CN103688372A - 用于发光二极管的凝胶层及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于发光二极管的凝胶层及其制造方法。通过提供安装基板和邻近安装基板以限定间隙的发光二极管片芯阵列来制造发光装置。在基板上和发光二极管片芯阵列上施加在溶剂总稀释的凝胶。蒸发至少一部分溶剂使得凝胶保留在间隙中，但不完全覆盖发光二极管片芯。还描述了相关的发光装置。其它的发光装置包括在安装基板上的发光二极管片芯以及在安装基板上和/或在发光二极管片芯上的共形凝胶层。共形凝胶层可以至少部分地填充在发光二极管片芯和安装基板之间的间隙。可以通过分散和/或喷涂在溶剂中稀释的凝胶来制造共形凝胶层。

Description

用于发光二极管的凝胶层及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月9日提交的题为“Gel Underfill Layers forLight Emitting Diodes and Methods of Fabricating Same”的美国专利申请No.13/369,996的优先权，其本身是转让给本申请的受让人的于2011年6月15日提交的题为“Conformal Gel Layers for Light EmittingDiodes and Methods of Fabricating Same”的美国专利申请No.13/160,793的部分继续申请并要求其优先权，这两者的公开内容通过引用其整体并入在此，犹如在此将其整体阐述。
技术领域
本发明涉及发光装置和组件及其制造方法，尤其地，涉及发光二极管（LED）及其组件。
背景技术
LED是广泛已知的固态照明元件，其能够在对其施加电压时产生光。LED通常包括具有第一和第二相对的面的二极管区域，并且其中包括n型层、p型层和p-n结。阳极触点欧姆地接触p型层，阴极触点欧姆地接触n型层。二极管区域可以外延地形成在衬底上，例如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等生长衬底，但是所完成的装置可以不包括衬底。二极管区域可以由例如碳化硅、氮化镓、磷化镓、氮化铝和/或基于砷化镓的材料和/或由基于有机半导体的材料制造。最后，由LED辐射的光可以在可见光或紫外光（UV）区域，并且LED可以包含波长转换材料，诸如，荧光体（phosphor）。
LED正被越来越多地应用于照明/照度应用，目标是替代对无所不在的白炽灯泡提供。
发明概述
根据这里描述的多种实施例的发光装置包括：在安装基板上的发光二极管片芯，以及在所述安装基板上和/或在所述发光二极管片芯上的共形凝胶层。如这里使用的，“共形”层包括两者都与所述共形层在其上延伸的下层元件的轮廓共形的相对表面。此外，如这里使用的，“凝胶”是指一种胶体，其中分散相已与分散介质组合以产生半固体材料，例如果冻。
根据这里所描述的各种实施例，可以将共形凝胶层与发光二极管片芯和安装基板一起使用来形成发光装置。例如，在一些实施例中，发光二极管包括安装基板和邻近所述安装基板的发光二极管片芯，在它们之间限定间隙。共形凝胶层设置在所述安装基板上，其至少部分地延伸到所述间隙中。所述共形凝胶层也可以从所述间隙延伸到所述发光片芯上，使得所述共形层的所述相对表面可以与所述安装基板的轮廓和/或所述发光二极管片芯的轮廓共形。可以通过接合区域来限定所述间隙，所述接合区域将所述发光二极管片芯连接到所述安装基板，并从所述发光二极管片芯的边缘凹缩。在一些实施例中，所述共形凝胶层可以填充所述间隙。
包括共形凝胶层的所述发光装置还可以包括在所述共形凝胶层上的共形或非共形的荧光体层。如这里使用的，术语“荧光体”包括任何波长转换材料，有时这样的材料被称为发光的、荧光的、和/或磷光的。当使用共形荧光体层时，所述荧光体层可以延伸到所述安装基板上和/或延伸到所述发光二极管片芯上，并且可以包括两者都与所述安装基板和/或所述发光二极管片芯的轮廓共形的相对表面。可以在所述共形荧光体层上设置透镜。在其它实施例中，使用非共形荧光体层，并且在所述非共形荧光体层上设置透镜。在其它实施例中，在所述共形凝胶层上不需要包括荧光体层。因此，可以在共形凝胶层上设置透镜，而不设置共形或非共形的荧光体层。
在一些实施例中，所述共形凝胶层和所述荧光体层可以都包括硅树脂（silicone）。然而，所述荧光体层不是凝胶。在一些实施例中，所述共形凝胶层可以是至少五倍薄于所述荧光体层。在一些实施例中，所述凝胶层可以具有比所述荧光体层小的模量，在其它实施例中，所述模量比所述荧光体层至少小一个、两个或三个数量级。
这里描述的其它实施例可以提供一种发光装置，其包括安装基板和在所述安装基板上的发光二极管片芯，其中共形凝胶层设置在所述安装基板上并至少部分地延伸到所述发光二极管片芯上。在一些实施例中，共形或非共形的荧光体层可以设置所述共形凝胶层上，并且透镜可以设置所述荧光体层上。在其它实施例中，透镜设置在所述共形凝胶层上，而不设置中间荧光体层，这里所述透镜其中可以包括封装材料。
这里描述的其它实施例可以提供一种发光装置，其包括发光二极管片芯和在所述发光二极管片芯上的小于约20μm厚的凝胶层。在其它实施例中，所述凝胶层可以为小于约10μm厚，以及，在其它实施例中，为约5μm或约3μm厚。所述凝胶层可以是共形凝胶层。荧光体层可以设置在所述凝胶层上。
这里描述的其它实施例可以提供一种发光装置，其包括发光二极管片芯、在所述发光二极管片芯上的凝胶层、以及在所述凝胶层上的荧光体层。所述凝胶层和所述荧光体层可以都包括硅树脂，但是所述荧光体层不是凝胶。所述凝胶层可以是至少五倍薄于所述荧光体层。在一些实施例中，所述凝胶层可以具有比所述荧光体层小的模量，而在其它实施例中，所述模量比所述荧光体层至少小一个、两个或三个数量级。
根据这里描述的一些实施例的共形凝胶层可以提供设置在间隙中的填充物的实施例，所述间隙由将发光二极管片芯连接到安装基板的凹缩的接合区域限定，其中所述发光二极管片芯还包括从所述安装基板跨所述间隙以及在所述发光二极管片芯上延伸的荧光体层。所述填充物可以被配置用于防止所述荧光体层充分地进入所述间隙而使所述发光装置的操作劣化。在一些实施例中，所述填充物还从所述荧光体层与所述安装基板之间的所述间隙延伸，和/或从所述荧光体层与所述发光二极管片芯之间的所述间隙延伸。
根据这里描述的各种实施例，可以通过共形地对其上安装有发光二极管片芯的安装基板涂覆凝胶来制造发光二极管。然后，在被共形地涂覆凝胶的安装基板上涂覆荧光体层和/或放置透镜。可以通过将在溶剂中稀释的凝胶施加到其上安装有所述发光二极管片芯的所述安装基板来提供凝胶涂层。可以通过将在溶剂中稀释的所述凝胶分散到所述安装基板上来施加所述凝胶，使得至少一些所述溶剂蒸发。在其它实施例中，将在所述溶剂中稀释的凝胶分散到所述安装基板上，并然后蒸发至少一些所述溶剂。所述凝胶涂层、所述荧光体涂层和所述透镜都可以包括硅树脂，但是所述荧光体涂层和所述透镜不是凝胶。
根据这里描述的多种实施例的发光装置包括安装基板和邻近所述安装基板的发光二极管片芯阵列，在相应的发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙。凝胶层被设置在所述安装基板上。所述凝胶层至少部分地在所述发光二极管片芯和其邻近的所述基板之间的所述间隙中延伸，以提供底部填充（underfill）。然而，所述凝胶层并不完全覆盖所述发光二极管片芯。在一些实施例中，所述凝胶层基本上不在超出发光二极管片芯阵列的所述基板上延伸，并且也基本上不在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。如这里使用的，“凝胶”是指一种胶体，其中分散相已与分散介质组合以产生半固体材料，例如果冻。此外，如这里使用的，“基本上”是指在给定区域可能存在有一些隔离的凝胶岛，但是所述凝胶层本身并不在给定区域中延伸。
在一些实施例中，提供接合区域的阵列，相应的接合区域将相应的发光二极管片芯连接到所述安装基板。相应的接合区域从相应的发光二极管片芯的边缘凹缩，以限定相应的间隙。此外，在一些实施例中，所述凝胶层填充所述间隙。另外，在一些实施例中，所述凝胶层还在阵列中邻近的发光二极管片芯之间延伸。最后，在其它实施例中，所述凝胶层还可以至少部分地，并且在一些实施例中完全地，在所述发光二极管片芯的侧壁上延伸。
根据这里描述的任何实施例的包括凝胶底部填充层的发光装置可以包括共形或非共形的荧光体层。如这里使用的，“共形”层包括两者都与所述共形层在其上延伸的下面的元件的轮廓共形的相对表面。此外，如这里使用的，术语“荧光体”包括有时被称为发光的、荧光的、和/磷光的任何波长转换材料。所述荧光体层直接在所述基板上，延伸超出所述发光二极管片芯阵列，并且还直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上延伸。在其它实施例中，设置透镜，所述透镜扩展所述发光二极管片芯阵列，并直接在超出发光二极管片芯阵列的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上延伸。根据这里描述的其它实施例，还可以设置共形层或非共形的荧光体层和透镜，其中所述透镜在所述荧光体层的至少一部分上。
