TW202016190A - 增加波長轉換材料體積及提升色彩過度角之惰性填料 - Google Patents

增加波長轉換材料體積及提升色彩過度角之惰性填料 Download PDF

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丹尼爾 亞斯特拉
清水　健太郎
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Abstract

本發明揭示裝置及技術，其等包含一晶粒，該晶粒包含側表面，使得自該晶粒發射之光可透過該等側表面射出。該晶粒包含一第一表面及與該第一表面對置之一第二表面，使得該第一表面與該第二表面之間的距離係至少100微米。該晶粒亦包含一波長轉換材料，其經沈積於該晶粒外，使得該波長轉換材料覆蓋該等側表面。該波長轉換材料包含磷光體粒子、一透明樹脂載體，及經組態以增加該波長轉換材料之體積的透明粒子，該等透明粒子具有類似於該透明樹脂載體之折射率(RI)之一RI。

Description

增加波長轉換材料體積及提升色彩過度角之惰性填料
發光二極體(LED)常用作各種應用中之光源。LED可比傳統光源更節能以提供比(例如)白熾燈及螢光燈高得多之能量轉換效率。
增加一LED晶粒之高度可提升來自LED之光提取效率，因為一較高晶粒之側表面之表面積大於類似較短晶粒之側表面之表面積以允許更多光透過較高晶粒之側表面逸出。
根據本發明之態樣，揭示一種裝置，其包含一晶粒，該晶粒包含側表面，使得自該晶粒發射之光可透過該等側表面射出。該晶粒包含一第一表面及與該第一表面對置之一第二表面，使得該第一表面與該第二表面之間的距離係至少100微米。該晶粒亦包含一波長轉換材料，其沈積於該晶粒外，使得該波長轉換材料覆蓋該等側表面。該波長轉換材料包含磷光體粒子、一透明樹脂載體及經組態以增加該波長轉換材料之體積之透明粒子，該等透明粒子具有類似於該透明樹脂載體之折射率(RI)的一RI。
根據本發明之態樣，揭示一種用於產生一LED晶粒之方法。該方法包含製造一波長轉換材料，該波長轉換材料包含磷光體粒子、一透明樹脂及經組態以增加該波長轉換材料之體積之透明粒子，該等透明粒子具有類似於該透明樹脂載體之折射率(RI)的一RI。該製造波長轉換材料可沈積於至少100微米高之一LED晶粒上方，使得該製造波長轉換材料覆蓋該LED之側。該製造波長轉換材料可經歷沈降，使得該製造波長轉換材料中之磷光體粒子在此沈降之後覆蓋該LED晶粒之該等側。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2018年8月6日申請之美國專利申請案第16/055,965號及2018年10月18日申請之歐洲專利申請案第18201255.9號的優先權權利，該等案之各者的全部內容係以引用的方式併入本文中。
根據本發明之態樣，為提升光提取效率，可在發光裝置中使用較高LED晶粒。歸因於由一晶粒較高所致之晶粒之側處可用之增加表面積，較高晶粒可導致提升光輸出。例如，100微米高之一晶粒將具有比(例如) 200微米高但其他形狀及尺寸相同之一晶粒小之一側表面積。
包括分散於一黏合劑(例如聚矽氧)中之磷光體粒子之一習知波長轉換材料可沈積於LED晶粒上以將自晶粒發射之光(例如藍光)轉換成一不同色彩。磷光體粒子可(例如)吸收由LED晶粒發射之藍光且回應性發射黃光、綠光及/或紅光。來自裝置之輸出可為由LED晶粒發射之光及由磷光體粒子發射之光之一混合，且可(例如)呈現白色。
在此一波長轉換材料之沈積期間，磷光體粒子通常透過黏合劑材料來沈澱(沈降)至一較低位準。此一習知波長轉換材料可有效覆蓋一短LED晶粒(例如一100微米高之晶粒)之頂面及側表面，但無法有效覆蓋一較高晶粒之側表面，因為磷光體粒子沈降至低於晶粒之頂面。因此，來自較高晶粒之光之至少一部分可經由晶粒之側表面逸出且不會遇到磷光體粒子。(參閱(例如)圖3B及下文相關論述)。
若透過LED之側逸出之一些或所有光不會遇到磷光體粒子且與磷光體粒子相互作用，則可能導致色彩過度角(COA)之一偏差不良增大。即，若波長轉換材料中之磷光體粒子不實質上均勻分佈於LED晶粒之側及頂部上，則由發光裝置發射之光之色彩會隨光自LED晶粒射出之角度而變動。在某些角度，將由磷光體粒子吸收比其他角度多之藍光且將其轉換成其他波長。因此，一LED可發射在與LED之不同角度處可見之不同色彩。不同角度上所發射之此等色彩差異係不受歡迎的，在用於發射一單一色彩之一LED中尤其如此。
