CN116583950B - 下转换器层转移装置和使用下转换器层转移装置的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种下转换器层转移装置，以及制造和使用下转换器层转移装置的方法。下转换器层转移装置包括释放衬垫和设置在释放衬垫上的下转换器层，下转换器层包括分散在整个粘合剂中的下转换器材料，下转换器层在第一温度下是固体和非粘性的，并且在高于第一温度的升高的温度下是粘性的。

Description

下转换器层转移装置和使用下转换器层转移装置的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年12月4日提交的第17/112633号美国专利申请的优先权的权益，该申请通过引用以其全部内容并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及在用于将磷光体附接到LED管芯的发光器件(LED)的制造中使用的装置和方法，以及使用该装置和方法形成的LED。
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”或“下转换器”)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。磷光体可以被嵌入设置在由LED发射的光的路径中的硅树脂基质中。
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。
发明内容
在一个方面中，提供了一种下转换器层转移装置，所述下转换器层转移装置包括释放衬垫(release liner)和设置在释放衬垫上的下转换器层，所述下转换器层包括分散在整个粘合剂中的下转换器材料，所述下转换器层在第一温度下是固体且非粘性的，并且在高于第一温度的升高的温度下是粘性的。下转换器层可以包括两个或更多个下转换器层像素，每个下转换器层像素包括不同的下转换器材料并且设置在释放衬垫的不同区域上。下转换器层转移装置可以包括两个或更多个下转换器层像素之间的空间。两个或更多个下转换器层像素可以是相邻的，并且在接合(junction)处相遇。下转换器层转移装置可以包括设置在释放衬垫和下转换器层之间的硅化层。下转换器材料可以包括磷光体、有机染料、量子点和散射剂中的至少一种。下转换器层在第一温度下的剪切模量G*(在1Hz下)大于100KPa，并且下转换器层在升高的温度下的剪切模量G*(在1Hz下)在1KPa和100KPa之间。
在另一个方面中，提供了一种照明器件，该照明器件包括安装在衬底上的多个单独可寻址的发光二极管，每个发光二极管具有发光表面，以及多个下转换器层像素，每个下转换器层像素与发光二极管之一的发光表面接触并粘附到该发光表面，下转换器层像素包括粘合材料和散布在整个粘合材料中的下转换器材料。粘合剂可以是可热固化的粘合材料，其在固化之前，在第一温度下是固体且非粘性的，并且在高于第一温度的升高的温度下是粘性的。
在另一个方面中，提供了一种形成照明器件的方法，该形成照明器件的方法包括：提供安装在衬底上的多个发光二极管，每个发光二极管具有发光表面；提供具有设置在释放衬垫上的下转换器层的下转换器层转移装置，该下转换器层包括分散在整个粘合剂中的第一下转换器材料；将下转换器层与发光表面对准；在升高的温度下使下转换器层与发光表面接触，该升高的温度是粘合剂粘附到发光表面的温度；将与多个发光二极管的发光表面接触的下转换器层像素冷却到低于升高的温度的温度；以及移除释放衬垫，留下粘附到多个发光二极管的发光表面的下转换器层。该方法可以进一步包括固化下转换器层。使下转换器层在升高的温度下与发光表面接触可以包括对下转换器层转移装置和发光二极管施加真空。提供下转换器层转移装置可以包括提供释放衬垫，混合粘合材料、第一下转换器材料和溶剂以形成第一粘合剂下转换器混合物，用第一粘合剂下转换器混合物涂覆释放衬垫，以及从粘合剂下转换器混合物中移除溶剂以形成下转换器层。该方法可以进一步包括：在用第一粘合剂下转换器混合物涂覆释放衬垫之前，在释放衬垫上形成光刻胶图案，该光刻胶图案包括阱，其中用第一粘合剂下转换器材料涂覆释放衬垫包括在阱内设置第一粘合剂下转换器材料；以及移除光刻胶图案以留下具有下转换器层像素的像素图案的下转换器层，该像素图案在每个下转换器层像素之间具有空间。该方法还可以包括在涂覆粘合剂混合物之前，用硅化涂层涂覆释放衬垫。下转换器层的第一部分可以包括第一下转换器材料，并且设置在释放衬垫的第一区域上，并且下转换器层的第二部分包括不同于第一下转换器材料的第二下转换器材料，并且设置在释放衬垫的不同于第一区域的第二区域上。提供下转换器层转移装置可以包括：提供释放衬垫；混合粘合材料、第一下转换器材料和溶剂以形成第一粘合剂下转换器混合物；混合粘合材料、第二下转换器材料和溶剂以形成第二粘合剂下转换器混合物；在释放衬垫的第一区域上以像素图案用第一粘合剂下转换器混合物涂覆释放衬垫；在释放衬垫的第二区域上以像素图案用第二粘合剂下转换器混合物涂覆释放衬垫；以及从第一粘合剂下转换器混合物和第二粘合剂下转换器混合物中移除溶剂，以形成具有下转换器层像素的下转换器层。该方法可以进一步包括在用第一粘合剂下转换器混合物和第二粘合剂下转换器混合物涂覆释放衬垫之前，在释放衬垫上形成光刻胶图案，该光刻胶图案包括阱，其中用第一粘合剂下转换器材料涂覆释放衬垫包括将第一粘合剂下转换器材料设置在第一组阱中，并且用第二粘合剂下转换器材料涂覆释放衬垫包括将第二下转换器材料设置在不同于第一组阱的第二组阱中；以及移除光刻胶图案以留下下转换器层像素的像素图案，该像素图案在每个下转换器层像素之间具有空间。该方法还可以包括在涂覆第一粘合剂混合物和第二粘合剂混合物之前，用硅化涂层涂覆释放衬垫。下转换器材料可以包括磷光体、有机染料、量子点和散射剂中的至少一种。