上述多种实施例已经包括邻近所述安装基板的发光二极管片芯。然而，在其它实施例中，可以设置单个发光二极管片芯邻近所述安装基板，以限定在所述发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间的间隙。凝胶层被设置在所述安装基板上。所述凝胶层至少部分地在所述发光二极管片芯和其邻近的所述基板之间的间隙中延伸，但是不完全覆盖所述发光二极管片芯。在一些实施例中，所述凝胶层基本上不在超出所述发光二极管片芯的基板上延伸，并且基本上也不在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。在一些实施例中，所述凝胶层填充所述间隙，和/或至少部分地在所述发光二极管片芯的侧壁上延伸，也如上所述。也可以设置荧光体层和/或透镜，如上所述。
根据这里描述的多种实施例，可以通过提供安装基板和邻近所述安装基板的发光二极管片芯阵列以在相应的发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙来制造发光装置。将在溶剂中稀释的凝胶施加在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上。然后蒸发至少所述一些溶剂，使得所述凝胶保留在所述间隙中，但不完全覆盖所述发光二极管片芯。在一些实施例中，所述凝胶基本上从超出发光二极管片芯阵列的所述基板（例如，从所述基板的反射区域）退离，并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面退离。
可以通过将在所述溶剂中稀释的至少一滴凝胶分散在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上，和或通过将在所述溶剂中稀释的至少一滴凝胶喷涂在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上来施加所述凝胶。也可以使用其它凝胶施加技术。在一些实施例中，以体积比约1：4至5在所述溶剂中稀释所述凝胶。在一些实施例中，所述凝胶填充所述间隙。在其它实施例中，所述凝胶可以保留在所述间隙中，和保留在邻近的发光二极管片芯之间的所述基板上，但所述凝胶基本上从超出发光二极管片芯阵列的所述基板退离，并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面退离。在其它实施例中，所述凝胶也可以至少部分地保留在所述发光二极管片芯的侧壁上。然后，可以施加或附接荧光体层和/或透镜。
上述的方法实施例已经包括发光二极管片芯阵列。然而，在这里描述的其它方法中，可以邻近所述安装基板设置单个发光二极管片芯，以限定间隙，并在所述安装基板上和所述发光二极管片芯上施加在溶剂中稀释的凝胶。蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中，但所述凝胶并不完全覆盖所述发光二极管片芯。在一些实施例中，所述凝胶基本上从超出所述发光二极管片芯的所述基板（例如，从所述基板的反射区域）退离，并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面退离。可以使用分散、喷涂和/或其它技术来施加所述凝胶，并且所述凝胶可以填充所述间隙，和/或至少部分地保留在所述发光二极管片芯的侧壁上，如上所述的。还可以施加或附接荧光体和/或透镜，如上所述的。
附图说明
图1和2是可以与这里描述的多种实施例一起使用的发光装置的截面图。
图3-7是根据这里描述的多种实施例的发光装置的截面图。
图8是根据这里描述的多种实施例的制造发光装置的流程图。
图9A-9B是示出了用于根据这里描述的多种实施例的没有使用共形凝胶层的发光装置的回流（reflow）操作的结果的照片，而图9C-9D是根据这里描述的多种实施例的使用共形凝胶层的相同的发光装置的照片。
图10是根据这里描述的多种实施例的制造发光装置的方法的流程图。
图11-19是根据这里描述的多种实施例的发光装置的、在根据这里描述的多种实施例的中间或最后的制造期间的截面。
图20-22是根据这里描述的多种实施例的发光装置的光学显微镜图像。
图23-25是根据这里描述的多种实施例的发光装置的扫描电子显微镜（SEM）图像。
图26-27是根据这里描述的多种实施例的发光装置的电子衍射谱（EDS）图谱。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明，其中示出了多种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应该被理解为限于这里阐述的实施例。代之以，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并将充分地将本发明的范围传递给本领域技术人员。在附图中，为清楚起见，可能放大层和区域的尺寸和相对尺寸。在全部附图中，相同的附图标记指代相同的元件。
将理解，当一元件（诸如，层、区域或者基板）被称为在另一元件上时，其可以是直接在其它元件上或者也可以存在中间元件。此外，这里可以使用相对术语例如“在……之下”或“覆在……上面”来描述相对于基板或基底层一层或区域对于另一层或区域的关系，如附图中所示。将理解，这些术语旨在包括除了附图中描述的取向之外还包括装置的不同取向。最后，术语“直接”指没有中间元件。如这里使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和全部组合，并且也可以缩写为“/”。
将理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述不同元件、组成部分、区域、层和/或部分，但是这些元件、组成部分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组成部分、区域、层和/或部分与另一个区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、组成部分、区域、层和/或部分可以被称为第二元件、组成部分、区域、层和/或部分而不偏离本发明的教导。
这里参照作为本发明的理想的实施例的示意图的截面图和/或其它图示描述本发明的实施例。因此，从图示的形状发生变化是可以预期的，例如，作为制造技术和/或容差的结果。因此，本发明的实施例不应被理解为限于这里所示的区域的特定形状，而是要包括例如由制造导致的形状的偏差。例如，由于正常的加工容差，被示出或描述为矩形的区域将通常具有圆角或弯曲的特征。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，其形状不旨在示出装置的区域的精确形状，并且也不旨在限制本发明的范围，除非这里另有限定。
除非这里另有限定，否则这里使用的全部术语（包括技术的和科学的术语）具有与由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，诸如在通常使用的词典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关领域和本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且将不会从理想化的或过于正式的意义上被解释，除非这里明确地如此定义。
现在为了便于理解这里的描述，现在一般将参照在基于碳化硅（SiC）的生长衬底上的基于氮化镓（GaN）的发光二极管来描述一些实施例。然而，本领域技术人员将理解，本发明的其它实施例可以基于生长衬底和外延层的多种不同组合。例如，组合可以包括：在GaP生长衬底上的AlGaInP二极管；在GaAs生长衬底上的InGaAs二极管；在GaAs生长衬底上的AlGaAs二极管；在SiC或蓝宝石（Al2O3）生长衬底上的SiC二极管；和/或在氮化镓、碳化硅、氮化铝、蓝宝石、氧化锌和/或其它生长衬底上的基于III族氮化物的二极管。此外，在其它实施例中，生长衬底可以不出现在成品中。例如，可以在形成发光二极管之后去除所述生长衬底，和/或可以在去除所述生长衬底之后在发光二极管上设置接合衬底。在一些实施例中，发光二极管可以是由Cree,Inc.(Durham,North Carolina（北卡罗来纳州，达勒姆）公司制造和销售的基于氮化镓的LED装置。
发光装置
