CN103314059B - 具有混合涂料的光源、包括具有混合涂料的光源的装置和/或制作其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的某些示例性实施例涉及改善朗伯型(Lambertian)和非朗伯型(non-Lambertian)光源的性能的技术。在某些示例性实施例中，这通过以下来实现，(1)在LED上提供有机-无机混合材料(在某些示例性实施例中可以是高折射率材料)，(2)增加LED的光散射能力(例如通过分形压花、图案化等和/或通过在其上提供随机分散的元件)，和/或(3)通过先进的冷却技术提高性能。在某些情况下，性能增加可包括，例如，更好的颜色显现(例如在高CRI方面)，更好的光生产(例如在发光和非朗伯型照明方面)，更高的内部和/或外部效率等。

Description

具有混合涂料的光源、包括具有混合涂料的光源的装置和/或制作其的方法
发明领域
本发明的某些示例性实施例涉及光源、包括光源的装置以及制作其的方法。更具体地，本发明的某些示例性实施例涉及用于提高朗伯型或非朗伯型光源性能(例如效率、颜色和/或光产生等)的技术。在某些示例性实施例中，这通过以下来实现，即，(1)在LED上提供有机-无机混合材料(在某些示例性实施例中可以是高折射率材料)，(2)增加LED的光散射能力(例如通过分形压花、图案化等和/或通过在其上提供随机分散元件)，和/或(3)通过先进的冷却技术提高性能。
发明的背景及实施方式的概要
在美国每年有很大一部分发电(据一些估计高达25％)用于照明。因此，存在对提供更高能效照明的持续需求。众所周知，白炽灯泡是非常低能效的光源。它们消耗的电力约90％被作为热量释放，而不是光。荧光灯泡比白炽灯泡更有效率(例如约10的因子)，但与固态发光元件如发光二极管相比其仍然是低效的。
另外，与固态发光元件如发光二极管的正常寿命相比，白炽灯泡的寿命相对较短，一般为约750-1000小时。相比较而言，发光二极管，例如，一般具有50000至70000小时的寿命。荧光灯泡比白炽灯具有更长的寿命(如10000-20000小时)，但提供不够好的颜色再现。
颜色再现通常使用显色指数(CRIRa)测量，其为在被特定的灯点亮时对象的表面颜色移位的相对测量。CRIRa是当照明8个参考颜色时，照明系统的颜色还原与参考辐射体(radiator)的颜色还原相比怎样的测量的修改平均。如果被照明系统照明的一组测试颜色的颜色配位(coordinate)与被参考辐射体照射的同一测试颜色的配位相同，那么CRIRa等于100。日光具有高CRI(Ra为约100)，白炽灯泡也比较接近(RA大于95)，而荧光照明是比较不准确的(一般Ra为70-80)。某些类型的专业照明具有非常低的CRIRa。例如水银灯或钠灯具有低至约40或更低的Ra。新的照明系统开发面临的另一个挑战是如何实现高CRI。
传统灯具所面临的另一个难题是需要定期更换照明装置(如灯泡等)。这个的难题对于难以够到的地方(如拱形天花板、桥梁、高层建筑、交通隧道等)和/或更换成本非常高的地方来说问题尤其严重。对应于至少44000小时的光产生装置的使用，典型灯具的一般寿命大约是20年(例如基于每天6小时的20年使用)。光产生装置的寿命通常要短得多，从而产生周期性更换的需要。因此，进一步的挑战在于在实现长寿命，从而减少停用时间量。
现有的LED元件封装和其他电子设备组装成灯具的设计已有提供。在这种设计中，封装好的LED被安装到安装到散热片上的电路板上，散热片与所需驱动电子设备一起被安装到灯具壳体。在许多情况下，还需要额外的光学器件(二级封装部件)以产生均匀的照明。光学器件的短处在于，LED表现为扇出光的点源。特别是芯片级LED本质是朗伯型的。
表述“发光二极管”有时用来指基本的半导体二极管结构(例如芯片)。(例如)在电子设备商店出售的常用确认和市售“LED”通常表示由几个部件组成的“封装的”装置。这些封装的装置通常包括基于半导体的发光二极管，例如(但不限于)美国专利第4918487、5631190和5912477中描述的(通过引用将其每个的全部内容纳入本文)，各种电线连接和封包发光二极管的封装。
用发光二极管取代其他光源如白炽灯泡，封装的LED已被用于传统的灯具，例如，包括中空镜片和附接在镜片上的底板的灯具，其中所述底板具有带有电耦合到电源的一个或多个接触件的常规插座壳体。例如，包括电路板、安装到电路板的多个封装的发光二极管、后安装到电路板上并适于被连接到灯具插座壳体的连结件从而多个LED可以被电源照明的LED灯泡，已被构建。
图1是可与LED光源结合使用的模制的、柔软的硅氧烷橡胶不着色的、扩散光导阵列102。图1的示例可以，例如，结合背光键盘和指示器窗口使用，例如在前面板组件中的。不同尺寸和/或形状的光管元件104、106和108也可设置在光导阵列102中。LED灯可安装至固体光管元件104、106和108的基部，或者可装进空心光管元件。光管阵列102可被放置在LED灯PC板组件上以形成背光单元。
图2是LED照明的面板组件200的简化视图。内部照明的面板采用HLMP-650X不着色、非扩散SMT微型LED灯202表面安装至双面PC板204。两侧都使用最大金属化以实现周边的低热阻，金属化通孔206示于图2。LED灯202在整个面板上分布(包括玻璃基板208)，以实现所需的照明效果。来自LED灯202的光线在面板内交融在一起，以产生比较均匀的照明穿过面板200面上的照明区域。这些照明系统被扩散及涂有一层薄薄的半透明白色涂料。在白天，LED灯202关闭，照明区域210反射环境光呈现白色。在夜间，这些区域被LED灯202内部照明并呈现与LED光相同的颜色。面板200的外表面涂有白色反光漆，使得要被内部照明的面板的面上的区域打开。黑色的护膜防刮涂料添加，以形成外部完成212。面板整体厚度是5.84mm。
