CN101553936B - 通过改变波长转换构件的彩色控制 - Google Patents

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Abstract

通过在发光元件上沉积波长转换材料层形成发光器件，测试该器件以确定产生的波长谱并修正波长转换构件以产生所希望的波长谱。波长转换构件可以通过减少或增加波长转换材料的量来修正。在一个实施例中，例如通过激光烧蚀或蚀刻减小了在波长转换构件中的波长转换材料的量，以产生所希望的波长谱。

Description

通过改变波长转换构件的彩色控制
相关申请的交叉引用
本申请是申请号为NO.10/987241、申请日为2004年11月12日、由Michael D.Camras等完成的、题为“连接光学元件到发光器件”的美国专利申请的部分继续申请，并且要求该美国专利申请的优先权，这里通过引入参考其内容。
发明领域
本发明通常涉及发光器件，以及更具体地涉及使用波长转换构件控制发光器件的色彩一致性。
背景技术
长期以来，需要对半导体发光器件，例如产生“白”光的发光二极管的发光颜色进行精确地控制。制造发射白光的封装的白光发光器件的通常方法是，采用磷光体(通常基于YAG)和蓝光LED芯片。从LED发射的蓝光和从磷光体发射的“黄光”的组合形成了“白”光。不幸的是，该方法导致了就相关色温(CCT)和邻近黑体曲线而言，白光的“颜色”大范围扩展。现在售卖的磷光体转换LED的彩色控制关于白色部分具有至少约2000K至3000K的范围，其中相关色温(CCT)从5500K到8500K变化。可识别色差取决于LED的色温，在6500K，如300K一样小的差别对于观看者来说都是非常明显的。标准光源如荧光灯泡的彩色控制，具有比这个小得多的色温变化，并且通常观察者无法察觉该色差。虽然磷光体转换LED的商业化获取已经超过5年，以及已经有了一定的改进，但是色温变化太大以致对大部分潜在消费者和应用来说是不可接受的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，在发光元件上沉积波长转换材料层，确定由波长转换材料和发光元件组合产生的光谱，以及通过改变波长转换构件中的波长转换材料的量修正波长转换材料，以产生所希望的波长谱。波长转换构件可以通过减少或增加波长转换材料的量来修正。在一个实施例中，波长转换材料的量例如通过激光烧蚀(ablate)或蚀刻被减少以产生所希望的波长谱。
附图说明
图1A示出了基座上安装的LED管芯和粘合(bonded to)到LED管芯的光学元件的侧视图。
图1B示出了粘合到LED管芯的光学元件；
图1C示出了粘合到LED管芯的波长转换构件；
图2示出了一个实施例，其中多个LED芯片安装在基座上以及单独的光学元件粘合到每个LED管芯；
图3示出了一个实施例，其中多个LED芯片安装在基座上以及具有波长转换层的单个光学元件粘合到LED管芯；
图4是制造这样的具有覆盖光学元件的波长转换材料的LED器件的一个实施例的流程图；
图5示出了在粘合层和光学元件之间设置有波长转换材料层的实施例；
图6示出了在LED管芯上设置有波长转换材料层的实施例；
图7示出了安装在板上的LED阵列；
图8是由磷光体转换蓝光LED产生的广谱曲线图；
图9是对于图8中所示光谱标注的点的CIE色品图；
图10是由磷光体转换的LED和彩色LED产生的光谱图，其组合在一起以产生近似连续的光谱；
图11是示出了可以通过改变彩色LED的亮度产生的CCT中变化的颜色空间；
图12是说明对于29个磷光体转换LED和12个彩色LED的可变CCT值的颜色空间；
图13A、13B和13C示出了顶视图，以及
图14A、14B和14C示出了制造发射具有所希望相关色温的光的LED器件的实施例的侧视图；
图15A、15B和15C示出了类似于图13C所示出的器件，但是波长转换元件被烧蚀有一系列孔的器件的顶视图；
图16是示出了在波长转换构件的激光烧蚀期间，LED器件的CCT变化的颜色空间。
具体实施方式
图1A示出了透明光学元件102和安装在基座106上的发光二极管(LED)管芯104的侧视图。根据本发明实施例，光学元件102可以粘合到LED管芯104上。图1B示出了粘合到LED管芯104的光学元件102。
这里使用的术语“透明”表示这样描述的元件，例如“透明光学元件”，其传输LED发射光波长时，由于吸收和散射的单程损耗少于50％，优选小于10％。LED的发射波长可以处于电磁光谱的红外、可见、紫外区域。本领域技术人员可以理解，“小于50％的单程损耗”和“小于10％的单程损耗”可以通过传输路径长度和吸收常数的不同组合满足。
