DE10135306A1 - Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen, die Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen, die Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden mit gleicher Farbtemperatur. Auf einem Wafer werden eine Anzahl Leuchtdioden-Wafer ausgebildet, dann die Wellenlänge des Lichts der Wafer-Leuchtdioden gemessen und entsprechend unterschiedliche Mengen Phosphorstoffe auf den Wafer-Leuchtdioden durch Tintenstrahldruck aufgebracht, so dass das Licht der Wafer-Leuchtdioden eine gleiche Farbtemperatur besitzt. Die Wafer-Leuchtdioden werden dann in einzelne Leuchtdioden geschnitten und eingegossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leuchtenden Vorrichtungen und insbesondere eines Wafers mit diesen Vorrichtungen.
Fig. 1A bis 1G zeigen die Herstellung von leuchtenden Vor­ richtungen nach dem Stand der Technik. Fig. 1A: In einem Halbleiterverfahren wird auf einem isolierenden Substrat 18 eine Deckschicht 19 vom n-Typ aufgebracht. Es folgt eine p-Typ- Deckschicht 22, siehe Fig. 1B, und darauf, wie in Fig. 1C gezeigt, eine p-Typ-Elektrode 17; auf der n-Typ-Deckschicht 19 kommt eine n-Typ-Elektrode 14. Es werden dann Trennungs­ linien L in den Wafer geschnitten, siehe Fig. 1D, so dass man einzelne leuchtende Formstücke 15 erhält. In Fig. 1E ist gezeigt, wie die Licht abstrahlenden Formstücke 15 auf einem ersten Lötrahmen 12 ausgerichtet werden. Erste Drähte 21 verbinden die p-Typ-Elektrode 17 mit einem zweiten Lötrahmen 13 und zweite Drähte 23 verbinden die n-Typ-Elektrode 14 mit dem ersten Lötrahmen 12. Siehe 1F: Es wird dann auf der Licht emittierenden Vorrichtung 32 eine Phosphorschicht ausgebildet und schließlich die Licht emittierende Vorrichtung 32 in Harz 34 eingegossen; siehe Fig. 1G.
Somit sind Dosis und Zusammensetzung der Phosphorschicht auf herkömmlichen Formstücken im Wesentlichen gleich. Die Licht emittierenden Formstücke strahlen aber kein Licht gleicher Wellenlänge ab, selbst wenn sie im gleichen Halbleiterverfahren auf dem gleichen Wafer ausgebildet wurden. Ein Teil des Lichts erster Wellenlänge, das die Licht emittierenden Formstücke abstrahlen, wird durch den Phosphor in ein Licht mit größerer zweiter Wellenlänge transformiert. Da aber Dosis und Zusammen­ setzung der Phosphorschicht gleich ist und das Primärlicht unterschiedliche Wellenlängen hat, besitzt auch das von den Formen emittierte Sekundärlicht unterschiedliche Wellenlängen.
