叠置晶片全彩色发光二极管的封装结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种叠置晶片全彩色发光二极管（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｅｄｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）的封装结构及方法，主要利用封装技术，将不同颜色的ＬＥＤ以金属氧化物透明导电层及金属反射层将二种以上的单色ＬＥＤ以热或超声波使之叠置而作晶片接合（ｄｉｅｂｏｎｄ），使下层的单色光通过透明导电层与其上的另一单色光混波而产生另一种颜色的光源。为使各色光能充分利用，最下一层以金属反射层接合，以向上反射各色光而增强光强度。在近距离的显示为得白色光及全彩色光，利用三原色叠置而得一全彩色ＬＥＤ。在远距离时则使用分开的两颗ＬＥＤ，其一例如为黄、蓝；另一红、绿的光源。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种全彩色发光二极管的封装结构及方法，特别涉及一种叠置晶片而使单色光混波为彩色光源而供应全彩色显示的LED。发光二极管是利用各种化合物半导体材料及器件结构的变化，设计出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，以及红外、紫外等不可见光的LED。适合制作1000mcd以上高亮度LED的材料，波长由长至短分别是AlGaAs、InGaAlP和InGaN。AlGaAs适合制作高亮度红光及红外光LED、商业上以LPE磊晶法进行批量生产，以使用双异质接面结构(DH)为主。InGaAlP适合高亮度红、橘、黄及黄绿光LED，商业上以MOVPE磊晶法进行批量生产，使用双异质接面及量子井(Quantum Well)结构。公知的黄光LED晶片10的结构如附图说明图1所示，图1中的正极接线垫1接正极，其通常为金(Au)，并以金属蒸镀法形成。基板13为n型GaAs或GaP，基板13上再利用气相磊晶或液相磊晶技术，磊晶上一层P型InGaAlP磊晶层14，再利用金属蒸镀法蒸镀Al或Au形成接负极的负极接线垫12。InGaN适合高亮度深绿、蓝、紫外光LED，以高温MOVPE磊晶法批量生产，也使用双异质接面及量子井结构，效率比前两者高。公知的绿光或蓝光LED晶片20的结构如图2所示，图2中n型InGaN磊晶层24及p型InGaN磊晶层25是以气相磊晶或液相磊晶技术磊晶于可透光的蓝宝石(sapphire)基板23上。正极接线垫21为p型InGaN，接正极，n型InGaN则形成负极接线垫22，接负极。但也可先磊晶p型InGaN磊晶层25，再磊晶n型InGaN磊晶层24。与图1不同之处在于加上蓝宝石基板23后，负极接线垫22的位置也不同，但蓝宝石基板23并非必要的。为得到红、绿、蓝或黄光以外的颜色，如图3所示的色彩图(Chromaticity diagram)，调整红、绿、蓝三原色LED的亮度，将可得到不同的颜色。如沿图中AB线调整蓝、黄LED的亮度，在中间AB与CD线交合处将可得白光；远离中点而靠近A点可得带蓝的颜色。若有红、蓝、绿三原色，通过整合各色的亮度，即可得全彩色的光源。公知技术如图4所示，以红、绿、蓝三原色的LED晶片401、402、403并排或排成阵列以晶片接合(die bond)安装在PC板上，由红光正极R+406供应红光的电源，经PC板405的接地404接至负极，其它绿、蓝光也以同样的方式连接电源，如图5所示。一般皆以约20mA的电流源供应固定电流，例如红色LED401为20mA，电压约为2V；绿色LED402为20mA，电压约为3.5V；蓝色LED403为20mA，电压约为3.5V可得白色光，其所耗功率约为180mW(20×2+20×3.5+20×3.5＝180mW)。若需全彩色，则电流仍为20mA，由开关601、602、603分别控制各色晶片的点亮时间，视积分时间而组合各种颜色，其等效电路如图6所示。以上公知的全彩色LED的封装结构，完全以20mA电流供应，而以点亮时间长短不同而组合成各种颜色的方法，其控制甚难精确，电源控制IC设计亦甚复杂。且电流固定，发热量大而散热不易，使LED的寿命减短，近场(近距离观看)仍可见三种颜色，仅能提供远场(Farfield)观看全彩色。但一般显示装置多在室内近距离观看，故不符合市场需求。本专利技术的另一目的在于提供一种具有反射层全彩色的半导体LED叠置封装结构，以增强光强度。本专利技术的又一目的在于提供一种利用金属氧化物透明导电层接合多晶片制成叠置结构的光源，其解像度(resolution)好，适合近场或远场观看的半导体LED叠置封装结构。本专利技术的再一目在于提供一种制造全彩色半导体LED叠置封装结构，减少封装体积。本专利技术还有一目的在于提供一种全色彩半导体LED叠置封装结构，以控制各LED电流的大小而控制光强度以合成不同颜色的光源，使功率减少，而增加散热效率。为实现上述目的，改进一般全色彩LED的缺点，本专利技术的叠置三原色发光二极管(LED)的封装结构，适合近场(近距离)显示。是利用金属反射层及透明导电层将红、蓝、绿三种颜色的LED晶片直接叠置结合于PC板上，而制成彩色光LED。