TW202118089A - 具有不同材料特性之黏著層 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種發光封裝及製造該封裝之方法。該封裝含有使用一黏著劑接合至一光轉換層之一LED。在接合之前將該黏著劑噴塗印刷、遮罩噴霧或擠壓至表面之一者上。該黏著劑在不同區段中具有折射率、氧滲透率及/或導熱率不同之材料。該等材料形成於圍繞該黏著劑之中心之同心環中、島狀區中或線中，且經安置以提供光學透鏡作用或隨著距該中心之距離減小而提供增加的滲透率/導熱率。一實質上反射式光學側塗層包圍該LED、黏著層及連接結構。

Description

具有不同材料特性之黏著層
本申請案係關於發光結構。一些實施例係關於使用一黏著劑接合之發光二極體(LED)結構。一些實施例係關於一種用於接合LED結構之具有不同材料特性之黏著劑。
發光裝置(諸如LED及半導體雷射)愈來愈多地用作各種應用中之光源。除其他應用(諸如車輛)之外，LED之購買量例如在過去5年內已從住宅照明銷售額之一相對較小比例增加至此等銷售額之幾乎75%。一LED之主要功能零件可為一半導體結構，該半導體結構包含一發光作用層及夾置該發光作用層之相反導電類型(p型及n型)之注入層。來自注入層之載子可注入至發光作用層中，其中該等載子可重組以產生一所要波長之輻射。半導體結構可併入於一封裝中，該封裝提供半導體結構與外部裝置之間之電連接。封裝亦可提供保護以免受可包含熱變動及振動之環境影響。除半導體結構之外，封裝亦可包含其他組件，尤其諸如將輻射轉換為一或多個其他波長之可見光之一或多個光轉換器。半導體結構可使用一黏著劑接合至封裝內之其他元件，該黏著劑在一些境況中可對由半導體結構產生之輻射光學透明。
本發明描述一種發光封裝及製造該封裝之方法。該發光封裝含有使用一黏著層接合至一光轉換層之一LED。在接合之前將該黏著層噴塗印刷、遮罩噴霧或擠壓至表面之至少一者上。該黏著層之不同區段具有不同材料。該等材料之折射率、氧滲透率及/或導熱率不同。該等材料形成於圍繞該黏著劑之中心之同心環中、島狀區中或線中。該等材料經安置以提供光學透鏡作用(lensing)或隨著距該中心之距離減小而提供增加的滲透率/導熱率。一實質上反射式光學側塗層包圍該LED、黏著層及連接結構。
將在下文中參考隨附圖式更完整地描述不同光照明系統及/或發光二極體實施方案之實例。此等實例並不互斥，且在一個實例中發現之特徵可與在一或多個其他實例中發現之特徵組合以達成額外實施方案。因此，將瞭解，隨附圖式中所展示之實例僅出於闡釋性目的而提供，且其等並不意欲以任何方式限制本發明。在各處，相同元件符號指代相同元件。
將瞭解，儘管術語第一、第二、第三等等可在本文中用於描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語可用於將元件彼此區分。例如，在不脫離本發明之範疇之情況下，一第一元件可被稱為一第二元件，且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」可包含相關聯所列品項之一或多者之任何及所有組合。
將瞭解，當一元件(諸如一層、區或基板)被稱為「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中介元件。相比之下，當一元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，可不存在中介元件。亦將瞭解，當一元件被稱為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件及/或經由一或多個中介元件連接或耦合至另一元件。相比之下，當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，該元件與另一元件之間不存在中介元件。將瞭解，此等術語旨在除圖中所描繪之任何定向之外亦涵蓋元件之不同定向。
本文中可使用相對術語(諸如「下方」、「上方」、「上」、「下」、「水平」或「垂直」)來描述如圖中所繪示之一個元件、層或區與另一元件、層或區之一關係。將瞭解，此等術語旨在除圖中所描繪之定向之外亦涵蓋裝置之不同定向。
半導體發光裝置或光功率發射裝置(諸如發射紫外線(UV)或紅外線(IR)光功率之裝置)係當前可用之最有效率之光源之一。此等裝置可包含發光二極體、諧振腔發光二極體、垂直腔雷射二極體、邊緣發射雷射或類似者(在下文中稱為「LED」)。例如，歸因於LED之緊湊尺寸及低功率需求，LED可為許多不同應用之有吸引力的候選者。例如，LED可用作手持式電池供電裝置(諸如相機及蜂巢式電話)之光源(例如，閃光燈及相機閃光燈)。LED亦可用於例如汽車照明、抬頭顯示器(HUD)照明、園藝照明、街道照明、視訊用手電筒、一般照明(例如，家庭、商店、辦公室及工作室照明、劇院/舞臺照明及建築照明)、擴增實境(AR)照明、虛擬實境(VR)照明、作為顯示器之背光及IR光譜。一單一LED可提供不如一白熾光源亮之光，且因此，多接面LED裝置或LED陣列(諸如單片LED陣列、微型LED陣列等)可用於其中期望或需要更高亮度之應用。