虽然发光二极管的开发在许多方面已彻底改变了照明行业，但是发光二极管的一些特点提出的挑战中的一些尚未完全达到。例如，任何特定发光二极管的发射光谱通常集中在单一波长(由于发光二极管的组合物和结构所决定)，这对于某些应用是可取的，但对于其他应用是不可取的，例如，用于提供发射光谱提供非常低CRIRa的照明。
因此，可以理解的是，在本领域中需要一种改进的光源/灯具，来克服一个或多个这些和/或其他方面的困难，和/或制作其的方法。
在某些示例性实施例中，提供了一种制作包括支承涂料的基板的涂覆制品的方法。提供基于钛的前体。提供螯合物。使所述基于钛的前体与所述螯合物反应，以形成螯合钛包容物质。提供有机树脂材料。使所述螯合钛包容物质与所述有机树脂材料交联，以形成有机-无机混合溶液。在基板上安置有机-无机混合溶液形成涂料。
在某些示例性实施例中，提供了一种制作包括支承涂料的基板的涂覆制品的方法。提供有机-无机混合溶液，所述有机-无机混合溶液通过以下步骤制成：使基于钛和/或锆的前体与螯合物反应，以形成螯合物质，和使所述螯合物质与有机材料交联以形成有机-无机混合溶液。(a)在基板上湿应用有机-无机混合溶液，或者(b)将所述有机-无机混合溶液引入载体介质然后将载体介质挤压出至基板上。一旦已被安置到基板上，固化有机-无机混合溶液。
在某些示例性实施例中，提供了一种制作电子装置的方法。提供基板。在基板上安置至少一个发光二极管(LED)。提供有机-无机混合溶液，所述有机-无机混合溶液通过以下步骤制成：使基于钛和/或锆的前体与螯合物反应，以形成螯合物质，和使所述螯合物质与有机材料交联以形成有机-无机混合溶液。(a)在基板上至少一个LED之上湿应用有机-无机混合溶液，或者(b)将所述有机-无机混合溶液引入载体介质然后将载体介质挤压出至基板上至少一个LED之上。一旦已被安置到基板上，固化有机-无机混合溶液。
在某些示例性实施例中，提供了一种装置。提供第一基板。镜子被第一基板支承。印刷电路板支承多个发光二极管(LED)/提供第二基板。层压体被面对支承多个LED的印刷电路板的第二基板的第一主表面支承。层压体由第一有机-无机混合溶液形成，层压体具有至少为约1.8的折射率。
在某些示例性实施例中，提供了一种装置。提供第一玻璃基板。薄膜镜子涂料被第一基板支承。柔软印刷电路板(FPC)支承安装在其上的多个发光二极管(LED)倒装芯片。提供第二玻璃基板。层压体被面对支承多个LED的印刷电路板的第二基板的第一主表面支承，其中所述层压体一起层压第一基板和第二基板。
在某些示例性实施例中，提供了一种装置。提供第一玻璃基板。薄膜镜子涂料被第一基板支承。柔软印刷电路板(FPC)支承安装在其上的多个发光二极管(LED)倒装芯片。聚合物为基础的绝缘体层插入镜子和FPC之间，所述绝缘体层由第一有机-无机混合溶液形成。提供第二玻璃基板。层压体被面对支承多个LED的印刷电路板的第二基板的第一主表面支承，其中所述层压体一起层压第一基板和第二基板。
在某些示例性实施例中，提供了一种制作LED装置的方法。提供基板。在基板上形成多个LED。在LED上和/或在LED的一个或多个层中创建随机图案，其中所述随机图案在LED产生的光上具有光散射效应。在某些示例性实施例中，提供了一种LED装置。
根据某些示例性实施例，随机图案可由以下创建：生成分形图案，其中分形图案是随机的分形图案或具有向其中引入的随机性；和将生成的分形图案转移到LED的一个或多个层上。
根据某些示例性实施例，随机图案可由以下创建：提供nm或um级元件的水溶液；直接或间接地将溶液安置至在LED上的区域来在LED上随机分散元件。
在某些示例性实施例中，提供了一种装置。提供第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一基板和第二基板基本平行且间隔开，从而在其间定义空腔。第一基板和第二基板之间安置多个柱。边缘密封件被围绕第一和/或第二基板的外周提供。至少一个导电母线被安置在面向第一基板的第二基板的内表面上。至少一个n腿和至少一个p腿接触所述至少一个母线。至少一个导体连接所述至少一个n腿和至少一个p腿。至少一个LED由至少一个导体支承。在某些示例性实施例中，提供制作其的方法。
在某些示例性实施例中，提供了一种装置。提供第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一基板和第二基板基本平行且间隔开，从而在其间定义空腔。第一基板和第二基板之间安置多个柱。边缘密封件被围绕第一和/或第二基板的外周提供。至少一个导电母线被安置在面向第一基板的第二基板的内表面上。多个热电(TE)模块接触所述至少一个母线，每个所述TE模块包括通过导体彼此连结的n腿和p腿。多个ILED被安置在多个TE模块的导体上。在某些示例性实施例中，提供制作其的方法。
本文所描述的特征、方面、优点和示例性实施例可以被组合在任何合适的组合或子组合中来实现更多实施例。
附图简述
通过结合附图参考示例性说明性实施例的以下详细描述，这些和其它特征和优点可得到更好的、更完全的理解，其中：
图1是可与LED光源结合使用的模制的、柔软的硅氧烷橡胶不着色的、扩散光导阵列；
图2是LED照明的面板组件的简化视图；
图3根据某些示例性实施例以图表示出了由无机-有机聚合物基体系统制备的0.30um与0.23um厚高折射率匹配层的透光率百分比与波长；
图4是根据某些示例性实施例示出用于制作混合高折射率膜的示例性工序的流程图；
图5示出图4示例性工序所涉及的基本配方、交联、固化步骤；
图6以图表示出了使用和不使用某些示例性实施例的薄膜分形压花引起的增强光散射的AlGaAs二极管的发光效率；
图7a是根据某些示例性实施例示出示例性流程的流程图，该流程用于帮助实现对使用分形图案实现高CRI有用的非朗伯型宽带散射；