图1A和1B示出的LED管芯104包括n型导电的第一半导体层108(n层)和p型导电的第二半导体层110(p层)。半导体层108和110电耦接到有源区112。有源区112是例如与层108和110的界面关联的p-n二极管结。可选择地，有源区112包括一个或多个n型掺杂或p型掺杂或未掺杂的半导体层。LED管芯104包括分别电耦接到半导体层108和110的n触点114和p触点116。在倒装芯片结构中，触点114和触点116可以设置在LED管芯104的相同侧面。耦接到n层108的透明覆盖物118可以由例如蓝宝石、SiC、GaN、GaP、金刚石、立方氧化锆(ZrO2)、氮氧化铝(AlON)、AlN、尖晶石、ZnS、氧化碲、氧化铅、氧化钨、氧化铝多晶体(透明氧化铝)和ZnO的材料形成。可选择地，可以除去衬底或覆盖物以仅仅使在衬底或覆盖物上外延生长地层被保留。在一个实施例中，在LED管芯安装到基座上后，衬底(substrate)或覆盖物被除去。这可以通过湿或干蚀刻或通过激光剥离工艺实现。
在触点114和116间施加适当的电压时，有源区112发射光。在另一实施例中，层108和110与各自触点114和116的导电类型被反转。即，层108是p型层，触点114是p触点，层110是n型层，触点116是n触点。
半导体层108和110和有源区112可以由包括但不局限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb的III-V半导体，包括但不局限于ZnS、ZnSe、CdSe、ZnO、CdTe的II-VI半导体，包括但不局限于Ge、Si、SiC的IV族半导体，或它们的合金或混合物形成。
在一个示例中，触点114和116为由金属形成的金属触点，该金属包括但不局限于金、银、镍、铝、钛、铬、铂、钯、铑、铼、钌、钨和它们的合金或混合物。
尽管图1A和1B示出了LED管芯104的具体结构，但是本发明与LED管芯的结构无关。因此，除了所示出的具体结构，还可以使用其它类型的LED结构。并且，LED管芯104中的半导体层的数量和有源区112的具体结构可变化。应当注意，在各个附图中示出的LED管芯104的各个元件的尺寸并不是按比例缩放的。
LED管芯104可以通过接触元件120，例如焊球、衬垫或其它适当的元件如焊料或金属层安装到基座106上。为了简单起见，接触元件120有时指凸块(bump)。凸块120由Au、Sn、Ag、Sb、Cu、Pb、Bi、Cd、In、Zn或它们的合金包括AuSn、SnSb、SnCu、SnAg、SnAgBi、InSn、BiPbSn、BiPbCd、BiPbIn、InCd、BiPb、BiSn、InAg、BiCd、InBi、InGa或其熔点高于将光学元件102粘合(bond)到LED管芯104所使用温度的其它适当的材料形成，但优选为Au或AuSn。在一种实施方案中，凸块120的熔点大于250℃并优选大于300℃。基座106可以例如是硅、氧化铝或AlN，并且可以包括用于背面连接的通孔。
LED管芯104可以例如使用超声波热焊来安装在基座106上。例如，在超声波热焊过程期间，具有凸块120的LED管芯104与基座106在所希望的位置对准，同时基座106加热到约150-160℃。通过焊接工具为LED管芯104施加如约50-100gm/凸块的结合力(bond force)，同时施加超声波振动。可以使用其它所希望的工艺例如热压，把LED管芯104粘合到基座106。本领域公知，对于热压，通常需要比超声波键合更高的温度和更大的结合力。
在某些实施例中，可以对于LED管芯104和基座106使用底层填料(underfill)。底层填料可以具有好的导热率并具有大致与LED管芯104和基座106匹配的热膨胀系数。底层填料也可以用于阻挡从管芯侧面发射的光。在另一实施例中，保护侧面涂层，例如硅树脂或其它适当的材料，可以涂敷在LED管芯104的侧面和基座106上。保护侧面涂层用作密封剂并用来防止LED 104和凸块120暴露在污染的环境中。保护侧面涂层也可以具有光学特性例如阻止发射不希望颜色的光，转换不想要的光为所希望的光，或使不想要的光返回芯片以使其第二次发射时变为所希望的颜色。
关于从Au或Au/Sn形成凸块120和具有背面通孔的基座以及把具有Au或Au/Sn凸块的LED管芯粘合到基座的更多信息，可以参见2004年5月5日由Ashim S.Haque完成的美国专利申请No.10/840459，其具有与本发明相同的受让人，这里引入其全部内容作为参考。然而应当理解，本发明并不局限于基座的任何具体类型，如果需要可以使用任意需要的基座结构和任意需要的接触元件。在某些实施例中，例如希望使用接触点。
在一个实施例中，在LED管芯104安装到基座106后，光学元件102热粘合到LED管芯104上。粘合材料层可以涂敷在光学元件102的底表面上以形成用于粘合光学元件102到LED管芯104的透明粘合层122。在某些实施例中，透明粘合层122可以涂敷到LED管芯104的顶表面上，例如涂敷到覆盖物(superstrate)118上(如图1A中虚线122’所示)。如果覆盖物118被除去，粘合层122’可以涂敷到半导体层108上。可以在安装LED管芯104到基座106之前或之后，将粘合层122涂敷到LED管芯104上。可选择地，如果除去了覆盖物118，可以不使用粘合层，并且光学元件102可以直接粘合到LED管芯104上，例如覆盖物(superstrate)118或层108上。例如透明粘合层122厚度为约10埃(
