具有磷光體轉換器的無膠發光器件的制作方法

具有磷光體轉換器的無膠發光器件的制作方法
【專利摘要】多階段層壓過程用于將波長轉換膜（220）層壓到透明襯底（230），并且隨后層壓到發光元件（110）。波長轉換膜（220）可以是未固化的磷光體嵌入的硅樹脂聚合物，并且層壓過程包括加熱聚合物使得其粘附到透明襯底（230），但是不完全固化。切片/切分磷光體層壓的透明襯底（230）并且將每一個經切分的襯底的波長轉換膜（220）放置在每一個發光元件（110）上。然后經由加熱將半固化的波長轉換膜（220）層壓到發光元件（110），從而固化磷光體膜。貫穿該過程，不使用膠合劑，并且沒有引入與膠合材料相關聯的光學損失。
【專利說明】
具有磷光體轉換器的無膠發光器件
技術領域
[0001]本發明涉及發光器件的領域，并且特別地涉及包括磷光體轉換器并且不使用膠合劑來將元件粘附在一起的發光器件。
【背景技術】
[0002]半導體發光器件的不斷擴展的使用已經產生了針對這些器件的高度競爭性市場。在該市場中，性能和價格通常對于提供供應商之間的產品區別而言是重要的。減少光學損失并且因而增加光輸出效率，提供改進的性能，如同改進光學質量。如果用于減少光學損失和/或改進光學質量的過程可以以較少的制造成本來執行，則性價比可以顯著增加。
[0003]常規發光器件典型地包括若干分立元件，其用于產生具有所期望的光輸出圖案的期望顏色的光。在大多數實施例中，發光器件以特定波長發射光;波長轉換元件，典型地磷光體材料，將所發射的光的一些或全部轉換成一個或多個其它波長，使得復合光輸出具有期望的顏色和色溫;并且光學元件引導復合光輸出以產生期望的光輸出圖案。為了引用的簡易性，術語磷光體在本文中用作波長轉換材料的同義詞，盡管以與由發光元件發射的光的波長不同的波長發射光的任何材料都可以包括在該限定中。
[0004]在一些實施例中，光學元件包括波長轉換材料，并且以提供所期望的光輸出圖案的形狀而被成型在發光元件之上。然而，在這樣的實施例中，難以維持一致的復合顏色輸出，因為光學元件內的磷光體的特定濃度隨批次而變化，并且通過發光元件的光發射的特定波長隨晶片而變化。
[0005]在其它實施例中，產生預形成的波長轉換膜并且每一個膜的波長轉換特性經由測試確定。以相似的方式，每一個晶片的發光元件的波長特性經由測試確定。為了實現所期望的復合顏色輸出，選擇用于應用于晶片的發光元件的膜被選擇成使得與特定晶片的發光元件的特性組合的膜的特性導致所期望的復合顏色輸出。發光元件安置在具有元件之間的適當間隔的襯底上；膜被疊覆在襯底上的發光元件上，并且然后使用真空和熱量的組合在發光元件之間的空間中被層壓到發光元件和襯底以使膜符合發光元件和襯底并且粘附到發光元件和襯底。光學元件形成在具有層壓的磷光體膜的發光元件之上。
[0006]預形成且預特征化的波長轉換膜的使用提供通過每一個膜的特性與每一組發光元件的特性的匹配所產生的在發光器件之中的一致的復合顏色輸出，但是是比在發光元件之上磷光體嵌入材料的成型更昂貴的過程。
[0007]在另一實施例中，典型地通過在玻璃中嵌入一個或多個磷光體創建預形成的波長轉換板。如在以上預形成的膜實施例中那樣，這些板可以被測試和特征化，并且匹配到發光元件的特定組以提供所期望的復合顏色輸出。波長轉換板被切片/切分以形成與發光元件的發光表面基本上相同尺寸的板片(plate let)，然后膠合到每一個發光元件。光學元件形成在具有附著的磷光體板片的發光元件之上。
[0008]預特征化的波長轉換板片的使用提供一致的顏色光輸出，如在預特征化的波長轉換膜的使用中那樣，但是可以提供較低產品成本，因為相對昂貴的波長轉換材料僅應用在發光表面之上，而不是在發光元件之間的空間之上。然而，在板片與發光元件之間引入膠合劑增加了制造復雜度，并且膠合材料引入了光學損失。此外，膠合材料一般具有欠佳的熱傳導性質，并且用來抑制由發光器件生成的熱量向周圍環境的耗散。

【發明內容】