可消耗1瓦特以上功率且可產生超過50流明之高功率LED可在若干不同應用中使用。高功率LED可用於汽車照明(例如，用於汽車頭燈中)以及閃光燈及其他設備中。高功率LED可製造於經由一黏著層接合至一支撐結構之一基於半導體之LED晶粒中。在一些情況中，若來自LED之輻射傳輸通過支撐結構，則黏著層可對經發射輻射光學透明或實質上透明。光學透明黏著層可具有一單一折射率，在該情況中，黏著層可未提供通過其間之輻射之光學透鏡作用，除非光學透明黏著層之厚度在法向於輻射之一傳播方向之一方向上變化。然而，在黏著層中或附近存在揮發性有機污染物可在高功率操作條件下導致LED效能之短暫及/或永久降級。實驗證據表明，降級機制對氧氣之可用性敏感，使得降級之嚴重性隨著至黏著層中之氧滲透之增加而減低。LED之熱輪廓可使得LED在LED發光區域之中心處或附近最熱。因此，黏著層之均勻性質可引起照射於黏著層上之輻射通過黏著層而無任何透鏡效應，可導致至黏著層中之不可變/有限氧滲透，此可導致LED降級，且可導致LED之熱輪廓與黏著層之導熱率/冷卻輪廓之間的一非最佳失配。因此，本文中所描述之結構可用於高功率LED應用(諸如車輛(頭)燈)中，且可採用一黏著層，該黏著層具有在層內之不同位置處有意變化之一或多個材料特性。
圖1A及圖1B分別為根據一項實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖。特定言之，圖1A及圖1B展示一「靶眼(bulls-eye)」結構之不同視圖，其中圖1A展示一平面俯視圖且圖1B展示沿著圖1A之橫截面A-A’之一橫截面視圖。如所展示，LED裝置100之平面俯視圖包含含有不同材料特性之一黏著層102。不同材料特性可藉由不同材料提供。
黏著層102可實質上在一下層LED晶粒110之一整個表面上方延伸(圖1B中所展示)。LED晶粒110可為一微型LED，其具有例如約0.5 mm2 至約2.4 mm2 之一特徵大小。圖1A中之黏著層102之最外區段104可由具有一第一材料特性之一第一材料形成，黏著層102之一環形環106可由具有一第二材料特性之一第二材料形成，且黏著層102之一內部圓形區域108可由具有一第三材料特性之一第三材料形成。在一些實施例中，最外區域可未由一材料填充(即，可不存在材料1)。在其他實施例中，黏著層102可具有單個以上環形環區域，其等各自具有一不同材料特性。所使用之材料可包含例如以下之一或多者：聚二甲基矽氧烷(PDMS)，其具有1.42之一折射率(LPS-9226D)；苯基化矽酮，其具有1.48之一折射率(LPS-9235D)；苯基化矽酮，其具有1.56之一折射率(LPS-9501D)；及聚矽氮烷，其具有具1.65之一折射率之奈米粒子(M015)。
如圖1B中所展示，LED晶粒110可具有驅動LED晶粒110之接觸件116。另外，LED裝置100之黏著層102可由例如首先施配於LED晶粒110或透明層112之表面上方之矽酮形成。黏著層102 (例如，包括矽酮)可具有例如在約0.5 µm至約2.0 µm之間之一厚度。形成黏著層102之各材料104、106、108可藉由將黏著層102氣溶膠噴塗印刷於LED晶粒110及/或透明層112上而非藉由將一滴經施配矽酮夾置於LED晶粒110與透明層112之間而形成。在一些實施例中，可循序地印刷材料104、106、108，使得在沈積另一材料之前沈積所有之一特定材料。在其他實施例中，一或多個同軸噴嘴可用於同時地或幾乎同時地將材料104、106、108施配於LED晶粒110及/或透明層112上。透明層112可為例如一陶瓷磷光體薄層。黏著層102可將LED晶粒110與透明層112接合在一起。
可選擇黏著層102之不同材料104、106、108之材料特性以調整黏著層102以提供以下之一或多者：光學透鏡作用、增強之氧滲透通道或經設計熱輪廓。在此等情況之各者中，黏著層102之一不同材料特性可取決於材料104、106、108而改變。明確言之，光學透鏡作用可藉由改變黏著層102之折射率值使得由LED晶粒110發射之輻射可以一所要方式集中及/或轉向而獲得。增強之氧滲透通道可藉由改變黏著層102之滲透率值使得氧氣可隨著愈來愈高之滲透率而更容易擴散至黏著層102之區中而獲得。在一些實施例中，更高滲透率材料可朝向LED晶粒110之中心(其中缺氧最為顯著)存在，而較低滲透率材料安置成遠離LED晶粒110之邊緣(其中氧氣可容易獲得)。一經設計熱輪廓可藉由改變黏著層102之導熱率值使得更高熱傳導可出現於LED晶粒110之最熱區附近而獲得。在此等區域中，增強之冷卻可用於冷卻LED晶粒110。
一光學側塗層114可經形成以包圍黏著層102以及LED晶粒110及透明層112。光學側塗層114可將自LED晶粒110發射之光反射回使其通過薄層112。光學側塗層114可由例如在LED晶粒110之波長處之TiO2 、一反射金屬或一介電鏡形成。
圖1C展示製造圖1A及圖1B中所展示之結構之一方法之一流程圖。雖然展示一些操作，但圖1C中所展示之方法120並不意欲為排他性的；可將額外操作併入至方法120中。在操作122，可製造122 LED晶粒110。LED晶粒製造可尤其包含不同半導體層(例如，n層、p層、重組層/作用層)之沈積及至LED晶粒110之接觸件116之形成。
