TW201316826A - 耦接發光元件與光轉換材料的方法與設備 - Google Patents

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Abstract

發光元件(如LED)係與光轉換材料(如磷光劑及/或其他材料)結合。將包含該光轉換及/或其他材料之施基板適當地相對於與該發光元件結合之目標基板放置，之後使用雷射或其他能源將圖形中之該光轉換及/或其他材料依據該圖形經由書寫或遮罩從該施基板轉移至該目標基板。該轉移製程之可定址能力及可對準能力有助於該目標基板之精確圖形化。

Description

耦接發光元件與光轉換材料的方法與設備
本技術係一般性關於固態照明裝置的製造，尤其本技術係關於耦接固態發光元件(如發光二極體(LED))與光轉換材料(如磷光劑)的方法與設備。
固態照明裝置，如發光二極體(LED)，可供作效率高的多功能光源。由該種照明裝置發出的光之特性(如色度)可利用光轉換材料(如磷光劑)來調整。舉例來說，可以將發黃光的磷光劑塗層分別施加於藍光或紫外光「泵式」LED來製造白光LED。來自泵式LED的光被磷光劑吸收、導致磷光劑再發射出不同特性波長的光。因而可以將來自LED與磷光劑塗層的結合光之感知色彩調整到所需的白色。習知有各式各樣提供具有所需色度的光之方法。
目前可靠地利用固態光源結合光轉換材料來製造照明裝置面臨數個挑戰。首先，發光元件(如LED)通常會在色度與其他特性上表現出相當大的變化，而且在同一製造批次與不同製造批次之間皆如此。其次，光轉換材料的性質及光轉換材料的配置量會表現出習知的製造流程無法控制的變動。習知的製造流程通常會將懸浮於矽氧烷黏結溶液中的磷光劑分配於容置LED的凹處中，因 而對適量磷光劑的組成與配置提供有限的控制。因此該種製程對產生的光之轉換效率與色度變化便提供了不良的控制。此外，未使用的黏結溶液通常最終會變成廢棄物，因為從一般的黏結溶液中回收磷光劑十分昂貴。通常當含有昂貴稀土元素的磷光劑未被充分利用時，製造成本會因而不必要地提高。
結果，現行生產整合光轉換材料的固態照明裝置之方法會表現出很明顯的變化。例如，現行生產塗覆白色磷光劑的LED之大量製造流程通常提供會在色度有重大且明顯變化的LED，而這迫使LED必須進行測試與分類(binning)。由於原料中的變異與磷化劑塗覆製程的變異，製造產量因而降低了。因此，需要不受限於以上一或多個限制的耦接固態發光元件與光轉換材料之方法與設備。
美國專利第5,521,035號揭示使用雷射引發著色劑轉移來製備彩色濾光元件與相關液晶顯示裝置的方法，彩色濾光元件係藉由雷射引發著色劑從色彩施者轉移到透明的、非雙折射的基板(如玻璃或聚合薄膜)所製備。
美國專利第5,171,650號揭示將圖形從複合剝離轉移攝像媒介轉移及產生於與複合剝離轉移攝像媒介連續定位的接收元件之方法與系統。該方法可應用於色彩驗證與印刷、安全編碼、圖像藝術及印刷電路工業。該複合攝像媒介包含支撐基板、一或多個動態釋放層及攝像輻射剝離承載頂塗，該攝像輻射剝離承載頂塗包括攝像量 的對比攝像材料。該動態釋放層吸收輻射來實現承載頂塗的影像式剝離大量轉移。
美國專利第7,153,618號揭示一種形成液晶顯示裝置的彩色濾光基板之方法。將黑色矩陣形成於基板上、將彩色濾光轉移薄膜黏附於該基板及使用雷射光束來照射整個彩色濾光轉移薄膜。該彩色濾光轉移薄膜包括紅色、綠色及藍色的彩色濾光圖形。將該轉移薄膜從該基板移除，使得該紅色、綠色及藍色彩色濾光圖形仍留在該基板上。
提供該背景資訊之目的是為了使申請人所相信的習知資訊作為本技術的可能關聯，而不需承認亦不應理解為前述任何資訊構成對抗本技術之先前技藝。
本技術之一目的係提供一種耦接發光元件與一或多種光轉換材料之方法與設備。本技術之另一目的係提供對應的與光轉換材料耦接之發光元件。依據本技術之一態樣，係提供一種耦接一或多個發光元件與光轉換材料之方法，該方法包含以下步驟：提供目標基板，該目標基板與該一或多個發光元件結合；提供鄰接該目標基板之施基板，該施基板包含該光轉換材料，並且該施基板設以於一部分之該施基板接受預定激發之後立即將對應部分之該光轉換材料轉移至該目標基板；及可控制地激發 該施基板之一或多個選擇位置，從而將該光轉換材料從該施基板之該一或多個選擇位置轉移至該目標基板。
依據本技術之另一態樣，係提供一種照明裝置，該照明裝置包含：一或多個具有第一尺寸之發光元件；及光轉換材料之圖形，該光轉換材料操作式耦接於該發光元件，該圖形包含一或多個具有第二尺寸之特徵，而且該第二尺寸小於該第一尺寸。
依據本技術之另一態樣，係提供一種耦接一或多個發光元件與光轉換材料之設備，該設備包含：操作區設以接收目標基板，該目標基板與該一或多個發光元件結合；該操作區進一步設以接收鄰接該目標基板之施基板，該施基板包含該光轉換材料，該施基板設以於部分之該施基板接受預定激發之後立即將對應部分之該光轉換材料轉移至該目標基板；雷射系統設以激發位於該操作區中之該施基板之一或多個選擇位置，從而將該光轉換材料從該施基板之該一或多個選擇位置轉移至該目標基板；及移動系統設以對準該雷射系統，從而將該雷射系統產生的雷射光對準該一或多個選擇位置。
定義
術語「光轉換材料」係用以定義依據第一光譜分佈吸收光子且依據第二光譜分佈發射光子的材料。在某些實 施例中，可將光轉換材料描述為「色彩轉換材料」。光轉換材料可包含冷光物質、螢光物質、磷光劑、量子點、應用半導體的光轉換器或類似者。光轉換材料可包含稀土元素。
術語「發光元件」(LEE)係用以定義所有例如經施加電位差或電流通過來活化而發射輻射的裝置，該輻射係位於電磁光譜的任意區或組合區，例如可見光區、紅外光及/或紫外光區。因此，發光元件可以具有單色的、類單色的、多色的或寬帶光譜發射特性。發光元件的實例包括半導體、有機或聚合物/聚合的發光二極體、塗覆光泵式磷光劑的發光二極體、光泵式奈晶發光二極體或任何其他類似的發光裝置，如本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的。此外，術語發光元件係用以定義發射輻射的特定裝置(例如LED晶粒)，而且術語發光元件可以同樣地用來定義發射輻射的特定裝置與放置該特定裝置的外殼或包裝的組合。發光元件的實例也包括雷射及更具體的半導體雷射，如VCSEL(垂直凹面發射雷射)及邊緣發射雷射。進一步的實例可包括超冷光二極體與其他的超冷光裝置。
本文中所使用的術語「大約」係指在公稱值的+/-10%變化內，已瞭解到無論是否有具體指明該種變動，本文提供之已知值總是涵括該種變動。
除非以其他方式定義，否則本文中使用的所有技術與科學術語都具有與該技術所屬領域中具有通常知識之人 士所通常瞭解者相同的意義。
依據本技術之各態樣，係提供配置一或多個材料於一或多個目標基板上之方法與製程。視實施例而定，該等材料與目標基板的結合在有或無與某些系統部件結合下可提供相關預定功能。視實施例而定，目標基板可與某些系統部件不同或相同。視實施例而定，系統部件及/或目標基板可包括或不包括LEE、感測器、濾光片或其他物體。視實施例而定，目標基板可以某種方式與其他系統部件結合，例如藉由相對的空間方位、距離或其他操作結合。該功能可包括電的、磁的、機械的、熱的、光的、化學的、聲音的或其他功能。該種功能可基於該等材料、目標基板及/或其他系統部件提供的對應性質或功能及/或性質之結合。例如光性質可包括波長轉換，如由波長轉換材料、某些折射率材料(包括某些超材料(metamaterial)所提供的負折射率材料)所提供者，或其他光性質。例如該系統可包含或架設為照明器具、感測器、催化轉化器、電池或其他系統。瞭解到如本文所述且如案例可能的，可以一或多個異於光轉換材料的材料補充或取代光轉換材料。
如第1圖所說明的，方法100包含步驟110提供與一或多個發光元件結合的目標基板。該目標基板可包含或不包含該發光元件。該目標基板可包含發光元件、一或多個發光元件的包裝組、與一或多個發光元件光耦接的透射材料或類似者，如本文中所述。方法100進一步包 含步驟120提供與該目標基板鄰接之施基板。該施基板包含該光轉換材料且設以於相關部分的施基板接受預定激發之後立即將一部分該光轉換材料轉移至該目標基板。適當的施基板於本文中有更詳細的描述。方法100進一步包含步驟130可控制地激發該施基板的一或多個選擇位置，藉以將該光轉換材料從該施基板之一或多個選擇位置轉移至該目標基板，例如依據預定圖形。在本技術的實施例中，可藉由適當的可見光源或不可見光源來進行該激發，如雷射、帶電的或中性的粒子(如離子或其他波及/或粒子)或其他適當的能量來源。視該實施例而定，該種來源可設以提供能量至一或多個該施基板上實質聚焦的位置或界定的區域。視該實施例而定，例如該光轉換材料於該施基板上的分佈可為實質上均勻的、非均勻的或在厚度及/或與該施基板平行的側向延伸上具有預定的圖形。如本文中所述，可以書寫或遮罩的方式來完成該轉移。
方法100選擇性地包含以下步驟：步驟140評估來自與該目標基板結合之該一或多個發光元件的光之品質、步驟150評估與該施基板結合的光轉換材料之性質及基於步驟140與150中進行的評估進行步驟160決定適合的圖形。在本技術的某些實施例中，步驟140、150及160是非必須的。步驟140之評估可包含量測發光元件的光之色度或光譜能量分佈或其他品質。步驟150之評估可包含量測光轉換材料於接受預定輸入光時所發射的 光之色度或光譜能量分佈或光轉換材料的其他性質。決定適合的圖形之步驟160可包含決定欲施加的光轉換材料之量與表面覆蓋率，以於已知發光元件與光轉換材料的評估品質下，提供需要的、來自發光元件與光轉換材料的結合光之色度或光譜能量分佈或其他品質。
本文中描述的製造方法與製程可設以對光轉換材料的配置位置與數量於預定高的等級下或之外提供預定的控制，而且可被採用來控制光轉換及於相關設備中以預訂方式形成之光徑。視實施例而定，可以採用數量比習知製造方法所需要的更少的光轉換材料來製造具有類似性質的設備，而該類似性質係例如基於類似的發光元件。需要的光轉換材料較少有助於節省稀土元素，因而可限縮製造成本。例如，每個設備只需要部分立方毫米等級的光轉換材料。再者，本文中描述的製程可以提供預定的色度容許誤差，並且因而可以提供高製造生產率，該生產率係就符合預定特性的裝置對比該製程製作的所有裝置的比率而言。此外，未使用的施基板可以重複利用，例如可以將未使用的施基板再研磨並摻回到新的施基板。比較上，從習知矽膠材料中提取出稀土元素是昂貴的。因此，可以本文中所述適當構設的製程來減少光轉換材料的量及進而減少其中涵括的稀土元素量。視實施例而定，這有助於經濟地沉積標準的及新的且可能的昂貴光轉換及/或其他材料。
