TW201442294A - 具有波長轉換材料之密封之發光二極體模組 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種發光二極體(LED)模組,其包含具有一高導熱性之一基板及安裝於該基板上之至少一LED晶粒。一波長轉換材料(諸如一黏合劑中之磷光體或量子點)具有一非常低之導熱性且經形成以於該LED晶粒上具有相對較高容積及相對較低濃度,使得該磷光體或該等量子點幾乎不傳導來自該LED晶粒之熱量。具有一高導熱性之一透明頂板定位於該波長轉換材料上,且一密封形成於該頂板與該基板之間以環繞該波長轉換材料。該LED晶粒位於該基板或該頂板中之一空腔中。以此方式,使該波長轉換材料之溫度保持遠低於該LED晶粒之溫度。在一晶圓級程序中完成該密封。

Description

具有波長轉換材料之密封之發光二極體模組
本發明係關於發光二極體(LED),且特定言之,本發明係關於一種用於密封LED晶粒上方之一磷光體或量子點層之技術。
通常,用磷光體或量子點(QD)塗覆一藍色LED晶粒,接著用一透明聚合物囊封劑(諸如聚矽氧、環氧樹脂或其他聚合物)囊封該結構。磷光體或QD將藍光轉換成一或多個其他波長,且透過波長轉換層洩漏之藍光與該(等)經轉換波長之組合可產生大範圍之色彩(其包含白光)。
諸多類型之磷光體及QD具空氣敏感性以引起其等在被加熱且曝露於潮濕空氣時降解。
當通量及溫度超過2W/cm2及80℃時,習知地用於囊封一LED晶粒及波長轉換材料之聚合物係不適用的。用於高亮度LED之一囊封劑亦具有非常良好之導熱性以將熱量自LED晶粒傳導至周圍空氣。對於一高亮度/高溫LED晶粒,習知聚合物不具有足夠導熱性。
需要一種新密封技術來密封疊覆於一高亮度LED晶粒上之磷光體或QD,其中該技術亦提供LED晶粒與周圍空氣之間之良好導熱性。該技術應促成相對較低成本且應高度可靠。較佳地,對於高亮度(即,高通量)LED晶粒,密封應在遠高於80℃之溫度處保持可靠且具 有高達20W/cm2之一光通量,且應使磷光體或量子點之溫度保持低於130℃以避免降解。
在一實施例中,用作一晶圓之一高導熱性基板經模製以具有空腔。該基板可為玻璃、陶瓷或其他導熱性材料。該等空腔具有反射表面或該基板具透明性。一或多個高亮度藍色LED晶粒可使其電極結合至各空腔中之對應電極。該基板包含將該等空腔電極連接至適合於在單粒化之後將該基板焊接至一印刷電路板或另一基板之墊之導體。
接著,將一磷光體或量子點材料沈積於空腔中以完全或部分地填充空腔。可藉由將磷光體粉末或量子點混合於一透明黏合劑中而形成該磷光體或量子點材料。
接著,將一導熱性透明陶瓷或玻璃板(其用作一晶圓)安裝於基板晶圓上,且(諸如)藉由將該板雷射熔合至基板、將該板焊接至基板或圍繞各空腔提供其他類型之高溫密封而產生環繞該空腔之一導熱性密封。接著,結合頂板晶圓及基板晶圓經單粒化以形成個別LED模組。
由於LED晶粒不直接接觸密封,所以LED晶粒可產生高熱量及高通量且不會使密封降解。
在另一實施例中,將LED晶粒安裝於其上之基板係實質上平坦的,且透明板具有環繞磷光體或量子點之空腔。接著,將環繞各空腔之板之部分結合至基板以形成一高溫密封。
在一實施例中,透明板具有用於各LED模組之波長轉換材料之複數個單獨子空腔,其等在單粒化之後留下,使得一空腔之一密封之失效不影響其他空腔之密封。
在另一實施例中,將LED晶粒安裝於其上之基板係實質上平坦的,將波長轉換材料模製(或否則沈積)於LED晶粒上以囊封LED晶粒,且透明板具有環繞各LED晶粒之空腔。接著,將環繞各空腔之板 之部分結合至基板以形成一高溫密封。
由於在一晶圓級程序期間形成密封且所得晶圓接著經單粒化以產生個別LED模組,所以該程序成本較低。在單粒化之後,頂板之邊緣將與基板之邊緣重合以導致一非常緊湊之LED模組。
顯然,結構中之最低導熱性材料為波長轉換材料及其黏合劑。所揭示之結構容許波長轉換材料具有磷光體之一相對較大容積及相對較低濃度。材料之低導熱性限制材料之加熱,同時由基板及透明板(經由密封連接)消散絕大多數LED晶粒熱量。因此,大容積之波長轉換材料經歷一減少之熱量及通量以導致磷光體隨時間流逝之降解(若存在)減少。該等優點同樣適用於將量子點用作為波長轉換材料時。波長轉換材料甚至可包含磷光體及量子點之一組合。
結構將波長轉換材料之溫度限制於小於130℃(即使具有最高亮度LED),同時維持一良好密封。
本發明亦揭示其他實施例。
10‧‧‧晶圓
20‧‧‧基板
22‧‧‧空腔
24‧‧‧發光二極體(LED)晶粒
26‧‧‧波長轉換材料/模製材料
30‧‧‧板
32‧‧‧密封劑材料
34‧‧‧線
40‧‧‧晶圓
42‧‧‧基板
44‧‧‧板
46‧‧‧空腔
50‧‧‧板
52‧‧‧光學特徵
54‧‧‧反射膜
58‧‧‧板
60‧‧‧反射環
62‧‧‧中央區域
66‧‧‧空腔
68‧‧‧基板
70A‧‧‧焊料
70B‧‧‧焊料
71‧‧‧底部墊
72‧‧‧板
74‧‧‧金屬環
