專利名稱：用于形成熒光粉轉換型發光裝置中的薄膜熒光粉層的系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及發光裝置，并且更具體地說，涉及用于形成靠近半導體發光裝置的薄膜熒光粉層的薄膜熒光粉沉積方法。
背景技術：
固態光穿過發光二極管(簡稱SSL-LED)涉及產生用于照明的白光的固態、無機半導體發光二極管的使用。如同取代測算用真空管的無機半導體晶體管，SSL-LED是有可能取代用于傳統白熾燈或熒光燈的真空管或充氣管的突破性技術。SSL-LED相比于常規光源的優點包括⑴效率更高和聯合節能；⑵顏色呈現更好；⑶形狀因子小；⑷堅固性；(5) 使用壽命更長和維修費用低；(6)環境友好；和(7)制造費用低。傳統LED通常產生具有狹窄發射光譜的單色光，并且因此通常缺乏用于提供照明用白色光的寬發射光譜。為了從LED中產生白光，由LED中的輻射復合導致的窄帶發射轉換成寬帶白光光譜。這樣的寬帶白光光譜能夠通過三種常用的方法產生。第一種方法是波長轉換方法，通過使用紫外線(“UV”)LED刺激在下轉換波長發出可見光的多色熒光。第二種方法通過聯合多個LED的混合顏色方法，其中每一個LED產生不同顏色的光。第三種方法使用上述兩種方法的混合。目前商用白色LED的產生主要是基于這種混合方法。特別地，從藍色的InGaN型LED發出的初級光與從淺黃色的YAG: Ce3+型無機熒光粉發出的下轉換二級光混合。部分傳輸的藍光和重新發出的黃光的結合顯示出冷淡(綠藍色)白光的外觀。因此，白色LED的熒光粉涂敷技術涉及使用長波轉換方法或混合方法。下面描述的是目前的熒光粉涂敷方法。第一種方法如圖IA所述，是一種包括使用混合于聚合物系統(例如聚丙烯、聚碳酸酯、環氧樹脂、硅酮樹脂)中的熒光粉粒子和顆粒1 的料漿法。將混合的熒光粉料漿分配在LED芯片2上或者分布在LED芯片2的周圍，接著干燥或固化液體聚合物系統。LED芯片2與熒光粉料漿一起可以沉積在反射杯3內，如圖 IA所示。雖然料漿方法是一種方便的熒光粉分配方法，但是用此料漿方法生產的LED的所得顏色均勻性通常不令人滿意，并且可以從不同視角觀察到色環。這些缺陷的結果是(1) LED芯片周圍的含熒光粉材料的厚度的變化可以導致在發出的光逃逸封裝之前光程的長度變化；和(2)在含熒光粉材料內不均勻的熒光粉分配(由于重力和浮力效應)在液體聚合物固化過程中傾向于向下移動較大的熒光粉顆粒。此外，由于分配在LED芯片周圍的熒光粉末數量的變化，所以白色坐標會因設備的不同而不同。反過來，這種顏色的變化導致復合白色LED的分選過程，所謂顏色分級就是試圖根據其白色坐標通過分選每個裝置來管理顏色變化。
為了測量發出的光的均勻性，可以使用相關色溫(Correlated Color Temperature) ( "CCT")的變化。發光裝置的色溫可以通過與理論的黑體熱輻射器比較它的色調來確定。黑體散熱器匹配發光裝置色調時的溫度(以度開爾文表示)就是該裝置的色溫。白熾燈光源可以接近于一個黑體輻射器，但是許多其他的發光裝置并不以黑體曲線的形式發出輻射，并且因此指派CCT。發光裝置的CCT是最接近匹配設備的感知顏色的黑體散熱器的色溫。開爾文等級越高，光越“冷”或越藍。開爾文等級越低，光越“熱”或越黃。 通過在不同光發射角度測量CCT并且比較不同發光裝置的這種變化，可以量化所產生的光的均勻性。通過料漿法分配有黃色熒光粉的藍色LED芯片的典型CCT在與LED中央發光軸的光發射角度為士70°時，可以從約5，800K到約7，200K變化，橫跨約1400K的范圍。由于色環的出現，在或者接近中心軸的CCT通常要比周邊的高，在周邊發出的光較黃。用于制造熒光粉轉換型(phosphor-converted)白色LED的第二種熒光粉涂敷法是電脈沉積法(“EPD”)法，如圖IB所示。在EPD的情況，通過向液體溶劑中添加適量的電解質以形成懸浮液而使熒光粉帶電，然后被電場偏置。然后，將表面帶電的熒光粉顆粒移動到極性相反的電極并且在電極上涂敷。熒光粉顆粒的EPD產生厚度相對均勻的熒光粉層4， 該熒光粉層能夠產生均勻性更高以及色環減少的白光。