CN116325195A - 用于发光二极管的保护层 - Google Patents

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Abstract

颗粒层位于发光二极管的光输出表面之上。透明保护层位于光输出表面和颗粒层之间并与光输出表面和颗粒层接触。颗粒层包括大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层。颗粒的特征在于D50大于约1.0μm且小于约30μm；涂层的厚度小于约0.20μm。保护层的厚度小于约0.07μm并且包括不同于涂层材料的一种或多种材料。保护层和涂层可以各自包括一种或多种金属或半导体氧化物。相对于相应的光输出表面，保护层材料的氧化物前驱体反应性小于涂层材料。

Description

用于发光二极管的保护层
优先权要求
本申请要求以发明人Meyer等人和申请人Lumileds LLC的名义于2020年10月8日提交的标题为“用于发光二极管的保护层”的美国非临时申请第17/066278号的优先权，所述申请通过引用并入本文，如同以其全部内容阐述一样。
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管和磷光体转换发光二极管。
背景技术
半导体发光二极管和激光二极管(在本文中统称为“LED”)是当前可用的最有效的光源之一。LED的发射光谱通常在由该器件的结构和由其构成的半导体材料的组分所确定的波长处表现出单一的窄峰。通过合适地选择器件结构和材料体系，LED可以被设计为在紫外、可见、或红外波长处来操作。
LED可以与吸收由LED发射的光并作为响应发射更长波长的光的一种或多种波长转换材料(在本文中一般称为“磷光体”)组合。对于这种磷光体转换LED(“pcLED”)，由LED发射的被磷光体吸收的光的份额取决于由LED发射的光在光路上的磷光体材料的量，例如取决于设置在LED上或LED周围的磷光体层中磷光体材料的浓度以及该层的厚度。
可以将磷光体转换LED设计为使得LED发射的所有光都被一种或多种磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射完全来自磷光体。在这种情况下，例如，可以选择磷光体以在狭窄的光谱区域内发射光，该光不由LED直接有效地产生。
替代地，可以将pcLED设计为使得由LED发射的光的仅一部分被磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射是由LED发射的光和由磷光体发射的光的混合。通过合适地选择LED、磷光体、和磷光体组分，可以将这样的pcLED设计成发射例如具有期望的色温和期望的显色特性的白光。
可以在单个衬底上一起形成多个LED，以形成阵列。这种阵列可以用来形成有源照明显示器，诸如在智能手机和智能手表、计算机或视频显示器、或者标牌中采用的那些。每毫米具有一个或几个或许多单独器件的阵列(例如，大约一毫米、几百微米、或小于100微米的器件间距，以及相邻器件之间小于100微米或者仅几十微米或更小的间隔)通常被称为miniLED阵列或microLED阵列(替代地，μLED阵列)。这种miniLED阵列或microLED阵列在许多实例中还可以包括如上所述的磷光体转换器；这种阵列可以被称为pc-miniLED阵列或pc-microLED阵列。在下面的描述中，
发明内容
对于一个或多个半导体发光二极管中的每一个，相应颗粒层位于每个发光二极管的相应的光输出表面之上。对应的透明保护层位于每个光输出表面和对应的颗粒层之间并与每个光输出表面和对应的颗粒层接触。颗粒层包括大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层。颗粒的特征在于D50大于约1.0μm且小于约30μm，并且涂层的厚度小于约0.20μm。保护层的厚度小于约0.07μm并且包括不同于涂层材料的一种或多种材料。保护层的材料可以包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且涂层可以包括一种或多种金属或半导体氧化物。保护层材料的特征可以在于一种或多种氧化物前驱体反应性相对于相应的光输出表面小于表征涂层材料的这种氧化物前驱体反应性。一个或多个发光二极管以及相应的保护层和颗粒层可以布置成LED阵列、pcLED阵列、miniLED阵列、pc-miniLED阵列、microLED阵列、或pc-microLED阵列。
在参考附图中所图示及以下书面描述或所附权利要求中公开的示例实施例时，与LED、pcLED、miniLED阵列、pc-miniLED阵列、microLED阵列、和pc-microLED阵列相关的目的和优点可以变得清楚。
提供本发明内容是为了以简化形式介绍构思的选择，这些构思将在下文的具体实施方式中进一步描述。该发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1示出了示例pcLED的示意性截面视图。
图2A和图2B分别示出了pcLED示例阵列的示意性的截面视图和俯视图。图2C示出了示例miniLED或microLED阵列以及该阵列的3×3LED的放大部分的示意性俯视图。图2D示出了单片地形成在衬底上的示例pc-miniLED或pc-microLED阵列的几个LED的透视图。
图3A示出了其上可以安装pcLED阵列的示例电子板的示意性俯视图，并且图3B类似地示出了安装在图3A的电子板上的pcLED示例阵列。
