CN102751428A - 一种光转换结构及其制造方法及发光二级管器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光转换结构，包括主体，所述主体中含有光转换材料，从主体中心到外侧，主体垂直方向上的光转换材料的含量呈阶梯状降低趋势。本发明的光转换结构通过调整垂直方向的光转换材料的浓度分布，使主体从中心到外侧的垂直方向的光转换材料浓度呈阶梯状降低的趋势，此种构造的光转换结构，应用到发光二级管器件上，能够改善出光效果，提高白光的出光均匀度。本发明还公开此种光转换结构的制造方法以及含有此种光转换结构的发光二级管器件。

Description

一种光转换结构及其制造方法及发光二级管器件

技术领域

本发明涉及一种发光二极管器件结构及其制造方法，尤其涉及一种光转换结构及其制造方法，以及设有此光转换结构的发光二极管器件。

背景技术

基于发光二极管(LED)的半导体照明技术是近年来发展十分迅速的一种新光源技术，以高亮度LED为代表的半导体照明产品正在各个领域获得应用，包括室外的景观照明、建筑照明和道路照明，以及室内的办公照明、工厂照明以及家居照明。在半导体照明技术中，利用短波长的紫外或蓝光LED激发长波长的光转换材料，获得白光等各种颜色的光源，是目前最常见的LED照明技术。该种技术具有成本低廉、生产方便、操作灵活的特性，可以满足各种层次的照明需求。以最常见的白光LED照明技术为例，一般采用GaN基的蓝光LED芯片和长波长荧光粉合成白光，所采用的制造方法一般为：将荧光粉与透明聚合物胶水混合形成荧光胶，再将荧光胶A涂覆在LED芯片上，如图1所示，从而使LED芯片发出的蓝光被荧光粉吸收并转换为长波长的发射光，最终合成得到白光。但该制造方法所存在的一个显著问题是，由于荧光粉的比重远高于胶水的比重，因此荧光粉会逐渐地沉淀，进而导致荧光粉在LED芯片表面分布的厚度和浓度不均匀。一般而言，LED芯片四周的荧光胶会多于LED芯片正面的荧光胶，所以就会存在不同区域的荧光胶对于蓝光吸收强度不同的问题，由此所导致的一种典型结果是，在白光LED芯片的中心区域的色温会高于边缘角度区域的色温，即中心偏蓝白、边缘偏黄绿。这种白光不均匀的特性，导致人眼从不同角度观察LED光源时，会有不同的颜色感受。反映在被照射物体上时，人眼会看到不同的照明区域有着不同的色彩表征。因此，LED芯片发出的白光的不均匀性，一方面会导致人肉眼观察周围环境时的不舒适感，另一方面会导致物体颜色失真，从而不利于展现真实的照明效果。

为应对白光LED芯片的白光不均匀性问题，一种改进的制造方法是将一层荧光粉B均匀地涂覆在LED芯片表面，如图2所示，使LED芯片表面各个区域的荧光粉厚度和浓度一样并且均匀分布。这样，从LED芯片表面各个区域所发出的光线，在荧光粉层中将有着相近的光程，因而整个荧光粉层对于LED芯片表面蓝光的吸收是相近的，从而克服了前述第一种制造方法的缺点。但是，改进的制造方法仍然没有能够克服并解决白光不均匀性的问题，只是对白光的不均匀性有了明显的改善。蓝光LED芯片所发出的蓝光分布是朗伯形，经过荧光粉层时，受荧光粉层的吸收及散射影响，蓝光分布将会出现改变，呈现出类椭圆形分布，即中心光强与边缘角度光强的差别增大。与之相应，荧光粉的自发射光是各向均匀的，整个荧光粉层所表现出的发射光分布将是标准的朗伯形分布。因此，由于两者空间辐射分布的不一致，第二种制造方法仍然难以得到均匀度很高的白光。