图7b是根据某些示例性实施例示出示例性流程的流程图，该流程用于帮助实现对使用散射元件实现高CRI有用的非朗伯型宽带散射；
图8是根据某些示例性实施例的平ILED矩阵层压体的剖视图；
图9是根据某些示例性实施例的基于AlGaAs的说明性的ILED结构；
图10是根据某些示例性实施例展示主动冷却技术的剖视图，该冷却技术用于使用热电模块倒装芯片安装的LED阵列；
图11是根据某些示例性实施例串联电连接和平行热连接的ILED结构的平面图；
图12是根据某些示例性实施例的倒装芯片热沉晶圆的剖视图；
图13是根据示例性实施例的结合LED的示例性VIG。
发明的示例性实施例的详细描述
某些示例性实例涉及大致平的固态照明和/或制作其的方法，该照明是基于嵌入或层压在用于平的和/或弯曲歧管的玻璃中的LEDS系统二维阵列的。在某些示例性实例中，出光耦合技术被用于提高照明系统的效率。在某些示例中此类装置可在低电流密度阈值下运行，从而降低了发热问题。目前的无机LED(LEDS或ILEDS)是单独地以塑料(有时候是环氧树脂)封装的。因此，LEDS为点源，由此光的强度与距离XcosΩ的平方成反比。近来有一种趋势是将此类LEDS铺入各种系统的线性阵列中，其中灯可以耦合到例如LCD电视面板的背光灯等的玻璃边缘上。在此类装置中，使用专门的扩散器耦合出光。
众所周知，朗伯型源是遵从朗伯余弦法的光源，其中，光源的辐射直接与相对于最大辐射率方向的角度的余弦值成比例，其中该源从该角度查看。LED近似于朗伯型源，因为他们往往具有大的光束发散且辐射模式近似于球体。某些示例性实施例可包括朗伯型和/或非朗伯型光源。在某些示例性实施例中，朗伯型光源，可通过在靠近非朗伯型光源处向非朗伯型光源提供出耦合测光扩散器(例如或包括乙缩醛、二氧化硅等)以获得朗伯型或类似朗伯型效果来实现。虽然此处参照了朗伯型(和非朗伯型)光源，应理解，即使光源是基本朗伯型(或基本非朗伯型)的，该光源就可被视为朗伯型(或非朗伯型)。
对于许多应用需要高效率的发光二极管(LED)，例如显示器、打印机、短程通信、光电计算机互连、等。然而，不幸的是，LED的内部效率及其外部效率之间存在间隙。质量好的双异质结构的内部量子效率可超过99％。另一方面，普通封装型LED通常只有百分之几的效率。该不足的原因之一在于，光从高折射率半导体逃逸的难度很大，例如，因为光逃逸角锥很窄。折射率为n=3.5的半导体内的内部光的逃逸角锥只有-16度，如斯涅耳定律所施加。
自发发射的该窄逃逸角锥涵盖Ω≈1/4ns2X4π球面度的立体角。仅2％的内部产生光能够逃逸到自由空间，其他则遭受内部全反射并遭受再吸收。许多体系已基于使用匹配的折射率半球圆顶来耦合二极管半导体出光的想法部分地克服了这一问题。然而，该完美匹配的短处在于，逃逸立体角为Ω≈1/4ns2X4π球面度。
所使用大多封装是塑料，其具有的折射率远小于半导体的(nc<<ns)。环氧经常被用作密封剂，其折射率仍远小于通常用于LED材料的GaAs和GaN。
这个配方其实是一般性的上限，因为它可以在不参考特定镜片的几何形状的情况下通过统计力学相空间参数导出。因此，它适用于逆温斯顿集中仪和其他类型的光体系。对于匹配的折射率“镜片”的结构可以是厚的、透明的半导体层，这有时可能会增加成本。现在的国家最先进的是AlGaAs基LED中的-30％外部效率，其采用厚的透明半导体上层且整个基板以特别低损失光学设计蚀刻。增加逸出概率的一种方法是，给予光子多次机会找到逃逸角锥。
某些示例性实施例涉及裸LED阵列，其从基板脱粘或以倒装芯片形式提供。比如，某些示例性实施例可涉及从基板脱粘的薄膜LED(例如通过外延剥离)，和以线性和二维阵列将他们平铺到已涂有导电母线的玻璃基板上。某些示例性实施例可涉及将LED直接安装到柔软PCB上。这样的PCB可粘合至具有导电性涂料的玻璃基板以帮助散热。LED阵列可以外涂有透明、高折射率层。这种示例性安排有利地使光更容易从LED结构逃逸从而减少吸收。在某些示例性实施例中，通过使用不同的技术将薄膜表面纳米纹理化，光线动态变得混沌，且光的相位空间分布变地“遍历”，允许甚至更多的光找到逃逸角锥。这种示例性技术的模拟技术已经证实，GaAsLED中至少有30％的外部效率使用这些示例性原理。
在这些装置上在有源电路与空气或低折射率封装层之间应用透明的高折射率涂料层可进一步提高其性能。例如，从高折射率有源电路到空气或低折射率封装层的更逐步过渡，可允许光可被更有效地耦合入或耦合出装置，从而提高其效率和/或图像质量。伴随着更高的效率，装置可以更强大，同时消耗更少的能量。因为这些光学装置中有些是由折射率高达约2.5-3.5的半导体材料制成的，所以这种透明涂料层的所需折射率在整个可见光区段中为至少为1.8，优选大于1.9。
如果折射率足够高，聚合物将是涂料材料的不错的选择，因为它易于加工和潜在的低成本。不幸的是，这样的聚合物不存在。目前世界上折射率最高的聚合物被认为是具有约1.76的折射率，由日东电工(NittoDenko)的定頼(Sadayori)和掘田(Nitto)开发。
具有高折射率和高透明性的无机材料可以使用在某些示例性实施例中，作为可能的过渡金属氧化物，如二氧化钛或二氧化锆(例如超晶格nm晶氧化锆)。
溶液制备的涂料，例如，如含金属氧化物的材料如溶胶-凝胶涂料和nm粒子复合材料有时是易碎的并可能会开裂，且由于制造工序、存储稳定性和可靠性相对复杂，使得它们的应用有限。这种涂料一般不会非常适合于高的加工温度(例如等于或高于约400摄氏度)，这对于大多数半导体装置是一个缺点。
溅射是目前被用来从这些和/或其它金属氧化物生成高折射率薄膜的另一种技术。然而，不幸的是，光装置制造商会寻求其他更具成本效益的方法，因为已知溅射通常是成本相对较高且吞吐量更低的方法。