如本文中所揭示，一波長轉換材料可包括分散於一黏合劑中之磷光體粒子及惰性透明填料粒子之一均質混合物。對於相同量之磷光體粒子，透明填料粒子增加波長轉換材料之體積。如下文將關於圖3B更詳細解釋，與習知波長轉換材料相比，此一波長轉換材料可增加覆蓋一高LED晶粒之側且因此提升自發光裝置輸出之光之色彩過度角。此發生之原因係透明填料粒子之存在防止磷光體粒子沈澱或沈降至與不存在填料粒子時一樣低之一位準。
透明填料粒子可為(例如)二氧化矽粒子，且可選擇為具惰性，使得其藉由散射、吸收或發射光來不顯著影響裝置之光學性質。
下文將參考附圖來更完全描述不同發光裝置之實例。此等實例不相互排斥，且一實例中所見之特徵可與一或多個其他實例中所見之特徵組合以達成額外實施方案。因此，應瞭解，附圖中所展示之實例僅供說明，且其絕不意欲限制本發明。所有圖中之相同元件符號係指相同元件。
應瞭解，儘管術語「第一」、「第二」等等可在本文中用於描述各種元件，但此等元件不應受限於此等術語。此等術語僅用於使元件彼此區分。例如，在不背離本發明之範疇的情況下，一第一元件可被稱為一第二元件，且類似地，一第二元件可被稱為一第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯列項之一或多者之任何及所有組合。
應瞭解，當一元件(諸如一層、區域或基板)被認為「在另一元件上」或「延伸至另一元件上」時，其可直接在該另一元件上或直接延伸至該另一元件上或亦可存在介入元件。相比而言，當一元件被認為「直接在另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在介入元件。亦應瞭解，當一元件被認為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件。相比而言，當一元件被認為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件。應瞭解，此等術語除涵蓋圖中所描繪之任何定向之外，亦意欲涵蓋元件之不同定向。
相對術語(諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」)可在本文中用於描述一元件、層或區域與另一元件、層或區域之一關係，如圖中所繪示。應瞭解，此等術語除涵蓋圖中所描繪之定向之外，亦意欲涵蓋裝置之不同定向。
圖1A係包含一發光半導體二極體結構115、一波長轉換結構110及波長轉換材料110上之一選用塗層105之一實例發光元件裝置100之一圖式。儘管圖1A展示波長轉換結構110僅覆蓋發光半導體二極體結構115之頂面，但如上文在本文中所揭示之發光裝置中所解釋，波長轉換結構亦延伸以覆蓋側表面。接點120及125可直接或經由另一結構(諸如一基台)來耦合至發光半導體結構115以電連接至一電路板或其他基板或裝置。在實施例中，接點120及125可接由可填充有一介電材料之一間隙127來彼此電絕緣。發光半導體二極體結構115可為任何發光半導體二極體結構，其發射可經由一波長轉換材料來轉換成具有一不同色點之光的光。例如，發光半導體結構115可由以下各者形成：III-V族半導體，其包含(但不限於) AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半導體，其包含(但不限於) ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV族半導體，其包含(但不限於) Ge、Si、SiC；及其等之混合物或合金。此等實例半導體在其中存在該等半導體之LED之典型發射波長處具有自約2.4至約4.1範圍內之折射率。例如，III族氮化物半導體(諸如GaN)在500 nm處具有約2.4之折射率，且III族磷化物半導體(諸如InGaP)在600 nm處具有約3.7之折射率。接點120及125可由一焊料(諸如AuSn、AuGa、AuSi或SAC焊料)形成。
圖1B係可包含於圖1A之發光裝置100中之一實例發光半導體結構115之一圖式。所繪示之實例係一覆晶結構。然而，一般技術者應瞭解，本文中所描述之實施例可應用於其他類型之LED設計，諸如垂直、橫向及多接面裝置。