第2圖說明依據本技術的某些實施例將光轉換材料的 圖形210從施基板220轉移至目標基板250之態樣，其中顯示施基板220之爆炸圖。如本文中進一步描述的，投射在施基板220上的雷射或其他載能光束205可控制地描繪待轉移圖形210。圖形210可包含分離的、具有預定尺寸的像素，該等像素對應於接受雷射脈衝之基板位置，該雷射脈衝具有預定的脈衝長度與功率。視實施例而定，圖形210可包含實質上連續的特徵圖形。施基板220包含透明的承載基板層225、包含待轉移的光轉換材料之轉移層235及介於承載基板層225與轉移層235之間的釋放層230。釋放層吸收來自雷射光束205的能量並且隨後驅使轉移層235中的光轉換材料局部轉移至目標基板。
本技術的另一個態樣提供一種耦接一或多個發光元件與光轉換材料的設備。該設備包含設以接收目標基板的操作區，該目標基板與該一或多個發光元件結合。該操作區進一步設以接收鄰接該目標基板之施基板。該施基板包含光轉換材料並且設以於部分的施基板接受預定激發之後立即將對應部分的光轉換材料轉移至該目標基板。
該設備進一步包含一或多個雷射或其他適當能源製成之系統，該系統設以激發位於該操作區的該施基板之一或多個選擇位置。該激發啟動了物理及/或化學反應，該物理及/或化學反應引發光轉換材料於該一或多個選擇位置從該施基板轉移至該目標基板。通常該轉移實質上 是在該激發位置局部。該設備進一步包含移動系統，該移動系統設以可控制地將來自該雷射系統的光對準該一或多個選擇位置，以進行激發。該移動系統可包含支撐系統及各種機械致動器，用以可控制地提供該雷射、該操作區、該目標基板、該施基板或上述的組合之平移及/或旋轉運動。視實施例而定，該設備可設以操作架設於循環或批次架構的目標基板及/或施基板。
將如上一般性描述的實例設備300圖示於第3圖。設備300包含設以接收目標基板315的操作區310及鄰接該目標基板之施基板320。設備300進一步包含雷射330，雷射330設以激發位於操作區310的施基板320之選擇位置。設備300進一步包含移動系統340，移動系統340設以可控制地對準雷射330。如所圖示的，移動系統340包含二個端支撐桿及一個中央支撐桿，該中央支撐桿可移動地經由軌道附接於該端支撐桿，雷射330可移動地經由軌道附接於該中央支撐桿。
雷射330可設以提供一或多個光點，每個光點在操作區310具有預定的形狀與大小。移動系統340可設以允許雷射光以預定精準度或空間解析度相對於目標定位。視實施例而定，可藉由移動系統340移動雷射本身或是目標，以激發並轉移所需圖形。
依據一實施例，實例設備可設以提供雷射光可對準的線性像素陣列。例如，該種設備可採用柯達的SquarespotTM產品，SquarespotTM產品具有約240個呈線 性架構或其他線性陣列的像素。視實施例而定，該線性陣列可設以提供橫跨目標基板或操作區的部分或全部寬度之光。可於捲筒給料或其他製程中採用該種實施例。在某些實施例中，該雷射可提供2D的像素陣列。可以逐步拍攝該目標基板，從而將光轉換材料的圖形之個別部分聯結在一起。視實施例而定，對應的移動系統是可選擇的或設以提供例如僅於一個方向上的線性陣列平移。可以沿著、垂直於或以另一個相對於線性陣列的延長伸展之方向上提供該平移。
將如上一般性描述的另一個例示性設備1500圖示於第15圖，第15圖圖示設備1500之俯視圖與立體圖。設備1500類似捲筒給料系統，且包含或接受可撓的目標基板1510，目標基板1510捲繞設備1500的滾輪並且於該等滾輪之間饋進，該等滾輪如滾輪1515。滾輪之操作係將目標基板饋進穿過操作區1520。設備1500進一步包含或接受可撓的施基板1525，施基板捲繞設備1500的滾輪1527和1528並且於該等滾輪之間饋進。如圖示，施基板1525係經由大體上垂直於目標基板1510之操作區1520饋進，雖然也可以使用其他的架構。設備1500進一步包含雷射陣列1530。視實施例而定，雷射陣列1530可包含一或多個雷射，例如相鄰的、非對準的或對準的雷射之線性陣列。可定址並操作雷射陣列1530，以照明附近的部分操作區，從而激發其中的施基板。藉由定位操作區1520中的目標基板1510部分、提供施基板 1525之適當的非耗盡部分並且藉由適當地控制雷射陣列1530而可控制地激發施基板1525之選擇部分，可以可控制的方式用光轉換材料圖形化目標基板1510。設備1500進一步包含為該目的所設置之計算與控制電子元件。
依據某些實施例，陣列1530包括複數個間隔預定距離的雷射，以使操作區以所需解析度之對準照明可藉由選擇性啟動適合的雷射而實現。視實施例而定，可以一或多種方式引導能量沉積，以提供預定的對準解析度。例如，可將陣列1530架設為可整體移動，或是陣列1530的一或多個雷射可以是可平移的及/或可旋轉的，或者是可以採用光學元件來將雷射光束聚焦於一或多個預定位置。
操作滾輪1527和1528以將施基板1525饋進與饋出操作區1520，使得實質上未耗盡光轉換材料的施基板1525區呈現於雷射進行激發。在被一或多個雷射激發循環耗盡之後，藉由操作滾輪1527和1528以移動該等區，使得該等區不再被激發。移動該等區可包含將已耗盡區完全移出操作區1520，雖然某些局部的已耗盡區可繼續在操作區1520停留一段鄰接未耗盡區被激發的時間。在某些實施例中，施基板1525的移動與耗盡類似於打字機色帶的移動。可以採用電腦觀看系統來更新未耗盡區的對映，使得移動控制系統可以最大化施基板的使用率。例如，可以原位地、連續地或於預定事件時進行該種更新。 在某些實施例中，可以使用演算法來追蹤施基板的耗盡區位置，並且定位施基板，使得僅有施基板的未耗盡區被激發。因而可以將施基板的全長使用到施基板已無法再合理使用的耗盡位置。將用過的施基板回收是可行的，如此可將剩餘的光轉換材料提取出來重複利用。
本技術的又另一個態樣提供一種以上述方法生產的照明裝置及/或以製程生產的照明裝置，其中該製程包含將上述方法應用於施基板與目標基板等材料。該照明裝置可以是具有結合的光轉換材料之固態照明裝置、塗覆磷光劑的LED或包含塗覆磷光劑的LED之裝置、模組、燈、照明器具或類似者。
本技術的又另一個態樣提供一種包含一或多個某種尺寸的發光元件及光轉換材料圖形之照明裝置。該光轉換材料與該發光元件操作式耦接，例如直接將光轉換材料施加於發光元件及/或將光轉換材料施加於與發光元件結合的透明或半透明塗層、外殼、覆蓋物或類似者。在某些實施例中，可以將光轉換材料以一圖形直接形成於LED晶粒、LED晶圓、LED封裝或其他基板上。在某些實施例中，可以將光轉換材料形成於與一或多個發光元件光耦接的透光層、外罩、密封物或類似者上。該圖形包含一或多個具有第二尺寸的特徵，視該等特徵相對於發光元件的位置及/或該等特徵與發光元件之間的距離而定，該第二尺寸與發光元件及/或發光元件之影像的尺寸相比可為較小、實質上相等或較大。視實施例而定， 該圖形可設以覆蓋圖形所施加的表面之預定部分，而留下無光轉換材料的互補部分。該圖形可為分離的像素化圖形或其他圖形，而且可包含單層的光轉換材料(例如磷光劑)或多層相同或不同的光轉換材料。圖形特徵可能與像素或像素群或是其他形狀的光轉換材料有關。每一層包含預定圖形的材料，該預定圖形的材料例如設以提供來自照明裝置且具有所需色度之結合光。可藉由本文中所述的方法或製程或是藉由另一種方法提供光轉換材料之圖形。在本技術之實施例中，可以對發光元件客製化設計圖形特徵，例如覆蓋發光元件之預定表面區域，從而提供調整發光元件與光轉換材料所發射的結合光之色度的能力。
本技術的實施例採用熱或非熱轉移製程，例如雷射轉移或其他本文中所述製程。視實施例而定，轉移製程可設以利用適當架設的攝像或其他系統之定址能力、解析度及光輸出功率來將適合數量與類型的光轉換及/或其他材料從一或多個施基板轉移至目標基板。該轉移製程可採用波及/或粒子之載能光束，該粒子例如光子、聲子、電子、離子或其他具有適當動能及/或粒子質量之粒子或上述粒子之組合，以引發材料以熱的、非熱的、濺鍍的、剝離的、靜電的、超音波的、聲音的、觸發的、壓電的及/或以其他方法刺激的方式從施基板轉移至目標基板上及/或內。視實施例而定，該轉移製程可採用一個載能光束或載能光束之組合。可於一或多個階段中採 用載能光束之組合來進行對應的材料轉移。例如，一或多個載能光束可促進來自施基板的材料之活化，一或多個載能光束可設以便利該材料之空間轉移及/或一或多個載能光束可便利材料在目標基板上的實際配置。
本技術的實施例有助於細微控制光轉換材料於目標基板上之圖形化。例如，在一個實施例中，可以使用雷射可靠地將分離的光轉換材料「像素」轉移至目標基板，每個像素具有約10 μm(微米)的直徑或邊長。假設相鄰的、該種尺寸的像素在方形網格中，則在1000 μm方形區域的目標基板上可以圖形化210,000種不同的像素圖形。可以使用各式各樣的像素圖形(像素圖形之設計與佈局可為本領域中具有通常知識者基於本揭示而輕易瞭解)來不同地圖形化該區域的選擇區域，例如來補償不同部分的發光元件或陣列所發射的光強度之變化性。此外，於該實例中，可以可控制地以0.01%的增加量將目標基板被光轉換材料覆蓋的比例從0%變化至100%，從而將覆蓋率從無光轉換材料施加改變到完全覆蓋該區域。如此一來，可以精細地控制施加的光轉換材料量，並且從而可精細地控制耦接的發光元件與光轉換材料產生的色度。
光轉換材料的圖形(如像素化圖形)可包含一種光轉換材料或不同光轉換材料的重疊、部分重疊或非重疊區。圖形的不同部分可以互相鄰接或以空間分隔的方式配置。圖形部分之間的間隔可設以容許所需的部分實質 上未轉換光(來自發光元件)射出並與轉換光混合，以提供所需的混合光色度。圖形部分之間的間隔可存在或不存在。圖形化也可指稱不同厚度的相同光轉換材料之圖形。像素可以是圓形的、方形的、三角形的、六角形的或其他的形狀，而且可以緊密鄰接地圖形化該等像素，以形成實質上任意形狀的圖形特徵。可以利用規則的或不規則的磚式目標基板，且每個像素佔據每個磚式元件的全部或一部分。在某些實施例中，可以使用重疊的光轉換材料圖形來創造轉換光量的層次，從而可形成三維的光轉換材料圖形。例如，與對應於相對較厚層的光轉換材料之圖形部分相比，對應於相對較薄層之圖形部分可轉換較少的光，從而改變色度。在包含複數種光轉換材料之實施例中，該圖形可設以控制或限制不同光轉換材料間之同類相食，同類相食包含不需要地在後續的光轉換材料層中損失已轉換光，包括例如在後續的層吸收及/或以較低的量子效率轉換。
更一般性地，對於具有A平方單元的區域之目標基板及每平方單元p個「像素」的施基板位置解析度而言，總共可能有2 p*A 種不同的像素圖形。可以將像素排列成方形網格或是另一種圖形，如六角形網格或不規則的排列。像素可以是方形的、圓形的、規則形狀且按尺寸排列的、隨機篩選的或不規則形狀且按尺寸排列的。在某些實施例中，可以將實質上連續的光轉換材料圖形施加於目標基板，而非分離的像素。於該案例中，可以圖形 之最小可實現特徵尺寸的概念來取代或聯想「像素」的概念。
