一種光轉換結構及其製造方法及發光二級管器件的製作方法
2023-06-30 21:33:46
專利名稱：一種光轉換結構及其製造方法及發光二級管器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體器件結構及其製造方法，尤其涉及一種光轉換結構及其製造方法，以及設有此光轉換結構的發光二極體器件。
背景技術：
基於發光二極體(LED)的半導體照明技術是近年來發展十分迅速的一種新光源技術，以高亮度LED為代表的半導體照明產品正在各個領域獲得應用，包括室外的景觀照明、建築照明和道路照明，以及室內的辦公照明、工廠照明以及家居照明。在半導體照明技 術中，利用短波長的紫外或藍光LED激髮長波長的光轉換材料，獲得白光等各種顏色的光源，是目前最常見的LED照明技術。該種技術具有成本低廉、生產方便、操作靈活的特性，可以滿足各種層次的照明需求。以最常見的白光LED照明技術為例，一般採用GaN基的藍光LED晶片和長波長螢光粉合成白光，所採用的製造方法一般為將螢光粉與透明聚合物膠水混合形成螢光膠，再將螢光膠A塗覆在LED晶片上，如圖I所示，從而使LED晶片發出的藍光被螢光粉吸收並轉換為長波長的發射光，最終合成得到白光。但該製造方法所存在的一個顯著問題是，由於螢光粉的比重遠高於膠水的比重，因此螢光粉會逐漸地沉澱，進而導致螢光粉在LED晶片表面分布的厚度和濃度不均勻。一般而言，LED晶片四周的螢光膠會多於LED晶片正面的螢光膠，所以就會存在不同區域的螢光膠對於藍光吸收強度不同的問題，由此所導致的一種典型結果是，在白光LED晶片的中心區域的色溫會高於邊緣角度區域的色溫，即中心偏藍白、邊緣偏黃綠。這種白光不均勻的特性，導致人眼從不同角度觀察LED光源時，會有不同的顏色感受。反映在被照射物體上時，人眼會看到不同的照明區域有著不同的色彩表徵。因此，LED晶片發出的白光的不均勻性，一方面會導致人肉眼觀察周圍環境時的不舒適感，另一方面會導致物體顏色失真，從而不利於展現真實的照明效果。為應對白光LED晶片的白光不均勻性問題，一種改進的製造方法是將一層螢光粉B均勻地塗覆在LED晶片表面，如圖2所示，使LED晶片表面各個區域的螢光粉厚度和濃度一樣並且均勻分布。這樣，從LED晶片表面各個區域所發出的光線，在螢光粉層中將有著相近的光程，因而整個螢光粉層對於LED晶片表面藍光的吸收是相近的，從而克服了前述第一種製造方法的缺點。但是，改進的製造方法仍然沒有能夠克服並解決白光不均勻性的問題，只是對白光的不均勻性有了明顯的改善。藍光LED晶片所發出的藍光分布是朗伯形，經過螢光粉層時，受螢光粉層的吸收及散射影響，藍光分布將會出現改變，呈現出類橢圓形分布，即中心光強與邊緣角度光強的差別增大。與之相應，螢光粉的自發射光是各向均勻的，整個螢光粉層所表現出的發射光分布將是標準的朗伯形分布。因此，由於兩者空間輻射分布的不一致，第二種製造方法仍然難以得到均勻度很高的白光。為進一步改善白光LED的白光均勻性，業內圍繞第二種製造方法提出了多種改進的方法，包括採用粒徑更小的螢光粉、降低螢光粉層的濃度獲得厚度較厚的螢光粉層。但是，這些方法會引起其他方面的問題。例如，製備粒徑更小的螢光粉對於螢光粉的生產廠家意味著成品率的嚴重下降，同時，粒徑小的螢光粉的光轉換效率偏低，導致LED器件的亮度會隨之降低。低濃度和厚螢光粉層同樣會引起LED器件亮度降低的問題，並且這種方式只能適用於器件尺寸較大的情況。如果器件尺寸偏小時，這種方式將不能達到改善白光均勻性的目的。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在於，提供一種光轉換結構，通過調整垂直方向的光轉換材料濃度分布，使採用該光轉換結構的發光二極體器件能夠得到較均勻的顏色分布。基於此，本發明還提供了光轉換結構的製造方法以及設置此光轉換結構的發光二級管器件。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種光轉換結構，包括主體，所述主體中含有光轉換材料，從主體中心到外側，主體垂直方向上的光轉換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。
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優選地，主體中某處光轉換材料的含量滿足以下關係式
權利要求
1.一種光轉換結構，其特徵在於，包括主體，所述主體中含有光轉換材料，從主體中心到外側，主體垂直方向上的光轉換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。
2.根據權利要求I所述的光轉換結構，其特徵在於，主體中某處光轉換材料的含量滿足以下關係式
3.根據權利要求I或2所述的光轉換結構，其特徵在於，所述光轉換結構包括兩層以上光轉換層，各光轉換層沿縱向疊設。
4.根據權利要求3所述的光轉換結構，其特徵在於，從下至上，各光轉換層的長度遞減，且各光轉換層呈金字塔型疊放。
5.根據權利要求4所述的光轉換結構，其特徵在於，各光轉換層的厚度相同。