在圖1B所繪示之實例中，發光半導體二極體結構115包含安置於n型導電性之一半導體層或半導體區域(亦指稱一n型區域) 130與p型導電性之一半導體層或區域(亦指稱一p型區域) 140之間的一發光主動區域135。接點145及150安置成與發光半導體結構115之一表面接觸且藉由可由一介電材料(諸如矽之氧化物或氮化物(即，SiO2 或Si3 N4 ))填充之一間隙155來彼此電絕緣。在所繪示之實施例中，接點145 (亦指稱一p接點)與p型區域140之一表面直接接觸，且接點150 (亦指稱一n接點)與n型區域130之一表面直接接觸。儘管圖1B中未展示，但一介電材料(諸如安置於間隙155中)亦可內襯於發光主動區域135及p型區域140之側壁上以使該等區域與接點150電絕緣以防止p-n接面短路。
n型區域130可生長於一生長基板上且可包含一或多個半導體材料層。此層或此等層可包含不同組合物及摻雜劑濃度，其包含(例如)製備層(諸如緩衝或成核層)及/或經設計以促進生長基板移除之層。此等層可為n型或未經有意摻雜，或甚至可為p型裝置層。層可經設計用於使發光區域高效率發射光所需之特定光學、材料或電性質。與n型區域130一樣，p型區域140可包含不同組合物、厚度及摻雜劑濃度之多個層，其包含未經有意摻雜層或n型層。儘管本文中將層130描述為n型區域且本文中將層140描述為p型區域，但亦可在不背離本文中所描述之實施例之範疇的情況下切換n型及p型區域。
發光主動區域135可為(例如)與p區域140及n區域135之界面相關聯之一p-n二極體接面。替代地，發光主動區域135可包含一或多個半導體層，其等為摻雜n型或p型，或未摻雜。例如，發光主動區域135可包含一單一厚或薄發光層。此包含一同質接面、單異質結構、雙異質結構，或單量子井結構。替代地，發光主動區域135可為一多量子井發光區域，其可包含由障壁層分離之多量子井發光層。
p接點145可係形成於p型區域140之一表面上。p接點145可包含可防止或減少反射金屬電遷移之多個導電層，諸如一反射金屬及一防護金屬。反射金屬可為銀或任何其他適合材料，且防護金屬可為TiW或TiWN。可形成在一區域中與n型區域130之一表面接觸的n接點150，在該區域中，已移除主動區域135、n型區域140及p接點145的部分，以暴露n型區域130之表面的至少一部分。暴露台面或通孔之側壁可係塗覆有一介電質以防止短路。接點145及150可為(例如)由金屬形成之金屬接點，金屬包含(但不限於)金、銀、鎳、鋁、鈦、鉻、鉑、鈀、銠、錸、釕、鎢及其等之混合物或合金。在其他實例中，一或兩個接點145及150可係由諸如氧化銦錫之透明導體形成。
n接點150及p接點145不受限於圖1B中所繪示之配置，而是可依各種不同方式配置。在實施例中，可在發光半導體結構115中形成一或多個n接點通孔，以形成n接點150與n型層130之間的電接觸。替代地，n接點150及p接點145可經重佈以與本技術中已知之一介電/金屬堆疊形成接合墊。p接點145及n接點150可分別係直接或經由另一結構(諸如一基台)電連接至圖1A之接點120及125。
如上文所描述，波長轉換材料110包括經分散於一透明或半透明基質黏合劑材料中的磷光體粒子。如本文中所使用，「磷光體」意欲係指可吸收由發光半導體二極體結構發射之光且回應性發射更長波長光的任何材料，諸如(例如)無機磷光體材料及半導體量子點。
波長轉換材料110可施加於一層中，該層具有可取決於所使用之波長轉換材料或與自發光裝置提供一所要輸出相關之其他因數的一厚度。
在實施例中，發光半導體結構115可發射藍光。在此等實施例中，波長轉換材料110可包含(例如)一發黃光波長轉換材料或發綠光及紅光波長轉換材料，其將在由各自磷光體發射之光與由發光半導體結構115發射之藍光組合時產生白光。在其他實施例中，發光半導體結構115發射UV光。在此等實施例中，波長轉換材料110可包含(例如)藍色及黃色波長轉換材料或藍色、綠色及紅色波長轉換材料。可添加發射其他色彩光之波長轉換材料以調適自裝置100發射之光之光譜。
在實施例中，波長轉換材料110可由Y3 Al5 O12 :Ce3+ 組成。波長轉換材料110可為通式(Ca1-x-y-z Srx Bay Mgz )1-n (Al1-a+b Ba )Si1-b N3-b Ob :Ren 之一發射琥珀光至紅光之稀土金屬活化氧基次氮基鋁矽酸鹽，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0≤b≤1，且0.002≤n≤0.2，且RE可選自銪(II)及鈰(III)。磷光體亦可為通式EA2-z Si5-a Ba N8-a Oa :Lnz 之氧化次氮基矽酸鹽(其中0≤z≤1且0＜a＜5)，其包含選自由Mg、Ca、Sr、Ba及Zn組成之群組的至少一個元素EA及選自由Al、Ga及In組成之群組的至少一個元素B且由選自由鈰、銪、鋱、鐠及其混合物組成之群組的鑭系元素(Ln)活化。
