專利名稱：在led上層壓包含磷光體的密封劑膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及發光二極管(LED),尤其涉及來自LED芯片的光的波 長轉換。
背景技術：
發光二極管(LED)能夠被制作以生成不同顏色的光。為了產生白 光，可以將各種顏色結合。從LED結構產生白光的一種方法是將黃色磷 光體淀積在藍色LED上。這樣做有許多方法。最常見的一種方法是在密 封材料中混合磷光體粒子并將其涂敷在LED上。另一種方法是電泳淀 積，其中直接將磷光體粒子淀積到LED上。
當允許滲漏通過磷光體層的一些藍光與黃光結合時，會產生白光。 另一種產生白光的方法是組合紅光、綠光和藍光。這能夠通過利 用紅色、綠色和藍色LED來實現，或者通過帶有紅色和綠色磷光體的藍 色LED來實現。
即使在同一個晶片中，LED (如藍色和UV GaN LED)的顏色發射也 會略微不同。因此將相同的磷光體涂層涂敷于所有LED將會由于LED的 特性變化而導致色溫度范圍(即，相關的色溫度或CCT)。此外，涂層 中磷光體的數量變化也將會不希望地增大CCT范圍。結果，即使制造過 程是相同的，但輸出的顏色(例如白光的CCT)也可能會發生非常大的 變化。
上述方法的已知或共同的問題包括l)磷光體淀積工藝的復雜性； 和2)磷光體的數量因LED而變化，導致色溫度不一致。
發明內容
本發明描述了 一種利用磷光體進行LED光的波長轉換的高度可靠
射I具有變化的色溫度二光。 ''二 、又 、
在晶片上形成LED小片(die)，對其進行測試，將其分開并根據其 顏色發射而裝入容器(bin)。在一個例子中，LED是發射大約為450nm的基于GaN的藍色LED,其中在每個容器中的波長范圍可以是例如5nm。 在一個例子中，有4個容器。
將單個容器中的LED安裝在單個底座(submount)上以形成LED陣 列。在一個例子中，單個底座上安裝了大約"0個LED。在一個例子中， 該底座是剛性襯底，其提供用于安裝每個LED的頂部接觸襯墊，其中 該頂部襯墊電連接到底部接觸襯墊用以連接到印刷電路寺反或其他結 構。該底座也可以包含金屬跡線(trace ),所述金屬跡線將多個LED互 連在一起。
使柔性密封劑(例如硅酮)的各種薄片(例如100微米厚)充滿一 種或多種類型的磷光體。可能存在與LED的每個容器相關聯的一種或多 種類型的板。每個板具有不同的顏色轉換性質。可以通過將密封劑中 的磷光體濃度在例如20-70重量百分比的范圍內變化來改變該顏色轉 換性質。板的厚度也可以在例如5 0-2 0O微米的范圍變化以改變該板中 的磷光體的數量。也可以通過改變厚度和重量比兩者來改變這些板。
直到i后得到的光滿足;希望的顏色標準:從而根據經驗確:每個板
的特性。
在形成磷光板之后，將適當的板放在安裝于底座上的LED陣列上， 并且通過探查LED接觸襯墊或將電流施加于底座外圍上的任何測試襯 墊來激勵LED。然后測量最后得到的光的CCT。如果CCT是可接受的，那 么例如通過熱和壓力或者通過熱和真空的組合而將磷光板永久地層壓 到LED和底座上。如果測試的CCT是不適當的，那么將使用不同類型的 磷光板并對其進行測試。
所述層壓將每個LED密封起來以保護LED使其免受污染物和損害。
由于在容器中存在一個顏色范圍，因此可能存在與每個容器相關 聯的多個磷光板。
在層壓之后，將底座上的LED陣列中的LED分開。然后將分開和密 封的LED安裝在PCB上。
在另一個實施例中，將磷光板與容器相關聯，并且不進行用于確 定特定板是否產生所希望的CCT的進一步測試。假定CCT是正確的。
由于這些磷光板具有均勻的厚度，并且不同的板補償了由LED發射 的波長的變化，因此最后得到的CCT非常均勻。
圖l是晶片的自頂向下的視圖，其中在該晶片上形成LED。
圖2說明了如何測試與晶片分開的LED并根據LED的峰值發射波長 將所述LED裝入容器。
圖3A是安裝在底座上的單個容器的LED的前透視圖。該底座示出沿 其周邊電連接到LED的可選的測試4于墊。
圖3B是圖3A的底座的后透視圖，其示出與 一個或多個相關聯的LED 的n和p金屬相連的底座的后接觸襯墊。
圖4說明在用于將多個磷光板中之一層壓到底座上的LED陣列以實 現均勻的輸出CCT的本發明方法的一個實施例中的各個步驟。