Die aus den ersten und zweiten Wellenlängen entstehende über­ lagerte Wellenlänge einer jeden Licht emittierenden Vorrichtung kann daher nicht gleich sein. Mit anderen Worten, die Licht emittierenden Vorrichtungen haben keine uniforme Farbtempe­ ratur. Somit beträgt die Ausbeute an Licht emittierenden Vor­ richtungen auf einem Wafer nur 10%.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Vorrichtungen Licht mit unterschiedlicher Farbtemperatur abstrahlen. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile des Stands der Technik zu beheben.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird die Wellenlänge des von jeder Vorrichtung abgestrahlten Lichts bestimmt und je nach Wellenlänge des Lichts unterschiedliche Mengen Phosphor auf den Licht emittie­ renden Vorrichtungen aufgebracht. Man erhält so Vorrichtungen, die Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden mit uniformer Farbtemperatur bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Ausbilden einer Anzahl Leuchtdioden auf einem Wafer; Ermitteln der Wellenlänge des Licht, das von den Leuchtdioden auf dem Wafer jeweils abgestrahlt wird; und Ausbilden unter­ schiedlicher Dosen Phosphor auf den Wafer-Leuchtdioden je nach Wellenlänge des von der Diode abgestrahlten Lichts. Hierdurch erreicht man, dass die Leuchtdioden auf dem Wafer Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung Licht emittierender Vorrichtungen gleicher Farbtemperatur. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Ausbilden einer Zahl von Leuchtdioden auf einem Wafer; Bestimmen der Wellenlänge des Lichts, das die Dioden auf dem Wafer abstrahlen; Aufbringen unterschiedlicher Mengen Phosphor auf den Wafer-Leuchtdioden je nach Wellenlänge des von den Dioden abgestrahlten Lichts. Hierdurch erhält man Leuchtdioden mit gleicher Farbtemperatur auf dem Wafer. Die Leuchtdioden auf dem Wafer werden dann in eine Anzahl Form­ stücke unterteilt, die Licht gleicher Farbtemperatur ab­ strahlen. Durch Einschließen der Licht emittierenden Formstücke erhält man dann Licht emittierende Vorrichtungen gleicher Farbtemperatur.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden, die weißes Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen. Das erfindungsgemäße Ver­ fahren umfasst die Schritte: Ausbilden einer Anzahl UV/Blau- Leuchtdioden auf einem Wafer; Bestimmen der Wellenlänge des Lichts, das von den UV/Blau-Leuchtdioden auf dem Wafer abge­ strahlt wird; und Ausbilden unterschiedlicher Mengen Phosphor auf den UV/Blau-Leuchtdioden je nach Wellenlänge des von den UV/Blau-Leuchtdioden abgestrahlten Lichts, so dass man weiße Leuchtdioden mit gleicher Farbtemperatur auf dem Wafer erhält.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Vorrichtungen, die weißes Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Ausbilden einer Anzahl UV/Blau- Leuchtdioden auf einem Wafer; Ermitteln der Wellenlänge der Lichts, das die UV/Blau-Leuchtdioden auf dem Wafer abstrahlen; Ausbilden unterschiedlicher Dotierungen Phosphor auf den UV/­ Blau-Leuchtdioden auf dem Wafer je nach Wellenlänge des von der UV/Blau-Leuchtdiode abgestrahlten Lichts und Erhalt weißer Leuchtdioden auf dem Wafer mit gleicher Farbtemperatur; Trennen der weißen Leuchtdioden auf dem Wafer in eine Anzahl Form­ stücke, die weißes Licht gleicher Farbtemperatur abstrahlen; und Erhalt von Vorrichtungen, die weißes Licht mit gleicher Farbtemperatur abstrahlen, durch Einschließen der weißes Licht abstrahlenden Formstücke.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedliche Mengen Phosphor auf den jeweiligen Leuchtdioden aufgebracht werden. Hierdurch wird erreicht, dass die überlagerten Wellen­ längen einer jeweiligen Leuchtdiode, gebildet aus Wellenlänge des Primärlichts der Diode und der Wellenlänge des vom Phosphor modulierten Sekundärlichts, eine nahezu gleiche Farbtemperatur besitzen. Man erhält hierdurch auch eine höhere Ausbeute bei der Fertigung.
Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die unter­ schiedlichen Mengen Phosphor auf der Waferform auf den jewei­ ligen Leuchtdioden aufgebracht werden. In den herkömmlichen Verfahren wurde bislang der Phosphor erst nach dem Abtrennen der jeweiligen Diode vom Wafer aufgebracht. Hierdurch wird erreicht, dass ein jeder Wafer eine größere Menge lichtemit­ tierender Vorrichtungen mit gleicher Farbtemperatur hergibt.
