CN102272953B - 用于荧光粉转换型发光设备的荧光粉涂敷的光抽取结构 - Google Patents

用于荧光粉转换型发光设备的荧光粉涂敷的光抽取结构 Download PDF

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Abstract

共形薄膜荧光粉层沉积在半球形透镜、菲涅尔透镜或微透镜阵列的表面，因而形成荧光粉涂敷的光抽取结构。还公开了并入薄膜荧光粉层的荧光粉转换型光子晶体发光装置。本文还公开了并入薄膜荧光粉层的圆片级封装方法。

Description

用于荧光粉转换型发光设备的荧光粉涂敷的光抽取结构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年11月13日提交的美国临时申请No.61/114,215的权益，其所公开的内容在此以引用方式全部并入本文。
发明领域
本发明一般涉及发光装置，并且更具体地说，涉及用于形成靠近光抽取结构或者靠近半导体发光装置的薄膜荧光粉层的薄膜荧光粉沉积方法。
背景技术
固态光穿过发光二极管(简称SSL-LED)涉及产生用于照明的白光的固态、无机半导体发光二极管的使用。如同取代测算用真空管的无机半导体晶体管，SSL-LED是有可能取代用于传统白炽灯或荧光灯的真空管或充气管的突破性技术。SSL-LED相比于常规光源的优点包括：(1)效率更高和联合节能；(2)颜色呈现更好；(3)形状因子小；(4)坚固性；(5)使用寿命更长和维修费用低；(6)环境友好；和(7)制造费用低。
传统LED通常产生具有狭窄发射光谱的单色光，并且因此通常缺乏用于提供照明用白色光的宽发射光谱。为了从LED中产生白光，由LED中的辐射复合导致的窄带发射转换成宽带白光光谱。这样的宽带白光光谱能够通过三种常用的方法产生。第一种方法是波长转换方法，通过使用紫外线(“UV”)LED刺激在下转换波长发出可见光的多色荧光。第二种方法通过联合多个LED的混合颜色方法，其中每一个LED产生不同颜色的光。第三种方法使用上述两种方法的混合。目前商用白色LED的产生主要是基于这种混合方法。特别地，从蓝色的InGaN型LED发出的初级光与从浅黄色的YAG:Ce3+型无机荧光粉发出的下转换二级光混合。部分传输的蓝光和重新发出的黄光的结合显示出冷淡(绿蓝色)白光的外观。因此，白色LED的荧光粉涂敷技术涉及使用长波转换方法或混合方法。
下面描述的是目前的荧光粉涂敷方法。第一种方法如图1A所述，是一种包括使用混合于聚合物系统(例如聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、硅酮树脂)中的荧光粉粒子和颗粒1的料浆法。将混合的荧光粉料浆分配在LED芯片2上或者分布在LED芯片2的周围，接着干燥或固化液体聚合物系统。LED芯片2与荧光粉料浆一起可以沉积在反射杯3内，如图1A所示。虽然料浆方法是一种方便的荧光粉分配方法，但是用此料浆方法生产的LED的所得颜色均匀性通常不令人满意，并且可以从不同视角观察到色环。这些缺陷的结果是：(1)LED芯片周围的含荧光粉材料的厚度的变化可以导致在发出的光逃逸封装之前光程的长度变化；和(2)在含荧光粉材料内不均匀的荧光粉分配(由于重力和浮力效应)在液体聚合物固化过程中倾向于向下移动较大的荧光颗粒。此外，由于分配在LED芯片周围的荧光粉末数量的变化，所以白色坐标会因设备的不同而不同。反过来，这种颜色的变化导致复合白色LED的分选过程，所谓颜色分级就是试图根据其白色坐标通过分选每个装置来管理颜色变化。
为了测量发出的光的均匀性，可以使用相关色温(Correlated ColorTemperature)(“CCT”)的变化。发光装置的色温可以通过与理论的黑体热辐射器比较它的色调来确定。黑体散热器匹配发光装置色调时的温度(以度开尔文表示)就是该装置的色温。白炽灯光源可以接近于一个黑体辐射器，但是许多其他的发光装置并不以黑体曲线的形式发出辐射，并且因此指派CCT。发光装置的CCT是最接近匹配设备的感知颜色的黑体散热器的色温。开尔文等级越高，光越“冷”或越蓝。开尔文等级越低，光越“热”或越黄。通过在不同光发射角度测量CCT并且比较不同发光装置的这种变化，可以量化所产生的光的均匀性。通过料浆法分配有黄色荧光粉的蓝色LED芯片的典型CCT在与LED中央发光轴的光发射角度为±70°时，可以从约5,800K到约7,200K变化，横跨约1400K的范围。由于色环的出现，在或者接近中心轴的CCT通常要比周边的高，在周边发出的光较黄。
用于制造荧光粉转换型(phosphor-converted)白色LED的第二种荧光粉涂敷法是电脉沉积法(“EPD”)法，如图1B所示。在EPD的情况，通过向液体溶剂中添加适量的电解质以形成悬浮液而使荧光粉带电，然后被电场偏置。然后，将表面带电的荧光粉颗粒移动到极性相反的电极并且在电极上涂敷。荧光粉颗粒的EPD产生厚度相对均匀的荧光粉层4，该荧光粉层能够产生均匀性更高以及色环减少的白光。虽然实现了更好的颜色均匀性，但是EPD法通常不能直接将荧光粉沉积在非导电性表面。在商业化生产中，根据所谓的近端荧光粉配置，将荧光粉层通常直接涂敷在LED芯片5之上。这种配置在光散射方面是低效的，这是因为近端荧光粉层能将约60％的总白光发射引导回到LED芯片5，从而在LED芯片5上可发生高损失。EPD法的另一缺点是某些荧光粉容易被溶剂降解，因而限制了EPD法的一般适用性。
最近，如图2所示，另一种方法涉及通过高压加热荧光粉颗粒直到荧光颗粒表面变软并熔化而形成发光陶瓷板6。部分熔融的颗粒能够粘在一起形成包括坚硬的颗粒聚集物的陶瓷板6。将发光陶瓷板6布置在由LED芯片7发出的光程上，其中LED芯片7布置在一组电极8之上。虽然在坚固性、降低温度敏感性以及减少颜色在芯片之间的颜色变化等方面提供好处，但是由于近端荧光粉配置导致封装效率不理想。
商用白色LED的散射效率(有时也称为封装效率)通常在40％到60％之间，由于通过诸如LED芯片、引线框架或基台等内部封装元件的光吸收具有效率损失。图3描述了由蓝色LED 32供以动力的具有黄色荧光粉的荧光粉转换型白色LED的例子，其中初级蓝光34经过与二级黄色光31混合以形成白色，主要的光源损失由LED芯片32吸收光引起的。因为，LED芯片32通常由高折射率材料制成，由于全内反射(“TIR”)光子往往被捕获在LED芯片32内，一旦光子撞击并且进入LED芯片32。另一潜在的光源损失由LED封装内镜面反射器33的不完善引起的。
图3所描述的几个场景能够将光导入高吸收性LED芯片32。第一，由LED芯片32发出的初级光36可以通过荧光粉末31或镜面反射器33反射回芯片32。第二，由荧光粉31发出的下转换二级光37能够向后散射回芯片32。第三，初级光和二级光38由于在空气-LED封装界面的TIR都能够向着芯片32反射回。为了提高光从封装逃逸的可能性，可以使用半球透镜39减少在空气-封装界面的TIR情况。为了减少向后散射的光透过LED芯片32，荧光粉末31直接置于芯片表面是不可取的，而是应该放置到离LED芯片32有一定距离的位置。此外，更薄的荧光粉层通过荧光粉末31将减少二级光向后散射的情况。