圖5是描述本發明方法的 一 個實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖5是說明了用于LED光的波長轉換以產生均勻的輸出CCT而不 管LED發射具有不同色溫度的光的方法的一個實施例的流程圖。
在圖5的步驟10中，按照常規的方式在晶片上形成LED。圖l是 在生長晶片14上形成的LED12的正視圖。在一個實施例中，生長晶片 是藍寶石、GaN或SiC,并且LED是發射藍光或UV光的基于CaN的LED。 在其他實施例中，LED和生長襯底可以是任何類型。基于GaN的LED 特別適合于形成與用于波長轉換的磷光體結合在一起頻繁使用的藍色 或UV LED。
在圖5的步驟16中，探查各個LED以激勵每個LED。顏色檢測器 測量從每個LED發出的光的峰值波長。在該例子中，LED的測出顏色落 入四個顏色范圍之一。每個范圍稱為一個容器。在一個例子中，如圖2 中所示，LED發射藍光，并且將這些LED分到四個容器1-4中的一個， 四個容器l-4如下1) 440-445nm; 2) 445-450nm; 3) 450-455nm;以及 4) 455-460nm。可以存在額外的容器或者每個容器具有不同的標準。每 個LED的容器號碼暫時存儲在存儲器中。
在步驟18中，例如通過劃線和切斷來將LED l2分開。在一個實 施例中，首先將晶片放在可拉伸的膠粘板上。在劃線之后，輥子使該 晶片彎曲以便沿著劃線斷開。然后將該板拉伸從而使LED在物理上姨此分開。然后從膠粘板上取下LED并根據其預先指定的容器將其分組 (裝入容器)。所有上面的過程由已編程的機器自動地進行。
在步驟20中，將單個容器中的LED安裝在底座上。該底座可以是 陶瓷、硅，或者在其表面上具有電互連的其他材料的襯底。圖3A是安 裝在底座24上的LED 12的前透視圖。在一個實施例中，在單個底座 上安裝有大約400個LED。 LED 12具有n和p金屬襯墊，底座24的頂 面具有相對應的金屬襯墊。可以通過諸如焊料或超聲波焊接的任何方 式而將LED襯墊直接接合到底座襯墊上。可替換的是，可以由接線器 將一個或多個LED襯墊連接到底座襯墊上。
諸如通過金屬跡線和通路(via )將底座襯墊電連接到其他底座接 觸襯墊上用以連接到電源。例如，底座的頂部接觸襯墊可以連接到圖 3B的后透視圖中所示的對應的n和p底部接觸襯墊26。后接觸襯墊26 稍后可以接合到印刷電路板或其他結構上的相對應的襯墊。
圖3A另外示出了環繞底座24的周邊的測試襯墊30。測試襯墊30 電連接到各個頂部接觸襯墊用以同時激勵各組LED或所有LED。
在并行過程中，形成磷光板。在圖5的步驟40中，將適合的磷光 體粉末與液體密封劑材料(例如硅酮、環氧樹脂、丙烯酸，或其他適 合的材料)進行混合。將藍光或UV光轉換成白光的磷光體粉末是^^知 的。將藍光轉換成黃光的磷光體可用于通過使一些藍光滲漏通過磷光 體層而形成白光。紅色磷光體可以與黃色磷光體結合從而為白光增加 溫暖感。可替換的是，磷光體粉末可以包括綠色和紅色磷光體，用以 向藍色成分增加紅色和綠色成分從而形成白光。如果利用UV LED，那 么將在磷光板中另外利用藍色磷光體。
可以通過在覆蓋于平整表面的沒有粘性的釋放層上淀積硅酮-磷 光體混合物然后使該材料旋轉以形成均勾厚度的薄板來形成薄的磷光 板。也可以通過在模子中淀積預定數量的硅酮-磷光體混合物或者通過 在釋放層上噴射預定數量的材料來形成薄板。
在LED的每一部分上存在的^舞光體的數量可確定^皮該磷光體波長 轉換的LED光的百分比。通過形成具有不同密度磷光體(即，不同的 磷光體與密封劑的重量比)的磷光板，或者具有兩種或多種磷光體(例 如紅色和綠色)粉末的不同比率的磷光板，或者具有不同厚度板的磷 光板，或者利用這些的組合，可以調整在LED的每一部分上的磷光體的數量。在一個實施例中，存在與四個容器中的每一個相關聯的磷光 板，每個板都具有不同的磷光體與密封劑的重量比。這些比率通常在20-70 %的范圍內。如杲改變這些板的厚度以實現所希望的波長轉換， 那么該厚度可以在5 0-2 00微米之間的范圍內變化。在一個實施例中，通過施加熱來部分地固化石壽光板，因此該板是 柔性的并且略有粘性。然后從該平整表面取下該^1和釋放層。通過使該板經受某一波長的光然后測量最后得到的發射，可以根 據經驗確定每個板的特性。