为进一步改善白光LED的白光均匀性，业内围绕第二种制造方法提出了多种改进的方法，包括：采用粒径更小的荧光粉、降低荧光粉层的浓度获得厚度较厚的荧光粉层。但是，这些方法会引起其他方面的问题。例如，制备粒径更小的荧光粉对于荧光粉的生产厂家意味着成品率的严重下降，同时，粒径小的荧光粉的光转换效率偏低，导致LED器件的亮度会随之降低。低浓度和厚荧光粉层同样会引起LED器件亮度降低的问题，并且这种方式只能适用于器件尺寸较大的情况。如果器件尺寸偏小时，这种方式将不能达到改善白光均匀性的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种光转换结构，通过调整垂直方向的光转换材料浓度分布，使采用该光转换结构的发光二极管器件能够得到较均匀的颜色分布。基于此，本发明还提供了光转换结构的制造方法以及设置此光转换结构的发光二级管器件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种光转换结构，包括主体，所述主体中含有光转换材料，从主体中心到外侧，主体垂直方向上的光转换材料的含量呈阶梯状降低趋势。

优选地，主体中某处光转换材料的含量满足以下关系式：

$\begin{array}{cc}{y}_1& (0\≤|x|\≤\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_2& (\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_2}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}y=f(l,w,t,c,r,m,\mathrm{\α},\mathrm{\τ})=y_i& (\frac{n_{i-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_i}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_{n-1}& (\frac{n_{n-2}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_{-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_n& (\frac{n_{n-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤L_{\mathrm{chip}})\end{array}$

其中，y表示光转换材料的含量，其与长度l，宽度w，厚度t，浓度c，材料粒径r，折射率m，光转换材料本征特性α(包括吸收和散射等)，光转换材料的吸收和激发谱τ相关，其中y₁＞y₂＞y_i＞y_n-1＞y_n，n₁到n_n是任意设定值，x为主体中某处距离主体中心的水平距离。

优选地，所述光转换结构包括两层以上光转换层，各光转换层沿纵向叠设。

优选地，从下至上，各光转换层的长度递减，且各光转换层呈金字塔型叠放。

优选地，各光转换层的厚度相同。

优选地，从下至上，各光转换层中光转换材料的浓度相同。

优选地，位于底部的光转换层，其光转换材料的浓度均低于其他各光转换层中光转换材料的浓度，其他各光转换层中光转换材料的浓度相同或者由下至上逐层递增。

优选地，由下至上，各光转换层中光转换材料的浓度逐层递增，并且，位于底部的相邻两层光转换层中光转换材料的浓度差大于其他相邻层之间的光转换材料的浓度差。

优选地，各光转换层中光转换材料的浓度相同。

优选地，位于底部的光转换层，其厚度均小于其他各光转换层的厚度，其他各光转换层厚度相同或者由下至上逐层递增。

优选地，由下至上，各光转换层的厚度逐层递增，并且位于底部的相邻两层光转换层的厚度差大于其他相邻光转换层的厚度差。

优选地，所述光转换结构包括n层光转换层(n/2)，第1层光转换层位于光转换结构的中央位置，第i层光转换层围绕第i-1层(i/2)的外围。

优选地，第i层光转换层与第i-1层光转换层贴合在一起。

优选地，第i层光转换层与第i-1层光转换层隔开间隙设置。

本发明的一种光转换结构的制造方法，包括如下步骤：

在准备好的LED晶圆上均匀涂覆一层涂层材料，形成第一层光转换层；在第一层光转换层上均匀涂覆第一掩膜材料，涂覆时形成露出部分第一层光转换层的窗口区域，所述窗口区域对照LED晶圆上的各芯片位置设置，窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；在窗口区域中均匀涂覆一层涂层材料，形成第二层光转换层，并固化，依次类准，形成两层以上光转换层；清洗取出掩膜材料后划片、去除掩膜材料；

其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

本发明的一种光转换结构的制造方法，包括如下步骤：在准备好的LED晶圆上覆设第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心区域形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，第一窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；在LED晶圆上覆设第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口区域，并且第二窗口区域比第一窗口区域大；往第一层光转换层与第二窗口区域之间的环形间隙均匀涂布涂层材料；固化涂层材料并去除掩膜材料，形成第二层光转换层，依此类推，形成至少两层以上的光转换层；其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

本发明的一种光转换结构的制造方法，包括如下步骤：在准备好的LED晶圆上覆设第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心区域形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，第一窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；在LED晶圆上覆设第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口区域，第二窗口区域为“回”字环状；往“回”字环状的环状间隙中均匀涂布涂层材料；固化涂层材料并去除第二掩膜材料，形成第二光转换材料层；依此类推，形成至少两层以上的光转换层；其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

