具有模製波長轉換層的發光裝置的製作方法
2023-10-04 10:27:44 1
專利名稱：具有模製波長轉換層的發光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及波長轉換的發光裝置。
背景技術：
包括發光二極體(LED)、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射器二極體(VCSEL)、以及邊緣發射雷射器的半導體發光裝置是目前可以利用的最有效的光源。目前在製造能夠跨越可見光譜範圍工作的高亮度發光裝置中所感興趣的材料系統包括III-V族半導體，特別是，鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，其也被稱為III族氮化物材料。典型地，III族氮化物發光裝置通過藉助於有機金屬化學氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)、或者其它外延技術在藍寶石、碳化矽、III族氮化物、或者其它合適襯底上外延生長具有不同組分和摻雜濃度的半導體層的堆疊來製作。堆疊通常包括在襯底上形成的、摻雜有例如Si的一個或者多個n型層，在n型層或者多個n型層上形成的有源區中的一個或者 多個發光層，以及在有源區上形成的、摻雜有例如Mg的一個或者多個p型層。在n型區和P型區上形成電接觸。圖I圖示了在US 7，352，011中更詳細描述的LED，其通過引用併入於此。LEDlO安裝在支撐結構上(圖I中未示出)。內部的透鏡64模製到LEDlO上方。透鏡64以如下方式形成具有透鏡64的形狀的模具被設置在LEDlO上方。模具可以襯有非粘性薄膜。模具填充有合適的透明熱固性液體透鏡材料，例如，矽樹脂或者環氧樹脂。真空密封在支撐結構的邊緣和模具之間生成，並且兩部件彼此壓靠，以使得每個LED管芯10被插入液體透鏡材料中，並且透鏡材料被壓縮。模具然後被加熱到大約150攝氏度(或者其它合適的溫度)持續一段時間以使透鏡材料硬化。支撐結構然後與模具分離。在獨立的模製步驟中(使用具有更深和更寬凹口的模具)，任何厚度的外部磷光體/矽樹脂外殼66直接在內部透鏡64上方形成。外部透鏡68可以通過使用另一個模具來在磷光體/矽樹脂外殼66上方形成，以進一步地成形光束。
發明內容
本發明的目的是提供一種在柔性薄膜中的波長轉換材料，其被模製到光源上方。在一些實施例中，波長轉換材料的厚度可以被嚴格控制。在本發明的實施例中，包括波長轉換材料的柔性薄膜設置在光源上方。柔性薄膜符合預定的形狀。在一些實施例中，光源是安裝在支撐襯底上的發光二極體。二極體與模具中的凹口對齊，以使得柔性薄膜布置在支撐襯底和模具之間。透明模製材料布置在支撐襯底和模具之間。支撐襯底和模具被壓在一起，以使得模製材料填充凹口。柔性薄膜符合光源或者模具的形狀。
圖I圖示了安裝在支撐結構上並覆蓋有模製透鏡的現有技術的LED。
圖2圖示了布置在模具和安裝在支撐襯底上的多個LED之間的柔性波長轉換薄膜。圖3圖示了布置在安裝在支撐襯底上的LED和襯著(lining)模具的波長轉換薄膜之間的模製材料。圖4圖示了模製到LED上方的透鏡內部的圖3的模製材料。圖5圖示了在去除模具之後的圖4的結構。圖6圖示了在去除支撐薄膜之後的圖5的結構。圖7圖示了設置在安裝在支撐襯底上的LED上方的柔性波長轉換薄膜。