76‧‧‧開口
78‧‧‧密封劑材料
80‧‧‧板
82‧‧‧空腔
84‧‧‧發光二極體(LED)模組
86‧‧‧密封板
88‧‧‧空腔
90‧‧‧基板
94‧‧‧磷光體層
96‧‧‧空腔
98‧‧‧板
100‧‧‧密封劑材料
104‧‧‧中空條板/水平空腔
106‧‧‧板
108‧‧‧密封劑材料
圖1係單粒化之前之一晶圓之一部分之一橫截面圖,其中基板具有空腔,各空腔含有一或多個LED晶粒。該等空腔填充有一波長轉換材料,且該等空腔由一平坦透明板密封。
圖2係圖1之晶圓之一部分之一俯視圖,其展示圍繞各空腔之密封(為便於識別,圖中展示大幅變窄之密封)。
圖3係單粒化之前之一晶圓之一部分之一橫截面簡化圖,其中基板係實質上平坦的且支撐LED晶粒,其中將波長材料模製於各LED晶粒上以囊封LED晶粒,其中一透明板具有空腔,且其中圍繞各空腔形成一密封。
圖4係圖3之晶圓之一部分之一俯視圖,其展示圍繞各板空腔之密封。
圖5係一單一單粒化LED模組之一板之一部分之一橫截面圖,該板具有使光發射成形之一光學圖案。該光學圖案可形成透鏡、光散射特徵、反射體、光吸收體,或形成任何其他特徵。
圖6係圖5之板部分之一俯視圖。
圖7係一單一單粒化LED模組之一板之一部分之一橫截面圖,其繪示圍繞一單一LED晶粒區域而形成以將光發射集中至中央區域之一反射環。
圖8係圖7之板部分之一俯視圖。
圖9A及圖9B係一晶圓之一部分之橫截面圖,其中LED晶粒安裝於基板之空腔中且(諸如)使用熱量使其與一低溫AuSn焊料金屬結合,且其中使用相同焊料同時形成板之密封。
接著,圖10A繪示如何透過板中之開口用波長轉換材料填充圖9B之結構中之空腔,因此波長轉換材料避免圖9B之焊料加熱步驟。
接著,圖10B繪示如何填充板中之開口以完成密封。
圖11係具有複數個密封空腔、形成垂直圓柱體、含有波長轉換材料之一單一單粒化LED模組之一板之一部分之一俯視圖。
圖12係使用圖11之板來單粒化之後之一單一LED模組之一橫截面圖(沿圖11中之線12-12觀看),其中一波長轉換材料填充板中之空腔,且其中由一選用之磷光體層覆蓋板以產生額外波長。
圖13係類似於圖11,除板中之空腔為填充有一波長材料之水平圓柱體(其在單粒化之後被密封)之外。
圖14係使用圖13之板來單粒化之後之一單一LED模組之一橫截面圖(沿圖13中之線14-14觀看),其中一波長轉換材料填充空腔,且其中由一囊封劑(其含有磷光體粒子)覆蓋板以密封空腔之端部。
圖15係由陶瓷或玻璃製成之中空條板之一俯視圖,該等中空條板已藉由毛細管作用而填充有一波長轉換材料。替代地,一子板可含 有填充有波長轉換材料之水平空腔。
圖16係使用圖16之條板或子板來單粒化之後之一單一LED模組之一橫截面圖(沿圖15中之線16-16觀看),其中條板或子板結合至一頂板,該頂板接著結合至具有含有LED晶粒之空腔之一基板。該結合產生一密封。若需要,則用一囊封劑密封水平空腔之端部。
相同或類似元件標記有相同元件符號。
圖1繪示單粒化之前之一晶圓10之一部分。晶圓10包含一基板20及一透明板30。基板20由一高導熱性材料形成。基板20可由(例如)一透明陶瓷(諸如藍寶石、尖晶石或多晶氧化鋁)形成。基板20亦可由任何其他透明或非透明陶瓷材料(其包含一模製陶瓷材料,其中在壓力下模製及燒結陶瓷粉末)形成。在其他實施例中,基板20可為一玻璃陶瓷。在另一實施例中,基板20可為圍封於一彈性體中之一金屬導線架。
在圖1中,基板20經模製或經機械加工以具有空腔22。若基板20由一光吸收材料形成,則空腔22之壁可塗覆有一反射膜(較佳反射至少90%之可見光)。基板20甚至可由一反射材料(諸如一白色陶瓷材料)形成。在替代例中,膜或基板20之反射性可用於非可見光,例如UV光。
各空腔22之底部具有習知電極(圖中未展示),其電連接至用於將單粒化LED模組焊接至一印刷電路板(PCB)或其他基板之基板20上之習知底部金屬墊(圖中未展示)。該等空腔電極經定位以對應於所使用之特定LED晶粒24(諸如覆晶LED、垂直LED等等)上之電極。基板20可經模製以含有通孔,且金屬經沈積及經圖案化以在空腔22中形成各種電極、填充於該等通孔中及使用習知技術在基板20之底面上形成金屬墊。該等電極提供LED晶粒24與基板20之間之一導熱路徑。一電絕 緣金屬熱墊亦可位於LED晶粒24之底部上且結合至空腔22中之一金屬熱墊。
若基板20具有提供不佳黏著性之一頂面(諸如一多孔表面),則可將一頂層(諸如一密封層)沈積於基板20之表面上以達成基板20與頂板(下文所描述)之間之一更佳密封。
在一實施例中,LED晶粒24為發射藍光之高亮度LED晶粒。此等LED晶粒24產生相對較高熱量,且需要由基板20及PCB(稍後將基板20安裝至其上)經由傳導而散佈及移除此熱量。透過基板20水平且接著垂直向上傳導之熱量較佳地不被任何上覆結構阻斷,使得基板20上方之周圍空氣亦可藉由傳導及/或對流而移除熱量。
在圖1中,將四個LED晶粒24安裝於各空腔22中以用於額外亮度,但在橫截面中每空腔22僅展示兩個。