一种发光二级管器件，包括基板、设置在基板上的LED芯片、设置在LED芯片上的光转换结构以及覆设在基板上的透镜，所述光转换结构为前述方案中的光转换结构或由前述制造方法制得。

与现有技术相比，本发明的光转换结构通过调整垂直方向的光转换材料的浓度分布，使主体从中心到外侧的垂直方向的光转换材料浓度呈阶梯状降低的趋势，此种结构的光转换结构，应用到发光二级管器件上，能够改善出光效果，提高白光的出光均匀度。

附图说明

图1为现有技术之一形成的发光二级管器件结构示意图；

图2为现有技术之二形成的发光二级管器件结构示意图；

图3为本发明光转换结构中光转换材料的含量分布示意图；

图4为本发明光转换结构实施例一的剖视示意图；

图5为本发明光转换结构实施例一的俯视示意图；

图6为本发明光转换结构实施例一应用在LED器件上时器件的出光效果与传统LED器件的出光效果比较图；

图7为本发明光转换结构实施例一的制造方法流程图；

图8为本发明光转换结构实施例二的出光效果对比图；

图9为本发明光转换结构实施例四的剖视示意图；

图10为本发明光转换结构实施例五的剖视示意图；

图11为本发明光转换结构实施例六的剖视示意图；

图12为本发明光转换结构实施例六的俯视示意图；

图13为本发明光转换结构实施例七的示意图；

图14为本发明含有光转换结构的发光二极管器件实施例一的示意图；

图15为本发明含有光转换结构的发光二极管器件实施例二的示意图；

图16为图15中光转换结构与LED芯片的配合示意图；

图中，有关附图标记如下：

1——基板；2——LED芯片；3——光转换结构；4——透镜；

31——第一层光转换层；32——第二层光转换层；33——第三层光转换层；

34——第四层光转换层；

L1——第一层光转换层边长；L2——第二层光转换层边长；

L3——第三层光转换层边长；L4——第四层光转换层边长；

h1——第一层光转换层厚度；

301——中间层；304——边缘层。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的光转换结构，包括主体，主体中含有光转换材料，其中，从主体中心到外侧，主体中垂直方向上的光转换材料的含量呈阶梯状降低趋势，优选地，可满足以下关系式：

$\begin{array}{cc}{y}_1& (0\≤|x|\≤\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_2& (\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_2}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}y=f(l,w,t,c,r,m,\mathrm{\α},\mathrm{\τ})=y_i& (\frac{n_{i-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_i}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_{n-1}& (\frac{n_{n-2}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_{-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_n& (\frac{n_{n-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤L_{\mathrm{chip}})\end{array}$

上述关系式中，y表示光转换材料的含量，其与长度l，宽度w，厚度t，浓度c，材料粒径r，折射率m，材料本征特性α(包括吸收和散射等)，材料的吸收和激发谱τ等相关，同时，y又与x存在上述关系，其中y₁＞y₂＞y_i＞y_n-1＞y_n，L是光转换结构的长度，n₁到n_n是任意设定值，但是符合从小到大的变化规律，从而可以在x轴上形成一系列离散分布的坐标，方便表示在该区域内的光转换材料变化。

如图3所示的是光转换结构中垂直方向的光转换材料含量分布图，x坐标代表的是光转换结构中某处与光转换结构中心的水平距离，y坐标代表的是光转换结构的垂直方向对应的光转换材料的含量。即光转换结构垂直方向的光转换材料总含量，以光转换结构中心的垂直方向位置处的光转换材料含量最大，离中心越远，光转换材料含量依次呈阶梯状递减，在光转换结构最外侧垂直位置对应的光转换材料含量最少。

本发明还进一步公开了光转换结构的制造方法以及设置此光转换结构的发光二极管器件。

实施例一

本实施例提供的光转换结构包括至少两层光转换层。

如图4、图5所示，本实施例的光转换结构3沿纵向包括四层光转换层，分别为由下至上依次叠设的第一层光转换层31、第二层光转换层32、第三层光转换层33、第四层光转换层34。本实施例中所用的光转换材料为荧光粉。

