新型半導體發光器件光學封裝結構的製作方法
2023-08-10 07:57:16 1
新型半導體發光器件光學封裝結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型半導體發光器件光學封裝結構，包括：半導體發光晶片，包括外延材料層，該外延材料層的出光面上依次覆蓋有透明導電層、透明保護介質層；以及，覆蓋於該透明保護介質層上的透明封裝材料層，該透明封裝材料層對於該外延材料層發射的光的折射率小於1.5，尤其優選小於1.45，但大於1.30；並且該透明封裝材料層對於該外延材料層發射的光的折射率小於該外延材料層、透明導電層和透明保護介質層中的任一者。本發明通過採用低折射率的透明封裝材料取代業界一貫使用的高折射率透明封裝材料組成層狀光學封裝結構，不僅可以提高出光效率，而且還可有效降低成本，提高其抗高溫特性，以及提升半導體發光器件的工作穩定性，延長其使用壽命。
【專利說明】新型半導體發光器件光學封裝結構
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種半導體發光器件，特別涉及一種新型半導體發光器件光學封裝結 構。
【背景技術】
[0002] 在LED器件的製備工藝中，一個重要的技術環節是封裝，這一環節對於提高LED光 提取效率非常重要。目前，常用於封裝LED的材料主要有環氧樹脂、矽氧烷樹脂膠（簡稱 "矽膠"）等，尤其是後者因具有透光率高、耐紫外性能較好、熱穩定性好和應力小等優點，在 大功率LED封裝中得到廣泛應用。
[0003] 由於當前的LED外延材料通常具有較高折射率，例如，對于波長為460nm左右的藍 光，GaN的折射率高達2. 5,其與空氣折射率反差很大，導致LED的光提取效率偏低。為此， 業界長久以來一直通過致力於提高封裝材料折射率的方式，以期提高LED晶片的出光率。 例如，David W. Mosley 等人（Proc. of SPIE，2008. 1. 13, Vol. 6910 191017-1)研究發現， 隨封裝材料的折射率上升，LED的光提取效率會相應提高，而Ann W. Norris等人（Proc. of SPIE，2005. 9· 14, Vol. 5941594115-1)亦有類似研究結論。
[0004] 然而，對於矽膠等封裝材料而言，為提高其折射率，通常需要對其改性，這也使得 其生產成本大幅提升，價格較高，並且還會導致其耐熱能力較差，因此在應用於封裝LED，特 別是大功率LED器件時存在較大的局限性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種新型半導體發光器件光學封裝結構，以克服現有技術 中的不足。
[0006] 為實現前述發明目的，本發明採用的技術方案如下：
[0007] -種新型半導體發光器件光學封裝結構，包括：
[0008] 半導體發光晶片，包括外延材料層，所述外延材料層的出光面上覆蓋有透明導電 層，所述透明導電層上覆蓋有透明保護介質層，
[0009] 以及，覆蓋於所述透明保護介質層上的透明封裝材料層，所述透明封裝材料層對 於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 5，
[0010] 並且，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於所述外延 材料層、透明導電層和透明保護介質層中的任一者。
[0011] 優選的，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 45。
[0012] 尤為優選的，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於 1. 45,但大於 1. 30。
[0013] 作為較佳實施方案之一，所述透明封裝材料層具有非球面層狀結構。
[0014] 作為較佳實施方案之一，所述透明封裝材料層具有半球形或球冠形結構，且所述 半球形結構的直徑小於或等於所述晶片長邊或寬邊邊長的1.5倍，尤其優選的，所述半球 形結構的直徑小於或等於所述晶片長邊或寬邊邊長的1倍。
[0015] 作為較佳實施方案之一，所述透明導電層和所述透明保護介質層的光學厚度之和 是發光中心波長的的四分之一光學厚度（QW0T)的奇數倍
[0016] 作為較為優選的實施方案之一，所述透明保護介質層與透明封裝材料層之間還分 布有透明防硫化層；
[0017] 和/或，在所述透明封裝材料層上還覆蓋有透明防硫化層。
[0018] 較為優選的，分布在所述透明保護介質層與透明封裝材料層之間的透明防硫化 層對於所述外延材料層發射的光的折射率大於1.46,例如，可以大於1.46,而小於或等於 1. 6。
[0019] 較為優選的，覆蓋於透明封裝材料層上的透明防硫化層對於所述外延材料層發射 的光的折射率小於所述透明封裝材料層。
[0020] 進一步的，所述透明防硫化層主要由耐紫外光及耐硫化的有機透明材料和/或無 機透明材料組成，例如，可選用透明矽氧烷樹脂、Si0 2、聚氯乙烯、氟素塗布劑等，且不限於 此。
[0021] 進一步的，所述半導體發光晶片為LED晶片，例如GaN基LED晶片。