雖然實現了更好的顏色均勻性，但是EPD法通常不能直接將熒光粉沉積在非導電性表面。在商業化生產中，根據所謂的近端熒光粉配置，將熒光粉層通常直接涂敷在LED芯片5之上。這種配置在光散射方面是低效的，這是因為近端熒光粉層能將約60%的總白光發射引導回到LED芯片5，從而在LED芯片 5上可發生高損失。EPD法的另一缺點是某些熒光粉容易被溶劑降解，因而限制了 EPD法的一般適用性。最近，如圖2所示，另一種方法涉及通過高壓加熱熒光粉顆粒直到熒光粉顆粒表面變軟并熔化而形成發光陶瓷板6。部分熔融的顆粒能夠粘在一起形成包括堅硬的顆粒聚集物的陶瓷板6。將發光陶瓷板6布置在由LED芯片7發出的光程上，其中LED芯片7布置在一組電極8之上。雖然在堅固性、降低溫度敏感性以及減少顏色在芯片之間的顏色變化等方面提供好處，但是由于近端熒光粉配置導致封裝效率不理想。商用白色LED的散射效率(有時也稱為封裝效率)通常在40%到60%之間，由于通過諸如LED芯片、引線框架或基臺等內部封裝元件的光吸收具有效率損失。圖3描述了由藍色LED 32供以動力的具有黃色熒光粉的熒光粉轉換型白色LED的例子，其中初級藍光 34經過與二級黃色光31混合以形成白色，主要的光源損失由LED芯片32吸收光引起的。 因為，LED芯片32通常由高折射率材料制成，由于全內反射(“TIR”)光子往往被捕獲在 LED芯片32內，一旦光子撞擊并且進入LED芯片32。另一潛在的光源損失由LED封裝內鏡面反射器33的不完善引起的。圖3所描述的幾個場景能夠將光導入高吸收性LED芯片32。第一，由LED芯片32 發出的初級光36可以通過熒光粉末31或鏡面反射器33反射回芯片32。第二，由熒光粉 31發出的下轉換二級光37能夠向后散射回芯片32。第三，初級光和二級光38由于在空氣-LED封裝界面的TIR都能夠向著芯片32反射回。為了提高光從封裝逃逸的可能性，可以使用半球透鏡39減少在空氣-封裝界面的TIR情況。為了減少向后散射的光透過LED 芯片32，熒光粉末31直接置于芯片表面是不可取的，而是應該放置到離LED芯片32有一定距離的位置。此外，更薄的熒光粉層通過熒光粉末31將減少二級光向后散射的情況。
正是在這種背景下，出現了研發本文所述的薄膜熒光粉沉積方法以及相關的裝置和系統的需求。概述本發明的某些實施方案涉及厚度大體均勻且能夠共形地布置在LED的光程中的薄膜熒光粉層的形成，因而產生具有微弱色環或者沒有色環的大體均勻的白光。這種薄膜熒光粉層可以通過改進的沉積方法來制備，包括(1)形成大體均勻地沉積在基片表面上的熒光粉層；和(2)形成聚合物粘合劑層以填充松散堆積的熒光粉顆粒之間的縫隙，因而形成大體連續的薄膜熒光粉層。薄膜熒光粉層的熒光粉轉換效率可以顯著提高，因為可以在光程上設置更薄層的精確控制量的熒光粉末，因而減少光散射損失。另外，由于熒光粉顆粒的大體均勻沉積，可以顯著改善薄膜熒光粉層的顏色均勻性。形成均勻的薄膜熒光粉層的一種方法是在熒光粉顆粒沉積期間在熒光粉顆粒中引入靜電荷。熒光粉顆粒中的靜電荷可以自我平衡并調整其分布，因而促進熒光粉顆粒大體均勻的分布。形成均勻的薄膜熒光粉層的另一種方法是通過熒光粉分配機構，諸如沉積室中的噴頭機構，或者通過旋轉基片支承機構，諸如支承基片的旋轉平臺。除了提高效率和顏色的均勻性外，可以顯著提高薄膜熒光粉層的溫度穩定性，因為在溫度高達至少約300°C或更高時，聚合物粘合劑層可以是熱穩定的。有利地，通過經由熒光粉末輸送機構，使用精確控制量的沉積熒光粉顆粒的涂敷過程，可以使白色的一致性保持在緊密的顏色坐標中。可以用多色熒光粉的逐層相繼沉積來精確協調白色渲染，諸如沉積紅色熒光粉層，沉積綠色熒光粉層，以及然后沉積藍色熒光粉層。可以在所生成的復合多色熒光粉膜疊層中精確控制多色熒光粉的比率。這樣，可以精確地控制色坐標和用熒光粉薄膜方法制成的白光LED的CCT。反過來，這可顯著簡化(或者甚至省略)分級過程。根據本發明的一些實施方案，一致的白色坐標可以通過調整多色熒光粉膜疊層的劑量從輕微變化的藍色LED芯片實現。這種顏色互補方法可以使用熒光粉含量的不同組成或量彌補藍光LED芯片的顏色變化。