其至少包括(a)一PC基板，其上镀一层金属反射层并形成图案，包含晶片接合垫、一红光正极接线垫、一蓝光正极接线垫、一绿光正极接线垫及一公共负极接线垫；(b)第一红光LED晶片，具有一透明导电层的红光正极及一金属反射层的红光负极，该红光正极的一侧有方形金属反射层作红光正极接线垫及反射红光，该红光LED晶片直接叠置于PC板的晶片接合垫上，并予以结合；(c)第二蓝光LED晶片，具有一透明导电层的蓝光负极及一透明导电层的蓝光正极，该蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层作蓝光正极接线垫及反射红光和蓝光，并具有一长条形金属反射层作负极接线垫，该蓝光LED晶片直接叠置于前述红光LED晶片上，并予以结合；(d)第三绿光LED晶片，具有一透明导电层的绿光正极及一透明导电层的绿光负极，该绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层作绿光正极接线垫及反射红光和蓝光，并具有一方形金属反射层的绿光负极作接线垫，该绿光LED晶片直接叠置于前述蓝光LED晶片上，并予以结合；(e)复数条金属线将该第一红光LED晶片、该第二蓝光LED晶片及该第三绿光LED晶片上的正极接线垫及负极接线垫分别连接至PC板上的正极接线垫及负极接线垫上。上述PC板上的金属反射层及接线垫是铜或金，其厚度为1000埃-20000埃，较佳为2000埃-5000埃。上述红光LED晶片是P型InGaP磊晶在n型GaAS基板上的pn结二极管，其大小是400μm-1000μm的长方形。上述红光LED晶片的红光正极的一侧具有一长条形的金属反射层作红光正极接线垫及反射红光。上述蓝光LED晶片是在透明的蓝宝石上磊晶n型InGaN及P型InGaN所得的pn结二极管，其大小为300μm-900μm的长方形。上述蓝光LED晶片的蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层作蓝光正极接线垫及反射红光及蓝光，负极是蚀刻除去一长条形的P型InGaN后溅镀一层金属反射层作负极接线垫。上述绿光LED晶片是在透明的蓝宝石上磊晶n型InGaN及P型InGaN所得的pn结二极管，其大小为200μm-800μm的正方形。上述绿光LED晶片的绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层作绿光正极接线垫及反射红光及蓝光，负极是蚀刻除去一方形的P型InGaN后溅镀一层金属反射层作负极接线垫。上述金属反射层是铝或金，其厚度为1000埃-20000埃，较佳为2000埃-5000埃。上述透明导电层是氧化铟(In2O3)或氧化锡(SnO2)及其它透明导电层，厚度为500埃-10000埃，较佳为500埃-1000埃。该方形正极的金属反射层是铝或金，其宽度为50-200μm，较佳为100μm。上述叠置结合是加热基底至450-550℃的金属共熔点，而熔合结合；或以超声波熔合结合；或以透明粘胶粘合。本专利技术的另一适合远场(Far field)观看的叠置发光二极管(LED)的封装结构是叠置黄光LED晶片、蓝光LED晶片与红光LED晶片、绿光LED晶片并列构成彩色LED的封装结构。是利用金属反射层及透明导电层将黄光LED晶片及蓝光LED晶片叠置结合于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠置三原色发光二极管的封装结构，是利用金属反射层及透明导电层将红、蓝、绿三种颜色的ＬＥＤ晶片直接叠置结合于ＰＣ板上而形成彩色光ＬＥＤ，其特征在于：至少包括：（ａ）：一ＰＣ基板，其上镀一层金属反射层并形成图案，包含晶片接合垫、一红光正 极接线垫、一蓝光正极接线垫、一绿光正极接线垫、及一公共负极接线垫；（ｂ）：第一红光ＬＥＤ晶片，具有一透明导电层的红光正极及一金属反射层的红光负极，该红光正极的一侧有一方形金属反射层兼作红光正极接线垫，该红光ＬＥＤ晶片直接叠置于ＰＣ板的晶 片接合垫上；（ｃ）：第二蓝光ＬＥＤ晶片，具有透明导电层的蓝光负极及一透明导电层的蓝光正极，该蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层兼作蓝光正极接线垫，并具有一长条金属反射层作负极接线垫，该蓝光ＬＥＤ晶片直接叠置于前述红光ＬＥＤ晶片上； （ｄ）：第三绿光ＬＥＤ晶片，具有一透明导电层的绿光正极及一透明导电层的绿光负极，该绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层兼作绿光正极接线垫，并具有一方形金属反射层的绿光负极作接线垫，该绿光ＬＥＤ晶片直接叠置于前述蓝光ＬＥＤ晶片上；（ｅ）： 复数条金属线将该第一红光ＬＥＤ晶片，该第二蓝光ＬＥＤ晶片及该第三绿光ＬＥＤ晶片上的正极接线垫及负极接线垫分别连接至ＰＣ板上的正极接线垫及负极接线垫上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种叠置三原色发光二极管的封装结构，是利用金属反射层及透明导电层将红、蓝、绿三种颜色的LED晶片直接叠置结合于PC板上而形成彩色光LED，其特征在于至少包括(a)一PC基板，其上镀一层金属反射层并形成图案，包含晶片接合垫、一红光正极接线垫、一蓝光正极接线垫、一绿光正极接线垫、及一公共负极接线垫；(b)第一红光LED晶片，具有一透明导电层的红光正极及一金属反射层的红光负极，该红光正极的一侧有一方形金属反射层兼作红光正极接线垫，该红光LED晶片直接叠置于PC板的晶片接合垫上；(c)第二蓝光LED晶片，具有透明导电层的蓝光负极及一透明导电层的蓝光正极，该蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层兼作蓝光正极接线垫，并具有一长条金属反射层作负极接线垫，该蓝光LED晶片直接叠置于前述红光LED晶片上；(d)第三绿光LED晶片，具有一透明导电层的绿光正极及一透明导电层的绿光负极，该绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层兼作绿光正极接线垫，并具有一方形金属反射层的绿光负极作接线垫，该绿光LED晶片直接叠置于前述蓝光LED晶片上；(e)复数条金属线将该第一红光LED晶片，该第二蓝光LED晶片及该第三绿光LED晶片上的正极接线垫及负极接线垫分别连接至PC板上的正极接线垫及负极接线垫上。