TWI789342B - 具有側反射體及磷光體之覆晶發光二極體 - Google Patents

Abstract

在透明生長基板(例如，藍寶石)面向上之情況下將一發光裝置陣列安裝於一支撐表面上。然後，在該生長基板之頂部表面上方沈積一光阻劑層，後續接著在該等發光裝置之頂部表面及側表面上方沈積一反射材料來囊封該等發光裝置。然後，研磨該等發光裝置之該等頂部表面以移除該光阻劑之頂部表面上方之該反射材料。然後溶解該光阻劑以在該生長基板上方留下具有反射壁之一腔。然後以一磷光體填充該腔。然後，將該等磷光體轉換發光裝置單粒化以形成經封裝發光裝置。所有側光係由該反射材料反射回至該發光裝置中且最終朝向該磷光體射出該發光裝置。當通電時，該等經封裝發光裝置顯現為無側發射(例如，無藍色光暈)之一白色光點。

Description

具有側反射體及磷光體之覆晶發光二極體

本發明係關於經封裝發光裝置，且特定而言係關於一種用以在一磷光體轉換發光裝置中減少側發射之技術。

隨著發光裝置之佔用面積變得越來越小，頂部發射表面之面積對側表面之面積之比率降低。此意味著所發射光之一較高百分比係自半導體晶片之側面發射。舉例而言，若一磷光體僅沈積於一藍色LED之頂部表面上方以產生白色光，則所得光發射將係由一藍色光暈環繞之一白色光點。 因此，需要一種用於在晶片之頂部表面上方用磷光體封裝一發光裝置之技術，其中實質上所有光係自該頂部表面朝向該磷光體發射。

在其中使用一磷光體將藍色光轉換成白色光之一藍色覆晶LED之實例中，揭示一種技術，其中在透明生長基板(例如，藍寶石)面向上之情況下將一LED陣列安裝於一支撐表面上。可藉由拋光而薄化及粗糙化該生長基板以改良光提取。 然後，在該生長基板之頂部表面上方沈積一光阻劑層或其他可移除層，後續接著在該等LED之頂部表面及側表面上方毯覆沈積一反射材料來囊封該等LED。 然後，研磨該等LED之該等頂部表面以移除該光阻劑之頂部表面上方之該反射材料。然後溶解該光阻劑以在該生長基板上方留下具有反射壁之一腔。 然後以一磷光體填充該腔。 因此，所有側光係由該反射材料反射回至該LED中且最終朝向該磷光體射出該LED。來自該磷光體之任何側光係由該腔之該等反射壁反射回至該磷光體中。 然後，將該等磷光體轉換LED單粒化以形成經封裝LED。當通電時，該經封裝LED顯現為無側發射(亦即，無藍色光暈)之一白色光點。 對於其中側發射更成問題之具有一小佔用面積之LED而言，該技術係尤其有益的。 以上說明係為本發明之一項實施例。本文中闡述額外特徵及實施例。

