CN102820388A - Led基板的制造方法、led基板及白光led构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED基板的制造方法、LED基板及白光LED构造，主要目的为使LED发出演色性佳的高亮度白光，该基板的反射面上形成多个顶部呈曲面的凸起颗粒，该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米，并使一氮化铟镓磊晶层于通电后发出波长为380至410纳米范围内的紫外光，紫外光经由该基板的反射面及该些凸起颗粒反射，并激发混合氧化锌及钇铝石榴石之荧光物质而产生紫外光的互补色光，而于相互混色后，由一封装体散射出演色性佳的高亮度白光，而可用于照明等用途。

Description

LED基板的制造方法、LED基板及白光LED构造

技术领域

本发明涉及一种LED基板的制造方法、LED基板及白光LED构造，特别是指在LED基板上作凸起颗粒的尺寸及形状优化，并选用特定波长的紫外光，从而可以散射出演色性佳的高亮度白光。

背景技术

公元1993年，当时在日本日亚化学工业（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化镓（InGaN）产生的蓝光LED，因为蓝光是三原色之一，而早期只有红光LED及绿光LED，通过蓝光LED的开发，使得经由三原色的混色产生各色光的LED得以发展，特别是可使用于照明的白光LED，因此开启了今后LED照明产业的蓬勃发展，而为了进一步提高LED的亮度，中国台湾发明专利公开第200840096号，其公开了发明名称为“ Ⅲ族氮化物半导体层的制造方法，及Ⅲ族氮化物半导体发光组件，以及灯”的案件，其提供一种结晶性优越的Ⅲ族氮化物半导体层的制造方法，该Ⅲ族氮化物可适合于形成内部量子效率及光取出效率优越的发光组件；具体如属于形成单结晶的Ⅲ族氮化物半导体层于基板上的Ⅲ族氮化物化合物半导体层的制造方法，其中，具备经由于基板的C面上，形成由非平形表面而成的多个凸部在前述C面上的情况，形成由前述C面而成的平面与由前述凸部而成的上面于前述基板上的基板加工工程，和于前述上面上，使前述Ⅲ族氮化物半导体层磊晶，由Ⅲ族氮化物半导体层埋入前述凸部的磊晶工程的Ⅲ族氮化物化合物半导体层之制造方法，但是：

凸部的形状及尺寸将影响光线于上述基板上面的乱反射效果，其结果则会表现于光线由封装树脂散射出的亮度，故许多研究者则致力发展凸部形状及尺寸的优化。

另外，目前白光LED主要的商品化作法是日亚化学公司（Nichia）以InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用460nm波长的蓝光照射此一荧光物质产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再将互补的黄光、蓝光予以混合，而产生白光，但其演色性不佳，故有使用演色性较佳的InGaN紫外光产生白光的LED，但封装层的环氧树脂被波长太短的紫外光照射会产生劣化变质，故，紫外光波长及配合该波长紫外光荧光物质的选用，是决定使用紫外光产生白光LED寿命的关键。

发明内容

本发明的一目的在于开发前案所述凸部的外型及尺寸的优化，进而提供产生高亮度白光的白光LED构造。

本发明的另一目的在于藉由特定波长的紫外光激发荧光物质产生紫外光的互补色光，并于混光后产生演色性佳的白光，同时并能降低封装体的环氧树脂劣化，进而增加白光LED的寿命。

根据本发明上述目的，而经由不断创新研发，发展出一种LED基板之制造方法，该基板具有一反射面，其方法为：于该反射面上成型多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部并形成曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米。

上述凸起颗粒以蚀刻方式达成。

上述凸起颗粒的外表面以雷射雕刻等方式成型至少一弯折段。

进一步根据本发明上述目的，还提供一种LED基板，该基板具有一反射面，该反射面上则具有多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部呈曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米。

上述凸起颗粒呈圆锥状、角锥状或半球状中的任一种。

上述凸起颗粒的外表面具有至少一弯折段。

上述基板为蓝宝石。

再进一步根据本发明上述目的，提供一种白光LED构造，包括：

一磊晶芯片，包括一基板及一氮化铟镓磊晶层，该基板具有一反射面，该反射面上具有多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部呈曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米，而该氮化铟镓磊晶层披覆该反射面上，并于通电后发出波长为380至410纳米范围内的紫外光；一导电体，设置二导线座，该二导线座分别设置一导线，该磊晶芯片固晶于该任一导线座上，该二导线则连接该氮化铟镓磊晶层；一荧光物质，覆盖于该磊晶芯片的氮化铟镓磊晶层上，且该荧光物质至少包括氧化锌及钇铝石榴石；一封装体，封装上述磊晶芯片、导电体及荧光物质，且该导电体的二导线座并穿设于该封装体外。