本实施例中，各光转换层的厚度均相同，各层中荧光粉浓度也是相同的。

光转换结构3的每一层光转换层的外形与所配合的LED芯片外形类似，可以为圆形、正方形、矩形、五边形、六边形中的任意一种，如图4所示，本实施例是正方形的。

本实施例中，由下至上，各光转换层边长逐渐减小，第一层光转换层31的长度L1大于第二层光转换层32的边长L2，第二层光转换层32的边长L2大于第三层光转换层33的边长L3，第三层光转换层33的边长L3大于第四层光转换层34的边长L4，如图4、5所示，光转换结构3整体呈金字塔形结构。

本实施例提供的包含多层光转换层的光转换结构，每一层光转换层的边长的变化规律符合以下A至E类五种变化规律之一：

A： $L_i=L_{\mathrm{chip}}\×\sqrt{(n-i+1)/n};$ (1≤i≤n)

B：L_i＝L_chip×(n-i+1)/n；(1≤i≤n)

C： $L_i=L_{\mathrm{chip}}-2\×\sqrt{{\mathrm{at}}_{\mathrm{phos}}(i-1)/n};$ (1≤i≤n)

D： $L_i=L_{\mathrm{chip}}-2b\ln (\frac{i-1}{n}{t}_{\mathrm{phos}}+1);$ (1≤i≤n)

E： $L_i=L_{\mathrm{chip}}-2\left\{c\right[\ln \left(\frac{A_1-\frac{i-1}{n}{t}_{\mathrm{phos}}}{\frac{i-1}{n}{t}_{\mathrm{phos}}-A_2}\right)-\ln \left(\frac{A_1}{-A_2}\right)\left]\right\};$ (1≤i≤n)

其中，L_i是光转换结构中每一层的边长，i是光转换结构中光转换层的层数编号，i＝1表示是底部第一层，i＝n表示是顶部最后一层，整个光转换结构共有n层，L_chip是光转换结构应用到发光二级管器件时LED芯片的边长，t_phos是光转换结构的总厚度，a、b、c、A1、A2是拟合参数。

上述的A至E类的边长变化规律均符合从底部的第一层光转换层到顶部的光转换层的边长呈梯状逐层变小，使光转换结构总体呈金字塔或类锥形结构。

在其他实施例中，光转换层中的每一层荧光层的边长的变化规律还可以符合其他变化规律，只要满足垂直方向光转换材料总含量从中心到外侧呈阶梯状依次递减的关系即可，不限于本实施例。

与传统荧光粉涂覆技术相比，本实施例具有以下有益效果：

如图6所示的实验结果可看出，本实施例的多层类锥形的光转换结构，在浓度相同、各层荧光层的厚度相同的情况下，应用在LED器件后，该种LED器件与传统保形涂覆的LED器件的白光均匀度进行比较，本实施例的A、B、C类均优于传统保形涂覆的出光效果，并且层数越多，白光均匀度越高。

下面结合图7详细说明本发明实施例一的光转换结构的制作方法。

如图7所示，本实施例的光转换结构的制造方法包括：

S101、提供一块LED晶圆；

S102、准备涂层材料；

S103、在LED晶圆上均匀涂覆一层涂层材料，形成第一层光转换层；

S104、在第一层光转换层上均匀涂覆第一掩膜材料，涂覆时形成露出部分第一层光转换层的窗口区域，窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；

S105、在第一层光转换层露出的窗口区域中均匀涂覆一层涂层材料，形成第二层光转换层，并固化；

S106、重复步骤S104和S105，完成第三层和第四层光转换层涂覆；

S107、清洗取出掩膜材料；

S108、划片；

S109、去除掩膜材料。

在步骤S101中，LED晶圆的尺寸为2寸到12寸之间，且该LED晶圆已经完成全部的外延及芯片制造工艺程序，只剩下最后的划片工艺尚未进行。

在步骤S102中，涂层材料可以仅由光转换材料制成，也可以由光转换材料与溶液和/或有机聚合物一起混合使用；其中，这里的溶液可为酒精或丙酮或正庚烷或正己烷或正丁烷或甲苯或二甲苯等；这里的有机聚合物可为环氧树脂或有机硅凝胶、有机硅橡胶或有机硅树脂等；本实施例用的是酒精。其中，溶液：酒精、丙酮、正庚烷、正己烷、正丁烷、甲苯、二甲苯是作为稀释剂；其中，有机聚合物：环氧树脂、有机硅凝胶、有机硅橡胶、有机硅树脂等，主要起粘合固定光转换材料的作用，避免因光转换材料太松散而在塑封透镜前出现脱落等现象。