相關申請案之交叉參考 本申請案主張2015年12月29日提出申請之標題為「FLIP CHIP LED WITH SIDE REFLECTORS AND PHOSPHOR」之美國臨時專利申請案第62/272,416號及2016年3月15日提出申請之標題為「FLIP CHIP LED WITH SIDE REFLECTORS AND PHOSPHOR」之歐洲專利申請案第EP16160421.0號之優先權。美國臨時專利申請案第62/272,416號及歐洲專利申請案第EP16160421.0號併入本文中。 圖1係一LED晶圓10之一剖面。一生長基板12可係藍寶石或適合用於LED之其他生長基板。在形成藍色覆晶LED之實例中，生長基板12可係一透明藍寶石基板。 在生長基板12上方磊晶生長一晶格匹配層14，後續接著一或多個n型層16，後續接著一量子井主動層18，後續接著一或多個p型層20，後續接著一金屬層22，金屬層22經圖案化以為LED中之每一者形成分別電接觸p型層20及n型層16之陽極及陰極金屬墊。 LED晶圓10將通常含有數千個覆晶LED。用於每一LED之個別陽極及陰極金屬墊係由一連續頂部金屬層22表示。LED晶圓10可係習用的且眾所周知的。由於本發明針對於封裝而非針對於LED中所使用之特定磊晶層或生長基板，因此諸多其他類型之LED晶圓及材料可與本發明一起使用。儘管本發明係針對一發光二極體進行闡述，但熟習此項技術者將瞭解，本發明可與其中沿多於一個方向發射光之任何發光半導體裝置一起使用。 如圖2中所展示，然後將LED晶圓10翻轉(相對於圖1)且經由一UV固化黏合劑26或其他適合黏合劑而將其黏合地固定至一暫時載體24 (諸如一玻璃晶圓)。LED之金屬層22係面向下且生長基板12係面向上。LED晶圓10中之凹入區域28表示對應於單粒化線的介於每一LED之底部上之金屬層22之各部分之間的空間。 如圖3中所展示，藉由一習用磨輪32將生長基板12研磨至一所要厚度，諸如至約200微米或更小。粗糙化及薄化生長基板12會改良光提取。 圖4圖解說明在生長基板12已被充分研磨之後的LED晶圓10。 圖5係LED晶圓10之一部分之一放大圖，該放大圖圖解說明由於「隱形切割」而沿著既定單粒化線形成裂縫34。隱形切割係一已知技術，其使用一聚焦雷射來在一晶體中沿著單粒化線形成裂縫。可使用其他技術(諸如刻劃、部分鋸割或蝕刻)來沿著單粒化線弱化生長基板12。 圖6圖解說明層壓於、旋塗於生長基板12表面上或以其他方式沈積於生長基板12表面上方之一光阻劑膜36 (諸如BCB或BPO)。光阻劑膜36之厚度與稍後將沈積之磷光體層之厚度一致。在一項實施例中，光阻劑膜36之厚度將通常係50微米至100微米。光阻劑膜36係稍後被移除之一暫時層。 圖7更詳細地圖解說明光阻劑膜36。可使用除一光阻劑之外的材料，但該材料應可溶解於一溶劑中或能夠以其他方式移除。 圖8圖解說明使用一光微影製程圖案化光阻劑膜36 (例如，曝光於遮蔽UV且顯影)以沿著既定單粒化線38曝露生長基板12。 圖9圖解說明將光阻劑膜36表面黏在一安裝膠帶40上且自黏合劑26移除暫時載體24。黏合劑26可係弱的以允許載體24被拉開，或黏合劑26可經加熱或部分溶解以使自身弱化。 圖10圖解說明移除黏合劑26以曝露LED晶圓10上之金屬層22。可溶解、加熱或以另一適合方式弱化黏合劑26以避免黏合劑26自LED晶圓10剝離金屬層22。 圖11圖解說明出於保護目的而將一黏性麥拉膠帶(Mylar tape) 44施加至金屬層22，後續接著將LED晶圓10安裝於一習用切割表面46上以沿著單粒化線34進行斷裂。一鋒利工具48按在圖5中已藉由隱形切割弱化之單粒化線34上並使LED晶圓10沿著單粒化線34斷裂。 如圖12A中所展示，然後自切割表面46移除仍黏附至麥拉膠帶44之經單粒化LED 49，且一自動取放機器自麥拉膠帶44移除LED 49並將其放置於一雙面黏性膠帶50上。將膠帶50黏附至另一暫時載體52，暫時載體52可係陶瓷、玻璃等。在LED 49之間設置空間。 然後，將一反射材料56沈積於LED 49之頂部及側面上方以囊封LED 49。反射材料56可包括在一透明黏結劑中且藉由噴塗或其他技術沈積之反射粒子(諸如TiO₂ 、ZiO₂ 等)。另一選擇係，可藉由電泳來沈積反射粒子。反射材料56之厚度使得穿過磷光體層逸出晶片之光量最大化。注意，反射材料56覆蓋LED 49之間的雙面黏性膠帶50之區域。 圖12B圖解說明一替代性實施例，其中然後以一保護層58 (諸如藉由模製一片狀模製化合物(SMC))覆蓋該結構。保護層58可係沈積於LED 49上方及LED 49之間的一樹脂或聚矽氧。此使得LED結構更加穩健且可充當一濕氣障壁。 在圖13A中，使用一習用磨輪32來研磨來自圖12A之反射材料56之頂部表面以曝露光阻劑膜36。 另一選擇係，在圖13B中，使用磨輪32來研磨來自圖12B之反射材料56之頂部表面以曝露光阻劑膜36。 在曝露光阻劑膜36之後，將結構曝露於一溶劑(例如，浸泡)以溶解光阻劑膜36。用於特定光阻劑之此等溶劑係眾所周知的。 圖14A圖解說明在圖13A之光阻劑膜36已被溶解之後的所得結構，且圖14B圖解說明在圖13B之光阻劑膜36已被溶解之後的所得結構。生長基板12之頂部表面被曝露。如可見，形成由反射材料56之壁環繞之一腔59，其中腔59之深度係約等於光阻劑膜36被溶解之前的厚度。因此，腔59 (將填充有一磷光體)之深度可藉由光阻劑膜36之厚度來精確控制，光阻劑膜36之厚度然後用於精確控制磷光體層之厚度以達成一致顏色控制。 在圖15中，使用一噴嘴61來將一磷光體混合物60注射至腔59中且可將腔59填滿。腔59充當一模具，因此用於所有LED 49之所有經沈積磷光體混合物60具有精確相同形狀以達成良好顏色一致性。可針對每一LED 49預量測磷光體混合物60之量，或可使用一光學回饋機構來填滿每一腔59。 然後(諸如藉由熱量或UV光)將磷光體混合物60固化。磷光體混合物60可係一透明黏結劑(諸如聚矽氧)中之磷光體粒子。由於某一藍色光穿過磷光體混合物60而未被轉換，因此經固化磷光體混合物60之密度及厚度判定藍色光之波長轉換之量。舉例而言，磷光體可係在與藍色光混合時形成白色光之一黃色YAG磷光體。可藉由選擇一或多個光轉換材料而產生任何其他顏色之光。 然後，在圖16A中將LED 49之頂部貼附至另一黏性膠帶64 (磷光體混合物60在底部上)，且然後自雙面黏性膠帶50移除LED 49之底部(金屬層22)。因此，沈積於LED 49之間的反射材料56之部分現在係在頂部上。 圖16A圖解說明以一切割鋸66切割反射材料56之此等連接部分以完成LED 49之完全單粒化。 圖16B圖解說明對具有於LED 49之間模製之保護層58之結構執行之一製程。在此一情形中，雙面黏性膠帶50上之LED 49之層可保留於膠帶50上，而LED 49之間的反射材料56及保護層58被鋸割，此乃因鋸66必須切斷直至膠帶50之整個厚度以完成單粒化。 然後，可自膠帶50或64拾取經封裝LED 49並將其安裝於一印刷電路板或基臺上以將覆晶陽極及陰極底部電極(金屬層22之部分)連接至一電源。 圖17更詳細地展示一單個通電之LED 49，其中自LED半導體層72發射之光線70直接地照射或穿過磷光體混合物60或者反射離開形成圍繞整個LED 49之一壁之反射材料56。來自磷光體混合物60之側光亦由反射材料56重新引導。亦展示生長基板12、陽極電極74及陰極電極76 (作為金屬層22之部分)。 LED 49之典型大小係每側介於100微米與1 mm之間。由LED 49發射之幾乎100%之側光係被引導回至LED 49中或穿過LED 49之頂部表面。因此，通電之LED顯現為無藍色光暈之一微小白色光點。亦可形成任何其他顏色。 亦可使用量子點或量子點與磷光體之一混合物替代磷光體混合物60。本發明亦預期其他類型之波長轉換材料。 在另一實施例中，可在形成LED半導體層之後移除生長基板12，且將另一透明基板貼附至LED半導體層。因此，術語「基板」可適用於任一類型之基板。 可採用所闡述製程之諸多變化同時仍圍繞LED 49形成反射壁(用於反射側光)且形成反射腔59 (用於以一波長轉換材料填充)。舉例而言，對於一特定應用而言，可不需要某些步驟。此外，取決於特定應用，可添加額外步驟及層。在某些情形下，可藉由蝕刻、雷射剝蝕或其他技術執行研磨步驟。磷光體混合物可替代地係放置至腔59中之一預成型磷光體發光塊(tile)。 儘管已展示及闡述本發明之特定實施例，但熟習此項技術者將顯而易見，可在不背離本發明之情況下在其較廣泛態樣中做出改變及修改，且因此，隨附申請專利範圍欲將所有此等改變及修改涵蓋於其範疇內，如同此等改變及修改歸屬於本發明之真正精神及範疇內一般。