图4A示出了相对于波导和投影透镜布置的pcLED示例阵列的示意性截面视图。图4B示出了在没有波导的情况下与图4A的布置类似的布置。
图5A至5C示出了包括半导体LED和颗粒层的示例LED的示意性截面图，在LED和颗粒层之间没有保护层。
图6A至图6C示出了包括半导体LED和颗粒层的示例LED的示意性截面图，在LED和颗粒层之间具有保护层。
图7A至图7C示意性地图示了用于制作示例pcLED的示例方法中的步骤，该示例pcLED包括半导体LED和颗粒层之间的保护层。
图8是示出在LED和颗粒层之间具有和不具有保护层的LED的对比可靠性结果的图表。
所描绘的实施例仅为示意性地示出；所有的特征可能没有完全详细或以适当的比例示出；为了清晰起见，某些特征或结构可能相对于其他特征或结构被夸大或缩小，或者被完全省略；除非明确指示是按比例的，否则不应认为附图是按比例的。例如，相对于它们的侧向(lateral)程度或者相对于衬底或磷光体厚度，各个LED的垂直尺寸或层厚度可能被夸大。所示的实施例仅是示例，并且不应被解释为限制本公开或所附权利要求的范围。
具体实施方式
应该参照附图来阅读以下具体实施方式，其中遍及不同的图相同的附图标记指代类似的元件。不一定成比例的附图描绘了选择性实施例并且不旨在限制本发明的范围。具体实施方式通过示例的方式、不通过限制的方式说明了本发明的原理。
图1示出了单独的pcLED 100的示例，其包括设置在衬底104上的半导体二极管结构102(在本文中一起被认为是LED)，和设置在LED上的波长转换结构(例如，磷光体层)106。半导体二极管结构102通常包括设置在n型层和p型层之间的有源区。跨半导体结构的合适的正向偏压的施加导致来自有源区的光发射。发射的光的波长由有源区的组分和结构确定。
例如，LED可以是III族氮化物LED，其发射蓝色、紫色或紫外光。也可以使用由任何其他合适的材料体系形成并且发射任何其他合适波长的光的LED。其他合适的材料体系可以包括例如III族磷化物材料、III族砷化物材料、和II-IV族材料。
取决于来自pcLED的期望的光学输出，可以使用任何合适的磷光体材料。
图2A-图2B分别示出了设置在衬底202上的pcLED 100的阵列200的截面视图和俯视图，每个pcLED 100包括磷光体像素106。这种阵列可以包括以任何合适方式布置的任何合适数量的pcLED。在所说明的示例中，该阵列被描绘为单片地形成在共享衬底上，但是替代地，可以由分开的各个pcLED形成pcLED阵列。衬底202可以可选地包括用于驱动LED的CMOS电路，并且可以由任何合适的材料形成。
如图3A-图3B中所示，pcLED阵列200可以安装在电子板300上，该电子板300包括电源和控制模块302、传感器模块304、和LED附接区306。电源和控制模块302可以接收来自外部源的电源和控制信号以及来自传感器模块304的信号，电源和控制模块302基于这些信号来控制LED的操作。传感器模块304可以从任何合适的传感器、例如从温度或光传感器接收信号。替代地，pcLED阵列200可以安装在与电源和控制模块以及传感器模块分开的板(未示出)上。
可选地，各个pcLED可以包含透镜或其他光学元件，或者布置成与透镜或其他光学元件组合，所述透镜或其他光学元件定位成与磷光体层相邻或者设置在磷光体层上。这种光学元件(图中未示出)可以称为“初级光学元件”。另外，如图4A-图4B中所示，pcLED阵列200(例如，安装在电子板300上)可以布置成与次级光学元件(诸如波导、透镜、或二者)组合，以在预期应用中使用。在图4A中，由pcLED 100发射的光被波导402收集并被导向投影透镜404。例如，投影透镜404可以是菲涅尔透镜。例如，此布置可以适用于在机动车头灯中使用。在图4B中，由pcLED 100发射的光直接被投影透镜404收集而没有使用介于中间的(intervening)波导。当pcLED可以间隔成足够靠近彼此时，此布置可以是特别合适的，并且也可以在机动车头灯以及相机闪光应用中使用。例如，miniLED或microLED显示应用可以使用与图4A-图4B中描绘的光学布置相似的光学布置。一般地，取决于期望的应用，可以将光学元件的任何合适的布置与本文描述的pcLED组合使用。
图1A可以在任何可应用的布置——诸如100×100矩阵、200×50矩阵、对称矩阵、非对称矩阵等——中包括例如超过10000个像素。还将理解，多个像素集合、矩阵、和/或板可以以任何可应用的格式布置，以实施本文公开的实施例。
尽管图2A和图2B示出了九个pcLED的3×3阵列，但此类阵列可以包括例如以102、103、104或更多个的量级的LED，例如如图2C中示意性所示。各个LED 911(即，像素)在阵列900的平面中可以具有例如小于或等于1毫米(mm)、小于或等于500微米、小于或等于100微米、或者小于或等于50微米的宽度w1(例如，边长)。阵列900中的LED 911可以通过在阵列900的平面中具有例如数百微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于20微米、小于或等于10微米、或者小于或等于5微米的宽度w2的隔道(street)、巷道(lane)或沟槽913彼此隔开。像素间距D1是w1和w2之和。虽然所图示的示例示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但是这些像素和阵列可以具有任何合适的形状或布置。多个分开的LED阵列可以以任何可应用的格式组合在任何合适的布置中。