以這種方式，對于色彩敏感應用(如用白光LED的顯示器背光)，可顯著提高白光LED的產量。根據本發明的實施方案，薄膜熒光粉涂敷方法是分批熒光粉涂敷方法，在一個涂敷操作中，多個LED芯片可以沉積有薄膜熒光粉。根據本發明的另一個實施方案，在一個涂敷操作中，多個LED透鏡可以沉積有薄膜熒光粉。類似于半導體芯片制造，通過分批方法， 每個LED芯片的制造成本可以大大減少，而制造產量可以大大增加。與EDP相比，薄膜熒光粉層的沉積可以用于直接在非導電表面上形成共形薄膜熒光粉層。共形薄膜熒光粉也可以沉積在非平坦表面上，諸如LED透鏡的凸或凹表面上。本發明的一些實施方案涉及用于在基片上沉積共形薄膜熒光粉層的系統。所述系統可以包括沉積室、熒光粉末輸送子系統以及被構造成輸送氣相單體到沉積室的聚合物前體輸送子系統。所述系統也可以包括存儲器和與沉積室、熒光粉末輸送子系統以及聚合物前體輸送子系統電相通的處理器，其中所述存儲器可以包括存儲于其中的代碼或指令，該代碼或指令可通過處理器執行以形成薄膜熒光粉層。本發明的一個具體實施方案涉及一種形成用于發光裝置的薄膜熒光粉層的方法。 所述方法包括(1)使用運載氣體將熒光粉末從熒光粉末源輸送到沉積室；和(2)在沉積室內將熒光粉末沉積在靠近基片處以便使熒光粉末大體均勻地分布在靠近基片的表面處。
本發明的另一個具體實施方案還涉及形成用于發光裝置的薄膜熒光粉層的方法。 所述方法包括(1)在靠近基片處形成第一熒光粉末層，所述第一熒光粉末層包括靠近基片表面分布的第一熒光粉顆粒；和(2)通過氣相沉積在靠近第一熒光粉末層處形成第一聚合物層，所述第一聚合物層用作所述第一熒光粉顆粒的粘合劑。本發明的另一個具體實施方案涉及在基片上形成薄膜熒光粉層的系統。所述系統包括(1)限定外殼以容納基片的沉積子系統；(2)被構造成使用運載氣體將熒光粉末從熒光粉末源輸送到沉積子系統的熒光粉末輸送子系統；(3)被構造成在氣相中將聚合物前體輸送到沉積子系統的聚合物前體輸送子系統；和(4)與沉積子系統、熒光粉末輸送子系統和聚合物前體輸送子系統連接的控制子系統，其中所述控制子系統被構造成控制所述熒光粉末輸送子系統在第一時間間隔內將熒光粉末輸送到沉積子系統，以在靠近基片處形成熒光粉末層，并且所述控制子系統被構造成控制聚合物前體輸送子系統在第二時間間隔內將聚合物前體輸送到沉積子系統，以在靠近熒光粉末層處形成聚合物層。本發明的另一個具體實施方案涉及一種發光裝置，其包括(1)基片；(2)在靠近基片處大體均勻分布的熒光粉末層；和(3)基于聚對二甲苯的聚合物層，其共形地沉積在靠近所述熒光粉末處作為粘合劑材料以形成大體連續的薄膜，其中熒光粉末層包括單色熒光粉。本發明的又一個具體實施方案涉及發光裝置，其包括(1)基片；(2)在靠近基片處大體均勻分布的多個熒光粉末層，所述熒光粉末層被構造成發出不同顏色的光；和(3) 多個基于聚對二甲苯的聚合物層，每一個基于聚對二甲苯的聚合物層共形地沉積在靠近各個熒光粉末層處，每一個基于聚對二甲苯的聚合物層是填充熒光粉顆粒組分之間的空隙的各個熒光粉末層的粘合劑材料。也要考慮本發明的其它方面以及實施方案。前述的概述和下面的詳細描述并不意味著將本發明限制于任何特定實施方案，而僅僅是描述本發明的一些實施方案。
為了更好地理解本發明的一些實施方案的特性和目的，應結合附圖參考下面的詳細描述。圖IA描述了一種使用料漿法形成的常規白色LED的近端熒光粉槽中配置。圖IB描述了一種使用EPD形成的常規白色LED的近端熒光粉配置。圖2描述了一種通過用發光陶瓷板制成薄片而形成的常規白色LED的近端熒光粉配置。圖3描述了由熒光粉末的光散射、在材料界面的TIR以及在LED表面的光吸收導致的的光源損失。圖4根據本發明的實施方案，描述了形成共形薄膜熒光粉層的方法的流程圖。圖5根據本發明的實施方案，描述了沉積大體均勻分布的熒光粉層的方法的流程圖。圖6A到圖6D根據本發明的實施方案，描述了可用作粘合劑材料以形成薄膜熒光粉層的聚合物家族的例子。