某些示例性实施例涉及以基于聚合的二氧化钛和/或聚合的氧化锆的系统为基础的混合涂料系统。首先用将烷氧基钛与螯合剂反应以将高反应性的四配位钛物种转换成相对不活泼的六配位钛物种，来制备有机-无机混合聚合物溶液。然后其他所需的聚合物组分可以被添加到稳定的含钛溶液中并充分地混合。稳定的结果是，混合聚合物溶液可在室温下稳定多达6个月，颜色和粘度变化忽略不计。混合聚合物溶液可以以所需厚度被旋涂或竖槽涂覆到基板上。
二氧化钛丰富的膜通过在低于约250℃的高度下热分解混合涂料产生。所得的干燥膜可以制为薄至0.2um厚至约4um或更大。这种膜具有良好的透明性，并当固化温度为300摄氏度或更高温度时在整个可见光区段具有高达或高于约1.90的折射率。得到单涂料应用的厚度大于300nm的无裂纹膜。多涂料适用于获得更厚的膜并从两个连续的涂料之间的SEM剖视图像看不到明显的界面。混合高折射率膜在被暴露于热和紫外线辐射时机械上坚固、稳定，并可适用于各种各样的光学应用。该材料是与半导体材料相容
在某些示例性实施例中，有机-无机混合聚合物可被会引入可辗薄介质，如乙烯-酸乙烯酯(EVA)、硅氧烷、芳族聚酰胺等。这将允许使用真空粘合或除气，有时不使用高压釜。
选择含有多个羟基官能团的有机聚合物。他们被选择，以允许聚合物和二氧化钛相之间的原发性或继发性的化学粘合，来促进相的相容性和高分散度。螯合的聚(二丁基钛酸酯)聚合物和有机聚合物，无论是在溶液中还是在固化膜中在全部的或实质的所有比例上是兼容的，它们的高透明性和折射率分散曲线可证明。通常情况下，高达或高于1.9的折射率在厚度为0.4um的550nm处得到。当沉积在任何无机发光二极管上时，即使薄至0.4um的膜，也通常在70％的增量范围显着从高折射率材料显着地提高光输出耦合。
图3根据某些示例性实施例以图表示出了由无机-有机聚合物基体系统制备的0.30um与0.23um厚高折射率匹配层的透光率百分比与波长。0.30um和0.23um厚的高折射率匹配层分别被沉积在蓝宝石及石英基板上。从图3中可以看出，在整个可见光谱透光率是至少约80％。在某些示例性实施例中，可有较高的透光率，例如，至少约85％，更优选至少约90％，有时甚至更高。
图4是根据某些示例性实施例示出用于制作混合高折射率膜的示例性工序的流程图。在步骤S402中，提供无机基前体。在某些示例性实施例中，无机基前体可以是基于钛的前体如烷氧基钛、基于钛的复合磷酸盐等。在某些示例性实施例中，无机基前体可被直接或间接沉积在LED上和/或在玻璃基板上。例如，在某些示例性实施例中，基于烷氧基钛的前体通过原子层沉积(ALD)沉积，基于钛的磷酸盐层可被印刷，等。当然，可以理解，代替钛，或除了钛之外，其他高折射率无机材料也可用于某些示例性实施例中。
在步骤S404中，可形成螯合物，并可添加有机组分以及可选的添加剂。在某些示例性实例中，螯合物可以是水杨酸。在某些示例性实施例中，有机组分可以是树脂、硅氧烷、聚酰亚胺、聚酰胺，和/或类似物。
可选的添加剂也可被引入。例如，其它无机材料(如代替基于钛的前体或除基于钛的前体之外)可被引入调整折射率。事实上，折射率可通过选择性地包括氧化锆、二氧化硅和/或硅酸盐等被向上或向下调整。光散射元件和/或散热元件也可被引入。一种示例性材料是氮化硼，其用作光散射剂和消热剂。增塑剂也可被包括在某些示例性实施例中。
在步骤S406中，螯合基于钛的前体和有机组分可交联以生成有机-无机混合溶液。在一个实施例中，烷氧基钛可与螯合剂反应，以将四配位Ti物种转换成相对不活泼的六配位的物种，例如，以生成螯合聚(二丁基钛酸酯)。当然，在本发明的不同实施例中，其他的钛酸盐可被生成和/或使用。在某些示例性实例中，混合聚合物可通过将螯合聚(二丁基钛酸酯)与含羟基的有机树脂一起混合形成。在某些示例性实施例中，有机组分和无机组分可提供为按重量相等的百分比。在某些示例性实施例中，也可以按重量以60/40的比例提供有机组分和无机组分。当然，在本发明的不同实施例中，其它比例和/或百分比也是可能的。
在某些示例性实施例中，混合溶液可能是相当液态的。在某些示例性实施例中，液态的混合溶液是有利的，因为它能够“浮动”或“游动”于LED之间。在这种情况下，混合溶液可被湿应用、垂直槽涂覆或以其他方式提供为所希望的厚度。然而，在某些示例性实施例中，提供可被挤压的更粘稠的混合层压体(例如有机粘合剂如EVA、硅树脂芳族聚酰胺等中包含的无机和/或其他材料)可以是可取的。更粘稠的混合层压体在“更清洁”或“少凌乱”应用方面可更有利。在步骤S408中示出了混合聚合物或层压体的应用。
在步骤S410中，涂覆的混合聚合物或层压体被干燥和/或固化。在某些示例性实施例中，干燥和/或固化可有助于除去溶剂和水，留下比有机材料更多的无机材料。干燥可发生在低于约250氏度的第一高温，而在固化可发生在大于或等于300摄氏度左右的第二高温。某些示例性实施例可包括在这些和/或任何其它合适的温度下干燥与固化中的一个或两个。
图5示出图4示例性工序所涉及的基本配方、交联、固化步骤。在图5中可以看出，在步骤S502中，螯合的基于钛的前体接触树脂粘合剂。在步骤S504中，所述树脂粘合剂和螯合的基于钛的前体交联。在步骤S506中，通过加热工序蒸去溶剂，固化膜被粘附至基板(如膜、硬表面、玻璃等)。
某些示例性实施例涉及从LED(例如ILED)阵列增强光的散射，例如使用散射层。在某些示例实例中，散射层可提高从ILED阵列的光出耦合，和/或帮助实现有助于获得高CRI的非朗伯型宽带散射。实验表明，内部光波长一半尺度的表面纹理，可在半导体膜内产生高度(有时甚至是完全或基本完全)光线的内部角随机化。其可通过自然光刻技术或任何其它合适的技术实现。
