發光器件和方法與流程
2023-09-16 17:44:20
發光器件和方法相關申請的交叉引用本申請要求於2010年11月22日提交的美國臨時專利申請序列No.61/416,184和2011年5月10日提交的美國部分繼續專利申請序列No.13/104,558的優先權，所述專利申請以全文引用的方式併入本文中。本申請涉及2010年11月22日提交的美國設計專利申請序列No.29/379,636、2011年2月16日提交的美國部分繼續專利申請序列No.13/028,972和2011年10月26日提交的美國專利申請序列No.13/282,172。技術領域本文公開的主題總體上涉及發光器件和方法。更具體地，本文公開的主題涉及包括至少一個圖案和/或發光二極體（LED）陣列的發光器件和方法。
背景技術：
諸如發光二極體（LED）的發光器件可以封裝用於提供白光（例如，感知為白色或接近白色），並且正在發展成為白熾燈、螢光燈和金屬滷化物高強度放電（HID）燈產品的替代品。LED器件的代表性示例包括具有至少一個LED晶片的器件，LED晶片的一部分可塗覆有例如釔鋁石榴石（YAG）的螢光體。螢光體塗層可將一個或多個LED晶片發出的光轉化為白光。例如，LED晶片可以發出具有期望的波長的光，螢光體反過來可發出例如峰值波長為大約550nm的黃色螢光。觀察者感覺發出的混合光為白光。作為螢光體轉化白光的替換，紅色、綠色和藍色（RGB）波長的發光器件可以組合於一個器件或封裝或器件中以產生感覺為白色的光。儘管市場中有各種LED器件和方法可用，仍然需要適於工業和商業照明產品以及傳統光源的替代品的改進的器件和改進的器件製造能力，傳統光源諸如50至100瓦特的HID和高瓦數緊湊型螢光（CFL）燈、室外照明產品、室內燈具和改進的燈泡。仍然需要適應於低電壓至高電壓應用範圍的改進的器件。本文描述的LED器件和方法可以有利地提高發光性能並且適應於各種低電壓至高電壓應用，同時促進易於製造性。
技術實現要素：
根據本公開，提供的新穎的發光器件和方法非常適合包括工業和商業照明產品的多種應用。因此，本文中的本公開的目標在於提供包括優化的發光器件的至少一種圖案、布置和/或陣列以提高光輸出性能並且適應於各種低電壓至高電壓應用，同時節能。通過本文公開的主題至少整體或部分實現了根據本文的公開可變得明顯的本公開的這些和其它目標。附圖說明在說明書的包含參照附圖的剩餘部分更具體地陳述了包含對於本領域的普通技術人員來說屬於最好的模式的本主題的完整和授權公開，其中：圖1示出根據本公開內容的發光器件的實施例的頂視圖；圖2示出根據本公開內容的發光器件的實施例的側視圖；圖3A和3B示出根據本公開內容的具有發光二極體（LED）的一個或多個圖案的發光器件的實施例的頂視圖；圖4示出根據本公開內容的具有LED的一個或多個圖案的發光器件的實施例的頂部透視圖；圖5示出根據本公開內容的發光器件的實施例的頂視圖；圖6示出根據本公開內容的發光器件的發光區域的第一橫截面圖；圖7示出根據本公開內容的發光器件的發光區域的第二橫截面圖；圖8示出根據本公開內容的發光器件的頂視圖；圖9示出根據本公開內容的發光器件的間隙區域的橫截面圖；圖10示出根據本公開內容的發光器件的頂視圖；圖11至圖14B示出根據本公開內容的具有LED的一個或多個圖案的發光器件的實施例的頂視圖；以及圖15A和圖15B示出根據本公開內容的用於LED器件的管芯附接（dieattach）。具體實施方式現在將詳細參照本文主題的可能的方面或實施例，圖中示出了這些方面或實施例的一個或多個示例。提供各個示例以解釋主題但不作為限制。事實上，示出或描述作為一個實施例的部分的特性可以用於另一實施例以產生進一步的實施例。本文公開和預期的主題覆蓋這樣的修改和變更。如各圖所示，為了說明目的相對於其它結構或部分放大了某些結構或部分的尺寸，並且因此提供這些放大的結構和部分或以描述本主題的通常結構。此外，參照形成在其它結構、部分或兩者上的結構或部分描述本主題的各個方面。