附图说明
图1A为平面视图，并且图1B为截面视图，其示出了微阵列照明器件的示例。图1B中的截面视图是通过图1A中的线A-A截取的。
图2为根据示例实施例的下转换器层转移装置的截面视图。
图3A示出了根据示例实施例的使用下转换器层转移装置和所得照明器件的方法的示例实施例的流程图，并且图3B、图3C、图3D和图3E示出了该示例实施例。
图4示出了使用下转换器层转移装置形成多个微阵列照明器件的方法的示例实施例。
图5A示出了制造下转换器层转移装置的方法的示例实施例的流程图，并且图5B、图5C、图5D、图5E、图5F和图5G示出了该示例实施例。
图6为示出根据另一示例实施例的下转换器层转移装置的截面视图。
图7A、图7B、图7C和图7D示出了根据示例实施例的使用下转换器层转移装置和所得照明器件的方法的示例实施例。
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。
如本文所使用的空间相关术语——诸如“之下”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”等——可以在本文中用于容易地描述一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系，如图中所示。将理解，除了图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中器件的不同取向。例如，如果图中的器件被翻转，那么被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向在其它元件或特征的“上方”。因此，例如，取决于器件的取向，术语“下方”可以涵盖上方和下方的取向两者。该器件可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且在本文中使用的空间相对描述符被相应地解释。
发光像素阵列是发光器件，其中大量小型发光器件(诸如例如LED)布置在衬底上，该衬底可以是半导体管芯或芯片。发光像素阵列中的各个LED或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。
发光像素阵列具有广泛的应用。发光像素阵列照明器可以包括灯具，该灯具可以基于选择性像素激活和强度控制而被编程为投影不同的照明图案。这种照明器可以使用非移动部件来传递来自单一照明器件的多个可控光束图案。通常，这通过调节1D或2D阵列中各个LED的亮度来完成。可选地，光学器件(无论是共享的还是单独的)可以将光引导到特定目标区域上。
发光像素阵列可以用来选择性地和自适应地照亮建筑或区域，以改进视觉显示或减少照明费用。另外，发光像素阵列可以用来投影用于装饰性运动或视频效果的媒体立面。与追踪传感器和/或相机结合，选择性照亮行人周围的区域可以是可能的。光谱上截然不同的像素可以用来调节照明的色温，以及支持特定波长的园艺光照。
街道照明是可以极大地受益于发光像素阵列的使用的重要应用。单一类型的发光阵列可以用来模拟各种街灯类型，从而允许例如通过适当地激活或停用选定像素来在类型I线性街灯和类型IV半圆形街灯之间切换。另外，可以通过根据环境条件或使用时间而调节光束强度或分布来降低街道照明费用。例如，当不存在行人时，可以减少光强度和分布区域。如果发光像素阵列中的各像素在光谱上截然不同，则可以根据相应的白天、黄昏、或夜晚条件来调节光的色温。
发光阵列也十分适用于支持要求直接显示或投影显示的应用。例如，警告、紧急情况、或信息标识都可以使用发光阵列来显示或投影。这允许例如投影颜色改变的或闪烁的出口标识。如果发光阵列由大量像素构成，则可以呈现文字或数字信息。也可以提供方向箭头或类似指示符。
车辆头灯是一种要求大像素数量和高数据刷新速率的发光阵列应用。仅主动照亮道路的选定部分的机动车头灯可以用来减少与迎面而来的驾驶员的眩光或目眩相关联的问题。将红外相机用作传感器，发光像素阵列仅激活照亮道路所需的那些像素，同时停用可以使行人或迎面而来的车辆的驾驶员目眩的像素。另外，可以选择性地照亮道路外的行人、动物、或标识，以改进驾驶员的环境意识。如果发光像素阵列中的各像素在光谱上截然不同，则可以根据相应的白天、黄昏、或夜晚条件来调节光的色温。一些像素可以用于光学无线的车辆对车辆通信。
