專利名稱：在透明或半透明襯底上形成的半導體發光元件的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及電子裝置，特別是涉及形成于和置于透明或半透明襯底上的半導體發光元件，提供更有效和更均勻的光照分布，因而改善物品或物體在夜間或暗光環境中的觀看。襯底可以由被照明物體的保護外殼、透鏡或蓋子構成，或作為被照明物體的保護外殼、透鏡或蓋子的一部分。
背景技術：
照明廣泛用于電子工業產品，范圍遍及蜂窩電話、計算器、手表、掌上計算機、全球定位單元和定位裝置。照明裝置還用在許多其他工業，如汽車、標牌、廣告、和裝飾。
發光二極管與諸如電致發光、磷光、熒光元件、及LCD和白熾元件等競爭的發光元件比較，在諸如大小、價格、顏色可變、可靠性、和功率消耗方面，具有許多優點。
半導體發光二極管已經用于蜂窩電話、手表、和其他電子裝置，但正如美國專利6017127-Timex，3899871-Seiko，4115994-Tomlinson所說，由于半導體發光二極管被置于下面、埋入水晶內、或在接受照明的透光物體的一側，所以它們的照度受到限制。
電致發光，本文以下稱為EL，已經廣泛用于電子工業，并且常常放在物品或物體下面，如手表表盤或其他表面的下面，如美國專利3,749,977-Sliker、4775964-Timex、4208869-Hanaoka中所述。在這些參考文獻中，是朝上向著觀看者提供直接照明的，任何審美角度都受制約。EL的另一個缺點，在于它們需要復雜的輔助電路和向消費市場提供有限的顏色。
發明內容
因此，本發明的一個目的，是提供一種觀看物品或物體的改進且有效的照明設備，通過布置照明裝置，引導光向著要照明的對象方向，以便更易于觀看、更有效、又不太刺激觀看者。
本發明的又一個目的，是免除半導體發光二極管的封裝，包括反射的定向錐體和周圍的玻璃或塑料保護套，從而只剩下原始形式的發光元件，當把這種原始形式的發光元件放在透明的或半透明襯底的下表面時，它以180度角輻射，又當它處于關閉模式時，不發光的發光設備實際上是看不見的。
本發明的另一個目的，是提供一種用于電子裝置的照明裝置，取消用任何EL作為主要照明源及其相關的電路，這些電子裝置如蜂窩電話、手表、掌上計算機、全球定位單元、定位裝置、汽車、標牌、廣告和裝飾裝置。
另一個目的是，把紅、綠、和蘭配置的半導體發光二極管芯片，集中地，或按選取的襯底區域組合起來，由一電路或帶有限流電阻的ASICS芯片獨立地調節，以提供不受限制的光譜顏色。
另一個目的是，允許恒定的或預編程的照明變化，這種變化，可由帶有預編程的電子電路或可編程的ASICS芯片的電源啟動，同時受致動開關控制，這些致動開關可以緊靠物品或物體放置。
本發明的這些和其他目的，連同本發明的特征和優點，從下面的優選實施例、附于后面的權利要求書、及附圖的詳細解說，可以看得很清楚。
本文公開的一種照明裝置，由透明、半透明、或不透明的襯底構成。用薄膜淀積技術，在襯底上形成多根導線。這些導線可以包括若干共同伸延的層，包括鉻層、鎳層、和金層。然后加上覆蓋并保護這些導線的保護層。
該裝置還包括一個或多個發光元件，每一元件由形成半導體結的半導體材料構成。重要的是，沒有設置透鏡來會聚這些元件發的光，從而確保從該裝置發出的光是均勻分布的。最好是，把發光元件或各發光元件，封裝在一側有連接凸緣的倒裝片中。因此，該芯片可以直接與導線連接。
該裝置可以由安排多種顏色的組的若干發光元件構成。每一組包括紅、綠、和蘭的元件。然后，可以激勵各組以形成靜止的或活動的彩色圖像。
圖1畫出按照本發明構造的照明裝置的平面圖；圖2是圖1裝置的斷面圖；圖3是放大了的斷面圖，畫出帶有導線細節的照明裝置；圖4畫出引用本主題照明裝置的手表的斷面圖；圖5是圖4手表的放大了的斷面圖；和圖6畫出帶有多種顏色發光元件的襯底。
具體實施例方式
