專(zhuān)利名稱(chēng)：熒光體轉(zhuǎn)化發(fā)光二極管的制作方法
熒光體轉(zhuǎn)化發(fā)光二極管
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LEDs，Light emitting diodes)是取代像白熾燈和日光燈光源這類(lèi) 傳統(tǒng)光源的絕佳選擇，LED實(shí)質(zhì)上具有比白熾燈更高的發(fā)光效率以及比這兩種傳統(tǒng)光源更 長(zhǎng)的使用壽命。此外，目前有某些LED發(fā)光效率已高于日光燈光源，且更高發(fā)光效率的LED 也已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。最后，LED需要的電壓比日光燈還低，因此更適合用在由像是電池或電 腦內(nèi)部直流電源這些低電壓電源供電的光源應(yīng)用上。不幸的是，LED產(chǎn)生的光，其頻帶相當(dāng)窄。為了取代傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，需要一種由LED 構(gòu)成的光源，其發(fā)出的光讓人們看起來(lái)為“白色”。利用覆蓋于藍(lán)色LED的熒光層，通過(guò)該熒 光層將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化成黃光，就可建造出呈現(xiàn)白色并且發(fā)光效率堪比日光燈的光源。在以 下的討論當(dāng)中將這種光源稱(chēng)為“熒光體轉(zhuǎn)化”光源。若藍(lán)光與黃光的比例選擇正確，則產(chǎn)生 的光源會(huì)讓人們看起來(lái)像是白色。為了提供正確的比例，必須控制熒光層的厚度。此外，位 于制造LED的晶粒(die)上的熒光層其均勻度必須維持，以避免光源發(fā)光表面上的光其顏 色發(fā)生變化。在要取代傳統(tǒng)光源的任何光源當(dāng)中，成本(以每塊錢(qián)所能產(chǎn)生的流明來(lái)衡量)是 一項(xiàng)重要因素。而晶粒的封裝成本為最終光源成本中重要的一部份。封裝成本的增加是因 為需要擷取離開(kāi)晶粒側(cè)邊的光。熒光體轉(zhuǎn)化光源內(nèi)所使用的藍(lán)光LED所產(chǎn)生的大部分的 光都因?yàn)榫ЯＶ圃觳牧吓c周?chē)橘|(zhì)之間折射系數(shù)的差異所造成的全反射，而困在該晶粒頂 面與底面之間。大部分這種受困的光通過(guò)該晶粒側(cè)面離開(kāi)該晶粒。若要改善該晶粒的光輸 出，該光源內(nèi)通常會(huì)包含一反射板，將離開(kāi)該晶粒側(cè)面的光重新導(dǎo)向，使得該光與從該晶粒 頂面離開(kāi)的光以相同方向離開(kāi)晶粒。關(guān)于提供均勻的熒光體厚度以及反射板的封裝成本相當(dāng)可觀。例如在一個(gè)設(shè)計(jì) 當(dāng)中，以具有反射壁的杯狀物形式提供反射板。該杯狀物安裝在包含該晶粒供電線路的基 板上。一部分的該基板透過(guò)該杯狀物底部上的開(kāi)口露出。該晶粒安裝在該基板透過(guò)該杯狀 物底部露出的部分上，并且連接至該等電線路。然后在該杯狀物中填入一有熒光體粒子懸 浮物的材料，該材料提供一可固化的固態(tài)層使得該熒光體粒子可保持懸浮。以環(huán)氧樹(shù)脂或 硅樹(shù)脂材料來(lái)懸浮該熒光體粒子的工藝已為業(yè)界所熟知。這些工藝難以自動(dòng)化，而自動(dòng)化的工藝可保證從該晶粒發(fā)出的光是均勻的。尤其 是，離開(kāi)該晶粒頂面的光中由該熒光層轉(zhuǎn)化的部分必須與離開(kāi)該晶粒側(cè)面的光中由該熒光 層轉(zhuǎn)化的部分相同。在這些工藝當(dāng)中，通過(guò)固化內(nèi)含該熒光體粒子的一載體材料，在該光源 組裝線上該光源的最后組裝期間于杯狀物內(nèi)形成該熒光層。該熒光體粒子在分布階段傾向 于沉淀在該載體材料內(nèi)。為了避免沉淀，該懸浮物必須添加許多種減緩沉淀的材料。此外， 該載體必需經(jīng)過(guò)調(diào)配，使其短時(shí)間內(nèi)固化以避免該粒子沉淀在該杯狀物內(nèi)晶粒的四周。若 該粒子沉淀在該杯狀物底部，則離開(kāi)該晶粒側(cè)面的光必須通過(guò)的熒光體數(shù)量與離開(kāi)晶粒頂 面的光必須通過(guò)的熒光體數(shù)量明顯不同。結(jié)果，由該反射板重新導(dǎo)向的光具有與離開(kāi)該晶 粒頂面的光不同的顏色。因此，光源在表面上所呈現(xiàn)的顏色是不均勻的。此外，提供個(gè)別杯狀物給每一晶粒的工藝通常牽涉到許多額外的制造步驟。