在步骤S103中，所用的涂覆方法可为旋涂法、电泳法、喷雾法、喷墨打印法、溶液蒸发法、注射成型法、压印法等，本实施例用的是旋涂法。

在步骤S104中，设置掩膜材料主要起防止荧光胶溢散和起到保形的作用，掩膜材料为光刻胶，也可用钢板。

在步骤S105中，窗口区域暴露方法可采用光刻法，喷墨打印法，激光刻蚀法，本实施例采用的是光刻法。采用光刻露出窗口是掩膜材料涂覆在LED晶圆后实现的，即先在掩膜材料一上涂覆一层光刻材料再用光刻的工艺实现。

实施例二

本实施例提供的光转换结构及其制造方法与实施例一基本一致，其区别在于：

本实施例中的光转换结构包括5层光转换层，各层光转换层的厚度均相同，但各层中整体的光转换材料浓度不同，从下至上，光转换材料的浓度逐层递增。优选地，第一和第二层光转换层的光转换材料浓度差大于其他相邻层之间的浓度差，是第二和第三层、第三和第四层或第四和第五层光转换层的光转换材料浓度差的2倍以上。

从底部到顶部，各层的光转换材料浓度逐层递增的情况，相对于光转换材料浓度逐层递减和各层光转换材料浓度相等的情况，出光均匀度有较高的改善。如图8所示，其中，纵轴的A、B、C表示三种类型，符合实施例一中的各层光转换层边长变化规律，各类型中又从上至下分成4种不同的结构，其中的各数值代表各层光转换层中光转换材料的浓度(g/cm³)；由上至下，第一种表示各光转换层中光转换材料的浓度一样；第二种表示各光转换层的浓度不同，且从底部到顶部浓度逐渐降低；第三种表示各光转换层的浓度不同，且从底部到顶部浓度逐渐增大；第四种也表示各光转换层的浓度不同，且从底部到顶部浓度逐渐增大，并且底部的两层光转换层浓度差大于其他相邻层的浓度差；横轴表示应用A、B、C类中各光转换结构的LED器件的出光均匀度。由此图8的试验效果图可看出，光转换结构的光转换材料浓度从底部到顶部逐层递增时，LED器件出光均匀度得以改善，进一步地，扩大底部第一层和第二层的浓度差可以明显改善白光均匀度。

实施例三

本实施例提供的光转换结构及其制造方法实施例二的相同点在于：

各光转换层的厚度相同，其中位于底部第一层光转换层中光转换材料浓度最低；

区别在于：除了第一层光转换层以外的其他三层光转换层中的光转换材料浓度相等。

本实施例的光转换结构，相比光转换材料浓度从底部逐层减低的光转换结构以及所有层浓度相同的光转换结构，应用在LED器件时，LED器件的出光均匀度较佳。

实施例四

本实施例的光转换结构以及制造方法与实施例一基本一致，其区别点在于：

本实施例的光转换结构，各层光转换层中光转换材料的浓度相同，但厚度不同，如图9所示，第一层光转换层31的厚度最薄，其他三层光转换层的厚度从底部到顶部逐层递增。优选地，第一层光转换层31和第二层光转换层32的厚度差是第二层光转换层32和第三层光转换层33，第三层光转换层33和第四层光转换层34厚度的2倍以上。

本实施例的光转换结构各光转换层的厚度从底部到顶部逐层递增时，应用在LED器件上时，LED器件的出光均匀度得以改善，进一步地，扩大底部第一层和第二层的厚度差可以明显改善白光均匀度。

实施例五

本实施例的光转换结构以及制造方法与实施例一基本一致，其区别在于：

光转换结构中各层光转换层的光转换材料浓度相同，其中，如图10所示，底部第一层光转换层31的厚度最薄，第二层光转换层32、第三层光转换层33、第四层光转换层34的厚度相等。