如果發射不滿足所需的CCT,那么通過例如 改變(多個)磷光體的重量比和/或改變板的厚度來調整板的特性(步 驟42 )。 一旦每個裝入容器的LED的板的公式(formulas )是令人滿 意的，那么可以估算板的數量。在圖5的步驟44中，每種類型的磷光板與容器號碼相關聯以實現 在所有容器上的輸出光的一致的CCT。圖4說明了用于將選定磷光板層壓到安裝在底座上的LED上的方 法。其示出了底座24的襯底、LED12和磷光板51、 52、 53和54的側 視圖。在一個例子中，板51與容器1相關聯，板52與容器2相關聯， 板53與容器3相關聯，板54與容器4相關聯。在圖5的步驟46中，與容器1相關聯的磷光板51放在底座24上 的來自容器1的LED 12的陣列上。在步驟48中，然后通過探查或通過利用在底座上的測試襯墊來激 勵LED。理想上，在同時對所有LED或大群體(large groups ) LED進 行激勵以節省時間。可替換的是，可以僅激勵一個或少數樣品LED來 確定板51是否合適。在步驟49中，利用顏色檢測器來測量最后得到的光，并且與預定 的CCT進行比較(例如特殊的白色點)。在步驟58中，如杲CCT滿足 所希望的標準，那么認為板51是可接受的。在步驟59中，如杲板51 沒有產生所希望的顏色，那么將不同的板(從板52-54中來選擇或是 附加的玲反)；改在LED陣列上，并且重復測試。在一個實施例中，兩個 或三個不同的板與每個容器相關聯，并且將最佳配合的板用于該陣列。在步驟60中，通過熱和壓力將選定板層壓到LED陣列上。這樣就 密封了每個LED以保護其免受污染物，并且在LED上提供了均勻厚度 的磷光體層。在一個實施例中，在壓力下將柔軟(例如橡膠)襯墊應用于板51，同時將該區域加熱以固化該密封劑。也可以通過UV進^f亍固 化。還可以通過在板和底座之間提供真空而對磷光板進行層壓。 一旦 固化，該密封劑就粘附到該LED和底座上。密封劑可以固化變硬或者 可以是相對柔軟的。然后從磷光板的頂部去掉任何釋放層薄膜。
在另一個實施例中，在薄的粘附層上形成磷光板，并且將該粘附 層(連同磷光板)固定到LED和底座上。然后將粘合劑固化。該粘附 層可以是任何類型的透明層，如環氧樹脂。
圖4示出在密封之后的符合LED形狀的磷光板51。 在步驟62中，在固化之后，通過劃線和斷開、鋸開或其他技術將 底座上的LED分開。該單個化的、密封的LED形成單獨封裝的LED。該 LED可以另外封裝以提供透鏡、用于焊接的引線插頭、散熱器和防護結 構。
在另一個實施例中，當為每一個容器用公式表示這些板時，由于 已經測試了這些板，因此在步驟48、 49、 58和59中不存在單獨的測 試。假定與容器預先相關聯的板將進行所希望的波長轉換。
雖然已經詳細地描述了本發明，但是本領域的技術人員將理解， 在給定的當前公開內容的情況下，可以在不背離這里描述的本發明觀 念的精神的條件下對本發明做一些修改。因此，不意味著將本發明的 范圍限制于所示出和描述的特定實施例。
權利要求
1、一種制作發光二極管(LED)的方法，其包括提供多組LED，每組LED產生通過測試而確定的不同的峰值波長范圍；將單個特定組的多個LED安裝到底座上；提供多個不同的波長轉換板，每個板都包括與柔性密封材料相結合的磷光體，每個板具有不同的磷光體轉換特性；選擇其中一個特定的波長轉換板，用以施加于底座的LED上；激勵底座上的一個或多個LED；檢測由已激勵的一個或多個LED與特定波長轉換板組合而產生的已發出的顏色，以確保已發出的顏色滿足預定的顏色；以及如果已發出的顏色滿足預定的顏色，那么利用特定的波長轉換板將來自安裝在底座上的單個特定組的LED密封起來。
2、 如權利要求l所述的方法，其中在一組LED中的每個LED都產 生藍光。
3、 如權利要求l所述的方法，其中在一組LED中的每個LED都產 生UV光。
4、 如權利要求l所述的方法，進一步包括如果在檢測已發出顏 色的步驟期間檢測到的顏色與預定顏色不匹配，那么選擇不同的波長 轉換板。
5、 如權利要求l所述的方法，其中預定顏色是用于白色的特定色溫度。
6、 如權利要求l所述的方法，其中對于每組LED都存在一個或多 個不同的波長轉換板。
7、 如權利要求l所述的方法，其中在每組中的峰值波長范圍在大 約3和10 nm之間。
8、 如權利要求l所述的方法，其中不同的波長轉換板由于磷光體 與密封劑的不同重量比或由于板的不同厚度而不同。