正是在这种背景下，出现了研发本文所述的薄膜荧光粉沉积方法以及相关的装置和系统的需求。
发明内容
本发明的某些实施方案涉及结合薄膜荧光粉层而产生高效发白光装置。因为发光半导体装置，诸如LED，通常是由高折射率材料制成，所以期望并入光抽取装置来减少LED封装内的光的TIR。该光抽取结构可以包括使用，例如，半球透镜，微透镜阵列，或菲涅耳(Fresnel)透镜。该光抽取结构通常由光学透明或者半透明的材料制成，并且通常具有非导电性。与EPD相比，在此公开的薄膜荧光粉层的沉积方法可以用于直接在非导电性表面和导电性表面上形成共形薄膜荧光粉层。该共形荧光粉层也可以沉积在平整表面或非平整表面上，诸如凸表面或凹表面。
本发明的一些实施方案涉及通过在光抽取透镜结构之上沉积共形薄膜荧光粉层而产生高效荧光粉转换型发光装置。特别地，一个实施方案涉及通过直接在非导电性光抽取透镜结构例如由环氧树脂、硅酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、玻璃或石英材料制成的半球透镜上沉积薄膜荧光粉层而产生荧光粉涂敷透镜。涂有薄膜荧光粉层的透镜结构可以连接到LED以产生高效远端荧光粉配置。这一远端荧光粉配置可以包括空气缝隙以提高光抽取效率。
本发明的一些实施方案涉及通过在微透镜阵列之上沉积共形薄膜荧光粉层而产生荧光粉微透镜。荧光粉涂敷的微透镜阵列可以在发光装置上制成薄片以形成高效荧光粉转换型发光装置。
本发明的一些实施方案涉及通过在菲涅耳透镜之上沉积共形薄膜荧光粉层而产生荧光粉涂敷的菲涅耳透镜。荧光粉涂敷的菲涅耳透镜可以在发光装置上制成薄片以形成高效荧光粉转换型发光装置。
本发明的一些实施方案涉及在发光装置的光程之上沉积大体平坦的薄膜荧光粉层。对于某些LED应用诸如用于液晶显示器(“LCD”)的背光，则包括从发光装置发出的小集光率光束。根据这点，本法明的一些实施方案涉及产生在大体平坦的光发射装置表面上沉积的大体平坦的薄膜荧光粉层。一个特定实施方案涉及直接在发光设备表面之上沉积薄膜荧光粉层。另一个实施方案涉及在发光装置之上沉积薄膜荧光粉层，其中在两者之间布置具有光学透明或者半透明的平坦隔离层。
根据本发明的一些实施方案，光子晶体阵列结构作为用于发光装置产生小集光率光束的光吸收装置是有效的。特别是，某些实施方案涉及通过在光子晶体阵列结构表面之上沉积大体平坦的薄膜荧光粉层而产生高效荧光粉转换型光子晶体发光装置。
本发明的一个特定实施方案涉及荧光粉涂敷光抽取结构，其包括：(1)包括涂敷表面的光抽取结构；和(2)包括至少一个荧光粉末层和至少一个用作所述至少一个荧光粉层的粘合剂的聚合物层，其中薄膜荧光粉层共形沉积在靠近光抽取结构的涂敷表面。
本发明的另一特定实施方案涉及形成荧光粉转换型发光装置的方法，其包括：(1)发光装置；和(2)沉积在所述发光装置的光程上的薄膜荧光粉层，其中薄膜荧光粉层的厚度在1nm到100μm的范围内，并且所述薄膜荧光粉层包括：(a)包括第一荧光粉颗粒的第一荧光粉层；和(b)靠近所述第一荧光粉末层的聚合物层，所述第一聚合物层用作所述第一荧光颗粒的粘合剂。
本发明的另一特定实施方案涉及形成荧光粉转换型发光装置的方法，所述方法包括：(1)提供包括基台反射器阵列(可以是反射槽阵列)的封装基片；和(2)连接发光装置到所述封装基片的各自基台反射器；(3)提供荧光涂敷的微透镜阵列；和(4)连接涂敷微透镜阵列到封装基片；和(5)将封装基片切片以形成单个荧光粉转换型发光装置。
本发明的另一特定实施方案涉及形成荧光粉转换型发光装置的方法。所述方法包括：(1)形成靠近半球透镜的薄膜荧光粉层，所述荧光粉层包括作为粘合剂材料的聚对二甲苯型聚合物；和(2)连接荧光粉涂敷的半球透镜到发光装置。
本发明的另一特定实施方案涉及形成荧光粉转换型发光装置的方法。所述方法包括：(1)形成靠近微透镜阵列的薄膜荧光粉层；所述荧光粉层包括作为粘合剂材料的聚对二甲苯型聚合物；和(2)连接荧光粉涂敷的微透镜阵列到发光装置。
本发明的又一特定实施方案涉及形成荧光粉转换型发光装置的方法。所述方法包括：(1)形成包括聚对二甲苯型聚合物的薄膜荧光粉层；和(2)连接薄膜荧光粉层到光子晶体发光装置。
也要考虑本发明的其它方面以及实施方案。前述的概述和下面的详细描述并不意味着将本发明限制于任何特定实施方案，而仅仅是描述本发明的一些实施方案。
附图说明
为了更好地理解本发明的一些实施方案的特性和目的，应结合附图参考下面的详细描述。
图1A描述了一种使用料浆法形成的常规白色LED的近端荧光粉槽中配置。
图1B描述了一种使用EPD形成的常规白色LED的近端荧光粉配置。
图2描述了一种通过用发光陶瓷板制成薄片而形成的常规白色LED的近端荧光粉配置。
图3描述了典型的光源损失，包括由荧光粉颗粒引起的光散射、在材料界面的TIR以及发光装置表面上的光吸收。
图4A根据本发明的实施方案，描述了使用共形薄膜荧光粉沉积方法形成的单色薄膜荧光粉膜叠层。
图4B根据本发明的实施方案，描述了使用共形薄膜荧光粉沉积方法形成的单色薄膜荧光粉复合膜叠层。
图5A根据本发明的实施方案，描述了沉积在中空半球状光抽取透镜的内凹表面上的共形薄膜荧光粉膜叠层。
图5B根据本发明的实施方案，描述了沉积在中空半球状光抽取透镜的底面上的共形薄膜荧光粉膜叠层。
图5C根据本发明的实施方案，描述了沉积在中空半球光抽取透镜的外凸表面上的共形薄膜荧光粉膜叠层。
图6根据本发明的实施方案，描述了使用共形地沉积在多个中空半球状透镜的内凹表面上的薄膜荧光粉层的批涂敷方法。
图7A根据本发明的实施方案，描述了在使用共形薄膜荧光粉沉积方法制备的半球状透镜结构的内凹表面上具有薄膜荧光粉层的荧光粉转换型LED。
图7B根据本发明的实施方案，描述了使用沉积在半球状透镜结构的底表面上的薄膜荧光粉层制造的荧光粉转换型LED。
图7C根据本发明的实施方案，描述了具有沉积在使用共形薄膜荧光粉沉积方法制造的半球状透镜结构的外凸面上的薄膜荧光粉层的荧光粉转换型LED。
图8A根据本发明的实施方案，描述了具有围绕发光装置的扩散透镜的图7A的荧光粉转换型LED。
图8B根据本发明的实施方案，描述了具有围绕发光装置的扩散透镜的图7B的荧光粉转换型LED。
图8C根据本发明的实施方案，描述了具有围绕发光装置的扩散透镜的图7C的荧光粉转换型LED。
图9A根据本发明的实施方案，描述了涂敷有薄膜荧光粉层的微透镜阵列。
图9B根据本发明的实施方案，描述了在半导体基片上制成薄片的荧光微透镜阵列。
图9C根据本发明的实施方案，描述了用被切片成单个荧光粉转换型装置的荧光微透镜阵列制成薄片的半导体基片。
图10A根据本发明的实施方案，描述了沉积在发光装置表面上的薄膜荧光粉层。
图10B根据本发明的实施方案，描述了沉积在发光装置表面上的薄膜荧光粉层，其中两者之间具有平坦隔离层。
图10C根据本发明的实施方案，描述了沉积在LED封装上的薄膜荧光粉层。
图11根据本发明的实施方案，描述了荧光粉转换型光子晶体发光装置。
图12A至图13B根据本发明的实施方案，描述了用于发光装置的圆片级批封装方法。
具体实施方式
定义
下面的定义适用于与本发明的一些实施方案相关的描述的一些方面。这些定义在此也可以被扩展。
如本文使用，单数术语“一个(a)”、“一种(an)”、“该(the)”包括复数形式，除非上下文另有明确说明。因此，例如，提及一层可包括多层，除非上下文另有明确说明。