在最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)當(dāng)中，該杯狀物在制造之后單獨(dú)固定至其下的該基板。雖然設(shè)置使用一層材料 所制造的杯狀物在數(shù)個(gè)晶粒之上的設(shè)計(jì)已被提出，“杯狀物層”的制造仍舊占有最終光源制 造成本的絕大部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包含一光源以及制造該光源的方法。該光源包含一晶粒、一光轉(zhuǎn)化元件及 一散射環(huán)。該晶粒發(fā)出第一波長(zhǎng)光穿過(guò)該晶粒頂面及該晶粒的一或多個(gè)側(cè)面，該晶粒接合 至一安裝基板的表面。該光轉(zhuǎn)化元件包含一層發(fā)光材料，其將該第一波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化成該第二 波長(zhǎng)光，該光轉(zhuǎn)化元件具有與該晶粒頂面接合的一底面。該光轉(zhuǎn)化元件具有側(cè)向尺寸，使得 該晶粒四周存在一空間，該空間由該基板與該光轉(zhuǎn)化元件所界定。該散射環(huán)圍繞該晶粒的 側(cè)面，并且設(shè)置在該空間內(nèi)，如此從該晶粒側(cè)面發(fā)射出來(lái)的一部分光會(huì)由散射環(huán)散射進(jìn)入 該光轉(zhuǎn)化元件內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，該散射環(huán)包含其內(nèi)有懸浮粒子的一透明材料。在 本發(fā)明的另一態(tài)樣中，該光轉(zhuǎn)化元件包含一透明材料的平面層，該平面層具有一發(fā)光材料 于其中。該光轉(zhuǎn)化元件另包含一光處理層，其包含接合至該平面層的一層透明材料，該光處 理層具有覆蓋該平面層的一非平面表面。該光源可制造成一光源群組，其中多個(gè)晶粒發(fā)出第一波長(zhǎng)的光穿過(guò)該晶粒頂面及 該晶粒的一或多個(gè)側(cè)面，該晶粒接合至一安裝基板的表面。一片光轉(zhuǎn)化元件設(shè)置在該安裝 基板上，每一光轉(zhuǎn)化元件都包含一層發(fā)光材料，其將該第一波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化成該第二波長(zhǎng)光。每 一光轉(zhuǎn)化元件都對(duì)應(yīng)至該晶粒的其中之一并且與該晶粒校準(zhǔn)，使得該光轉(zhuǎn)化元件的底面設(shè) 置在該晶粒的頂面之上。然后，將該片光轉(zhuǎn)化元件接合至該晶粒的頂面。該光轉(zhuǎn)化元件具 有側(cè)向尺寸是經(jīng)撰擇使得在對(duì)應(yīng)晶粒的四周存在一空間，該空間由與該基板與該對(duì)應(yīng)的光 轉(zhuǎn)化元件所界定。然后產(chǎn)生圍繞每一晶粒側(cè)面的一散射環(huán)。該散射環(huán)設(shè)置在圍繞該晶粒的 該空間內(nèi)，使得從該晶粒側(cè)面發(fā)射出來(lái)的一部分光會(huì)由該散射環(huán)散射進(jìn)入對(duì)應(yīng)該晶粒的該 光轉(zhuǎn)化元件內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣內(nèi)，該散射環(huán)包含其內(nèi)有懸浮粒子的一透明材料。該 透明材料具有一液體前置物，其將光轉(zhuǎn)化元件的底面以及該基板表面弄濕。該散射環(huán)的產(chǎn) 生方式為在該液體前置物內(nèi)懸浮該散射粒子來(lái)形成一液態(tài)環(huán)前置物、將該液態(tài)環(huán)前置物 導(dǎo)入該晶粒四周空間并讓該液態(tài)環(huán)前置物固化來(lái)形成懸浮該散射粒子的透明介質(zhì)。在本發(fā) 明的其他態(tài)樣內(nèi)，通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象將該液體前置物吸入空間內(nèi)。


圖1為傳統(tǒng)熒光體轉(zhuǎn)化LED光源的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)態(tài)樣的光源的剖面圖；圖3至圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)態(tài)樣的光源在工藝中不同階段的剖面圖；圖5為沿著圖6內(nèi)所示5-5線的剖面圖；圖6為圖5內(nèi)所示基板一部分的俯視圖；圖7為具有兩個(gè)使用本發(fā)明此態(tài)樣光源的基板71 一部份的剖面圖；圖8和圖9說(shuō)明使用本發(fā)明另一態(tài)樣的光源；圖10和圖11說(shuō)明使用本發(fā)明另一態(tài)樣的光源。