在某些實施例中，可以「複寫」製程將多層的光轉換材料(如磷光劑)施加於目標基板。於該製程中，將複數的、同類型或不同類型的光轉換材料製成之圖形化層以重疊或非重疊層施加於目標基板。可以連續地施加每個圖形化層，以對施加的光轉換材料之數量、圖形及組合提供額外程度的控制，藉以促進對於耦接的發光元件與光轉換材料產生的色度之細微控制或調整能力。
本技術的實施例可選擇性地包含預先評估發光元件及光轉換材料中之一者或二者及耦接之調整，例如基於預先評估而調整光轉換材料的圖形。
在某些實施例中，可以預定的三維圖形將光轉換材料施加於目標基板的三維表面，如本文中所說明的，這對於促進不同類型的LEE所發射的光進行轉換是有用的。例如，該種三維表面可包括發光元件的一或多個發光面而且可以取決於發光元件的類型。視實施例而定，例如可以調整雷射或其他脈衝的持續時間或功率，以實現發光元件邊緣周圍之預定塗覆。
發光元件的類型可包括例如水平式、垂直式、覆晶式或其他形式的LED。在例示的製造流程中，將磊晶層生長在藍寶石基板上。於該實例中，該磊晶層可為約3至10微米厚，並且包括緩衝層來容納藍寶石基板與GaN LED結構之間的熱膨脹及晶格不匹配，GaN LED結構係 配置於該磊晶層頂部並包含n-GaN層、主動發光區及p-GaN層，LED晶粒的厚度可為約70至250微米。依據水平式LED的另一個實例，LED平頂係形成於藍寶石基板上，而p與n觸點兩者皆形成於頂面上。主動區中產生的光從LED晶粒穿過所有表面射出。
依據垂直式LED晶粒的另一個實例，將磊晶層從藍寶石基板移出並黏結於導電且導熱的基板。在此製程期間，可於新的基板與磊晶層之間併入鏡層，該鏡層光學上將該基板與主動區分離，一個電觸點形成於頂部，而一個在底基板上。視實施例而定，n觸點可位於LED晶粒的頂部。於該實例中，光發射實質上經由頂面發生。因此，可將光轉換材料配置及/或聚集於實質上鄰接頂發光面之處。依據覆晶式LED的另一個實例，n與p觸點兩者皆形成於頂面上，因此，LED晶粒被翻轉並以相配的電圖形黏結於目標基板。可選擇移除藍寶石基板。覆晶可設以在晶粒底部提供兩個電接點，而留下整個頂面可易於配置光學元件或沉積磷光劑。
視實施例而定，光轉換材料的圖形化可在目標基板各處作變化，以補償發光元件的發射光之空間變化性，該種空間變化性是由鄰接或鄰近的不透明元件所引起的，該不透明元件如操作觸點、黏結劑、金屬化圖形或其他與發光元件結合的元件。此外，金屬化觸點圖形造成的陰影及晶粒各處產生的光差異可能是由於不均勻的載體密度所造成，不均勻的載體密度是由於電子與電洞注入 光主動區的差異，該差異會轉變成主動區中光子產生的不均勻性及LED晶粒各處的亮度變化，因而導致例如LED晶粒表面各處錯綜複雜的亮度變化。可將不同量及/或類型的光轉換材料圖形化於不同區，以至少部分地補償該種空間變化性，並且實現發射光的更大均勻度。
因此，可以預定的三維圖形將光轉換材料施加於目標基板的三維表面，如具有預定起伏的一般平面。例如，當目標基板之組成為或包含經由各側面展現大量光發射之發光元件(如水平式LED)時，可能需要實現不僅至發光元件的頂面而且也要至發光元件各側邊之光轉換材料轉移。
在某些實施例中，三維的圖形化(如圖形化發光元件的側面)可以數種方式進行。例如，可以將面積比LED晶粒頂面的面積更大的光轉換材料從施基板釋放、轉移至晶粒目標基板及經由至少部分液化作用在目標基板(包括LED晶粒側邊)周圍成模。可以藉由熔化、蒸發、昇華、濺鍍或其他製程從施基板釋放光轉換材料。例如可以經由昇華、冷凝、植入及/或其他製程將光轉換材料配置於目標基板上。視實施例而定，可以激發或蒸發過大的光轉換材料區域，以創造光轉換材料雲狀物，該光轉換材料雲狀物圍繞三維特徵周圍並凝結於LED晶粒的頂面與側面上。
在某些實施例中，可以藉由以角度將光轉換材料對準或投射於發光元件，而使發光元件的側邊塗覆光轉換材 料。可以將目標基板的平面或雷射傾斜而實質上遠離垂直發光元件頂面的軸，使得光轉換材料實質上到達對應的側面上而產生對應的塗覆。
視實施例而定，可以可控制地將一或多個目標基板、施基板及能量來源(如激發施基板的雷射)的定向，使得施材料可被施加於目標基板，且施材料之施加角度為於該位置提供相對於目標基板為垂直或接近垂直的入射。視實施例而定，可以有效地圖形化三維目標基板，因為在本技術的實施例中，可以藉由以實質上垂直於目標基板的角度施加光轉換材料，而實現較大的解析度及/或功效。
目標基板
本技術的實施例包含或關於目標基板，該目標基板與一或多個發光元件結合，而且係將光轉換材料施加於該目標基板，例如以一或多層的圖形施加。該目標基板可包含單一發光元件或複數個發光元件，或是該目標基板可與單一發光元件或複數個發光元件光耦接。因此，例如該目標基板可包含一組一或多個發光元件、LED晶圓、平的表面如上面包含發光元件之電路板、封裝的發光元件、上面包含發光元件及一或多種透光材料之表面(如密封層)、與一或多個發光元件光耦接但分隔開的透光材料、與LEE鄰接或分離的系統之一或多個光學組件或類似者。一般來說，將光轉換材料圖形化及/或沉積於目標基板上，而且其中該目標基板接收、傳遞及/或產生 將被傳送至圖形化光轉換材料之光。
在本技術的實施例中，該目標基板包含該一或多個發光元件。該目標基板可為LED晶圓、組裝於膠帶上之LED集合(例如來自切割的晶圓)、發光元件之板上連接式晶片排列、包含單一發光元件或複數個發光元件之封裝、LED封裝、LED晶粒、分割的發光元件(如承載基板上的LED晶粒)之緊密包裝陣列、分割的發光元件(如承載基板上的LED晶粒)之稀疏陣列、包含以另一種方法施加的光轉換材料之發光元件或類似者。LED可以是水平式、垂直式、覆晶式或其他類型的LED。該目標基板也可以是或包含密集或稀疏地包裝於承載基板上的半導體雷射晶圓、雷射之集合(如膠帶上的VCSEL)。
在某些實施例中，該目標基板包含一或多個發光元件並且進一步包含形成於發光元件上之透光密封物。該密封物可對發光元件提供物理性保護。可將該密封物架設為接收與保持光轉換材料之適當表面。該密封物可提供發光元件與光轉換材料間之熱阻障，以抑制光轉換材料逸出。該密封物可設以擴散及/或過濾來自發光元件的光。該密封物可促進該目標基板之平坦化。在一個實施例中，可以具有互補式變化的厚度之密封物覆蓋包含凸處與凹處的輪廓之LED晶粒，從而對該目標基板提供實質上平的表面。在不同的實施例中，該平坦化層在複數個發光元件中之一者周圍創造了局部的平面，因此有助於色彩轉換材料在比個別發光元件大的區域各處轉移。 該密封物可作為擴散阻障層，以保護LED晶粒免於受併入光轉換材料中的材料損害。
第4圖繪示目標基板410之剖面圖，目標基板410包含發光元件412、414(如LED)及密封層420。光轉換材料的圖形430、440係配置於密封層420上。如圖示，可將圖形430、440定位於整個發光元件412、414上方。亦如圖示，圖形430、440的尺寸可相對超出發光元件412、414，例如使得部分的圖形430從發光元件412的邊緣延伸出一段距離435。
在某些實施例中，目標基板的表面設以提高對光轉換材料的接收度。例如，可以電漿蝕刻或以其他方式組織或粗糙化該表面，以提高膠黏性，或者可將黏著劑(如矽氧烷或B階段矽氧烷)層壓於該表面上。
在某些實施例中，目標基板可包含複數個互相鄰接或緊密鄰近的發光元件。在某些實施例中，具有或沒有密封物(如擴散及/或平坦化密封物)的目標基板可包含複數個分隔開或稀疏排列的發光元件，該等發光元件從而覆蓋預定部分之目標基板。可將發光元件整合互連於載體上。例如，可將發光元件彼此分隔數毫米，及/或可將發光元件分隔開形成規則或不規則圖形。例如，可將該種架構的陣列用於背光或一般照明。第5圖圖示目標基板500之俯視圖，目標基板500包含分隔開排列的發光元件510。
在某些實施例中，目標基板包含透光材料，該透光材 料稍後將與一或多個發光元件定位。例如，目標基板可包含一片加工玻璃、透明的熱塑性塑膠(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、聚碳酸酯、PET、ULTEM(聚醚醯亞胺)、組合層或其他適當的材料。目標基板可覆蓋另一個承載光源的基板，例如塗覆磷光劑或塗覆非磷光劑之LED陣列。在某些實施例中，可將該目標基板放置於與該另一個基板間隔預定的距離，例如以氣隙分隔該二個基板。第6圖圖示上面包含光轉換材料圖形610之透明目標基板600及關聯的、於另一個基板630上之發光元件620、625之剖面圖，氣隙640將目標基板600與另一個包含發光元件620、625之基板630分隔。也可將透明或半透明的密封物645形成於該等發光元件上。可將目標基板與發光元件以預定的容許誤差實質精確地對準。
在某些實施例中，目標基板包含一或多個覆晶LED。在覆晶LED中光發射經由頂面出現，而於LED的相對面上提供電連接，視實施例而定，該種位相關係可使覆晶LED最多能夠整個頂面皆被光轉換材料覆蓋。
在某些實施例中，目標基板包含一或多個垂直式LED。於該案例中，可施加光轉換材料的LED表面區域會減少，因為表面區域需要提供至垂直式LED之電連接區域，該電連接係經由連線或其他本領域中具有通常知識者習知的製程來形成。
在本技術之實施例中，LED可為LED晶粒(如水平式、垂直式或覆晶式LED晶粒)、LED封裝、板上連接式晶 片LED或類似者。
施基板
本技術之實施例包含或關於設以在接受預定激發之後立即轉移部份的光轉換或其他材料至目標基板之施基板。可將施基板放置於與目標基板接觸、鄰近目標基板或目標基板末端，並且經由雷射或其他光源(如本文中所述)以預定圖形刺激施基板。該等施基板上經適當刺激之位置可作出轉移光轉換材料(含持於施基板中)至目標基板之反應。
依據某些實施例，可將施基板作為連續層放置於目標基板頂部。可將模板放置於施基板頂部或施基板與目標基板之間，該模板具有界定一般區的孔，光轉換材料係於該孔發生轉移。該模板及/或施基板可以是機械上分離的、實質上平的基板，或者該模板與施基板可暫時地黏結於目標基板之上或經由適當的機制將該模板與施基板配置於目標基板附近或末端，例如依據本領域中具有通常知識之工作者可輕易了解之平版印刷技術。
在某些實施例中施基板係包含複數層，該複數層包括承載基板層、轉移層及釋放層，如下所述。轉移層位置最靠近(例如鄰接)目標基板，而釋放層位於承載基板層與轉移層之間。在某些實施例中，可將單一整合層作為轉移層與釋放層。例如，可將轉移層與釋放層的材料實質地互相混合。該整合層可以類似於本文中關於分離的轉移層與釋放層所描述之方式操作。
承載基板層可由對於轉移製程為惰性之材料形成，例如憑藉該材料對雷射或其他光能源之透明性。舉例來說，承載基板可包含玻璃、聚對酞酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或類似者。在某些實施例中，承載基板層可包含抗反射塗層，以使當入射雷射光撞擊承載基板層時，入射雷射光實質上不會被反射。