在已製造LED晶粒110之後，可在操作124判定黏著層102之設計。黏著層設計可包含選擇用於產生黏著層102之所要材料特性之(若干)材料及(若干)形狀。如上述，在一些實施例中，可使用不同材料來產生黏著層102之所要材料特性。
在設計判定之後，可將適當設計及材料程式化至一噴塗列印機或其他沈積設備中。接著，在操作126，可將第一材料沈積於(若干)經判定(側向)位置處/沈積為(若干)經判定形狀。第一材料可為所展示之材料之任一者。例如，第一材料可為在黏著層102之中心中之材料108。替代地，第一材料可為在包圍中心處之材料108及同心環之材料106之黏著層102之區段中之材料104。可例如藉由跨下層表面(LED晶粒110或薄層112)進行光柵化、連續地或例如以本文中所描述之特徵大小為增量沈積第一材料而印刷沈積。
程式及設計可儲存於設備(例如，列印機)之一非暫時性機器可讀媒體中，體現本文中所描述之技術或功能之任一或多者或藉由本文中所描述之技術或功能之任一或多者利用之一或多組資料結構或指令(例如，軟體)儲存於該媒體上。指令亦可在其藉由設備執行期間完全或至少部分駐留於一主記憶體內、在靜態記憶體內及/或在硬體處理器內。機器可讀媒體可包含經組態以儲存一或多個指令之一單一媒體或多個媒體(例如，一集中式或分佈式資料庫及/或相關聯快取區及伺服器)。術語「機器可讀媒體」可包含能夠儲存、編碼或載送指令以供設備執行且引起設備執行本文中所指示之技術之任一或多者或能夠儲存、編碼或載送由此等指令使用或與此等指令相關聯之資料結構的任何媒體。非限制性機器可讀媒體實例可包含固態記憶體以及光學及磁性媒體。機器可讀媒體之特定實例可包含：非揮發性記憶體，諸如半導體記憶體裝置(例如，電可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電可擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM))及快閃記憶體裝置；磁碟，諸如內部硬碟及可移除磁碟；磁光碟；隨機存取記憶體(RAM)；及CD-ROM及DVD-ROM磁碟。指令可進一步使用一傳輸媒體經由利用若干傳送協定(例如，訊框中繼、網際網路協定(IP)、傳輸控制協定(TCP)、使用者資料報協定(UDP)、超文字傳送協定(HTTP)等)之任一者之一網路介面裝置在一通信網路上傳輸或接收。例示性通信網路可包含一區域網路(LAN)、一廣域網路(WAN)、一封包資料網路(例如，網際網路)、行動電話網路(例如，蜂巢式網路)、簡易老式電話(POTS)網路及無線資料網路。在網路上之通信可包含一或多個不同協定，諸如稱為Wi-Fi之電氣與電子工程師協會(IEEE) 802.11系列標準、稱為WiMax之IEEE 802.16系列標準、IEEE 802.15.4系列標準、一長期演進(LTE)系列標準、一通用行動電信系統(UMTS)系列標準、同級間(P2P)網路、下一代/新無線電標準等等。
在沈積材料之後，在操作128判定是否沈積另一材料。若應沈積，則列印機可在操作130選擇下一材料且返回至操作126，接著可在操作126處將下一材料沈積於該材料之(若干)經判定位置處/沈積為(若干)經判定形狀。在一些實施例中，一噴霧遮罩可用於設定位置，其中施用一遮罩，將黏著劑噴霧於其上，且接著移除遮罩(例如，形成如下文描述之島狀區或線)。在其他實施例中，噴塗列印機可在下層表面上從一個位置前進至另一位置且沈積所要黏著材料，當到達待沈積一不同黏著材料之一位置時切換黏著材料。在進一步實施例中，類似於用於形成半導體結構之光微影技術之光微影技術可用於沈積黏著材料以形成黏著層。替代地，壓印微影可用於沈積黏著材料以形成黏著層。
在一些實施例中，沈積下一材料之(若干)位置可基本上完全不同於其中已沈積其他材料之(若干)位置(即，不重疊)。在其他實施例中，為了獲得所要材料特性，可將多個不同材料層沈積於(若干)相同位置處。在此情況中，下一材料可與一或多個其他經沈積材料完全或部分重疊。
然而，若在操作128判定不會沈積其他材料，則可自列印機(或其他設備)移除含有黏著層102 (現可經圖案化)之結構。可將其他結構(例如，其上尚未沈積黏著層102之LED晶粒110或薄層112)放置於其上已沈積黏著層102之結構上且附接至該結構。LED晶粒110及薄層112之黏著可導致黏著材料之最小擴散/重疊。
在一些實施例中，黏著層102可在一單一分散中沈積而非被印刷，此後，可使用黏著層102將兩個結構(LED晶粒110及薄層112)附接在一起。例如，可自同軸噴嘴擠壓材料。圖1D展示根據一項實施例之同軸噴嘴，而圖1E展示藉由圖1D之同軸噴嘴分散之一圖案。如所展示，噴嘴結構150含有具有圓形噴嘴頭之3個同軸噴嘴152、154、156。在其他實施例中，噴嘴頭可採用其他形狀，其等可為相同的或可為不同的。各噴嘴152、154、156可與含有一不同黏著材料之一不同內部施配腔室連接。此可允許噴嘴結構150在下層結構140 (例如，LED晶粒110或薄層112)上同時施配各自之材料152a、154a、156a，以獲得圖1E中所展示之「靶眼」黏著劑圖案。