阵列平面中的尺寸w1(例如边长)小于或等于约0.10毫米的LED通常被称为microLED，并且这种microLED的阵列可以被称为microLED阵列。阵列平面中的尺寸w1(例如边长)在大约0.10毫米和大约1.0毫米之间的LED通常被称为miniLED，并且这种miniLED的阵列可以被称为miniLED阵列。
LED、miniLED或microLED的阵列，或者此类阵列的各部分，可以形成为分段的单片结构，其中各个LED像素通过沟槽和/或绝缘材料彼此电气隔离。图2D示出了这种分段单片阵列1100的示例的透视图。该阵列中的像素由沟槽1130分开，该沟槽1130被填充以形成n接触1140。单片结构生长或设置在衬底1114上。每个像素包括p接触1113、p-GaN半导体层1112、有源区1111、和n-GaN半导体层1110。波长转换器材料1117可以沉积在半导体层1110(或其他可应用的介于中间的层)上。钝化层1115可以形成在沟槽1130内，以将n接触1140的至少一部分与半导体的一个或多个层分开。n接触1140或沟槽内的其他材料可以延伸到转换器材料1117中，使得n接触1140或者其他结构或材料在像素之间提供完整的或部分的光学隔离屏障1120。
LED阵列中的各个LED(像素)可以是单独可寻址的，可以作为阵列中像素的组或子集的一部分而可寻址，或者可以不是可寻址的。因此，对于要求或受益于光分布的细粒度的强度、空间和时间控制的任何应用，发光像素阵列都是有用的。这些应用可以包括但不限于来自像素块或各个像素的所发射光的精确的特殊图案化。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。发光像素阵列可以以各种强度、空间、或时间图案提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分地基于接收的传感器数据并且可以用于光学无线通信。相关联的电子器件和光学器件可以在像素、像素块、或器件级别上截然不同。
出于多种不同原因，可能期望在半导体LED 102的光输出表面102D上形成颗粒层505(包括一个或多个半导体层102B和一个或多个半导体层102C之间的有源发光区102A)。颗粒层505包括颗粒505A上的薄透明涂层505B。颗粒505A可以是光学散射颗粒或发光颗粒或两者，并且可以包括任何合适的一种或多种材料(例如，玻璃、陶瓷、晶体或多晶等等)。在一些示例中，颗粒层505在LED的光输出表面上形成波长转换磷光体层；涂层505B可以用于将颗粒505A彼此粘结在一起，并粘结到光输出表面102D(例如，如图5A所示，并在美国申请第15/802273号和第16/887618号中公开的)。通过选择具有适当大的折射率的涂层材料，可以增加磷光体层505的散射效率，这例如对于增加阵列的相邻发光二极管之间的对比度可以是有益的(例如，如美国申请第16/887618号中所公开的)。在一些示例中，颗粒层505可以被布置成将单独的波长转换磷光体层106粘附到LED 102的光输出表面102D(例如，如图5B所示和美国申请第15/802273号中公开的)。在一些示例中，颗粒层505与LED 102D的光输出表面折射率匹配或接近折射率匹配，使得颗粒层505充当光学耦合结构，该光学耦合结构增强通过光输出表面102D从LED 102提取光(例如，如图5C所示和美国申请第16/597455号中公开的)。本段中提到的三个专利申请中的每一个都通过引用以其全部内容并入。
颗粒505A通常为亚微米至微米级，例如，其特征在于D50(即中值横向尺寸)大于约0.10μm且小于约20μm。颗粒505A可以以任何合适的方式施加到光输出表面102D，例如通过喷涂、沉积等。然后，涂层505B沉积到颗粒505A和光输出表面102D的各部分上。使用保形沉积工艺来沉积涂层505B，使得它涂覆颗粒505A的所有侧面，同时保持足够薄(例如，小于约0.30μm)；如果允许进行，则沉积的涂层材料505B可以填充颗粒505A之间的空隙。通常，原子层沉积(ALD)或其他合适的化学气相沉积(CVD)工艺用于沉积涂层材料505B。典型的ALD反应分为(至少)两部分。在第一步中，氧化物前驱体(金属或半导体)被馈送入反应器，并吸附和/或与表面上的反应基团反应；基本上所有未反应或未吸附的前驱体分子都通过反应器吹扫被去除。在第二步中，将氧源(例如水或臭氧)馈送入反应器，并与颗粒表面上的金属或半导体源反应；反应器吹扫基本上去除了所有剩余的氧源分子和由缩合反应形成的水解产物。由于表面反应的自限性，这两个步骤导致原子层(或单层)的形成。这些原子层反应步骤重复多次以形成最终的ALD涂层。ALD工艺的逐步性质也允许在具有大纵横比的结构(例如磷光体颗粒)上和在具有大纵横比的结构(例如磷光体颗粒)中形成保形涂层。ALD工艺还允许通过将不同的氧化物前驱体连续馈送入反应器来沉积不同组分的层，以形成具有定制光学特性的多组分层或纳米层压材料。
在一些示例中，涂层材料505B包括一种或多种金属或半导体氧化物。合适材料的示例可以包括例如Al2O3、HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、V2O5、Y2O3或ZrO2。在ALD和其它CVD工艺中，使用各种氧化物前驱体(以气态形式)，它们反应以在表面上沉积所期望的材料。氧化物前驱体的示例包括例如一种或多种金属或半导体卤化物、酰胺、烷基酰胺或醇盐，或者其他金属、半导体或有机金属化合物(在碳和金属或准金属之间包括至少一个键的有机金属化合物)。具体前驱体的示例可以包括但不限于：Al(CH3)3、HAl(CH3)2、Hf(N(CH3)2)4、Hf(N(CH2CH3)2)4、TaCl5、Ta(N(CH3)2)5、ZrCl4、Zr(N(CH3)2)4、TiCl4、Ti(OCH3)4、Ti(OEt)4、SiCl4、H2N(CH2)3、Si(OEt)3、Si(OEt)4、叔-(丁基亚氨基)-三(二乙基氨基)-铌、或三(乙基环戊二烯基)钇。