如本文使用，术语“组(set)”指一个或多个组件的集合。因此，例如，一组层可包括单层或多层。一组组件也可被称为该组的成员。一组组件可以相同也可以不同。在一些例子中，一组组件可以共享一个或多个共同特性。
如本文使用，术语“靠近(adjacent)”指接近或者相邻。相邻组件可彼此在空间上分开或者可实际上或者直接彼此接触。在一些例子中，相邻组件可彼此连接或者可彼此整体构成。
如本文使用，术语“连接(connect)”指可操作的结合或连结。连接的组件可彼此直接结合或者可彼此间接结合，诸如经由另一套组件。
如本文使用，术语“实质上(substantially)”和“实质的(substantial)”指相当大的程度或范围。当与事件或状况结合使用时，此术语可以指事件或状况精确地发生的情况和事件或状况密切近似地发生的情况，例如说明本文所述的生产操作的典型耐受水平。
如本文使用，术语“导电性(electrically conductive)”指传输电流的能力，而术语“非导电性(electrically nonconductive)”指缺乏传输电流的能力。导电材料通常对应于那些在其中极少对抗或不对抗电流的流动的材料，而非导电材料通常对应于那些在其中电流极少有或者没有流动倾向的材料。一种导电性(或者非导电性)的量度是以西门子每米(“S·m-1”)计。通常，导电材料是电导率大于约104S·m-1、例如至少约105S·m-1或者至少约106S·m-1的材料，而非导电材料是传导性小于约104S.m-1、例如小于或等于约103S·m-1或者小于或等于约102S·m-1的材料。导电材料(或非导电材料)有时能够随着温度变化。除非另有说明，否则材料的导电性(或者非导电性)是在室温确定的。
如本文使用，与光致发光相关时，术语“量子效率”指输出光子数量与输入光子数量的比率。
如本文使用，术语“尺寸”指特性尺寸。在颗粒是球形的情况下，颗粒的尺寸可以指颗粒的直径。在颗粒是非球形的情况下，颗粒的尺寸可以指颗粒的不同垂直尺寸的平均值。因此，例如，类似球体的颗粒的尺寸可以指颗粒的长轴和短轴的平均值。当提及一组具有特定尺寸的颗粒时，预期该颗粒可具有围绕该尺寸的尺寸分布。因此，如本文使用，一组颗粒的尺寸可以指尺寸分布的典型尺寸，诸如平均尺寸、中值尺寸或者峰值尺寸。
如本文使用，术语“烷烃”指饱和碳氢化合物分子。对一些应用来说，烷烃可以包括1至100个碳原子。术语“低级烷烃”指包括1至20个碳原子、例如1至10个碳原子的烷烃，而术语“高级烷烃”指包括20个以上碳原子、例如21至100个碳原子的烷烃。术语“支链烷烃”指包括一个或多个支链的烷烃，而术语“无支链烷烃”指直链的烷烃。术语“环烷烃”指包括一个或多个环状结构的烷烃。术语“杂烷烃”指烷烃的一个或多个碳原子被一个或多个杂原子例如N、Si、S、O和P替代的烷烃。术语“取代的烷烃”指烷烃的一个或多个氢原子被一个或多个取代基替代的烷烃，所述取代基例如卤素基团、羟基、烷氧基、羧基、硫代基团、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，而术语“未取代的烷烃”指没有此类取代基的烷烃。上述术语的结合可用于指具有特性组合的烷烃。例如，术语“支链低级烷烃”可用于指1至20个碳原子并且包括一个或多个支链的烷烃。烷烃的例子包括甲烷、乙烷、丙烷、环丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、环丁烷，以及其荷电形式、杂形式或者取代形式。
如本文使用，术语“烷基”指一价形式的烷烃。例如，烷基可被设想成它的一个氢原子移动以容许键合到另一分子基团的烷烃。术语“低级烷基”指一价形式的低级烷烃，而术语“高级烷基”指一价形式的高级烷烃。术语“支链烷基”指一价形式的支链烷烃，而术语“无支链烷基”指一价形式的无支链烷烃。术语“环烷基”指一价形式的环烷烃，而术语“杂烷基”指一价形式的杂烷烃。术语“取代的烷基”指一价形式的取代烷烃，而术语“未取代的烷基”指一价形式的未取代烷基。烷基的例子包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、丁基、异丁基、叔丁基、环丁基，以及其荷电形式、杂形式或者取代形式。
如本文使用，术语“芳烃”指芳香族碳氢化合物分子。对一些应用来说，芳烃可以包括5至100个碳原子。术语“低级芳烃”指包括5至20个碳原子、例如5至14个碳原子的芳烃，而术语“高级芳烃”指包括20个以上碳原子、例如21至100个碳原子的芳烃。术语“单环芳烃”指包含单个芳环结构的芳烃，而术语“多环芳烃”指包括一个以上芳环结构的芳烃，例如通过碳-碳单键键合或者稠合在一起的两个或多个芳环结构。术语“杂芳烃”指芳烃的一个或多个碳原子被一个或多个杂原子例如N、Si、S、O和P替代的芳烃。术语“取代的芳烃”指芳烃的一个或多个氢原子被一个或多个取代基替代的芳香烃，所述取代基例如烷基、烯基、炔基、亚胺基、卤素基团、羟基、烷氧基、羧基、硫代基团、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，而术语“未取代的芳烃”指缺少此类取代基的芳烃。上述术语的结合可用于指具有特性组合的芳烃。例如，术语“单环低级烯烃(monocyclic lower alkene)”可用于指包括5至20个碳原子并且包含单个芳环结构的芳烃。芳烃的例子包括苯、联苯基、萘、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、喹啉、异喹啉，以及其荷电形式、杂形式或者取代形式。
如本文使用，术语“芳基”指一价形式的芳烃。例如，芳基可被设想成它的一个氢原子移动以容许键合到另一分子基团的芳烃。术语“低级芳基”指一价形式的低级芳烃，而术语“高级烷基”指一价形式的高级芳烃。术语“单环芳基”指一价形式的单环芳烃，而术语“多环芳基”指一价形式的多环芳烃。术语“杂芳基”指一价形式的杂芳烃。术语“取代的芳基”指一价形式的取代芳烃，而术语“未取代的芳烃基团”指一价形式的未取代芳烃。芳基的实例包括苯基、联苯基、萘基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、喹啉基、异喹啉基，以及其荷电形式、杂形式或者取代形式。
如本文使用，术语“亚芳基”指二价形式的芳烃。例如，亚芳基可被设想成它的两个氢原子移动以容许键合一个或多个额外的分子基团的芳烃。术语“低级亚芳基”指二价形式的低级芳烃，而术语“高级芳烃基团”指二价形式的高级芳烃。术语“单环亚芳基”指二价形式的单环芳烃，而术语“多环亚芳基”指二价形式的多环芳烃。术语“杂亚芳基”指二价形式的杂芳烃。术语“取代的亚芳基”指二价形式的取代芳烃，而术语“未取代亚芳基”指二价形式的未取代芳烃。亚芳烃基的实例包括亚苯基、亚联苯基、亚萘基、亚吡啶基、亚哒嗪基、亚嘧啶基、亚吡嗪基、亚喹啉基、亚异喹啉基、以及其荷电形式、杂形式或者取代形式。
共形薄膜荧光粉沉积方法