Es werden weitere Vorteile, Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden an Beispielen und mit Bezug auf anliegende Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1A bis 1G das herkömmliche Verfahren zur Herstellung Licht emittierender Vorrichtungen;
Fig. 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine zeichnerische Darstellung einer Anzahl Leucht­ dioden auf einem Wafer;
Fig. 4 eine zeichnerische Darstellung der verschiedenen Phosphor-Dotierungen auf den jeweiligen Leucht­ dioden;
Fig. 5 eine zeichnerische Darstellung einer Anzahl Licht emittierender Formstücke, indem die Dioden auf dem Wafer in Fig. 4 unterteilt werden;
Fig. 6 eine Zeichnung von einer Leuchtdiode mit einer Aktivschicht.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Schritt 100 werden zunächst eine Anzahl Leuchtdioden auf einem Wafer ausgebildet. Fig. 3 zeigt eine Zeichnung von einer Anzahl Leuchtdioden auf einem Wafer. Die UV/Blau-Leucht­ dioden sind auf einem isolierenden Substrat 18 ausgebildet und umfassen ein isolierendes Substrat 18, eine auf dem iso­ lierenden Substrat 18 ausgebildete Deckschicht 19 vom n-Typ, ein auf der n-Typ-Deckschicht 19 ausgebildete p-Typ-Deckschicht 22 von vorgegebener Form, eine Anzahl Elektroden 17 vom p-Typ, die jeweils auf der p-Typ-Deckschicht 22 ausgebildet sind, sowie eine Anzahl Elektroden 14 vom n-Typ, die jeweils auf den vorgegebenen Stellen der n-Typ-Deckschicht 19 ausgebildet sind. Bei den UV/Blau-Leuchtdioden besteht die Deckschicht 19 vom n-Typ in der Regel aus Gruppe-III-V-Verbindungen auf der Basis von n-Galliumnitrid. Die p-Typ-Deckschicht besteht aus Gruppe-III-V-Verbindungen auf der Basis von p-Gallium­ nitrid. Die auf dem Wafer ausgebildeten UV/Blau-Leuchtdioden emittieren blaues Licht mit einer Standardwellenlänge von 450 nm.
Siehe Fig. 2. Schritt 200 gilt der Messung der Primärwellen­ längen der Dioden auf dem Wafer 18. Auf dem Wafer 18 sind eine Anzahl Segmente L ausgebildet. Es wird dann an jede Diode ein Strom angelegt und ein Detektor (nicht gezeigt) bestimmt die Wellenlänge des von den Dioden jeweils abgestrahlten Lichts. Über die p- und n-Elektroden 14, 17 an den UV/Blau- Leuchtdioden auf dem Wafer wird dann eine Schwellenspannung angelegt und die jeweilige Diode leuchtet. Es wird also das Spektrum S einer jeden UV/Blau-Leuchtdiode auf dem Wafer gemessen.
Gemäß dem Farbigkeits-Diagramm gemäß der CIE von 1931 und der Farbabgleichsfunktion werden die Primärwellenlänge der vorliegenden UV/Blau-Leuchtdiode und die Sekundärwellenlänge des Leuchtstoffs, z. B. von Phosphor, überlagert, so das man ein andersfarbiges Licht erhält.