圖8圖示了翻轉並且設置在模具上方的圖7的結構。圖9圖示了布置在波長轉換薄膜和模具之間的模製材料。圖10圖示了被模製到LED上方的透鏡中的圖9的模製材料。圖11圖示了在去除模具之後的圖10的結構。圖12圖示了設置在安裝在支撐襯底上的LED下面的第一波長轉換薄膜以及設置在模具上方的第二波長轉換薄膜。圖13圖示了布置在圖13中所圖示的兩個波長轉換薄膜之間的模製材料。圖14圖示了形成在LED上方的透鏡中的圖13的模製材料。圖15圖示了在去除模具之後的圖14的結構。圖16圖示了在去除支撐薄膜之後的圖15的結構。
具體實施例方式在圖I中所圖示的裝置中，使用了三個模具，第一模具用於形成透明層64、第二個較大的模具用於形成磷光體層66，以及第三個更大的模具用於形成透明層68。磷光體層66的厚度確定例如由裝置所發射的光的色溫的特徵。磷光體層66的厚度可以基於與磷光體模具的對齊的變化來變化，其會非理想地改變所發射光的特徵。例如，磷光體層66可以在IOOiim厚的範圍中。磷光體模具的模具對齊公差可以在30-50 ii m的範圍內。相對於磷光體目標厚度的高模具對齊公差可以引起磷光體厚度的變化，其非理想地偏移由裝置所發射的光的色點(color point)。在本發明的實施例中，波長轉換材料形成到柔性薄膜中，所述柔性薄膜被模製到光源(例如，半導體發光裝置)上方。薄膜可以是完全或者部分地固化的透明材料，例如，矽樹脂，其填充有磷光體。波長轉換薄膜可以獨立於模製工藝來形成，這允許嚴格控制波長轉換薄膜的厚度以及在模製之前試驗和確認薄膜的特徵。根據本發明的模製和其它工藝步驟可以如US7，352，011中所描述的來執行。在一些實施例中，波長轉換柔性薄膜在例如乙烯-四氟乙烯薄膜的支撐薄膜上形成，例如通過在支撐薄膜上方散布磷光體和矽樹脂的混合物，然後全部或者部分地固化波長轉換薄膜中的矽樹脂。波長轉換材料可以由另外的乙烯-四氟乙烯薄膜來臨時保護，其在以下描述的工藝過程之前被去除。在工藝過程之後，支撐薄膜通常從波長轉換薄膜上剝離。在一些實施例中，支撐薄膜充當釋放薄膜，其將模製透鏡從模具中釋放。在一些實施例中，例如鑽石的散熱材料可以被添加到波長轉換薄膜。在一些實施例中，例如鑽石的材料可以被添加到波長轉換薄膜以調整薄膜的折射率，從而改善光透射，和/或改善轉換。正如開始的內容，提供了一種光源。雖然在以下的例子中，光源是LED，但是可以使用任何合適的光源。同樣，雖然在以下的例子中，光源是發射藍色或者UV光的III族氮化物LED，但是可以使用除了 LED之外的半導體發光裝置和由例如其它III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材料或者Si基材料的其它材料系統所製成的半導體發光
>J-U裝直。傳統的III族氮化物LED 10通過首先在生長襯底上生長半導體結構來形成。n型區域典型地首先生長，並且可以包括具有不同組分和摻雜濃度的多個層，其包括例如預製層(如，緩衝層或者晶核形成層)，其可以是被設計成易於襯底後來的釋放或者在襯底去除後使半導體襯底變薄的n型的或者非有意摻雜的釋放層，以及被設計用於發光區所需要的特定的光學或者電學屬性以有效發光的n型或者甚至p型裝置層。發光區或者有源區生長 在n型區上方。合適的發光區的例子包括單個厚的或者薄的發光層，或者包括由勢壘層分隔的多個薄的或者厚的量子阱發光層的多量子阱發光區。P型區生長在發光區上方。類似於n型區，p型區可以包括具有不同組分、厚度和摻雜濃度的多個層，其包括非有意地摻雜的層，或者n型層。使用不同的技術來獲得至n層的電氣通路。p層和有源層的部分被蝕刻掉，以暴露用於金屬化的n層。以這種方式，p接觸和n接觸在晶片的相同一側，並且可以直接電附著到合適底座上的接觸墊。裝置可以被安裝，以使得光從頂面(即，在其上形成電接觸的表面)或者底面(即，具有反射型接觸的倒裝晶片)來提取。生長襯底可以從半導體結構去除或者可以保留為完成的裝置的一部分。