[0009]將有利的是提供一種用于產生具有波長轉換材料的發光器件的方法，該發光器件展現出具有最小光學損失的一致的復合顏色輸出。如果該方法不引入附加的制造復雜度和/或成本則也將是有利的。如果該方法提供制造復雜度和/或成本方面的降低則將是進一步有利的。
[0010]為了更好地解決這些關切中的一個或多個，在本發明的實施例中，多階段層壓過程用于向透明襯底層壓波長轉換膜，并且隨后向發光元件層壓波長轉換膜。波長轉換膜可以是未經固化的磷光體嵌入的硅樹脂聚合物，并且層壓過程包括加熱該聚合物，使得其粘附到玻璃襯底，但是不完全固化。經磷光體層壓的玻璃襯底被切片/切分，并且每一個經切分的襯底的磷光體膜被放置在每一個發光元件上。半固化的磷光體膜然后經由加熱而被層壓到發光元件，從而固化磷光體膜。貫穿該過程，不使用膠合劑，并且沒有引入與膠合材料相關聯的光學損失。
【附圖說明】
[0011]參照附圖，進一步詳細地并且通過示例的方式來解釋本發明，其中:
圖1A-1C圖示了發光元件在襯底上的示例產生。
[0012]圖2A-2D圖示了波長轉換膜在透明襯底上的示例層壓，以及襯底的切片/切分以提供具有波長轉換層壓體的經切分的板片。
[0013]圖3A-3D圖示了具有波長轉換層壓體的經切分的板片到襯底上的發光元件的示例層壓，以及反射材料在襯底上的每一個層壓結構周圍的成型。
[0014]圖4圖示了針對波長轉換膜到透明襯底和到發光元件的多階段層壓以及隨后反射材料在每一個層壓結構周圍的成型的示例流程圖。
[0015]圖5A-5B圖示了示例可替換成形的透明襯底。
[0016]貫穿各圖，相同的參考標號指示類似或對應的特征或功能。出于說明性目的而包括附圖，并且附圖不意在限制本發明的范圍。
【具體實施方式】
[0017]在以下描述中，出于解釋而非限制的目的，闡述具體細節，諸如特定架構、接口、技術等，以便提供對本發明的概念的透徹理解。然而，對本領域技術人員將顯然的是，本發明可以在脫離于這些具體細節的其它實施例中實踐。以相似的方式，本說明書的文本針對如在圖中圖示的示例實施例，并且不意在超出明確包括在權利要求中的限制之外地限制所要求保護的發明。出于簡化和清楚的目的，省略公知的器件、電路和方法的詳細描述，以免以不必要的細節使本發明的說明書模糊不清。
[0018]圖1A-1C圖示了發光元件110在襯底130上的示例產生。發光元件110可以是各種各樣的常規發光元件中的任一種，并且可以包括例如夾在N型和P型半導體層之間的有源發光層。接觸墊120使得能夠實現到發光元件110的外部電源連接。盡管發光元件110在“倒裝芯片”配置中在一側上具有兩個接觸件，但是諸如每一側上一個接觸件之類的其它合適的接觸件配置包括在本發明的范圍內。
[0019]發光元件110可以使用常規的拾取和放置過程而被放置在襯底130上，其中適當的空間160在發光元件之間，如圖1A-1B中所圖示的。襯底130可以是其上臨時粘附發光元件110的表面;但是在許多實施例中，襯底130形成用于發光元件110的永久支撐物并且包括接觸墊120典型地經由焊接耦合到的導體(未示出)。導體可以延伸通過襯底130以允許從襯底的下表面到發光元件110的外部接觸。
[0020]為了提供對襯底130上的發光元件110的機械支撐，可以在發光元件110下方應用填充材料140。該填充材料140可以是反射性的以朝向發光元件110的上表面(所預期的發光表面)重定向光。
[0021]為了引用的簡易性，襯底130上的發光結構在下文中被稱為結構150。本領域技術人員將認識到，發光結構150可以包括與以上詳述的元件不同的元件。
[0022]如以上所指出的，可以使用各種各樣的技術中的任一種將波長轉換材料添加到發光結構150。具有嵌入的磷光體的光學元件可以成型在結構150之上;預形成的磷光體嵌入的膜可以層壓到襯底130，覆蓋每一個結構150和這些結構之間的空間160;或者，磷光體嵌入的板片可以膠合到結構150的發光表面。