在其他實施例中，波長轉換材料110可包含具有以下通式之鋁石榴石磷光體：(Lu1-x-y-a-b Yx Gdy )3 (Al1-z Gaz )5 O12 :Cea Prb ，其中0＜x＜1，0＜y＜1，0≤z≤0.，0＜a≤0.2，且0≤b≤0.1，諸如Lu3 Al5 O12 :Ce3+ 及Y3 Al5 O12 :Ce3+ ，其發射黃綠色範圍內之光；及(Sr1-x-y Bax Cay )2-z Si5-a Ala N8-a Oa :Euz 2+ ，其中0≤a＜5，0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤z≤1，諸如Sr2 Si5 N8 :Eu2+ ，其發射紅色範圍內之光。其他發綠光、黃光及紅光磷光體亦可能適合，其包含：(Sr1-a-b Cab Bac )Six Ny Oz :Eua 2+ (a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25，x=1.5-2.5，y=1.5-2.5，z=1.5-2.5)，其包含SrSi2 N2 O2 :Eu2+ ；(Sr1-u-v-x Mgu Cav Bax )(Ga2-y-z Aly Inz S4 ):Eu2+ ，其包含(例如) SrGa2 S4 :Eu2+ ；Sr1-x Bax SiO4 :Eu2+ ；及(Ca1-x Srx )S:Eu2+ ，其中0≤x≤1，其包含CaS:Eu2+ 及SrS:Eu2+ 。其他適合磷光體包含CaAlSiN3 :Eu2+ 、(Sr,Ca)AlSiN3 :Eu2+ 及(Sr,Ca,Mg,Ba,Zn)(Al,B,In,Ga)(Si,Ge)N3 :Eu2+ 。
在其他實施例中，波長轉換材料110亦可具有一通式(Sr1-a-b Cab Bac Mgd Zne )Six Ny Oz :Eua 2+ ，其中0.002≤a≤0.2，0.0≤b≤0.25，0.0≤c≤0.25，0.0≤d≤0.25，0.0≤e≤0.25，1.5≤x≤2.5，1.5≤y≤2.5，且1.5≤z≤2.5。波長轉換材料亦可具有一通式Mm Aa Bb Oo Nn :Zz ，其中元素M係一或多個二價元素，元素A係一或多個三價元素，元素B係一或多個四價元素，O係氧(其係選用的且可不在磷光體板中)，N係氮，元素Z係一活化劑，n=2/3m+a+4/3b-2/3o，其中m、a、b全部可為1且o可為0及n可為3。M係選自Mg (鎂)、Ca (鈣)、Sr (鍶)、Ba (鋇)及Zn (鋅)之一或多個元素，元素A係選自B (硼)、Al (鋁)、In (銦)及Ga (鎵)之一或多個元素，元素B係Si (矽)及/或Ge (鍺)，且元素Z係選自稀土或過渡金屬之一或多個元素。元素Z係選自Eu (銪)、Mn (錳)、Sm (釤)及Ce (鈰)之至少一或多個元素。元素A可為Al (鋁)，元素B可為Si (矽)，且元素Z可為Eu (銪)。
波長轉換材料110亦可為具有式(Sr1-a-b Cab Bac )Six Ny Ox :Eua 之Eu2+ 活化Sr-SiON，其中a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25，x=1.5-2.5，y=1.5-2.5。
波長轉換材料110亦可為藉由使Ce:YAG磷光體摻雜有鐠(Pr)之三價離子來產生之一化學變化Ce:YAG (釔鋁石榴石)磷光體。波長轉換材料110可包含一主螢光材料及一補充螢光材料。主螢光材料可為一Ce:YAG磷光體且補充螢光材料可為銪(Eu)活化硫化鍶(SrS)磷光體(「Eu:SrS」)。主螢光材料亦可為一Ce:YAG磷光體或任何其他適合發黃光磷光體，且補充螢光材料亦可為經銪活化之硫化鈣(CaS)及硫化鍶(SrS)之一混合三元結晶材料((Cax Sr1-x )S:Eu2+ )。主螢光材料亦可為一Ce:YAG磷光體或任何其他適合發黃光磷光體，且補充螢光材料亦可為摻雜銪之次氮基矽酸鹽。次氮基矽酸鹽補充磷光材料可具有化學式(Sr1-x-y-z Bax Cay )2 Si5 N8 :Euz 2+ ，其中0≤x，y≤0.5且0≤z≤0.1。