接著,用一波長轉換材料26填充或部分填充空腔22。此材料26通常將為一黏合劑中之磷光體粉末或分散於一載體中之量子點。亦將量子點之載體稱為一黏合劑。具有亞微米尺寸之量子點不沉降且保持完全分散於該黏合劑中。透明結合材料可為聚合物,諸如聚矽氧。諸多類型之磷光體及量子點隨高熱量而降解,因此,本發明之一目標為提供容許自LED晶粒移除熱量且限制波長轉換材料之加熱之一結構。
各空腔22之容積遠大於各LED晶粒24之容積。因此,波長轉換材料26之容積相對較高以使磷光體粒子或量子點能夠具有一低濃度。波長轉換材料(及其黏合劑)之導熱率具有比基板20之導熱率低之數量級(例如0.1W/mK至0.2W/mK對30W/mK)。因此,波長轉換材料26之大容積及低導熱性限制傳導至磷光體粒子或量子點之熱量。換言之,材料26內之熱量擴散長度非常小。因此,若將磷光體粒子或量子點分佈於整個波長轉換材料26中,則不管由LED晶粒24產生之高熱量如何,磷光體粒子或量子點均不會明顯降解。
另外,若量子點含有有毒元素(諸如鎘),則RoHS(限制使用某些有害物質)指令需要稀釋量子點膜中之鎘金屬以符合規定。此可藉由增大黏合劑之容積及減小量子點濃度且仍維持所要色彩發射(諸如一所要暖白色點)而達成。
波長轉換材料26之頂部與空腔22之頂部之間之任何空隙可填充有透明黏合劑材料以避免氣穴及伴隨反射效應。
接著,提供一平坦透明之陶瓷、玻璃或彈性體板30。其他材料亦適合。板30將具有與基板20之晶圓大致相同之尺寸。在一實施例中,板為約100微米厚以使光吸收最小化且產生至周圍空氣之一高導熱路徑。
諸如,藉由網版印刷將一透明密封劑材料32沈積於板30及/或基板20上以環繞各空腔22。密封劑材料32應具有良好導熱性且覆蓋一寬區域,使得熱量被傳導至板30及周圍空氣。密封劑材料32可為一低溫玻璃、玻璃粉、金屬、金屬氧化物、高導熱性環氧樹脂或其他適合材料(其可形成一密封)。在一實施例中,藉由雷射退火、雷射加熱、烘箱加熱或光學固化而加熱或固化密封劑材料32以產生密封。應選擇具有類似熱膨脹係數之密封劑材料32及其他材料以避免在操作期間分層。
可在一真空中執行密封程序以自空腔22移除空氣,且可對板30施加向下壓力。
接著,(諸如)藉由沿線34鋸切而使所得晶圓單粒化以形成個別LED模組。藍光與由波長轉換材料26產生之光之組合可產生幾乎任何色彩光。
基板20、密封劑材料32及板30(全部具有高導熱性材料)之組合藉由將熱量傳導至周圍空氣及一導熱印刷電路板(例如具有一金屬體之一電路板)而自LED晶粒24移除熱量以容許大多數或全部低導熱性波 長轉換材料26保持低於130℃,其適合於使大多數波長轉換材料避免降解。
由於密封劑材料32遠離於高通量藍光且空腔22中之一不透明反射層可阻斷照射於密封劑材料32上之光,所以降低密封劑材料32承受高通量之要求。
圖2係圖1之晶圓10之一部分之一俯視圖,其展示密封劑材料32圍繞各空腔22之一可能位置。密封劑材料32被繪示為在一典型實施例中未按比例繪製以繪示其位置之一窄「圓緣(bead)」。在另一實施例中,板30之整個表面塗覆有密封劑材料32以增加對基板20之導熱性。
圖3係單粒化之前之一晶圓40之一小部分之一橫截面簡化圖,其中基板42係實質上平坦的且支撐LED晶粒24。LED晶粒24具有電及熱連接至基板42上之對應電極之習知金屬電極(陽極及陰極),如相對於圖1所討論。
使基板42(作為一晶圓)抵靠具有填充有未固化波長轉換材料26之空腔之一模具。波長轉換材料26囊封LED晶粒24。接著,固化材料26,且自該模具釋放基板42。較佳地,所得模製材料26相對較厚,且在低導熱性透明黏合劑中具有低濃度之磷光體粒子或量子點,使得大多數或全部磷光體粒子或量子點不經受高熱量。
諸如,由玻璃或一陶瓷形成之一透明板44經模製、經機械加工、經蝕刻或否則經形成以具有空腔46。在一真空下,由密封劑材料32將板44密封至基板42,密封劑材料32可相同於相對於圖1所描述之密封劑材料且以相同方式固化。較佳地,應最小化模製材料26與空腔46之頂部之間之間隙中之空氣量以避免LED晶粒24在操作期間產生熱量時之分層。接著,沿線34使晶圓單粒化。
歸因於所使用之密封劑材料32、密封劑材料32在一寬泛區域上之散佈、來自LED晶粒24之熱量及通量之分佈、基板42及板44之高導 熱性及波長轉換材料26之低傳導性及大容積,密封在熱量及通量較高時可靠且磷光體或量子點不經受高熱量。
在全部實施例中,高導熱性材料(其包含基板及頂板)應具有大於20W/mK之一傳導率。由於密封劑材料可非常薄,所以其導熱性並非關鍵,但其較佳為較高。
平坦基板42較佳地在其頂面上具有一反射層,該反射層可鏡面反射或漫反射以使光向上反射。該反射層可為金屬、一白色漆等等。
圖4係圖3之晶圓40之一小部分之一俯視圖,其展示圍繞各板空腔46之密封劑材料32之位置。密封劑材料32被散佈於一明顯更大區域上(如圖3中所展示),但被繪示為對於在圖4所展示之一典型實施例中未按比例繪製以更佳地繪示密封之大體位置之一窄「圓緣」。