一种类型的发光像素阵列的示例为微LED，也称为μLED。图1A和图1B示出了微LED的示例。图1A示出了微LED阵列110的平面视图，以及LED阵列110的3×3部分的分解视图。在图1A中，每个正方形111代表单个LED或像素。如3×3部分分解视图所示，LED阵列110可以包括宽度为w1的像素111，宽度w1可以在30μm和500μm之间，例如大约100μm或更小，例如40μm。像素之间的间隙或通道113可以由宽度w2分开，宽度w2可以在30μm和500μm之间，例如大约20μm或更小，例如5μm。如图1B中所示，通道113可以在像素之间提供气隙，或者可以包含其他材料。从一个像素111的中心到相邻像素111的中心的距离d1可以是大约120μm或更小(例如，45μm)。这种微LED阵列可以具有数百、数千或数百万个一起放置在衬底上的LED，该衬底可以具有例如厘米范围的面积，尽管该面积的大小可以变化。将理解的是，本文提供的宽度和距离仅仅是示例，并且实际的宽度和/或尺寸可以变化。例如，宽度w2可以在至少一毫米的数量级，以形成稀疏的微LED，但是宽度w2可以更大或更小。
将理解，尽管图1A和图1B中所示为以对称矩阵布置的矩形像素，但任何形状和布置的像素均可以应用于本文公开的实施例。例如，图1A的LED阵列110可以包括任何适用布置的10000个像素，例如100×100矩阵、200×50矩阵、对称矩阵、非对称矩阵等。还将理解，多组像素、矩阵和/或板可以以任何适用的格式布置，以实现本文公开的实施例。
微LED可以由pcLED制成。一种用于形成微LED的方法是使用外延生长在倒装芯片构造中的管芯上形成多个单独的LED 110，如本领域已知的。图1B示出了通过图1A的线AA截取的一种类型的微LED器件的一部分的侧视图。
图1B示出了像素111和通道113。每个像素111由LED管芯140形成，LED管芯140是位于例如衬底116上的LED管芯144阵列中的一个。衬底116可以是例如单个半导体管芯或芯片、板或中介层，诸如例如CMOS(互补金属氧化物半导体)芯片或MCPCB(金属芯印刷电路板)。衬底116可以向LED管芯144的阵列中的每个LED管芯140提供电信号。下转换器163在LED管芯144的阵列之上并且在LED管芯144的阵列上。下转换器163可以由例如包含在基质中的磷光体颗粒(例如包含在硅树脂中的石榴石颗粒)形成。
图1B示出了单个化的、并且仅覆盖了单独的LED管芯140的下转换器163。然而，下转换器163可以是覆盖LED管芯140以及LED管芯140之间的间隙113两者的单层。图1B中所示的单个化的下转换器163可以包含位于各个管芯140之上的各个下转换器像素164、165和166。下转换器163可以包含各种不同的下转换器材料，每种下转换器材料在各个LED管芯140之上的不同的单独的下转换器像素中。例如，为了形成具有红色、绿色和蓝色发光像素的微LED(“RGB微LED”)，LED管芯140可以是蓝色发光LED管芯，并且单独的磷光体像素164可以是将蓝光转换成红光的下转换器，单独的磷光体像素165可以是将蓝光转换成绿光或绿色/黄色光的下转换器，并且单独的磷光体像素166可以仅包括散射剂，使得来自LED管芯的蓝光不经转换就被透射。所发射的红光、绿光和蓝光可以组合以形成白光。在一个示例中，下转换器将蓝光转换成白光，以产生在大约5700K的CCT下为单色白色的微LED。由各个像素111发射的光量可以被单独控制，以便形成可调微LED，其中发射的不饱和绿光、红光和蓝光的混合可以建立高效可调白色光源。下转换器163还可以包括每个单独的下转换器像素164、165、166之间的空间167，并且与间隙113对准。
形成pcLED(包括微LED)的一种方法是将磷光体转换材料单独形成拼贴块(tile)(其也可以称为板、小片、晶片、膜或其他形状)，诸如例如LumiramicTM。然后将该拼贴块附接或结合到单独形成的LED管芯或LED管芯阵列。为了使用这种方法组装RGB微LED，在将一层粘合剂施加到LED管芯之后，“拾取和放置”工具用于将各个磷光体拼贴块中的每一个放置到每个单独的LED管芯上，以形成各个红色、绿色和蓝色像素。这种连续的拾取和放置方法引入了显著的附接精度问题，其导致相邻像素之间的宽间隙。连续的拾取和放置方法也是耗时的，成为生产能力的瓶颈，并且从而减慢了制造工艺。可以使用的其他方法包括经由压印工艺、光刻或喷墨印刷将红色和绿色子像素图案化到蓝色管芯的阵列上。对于多色阵列，压印工艺方法可能需要在印模上组装下转换器像素，这涉及到使用连续的拾取和放置来组装。光刻法可能需要直接在LED阵列上形成图案化，由于形貌的变化以及材料类型的差异(例如，GaN上的光刻不同于硅上的光刻)，这可能是困难的。由于难以印刷高纵横比的磷光体像素，喷墨印刷的使用会受到限制。
图2示出了可以用于形成pcLED、并且尤其是用于形成发光像素阵列(例如RGB微LED)的下转换器层转移装置200的一部分的侧视图。下转换器层转移装置200包括涂覆有下转换器层220的释放衬垫210。下转换器层220包括与粘合材料混合的一种或多种下转换器材料，这将在下面更详细地描述。下转换器层220可以在单独的下转换器层像素221、222、223中包括不同类型的下转换器材料的各部分。例如，下转换器层像素221可以包括红色下转换器材料，下转换器层像素222可以包括绿色下转换器材料，并且下转换器层像素223可以仅包含散射剂。下转换器层220中使用的不同下转换器材料的数量以及不同下转换器层像素的布置和颜色可以取决于要制造的期望发光器件而变化。例如，下转换器层像素的RGB图案可以在整个下转换器层转移装置之上重复。在下转换器层像素221、222和223中的每一个之间可以有空间224。设置下转换器层像素221、222、223和空间224的尺寸，使得当下转换器层220转移到LED阵列144时，如下所述，下转换器层像素221、222、223位于各个LED 140的顶部上，以产生如图1A和图1B中所示的发光器件。