采用上述结构后，将该基板导入白光LED中，该些凸起颗粒可提高紫外光于该氮化铟镓磊晶层内的乱反射，而有效提高发光效率，同时利用380至410纳米范围内的紫外光可减少封装体的环氧树脂产生劣化，提高使用寿命，且利用紫外光激发荧光物质产生紫外光的互补色光，并于混光后产生的白光具有较佳的演色性，更利于发展为照明设备。

进一步，该些凸起颗粒呈圆锥状、角锥状或半球状中的任一种。

进一步，该些凸起颗粒的外表面具有至少一弯折段，可再次提高紫外光于该氮化铟镓磊晶层内的乱反射，使光取出效率再次提升。

进一步，该荧光物质中，氧化锌的重量百分比为5％至15％，而氧化锌是二-六族半导体材料，能隙为3.3电子伏特，与包括氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)或硒化锌(ZnSe)等大能隙半导体同级，而利用混入重量百分比为5％至15％的氧化锌可具有活化钇铝石榴石的功效，进而激发钇铝石榴石产生亮度更高的紫外光的互补色光。

进一步，该荧光物质系以沉积方式沉积于该磊晶芯片的氮化铟镓磊晶层上，藉此可具有纯度极高的氧化锌及钇铝石榴石，同时并可精准控制该荧光物质的厚度，且紫外光亦不会泄漏，而单独从封装体散射出。

进一步，该荧光物质混合于该封装体中，而具有制造容易，不会增加制程成本的优点。

上述基板为蓝宝石，而封装体为环氧树脂。

附图说明

图1为本发明磊晶芯片的基板上形成凸起颗粒的示意图。

图2为本发明磊晶芯片的示意图。

图3为将荧光物质混入封装体中构成本发明白光LED构造的示意图。

图4为将荧光物质披覆于氮化铟镓磊晶层上构成本发明白光LED构造的示意图。

图5为本发明白光LED的另一构造示意图。

图6为本发明将2寸蓝宝石晶圆切割为13密耳的磊晶芯片而统计其辐射通量（Po）增益比较示意图。

图7为本发明将2寸蓝宝石晶圆切割为40密耳的磊晶芯片而统计其辐射通量（Po）增益比较示意图。

图8为本发明基板的凸起颗粒外表面形成一个弯折段的示意图。

图9为本发明基板的凸起颗粒外表面形成二个弯折段的示意图。

图中：

1          磊晶芯片      11          基板

111        反射面          112         凸起颗粒

112A       弯折段          12          氮化铟镓磊晶层

2          导电体          21          导线座

211        导线          3           荧光物质

4          封装体        51          筒状容纳件

52         透光罩        53          散热孔

54         容纳空间。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

请参阅图1至图3所示，其为本发明的一较佳实施例，其以白光LED构造为例，包括一磊晶芯片1、一导电体2、一荧光物质3及一封装体4，其中：

该磊晶芯片1包括一基板11及一氮化铟镓磊晶层12，该基板11具有一反射面111，该反射面111上具有多个凸起颗粒112，该些凸起颗粒112呈圆锥状、角锥状或半球状中的任一种，而该基板11为蓝宝石，由于蓝宝石为三氧化二铝Al₂ O₃的结晶，其晶格常数与氮化镓或氮化铟镓有良好匹配性，是取代传统硅基材极优秀的材料，该些凸起颗粒112则可由半导体蚀刻方式制成，而由于半导体蚀刻技术发展已极为成熟，且蚀刻的等向性良好，并可将光罩图形完整转印于该基板11上，是制作该些凸起颗粒112极为方便的方式，又该些凸起颗粒112顶部呈曲面，且该些凸起颗粒112的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒112的间距则为0.6微米至3微米，本实施例中，以下述尺寸进行测量，其中该些凸起颗粒112略呈圆锥状，其位于基板11上的底部宽度为2.4微米，高度为1.5微米至1.8微米，相邻凸起颗粒112的间距则为0.6微米，另外，该氮化铟镓磊晶层12披覆该反射面111上，并于通电后发出波长为380至410纳米范围内的紫外光，实施时，该些凸起颗粒112可提高紫外光于该氮化铟镓磊晶层12内的乱反射，而有效提高发光亮度，并具有较佳的演色性，更利于发展为照明设备，同时利用380至410纳米范围内的紫外光可减少后述封装体4的环氧树脂劣化，进而提高使用寿命。

该导电体2设置二导线座21，该二导线座21分别设置一导线211，该磊晶芯片1固晶于该任一导线座21上，该二导线211则连接该氮化铟镓磊晶层12，从而导通电流至该氮化铟镓磊晶层12。