圖5係一單一單粒化LED模組之一板50之一橫截面圖。板50之底部將被密封至一基板,諸如圖1或圖3中所展示。板50之底部可為平坦的或具有空腔。圖5意欲繪示:板50可包含光學特徵52,例如,光學特徵52可散射光,或形成透鏡,或重新導引光,或吸收光,或反射光。在圖5及圖6之簡化實例中,光學特徵52為圓柱形凹口。
圖6係圖5中所展示之板50之一俯視圖,其中板50中之光學特徵52被展示為圓形凹口。板50亦可包含其他區域上之一反射膜54,使得大多數光幾乎完全透過該等圓形凹口而發射。藉由提供具有一非平面頂面之板50而減少內反射。在另一實施例中,該等凹口為成角稜鏡以增加光提取。儘管板50被展示為圓形,但其可為矩形或任何其他適合形狀。
圖7係一單一單粒化LED模組之一板58之一橫截面圖,其繪示圍繞一單一LED晶粒區域而形成以將光發射限制於中央區域62之一反射環60。板58之底部可為平坦的或具有空腔且密封至基板,如上文所描述。環60可沈積鋁、銀或其他反射材料。照射於環60之底面上之LED 光線經向下導引且自基板(諸如圖3中之基板42)之反射表面向上反向反射。
圖8係圖7之板58之一俯視圖,其展示反射環60及透明中央區域62。板58亦可為矩形或任何其他適合形狀。
圖9A及圖9B係一晶圓之一部分之橫截面圖,其中LED晶粒24安裝於基板68之空腔66中且使用熱量使其金屬結合至基板電極(諸如與一低溫AuSn焊料70A金屬結合),且其中使用相同焊料70B同時形成板72之密封。將LED晶粒24結合至基板電極之焊料70A對基板68上之習知陽極及陰極底部墊71提供導電性,且亦對基板68之主體提供導熱性。亦可提供一電絕緣大熱墊。板72擁有結合至焊料70B以與基板68形成一密封之金屬環74。
焊料70B及金屬環74可遠寬於圖9A及圖9B中所展示之焊料劑金屬環以在頂板72與基板68之間提供具有良好導熱性之一寬密封。
接著,圖10A繪示如何透過板72中之小開口76用波長轉換材料26實質上完全填充圖9B之基板68中之空腔66(以防止氣隙),因此波長轉換材料26避免圖9B之焊料70之加熱步驟。波長轉換材料26具有一相對較大容積,具有低導熱性,且具有低濃度之磷光體粒子或量子點以限制磷光體粒子或量子點之溫度。在一替代實施例中,多個開口76用於各空腔66以在引入波長轉換材料26時容許空氣溢出。同樣地,開口76之部分可連接至一真空源以將轉換材料26「吸引」至空腔66中。
接著,圖10B繪示如何用另一類型之密封劑材料78(例如聚矽氧或環氧樹脂)填充板72中之開口76以完成密封。
接著,可(諸如)透過圖10B之結構之中部而使所得晶圓單粒化。
圖11係一單一單粒化LED模組之一板80之一俯視圖,板80具有複數個密封空腔82,形成垂直圓柱體,含有波長轉換材料26。
圖12係使用圖11之板80來單粒化之後之一單一LED模組84之一橫 截面圖(沿圖11中之線12-12觀看)。由一透明密封板86將波長轉換材料26密封於空腔82中,透明密封板86亦可圍繞其中安裝LED晶粒24之一基板90中之一中央空腔88而形成一密封。可圍繞空腔88之周邊使用上文所描述之密封劑材料之任何者。視情況由一遠端磷光體層94覆蓋板80以產生額外波長。歸因於各種波長轉換材料遠離於LED晶粒24,該等材料不經受高溫且不會降解。若空腔82之任一者之密封受損,則其不影響其他空腔82之密封。
圖13類似於圖11,除板98中之空腔96為填充有一波長轉換材料26之水平圓柱體之外。空腔96一直延伸至板98之邊緣,且由一適合密封劑材料100(諸如聚矽氧或環氧樹脂)密封空腔96之敞開端。可藉由毛細管作用而填充空腔96。
圖14係使用圖13之板98來單粒化之後之一單一LED模組之一橫截面圖(沿圖13中之線14-14觀看)。將板98配合至與相對於圖12所描述之基板相同之基板90。環繞基板空腔88之板98之周邊包含一密封,如上文所描述。可由聚矽氧黏合劑材料將空腔96之端部密封於板98上之選用之磷光體層94中。
圖15係已藉由毛細管作用而填充有一波長轉換材料26之陶瓷或玻璃中空條板104之一俯視圖。替代地,一子板可含有填充有波長轉換材料26之水平空腔。
圖16係使用圖15之條板104或子板來單粒化之後之一單一LED模組之一橫截面圖(沿圖15中之線16-16觀看),其中將條板104或子板結合至一頂板106,接著,將頂板106密封至具有含有LED晶粒24之空腔88之一基板90。若需要,則由一適合密封劑材料108密封水平空腔104之端部(圖15)。可將一選用之磷光體層94沈積於板106上。
圖11至圖16中展示一單一LED模組之部件。然而,若在一晶圓級程序期間(在單粒化之前)使用頂板密封模組,則對於單粒化之後之 LED模組之一集合,頂板及基板之邊緣將重合,類似於圖1及圖3。此大幅降低LED模組之成本。