图2仅示出了仅具有四个下转换器层像素的下转换器层转移装置的一部分。一般而言，完整的下转换器层转移装置可以具有与LED阵列144的面积相匹配的面积，或者足够大以覆盖LED阵列144的发光部分，下转换器将位于该LED阵列144上以形成微LED 110。完整的下转换器层转移装置可以具有覆盖多于一个LED阵列144的区域，使得可以一次制造几个LED阵列144。各个下转换器层像素221、222、223的数量可以匹配LED阵列144中各个LED管芯140的数量，尽管这不是必需的。因此，单个下转换器层转移装置中的各个下转换器层像素的数量可以是100到10000000个。
释放衬垫210可以为任何材料，通常为柔性片的形式，能够保持下转换器层220并能够在操作中释放下转换器层220(如下图3A-图3D中所示)。因此，释放衬垫210可以被优化(例如，针对粗糙度、滑移和表面能)，使得下转换器层220均匀地涂覆释放衬垫210，并且使得在下转换器层220被转移到衬底之后，释放衬垫210可以从下转换器层220干净地释放。释放衬垫210可以是一片柔性材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)，诸如例如PANACCorporation SP-PET-50-01BU。释放衬垫210可以涂覆有位于释放衬垫210和粘合层之间的转移涂层(图2中未示出)，该转移涂层增强粘合层的释放。这种转移涂层可以是例如硅化释放涂层，其示例包括在PET衬垫上的PANAC Corporation的PDMS释放涂层，并且在由陶氏化学公司的R.Ekeland、J.Tonge和G.Gordon于2018年出版的陶氏白皮书“Release ForceUnderstanding-Recent Findings”中进一步描述，该白皮书通过引用以其全部内容并入本文。特别地，当释放衬垫210被移除时(如以下示例中所示)，为了确保下转换器层220干净地转移到衬底，粘合层和释放衬垫210之间的剥离强度可以低于30N/m，例如，在1-5N/m之间。
下转换器层220包括下转换器材料和粘合材料，并且是下转换器层转移装置的一部分，其被转移并粘合到衬底(即LED阵列144)，以形成微LED，如以下将参照图3A-图3E更详细描述的。
用于形成下转换器层220的粘合材料可以被选择为具有以下特性。第一是粘合材料可以均匀地涂覆到释放衬垫210上，以形成下转换器层转移装置200。第二是粘合材料形成干燥、不发粘且相对硬的下转换器层220，即其在第一较低温度(例如室温)下不流动。也就是说，在第一温度下，诸如室温(例如15-25℃)，下转换器层220中的粘合材料虽然粘附到其上形成该粘合材料的释放衬垫210，但其粘性不足以附接到衬底(例如LED管芯)。例如，下转换器层220中的粘合材料在第一温度(例如室温)下可以遵循剪切模量G*(在1Hz下)>100KPa(0.1MPa)的Dahlquist标准，例如剪切模量G*>300KPa(0.3MPa)。第三，形成下转换器层220的粘合材料变得发粘，并在升高的温度下回流。也就是说，当热量施加到下转换器层220时，它变成粘性的，并且然后能够直接附接到衬底。例如，选择升高的温度，使得粘合材料的剪切模量G*(在1Hz下)在剪切模量G*＝1KPa和剪切模量G*＝100KPa之间，其中tandelta通常在0.5和3.0之间，例如在50℃和150℃之间(例如100℃)。第四，用于形成下转换器层220的粘合材料能够形成向目标衬底提供强结合的下转换器。
特别地，下转换器层220中使用的粘合材料在第一较低温度下的粘性可能不足以直接附接到衬底，但在升高的温度下的粘性足以直接附接到衬底(诸如LED管芯)，且冷却后，与释放衬垫210相比，其对衬底有更强的附接，使得可以容易地移除释放衬垫。用于形成下转换器层220的粘合材料可以是例如硅氧烷粘合剂。
下转换器层220中使用的下转换器材料可以为用于微LED应用的任何下转换器材料，且可与粘合材料相兼容。下转换器材料可以包括例如：磷光体颗粒，例如石榴石颗粒；有机染料，例如发射小分子(诸如例如Alq3(Al(C9H6NO)3)，或聚合物(诸如例如PPV(聚对亚苯基亚乙烯基))；和/或量子点，诸如例如胶体半导体纳米晶体。下转换器材料也可以是散射剂，诸如例如TiO2，其散射由LED 140发射的光，但是不改变所发射光的颜色。