在一些實施例中，雖然其他材料特性可變化，但在不同材料中，上述材料特性(折射率、氧滲透率、導熱率)之僅一者可為不同的。在其他實施例中，在不同材料中，一個以上材料特性可為不同的。在此情況中，藉由材料之沈積形成之區之大小及/或形狀可取決於材料特性變化。另外，在一些實施例中，相鄰區可在其等之間(例如，在環形環與中心之間)具有一預定義過渡區，其中黏著層具有在相鄰區之材料性質中間的材料性質。此預定義過渡區可藉由產生具有在相鄰材料之材料特性之間的一中間材料特性之材料的階梯而形成。在一些實施例中，內部圓形區域108及/或環形環106可自黏著層102之中心偏移。在一些實施例中，可使用其他形狀(諸如一橢圓形)，而非一圓形。在此情況中，環形環可對應於中心形狀。
圖2A及圖2B分別為根據另一實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖。圖2A及圖2B展示一「島狀」結構之不同視圖，其中圖2A展示一平面俯視圖且圖2B展示沿著圖2A之橫截面B-B’之一橫截面視圖。如所展示，LED裝置200之平面俯視圖包含一黏著層202，黏著層202可實質上在一下層LED晶粒210之一整個表面上方延伸。黏著層202可含有具有不同材料特性之材料之島狀區206、208。應注意，雖然島狀區206、208被展示為方形，但其等可為一不同形狀，諸如圓形。此外，島狀區之一佈局可形成為除列及行外之佈局。例如，在一些實施例中，島狀區可徑向分佈成一系列同心環。在其他實施例中，島狀區可沿著一Archimedes蝸線或上文提及之佈局之任何組合佈局。材料206、208亦可不同於形成包圍島狀區206、208之黏著層202之區204之材料之材料特性。如上述，在一些實施例中，包圍島狀區206、208之區204可未由一材料填充(即，可不存在材料1)。
如圖2B中所展示，LED裝置200之黏著層202可由施配於LED晶粒210或透明層212之表面上方之矽酮形成。黏著層202 (例如，包括矽酮)可具有如上述之在約0.5 µm至約2.0 µm之間之一厚度。黏著層202可藉由將形成黏著層202之不同材料204、206、208氣溶膠噴塗印刷於LED晶粒210及/或透明層212上，或藉由使用同軸噴嘴以類似於上文關於圖1C描述之一方式形成。透明層212可為例如一陶瓷磷光體薄層。黏著層202可將LED晶粒210與透明層212接合在一起。
黏著層202之島狀區206、208及周圍材料204可與上述類似，僅一個或一個以上材料特性(折射率、氧滲透率、導熱率)不同。島狀區之特徵大小可約為20 µm。如所展示，島狀區206、208之材料特性可在實質上正交方向上交替，使得相鄰島狀區具有至少一個不同材料特性。如本文中所使用，實質上正交方向包含在正交方向之約5°至10°內之所有方向。如上述，材料特性之更改模式可不同於圖2A中展示之模式，諸如具有在實質上正交方向之一或多者上具有相同材料特性之島狀區206、208之群組(由中介材料204分離)。雖然島狀區206、208被展示為僅由兩個不同材料形成，但可使用更大數目之材料。此可允許材料特性在不同之實質上正交方向上不同，因為一個方向上之一相鄰島狀區之材料可不同於實質上正交方向上之一相鄰島狀區之材料。因此，一個材料特性之改變模式可在一個或兩個實質上正交方向上與其他材料特性之改變模式相同或可在兩個實質上正交方向上不同。
雖然僅展示兩組島狀區206、208，但在其他實施例中，島狀區之類型之數目可更多或更少。類似地，在其他實施例中，島狀區206、208在實質上之正交方向之一或多者上之數目及/或大小可為不同的。在其他實施例中，雖然島狀區206、208之大小及放置係規則的，但在其他實施例中，島狀區206、208在實質上正交方向之一或多者上之大小及/或放置可跨黏著層202變化，使得相鄰島狀區206、208之間的周圍材料204之寬度可取決於黏著層202內之位置而不同。在一些實施例中，島狀區可由相同黏著材料(而非至少兩個不同黏著材料)形成，該材料不同於包圍島狀區之黏著材料。
類似於圖1B中所展示之實施例，一光學側塗層214可經形成以包圍黏著層202以及LED晶粒210及透明層212。
圖3A及圖3B分別為根據另一實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖。圖3A及圖3B展示一線性結構之不同視圖，其中圖3A展示一平面俯視圖且圖3B展示沿著圖3A之橫截面C-C’之一橫截面視圖。如所展示，LED裝置300之平面俯視圖包含一黏著層302，黏著層302實質上可在一下層LED晶粒310之一整個表面上方延伸且含有由不同材料形成之線306、308，該等不同材料具有不同材料特性及形成包圍線306、308之黏著層302之區304之材料之不同材料特性。如上述，在一些實施例中，包圍線306、308之區304可未由一材料填充(即，可不存在材料1)。
如圖3B中所展示，LED裝置300之黏著層302可由施配於LED晶粒310或透明層312之表面上方之矽酮形成。黏著層302可具有如上述之在約0.5 µm至約2.0 µm之間之一厚度，且如上述，可藉由將黏著層302氣溶膠噴塗印刷於LED晶粒312及/或透明層312上而以類似於上文關於圖1C描述之一方式形成。透明層312可為例如一陶瓷磷光體薄層。黏著層302可將LED晶粒312與透明層312接合在一起。