在全部實施例中,不管由LED晶粒(即使為高亮度LED晶粒)藉由組合本文所描述之各種因數而產生之高熱量及高通量如何,波長轉換材料26之溫度均保持相對較低,且密封劑材料提供一可靠密封。
較佳地,在全部實施例中,空腔中無空氣滯留以避免藉由操作LED晶粒而加熱LED模組時之分層。此可藉由在一真空中完全填充空腔或執行密封步驟而完成。
藉由將頂板密封至基板作為晶圓且接著使晶圓單粒化,頂板之邊緣通常將與基板之邊緣重合。在一晶圓程序中形成密封比在單粒化之後密封各模組更便宜很多。相應地,可在每LED模組幾乎無額外成本之情況下執行本文所描述之程序。
儘管已展示及描述本發明之特定實施例,但熟習此項技術者應明白,可在不背離本發明之情況下於本發明之更廣泛態樣中作出改變及修改,因此,隨附申請專利範圍將落於本發明之真實精神及範疇內之全部此等改變及修改涵蓋於其範疇內。
10‧‧‧晶圓
20‧‧‧基板
22‧‧‧空腔
24‧‧‧發光二極體(LED)晶粒
26‧‧‧波長轉換材料/模製材料
30‧‧‧板
32‧‧‧密封劑材料
34‧‧‧線

Claims (15)

  1. 一種發光二極體(LED)模組,其包括:一基板,其具有一第一導熱性;一LED晶粒,其電及熱安裝於該基板上;一波長轉換材料,其具有實質上低於該第一導熱性之一第二導熱性,該波長轉換材料位於該LED晶粒上;一光透射頂板,其具有大於該第二導熱性之一第三導熱性,該頂板定位於該波長轉換材料上;及一密封,其由一密封劑材料形成於該頂板與該基板之間,該密封環繞該LED晶粒及該波長轉換材料,其中該頂板之邊緣及該基板之邊緣歸因於在一晶圓級程序期間密封該頂板及該基板且接著使該晶圓單粒化以形成該LED模組而重合,其中該LED晶粒位於該基板或該頂板之一空腔中。
  2. 如請求項1之模組,其中該基板具有使該LED晶粒位於其中之該空腔。
  3. 如請求項1之模組,其中該頂板具有使該LED晶粒位於其中之該空腔。
  4. 如請求項1之模組,其中該頂板包括玻璃,且其中該密封劑材料包括已被熔融以將該頂板貼附至該基板之玻璃。
  5. 如請求項1之模組,其中該密封劑材料包括一金屬焊料,其中使用該相同金屬焊料將該LED晶粒結合至一基板電極,且其中在該基板經加熱以使該金屬焊料熔融時形成該密封。
  6. 如請求項1之模組,其中將該波長轉換材料沈積至該空腔中以將該空腔用作為該波長轉換材料之一模具。
  7. 如請求項1之模組,其中將該波長轉換材料沈積至該空腔中以將該空腔用作為該波長轉換材料之一模具,且其中該頂板具有用於在形成該密封之後將該波長轉換材料沈積至該空腔中之開口。
  8. 如請求項1之模組,其中將該頂板密封至該基板作為一晶圓,且該晶圓經單粒化以形成該LED模組。
  9. 如請求項1之模組,其中該頂板具有重新導引由該LED晶粒發射之光之光學特徵。
  10. 如請求項1之模組,其中該空腔為含有該波長轉換材料之該頂板中之複數個空腔之一者,其中該等空腔之各者經密封使得一空腔之密封之一破損不會使另一空腔之密封破損。
  11. 如請求項10之模組,其中該頂板具有一第一表面及一第二表面,該第一表面具有空腔,該等空腔實質上垂直於該第二表面。
  12. 如請求項10之模組,其中該頂板具有一第一表面及一第二表面,該第一表面具有空腔,該等空腔實質上平行於該第二表面。
  13. 如請求項1之模組,其中該空腔為含有該波長轉換材料之複數個空腔之一者,其中該等空腔形成於一分離頂板部分中且貼附至該頂板,接著形成該密封。
  14. 如請求項1之模組,其中該波長轉換材料包括一黏合劑中之磷光體粒子或一黏合劑中之量子點之至少一者。
  15. 如請求項1之模組,其中藉由該基板、該密封劑材料及該頂板之熱傳導而至少部分地移除由該LED晶粒產生之熱量,且其中使該波長轉換材料之一溫度保持低於該LED晶粒之一溫度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI563697B (zh) * 2014-12-18 2016-12-21 Edison Opto Corp

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9685628B2 (en) * 2013-08-16 2017-06-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods for making optical components, optical components, and products including same
US10374137B2 (en) * 2014-03-11 2019-08-06 Osram Gmbh Light converter assemblies with enhanced heat dissipation