Figure G2007800201456D0005102808QIETU
)到约100微米(μm)，并且厚度优选为约1000
Figure 2007800201456100002G2007800201456D0005102808QIETU
到10μm，并且更优选，厚度为约0.5μm至5μm。粘合材料通过传统的沉积技术施加，这些技术包括但不局限于旋转涂敷、喷涂、溅射、蒸发、化学气相沉积(CVD)或通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、气相外延(VPE)、液相外延(LPE)或分子束外延(MBE)的材料生长，或通过涂布液体树脂、用作粘结剂的有机或无机材料。也可以使用其它的粘合方法，例如使用UV固化粘结剂。在一个实施例中，可以利用波长转换材料124覆盖光学元件102，其将在下面讨论。在如图1C所示出的另一实施例中，波长转换材料124’在未插入光学元件102和粘合层122的情况下，粘合到LED管芯104。如果需要，粘合层122可与波长转换材料124’结合。在某些实施例中，例如使用烧蚀、锯割和/或其它方法例如利用或不利用光刻的湿或干蚀刻，对波长转换材料124’和/或LED104的表面、覆盖物118或半导体层108(如果覆盖物118被除去)，进行构图或使之变粗糙，以阻止TIR以及增加逃逸光的比例和/或将某些有用的波束成形品质加入到发射锥(emission cone)。
在一个实施例中，透明粘合层122由玻璃粘结材料形成，例如SF59、LsSF3、LaSFN18、SLAH51、LAF0、NZK7、NLAF21、LASFN35、SLAM60或它们的混合物，其可以从公司如Duryea，PA的SchottGlass技术有限公司和NJ.Somerville的Ohar公司购买到。粘合层122也可以由高系数的玻璃形成，例如(Ge，As，Sb，GA)(S，Se，Te，Cl，I，Br)硫属化物玻璃或硫卤化物玻璃。如果需要，可以使用低系数的材料，例如可以使用玻璃和聚合物。可以使用高和低系数的树脂，例如从日本东京的Shin-Etsu化学公司可获得的硅树脂或硅氧烷。可以修改硅氧烷主链(backbone)的侧链(side chain)以改变硅氧烷的折射系数。
在其它的方案中，粘合层122可以由以下材料构成：包括但不局限于GaP、InGaP、GaAs和GaN的III-V族半导体；包括但不局限于ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe和CdTe的II-VI族半导体；包括但不局限于Si和Ge的IV族半导体和化合物；有机半导体、包括但不局限于锑、铋、硼、铜、铌、钨、钛、镍、铅、碲、钾、钠、锂、锌、锆、铟锡或铬的氧化物的金属氧化物；包括但不局限于氟化镁、氟化钙、氟化钾、氟化钠和氟化锌的金属氟化物；包括但不局限于Zn、In、Mg和Sn的金属；钇铝石榴石(YAG)、磷化合物、砷化合物、锑化合物、氮化合物、高系数有机化合物；以及上述物质的混合物或合金。
在某些实施例中，透明粘合层122可以涂敷在LED管芯104的顶表面上，例如在覆盖物118上(如图1A中的虚线122’所示)。粘合层122’可以在管芯104安装在基座106之前，涂敷在LED管芯104上。可选择地，可以不使用粘合层，并且光学元件102可以直接粘合到LED管芯104上，例如覆盖物118或层108上(如果覆盖物被除去)。如2001年6月12日由MichaelD.Camras等完成的、题为“具有改善光提取效率的发光二极管”的美国专利申请No.09/880204(公开号为2002/0030194)中所描述的方案中，LED管芯104在相对的面设置有n触点和p触点，透明粘合层122或122’可以通过例如传统光刻和蚀刻技术来构图，以留下未被粘合层覆盖的顶部触点并由此允许与光学元件102上的金属化层进行电接触，金属化层可以是铅层，这里引入该文献的全部内容作为参考。
在一个方案中，光学元件102可以由下述材料形成：Sienna技术有限公司的光学玻璃、高系数玻璃、GaP、CZ、ZnS、SiC、蓝宝石、金刚石、立方氧化锆(ZrO2)、AlON；氧化铝多晶体(透明氧化铝)、尖晶石、可以从Ontario的Optimax System公司获得的Schott玻璃LaFN21、Schott玻璃LaSFN35、LaF2、LaF3和LaF10；Pb、Te、Zn、Ga、Sb、Cu、Ca、P、La、Nb或W的氧化物；或上述用作透明粘合层122中的粘结材料中的任意一种，除了金属的厚层。
透明光学元件102可以具有一定的形状和尺寸以使从LED管芯104进入光学元件102的光将以接近正入射的入射角贯穿光学元件102的表面102a。由此减小了在表面102a和环境介质通常为空气的界面处的总内反射。另外，由于入射角的范围较窄，通过在表面102a涂敷通用的抗反射涂层，可以减小在表面102a处的菲涅耳反射损失。光学元件102的形状是例如球体的一部分，例如半球，Weierstrass球(切去顶端的球)，或小于半球的部分球面。可选择的，光学元件102的形状是椭圆体的一部分，例如切去顶端的椭圆体，侧面发射体或可以在形状上延长以容纳LED阵列或长方形LED，如相同受让人的US2005/0023545中所述，其在这里引入全部内容作为参考。随着光学元件102尺寸的增大，光在表面102a处从LED管芯104进入光学元件102的入射角更接近正入射(normal incidence)。因此，透明光学元件102的基座长度和管芯104表面长度之间的最小比率优选大于约1，更优选大于约2。