黏著層302之線306、308及周圍材料304可與上述類似，僅一個或一個以上材料特性(折射率、氧滲透率、導熱率)不同。如所展示，線306、308之材料特性可交替使得相鄰線對具有至少一個不同材料特性。如上述，材料特性之更改模式可不同於圖3A中所展示之模式，諸如交替之線306、308 (藉由中介材料304分離)或兩個以上相鄰線306、308之組具有相同材料特性。此外，若存在線306、308之一個以上材料特性，則各材料特性之改變模式可獨立於其他材料特性之模式。因此，一個材料特性之改變模式可與其他材料特性之改變模式相同或不同。
在一些實施例中，材料特性之一或多者可經由不同材料之階梯沿著線306、308之一或多者之長度變化。類似於圖1A及圖2A中所展示之實施例，線306、308可在其等之間具有一預定義過渡區，其中黏著層經由不同材料之階梯具有在線306、308與周圍材料304之材料性質中間的材料性質。雖然僅展示兩組線306、308，但在其他實施例中，線之類型之數目可更多或更少。類似地，在其他實施例中，線306、308在實質上之正交方向之一或多者上之數目及/或大小可為不同的。在其他實施例中，雖然線306、308之大小及放置係規則的，但在其他實施例中，線306、308在實質上之正交方向之一或多者上之大小及/或放置可跨黏著層302變化，使得相鄰線306、308之間之周圍材料304之寬度可取決於黏著層302內之位置而不同。
類似於圖1B中所展示之實施例，一光學側塗層314可經形成以包圍黏著層302以及LED晶粒310及透明層312。
雖然在圖1至圖3中描述各別實施例，但在其他實施例中，可組合所描述之實施例之一或多者。例如，可在實質上之正交方向之一或多者上使用作為線或島狀區之區段。
圖4A係一例示性實施例中之一LED或其他發光裝置之一圖。LED裝置400可類似於圖1至圖3中所展示之裝置，且可包含在晶粒中之一基板402及一作用層404、一波長轉換層406。LED系统400A可包含LED裝置400及主光學器件408。在其他實施例中，一LED裝置可不包含一波長轉換層及/或主光學器件。
如圖4A中所展示，作用層404可鄰近於基板402，且在其中從周圍n型及P型半導體層發生注入至作用層404中之電子及電洞之重組時發射光。用於形成基板402之適合材料包含適於提供對作用層之支撐之藍寶石、SiC、GaN、矽或其他元素及化合物材料。用於形成作用層404及周圍層之適合材料更明確言之可由化合物半導體形成，包含但不限於二元、三元或四元化合物III-V族半導體，諸如AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb或其等之混合物或合金(例如AlGaAs、InGaP、InGaAlP)；一或多個II-VI族半導體，包含但不限於ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；或一或多個IV族半導體，包含但不限於Ge、Si、SiGe。
波長轉換層406可遠離作用層404 (例如，對所發射之輻射透明之一或多個中介層或材料)或直接鄰近於作用層404。作用層404可發射一可見波長或不可見波長(例如，紫外線)至波長轉換層406中。波長轉換層406吸收由作用層404發射之輻射之波長且重新發射該輻射之至少一部分作為一或多個不同波長之光，例如一可見波長或可見光譜(諸如「冷」或「暖」白光)。包含一波長轉換層之LED裝置通常稱為磷光體轉換LED (「PCLED」)。波長轉換層406可包含任何發光材料，舉例而言，諸如一透明或半透明黏結劑或基質中之磷光體粒子，或一陶瓷磷光體元件，其吸收一個波長之光且發射一不同波長之光。在一些情況中，波長轉換層406可經設計或以其他方式容許由作用層404發射之輻射之一部分可不與波長轉換層406中之磷光體粒子相互作用，且因此，由作用層404發射之一些輻射可通過波長轉換層406。
主光學器件408可在LED裝置400之一或多個層上或上方且容許來自作用層404及/或波長轉換層406之光傳遞通過主光學器件408。主光學器件408可為經組態以保護一或多個層且至少部分整形LED裝置400之輸出之一透鏡或囊封劑。主光學器件408可包含透明及/或半透明材料且可為例如一全內反射(TIR)透鏡、菲涅耳(Fresnel)透鏡或任何其他透鏡。在例示性實施例中，經由主光學器件之光可基於一朗伯(Lambertian)分佈圖案發射。將理解，可修改主光學器件408之一或多個特性以產生不同於朗伯分佈圖案之一光分佈圖案。
在一些實施例中，一散射或關斷狀態白色層可安置於波長轉換層406上方。該層可包含例如TiOx之粒子、另一散射材料之粒子或安置於一光學透明材料或基質中之任何關斷狀態白色材料(諸如石蠟)。白色層可用於提供照射於其上之光之散射及/或在去啟動LED時提供一白色外觀。
圖4B展示一例示性實施例中之一照明系統之一橫截面視圖。照明系統420可包含一LED陣列410，LED陣列410包含像素401A、401B及401C。各像素401A、401B及401C可包含類似於圖1至圖4A中所展示之元件之元件，諸如一各自之波長轉換層406B、作用層404B及基板402B。各像素401A、401B及401C之波長轉換層406B可為相同的，或像素401A、401B及401C之至少一者之波長轉換層406B可不同。LED陣列410可為例如使用晶圓級處理技術製造之一單片LED陣列、具有亞500微米尺寸之一微型LED，或類似者。LED陣列410中之像素401A、401B及401C可使用例如陣列分段或替代地使用取置技術形成。