[0022] 與現有技術相比，本發明的優點在於：通過採用低折射率的透明封裝材料（例如 低折射率透明矽氧烷樹脂）取代業界一貫使用的高折射率透明封裝材料組成半導體發光 器件的光學封裝結構，不僅取得了出乎本領域技術人員意料的高出光效率，而且還可有效 降低成本，，提高其抗高溫特性，以及提升半導體發光器件的工作穩定性，延長其使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024] 圖1所示為本發明實施例1中LED發光器件的結構示意圖；
[0025] 圖2所示為本發明實施例1中不同光學封裝結構的出光效率的計算結果；
[0026] 圖3所示為本發明實施例2中LED發光器件的結構示意圖；
[0027] 圖4所示為本發明實施例3中LED發光器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 如前所述，長久以來，本領域技術人員一直認為只有通過增加封裝材料的折射率， 才能提升LED器件的光提取率。然而，本案發明人在大量研究和實踐中非常意外的發現，當 將具有較低折射率的封裝材料應用於LED的某些封裝結構中時，所獲LED器件的出光率不 低於，甚至在某些情況下遠高於採用高折射率封裝材料形成的光學封裝結構。
[0029] 基於這樣的意外發現，本案發明人得以提出本發明的技術方案，S卩：通過採用具有 較低折射率的封裝材料封裝LED等半導體發光器件，一方面可以取代價格昂貴的高折射率 材料，降低成本，另一方面也可利用低折射率封裝材料具有較高耐熱能力的特點，使半導體 發光器件的工作性能更為穩定，延長其使用壽命。
[0030] 概括的講，本發明的主要是通過如下技術方案實施的：
[0031] 一種新型半導體發光器件光學封裝結構，包括：
[0032] 半導體發光晶片，包括外延材料層，所述外延材料層的出光面上覆蓋有透明導電 層，所述透明導電層上覆蓋有透明保護介質層，
[0033] 以及，覆蓋於所述透明保護介質層上的透明封裝材料層，所述透明封裝材料層對 於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 5，
[0034] 並且，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於所述外延 材料層、透明導電層和透明保護介質層中的任一者。
[0035] 優選的，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 45， 特別是小於1.45,但大於1.30。
[0036] 在一較為優選的實施方案之中，所述透明封裝材料層可採用半球形結構或球冠形 結構，且所述半球形結構或球冠形結構的直徑小於或等於所述晶片長邊或寬邊邊長的1. 5 倍，使該光學封裝結構的出光率至少與採用高折射率透明封裝材料組成的光學封裝結構相 當，尤其優選的，所述半球形結構或球冠形結構的直徑小於或等於所述晶片長邊或寬邊邊 長的1倍，使該光學封裝結構的出光率高於採用高折射率透明封裝材料組成的光學封裝結 構。
[0037] 而在一更為優選的實施方案之中，所述透明封裝材料層可採用非球面層狀結構， 使該光學封裝結構的出光率遠遠高於採用高折射率透明封裝材料組成的光學封裝結構。
[0038] 作為較佳實施方案之一，所述透明導電層和所述透明保護介質層的光學厚度之和 是發光中心波長的四分之一光學厚度的奇數倍。
[0039] 而在一較為優選的實施方案之中，還可在所述透明保護介質層與透明封裝材料層 之間還分布有透明防硫化層，和/或，也可在所述透明封裝材料層上覆蓋透明防硫化層。如 此，可進一步提升該光學封裝結構的抗硫化性能。
[0040] 較為優選的，分布在所述透明保護介質層與透明封裝材料層之間的透明防硫化層 對於所述外延材料層發射的光的折射率大於1. 46,例如，可選用對於所述外延材料層發射 的光具有高折射率的透明矽氧烷樹脂形成該防硫化層。
[0041] 較為優選的，覆蓋於透明封裝材料層上的透明防硫化層對於所述外延材料層發射 的光的折射率小於所述透明封裝材料層。
[0042] 進一步的，所述透明防硫化層主要由耐紫外光及耐硫化的有機透明材料和/或無 機透明材料組成，例如，可選用透明矽氧烷樹脂、Si0 2、聚氯乙烯、氟素塗布劑等，且不限於 此。
[0043] 又及，所述防硫化層可採用塗布、噴塗、印刷、物理或化學沉積等多種方式形成。
[0044] 進一步的，所述半導體發光晶片為LED晶片。
[0045] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描 述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬於本發明保護的範圍。
[0046] 實施例1參閱圖1，該實施例涉及一種LED器件光學封裝結構，其主要由LED晶片 (本實施例中晶片為正方形，其邊長為300μπι)和透明封裝材料層1組成。其中，透明封裝 材料層1系由折射率η為1. 41的低折射率透明矽氧烷樹脂組成。
[0047] 其中，LED晶片可主要由外延材料層4、透明導電層3和透明保護介質層2組成。很 顯然，在本實施例的LED晶片中，亦可包含諸如襯底、金屬引線等元件，此處不再特別說明。
