专利名称：白光led装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种白光发光二极管(LED，light emitting diode)装置及其制造方法。
背景技术：
在现有发光二极管装置中，如美国专利第5，998，925号所揭露的发光二极管装置，为了改变发光二极管装置所发射的光的波长，往往会设置具有转换波长功能的荧光体层，然而，此荧光体层通常会具有较大的厚度并且直接与发光二极管装置接触，因此引起种种不利的问题，例如荧光粉体在荧光体层中的分散不均、以及荧光体层因发光二极管装置所产生的热而加速老化(此会大幅减少发光二极管装置的使用寿命)等等。又，在如美国专利第5，998，925号所揭露的发光二极管装置中，必须在完成整个发光二极管装置的组装 (或封装)之后，才会检测发光二极管装置的发光波长，若发现发光波长未落入标准规范时，其重工极为不易，或甚至将不良的成品直接报废，因而大幅提高生产成本。又，由于现有荧光体层的涂布方式(大多以点胶方式进行)，所以现有荧光体层会具有较厚的厚度，故容易产生黄环(yellow ring)现象且荧光体层中的荧光粉体会因为重力而产生下沉的情形， 因而降低发光二极管装置的色彩均勻性。若降低荧光体层的厚度时，荧光体层的强度亦会随之降低，并且会因为发光二极管装置所产生的热而更加速荧光体层的老化。因此，亟需一种可克服上述问题的发光二极管装置及其制造方法。
发明内容
依照本发明的一实施样态，提供一种白光发光二极管的制造方法，其包含下列步骤设置光学层；在光学层上设置波长转换层，以形成包含光学层以及波长转换层的第一堆叠结构；设置导电衬底(substrate)；在导电衬底上形成多层发光半导体外延结构 (epitaxial structure)，以形成包含导电衬底以及多层发光半导体外延结构的第二堆叠结构；将第一堆叠结构切割成与第二堆叠结构相称的尺寸；以及将第一堆叠结构的波长转换层与第二堆叠结构的多层发光半导体外延结构接合在一起，并于波长转换层与多层发光半导体外延结构之间设置透明层。依照本发明的另一实施样态，提供一种白光发光二极管装置，其包含导电衬底； 多层发光半导体外延结构，形成在导电衬底上；接点，设置在多层发光半导体外延结构上； 透明层，设置在多层发光半导体外延结构上；波长转换层，设置在透明层上；以及光学层， 设置在波长转换层上。本发明实施例的白光LED装置及其制造方法，具有更佳的色彩均勻性而无黄环问题；波长转换层不直接与多层发光半导体外延结构接触(因为其间设有透明层)，故可延长其使用寿命并且改善其安定性；以及通过光学层来改善光提取效率及/或改变光图案等等。此外，依照本发明的方法，可在完成整个发光二极管装置的组装(或封装)之前，检测波长转换层(此时，其已设置在作为载体的光学层上)的波长是否落入标准规范内，若发现不良时，其易于进行重工，因此可大幅降低生产成本。
在本发明的随附图式中，相同的元件使用相同的参考符号来表示，于其中图1显示依照本发明的一实施例的白光发光二极管装置的概略横剖面图；图2a_2g显示图1的白光发光二极管装置的示范制造步骤；图3显示依照本发明的另一实施例的白光发光二极管装置的概略横剖面图；图4a4e显示图3的白光发光二极管装置的示范制造步骤；图5显示依照本发明的又另一实施例的白光发光二极管装置的概略横剖面图；及图6a_6g显示图5的白光发光二极管装置的示范制造步骤。附图标号
31模具
41导电衬底
43多层发光半导体外延结构
45接点
53透明层
55波长转换层
57光学层
67光学层
77光学层
81模具
100白光发光二f装置
200白光发光二f装置
300白光发光二f装置
具体实施例方式本发明的其他实施样态以及优点可从以下与用以例示本发明原理范例的随附图式相结合的详细说明而更显明白。图1显示依照本发明的一实施例的白光发光二极管(LED)装置100的概略横剖面图。如图1所示。白光发光二极管装置100包含导电衬底41;多层发光半导体外延结构 43，形成在导电衬底41上；接点(电极)45，设置在多层发光半导体外延结构43上；透明层 53，设置在多层发光半导体外延结构43上；波长转换层55，设置在透明层53上；以及光学层57，设置在波长转换层55上。导电衬底41可为金属或金属合金，例如铜或铜合金，或者可为硅(Si)。多层发光半导体外延结构43可包含一 ρ型半导体层；一活化层，形成在此ρ 型半导体层上；以及一 η型半导体层，形成在此活化层上。在本发明的一范例中，此P型半导体层邻接形成在导电衬底41上；在其他范例中，此η型半导体层邻接形成在导电衬底41 上。