專利名稱：一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其制造方法及發(fā)光二級管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其制造方法，以及設(shè)有此光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管器件。
背景技術(shù)：
基于發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體照明技術(shù)是近年來發(fā)展十分迅速的一種新光源技術(shù)，以高亮度LED為代表的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品正在各個領(lǐng)域獲得應(yīng)用，包括室外的景觀照明、建筑照明和道路照明，以及室內(nèi)的辦公照明、工廠照明以及家居照明。在半導(dǎo)體照明技 術(shù)中，利用短波長的紫外或藍(lán)光LED激發(fā)長波長的光轉(zhuǎn)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(shù)。該種技術(shù)具有成本低廉、生產(chǎn)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(shù)為例，一般采用GaN基的藍(lán)光LED芯片和長波長熒光粉合成白光，所采用的制造方法一般為將熒光粉與透明聚合物膠水混合形成熒光膠，再將熒光膠A涂覆在LED芯片上，如圖I所示，從而使LED芯片發(fā)出的藍(lán)光被熒光粉吸收并轉(zhuǎn)換為長波長的發(fā)射光，最終合成得到白光。但該制造方法所存在的一個顯著問題是，由于熒光粉的比重遠(yuǎn)高于膠水的比重，因此熒光粉會逐漸地沉淀，進(jìn)而導(dǎo)致熒光粉在LED芯片表面分布的厚度和濃度不均勻。一般而言，LED芯片四周的熒光膠會多于LED芯片正面的熒光膠，所以就會存在不同區(qū)域的熒光膠對于藍(lán)光吸收強(qiáng)度不同的問題，由此所導(dǎo)致的一種典型結(jié)果是，在白光LED芯片的中心區(qū)域的色溫會高于邊緣角度區(qū)域的色溫，即中心偏藍(lán)白、邊緣偏黃綠。這種白光不均勻的特性，導(dǎo)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(qū)域有著不同的色彩表征。因此，LED芯片發(fā)出的白光的不均勻性，一方面會導(dǎo)致人肉眼觀察周圍環(huán)境時的不舒適感，另一方面會導(dǎo)致物體顏色失真，從而不利于展現(xiàn)真實(shí)的照明效果。為應(yīng)對白光LED芯片的白光不均勻性問題，一種改進(jìn)的制造方法是將一層熒光粉B均勻地涂覆在LED芯片表面，如圖2所示，使LED芯片表面各個區(qū)域的熒光粉厚度和濃度一樣并且均勻分布。這樣，從LED芯片表面各個區(qū)域所發(fā)出的光線，在熒光粉層中將有著相近的光程，因而整個熒光粉層對于LED芯片表面藍(lán)光的吸收是相近的，從而克服了前述第一種制造方法的缺點(diǎn)。但是，改進(jìn)的制造方法仍然沒有能夠克服并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(lán)光LED芯片所發(fā)出的藍(lán)光分布是朗伯形，經(jīng)過熒光粉層時，受熒光粉層的吸收及散射影響，藍(lán)光分布將會出現(xiàn)改變，呈現(xiàn)出類橢圓形分布，即中心光強(qiáng)與邊緣角度光強(qiáng)的差別增大。與之相應(yīng)，熒光粉的自發(fā)射光是各向均勻的，整個熒光粉層所表現(xiàn)出的發(fā)射光分布將是標(biāo)準(zhǔn)的朗伯形分布。因此，由于兩者空間輻射分布的不一致，第二種制造方法仍然難以得到均勻度很高的白光。為進(jìn)一步改善白光LED的白光均勻性，業(yè)內(nèi)圍繞第二種制造方法提出了多種改進(jìn)的方法，包括采用粒徑更小的熒光粉、降低熒光粉層的濃度獲得厚度較厚的熒光粉層。但是，這些方法會引起其他方面的問題。例如，制備粒徑更小的熒光粉對于熒光粉的生產(chǎn)廠家意味著成品率的嚴(yán)重下降，同時，粒徑小的熒光粉的光轉(zhuǎn)換效率偏低，導(dǎo)致LED器件的亮度會隨之降低。低濃度和厚熒光粉層同樣會引起LED器件亮度降低的問題，并且這種方式只能適用于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(dá)到改善白光均勻性的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整垂直方向的光轉(zhuǎn)換材料濃度分布，使采用該光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管器件能夠得到較均勻的顏色分布?；诖耍景l(fā)明還提供了光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法以及設(shè)置此光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)光二級管器件。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括主體，所述主體中含有光轉(zhuǎn)換材料，從主體中心到外側(cè)，主體垂直方向上的光轉(zhuǎn)換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。
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優(yōu)選地，主體中某處光轉(zhuǎn)換材料的含量滿足以下關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括主體，所述主體中含有光轉(zhuǎn)換材料，從主體中心到外側(cè)，主體垂直方向上的光轉(zhuǎn)換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，主體中某處光轉(zhuǎn)換材料的含量滿足以下關(guān)系式
