行紫外(UV)波长的光能的输出功率的实验室测量。在表1中，可以看到，五个样品的UV波长的输出能量分别被测量为4.3mW、4.6mW、7.5mW、ll.lmW和14.6mW，如在下面的表1中所示出的。此外，在施加绿色磷光体层之后，对每个样品(样品1~5)进行被转换的绿色波长的光能的输出功率的实验室测量。在表1中，可以看到，五个样品的绿色波长的被转换的输出能量分别被测量为67mW、74mW、91.3mW、106.8mW和88mW，如在下面的表1中所示出的。对于每个样品，所得的LED器件的转换效率或在这种情况下，由于使用磷光体作为发光转换材料层，因此磷光体转换效率(PCE)可以被计算为PCE=绿色波长的输出/UV波长的输出(磷光体前-磷光体后)例如，对于样品1:PCE=67mW/(149mW—4.3mW)=46.3%每个样品(样品15)的PCE值被分别计算为46.3%、52.7%、65%、78%和66.5%。同时，每个样品(样品1~5)的透射率被计算为針率UV波长的输出(磷光体后)^^申—UV波长的输出(磷光体前)例如，对于样品1透射率=4.3mW/149mW=2.9%每个样品(样品1~5)的透射率值被分别计算为2.9%、3.2%、5%、7.5%and10%。图14A是从根据本发明制备的样品实施例获得的实验结果的作为磷光体厚度的函数的磷光体转换效率(PCE)的绘图，图14B是从根据本发明制备的样品实施例获得的实验结果的在施加绿色磷光体转换层之后的作为UV波长的输出的函数的磷光体转换效率(PCE)的绘图。参照图14A和图14B，可以看到，在样品4S4的工艺条件下，出现实验器件的最佳PCE。还可以看到，当PCE具有从大约78的最大值的80%至最大值的大约120%的范围内的值时，样品的磷光体厚度(对于样品3~5，分别从200pm至100pm的范围)允许透射由LED发射的UV光能的大致5。/。至10%,即，UV波长的光能的5%~10%没有被转换地穿过绿色磷光体层。这证明了可以通过控制发光转换层(在这个实验中是绿色磷光体)的厚度来优化器件的所得转换效率(在这个实验中是PCE)。从下面的表1中提取图14B中绘出的数据，以示出在磷光体转换之后的PCE和UV功率具有显著关联。图14B证明了在这个示例中当在磷光体之后的UV功率为大约llmW时，PCE具有最大值，其中透射率为7.5%。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>以这种方式，为所得的LED器件的高颜色再现性提供根据本发明的器件、系统和方法，同时减少了所需的发光转换材料的量，由此降低了制造成本。具体来说，在出现光学能量的波长转换的情况下，可以通过精确地控制器件中存在的发光转换材料层的厚度来优化所得的LED器件的透射率和转换效率。通过向覆盖下面的LED的软固化的第一密封层的顶表面施加发光转换材料，并可选地通过施加用于将所施加发光转换材料压到顶表面中的受控压力，精确地控制发光转换材料层的厚度。实验结果证明了发光转换层厚度和所得的LED器件的所得透射率和转换效率之间的紧密关系。虽然已经参照本发明的优选实施例示出和描述了本发明的实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种变化。权利要求1.一种形成LED半导体器件的方法，包括在衬底上设置LED；在所述LED上设置第一密封剂材料层；对所述第一密封剂材料层进行第一退火；在首先被退火的第一密封剂材料层上设置发光转换材料层；以及对所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火。2.如权利要求l所述的方法，其中所述发光转换材料层基本由发光转换材料组成。3.如权利要求l所述的方法，其中在被首先退火的第一密封剂材料层上设置所述发光转换材料层包括将所述发光转换材料层设置成被选择以确定从LED半导体器件发射的光能的所得透射率的厚度。4.如权利要求l所述的方法，还包括通过控制所述第一密封剂材料层的所述第一退火的工艺条件，控制所述发光转换材料层的厚度。5.如权利要求l所述的方法，还包括通过向所述第一密封剂材料层施加物理压力，控制所述发光转换材料层的厚度。6.如权利要求l所述的方法，其中在第一工艺条件下进行所述第一退火，并且其中在第二工艺条件下进行所述第二退火，并且其中所述第二工艺条件与所述第一工艺条件无关。7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一退火的所述第一工艺条件导致所述第一密封剂材料层的软固化，并且其中所述第二退火的所述第二工艺条件导致所述第一密封剂材料层的硬固化。8.如权利要求l所述的方法，还包括在所述发光转换材料层上设置第二密封剂材料层。9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能基本上透明。10.如权利要求8所述的方法，其中在对所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火之前，进行在所述发光转换材料层上设置第二密封剂材料层。11.如权利要求8所述的方法，其中在对所述第二密封剂材料层和所述发光转换材料层进行第二退火之后，进行在所述发光转换材料层上设置第二密封剂层。