本实施例的光转换结构，相比厚度从底部逐层减低的光转换结构以及所有层厚度相同的光转换结构，应用在LED器件时，LED器件的出光均匀度较佳。

实施例六

本实施例提供的光转换结构，如图11至图12所示，其外形与所配合的LED芯片外形类似，可以为圆形，正方形，矩形，五边形，六边形等，本实施例所示的是正方形的，且在本实施例中，光转换结构所用的光转换材料为荧光粉。

本实施例中，光转换结构沿水平方向从中心到边缘分为四层，如图11所示，位于中心的中间层被相邻的光转换层从外周围住，该光转换层又被与之相邻的另一光转换层从外围围住，依次类推，得到本实施例中光转换结构；其中，以中间层301的光转换材料浓度最高，至边缘层304光转换材料浓度逐层减小，即LED芯片上表面的光转换材料浓度从中心到外侧呈阶梯状变小。同时，光转换材料含量分布与实施例一至实施例五基本一致，即从光转化结构的中心到外侧，垂直方向的光转换材料总含量呈阶梯状依次递减的关系。

本实施例提供的光转换结构的制造方法包括以下步骤：

S201、提供一块LED晶圆；

S202、准备涂层材料；

S203、准备第一掩膜材料；

S204、用第一掩膜材料与LED晶圆精确对位，而后形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，窗口区域的个数为LED晶圆上芯片个数；

S205、去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；

S206、准备第二掩膜材料，与LED晶圆对准而后形成第二窗口区域，并且第二窗口区域比第一窗口区域大；

S207、往第一层光转换层与第二窗口区域之间的环形间隙均匀涂布涂层材料；

S208、固化涂层材料并去除掩膜材料，形成第二层光转换层；

S209、依此类推，完成第三层和第四层光转换层的涂覆。

本实施例采用光刻的方法，相比于采用模具制作的方法，精度更高，性能更优。

在步骤S201中，LED晶圆的尺寸为2寸到12寸之间，且LED晶圆已经完成全部的外延及芯片制造工艺程序，只剩下最后的划片工艺尚未进行。

在步骤S202中，涂层材料为单独的光转换材料，也可以由光转换材料与溶液和/或有机聚合物一起混合使用，其中，溶液可为酒情、丙酮、正庚烷、正己烷、正丁烷、甲苯、二甲苯中的任意一种；有机聚合物可为环氧树脂、有机硅凝胶、有机硅橡胶、有机硅树脂中的任意一种；本实施例用的是环氧树脂。

在步骤S203中，掩膜材料为光刻胶，也可用钢板。

在步骤S204中，所用的涂覆方法可为旋涂法、电泳法、喷雾法、喷墨打印法、溶液蒸发法、注射成型法、压印法等，本实施例用的是注射成型法。

实施例七

本实施例的光转换结构的具体结构以及有益效果，与实施例六的基本一致，其区别在于：

如图13所示，相邻光转换层之间有一定的间隙，该间隙不填充荧光粉。

本实施例提供的光转换结构制造方法包括以下步骤：

S301、提供一块LED晶圆；

S302、准备涂层材料；

S303、准备第一掩膜材料；

S304、用第一掩膜材料与LED晶圆精确对位，而后在第一掩膜材料上形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，第一窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；

S305、去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；

S306、准备第二掩膜材料，形成第二窗口区域，其中第二窗口区域为“回”字环状；

S307、往“回”字环状的环状间隙中均匀涂布涂层材料；

S308、固化涂层材料并去除第二掩膜材料，形成第二光转换材料层；

S309、依此类推，完成第三层和第四层光转换层的涂覆。

在步骤S301中，晶圆的尺寸为2寸到12寸之间，且所述晶圆已经完成全部的外延及芯片制造工艺程序，只剩下最后的划片工艺尚未进行。

在步骤S302中，涂层材料为单独的光转换材料，也可以为光转换材料与溶液或有机聚合物一起混合使用，其中，溶液可为酒精、丙酮、正庚烷、正己烷、正丁烷、甲苯、二甲苯等；有机聚合物可为有机硅凝胶、有机硅橡胶、有机硅树脂等；本实施例用的是环氧树脂。