下转换器层220的厚度T被选择为匹配最终装置中下转换器163的所需目标厚度，并且可以在1μm至200μm的范围内，例如，小于10μm，在5μm和10μm之间的范围内。下转换器层220也可以形成为使得厚度T在整个层上是均匀的，例如，在整个下转换器层220上以及在下转换器层像素221、222、223、224之间，T可以具有小于20％(例如小于10％)的偏差(变化)。也就是说，如与其他下转换器层像素221、222、223、224中的任一个的厚度T相比，下转换器层像素221、222、223、224中的每一个具有小于20％(例如小于10％)的厚度偏差(变化)。下转换器层像素221、222、223、224的均匀厚度是有利的，因为更均匀的厚度导致所发射光的外观更均匀。同样有利的是，因为下转换器材料在粘合层中，所以不需要单独的粘合层来将包含下转换器材料的拼贴块或其他层附接到LED管芯。这移除了照明器件形成中的额外加工步骤，并且导致了下转换器层与LED管芯的发光表面直接接触的器件。由LED管芯发射的光在进入下转换器层之前不需要穿过结合层。另外的优点是，如与由拾取和放置方法制造的下转换器像素相比，在所得器件中的下转换器像素之间存在一致的对准，在所述拾取和放置方法中，作为拾取和放置工艺的结果，对准可能存在随机变化。
图3A-图3E示出了使用下转换器层转移装置200的方法的示例的流程图和图示。可以使用真空层压工艺将下转换器层220转移到LED阵列344上，类似于2020年5月14日提交的题为“Adhesive Film Transfer Coating and Use in Manufacturing of LightEmitting Devices”的第16/874529号美国专利申请中公开的工艺，该申请通过引用以其全部内容并入本文。
如图3B中所示，在S310，可以将下转换器层转移装置200在LED阵列344之上对准。LED阵列344包括衬底316上的多个单独的LED管芯340。如图3B中所示，转换器层转移装置200的下转换器层220正面向LED阵列344的表面317，下转换器层220将被施加到该表面317。表面317是LED管芯通过其发射光的表面。下转换器层像素221、222、223中的每一个都正面向单独的LED管芯340之一的表面317。下转换器层像素221、222、223的边缘226可以与单独的LED管芯340的边缘346对准，使得下转换器层像素221、222、223之间的空间224位于LED阵列344的通道313之上。实现各个下转换器层像素221、222、223和单独的LED管芯340之间的良好对准对于改善微LED的性能是重要的。可以使用各种方法来实现对准。例如，本领域普通技术人员已知的基准标记可以放置(未示出)在下转换器层转移装置200和LED阵列344上，以允许精确对准。
如图3C中所示，在S320，可以对下转换器层转移装置200和LED阵列344施加真空，并且在S330，可以使下转换器层转移装置200在升高的温度下与LED阵列344接触。所使用的温度取决于在下转换器层转移装置200中使用的特定粘合材料。通常，温度高到足以使下转换器层220中使用的粘合材料流动并变得发粘，即，粘性足以粘到LED管芯340s的表面317。可以选择升高的温度，使得剪切模量G*(在1Hz下)在剪切模量G*＝1KPa和剪切模量G*＝100KPa之间，其中tan delta通常在0.5和3.0之间。同时，温度应该足够低以防止过度流动，使得下转换器层220中使用的粘合材料通常保持其形状和对LED管芯340的覆盖，而不在LED管芯340的边缘之上滴落或泄漏。附接有下转换器层转移装置200的LED阵列344然后可以被冷却，例如，回到室温。
如图3D中所示，在S340，可以移除释放衬垫210，从而将下转换器层220留在LED阵列344上。因为在热处理之后，下转换器层220中的粘合材料比释放衬垫210更牢固地附接到LED管芯340。释放衬垫210可以例如通过从附接到LED阵列344的下转换器层220剥离释放衬垫210来机械地移除。如上所述，为了确保清洁转移，释放衬垫210可以被设计成在下转换器层220和释放衬垫210之间具有低于30N/m(例如1-5N/m)的剥离强度。在移除释放衬垫210之后，下转换器层220保留在LED阵列344上。特别地，各个LED管芯340具有附接到LED管芯340的表面317的单独的下转换器层像素221、222、223。
在S350，可以在移除释放衬垫210后，对下转换器层220中的粘合材料进行额外固化。例如，可以施加热量来完全固化下转换器层220中的粘合材料，以将其转换成下转换器层363，如图3E中所示。
如图3E中所示，完全固化的下转换器层363结合至LED阵列344。特别地，可以包含不同下转换器材料的各个下转换器像素364、365和366被结合到LED阵列344的各个LED管芯340。
图3B-图3D示出了在LED阵列344的各个LED 340、和各个下转换器像素364、365、366的水平上使用下转换器层转移装置200的工艺的放大图。如图4中所示，可以将下转换器层转移装置200制造得足够大，以将下转换器转移到多于一个的LED阵列344。每个LED阵列344包含多个LED 340，以形成例如微LED。每个LED阵列344位于衬底401上，衬底401可以是例如本领域普通技术人员已知的载体胶带(carrier tape)。示出了完整的下转换器层转移装置200，其中各个下转换器像素形成在释放衬垫210上的多个阵列420中。应用关于图3A-图3D公开的真空层压工艺，以便在单个制造工艺中在多个LED阵列344上形成下转换器。