在LED管芯104安装在基座106上之后，光学元件102可以热粘合到LED管芯104上。例如，为了将光学元件102粘合到LED管芯104，粘合层122的温度升高到室温和接触元件120的熔点温度之间的温度，例如在约150℃到450℃之间，更优选地在约200℃和400℃之间，并且光学元件102和LED管芯104在粘结温度下压在一起经过约1秒至6个小时的时间，优选为约30秒到30分钟，压力为约1磅每平房英寸(psi)至6000psi。以示例的方式，约700psi至约3000psi的压力可以施加约3到15分钟之间的时间。如果需要，可以使用其它的粘结工艺。
光学元件102到LED管芯104的热粘合需要施加较高的温度。在使用具有高熔点的接触元件120的情况下，即比在热粘合工艺中使用的高温度更高的温度，LED管芯104可以在光学元件102粘合到LED管芯104之前，在不损坏LED管芯/基座接合的情况下安装到基座106上。在粘合光学元件102之前安装LED管芯104到基座106简化了拾取(pick)和放置工艺。
把光学元件102粘合到LED管芯104的方法下述文献中公开：美国公开号为No.2002/0030194；No.2005/0032257；序列号为09/660317的由Michael D.Camras等完成的、于2000年12月12日申请的、题目为“具有改善光提取效率”的美国专利申请；美国专利号为NO.6987613或NO.7009213的美国专利申请，这些专利的受让人与本申请相同，这里引入其全部内容作为参考。并且，上述将光学元件102粘合到LED管芯104的工艺可以通过美国专利NO.5502316和5376580中描述的装置来实施，这里引入其全部内容作为参考，该装置之前用于在升高的温度和压力下使半导体晶片彼此粘合。如果需要，所公开的装置可以被修改以容纳LED芯片和光学元件。可选择地，上述粘合工艺可以通过传统垂直施压而进行。在一个实施例中，块粘合工艺可以在加压或不加压的情况下利用许多装置在炉内一次执行。
应当注意，由于热粘合工艺，在加热和冷却时，在光学元件102和LED管芯104的热膨胀系数(CTE)之间的失配会导致光学元件102分层或从LED管芯104脱落。因此，光学元件102应当由CTE基本与LED管芯104的CTE匹配的材料形成。另外，大致匹配的CTE还减小了由粘合层122和光学元件102在LED管芯104中引入的应力。利用适当的CTE匹配，热膨胀不会限制可以粘合到光学元件的LED管芯的尺寸，由此光学元件102可以粘合到较大的LED管芯104，例如尺寸达到1mm2，2mm2，4mm2，9mm2，直到16mm2或甚至大于16mm2。
图2示出了一个实施例，其中多个LED芯片204a、204b和204c(有时候共同指LED芯片204)安装在基座206上。在图2中示意性地示出了LED芯片204，而没有示出具体半导体层。然而，应当理解，LED芯片204可以与上述LED管芯104相同。
如上所述，每个LED芯片204安装到基座206上。一旦LED芯片204安装在基座206上后，单独的光学元件202a、202b和202c可以以上述方法分别粘合到LED芯片204a、204b、204c上。
如果需要，LED芯片204可以是相同类型的LED，并且可以产生相同的光波长。在另一实施例中，一个或多个LED芯片204可以产生不同波长的光，其当组合使用时可以产生具有所需相关色温(CCT)的光，例如白光。可以使用另一光学元件(在图2中未示出)来覆盖光学元件202a、202b和202c并帮助光的混合。
图3示出了包括安装在基座306上的多个LED芯片304a、304b和304c(有时一起称为LED芯片304)和粘合到LED芯片304上的单个光学元件302的LED器件300的实施例。LED芯片304可以与上述LED管芯104相似。
如图3所示，由于LED管芯304能紧密地安装在基座306上，多个LED芯片304使用单个光学元件302是非常有利的。光学元件通常具有比其所粘合的LED管芯更大的覆盖区，由此，单独的光学元件与LED芯片的放置可能受到光学元件尺寸的限制。
在LED芯片304安装到基座上之后，例如由于接触元件320的高度和芯片厚度的差别，LED芯片304的顶表面中可能有稍微的高度变化。当单个光学元件302热粘合到LED芯片304时，LED芯片304高度的任何差别可以被接触元件320的适应性所容纳。