轉移層包含一或多種光轉換或其他材料或光轉換材料之前驅材料。轉移層可僅包括光轉換材料或是可包含懸浮於另一種材料(如矽氧烷彈性體)之光轉換材料。轉移層可包含複數種光轉換材料。在某些實施例中，可將複數種光轉換材料混合在一起。在某些實施例中，可將不同的光轉換材料侷限於轉移層的不同區，或是不同的光轉換材料可以不同濃度存在於不同區。
依據某些實施例，轉移層包含B階段矽氧烷。B階段矽氧烷層可提供部分硬化層，該部分硬化層設以於熱驅使(例如藉由雷射)之後立即迴流，因此該部分硬化層可作為熱塑性塑膠層。以該種方式，可以部分硬化的熱塑性狀態將矽氧烷帶到目標基板(例如目標基板上之LED)。之後可藉由後續的製程步驟將該部分硬化的矽氧烷層進一步或全部硬化，以實現預定的聚合度。
在某些實施例中，轉移層包含光轉換材料及黏結材料(如B階段矽氧烷，以給予轉移的矽氧烷膠黏性)、擴散材料(如矽石)、煙薰矽石、細微分割的玻璃顆粒或鋁氧化物Al2O3或上述材料之組合。視實施例而定，轉移層 可包括觸變性控制材料如煙薰矽石，該觸變性控制材料可以幫助光轉換材料在轉移製程期間保持懸浮及控制凝聚作用。在某些實施例中，黏結材料可有助於將光轉換材料與目標基板黏結。在某些實施例中，黏結材料有助於將光轉換材料與施基板黏結直到充分激發。擴散材料可扮演散射中心，從而藉由增加光線於該轉移層內之路徑長度而輔助發射光之摻合與混合。
釋放層設以於激發(例如經由雷射光源)之後立即開始實施光轉換材料轉移至目標基板。一般來說，釋放層設以於藉由適當的能量來源局部激發時，以物理性及/或化學性方式驅動光轉換材料直接轉移至目標基板。釋放層可進行化學反應、物理狀態變化、溫度變化或類似者或上述之組合。在某些實施例中，釋放層可設以將激發產生的能量轉換為熱，之後可將該熱用於驅動光轉換材料轉移至目標基板(本文中指稱為熱活化製程)。在某些實施例中，釋放層可設以於激發(例如由於UV雷射)之後立即分解(本文中指稱為光活化製程)。
在某些關於熱活化製程的實施例中，釋放層可包含吸收材料，吸收材料如金屬氧化物、黑色鋁或其他適當的、可將電磁能以預定波譜轉換成熱的材料之連續層。例如，吸收材料可作為粉末內嵌於釋放層中或塗覆於承載基板上。
在某些關於熱活化製程的實施例中，釋放層可包含可於一溫度產生氮的材料，如有機疊氮化合物。該材料可 作為連續層或與熱吸收材料互相混合來施加。在經由IR雷射光束激發之後，熱吸收材料會立即將光轉換為熱，該熱藉由分解有機疊氮化合物而刺激局部的氮氣產生。產生的氣體引發膨脹，該膨脹推動對應的局部光轉換材料前往目標基板。
在某些關於熱活化製程的實施例中，釋放層包含吸收材料，而轉移層包含光轉換材料及設以於預定溫度液化之黏結材料，該種黏結材料可包括B階段矽氧烷、PET、PMMA、聚間甲氧甲苯(PMMT)、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚醯胺或其他材料。在激發之後，轉移層中之該等材料會立即液化，藉以促進光轉換材料轉移至目標基板。目標基板可設以黏結該液化材料，或是於擴散、重力、靜電吸引、與活化表面狀態黏結或類似者之下接收該液化材料。
在某些關於光活化製程的實施例中，材料中的化學鍵結(如在施基板釋放層中的材料)由於光子能量(而非熱效應)而斷裂，從而該釋放層中的該等材料可設以於接受近UV光照射後立即分解。一旦釋放層中的鍵結斷裂，則轉移層中的光轉換材料會傾向於被吸引到目標基板。吸引可能是由於某些效應，如重力、化學吸引、靜電吸引、黏結或類似者。在某些實施例中，可藉由光子能或熱能引發有機疊氮化合物分解。
如同將可輕易瞭解的，通常將施基板架設為使得光轉換材料的轉移實質上為預定激發的局部。例如，入射在 施基板第一區上的雷射光束可驅動該第一區中包含的光轉換材料轉移，並且有可能地連同圍繞該第一區的第二區中之光轉換材料一起轉移。可以可控制地將該第二區侷限於第二區的截面區域，從而改良轉移製程之解析度。
在例示性實施例中，轉移層包含含有光轉換材料之聚合材料，該光轉換材料之形式為平均粒徑介於3 μm至10 μm之磷光劑顆粒，也可以使用其他長度的直徑。施基板中可以有各種重量百分比數量的光轉換材料(如磷光劑顆粒)，該重量百分比數量係受限上限，該上限為例如聚合物基板保持自身形狀及/或完整性之能力。應存在足夠的黏結材料以保持基板的完整性。聚合層可為具有光學品質透明度之矽氧烷橡膠片，更具體地，可以使用未完全硬化的B階段矽氧烷橡膠片，如本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的。B階段矽氧烷之目的是為了將熱塑性質與膠黏性質給予經轉移的矽氧烷滴。假使矽氧烷不是B階段的，則矽氧烷的行為會像熱固性材料，因而會限制塗覆發光元件之簡易性。在某些實施例中，該橡膠片之厚度可介於30微米至1 mm之間。在某些實施例中，該橡膠片之厚度是在光轉換材料圖形的像素尺寸等級。在某些實施例中，選擇該橡膠片之厚度使得可以使用既定功率的能源(如雷射)來適當地進行光轉換材料之熱引發轉移。將該橡膠片層壓於玻璃、PET、PMMA、聚酯、聚碳酸酯或其他基板製成的承載基板層上。在某些實施例中，可將吸收材料(如金屬氧化物) 層放置於承載基板與該橡膠片之間。在雷射激發之後，轉移層立即液化並且隨後至少有一部分液化的轉移層會轉移至目標基板。
在某些實施例中，施材料可包括光轉換材料與額外材料之組成顆粒，該額外材料如尺寸與密度可於光轉換材料顆粒之間提供可調整間隔的透明玻璃顆粒。可將適當的玻璃顆粒製成工業製程可以採用的各種尺寸與形狀。假使加熱玻璃顆粒與光轉換材料顆粒使得玻璃顆粒開始軟化並流動時，則可選擇地能夠於具有有用機械與光學性質的複合結構內將該等材料一起熔化。可以就組成顆粒的間隔控制該結構，使得光轉換材料顆粒之間的距離與光轉換材料顆粒之間供光傳遞的自由空間之比率可平衡，而提供預定的光轉換材料利用率，並且例如最大化經由所得材料矩陣之整體光產率。假使之後將複合材料放置於承載層上並激發釋放層，則可改良光轉換材料之移出效能，因玻璃鍵結可能會經由邊界區內的激發而優先斷裂，因而產生實質上均質的、將被釋放於目標基板的複合光轉換材料區段。
在某些實施例中，玻璃顆粒主要可位於光轉換材料層的頂面與底面中之一者或二者上。假使將玻璃顆粒熔化在一起，則可以使用該玻璃顆粒來於光轉換層的一側或二側上產生保護層。在適合的溫度，玻璃顆粒會軟化並且一起輕微地流入光轉換材料中。該保護層也將可產生與許多光轉換材料顆粒的機械連結，使得該保護層可在 釋放層被激發之後保持一致性，而且也提供光轉換材料顆粒某種程度的保護。
依據某些實施例，施基板可以選擇性地由玻璃製成，其中加熱光轉換材料並容許光轉換材料黏著於表面達某些深度，以提供便利的機械基板與保護阻障。假使以精細的黏著線圖形化學式地或機械式地刻劃該基板，則可以經由激發釋放層而便利地移出光轉換材料薄層。整體呈現於目標基板的堆疊結構會是黏結層在光轉換材料層上，光轉換材料層接著與薄玻璃層接觸，而薄玻璃層黏著於目標基板。可選擇地，可以預定的起伏結構(如透鏡或其他的光學主動表面)圖形化玻璃施基板，以改變光發射量變曲線之方向或強化光發射量變曲線。
在某些實施例中，當目標基板的發光元件發射高強度的短波長藍光時，較佳係使用矽氧烷或以矽氧烷為基礎的聚合物，因為該種聚合物於該類型的光下可抗分解。
轉移製程
在本技術的實施例中，將一或多種光轉換或其他材料(每一種材料各有自身特有的預定特性，如產生預定色度之光致發光特性)經由適當的轉移製程從施基板轉移至目標基板上。本技術的實施例可採用熱的或非熱的轉移製程，例如雷射轉移或其他本文中所述之製程。視實施例而定，轉移製程可設以利用適當架設的攝像或其他系統之定址能力、解析度及光輸出功率，來從一或多個施基板轉移適當數量與類型的光轉換及/或其他材料至 目標基板。轉移製程可採用波及/或粒子，如光子、聲子、電子、離子或其他具有適當動能之波及/或粒子或上述波及/或粒子之組合，以引發材料從施基板以熱的、非熱的、濺鍍的、剝離的、靜電的、超音波的、聲音的、觸發的、壓電啟動的及/或以其他方法刺激的方式轉移至目標基板上及/或內。
視實施例而定，可將預定小或大部分的施基板曝露於一或多種適當的波及/或粒子的光束來進行轉移製程，如本文中所述。一或多種光束可設以具有足夠小的寬度，而以連續的方式轉移圖形(亦可指稱為書寫)。或者一或多種光束可足夠寬，以曝露與適當架設的遮罩結合之施基板的大部分，該遮罩係適當地相對於施基板與目標基板配置，或是一或多種光束可足夠寬以曝露預先構造的施基板，而以大體上同步的方式轉移至少大部分的圖形(亦可指稱為遮蔽)。
以雷射或其他方式引發的轉移製程可利用各種本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的技術，該等技術包括但不限於剝離製程、熔黏製程或靜電製程(Xerographic或electrostatic process)。在剝離製程中，材料吸收波長在入射雷射或其他光能源的能量。可將該能量轉換成熱以產生材料剝離，該剝離的材料如釋放層中的材料。該剝離可經由施基板的化學分解及/或破壞性焦化來移除施基板中的黏結材料，進而容許光轉換材料取而代之黏結於目標基板。熔黏製程係指將熱塑性基板 加熱到高於熔點的溫度並且從施基板移出熔化液滴之製程。
在例示性靜電製程中，使用雷射來從部分的承載基板移出先前沉積的靜電電荷。可以潛在圖形或負潛在圖形移出該等電荷。將含有光轉換材料及可選擇地結合靜電主動粒子的粉末材料以所需圖形導入並吸引至承載基板。然後將目標基板帶到承載基板鄰近處，而將圖形化的光轉換材料轉移至目標基板。可以進行後續的步驟來將光轉換材料更永久地固定於目標基板，該種製程、該種製程之步驟及變數為本領域中具有通常知識者通常可瞭解的，故於此不作進一步的詳細描述。在某些靜電製程的實施例中，將包含可昇華或可熔化材料(如PVC)與光轉換材料的粉末昇華或熔化於目標基板上。同樣也是對於靜電製程，光轉換材料顆粒必須適當地對靜電操作做出回應。由於大部分習知的磷光劑相對上是稠密的，因而除非使用大量的電荷，否則會造成困難。其他的光轉換材料(如量子點)可能較不稠密，因而比較適合靜電式操作。
在某些靜電製程的實施例中，經由先前基於雷射地將電荷從滾筒移除或沉積於滾筒，光轉換材料可被靜電吸引至旋轉的滾筒，其中吸引的位置係由雷射所界定。然後將滾筒上產生的光轉換材料圖形轉移至透明片，該透明片即目標基板。該製程可用於每種光轉換材料「顏色」上，就像標準的彩色印刷。然後固定光轉換材料，如藉 由於透明片上將黏結劑硬化，然後將該透明片層壓於一或多個發光元件上。
在某些實施例中，可以使用含有氮的薄釋放層來促進轉移。雷射的熱活化氮並推動光轉換材料粒子遠離釋放層。之後可將薄矽氧烷層噴覆於接收表面上來將磷光劑保持在原位。