6.根據權利要求5所述的光轉換結構,其特徵在於,從下至上,各光轉換層中光轉換材料的濃度相同。
7.根據權利要求5所述的光轉換結構,其特徵在於,位於底部的光轉換層,其光轉換材料的濃度均低於其他各光轉換層中光轉換材料的濃度，其他各光轉換層中光轉換材料的濃度相同或者由下至上逐層遞增。
8.根據權利要求5所述的光轉換結構,其特徵在於，由下至上，各光轉換層中光轉換材料的濃度逐層遞增，並且，位於底部的相鄰兩層光轉換層中光轉換材料的濃度差大於其他相鄰層之間的光轉換材料的濃度差。
9.根據權利要求4所述的光轉換結構,其特徵在於,各光轉換層中光轉換材料的濃度相同。
10.根據權利要求9所述的光轉換結構，其特徵在於，位於底部的光轉換層，其厚度均小於其他各光轉換層的厚度，其他各光轉換層厚度相同或者由下至上逐層遞增。
11.根據權利要求9所述的光轉換結構，其特徵在於，由下至上，各光轉換層的厚度逐層遞增，並且位於底部的相鄰兩層光轉換層的厚度差大於其他相鄰光轉換層的厚度差。
12.根據權利要求I所述的光轉換結構，其特徵在於，所述光轉換結構包括n層光轉換層(n/2),第I層光轉換層位於光轉換結構的中央位置,第i層光轉換層圍繞第i-1層(i/2)的外圍。
13.根據權利要求12所述的光轉換結構,其特徵在於,第i層光轉換層與第i_l層光轉換層貼合在一起。
14.根據權利要求12所述的光轉換結構,其特徵在於,第i層光轉換層與第i_l層光轉換層隔開間隙設置。
15.一種權利要求4 11的光轉換結構的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟 在準備好的LED晶圓上均勻塗覆一層塗層材料，形成第一層光轉換層；在第一層光轉換層上均勻塗覆第一掩膜材料，塗覆時形成露出部分第一層光轉換層的窗口區域，所述窗口區域對照LED晶圓上的各晶片位置設置，窗口區域的個數與LED晶圓上晶片的個數相同；在窗口區域中均勻塗覆一層塗層材料，形成第二層光轉換層，並固化，依此類準，形成兩層以上光轉換層；清洗取出掩膜材料後劃片、去除掩膜材料； 其中，所述塗層材料為光轉換材料或者含有光轉換材料。
16.一種權利要求13中的光轉換結構的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟在準備好的LED晶圓上覆設第一掩膜材料，而後在第一掩膜材料的中心區域形成第一窗口區域，並往第一窗口區域均勻塗覆塗層材料，所述第一窗口區域對照LED晶圓上的各個晶片位置形成，第一窗口區域的個數與LED晶圓上晶片的個數相同；去除第一掩膜材料並固化塗層材料，形成第一層光轉換層；在LED晶圓上覆設第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口區域，並且第二窗口區域比第一窗口區域大；往第一層光轉換層與第二窗口區域之間的環形間隙均勻塗布塗層材料；固化塗層材料並去除掩膜材料，形成第二層光轉換層，依此類推，形成至少兩層以上的光轉換層；其中，所述塗層材料為光轉換材料或者含有光轉換材料。
17.—種權利要求14中的光轉換結構的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟在準備好的LED晶圓上覆設第一掩膜材料，而後在第一掩膜材料的中心區域形成第一窗口區域，並往第一窗口區域均勻塗覆塗層材料，所述第一窗口區域對照LED晶圓上的各個晶片位置形成，第一窗口區域的個數與LED晶圓上晶片的個數相同；去除第一掩膜材料並固化塗層材料，形成第一層光轉換層；在LED晶圓上覆設第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口區域，第二窗口區域為「回」字環狀；往「回」字環狀的環狀間隙中均勻塗布塗層材料；固化塗層材料並去除第二掩膜材料，形成第二光轉換材料層；依此類推，形成至少兩層以上的光轉換層；其中，所述塗層材料為光轉換材料或者含有光轉換材料。
18.一種發光二級管器件，包括基板、設置在基板上的LED晶片、設置在LED晶片上的光轉換結構以及覆設在基板上的透鏡，其特徵在於，所述光轉換結構為權利要求I 14所述的光轉換結構或由權利要求15或16或17的製造方法製得。
全文摘要
本發明公開一種光轉換結構，包括主體，所述主體中含有光轉換材料，從主體中心到外側，主體垂直方向上的光轉換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。本發明的光轉換結構通過調整垂直方向的光轉換材料的濃度分布，使主體從中心到外側的垂直方向的光轉換材料濃度呈階梯狀降低的趨勢，此種構造的光轉換結構，應用到發光二級管器件上，能夠改善出光效果，提高白光的出光均勻度。本發明還公開此種光轉換結構的製造方法以及含有此種光轉換結構的發光二級管器件。
文檔編號H01L33/50GK102751428SQ20121025495
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者餘彬海, 劉宗源, 吳建國, 李程, 蔡連章, 陳海文 申請人:佛山市國星光電股份有限公司