圖7A根據本發明的實施方案，描述了使用共形薄膜熒光粉沉積方法形成的單色薄膜熒光粉層。圖7B根據本發明的實施方案，描述了使用共形薄膜熒光粉沉積方法形成的多色薄膜熒光粉復合層。圖8根據本發明的實施方案，描述了用于在基片上沉積共形薄膜熒粉層的系統。詳細描述定義下面的定義適用于與本發明的一些實施方案相關的描述的一些方面。這些定義在此也可以被擴展。如本文使用，單數術語“一個(a)”、“一種(an)”、“該(the) ”包括復數形式，除非上下文另有明確說明。因此，例如，提及一層可包括多層，除非上下文另有明確說明。如本文使用，術語“組(set)”指一個或多個組件的集合。因此，例如，一組層可包括單層或多層。一組組件也可被稱為該組的成員。一組組件可以相同也可以不同。在一些例子中，一組組件可以共享一個或多個共同特性。如本文使用，術語“靠近(adjacent) ”指接近或者相鄰。相鄰組件可彼此在空間上分開或者可實際上或者直接彼此接觸。在一些例子中，相鄰組件可彼此連接或者可彼此整體構成。如本文使用，術語“連接(connect)”指可操作的結合或連結。連接的組件可彼此直接結合或者可彼此間接結合，諸如經由另一套組件。如本文使用，術語“實質上(substantially)”和“實質的(substantial) ”指相當大的程度或范圍。當與事件或狀況結合使用時，此術語可以指事件或狀況精確地發生的情況和事件或狀況密切近似地發生的情況，例如說明本文所述的生產操作的典型耐受水平。如本文使用，術語“導電性(electrically conductive) ”指傳輸電流的能力，而術語“非導電性(electrically nonconductive) ”指缺乏傳輸電流的能力。導電材料通常對應于那些在其中極少對抗或不對抗電流的流動的材料，而非導電材料通常對應于那些在其中電流極少有或者沒有流動傾向的材料。一種導電性(或者非導電性)的量度是以西門子每米(“S .πΓ1，，)計。通常，導電材料是電導率大于約IO4S ι1、例如至少約IO5S .m—1或者至少約IO6S .m-1的材料，而非導電材料是傳導性小于約IO4S. πΓ1、例如小于或等于約IO3S πΓ1 或者小于或等于約IO2S .m-1的材料。導電材料(或非導電材料)有時能夠隨著溫度變化。 除非另有說明，否則材料的導電性(或者非導電性)是在室溫確定的。如本文使用，與光致發光相關時，術語“量子效率”指輸出光子數量與輸入光子數量的比率。如本文使用，術語“尺寸”指特性尺寸。在顆粒是球形的情況下，顆粒的尺寸可以指顆粒的直徑。在顆粒是非球形的情況下，顆粒的尺寸可以指顆粒的不同垂直尺寸的平均值。因此，例如，類似球體的顆粒的尺寸可以指顆粒的長軸和短軸的平均值。當提及一組具有特定尺寸的顆粒時，預期該顆粒可具有圍繞該尺寸的尺寸分布。因此，如本文使用，一組顆粒的尺寸可以指尺寸分布的典型尺寸，諸如平均尺寸、中值尺寸或者峰值尺寸。如本文使用，術語“烷烴”指飽和碳氫化合物分子。對一些應用來說，烷烴可以包括 1至100個碳原子。術語“低級烷烴”指包括1至20個碳原子、例如1至10個碳原子的烷烴，而術語“高級烷烴”指包括20個以上碳原子、例如21至100個碳原子的烷烴。術語“支鏈烷烴”指包括一個或多個支鏈的烷烴，而術語“無支鏈烷烴”指直鏈的烷烴。術語“環烷烴”指包括一個或多個環狀結構的烷烴。術語“雜烷烴”指烷烴的一個或多個碳原子被一個或多個雜原子例如N、Si、S、0和P替代的烷烴。術語“取代的烷烴”指烷烴的一個或多個氫原子被一個或多個取代基替代的烷烴，所述取代基例如鹵素基團、羥基、烷氧基、羧基、硫代基團、烷硫基、氰基、硝基、氨基、烷氨基、二烷基氨基、甲硅烷基和甲硅烷氧基，而術語“未取代的烷烴”指沒有此類取代基的烷烴。上述術語的結合可用于指具有特性組合的烷烴。例如，術語“支鏈低級烷烴”可用于指1至20個碳原子并且包括一個或多個支鏈的烷烴。烷烴的例子包括甲烷、乙烷、丙烷、環丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、環丁烷，以及其荷電形式、雜形式或者取代形式。如本文使用，術語“烷基”指一價形式的烷烴。例如，烷基可被設想成它的一個氫原子移動以容許鍵合到另一分子基團的烷烴。