图5A-图5G示出了制造下转换器层转移装置200的方法的流程图和图示。图5B示出了释放衬垫510，其可以是具有如上关于释放衬垫210所述的特性的柔性片。在S510，如图5C中所示，要使用的释放衬垫510可以涂覆有硅化涂层511，以增强如上所述的释放特性。硅化涂层511是可选的。
如图5D和图5E中所示，在S520，可以在释放衬垫510上形成图案化光刻胶512。为了形成图案化光刻胶512，可UV固化的抗蚀剂被涂覆到释放衬垫510上，并且然后被压印以形成具有与期望的像素尺寸相反的图案结构。然后固化压印的可UV固化的抗蚀剂，以在光刻胶图案中留下具有“阱”513的图案化光刻胶512。如图5E中所示，在该示例中，图案化光刻胶512被图案化成行，但是取决于期望的下转换器像素的最终图案，可以使用其他图案。图5E还示出了具有与“阱”513大致相同宽度的图案化光刻胶512，但是尺寸可以变化，并且光刻胶512可以比阱513窄得多。在一个示例中，阱可以具有50μm的宽度和45μm的深度。
在S530，可以通过混合粘合材料、下转换器材料和溶剂来制备一种或多种粘合剂下转换器混合物501、502。例如，树脂和溶剂——诸如甲基苯基硅氧烷树脂和环己酮溶剂，或者在另一个示例中是硅树脂(例如DowLF-1112)和丙二醇甲醚乙酸酯溶剂——可以与一种或多种下转换器材料(例如磷光体、有机染料、量子点或散射剂)混合。下转换器材料分散在整个粘合剂中。为要形成的每个下转换器像素类型形成单独的粘合剂下转换器混合物501、502。例如，如果要形成RGB器件，则可以分别形成具有红色下转换器材料的粘合剂下转换器混合物、具有绿色下转换器材料的粘合剂下转换器混合物和具有散射剂的粘合剂下转换器混合物。粘合材料与溶剂的质量比取决于所使用的特定下转换器材料和从器件发射的光的期望特性，并且可以在例如5:1和0.1:1之间，或者甚至更大。可以选择粘合材料和溶剂的浓度，以实现粘合剂下转换器混合物501、502的期望粘度。可以选择粘合剂下转换器混合物501、502的粘度，以优化释放衬垫510的润湿，同时仍然实现所得下转换器层520的期望厚度T。例如，粘合剂下转换器混合物501、502的粘度可以在70和3000mPa.s(或cP)之间的范围内。
在S540，如图5F中所示，将每种粘合剂下转换器混合物501、502涂覆到光刻胶512的图案化区域上。特别地，将每种粘合剂下转换器混合物501、502涂覆到光刻胶512上，以便用粘合剂下转换器混合物501、502填充光刻胶512的某些“阱”区域513。可以使用能够以期望的厚度用粘合剂下转换器混合物501、502的均匀层合适地涂覆释放衬垫210的任何方法，诸如例如苯胺印刷、狭缝涂布或旋转丝网印刷。如图5F中所示，不同的粘合剂下转换器混合物501、502被填充到不同的阱513中。例如，粘合剂下转换器混合物501可以填充到每隔一个的阱513中，并且粘合剂下转换器混合物502可以填充其间的阱。对于单独的粘合剂下转换器混合物501、502，可能需要多次连续涂布(coating passes)。也就是说，如图5F中所示，第一粘合剂下转换器混合物501可以涂覆到第一组阱513中，并且然后第二粘合剂下转换器混合物502可以随后涂覆到没有填充有第一粘合剂下转换器混合物501的阱513中。如果要使用多于两种的粘合剂下转换器混合物，可以使用几次涂布(coating passes)，每种不同的粘合剂下转换器混合物一次。
在S550、S560，一旦粘合剂下转换器混合物501、502被涂覆到光刻胶512的阱513中，粘合剂下转换器混合物501、502就可以被干燥以形成具有下转换器层像素521、522的下转换器层520。光刻胶512可以被显影以移除光刻胶512(如图5G中所示)，从而在释放衬垫510上留下具有下转换器层像素522、521的下转换器层转移装置500。在S560处移除光刻胶也可以发生在S550处干燥和/或部分固化粘合剂下转换器混合物501、502之前或期间。
取决于所用的粘合剂，在S570，可以额外固化粘合剂下转换器混合物，以稳定材料并改善下转换器层520的均匀性。
使用诸如上文图5中所示的光刻胶512的优点在于，下转换器层像素522的边缘(或侧壁)——例如边缘526——被明确限定，且无需机械锯切下转换器层来分离像素。
图6示出了可以用于形成pcLED、并且尤其是用于形成发光像素阵列(例如RGB微LED)的下转换器层转移装置600的另一示例的一部分的侧视图。在图6中所示的下转换器层转移装置600中，下转换器层620不包含下转换器像素之间的明显和限定的间隙或空间，例如图3B中所示的空间224。下转换器层转移装置600包括涂覆有下转换器层620的释放衬垫610。如上所述，下转换器层620包括与粘合材料混合的一种或多种下转换器材料。下转换器层620可以在单独的下转换器层像素621、622、623中包括不同类型的下转换器材料的各部分。例如，下转换器层像素621可以包括红色下转换器材料，下转换器层像素622可以包括绿色下转换器材料，并且下转换器层像素623可以仅包含散射剂。下转换器层620中使用的不同下转换器材料的数量以及不同下转换器层像素的布置和颜色可以取决于要制造的期望发光器件而变化。例如，下转换器层像素的RGB图案可以在整个下转换器层转移装置之上重复。如图6中所示，不同的粘合剂下转换器像素621、622、623彼此相邻，并且可以在接合633处彼此接触。在接合633处，两个相邻下转换器像素的下转换器材料之间可能存在一些混合。设置下转换器层像素621、622、623的尺寸，使得当下转换器层620被转移到LED阵列144时，如下所述，下转换器层像素621、622、623位于各个LED 140的顶部上，以制造如上述图1A和图1B中所示的发光器件。