10‧‧‧發光二極體晶圓/發光裝置12‧‧‧生長基板/透明基板/基板14‧‧‧晶格匹配層/半導體層16‧‧‧n型層18‧‧‧量子井主動層20‧‧‧p型層/半導體層22‧‧‧金屬層/連續頂部金屬層/陽極及陰極電極24‧‧‧暫時載體/載體26‧‧‧黏合劑/UV固化黏合劑28‧‧‧凹入區域32‧‧‧習用磨輪/磨輪34‧‧‧裂縫/單粒化線36‧‧‧光阻劑膜/第一暫時層38‧‧‧單粒化線40‧‧‧安裝膠帶44‧‧‧黏性麥拉膠帶/麥拉膠帶46‧‧‧習用切割表面/切割表面48‧‧‧鋒利工具49‧‧‧經單粒化發光二極體/發光二極體/經封裝發光二極體50‧‧‧雙面黏性膠帶/膠帶52‧‧‧暫時載體56‧‧‧反射材料58‧‧‧保護層59‧‧‧腔/反射腔60‧‧‧磷光體混合物/波長轉換材料61‧‧‧噴嘴64‧‧‧黏性膠帶/膠帶66‧‧‧切割鋸/鋸70‧‧‧光線72‧‧‧發光二極體半導體層74‧‧‧陽極電極76‧‧‧陰極電極