在襯底去除後，半導體結構可以被減薄，以及通過去除襯底來暴露的n型區的表面可以被紋理化以改善光提取，例如，通過粗糙化或者形成光子晶體結構。相反，在垂直注入LED中，n接觸在半導體結構的一側上形成，並且p接觸在半導體結構的另一側上形成。至P或者n接觸中的一個的電接觸典型地用導線或者金屬橋來製成，並且其它的接觸與底座上的接觸墊直接結合。雖然以下的例子包括已經從其去除生長襯底的倒裝晶片裝置，但是可以使用任何合適的裝置結構。例如磷光體或者染料的一種或者多種波長轉換材料可以包括在LED上方模製的柔性薄膜中。例如TiOx顆粒的非波長轉換材料可以包括在柔性薄膜中，例如以使得光散射或者改善裝置的斷開狀態的白色外觀。柔性薄膜可以被紋理化以改變光學屬性，例如，通過對微透鏡壓紋以改善光提取。與一種或者多種波長轉換材料相組合的LED可以用來產生白色光或者其它顏色的單色光。所有或者僅僅一部分由LED所發射的光可以由波長轉換材料來轉換。雖然在以下的例子中，波長轉換材料是粉末磷光體，但是可以使用任何合適的波長轉換材料。未轉換的光可以是光的最終光譜的一部分，然而其不必須是。通常組合的例子包括與發射黃色的磷光體組合的發射藍色的LED，與發射綠色和紅色的磷光體組合的發射藍色的LED，與發射藍色和黃色的磷光體組合的發射UV的LED，以及與發射藍色、綠色、和紅色的磷光體組合的發射UV的LED。發射其它顏色光的波長轉換材料可以被添加以修改(tailor)發射自裝置的光的光譜。多種波長轉換材料可以以單個薄膜的形式來混合和形成，其形成為單個薄膜中的分立層，或者形成為多個薄膜中的混合或者分立層。在柔性薄膜中形成的波長轉換材料可以在裝置中與其它傳統波長轉換材料相結合，例如，膠合或者結合到LED的預先形成的陶瓷磷光體層，或者布置到用模版印刷、絲網印刷、噴射、沉澱、蒸發、噴濺、或者以其它方式分配到LED上的有機密封材料中的粉末磷光體。圖2-6圖示了形成本發明的第一實施例。在圖2中，安裝到支撐襯底12上的若干個LEDlO與對應於模具20中的每個LEDlO的凹口 22對齊。波長轉換柔性薄膜14布置在支撐薄膜16上。波長轉換薄膜14和支撐薄膜16布置在支撐襯底12和模具20之間。在一些實施例中，波長轉換薄膜被完全固化。在一些實施例中，支撐薄膜16是防止圖3中所描述的模製材料24粘附至模具20的材料，例如，乙烯四氟乙烯。波長轉換薄膜14的厚度取決於所使用的波長轉換材料和從裝置所發射的光的理想特徵。在一些實施例中，波長轉換薄膜14的厚度可以在10和200 iim之間，在一些實施例中在40和60 ii m之間，以及在一些實施例中為50 u m。
在圖3中，支撐薄膜16和波長轉換材料14被壓靠模具20，以使得它們襯著模具20中的凹口 22。例如，支撐薄膜16和波長轉換薄膜14可以在模具凹口上方拉伸，然後可以產生減壓的環境或者真空，其將薄膜推入如圖3中所圖示的模具凹口。模製材料24布置在模具20和支撐襯底12之間。雖然凹口 22可以採用任何合適的形狀，但是典型地凹口 22被成形為透鏡並且模製材料24是透明的。雖然模製材料24通常是矽樹脂，但是可以使用任何合適的模製材料。在圖4中，模具20和支撐襯底12被壓在一起，以迫使模製材料24填充模具20中的凹口 22並粘附到LEDlO和支撐襯底12。真空或者減壓的環境可以被應用，以將模製材料24吸入凹口 22。透鏡26在每個LEDlO上形成。模製材料24可以適合於模製材料來固化，例如，通過加熱，以形成固體透鏡26。在圖5中，模具20被去除，在每個LEDlO上方留下由模製材料24所形成的透鏡26。波長轉換薄膜14和支撐薄膜16布置在每個透鏡26上並且在相鄰透鏡之間。在圖6中，支撐薄膜16被去除。在圖6中所圖示的裝置中，波長轉換薄膜14由透鏡26與LEDlO間隔開一段距離。