圖1和2畫出按照本發明構造的照明裝置。裝置10包括襯底12，該襯底在本發明的一個實施例中，由透明或半透明材料如玻璃、石英、或水晶構成。襯底可以如圖1所示的圓形、矩形、方形、或任何需要的其他規則或不規則的形狀。兩根導線14、16，用半導體技術形成在襯底上，后面還要更詳細說明。導線14、16從兩個連接器18A、18B伸延，該兩個連接器18A、18B最好放在靠近襯底12的邊緣。導線14、16的另一端分別由焊點20A、20B構成。發光元件22固定在焊點20A、20B上(圖1中，元件22以虛線表示)。最好是，提供的元件22采取只在一個表面22A有連接凸緣(未畫出)的倒裝片形式。倒裝片及把倒裝片粘附在襯底的方法，例如公開在美國專利No.5,869,886中(本文引用，供參考)。因此，能夠把元件22牢固地安裝在襯底12上，在其上表面22A無需任何連接器或引線。元件22的取向，要使它被導線14和16的電流激發時，它發出的光如圖2的光線R所示。或者，代替倒裝片，元件22可以是表面22A和22B上各有一連線的發光元件，如在一般已知的美國專利No.6,106,127所示，本文引用該專利，供參考。該種發光元件有各種顏色，可從Hewlett Packard Company的子公司Agilent Technologies和日本的Sharp Corporation購得。
發光二極管是半導體裝置，各種各樣大小、功率輸出顏色、配置、等等，都可以容易購得。典型的發光二極管包括發光元件和透鏡。發光元件由兩種形成結的半導體材料構成，當電流流過該結時，就發出光。然后，發出的光被透鏡截取并導向預定的方向。據本發明人所知，現在還沒有可用的、只有發光元件而沒有透鏡的照明裝置。但是，本發明人已經公開，可以有效地利用沒有透鏡的發光二極管元件，同時公開該元件22如何最佳地使用。一種具有該種配置的照明裝置，如裝置10，也就是一種不帶透鏡的發光元件的使用，有若干優點首先，它能更均勻地并在更大的面積上照亮物體。其次，發光元件和它的導線能做得如此地小，以致基本上是看不見的，因而能向任何被這樣照明的物體提供有趣的和有吸引力的審美角度。
導線14和16是用本領域熟知的標準薄膜技術，在襯底12上形成的。例如，這些導線可按如下順序形成a.用例如旋轉涂布器，在襯底12上涂布光致抗蝕材料；b.把襯底烘烤一段足以使光致抗蝕材料固化的時間(例如30分鐘)；c.用對準器把負掩模放在光致抗蝕材料上，該掩模形成與導線形狀對應的圖形；d.在UV光中把掩模曝光；e.把襯底浸入光致抗蝕材料的顯影液中，除去已曝光的光致抗蝕材料；f.把襯底裝入等離子拋光器(asher)中，用氧清潔；g.把襯底放入真空室中；h.用電極束蒸發，把金屬淀積在襯底上；i.讓襯底冷卻，然后從真空室中移出；j.把襯底浸入酸中，除去剩余的光致抗蝕材料。
最好是，該過程在大片的襯底上進行，以便同時制作例如排成兩維陣列的許多照明裝置。在步驟(j)之后，可以檢查最后的產品，并切割成需要的大小和形狀。
導線可以用上述過程或其他類似過程，在襯底上整體地形成，且可以由金、銀、銅、鎳以及各種有較低電阻率的合金制成。此外，已經發現，可以用多層取代用單一金屬的層來形成導線。例如，在步驟(h)，可以淀積三種不同的層，如圖3所示一層鉻Cr，它與玻璃襯底12結合良好；一層鎳Ni，它容易焊接；和一層金Au，它有非常小的電阻。最后，在金層的上部可以加上不導電的樹脂，以便在處理時保護導線。
第一層，或叫粘附層，也可以用鈦或鈦鎢合金形成。第二層也可以用鉑或鈀形成。第三層可以用銀、銅和其他合金形成。第二層和第三層可以互換。
另外，導線14、16可以用透明材料或半透明材料如氧化錫銦形成(ITO)。
圖4和圖5畫出手表30的截面圖，同時表明如何使用本主題發明。手表30包括外殼32、有標記36的表盤34。軸38用于按常規方式旋轉兩根表針40、42。放在表針40、42上部的是帶有導線14、16和發光元件22的襯底12，發光元件22的取向朝下，以便照明表盤34和表針40、42。
從圖5可以更清楚看到，在表盤34下設置的IC芯片44提供的邏輯，用于表針40、42的運動和/或用于發光元件22。通過聯接46，把芯片44與導線14、16連接起來。