9、 如權利要求l所述的方法，其中每個波長轉換板的厚度在大約 5 0-200樣i米之間。
10、 如權利要求1所述的方法，其中在波長轉換板中存在不同類 型的磷光體。
11、 如權利要求1所述的方法，其中密封該LED包括加熱選定的 波長轉換板同時將其按壓在LED上。
12、 如權利要求1所述的方法，其中密封該LED包括當選定的波 長轉換板在LED上時加熱該選定的波長轉換板，并且在該板和底座之 間提供真空。
13、 如權利要求1所述的方法，其中存在與每組LED相關聯的多 個波長轉換板。
14、 如權利要求l所述的方法，其中密封該LED通過將任一組LED 與不同波長轉換板中特定的一個相結合，導致基本上為所有組的LED 而實現的預定顏色。
15、 如權利要求1所述的方法，進一步包括將已密封的LED與安 裝在底座上的其他LED分開。
16、 如權利要求1所述的方法，其中該底座提供用于激勵底座上 的LED的電接觸。
17、 如權利要求1所述的方法，其中提供多個不同的波長轉換板 包括在平整表面上淀積包含磷光體的液體密封劑，并且將該平整表 面旋轉直到密封劑具有所希望的厚度。
18、 如權利要求1所述的方法，其中提供多個不同的波長轉換板 包括在模子中在平整表面上淀積包含磷光體的液體密封劑，使得該密封劑具有所希望的厚度。
19、 如權利要求l所述的方法，其中LED是基于GaN的LED。
20、 如權利要求l所述的方法，其中該磷光體產生黃光。
21、 如權利要求1所述的方法，其中該磷光體包括多種磷光體材 料并且產生紅光和綠光。
22、 如權利要求1所述的方法，其中激勵和檢測的步驟僅僅在用 公式表達多個波長轉換板期間并且當確定哪個特定的波長轉換板與每 組LED相關聯時執行。
23、 一種發光二極管(LED)結構，其包括安裝在底座上的一個或多個LED，在底座上的每個LED都發射在預定峰值波長范圍內的峰值波長；以及具有均勻厚度的預成型的密封劑板，其覆蓋并密封底座上的每個LED，該密封板包含一種或多種類型的磷光體，用以將由每個LED所發射的光轉換成不同波長的光。
24、 如權利要求23所述的LED結構，其中安裝在底座上的一個或 多個LED包括安裝在底座上的LED陣列，該陣列中的每個LED都發射 在預定峰值波長范圍內的峰值波長。
25、 如權利要求23所述的LED結構，其中密封劑板是具有不同波 長轉換特性的多個密封劑板中的一個，并且是基于由一個或多個LED 發射的峰值波長來進行選擇的，從而使一個或多個LED與密封劑板的 組合產生確定的預定顏色。
26、 如權利要求23所述的LED結構，其中在密封劑板被永久地固 定到LED之前已經測試過該LED和密封劑板的組合。
27、 如權利要求23所述的LED結構，其中該密封劑板具有基本上 恒定的厚度，其中，該恒定的厚度是在50-200微米之間的基本上單一 的厚度。
28、 如權利要求23所述的LED結構，其中該密封劑板包括硅酮。
29、 如權利要求23所述的LED結構，其中 一個或多個LED是發射藍 光或UV光的基于GaN的LED。
全文摘要
本發明描述了一種利用磷光體進行LED光的波長轉換的過程。測試LKD小片的相關的色溫度(CCT)，并且根據其顏色發射將其裝入容器中。將單個容器中的LED(12)安裝在單個底座(24)上以便形成LED的陣列。使柔性密封劑(例如硅酮)的各種板(51，52，53，54)充滿一種或多種磷光體，其中每個板都具有不同的顏色轉換性質。將適當的板(51)放在底座(24)上安裝的LED(12)陣列上，并且激勵LED(12)。測量最后得到的光的CCT。如果CCT是可接受的，那么將磷光板(51)永久地層壓到LED(12)和底座(24)上。層壓(51)將每個LED(12)密封起來以保護LED(12)使其免受污染物和損害。將底座(24)上的LED陣列中的LED(12)分開。通過為LED的每個容器選擇不同的磷光板，最后得到的CCT在所有容器上非常均勻。
文檔編號H01L33/50GK101300687SQ200680040343
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月17日 優先權日2005年10月28日
發明者H·錢德拉 申請人:飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司