第7A圖與第7B圖圖示依據本技術的實施例之轉移製程剖面圖。提供目標基板710，目標基板710包含複數個發光元件，發光元件如在基板712上之LED 714。將施基板720放置於與目標基板710接觸，使得施基板720的轉移層726(包含光轉換材料)鄰接目標基板710。施基板720進一步包含釋放層724及承載基板層722。使用高解析度的攝像頭730(如組裝於可移動平台的紫外光或紅外光雷射)來照射部分的釋放層724(如部分728)。照射釋放層724驅使光轉換材料從轉移層726轉移至目標基板710。具體而言，局部地轉移照射部分(如部分728)的光轉換材料，而產生被轉移的光轉換材料圖形738。可以調整該圖形，例如覆蓋可控制部分的目標基板，從而調整發光元件與光轉換材料所發射之結合光。
預評估
本技術的某些實施例包含預評估發光元件與光轉換材料中之一或兩者及/或其他材料，並且基於該預評估調整該發光元件與光轉換材料間之耦接的各個態樣。可以藉 由直接或間接量測特性(如色度)或其他光學性質來預評估各組發光元件及/或各批光轉換材料(例如與施基板片結合)。基於該預評估，可以選擇適合的光轉換材料圖形、表面覆蓋率及/或厚度，及可選擇地一起選擇一或多種適合的光轉換材料或特殊的施基板片，例如經由查詢表操作或是經由演算法。可以基於目標基板被該圖形覆蓋的比例來選擇該圖形。因此，例如可以調整圖形化光轉換材料的像素密度或數量來補償發光元件、光轉換材料或上述二者中之色度變化。可以使用適當的高解析度圖形化製程來適當地微調結合的發光元件與光轉換材料之色度。例如可一個像素接著一個像素逐一地調整該圖形覆蓋的表面積量，其中每個像素覆蓋10 μm乘10 μm的面積。視實施例而定，預評估可提供對光轉換及/或其他材料之有效利用。
在某些實施例中，可以評估每個發光元件(如每個LED晶圓或LED晶粒)有關色度或其他相關的變數。可依據該技術領域中習知之現有評估程序進行評估，例如關於在大量製造流程中將LED分類(binning)。可以使用演算法來決定將被施加於發光元件的光轉換材料之適合類型、數量及圖形，以實現色度目標。此外，可以對光轉換材料或其他材料的性質及該等材料在LED晶粒附近之交互作用作量測、特徵化及分解成演算法或工具的因子，以選擇待施加材料的數量與類型，而實現目標色度。
在某些實施例中，可以個別地評估每個發光元件，並 且可以至少部分基於該評估來施加適合類型與圖形的光轉換材料。
在某些實施例中，可以評估一或多個具代表性且統計上相關的發光元件樣品之性質，該發光元件樣品係來自一個群組，如一個製造批次、晶圓或晶圓批次。該種性質可包括發光元件的色度或其他性質。然後可在某種容忍誤差的程度內預測其他未被評估的批次或晶圓的性質。例如，該種預測可基於統計學，同時基於製造設備與製程及/或其他方面來考量性能圖形。例如，可以使用性能圖形來評估晶圓區段的樣品或整個LED晶圓。可以至少部分基於該評估來施加適合類型與圖形的光轉換材料。
在一個實施例中，可以藉由將光轉換材料的樣品以一或多種測試圖形施加於目標基板來評估光轉換材料的樣品，其中該目標基板結合具已知特性(如色度)之發光元件。可以分析輸出的結合光，以測定光轉換材料樣品的性質。可至少部分基於該評估來以適當的圖形施加來自該批的光轉換材料。
在某些實施例中，可能的話可以個別地評估光轉換材料量，如與特定的施基板結合之光轉換材料量，以測定如色度等性質，而且施加該光轉換材料量之圖形可至少部分基於該評估。
例如，演算法可接收量測色度及所需色度作為輸入，該量測色度為發光元件的量測色度，而該所需色度係結 合發光元件與光轉換材料(施加於發光元件)之所需色度。演算法可進一步接收一或多個可得施基板之有效性與特性作為輸入，例如關於每個基板的光轉換材料之類型及/或該光轉換材料之評估特性。演算法可計算圖形化解答或執行表查詢來決定圖形化解答。圖形化解答可包括一或多個特定的施基板及/或施加至目標基板之特定光轉換材料。圖形化解答可包括將具體指定的光轉換材料施加於目標基板之圖形規格，及/或目標基板被具體指定的光轉換材料覆蓋之比例規格。圖形化解答可包括將複數層光轉換材料施加於目標基板之圖形規格，複數層可包含處於重疊或非重疊圖形之類似或不同的光轉換材料。
在某些實施例中，可以基於原位取得之製程參數實時調整演算法，以進一步微調材料之施加。由於圖形是在製程中施加的，故可以使用製程中的試驗來量測輸出參數的變化，並且提供反饋到調整製程的製程，以避免任何品質上的漂移。
如上所述，預先量測與基於預先量測來後續調整光轉換材料的選擇及圖形化可促使製造的產品具有更精確及/或更一致的特性(如色度)，可用於補償取得之待圖形化發光元件及取得之光轉換材料中之變異。可用以調整光轉換材料圖形之高解析度使得可以生產出高度一致性的產品，即使是在取得之材料相當不一致時。在某些實施例中，可以執行單一或多重回合的反饋。在每一回合 中，評估產品並且決定適合的光轉換材料及/或圖形，以使產品具有更接近所需特性組之發射光。
基板定位
在本技術的實施例中，相對於激發源(如雷射)定位目標基板之存在、位置及/或對準，以促使光轉化材料精確地圖形化於目標基板上。可以相對於基線座標系統量測目標基板的位置，而得以補償目標基板與基線座標系統間之物理性偏移，從而減少圖形錯誤對準之可能性，並因而改良色度的精確性或所得產品的其他方面。可以經由光學系統(如機器觀看系統)、經由機械感測器或上述之組合進行定位。
圖形選擇
在本技術的實施例中，圖形設以覆蓋一部分配有所需色度之目標基板。如同將可輕易瞭解的，發光元件與光轉換材料的結合操作產生的光色度係部分取決於目標基板被光轉換材料覆蓋的比例。例如，對於結合藍光LED發光元件之目標基板而言，增加目標基板被黃色磷光劑(黃色磷光劑於藍光LED存在時發光)佔據的區域將會把產生的結合色度往黃色磷光劑的色度調整並遠離藍光LED的色度。每個在黃色磷光劑區域中的遞增將會以對應的增加量調整色度。在某些實施例中係基於發光元件所發射的光之量測的或預期的空間變化來構設圖形，因此該圖形可設以補償有關目標基板的色度及/或明視度變化，從而提供更均勻的結合光輸出。
在某些實施例中，圖形設以覆蓋目標基板之實質連續部分。例如，可以連續的方式覆蓋連續一半的、三分之一的或其他分率的目標基板。在某些實施例中可以覆蓋整個目標基板。第8A圖圖示目標基板810(如LED晶粒)之俯視圖，其中已將光轉換材料(如磷光劑)施加於目標基板810上形成實質連續的圖形815。部分817仍為實質上無圖形的。可將光轉換材料的後續層施加於部分的圖形815及/或部分的無圖形部分817上方。
在某些實施例中，圖形設以實質不連續的圖形覆蓋預定部分的目標基板。例如，可將圖形沉積成矩形圖形、圓形圖形、棋盤圖形、蜿蜒圖形或其他包含複數的圖形化光轉換材料區與複數的無該光轉換材料之區互相混合而成的圖形。無光轉換材料之區可以另一種光轉換材料進行圖形化，或者無光轉換材料之區可以保持實質上無圖形化的光轉換材料。第8B圖圖示目標基板820(如LED晶粒)之俯視圖，其中已將光轉換材料(如磷光劑)施加於目標基板820上形成「棋盤」圖形825。部分與「棋盤」825互補的基板820實質上仍為無圖形的。包含方形特徵的棋盤圖形將覆蓋50%的目標基板。藉由同樣圖形化部分的無圖形部分，可以光轉換材料覆蓋更多量的目標基板820。同樣的，藉由避免圖形化部分的「棋盤」825，可以有較少量的目標基板820被光轉換材料覆蓋。
在某些實施例中，可以改變部分圖形的大小和位置， 例如統計地改變，以避免波紋效應或因配置光轉換材料而產生的其他光學人為效應。第8C圖圖示目標基板830(如LED晶粒)之俯視圖，其中已將光轉換材料(如磷光劑)施加於目標基板830上形成圖形835，圖形835具有尺寸可變的特徵並且以實質上不規則的方式定位。與圖形835互補的部分基板830實質上仍為無圖形的。用於以光轉換材料覆蓋所需部分的目標基板之統計演算法(可使圖形顯示落入所需範圍且配有所需統計分佈的特徵尺寸及/或圖形顯示落入所需範圍且配有所需統計分佈的特徵間之間隔)可為本領域中具有通常知識之工作者所輕易瞭解。若需要可產生隨機或假隨機的圖形，或者若需要可預先產生並從資料庫取出圖形。
配置容忍誤差與配置敏感圖形
在本技術的實施例中，可經由一或多個預定圖形模板將光轉換材料圖形施加於目標基板。可採用圖形模板來促進一或多個發光元件之光轉換，其中藉由施加圖形模板所提供的光轉換材料來進行該光轉換，該圖形模板係相對於對應的一或多個發光元件而適當地定位與定向。藉由旋轉該圖形模板，施加的光轉換材料圖形即可被旋轉。藉由相對於目標基板移動該圖形模板，即可將光轉換材料圖形施加於目標基板的不同區段。
作為實例，可以採用圖形模板與對應的指令集之組合，以依據該圖形模板的某些特性激發施基板之預定位置組。藉由相對於施基板與圖形模板而位移及/或旋轉目 標基板，可以對應地位移及/或旋轉施加的圖形。由依據線性轉換調整該指令集，則可以相對於施基板平移及/或旋轉圖形模板本身。
在某些實施例中，圖形模板面積比目標基板大。於該案例中，可以只將圖形施加於圖形模板與目標基板重疊處。在某些實施例中，可以使用機器觀看或類似系統來設置目標基板的邊緣，以便節省並有效地使用光轉換材料，而且不會將光轉換材料施加於基板外面的操作區或是與目標基板結合的非光學活性承載基板上。在某些實施例中，可將光轉換材料施加於目標基板之外，例如操作區表面或非光學活性載體上。來自該種施加的過多沉積物可被回收或重複使用，以限制光轉換材料的浪費。
在某些實施例中，圖形模板的面積比結合發光元件的目標基板之相關部分大。例如，當目標基板包含稀疏的發光元件或是與稀疏的發光元件結合時，相關的部分可包括直接在該發光元件上方的區域，有可能連同直接鄰接的區域。於該方面中須注意到，光轉換材料可擷取並傳遞光線，即使光轉換材料並非直接在發光元件上方，例如在包含散光器及/或非準直光源的實施例中。可以依據整個圖形模板沉積該種圖形，但前提為圖形模板非落在目標基板邊緣之外。
雖然圖形模板可以比目標基板或是目標基板的相關部分大，但結合圖形的特徵通常為實質上小於對應的目標基板或目標基板的相關部分。
經由圖形模板施加的圖形可展現預定量的配置敏感度。配置敏感度一般係定義為產生光的預定方面(如來自發光元件與光轉亂材料的結合光之色度)受圖形(以圖形模板施加)相對於目標基板或部分目標基板之對準及/或旋轉所影響之變化量。例如，色度通常會隨著目標基板(或目標基板的相關部分)被預定的光轉換材料覆蓋的比例而改變，因此配置敏感度會與該比例隨著圖形對準及/或旋轉而變化之改變量有關。本文中該類型的配置敏感度係指稱為比例配置敏感度，而且通常與相對於目標基板或目標基板的相關部分為尺寸過大的模板圖形有關。
假使圖形的配置敏感度相對為低，則可將圖形指稱為有配置容忍誤差。假使圖形的配置敏感度相對為高，則可將圖形指稱為配置敏感的。