圖7-11圖示了形成具有與LED直接接觸的波長轉換薄膜的裝置。在圖7中，柔性波長轉換薄膜28設置在LEDlO上方，其附著到支撐襯底12。波長轉換薄膜28可以具有與以上所述的波長轉換薄膜14相同的特徵，並且可以在支撐薄膜上形成。在一些實施例中，波長轉換薄膜28僅僅部分地被固化。在圖8中，LEDlO與對應於模具20中的每一個LEDlO的凹口 22對齊。在圖9中，模製材料24布置在模具20和波長轉換薄膜28之間。模具20可以襯有可選的釋放薄膜，其未在圖9中所示出。在圖10中，模具20和支撐襯底12被壓在一起，以迫使模製材料24採用模具20中凹口 22的形狀，從而在每個LEDlO上方形成透鏡26。模製材料24迫使波長轉換薄膜28符合LEDlO和支撐襯底12的形狀並且粘附到LEDlO和支撐襯底12。模製材料24粘附到波長轉換薄膜28。模製材料24可以如以上所述被固化。在圖11中，模具20被去除。殘留在透鏡26上方的釋放薄膜也被去除。在圖11中所圖示的裝置中，波長轉換薄膜28與LEDlO和LEDlO之間的支撐襯底12直接接觸。透鏡26布置在波長轉換薄膜28上方。圖12-16圖示了形成具有兩個波長轉換薄膜的裝置。在圖12中，柔性波長轉換薄膜28設置在LEDlO和支撐襯底12上方，正如以上參考圖7所述。波長轉換薄膜28可以在支撐薄膜上形成，並且在一些實施例中被部分固化。如以上參考圖2所述的波長轉換薄膜14和支撐薄膜16設置在模具20上方。在一些實施例中，波長轉換薄膜14被完全固化。模具20中的凹口 22與LEDlO對齊。在圖13中，波長轉換薄膜14和支撐薄膜16被壓到模具20中的凹口 22內，以使得它們襯著模具20，正如以上參考圖3所描述的。模製材料24分配在波長轉換薄膜28和波長轉換薄膜14之間。在圖14中，模具20和支撐結構12被壓到一起。模製材料24填充模具20中的凹口 22，以在LEDlO上方形成透鏡。模製材料24迫使波長轉換薄膜28符合LEDlO和支撐襯 底12的形狀。在圖15中，模具20被去除。在圖16中，支撐薄膜16被去除。在圖16中所圖示的裝置中，第一波長轉換薄膜28直接接觸LEDlO的頂面。透鏡26布置在第一波長轉換薄膜28的上方。第二波長轉換薄膜14布置在透鏡26上方。第一和第二波長轉換薄膜可以包括不同的波長轉換材料。在一個例子中，LEDlO可以發射藍色光,波長轉換薄膜之一可以包括發射黃色或者綠色的磷光體，波長轉換薄膜的另一個可以包括發射紅色的磷光體。在一些實施例中，可選的，附加的透明層可以模製在圖6和16中所圖示的裝置上方，以保護波長轉換薄膜14。附加的透明層可以被成形，以增加提取效率和/或被確定尺寸以提供理想的源尺寸。材料可以被選擇，以改善從裝置所發射光的與角度相對的顏色(color vs. angle),或者以增加全部的光輸出。附加透明層的全部或者部分表面可以被紋理化以改善光提取。在一些實施例中，透鏡26具有比附加的透明層更小的折射率，其可以減少朝向LED散射回去的未轉換的藍色光子(在LED處它們可能不再被吸收)的數量。在一個例子中，透鏡26的折射率是I. 4或者更低，並且附加的透明層的折射率是I. 5或者更高。如在以上實施例中所描述的模製的波長轉換薄膜可以具有超過傳統波長轉換層的若干優點。柔性波長轉換薄膜可以獨立於模製工藝來形成。顏色測量可以預先執行，以獲得理想的顏色，並且薄膜可以被修改到給定的LED發射顏色。波長轉換薄膜可以以低成本在大面積上製造。LEDlO和波長轉換薄膜14之間的距離、波長轉換薄膜的厚度、以及LED上方波長轉換薄膜的厚度的一致性可以被嚴格控制和最優化，以改善提取效率、顏色控制、和源尺寸。