在實施例中，波長轉換材料110可包含鍶-鋰-鋁:銪(II)離子(SrLiAl3 N4 :Eu2+ )類別(亦指稱SLA)，其包含MLiAl3 N4 :Eu2+ (M=Sr、Ba、Ca、Mg)。在一特定實施例中，發光粒子可選自發光材料系統之以下群組：MLiAl3 N4 :Eu (M=Sr、Ba、Ca、Mg)、M2 SiO4 :Eu (M=Ba、Sr、Ca)、MSe1-x Sx :Eu (M=Sr、Ca、Mg)、MSr2 S4 :Eu (M=Sr、Ca)、M2 SiF6 :Mn (M=Na、K、Rb)、M2 TiF6 :Mn (M=Na、K、Rb)、MSiAlN3 :Eu (M=Ca、Sr)、M8 Mg(SiO4 )4 Cl2 :Eu (M=Ca、Sr)、M3 MgSi2 O8 :Eu (M=Sr、Ba、Ca)、MSi2 O2 N2 :Eu (M=Ba、Sr、Ca)、M2 Si5-x Alx Ox N8-x :Eu (M=Sr、Ca、Ba)。然而，其他系統亦可關注且可由一塗層保護。亦可應用兩個或兩個以上不同發光材料之粒子之組合，諸如(例如)一綠色或黃色發光材料與一紅色發光材料之組合。
在實施例中，波長轉換材料110可為上述磷光體之任何者之一摻合物。
圖2係包含圖1B之發光半導體結構115之一實例發光裝置200A之一圖式，發光半導體結構115安裝至包含接點120及125之一基台205。發光半導體結構115可藉由發光半導體二極體結構115上之接點145及150與基台205之一相鄰表面上之基台電極(圖2中未展示)之間的一電耦合來安裝至基台205。基台電極可藉由通孔(未展示)來電連接至基台205之對置表面上之接點120及125。在實施例中，發光裝置200A可安裝至一印刷電路板(PCB) 215。在此等實施例中，基台205可經由接點120及125來安裝至PCB 215。電路板上之金屬跡線可將接點120及125電耦合至一電源供應器，使得一操作或驅動電壓及電流可根據期望施加於LED以接通LED。
基台205可由諸如陶瓷、Si或鋁之任何適合材料形成。若基台材料導電，則一絕緣材料可安置於基板材料上方且金屬電極圖案可形成於絕緣材料上方。基台205可充當一機械支撐件，提供LED晶片上之n及p電極與一電源供應器之間的一電界面，且提供散熱。在實施例中，一散熱器可替代地或另外設置於PCB 215上，諸如圖2中所繪示之一金屬核心PCB-MCPCB散熱器220。儘管散熱器220在圖2中經繪示為附接至PCB 215之底部，但一般技術者應認識到，可在不背離本文中所描述之實施例之範疇的情況下進行其他配置。
在圖2所繪示之實例中，除將發光半導體結構115電連接至基台205之表面之外，波長轉換材料110在所有表面上完全包圍發光半導體結構115。可安置與波長轉換材料110直接接觸之選用塗層105。塗層可不是一單獨層，而是可為個別磷光體粒子上之一塗層，且此塗層可包含細孔。此等細孔可由一黏合劑或基質材料填充且可為波長轉換器110之部分。美國專利申請案第15/802,273號中描述磷光體材料之塗層，該案申請於2017年11月2日且其全部內容以引用的方式併入本文中。溶凝膠、原子層沈積(ALD)、蒸鍍、濺鍍、浸漬及乾燥或旋塗方法之磷光體塗層包含SiO2 、Al2 O3 、HfO2 、Ta2 O5 、ZrO2 、TiO2 、Y2 O3 及Nb2 O5 。塗層可足夠厚以包含可在沈積期間或沈積之後形成之細孔。
如上文所解釋，波長轉換結構110包含透明填料粒子。透明粒子可為基於本發明之任何適合透明粒子，且可為(例如)二氧化矽、玻璃、氟化物(諸如氟化鈣)、硫酸鹽、塑膠或其類似者。透明粒子引起波長轉換材料之體積大於無透明粒子之波長轉換材料之體積。值得注意的是，透明粒子引起波長轉換材料之體積足夠大，使得波長轉換材料中之磷光體粒子覆蓋晶粒之側表面。
圖3A展示具有一基板310及LED晶粒320之一實例半導體LED 300。LED晶粒320可為由諸如(但不限於)以下各者之任何適用材料製成之一半導體裝置：III-V族半導體，其包含(但不限於) AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半導體，其包含(但不限於) ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV族半導體，其包含(但不限於) Ge、Si、SiC；及其等之混合物或合金。當電流通過晶粒時，其可發射諸如(例如)一藍光之光。一或多個晶粒可安裝至可由鋁、陶瓷、其他適用材料或其等之組合製成之一基板310。晶粒320可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於100微米或150微米。根據一實施方案，晶粒320可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於200微米。根據一實施方案，晶粒320可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於250微米。