图1-2提供了根据将在这里描述的多种实施例的可以与共形凝胶层一起使用的代表性发光装置的详细的实施例。然而，发光装置的许多其它实施例也可以与共形凝胶层一起使用，如将在下面详细描述的。图1和2对应转让给本申请的受让人的2011年5月20日提交的题为"GapEngineering for Flip-Chip Mounted Horizontal LEDs"的申请No.13/160,793的图1和2，通过引用将该申请的公开内容整体并入在此，犹如其在此完整提出。
图1是发光二极管片芯和封装的发光装置的截面图。参照图1，发光二极管片芯100包括二极管区域110，其分别具有第一和第二相对表面110a、110b并包括在其中的n型层112和p型层114。可以设置其它层或区域，其可以包括量子阱、缓冲层等，这里不需要对其进行描述。阳极触点160欧姆地接触p型层114，并且在第一面110a上延伸。阳极触点160可以直接欧姆地接触p型层114，或者，可以通过一个或多个导电通孔（via）162和/或其它中间层欧姆地接触p型层114。阴极触点170欧姆地接触n型层112，并且也在第一面110a上延伸。所述阴极触点可以直接欧姆地接触n型层112，或者，可以通过一个或多个导电通孔172和/或其它中间层欧姆地接触n型层112。如图1所示，都在第一面110a上延伸的阳极触点160和阴极触点170是共面的。这里二极管区域110也可以被称为“LED外延区域”，因为其通常在衬底120上外延地形成。例如，可以在碳化硅生长衬底上形成基于III族氮化物的LED外延110。在一些实施例中，生长衬底可以出现在成品中。在其它实施例中，所述生长衬底可以被去除。在其它实施例中，可以提供与生长衬底不同的另外的衬底，并且在去除所述生长衬底之后可以将其它衬底接合至LED。
也如图1所示，在二极管区域110的第二面110b上包括透明衬底120，例如，透明碳化硅生长衬底或透明蓝宝石生长衬底。透明衬底120包括侧壁120a，并且还可以包括邻近二极管区域110的第二面110b的内侧的面120c和远离内侧的面120c的外侧的面120b。外侧的面120b的面积小于内侧的面120c。在一些实施例中，侧壁120a可以是台阶状的、斜面的和/或有刻面的，以提供面积小于内侧的面120c的外侧的面120b。在其它实施例中，如图1所示，所述侧壁是以倾斜角θ，并且在一些实施例中以钝角，从外侧的面120b向内侧的面120c延伸的倾斜侧壁120a。也可以提供非倾斜侧壁和近似相等的面120b和120c。
可以提供荧光体层140和二极管区域110的多种实施例。例如，在一些实施例中，二极管区域110被配置以发射蓝光，例如具有约450-460nm的主波长的光，并且所述共形层包括黄色荧光体，例如具有约550nm的峰值波长的YAG:Ce荧光体。在其它实施例中，二极管区域110被配置以在其激励时发射蓝光，如上所述的，并且共形层140可以包括黄色荧光体和红色荧光体的混合物，例如基CASN的荧光体。
继续图1的描述，LED片芯110可以与安装基板（例如，下支架（submount）180）以及透镜190组合来提供发光装置200。下支架180可以包括主体182，其可以包括氮化铝（AlN）。在其它实施例中，在倒装芯片配置中可以使用金属芯基板、印刷电路板、引线框架和/或其它常规的封装基板来安装LED片芯100。下支架180包括下支架面182a以及在其上的阳极垫（pad）184和阴极垫186。所述阳极垫和阴极垫可以包括镀银的铜和/或其它导电材料。如图1所示，LED片芯100安装在下支架180上，使得第一面110a邻近下支架面182a，外侧的面110b远离下支架180，阳极触点184邻近阳极垫160，并且阴极触点186邻近阴极垫170。在一些实施例中，使用接合层（例如，共熔的金/锡焊料层188）来电、热和机械地将阳极触点160连接到阳极垫184，并将阴极触点170连接到阴极垫186。在其它实施例中，可以例如使用热压接合和/或其它的技术来提供阳极触点160到阳极垫184的直接附接，以及阴极触点170到阴极垫186的直接附接。
封装的装置的阳极192和封装的装置的阴极194可以设置在下支架主体182的第二面182b上，并且可以使用内部的通孔和/或在下支架主体182上和/或围绕下支架主体182延伸的导电层分别连接到阳极垫184和阴极垫186。
最后，封装的发光装置200还可以包括从下支架面180a延伸以围绕LED片芯100的透镜190。透镜190可以是模制的塑料透镜。
图2是另一个LED片芯和封装的发光装置的截面图。与图1的实施例相比，荧光体层140'跨二极管区域110和/或在下支架主体182的第一面182上延伸。此外，如图2所示，下支架180可以包括在其第一面182a上的层194。层194可以是阳极垫184和阴极垫186的延伸，或者也可以是与其不同的。在一些实施例中，层194是在下支架面182a和共形层140'之间延伸的反射层，共形层140'包括在下支架面182a上延伸的荧光体。该反射层194可以将穿过在下支架面182a上的荧光体层的光反射回朝向透镜190，并可以从而增加LED的效率。
如上结合图1和2所述的封装的发光装置可以被实现为
Figure BDA0000459473150000111
Figure BDA0000459473150000112
XP-E高效白光（HEW）LED，如在例如
Figure BDA0000459473150000113
XP-EHigh-Efficiency White LEDs Data Sheet（出版号CLD-DS34，Rev.0，2010年12月6日，并且可在cree.com/products/xlamp_xpe.asp处获得，通过引用将其公开内容整体并入在此，犹如在此全部阐述）中所述的。
图1-2示出了被配置用于安装在安装基板上的倒装芯片安装的发光二极管片芯。在这里描述的多种实施例中可以使用多种配置的倒装芯片安装的发光二极管片芯。根据这里描述的多种实施例的其它发光装置可以被配置用于在安装基板上的非倒装芯片安装，如例如在Bergmann等的2009年8月10日提交的题为"Light Emitting Diodes IncludingIntegrated Backside Reflector and Die Attach"的转让给本申请的受让人的美国专利申请公开2011/0031502中所描述和示出的，通过引用该申请公开整体并入在此，犹如在此全部阐述。此外，根据这里描述的多种实施例的其它发光装置可以被配置为垂直发光装置，例如，如在Slater,Jr等2002年1月25日提交的题为"Light Emitting Diodes IncludingModifications for Light Extraction"转让给本申请的受让人的美国专利6,791,119中所描述和示出的，通过引用将其公开内容整体并入在此，犹如在此全部阐述。
用于发光二极管的共形凝胶层
这里描述的凝胶层的多种实施例可以被用于水平发光二极管片芯，其中阳极和阴极触点二者都在片芯的相同的表面上，或者被用于垂直发光二极管片芯，其中阳极和阴极触点在发光二极管片芯的相反的表面上。此外，根据这里描述的多种实施例的凝胶层可以被用于这样的水平LED片芯，所述水平LED片芯在倒装芯片（触点邻近安装基板）或非倒装芯片（触点远离安装基板）取向上安装在安装基板上。类似地，对于垂直装置，凝胶层可以被用于这样的发光二极管片芯，其安装在安装基板上，阳极触点邻近安装基板并且阴极触点远离安装基板，或者阴极触点邻近安装基板并且阳极触点远离安装基板。也可以使用LED片芯的其它配置。
这里描述的多种实施例可以源于以下认识：在安装基板上封装发光二极管片芯时，可以使用薄和/或共形的凝胶层来增加可靠性和/或提供其它潜在的优点。在一些实施例中，薄和/或共形的凝胶层可以被用来至少部分地填充将发光二极管片芯连接到安装基板的一个或多个接合区域和发光二极管片芯的边缘之间的间隙，以防止在荧光体层中使用的高模量的硅树脂充分地进入发光二级管片芯的周界下和周围的间隙中而降低发光二级管片芯和安装基板之间的接合的可靠性。此外，低模量的薄和/或共形的凝胶层也可以被用作荧光体涂层和/或透镜与LED片芯之间的冲击吸收器或缓冲层，以减小在高温回流和/或后续的装置操作期间在片芯附接金属接合上的应力。如这里使用的，“模量”指弹性模量或复剪切模量，通常称为G*。复剪切模量包括一个以上的分量，如储能模量和损耗模量。在剪切载荷的情况下，它也可以被称为“动态模量”。