本領域技術人員應該理解，所謂的形成在另一結構或部分「上」或「上方」的結構預期有另外的結構、部分或兩者可介入。所謂的形成在另一結構或部分上而沒有介入的結構或部分的結構或部分描述為「直接」形成在該結構或部分上。類似地，可以理解，當元件稱為「連接」、「附接」或「耦合」至另一元件，可以直接連接、附接或耦合至其它元件，或者存在介入元件。相反地，當元件稱為「直接連接」、「直接附接」或「直接耦合」至另一元件，則不存在介入元件。此外，諸如「上」、「上方」、「上部」、「頂部」、「下部」或「底部」的相關術語在本文中用於描述如圖中示出的一個結構或部分與另一個結構或部分的關係。應該理解，諸如「上」、「上方」、「上部」、「頂部」、「下部」或「底部」的相關術語包含了除圖中描述的取向之外的不同的器件取向。例如，如果圖中的器件倒置，描述為其它結構或部分「上方」的結構或部分現在將取向為其它結構或部分的「下方」。同樣地，如果圖中的器件沿軸旋轉，描述為其它結構或部分「上方」的結構或部分現在將取向為與其它結構或部分「鄰接」或「左側」。相同的標記表示相同的元件。根據本文描述的實施例的發光器件可以包括Ⅲ-Ⅴ族氮化物（例如，GaN）基發光二極體（LED）或製造在例如碳化矽襯底的生長襯底上的雷射器，諸如由北卡羅萊納州達勒姆的Cree公司製造並銷售的那些器件。例如，本文討論的碳化矽（SiC）襯底/層可以是4H多型碳化矽襯底/層。然而，可以使用諸如3C、6H和15R多型的其它碳化矽候選多型。來自本主題的受讓人，美國北卡羅來納州達勒姆的Cree公司的合適的SiC襯底是可用的，並且用於生產這樣的襯底的方法在科學文獻和多個共同受讓的美國專利中陳述，包含但不限於美國專利No.Re.34,861、美國專利No.4,946,547和美國專利No.5,200,022，這些專利的公開以全文引用的方式併入本文中。如在本文中所使用，術語「Ⅲ族氮化物」指的是那些形成在氮和一個或多個通常為鋁（Al）、鎵（Ga）和銦（In）的周期表的Ⅲ族元素之間的半導體化合物。該術語也指諸如GaN、AlGaN和AlInGaN的二元、三元和四元化合物。Ⅲ族元素可以組合氮以形成二元（例如，GaN）、三元（例如，AlGaN）和四元（例如，AlInGaN）化合物。這些化合物可以具有一摩爾氮組合一摩爾全部Ⅲ族元素的化學實驗式。因此，諸如AlxGa1-xN（1＞x＞0）的實驗式經常用於描述這些化合物。Ⅲ族氮的外延生長的技術已經得到充分的發展並且在合適的科學文獻中報導。雖然本文公開的各種LED的實施例包括生長襯底，本領域技術人員將理解可以去除其上生長有包括LED的外延層的晶體外延生長襯底，獨立式外延層可以安裝於具有比原襯底更好的熱、電氣、結構和/或光學特性的替代載體襯底或基板上。本文描述的主題不限於具有晶體外延生長襯底的結構而可以與已經將外延層從它們的原生長襯底去除並接合至替代載體襯底的結構一起使用。例如，可以在生長襯底（諸如碳化矽襯底）上製造根據本主題的某些實施例的基於Ⅲ族氮化物的LED以提供水平器件（在LED的同一側都有電觸點）或垂直器件（在LED的相對側有電觸點）。此外，生長襯底可以在製造或去除（例如，通過蝕刻、研磨、拋光等）之後保持在LED上。例如，可以去除生長襯底以減小產生的LED的厚度和/或減小通過垂直LED的正向電壓。例如，水平器件（具有或沒有生長襯底）可以倒裝接合至（例如，使用焊接）載體襯底或印刷電路板（PCB）或是導線接合的。垂直器件（具有或沒有生長襯底）可以具有接合至載體襯底、安裝焊盤或PCB的第一端子焊料和接合至載體襯底、安裝焊盤或PCB的第二端子焊料。通過Bergmann等人的美國公開No.2008/0258130和Edmond等人的美國公開No.2006/0186416的示例討論了垂直和水平LED晶片結構的示例，所述公開以它們全文引用的方式併入本文中。LED可至少部分塗覆有一層或多層螢光體，螢光體吸收至少一部分LED光並發出不同波長的光，以使得LED發出來自LED和螢光體的光的組合。在一個實施例中，LED發出LED和螢光體光的白光組合。