然而，已观察到，在一些实例中，将光输出表面102D(通常为III-V族半导体的表面)暴露于某些氧化物前驱体可以使该表面退化，导致器件寿命或可靠性降低。例如，在使用三甲基铝(TMA；Al(CH3)3)在GaN基发光二极管的光输出表面上沉积Al2O3之后，这种退化是显著的。将期望在涂层材料505B的沉积期间减少或防止光输出表面102D的这种退化。
因此，包括半导体LED 102(包括有源区102A和半导体层102B和102C)和颗粒层505的发光装置100可以在其发光表面102D上进一步包括在光输出表面102D和颗粒层505之间并与光输出表面102D和颗粒层505接触的保护层103(例如，如图6A、6B和6C所示)。颗粒层505位于光输出表面102D之上，并且包括大量颗粒505A和薄涂层505B。颗粒505A可以是光学散射的、发光的或两者兼有的，并且其特征在于大于约0.10μm且小于约20μm的D50(即，中值尺寸)。透明材料的涂层505B涂覆颗粒505A，并且厚度小于约0.30μm、或小于约0.20μm、或小于约0.10μm。透明保护层103位于光输出表面102D和颗粒层505之间并与光输出表面102D和颗粒层505接触。保护层103的厚度小于约0.07μm、小于约0.05μm、小于约0.03μm或小于约0.020μm，并且包括不同于涂层材料的一种或多种材料。在保护层103包括多种材料的示例中，那些材料可以被布置为保护层103的多个离散子层；在这样的示例中，那些层中的每一层的厚度可以小于大约0.020μm，或者小于大约0.010μm。
具有多个相应保护层103和颗粒层505的多个LED 102可以布置为LED阵列、miniLED阵列或microLED阵列。如果布置成miniLED阵列，则每个LED 102具有小于大约1.0毫米的横向尺寸，并且与阵列的相邻LED 102分开小于大约0.10毫米。如果布置为microLED阵列，则每个LED 102(i)具有小于约0.10毫米或小于约0.05毫米的横向尺寸，并且(ii)与阵列的相邻发光二极管分开小于约0.05毫米、小于约0.020毫米或小于约0.010毫米。在一些示例中，阵列的每个LED 102具有厚度小于大约5.0μm的层102A/102B/102C的组合厚度。
在许多示例中，保护层103的材料包括一种或多种金属或半导体氧化物；在许多示例中，涂层505B包括一种或多种金属或半导体氧化物。保护层103的材料的特征在于一种或多种氧化物前驱体反应性相对于相应的光输出表面102D小于表征涂层505B的材料的这种氧化物前驱体反应性。通过选择这种材料，可以减少或消除光输出表面的退化。保护层103的较不活泼的氧化物前驱体可以反应并形成光输出表面102D的较少退化或没有退化的层。在光输出表面102D被如此保护的情况下，可以使用其相应的氧化物前驱体来形成涂层505B，而不使光输出表面102D退化(或进一步退化)；保护层103的存在防止了这种退化(或进一步退化)，保护层103保护光输出表面102D不与涂层505B的氧化物前驱体接触。
在一些实例中，保护层103的材料可包括选自由HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组的一种或多种材料。已知那些材料的层——并且尤其是选自那些材料的不同材料的多层——形成致密的无针孔层，该无针孔层对于空气(诸如水)或三甲基铝(TMA，一种氧化铝前驱体)几乎是不可渗透的。这种不可渗透层对于形成保护层103可能是合期望的。在一些示例中，涂层505B的材料可以包括从由Al2O3、HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料。用于保护层103的一种或多种具体材料的选择可以受用于高折射率材料505B的材料的限制。例如，如果采用TiO2作为高折射率材料505B，那么保护层505B将采用不同的材料，其中对应的氧化物前驱体的反应性比TiO2的反应性低。在一些示例中，光输出表面102D是GaN、AlN、AlGaN合金、GaP、AlGaP、AlInGaP合金、或其他III-V族半导体材料表面。在一些示例中，保护层103包括HfO2，并且涂层505B包括Al2O3。
在一些示例中(例如，如图6A所示)，颗粒505A包括发光颗粒，并且颗粒层505形成相应发光二极管的相应磷光体波长转换层。涂层材料505B将颗粒505A彼此粘附并粘附到光输出表面102D。该布置类似于图5A的布置，其中在光输出表面102D和波长转换磷光体层505之间添加了保护层103。
在一些示例中(例如，如图6B所示)，单独的磷光体波长转换层106位于颗粒层505上并与颗粒层505接触；颗粒505A可以是但不需要是发光颗粒。涂层材料505B将颗粒505A彼此粘附，粘附到光输出表面102D，并且粘附到磷光体层106；颗粒层505用于将波长转换层106粘附到保护层103，并且从而粘附到LED 102。该布置类似于图5B的布置，其中在光输出表面102D和粘附/颗粒层505之间添加了保护层103。