[0023]在本發明的實施例中，預形成且預特征化的磷光體嵌入的膜被層壓到透明板，并且該板被切片/切分成與發光結構150的發光表面相同尺寸的板片。要特別指出的是，磷光體嵌入的膜是處于半固化(類B)狀態的聚合物，并且層壓過程使得聚合物在其被層壓到玻璃板之后并未完全固化。在隨后的層壓過程中，將板片上的磷光體嵌入的膜層壓到發光結構150的發光表面，并且在該過程中，聚合物完全固化。
[0024]圖2A-2D圖示了波長轉換膜在透明襯底上的示例層壓，以及透明襯底的切片/切分以提供具有層壓的波長轉換元件的經切分的板片。
[0025]在圖2A中，將支撐釋放層210上的預形成的波長轉換膜220放置在透明襯底230上。波長轉換膜220可以使用在2008年3月18日授予Haryanto Chandra并且通過引用并入本文的USP 7，344，952中所描述的過程來產生:
“薄磷光體片可以通過在疊覆平坦表面的非粘釋放層上沉積硅樹脂-磷光體混合物并且然后旋涂材料以形成均勻厚度的薄片來形成。薄片還可以通過在模具中沉積預定量的硅樹脂-磷光體混合物，或者通過在釋放層上噴涂預定量的材料來形成……
“在一個實施例中，磷光體片通過施加熱量而部分固化，使得片是柔性的并且有些發粘。然后連同釋放層一起從平坦表面移除該片。” (USP 7,344,952，第3欄，第66行-第4欄，第24行)。
[0026]可以測試波長轉換膜220以確定其波長轉換特性。在這樣的實施例中，具有不同光輸出特性(諸如所發射的光的不同特定波長)的發光元件基于這些特性而被“歸類(bin)”，如同樣在USP 7，344,952中所公開的那樣。例如，如果發光元件發射具有450nm的標稱波長的藍光，所測試的發光元件可以被分組到如下四個類別1-4之一以及 4)455-460nm。基于波長轉換膜的所測試的特性，標識適當的類別以用于與波長轉換膜匹配以實現所期望的復合顏色輸出。所期望的復合顏色輸出可以是例如處于所期望的色溫的白光。發光結構150的發光元件110中的每一個從所標識的類別獲取以用于與特定波長轉換膜220配對。可替換地，可以提供具有不同特性的多個波長轉換膜，并且可以選擇特定波長轉換膜220以對應于發光結構150的特定發光元件110的特性以產生所期望的復合顏色輸出。
[0027]透明襯底230可以是任何透明材料，包括玻璃、藍寶石、塑料等，玻璃和藍寶石一般比塑料優選，以得到更好的熱學耗散。為了引用的簡易性，術語“玻璃”和“板”在下文中被用作對發光元件110所發射的光和由波長轉換膜220所發射的任何光透明的襯底的同義詞。
[0028]在將波長轉換膜220安置在透明襯底230上之后，通過施加熱量、壓力和真空來將膜220層壓到襯底230。所施加的熱量被控制以限制波長轉換膜220的固化，并且針對具有140-1600C的固化溫度的示例聚合物可以處于70-100 °C的范圍中。聚合物的粘彈性行為(G’_儲能模量以及在損失與儲能模量之間的TanDelta-比)限定需要施加到膜的熱量。支撐釋放片210可以在將波長轉換膜220層壓到透明襯底230之后移除，如圖2B中所圖示的。可選地，釋放片210可以保留在波長轉換膜220上，直到切片/切分過程(以下)之后，但是這將要求從每一個經切分的板片移除釋放材料。
[0029]具有層壓的波長轉換膜220的透明襯底230可以放置在切片表面240上，并且被切片/切分，如圖2C中所圖示的，以產生包括層壓到透明襯底(“板”)230的波長轉換膜220的對應片段的各個“板片”250。這些板片250中的每一個可以成形為與發光結構150的發光表面基本上尺寸相同。標稱地，襯底可以為大約50-200微米厚，并且波長轉換膜可以在50和150微米厚之間。
[0030]圖3A-3D圖示了具有波長轉換層壓體的經切分的板片250到襯底上的發光結構150的示例層壓，以及反射材料在襯底上的每一個層壓結構周圍的成型。