在光学元件302粘合到LED芯片304的热粘合过程期间，由于基座306的加热和冷却，LED芯片304可能横向移动。对于使用某些接触元件320例如Au的情况下，接触元件320的适应性不足以适应LED芯片304的横向移动。因此，光学元件302的热膨胀系数(CTE302)应当基本匹配基座306的热膨胀系数(CTE306)。在CTE302和CTE306之间基本匹配的情况下，由基座306的膨胀和收缩引起的LED芯片304的任何移动可以大致由光学元件302的膨胀和收缩基本匹配。另一方面，在热粘合工艺的加热和冷却期间，CTE302和CTE306之间的失配会导致LED芯片304从光学元件302分层或分离，或会对LED器件300造成应力导致的损坏。
通过使用足够小的LED芯片304，可以使热粘合工艺期间的LED芯片304自身的热膨胀最小化。然而在使用大LED芯片304的情况下，在热粘合工艺期间的LED芯片304的热膨胀量较大，并且由此LED芯片304的CTE也应当与基座306和光学元件302的CTE大致匹配。
LED芯片可以例如是InGaN、AlInGaP、或InGaN和AlInGaP器件的组合。在一种方案中，基座302可以由AlN制成，而光学元件302可以由Ohara公司的SLAM60，或从Schott玻璃技术公司的NZK7制成。在另一种方案中，氧化铝基座306可以与由蓝宝石、Ohara GlassSLAH51或Schott玻璃NLAF21所制造的光学元件302一起使用。在某些示例中，在LED芯片304和基座306之间可以使用增量剂(bulkfiller)305。增量剂305可以是例如树脂、硅氧烷或玻璃。增量剂305可以具有好的导热率并且可以基本匹配基座306和芯片304的CTE。如果需要，保护侧面涂层可以选择性地或附加地涂覆在增量剂305上。可以使用保护侧面涂层以阻挡从管芯发射的侧面光。
在一个实施例中，所有的LED芯片304可以是相同类型的并发出不同或大致相同波长的光。可选择地，通过适当选择LED芯片304和/或波长转换材料，可以产生不同波长的光，例如蓝、绿和红色光。当LED芯片304是相同类型时，LED芯片304的CTE将基本上相同。人们希望LED芯片304的CTE大致与光学元件302和基座306的热膨胀系数匹配，以使在热粘合工艺期间分层或脱离或应力导致的破坏LED器件300的风险最小化。CTE大致匹配的器件300的示例包括：包含蓝宝石衬底的LED芯片304，蓝宝石或CTE大致匹配的玻璃光学元件，和氧化铝基座306。CTE匹配程度取决于参数如粘合材料的柔顺度、器件粘合、加工或工作的温度范围以及粘合区域尺寸。在某些实施例中，CTE失配应当小于10％。在其它实施例中，大于10％的CTE适配可以被接受并也会形成可靠的器件。
在另一种方案中，LED芯片304可以是不同类型的并产生不同波长的光。在使用不同类型的LED芯片的情况下，芯片的CTE可以变化，使其很难使所有LED芯片304的CTE与光学元件302和基座306的CTE匹配。然而，明智地选择CTE尽可能与LED芯片304相近的光学元件302和基座306，可以使热粘合工艺期间与LED芯片304的脱离或其它对器件300的损坏相关的问题最小化。另外，通过使用相对小的例如区域小于约1mm2的LED芯片304，与热粘合单个光学元件302到多个芯片304相关的问题也被减少。使用增量剂305还可以阻止在热处理或操作期间对器件的损坏。
如图3中所示，在一个示例中，光学元件302可以涂覆有波长转换材料以形成波长转换构件310，例如磷光体涂层。在一个实施例中，波长转换材料是YAG。当然，如果需要可以使用YAG和非YAG磷光体的许多变体。可选择地，可以使用不同磷光体的多个层，例如与蓝光LED结合使用的红和绿磷光体。图4是制造这样器件的流程图。如图4中所示，LED芯片(管芯)304安装在基座306上(步骤402)，以及光学元件302粘合到LED芯片304上(步骤404)。在光学元件302粘合到LED芯片304后，波长转换材料层沉积在光学元件302上(步骤406)，以形成波长转换构件310。然后可以例如通过在LED芯片304的有源区施加电压并检测器件产生的光的波长谱测试器件(步骤408)。如果器件没有产生所希望的波长谱(步骤410)，可以改变波长转换构件310的厚度(步骤411)，例如通过在光学元件302上沉积额外的波长转换材料或通过烧蚀、蚀刻或溶解除去部分波长转换材料，然后再次测试该器件(步骤408)。一旦产生了所希望波长谱的光，立即停止该过程(步骤412)。器件的波长谱确定了CCT以及其与浦朗克(plankian)的接近度。因此，应当理解，所希望的CCT范围或所希望的CCT范围和其所希望的浦朗克(plankian)接近度能确定由器件产生的光的希望波长谱。
因此，波长转换构件310涂层的厚度能根据由LED芯片304产生的光控制，从而形成高度可重复的相关色温。另外，因为波长转换材料的沉积与由LED芯片304产生的具体波长相响应，所以能适应LED芯片304所产生光的波长变化。因此，更少的LED芯片304会因为产生不想要的波长谱而被拒绝。