可以使用許多不同的方法塗覆和製造LED，在均題為「WaferLevelPhosphorCoatingMethodandDevicesFabricatedUtilizingMethod」的美國申請專利序列No.11/656,759和11/899,790中描述了一種合適的方法，兩者以引用的方式併入本文中。替代地，可以使用其它方法，諸如電泳沉積（EPD）來塗覆LED，在題為「CloseLoopElectrophoreticDepositionofSemiconductorDevices」的美國專利申請序列No.11/473,089中描述了合適的EPD方法，其也以引用的方式併入本文中。應當理解，根據本主題的LED器件和方法也可以具有不同顏色的多個LED，其中的一個或多個可以是發白光的。現在參照圖1至15B，圖1示出總體標記為10的發光或LED器件的頂視圖。LED器件10可以包括襯底12，總體標記為16的發光區域設置在襯底12之上。在一方面，發光區域16可以相對於LED器件10基本上設置於中央。替換地，發光區域16可以設置於LED器件10之上的任意位置，例如角落中或鄰近邊緣。在一方面，發光區域16可以包括基本圓形形狀。在其它方面，發光區域16可以包括例如基本正方形、橢圓形或矩形形狀的任意其它合適的形狀。LED器件10可以包括單個發光區域16或多個發光區域16。特別地，LED器件10可以包括發光區域形式的均勻光源，這可以為製造商簡化需要單個組件的燈產品的製造工藝。LED器件10還可以包括至少部分設置於發光區域16周圍的保持材料14，保持材料14可以稱為壩(dam)。保持材料14也可以設置於至少一個諸如齊納二極體44（圖9）的靜電放電（ESD）保護器件之上。在某些方面，保持材料可以設置於兩個電氣元件（圖8）之間串聯的兩個齊納二極體44之上。襯底12可以包括任意合適的安裝襯底，例如印刷電路板（PCB）、金屬核印刷電路板（MCPCB）、外部電路或任意其它可以在其之上安裝和/或附接諸如LED的發光器件的合適襯底。發光區域16可以與襯底12電連通和/或熱連通。在發光區域16和襯底12之間可以設置一個或多個介入層，使得發光區域16間接設置於襯底12之上，由此與襯底12間接電連通和/或熱連通。替換地，發光區域16可以直接安裝於襯底12之上，由此與襯底12直接電連通和/或熱連通或連接。在一個方面以及例如僅僅沒有限制的，襯底12可以包括22毫米（mm）×22-mm的小尺寸正方形覆蓋區。在另外的方面，襯底12可以包括任意合適的尺寸和/或例如圓形或矩形的形狀。發光區域16可以包括多個LED晶片或設置於諸如圖7中示出的填充材料40之中和/或下方的LED25。LED25可以包括任意合適的尺寸和/或形狀。例如，LED25可以具有矩形、正方形或任意其它合適的形狀。在一方面，填充材料40可以包括密封劑，該密封劑具有預定或選擇性的量的螢光體和/或例如適用於白光轉換的任意期望光發射的量的流明體（lumiphor）。填充材料40可以與多個LED25發出的光相互作用，使得可以觀察到可感知的白光或任意合適的和/或期望的波長的光。可以使用任意合適的密封劑和/或螢光體的組合，並且可以使用用於產生期望的光發射的不同螢光體的組合。在其它方面，填充材料40可以包括模製透鏡材料。填充材料40可以基本上不透明，使得發光區域16可以取決於例如所使用的螢光體的量和類型而基本上不透明（如圖1中所示出）、透明或半透明。保持（retention）材料14可以適合於分配或布置於發光區域16的至少一部分的周圍。在布置保持材料14之後，可以在設置於保持材料14的一個或多個內壁之間的空間中選擇性地將填充材料40填充至任意合適的水平面。例如，可以將填充材料40填充至等於保持材料14的高度或等於任意高於或低於保持材料的水平面。保持材料40的水平面可以是平坦的，或者任意合適方式彎曲的，諸如凹或凸的。仍參照圖1，LED器件10還可以包括至少一個總體標記為20的開口或孔，開口或孔可以設置為貫通或至少部分貫通襯底12以便於將LED器件10附接於外部襯底或表面。