根据这里描述的多种实施例的凝胶层可以与如下面的文献中所述的可以应用于发光二极管的凝胶团或其它封装材料形成对比，所述文献是Carey等人的题为"High Stability Optical Encapsulation andPackaging for Light-Emitting Diodes in the Green,Blue,and Near UVRange"的美国专利6,590,235。具体地，被应用于LED的凝胶团通常相当的厚。相反，根据这里描述的一些实施例的凝胶层可以很薄，并且在一些实施例中可以小于约20μm厚，在其它实施例中小于约10μm厚，在其它实施例中约5μm或3μm厚。在一些实施例中，凝胶层也可以是共形凝胶层。此外，根据这里描述的一些实施例，可以在凝胶层上设置荧光体层。在一些实施例中，凝胶层和荧光体层都包括硅树脂，但是荧光体层不是凝胶。在其它实施例中，凝胶层至少五倍薄于荧光体层。在其它实施例中，凝胶层具有比荧光体层小的模量，而在一些实施例中，所述模量比荧光体层至少小一个、两个或三个数量级。
将共形凝胶层施加到安装基板上至少部分地延伸到间隙中也将是不可预知的，因为通常使用的包含硅树脂的荧光体涂层或包含硅树脂的模制透镜可能已经被视为提供应力释放。然而，这些包括硅树脂的涂层可以具有相对高的模量，并且如果它们侵入到所述间隙中，在回流或后续装置操作期间会降低封装件可靠性。相反，通过将共形凝胶层引入间隙中，可以防止荧光体层或模制透镜侵入间隙中。此外，凝胶层可以表现出充分低的模量使得在回流和/或后续装置操作期间不降低可靠性。在其它实施例中，可以在腔式封装和/或使用硅树脂坝以包含荧光体层的平面封装中将共形凝胶层应用于发光二极管片芯，所述荧光体层被分配以填充围绕涂覆凝胶的LED片芯的腔体。凝胶层的低模量可以向LED片芯提供应力释放，以在回流和/或后续装置操作期间不降低可靠性。
在LED片芯上在荧光体层和LED片芯之间使用共形凝胶层也将是不可预知的。具体地，已知LED片芯可以为荧光体层提供散热，并且期望将荧光体层锚定到LED片芯。但是，通过提供缓冲层，在共形或非共形荧光体层和LED片芯之间的中间共形凝胶层可以实际保留LED片芯的散热能力同时增强装置的可靠性。此外，通过与LED片芯共形，荧光体层和/或透镜的锚固仍可以发生。
图3是根据这里描述的多种实施例的如图1和2所示的水平的倒装芯片发光装置的截面图。这些发光装置300可以包括安装基板310和邻近所述安装基板的发光二极管片芯320，以在它们之间限定间隙G。在一些实施例中，所述安装基板可以对应于下支架180并且所述发光二极管片芯可以对应于图1和2的LED片芯。更具体地，可以通过LED片芯320的阳极和/或阴极触点（例如，如图1和2的触点160和/或170所示）形成的接合区域330，安装基板310的阳极和/或阴极垫（例如，如图1和2的垫184和/或186所示），和/或它们之间的接合层（例如，如图1和2的元件188所示）从LED片芯320的边缘凹缩以限定间隙G。接合区域330可以因此提供机械连接，并且还可以提供一个或多个电连接。共形凝胶层340被设置在安装基板310上，并且包括相对表面，所述相对表面两者都与安装基板310的轮廓共形。共形凝胶层340至少部分地延伸到间隙G中。在图3的实施例中，共形凝胶层340仅部分地填充间隙G。然而，在其它实施例中，共形凝胶层340可以完全地填充间隙G，并且，在其它实施例中，共形凝胶层340可以比间隙G的高度厚。在一些实施例中，共形凝胶层340小于约20μm厚。在其它实施例中，它小于约10μm厚，并且，在其它实施例中，它为约5μm或约3μm厚。在其它实施例中，共形凝胶层340在如此薄时不需要是共形的。
如上所述，共形凝胶层340包括相对表面，所述相对表面两者都与安装基板310和/或LED片芯320的轮廓共形。将理解，共形凝胶层340不需要在其整个表面上与安装基板和/或LED片芯的轮廓共形。例如，共形凝胶层可以被图案化为使得其不存在于部分的安装基板/LED片芯上，或者，可以在安装基板/LED片芯的部分上是非共形的。然而，共形凝胶层包括相对的表面，所述相对的表面两者在其至少部分上与安装基板和/或LED片芯的轮廓共形，例如在一些实施例中邻近LED片芯，而在其它实施例中围绕LED片芯。
仍参照图3，在一些实施例中，一个或多个共形发光体层350设置在共形凝胶层340上，并且透镜360可以设置或模制在安装基板310上。例如，荧光体层350可以将从蓝光LED320发射的至少一些蓝光转换为黄光和/或红光，以提供白光的出现。在其它实施例中，可以将荧光体设置在模制透镜360中，在包封材料中，作为一个或多个共形或非共形层、或者，完全不需要设置荧光体。如上面结合共形凝胶层340所述的，共形荧光体层350不需要在安装基板或LED片芯的整个轮廓上是共形的。
共形凝胶层340可以提供间隙G中的填充物，其可以防止荧光体层350或模制透镜360充分地进入间隙G而劣化发光装置300的操作。
在一些实施例中，共形凝胶层340、荧光体层350和模制透镜可以都包括硅树脂。然而，在一些实施例中，共形荧光体层350和模制透镜360不是凝胶。例如，题为"Dow Corning LED SOLUTIONS Lighting theway to advanced materials and solutions"的Dow Corning SpecificationSheet（表格编号11-1679A-01，2008）描述了可以用于包封剂、透镜模制和过模制（overmolding）的多种不同基于硅树脂的凝胶、弹性体和树脂，通过引用将其公开内容整体并入在此，犹如在此全部阐述。可以提供正常折射率和高折射率材料。如所示的，尽管不同硬度可以归因于弹性体和树脂，但是凝胶具有如此低以致不可测量的硬度。在其它实施例中，凝胶可以具有在肖氏A标（Shore A scale）上小于约30的硬度。凝胶还可以具有在可见光谱中大于约95%（在一些实施例中，大于约98%）的光透射率，以及大于约1.4（并且在一些实施例中，大于约1.5）的折射率。
如本领域技术人员熟知的，塑料的硬度通常是由
Figure BDA0000459473150000151
（硬度计）测试或洛氏（Rockwell）硬度测试来测量。这两种测试测量塑料对压抗，并提供经验性的硬度值，其可能并不一定与其它特性或基本特性的相关良好。肖氏硬度（Shore Hardness），用肖氏A标或肖氏D标，通常用于橡胶/弹性体，并且通常还用于“较软”塑料，例如聚烯烃、含氟聚合物和乙烯树脂。肖氏A标通常用于“较软”橡胶，而肖氏D标通常用于“较硬”橡胶。还存在许多其它肖氏硬度标度，例如肖氏O硬度和肖氏H硬度，但不经常使用。如在上面引述的Dow Corning Specification Sheet中所述的，凝胶的硬度通常不是可以使用任何常规的测试和标度测量的。
除了具有显著较低的硬度外，基于硅树脂的凝胶相比于上述的基于硅树脂的弹性体和树脂还可以具有显著较低的模量。所述显著较低的模量可以是凝胶减小或最小化发光二极管片芯上的应力的能力中的主要因素。例如，如上描述的道康宁（Dow Corning）基于硅树脂的凝胶在25℃可以具有约0.009MPa的复剪切模量（G*），而对于基于硅树脂的弹性体或树脂的可比复模量在25℃时可以为约12MPa。因此，基于硅树脂的凝胶可以具有比基于硅树脂的弹性体或树脂低的复模量，并且在一些实施例中，比基于硅树脂的弹性体或树脂低至少约一个、两个或三个数量级。虽然上述值引述在25℃，但是在更宽的温度范围上，凝胶的复模量行为持续比弹性体或树脂低若干数量级。因此，如这里描述的共形凝胶层可以提供低模量层，所述低模量层可以提供比弹性体型或树脂型硅树脂配方高的光输出和更好的应力释放。
将理解，上述基于硅树脂的凝胶仅仅作为示例，可以使用许多其它硅树脂或非基于硅树脂的凝胶。在图3的一些实施例中，共形凝胶层350可以选自任意的凝胶，荧光体层可以选自任意的弹性体，而模制透镜可以选自上面引用的Dow Corning Specification中列出的任意树脂。
图4示出了发光装置400的其它实施例，其中共形凝胶层340'还从间隙G延伸到LED片芯320上，并且，在一些实施例中，覆盖LED片芯320。在图4的实施例中，荧光体层350'是共形荧光体层。因此，在图4的实施例中，共形凝胶层340'填充间隙G，并且还提供在共形荧光体层350'和LED片芯320之间的缓冲层。在其它实施例中，即使间隙G不存在或者以其它形式被填充，共形凝胶层340'也可以在共形荧光体层350'和LED片芯320之间形成缓冲层或冲击吸收器。在其它实施例中，可以将荧光体设置在模制透镜360中，在包封材料中，作为一个或多个共形或非共形层，或者，完全不需要设置荧光体。
在图4的实施例中，共形凝胶层340'可以是充分地薄以使得不会不利地降低发光装置400的性能。更具体地，已知LED片芯320可以提供散热以降低荧光体层350'中的荧光体的劣化。在一些实施例中，共形凝胶层340'可以是充分地导热的，并且充分地薄，以允许进行有效散热。在一些实施例中，共形荧光体层350'可以在约50μm和约100μm厚之间，共形凝胶层340'可以在约3μm和约10μm厚之间。在一些实施例中，所述凝胶层小于约20μm厚。在其它实施例中，所述凝胶层小于约10μm厚，在其它实施例中，它为约5μm或约3μm厚。因此，在一些实施例中，共形凝胶层340'可以为至少约5倍薄于共形荧光体层350'。在其它实施例中，凝胶层340在它如此薄时不需要是共形的。