虽然图4描述了图3中示出的实施例，但是应当理解，图4中示出的修正波长转换构件310的方法也可以适用于图1B、1C和2的实施例。即，图1B中的波长转换构件124和图2中的202a、202b、202c上的波长转换构件(未示出)可以由图4的方法修正。另外，除了在没有插入光学元件的情况下波长转换材料涂覆到LED管芯104上，图1C中的波长转换构件124’可以通过与图4中所示相似的方法修正。在另一实施例中，对于波长谱变换方法，LED芯片不需要安装到基座上。如果需要可以使用其它的LED结构和封装。
图13A、13B和13C示出了制造能发射具有所希望相关色温的光的LED器件的实施例的顶视图，图14A、14B和14C示出了侧视图。发光元件，例如在图13A和14A中的LED管芯802，被制造和与静电放电电路(ESD)806例如Zener二极管一起安装在基座804上。如下面所述，LED管芯802能被制造并安装到基座804上，或者如果需要，可以使用其它制造和封装工艺。例如，在某些实施例中，不需要使用基座804。可选择地，如图1A中所示，可以在LED管芯802上安装透镜或圆顶。
发光元件，例如LED管芯802(或圆顶，如果使用的话)，涂覆波长转换材料涂覆来形成如图13B和14B中所示的波长转换构件808，从而形成发光器件。为了简单起见，可以用波长转换构件808覆盖包括基座804和ESD电路806的整个器件。波长转换材料涂层可以是这里描述的任何类型材料，并且可以是例如电泳沉积(EPD)的涂层。可以利用能被固化的硅树脂、溶胶凝胶、硅氧烷或适当的树脂浸泡(infuse)波长转换材料的涂层。
如果需要，可以使用其它类型的波长转换构件808和/或其它的沉积技术。例如，在一个实施例中，波长转换构件808可以是磷光体喷雾涂层，而不是EPD层。可选择地，分配喷射(dispense-jetting)能用于沉积波长转换构件808。分配喷射类似于喷墨，但液滴更大并能携带更多材料，其能精确地控制质量和位置。磷光体可以添加到树脂、溶剂、硬化剂和/或触变剂(thixotrophic)中。可以调节粘性和喷雾图案以形成所希望的波长转换材料涂层。另外，在喷涂过程中，可以旋转或移动单个器件或包含多个器件的基座以增加涂敷的均匀度。在涂敷期间，喷雾枪也可以移动。在另一实施例中，波长转换构件材料可以是粘合到管芯或设置在管芯上的光转换陶瓷。通过举例的方式，在美国公开号为NO.2005/0269582的专利中描述了一种能用在本发明中的合适的光转换陶瓷，该专利具有与本发明相同的受让人，这里引入其全部内容作为参考。优选地，光转换陶瓷是最后的光学元件，即，没有另外的透镜或封装。可以例如使用短波长激发物激光器来烧蚀(ablate)光转换陶瓷。
由波长转换构件808转换的光和由LED管芯802发射的从波长转换构件808渗透过去的光的混合确定了由发光器件产生的特定波长谱，即CCT。在一个实施例中，波长转换构件808沉积在LED管芯802的厚度太厚了以至于不能产生所希望的CCT。这使器件的CCT被测量或测试，并使波长转换构件808被修正，即波长转换构件808的波长转换材料以可控制的方式被除去以产生所希望的CCT。可选择地，波长转换材料可能被沉积得太薄以至于不能产生所希望的CCT，另外的波长转换材料以可控制的方式被加入以产生所希望的CCT。
因此，一旦沉积了波长转换构件808，测试发光器件并且测量发射光的CCT。这个过程可以对于单个器件上进行，但通过批处理执行该过程可以增加通过量(throughout)。可以在分开(singulating)LED器件之前或分开基座之前完成该过程。
在一个实施例中，使用计算机控制的激光修剪方法来烧蚀波长转换构件808，以生成产生希望的CCT的修正波长转换构件。其中当批处理地测试LED器件时，计算机控制的激光能够在每个LED器件上根据该器件的单独CCT确定具体裁减的量来烧蚀所述波长转换构件。
在一个实施例中，例如图4中所示，可以测试LED器件，并且可重复地删除波长转换构件。在另一实施例中，一旦系统被较准，波长转换材料必须被除去以产生CCT中具体变化的量就已知了，LED器件能被测量一次并且从波长转换构件除去适当量的材料。根据被除去材料的量，需要使用多程(multiple pass)烧蚀波长转换材料，其中每程仅仅除去少量的材料。如果通过激光除去材料，使用多程减小了炭化波长转换材料中的树脂的危险。在使用光转换陶瓷的情况下，由于不存在树脂，因此不太可能被炭化，但是其变得更难烧蚀。
图13C和14C说明了在被激光烧蚀后的波长转换构件808。如图13C中所示，可以使用一组线808I和间隔808s以改变波长转换元件808的厚度，例如减小LED管芯802上的波长转换材料的量。在一个实施例中，厚度的减小可以是在局部，而不是在整个管芯上。在一个实施例中，在同一管芯上在一个位置处可以有厚度的减小，而在另一位置处可以有厚度的增加。应当理解，图13C中所示的线和间隔是说明性的，在实际中可以希望使用小得多的节距。在一个实施例中，在局部位置完全除去了波长转换构件808以暴露下面的LED管芯802，由此形成间隔808s。在这样的实施例中，波长转换构件808的平均厚度被减小，尽管线808I的厚度保持不变。例如通过增加间隔的宽度和/或减小线的宽度，平均厚度可以被改变。通常，希望使用细距(fine pitch)和/或低振幅(low amplitude)。在一个实施例中，低振幅激光烧蚀可以仅仅除去波长转换构件808的一部分厚度，以使在间隔808s中的波长转换元件比线808I中的更薄，但下面的LED管芯802仍然被波长转换构件808完全覆盖。