2.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该PC板上的金属反射层及接线垫是铜或金，其厚度为1000埃-20000埃，较佳为2000埃-5000埃。3.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该红光LED晶片是P型InGaP磊晶在n型GaAS基板上的pn结二极管，其大小为400μm-1000μm的长方形。4.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该红光LED晶片的红光正极的一侧具有一长条形的金属反射层作红光正极接线垫。5.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该蓝光LED晶片是透明的蓝宝石上磊晶n型InGaN及P型InGaN所得的pn结二极管，其大小为300μm-900μm的长方形。6.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该蓝光LED晶片的蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层作蓝光正极接线垫及反射红光及蓝光，负极是蚀刻除去一长条形的P型InGaN后溅镀一层金属反射层作负极接线垫。7.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该绿光LED晶片是在透明的蓝宝石上磊晶n型InGaN及P型InGaN所得的pn结二极管，其大小为200μm-800μm的正方形。8.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该绿光LED晶片的绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层作蓝光正极接线垫及反射红光及蓝光，负极是蚀刻除去一方形的P型InGaN后溅镀一层金属反射层作负极接线垫。9.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该金属反射层是铜或金，其厚度为1000μm-20000μm，较佳2000μm-5000μm。10.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该透明导电层氧化铟(In2O3)或氧化锡(SnO2)，厚度为200埃-10000埃，较佳为500埃-1000埃。11.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于该方形的正极的金属反射层及负极接线垫是铝或金，其宽度为50μm-200μm，较佳为100μm。12.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于叠置结合是加热基底至450-550C的金属共熔点而熔合结合的。13.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于叠置结合是以超声波熔合结合。14.根据权利要求1所述的叠置三原色发光二极管的封装结构，其特征在于叠置结合是以透明粘胶粘合。15.一种叠置三原色发光二极管封装的偏压方法，其特征在于利用调变偏压分别供应红光LED、蓝光LED及绿光LED，使其光强度改变而改变其彩色。16.一种叠置黄光LED晶片、蓝光LED晶片与红光LED晶片、绿光LED晶片并列构成彩色LED的封装结构，是利用金属反射层及透明导电层将黄光LED晶片及蓝光LED晶片叠置结合于PC板上，另将红光LED晶片及绿光LED晶片叠置结合于PC板上相邻的位置而成并列封装的彩色光LED，其特征在于至少包括(a)一PC基板，其上镀一层金属反射层并形成图案，包含晶片接合垫、一红光正极接线垫、一蓝光正极接线垫、一黄光正极接线垫、一绿光正极接线垫、及一公共负极接线垫；(b)一第一黄光LED晶片，具有一金属反射层的黄光负极及一透明导电层的黄光正极，该黄光正极的一侧具有一长条形的金属反射层作黄光正极接线垫及反射黄光；(c)一第二蓝光LED晶片，具有一透明导层的蓝光负极及一透明导电层的蓝光正极，该蓝光正极的一侧具有一方形的金属反射层作蓝光正极接线垫及反射黄光及蓝光，并具有一长条方形的金属反射层作负极接线垫，该蓝光LED晶片直接叠置于前述黄光LED晶片上，予以结合；(d)一第三红光LED晶片，具有一金属反射层的红光负极及一透明导电层的红光正极，该红光正极的一侧具有一长条形的金属反射层作红光正极接线垫及反射红光；(e)一第四绿光LED晶片，具有一透明导电层的绿光正极及一透明导电层的绿光负极，该绿光正极的一侧具有一方形的金属反射层作绿光正极接线垫及反射红光及绿光，并具有一长条形金属反射层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张修恒，
申请(专利权)人：张修恒，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]