透明层53可由聚合物所制成，例如硅酮树脂、环氧树脂、或其他透明树脂等等。透明层 53的折射率大于或等于1. 40，且较佳为1. 50以上，并且被设置在多层发光半导体外延结构 43与波长转换层55之间。在本发明的一实施例中，波长转换层55可由多层波长转换子层所构成，例如其可包含两个波长转换子层，即，第一波长转换子层以及设置在第一波长转换子层上的第二波长转换子层(未显示于图式中)，其中，第一波长转换子层以及第二波长转换子层分别包含荧光体以及有机树脂，并且第一波长转换子层以及第二波长转换子层可各自具有相同或不同的荧光体以及有机树脂。波长转换层阳的厚度小于约200 μ m，较佳为小于约50μπι。然而，在其他范例中，波长转换层55亦可为单一波长转换层。光学层57可具有粗糙化表面，以增强白光发光二极管装置100的光提取(light extraction)效率。光学层57可由聚合物所制成，例如硅酮树脂、环氧树脂、或其他透明树脂等等。光学层57的厚度介于约150 μ m与约400 μ m之间，较佳为约200 μ m。在本发明的各种实施例中，此光学层可具有圆顶(dome)、凸面(convex)、凹面(concave)、平面、或菲涅耳(Fresnel)透镜等等的形式，而此光学层的表面可或可不被粗糙化。图2a_2g显示图1的白光发光二极管装置100的示范制造步骤。如图2a_2g所示，首先，在经过表面粗糙化前处理的模具31上，以注入成型(injectionmolding)、模压成型(compress molding)、或延流(casting)等等的方式来设置光学层57，其中，此模具的表面粗糙化前处理是通过对此模具的表面进行喷砂(sand blasting)或蚀刻处理而达成，以使光学层57的表面具有预定的粗糙度。在本发明的另一实施例中，模具31可不经过表面粗糙化前处理，而是直接对光学层57的表面进行喷砂或蚀刻处理，以使光学层57的表面具有预定的粗糙度。模具31可例如由玻璃、不锈钢、或橡胶等等的材料所制成。接着，以光学层57作为载体，通过喷涂(spraying coating)、旋涂 (spincoating)、喷射列印(jet printing)、或网印(screen printing)等等的方式在光学层57上设置波长转换层55。然后，以喷涂、旋涂、喷射列印、或网印等等的方式在波长转换层55上设置透明层53，之后移除模具31，而形成于其上设置有透明层53的第一堆叠结构， 第一堆叠结构包含波长转换层55以及光学层57。然而，在本发明的又另一实施例中，不需使用到模具31，而是直接使用其表面已经过或未经过粗糙化处理的一透明聚合物膜来作为光学层57。接着，另一方面，在导电衬底41上形成多层发光半导体外延结构43，以形成包含导电衬底41以及多层发光半导体外延结构43的第二堆叠结构。在多层发光半导体外延结构43上设置接点(电极)45。然后，将第一堆叠结构切割成与第二堆叠结构相称的尺寸。在本实施例中，在切割第一堆叠结构之前移除模具31。然而，在其他实施例中，模具31可在设置光学层57之后且在设置波长转换层55之前移除，或者，在设置波长转换层 55之后且在设置透明层53之前移除。最后，将第一堆叠结构与第二堆叠结构接合在一起，具体而言，将第一堆叠结构的波长转换层55与第二堆叠结构的多层发光半导体外延结构43接合在一起并于其间设置透明层53，而制造出白光发光二极管装置100。然而，在本发明的其他实施例中，透明层53亦可被设置在第二堆叠结构上而非第一堆叠结构上，如图以及图6a_6g所示，或者，可分别设置在第一堆叠结构以及第二堆叠结构上，只要透明层53在接合之后是介于多层发光半导体外延结构43与波长转换层55之间即可，即，透明层53系设置在多层发光半导体外延结构43与波长转换层55之间。图3显示依照本发明的另一实施例的白光发光二极管装置200的概略横剖面图。图3的白光发光二极管装置200相似于图1的白光发光二极管装置100，其差异在于图3 的白光发光二极管装置200的光学层67不具有粗糙化表面，其为能够增强光提取效率的一透明窗。图4a4e显示图3的白光发光二极管装置200的示范制造步骤，在其中不使用如图2所示的模具。图4a4e是以不使用模具的方式来作为示例，当然，其亦可如图2所示， 使用模具来设置光学层67。如图4a4e所示，首先，设置光学层67。然后，在光学层67上设置波长转换层55， 以形成包含光学层67以及波长转换层55的第一堆叠结构。