图5是根据这里描述的其它实施例的发光装置的截面图。如图5所示，这些发光装置500包括安装在非倒装芯片配置中的水平LED片芯320'（例如，如在上面引用的美国公开No.2011/0031502中所述的），使得阳极和阴极触点332和334远离安装基板310，并且提供接合区域330（其可以不提供电触点）以用于将LED安装在安装基板310上。共形凝胶层340'被设置为从安装基板310延伸到LED片芯320'上。
在图5中，在接合区域330和LED片芯320之间没有示出间隙G。但是，共形凝胶层340'仍然可以提供潜在的优点。尤其是，共形或非共形荧光体层（图5中未示出）和/或模制透镜360可以对LED片芯320'施加向上的（分离）力，如箭头512所示。该力可以使接合区域330的接合劣化，并可以导致LED片芯320在热循环（回流或后续操作）期间至少部分地与安装基板310脱离，或者可以导致接合劣化即使其保持附接。该力可以是由荧光体层和/或模制透镜的热膨胀系数（CTE）造成的。由于其低的硬度和低的模量，共形凝胶层340'可以提供对抗该劣化的缓冲层。在其它实施例中，荧光体可以设置在模制透镜360中，在包封材料中，作为一个或多个共形或非共形层，或者，完全不需要设置荧光体。
图6示出了发光装置600的其它实施例，其中垂直LED片芯320'包括邻近安装基板310的阳极或阴极触点中的一个610，阳极或阴极触点中的另一个620远离安装基板310，如例如在上面引用的美国专利6,791,119中所示的。共形凝胶层340'''填充在触点610和LED片芯320'的边缘之间的间隙G，并且还提供用于荧光体层350'的缓冲层。荧光体层350'可以是共形的、半共形（如所示的）或非共形的。在这些实施例中，共形凝胶层340'''可以至少部分地填充间隙G，如果存在的话，还可以降低或防止LED片芯由于由荧光体层350'或穹顶360的热膨胀而产生的力而揭离。在图5和6的其它实施例中，LED片芯320'/320"的侧壁墙可以与其面正交，或者可以与安装基板310形成钝角。
图7示出了发光装置700的其它实施例。在这些实施例中，使用接合区域710（其也可以提供一个或多个电触点）将多个LED片芯320'''安装在安装基板310上。可以使用这里描述的LED片芯的任意实施例。共形凝胶层340''''设置在安装基板310的面上和LED片芯320'''上。设置荧光体团350''以及模制透镜360。未料到的，在图7的实施例中，已经发现，在装置700中，共形凝胶层340''''通过作为对抗荧光体层350''和/或透镜360中的热膨胀的影响的冲击吸收器，可以促进荧光体团350''和/或透镜360的粘附。还未料到的，通过提供荧光体层350''和/或透镜360可以粘附的附加的抓握表面，共形凝胶层340''''可以比非共形凝胶层（例如，可以通过常规的密封剂提供的）更有效，并且还可以保持LED片芯320''的散热能力。
在图3-7中所示和这里描述的多种实施例还可以提供一种发光装置，其包括发光二极管片芯和在所述发光二极管片芯上的小于约20μm厚的凝胶层。该凝胶层可以是这样的共形层，其包括两者都与发光二极管片芯共形的相对表面。在其它实施例中，凝胶层为小于约10μm厚，并且在其它实施例中，凝胶层为约3μm或约5μm厚。可以在凝胶层上设置荧光体层。
在图3-7中所示和这里描述的其它实施例还可以提供一种发光装置，其包括发光二极管片芯、在发光二极管片芯上的凝胶层、和在凝胶层上的荧光体层。凝胶层和荧光体层可以都包括硅树脂，但是荧光体层不是凝胶。此外，凝胶层可以为至少5倍薄于荧光体层。此外，凝胶层可以具有比荧光体层小的模量，并且在一些实施例中，凝胶层具有比荧光体层至少小一个、两个或三个数量级的模量。
制造
现在将描述根据这里描述的多种实施例的发光装置的制造方法。尤其是，参照图8在块810处，例如，使用将在下面描述的多种工艺对其上安装有发光二极管片芯的安装基板共形地涂覆凝胶。然后，参照块820，如果要设置共形荧光体涂层，则在块810中被共形地涂覆凝胶的其上安装有发光二极管片芯的安装基板上共形地涂覆荧光体。在其它实施例中，可以施加非共形荧光体涂层，或者，也可以不施加荧光体涂层。然后在块830，执行进一步的处理，例如模制透镜等。将理解，可以不按图8中所示的顺序执行块820和830的操作，并且可以省略这些块中的一个。因此，图8示出了制造发光装置的方法，其中对其上安装有发光二极管片芯的安装基板共形地涂覆凝胶，然后对凝胶涂覆的安装基板进行荧光体涂覆，和/或，在其上模制透镜。
可以使用多种技术来对其上安装有发光二极管片芯的安装基板共形地涂覆凝胶（块810）。具体地，在一些实施例中，可以通过用诸如二甲苯的溶剂稀释凝胶来施加薄的共形凝胶涂层，所述溶剂然后可以蒸发，保留薄的共形凝胶涂层。可以使用喷涂工艺、液滴分散和/或其它工艺。在喷涂工艺中，将在溶剂中稀释的凝胶喷涂到其上安装有发光二极管片芯的安装基板上，使得至少一些溶剂蒸发。可以使用多个喷涂轮次。在分散工艺中，将在溶剂中稀释的凝胶分散到其上安装有发光二极管片芯的安装基板上，然后可以至少蒸发一些溶剂，例如通过加热。可以使用多次分散。可以使用形成共形凝胶层的其它技术。
实验结果
下面的示例将被视为仅仅是示例性的，并且不应解释为限制本发明。
图9A是在安装基板上的16个LED片芯的阵列的照片。然后将透镜模制在图9A的安装基板上，并且使该装置在标准回流炉中经受使用用于无引线焊料附接的具有260℃峰值的典型的回流廓形的回流。然后去除透镜。图9B示出了透镜去除之后的结果。如所示的，仅仅5个LED片芯保持附接到基板，从而7个片芯在透镜去除时脱落，表明片芯附接的严重劣化。
图9C示出了与图9A相同的装置，除了在模制透镜前施加约7μm厚的Dow OE-6450凝胶的共形凝胶层。然后，使该装置在标准回流炉中经受15次使用用于无引线焊料附接的具有260℃峰值的典型的回流廓形的回流，然后去除透镜。没有发现片芯附接失败，如图9C中所示。图9D示出了与图9A相同的装置，除了在模制透镜前用约50μm厚的共形荧光体层涂覆图9C的共形凝胶层。再次，在去除透镜前，使用用于无引线焊料附接的具有260℃峰值的典型的回流廓形在标准回流炉中执行15次回流。再次地，没有发现片芯附接失败。因此，根据这里描述的多种实施例的共形凝胶层可以改善发光装置的可靠性，并降低或防止由于后续处理和/或装置操作导致的片芯附接劣化。
附加讨论
现在将提供这里描述的多种实施例的附加讨论。这里描述的多种实施例可以提供热鲁棒的LED封装件，在一些实施例中，所述热鲁棒LED封装件可以使用安装在安装基板上的水平LED片芯，使得阳极和阴极触点邻近所述安装基板。然后通过例如用二甲苯稀释凝胶，来将薄的共形凝胶涂层施加到片芯或片芯阵列，所述二甲苯蒸发掉，保留非常薄的层。可以用加热喷涂工艺，或高度稀释的硅树脂（例如，按体积计五份二甲基对一份硅树脂）的分散接着加热，来施加凝胶涂层。例如，可以在用于发白光装置的荧光体沉积之前，或就在用于发蓝光装置的透镜模制之前，执行涂覆。所述凝胶可以提供对于用于荧光体涂覆或透镜模制的较硬的硅树脂的缓冲层，以减小或最小化在温度回流和/或封装操作期间在片芯附接金属接合件上的应力。
对于其中在共形荧光体层下施加薄的共形凝胶涂层的应用，薄的共形凝胶涂层可以维持共形荧光体层非常靠近LED片芯表面，从而提供与没有凝胶的部分类似的散热。
常规地，已经使用团或填充方法在较硬的透镜材料下用类凝胶材料来覆盖LED片芯。这里描述的一些实施例可以提供与常规的团或填充凝胶类似的益处，同时允许改善的透镜粘附，尤其对小型片芯阵列。在这样的小型片芯阵列中，可以维持形貌以提供较好的荧光体层和/或透镜的机械附接。还可以维持荧光体层必要的散热以减小或防止加热和焦化。
此外，根据这里描述的多种实施例的凝胶层可以为小型LED片芯提供预料不到的优点。尤其是，随着片芯尺寸从约1mm2减小，由于硅树脂树脂或弹性体性能导致的对片芯附接的负面影响的可能性增加，因为片芯附接面积变得越来越小。除了绝对片芯附接区域的减小外，作为总的片芯面积的百分比的相对片芯区域通常也减小，因为电极间距、电极从装置边缘后退、和/或道宽度可能遵循与较大的片芯相同的设计规则。因此，在给定绝对片芯附接面积的减小的情况下，在片芯下的周围间隙面积和电极间隙面积相对于片芯附接面积的的比通常随着片芯变小而增加，这加剧了有机硅树脂或弹性体到这些区域中渗透的影响。在约0.25mm2以下片芯尺寸可能尤其敏感。例如，在350×470mm的直接附接片芯上，片芯附接垫（pad）占总的片芯面积的约58%。然而，在图9A-9D中的240×320mm的直接附接片芯上，片芯附接面积减小至总的片芯面积的约48%。供参考，在1mm2的片芯上，片芯附接面积大于片芯面积的约80%。因此，根据这里描述的多种实施例的凝胶层可能随着LED片芯尺寸减小尤其有用。
凝胶底部填充层