该荧光物质3覆盖于该磊晶芯片1的氮化铟镓磊晶层12上，且该荧光物质3至少包括氧化锌及钇铝石榴石，其中氧化锌的重量百分比为5％至15％，而由于氧化锌是二-六族半导体材料，能隙为3.3电子伏特，与包括氮化镓GaN、碳化硅SiC或硒化锌ZnSe等大能隙半导体同级，而利用混入重量百分比为5％至15％的氧化锌可具有活化钇铝石榴石的功效，进而可于实施时激发钇铝石榴石产生亮度更高的紫外光的互补色光。

该封装体4为环氧树脂，其封装上述磊晶芯片1、导电体2及荧光物质3，且该导电体2的二导线座21并穿设于该封装体4外，形成导电插脚，通过此封装程序，而可使用于后续发光设备的组装，其中，该荧光物质3可混合于该封装体4中，而具有制造容易，不会增加制程成本的优点，但该荧光物质3并不限于上述设置方式，请参阅图4，该荧光物质3亦可以沉积方式沉积于该磊晶芯片1的氮化铟镓磊晶层12上，藉此可具有纯度极高的氧化锌及钇铝石榴石，同时并可精准控制该荧光物质3的厚度，且实施时，由于该荧光物质3直接披覆于该氮化铟镓磊晶层12上，故紫外光不会泄漏，而单独从封装体散射出。

另外，本发明白光LED并不限于上述封装方式，亦可如图5所示，将磊晶芯片1固晶于导线座21上，并以封装体4封装后，设置于筒状容纳件51的一末端，筒状容纳件51的另一末端以透光罩52密封。当通电时，电流流至氮化铟镓磊晶层12，发出波长为380至410纳米范围内的紫外光，该些凸起颗粒112可提高紫外光于氮化铟镓磊晶层12内的乱反射，提高发光亮度及演色性，所发出的紫外光经由磊晶芯片1的反射面111反射后通过封装体4内的荧光物质3产生互补色光而通过筒状容纳件51另一端的透光罩52散射出。

筒状容纳件51为金属材质以解决现有白光LED发光时产生的热量难以溢散的问题，同时筒状容纳件中的容纳空间54有助于将热量排出，避免热量密封于封装体4内造成劣化，进而提高使用寿命。散热孔53设置于筒状容纳件51的侧表面或环绕筒状容纳件51的侧表面设置，且较佳为依LED发光方向向外部呈放射状设置。

透光罩52以树脂、玻璃、塑料等可透光材质制成，较佳为包含一弧面，更加为包含一弯折段，使光线易于向外散射。

请参阅下表一及表二所示，分别为基板11呈平板状[表一]及设置凸起颗粒112[表二]，并经由磊晶成为磊晶芯片1后，未经过封装的裸晶测试：

[表一]

测试物品	VF	IR	WP	Φe
					状况	20.0mA	5.0V	20.0mA	20.0mA
低限	3.0		360.0	0.0
					高限	4.2	1.0	430.0	200.0
成功率％	99.44	97.18	98.87	98.87
					平均	3.57	0.03	389.5	4.326
标准差	0.03	0.03	1.3	0.776

[表二]

测试物品	VF	IR	WP	Φe
					状况	20.0mA	5.0V	20.0mA	20.0mA
低限	3.0		360.0	0.0
					高限	4.2	1.0	430.0	200.0
成功率％	96.00	94.29	96.00	96.00
					平均	3.61	0.04	391.5	6.99
标准差	0.04	0.08	1.2	1.697

其中，VF：为顺向偏压；IR：逆向电流；WP：峰值波长；Φe：光通量，而经由上述表一及表二以相同条件的VF值、IR值及WP值进行测试，可看出本发明的磊晶芯片1所产生的光通量Φe，比基板1呈平板状的磊晶芯片1约高出62％，而前述中国台湾发明专利公开第200840096号，其涉及“Ⅲ族氮化物半导体层之制造方法，及Ⅲ族氮化物半导体发光组件，以及灯”案的凸部仅能增加约20％左右的亮度[请参照其实施方式之表六]，而大幅提升约40％左右，且本发明的磊晶芯片1经过封装体4的封装后将可进一步提升其发光亮度。

另外，请参阅图5所示，由初始为2寸的蓝宝石基板11，经设置该些凸起颗粒112并经磊晶上述氮化铟镓磊晶层12后，切割为13密耳尺寸的磊晶芯片1约10000片，由图3中可得知，经统计后本发明的磊晶芯片1所产生的辐射通量Po约比未设置凸起颗粒112的磊经芯片1提高约71％，故此，本发明将可有效提升白光LED的亮度。