本发明的某些实施方案涉及能够共形地布置在发光装置(例如LED)的光程中的大体均匀厚度的薄膜荧光粉层的形成，因而产生具有微弱色环或没有色环的大体均匀的白光。这种薄膜荧光粉层可以通过改进的沉积方法来制备，包括：(1)形成大体均匀沉积在基片表面上的荧光粉层；和(2)形成聚合物粘合剂层来填充松散堆积的荧光粉颗粒之间的缝隙，因而形成大体连续的薄膜荧光粉层。薄膜荧光粉层的荧光粉转换效率可以显著提高，因为可以在光程中布置更薄层的精确控制量的荧光粉末，因而减少光散射损失。另外，由于荧光粉颗粒的大体均匀沉积，可以显著改善薄膜荧光粉层的颜色均匀性。形成均匀的薄膜荧光粉层的一种方法是在荧光粉颗粒沉积期间在荧光粉颗粒中引入静电荷。荧光颗粒中的静电电荷能够自平衡并调整其分布，因而促进荧光粉颗粒大体均匀的分布。形成均匀的薄膜荧光粉层的另一种方法是通过荧光粉分配机构，诸如沉积室中的喷头机构，或者通过旋转基片支承机构，诸如支承基片的旋转平台。除了提高效率和颜色均匀性之外，可以显著提高薄膜荧光粉层的温度稳定性，因为在温度高达至少约300℃或更高时，聚合物粘合剂层可以是热稳定的。
有利地，通过经由荧光粉末输送机构，使用精确控制量的沉积荧光粉颗粒的涂敷过程，可以使白色的一致性保持在紧密的颜色坐标中。可以用多色荧光粉的逐层相继沉积来精确协调白色渲染，例如沉积红色荧光粉层，沉积绿色荧光粉层，以及然后沉积蓝色荧光粉。可以在所生成的复合多色荧光粉膜叠层中精确控制多色荧光粉的比率。这样，可以精确地控制色坐标和用荧光粉薄膜方法制成的白光LED的CCT。反过来，这可显著简化(或者甚至省略)分级过程。
根据本发明的一些实施方案，一致的白色坐标可以通过调整多色荧光粉膜叠层的剂量从轻微变化的蓝色LED芯片实现。这种颜色互补方法可以使用荧光粉含量的不同组成或量弥补蓝光LED芯片的颜色变化。以这种方式，对于色彩敏感应用(如用白光LED的显示器背光)，可显著提高白光LED的产量。
根据本发明的一个实施方案，薄膜荧光涂敷方法是分批荧光粉涂敷方法。在一个涂敷操作中，多个发光装置可以沉积有薄膜荧光粉。根据本发明的另一个实施方案，在一个涂敷操作中，多个LED透镜可以沉积有薄膜荧光粉。类似于半导体芯片制造，通过分批方法，每个发光装置的制造成本可以大大减少，而制造产量可以大大增加。希望形成的薄膜荧光粉层的沉积方法在真空室中进行。但是，应当理解，沉积方法也可以在充满惰性气体(如氮)的沉积室中进行，或在大气环境中进行。
与EPD对比，薄膜荧光粉层的沉积可用于直接在非导电表面上形成共形薄膜荧光粉层。共形薄膜荧光粉也可以沉积在非平坦表面上，如LED透镜的凸或凹表面上。
根据改进的方法，可以使用多种荧光粉。通常，荧光粉是由发光材料制成的，也就是说能够响应能量激发而发光的材料。基于原子或分子从激发的电子态到弛豫，可发生发光，且发光一般而言，可以包括，例如化学发光、电致发光、光致发光、热致发光、摩擦发光及其组合。例如，在光致发光(可以包括荧光和磷光)的情况中，基于光激发(如光的吸收)可以产生激活的电子状态。用作根据改进的方法中的荧光粉包括掺杂有激活剂离子(诸如Ce3+和Eu2+)的多种无机基质材料，包括石榴石(例如，(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce3+，其中a、b≤0.2或者YAG:Ce3+)、硅酸盐、原硅酸盐、硫化物和氮化物。石榴石和原硅酸盐可以用作发黄光的荧光粉，而氮化物可以用作发红光的荧光粉。但是，应当理解，可以使用多种其它类型的波长转换材料，包括有机染料。理想的是，荧光粉和其它类型的波长转换材料能够表现量子效率大于约30％的光致发光，诸如至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％或至少约80％，并且可能可高达约90％或更高。
通常，根据改进的方法使用的荧光粉是以粉末形式提供的，即作为一组颗粒提供的。为了提高颜色均匀性，颗粒尺寸理想地在约1nm到约100μm的范围内，如约10nm到约30μm、约100nm到约30μm约500nm到约30μm或者约1μm到约30μm。
根据荧光粉沉积方法，荧光粉可以通过惯性作用、布朗运动、热泳电场(如果荧光粉末带电)传输并沉积在基片表面上。。在基片表面上形成大体均匀分布的荧光粉末层的一种方法是通过一组运载气体(如清洁、干燥的空气)或惰性气体(如氮气)从荧光粉罐夹带、运载、移动或运输荧光粉末，然后在真空、惰性气体或大气室内用喷头机构喷洒荧光粉末。对于一些实施方案，理想的是，在荧光粉传输过程中，用相同的正静电荷或负静电荷使荧光粉末电离。当带电荧光粉末被喷涂并沉积在基片表面上时，由于荧光粉颗粒之间静电力的自平衡，荧光粉颗粒组分大体均匀地分布以形成荧光粉末层。具体而言，荧光粉末的静电喷涂包括：
1)用惰性运载气体从荧光粉末罐或其它荧光粉源运输荧光粉末。荧光粉末流量可以通过喷嘴装置或其它流量控制机构精确控制。
2)用相同的静电荷使荧光粉末电离。使荧光粉电离的操作是将荧光粉末大体均匀地沉积在基片表面上所希望的。但是，应理解，粉末电离化操作是可选的，并且在某些实施方案中可以省略。
3)如果基片表面是由非导电聚合物材料制成的，那么用基片表面上的相反静电荷使基片表面电离。如果基片表面是由导电材料制成的，那么基片表面是接地的，如将基片表面电连接到地电位。基片表面的电离或接地操作是将荧光粉末均匀地沉积在基片表面上所需要的。但是，应理解，基片表面的电离或接地操作时可选的，并且在某些实施方案中可以省略。
4)运载气体通过喷头机构将带电荧光粉末夹带到沉积室，从而使荧光粉末均匀地分布。理想的是喷头机构将荧光粉末大体均匀地沉积在基片表面上。作为选择，或者共同地，在沉积室内使用旋转机构使基片表面旋转，从而使荧光粉末能够大体均匀地沉积在基片表面上。这将是可取的，但是，这些机制是可选的，并且在某些实施方案中可以省略。
5)荧光粉末共形地且大体均匀地沉积到基片表面上。在一个实施方案中，基片表面是LED芯片的表面或者多个LED芯片的表面。在另一个实施方案中，基片表面是LED透镜或多个LED透镜的表面。在又一实施方案中，基片表面是玻璃或石英基片的表面。在再一实施方案中，基片表面是柔软的透明薄膜的表面，例如由聚(对苯二甲酸乙二醇酯)所形成的表面。
6)用电离(或去电离)气体使荧光粉末带电。电离气体中和荧光粉上的剩余静电荷。应当理解的是，该放电操作是任选的，并且在某些实施方案中可以省略。
根据荧光粉沉积方法，通过下列方法中的一种或组合用静电荷使荧光粉末电离：
·电晕充电，其中使用电力产生静电荷
·摩擦充电，其中通过粉末和一些管道表面之间的摩擦来产生静电荷
·感应充电，其中通过从电场的感应使粉末带电。
对于导电基片来说，可以将基片表面接地以维持用于使带静电荷的荧光粉末沉积的电场电位。通过摩擦充电可以在荧光粉末或者非导电基片表面上产生静电荷。特别是，当使两种不同的材料接触时，电荷能够从一种材料传输到另一种材料以抵消电荷的失衡。电荷传输的数量和方向取决于许多因素，包括两种材料的化学和电子结构。
用Tribo摩擦充电的方法可以在非导电基片表面产生相反的静电荷。例如，可以通过下列一种或者组合能够在非导电基片表面产生负电荷：
·使用吹过非导电的环氧树脂或硅酮树脂表面的特氟隆粉末进行Tribo摩擦充电。特氟隆粉末能够从环氧树脂或硅酮树脂表面带走电子以使表面带负电荷。
·使用尼龙刷子或布摩擦环氧树脂表面。