具體實(shí)施例方式通過(guò)參考圖1可更容易了解本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)，此圖為先前技術(shù)中典型的熒光 體轉(zhuǎn)化LED光源20的剖面圖。一發(fā)光半導(dǎo)體晶粒22安裝在一基板21上的凹穴內(nèi)，晶粒22 包含一 LED。利用晶粒22底部上與基板上對(duì)應(yīng)導(dǎo)體的接點(diǎn)來(lái)供電給該LED。為了簡(jiǎn)化圖式， 已經(jīng)省略晶粒22與基板21上導(dǎo)體的連接。光源20包含一杯狀物29，其具有反射側(cè)27。杯狀物29的制造可利用在材料層內(nèi) 挖出一圓錐孔，然后在該孔內(nèi)壁涂上反射材料之后接合至基板21。該杯狀物通常在晶粒22 連接至基板21之前接合至基板21。不過(guò)，其中利用在基板21內(nèi)挖出一圓錐形內(nèi)凹來(lái)建立 杯狀物的實(shí)施方式也為業(yè)界所熟知。在晶粒22接合至基板21之后，將載體材料25內(nèi)的懸浮熒光體粒子24導(dǎo)入該杯狀 物29內(nèi)。該載體材料通常為環(huán)氧樹(shù)脂或硅樹(shù)脂；不過(guò)使用其他材料的載體也是現(xiàn)有技術(shù)。 該載體通常被固化來(lái)產(chǎn)生一固態(tài)材料，其固定該熒光體粒子于其內(nèi)。即使當(dāng)該載體固化時(shí) 該熒光體粒子均勻分布在該載體材料內(nèi)，從晶粒22側(cè)邊離開(kāi)的光28通過(guò)的熒光體量與從 該晶粒離開(kāi)頂面的光26所通過(guò)的不同。一般而言，相較于離開(kāi)該晶粒頂面的光，離開(kāi)該晶 粒側(cè)面的光有更多的部分轉(zhuǎn)化成黃色。因此，從該杯狀物內(nèi)壁反射的光其波長(zhǎng)朝向黃色偏 移，導(dǎo)致該光源呈現(xiàn)出白色中心及黃色光暈的一圓形光源。更進(jìn)一步，裝置之間光源的均勻度取決于該載體材料分布入每一杯狀物內(nèi)的準(zhǔn)確 度以及該載體內(nèi)熒光體的濃度。在此方面，必須注意到，分布槽內(nèi)的熒光體會(huì)在制造數(shù)個(gè)光 源時(shí)沉淀，因此在載體材料分布至數(shù)個(gè)光源內(nèi)的過(guò)程中，該載體內(nèi)熒光體的濃度無(wú)法保持一定。此時(shí)請(qǐng)參閱圖2，其為根據(jù)本發(fā)明其中一個(gè)態(tài)樣的光源剖面圖。光源30包含一晶 粒31，其具有一 LED，該LED發(fā)出通過(guò)晶粒31的頂面及通過(guò)晶粒31側(cè)面的光。晶粒31利 用晶粒31底面上的接點(diǎn)來(lái)接合至基板32。為了簡(jiǎn)化圖式，已經(jīng)從圖式中省略晶粒31與基 板之間的電氣連接。一熒光層33利用一粘貼層36接合至晶粒31的頂面。熒光層33將從晶粒31發(fā) 出的光的一部分轉(zhuǎn)化成具有與從晶粒31發(fā)出的光不同光譜的光。如上面所提及，通過(guò)使用 發(fā)出藍(lán)色光譜的晶粒以及可將藍(lán)光轉(zhuǎn)化成黃光的熒光體可創(chuàng)造出白色光源。不過(guò)，也可用 其他晶粒與熒光體的組合來(lái)實(shí)施本發(fā)明。如以下更詳細(xì)的說(shuō)明，在將層33接合至晶粒31 之前預(yù)先制造層33。熒光層33可包含懸浮在載體內(nèi)的分散的熒光體粒子，或由溶解在載體 內(nèi)的可溶解熒光體來(lái)制造。離開(kāi)晶粒31側(cè)面的光由散射粒子層35所散射，其中這些粒子懸浮在對(duì)晶粒31所 產(chǎn)生的光是透明的一材料層34內(nèi)。材料層34形成圍繞晶粒31側(cè)面的散射環(huán)，并填入基板 32與層33之間間隙內(nèi)，該間隙是在晶粒31相鄰區(qū)域內(nèi)。該散射環(huán)的厚度可被選擇，使得相 較于該光源中通過(guò)熒光層33頂面離開(kāi)的光，通過(guò)側(cè)面離開(kāi)該晶粒并且從表面38發(fā)出的光 其光量是微不足道的。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，離開(kāi)晶粒31側(cè)面并通過(guò)層38而從光源30 射出的光量少于離開(kāi)晶粒側(cè)面且通過(guò)散射環(huán)側(cè)面38離開(kāi)散射環(huán)的光的10%?；?2的頂面37可用一反射材料覆蓋，將任何被散射朝向基板32的光重新導(dǎo)回 朝向熒光層33。該散射粒子取代上述討論的傳統(tǒng)反射板?？紤]從晶粒31側(cè)邊離開(kāi)的光，其 經(jīng)散射使得該光重新導(dǎo)向至熒光層33。