上述多种实施例可以提供用于发光装置的共形和/或薄的凝胶层。然而，可以有其它的应用，其中期望将凝胶限制到在发光二极管片芯（一个或多个）和其邻近的安装基板之间的间隙（一个或多个）中的底部填充层，而没有完全覆盖LED片芯，例如，没有在LED片芯的外侧的面上设置实质量的凝胶，并且基本上没有在超出LED片芯阵列的基板上设置实质量的凝胶。因此，可以期望在LED片芯的底座设置凝胶底部填充，其可以至少部分地延伸到LED片芯的侧壁上，但是基本上不在超出LED片芯的基板上延伸，并且也基本上不在LED片芯的外侧的面上延伸。保留LED片芯的大部分的外表面裸露，以及保留超出LED片芯的基板基本上裸露，可以提高或最大化热散热和荧光体层和/或过模制透镜与发光装置的粘附。
图10是根据这里提供的多种实施例的制造发光装置的流程图。提供安装基板和邻近所述安装基板的一个或多个LED片芯，以在相应的LED片芯和其邻近的安装基板之间限定间隙。如这里使用的，被设置邻近安装基板的多于一个LED片芯也被称为LED片芯的“阵列”。
参照块1010，将在溶剂中稀释的凝胶施加到基板上和LED片芯上。可以通过分散在溶剂中稀释的至少一滴凝胶，通过喷涂在溶剂中稀释的凝胶，和/或通过其它施加技术，来施加凝胶。在一些实施例中，可以以1:4-5的体积比在溶剂中稀释凝胶。
然后，在块1020处，蒸发至少一些溶剂使得凝胶保留在间隙中，但并不完全覆盖LED片芯。在一些实施例中，凝胶基本上从超出LED片芯阵列的基板上退离，并且还基本上从LED片芯的外侧的面退离。然后在1030处，可以根据上述的任意技术和/或使用其它技术，施加和/或附接荧光体的共形或非共形的层和/或透镜。
这里描述的多种实施例可以提供热鲁棒的发光装置。通过施加高度稀释的凝胶的溶液到LED片芯，在LED片芯的底部处形成凝胶底部填充。随着溶剂通过蒸发被驱走，表面张力和/或其它力将凝胶基本上拉离外片芯面，并且基本上拉离LED片芯外的安装基板，围绕LED片芯的底部形成凝胶底部填充层。围绕LED片芯的和在LED片芯之间的填充的程度可以例如基于初始的分散体积和/或溶剂与凝胶的比而变化。因此，凝胶不完全覆盖LED片芯。
根据这里描述的一些实施例，通过保留LED片芯的外侧的面基本上裸露，以及通过保留LED片芯外的基板基本上裸露，可以提供改善的或最大化的热散热和荧光体层和/或再模制透镜的粘接。同时，凝胶底部填充层可以减小或防止在荧光体层和/或透镜模制中通常使用的较硬的包封剂渗透到LED片芯下的间隙中，从而减小或最小化在高温回流和/或装置操作期间在片芯附接金属接合上的应力。
因此，可以将底部填充限制到片芯的底部和片芯的面，并且可以保留片芯外的基板基本上裸露，即使凝胶溶液施加遍布基板和片芯的外侧的面。给定LED片芯尺寸、几何形状和封装密度，可能很难围绕LED片芯的周界提供常规的底部填充分散。然而，根据这里描述的实施例，外侧的面基本上裸露，荧光体和/或透镜可以与片芯紧密的接触，以增加或最大化散热和粘附。表面张力也可以将涂层区域限制到片芯，在片芯外面的基板面上基本上不保留或保留最少量的凝胶。这允许荧光体层和透镜附接到基板和外片芯面，这可以提供与没有凝胶底部填充的封装件类似的透镜附着强度。
图11是根据这里描述的多种实施例的发光装置的截面图，并且可以对应于在图10的块1010处施加凝胶后但在图10的块1020处的蒸发前的发光装置。
具体地，参照图11，LED片芯320'''阵列被设置为邻近安装基板310，以在相应的LED片芯320'''和其邻近的安装基板310之间限定间隙G。可以通过接合区域710建立间隙G，如上所述。如图11所示，可以提供一个或多个LED320'''。LED320'''之间可以是相同的或不同的。例如，如图11所示，LED侧壁可以是垂直的（正交的）、斜面的（钝角或锐角）或成斜角的。在溶剂1110中稀释的凝胶被设置在基板310上和LED片芯320'''上。可以使用在溶剂中高度稀释的硅树脂的加热的或不加热的喷涂工艺或者加热的或不加热的分散来施加在溶剂中稀释的凝胶。例如，可以使用按体积计约4到5份二甲苯对约一份硅树脂凝胶。图11示出了可以使用液滴分散获得的在溶剂中稀释的凝胶层的液滴廓图。当使用喷涂时，可以产生在溶剂中稀释的共形、半共形或非共形的凝胶层。
图12-15是根据这里描述的多种实施例的发光装置的截面图，并且可以对应于在图10的块1020处蒸发至少一些溶剂之后的发光装置。在图12-15的所有的实施例中，至少蒸发一些溶剂1110使得凝胶保留在间隙G中，但是并不完全覆盖LED片芯320'''。
现在参照图12，至少一些溶剂1110被蒸发，例如在室温或室温以上，使得凝胶1110a保留在间隙G中，但是基本上从LED片芯320'''外的基板退离，并且也基本上从LED片芯320'''的外侧的面退离。还如图12所示，凝胶还可以填充间隙G。此外，也如图所示，凝胶还可以在阵列中的相邻的LED片芯320'''之间在基板310上延伸，并且还可以完全延伸到LED片芯320'''的侧壁上。
在图12中，凝胶层1110a沿着LED片芯320'''的整个侧壁延伸。相反，在图13中，凝胶层1110b仅部分地延伸到LED片芯320'''的侧壁上。此外，在图14中，凝胶层1110c完全不延伸到LED片芯侧壁上。最后，在图15中，凝胶层1110d完全延伸到在相邻的LED片芯320'''之间的基板上。
因此，在蒸发期间，凝胶保留在间隙G中，但是基本上从发光二极管片芯外的基板310上退离，并且也基本上从LED片芯的外侧的面上退离（图12-15）。凝胶还可以保留在相邻的LED片芯之间（图12-14），或者，可以至少部分地从相邻的LED片芯之间退离（图14）。LED凝胶还可以完全地（图12）或部分地（图13）保留在LED片芯的侧壁上，或者，可以基本上从LED片芯的侧壁退离（图14-15）。
凝胶退离的量可以受许多因素控制，包括但不限于：基板、LED和接合区域的几何特征和材料组分；与这些区域相关的凝胶的组分、体积和润湿性；溶剂的组成和体积；凝胶和溶剂的相对体积；和/或蒸发条件，例如时间和温度。例如，凝胶可以基本上从基板的反射表面退离，所述反射表面例如包括银、铝和/或反射陶瓷例如Al2O3。
图12-16还示出了根据这里描述的多种实施例的发光装置，其包括安装基板310和邻近安装基板310的一个或多个LED片芯320'''（阵列），以限定相应的LED片芯320'''和其邻近的安装基板之间的间隙G，其中间隙G可以由一个或多个结合区域710来限定。凝胶层1110a、1110b、1110c和/或1110d被设置在安装基板310上，所述凝胶层至少部分地在LED片芯320'''和其邻近的基板310之间的间隙G中延伸，但是并不完全覆盖LED片芯320'''。在一些实施例中，凝胶层基本上不在超出LED片芯320'''的基板310上延伸，并且也基本上不在LED片芯320'''的外侧的面上延伸。凝胶层可以填充间隙，如图12-15所示；可以在阵列中的相邻LED片芯之间延伸，如图12-14所示；可以完全地在LED片芯的侧壁上延伸，如图12所示；可以部分地在所述侧壁上延伸，如图13所示；或者，可以基本上不在所述侧壁上延伸，如图15所示。
图16-19是根据这里描述的多种其它实施例的、在图10的块1030处施加荧光体和/或透镜之后的LED装置的截面图。这些图基于图14的结构。然而，在其它实施例中可以将荧光体和/或透镜施加到图12-13和/或15的结构。
参照图16，例如，使用上面所述的技术施加共形或半共形的荧光体层350，其基本上直接在LED片芯外的基板310上延伸并且直接在LED片芯的外侧的面上延伸。在图17中，使用例如上面所述技术施加非共形荧光体层350''，其基本上直接在LED片芯外的基板310上延伸并且直接在LED片芯的外侧的面上延伸。替代地，在图18中，可以施加共形或半共形的荧光体层350，其基本上直接在LED片芯阵列外的基板上延伸并且直接在LED片芯320'''的外侧的面上延伸，并且可以例如通过模制在荧光体层350上施加透镜360。最后，在图19中，基本上在LED片芯320'''外的基板310上和直接在LED片芯320'''的外侧的面上施加或模制透镜360。荧光体可以包括在透镜360中和/或包括在透镜360上。
图20-22是根据这里描述的多种实施例的发光装置的光学显微镜图像。图20对应于图10的块1010，其中湿的、高度稀释的二甲苯：硅树脂凝胶为4:1的溶液被分散在直接附接LED片芯阵列的顶部上。表面张力使得流体紧抓阵列。
图21和22示出了依据图10的块1020蒸发之后的发光装置。施加热，例如，在约150℃进行约1-2小时，以驱除溶剂并固化凝胶。在一些实施例中，初始的一小时固化可以设置在约150℃，随后在荧光体和/或透镜应用之后在约150℃进行附加的一小时固化。溶剂蒸发和凝胶的退离可以发生在初始固化的最初若干分钟内。如图21所示，凝胶已经基本上从超出LED片芯的基板上退离（其中在最初存在凝胶/溶剂的地方示出了变色），并且也基本上从LED片芯的外侧的面退离。凝胶保留在间隙中，并且也保留在相邻的LED片芯之间的基板上。