12.如权利要求1所述的方法，其中所述第一密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能基本上透明。13.如权利要求1所述的方法，还包括在被首先退火的第一密封剂材料层上设置所述发光转换材料层之后，选择性去除所述发光转换材料层的一部分，其中所述选择性去除将所述发光转换材料层的没有粘附于被首先退火的第一密封剂材料层的部分去除。14.如权利要求1所述的方法，还包括在所述发光转换材料层上设置滤光器。15.如权利要求1所述的方法，还包括在所述发光转换材料层上设置一个或多个透镜。16.如权利要求l所述的方法，其中在所述LED上设置第一密封剂材料层还包括在所述衬底上设置第一密封剂材料层。17.如权利要求l所述的方法，其中在所述LED上设置第一密封剂材料层还包括只在所述LED和所述衬底上设置所述第一密封剂材料层，并将所述第一密封剂材料图形化，使得只在所述LED上保留所述第一密封剂材料。18.如权利要求17所述的方法，其中在被首先退火的第一密封剂材料层上设置所述发光转换材料层还包括在所述衬底上设置所述发光转换材料层；并且还包括在被首先退火的第一密封剂材料层和所述衬底上设置所述发光转换材料层之后，选择性去除所述发光转换材料层的一部分，其中选择性去除将所述发光转换材料层的没有粘附于被首先退火的第一密封剂材料层的部分去除。19.如权利要求17所述的方法，所述衬底上设置第二密封剂层。20.如权利要求19所述的方法，具有凸或凹的形状。21.如权利要求19所述的方法，滤光器。22.如权利要求1所述的方法，转换材料包括磷光体材料。还包括在所述发光转换材料层和还包括使所述第二密封层成形为还包括在所述第二密封层上设置其中所述发光转换材料层的发光23.—种LED半导体器件，包括LED，所述LED在衬底上；第一密封剂材料层，所述第一密封剂材料层在所述LED上；以及发光转换材料层，所述发光转换材料层基本由所述第一密封剂材料层上的发光转换材料组成，所述发光转换材料层具有被选择以确定从所述LED发射的光能的所得透射率的厚度。24.如权利要求23所述的器件，其中在施加所述发光转换材料层之前，所述第一密封剂材料层被在第一工艺条件下进行第一退火，以具有第一硬度，并且其中所述发光转换材料层的厚度被确定为所述第一硬度的结果，并且其中所述第一密封剂材料层和所述发光转换材料层被在第二工艺条件下进行第二退火，所述第二工艺条件与所述第一工艺条件无关。25.如权利要求24所述的器件，其中所述第一退火的所述第一工艺条件导致所述第一密封剂材料层的软固化，并且其中所述第二退火的所述第二工艺条件导致所述第一密封剂材料层的硬固化。26.如权利要求24所述的器件，其中通过控制所述第一密封剂材料层的所述第一退火的工艺条件，确定所述发光转换材料层的厚度。27.如权利要求23所述的器件，其中通过向所述第一密封剂材料层施加物理压力，确定所述发光转换材料层的厚度。28.如权利要求23所述的器件，还包括在所述发光转换材料层上的第二密封剂材料层。29.如权利要求28所述的器件，其中所述第二密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能基本上透明。30.如权利要求23所述的器件，其中所述第一密封剂材料层对于由所述LED发射的波长的光能基本上透明。31.如权利要求23所述的器件，还包括在所述发光转换材料层上的滤光器。32.如权利要求23所述的器件，还包括在所述发光转换材料层上的一个或多个透镜。33.如权利要求23所述的器件，其中所述第一密封剂材料层还位于所述衬底上。34.如权利要求23所述的器件，其中所述第一密封剂材料层只存在于所述LED上，而不存在于所述衬底上。35.如权利要求34所述的器件，所述衬底上的第二密封层。36.如权利要求35所述的器件，有凸或凹的形状。37.如权利要求35所述的器件，光器。38.如权利要求23所述的器件，体材料。还包括在所述发光转换材料层和其中使所述第二密封层成形为具还包括在所述第二密封层上的滤其中所述发光转换材料包括磷光39.如权利要求23所述的器件，其中所述透射率在大约5%至10%的范围内。40.—种系统，包括控制器，所述控制器产生LED启用信号；和多个LED半导体器件，所述LED半导体器件接收来自所述控制器的LED启用信号，每个LED半导体器件包括LED,所述LED在衬底上；第一密封剂材料层，所述第一密封剂材料层在所述LED上；以及发光转换材料层，所述发光转换材料层基本由所述第一密封剂材料层上的发光转换材料组成，所述发光转换材料层具有被选择以确定当所述LED被所述LED启用信号启用时从所述LED发射的光能的所得透射率的厚度。全文摘要本发明提供一种发光二极管封装、发光二极管系统及其制造方法。在形成LED半导体器件的方法中和在LED半导体器件中，在衬底上设置LED。在LED上设置第一密封剂材料层，该第一密封剂材料层被首先进行退火。在被首先进行退火的第一密封剂材料层上设置发光转换材料层，第一密封剂材料层和发光转换材料层被进行第二退火。文档编号H01L33/50GK101577303SQ20091013712公开日2009年11月11日申请日期2009年5月7日优先权日2008年5月7日发明者金维植申请人:三星电子株式会社