此光和從晶粒31頂面所發(fā)出的光通過(guò)相同的熒光體厚度；因此該光源具有比上述所討論的先前技術(shù)光源更均勻的光場(chǎng)。此外，該光源的整體 水平尺寸明顯地小于使用個(gè)別反射板的光源。如底下更詳細(xì)的解釋?zhuān)牧蠈?4的高度h可被設(shè)定，使得材料層34可通過(guò)在熒光 層33接合至晶粒31之后，在熒光層33與基板32之間導(dǎo)入一懸浮散射粒子于其內(nèi)的液體 前置物來(lái)制造。此發(fā)明態(tài)樣確定該載體與該散射粒子被限制在熒光層33底下。該散射層 的寬度并不重要，只要該寬度大于最小寬度即可。寬度必須夠?qū)?，以確定從晶粒31側(cè)面離 開(kāi)的大部分光都被反射。此外，該寬度必須大于被散射粒子重新導(dǎo)向的光的波長(zhǎng)。假如存 在其他材料，實(shí)質(zhì)上并不會(huì)改變?cè)摴庠吹耐庥^尺寸或顏色，因?yàn)榇蠖鄶?shù)光在到達(dá)其他材料 之前已經(jīng)被散射。因此，并不需要精確控制需分布于熒光層33邊緣的材料量。必須注意到，散射粒子密度的任何變化都會(huì)改變光源的光場(chǎng)直徑以及邊緣的亮度 分布；不過(guò)光源的顏色不會(huì)改變，因?yàn)楣馔ㄟ^(guò)的熒光體厚度與散射介質(zhì)無(wú)關(guān)。因?yàn)檠劬?duì)色 差的敏感度大于對(duì)亮度差異的敏感度，所以一般來(lái)說(shuō)可接受邊緣上亮度的小差異。參考圖3至圖6可更容易了解依照本發(fā)明其中一個(gè)態(tài)樣的光源的制造方式，該圖 式說(shuō)明如何制造數(shù)個(gè)此類(lèi)光源。圖3至圖5為在工藝中不同階段中基板41 一部分的剖面 圖。圖6為圖5內(nèi)所示為基板41 一部分的俯視圖，圖5為通過(guò)圖6內(nèi)所示5-5線的剖面圖。請(qǐng)參閱圖3，工藝一開(kāi)始是利用接合像是晶粒42這類(lèi)的多個(gè)晶粒至基板41。該晶 粒連接至基板41表面上的電線路，并從該晶粒側(cè)邊以及相對(duì)于基板41的對(duì)邊發(fā)出光。該 發(fā)光表面由粘貼層45覆蓋，其在粘貼劑固化后對(duì)該晶粒發(fā)出的光而言是透明的。該熒光層是預(yù)先制造來(lái)形成可反向接合至載體基板44的個(gè)別熒光體元件43。在 本發(fā)明的一種態(tài)樣中，該熒光體元件可如材料薄片般鑄造，該材料片分割為稍后固定至基 板44的個(gè)別熒光體元件。在本發(fā)明的其他態(tài)樣中內(nèi)，將具有該熒光體的一液體前置物材料 施予至基板44，如同具有恰設(shè)置在基板44上的個(gè)別熒光體元件的圖案層。該前置反應(yīng)物可 使用像是模板處理這類(lèi)的“印刷操作”，或使用類(lèi)似于噴墨印表機(jī)內(nèi)所使用的機(jī)構(gòu)來(lái)分布。 然后該前置物材料被固化，以提供上述討論的該熒光體元件。該熒光體元件定位成，當(dāng)載體基板44與基板41正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)熒光體元件將準(zhǔn) 確位于每一晶粒上。在基板41和44都彼此適當(dāng)校準(zhǔn)之后，將基板壓在一起，使得該熒光體 元件與該粘貼層接觸。然后該粘貼層被固化以提供每一熒光體元件與該對(duì)應(yīng)晶粒間的接 合。在該粘貼層固化之后，移除基板44留下如圖4內(nèi)所示的光源。此時(shí)參閱圖5和圖6，在該熒光體元件已接合至該晶粒之后，利用在該熒光體元件 之間的空間內(nèi)分布一適當(dāng)液體前置物來(lái)形成散射層48。該液體前置物包含該散射粒子并且 具有所需的表面張力，使得該液體通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象吸入該熒光體元件與基板41之間的空間 內(nèi)。該液體可由插入像是圖5和圖6內(nèi)所示的熒光體元件45和46這類(lèi)的熒光體元件對(duì)之 間的單個(gè)噴嘴47來(lái)分布。另外，可利用多個(gè)噴嘴同時(shí)分布該前置物與散射粒子懸浮物。直到液體前置物吸入該熒光體元件與基板41之間的空間之前，該前置物都必須 維持液態(tài)。該液體前置物可為能硬化成透明介質(zhì)，且維持該散射粒子于懸浮的任何材料。對(duì) 于該晶粒所發(fā)出的光而言，該介質(zhì)必須透明。上述討論中用于分布該熒光層進(jìn)入該反射杯 狀物時(shí)維持該熒光體粒子于懸浮的組合物可在此被使用。這種組合物通常包含具有各種減 緩粒子沉淀的添加物的載體。例如可利用使用熱或UV光固化的透明環(huán)氧樹(shù)脂組合物。硅 樹(shù)脂(silicone)組合物也可被利用。