在步骤S303中，掩膜材料为光刻胶，也可为钢板。

在步骤S304中，涂覆方法可为旋涂法、电泳法、喷雾法、喷墨打印法、溶液蒸发法、注射成型法、压印法等，本实施例用的是注射成型法。

在步骤S306中，优选地，还包括在“回”字环状的小环内填充封装胶体。

下面将结合图详细说明本发明的含有光转换结构的发光二极管器件及其制造方法。

发光二极管器件实施例一

本实施例提供的一种含有光转换结构的发光二极管器件，如图14所示，包括基板1、设置在基板1上的LED芯片2，置于LED芯片2上表面的光转换结构3以及将LED芯片2以及光转换结构3封装的、由封装胶体形成的光学透镜4。

光转换结构3覆盖LED芯片2的上表面。

光转换结构的外形与所配合的LED芯片外形类似，可以为圆形，正方形，矩形，五边形，六边形等，本实施例所示的是正方形的，且在本实施例中，光转换层所用的光转换材料为荧光粉。

进一步的，光转换结构3的在垂直方向上至少包括两层光转换层，这里的光转换结构可采用前述光转换结构实施例中的任意一种；本实施例中，光转换层的层数为四层，边长变化规律均符合从底部的第一层到顶层边长呈梯状逐层变小，使光转换结构总体呈金字塔或类锥形结构。

进一步的，该种构造的光转换结构可使LED芯片上表面的荧光粉总含量在LED芯片上表面垂直方向从中心到外侧呈阶梯状依次递减的关系。

本实施例的发光二极管器件的制作方法包括如下：

S11、准备LED基板；

S12、准备含有光转换结构的LED芯片；

S13、固定LED芯片；

S14、用透明材料对LED芯片进行包封。

在步骤S11中，所述的基板可为陶瓷基板，铜基板和铝基板。

在步骤S12中，所述的固定方式可为有机聚合物粘结，银浆粘结，金属焊料焊接，还可以为共晶焊接，本实施例采用的是金属焊料焊接。

在步骤S14中，所述的透明材料可为环氧树脂，有机硅或者玻璃。

本实施例的发光二极管器件，其中的光转换材料结构在垂直方向上采用了多层光转换材料结构，使LED芯片上表面的荧光粉总含量在LED芯片上表面垂直方向从中心到外侧呈阶梯状依次递减的关系，可有效提高包含多层光转换材料的发光二极管器件的出光均匀度。

发光二极管器件实施例二

本实施例提供的设有光转换结构的发光二极管器件，其结构和制造方法与实施例一的基本一致，区别在于：

如图15、16所示，LED芯片2表面的光转换结构3在水平方向从中间到边缘分为四层，以中间层301的荧光粉浓度最高，至边缘层304光转换材料浓度逐层减小，即LED芯片上表面的光转换材料浓度从中间到边缘呈阶梯状变小。即LED芯片上表面的光转换材料总含量在LED芯片上表面垂直方向从中间到边缘呈阶梯状依次递减的关系。

本实施例的发光二极管器件，其中的光转换结构在水平方向上采用了多层光转换层的结构，并使LED芯片上表面的荧光粉总含量在LED芯片上表面垂直方向从中心到外侧阶梯状依次递减的关系，可有效提高发光二极管器件的出光均匀度。

以上对本发明进行了详细介绍，文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (18)

1.一种光转换结构，其特征在于，包括主体，所述主体中含有光转换材料，从主体中心到外侧，主体垂直方向上的光转换材料的含量呈阶梯状降低趋势。

2.根据权利要求1所述的光转换结构，其特征在于，主体中某处光转换材料的含量满足以下关系式：

$\begin{array}{cc}{y}_1& (0\≤|x|\≤\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_2& (\frac{n_1}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_2}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}y=f(l,w,t,c,r,m,\mathrm{\α},\mathrm{\τ})=y_i& (\frac{n_{i-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_i}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}.& .\\ .& .\\ .& .\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_{n-1}& (\frac{n_{n-2}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤\frac{n_{-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{y}_n& (\frac{n_{n-1}}{n_n}{L}_{\mathrm{chip}}\≤|x|\≤L_{\mathrm{chip}})\end{array}$

其中，y表示光转换材料的含量，其与长度l，宽度w，厚度t，浓度c，材料粒径r，折射率m，光转换材料本征特性α(包括吸收和散射等)，光转换材料的吸收和激发谱τ相关，其中y₁＞y₂＞y_i＞y_n-1＞y_n，n₁到n_n是任意设定值，x为主体中某处距离主体中心的水平距离。