展示為在LED系統400B之一或多個像素401A、401B及401C之間之空間403可包含一氣隙或可藉由一絕緣材料(諸如聚醯亞胺)完全或部分填充。在其他實施例中，空間403可藉由一傳導材料(諸如一接觸件(例如，一n接觸件))完全或部分填充。
次光學器件412可包含透鏡409及波導407之一者或兩者。雖然根據所展示之實例論述次光學器件，但在其他例示性實施例中，次光學器件412可用於擴散傳入光(發散光學器件)或將傳入光收集為一準直光束(準直光學器件)。在例示性實施例中，波導407可為一集中器，且可具有用於集中光之任何適用形狀，諸如一拋物面形狀、圓錐形狀、斜面形狀或類似者。波導407可塗佈有用於反射或重新引導入射光之一介電材料、一金屬化層或類似者。在替代實施例中，一照明系統可不包含以下之一或多者：波長轉換層406B、主光學器件408B、波導407及透鏡409。
透鏡409可由任何適用透明材料(諸如但不限於SiC、氧化鋁、鑽石或類似者或其等之一組合)形成。透鏡409可用於修改照射於透鏡409上之一光束，使得來自透鏡409之一輸出光束可有效率地滿足一所要光度規格。另外，透鏡409可用於一或多個審美目的，諸如藉由判定LED陣列410之像素401A、401B及/或401C之一點亮及/或未點亮外觀。
圖5係根據一項實施例之一整合式LED照明系統之一電子板510之一俯視圖。在替代實施例中，兩個或更多個電子板可用於LED照明系統。例如，LED陣列可在一單獨電子板上，或感測器可在一單獨電子板上。在所繪示之實例中，電子板510包含一電源模組512、一感測器模組514、一連接性及控制模組516及為了將一LED陣列附接至一基板520保留之一LED附接區518。
基板520可為能夠機械支撐電組件、電子組件及/或電子模組且使用導電連接器(諸如軌道、跡線、墊、導通體及/或導線)提供至電組件、電子組件及/或電子模組之電耦合的任何板。在一些實例中，基板520可為含有多個介電層及傳導層之一印刷電路板(PCB)。傳導層可由一金屬(諸如銅、金或鋁)形成。傳導層可包含含有電路(或跡線)之一接地平面及一或多個平面。介電層可由例如一玻璃強化環氧樹脂積層(諸如FR4)或其他材料形成。傳導層可經由穿過介電層之一或多者之接觸孔連接。
電源模組512可包含電元件及/或電子元件。在一例示性實施例中，電源模組512包含一AC/DC轉換電路、一DC/DC轉換電路、一調光電路及一LED驅動器電路。
感測器模組514可包含用於其中待實施LED陣列之一應用之感測器。感測器可為例如光電二極體。
連接性及控制模組516可包含系統微控制器及經組態以接收來自一外部裝置之一控制輸入之任何類型之有線或無線模組。
本文中所使用之術語模組可指代安置於可焊接或以其他方式電接合至一或多個電子板510之個別電路板上的電組件及/或電子組件。然而，術語模組亦可指代提供類似功能性，但可個別地焊接或以其他方式接合至一相同區或不同區中之一或多個電路板的電組件及/或電子組件。
圖6A係一項實施例中之具有在LED裝置附接區處附接至基板之一LED陣列之電子板之一俯視圖。PCB 510連同LED陣列610一起可表示根據一些實施例之一LED系統600A。另外，電源模組512可在Vin 697接收一電壓輸入，且經由跡線618B接收來自連接性及控制模組516之控制信號，且經由跡線618A將驅動信號提供至LED陣列610。跡線618A及618B可形成於PCB 510之一或多個層上。LED陣列610可經由來自電源模組512之驅動信號啟動及去啟動。在圖6A中所展示之實施例中，連接性及控制模組516可經由跡線618C接收來自感測器模組514之感測器信號，跡線618C可形成於與跡線618A及618B之一者或兩者相同之PCB 510之層上或可形成於一不同層上。
圖6B繪示具有安裝於一電路板之兩個表面上之電子組件之一雙通道整合式LED照明系統之一項實施例。如圖6B中所展示，一LED照明系統600B可包含一第一表面645A，第一表面645A上安裝有用於接收調光器信號及AC電力信號之輸入端及一AC/DC轉換器電路612。LED照明系統600B可包含一第二表面645B，第二表面645B上安裝有調光器介面電路615、DC-DC轉換器電路640A及640B、具有一微控制器672之一連接性及控制模組616 (在此實例中為一無線模組)及一LED陣列610。LED陣列610可藉由兩個獨立通道611A及611B驅動。在替代實施例中，可使用一單一通道來將驅動信號提供至一LED陣列，或可使用任何數目之多個通道來將驅動信號提供至一LED陣列。
LED陣列610可包含兩個群組之LED裝置。在一例示性實施例中，群組A之LED裝置可電耦合至一第一通道611A，且群組B之LED裝置電耦合至一第二通道611B。兩個DC-DC轉換器640A及640B之各者可分別經由單一通道611A及611B提供一各自驅動電流，以驅動LED陣列610中之一各自LED群組A及B。LED群組之一者中之LED可經組態以發射具有與第二群組LED中之LED不同之一色點之光。可藉由分別經由一單一通道611A及611B控制由個別DC/DC轉換器電路640A及640B施加之電流及/或工作循環而在一範圍內調諧由LED陣列610發射之光之複合色點之控制。雖然圖6B中所展示之實施例不包含一感測器模組(如圖5及圖6A中所描述)，但一替代實施例可包含一感測器模組。