亦注意到，配置敏感度可取決於對準變化的類型。因此，圖形可能會對水平位移、垂直位移、旋轉或上述之組合敏感。此外，當圖形處於一種類型的對準變化時，圖形可能是配置敏感的，而當圖形處於另一種類型的對準變化時，圖形可能有配置容忍誤差。再者，在某些實施例中，當圖形處於第一範圍內的位移時，圖形可能有配置容忍誤差，而且當圖形處於該第一範圍外的位移時，圖形可能是配置敏感的，反之亦然。
在本技術的實施例中，可以使用有配置容忍誤差的圖形以便利製造，因為即使目標基板與圖形模板在製造過 程中處於可能的錯誤對準，結合光的預定特性仍可實質地實現。該種錯誤對準可能會隨機地發生，例如由於在操作區中機械定位目標基板上的限制，或者是由於連續式滾筒目標基板給料之變化，例如捲筒給料設備之連續式滾筒目標基板給料。
在本技術的實施例中，可以藉由提供可控制製造產品產生的光之各個方面(如色度)的工具來使用配置敏感的圖形幫助改良製造。對於比例配置敏感的圖形，可以構設有配置容忍誤差的圖形，使得在目標基板上以預定量變化的圖形配置將會產生對應的可預測的圖形中光轉換材料量之變化，而且該圖形係操作式地與結合目標基板之發光元件耦接。例如，光轉換材料量可線性地以預定方式隨著水平位移變化，從而可產生對應的可預測之結合光特性(如色度)變化。於該實施例中，可以藉由調整圖形與目標基板及/或發光元件或與發光元件結合之元件之間的對準來可控制地調整結合光的特性(如色度)。
在某些實施例中，可使用機器觀看系統來調整圖形模板與目標基板之相對對準，從而調整比例配置敏感圖形沉積之光轉換材料量。因此可將光轉換材料以相同圖形沉積於一批目標基板上，但是使用配置變化來控制色度(例如當與預先特性化一起使用時)，而非以更為計算密集的程序重新調整每個目標基板的整個圖形。
具有不同比例配置敏感度的圖形之實例圖示於第9圖 和第10圖中。第9圖圖示位於目標基板或部分目標基板915(如LED晶片)上方之棋盤圖形模板910。第9圖亦圖示分別位於類似的目標基板或部分目標基板925、935上方之第一與第二放射狀圖形模板920、930。分別依據圖形模板910、920、930至少於該等模板與對應的目標基板或部分目標基板915、925、935重疊處形成光轉換材料之圖形。於該等模板延伸超出下方的目標基板邊界之處並未形成圖形，因為該處沒有上方可沉積材料之基板。在目標基板與分隔開的發光元件結合之處，該等圖形可選擇性地延伸到發光元件之邊界外。
視實施例而定，圖形模板可以比目標基板大，以增進配置容忍度。例如，圖形模板910、920、930覆蓋比目標基板或部分目標基板915、925、935更廣闊的表面積。因此，舉例來說，假使棋盤圖形模板910往上平移，則頂部的光轉換材料不會再與下方的發光元件結合。然而，底部的光轉換材料(約為等量的)被導入了，並且圖形化光轉換材料的總量實質上是沒有改變的。因此圖形模板910對於在與部分目標基板915平行的平面內之向左、向右、向上或向下的側向位移具有配置容忍誤差。另一個實例為：假使轉動圖形模板920、930，則在結合的部分目標基板925或935上方或鄰近處的光轉換材料量只會有限量的改變。注意到，圓柱形對稱的圖形模板，例如固體圓盤或具有同心環的圖形(兩者皆未圖示出)對於旋轉都完全具有容忍誤差。假使放射狀圖形模板920 往上或往下平移，則沉積的光轉換材料量會相應於上下敏感圖形而改變。假使放射狀圖形模板920往左或往右平移，則被光轉換材料覆蓋的部分目標基板925比例將仍會維持固定，直到光轉換材料的周邊超過發光元件的角落後面。因此圖形模板920對應於有左右配置容忍誤差的圖形。採取具有八個區段的放射狀圖形模板920可以至少部分改良對於在上下或左右移動及轉動的圖形轉移之容忍誤差。放射狀圖形模板930相當於在位移之下實質上更為配置敏感的圖形，因為沒有軸可立即確認沿著該軸之實質位移使部分目標基板935被圖形覆蓋的比例處於未改變狀態。
第10圖圖示實例圖形模板1010與1030，以提供在某些條件下為配置敏感的圖形。例如，圖形模板1010包含左側區1015與右側區1020，其中每一區的大小比對應的目標基板或目標基板區1025大。對照右側區1020經由左側區1015將不同量的光轉換材料實質上均勻地圖形化。藉由將圖形模板1010往左或往右平移，從而可控制施加於目標基板或目標基板區1025的光轉換材料量。然而，不管左右位移如何，模板1010的圖形在上下方向有配置容忍誤差。
圖形模板1030包含第一區1035及第二區1040，其中對照第二區1040經由第一區1035將不同量的光轉換材料實質上均勻地圖形化。從圖示的圖形模板1030在目標基板或目標基板區1045頂部之位置開始，將圖形模板 1030以增加量x往左或往右位移將會在目標基板或目標基板區1045中產生對應的圖形化面積量改變，該圖形化係經由第一區1035與第二區1040。例如，第一區1035可對應於無施加光轉換材料而第二區1040可對應於全部施加光轉換材料。對於上至預定量的左或右位移，經由第一區或第二區圖形化之目標基板或目標基板區1045之量會在方向上隨著左或右位移量之比例改變。此外，可以藉由在圖形平面內、與該左右位移正交的方向上、往上移動圖形而調整比例常數。只要圖形模板1030未從圖示位置在左右方向上位移，則圖形模板1030在上下方向上亦相當於實質上有配置容忍誤差之圖形。
模板1030的圖形有配置容忍誤差的程度和模板的中央軸1037與1042錯過目標基板1045中心點的距離有關。如圖示，垂直軸1037通過中心點，所以圖形在垂直平移下有配置容忍誤差。相反地，假使是水平軸1042通過中心點，則圖形會在水平平移下有配置容忍誤差。假使任一軸1037或1042皆未通過中心點，則圖形在垂直與水平平移下皆會是配置敏感的。因此對稱軸扮演了確認某些圖形之配置敏感度的角色。
更一般地，一個類型的光轉換材料圖形之比例配置敏感度可以如下方式評估。圖形模板可與二維表面S結合，二維表面S上定義數量場。對於S上的每一個位置，該數量場表示該位置之圖形化光轉換材料量。在一實施例中數量場可採二位數值，其中光轉換材料若不是以均 勻厚度施加就是未施加。接著，定義封閉曲線C，封閉曲線C表示目標基板或目標基板相關部份(如LED)之大小或形狀。封閉曲線C初始係位於表面S上之任意點，但可在任意的轉換T之下平移及/或旋轉封閉曲線C。封閉曲線C在表面S上處於轉換T之下的位置以C(T)表示。將表面S與封閉曲線C(T)的交點定義為次平面S C (T)，則圖形化於目標基板上之光轉換材料比例可以數量場在整個次平面S C (T)上之表面積分表示，然後可將配置敏感度評估為S C (T)關於既定變化T之變化率。假使變化率接近零，則圖形對於既定變化T有配置容忍誤差。期望可以藉由取得適合向量場中的表面積分，而以類似方法評估多種光轉換材料類型的圖形之比例配置敏感度。
單層及多層
在某些實施例中，可依據本技術將單層的(通常為經圖形化的)光轉換材料施加於目標基板。例如，可將單層的磷光劑以預定圖形沉積於藍光或紫外光泵式LED晶粒、晶圓或其他目標基板上。
在某些實施例中，可依據本技術將複數的(通常為經圖形化的)光轉換層施加於目標基板。依據本文中所述之轉移製程，可以預定次序施加每一層。直接將第一層施加於目標基板，將後續的層施加於目標基板而在先前施加層的頂部上。
在某些實施例中，可於層施加之間評估目標基板。例 如，可在施加一或多層之後評估結合的發光元件與光轉換材料生成之色度。基於該評估，可以調整後續層之圖形化，以實現所需的色度，或是假使已經達到滿意的色度，則無需施加另外的層。
在某些實施例中，將新鮮的施基板(即來自該部分施基板的光轉換材料仍未被轉移)或施基板的新鮮部分用於施加每個圖形。在某些實施例中，可以再使用部分使用過的施基板，例如用於施加第二圖形於相同的目標基板，或是用於施加圖形於另一個目標基板，但前提為該圖形係使用先前未被耗盡光轉換材料的施基板部分所形成的。例如可由同一施基板衍生出二個互補的棋盤圖形。作為另一個實例，可以類似打字機色帶的方式位移施基板，使得新鮮的部分可適當地位於將發生圖形轉移之處。
在某些實施例中，可將複數層實質上相同的光轉換材料施加於目標基板。藉由重疊該等複數層，可以可控制地調整在選擇部分的目標基板上之光轉換材料厚度，例如在預定區域產生光轉換材料之垂直堆疊。藉由改變光轉換材料(如磷光劑)區的厚度，可以控制該等區對最終色度之貢獻，如本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的。在某些實施例中，上述作法可提供甚至比單層圖形化對於色度更高的控制度。例如，假設1 mm的方形LED、10 μm的圖形像素大小及5層的圖形「重疊複寫」，則可施加50,000種不同量的光轉換材料。因此， 於該實例中，可以可控制地將目標基板被光轉換材料覆蓋的比例從0%以0.002%的增加量變化至100%。
第11A圖圖示1931 CIE色度圖上之色度軌跡1130，色度軌跡1130可以藉由圖形化一層或複數層相同的光轉換材料於目標基板上而實現。目標基板與具有預定色度1110的發光元件結合。對於第一種近似，光轉換材料吸收來自發光元件的光並發射出具有不同色度1120的光。藉由改變目標基板被光轉換材料覆蓋的比例及光轉換材料的厚度，發光元件與光轉換材料之結合光可以實現沿著線軌跡1130之不同色度點。假使光轉換材料的厚度夠厚而使得與色彩轉換點交流的所有來自發光元件之發射光可被轉換，則100%的覆蓋率會產生色度1120。然而，假使色彩轉換層的厚度不足以轉換所有的光(泵式源的光洩漏)，則由單層塗覆可得的色度空間會受限於100%覆蓋率所界定的色度點。於該場景中，則多層塗覆將進一步將可得的色度空間向上延伸至1120。
在例示性實施例中，採用三層光轉換材料。可以設計層的厚度，以使全部三層具100%覆蓋率的組合可實現色度1120(例如經由完全吸收與轉換來自泵式光源的光)，且每一個別層吸收一部分的泵式光。該種作法可有效地提高色度解析度，同時保持光學解析度。
在某些實施例中，可將複數層不同的光轉換材料施加於目標基板，該種作法可以取代或外加於複數層相同光轉換材料的施加。每一種不同的光轉換材料可具有不同 的特性，如不同的發射色度。例如，不同的光轉換材料可為具有不同光吸收度及/或再發射光譜量變曲線之磷光劑。使用複數層不同的光轉換材料可促進所需色度、所需演色性指數(CRI)之實現及/或補償發光元件、光轉換材料或上述的組合之色度變化。可以互相重疊或不互相重疊或甚至以相當小的有限空間分隔的方式施加不同色度的該等層。