图22是示出了围绕LED片芯的底部和在LED片芯之间的凝胶涂层1110c的形成的更加放大的光学显微镜图像。如图所示，LED片芯的外侧的（顶部）面和侧壁的远端（上）表面基本上是裸露的。
图23-25示出了根据这里描述的多种实施例的发光装置的扫描电子显微镜（SEM）图像。具体地，图23是示出了围绕片芯的底部的凝胶形成的倾斜的SEM图像，所述凝胶延伸到基板并在片芯之间延伸，在侧壁的远端（上）表面上和片芯的外侧的面（顶部）上看到最小量的凝胶。图24是示出了片芯之间的凝胶的SEM图像的类似的平面图，在侧壁的上表面上和LED片芯的顶部上有最小量的凝胶。图25是在较低放大率下的类似的SEM图像，也示出了片芯之间的凝胶，在侧壁的上表面上和LED片芯的顶部上有最小量的凝胶。
图26-27是根据这里描述的多种实施例的发光装置的电子衍射谱（EDS）图谱。具体地，图26是在LED片芯的顶（外）表面上采取的EDS。图26示出了LED片芯的碳化硅组分，低的碳（C）峰确认在外侧的面上存在最小量的凝胶。注意，铂（Pt）峰来自用于SEM目的应用的薄的导电涂层。相比之下，图27是在片芯之间采取的EDS谱，以示出源于片芯之间硅树脂凝胶的存在而增加的碳峰。
不希望受任何操作理论的约束，可以使用溶剂中稀释的凝胶中的表面张力和/或其它力来导致在溶剂的蒸发期间凝胶的选择性退离，从而使得凝胶不完全覆盖LED片芯，并且在一些实施例中，基本上从LED片芯阵列外的基板退离，并且也基本上从LED片芯的外侧的面退离，但是保留在LED片芯的底部处的间隙中，并且还可以保留在相邻的LED片芯之间的基板上和/或至少部分地保留在LED片芯侧壁上。从而，可以通过液滴分散、喷涂和/或其它毯式技术来毯式施加凝胶，但是最终产品可以仅在期望的地方有凝胶，并且在不期望用于热和/结构的目的的区域基本上没有凝胶。
这里结合上面的描述和附图已经公开了许多不同的实施例。将理解，文字地描述和说明这些实施例的每种组合和子组合将是过于重复和混乱的。因此，本说明书，包括附图，应被解释为构成了这里描述的实施例的全部组合和子组合、以及制造和使用它们的方式和工艺的完整的书面描述，并应当足以支持权利要求到任何这样的组合或子组合的。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的多种实施例，并且，尽管采用了特定的术语，但是仅在一般性和描述性的意义上使用它们，而不是用于限制的目的，本发明的范围在下面的权利要求中提出。

Claims (72)

1.一种发光装置，包括：
安装基板；
发光二极管片芯，其邻近所述安装基板，在它们之间限定间隙；以及
在所述安装基板上的共形凝胶层，其至少部分地延伸到所述间隙中，所述共形凝胶层包括相对表面，所述相对表面两者都与所述安装基板的轮廓共形。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述共形凝胶层还从所述间隙延伸到所述发光二极管片芯上。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其中所述共形凝胶层的所述相对表面还都与所述发光二极管片芯的轮廓共形。
4.根据权利要求1所述的发光装置，还包括将所述发光二极管片芯连接到所述安装基板并从所述发光二极管片芯的边缘凹缩以限定所述间隙的接合区域，所述共形凝胶层填充所述间隙。
5.根据权利要求3所述的发光装置，还包括在所述共形凝胶层上的共形荧光体层，其延伸到所述发光二极管片芯上，所述共形荧光体层包括两者都与所述发光二极管片芯的轮廓共形的相对表面。
6.根据权利要求5所述的发光装置，还包括在所述共形荧光体层上的透镜。
7.根据权利要求3所述的发光装置，还包括在所述共形凝胶层上的透镜。
8.根据权利要求5所述的发光装置，其中所述共形凝胶层和所述共形荧光体层两者都包括硅树脂，但是所述共形荧光体层不是凝胶。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其中所述共形凝胶层至少五倍薄于所述共形荧光体层。
10.一种发光装置，包括：
安装基板；
发光二极管片芯，其邻近所述安装基板；
接合区域，其将所述发光二极管片芯连接到所述安装基板并从所述发光二极管片芯的边缘凹缩以限定间隙；
荧光体层，其从所述安装基板延伸，跨所述间隙并延伸到所述发光二极管片芯上；以及
在所述间隙中的填充物，被配置用于防止所述荧光体层充分地进入所述间隙而使所述发光装置的操作劣化。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其中所述填充物还从所述间隙在所述荧光体层和所述安装基板之间延伸。
12.根据权利要求11所述的发光装置，其中所述填充物还从所述间隙在所述荧光体层和所述发光二极管片芯之间延伸。
13.一种发光装置，包括：
安装基板；
在所述安装基板上的发光二极管片芯；以及
在所述安装基板上的共形凝胶层，其至少部分地延伸到所述发光二极管片芯上，所述共形凝胶层包括两者都与所述安装基板和所述发光二极管片芯的轮廓共形的相对表面。
14.根据权利要求13所述的发光装置，还包括在所述共形凝胶层上的共形荧光体层，所述共形荧光体层包括两者都与所述安装基板和所述发光二极管片芯的轮廓共形的相对表面。
15.根据权利要求13所述的发光装置，还包括在所述共形凝胶层上的透镜。
16.根据权利要求14所述的发光装置，还包括在所述共形荧光体层上的透镜。
17.根据权利要求14所述的发光装置，其中所述共形凝胶层和所述共形荧光体层都包括硅树脂，但是所述共形荧光体层不是凝胶。
18.根据权利要求17所述的发光装置，其中所述共形凝胶层至少五倍薄于所述共形荧光体层。
19.根据权利要求13所述的发光装置，还包括在所述共形凝胶层上的荧光体层。
20.一种发光装置，包括：
发光二极管片芯；以及
在所述发光二级管片芯上厚度小于约20μm的凝胶层。
21.根据权利要求20所述的发光装置，其中所述凝胶层是共形凝胶层，所述共形凝胶层包括两者都与所述发光二极管片芯的轮廓共形的相对表面。
22.根据权利要求20所述的发光装置，其中所述凝胶层为小于约10μm厚。
23.根据权利要求20所述的发光装置，其中所述凝胶层为约5μm厚。
24.根据权利要求20所述的发光装置，还包括在所述凝胶层上的荧光体层。
25.一种发光装置，包括：
发光二极管片芯；
在所述发光二极管片芯上的凝胶层；以及
在所述凝胶层上的荧光体层。
26.根据权利要求25所述的发光装置，其中所述凝胶层和所述荧光体层都包括硅树脂，但是所述荧光体层不是凝胶。
27.根据权利要求26所述的发光装置，其中所述凝胶层至少五倍薄于所述荧光体层。
28.根据权利要求26所述的发光装置，其中所述凝胶层具有小于所述荧光体层的模量。
29.根据权利要求26所述的发光装置，其中所述凝胶层具有比所述荧光体层至少小一个数量级的模量。
30.一种制造发光装置的方法，包括：
共形地对其上安装有发光二极管片芯的安装基板涂覆凝胶；然后
对所述安装基板涂覆荧光体，和/或，将透镜置于被共形地凝胶涂覆的其上安装有所述发光二极管片芯的所述安装基板上。
31.根据权利要求30所述的方法，其中共形地涂覆凝胶包括：
施加以在溶剂中稀释的凝胶到所述其上安装有发光二极管片芯的安装基板。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述施加凝胶包括：
将在溶剂中稀释的凝胶喷涂到所述其上安装有发光二极管片芯的安装基板上，使得至少一些所述溶剂蒸发。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述施加凝胶包括：
将在溶剂中稀释的凝胶分散到所述其上安装有发光二极管片芯的安装基板上，然后蒸发至少一些所述溶剂。
34.根据权利要求30所述的方法，其中凝胶涂层、所述荧光体涂层和所述透镜都包括硅树脂，但是所述荧光体涂层和所述透镜不是凝胶。
35.一种发光装置，包括：
安装基板；
发光二极管片芯阵列，邻近所述安装基板，在相应的发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙；以及
在所述安装基板上的凝胶层，其至少部分地在所述发光二极管片芯和其邻近的所述基板之间的所述间隙中延伸但并不完全覆盖所述发光二极管片芯。
36.根据权利要求35所述的发光装置，其中所述凝胶层基本上不在超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板上延伸，并且也基本上不在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。
37.根据权利要求35所述的发光装置，还包括接合区域阵列，相应的接合区域将相应的发光二极管片芯连接到所述安装基板，相应的接合区域从相应的发光二极管片芯凹缩以限定相应的间隙。