所繪示之LED照明系統600B係一整合系統，其中LED陣列610及用於操作LED陣列610之電路可提供於一單一PCB上。PCB之相同表面上之模組之間的連接可經電耦合用於藉由表面或子表面互連(諸如跡線631、632、633、634及635或金屬化層及/或導通體(未展示))在模組之間交換例如電壓、電流及控制信號。PCB之相對表面上之模組之間的連接可藉由貫穿板互連(諸如導通體及金屬化層(未展示))電耦合。
根據實施例，可提供LED系統，其中一LED陣列在與驅動器及控制電路分離之一電子板上。根據其他實施例，一LED系統可具有在與驅動器電路分離之一電子板上之LED陣列以及一些電子器件。例如，一LED系統可包含定位於與LED陣列分離之一電子板上之一電源轉換模組及一LED模組。
根據實施例，一LED系統可包含一多通道LED驅動器電路。例如，一LED模組可包含嵌入式LED校準及設定資料及例如三個群組之LED。一般技術者將認識到，可與一或多個應用一致地使用任何數目個群組之LED。各群組內之個別LED可串聯、並聯或以一串聯並聯組合配置，且可提供具有不同色點之光。例如，可藉由一第一群組之LED提供暖白光，可藉由一第二群組之LED提供一冷白光，且可藉由一第三群組之LED提供一自然白光。
圖7展示包含一應用平台、LED系統及次光學器件之一例示性系統。LED系統752可產生展示為在箭頭761a與761b之間之光束761。LED系統756可產生在箭頭762a與762b之間之光束762。在圖7中所展示之實施例中，自LED系統752發射之光可通過次光學器件754，且自LED系統756發射之光可通過次光學器件758。次光學器件754、758之一或多者可與LED系統752、756分離。在替代實施例中，光束761及/或762可未通過任何次光學器件。次光學器件可為或可包含一或多個光導。一或多個光導可為側光式或可具有界定光導之一內部邊緣之一內部開口。LED系統752及/或756可插入於一或多個光導之內部開口中，使得LED系統752及/或756將光注入至一或多個光導之內部邊緣(內部敞開光導)或外部邊緣(側光式光導)中。LED系統752及/或756中之LED可圍繞作為光導之部分之一基底之圓周配置。根據各種實施例，基底可為導熱的及/或可耦合至安置於光導上方之一散熱元件。散熱元件可經配置以經由導熱基底接收由LED產生之熱且消散所接收之熱。一或多個光導可容許由LED系統752及756發射之光以一所要方式整形，舉例而言，諸如具有一梯度、一倒角分佈、一窄分佈、一寬分佈、一角分佈或類似者。
在例示性實施例中，系統750可為一相機閃光燈系統之一行動電話、室內住宅或商用照明、室外燈(諸如街道照明)、一汽車、一醫療裝置、AR/VR裝置及機器人裝置。
在例示性實施例中，系統750可為一相機閃光燈系統之一行動電話、室內住宅或商用照明、室外燈(諸如街道照明)、一汽車、一醫療裝置、擴增實境/虛擬實境(AR/VR)裝置及機器人裝置。在例示性實施例中，圖4A中所展示之LED系統400A及圖4B中所展示之LED系統400B繪示LED系統752及756。
應用平台760可經由線765或其他適用輸入端經由一電力匯流排將電力提供至LED系統752及/或756，如本文中所論述。此外，應用平台760可經由線765提供輸入信號用於LED系統752及LED系統756之操作，該等輸入可基於一使用者輸入/偏好、一經感測讀數、一預程式化或自主判定之輸出或類似者。一或多個感測器可在應用平台760之外殼內部或外部。
在各種實施例中，應用平台760感測器及/或LED系統752及/或756感測器可收集資料，諸如視覺資料(例如，LIDAR資料、IR資料、經由一相機收集之資料等)、音訊資料、基於距離之資料、移動資料、環境資料或類似者或其等之一組合。資料可與一實體品項或實體(諸如一物件、一個體、一車輛等)相關。例如，感測設備可針對一基於先進駕駛輔助系統/自動化車輛(ADAS/AV)之應用收集物件近接性資料，其可基於一實體品項或實體之偵測排定偵測及後續動作之優先順序。可基於藉由例如LED系統752及/或756發射一光學信號(諸如一IR信號)且基於經發射之光學信號收集資料來收集資料。可藉由不同於發射光學信號用於資料收集之組件之一組件來收集資料。繼續該實例，感測設備可定位於一汽車上且可使用例如一垂直腔面發射雷射(VCSEL)來發射一光束。一或多個感測器可感測對經發射光束或任何其他適用輸入之一回應。
在一例示性實施例中，應用平台760可表示一汽車，且LED系統752及LED系統756可表示汽車頭燈。在各種實施例中，系統750可表示具有可轉向光束之一汽車，其中LED可選擇性地啟動以提供可轉向光。例如，一LED陣列可用於界定或投影一形狀或圖案或僅照明一道路之選定區段。在一例示性實施例中，LED系統752及/或756內之紅外線相機或偵測器像素可為識別需要照明之一場景(道路、人行橫道等)之部分之感測器。
圖8係含有LED裝置之一例示性車輛系統之一圖。如所展示，系統800可包含車輛810及燈總成820。燈總成820可包含含有上文描述之一或多個LED裝置之一LED發射器模組840及控制LED發射器模組之一燈控制器830。