與直接在LED上布置波長轉換薄膜相反，如圖6中所圖示的以近_遠配置將波長轉換薄膜與光源間隔一段距離也可以具有優點。例如，近-遠波長轉換薄膜可以被暴露到更少的來自LED的熱量中，這可以允許使用溫度敏感的波長轉換材料。在近-遠波長轉換層中的光子密度可以被減少，這可以增加來自裝置的光輸出。可以利用近-遠波長轉換薄膜來減小LED的吸收橫截面，這可以增加提取效率。在具有例如包括在波長轉換薄膜中以改善裝置斷開狀態的白色外表的TiOx的材料的裝置中，對於給定白色的光損失可以由於減小的吸收橫截面而減小。可以減小近-遠波長轉換裝置中所發射光的與角度相對的顏色的依賴性。
以上詳細描述了本發明，本領域技術人員將理解給定本公開內容,但是可以對本 發明作出修改，而不脫離此處所描述的本創新性概念的精神。因此，不旨在將本發明的範圍限制到所圖示和描述的特定實施例。
權利要求
1.ー種方法，包括 將包括波長轉換材料的柔性薄膜設置在光源上方；以及 將所述光源與模具中的凹ロ對齊； 在所述光源和所述模具之間布置透明模製材料；以及 將所述光源和所述模具壓在一起，以使得所述模製材料填充所述凹ロ並且使得所述柔性薄膜符合預定形狀。
2.如權利要求I所述的方法，其中，所述光源包括安裝在支撐襯底上的III族氮化物發光二極體。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述柔性薄膜與所述發光二極體直接接觸並且符合發光二極體的形狀。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述柔性薄膜與所述模具直接接觸並且符合所述凹ロ的形狀。
5.如權利要求2所述的方法，其中，所述柔性薄膜包括布置在矽樹脂薄膜中的粉末磷光體。
6.如權利要求5所述的方法，其中，在所述設置之前，所述矽樹脂薄膜被完全固化。
7.如權利要求5所述的方法，其中，在所述設置之前，所述矽樹脂薄膜被部分固化。
8.如權利要求5所述的方法，其中，所述柔性薄膜進ー步包括非波長轉換材料，其中，所述非波長轉換材料改變所述柔性薄膜的折射率。
9.如權利要求2所述的方法，其中，所述柔性薄膜布置在支撐薄膜上。
10.如權利要求9所述的方法，其進ー步地包括在將所述光源和所述模具壓在一起之後去除所述支撐薄膜。
11.如權利要求2所述的方法，其中，所述凹ロ被成形為透鏡。
12.如權利要求2所述的方法，其中，所述柔性薄膜是與所述發光二極體直接接觸的第ー柔性薄膜，所述方法進ー步地包括 設置與所述模具直接接觸的包括波長轉換材料的第二柔性薄膜； 其中，所述透明模製材料布置到所述第一柔性薄膜和所述第二柔性薄膜之間。
13.如權利要求2所述的方法，其中，將所述光源和所述模具壓在一起，以使得所述模製材料填充所述凹ロ並且使得所述柔性薄膜符合預定形狀包括產生減壓的環境，其將所述模製材料吸入所述凹ロ。
全文摘要
包括波長轉換材料(14)的柔性薄膜(14,16)設置在光源上方。柔性薄膜符合預定的形狀。在一些實施例中，光源是安裝在支撐襯底(12)上的發光二極體(10)。二極體與模具(20)中的凹口對齊，以使得柔性薄膜布置在支撐襯底和模具之間。透明模製材料布置在支撐襯底和模具之間。支撐襯底和模具被壓在一起，以使得模製材料填充凹口。柔性薄膜符合光源或者模具的形狀。
文檔編號H01L33/50GK102763231SQ201180009652
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月3日 優先權日2010年2月16日
發明者G.巴辛, P.S.馬丁 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司