在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣內(nèi)，該散射粒子為氧化鈦粒子，其直徑大于該晶粒發(fā)出的光 的波長(zhǎng)。不過(guò)，亦可使用其他材料。例如可使用無(wú)色粒子，其折射系數(shù)顯著異于懸浮該粒 子所使用的介質(zhì)的折射系數(shù)。例如可利用懸浮在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)的玻璃粒子。該熒光體元件可用數(shù)種方法來(lái)制造，該熒光體元件可用和上述討論先前技術(shù)方法 中制造該熒光層所使用的相同材料來(lái)預(yù)先模造。因?yàn)樵摕晒怏w元件是使用個(gè)別模造工藝來(lái) 制造，而實(shí)質(zhì)上降低了上述討論關(guān)于提供一均勻?qū)拥膯?wèn)題。如上所述，也可利用將該熒光體 材料印刷到一載體上來(lái)制造該熒光體元件。該熒光體元件在水平方向的熒光體粒子均勻度必須維持一定，使得離開(kāi)該晶粒頂 面或離開(kāi)該散射粒子的光將通過(guò)相同厚度的熒光體材料。不過(guò)，與先前技術(shù)的元件不同，該 熒光體元件內(nèi)熒光體粒子的垂直分布基本上可以是不均勻的，因?yàn)樵摕晒怏w所轉(zhuǎn)化的大部 分光與該層內(nèi)的熒光體粒子分布相對(duì)無(wú)關(guān)。因此，若使用模造工藝提供該熒光體元件，則模 造工藝不需要有固化時(shí)間，其短于該粒子在載體內(nèi)的沉淀時(shí)間，該載體用于懸浮粒子。類(lèi)似 地，若使用模板或印刷工藝將該熒光體分布于該載體，則轉(zhuǎn)化的光所占的比例主要由施予 的熒光體量所決定，與層內(nèi)該熒光體的垂直分布是不同的。最終，具有該熒光體元件的該載 體的制備可從封裝工藝中分離出來(lái)，因此工藝可被個(gè)別最佳化。上述根據(jù)本發(fā)明不同態(tài)樣的光源的范例使用一種制造法，其在一載體上提供個(gè)別 的熒光體元件，然后轉(zhuǎn)移至該晶粒。在某些應(yīng)用當(dāng)中，在該熒光層上包含額外的光學(xué)元件是 較佳的，該光學(xué)元件用于降低因全反射而留在該熒光層內(nèi)的光量。全反射發(fā)生于該熒光體 元件與圍繞該完成光源的空氣之間的邊界。這些光學(xué)元件需有一曲面設(shè)計(jì)，其讓個(gè)別熒光 體元件與該載體的接合變得復(fù)雜。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，基本上是利用將預(yù)先制造具有該光學(xué)元件的該熒光體元 件的板接合至該晶粒載體上的晶粒來(lái)減少這些問(wèn)題。然后將該散射材料導(dǎo)入如上述討論的 該晶粒與該熒光體元件之間的空間內(nèi)。最終，在切割該晶粒和該晶粒載體的同時(shí)切割該熒 光體板，以提供一完成的LED。必須注意到，也可利用在每一完成的光源上模造一個(gè)圓頂來(lái)制造該光學(xué)元件。此 時(shí)請(qǐng)參閱圖7，其為基板71的一部分的剖面圖，該基板具有使用本發(fā)明此態(tài)樣的兩個(gè)光源。 每一光源都包含一圓頂72，其模造在每一光源內(nèi)該熒光體元件73上。圓頂72的直徑經(jīng)過(guò) 選擇，使得從熒光體元件73進(jìn)入圓頂72的光將以小于圓頂72臨界角的入射角撞擊圓頂72 的表面，因此，此光將從圓頂72射出，而不會(huì)因?yàn)榭諝?圓頂介面的內(nèi)部反射而留在圓頂72 之內(nèi)。為了降低制造成本，在切割個(gè)別光源之前，可用單個(gè)模造的操作模造整個(gè)光源板的圓 頂。上述范例使用將熒光體粒子懸浮在透明介質(zhì)內(nèi)制造的一熒光體轉(zhuǎn)化層。不過(guò)，亦 可使用其他方法制造該熒光體元件。例如通過(guò)因適當(dāng)摻雜而擁有熒光特性的單晶半導(dǎo)體 材料制造的一熒光體轉(zhuǎn)化層可用于該熒光體轉(zhuǎn)化層。該單晶熒光體可使用晶體塊材成長(zhǎng)法來(lái)成長(zhǎng)，像是Czochralsky法或像是液相或 汽相外延的外延法。例如1989年10月10公告提出的第4，873，062號(hào)美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明一種 用此方法成長(zhǎng)單晶體的設(shè)備與方法。因?yàn)榇朔椒榘雽?dǎo)體材料業(yè)界內(nèi)所熟知，所以在此就 不做進(jìn)一步討論。為了討論起見(jiàn)，須充分注意到單晶熒光體的長(zhǎng)晶是利用將單個(gè)晶種降入 一具有熔化熒光體材料的坩鍋。