光散射层的生成可包括，例如直接或间接地在发光区域上薄膜分形压花加工。在某些实施例中，这个过程步骤可在薄膜转移和粘合之后进行。在某些示例性实施例中，具有用于光散射合适的孔隙率(例如在某些示例性实例中为10至30％的孔隙率)的分形图案可直接或间接地位于LED的发光区域。随机性可通过任何合适的技术被插入分形图案。例如，可使用自相似分布(self-similardistribution)引入随机性，例如，通过通过以实心单位方形开始来修改谢尔宾斯基(Sierpinski)垫片构建、去除随机选取的方形象限、去除随机选取的剩余方形的象限等。另一种向分形结构增加随机性的方式涉及统计自相似性，例如，通过在每个迭代以从一组范围选取的随机量来限定图案的每块尺寸，而不是指定确切尺寸限定。随机分形也可通过随机工序产生，如布朗运动(Brownianmotion)轨迹、列维飞行(Lévyflight)、分形地形、布朗树等。
使用上述和/或其它技术，产生具有适当特征的模板。之后可将该模板转移到目标区域。在某些示例性实施例中，该模板本身可以完成散射。但是，在某些其他示例性实施例中，该模板可用作掩模且其部分可被蚀刻掉(例如通过光刻和化学品等)，从而生成所需的光散射特性，并且模板可被可选地除去。在某些示例性实施例中，该特征可被施加到发光二极管或任何合适的界面。在某些示例性实施例中，界面、芯片、聚合物、半导体层等可被纹理化来帮助实现所需的光散射效应。
光散射也可通过使用具有0.2um半径的聚苯乙烯球获得，其用于以随机密堆积的阵列涂敷LED的表面。与上述类似的孔隙率可以用于该示例性实施例。聚苯乙烯球可通过旋涂法和/或类似的方法在浸渍工序中从水溶液通过表面张力附着。该工序会致使所述球位于随机位置。所述球也可以用作约10-300nm的Cl-辅助Xe+离子束刻蚀的蚀刻掩模，优选为深入n+和/或其他AlGaAs层10-170nm。等离子体也可以被用来执行这种蚀刻。这些蚀刻技术也可用于形成上述实施例中的分形图案。虽然已关于聚苯乙烯球描述了某些示例性实施例，应当理解，其它材料和/或其它形状也可用于本发明的不同实施例。
图6以图表示出了用于增强型和非增强型AlGaAs二极管的LED总发光量与注入电流。因此，图6可以认为是以图表示出了使用和不使用某些示例性实施例的薄膜分形压花引起的增强的光散射的AlGaAs二极管的发光效率。校准可通过随着对光电二极管量子效率进行小修正的光电二极管电流对LED电流的比率获得。来自该LED的光的角分布是朗伯型的。图4上的线性拟合表示广泛的最佳电流范围，该范围有时可能受在高端的加热和低端的非辐射复合的限制。方形和菱形代表从相同一晶圆拉出并一起处理至最终变形步骤的两个装置。
图7a是根据某些示例性实施例示出示例性流程的流程图，该流程用于帮助实现对使用分形图案实现高CRI有用的非朗伯型宽带散射。在步骤S701中，生成模板，其具有随机的分形图案或向其中引入了随机性的分形图案。在步骤S703中，直接或间接地将该模板转移至LED上的区域或LED的区域。例如，在某些示例性实施例中，该区域可以是在LED的最外层、LED的半导体层、LED装置器件组件中的界面等上。在步骤S705中，该区域然后被使用该模板进行纹理化、蚀刻或压花。在纹理化和/或蚀刻实施例中，该模板可用作光刻图案化、等离子刻蚀、湿法刻蚀和/或等的掩模(例如如果其由感光基部形成)。在某些示例性实施例中，在步骤S707中模板被移除。但是，在本发明的不同的实施例中，该模板也可被留在原处。在步骤S709中，完成LED装置的制造。
图7b是根据某些示例性实施例示出示例性流程的流程图，该流程用于帮助实现对使用散射元件实现高CRI有用的非朗伯型宽带散射。在步骤S711中，形成了纳米或微米级元件的水溶液。例如，可使用球状、眼形、立方体和/或其它形状物体。在某些示例性实施例中，这样的物体可具有从接近约0.01到1um的主直径或距离。一旦水溶液被直接或间接地应用于LED上的一个区域，元件的尺寸和数量可被选定，以便提供目标孔隙率(如，沿上述线)。在步骤S713中，该溶液可被湿应用，如通过旋转、碾压、浸渍、槽压和/或其它涂敷技术。这种涂层技术可有助于在LED上随机分散元件，如以目标孔隙率分散。在步骤S715中，所应用的溶液被有选择地干燥。在某些示例性实施例中，在步骤S717中，元件可被用做式蚀刻掩模，以便于LED被如使用等离子光刻等蚀刻或图案化。在某些示例性实施例中，元件可被去除。在步骤S719中，完成LED装置的制造。
某些示例实施例还涉及到ILED阵列的“主动冷却”技术。这种主动冷却技术可帮助提高工作效率，延长产品的寿命。目前，芯片制造商试图采用使用横向注入并根据电流拥挤效应的LED设计来减少电极上的强力寄生吸附，这是在所有LED的一个已知问题。二极管电流涌入两个欧姆接触之间的中央区段，但适度远离两个接触中任何一个接触。这种设计方法降低了欧姆接触处的寄生光学吸附，但也很可惜地加剧了局部热度。
LED(如InGaN、AlGaAs和/或类似物)在固态照明和其他高亮度应用中的使用，将受益于远大于传统LED光输出的LED的开发。常规的InGaNLED具有350微米芯片，其带有半透明的电流扩散p接触，并通常被封装在5mm的灯内。如上所述，因为半透明接触内的光吸收，所以光提取效率差。此外，5mm的灯(150度C/W)的高热阻限制了最大驱动电流。因此，光功率和亮度输出是相当低的。
与InGaNLED常规封装的外延向上配置不同，某些示例性实施例涉及LED的倒装芯片封装的外延向下配置。此示例性配置也可有助于降低LED的热阻。在某些示例性实例中，此示例性配置可以使LED以较高的电流驱动。计算结果表明，使用主动热电冷却而不是使用反射p型接触替换半透明接触，且使用倒装芯片几何形状，有利于将光提取效率增加约160-300％。这些结果均优于常规输出。此外，在实施与所述相同或相似的主动冷却技术的示例性实施例中，LED的大小和/或LED的驱动电流可进一步增加。这有利地导致更大的光功率和亮度输出。