[0031]在圖3A-3B中，使用例如(在半導體制造領域中常見的)具有加熱臺的常規拾取和放置機將具有層壓波長轉換材料220的各個板片250放置在發光結構150上。加熱臺的溫度是大約120-150C，因而允許波長轉換材料粘附到發光結構150 ο取決于層壓膜中的聚合物的類型，最終固化可以花費1-4小時。
[0032]在圖3C中，可以施加材料310以反射經轉換的光，保護發光元件110和波長轉換材料220以防環境影響，和/或向結果得到的器件提供結構支撐。
[0033]在圖3D中，拋光包封材料310以暴露透明襯底元件230的發光表面235。微珠爆破或其它平面化技術可以用于實現包封材料310的該表面拋光。表面拋光還可以使襯底元件230的表面粗糙化，從而通過減少表面處的全內反射(TIR)來增加通過該表面的光輸出效率。
[0034]包封材料可以反射發光元件110所發射的光以及波長轉換膜220所發射的任何光。該材料布置成反射將以其它方式通過結構150和板片250的側面逸出的光，使得其最終可以經由透明襯底230的發光表面235逸出。硅樹脂和Ti02的混合物，具有20%或更多Ti02的濃度，提供高度反射性的包封材料310，盡管可以使用其它材料。
[0035]在暴露襯底元件230的發光表面之后，可以切片/切分襯底130和包封材料310，如通過圖3D中的切割線320所圖示的，以提供各個發光器件350。
[0036]可以預計到，結果得到的發光器件350由于匹配到襯底130上的發光元件110的特性的預形成且預特征化的波長轉換膜220的使用而在器件350之中展現出一致的光輸出特性。還可以預計到，器件350由于膠合層的缺失且由于反射材料310和140的存在而展現出高光輸出效率。還可以預計到，器件350再次由于膠合層的缺失且由于具有高熱學傳導性的透明襯底230(諸如玻璃)的使用而展現出良好的熱學耗散。
[0037]圖4圖示了針對波長轉換膜到透明襯底和到發光元件的多階段層壓以及反射材料在每一個層壓結構周圍的隨后成型的示例流程圖。為了描述和理解的簡易性，使用玻璃透明襯底的示例來呈現該過程，并且波長轉換膜包括磷光體，諸如嵌入在硅樹脂聚合物中的磷光體。
[0038]在410處，將磷光體膜層壓到玻璃襯底上。層壓可以通過將玻璃加熱到70-100 °C來實現，這將使磷光體膜處于半固化狀態。
[0039]如果磷光體膜已經安置在支撐釋放片上，該片可以在420處移除。然而，要指出的是，支撐片也可以在施加熱量以將磷光體膜層壓到玻璃之前移除。
[0040]在430處，切片/切分經磷光體層壓的玻璃以提供尺寸設計成覆蓋(在440處)提供在襯底上的發光元件的發光表面區域的各個磷光體-玻璃板片。
[0041]如上文所指出的，提供在襯底上的發光元件可以選擇成具有匹配到磷光體膜的特性的發光特性以提供所期望的復合顏色輸出；或者，特定磷光體膜可以選擇成匹配發光元件的特性以提供所期望的復合顏色輸出。
[0042]在450處，將玻璃-磷光體板片放置在襯底上的每一個發光元件上，其中磷光體與發光元件的發光表面直接接觸。
[0043]在460處，通過以120-150°C施加熱量來將玻璃-磷光體板片層壓到發光元件。可選地，在450處將玻璃-磷光體板片放置在發光元件上之前，具有發光元件的襯底可以被預加熱到該溫度。
[0044]在470處，反射成型材料被施加以圍繞襯底上的每一個層壓的發光和波長轉換結構，并且被允許和/或進一步處理以硬化成型材料。特定硬化過程將取決于所使用的特定成型材料。
[0045]在480處，如果成型材料遮擋玻璃-磷光體板片的發光表面，對該材料進行拋光以暴露玻璃-磷光體板片的表面。
[0046]在490處，切片/切分具有由成型材料圍繞的發光和波長轉換結構的襯底以形成各個發光器件。如上文所指出的，襯底一般包括延伸通過襯底的接觸件，從而允許到發光元件的接觸墊的外部接觸。可替換地，如果襯底被提供為臨時支撐物，其可以被移除以暴露接觸墊。該移除可以發生在經包封的發光和波長轉換結構的切片/切分之前，從而允許再用襯底。