術語“低級烷基”指一價形式的低級烷烴，而術語“高級烷基”指一價形式的高級烷烴。術語“支鏈烷基”指一價形式的支鏈烷烴，而術語“無支鏈烷基”指一價形式的無支鏈烷烴。術語“環烷基”指一價形式的環烷烴，而術語 “雜烷基”指一價形式的雜烷烴。術語“取代的烷基”指一價形式的取代烷烴，而術語“未取代的烷基”指一價形式的未取代烷基。烷基的例子包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、環丙基、 丁基、異丁基、叔丁基、環丁基，以及其荷電形式、雜形式或者取代形式。如本文使用，術語“芳烴，，指芳香族碳氫化合物分子。對一些應用來說，芳烴可以包括5至100個碳原子。術語“低級芳烴”指包括5至20個碳原子、例如5至14個碳原子的芳烴，而術語“高級芳烴”指包括20個以上碳原子、例如21至100個碳原子的芳烴。術語“單環芳烴”指包含單個芳環結構的芳烴，而術語“多環芳烴”指包括一個以上芳環結構的芳烴，例如通過碳_碳單鍵鍵合或者稠合在一起的兩個或多個芳環結構。術語“雜芳烴”指芳烴的一個或多個碳原子被一個或多個雜原子例如N、Si、S、0和P替代的芳烴。術語“取代的芳烴”指芳烴的一個或多個氫原子被一個或多個取代基替代的芳香烴，所述取代基例如烷基、烯基、炔基、亞胺基、商素基團、羥基、烷氧基、羧基、硫代基團、烷硫基、氰基、硝基、 氨基、烷氨基、二烷基氨基、甲硅烷基以及甲硅烷氧基，而術語“未取代的芳烴”指缺少此類取代基的芳烴。上述術語的結合可用于指具有特性組合的芳烴。例如，術語“單環低級烯烴 (monocyclic lower alkene) ”可用于指包括5至20個碳原子并且包含單個芳環結構的芳烴。芳烴的例子包括苯、聯苯基、萘、吡啶、噠嗪、嘧啶、吡嗪、喹啉、異喹啉，以及其荷電形式、 雜形式或者取代形式。如本文使用，術語“芳基”指一價形式的芳烴。例如，芳基可被設想成它的一個氫原子移動以容許鍵合到另一分子基團的芳烴。術語“低級芳基”指一價形式的低級芳烴，而術語“高級烷基”指一價形式的高級芳烴。術語“單環芳基”指一價形式的單環芳烴，而術語 “多環芳基”指一價形式的多環芳烴。術語“雜芳基”指一價形式的雜芳烴。術語“取代的芳基”指一價形式的取代芳烴，而術語“未取代的芳烴基團”指一價形式的未取代芳烴。芳基的實例包括苯基、聯苯基、萘基、吡啶基、噠嗪基、嘧啶基、吡嗪基、喹啉基、異喹啉基，以及其荷電形式、雜形式或者取代形式。如本文使用，術語“亞芳基”指二價形式的芳烴。例如，亞芳基可被設想成它的兩個氫原子移動以容許鍵合一個或多個額外的分子基團的芳烴。術語“低級亞芳基”指二價形式的低級芳烴，而術語“高級芳烴基團”指二價形式的高級芳烴。術語“單環亞芳基”指二價形式的單環芳烴，而術語“多環亞芳基”指二價形式的多環芳烴。術語“雜亞芳基”指二價形式的雜芳烴。術語“取代的亞芳基”指二價形式的取代芳烴，而術語“未取代亞芳基” 指二價形式的未取代芳烴。亞芳烴基的實例包括亞苯基、亞聯苯基、亞萘基、亞吡啶基、亞噠嗪基、亞嘧啶基、亞吡嗪基、亞喹啉基、亞異喹啉基、以及其荷電形式、雜形式或者取代形式。共形薄膜熒光粉層沉積方法本發明的某些實施方案涉及用于熒光粉轉換型白光LED的薄膜共形熒光粉沉積方法。所述方法通過提供薄膜和遠端熒光粉層構造有助于實現提高白色LED的光散射效率的目的。根據如圖4所描述的改進方法，可通過以下兩個操作將薄膜熒光粉層大致均勻地和共形地沉積在平坦的或者非平坦的且導電的、半導電的或非導電的表面上(1)形成大體均勻沉積在基片表面上的熒光粉末層(操作42)；和(2)形成聚合物粘合劑層填充熒光粉顆粒之間的縫隙以形成大體連續的薄膜層(操作44)。形成的薄膜熒光粉層的沉積方法理想地在真空室中進行。但是，應理解，沉積方法也可以在充滿惰性氣體(如氮氣)的沉積室中進行，或在大氣環境中進行。根據圖4的方法，可以使用多種熒光粉。通常，熒光粉由發光材料制成的，即，能夠響應能量激發而發光的材料。基于原子或分子從激發的電子態到弛豫，可發生發光，且發光一般可以包括，例如，化學發光、電致發光、光致發光、熱致發光、摩擦發光及其組合。