除了线和间隔之外，可以使用其它图案来用于改变波长转换材料的厚度。例如，图15A示出了类似于图3C所示器件的器件的顶视图，但与线和间隔不同，波长转换构件818具有被烧蚀的一组孔818h。为了改变波长转换构件818的平均厚度以获得想要的CCT，在孔818h和/或孔818h的半径之间的距离可以改变。可选择地，可以使用不同的图案或具有不同参数的相同图案以除去在LED管芯802局部区域中的波长转换构件。例如，当LED器件被测试和发射光的CCT被测量时，可以产生CCT的空间图。CCT的空间图可以提供给计算机控制器，以及可以烧蚀涂层上较高的点，因此不仅能获得想要的CCT，还能使CCT形成更加均匀的空间分布。图15B示出了其中具有更小半径的孔820h位于管芯802的中心，而具有更大半径的孔818h位于其它地方的实施例。图15C示出了其中孔830以具体图案形成的实施例，其可以是例如图形、符号或象征。光源然后被成像以使由孔830形成的图案产生具有与周围光不同颜色的光。
如果需要，可以使用除了激光烧蚀之外的其它工艺以除去波长转换构件材料。例如，使用其它技术包括机械和/或化学蚀刻、离子束或电子束烧蚀以修整波长转换构件。
波长转换材料除去的量取决于初始CCT和想要得到的CCT。图16是说明了亮度-色度或使用u’v’坐标(通常称为u’v’空间)的颜色空间的曲线图，其中线850是浦朗克。图16说明了具有波长转换构件的三种不的LED器件的测试结果，所述波长转换构件设置在LED芯片上，被测试和被烧蚀以改变所产生的波长谱，其减小了v’值并很小程度上减小了u’值，增加了CCT。LED器件的初始u’v’点在曲线的顶端示出。图16中的每个数据点示出了在每次激光烧蚀后，u’v’坐标被进一步降低。实际上，一旦LED器件产生了所希望的CCT，优选产生了在浦朗克上或接近浦朗克的希望CCT后，不会进行进一步的烧蚀。由此，LED器件产生的波长谱被改变，直到器件产生了u’v’空间的所希望区域内的点。本领域技术人员可以理解，本发明可以使用许多类型的空间，包括如图9、11和12中示出的例如xy或uv空间。因此，本说明书使用的u’v’空间应当理解为，包括所有其它类型的空间，因为u’v’空间能很容易地被转换成其它类型的空间，反之亦然。
在图16中，以小的连续步骤进行烧蚀，即节距没有改变，每一次除去少量的材料，以说明该调整可以有多精细。在生产环境中，希望使用尽可能少的烧蚀/测量循环。然而，如果单次烧蚀了过多的材料，粘合剂可能会被炭化。
在另一实施例中，波长转换材料涂层可以设置在LED管芯和光学元件之间，例如在粘合层322的内部、之上或之下。图5以示例的方式示出了安装到基座504和通过粘合层508粘合到光学元件506上的LED管芯502，其中波长转换材料层510设置在粘合层508和光学元件506之间。在将光学元件506粘合到LED管芯502之前或期间，波长转换材料510可以通过粘合层509粘结到光学元件506的底部。波长转换材料510可以是例如磷光体浸渍玻璃或波长转换陶瓷，其是独立形成的并且然后被粘合到LED管芯502和光学元件506上。在某些实施例中，波长转换材料510可以直接粘结到LED管芯502和光学元件506中的一个或两个上。在一个实施例中，光学元件506、LED管芯502和波长转换材料510可以同时粘合在一起。在另一实施例中，波长转换材料510可以先粘合到光学元件506，随后粘合到LED管芯502，例如其中粘合层509具有比粘合层508更高的粘合温度。在Paul S.Martin等人完成的、于2004年6月9日申请的、题目为“具有预先制造的波长转换构件的半导体发光器件”的、序列号为No.10/863980的美国专利申请中详细介绍了适当的波长转换材料，例如磷光体浸泡玻璃，该专利具有与本申请相同的受让人，这里引入其全部内容作为参考。如所示，波长转换材料510可以具有比管芯502更大的面积，可以具有与管芯502相同的面积，也可以具有比管芯502稍微小的面积。如果波长转换材料510在粘合到管芯502之前被粘合到光学元件506，可以使用比将波长转换材料510粘合到LED管芯502所使用的粘结工艺温度更高的粘结工艺。因此，粘合材料509可以是比粘合材料508更高温度的粘合材料。
图6示出了另一实施例，其类似与图5中示出的实施例，除了在粘结光学元件506之前或期间，波长转换材料520粘合到LED管芯502(和优选在LED管芯502的边缘上)。因此，如图6中所示，波长转换材料520放置在LED管芯502和粘合层509之间。
在另一实施例中，波长转换材料涂层可以位于远离LED管芯或芯片上方，例如在玻璃、塑料、树脂或硅树脂的外壳上面，其中在外壳和LED管芯或芯片之间有空腔。如果需要，空腔可以填充有例如硅树脂或环氧树脂材料。在一个实施例中，波长转换材料可以例如通过喷雾涂敷沉积在标准T1.5mm的LED灯或Lumiled公司的LUXEON上。该涂层然后被测试和校正，直到产生所希望的波长谱。