荧光粉沉积方法具有许多优点，包括：
·它可以应用到荧光粉转换型白色LED的近荧光粉配置和远端荧光粉配置。
·它能够实施为逐层荧光粉沉积方法，并且能够很容易用于形成多色荧光粉薄膜叠层。
·本沉积方法可以是干燥和清洁的方法，没有任何溶剂。
·在沉积过程中可以使用控制量的荧光粉，因而大大减少白色LED的颜色变化和分级问题。
·它能够通过在荧光粉颗粒中引入静电荷而实现大体均匀的荧光粉涂敷。
·它能够在沉积过程中实现荧光粉的高利用率。
根据所述荧光粉沉积方法，沉积的荧光粉层最初是松散堆积的粉末层。接着，沉积聚合物薄膜以填充荧光粉颗粒之间的空隙，并且形成大体连续的薄膜层。为了保持大体均匀分布的荧光粉层结构，理想的是使用化学气相沉积(简称“CVD”)方法以形成该聚合物层作为荧光粉颗粒的粘合剂材料。应理解，可使用另一种适用的沉积方法替代CVD或与CVD联用以形成聚合物层。其它沉积方法的实例包括其它气相沉积方法，如热蒸发方法、电子束蒸发方法或物理气相沉积方法，以及喷涂涂敷、浸渍涂敷、网膜涂敷、湿法涂敷和旋转涂敷。
根据本法的实施方案，合适的聚合物的例子包括能够用于形成薄膜荧光粉层的粘合基质的共形涂敷聚合物家族。特别是，该聚合物家族与基于聚对二甲苯的聚合物家族对应。通常，基于聚对二甲苯的聚合物与多种基于聚亚二甲苯的聚合物(如聚(对二甲苯)和其衍生物)对应，并包括，例如具有式-CZZ’-Ar-CZ”Z”’-的一般重复单位的聚合物，其中Ar是亚芳基(例如，未取代的、部分取代的或者完全取代的亚芳基，如亚苯基)，并且其中Z、Z′、Z″和Z″′可以相同或者不同。在具体实施方案中，Ar是C6H4-xXx，其中X是卤素，诸如Cl或F，x＝0、1、2、3或4，而Z、Z′、Z″和Z″′独立地选自H、F、烷基和芳基(例如C6H5-xFx，其中x＝0、1、2、3、4或者5)。在一个具体的实施方案中，Parylene N(聚对二甲苯N)包括式-CH2-C6H4-CH2-的重复单位，并且被用作粘合剂材料以形成薄膜荧光粉层。在又一个实施方案中，Parylene C包括式-CH2-C6H3Cl-CH2-的重复单位，并且被用作粘合剂材料以形成薄膜荧光粉层。可由与Parylene N相同的单体产生Parylene C，但是通过用氯原子取代芳香氢中的一个而对其进行了修改。在再一个实施方案中，Parylene D包括式-CH2-C6H2Cl2-CH2-的重复单位，并且被用作粘合剂材料以形成薄膜荧光粉层。可由与Parylene N相同的单体产生Parylene D，但是通过用两个氯原子取代芳香氢中的两个而对其进行了改性。在另一个实施方案中，可以使用称为Parylene F的部分氟化的基于聚对二甲苯的聚合物。Parylene F包括式-CF2-C6H4-CF2-的重复单位，并且可以由多种前体形成，如BrCF2-C6H4-CF2Br。应理解，这些基于聚对二甲苯的聚合物是以举例的形式提供的，而可以使用多种其它共形涂敷聚合物。其它适用的聚合物的例子包括聚酰亚胺，基于碳氟化合物的聚合物(例如，聚(四氟乙烯))、聚(对苯撑乙烯)、聚(吡咯)、聚(噻吩)、聚(2，4-己二炔-1，6-二醇)、氟碳/有机硅共聚物，聚(乙二醇)，以及它们的衍生物。丙烯酸树脂的热蒸发也可以用来形成大体连续的荧光粉膜。
可通过运输聚合的CVD技术形成多种基于聚对二甲苯的聚合物膜和其它类型的聚合物膜。运输聚合通常包括从位于远离基片表面的位置处的前体分子产生气相活性中间体，然后将气相活性中间体运输到基片表面。可将基片表面保持在低于活性中间体的熔解温度以下以便聚合。例如，可通过移除溴原子以形成活性中间体*CF2-C6H4-CF2*，从而由前体BrCF2-C6H4-CF2Br形成Parylene F，其中*表示自由基。该活性中间体可在远离沉积室的位置处形成，并且可被运输进沉积室并凝结在基片表面上方，其中聚合发生在基片表面。
更一般地，基于聚对二甲苯的聚合物膜可从多种前体形成，该前体如具有式(CZZ’Y)m-Ar-(CZ”Z”’Y’)n的那些，其中Ar是亚芳基(例如，未取代的、部分取代的或者完全取代的亚芳基，如亚苯基)，且Z、Z′、Z″和Z″′可以相同或者不同，Y和Y’可以相同或者不同并且可以去除以产生自由基，m和n各自等于0或者正整数，并且m和n的和小于或等于Ar上可用于取代的sp2-杂化碳的总数。在具体的实施方案中，Ar是C6H4-xXx，其中X是卤素，诸如Cl或F，x＝0、1、2、3或4，而Z、Z′、Z″和Z″′独立地选自H、F、烷基和芳基(例如C6H5-xFx，其中x＝0、1、2、3、4或者5)。其它适用的前体包括具有式{(CZZ’)-Ar-(CZ”Z”’)}2的二聚物，其中Ar是亚芳基(例如，未取代的，部分取代的，或者完全取代的亚芳基，如亚苯基)，且Z、Z′、Z″和Z″′可以相同或者不同。在具体的实施方案中，Ar是C6H4-xXx，其中X是卤素，诸如Cl或F，x＝0、1、2、3或4，且Z、Z′、Z″和Z″′独立地选自H、F、烷基和芳基(例如C6H5-xFx，其中x＝0、1、2、3、4或5)。
用CVD方法制备的基于聚对二甲苯的聚合物膜或者其它类型的聚合物膜的一个方面是，它是拥有优越的缝隙穿透能力的共形涂敷，从而基本上填补荧光粉层内的缝隙和空隙。在一些实例中，在基于聚对二甲苯的聚合物家族中，Parylene F能够达到最好的缝隙填充效果，而Parylene N次之。基于聚对二甲苯的聚合物的另一个方面是，它在可见光光谱中具有优良的光学透明度，使它成为光致发光荧光粉末中的一种合适的填充材料。基于聚对二甲苯的聚合物的另一方面是，它的折射率能够基于化学组成而进行调整。在一个实施方案中，多层基于聚对二甲苯的聚合物膜能够形成为复合薄膜荧光粉叠层。形成这种多层结构的方式是沉积折射率为约1.66的Parylene N膜作为在荧光粉末中的粘合剂材料，然后沉积折射率为约1.4的Parylene F膜，因而由于Parylene F膜与周围环境(例如，空气)的指数匹配而增强光提取。一般而言，应理解，这种多层结构可通过以下方式形成：沉积具有第一折射率的第一聚合物膜，作为第一荧光粉末层之间的粘合剂材料以形成靠近基片表面的第一荧光粉层，沉积具有第二折射率的第二聚合物膜，作为第二荧光粉末层之间的粘合剂材料以形成靠近第一荧光粉层的第二荧光粉层，等等，其中第一折射率大于或等于第二折射率。
使用CVD法，基于聚对二甲苯的聚合物膜，或者另一种类型的聚合物，能够形成大体连续的膜，其厚度在几十埃到约100μm范围之内，如从约1nm到约100μm、从约10nm到约100μm、从约100nm到约100μm、从约1μm到约100μm、从约1μm到约75μm、从约1μm到约30μm或者从约1μm到10μm。在一些实例中，相对于平均厚度，薄膜厚度可表现出小于约20％的标准偏差，如小于约10％或小于约5％。最初沉积的荧光粉末层的厚度可在约1nm到约60μm的范围内，如从约10nm到约60μm、从约100nm到约40μm或从约100nm到约20μm。在一些实例中，相对于平均厚度，荧光粉末层的厚度可表现小于约20％的标准偏差，如小于约10％或小于约5％。在所得膜内，荧光粉末能够在整个膜的范围内大体均匀地分布，以致相对于平均密度而言，重量密度(例如，每单位体积的荧光粉颗粒的质量或重量)或数量密度(例如，每单位体积的荧光粉颗粒的数量)可表现出小于约小于20％标准偏差，如小于约10％或小于约5％。