例如， 在光致發光(可以包括熒光和磷光)的情況中，基于光激發(如光的吸收)可以產生激活的電子狀態。用在根據圖4的方法中的熒光粉包括摻雜有激活劑離子(諸如Ce3+和Eu2+) 的多種無機基質材料，包括石榴石如，(YhGda)3 (AlgGab)5O12: Ce3+，其中a，b彡0. 2或者YAG:Ce3+)、硅酸鹽、原硅酸鹽、硫化物和氮化物。石榴石和原硅酸鹽可以用作發黃光的熒光粉，而氮化物可以用作發紅光的熒光粉。但是，應理解，可以使用多種其它類型的波長轉換材料，包括有機染料。理想的是，熒光粉和其它類型的波長轉換材料能夠表現量子效率大于約30%的光致發光，諸如至少約40%、至少約50%、至少約60%、至少約70%或至少約 80 %，并且可能可高達約90 %或更高。通常，根據圖4使用的熒光粉是以粉末形式提供的，即作為一組顆粒提供的。為了提高顏色均勻性，顆粒尺寸理想地在約Inm到約100 μ m的范圍內，諸如約IOnm到約30 μ m、 約IOOnm到約30 μ m、約500nm到約30 μ m、或者約1 μ m到約30 μ m。參考圖4的操作42，熒光粉可以通過慣性效應、布朗運動、熱泳或者電場(如果熒光粉末帶電)傳輸并沉積在基片表面上。在基片表面上形成大體均勻分布的熒光粉末層的一種方法是通過一組運載氣體(如清潔、干燥的空氣)或惰性氣體(如氮氣)從熒光粉罐夾帶、運載、移動或運輸熒光粉末，然后在真空、惰性氣體或大氣室內用噴頭機構噴涂熒光粉末。對于一些實施方案，理想的是，在熒光粉運輸過程中，用相同的正靜電荷或負靜電荷使熒光粉末電離。當帶電熒光粉末被噴涂并沉積在基片表面上時，由于熒光粉顆粒之間靜電力的自平衡，熒光粉顆粒組分大體均勻地分布以形成熒光粉末層。具體而言，熒光粉末的靜電噴涂包括1)用惰性運載氣體從熒光粉末罐或其它熒光粉源運輸熒光粉末。熒光粉末流量可以通過噴嘴裝置或其它流量控制機構精確控制，如圖5的操作421所描述。2)用相同的靜電荷使熒光粉末電離，如圖5的操作422所描述。使熒光粉末電離
11的操作是將熒光粉末大體均勻地沉積在基片表面上所希望的。但是，應理解，粉末電離化操作是任選的，并且在某些實施方案中可以省略。3)如圖5的操作423所描述，如果基片表面是由非導電聚合物材料制成的，那么用基片表面上的相反靜電荷使基片表面電離。如果基片表面是由導電材料制成的，那么基片表面是接地的，如將基片表面電連接到地電位。基片表面的電離或接地操作是將熒光粉末均勻地沉積在基片表面上所需要的。但是，應理解，基片表面的電離或接地操作是任選的， 并且在某些實施方案中可以省略。4)運載氣體通過噴頭機構將帶電熒光粉末夾帶到沉積室，從而使熒光粉末均勻地分布，如圖5的操作424所描述。理想的是噴頭機構將熒光粉末大致均勻地沉積在基片表面上。作為選擇，或者共同地，在沉積室內使用旋轉機構使基片表面旋轉，從而使熒光粉末能夠大體均勻地沉積在基片表面上。但是，應當理解的是，這些機構是任選的，并且在某些實施方案中可以省略。5)熒光粉末共形地且大致均勻地沉積到基片表面上，如圖5的操作425所描述。 在一個實施方案中，基片表面是LED芯片的表面或者多個LED芯片的表面。在另一實施方案中，基片表面是LED透鏡的表面或多個LED透鏡的表面。在又一實施方案中，基片表面是玻璃或石英基片的表面。在再一實施方案中，基片表面是柔軟透明薄膜的表面，如由聚對苯二甲酸乙二醇酯所形成的表面。6)如圖5的操作426所描述，用電離(或去電離)氣體使熒光粉末帶電。電離氣體中和熒光粉上的剩余靜電荷。應當理解的是，該放電操作是任選的，并且在某些實施方案中可以省略，如其中電離操作422省略的那些。在實施實施圖5的操作422的情況中，通過下列方法中的一種或組合用靜電荷使熒光粉末電離電暈充電，其中使用電力產生靜電荷摩擦充電，其中通過粉末和一些管道表面之間的摩擦來產生靜電荷感應充電，其中通過從電場的感應使粉末帶電。在對導電基片實施操作423的情況中，可以將基片表面接地以維持用于使帶靜電荷的熒光粉末沉積的電場電位。通過摩擦充電可以在熒光粉末或者非導電基片表面上產生靜電荷。特別是，當使兩種不同的材料接觸時，電荷能夠從一種材料傳輸到另一種材料以抵消電荷的失衡。電荷傳輸的數量和方向取決于許多因素，包括兩種材料的化學和電子結構。 表1列出某些材料，范圍從接觸時具有最大帶正電荷效應的那些材料到接觸時具有最大帶負電荷效應的那些材料。表1 根據摩擦帶電效應排序的材料