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括兩層以上光轉(zhuǎn)換層，各光轉(zhuǎn)換層沿縱向疊設(shè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，從下至上，各光轉(zhuǎn)換層的長度遞減，且各光轉(zhuǎn)換層呈金字塔型疊放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，各光轉(zhuǎn)換層的厚度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于,從下至上,各光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于,位于底部的光轉(zhuǎn)換層,其光轉(zhuǎn)換材料的濃度均低于其他各光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度，其他各光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度相同或者由下至上逐層遞增。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于，由下至上，各光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度逐層遞增，并且，位于底部的相鄰兩層光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度差大于其他相鄰層之間的光轉(zhuǎn)換材料的濃度差。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于,各光轉(zhuǎn)換層中光轉(zhuǎn)換材料的濃度相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，位于底部的光轉(zhuǎn)換層，其厚度均小于其他各光轉(zhuǎn)換層的厚度，其他各光轉(zhuǎn)換層厚度相同或者由下至上逐層遞增。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，由下至上，各光轉(zhuǎn)換層的厚度逐層遞增，并且位于底部的相鄰兩層光轉(zhuǎn)換層的厚度差大于其他相鄰光轉(zhuǎn)換層的厚度差。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括n層光轉(zhuǎn)換層(n/2),第I層光轉(zhuǎn)換層位于光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的中央位置,第i層光轉(zhuǎn)換層圍繞第i-1層(i/2)的外圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于,第i層光轉(zhuǎn)換層與第i_l層光轉(zhuǎn)換層貼合在一起。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其特征在于,第i層光轉(zhuǎn)換層與第i_l層光轉(zhuǎn)換層隔開間隙設(shè)置。
15.一種權(quán)利要求4 11的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 在準(zhǔn)備好的LED晶圓上均勻涂覆一層涂層材料，形成第一層光轉(zhuǎn)換層；在第一層光轉(zhuǎn)換層上均勻涂覆第一掩膜材料，涂覆時形成露出部分第一層光轉(zhuǎn)換層的窗口區(qū)域，所述窗口區(qū)域?qū)φ誏ED晶圓上的各芯片位置設(shè)置，窗口區(qū)域的個數(shù)與LED晶圓上芯片的個數(shù)相同；在窗口區(qū)域中均勻涂覆一層涂層材料，形成第二層光轉(zhuǎn)換層，并固化，依此類準(zhǔn)，形成兩層以上光轉(zhuǎn)換層；清洗取出掩膜材料后劃片、去除掩膜材料； 其中，所述涂層材料為光轉(zhuǎn)換材料或者含有光轉(zhuǎn)換材料。
16.一種權(quán)利要求13中的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在準(zhǔn)備好的LED晶圓上覆設(shè)第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心區(qū)域形成第一窗口區(qū)域，并往第一窗口區(qū)域均勻涂覆涂層材料，所述第一窗口區(qū)域?qū)φ誏ED晶圓上的各個芯片位置形成，第一窗口區(qū)域的個數(shù)與LED晶圓上芯片的個數(shù)相同；去除第一掩膜材料并固化涂層材料，形成第一層光轉(zhuǎn)換層；在LED晶圓上覆設(shè)第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口區(qū)域，并且第二窗口區(qū)域比第一窗口區(qū)域大；往第一層光轉(zhuǎn)換層與第二窗口區(qū)域之間的環(huán)形間隙均勻涂布涂層材料；固化涂層材料并去除掩膜材料，形成第二層光轉(zhuǎn)換層，依此類推，形成至少兩層以上的光轉(zhuǎn)換層；其中，所述涂層材料為光轉(zhuǎn)換材料或者含有光轉(zhuǎn)換材料。
17.—種權(quán)利要求14中的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在準(zhǔn)備好的LED晶圓上覆設(shè)第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心區(qū)域形成第一窗口區(qū)域，并往第一窗口區(qū)域均勻涂覆涂層材料，所述第一窗口區(qū)域?qū)φ誏ED晶圓上的各個芯片位置形成，第一窗口區(qū)域的個數(shù)與LED晶圓上芯片的個數(shù)相同；去除第一掩膜材料并固化涂層材料，形成第一層光轉(zhuǎn)換層；在LED晶圓上覆設(shè)第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口區(qū)域，第二窗口區(qū)域?yàn)椤盎亍弊汁h(huán)狀；往“回”字環(huán)狀的環(huán)狀間隙中均勻涂布涂層材料；固化涂層材料并去除第二掩膜材料，形成第二光轉(zhuǎn)換材料層；依此類推，形成至少兩層以上的光轉(zhuǎn)換層；其中，所述涂層材料為光轉(zhuǎn)換材料或者含有光轉(zhuǎn)換材料。
18.一種發(fā)光二級管器件，包括基板、設(shè)置在基板上的LED芯片、設(shè)置在LED芯片上的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以及覆設(shè)在基板上的透鏡，其特征在于，所述光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求I 14所述的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)或由權(quán)利要求15或16或17的制造方法制得。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括主體，所述主體中含有光轉(zhuǎn)換材料，從主體中心到外側(cè)，主體垂直方向上的光轉(zhuǎn)換材料的含量呈階梯狀降低趨勢。本發(fā)明的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)通過調(diào)整垂直方向的光轉(zhuǎn)換材料的濃度分布，使主體從中心到外側(cè)的垂直方向的光轉(zhuǎn)換材料濃度呈階梯狀降低的趨勢，此種構(gòu)造的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，應(yīng)用到發(fā)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(fā)明還公開此種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法以及含有此種光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者余彬海, 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