另外，请参阅下表三并配合参阅图6所示，在图6中曲线A为平板基板的曲线，曲线B为具突起颗粒基板的曲线，其中平板基板为5.448914±36%，增益比为0%；其中具突起颗粒基板为9.294564±22%，增益比为71%；由初始为2寸的蓝宝石基板11，经设置该些凸起颗粒112，并经磊晶上述氮化铟镓磊晶层12后，切割为40密耳尺寸的磊晶芯片1约1000片，分别以波长为400nm至415nm的紫外光探针显微镜探测时的辐射通量Po，并以相同参数条件下探测基板11呈平板状的磊晶芯片1其辐射通量Po的比较。

[表三]

Wp	FlatmW	PSSmW	增加量
				400	74.10	130.24	75.8％
401	77.27	138.38	79.1％
				402	80.23	145.87	81.8％
403	82.96	152.71	84％
				404	85.51	158.92	85.9％
405	87.82	164.47	87.3％
				406	89.93	169.38	88.4％
407	91.81	173.65	89.1％
				408	93.49	177.27	89.6％
409	94.95	180.25	89.8％
				410	96.20	182.58	89.8％
411	97.23	184.27	89.5％
				412	98.05	185.31	89％
413	98.65	185.70	88.2％
				414	99.04	185.46	87.3％
415	99.22	184.56	86％
						Ave.	86.2873％

其中，Wp为紫外光波长，Flat为基板11呈平板状的磊晶芯片1，PSS则为本发明40密耳的磊晶芯片1，结果显示本发明的磊晶芯片1产生的辐射通量Po比基板11呈平板状的磊晶芯片1高出约86％，故本发明不论在尺寸为13密耳的小晶粒或尺寸为40密耳的大晶粒，皆能大幅提升磊晶芯片1的辐射通量Po，而有效提升白光LED的亮度。

本发明另一较佳实施例请参阅图7及图8所示，于该基板11的凸起颗粒112的外表面以雷射雕刻等方式成型至少一弯折段112A（其制作为LED构造及发光方式皆如上述实施例所述，故仅绘出该基板11的剖视图），藉此，可再次提高紫外光于该氮化铟镓磊晶层12（图中未示）内的乱反射，使光取出效率再次提升。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (16)

1.一种LED基板的制造方法，该基板具有一反射面，其特征在于，该方法为：于该反射面上成型多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部形成曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒之间距则为0.6微米至3微米。

2.如权利要求1所述的LED基板的制造方法，其特征在于，以蚀刻方式成型该些凸起颗粒。

3.如权利要求1所述的LED基板的制造方法，其特征在于，于该些凸起颗粒的外表面成型至少一弯折段。

4.如权利要求3所述的LED基板的制造方法，其特征在于，其以雷射雕刻方式成型该些凸起颗粒的弯折段。

5.一种LED基板，该基板具有一反射面，其特征在于，该反射面上则具有多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部呈曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米。

6.如权利要求5所述的LED基板，其特征在于，该些凸起颗粒呈圆锥状、角锥状或半球状中的任一种。

7.如权利要求6所述的LED基板，其特征在于，该些凸起颗粒的外表面具有至少一弯折段。

8.如权利要求7所述的LED基板，其特征在于，该基板为蓝宝石。

9.一种白光LED构造，其特征在于，包括：

一磊晶芯片，包括一基板及一氮化铟镓磊晶层，该基板具有一反射面，该反射面上具有多个凸起颗粒，该些凸起颗粒顶部呈曲面，且该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米，而该氮化铟镓磊晶层披覆该反射面上，并于通电后发出波长为380至410纳米范围内的紫外光；

一导电体，设置二导线座，该二导线座分别设置一导线，该磊晶芯片固晶于该任一导线座上，该二导线则连接该氮化铟镓磊晶层；

一荧光物质，覆盖于该磊晶芯片的氮化铟镓磊晶层上，且该荧光物质至少包括氧化锌及钇铝石榴石；

一封装体，封装上述磊晶芯片、导电体及荧光物质，且该导电体的二导线座并穿设于该封装体外。

10.如权利要求9所述的白光LED构造，其特征在于，该些凸起颗粒呈圆锥状、角锥状或半球状中的任一种。

11.如权利要求9所述的白光LED构造，其特征在于，该些凸起颗粒的外表面具有至少一弯折段。

12.如权利要求11所述的白光LED构造，其特征在于，该荧光物质中，氧化锌的重量百分比为5％至15％。

13.如权利要求12所述的白光LED构造，其特征在于，该荧光物质以沉积方式沉积于该磊晶芯片的氮化铟镓磊晶层上。

14.如权利要求12所述的白光LED构造，其特征在于，该荧光物质混合于该封装体中。

15.如权利要求12所述的白光LED构造，其特征在于，该磊晶芯片的基板为蓝宝石。

16.如权利要求9至15任一项所述的白光LED构造，其特征在于，该封装体材料为环氧树脂。

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