DE102014108282A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement, Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie Lichtquelle mit einem optoelektronischen Halbleiterbauelement
US9481572B2 (en) 2014-07-17 2016-11-01 Texas Instruments Incorporated Optical electronic device and method of fabrication
DE112015006331T5 (de) * 2015-03-19 2017-12-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Fenster zum Bedecken eines optoelektronischen Halbleiterchips, mehrere Fenster umfassende Scheibe, Verfahren zur Herstellung von Fenstern und optoelektronisches Halbleiterbauelement
JP2018522413A (ja) * 2015-06-26 2018-08-09 コーニング インコーポレイテッド 量子ドットを備える密封デバイス及びこれを作製するための方法
DE102015111910A1 (de) * 2015-07-22 2017-01-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement, Verbund von optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
CN107922276A (zh) * 2015-08-12 2018-04-17 康宁股份有限公司 密封装置及其制造方法
KR101778848B1 (ko) * 2015-08-21 2017-09-14 엘지전자 주식회사 발광소자 패키지 어셈블리 및 이의 제조 방법
CN109314170B (zh) * 2015-12-02 2023-05-09 亮锐控股有限公司 用于优化的热阻、焊接可靠性和smt加工良率的led金属焊盘配置
US10211384B2 (en) * 2016-03-28 2019-02-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Light emitting diode apparatus and manufacturing method thereof
JP6748501B2 (ja) * 2016-07-14 2020-09-02 ローム株式会社 電子部品およびその製造方法
KR102627073B1 (ko) * 2016-11-30 2024-01-19 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛, 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법
JP6790899B2 (ja) * 2017-02-17 2020-11-25 日亜化学工業株式会社 発光モジュールの製造方法及び発光モジュール
DE102017109083A1 (de) * 2017-04-27 2018-10-31 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung
US20180323354A1 (en) * 2017-05-07 2018-11-08 Yang Wang Light emitting device and method for manufacturing light emitting device
TWI658610B (zh) * 2017-09-08 2019-05-01 Maven Optronics Co., Ltd. 應用量子點色彩轉換之發光裝置及其製造方法
KR102415343B1 (ko) * 2017-09-25 2022-06-30 엘지전자 주식회사 디스플레이 디바이스
KR102498252B1 (ko) * 2017-09-26 2023-02-10 삼성전자주식회사 발광 칩들을 포함하는 디스플레이 및 그 제조 방법
CN109962149B (zh) * 2017-12-14 2020-10-27 Tcl科技集团股份有限公司 一种封装薄膜及其制备方法、光电器件
US20220293669A1 (en) * 2021-03-15 2022-09-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and method of manufacturing the same