图7A-图7C示出了使用下转换器层转移装置600的方法。该方法通常遵循图3A的流程图中针对下转换器层转移装置200阐述的方法，除了下转换器层转移装置600不包含边缘，例如图3B中所示的边缘226。如图7A中所示，下转换器层转移装置600可以在LED阵列744之上对准。LED阵列744包括衬底716上的多个单独的LED管芯740。如图7A中所示，转换器层转移装置600的下转换器层620正面向LED阵列744的表面717，下转换器层620将被施加到该表面717。表面717是LED管芯740通过其发射光的表面。下转换器层像素621、622、623中的每一个都正面向单独的LED管芯740之一的表面717。下转换器层像素621、622、623之间的接合633可以对准，以便处于单独的LED管芯740的边缘746之间，使得下转换器层像素621、622、623之间的接合633位于LED阵列744的通道713之上。实现各个下转换器层像素621、622、623和单独的LED管芯640之间的良好对准对于改善微LED的性能是重要的。如上所述，可以使用各种方法来实现对准，例如基准标记。
如图7B中所示，可以对下转换器层转移装置600和LED阵列744施加真空，并且可以使下转换器层转移装置600在升高的温度下与LED阵列744接触。所使用的温度取决于在下转换器层转移装置600中使用的特定粘合材料，如上文参考图3C所述。附接有下转换器层转移装置600的LED阵列744然后可以被冷却，例如，回到室温。
如图7C中所示，可以移除释放衬垫610，从而将下转换器层620留在LED阵列644上。热处理后，位于LED管芯640上的下转换器层620中的粘合材料的各部分比释放衬垫610更牢固地附接到LED管芯640。释放衬垫610可以例如通过从附接到LED阵列744的下转换器层620上剥离释放衬垫610来机械地移除。在接合633处的下转换器层620中的粘合材料的各部分634——其不与LED管芯640接触——在热处理之后保持附接到释放衬垫，并且因此，如图7C中所示，当释放衬垫被移除时，接合633处的下转换器层的各部分634与释放衬垫610一起被移除，仅留下位于后面的LED管芯740上的下转换器层620的各部分。释放衬垫610具有如上文参照图3D所述的剥离强度。在移除释放衬垫610和在接合633处的下转换器层620的各部分634之后，单独的LED管芯740具有附接到LED管芯740的表面717的单独的下转换器层像素621、622、623。
可以在移除释放衬垫610后，对下转换器层620中的粘合材料进行额外固化，从而导致结合至LED阵列344的完全固化的下转换器层763，如图7D中所示。特别地，可以包含不同下转换器材料的各个下转换器像素664、665、666被结合到LED阵列744的各个LED管芯740。图7D中的照明器件结构基本上与图3E中所示的照明器件结构相同，除了在不使用光刻胶来形成下转换器层620的情况下，下转换器像素664、665、666的边缘可能不如下转换器像素的边缘那样被明确限定。
除了在移除释放衬垫610的同时移除各部分634之外，或作为在移除释放衬垫610的同时移除各部分634的替代，可以使用机械锯切来分离位于LED管芯744上的下转换器层像素621、622、623，并移除下转换器层620的任何剩余部分634。
为了制备下转换器层转移装置600，可以使用类似于图5A中所示的方法，除了不使用光刻胶。因此，类似于图5A的S510，释放衬垫610可以可选地涂覆有硅化涂层611。在释放衬垫610上不形成图案化光刻胶，也就是说，跳过S520。类似于S530，可以通过混合粘合材料、下转换器材料和溶剂来制备一种或多种粘合剂下转换器混合物。粘合剂下转换器混合物然后以预定图案涂覆到释放衬垫上，以形成下转换器层620(图6)，预定图案设置成以便形成不同的下转换器层像素621、622、623。这可以使用例如接触印刷技术(诸如凹版印刷或苯胺印刷)来实现。
如图6中所示，当设置在释放衬垫610上以形成下转换器层像素621、622、623时，不同的粘合剂下转换器混合物可以在接合633处相互接触，并且在形成下转换器层620的粘合剂内的接合633处可能存在一些下转换器材料的混合。然而，当用于形成下转换器像素时，如图7C中所示，下转换器混合物可能已经混合的接合633可以定位成对应于LED管芯740之间的间隙713。然后，当移除释放衬垫时(如图7C中所示)，和/或通过机械地移除可能保留在管芯之间的间隙713之上的下转换器层620，各部分634可以与释放衬垫一起被移除。