[0048] 其中，外延材料層4可由業界習知的GaN材料等組成，其折射率n4可以在如下範 圍內，SP :2·4〈η4〈3·8。
[0049] 其中，透明導電層可由ITO、ΖηΟ等材料組成，其折射率η3可以在如下範圍內，即： 1. 8〈η3〈2· 2。
[0050] 其中，透明保護介質層可由Si02, Si3N4, Α1203等材料組成，其折射率η2可以在如下 範圍內，即：1·46〈η 2〈2· 1。
[0051] 其中，該LED晶片可以是長邊或寬邊尺寸為300-2000 μ m的正方形或者長方形的 LED晶片。
[0052] 優選的，所述透明導電層與所述透明保護介質層的光學厚度之和是發光中心波長 的四分之一光學厚度的奇數倍。
[0053] 本實施例採用了一系列具有不同尺寸（長、寬方向或直徑）的透明封裝材料層1 與前述LED晶片配合形成光學封裝結構，並對所形成的LED器件的出光率進行了測試。
[0054] 而在一對照例中，還採用折射率η約為1. 53的高折射率透明矽氧烷樹脂組成的透 明封裝材料層與相同LED晶片亦配合形成光學封裝結構，並同樣對所形成的LED器件的出 光率進行了計算和測試。
[0055] 參閱表1，本實施例與對照例的計算結果如下表1和圖2所示。
[0056] 表1對照例與實施例1中所構建的LED器件的出光率計算結果
[0057]
【權利要求】
1. 一種新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於包括： 半導體發光晶片，包括外延材料層，所述外延材料層的出光面上覆蓋有透明導電層，所 述透明導電層上覆蓋有透明保護介質層， 以及，覆蓋於所述透明保護介質層上的透明封裝材料層，所述透明封裝材料層對於所 述外延材料層發射的光的折射率小於1. 5， 並且，所述透明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於所述外延材料 層、透明導電層和透明保護介質層中的任一者。
2. 根據權利要求1所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透明封 裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 45。
3. 根據權利要求1或2所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透 明封裝材料層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於1. 45,但大於1. 30。
4. 根據權利要求1所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透明封 裝材料層具有非球面層狀結構。
5. 根據權利要求1所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透明封 裝材料層具有半球形或球冠形結構，且所述半球形結構的直徑小於或等於所述晶片長邊或 寬邊邊長的1. 5倍。
6. 根據權利要求1或5所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透 明封裝材料層具有半球形或球冠形結構，且所述半球形結構的直徑小於或等於所述晶片長 邊或寬邊邊長的1倍。
7. 根據權利要求1所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透明導 電層和所述透明保護介質層的光學厚度之和是發光中心波長的四分之一光學厚度的奇數 倍。
8. 根據權利要求1、2、4、5和7中任一項所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其 特徵在於所述透明保護介質層與透明封裝材料層之間還分布有透明防硫化層； 和/或，所述透明封裝材料層上還覆蓋有透明防硫化層。
9. 根據權利要求8所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於分布在所述 透明保護介質層與透明封裝材料層之間的透明防硫化層對於所述外延材料層發射的光的 折射率大於1. 46。
10. 根據權利要求8所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於覆蓋於透 明封裝材料層上的透明防硫化層對於所述外延材料層發射的光的折射率小於所述透明封 裝材料層。
11. 根據權利要求8所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述透明 防硫化層主要由耐紫外光及耐硫化的有機透明材料和/或無機透明材料組成。
12. 根據權利要求9所述的新型半導體發光器件光學封裝結構，其特徵在於所述所述 透明封裝材料層主要由透明矽氧烷樹脂組成。
【文檔編號】H01L33/56GK104124326SQ201410395631
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】張汝志, 梁秉文 申請人:弗洛裡光電材料（蘇州）有限公司