圖3A展示安置於晶粒320之頂面及側表面上及晶粒320之頂面及側表面周圍的一習知波長轉換材料330。波長轉換材料330不包含透明粒子。因此，波長轉換材料330中之磷光體粒子僅覆蓋晶粒320之側表面之一部分以暴露晶粒之一部分331。即，由於沈降，磷光體粒子沈澱至完全低於晶粒320之一頂面。
自晶粒320發射之光之至少一部分可透過區域331來射出晶粒且不通過波長轉換材料330中之磷光體粒子或與波長轉換材料330中之磷光體粒子相互作用。因此，如本文中所揭示，由半導體LED 300發射之光之COA會高得令人無法接受。
圖4A展示一曲線圖400，其展示圖3A之LED裝置之COA 410。水平軸對應於來自LED裝置之視角，使得0對應於LED裝置之一垂直視圖，且90/-90對應於LED裝置之一平行視圖。垂直軸對應於一色彩值偏差du'v'，其中自直接在圖3A之LED裝置300上方之一垂直位置所觀看之一色彩值偏差0可為一理想色彩值。如所展示，COA自0偏差至約.012 (或12個點)，如圖4A中針對圖3A之裝置300所展示。.012 (或12個點)之一偏差可被視為一大偏差，且可能不可取。根據一實施方案，.08 (或8個點)之一du'v'可係較佳的。 波長轉換材料330可包含波長轉換元素及一黏合劑(載體)，以使波長轉換材料保持在一起。載體可為一透明樹脂載體，諸如聚矽氧載體。
圖3B展示具有基板311及LED晶粒321之一實例半導體LED 301。LED晶粒321可為由諸如(但不限於)以下各者之任何適用材料製成之一半導體裝置：III-V族半導體，其包含(但不限於) AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半導體，其包含(但不限於) ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV族半導體，其包含(但不限於) Ge、Si、SiC；及其等之混合物或合金。當電流通過晶粒時，其可發射諸如(例如)一藍光之光。一或多個晶粒可被安裝至可由鋁或陶瓷或其等之組合製成之一基板311。晶粒321可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於100微米或150微米。根據一實施方案，晶粒321可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於200微米。根據一實施方案，晶粒321可為一高晶粒，使得其高度可大於或等於250微米。
圖3B展示包含透明粒子(例如二氧化矽粒子) 350及磷光體粒子及黏合劑材料(例如聚矽氧)之一波長轉換材料340。波長轉換材料亦可包含有助於維持波長轉換材料中之磷光體粒子及透明粒子之一均質分佈之一穩定劑。此一穩定劑之使用可使波長轉換材料能夠更具觸變性。
如圖3B中所展示，透明粒子350可增加波長轉換材料340的體積，使得波長轉換材料340中的磷光體粒子在發生沈降之後覆蓋晶粒321的側壁。根據一實施方案，如本文中所揭示，在沈降程序之後，一晶粒之一側之至少50%可由具有透明粒子之波長轉換材料覆蓋。因此，由晶粒321發射之所有或實質上所有光可通過波長轉換材料340中之磷光體粒子或與波長轉換材料340中之磷光體粒子相互作用。因此，由晶粒321發射之光的COA可低於由圖3A之晶粒320發射之光的COA。
圖4B展示一曲線圖401，其展示圖3B之LED裝置之COA 420。水平軸對應於來自LED裝置之視角，使得0對應於LED裝置之一垂直視圖且90/-90對應於LED裝置之一平行視圖。垂直軸對應於一色彩值偏差，其中自直接在圖3B之LED裝置301上方之一垂直位置所觀看之一色彩值偏差0可為一理想色彩值。如所展示，COA自0偏差至約.003，如圖4B中針對圖3B之裝置301所展示。.003之一偏差可被視為一可接受偏差。作為比較，如本文中所展示，圖4A展示圖3A之裝置300之COA 410，其中波長轉換材料330未覆蓋晶粒320之側。因此，如圖4A中所展示，圖3A之裝置300經歷高達.012之色彩偏差。