[0047]在上文所呈現的示例實施例中，已經將透明襯底圖示為具有平坦上表面和下表面的直線性的結構。在可替換的實施例中，透明襯底可以成形為通過其發光表面提供所期望的光輸出圖案。
[0048]圖5A-5B圖示了示例可替換成形的透明襯底。在這些示例中的每一個中，將波長轉換膜220層壓到透明襯底530的基本平坦表面，該表面與最終將形成所完成的發光器件(未示出)的發光表面的襯底530的表面510,520相對。
[0049]在圖5A中，透明襯底530的發光表面510包括半球形圓頂，其用來允許光在寬范圍的角度內離開表面510。
[0050]在圖5B中，透明襯底530的發光表面520包括用來使離開表面520的光準直的成形輪廓。
[0051]本領域技術人員將認識到，透明襯底530的發光表面可以以各種各樣的形狀或圖案形成，以便提供來自器件的所期望的光輸出圖案。
[0052]雖然已經在附圖和前述描述中詳細圖示和描述了本發明，但是這樣的圖示和描述要被視為是說明性或示例性而非限制性的;本發明不限于所公開的實施例。
[0053]例如，在其中將波長轉換材料以液體/半液體形式沉積在透明襯底上，而不是釋放膜，然后旋涂或以其它方式處理以形成所期望的厚度的涂層的實施例中操作本發明是可能的。
[0054]本領域技術人員在實踐所要求保護的發明時，通過研究附圖、公開內容和隨附權利要求，可以理解和實現所公開的實施例的其它變型。在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中敘述某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能用于獲益。權利要求中的參考標記，如果有的話，不應當解釋為限制權利要求的范圍。
【主權項】
1.一種發光器件，包括: 發光元件； 透明襯底；以及 波長轉換膜； 其中波長轉換膜直接層壓到透明襯底和發光元件，而沒有其它粘合材料。2.權利要求1的發光器件，其中透明襯底包括玻璃或藍寶石中的一種。3.權利要求1的發光器件，其中波長轉換膜包括一種或多種磷光體。4.權利要求3的發光器件，其中所述一種或多種磷光體嵌入在硅樹脂聚合物中。5.權利要求1的發光器件，其中波長轉換膜包括硅樹脂聚合物。6.權利要求1的發光器件，其中在波長轉換膜層壓到發光元件之前，波長轉換膜層壓到透明襯底。7.權利要求1的發光器件，其中發光元件包括具有一定尺寸的發光表面，并且波長轉換膜包括基本上等于發光表面的尺寸的光接收表面。8.權利要求7的發光器件，其中透明襯底包括基本上等于發光表面的尺寸的光接收表面。9.權利要求1的發光器件，其中透明襯底包括與層壓到波長轉換膜的表面相對的非平面表面。10.權利要求1的發光器件，包括圍繞發光元件和波長轉換膜的反射材料。11.權利要求10的發光器件，其中反射材料還圍繞透明襯底。12.—種產生發光器件的方法，包括: 提供包括層壓到透明襯底的波長轉換膜的板片； 提供包括發光表面的發光元件；以及 將板片的波長轉換膜層壓到發光表面而不使用其它粘合劑。13.權利要求12的方法，其中提供板片包括: 將波長轉換材料片層壓到透明板而不使用其它粘合劑，并且不使波長轉換材料完全固化；以及 將具有層壓的波長轉換材料的透明板切片成多個板片。14.權利要求12的方法，其中提供發光元件包括在襯底上提供多個發光元件，并且層壓板片的波長轉換膜包括將多個板片層壓到所述多個發光元件。15.權利要求14的方法，包括施加成型材料以圍繞襯底上的所述多個發光元件中的每一個并且圍繞所述多個板片中的每一個的至少部分。
【文檔編號】H01L33/60GK105874617SQ201480072576
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月30日
【發明人】G.巴辛, P.馬丁, H.H.崔
【申請人】皇家飛利浦有限公司