圖1係含有數千個覆晶LED之一LED晶圓之一剖面。該LED晶圓可係習用的。每一LED之個別陽極及陰極金屬墊係由一連續頂部金屬層表示。 圖2係圖解說明在生長基板(例如，藍寶石)面向上之情況下使用一黏合劑將LED晶圓安裝於一暫時載體(諸如一玻璃晶圓)上之一剖面圖。 圖3圖解說明研磨生長基板以進行薄化及粗糙化。 圖4圖解說明在生長基板已被充分研磨之後的LED晶圓。 圖5圖解說明對LED晶圓執行部分切割以形成界定每一LED之邊緣之裂縫。 圖6圖解說明將一光阻劑膜施加至生長基板之頂部。 圖7更詳細地圖解說明光阻劑膜。 圖8圖解說明使用一光微影製程圖案化光阻劑膜以沿著既定單粒化線曝露生長基板。 圖9圖解說明將光阻劑膜表面黏在一安裝膠帶上且自黏合劑移除暫時載體。 圖10圖解說明移除黏合劑以曝露LED晶圓上之金屬觸點。 圖11圖解說明使用一斷裂製程沿著圖5中所形成之裂縫切割LED晶圓。 圖12A圖解說明如何使用一雙面膠帶在光阻劑膜面向上之情況下將經單粒化LED安裝於另一暫時載體上，及沈積一反射材料(諸如一透明黏結劑中之TiO₂ 粒子)以覆蓋LED之頂部及側面以及LED之間的區域。 圖12B圖解說明一選用片狀模製化合物(SMC) (諸如樹脂或聚矽氧)沈積於LED上方及LED之間以用於形成一保護層。 圖13A圖解說明研磨圖12A中之LED之頂部表面以曝露光阻劑膜。 圖13B圖解說明研磨圖12B中之LED之頂部表面以曝露光阻劑膜。 圖14A圖解說明以一溶劑溶解掉圖13A之經曝露光阻劑膜以在生長基板上方形成一反射腔。 圖14B圖解說明以一溶劑溶解掉圖13B之經曝露光阻劑膜以在生長基板上方形成一反射腔。 圖15係填充有LED之一載體之一透視圖且圖解說明以一磷光體(諸如一透明黏結劑中之磷光體粒子)填充反射腔。 圖16A係圖15之結構(無圖12B之SMC)在磷光體混合物已固化之後的一剖面圖，其中該結構已被翻轉且被安裝於一膠帶上(磷光體側向下)，後續接著一鋸割或斷裂製程以分離LED晶粒之間的任何殘餘反射材料。 圖16B係圖15之結構(具有圖12B之SMC)在磷光體混合物已固化之後的一剖面圖，其中一鋸割製程分離LED晶粒之間的任何殘餘反射材料及SMC。 圖17圖解說明在於圖16A或圖16B中自膠帶移除之後的一單個磷光體轉換覆晶LED，其展示由主動層及磷光體產生之光線係如何由反射材料反射使得所有光射出頂部表面。 用相同編號標示相同或類似元件。