此外，應注意，僅增加用於覆蓋一半導體晶粒之側的波長轉換材料之量可能不是一可取選擇，因為此一增加會極大增加製造成本。另外，增加波長轉換材料之量亦會改變波長轉換材料之色點，其可能是不受歡迎的。因此，使用本文中所描述之透明填料粒子可為有利的。
透明粒子350可為(例如)熔凝石英或熔融二氧化矽且可為由呈非晶(非結晶)形式之二氧化矽組成之玻璃。二氧化矽可經製造、經組態或否則具有性質以不更改一晶粒及/或波長轉換材料之光學性質。
透明粒子可為透明的，使得在透明粒子處不發生或極少發生光吸收。透明粒子之粒子大小可類似於波長轉換材料之粒子大小。例如，若波長轉換材料包含磷光體，則磷光體粒子大小可類似於透明粒子大小。此等粒子可在自5微米至50微米之範圍內。另外，透明粒子可具有使透明粒子不影響聚矽氧固化之性質。
值得注意的是，透明粒子可具有實質上類似於波長轉換材料中之透明樹脂載體之折射率(RI)的一RI。RI指示穿過一材料之一光之彎曲量。透明粒子具有實質上類似於波長轉換材料之透明樹脂載體(例如聚矽氧載體)之RI的一RI可允許一光傳播通過具有透明粒子之一波長轉換材料，宛如其傳播通過無透明粒子之波長轉換材料。根據一實施方案，透明粒子之RI可在一波長轉換材料透明樹脂載體之RI之5%內。根據另一實施方案，透明粒子之RI可在波長轉換材料透明樹脂載體之RI之2%內。
根據本文中所揭示之實施方案，半導體LED裝置(諸如圖3A及圖3B之各自半導體LED裝置300及301)可為板上晶片(COB)裝置。COB裝置可直接接合至一基板以形成一單一模組。此等裝置可使用一單一電路且多個裝置可共用電接點。
根據本文中所揭示之實施方案，半導體LED裝置(諸如圖3A及圖3B之各自半導體LED裝置300及301)可為含有多個裝置且可經單粒化以產生個別晶粒的一晶圓之部分。
圖5之流程圖500展示用於基於本文中所揭示之技術來製造或產生一LED晶粒之一技術。如步驟510中所展示，可製造一波長轉換材料且波長轉換材料可包含本文中所揭示之磷光體粒子、聚矽氧載體及透明粒子(例如二氧化矽粒子)。透明粒子可經組態以增加波長轉換材料之體積且可具有類似於透明樹脂載體之折射率(RI)的一RI。
在圖5之步驟520中，可將所製造之波長轉換材料沈積於至少100微米高之一LED晶粒上方。波長轉換材料可覆蓋LED晶粒之側表面。在步驟530中，波長轉換材料可沈降。即使在沈降之後，波長轉換材料亦可覆蓋LED之側表面。
本文中所提供之圖僅供例示。關於此等圖所論述之至少一些元件可依不同順序配置、組合及/或完全省略。應瞭解，提供本文中所描述之實例及表述為「諸如」、「例如」、「包含」、「在一些態樣中」、「在一些實施方案中」及其類似者之子句不應被解譯為使所揭示之標的受限於具體實例。
儘管已詳細描述本發明，但熟習技術者應瞭解，可在不背離本文中所描述之發明概念之精神的情況下鑑於本發明來對本發明作出修改。因此，本發明之範疇不意欲受限於所繪示及所描述之特定實施例。
100:發光元件裝置/發光裝置 105:塗層 110:波長轉換材料/波長轉換結構/波長轉換器 115:發光半導體二極體結構 120:接點 125:接點 127:間隙 130:n型區域/n型層 135:發光主動區域 140:p型區域/層 145:p接點 150:n接點 155:間隙 200A:發光裝置 205:基台 215:印刷電路板(PCB) 220:散熱器 300:半導體發光二極體(LED) 301:半導體LED 310:基板 311:基板 320:LED晶粒 321:LED晶粒 330:習知波長轉換材料 331:部分/區域 340:波長轉換材料 350:透明粒子 400:曲線圖 401:曲線圖 410:色彩過度角(COA) 420:COA 500:流程圖 510:步驟 520:步驟 530:步驟
下文將描述之圖式僅供說明，且不意欲限制本發明之範疇。圖中所展示之相同元件符號表示各種實施例中之相同部件。
圖1A係包含一發光半導體二極體結構及一波長轉換結構之一實例發光裝置之一圖式。
圖1B係可包含於圖1A之發光裝置中之一實例發光半導體二極體結構之一圖式。
圖2係包含一發光半導體二極體結構及一波長轉換結構之另一實例發光裝置之一圖式。
圖3A係包含一發光半導體二極體結構及一波長轉換結構之一發光裝置之一實例之一圖式，其中波長轉換結構中之磷光體粒子已沈降至低於LED之高度且不完全及均勻覆蓋LED之側。
圖3B係包含一發光半導體二極體結構及一波長轉換結構之一發光裝置之一實例之一圖式，其中波長轉換結構中之透明填料粒子防止磷光體粒子沈降至低於LED之高度。磷光體粒子實質上均勻覆蓋LED之側。
圖4A係表示如同圖3A之一發光裝置之色彩過度角之分佈的一曲線圖。