隨著晶體成長(zhǎng)，從熔化材料當(dāng)中拉出晶體塊材。接著，該晶體塊材被切成薄片層，并且切割或斷開(kāi)成更小片，以適合本發(fā)明使用。該層的厚度視特定應(yīng) 用而定，其厚度介于0. 05至5mm之間，且在許多應(yīng)用中較佳地是使用0. 25mm。當(dāng)該單晶熒光層是透明的，光傳輸并不會(huì)因熒光體粒子邊界的散射而有所阻礙。 由于該光轉(zhuǎn)化熒光層具有均勻的厚度，整個(gè)表面上的顏色轉(zhuǎn)化效果都相同。晶體材料的選擇是根據(jù)特定的應(yīng)用。對(duì)于白光LED而言，LED在第一頻帶內(nèi)發(fā)光， 并且光轉(zhuǎn)化層將該光的一部分轉(zhuǎn)化成互補(bǔ)頻帶內(nèi)的光。例如白光LED可使用包含由鈰激 化的釔鋁石榴石(Yttrium Aluminum Garnet) YAG:Ce的單晶熒光體，來(lái)將其LED發(fā)出的藍(lán) 光轉(zhuǎn)化成黃光。類(lèi)似地，發(fā)出靛色(藍(lán)綠色)的LED可與發(fā)出紅光的單晶熒光體匹配，提供 接近白色的光源。必須注意到，也可使用多個(gè)熒光層。例如若使用UV發(fā)光LED，則需要至少兩種熒 光體來(lái)提供讓觀察者看起來(lái)像是白色的光源。在此例中，該熒光層可包含兩個(gè)不同的熒光 層，個(gè)別用于一種熒光體。每一熒光層都轉(zhuǎn)化一部分的UV光。為了提供最大效率，所有UV 光皆應(yīng)被該熒光體的組合轉(zhuǎn)化。使用不同顏色LED的光源也用來(lái)產(chǎn)生使觀察者看起來(lái)為特定顏色的光。例如使 用三種LED的光源，其中每一種LED產(chǎn)生不同顏色的光，例如紅色、綠色和藍(lán)色。該光源通 常用于提供一種光源，其可設(shè)計(jì)來(lái)提供一特定顏色的觀察光，該光的顏色可從一廣色域中 選取。利用改變?nèi)庠吹牧炼缺壤?，可改變光源的觀察色。而使用更多不同顏色的光 源也為一現(xiàn)有技術(shù)。這類(lèi)光源具有較大的色域，其可利用改變個(gè)別LED的亮度來(lái)產(chǎn)生。此 時(shí)請(qǐng)參閱圖8和圖9，其說(shuō)明使用本發(fā)明此態(tài)樣的光源。圖9為光源90的俯視圖，以及圖8 為光源90通過(guò)圖8中8-8線的剖面圖。光源90包含4個(gè)晶粒，顯示為82-85。每一晶粒都 由使用不同熒光體的熒光體元件所覆蓋。圖式中將例示性熒光體元件標(biāo)示為92和93。四 個(gè)晶粒以類(lèi)似上面討論的方式被共用圓頂95所覆蓋。為了提供所要顏色的“點(diǎn)”光源外觀，LED必須盡可能彼此靠近。本發(fā)明也可經(jīng)過(guò) 調(diào)整用來(lái)制造這種光源，因?yàn)檫@樣該晶?？杀让恳痪Я６荚趥€(gè)別反射杯內(nèi)的光源中的晶粒
更靠近。在這種光源內(nèi)，使用不同的熒光體來(lái)制造覆蓋光源板內(nèi)相鄰晶粒的熒光體元件。 根據(jù)將熒光體印刷或模板模造到載體上的制造技術(shù)適合用于這種光源。在制造光源之后， 該板會(huì)被分割使具有對(duì)應(yīng)該熒光體元件的三或四個(gè)晶粒都包含在每一光源內(nèi)。LED光源所面對(duì)的另一個(gè)問(wèn)題為個(gè)別LED相對(duì)低的光輸出。目前，單個(gè)晶粒最高能 以幾瓦的功率來(lái)運(yùn)作。因此，為了提供取代傳統(tǒng)白熾燈的光源，即使當(dāng)光源為相同顏色時(shí)， 仍必須組合數(shù)顆晶粒來(lái)提供所要的亮度。同樣地，本發(fā)明適于制造足以成為點(diǎn)光源的多晶 粒光源。此時(shí)請(qǐng)參閱圖10和圖11，其說(shuō)明使用本發(fā)明此態(tài)樣的光源100。圖11為光源100 的俯視圖，且圖10為光源100通過(guò)圖10內(nèi)10-10線的剖面圖。光源100使用共享一熒光 體元件102的4個(gè)晶粒。圖式內(nèi)將例示性晶粒標(biāo)示為103和104。該晶粒與該熒光體元件 都包覆在圓頂105內(nèi)，以提供提升的光擷取率。重新導(dǎo)引離開(kāi)該晶粒側(cè)邊的光的該散射介 質(zhì)導(dǎo)入顯示為111-114的位置，并且透過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象移動(dòng)至該晶粒之間的區(qū)域。因此，該晶粒 可盡可能的彼此靠近，而不會(huì)損失通過(guò)該晶粒側(cè)邊發(fā)出的光。如上面所提及，該熒光體元件較佳使用像是轉(zhuǎn)模、射出成型、印刷或鑄造等不同工 藝來(lái)制造。