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。

Claims (13)

1.一种下转换器层转移装置，包括：
释放衬垫；和
设置在所述释放衬垫上的下转换器层，所述下转换器层包括分散在整个粘合剂中的下转换器材料，所述下转换器层在第一温度下是固体且非粘性的，并且在高于所述第一温度的升高的温度下是粘性的，
所述下转换器层包括第一下转换器层像素和第二下转换器层像素，所述第一下转换器层像素和所述第二下转换器层像素具有不同的下转换器材料，设置在所述释放衬垫的不同区域上，彼此相邻，并在接合处相遇。
2.根据权利要求1所述的下转换器层转移装置，进一步包括设置在所述释放衬垫和所述下转换器层之间的硅化层。
3.根据权利要求1所述的下转换器层转移装置，其中所述下转换器材料包括磷光体、有机染料、量子点和散射剂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的下转换器层转移装置，其中所述下转换器层在第一温度下的剪切模量G*(在1Hz下)大于100KPa，并且所述下转换器层在所述升高的温度下的剪切模量G*(在1Hz下)在1KPa和100KPa之间。
5.一种形成照明器件的方法，所述方法包括：
提供安装在衬底上的多个发光二极管，每个发光二极管具有发光表面；
提供具有设置在释放衬垫上的下转换器层的下转换器层转移装置，所述下转换器层包括分散在整个粘合剂中形成第一下转换器层像素的第一下转换器材料和形成第二下转换器层像素的第二下转换器材料，所述第一下转换器材料和所述第二下转换器材料彼此不同，所述第一下转换器层像素和所述第二下转换器层像素设置在所述释放衬垫的不同区域上，彼此相邻，并在接合处相遇；
将所述下转换器层与所述发光表面对准；
在升高的温度下使所述下转换器层与所述发光表面接触，所述升高的温度是所述粘合剂粘附到所述发光表面的温度；
将与所述多个发光二极管的发光表面接触的所述下转换器层冷却到低于所述升高的温度的温度；以及
移除所述释放衬垫，留下粘附到所述多个发光二极管的发光表面的所述下转换器层。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括固化所述下转换器层。
7.根据权利要求5所述的方法，其中使所述下转换器层在升高的温度下与所述发光表面接触包括对所述下转换器层转移装置和所述发光二极管施加真空。
8.根据权利要求5所述的方法，其中提供所述下转换器层转移装置包括：
提供所述释放衬垫；
将所述粘合剂、所述第一下转换器材料和溶剂混合以形成第一粘合剂下转换器混合物；
用所述第一粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫；以及
从所述第一粘合剂下转换器混合物中移除所述溶剂以形成所述第一下转换器层像素。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在用所述第一粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫之前，在所述释放衬垫上形成光刻胶图案，所述光刻胶图案包括阱，
其中用所述第一粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫包括将所述第一粘合剂下转换器混合物设置在所述阱中；以及
移除所述光刻胶图案。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括在用所述第一粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫之前，用硅化涂层涂覆所述释放衬垫。
11.根据权利要求5所述的方法，其中提供所述下转换器层转移装置包括：
提供所述释放衬垫；
将所述粘合剂、所述第一下转换器材料和溶剂混合以形成第一粘合剂下转换器混合物；
混合所述粘合剂、所述第二下转换器材料和所述溶剂以形成第二粘合剂下转换器混合物；
在所述释放衬垫的第一区域上以像素图案用所述第一粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫；
在所述释放衬垫的第二区域上以像素图案用所述第二粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫；以及
从所述第一粘合剂下转换器混合物和所述第二粘合剂下转换器混合物中移除所述溶剂，以形成所述第一下转换器层像素和所述第二下转换器层像素。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在用所述第一粘合剂下转换器混合物和所述第二粘合剂下转换器混合物涂覆所述释放衬垫之前，用硅化涂层涂覆所述释放衬垫。
13.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一下转换器材料包括磷光体、有机染料、量子点和散射剂中的至少一种。
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