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003298115A (ja) * 2002-04-05 2003-10-17 Citizen Electronics Co Ltd 発光ダイオード
JP2004047748A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Stanley Electric Co Ltd 発光ダイオード
KR100693969B1 (ko) * 2003-03-10 2007-03-12 도요다 고세이 가부시키가이샤 고체 소자 디바이스 및 그 제조 방법
US7087465B2 (en) 2003-12-15 2006-08-08 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Method of packaging a semiconductor light emitting device
US8816369B2 (en) * 2004-10-29 2014-08-26 Led Engin, Inc. LED packages with mushroom shaped lenses and methods of manufacturing LED light-emitting devices
JP5113329B2 (ja) * 2005-11-25 2013-01-09 パナソニック株式会社 発光装置
JP4881001B2 (ja) * 2005-12-29 2012-02-22 シチズン電子株式会社 発光装置
JP2007243052A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Matsushita Electric Works Ltd 照明器具及びその製造方法
JP2007250817A (ja) 2006-03-16 2007-09-27 Stanley Electric Co Ltd Led
JP2007273506A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Sumitomo Chemical Co Ltd 化合物半導体発光素子
US20080029774A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-07 Acol Technologies S.A. Semiconductor light source packages with broadband and angular uniformity support
US20080203412A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 E-Pin Optical Industry Co., Ltd. LED assembly with molded glass lens
EP2121872B1 (en) 2007-03-19 2015-12-09 Nanosys, Inc. Methods for encapsulating nanocrystals
GB0801509D0 (en) * 2008-01-28 2008-03-05 Photonstar Led Ltd Light emitting system with optically transparent thermally conductive element
US8390193B2 (en) * 2008-12-31 2013-03-05 Intematix Corporation Light emitting device with phosphor wavelength conversion
JP2010177375A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Citizen Electronics Co Ltd 発光装置及び発光装置の製造方法
US7855394B2 (en) 2009-06-18 2010-12-21 Bridgelux, Inc. LED array package covered with a highly thermal conductive plate
CN102110756B (zh) 2009-12-23 2012-10-03 海洋王照明科技股份有限公司 白光led及其封装方法
JP5497469B2 (ja) 2010-02-16 2014-05-21 スタンレー電気株式会社 発光装置およびその製造方法
KR20110094996A (ko) * 2010-02-18 2011-08-24 엘지이노텍 주식회사 발광소자 패키지, 그 제조방법 및 조명시스템