3.根据权利要求1或2所述的光转换结构，其特征在于，所述光转换结构包括两层以上光转换层，各光转换层沿纵向叠设。

4.根据权利要求3所述的光转换结构，其特征在于，从下至上，各光转换层的长度递减，且各光转换层呈金字塔型叠放。

5.根据权利要求4所述的光转换结构，其特征在于，各光转换层的厚度相同。

6.根据权利要求5所述的光转换结构，其特征在于，从下至上，各光转换层中光转换材料的浓度相同。

7.根据权利要求5所述的光转换结构，其特征在于，位于底部的光转换层，其光转换材料的浓度均低于其他各光转换层中光转换材料的浓度，其他各光转换层中光转换材料的浓度相同或者由下至上逐层递增。

8.根据权利要求5所述的光转换结构，其特征在于，由下至上，各光转换层中光转换材料的浓度逐层递增，并且，位于底部的相邻两层光转换层中光转换材料的浓度差大于其他相邻层之间的光转换材料的浓度差。

9.根据权利要求4所述的光转换结构，其特征在于，各光转换层中光转换材料的浓度相同。

10.根据权利要求9所述的光转换结构，其特征在于，位于底部的光转换层，其厚度均小于其他各光转换层的厚度，其他各光转换层厚度相同或者由下至上逐层递增。

11.根据权利要求9所述的光转换结构，其特征在于，由下至上，各光转换层的厚度逐层递增，并且位于底部的相邻两层光转换层的厚度差大于其他相邻光转换层的厚度差。

12.根据权利要求1所述的光转换结构，其特征在于，所述光转换结构包括n层光转换层(n/2)，第1层光转换层位于光转换结构的中央位置，第i层光转换层围绕第i-1层(i/2)的外围。

13.根据权利要求12所述的光转换结构，其特征在于，第i层光转换层与第i-1层光转换层贴合在一起。

14.根据权利要求12所述的光转换结构，其特征在于，第i层光转换层与第i-1层光转换层隔开间隙设置。

15.一种权利要求4～11的光转换结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

在准备好的LED晶圆上均匀涂覆一层涂层材料，形成第一层光转换层；在第一层光转换层上均匀涂覆第一掩膜材料，涂覆时形成露出部分第一层光转换层的窗口区域，所述窗口区域对照LED晶圆上的各芯片位置设置，窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；在窗口区域中均匀涂覆一层涂层材料，形成第二层光转换层，并固化，依此类准，形成两层以上光转换层；清洗取出掩膜材料后划片、去除掩膜材料；

其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

16.一种权利要求13中的光转换结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：在准备好的LED晶圆上覆设第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心区域形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，第一窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；在LED晶圆上覆设第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口区域，并且第二窗口区域比第一窗口区域大；往第一层光转换层与第二窗口区域之间的环形间隙均匀涂布涂层材料；固化涂层材料并去除掩膜材料，形成第二层光转换层，依此类推，形成至少两层以上的光转换层；其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

17.一种权利要求14中的光转换结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：在准备好的LED晶圆上覆设第一掩膜材料，而后在第一掩膜材料的中心区域形成第一窗口区域，并往第一窗口区域均匀涂覆涂层材料，所述第一窗口区域对照LED晶圆上的各个芯片位置形成，第一窗口区域的个数与LED晶圆上芯片的个数相同；去除第一掩膜材料并固化涂层材料，形成第一层光转换层；在LED晶圆上覆设第二掩膜材料，第二掩膜材料形成有第二窗口区域，第二窗口区域为“回”字环状；往“回”字环状的环状间隙中均匀涂布涂层材料；固化涂层材料并去除第二掩膜材料，形成第二光转换材料层；依此类推，形成至少两层以上的光转换层；其中，所述涂层材料为光转换材料或者含有光转换材料。

18.一种发光二级管器件，包括基板、设置在基板上的LED芯片、设置在LED芯片上的光转换结构以及覆设在基板上的透镜，其特征在于，所述光转换结构为权利要求1～14所述的光转换结构或由权利要求15或16或17的制造方法制得。

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