在一些示例中(例如，如图6C所示)，涂层材料505B的折射率可以与光输出表面102D的折射率匹配或近似匹配。在这样的示例中，颗粒层505充当光学耦合结构，其增强通过光输出表面102D从LED 102提取光。该布置类似于图5C的布置，其中在光输出表面102D和光学耦合结构505之间添加了保护层103。注意，在一些示例中，颗粒层505可以同时用作光学耦合结构(例如，如图6C所示)和粘合层(例如，如图6B所示)。
可以通过首先在光输出表面102D上形成保护层103，并且然后在保护层103上形成颗粒层505来制造上述任何LED 102或阵列。颗粒层505通常通过首先将颗粒505A涂敷到保护层103，并且然后沉积涂层材料层505B(例如，如图7A至图7C中示意性示出的)来形成。在图7A的截面视图中，已使用ALD或其他合适的CVD工艺在半导体LED 102的光输出表面102D上形成保护层103。在图7B中，使用任何合适的工艺(例如通过沉降)在保护层103上沉积单层颗粒505A；在其他示例中，可以沉积多层颗粒505A。在图7C中，高折射率材料505B可以例如通过ALD沉积，以在颗粒上形成保形涂层，如图7C中所示(并且上文已描述)。图8示出了具有和不具有HfO2保护层103的LED的对比可靠性结果。在85℃下以1安培操作时，受保护的LED在操作约50小时后几乎完全恢复，而未受保护的LED表现出显著的、不可逆的退化。
在一些示例中，保护层103包括一种或多种金属或半导体氧化物，且可以使用一种或多种相应的保护层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积来形成。在一些示例中，涂层505B包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且使用不同于一种或多种保护层氧化物前驱体的一种或多种相应的涂层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积来形成。保护层氧化物前驱体相对于相应的光输出表面102D表现出的反应性小于由一个或多个涂层氧化物前驱体表现出的这种氧化物前驱体反应性。换句话说，与形成涂层505B将已经有的损害相比，形成保护层103对光输出表面102D的损害更小；在一些实例中，形成保护层103可能根本没有损害。在涂层505B的沉积期间保护层103的存在减少或防止了涂层氧化物前驱体对光输出表面102D的损害。
在一些示例中，(i)保护层包括HfO2，(ii)保护层氧化物前驱体包括四(二甲基氨基)铪(Hf(NMe2)4)、四(乙基甲基氨基)铪(Hf(NMET)4)、或四(二乙基氨基)铪(Hf(NEt2)4)中的一种或多种，(iii)涂层包括Al2O3，以及(iv)涂层氧化物前驱体包括三甲基铝(Al(CH3)3)或氢化二甲基铝(HAl(CH3)2)中的一种或多种。
在一些实例中，保护层103和高折射率材料505B的材料选择可以被沉积工艺所许可的反应条件的限制所限。在一些示例中，在形成保护层103和颗粒层505之前，可以将LED102的阵列安装在驱动或控制电路基板(例如，CMOS TFT基板)上。因为电路基板上的一些或所有电子部件不能承受过度加热，所以在一些示例中，保护层103和涂层在低于约150℃的温度下形成。
本公开为说明性的，并且不是限制性的。鉴于本公开，进一步的修改对于本领域技术人员来说将是清楚的，并且旨在落入所附权利要求的范围内。
除前述内容外，以下示例实施例落在本公开或所附权利要求的范围内。
示例1。一种装置，包括：(a)一个或多个半导体发光二极管，每个半导体发光二极管具有相应的光输出表面；(b)相应颗粒层，其位于每个光输出表面之上，并且包含大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层，所述大量光学散射或发光颗粒的特征在于D50大于约0.10μm且小于约20μm，所述涂层具有小于约0.30μm的厚度；以及(c)相应的透明保护层，其位于每个光输出表面和相应颗粒层之间并与每个光输出表面和相应颗粒层接触，保护层的厚度小于约0.07μm并且包括不同于涂层材料的一种或多种材料。
示例2。根据示例1所述的装置，其中：(i)每个保护层的材料包括一种或多种金属或半导体氧化物，(ii)涂层包括一种或多种金属或半导体氧化物，以及(iii)每个保护层的材料的特征在于一种或多种氧化物前驱体反应性相对于相应的光输出表面小于表征涂层材料的这种氧化物前驱体反应性。
示例3。根据示例1或2中任一项所述的装置，其中(i)保护层的材料包括从由HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，(ii)涂层的材料包括从由Al2O3、HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，和(iii)每个光输出表面是GaN、AlN、AlGaN合金、GaP、AlGaP或AlInGaP合金材料表面。
示例4。根据示例1至3中任一项所述的装置，其中，保护层包括HfO2，并且涂层包括Al2O3。
示例5。根据示例1至4中任一项所述的装置，其中所述一个或多个半导体发光二极管形成具有相应的光输出表面的半导体发光二极管阵列，每个发光二极管(i)具有小于约1.0毫米的横向尺寸，并且(ii)与阵列的相邻发光二极管分开小于约0.10毫米。
示例6。根据示例1至5中任一项所述的装置，其中所述一个或多个半导体发光二极管形成具有相应的光输出表面的半导体发光二极管阵列，每个发光二极管(i)具有小于约0.10毫米的横向尺寸，并且(ii)与所述阵列的相邻发光二极管分开小于约0.05毫米。
示例7。根据示例1至6中任一项所述的装置，其中每个发光二极管具有小于约5μm厚的n型掺杂层、有源层和p型掺杂层的组合厚度。