图8是根据某些示例性实施例的平ILED矩阵层压体的剖视图。图8组件包括第一玻璃基板802和第二玻璃804。在某些示例性实施例中，第一基板802可以被认为是一种上层。高折射率层压体806由上层第一基板802支承。在某些示例性实施例中，层压体806可由上述有机-无机混合材料形成，如，被挤压成型。在某些示例性实例中，层压体806的内表面806a可被纹理化。在某些示例性实施例中，层压体806将第一基板802和第二基板804层压在一起。
低折射率绝缘体808可被第二基板804支承。在某些示例性实施例中，低折射率绝缘体808可为上述有机-无机混合材料的低折射率版本，如被挤压成型的。因此，在某些示例性实施例中，层压体806和低折射率绝缘体808可由相似的有机-无机混合材料形成，只要它们各自的折射率被调整为各自目标。在某些示例性实施例中，层压体806可以具有高折射率，如至少为约1.7，更优选为至少约1.8，有时甚至高达或高于1.9，且绝缘体808可具有低折射，如低于约1.8，更优选为低于约1.7，且最好低至或低于1.6-1.65。
高折射率层812可被安置在层压体806和支承LED810的柔软PCB之间。适合于某些示例性实施例的柔软PCB可由明科(Minco)制造或提供。高折射率层812可为有机层，如钛氧化物（如TiO2或其它合适的化学计量)、锆氧化物（如二氧化钛TiO2或其它合适的化学计量）等。在某些示例性实施例中，高折射率层812可由上述混合有机-无机材料形成。然而，在某些示例性实例中，如为了进一步增加折射率，大多数或所有的有机元件可在液体状态下或一旦至少开始被应用时（如在一个或多个高温下通过干燥和/或固化）被除去。在某些示例性实施例中，所述材料可被湿用或槽压涂覆，以便使液态材料填充相邻的LED组件之间的间隙并形成与有LED安置于其上的柔软PCB810的良好接触。在某些示例性实施例中，所述无机层812的表面可被纹理化。在某些示例性实施例中，层压体806、绝缘体层808和高折射率层812中的一个或多个可由有机-无机混合材料形成(或其多个各自版本)，每个层的折射率由混合溶液中的添加剂调整。
在某些示例性实施例中，镜子814可被安置在绝缘体808和第二基板804之间。在某些示例性实例中，镜子814可包括多个薄膜层，例如可以按从第二基板804移离的次序包括多个如Sn、Ag(如约1000埃厚)和Cu(约350埃厚)。当然，其他材料也可用于代替或者附加于所列出的示例性材料。在不同的示例性实施例中，也可使用其他类型的镜子。镜子814可有助于作为散热片，从而帮助提高LED在组件中的性能。
一个或多个可选层也可被设置在上层玻璃802上。在某些示例性实施例中，CRI匹配层816也可以设置在上层玻璃802上。CRI匹配层可包括Cd基材料，如CdTe纳米晶体、量子点矩阵等。在某些示例性实施例中，扩散器和/或防反射(AR)复合物层可被设置在上层玻璃802上。在某些示例性实施例中该AR层可以是三层AR涂层。如参见美国专利申请序列第12/923146号，在此通过引用将其全部内容纳入。
在某些示例性实施例中，磷光体可以被嵌入或安置在覆盖玻璃802上的层内。从LED发出的紫外线辐射可导致磷光体发光。
在某些示例性实例中，第一薄(如1mm厚)的低铁玻璃基板可被提供。包括透明导电涂料(TCC)的阳极层可被覆盖涂覆其上，如，在某些示例性实施例中通过湿应用涂覆。在某些示例性实例中，使用离子束以使OCLS平坦化是有利的。覆盖阳极层可被激光图案化入适当电路图。用于折射率匹配TCC的输出耦合层堆(OCLS)可被插入第一玻璃基板和阳极层之间。在某些示例性实施例中，例如，可使用此处所述类型的热传导性树脂层封包所述图案化的阳极层。如前所述，这可有助于解决LED的内部结温，从而提高工作效率，并提供全固态(或大致全固态)中间制品或成品。在某些示例性实施例中，第二玻璃基板可支承镜子涂料(例如Al或Cu镜子涂料)。基板可以被蚀刻以形成孔，干燥剂可被插入到这样的孔内。OLED和/或ILED可被用于此类示例性安排中。在某些示例性实施例中，在阳极和阴极的位置可被互换。
图9是根据某些示例性实施例的基于AlGaAs的说明性的ILED结构。图9所示ILED结构包括多个层。该层可以按移离第二基板804的次序包括AlGaAs或包括AlGaAs的p+层902(例如约0.3um厚)、GaAs或包括GaAs的p904层(例如约0.2um厚)、AlGaAs或包括AlGaAs的n层906(例如约0.04um厚)、AlGaAs或包括AlGaAs的n+层908(例如约0.4um厚)，和/或GaAs的n+层(例如约0.03um厚)。在某些示例性实施例中，p接触910可被提供在p层902上并与之接触，且n接触912可在一个或多个n+层上并与之接触作为最上层提供。如上所示，在某些示例性实施例中，一个或多个n-和/或其他层可被粗糙化或蚀刻。另外，如上所示，在某些示例性实施例中，在晶圆级上可进行结构化、蚀刻、图案化和/或类似操作。尽管图9示出的ILED是AlGaAs型，应理解，AlGaN异质结可被用于本发明的不同实施例中。
正如上面提到的，本申请的发明人意识到，通过使用热电电池实现提供先进的冷却技术，可提高LED照明系统的效率。热电电池依赖于热电效应，热电效应一般是指温度差异对电压以及相反的转换。在这样的系统中，在原子尺度中，施加的温度梯度会导致材料中的带电载流子(例如电子或电子空穴)从热侧扩散到冷侧。因此，每侧温度不同时热电装置生成电压。因此，这种效应可以用来发电。某些示例性实施例提供使用热电(TE)模块结合超绝缘来提高LED基阵列的性能的技术，但可选结合透光、真空绝缘玻璃(VIG)单元技术。