例如，可以將一個或多個螺絲插入穿過至少一個孔20以固定器件10至另一個部件、結構或襯底。LED器件10還可以包括一個或多個電附接表面18。在一方面，附接表面18包括諸如焊料觸點的電觸點。附接表面18可以是任意合適的配置、尺寸、形狀和/或位置並且可以包括正或負電極端子，當正或負電極端子連接至外部電源時電流或信號會通過該正或負電極端子。當使用鍛焊、焊接或任意其它已知合適的附接方法時可以將一條或多條導線（未示出）附接並電連接至附接表面18。電流或信號可以從電連接至附接表面18的外部導線進入LED器件10並進入發光區域16以促進光輸出。附接表面18可以與包括一個或多個LED25的發光區域16電連通。附接表面18可以與第一和第二傳導性跡線33和34（見圖8）電連通，並且因此可以與使用電連接器電連接的LED25電連通。電連接器可以包括接合線（wirebond）或其它合適的部件用以將LED25電連接至第一和第二傳導性跡線34和33。LED器件10還可以包括用於表示LED器件10的給定側的電極性的指示符號或標誌。例如，第一標誌22可以包括表示LED器件10的包括正電極端子的一側的「+」符號。第二標誌23可以包括表示LED器件10的包括負電極端子的一側的「-」符號。一個或多個測試點15可以定位為與器件的正極側或負極側相鄰，用以測試LED器件10的電性質或熱性質。在一方面，測試點15可以設置為與LED器件10的負極側或端子相鄰。圖2示出LED器件10的側視圖。如圖1和圖2所示，保持材料14可以包括設置於發光區域16的至少一部分的周圍並且設置於襯底12之上的基本圓形壩（dam）。保持材料14可以分配、定位或另外布置於襯底12之上並可以包括任意合適的尺寸和/或形狀。保持材料14可以包括任意合適的反射材料並可以包括諸如矽酮或環氧樹脂材料的透明或不透明白色材料。可以使用諸如二氧化鈦（TiO2）的填料顆粒並將其添加至保持材料14，用於提供不透明材料。可以使用自動分配機器將保持材料14分配或沉積到位，其中可以形成任意合適的尺寸和/或形狀的壩。在一方面，可以分配為所示的圓形形狀，儘管也可以例如提供諸如矩形配置、彎曲配置和/或期望配置和橫截面形狀的任意組合的任意其它配置。圖2示出LED器件10的側視圖，保持材料14可以包括倒圓角的外壁24，使得保持材料14與襯底12相對的上表面是倒圓角的。保持材料14的倒圓角的或彎曲的外壁24可以進一步增加由LED器件10反射的光的量。保持材料14可以包括本領域已知的任意材料，例如含有7%氣相二氧化矽+3%TiO2+甲基矽酮的矽酮材料。如圖3A和3B示出，在線接合一個或多個LED25之後可以分配保持材料14以使得保持材料14設置於接合線26之上並至少部分覆蓋接合線26以在保持材料14內包含至少諸如每一條接合線26的一端的一部分。在圖3A和3B中，用於給定的一組LED，諸如LED25的第一和最後或最外邊緣的LED25A的接合線26設置於保持材料14內。在一方面，在分配期間室溫下可以使保持材料14「找平」，用以精確的體積和/或高度控制。TiO2的添加可以增加發光區域16周圍的反射以進一步最優化LED器件10的發光。可以添加氣相二氧化矽作為觸變劑。分配保持材料14可以實現增大的板空間和承受更高電壓的能力。在某些方面，LED器件10可以工作於42伏特（V）或更高。圖3A、3B和4示出沒有填充材料40的層的發光區域16。圖3A和3B示出LED器件10和包括至少一種LED的圖案或布置的發光區域16。LED25可以布置、設置或安裝於傳導焊盤30上方。LED25可以布置或設置於可以包括一串或多串LED的多組LED中，並且給定的一組LED例如可以是串聯電連接或任意其它合適配置的一串或多串LED。可以提供多組LED，並且每一組LED可以平行於其它一組或多組LED布置。如本文中進一步描述的，任意給定組或串的LED中的LED可以按照任意合適的圖案或配置布置，並且甚至給定組或串的LED中的LED可以按照一種或多種不同的圖案或配置布置或設置。