49‧‧‧經單粒化發光二極體/發光二極體

50‧‧‧雙面黏性膠帶/膠帶

52‧‧‧暫時載體

59‧‧‧腔/反射腔

60‧‧‧磷光體混合物/波長轉換材料

61‧‧‧噴嘴

Claims (13)

1. 一種用於形成一發光裝置之方法，其包括：提供包括具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面之一透明基板及沈積於該基板之該第一表面上之半導體層之一發光裝置；在該基板之該第二表面上沈積一第一暫時(temporary)層；在該第一暫時層之一頂部表面上、該第一暫時層之側面上、該基板之側面上及該等半導體層之側面上沈積一反射材料；在該反射材料上及該反射材料之側面上沈積一保護層；移除該第一暫時層之該頂部表面上之該反射材料及該保護層以曝露該第一暫時層之該頂部表面；移除該第一暫時層，其中該反射材料及該保護層保留於該等半導體層之該等側面上及該基板之該等側面上並延伸於該基板之該第二表面上以形成一反射腔；及以一波長轉換材料至少部分地填充該腔使得該波長轉換材料不會延伸於該腔上且不會上覆於該基板之該等側面上及該等半導體層之該等側面上之該反射材料及該保護層上，其中由該發光裝置及該波長轉換材料發射之所有側光係由該反射材料反射使得所有光係穿過該腔之一頂部出口窗而發射出。
2. 如請求項1之方法，其中提供具有半導體層及一透明基板之一發光裝置包括：在一載體上提供複數個發光裝置以用於對該複數個發光裝置進行晶圓級處理。
3. 如請求項1之方法，其中移除該第一暫時層之該頂部表面上之該反射材料以曝露該第一暫時層包括研磨該反射材料。
4. 如請求項1之方法，其中該第一暫時層係一光阻劑，且其中移除該第一暫時層包括以一溶劑溶解該光阻劑。
5. 如請求項1之方法，其中以一波長轉換材料至少部分地填充該腔包括將一磷光體施配至該腔中。
6. 如請求項1之方法，其中該發光裝置係在與該基板對置之一表面上具有陽極及陰極電極之一覆晶發光裝置。
7. 如請求項1之方法，其中該基板係用於磊晶生長該等半導體層之一生長基板。
8. 如請求項1之方法，其中基於該波長轉換材料之一所要厚度選擇該第一暫時層之一厚度。
9. 一種發光裝置，其包括：一發光裝置，其包括具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面之一透明基板及沈積於該透明基板之該第一表面上之半導體層；一反射材料，其係在該基板之側面上及該等半導體層之側面上； 一保護層，其係在該反射材料之側面上，該反射材料及該保護層延伸於該基板之該第二表面上以形成一反射腔；及一波長轉換材料，其至少部分地填充該腔，使得該波長轉換材料不會延伸於該腔上且不會上覆於該基板之該等側面上及該等半導體層之該等側面上之該反射材料及該保護層上；其中由該發光裝置及該波長轉換材料發射之所有側光係由該反射材料反射，俾使所有光係穿過該腔之一頂部出口窗而發射出。
10. 如請求項9之裝置，其中該波長轉換材料包括該腔中之一磷光體。
11. 如請求項9之裝置，其中該發光裝置係一覆晶發光裝置且包括複數個電極，該複數個電極包括至少陽極及陰極電極。
12. 如請求項9之裝置，其中該基板係用於磊晶生長該等半導體層之一生長基板。
13. 如請求項9之裝置，其中該波長轉換材料填充該反射腔。

Images