在某些示例性实施例中，真空绝缘玻璃(VIG)单元被用作高热阻(R>12)介质，来收容在面朝阳光侧上电串联且热平行的热电接合点阵列。根据某些示例性实施例，R值优选至少为10，更优选至少为12，甚至可更高。这些高R值在本发明的受让人制造的VIG单元中目前可以实现。这些单元普遍采用火柱和低辐射涂料。当然，典型的氩气和/或氙气填充的IG单元提供的R-值约为4，可用于结合某些示例性实施例使用，只要是指数Z的TE系数提高到适当的水平，例如在下面更详细地讨论的。在任何情况下，R值10将提供约400摄氏度的ΔT，约12的R值提供约600摄氏度的ΔT。
优选每单位面积的接合点的数目被提供为一定的水平使得填充因子小于20％。已知，填充因子是指实际可获得的最大功率与理论功率的比(以百分比表示)。当然，可以理解，填充因子可与Z值平衡，类似于如上所述。因此，当上述Z值大于或等于约10时，填充因子可以被减少到小于或等于约10％。
根据某些示例性实施例，VIG单元可以用于多个目的。例如，VIG单元可为TE接合点提供可集成在VIG内的支承。作为另一个例子，VIG单元可通过在VIG单元本身中包含TE装置来在热接合点与冷接合点之间提供非常大的温度差。大ΔT反过来可帮助大幅提高TE效率。作为又一示例，VIG单元可向倒装芯片或安装的LED提供支承。又如，VIG单元可帮助热隔离LED装置并降低LED达到减弱其操作效率的温度的可能性。
图10是根据某些示例性实施例展示主动冷却技术的剖视图，该冷却技术用于使用热电模块倒装芯片安装的LED阵列。类似于常规VIG单元，图10的示例性实施例包括外基板1002和内基板1004。在本发明的某些示例性实施例中，外基板1002和内基板1004中的一者或两者可以是玻璃基板。该基板为基本平行、彼此间隔开的关系多个柱1006帮助保持外基板1002和内基板1004之间的距离。在本发明的某些示例性实施例中，柱1006可为蓝宝石柱。边缘密封件1008设置外周周围以密封VIG单元，例如，使外基板1002和内基板1004之间的空腔被抽空至压力小于大气，和/或被填充以一种或多种气体(如氩气、氙气和/或类似物)。在本发明的不同实施例中，外基板1002和内基板1004可以是相同或不同的尺寸。
每个热电模块包括n腿1010a和p腿1010b，并可以由任何合适的材料制成。例如，热电模块可以是铋基(例如Bi2Te3，Bi2Se3等)、方钴矿材料(例如以(Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)3的形式或类似物)的氧化物(例如(SrTiO3)n(SrO)m或类似物)。在某些示例性实施例中热电材料可被掺杂。当TE材料被掺杂，例如，掺杂可进行分级使得掺杂更高度接近热接合点。
模块的n腿1010a和p-腿1010b可被导体1012连接，该导体有时因其中所用的材料也被称为熏黑导体，但其仍可透光。在某些示例性实施例中，导体1012可以是铜基材料(Cu、CuO等)，玻璃料(如炭黑，如DAG或类似物)。在本发明的某些示例性实施例中，热电模块可被丝网印刷。每个模块的大小，可结合所需填充因子进行选择。当使用20％的填充因子，例如，可使用大致方形大约1''×1''的模块尺寸，但其他尺寸和/或形状也可与当前和/或其他填充因子结合。在某些示例性实施例中，柱1006可在丝网印刷TE材料之后被安置。
在某些示例性实施例中，TE模块不直接接触内基板1004。相反，在某些示例性实施例中，母线1014被设置在内基板1004的内表面(表面3)和热电材料之间。该母线可以是透明的，因此可以是或包含任何合适的材料，例如，可以是或包括Ag、ITO、AZO、铟-镓-氧化物等的透明导电涂料。导电涂料也可以是CNT基、石墨烯基等。CNT基的导电涂料/装置和制作其的方法，例如在美国专利申请序列第12/659352号中有描述，在此通过引用将其全部公开内容纳入本文，石墨烯基基的导电涂料/装置和制作其的方法，例如在美国专利申请序列第12/654269号中有描述，在此通过引用将其全部公开内容纳入本文。为帮助促进功率转移，银或其它导电玻璃料(未示出)可被提供至靠近VIG单元的边缘处，与母线1014直接或间接接触。在某些示例性实施例中，边缘密封件1008本身可以由导电材料形成，因而可用作适当的连接。
倒装芯片安装的LED1016可被安置在导体1012上。更多有关倒装芯片安装的LED1016的细节会在下文中提供，例如结合图12。
图11是根据某些示例性实施例串联电连接和平行热连接的ILED结构的平面图。TE模块被串联电连接，由此第一模块中的n腿与第二模块的p腿相连接（或者反过来也一样）等直到一行或一列末端，之后相邻的列或者行被连接，沿新的行重复这种图案。TE模块是平行热连接的，因其全都位于VIG单元的空腔内部。VIG单元的每一侧都包含至少一个正极端子和至少一个负极端子。因此，上文所述的银玻璃料基本上遍布VIG单元的整个外周，位于端子要被提供的位置等。如图11所示，TE模块会占据空间从而满足预定的填充因子（在本示例的情况下为约20%）。
关于TE模块的进一步细节可在例如美国专利申请序列号12/801257中找到，在此通过引用将其全部公开内容纳入本文。
图12为根据某些示例性实施例中的倒装芯片热沉晶圆的剖视图。通常，倒装芯片安装是一种用于半导体装置的安装方式，例如集成电路(IC)芯片，其可减少对焊线的需求。最后的晶圆加工步骤在与相关的外部电路直接相连的芯片焊盘上沉积焊料凸点。倒装芯片的加工工序与常规的IC制造相似。在接近倒装芯片制作过程的末期，附接焊盘被金属化以便使其更适合于焊接。这种金属化通常包含几个处理。在每个焊盘上沉积小焊点。按照惯例，将芯片从晶圆上切出。通常不需要其它额外加工，并且一般也根本没有机械载体。当倒装芯片被附接到电路上，其被反转以便将焊点向下带到下层的电子设备或电路板上的连接件上。之后焊料被重新熔化形成电连接。这使得芯片的电路与下层安装之间产生小空间。在大多数情况下，然后使用电绝缘性粘接剂来提供更强力的机械连接、提供热桥以及确保焊接点不会因芯片和该系统其余部分的差温加热而承压。最后完成的组件与传统的基于载体的系统相比要小的多。芯片位于电路板上并且在面积和高度上都比载体要小的多。