第11B圖圖示1931 CIE色度圖上實質上為三角形的色度區1170，該色度區1170可藉由以非重疊的方式圖形化二種不同的光轉換材料於目標基板上而實現。目標基板與具有預定色度1140的發光元件結合。對於第一種近似，第一光轉換材料吸收來自發光元件的光並發射出具有不同光譜1150的光，而第二光轉換材料吸收來自發光元件的光並發射出具有另一種不同光譜1160的光。假設沒有泵式波長的光從對應的色彩轉換層洩出(100%轉換)，則藉由改變目標基板被第一與第二光轉換材料覆蓋的比例，發光元件與光轉換材料的結合光可以實現區1170內任意的色度點。假使光轉換材料未實現100%轉換，則可能可以實現區1170內的一個子集的點。假使複數種光轉換材料自食地相互作用，例如由於光轉換材料的鄰近及/或重疊，若沒有適當地補償自食效應則可能會無法實現區1170內的某些點。
在某些實施例中，可將複數層不同的光轉換材料以重疊的方式施加於目標基板，目標基板與一或多個具有預 定色度1140的發光元件結合。對於第一種近似，第一光轉換材料吸收來自發光元件的光並發射出具有色度1150之不同光譜的光，而第二光轉換材料吸收來自發光元件的光並發射出具有色度1160之另一種不同光譜的光。可先沉積第一光轉換磷光劑，並於第二步驟中塗覆第二光轉換磷光劑，以產生具有以下頂點之色度四邊形：泵波長1140(在未施加磷光劑的區域)、第一光轉換磷光劑1150之響應作用(僅施加第一磷光劑之處)、第二光轉換磷光劑1160之響應作用(僅施加第二磷光劑與泵式源直接交流之處)及第二磷光劑對第一磷光劑上之響應作用(塗覆第二磷光劑於第一磷光劑上)。
在某些包含施加複數層不同的光轉換材料於目標基板之實施例中，可以非重疊的方式沉積不同的光轉換材料。例如，可將目標基板分成連續或非連續區，每一區僅以一種類型的光轉換材料覆蓋。藉由避免光轉換材料的重疊，可以控制或避免由於不同光轉換材料的組合所產生的不良效應，如自食效應。
如同本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的，某些光轉換材料(如磷光劑)的吸收與放射帶可為相當接近或甚至是重疊的。舉例來說，YAG：Ce黃色磷光劑可在420至500奈米波長吸收並且在500至650奈米發射，主要是在光譜的黃光區(故為黃色)。因此，舉例來說，假使期望橘/紅發射拉高長波長尾部，則該磷光劑可以在450至600奈米吸收，該作法實質上與黃色磷光劑的發 射重疊，而從最終光譜移除了某些該種發射。該現象為本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的，例如關於輻射捕捉與自食作用。該種自食作用是不會受歡迎的，因為會降低系統的效率。如本文中所述，藉由以小點圖形化沉積物，可實質地從附近移除會以其他方式表現出自食作用的不同磷光劑區，從而減少或抑制該種自食作用。藉由提供間隔開的且非重疊的排列，即使複數種光轉換材料存在於單一混合物中會由於自食作用而無法以其他方式相容，仍可以利用複數種光轉換材料。上述作法允許使用具有比其他先前技藝的解決方案更為接近的發射峰之複數種磷光劑或其他的光轉換材料，而使更均勻的最終發射光譜成為可能。由於黑體光源的光譜組成有更好的近似，在該種裝置的改良發光功效中(無轉換光之重吸收)及改良的演色性指數CRI中皆可發現益處。
在某些包含施加複數層不同的光轉換材料於目標基板之實施例中，可以至少部分重疊的方式沉積不同的光轉換材料。
第12A圖至第12C圖圖示施加有未重疊或重疊的光轉換材料圖形之目標基板的實例。第12A圖圖示目標基板1210(如藍光LED)之俯視圖。已經以黃色磷光劑連續圖形化目標基板1210的第一區1212，並且以另一種材料(如紅色磷光劑或紅色量子點材料)連續圖形化目標基板1210的第二區1214。第12B圖圖示目標基板1210 之俯視圖，其中以另一種光轉換材料圖形化目標基板1210的另一部分1216。在第12A圖與第12B圖中，不同的區1212、1214、1216皆無重疊。相反地，第12C圖圖示目標基板1220之俯視圖與側視圖，目標基板1220具有施加於整體目標基板上之第一層1222光轉換材料及施加於部分的第一層1222上之第二層1224光轉換材料。可選擇地，第一層1222可以只覆蓋一部分的目標基板1220，及/或第二層1224可以覆蓋整個第一層1222且可選擇地也覆蓋所有的目標基板1220。例如為了個別地調整基板的每個部分之色度，可以不同方式圖形化目標基板的不同部分(例如對應於不同的LED)。
視實施例而定，可以結合兩層或更多層不同的光轉換材料(具有對應的發射光譜)以提供結合光的預定發射光譜及/或演色性指數(CRI)。視實施例而定，可以配置光轉換材料以有助於減輕其中光的自食作用及/或提供具有展現出隨波長變化(可以等於、高於或低於預定程度)的光滑發射光譜之結合光。例如，第16圖圖示發光元件和光轉換材料的不同組合之發射光譜1610。可以看出，發射光譜1620不像光譜1610在500 nm的區域有明顯的波谷。
在某些實施例中及如上所述，施加兩種不同的光轉化材料於目標基板。由於發光元件和光轉換材料在CIE色彩圖的預定二維區域中，上述作法有助於結合光的色度變化。在某些實施例中，可以施加三種或更多種不同的 光轉換材料於目標基板。上述作法有助於在CIE色彩圖的另一個二維區域中結合光的色度變化。在某些實施例中，通常可將該區域描述為被包含在描述發光元件與光轉換材料的色度點所界定之凸狀多邊形內。
在某些施加三種或更多種不同的光轉換材料於目標基板之實施例中，可以經由二種或更多種不同的色度解決方案來獲得某些色度，其中每一種色度解決方案表示施加一或多種光轉換材料於指定比例之目標基板上。換句話說，產生了受限的問題，因此可得到比獲得一或多種色度所需要的更多的自由度(每種光轉換材料所覆蓋的目標基板比例)。於該案例中，可以基於一或多種其他的標準從該複數種可得的解決方案中選擇色度解決方案。例如，可以選擇亦產生結合光輸出之解決方案，該結合光輸出具有接近所需的光通量輸出或演色性指數。可以藉由數學優化演算法、查找表或類似者進行選擇。
後轉移製程
在某些實施例中，在轉移光轉換材料之後進行烘烤及/或退火製程。可以使用該種製程來更永久地將光轉換材料固定於目標層，以固化粘結劑材料與膠黏劑、迴流層、密封表面、水平表面及類似者。
設備
本技術的各個態樣係關於一種用於耦接一或多個發光元件與光轉換材料之設備，該設備通常包含操作區、雷射及移動系統，其中該操作區設以接收目標基板與施基 板，該雷射設以激發該施基板之一或多個選擇位置，該施基板位於該操作區，該移動系統設以可控制地將該雷射與該一或多個選擇位置對準以進行激發。
本技術的實施例可利用熱雷射攝像頭，如柯達SquarespotTM生產線或是替代的Agfa ExcaliburTM生產線中所提供者。例如，具有2400 dpi解析度的雷射攝像頭可以提供像素大小約為10 μm的充足光學解析度與定址能力，而且也可以提供充足的光輸出功率，以實現高產量等級之轉移。實例的雷射可具有20 W的公稱功率及/或提供830 nm或更長的紅外光。實例的熱攝像系統可適合對環繞圓筒捲繞的基板或放在平坦表面上的基板攝像。
本技術的實施例利用在近紅外光譜(例如在830 nm附近)具有發射峰的雷射。本技術的實施例可利用在其他波長具有發射峰的雷射，例如在1064 nm(NdYAG雷射所提供)、980 nm(InP雷射所提供)、約1310 nm或1530至1560 nm或其他波長(摻雜鉺的光纖雷射所提供)，或量子串聯雷射或其他雷射。與該種雷射結合之本技術實施例通常利用熱活化製程來轉移光轉換材料。整合該種雷射而且能夠以高解析度與高光輸出操作該種雷射之裝備在工業界可輕易取得。
在某些實施例中，可以例如藍光、近UV或UV雷射或其他雷射啟動光轉換材料的轉移。於該案例中，如本文所述，轉移製程可從熱活化製程轉變為光活化製程。在 一個實施例中，可以利用近UV攝像系統，如AGFA GalileoTM CTP。Agfa Galileo攝像系統在410 nm的波長提供2400 dpi。在某些實施例中，雷射可設以利用NdYAG的1064 nm波長之高次諧波，如倍頻532 nm、三倍頻355 nm或四倍頻256 nm的波長。某些實施例也可利用深UV發射，例如由準分子雷射所提供者。
在某些實施例中，該設備包含移動控制系統(如機械人驅動系統)，該移動控制系統設以適合的圖形化精確度移動雷射及/或施基板與目標基板。如本領域中具有通常知識之工作者可輕易瞭解的，可利用各種由電腦自動化裝備致能的移動控制系統。各種市購可得的系統，如柯達的SquarespotTM產品線整合了移動控制系統。
在某些實施例中，該設備包含定位系統，如機器觀看系統或機械定位系統，該定位系統設以於經由雷射圖形化之前確保目標基板及/或施基板的定位。可進一步將定位系統架設為定位目標基板相對於基線座標系統之位置，使得目標基板與基線座標系統之間的物理性偏移可被補償，從而降低圖形錯誤對準之可能性，並因而改良色度的精確性或產生的產品之其他方面。
現將參照具體實例說明本技術。將瞭解到該實例意欲說明本技術之實施例而非意欲以任何方式限制本技術。
實例
本實例說明依據本技術之實施例所製造的白光LED與先前技藝相比之可調性。第13A圖說明商業LED製造商 使用之實例分類(binning)圖，分類(binning)圖的每一區與CIE 1931(x,y)色度圖之一區相對應。在典型的製造步驟中，測試LED以決定該LED與對應的分類關聯之色度。第13B圖顯示一般照明固態光源在CIE 1931(x,y)色度圖上之ANSI C378.77容忍誤差規格，圖上的每個四邊形表示適當對應於四邊形中心的公稱關聯色彩溫度(CCT)之色度範圍。亦圖示每個公稱CCT之7步驟麥克亞當橢圓(Macadam Ellipse)。第13C圖顯示一批依據先前技藝製造流程所生產的、具有白色磷光劑塗覆的藍光泵式LED之假設性色度分佈，並假定製程變化的均方偏差(sigma)為1.5%，而且來自藍光LED的光波長約有2 nm的波長變化。該種先前技藝製造方法可以在分類的裝置中提供7步驟麥克亞當橢圓等級或約為Duv 0.012之預定一致性，此處該Duv係指1976 CIE色度圖(未圖示)，其中感興趣的區域之每個角落座標間的差異之和為0.012。亦即[(u’1-u’2)2+(v’1-v’2)2]1/2=0.012，其中u’1v’1與u’2v’2為色度座標。
第13D圖圖示在CIE 1931(x,y)色度圖上，依據本技術之例示性實施例所製造的、塗覆白色磷光劑的藍光LED之色度可調性，並假定LED與磷光劑來源有固定的色度。假定磷光劑的塗覆量可以從0%以0.1%的增加量調整到100%，則可實現Duv 0.0003的可調解析度。軌跡1350上鄰接的方塊相差0.1%施加的磷光劑塗覆量。軌跡1350通過黑體曲線1360上的6500 K色度點1362。當 LED及/或磷光劑來源的色度改變時，可以使用評估與反饋機制來調整磷光劑的塗覆量，從而實現嚴格的製造容忍誤差。