示例8。根据示例1至7中任一项所述的装置，其中所述大量颗粒包括发光颗粒，并且每个颗粒层形成相应发光二极管的相应磷光体波长转换层。
示例9。根据示例1至8中任一项所述的装置，还包括位于相应颗粒层上并与相应颗粒层接触的相应磷光体波长转换层，每个颗粒层将相应波长转换层粘附到相应保护层。
示例10。根据示例1至9中任一项所述的装置，其中所述涂层材料的折射率匹配或近似匹配每个光输出表面的折射率。
示例11。一种用于形成示例1至10中任一项所述的装置的方法，该方法包括：(A)在一个或多个半导体发光二极管中的每一个的相应的光输出表面上形成与每个光输出表面接触的相应的透明保护层，该保护层的厚度小于约0.07μm；和(B)在每个光输出表面上的相应保护层上形成位于相应保护层上并与相应保护层接触的相应颗粒层，每个保护层包含大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层，所述大量光学散射或发光颗粒的特征在于D50大于约0.10μm且小于约20μm，所述涂层具有小于约0.30μm的厚度，该保护层包括不同于涂层材料的一种或多种材料。
示例12。根据示例11所述的方法，其中：(A’)保护层包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且使用一种或多种相应的保护层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积形成；(B’)涂层包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且使用不同于一种或多种保护层氧化物前驱体的一种或多种相应的涂层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积来形成；和(C)一种或多种保护层氧化物前驱体相对于相应的光输出表面表现出的反应性小于由一种或多种涂层氧化物前驱体表现出的这种氧化物前驱体反应性。
示例13。根据示例12所述的方法，其中氧化物前驱体包括一种或多种金属或半导体卤化物、酰胺、烷基酰胺、或醇盐，或者有机金属化合物。
示例14。根据示例12或13中任一项所述的方法，其中所述一种或多种保护层氧化物前驱体或所述一种或多种涂层前驱体可以包括以下中的中的一种或多种：Al(CH3)3、HAl(CH3)2、Hf(N(CH3)2)4、Hf(N(CH2CH3)2)4、TaCl5、Ta(N(CH3)2)5、ZrCl4、Zr(N(CH3)2)4、TiCl4、Ti(OCH3)4、Ti(OEt)4、SiCl4、H2N(CH2)3、Si(OEt)3、Si(OEt)4、叔-(丁基亚氨基)-三(二乙基氨基)-铌、或三(乙基环戊二烯基)钇。
示例15。根据示例12至14中任一项所述的方法，其中(i)保护层包括HfO2，(ii)保护层氧化物前驱体包括四(二甲基氨基)铪(Hf(NMe2)4)、四(乙基甲基氨基)铪(Hf(NMET)4)、或四(二乙基氨基)铪(Hf(NEt2)4)中的一种或多种，(iii)涂层包括Al2O3，以及(iv)涂层氧化物前驱体包括三甲基铝(Al(CH3)3)或氢化二甲基铝(HAl(CH3)2)中的一种或多种。
示例16。根据示例11至15中任一项所述的方法，还包括使用相应颗粒层将相应磷光体波长转换层粘附到每个光输出表面上的相应保护层，所述相应磷光体波长转换层位于相应颗粒层上并与相应颗粒层接触。
示例17。根据示例11至16中任一项所述的方法，其中每个相应的保护层和涂层在低于约150℃的温度下形成。
意图是公开的示例实施例和方法的等同物应当落入本公开或所附权利要求的范围内。意图是可以修改所公开的示例实施例和方法及其等同物，同时保持在本公开或所附权利要求的范围内。
在前述具体实施方式中，出于精简公开内容的目的，可以将若干示例实施例中的各种特征组合在一起。这种公开的方法不应被解释为反映以下意图：任何要求保护的实施例需要比对应权利要求中明确列举的更多的特征。反而，如所附权利要求所反映的，发明主题可以在于(lie in)少于单个公开的示例实施例的所有特征。因此，本公开应当被解释为隐含地公开了具有一个或多个特征的任何合适子集的任何实施例——这些特征在本申请中被示出、描述或要求保护——所述任何合适子集包括可能未在本文中明确公开的那些子集。特征的“合适”子集仅包括相对于该子集的任何其他特征既不不兼容也不互斥的特征。因此，所附权利要求由此被整体并入具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独公开的实施例。此外，所附从属权利要求中的每一个应当被解释为——仅仅是为了通过所述将权利要求并入具体实施方式中进行公开的目的——就好像以多个从属形式写成并且从属于与其不矛盾的所有前述权利要求。还应注意，所附权利要求的累积范围可以但不一定涵盖本申请中公开的全部主题。