再次参照图12，提供基板1202，例如从晶圆切割。在某些示例性实施例中，基板1202可以由蓝宝石、石英或任何其它合适的材料制成。在某些示例性的实例中，外表面1202a可被纹理化、图案化、压花等，例如，以如上所述方式。基板1202可支承的多个薄膜层，该薄膜层包括例如n型GaN层1204。n型GaN层1204可反过来支承n接触1206，例如在其外周支承。在某些示例性安排中，在n型GaN层1204的中心，可提供多个进一步的薄膜和/或其他层。例如，可提供活跃区段1208、p型GaN层1210和p型接触1212。在某些示例性实施例中，n接触1206和p接触1212可分别通过焊料球1214、1216被连接到热沉晶圆1218。在某些示例性实施例中，GaN和/或其他层可为InGaN层。
图13是根据示例性实施例的结合LED的示例性VIG。图13类似于图10所示，在该图13中，包括基本上平行且间隔开的第一玻璃基板1302和第二玻璃基板1304。多个柱1306帮助将第一基板1302和第二基板1304维持在适当的朝向，边缘密封件1308密封空腔1310。在某些示例性实施例中，在任何情况下，多个LED1312被第二基板1304支承。
在某些示例性实施例中，空腔1310可被抽空至压力小于大气。在某些示例性实施例中，空腔1310可以用合适的气体(例如惰性气体，如Ar、Kr、Xe、Ne、He等)。结合某些示例性实施例已发现He是特别有利的，，因为它是很好的热传导材料。例如，包括He的VIG因此可代替某些示例性实例中的热电偶。
上述技术可结合图13的示例性实施例使用。例如，高折射率层可被设置在发光二极管上。在某些示例性实例中，结合图13的示例性实施例从上述混合层(例如在固化时)除去全部或几乎全部有机材料是有利的。也可使用压花、图案化和/或其他技术。虽然未图示，LED1312也可被提供在柔软PCB(图中未示出)上，例如，在某些示例性实例中，LED1312可以是倒装芯片安装在其上。在某些示例性实施例中，LED1312可被嵌入层压体(图中未示出)。
在本领域中真空绝缘玻璃(VIG)单元是已知的。例如，参见美国专利第5664395、5657607和5902652号，美国公开第2009/0151854、2009/0151855、2009/0151853、2009/0155499、2009/0155500号，美国专利申请序列第12/453220和12/453221号，在此通过引用将其公开内容纳入本文。可结合本发明的某些实施例使用边缘密封件、泵出、和/或其他这些引用文献中的技术/配置。
这里描述的技术可有利地帮助提供改善的色度。应当理解，当LED被大批量预先包装的和/或购买，色度可能有所不同。本文描述的某些示例性技术，可以帮助减少(有时甚至是消除)该问题。
某些示例性实施方式已关于照明产品进行了描述。然而，这里描述的技术可被用于例如其他应用，如显示器产品(例如对于在LCD和/或其他平板设计的背光源)，移动装置，装饰元件(例如窗、门、天窗、舷等)等。
在某些示例性实施例中，朗伯型或非朗伯型光源可以被布置在平的、大致平的或弯曲的基板上。因此，可以理解，照明装置可包括平的、大致平的或弯曲的基板。
本文所用的术语“位于……上”、“由……支承”及类似用词不应被理解为两个元件直接彼此相邻，除非有明确说明。换言之，第一层可被阐述为“位于”第二层“上”或“由”第二层“支承”，即使其间有一个或多个层。
虽然发明已经结合当前被认为最实用、最优选的实施例进行了描述，应当理解，本发明不限于所示实施例，相反，应覆盖所附的权利要求书中的精神和范围之内的各种修改和等效安排。

Claims (3)

1.一种制作电子装置的方法，所述方法包括：
提供第二基板；
在第二基板上安置至少一个发光二极管LED；
提供有机-无机混合溶液，所述有机-无机混合溶液通过以下步骤制成：
使基于钛的前体与螯合物反应，以形成螯合物质，和
使所述螯合物质与有机材料交联以形成有机-无机混合溶液；
(a)在第二基板上至少一个LED之上湿应用有机-无机混合溶液，或者(b)将所述有机-无机混合溶液引入载体介质然后将载体介质挤压出至第二基板上至少一个LED之上；和
一旦已被安置到第二基板上，固化有机-无机混合溶液；
提供与第二基板基本平行且间隔开的第一基板，从而在第一和第二基板之间定义有空腔，第一基板和第二基板之间安置多个柱，边缘密封件被围绕第一和/或第二基板的外周提供；至少一个导电母线被安置在面向第一基板的第二基板的内表面上，多个热电模块接触所述至少一个导电母线，每个所述热电模块包括通过导体彼此连结的n腿和p腿，多个LED被安置在多个热电模块的导体上；
其中，所述第一和第二基板均为玻璃基板；
所述基于钛的前体为烷氧基钛，所述螯合物为水杨酸，所述有机材料为含羟基的有机树脂；
所述有机-无机混合溶液固化后形成的涂层的折射率具有至少1.8的折射率。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
一旦已被安置到第二基板上，在低于250摄氏度的温度下干燥有机-无机混合溶液。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述载体介质是EVA、硅氧烷或芳族聚酰胺。
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Applications Claiming Priority (3)

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