顯然的，以上本技術之實施例係為實例且可以許多方式做變化，不可將該種目前或未來之變化視為背離本技術之精神或範疇，而且意欲將所有該種對本領域中具有通常知識者而言為顯而易見之修飾涵括於以下申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧方法
110‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
130‧‧‧步驟
140‧‧‧步驟
150‧‧‧步驟
160‧‧‧步驟
205‧‧‧光束
210‧‧‧圖形
220‧‧‧施基板
225‧‧‧承載基板層
230‧‧‧釋放層
235‧‧‧轉移層
250‧‧‧目標基板
300‧‧‧設備
310‧‧‧操作區
315‧‧‧目標基板
320‧‧‧施基板
330‧‧‧雷射
340‧‧‧移動系統
410‧‧‧目標基板
412‧‧‧發光元件
414‧‧‧發光元件
420‧‧‧密封層
430‧‧‧圖形
435‧‧‧距離
440‧‧‧圖形
500‧‧‧目標基板
510‧‧‧發光元件
600‧‧‧目標基板
610‧‧‧圖形
620‧‧‧發光元件
625‧‧‧發光元件
630‧‧‧基板
640‧‧‧氣隙
645‧‧‧密封物
710‧‧‧目標基板
712‧‧‧基板
714‧‧‧LED
720‧‧‧施基板
722‧‧‧承載基板層
724‧‧‧釋放層
726‧‧‧轉移層
728‧‧‧部分
730‧‧‧攝像頭
738‧‧‧圖形
810‧‧‧目標基板
815‧‧‧圖形
817‧‧‧部分
820‧‧‧目標基板
825‧‧‧棋盤圖形
830‧‧‧基板
835‧‧‧圖形
910‧‧‧圖形模板
915‧‧‧部分目標基板
920‧‧‧圖形模板
925‧‧‧部分目標基板
930‧‧‧圖形模板
935‧‧‧部分目標基板
1010‧‧‧圖形模板
1015‧‧‧左側區
1020‧‧‧右側區
1025‧‧‧目標基板區
1030‧‧‧圖形模板
1035‧‧‧第一區
1037‧‧‧中央軸
1040‧‧‧第二區
1042‧‧‧中央軸
1045‧‧‧目標基板區
1110‧‧‧色度
1120‧‧‧色度
1130‧‧‧軌跡
1140‧‧‧色度
1150‧‧‧光譜
1160‧‧‧光譜
1170‧‧‧色度區
1210‧‧‧目標基板
1212‧‧‧第一區
1214‧‧‧第二區
1216‧‧‧部分
1220‧‧‧目標基板
1222‧‧‧第一層
1224‧‧‧第二層
1350‧‧‧軌跡
1360‧‧‧曲線
1362‧‧‧色度點
1500‧‧‧設備
1510‧‧‧目標基板
1515‧‧‧滾輪
1520‧‧‧操作區
1525‧‧‧施基板
1527‧‧‧滾輪
1528‧‧‧滾輪
1530‧‧‧陣列
1610‧‧‧發射光譜
1620‧‧‧發射光譜
於以下參照隨附圖示的實施方式中，本技術的該等及其他特徵將會變得更加明顯。
第1圖說明依據本技術的實施例耦接一或多個發光元件與光轉換材料之方法。
第2圖說明依據本技術的實施例關於將光轉換材料圖形從施基板轉移到目標基板之各態樣。
第3圖說明依據本技術的實施例耦接一或多個發光元件與光轉換材料之設備。
第4圖係說明依據本技術的實施例包含密封層的目標基板之剖面圖。
第5圖係說明依據本技術的實施例包含間隔開排列的發光元件之目標基板之俯視圖。
第6圖係說明依據本技術的實施例以氣隙與結合的發 光元件分隔的透明目標基板之剖面圖。
第7A圖與第7B圖係說明依據本技術的實施例所提供的轉移製程各態樣之剖面圖。
第8A圖係說明依據本技術的實施例具有以實質連續圖形施加的光轉換材料的目標基板之俯視圖。
第8B圖係說明依據本技術的實施例具有以「棋盤」圖形施加的光轉換材料的目標基板之俯視圖。
第8C圖係說明依據本技術的實施例具有以不規則圖形施加的光轉換材料的目標基板之俯視圖。
第9圖係說明依據本技術的實施例之例示性有配置容忍誤差的圖形。
第10圖係說明依據本技術的實施例之例示性配置敏感圖形。
第11A圖說明依據本技術的實施例使用施加至目標基板的單一光轉換材料可實現之色度。
第11B圖說明依據本技術的實施例使用施加至目標基板的二種不同光轉換材料可實現之色度。
第12A圖至第12C圖說明依據本技術的實施例施加有非重疊或重疊圖形的光轉換材料之目標基板。
第13A圖說明商業LED製造商所使用的一般先前技藝色度分類圖(chromaticity-binning diagram)。
第13B圖顯示一般照明用固態光源的先前技藝色度容忍規格。
第13C圖顯示依據先前技藝製造流程生產的具有白色 磷光劑塗覆的批次藍光泵式LED之假設性色度分佈。
第13D圖說明依據本技術的例示性實施例製造的塗覆發白光的磷光劑之藍光LED之可實現且可調色度軌跡。
第14圖說明依據本技術的例示性實施例藉由複數種磷光劑部分轉換的發光元件所發射之光譜。
第15圖係說明依據本技術的實施例耦接一或多個發光元件與光轉換材料的捲筒給料設備之俯視圖與透視圖。
第16圖說明由發光元件與光轉換材料結合所發射之發射光譜。
710‧‧‧目標基板
712‧‧‧基板
714‧‧‧LED
720‧‧‧施基板
722‧‧‧承載基板層
724‧‧‧釋放層
726‧‧‧轉移層
730‧‧‧攝像頭
738‧‧‧圖形

Claims (20)

  1. 一種耦接一或多個發光元件與一光轉換材料的方法，該方法包含以下步驟：a)提供一目標基板，該目標基板與該一或多個發光元件結合；b)提供一鄰接該目標基板之施基板，該施基板包含該光轉換材料，並且該施基板設以於一部分之該施基板接受一預定激發之後立即將一對應部分之該光轉換材料轉移至該目標基板；及c)可控制地激發該施基板之一或多個選擇位置，從而將該光轉換材料從該施基板之該一或多個選擇位置轉移至該目標基板。
  2. 如請求項1所述之方法，其中以一雷射進行該一或多個選擇位置之激發。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該目標基板包含該一或多個發光元件，或其中該目標基板包含一透光材料，該透光材料用以將該目標基板定位於鄰接該一或多個發光元件。
  4. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：a)量測該一或多個發光元件之一或多個第一光學性質；b)測定該一或多個發光元件與該光轉換材料的一結 合之一或多個所需光學性質；c)基於該一或多個所需光學性質及該一或多個第一光學性質決定該光轉換材料轉移至該目標基板之一圖形；及d)依據該圖形激發該施基板之該一或多個位置。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該一或多個選擇位置形成一圖形，該圖形覆蓋一預定比例之該目標基板，該預定比例之選擇係基於該一或多個發光元件與該光轉換材料的一結合之一或多個所需光學性質。
  6. 如請求項5所述之方法，其中構設該圖形使得該預定比例在該圖形與該一或多個發光元件之間上至一預定量的對準變化之下實質上未改變。
  7. 如請求項5所述之方法，其中構設該圖形使得該預定比例隨著該圖形與該一或多個發光元件之間的對準變化以一預定方式改變，及其中選擇該對準變化以控制該預定比例。
  8. 如請求項5所述之方法，其中該圖形為一規則圖形、一偽隨機圖形或一隨機圖形，及該圖形之一特徵具有一選自於由多邊形、矩形、正方形、平行四邊形、梯形、橢圓形、圓形及卵形所組成之群組之公稱形狀。
  9. 如請求項5所述之方法，其中該圖形設以覆蓋一第一預定比例之一第一部分的該目標基板，及該圖形 設以覆蓋一第二預定比例之一第二部分的該目標基板，該第一預定比例與該第二預定比例不同。
  10. 如請求項1所述之方法，該方法在從該施基板轉移該光轉換材料至該目標基板之後進一步包含以下步驟：a)提供一鄰近該目標基板之第二施基板，該第二施基板包含一第二光轉換材料，且該第二施基板設以於該施基板之一第二部分之一第二預定激發之後立即將一第二對應部分之該第二光轉換材料轉移至該目標基板；及b)可控制地激發該施基板之一或多個第二選擇位置，從而將該第二光轉換材料從該第二施基板之該一或多個第二選擇位置轉移至該目標基板。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該一或多個第二選擇位置中之至少一者至少部分與該一或多個選擇位置中之至少一者重疊。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該第二選擇位置中之至少一者與該一或多個選擇位置未重疊。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該第二光轉換材料與該光轉換材料為名義上相等且不同者中之一者。
  14. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：a)量測該一或多個發光元件之一或多個第一光學性質； b)量測該施基板之一或多個第二光學性質；c)測定該一或多個發光元件與該光轉換材料的一結合之一或多個所需光學性質；d)基於該一或多個所需光學性質、該一或多個第一光學性質及該一或多個第二光學性質決定該光轉換材料轉移至該目標基板之一圖形；及e)依據該圖形激發該施基板之該一或多個位置。
  15. 一種依據請求項1至14中任一項所述之方法製造之照明裝置。
  16. 一種照明裝置，包含：a)一或多個具有一第一尺寸之發光元件；及b)一光轉換材料之圖形，該光轉換材料操作式耦接於該發光元件，該圖形包含一或多個具有一第二尺寸之特徵，而且該第二尺寸小於該第一尺寸。
  17. 一種耦接一或多個發光元件與一光轉換材料之設備，該設備包含：a)一操作區，該操作區設以接收一目標基板，該目標基板與該一或多個發光元件結合；b)該操作區進一步設以接收一鄰接該目標基板之施基板，該施基板包含該光轉換材料，該施基板設以於一部分之該施基板接受一預定激發之後立即將一對應部分之該光轉換材料轉移至該目標基板；c)一雷射系統，該雷射系統設以激發位於該操作區 中之該施基板之一或多個選擇位置，從而將該光轉換材料從該施基板之該一或多個選擇位置轉移至該目標基板；及d)一移動系統，該移動系統設以對準該雷射系統，從而將該雷射系統產生的雷射光對準該一或多個選擇位置。
  18. 如請求項17所述之設備，其中該移動系統包含：一第一給料系統，用以將該目標基板饋入通過該操作區；及一第二給料系統，用以將該施基板饋入通過該操作區。
  19. 如請求項17所述之設備，其中該移動系統設以可控制地對準來自該雷射系統之該光。
  20. 如請求項17所述之設備，其中該雷射系統包含一雷射陣列，及其中激發該一或多個選擇位置包含選擇該陣列之一或多個雷射來操作，每一選擇之雷射對應於一選擇位置。
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