Siehe Fig. 2. Im Schritt 300 werden jeweils unterschiedliche Mengen Phosphor auf den UV/Blau-Leuchtdioden des Wafers je nach Spektrum aufgebracht. Je nach vorliegendem Spektrum wird eine andere Dosis Phosphor auf der jeweiligen Leuchtdiode durch Tintenstrahldruck aufgebracht. Strahlt beispielsweise die rechts in Fig. 4 gezeigte Leuchtdiode eine Wellenlänge von 450 nm ab, das heißt, die Standardwellenlänge, so wird eine Standarddosis Phosphor 32a durch Tintenstrahldruck auf­ gebracht. Die Farbtemperatur des modulierten Lichts der Diode liegt dann bei 6000 K. Strahlt die Leuchtdiode, z. B. die in der Mitte von Fig. 4, eine Primärwellenlänge von 455 nm ab, so wird eine kleinere Dosis Phosphor 32b mithilfe des Tinten­ strahldruckers aufgebracht. Die Diode strahlt dann auch weißes Licht dieser Farbtemperatur ab. Strahlt bspw. die links in Fig. 4 gezeigte Diode eine Primärwellenlänge von 445 nm ab, wird eine größere Dosis Phosphor 32c mithilfe des Tinten­ strahldruckers aufgebracht. Auch diese Diode emittiert dann weißes Licht mit der gleichen Farbtemperatur. Ist die von der Diode abgestrahlte Wellenlänge länger als die Standardwel­ lenlänge, wird die Gesamtfläche der vom Phosphormaterial abge­ strahlten Sekundärwellenlänge verringert, so dass das weiße Licht entsprechend der Farbabgleichsfunktion auf eine Farb­ temperatur von 6000 K moduliert wird. Mit anderen Worten: die auf der Wafer-Leuchtdiode aufgebrachte Dosis Phosphor wird vermindert. Ist die von der Diode abgestrahlte Primär­ wellenlänge kürzer als die Standardwellenlänge, wird die Ge­ samtfläche der vom Phosphormaterial abgestrahlten Sekundär­ wellenlänge erhöht und das weiße Licht gemäß der Farbabgleichs­ funktion auf eine Farbtemperatur von 6000 K moduliert. Mit anderen Worten: die auf der Wafer-Leuchtdiode aufgebrachte Menge Phosphor wird erhöht. Ferner können erfindungsgemäß die Phosphorstoffe auf den Diodenoberflächen in der Waferform jeweils durch thermische Gasblasen- oder Piezo-Tintenstrahl­ druck aufgebracht werden.
Siehe Fig. 2. Der Schritt 400 beschreibt, dass nach dem Auf­ bringen der jeweiligen Phosphordosis auf den Leuchtdioden des Wafers die Waferdioden in eine Anzahl Licht emittierender Formstücke unterteilt werden. Fig. 5 zeigt eine Anzahl Licht emittierender Formstücke, erhalten durch Unterteilen der Dioden in der Waferform von Fig. 4. Ein jedes Licht emittierende Formstück wird dann in ein Umschlussmaterial 34 eingeschlossen. Das Licht emittierende Formstück wird beispielsweise auf einen ersten Lötrahmen 12 aufgesetzt, wobei der Draht 23 die p-Elek­ trode 17 mit den Lötrahmen 12 verbindet und der Draht 21 die n-Elektrode 14 mit den zweiten Lötrahmen 13.
Siehe nochmals Fig. 2. Schritt 500 beschreibt den Einschluss der Licht emittierenden Form in ein Umschlussmaterial. Da das Umschlussmaterial der leuchtenden Vorrichtung unterschied­ lich gekrümmte Oberflächen besitzen kann, können so unter­ schiedliche Fokusweiten hergestellt werden.
Siehe Fig. 6. Zwischen der n-Deckschicht 19 und der p-Deck­ schicht 22 kann zudem eine Aktivschicht 20 ausgebildet sein, um so die Lichtintensität der Leuchtvorrichtung zu erhöhen.
Erfindungsgemäß können verschiedene Phosphorverbindungen miteinander vermischt und auf den leuchtenden Formstücken in der Waferform aufgebracht werden. Werden zwei oder mehrere Phosphorstoffe gemischt, können zwei oder mehrere Wellenlängen gemessen werden. Werden also beispielsweise zwei Phosphorstoffe gemischt, so wird eine zweite und eine dritte Wellenlänge abgestrahlt. Mit anderen Worten: die Leuchtdiode strahlt eine Primärwellenlänge ab und die beiden Phosphorstoffe jeweils ein Licht mit zweiter und dritter Wellenlänge.
Die Erfindung ist für alle Arten von Leuchtdioden in Waferform und Phosphorstoffe geeignet. Es können somit viele verschiedene Leuchtvorrichtungen mit beliebigen Farbtemperaturen hergestellt werden.