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，該熒光體與像是環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、聚碳酸鹽、壓克力、聚胺酯、聚丙烯或類(lèi)似塑膠或聚合物的透明介質(zhì)混合，然后利用模造、鑄造、印刷或其他合 適的工藝形成所要的形狀。低熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)玻璃也可被使用當(dāng)成透明介質(zhì)。該熒光體較佳為不出現(xiàn)散射問(wèn)題的材料。為了減少使用懸浮在透明介質(zhì)內(nèi)無(wú)機(jī)熒 光體的粒子的光源內(nèi)光的散射，該粒子大小較佳為小于或等于該晶粒上LED所發(fā)出的光的 波長(zhǎng)。另外，可使用在該透明介質(zhì)內(nèi)可溶解的一發(fā)光材料，例如可使用像是熒光體染劑的 一有機(jī)發(fā)光材料。通過(guò)適當(dāng)選擇懸浮該粒子的透明介質(zhì)，也可降低來(lái)自該粒子表面的散射。尤其是， 可使用折射系數(shù)與該熒光體材料折射系數(shù)相匹配的材料，藉此降低光散射。例如低熔點(diǎn)玻 璃可用來(lái)當(dāng)成鑄造材料，以降低該熒光體粒子與該鑄造材料之間折射系數(shù)的差異。本發(fā)明的上述范例已經(jīng)揭露發(fā)出讓觀察者看起來(lái)為“白光”的光源。不過(guò)，本發(fā)明 可用于制造其他光源，其運(yùn)作是使用熒光體轉(zhuǎn)化原光源所發(fā)出的光的一部分。根據(jù)本發(fā)明的上述光源范例是使用熒光體將LED所發(fā)出的光轉(zhuǎn)化成不同波長(zhǎng)的 光。不過(guò)，亦可使用其他形式的發(fā)光材料。一般而言，可使用將LED所產(chǎn)生波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)化成 所要波長(zhǎng)的光的任何材料。根據(jù)本發(fā)明的上述光源范例涉及到許多透明元件。為了本發(fā)明的目的，若介質(zhì)可 讓該光源內(nèi)LED所產(chǎn)生的光中超過(guò)百分之九十的光通過(guò)，則該介質(zhì)定義為透明。本領(lǐng)域技術(shù)人員從上面的描述以及附圖當(dāng)中可了解本發(fā)明的許多修改。因此，本 發(fā)明只受限于下列權(quán)利要求范圍的范疇。
權(quán)利要求
1.一種光源，其包含一晶粒，其發(fā)出一第一波長(zhǎng)光穿過(guò)該晶粒一頂面以及該晶粒的一或多個(gè)側(cè)面，該晶粒 接合至一安裝基板的表面；一光轉(zhuǎn)化元件，包含一層發(fā)光材料，其將該第一波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化成一第二波長(zhǎng)的光，該光轉(zhuǎn) 化元件具有與該晶粒頂面接合的一底面，該光轉(zhuǎn)化元件具有側(cè)向尺寸，使得在該晶粒四周 存在一空間，該空間由該基板與該光轉(zhuǎn)化元件所界定；及一散射環(huán)，其圍繞該晶粒側(cè)面，并且設(shè)置在該空間內(nèi)，使得一部分從該晶粒側(cè)面發(fā)射出 來(lái)的光會(huì)由該散射環(huán)散射進(jìn)入該光轉(zhuǎn)化元件內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該散射環(huán)包含有粒子懸浮于其中的一透明材料。
3.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透明材料具有一液體前置物濕化該光轉(zhuǎn)化元件的 底面及該基板的一表面。
4.如權(quán)利要求2所述的光源，其中該透明材料包含一環(huán)氧樹(shù)脂。
5.如權(quán)利要求2所述的光源，其中該透明材料包含硅樹(shù)脂。
6.如權(quán)利要求2所述的光源，其中該粒子包含氧化鈦。
7.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該光轉(zhuǎn)化元件包含有熒光體粒子懸浮于其中的一透 明材料。
8.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該光轉(zhuǎn)化元件包含一單晶熒光體。
9.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該光轉(zhuǎn)化元件包含一透明材料的平面層，該平面層 具有一發(fā)光材料于其中，該光轉(zhuǎn)化元件另包含一光處理層，其包含接合至該平面層的一層 透明材料，該光處理層具有覆蓋該平面層的一非平面表面。