38.根据权利要求37所述的发光装置，其中所述凝胶层填充所述间隙。
39.根据权利要求38所述的发光装置，其中所述凝胶层还在阵列中邻近的发光二极管片芯之间延伸。
40.根据权利要求35所述的发光装置，其中所述凝胶层还在阵列中邻近的发光二极管片芯之间延伸。
41.根据权利要求36所述的发光装置，其中所述凝胶层还至少部分地在所述发光二极管片芯的侧壁上延伸。
42.根据权利要求35所述的发光装置，还包括直接在所述基板上的荧光体层，其延伸超出所述发光二极管片芯阵列并且还直接在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。
43.根据权利要求35所述的发光装置，还包括透镜，所述透镜扩展所述发光二极管片芯阵列，并直接在超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。
44.根据权利要求36所述的发光装置，其中所述凝胶基本上不在超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板的反射区域上延伸。
45.一种发光装置，包括：
安装基板；
发光二极管片芯，邻近所述安装基板，在所述发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙；以及
在所述安装基板上的凝胶层，其至少部分地在所述发光二极管片芯和其邻近的所述基板之间的所述间隙中延伸，但并不完全覆盖所述发光二极管片芯。
46.根据权利要求45所述的发光装置，其中所述凝胶层基本上不在超出所述发光二极管片芯的所述基板上延伸，并且也基本上不在所述发光二极管片芯的外侧的面上延伸。
47.根据权利要求45所述的发光装置，其中所述凝胶层填充所述间隙。
48.根据权利要求46所述的发光装置，其中所述凝胶层还至少部分地在所述发光二极管片芯的侧壁上延伸。
49.根据权利要求45所述的发光装置，还包括荧光体层，所述荧光体层直接在超出所述发光二极管片芯的所述基板上以及直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上。
50.根据权利要求45所述的发光装置，还包括透镜，所述透镜扩展所述发光二极管片芯并且直接在超出所述发光二极管片芯的所述基板上以及直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上延伸。
51.根据权利要求46所述的发光装置，其中所述凝胶基本上不在超出所述发光二极管片芯的所述基板的反射区域上延伸。
52.一种制造发光装置的方法，包括：
提供安装基板和发光二极管片芯阵列，所述发光二极管片芯阵列邻近所述安装基板，在相应的发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙；
将在溶剂中稀释的凝胶施加在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上；以及
蒸发至少所述一些溶剂使得所述凝胶保留在所述间隙中但并不完全覆盖所述发光二极管片芯。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂以使得所述凝胶保留在所述间隙中但基本上退离超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
54.根据权利要求52所述的方法，其中所述施加包括将在所述溶剂中稀释的至少一滴凝胶分散在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上。
55.根据权利要求52所述的方法，其中所述施加包括将在所述溶剂中稀释的所述凝胶喷涂在所述基板上和所述发光二极管片芯阵列上。
56.根据权利要求52所述的方法，其中以体积比1：4-5在所述溶剂中稀释所述凝胶。
57.根据权利要求52所述的方法，其中所述提供包括提供安装基板、邻近所述安装基板的发光二极管阵列、以及接合区域阵列，相应的接合区域将相应的发光二极管片芯连接到所述安装基板，相应的接合区域从相应的发光二极管片芯凹缩以限定相应的间隙。
58.根据权利要求53所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶填充所述间隙，但基本上退离超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
59.根据权利要求53所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中并保留在邻近的发光二极管片芯之间的所述基板上，但所述凝胶基本上退离超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
60.根据权利要求53所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中并至少部分地保留在所述发光二极管片芯的侧壁上，但所述凝胶基本上从超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板退离并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
61.根据权利要求53所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中，但所述凝胶基本上从超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板的反射区域退离并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
62.根据权利要求52所述的方法，其中在所述蒸发之后，接着直接在超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上施加荧光体。
63.根据权利要求52所述的方法，其中在所述蒸发之后，接着附接透镜，所述透镜扩展所述发光二极管片芯阵列，并直接在超出所述发光二极管片芯阵列的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上延伸。
64.一种制造发光装置的方法，包括：
提供安装基板和发光二极管片芯，所述发光二极管片芯邻近所述安装基板，在所述发光二极管片芯和其邻近的所述安装基板之间限定间隙；
将在溶剂中稀释的凝胶施加在所述基板上和所述发光二极管片芯上；以及
蒸发至少所述一些溶剂使得所述凝胶保留在所述间隙中但并不完全覆盖所述发光二极管片芯。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中，但基本上退离超出所述发光二极管片芯的所述基板并且也基本上退离所述发光二极管片芯的外侧的面。
66.根据权利要求64所述的方法，其中所述施加包括将在所述溶剂中稀释的至少一滴凝胶分散在所述基板上和所述发光二极管片芯上。
67.根据权利要求64所述的方法，其中所述施加包括将在所述溶剂中稀释的所述凝胶喷涂在所述基板上和所述发光二极管片芯上。
68.根据权利要求65所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶填充所述间隙，但基本上从超出所述发光二极管片芯的所述基板退离并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
69.根据权利要求65所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中，并至少部分地保留在所述发光二极管片芯的侧壁上，但所述凝胶基本上从超出所述发光二极管片芯的所述基板退离，并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
70.根据权利要求65所述的方法，其中所述蒸发包括蒸发至少一些所述溶剂，以使得所述凝胶保留在所述间隙中，但所述凝胶基本上从超出所述发光二极管片芯的所述基板的反射区域退离，并且也基本上从所述发光二极管片芯的外侧的面上退离。
71.根据权利要求64所述的方法，其中在所述蒸发之后，接着直接在超出所述发光二极管片芯的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上施加荧光体。
72.根据权利要求64所述的方法，其中所述蒸发之后，接着附接透镜，所述透镜扩展所述发光二极管片芯，并直接在超出所述发光二极管片芯的所述基板上和直接在所述发光二极管片芯的所述外侧的面上延伸。
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