權利要求
1.一種形成用于發光裝置的薄膜熒光粉層的方法，所述方法包括使用運載氣體將熒光粉末從熒光粉末源運輸到沉積室；和在所述沉積室內將所述熒光粉末沉積在靠近基片處以便使所述熒光粉末大致均勻地分布在靠近基片表面處。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述熒光粉末中誘導靜電荷。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述基片是非導電性的，并且進一步包括誘導相反的靜電荷靠近所述基片的表面；和隨后沉積所述熒光粉末，使用電離氣體使所述熒光粉末放電。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述基片是導電性的，并且進一步包括使所述基片與地電位連接；和隨后沉積所述熒光粉末，使用電離氣體使所述熒光粉末放電。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，沉積所述熒光粉末包括通過噴頭機構分配所述熒光粉末。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，沉積所述熒光粉末包括使用旋轉基片支持器旋轉所述基片。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述沉積熒光粉末的厚度在IOnm到60μ m的范圍之內。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括將聚合物層沉積在靠近所述沉積的熒光粉末處以便在靠近所述基片表面處形成薄膜熒光粉層。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述薄膜熒光粉層的厚度在IOnm到100μ m的范圍之內。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，所述聚合物包括基于聚對二甲苯的聚合物，并且沉積所述聚合物是用化學氣相沉積進行的。
11.一種形成用于發光裝置的薄膜熒光粉層的方法，所述方法包括在靠近基片處形成第一熒光粉末層，所述第一熒光粉末層包括靠近所述基片表面分布的第一熒光粉顆粒；和通過氣相沉積在靠近所述第一熒光粉末層處形成第一聚合物層，所述第一聚合物層用作所述第一熒光粉顆粒的粘合劑。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括通過氣相沉積在靠近第一聚合物層處形成第二聚合物層。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述第一聚合物層的折射率大于所述第二聚合物層的折射率。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一聚合物層和所述第二聚合物層中的至少一者包括含有式-CU' -Ar-CZ" I"‘-的重復單元的聚合物，其中Ar選自(1)未取代的亞苯基，⑵式C6H4_xC1X的氯取代的亞苯基，其中χ為1至4的的整數，和(3)式C6H4_x,Fx, 的氟取代的亞苯基，其中Χ'為1至4的的整數，且Z、Z'、Z〃和Z〃 ‘獨立地選自H、F、烷基禾口芳基。
15.根據權利要求11所述的方法，還包括在靠近所述第一聚合物層處形成第二熒光粉末層，所述第二熒光粉末層包括靠近所述第一聚合物層表面分布的第二熒光粉顆粒；和通過氣相沉積在靠近所述第二熒光粉末層處形成第二聚合物層，所述第二聚合物層用作所述第二熒光粉顆粒的粘合劑，其中所述第一熒光粉顆粒和所述第二熒光粉顆粒被構造成發出不同顏色的光。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括在靠近所述第二聚合物層處形成第三熒光粉末層，所述第三熒光粉末層包括靠近所述第二聚合物層分布的第三熒光粉顆粒；和通過氣相沉積在靠近所述第三熒光粉層處形成第三聚合物層，所述第三聚合物層用作所述第三熒光粉顆粒的粘合劑，其中所述第一熒光粉顆粒、所述第二熒光粉顆粒和所述第三熒光粉顆粒被配置成發出不同顏色的光。