JP2011192845A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Seiko Instruments Inc 発光部品、発光器及び発光部品の製造方法
JP2011216712A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Citizen Finetech Miyota Co Ltd 電子デバイス
US8723409B2 (en) * 2010-04-07 2014-05-13 Nichia Corporation Light emitting device
JP2011249729A (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd 光素子搭載用基板および光素子搭載パッケージ
US20110317397A1 (en) 2010-06-23 2011-12-29 Soraa, Inc. Quantum dot wavelength conversion for hermetically sealed optical devices
EP2597689B1 (en) * 2010-07-22 2019-10-02 Kyocera Corporation Wavelength converted light emitting device
CN102347420A (zh) * 2010-08-04 2012-02-08 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管制造方法
TWI406435B (zh) 2010-08-06 2013-08-21 Advanced Optoelectronic Tech 發光二極體製造方法
US8198109B2 (en) 2010-08-27 2012-06-12 Quarkstar Llc Manufacturing methods for solid state light sheet or strip with LEDs connected in series for general illumination
US8253330B2 (en) * 2010-11-30 2012-08-28 GEM Weltronics TWN Corporation Airtight multi-layer array type LED
JP2012134435A (ja) * 2010-11-30 2012-07-12 Mitsubishi Shindoh Co Ltd バックライト用発光装置
JP2012156409A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Mitsubishi Shindoh Co Ltd バックライト用発光装置
US20120261703A1 (en) * 2011-03-21 2012-10-18 Zimmerman Scott M Self-cooling solid-state emitters
JP5919504B2 (ja) 2011-06-30 2016-05-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 発光装置
US20140299902A1 (en) * 2012-01-18 2014-10-09 Goldeneye, Inc. Articles and methods for rapid manufacturing of solid state light sources

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI563697B (zh) * 2014-12-18 2016-12-21 Edison Opto Corp

Also Published As

Publication number Publication date
US10002855B2 (en) 2018-06-19
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EP2954566A1 (en) 2015-12-16
US20200328194A1 (en) 2020-10-15
US10700044B2 (en) 2020-06-30
WO2014122626A1 (en) 2014-08-14
US20180366451A1 (en) 2018-12-20
US11081471B2 (en) 2021-08-03
KR20150119179A (ko) 2015-10-23

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