應當指出，襯底12對適當保護手表可能太易碎，因此，也可以用額外保護的水晶或其他的透明片(未畫出)來增強襯底12。
在本發明一個另外的實施例中，表盤34可以從底部照明，代替或者同時從頂部照明。在該實施例中，表盤34可以用透明或半透明材料制成，而照明裝置12A放在表盤32之下，基本上類似于裝置12。按此配置，裝置12A的發光元件(未畫出)是朝上的，使它的光穿過表盤32。優點是，裝置12A能夠作為分立元件制作，或者能夠與芯片44或表盤34成為一整體。
示于圖1-3的本主題裝置，已經就照明手表的應用加以說明，但是，該裝置也可以用于照明許多其他設備，如各種電子裝置，包括蜂窩電話、計算器、PDA、等等。
元件22能夠以單一波長發光，或者，也可以適于發射若干波長，例如，借助在同一襯底上提供若干半導體結。在后一種配置中，需要附加的引線來對裝置提供適當的激勵。
圖6畫出本發明的另一個實施例，其中有多個發光元件，如在襯底12′上的元件22A、22B、和22C。當然，這些元件可以按任何需要的圖形分布在襯底12′上，并在該襯底上產生靜止的或活動的圖像。每一元件可以與向這些元件提供激發的導線C連接。在該圖中，畫出的導線C是沿徑向圖形形成的。但是，導線也可以按任何圖形安排。此外，也可以向每一元件提供兩根導線，或者共用一些導線，特別是如果在某一時間激發多于一個元件時。
通過把這些元件上相關的導線，連接至適當的機構和/或本領域熟知的電子開關，對這些元件進行激勵。
多種顏色配置中的發光元件，可以形成紅、蘭、綠元件的組，于是，當適當地激發時，能夠用各元件形成彩色的圖像。
顯然，在不偏離本發明附于后面的權利要求書規定的范圍下，可以對本發明作許多其他修改。
權利要求
1.一種半導體照明裝置，包括襯底；放在該襯底上并有兩端的多根導線；和封裝在倒裝片內并粘附于所述端的發光元件。
2.按照權利要求1的裝置，其中所述襯底是透明的。
3.按照權利要求1的裝置，其中所述襯底是不透明的。
4.按照權利要求1的裝置，其中所述發光元件適于產生多種顏色的光。
5.一種半導體照明裝置，包括襯底；放在所述襯底上的多根導線；和粘附于所述襯底和粘附于接收激勵信號的所述導線的多個發光元件。
6.按照權利要求5的裝置，其中每一所述發光元件產生不同顏色的光。
7.按照權利要求5的裝置，其中，所述多個發光元件被封裝在倒裝片內，該倒裝片內有連接凸緣的表面，所述連接凸緣在電上與所述導線連接。
8.按照權利要求5的裝置，其中，所述導線包括若干層，內有導電材料形成的第一層，以及保護層。
9.按照權利要求5的裝置，各導線包含若干共同伸延的層，內含鉻層、鎳層、和金層，鉻層是淀積在襯底上的。
10.按照權利要求9的裝置，還包括用于保護的保護層，形成在其他層的上部。
11.按照權利要求9的裝置，其中所述襯底是玻璃。
12.一種制作照明裝置的方法，步驟包括提供一種襯底；在所述襯底上，用薄膜技術淀積多根導線；在所述襯底上，安裝發光元件，使所述發光元件在電上與所述導線耦合。
13.按照權利要求12的方法，其中所述襯底是透明的玻璃。
14.按照權利要求12的方法，其中淀積所述導線的所述步驟，包括在玻璃上淀積一層Cr，在Cr上淀積一層Ni，和在Ni上淀積一層Au。
15.按照權利要求14的方法，還包括在Au上淀積一層保護樹脂。
16.按照權利要求12的方法，還包括把發光元件安裝在一側表面有連接凸緣的倒裝片封殼上，并把所述凸緣連接至所述導線。
17.按照權利要求12的方法，其中所述發光元件是沒有透鏡的，所以它們的光不是會聚的。
18.按照權利要求12的方法，還包括把發光元件在所述襯底上按三個一組地排列。
19.按照權利要求18的方法，其中每一組包括紅的、綠的、和蘭的元件。
全文摘要
本發明提供一種放在外殼(32)內的發光裝置倒裝片(34)。
文檔編號H01L25/075GK1470075SQ01817250
公開日2004年1月21日 申請日期2001年8月27日 優先權日2000年9月12日
發明者米凱利·吉蓮·富沃薩, 凱威·道胡沃, 米凱利 吉蓮 富沃薩, 道胡沃 申請人:燈光邏輯有限公司