用CVD方法制备的薄膜荧光粉层的实施方案描述在图4A中。在图4A中，最先在基片表面42上沉积单色荧光粉末层41，如基于YAG:Ce3+的黄色荧光粉。基片表面42可以是光抽取结构的表面，当为柔性塑料基片时，该表面可以是非导电的。沉积基于聚对二甲苯的聚合物层43，接着沉积另一种基于聚对二甲苯的聚合物层44。基于聚对二甲苯的聚合物层43用作粘合剂或至少部分渗透或包围荧光粉末层41的基质，使得荧光粉末层41的荧光粉颗粒分散在基于聚对二甲苯的聚合物层43之内。应理解，基于聚对二甲苯的聚合物层43和44可以由相同的材料或者不同的材料形成。在一些实例中，基于聚对二甲苯的聚合物层43的折射率大于基于聚对二甲苯的聚合物层44的折射率。所得到的荧光粉涂敷结构46可被制成薄片或者以别的方式被布置到靠近发光半导体装置处以形成荧光粉转换型发光装置。
根据荧光粉末的逐层沉积，CVD方法可以用于形成大体均匀地分布的多色荧光粉叠层。在图4B所示的实施方案中，通过依次沉积蓝色荧光粉末、用作蓝色荧光粉末的粘合剂材料的基于聚对二甲苯的聚合物、绿色荧光粉末、用作绿色荧光粉末的粘合剂材料的基于聚对二甲苯的聚合物、红色荧光粉末以及用作红色荧光粉末的粘合剂材料的基于聚对二甲苯聚合物，从而形成的多色荧光粉薄膜叠层45。所得到的荧光粉涂敷结构47可被制成薄片或者以别的方式布置到靠近发光半导体装置处以形成荧光粉转换型白色发光装置，其可通过荧光粉发出各自颜色的三种下转换的二级光。因此，可容易地调整荧光粉转换型白色发光装置的显色指数(简称“CRI”)，例如，当使用在室内普通照明应用时，具有温和的白光以及改善的颜色均匀性。并入多色薄膜荧光粉叠层45的荧光粉转换型白色发光装置的另一个应用是用于LCD的背光，在该应用中使用具有对应于分别由红色、绿色、蓝色荧光粉发出的红光、绿光、蓝光颜色的三个峰值波长实现更大的显示色域。
光抽取结构
在封装层和空气之间的界面的内部反射是在LED封装内的共同的光源损失。为了减少包封层内的损失，期望空气/包封界面是凸面的并且以一定的距离与光源分开，该距离取决于光源的有效直径。在一些实例中，密封剂层是用这种表面形成的，此表面布置在距发光装置(如LED)和反射器一定距离的位置处，以确保大多数或所有的离开发光装置的光可从密封剂层逃逸。根据这方面，半球形透镜、微透镜阵列或菲涅尔透镜可以被结合成光抽取结构或透镜。
并入分散在光吸收透镜内的荧光粉末有时能够在LED封装内产生光散射损失。为了提高光散射效率，本发明的某些实施方案涉及形成荧光粉层作为沉积在光吸收透镜的涂敷表面上的薄膜层。
光吸收透镜通常是用光学透明或半透明材料制成，材料通常是非导电的。与EPD相比，本文公开的薄膜荧光粉层的沉积方法可以用于直接在非导电表面和导电表面上形成共形薄膜荧光粉层。共形薄膜荧光粉层也可沉积在平坦表面和非平坦表面上，如凸或凹表面。
发光装置的荧光粉涂敷的透镜
半球形透镜可以用作用于荧光粉转换型白色LED的光抽取透镜结构。根据一个实施方案，半球形透镜涂有薄膜荧光粉层，由此形成的结构称为荧光粉涂敷的透镜。对于图5A所示的荧光粉涂敷的透镜53，薄膜荧光粉层52a共形地沉积在空心半球形透镜51a的内部非平坦或非平面的表面上。如图5A所示，内部非平坦表面是具有一般弯曲轮廓的内凹表面，并且这个内凹表面界定了在使用期间面向发光装置的凹腔。透镜51能够用光学透明的材料制成，所述材料如环氧树脂、硅酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、玻璃或石英。在另一个实施方案中，薄膜荧光粉层52b共形地沉积在实心半球透镜51b的底部的大体平坦或平面的表面，如图5B中的荧光粉涂敷的透镜54所示。这个底部的平坦表面在使用期间面向发光装置。在另一个实施方案中，薄膜荧光粉层52c共形地沉积在半球形透镜51c的外部非平坦的表面上，如图5C中的荧光粉涂敷的透镜55所示。如图5C所描述，外部非平坦表面是具有一般弯曲轮廓的外凸表面，并且这个外凸表面在使用期间面向远离的发光装置。在图示的实施方案中，半球形透镜51c是一个实心半球透镜，然而也应考虑半球透镜51c可以是空心的半球透镜。应理解，图5A到图5C所描述的荧光粉层52a、52b、52c可以是单色荧光粉层或者多色荧光粉层。另外，应理解，图5A到图5C所示的特定的形状和配置是以示例的形式提供的，并且要考虑各种其它的实施方案。例如，在其它实施方案中，荧光粉涂敷的透镜53和54也可以包括共形地沉积在它们各自外凸表面的薄膜荧光粉层，而荧光粉涂敷的透镜55也可以包括共形地沉积在它的底部平坦表面上的薄膜荧光粉层。
荧光粉涂敷的LED透镜的另一个实施方案包括根据本发明所述的荧光粉沉积方法将大体均匀的荧光粉末层嵌入或者并入到LED的透镜表面上。例如，嵌入荧光粉的LED透镜可如下形成：
·使用液态硅酮凝胶的喷射模塑法形成LED透镜
·在仍为凝胶形式的透镜涂敷表面上形成大体均匀的荧光粉末层
·在规定的时间段内让荧光粉颗粒沉淀到液态硅酮凝胶表面中
·固化液态硅酮凝胶以在嵌入荧光粉的LED透镜中凝固。
根据本发明的实施方案，图6描述了薄膜荧光粉层61共形地沉积在多个空心半球形透镜62的内凹表面上的分批涂敷方法。有利的是，本文描述的薄膜荧光粉沉积方法可以分批方法形式实施，并且薄膜荧光粉层可大体上同时沉积在所需基片的表面上，如LED透镜的表面上，因而提高制造产量并且降低每个涂敷基片的成本。
图7A到图7C描述了可通过将荧光粉涂敷的透镜(例如，如图5A到图5C所述的荧光粉涂敷的透镜53，54，55)连接于适合的引线框、大体平坦的基台反射器或槽式反射器72而产生的荧光粉转换型LED的各种实施方案。可以使用合适的密封剂或胶粘剂诸如硅酮胶粘剂实现连接。由于荧光粉层位于距发光装置74有一定距离的位置，如图7A到图7C所描述，从荧光粉层照射的二级光将主要撞击基台反射器或槽式反射器72，由此直接撞击高吸收性发光装置74的可能性降低。此外，由于荧光粉层被制造成薄膜层，因此可以显著提高所得的散射效率，例如提高至少约90％、至少约92％或至少约95％，且高达约99％或以上。而且，图7A到图7C所示的荧光粉转换型LED可以发出更高均匀性的白光。特别是，在光发射角的范围为140°(与中央发光轴成±70°)之上CCT变化可以不超过1,000K，例如不超过800K、不超过50K或者不超过300K，且降至约200K或更少。
对于图7A到图7C所描述的荧光粉转换型LED，在薄膜荧光粉层和发光装置74之间形成腔或空气间隙71、73或75是可取的。当从荧光粉层照射的二级光向后散射到空气间隙71、73或75时，向后散射的二级光由于在空气间隙界面的TIR而具有更高的光反射几率，这归因于空气间隙的折射率(约1)与荧光粉涂敷的透镜53、54和55相比较低。因此，空气间隙71、73或者75易于使二次光向外偏斜以便从荧光粉转换型LED逃逸，由此进一步提高了封装效率。应理解，可以包括另一种适合的低折射率材料来代替空气，或者与空气结合。
应理解，可在制造方法中实施多种变化以产生具有涂敷在光抽取透镜上的薄膜荧光粉的荧光粉转换型LED。例如，最初可以将光抽取透镜连接于LED或者其它发光装置，接着可使薄膜荧光粉层沉积在光抽取透镜的外表面上来产生图7C所描述的荧光粉转换型LED。