10.如權(quán)利要求1所述的光源，其進(jìn)一步包含該安裝基板之上的一層透明材料，其形狀 經(jīng)過(guò)塑造來(lái)提供具有對(duì)應(yīng)至該晶粒的一非平面表面的一光學(xué)元件。
11.一種制造一光源的方法，其包含安裝多個(gè)晶粒，其發(fā)出一第一波長(zhǎng)光穿過(guò)該晶粒一頂面及該晶粒一或多個(gè)側(cè)面，該晶 粒接合至一安裝基板的一表面；提供一片光轉(zhuǎn)化元件，每一光轉(zhuǎn)化元件都包含一層發(fā)光材料，其將該第一波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化 成一第二波長(zhǎng)光，每一光轉(zhuǎn)化元件對(duì)應(yīng)至該晶粒的其中之一，并與該晶粒校準(zhǔn)，使得該光轉(zhuǎn) 化元件的一底面定位在該晶粒的頂面上；將該片光轉(zhuǎn)化元件接合至該晶粒的頂面，其中每一光轉(zhuǎn)化元件都具有經(jīng)過(guò)選擇的側(cè)向 尺寸，使得該對(duì)應(yīng)晶粒周?chē)嬖谟幸豢臻g，該空間由該基板與該對(duì)應(yīng)光轉(zhuǎn)化元件所界定；及產(chǎn)生一散射環(huán)，該環(huán)圍繞每一晶粒的側(cè)面，并且設(shè)置在該晶粒四周的該空間內(nèi)，使得一 部分從該晶粒的側(cè)面發(fā)射出來(lái)的光通過(guò)該散射環(huán)散射進(jìn)入對(duì)應(yīng)該晶粒的該光轉(zhuǎn)化元件。
12.如權(quán)利要求11所述的制造一光源的方法，其中該散射環(huán)包含存在散射粒子懸浮于 其中的一透明材料。
13.如權(quán)利要求12所述的制造一光源的方法，其中該透明材料具有一液體前置物，其 濕化該光轉(zhuǎn)化元件的底面與該基板的一表面，該散射環(huán)的產(chǎn)生是通過(guò)將該散射粒子懸浮在 該液體前置物內(nèi)來(lái)形成一液體環(huán)前置物，并將該液體環(huán)前置物導(dǎo)入該晶粒四周空間內(nèi)，并 且固化該液體前置物。
14.如權(quán)利要求13所述的制造一光源的方法，其中該液體環(huán)前置物通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象被吸入該空間內(nèi)。
15.如權(quán)利要求11所述的制造一光源的方法，其中提供該片光轉(zhuǎn)化元件，其包含將個(gè) 別光轉(zhuǎn)化元件附加至一載體。
16.如權(quán)利要求11所述的制造一光源的方法，其中提供該片光轉(zhuǎn)化元件，其包含在一 載體上產(chǎn)生一有圖案的熒光層。
17.如權(quán)利要求16所述的制造一光源的方法，其中該熒光層包含一液體前置物材料， 該材料包含該熒光體，并且利用在該載體上印刷該液體前置物材料來(lái)產(chǎn)生該有圖案的熒光 層。
18.如權(quán)利要求11所述的制造一光源的方法，進(jìn)一步包含模造在該安裝基板之上的一 透明材料層，以提供光學(xué)元件，其具有對(duì)應(yīng)至每一晶粒的一非平面表面。
19.如權(quán)利要求18所述的制造一光源的方法，其中該光學(xué)元件的其中之一包含多個(gè)該晶粒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光源(30)及制造該光源的方法。該光源包含一晶粒(31)、一光轉(zhuǎn)化元件(33)及一散射環(huán)(34)。該晶粒(31)發(fā)出第一波長(zhǎng)光穿過(guò)該晶粒頂面及該晶粒的一或多個(gè)側(cè)面，并且接合至一安裝基板(32)。該光轉(zhuǎn)化元件(33)將第一波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化成第二波長(zhǎng)光，該光轉(zhuǎn)化元件具有與該晶粒(31)頂面接合的底面。該光轉(zhuǎn)化元件(33)具有側(cè)向尺寸，使得晶粒四周存在一空間，該空間被基板(32)與該光轉(zhuǎn)化元件(33)所界定。該散射環(huán)(34)設(shè)置于該空間內(nèi)，使得一部分從該晶粒(31)側(cè)面發(fā)射出來(lái)的光會(huì)散射進(jìn)入該光轉(zhuǎn)化元件(33)內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L33/52GK102132428SQ200980133270
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者史考特·魏斯特 申請(qǐng)人:普瑞光電股份有限公司