Der Schutzbereich der Erfindung wird in den nachstehenden Ansprüchen beschrieben:

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden gleicher Farbtemperatur, umfassend die Schritte
Ausbilden einer Anzahl Leuchtdioden auf einem Wafer (18);
Bestimmen der Wellenlänge des von den Leuchtdioden auf dem Wafer (18) jeweils abgestrahlten Lichts; und
Ausbringen unterschiedlicher Mengen Phosphorstoffe (32a, 32b, 32c) auf den Leuchtdioden in der Waferform je nach Wellenlänge des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts;
wobei eine jede Leuchtdiode eine Licht mit einer ersten Wellenlänge abstrahlt und der Phosphorstoff (32a, 32b, 32c) ein Licht mit einer entsprechenden zweiten Wellenlänge, so dass die Leuchtdioden auf dem Wafer Licht mit gleicher Farbtemperatur emittieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf der Leuchtdiode des Wafers aufgebrachte Menge Phosphorstoff vermindert wird, besitzt das von der Diode emittierte Primärlicht eine größere Wellenlänge als die Standardwellenlänge.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf der Leuchtdiode des Wafers aufgebrachte Menge Phosphorstoff erhöht wird, besitzt das von der Diode emittierte Primärlicht eine kürzere Wellenlänge als die Standardwellenlänge.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf einer jeden Leuchtdiode in der Waferform aufgebrachte Menge Phosphor­ stoff mithilfe von Tintenstrahldruck aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdiode eine Gruppe III-V-Leuchtdiode auf der Basis von Galliumnitrid ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Tintenstrahldruck ausgewählt ist aus der Gruppe thermischer Gasblasen- Tintenstrahldruck und piezoelektrischer Tintenstrahldruck.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdiode eine UV/Blau-Leuchtdiode ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf dem Wafer ausge­ bildeten Leuchtdioden weißes Licht mit uniformer Farb­ temperatur abstrahlen.
9. Verfahren zur Herstellung von Leuchtvorrichtung mit gleicher Farbtemperatur, umfassend die Schritte
Ausbilden einer Anzahl Leuchtdioden auf einem Wafer;
Ermitteln der Wellenlänge von der Lichtemission der Leuchtdioden auf dem Wafer;
Ausbilden unterschiedlicher Mengen Phosphor auf den zugehörigen Leuchtdioden in der Waferform je nach Wellenlänge des von der jeweiligen Leuchtdioden emit­ tierten Lichts und Erhalt von Leuchtdioden mit gleicher Farbtemperatur auf dem Wafer;
Unterteilen der Leuchtdioden auf dem Wafer in eine Anzahl weißes Licht emittierender Formstücke mit gleicher Farbtemperatur; und
Erhalten von weißes Licht emittierenden Vorrichtungen mit gleicher Farbtemperatur durch Umschluss der jeweiligen lichtemittierenden Formstücke.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die auf der Wafer- Leuchtdiode aufgebrachte Menge Phosphorstoff vermindert wird, ist die von der Diode abgestrahlte erste Wellenlänge länger als die Standardwellenlänge.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die auf der Wafer-Leucht­ diode aufgebrachte Menge Phosphorstoff erhöht wird, ist die von der Diode abgestrahlte erste Wellenlänge kürzer als die Standardwellenlänge.
12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die auf der jeweiligen Leuchtdiode in der Waferform aufgebrachte Menge Phosphor­ stoff mithilfe eines Tintenstrahldruckverfahrens aufge­ bracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Leuchtdiode eine Gruppe-III-V-Leuchtdiode auf der Basis von Galliumnitrid ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Tintenstrahldruck­ verfahren ausgewählt ist aus thermisches Gasblasen- und piezoelektrisches Tintenstrahldrucken.
15. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Diode eine UV/Blau- Leuchtdiode ist.
16. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Licht emittierende Vorrichtung weißes Licht mit uniformer Farbtemperatur abstrahlt.
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