仍参考图7A到图7C，有利的是，所形成的光腔(例如，对应于空气间隙71、73或75)的界面由基台反应器或槽式反应器72的发射层和布置在槽式反射器72上的荧光粉层界定。可以设计光腔的尺寸和形状以使从发光装置74发出的初级光和从薄膜荧光粉层发出的二级光能很好地混合。有利的是，7A到图7C所描述的荧光粉转换型LED的发光模式可以通过光腔的尺寸和形状来控制。
为了进一步提高荧光粉转换型LED的效率，较小的光学透明或者半透明的半球形透镜(例如图8A到图8C所示的透镜81、83或者85)被布置在发光装置74的周围。较小的半球形透镜81、83或者85可以用作从发光装置74中抽取更多的初级光(如约5％到高达约40％的更多初级光)的扩散透镜。可在较小的半球形透镜81、83或85的凸表面上形成微米级特性(例如随机或非随机(形成图案的)的粗糙化表面)，以控制从发光装置74发出的初级光的照射模式。应理解，较小的透镜81、83或85也可以作为布置在发光装置74上的大体平面的微透镜阵列来实施。
发光装置的荧光粉涂敷的微透镜
微透镜阵列还可用作放置在光发射装置上的光抽取结构。根据一个实施方案，用薄膜荧光粉层涂敷微透镜阵列，由此生成的结构称为荧光粉涂敷的微透镜。在图9A中，用共形薄膜荧光粉沉积方法将薄膜荧光粉层92共形地沉积在微透镜阵列91的表面上。在图9B中，将所得的荧光粉涂敷的微透镜阵列94在半导体圆片93上制成薄片。在图9C中，用荧光粉涂敷的微透镜阵列94制成薄片的LED半导体圆片93然后被切片或切成单独的荧光粉转换型装置LED 95a、95b和95c。
应理解，可在制造方法中实施多种变化以产生具有涂敷在光抽取微透镜阵列上的薄膜荧光粉层的荧光粉转换型LED。例如，最初可将微透镜阵列在LED上制造或制成薄片而形成LED，接着可使薄膜荧光粉层沉积在微透镜的表面上以产生荧光粉转换型LED。此外，应理解，类似地可将薄膜荧光粉层涂敷在菲涅尔透镜上以生成荧光粉涂敷的菲涅尔透镜，其可与LED连接以形成荧光粉转换型LED。
荧光粉转换型发光装置
本发明的一些实施方案涉及在发光装置(例如LED)的光程上沉积大体平坦的薄膜荧光粉层。即使期望光抽取透镜可增加封装的LED的光吸收效率，它有时也可增加从封装的LED发出的光的扩散。在并入LED作为光源的一些应用(如LCD的LED背光)中，牵涉从LED发出的小集光率光束。根据这点，本发明的一些实施方案涉及产生布置在LED结构的大体平面的表面上的大体平面的薄膜荧光粉层。
一个具体实施方案包括直接在发光装置的表面上沉积薄膜荧光层。图10A中，如本文所述形成的薄膜荧光粉层102a布置在发光装置101a的表面的发光侧上。
另一个具体实施方案包括在发光装置上沉积薄膜荧光层，其中两者之间具有光学透明或者半透明的隔离层。如图10B所示，如本文所述形成的薄膜荧光粉层102b布置在具有光学透明或者半透明的隔离层103上，而隔离层布置在发光装置101b的表面的发光侧。
在如图10C所描述的另一个实施方案中，如本文所述形成的薄膜荧光粉层102c布置在封装的LED的大体平面的表面上，而发光装置101c布置在合适的引线框或槽式反射器中并且被光学透明或者半透明的包封剂104(如环氧树脂和硅酮树脂)覆盖。应理解，可以包括空气填充的间隙或腔来代替密封剂104或者与密封剂104结合，以将从发光装置101c发出的初级光与从薄膜荧光粉层102c照射的二级光混合。由于空气间隙的反射率低(约1)，因此向后散射的二级光从封装的LED向外反射的几率更高，因而进一步提高封装效率。应理解，可以包括另一种合适的低折射率材料代替空气，或与空气结合。
荧光粉转换型光子晶体发光装置
因为发光装置通常由高折射率材料制成，期望并入光抽取结构以减少发光装置内光的TIR。提高LED效率的一种方法是帮助从高折射率发光装置中抽取光。对于典型的InGaN LED，可将大部分的能量散发到LED内的导波模式，而不是辐射模式。在LED内部产生的光可以经历TRI，并且在光可从LED逃逸之前可以具有高的光吸收几率。一种光子晶体阵列结构作为LED的光抽取机构以产生小集光率和高准直光束。还有，折射率周期变化的光子晶体阵列结构可通过使导波模式从发光装置中衍射而提高光吸收。由于平面二维周期光子晶格结构，光子能沿着大体与发光装置垂直的方向逃逸以产生小集光率光束。因而，光子晶体发光装置可以省略凸或半球透镜结构。
在图11中，描述了荧光粉转换型光子晶体发光装置的实施方案的剖视图，包括基片111、p型半导体层112、激活层113、n型半导体层114、光学透明或半透明的电极层115以及薄膜荧光粉层116。应理解，薄膜荧光粉层116可以作为单色荧光粉层或多色荧光粉叠层实施。光子晶体结构形成于半导体层114中或者以其它方式靠近半导体层114，其中在半导体层114中蚀刻出一组空气孔、间隙或者腔117。空气孔117可充满低折射率介电材料。例如，共形涂敷材料可以用于填补空孔117，例如使用所谓的间隙填充方法和基于聚对二甲苯的介电材料，该介电材料可通过气相沉积制备并通常表现出出色的共形涂敷属性。在荧光粉转换型光子晶体发光装置的制造方法的优势是随后沉积的层115和116在实心表面上形成，如具有填充有一组基于聚对二甲苯的聚合物的半导体层114。根据这点，荧光粉转换型光子晶体发光装置的另一个实施方案是使用低折射率介质，如Parylene-F或Parylene-N，代替空气孔结构117。
与图11所示的荧光粉转换型光子晶体发光装置有关的一个潜在问题是在半导体层114中的孔结构可产生电流拥挤。为了便于电流在半导体层114中扩布，在光子水晶结构上形成透明电极115，如铟锡氧化物(简称“ITO”)电极。大体平面的薄膜荧光粉层116然后布置在透明电极115上以形成荧光粉转换型光子晶体发光装置。应理解，可以通过将预制的薄膜荧光粉层制成薄片或者通过将薄膜荧光粉116原位沉积在光子水晶结构上来布置薄膜荧光粉层116。
发光装置的圆片级封装方法
本发明的另一个实施方案涉及并入本发明所述的薄膜荧光粉层的发光装置的圆片级分批封装方法。与常规封装方法相比，所述圆片级分批封装方法可以产生更薄、所消耗的透镜材料更少、性能更稳定以及可靠性提高的封装的发光装置。甚至更有利的是，更薄且更均匀的荧光粉层可以作为圆片级方法的部分布置，从而封装发光装置可具有提高的效率和更高的可靠性并且可在操作时产生更少的热。
如图12A所示，典型的200mm的铝、铜或硅圆片基片120可容纳多达10,000个的LED，LED的每个基片封装基台反射器或反射槽。因此，圆片级封装过程的总成本可以由每批制造的多个装置承担。这样，就总封装成本而言，每个装置的封装成本更少。
发光装置的圆片级封装方法的一个实施方案包括下列操作：
(1)用槽或凹窝的阵列且使用铝、铜或硅圆片基片来形成封装基片120，如图12A所示。反射层沉积在封装基片120上以形成反射槽阵列。可取的是，槽底或杯壁具有良好的反射性使得向后散射的光可被向外反射。
(2)将发光装置与封装基片120的各自反射槽连接。例如，发光装置的电极可以用电线结合到封装基片120。
(3)如图12B所示，形成荧光涂敷的微透镜阵列122。