圖4B係表示如同圖3B之一發光裝置之色彩過度角之分佈的一曲線圖。
圖5係概述用於製造如同圖3B之一發光裝置且獲得圖4B中所展示之色彩過度角之一分佈之一程序的一流程圖。
100:發光元件裝置/發光裝置
105:塗層
110:波長轉換結構/波長轉換材料/波長轉換器
115:發光半導體二極體結構
120:接點
125:接點
127:間隙

Claims (20)

  1. 一種發光裝置，其包括： 一半導體發光二極體晶粒，其包括一發光第一表面及與該第一表面對置定位以與該第一表面相距至少100微米之一距離之一第二表面，及連接該發光第一表面及該第二表面之發光側表面；及 一波長轉換材料，其經安置於該晶粒之該發光第一表面及該等發光側表面上，該波長轉換材料包括經分散於一透明樹脂材料中之磷光體粒子及透明粒子，該等透明粒子具有大致匹配該黏合劑材料之一折射率之一折射率，且該波長材料中之磷光體粒子在該晶粒之該等側上自該第二表面至該第二表面與該第一表面之間之該距離的至少50%係均勻分佈的。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中該波長材料中之磷光體粒子沿該晶粒之該等側自該第二表面至該第二表面與該第一表面之間之該距離的至少75%係均勻分佈的。
  3. 如請求項2之發光裝置，其中該波長材料中之磷光體粒子係沿該晶粒之該等側均勻分佈於該第二表面與該第一表面之間之該距離的全長度上。
  4. 如請求項1之發光裝置，其中該等透明粒子之該折射率及該樹脂之該折射率相差5%或更小。
  5. 如請求項4之發光裝置，其中該等透明粒子之該折射率及該樹脂之該折射率相差2%或更小。
  6. 如請求項1之發光裝置，其中該波長轉換材料包括促進該樹脂中之該等磷光體粒子及該等透明粒子均質分佈之一穩定劑。
  7. 如請求項1之裝置，其中一色彩過度角(COA)變動小於8個點之du'v'。
  8. 如請求項1至7中任一項之發光裝置，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少150微米。
  9. 如請求項1至7中任一項之發光裝置，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少200微米。
  10. 如請求項1至7中任一項之發光裝置，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少250微米。
  11. 一種方法，其包括： 將包括一樹脂中之磷光體粒子及透明粒子之一波長轉換材料安置於一半導體發光二極體晶粒之一發光第一表面及發光側表面上，該發光第一表面係與該半導體發光二極體晶粒之一第二表面對置定位以距該第一表面至少100微米，該等發光側表面經連接該發光第一表面及該第二表面；及 沈降該等磷光體粒子及該等透明樹脂粒子，以在該晶粒之該等側上自該第二表面至第二表面與該第一表面之間之距離的至少50%形成磷光體粒子之一均勻分佈。
  12. 如請求項11之方法，其包括沈降該等磷光體粒子及該等透明樹脂粒子，以在該晶粒之該等側上自該第二表面至該第二表面與該第一表面之間之該距離的至少75%形成磷光體粒子之一均勻分佈。
  13. 如請求項11之方法，其包括沈降該等磷光體粒子及該等透明樹脂粒子，以在該晶粒之該等側上沿該第二表面與該第一表面之間之該距離的全長度形成磷光體粒子之一均勻分佈。
  14. 如請求項11之方法，其中該等透明粒子之折射率及該樹脂之折射率相差5%或更小。
  15. 如請求項11之方法，其中該等透明粒子之折射率及該樹脂之折射率相差2%或更小。
  16. 如請求項11之方法，其中該波長轉換材料包括促進該樹脂中之該等磷光體粒子及該等透明粒子均質分佈之一穩定劑。
  17. 如請求項11之方法，其中一色彩過度角(COA)變動小於8個點之du'v'。
  18. 如請求項11至17中任一項之方法，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少150微米。
  19. 如請求項11至17中任一項之方法，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少200微米。
  20. 如請求項11至17中任一項之方法，其中該第二表面係定位於距該第一表面至少250微米。
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