图7示出了安装在板604上的LED602的阵列600。板604包括用于提供电接触到LED 602的电轨迹(electrical trace)606。LED 602可以是如上所述制造的磷光体转换器件。LED 602每个可以产生具有不同CCT的白光。通过在阵列600中混合具有不同CCT的白光，可以产生具有所希望CCT的光。如果需要，LED 602可以覆盖有透明元件608，例如玻璃、塑料、树脂或硅树脂。透明元件608可以用环氧树脂或硅树脂填充，其能帮助光的提取和混合并能保护LED 602。应当理解，阵列600可以包括任意数量的LED 602，并且如果需要，一个或多个LED可以产生非白色的光。并且，如果需要，多个LED602可以粘合到单个光学元件603，或一个或多个LED 602可以不包括光学元件603。
如图7所示，可以例如通过控制器610单独地控制单个LED或LED组602，该控制器电连接到板604上的轨迹606。通过独立地控制LED 602或LED 602的组，可以得到具有恒定亮度的高显色性，例如超过85。另外，由阵列600产生的白点可以在大范围的CCT内是可微调的，例如在3000K和6000K之间。通过示例的方式，多个产生白光的磷光体转换(PC)蓝光LED可以与具有不同颜色例如蓝色、青色、黄色和红色的LED结合使用，以产生所希望的CCT。如图8的曲线所示，磷光体转换蓝色LED产生具有广谱702的光，该光在绿区域中结合蓝区域中的尖峰。磷光体的厚度可以被调节以产生对光谱的绿色和蓝色部分基本相等的峰值。图9示出了图8中所示光谱的CIE色品图，其示出了在黑体线754上的x和y坐标。当然，如果需要，可以使用产生在其它区域具有峰值的光谱的PC LED。可选择地，如果需要，产生不同光谱的即具有不同CCT的白光的PC LED，可以在一起使用。
图7的阵列600中的大部分LED602可以是产生如图8中所示光谱的PC LED。如图7中所示的其它LED 602可以是彩色LED，例如产生蓝色、青色、黄色和红色光的LED。彩色LED的亮度可以通过控制器610调节。如图10中所示，满功率的PC LED和彩色LED的组合产生了基本上连续的光谱。图10示出了具有来自PC LED的光谱702和来自蓝色、青色、黄色和红色的彩色LED的光谱704、706、708和710组合以形成光谱720的曲线。如图11中所示的CIE色品曲线的一部分所示，通过改变彩色LED的亮度，可以获得覆盖部分黑体线764的区域。通过示例的方式，包括29个PC LED和12个彩色LED的实施例能产生800流明的亮度，并具有在85-95之间的显色性和3200K-5800K之间的CCT。图12示出了一部分CIE色品图，其示出了29个PC LED和12个彩色LED阵列的可变CCT值。当然，可以使用任意数量的PC LED和彩色LED。
虽然为了说明的目的，结合具体实施例描述了本发明，但是本发明并不局限与此。在不脱离本发明范围的情况下，可以作出多种调节和修改。因此，所附权利要求的精神和范围不应当限制于前述的说明。

Claims (11)

1.一种制作发光器件的方法，包括：
提供半导体发光元件(802)；
在所述发光元件上沉积波长转换材料层(808)；
确定由发光元件和波长转换材料的组合所发射光的波长谱；和
通过减少发光元件上沉积的波长转换材料的量，改变发光元件上的波长转换材料的量，
其特征在于，通过烧蚀发光元件的局部区域上的波长转换材料来形成图案，从而减少波长转换材料的量以得到组合的预定波长谱。
2.如权利要求1的方法，其中改变波长转换材料的量通过以图样图形烧蚀所述波长转换材料层来进行。
3.如权利要求2的方法，其中所述图样是一组条纹和/或一组孔。
4.如权利要求2或3的方法，其中烧蚀波长转换材料层通过使用多程在波长转换材料层上进行。
5.如权利要求1的方法，其中确定由发光元件(802)和波长转换材料(808)的组合所发射光的波长谱还包括，在颜色空间或空间图中定位光的波长谱，并基于颜色空间或空间图中光的波长谱的位置，改变发光元件上波长转换材料的量。
6.如权利要求1的方法，其中在发光元件(802)上沉积波长转换材料层(808)包括在发光元件或在发光元件上方的光学元件(102)上沉积波长转换材料。
7.如权利要求1的方法，其中波长转换材料是波长转换陶瓷。
8.一种发光器件，包括：
包括半导体叠层的半导体发光元件(802)，该半导体叠层包含发射光的有源区；和
耦接到半导体发光元件的修正波长转换构件(818)；
其特征在于，修正波长转换构件包括设置成产生组合的预定波长谱的烧蚀局部图案。
9.如权利要求8的发光器件，其中修正波长转换构件包括图样图案。
10.如权利要求9的发光器件，其中所述图样是一组条纹和/或一组孔。
11.如权利要求8的发光器件，其中修正波长转换构件(818)包括下述的至少一种：
沉积在半导体发光元件(802)上或半导体发光元件上的光学元件(102)上的磷光体层和光转换陶瓷。
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