(4)如图13A所示，荧光粉涂敷的微透镜阵列122被连接到各自封装基片120的反射槽。还要考虑，按一定尺寸制作以容纳多个反射槽的单个荧光涂敷的微透镜阵列可与封装基片120连接。
(5)将具有连接的荧光粉涂敷的微透镜阵列122的封装基片120切片或或分割成小块以产生单个封装的发光装置，例如如图13B所示的封装的LED130。
应理解，如图12A到13B所示的圆片级封装方法是以实例的形式提供的，而考虑多种其它的实施方案。
虽然本发明已经参考具体实施方案进行了描述，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的实质和范围的情况下可以进行多种变化和等价替代。另外，可以做出许多修改以适应具体的情况、材料、物质组成、方法，或者达到目的的过程、本发明的实质和范围。所有这些修改旨在属于附于此的权利要求保护的范围内。特别是，虽然本文所公开的方法是根据以特定的顺序所进行的特定操作而描述的，但应理解，这些操作可以组合、细分或重新排序以形成等价方法而不脱离本发明的教义。相应地，除非本文明确指出，操作的顺序和分组不限于本发明。

Claims (22)

1.一种荧光粉转换型发光装置，其包括：
发光装置，
光抽取结构，其与所述发光装置连接且包括非导电涂敷表面；和
薄膜荧光粉层，其包括至少一个荧光粉末层和至少一个聚合物层，所述聚合物层用作所述至少一个荧光粉末层的粘合剂；
其中所述薄膜荧光粉层共形地布置在光抽取结构的涂敷表面上，且相对于所述聚合物层的平均厚度，所述聚合物层的厚度表现出小于20%的标准偏差，且在所述薄膜荧光粉层和发光装置之间形成腔或空气间隙。
2.根据权利要求1所述的荧光粉转换型发光装置，其中所述薄膜荧光粉层包括：
包括第一荧光粉颗粒的第一荧光粉末层；
第一聚合物层，其用作所述第一荧光粉颗粒的粘合剂；
在所述第一聚合物层上的第二荧光粉末层，所述第二荧光粉末层包括第二荧光粉颗粒；和
第二聚合物层，其用作所述第二荧光粉颗粒的粘合剂。
3.根据权利要求2所述的荧光粉转换型发光装置，其中所述第一荧光粉颗粒和所述第二荧光粉颗粒被配置成发出不同颜色的光。
4.一种荧光粉转换型发光装置，包括：
发光装置；和
薄膜荧光粉层，其布置在所述发光装置的光程中且与所述发光装置隔离，
其中在所述薄膜荧光粉层和发光装置之间形成腔或空气间隙，且所述薄膜荧光粉层包括：
包括第一荧光粉颗粒的第一荧光粉末层；和
第一聚合物层，其用作所述第一荧光粉颗粒的粘合剂，
其中，所述荧光粉转换型发光装置的相关色温变化在相对于所述发光装置中央发光轴的角度范围为140°时不超过200K。
5.根据权利要求4所述的荧光粉转换型发光装置，还包括：
包括涂敷表面的第一光抽取结构，其中所述薄膜荧光粉层共形地布置在所述第一光抽取结构的涂敷表面上或与所述第一光抽取结构的涂敷表面接触。
6.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，其中，第一光抽取结构是半球形空心透镜，并且所述薄膜荧光粉层共形地布置在透镜的内凹表面上。
7.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第一光抽取结构是半球形实心透镜，并且所述薄膜荧光粉层共形地布置在透镜的底部、大体平坦的表面上。
8.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第一光抽取结构是半球形透镜，并且所述薄膜荧光粉层共形地布置在透镜的外凸表面上。
9.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第一光抽取结构是微透镜阵列，并且所述薄膜荧光粉层共形地布置在所述微透镜阵列的外凸表面上。
10.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第一聚合物层包括由含有式-CZZ’-Ar-CZ”Z’’’-的重复单元的聚合物形成的膜，其中Ar选自(1)未取代的亚苯基，(2)式C6H4-xClx的氯取代的亚苯基，其中x为1至4的整数，和(3)式C6H4-x’Fx’的氟取代的亚苯基，其中x’为1至4的整数，且Z、Z’、Z”和Z’’’独立地选自H、F、烷基和芳基。
11.根据权利要求10所述的荧光粉转换型发光装置，其中所述膜的厚度不大于100μm。
12.根据权利要求11所述的荧光粉转换型发光装置，其中所述膜的厚度不大于75μm。
13.根据权利要求11所述的荧光粉转换型发光装置，其中相对于平均厚度，所述膜厚度表现出小于20%的标准偏差。
14.根据权利要求5所述的荧光粉转换型发光装置，还包括：
布置在所述第一光抽取结构和所述发光装置之间的第二光抽取结构；和
反射槽，其中所述发光装置布置在所述反射槽上，并且光腔由所述反射槽和所述薄膜荧光粉层界定的。
15.根据权利要求14所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第二光抽取结构是包括粗糙表面的半球透镜。
16.根据权利要求14所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述第二光抽取结构是微透镜阵列。
17.根据权利要求4所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述薄膜荧光粉层还包括在所述第一聚合物层上的第二聚合物层，并且所述第一聚合物层的折射率大于所述第二聚合物层的折射率。
18.根据权利要求4所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述荧光粉层还包括：
在所述第一聚合物层上的第二荧光粉末层，所述第二荧光粉末层包括第二荧光粉颗粒；和
第二聚合物层，其用作所述第二荧光粉颗粒的粘合剂，
其中所述第一荧光粉颗粒和所述第二荧光粉颗粒被配置成发出不同颜色的光。
19.根据权利要求18所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述荧光薄膜粉层还包括：
在所述第二聚合物层上的第三荧光粉层，所述第三荧光粉层包括第三荧光粉颗粒；和
第三聚合物层，其用作所述第三荧光粉颗粒的粘合剂，
其中所述第一荧光粉颗粒，所述第二荧光粉颗粒，以及所述第三荧光粉颗粒被配置成发出不同颜色的光。
20.根据权利要求4所述的荧光粉转换型发光装置，其中所述发光装置为包括光子晶体结构的光子晶体发光装置。
21.根据权利要求20所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述光子晶体结构包括介电材料以使折射率产生大体周期变化。
22.根据权利要求21所述的荧光粉转换型发光装置，其中，所述介电材料包括含有式-CZZ’-Ar-CZ”Z’’’-的重复单元的聚合物，其中Ar选自(1)未取代的亚苯基，(2)式C6H4-xClx的氯取代的亚苯基，其中x为1至4的整数，和(3)式C6H4-x’Fx’的氟取代的亚苯基，其中x’为1至4的整数，且Z、Z’、Z”、Z’’’独立地选自H、F、烷基和芳基。
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