以下解释应当适用于本公开和所附权利要求。除非另有明确陈述，否则词语“包括”、“包含”、“具有”及其变体无论在何处出现都应被理解为开放式术语，其含义如同在其每个实例之后附加了诸如“至少”之类的短语一样。冠词“a”应被解释为“一个或多个”，除非“仅一个”、“单个”或其他类似的限制在特定上下文中被明确陈述或隐含；类似地，冠词“the”应被解释为“……中的一个或多个”，除非“……中仅一个”、“……中的单个”或其他类似的限制在特定的上下文中被明确地陈述或隐含。连词“或”应被解释为包含性的，除非：(i)它以其他方式明确陈述，例如，通过使用“或…或…”、“……中仅一个”或类似的语言；或者(ii)所列出的替代方案中的两个或更多个被理解或公开(隐含地或明确地)为在特定上下文中不兼容或互斥。在后一种情况下，“或”将被理解为仅涵盖涉及非互斥替代方案的那些组合。在一个示例中，“狗或猫”、“狗或猫中的一只或多只”以及“一只或多只狗或猫”中的每一个都将被解释为没有任何猫的一只或多只狗，或者没有任何狗的一只或多只猫，或者每一只中的一只或多只。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠”、“狗、猫或老鼠中的一只或多只”和“一只或多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗，没有任何猫或老鼠，(ii)一只或多只猫，没有任何狗或老鼠，(iii)一只或多只老鼠，没有任何狗或猫，(iv)一只或多只狗以及一只或多只猫，没有任何老鼠，(v)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(vi)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(vii)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠中的两只或更多只”或“两只或更多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗以及一只或多只猫，没有任何老鼠，(ii)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(iii)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(iv)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠；“三只或更多只”、“四只或更多只”等等将被类似地解释。
出于本公开或所附权利要求的目的，当采用与数值量相关的术语——诸如“约等于”、“基本上等于”、“大于约”、“小于约”等——时，应当适用与测量精度和有效数字相关的标准惯例，除非明确阐明了不同的解释。对于由诸如“基本上防止”、“基本上不存在”、“基本上消除”、“大约等于零”、“可忽略的”等等短语描述的零量，每个这样的短语应该表示以下情况：其中所讨论的量已经减少或缩小到这样的程度，使得在所公开或要求保护的设备或方法的预期操作或使用的上下文中，为了实践目的，该设备或方法的总体行为或性能与实际上已经完全去除零量、精确等于零、或以其他方式精确为零量时将已经发生的行为或性能没有区别。
出于本公开和所附权利要求的目的，实施例、实例或权利要求的元件、步骤、限制或其他部分的任何标注(例如，第一、第二、第三等，(a)、(b)、(c)等，或(一)、(二)、(三)等)仅仅是为了清晰的目的，并且不应当被解释为暗示如此标注的部分的任何种类的排序或优先顺序。如果任何这样的排序或优先顺序是有意的，则它将在实施例、示例或权利要求中明确列举，或者在一些实例中，基于实施例、示例或权利要求的具体内容，它将是隐含的或固有的。在所附权利要求中，如果期望在设备权利要求中援引35USC§112(f)的规定，那么词语“装置”将出现在该设备权利要求中。如果期望在方法权利要求中援引那些规定，则词语“用于……的步骤”将出现在该方法权利要求中。反之，如果词语“装置”或“用于……的步骤”没有出现在权利要求中，那么35USC§112(f)的规定不旨在被援引用于该权利要求。
如果任何一种或多种公开内容通过引用并入本文，且此类并入的公开内容与本公开部分或全部冲突、或者与本公开在范围上不同，那么对于冲突的程度、更广泛的公开内容、或更广泛的术语定义，以本公开为准。如果此类并入的公开内容部分或全部相互冲突，那么对于冲突的程度，以较晚日期的公开为准。
按照需要提供了摘要，以帮助在专利文献内搜索具体主题的那些人。然而，摘要不旨在暗示任何特定权利要求一定涵盖其中所列举的任何元件、特征或限制。由每个权利要求所涵盖的主题的范围应该仅由该权利要求的列举来确定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
(a)一个或多个半导体发光二极管，每个半导体发光二极管具有相应的光输出表面；
(b)相应颗粒层，其位于每个光输出表面之上，并且包含大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层，所述大量光学散射或发光颗粒的特征在于D50大于约0.10μm且小于约20μm，所述涂层具有小于约0.30μm的厚度；和
(c)相应的透明保护层，其位于每个光输出表面和相应颗粒层之间并与每个光输出表面和相应颗粒层接触，保护层的厚度小于约0.07μm并且包括不同于涂层材料的一种或多种材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：(i)每个保护层的材料包括一种或多种金属或半导体氧化物，(ii)所述涂层包括一种或多种金属或半导体氧化物，以及(iii)每个保护层的材料的特征在于一种或多种氧化物前驱体反应性相对于相应的光输出表面小于表征涂层材料的这种氧化物前驱体反应性。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：(i)所述保护层的材料包括从由HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，(ii)所述涂层的材料包括从由Al2O3、HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，和(iii)每个光输出表面是GaN、AlN、AlGaN合金、GaP、AlGaP或AlInGaP合金材料表面。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述保护层包括HfO2，并且所述涂层包括Al2O3。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体发光二极管形成具有相应的光输出表面的半导体发光二极管阵列，每个发光二极管(i)具有小于约1.0毫米的横向尺寸，并且(ii)与所述阵列的相邻发光二极管分开小于约0.10毫米。