17.一種在基片上形成薄膜熒光粉層的系統，所述系統包括沉積子系統，其限定外殼以容納所述基片；熒光粉末輸送子系統，其被構造成使用運載氣體將熒光粉末從熒光粉末源輸送到所述沉積子系統；聚合物前體輸送子系統，其被構造成將氣相的聚合物前體輸送到所述沉積子系統；控制子系統，其與所述沉積子系統、所述熒光粉末輸送子系統以及所述聚合物前體輸送子系統連接，其中所述控制子系統被構造成控制所述熒光粉末輸送子系統在第一時間間隔內將所述熒光粉末輸送到所述沉積子系統，以在靠近所述基片處形成熒光粉末層，并且所述控制子系統被構造成控制所述聚合物前體輸送子系統在第二時間間隔內將所述聚合物前體輸送到所述沉積子系統，以在靠近所述熒光粉末層處形成聚合物層。
18.根據權利要求17所述的系統，其中，所述沉積子系統包括限定所述外殼的真空室、 被構造以在所述真空室內支撐所述基片的基片支持器以及被構造以在基片上方沉積所述熒光粉末的噴頭機構。
19.根據權利要求18所述的系統，其中所述基片支持器被構造用以旋轉所述基片。
20.根據權利要求18所述的系統，其中所述沉積子系統還包括被構造成在所述熒光粉末中誘導靜電荷的電離器。
21.根據權利要求17所述的系統，其中所述熒光粉末輸送子系統包括被構造成在所述熒光粉末中誘導靜電荷的電離器。
22.根據權利要求17所述的系統，其中所述聚合物前體子輸送子系統包括被構造成從所述聚合物前體中生成氣相活性中間體的氣體反應器。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述氣體反應器被構造用以從所述聚合物前體生成自由基，并且所述聚合物前體具有式(CZZ' Y)m-Ar-(CZ" I" ‘ Y' )n，其中Ar選自 (1)未取代的亞苯基，(2)式C6H4_XC1X的氯取代的亞苯基，其中χ為1至4的整數，和(3)式 C6H4_X,FX,的氟取代的亞苯基，其中χ'為1至4的整數，且Z、Z'、Z〃和Z〃 ‘選自H、F、烷基和芳基，Y和V可以移除以產生自由基，m和η各自等于0或者是正整數，并且m和η的和小于或等于Ar上可用于取代的SP2-雜化碳的總數。
24.根據權利要求22所述的系統，其中所述氣體反應器被構造用以從所述聚合物前體中生成自由基，并且所述聚合物前體包括具有式KCZZ' )-Ar-(CZ" I" ‘ )}2的二聚物，其中Ar選自(1)未取代的亞苯基，(2)式C6H4_xC1x的氯取代的亞苯基，其中χ為1至4的整數，和⑶式C6H4_X,FX,的氟取代的亞苯基，其中χ'為1至4的整數，且Z、Z'、Z〃和Ζ"‘ 獨立地選自H、F、烷基和芳基。
25.一種薄膜熒光粉層，包括至少一個所述熒光粉層；和至少一個靠近所述至少一個熒光粉層布置的基于聚對二甲苯的聚合物層，所述至少一個基于聚對二甲苯的聚合物層用作所述至少一個熒光粉層的粘合劑。
26.根據權利要求25所述的薄膜熒光粉層，其中所述至少一個基于聚對二甲苯的聚合物層包括含有式-CZZ' -Ar-CZ" Ζ"‘-的重復單元的聚合物，其中Ar選自(1)未取代的亞苯基，(2)式C6H4_xC1x的氯取代的亞苯基，其中χ為1至4的整數，和(3)式C6H4_X’ Fx’的氟取代的亞苯基，其中χ'為1至4的整數，且Z、Z'、Z〃和Z〃 ‘獨立地選自H、F、烷基和方基。
全文摘要
薄膜熒光粉層可通過改進的沉積方法形成，所述方法包括(1)形成大致均勻分布在基片表面上的熒光粉層；和(2)形成聚合物粘合劑層以填充松散堆積的熒光粉顆粒之間的縫隙，因而形成大致連續的薄膜層。
文檔編號H01L33/50GK102272954SQ200980154186
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者C.陳 申請人:行家光電有限公司