另一方面，在导电衬底41上依序形成多层发光半导体外延结构43以及透明层53，就能形成于其上设置有透明层53的第二堆叠结构，第二堆叠结构包含导电衬底41以及多层发光半导体外延结构43。在多层发光半导体外延结构43上设置接点(电极)45。接着，将第一堆叠结构切割成与第二堆叠结构相称的尺寸。最后，将第一堆叠结构与第二堆叠结构接合在一起，而制造出白光发光二极管装置 200。图5显示依照本发明的又另一实施例的白光发光二极管装置300的概略横剖面图。图5的白光发光二极管装置300相似于图1的白光发光二极管装置100，其差异在于 图5的白光发光二极管装置300的光学层77具有圆顶透镜的形式，就能改变白光发光二极管装置300的光图案(light pattern)。图6a_6g显示图5的白光发光二极管装置300的示范制造步骤。如图6a-6g所示，在模具81上设置光学层77，其中，模具81可或可不先进行表面粗糙化前处理，并且可例如由玻璃、不锈钢、或橡胶等等的材料所制成。然后，在光学层77上设置波长转换层55。之后，移除模具81，以形成包含光学层77以及波长转换层55 的第一堆叠结构。另一方面，在导电衬底41上依序形成多层发光半导体外延结构43以及透明层53， 就能形成于其上设置有透明层53的第二堆叠结构，第二堆叠结构包含导电衬底41以及多层发光半导体外延结构43。在多层发光半导体外延结构43上设置接点(电极)45。接着，将第一堆叠结构切割成与第二堆叠结构相称的尺寸。最后，将第一堆叠结构与第二堆叠结构接合在一起，而制造出白光发光二极管装置300。具体来说，将第一堆叠结构的波长转换层55与第二堆叠结构的多层发光半导体外延结构43接合在一起，并于波长转换层55与多层发光半导体外延结构43之间设置透明层 53。相较于先前技术，依照本发明可获得下列优点具有更佳的色彩均勻性而无黄环问题；波长转换层不直接与多层发光半导体外延结构接触(因为其间设有透明层)，故可延长其使用寿命并且改善其安定性；以及通过光学层来改善光提取效率及/或改变光图案等等。此外，依照本发明的方法，可在完成整个发光二极管装置的组装(或封装)之前，检测波长转换层(此时，其已设置在作为载体的光学层上)的波长是否落入标准规范内，若发现不良时，其易于进行重工，因此可大幅降低生产成本。虽然本发明已参考较佳实施例及图式详加说明，但本领域技术人员可了解在不离开本发明的精神与范畴的情况下，可进行各种修改、变化以及等效替代，然而这些修改、变化以及等效替代仍落入本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种白光发光二极管的制造方法，其特征在于，包含下列步骤设置一光学层；在所述光学层上设置一波长转换层，以形成包含所述光学层以及所述波长转换层的一第一堆叠结构；设置一导电衬底；在所述导电衬底上形成一多层发光半导体外延结构，以形成包含所述导电衬底以及所述多层发光半导体外延结构的一第二堆叠结构；将所述第一堆叠结构切割成与所述第二堆叠结构相称的尺寸；及将所述第一堆叠结构的所述波长转换层与所述第二堆叠结构的所述多层发光半导体外延结构接合在一起，并于所述波长转换层与所述多层发光半导体外延结构之间设置一透明层。
2.如权利要求1所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述光学层使用一模具而设置。
3.如权利要求2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述光学层是通过注入成型、模压成型、或延流方式而设置在所述模具上。
4.如权利要求2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述模具由玻璃、不锈钢、或橡胶所制成。
5.如权利要求2至4其中任一项所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述模具经过表面粗糙化前处理。
6.如权利要求5所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述表面粗糙化前处理包含喷砂或蚀刻处理。
7.如权利要求1所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述光学层的表面经过粗糙化处理。
8.如权利要求7所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述粗糙化处理包含喷砂或蚀刻处理。