6.根据权利要求1所述的装置，其中每个发光二极管具有小于约5μm厚的n型掺杂层、有源层和p型掺杂层的组合厚度。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述大量颗粒包括发光颗粒，并且每个颗粒层形成相应发光二极管的相应磷光体波长转换层。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括位于相应颗粒层上并与相应颗粒层接触的相应磷光体波长转换层，每个颗粒层将相应波长转换层粘附到相应保护层。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述涂层材料的折射率与每个光输出表面的折射率匹配或近似匹配。
10.一种方法，包括：
(A)在一个或多个半导体发光二极管中的每一个的相应的光输出表面上形成与每个光输出表面接触的相应的透明保护层，保护层的厚度小于约0.07μm；以及
(B)在每个光输出表面上的相应保护层上形成位于相应保护层上并与相应保护层接触的相应颗粒层，每个保护层包括大量光学散射或发光颗粒和涂覆大量颗粒的透明材料薄涂层，所述大量光学散射或发光颗粒的特征在于D50大于约0.10μm且小于约20μm，所述涂层具有小于约0.30μm的厚度，所述保护层包括不同于涂层材料的一种或多种材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
(A’)所述保护层包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且使用一种或多种相应的保护层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积形成；
(B’)所述涂层包括一种或多种金属或半导体氧化物，并且使用不同于一种或多种保护层氧化物前驱体的一种或多种相应的涂层氧化物前驱体，利用原子层沉积或化学气相沉积来形成；以及
(C)所述一种或多种保护层氧化物前驱体相对于相应的光输出表面表现出的反应性小于由一种或多种涂层氧化物前驱体表现出的这种氧化物前驱体反应性。
12.根据权利要求11所述的方法，其中氧化物前驱体包括一种或多种金属或半导体卤化物、酰胺、烷基酰胺、或醇盐，或者有机金属化合物。
13.根据权利要求10所述的方法，其中(i)所述保护层的材料包括从由HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，(ii)所述涂层的材料包括从由Al2O3、HfO2、SiO2、Ga2O3、GeO2、SnO2、CrO2、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、V2O5、Y2O3和ZrO2组成的组中选择的一种或多种材料，和(iii)每个光输出表面是GaN、AlN、AlGaN合金、GaP、AlGaP或AlInGaP合金材料表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中(i)所述保护层包括HfO2，(ii)所述保护层氧化物前驱体包括四(二甲基氨基)铪(Hf(NMe2)4)、四(乙基甲基氨基)铪(Hf(NMET)4)、或四(二乙基氨基)铪(Hf(NEt2)4)中的一种或多种，(iii)所述涂层包括Al2O3，以及(iv)所述涂层氧化物前驱体包括三甲基铝(Al(CH3)3)或氢化二甲基铝(HAl(CH3)2)中的一种或多种。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个半导体发光二极管形成具有相应的光输出表面的半导体发光二极管阵列，每个发光二极管(i)具有小于约1.0毫米的横向尺寸，并且(ii)与该阵列中的相邻的发光二极管分开小于约0.10毫米。
16.根据权利要求10所述的方法，其中每个发光二极管具有小于约5μm厚的n型掺杂层、有源层和p型掺杂层的组合厚度。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述大量颗粒包括发光颗粒，并且每个颗粒层形成相应发光二极管的相应磷光体波长转换层。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括使用相应颗粒层将相应磷光体波长转换层粘附到每个光输出表面上的相应保护层，所述相应磷光体波长转换层位于相应颗粒层上并与相应颗粒层接触。
19.根据权利要求10所述的方法，其中所述涂层材料的折射率与每个光输出表面的折射率匹配或近似匹配。
20.根据权利要求10所述的方法，其中每个相应的保护层和涂层在低于约150℃的温度下形成。
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