例如，圖3A示出以例如第一圖案P1、第二圖案P2和第三圖案P3的三種圖案布置的至少3組LED。圖案P1、P2和P3中的每一種可以包括整個發光區域16範圍內一致的圖案設計。可以使用圖案P1、P2和P3中的多種。可以按照任意合適的配置替換或布置圖案P1、P2和P3中的每一種。為了說明的目的，僅示出三種圖案。預期有任意數量的圖案或布置，並且圖案可以包括任意合適的設計，例如LED可以至少在至少兩個方向上基本對準的棋盤設計或網格設計或布置。圖3B示出以組合圖3A中示出的圖案P1、P2、P3中的一種或多種的例如第一圖案P1A、第二圖案P2和第三圖案P3A圖案布置的至少三組LED。例如，圖案P1A和P3A可以包括多種圖案的組合。在一方面，圖案P1A可以包括網格布置或圖案和直線布置或圖案。在一方面，圖案P3A可以包括棋盤和直線圖案設計。圖案P1A和P3A中的每一種可以包括14個LED25，每一種圖案設計7個LED。為了說明的目的，僅示出兩種組合。然而，請注意，每一組LED可以包括具有大於兩種圖案的組合。仍參照圖3A和3B，傳導焊盤30可以導電和/或導熱並且可以包括任意合適的導電和/或導熱材料。在一方面，傳導焊盤30可以包括導電金屬。在圖3A示出的一方面，發光區域16可以包括在傳導表面或傳導焊盤30之上以單個圖案布置的一個或多個LED25。替換地，可以提供的LED是諸如圖3B示出的布置在傳導焊盤30之上的LED25的多個圖案的LED的組合。如上所述，發光區域16可以包括不同的布置或圖案的組合，例如第一圖案P1、第二圖案P2和/或第三圖案3的組合，用以最優化發光和器件亮度。設置於傳導焊盤30之上的每一組或每一串LED25可以包括最外面的LED25A，其間設置有一個或多個LED25。每一串LED25可以包括相同或不同的圖案，例如圖案P1、P2和P3。多串LED25可以包括相同和/或不同顏色或特徵（bins）波長的二極體，並且為了實現期望的波長的發射光，可以將不同顏色的螢光體用於設置在相同或不同顏色的LED25之上的填充材料40中（圖7）。LED25的一種或多種圖案可以包括發光區域16中的LED的陣列。圖3A、3B和圖4示出包括例如10行或10串LED25的發光區域16。每一串LED25可以包括電連接於可以連接至各自的電氣元件的最外面的LED25A之間的任意合適數量的LED。在一方面，每一串LED250可以包括至少14個LED。在一方面，LED器件可以包括布置為陣列的至少140個LED。此處的布置、圖案和/或多種圖案的組合可以包括用於最優化從LED器件10發出的光的顏色均勻性和亮度的陣列。可以使用附接相鄰LED25的接合焊墊的一條或多條接合線26以使LED串聯電連接。在如圖3A所示的一個方面，第一圖案P1可以包括第一和第十串的14個LED25。第一圖案P1可以包括兩個相對行的LED25，這些LED25設置於該串聯的第一和最後的或最外面LED25A之間。在一方面，第一圖案P1包括此處稱為的網格布置、圖案或設計，其中至少兩個LED在至少兩個方向上至少基本對齊，並且包括在一組或一串LED的相對端處單個未對齊的LED。包括第一圖案P1的LED25中的每一個可以串聯電連接。在一方面，第二布置或第二圖案P2可以設置為與第一圖案P1相鄰，例如位於第二和第九串LED25處。在一方面，第二圖案P2可以包括總共14個LED25，其中14個LED25中的每一個可以布置為沿著直線設計或布置的水平線彼此相鄰，並且14個LED25中的每一個可以串聯電連接。任意合適數量的LED25可以以任意合適的配置或布置連接，諸如串聯以形成具有合適圖案的串。當串聯LED25時必須注意，以使得前一個LED的正電極或負電極電連接至其後的LED的相反電極性的電極，用於使電流正常地流過該串LED25。圖3A示出的第三圖案P3可以包括具有串聯電連接的LED25的棋盤設計或布置的棋盤圖案。在一方面，至少14個LED25可以包括棋盤圖案，並且第三圖案P3可以設置於具有第二圖案P2的多串LED之間和/或與第二圖案P2的多串LED交替。棋盤圖案或第三圖案P3可以包...