9.如权利要求1或2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述波长转换层通过下列方式而设置在所述光学层上喷涂、旋涂、喷射列印、或网印。
10.如权利要求1或2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，所述透明层通过下列方式而设置在所述波长转换层与所述多层发光半导体外延结构之间喷涂、旋涂、喷射列印、或网印。
11.如权利要求2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，在切割所述第一堆叠结构之前移除所述模具。
12.如权利要求1或2所述的白光发光二极管的制造方法，其特征在于，更包含下列步骤在所述多层发光半导体外延结构上设置一接点。
13.一种白光发光二极管装置，其特征在于，包含一导电衬底；一多层发光半导体外延结构，形成在所述导电衬底上；一接点，设置在所述多层发光半导体外延结构上；一透明层，设置在所述多层发光半导体外延结构上；一波长转换层，设置在所述透明层上；及一光学层，设置在所述波长转换层上。
14.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述光学层具有介于 150 μ m与400 μ m之间的厚度。
15.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述光学层由一聚合物所制成。
16.如权利要求15所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述聚合物为硅酮树脂或环氧树脂。
17.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述导电衬底为金属、金属合金、或硅。
18.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述多层发光半导体外延结构包含一 P型半导体层，形成在所述导电衬底上；一活化层，形成在所述该P型半导体层上；及一 η型半导体层，形成在所述活化层上。
19.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述多层发光半导体外延结构包含一 η型半导体层，形成在所述导电衬底上；一活化层，形成在所述η型半导体层上；及一 P型半导体层，形成在所述活化层上。
20.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述透明层的折射率大于或等于1.40。
21.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述透明层由一聚合物所制成。
22.如权利要求21所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述聚合物为硅酮树脂或环氧树脂。
23.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述波长转换层由多层波长转换子层所构成，而所述多层波长转换子层的其中每一子层分别包含荧光体以及有机树脂。
24.如权利要求13或23所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述波长转换层的厚度小于200 μ m。
25.如权利要求13所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述光学层具有圆顶、凸面、凹面、平面、或菲涅耳透镜的形式。
26.如权利要求13或25所述的白光发光二极管装置，其特征在于，所述光学层具有粗糙化表面。
全文摘要
本发明公开了一种白光发光二极管装置，其包含一导电衬底；一多层发光半导体外延结构，形成在该导电衬底上；一接点，设置在该多层发光半导体外延结构上；一透明层，设置在该多层发光半导体外延结构上；一波长转换层，设置在该透明层上；以及一光学层，设置在该波长转换层上。本发明亦提供该白光发光二极管装置的制造方法。本发明实施例的白光LED装置及其制造方法，具有更佳的色彩均匀性而无黄环问题，可延长其使用寿命并且改善其安定性。依照本发明的方法，易于进行重工，因此可大幅降低生产成本。
文档编号H01L33/00GK102593269SQ20111000498
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者颜睿康 申请人:旭明光电股份有限公司