車輛810可為任何有人駕駛(例如，汽車、摩托車、飛機、船)或無人駕駛(例如，無人機)裝置，其經組態以在其自身動力下在地理位置之間移動。車輛810可將電力及控制資料提供至由車輛810中之一處理器控制之燈總成820。控制資料可指示燈控制器830何時啟動LED發射器模組840之一或多個LED及燈控制器830何時去啟動LED發射器模組840之一或多個LED。
燈控制器830可含有電路，諸如使用電力及控制信號實現LED裝置之個別控制之開關、放大器、緩衝器及其他元件之一或多者。在一些實施例中，燈控制器830可含有自車輛810接收控制資料且相應地控制LED裝置之一單獨處理器。在一些實施例中，燈控制器830可將回饋控制資料提供至車輛810中之處理器以更佳地控制由LED發射器模組840提供之照明。例如，回饋控制資料可包含由燈總成820中之一或多個感測器偵測之環境光或燈總成820中之一元件(諸如LED發射器模組840中之LED之一者)之故障之一指示。
LED發射器模組840可照明車輛800之一前進路徑及/或反向路徑。例如，針對一汽車，若燈總成820安置於一頭燈中，則LED發射器模組840可提前照明道路。燈總成820可另外或代替性地安置於汽車之後(尾)燈或側燈(例如，在側鏡中)中。
在已詳細描述實施例之情況下，熟習此項技術者將瞭解，就本描述而言，可在不脫離發明概念之範疇之情況下修改本文中所描述之實施例。因此，不意欲將本發明之範疇限於所繪示且描述之特定實施例。
100:LED裝置 102:黏著層 104:最外區段/材料 106:環形環/材料 108:內部圓形區域/材料 110:LED晶粒 112:透明層 114:光學側塗層 116:接觸件 120:方法 122:操作 124:操作 126:操作 128:操作 130:操作 140:下層結構 150:噴嘴結構 152:噴嘴 152a:材料 154:噴嘴 154a:材料 156:噴嘴 156a:材料 200:LED裝置 202:黏著層 204:區/材料 206:島狀區/材料 208:島狀區/材料 210:LED晶粒 212:透明層 214:光學側塗層 302:黏著層 304:區/材料 306:線 308:線 310:LED晶粒 312:透明層 314:光學側塗層 400:LED裝置 400A:LED系统 400B:LED系统 401A:像素 401B:像素 401C:像素 402:基板 402B:基板 403:空間 404:作用層 404B:作用層 406:波長轉換層 406B:波長轉換層 407:波導 408:主光學器件 408B:主光學器件 409:透鏡 410:LED陣列 412:次光學器件 420:照明系統 510:電子板/PCB 512:電源模組 514:感測器模組 516:連接性及控制模組 518:LED附接區 520:基板 600A:LED系統 600B:LED照明系統 610:LED陣列 611A:第一通道 611B:第二通道 612:AC/DC轉換器電路 615:調光器介面電路 616:連接性及控制模組 618A:跡線 618B:跡線 618C:跡線 631:跡線 632:跡線 633:跡線 634:跡線 635:跡線 640A:DC-DC轉換器電路/DC-DC轉換器 640B:DC-DC轉換器電路/DC-DC轉換器 645A:第一表面 645B:第二表面 672:微控制器 697:Vin 750:系統 752:LED系統 754:次光學器件 756:LED系統 758:次光學器件 760:應用平台 761:光束 761a:箭頭 761b:箭頭 762:光束 762a:箭頭 762b:箭頭 765:線 800:系統 810:車輛 820:燈總成 830:燈控制器 840:LED發射器模組
圖1A及圖1B分別為根據一項實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖之實例；圖1C展示製造圖1A及圖1B中所展示之結構之一方法之一例示性流程圖；圖1D展示根據一項實施例之同軸噴嘴；圖1E展示藉由圖1D之同軸噴嘴分散之一圖案；
圖2A及圖2B分別為根據另一實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖之實例；
圖3A及圖3B分別為根據另一實施例之一LED裝置之一俯視圖及橫截面視圖之實例；
圖4A及圖4B係分別展示一LED裝置及多個LED裝置之例示性圖；
圖5係根據一項實施例之一整合式LED照明系統之一例示性印刷電路板(PCB)之一俯視圖；
圖6A係一項實施例中之具有在LED裝置附接區處附接至基板之LED陣列之電子板之一俯視圖；
圖6B係具有安裝於一電路板之兩個表面上之電子組件之一雙通道整合式LED照明系統之一項實施例之一圖；
圖7係含有LED裝置之一例示性應用系統之一圖；及
圖8係含有LED裝置之一例示性車輛系統之一圖。
100:LED裝置
104:最外區段/材料
106:環形環/材料
108:內部圓形區域/材料
110:LED晶粒
112:透明層
114:光學側塗層
116:接觸件

Claims (20)

  1. 一種發光裝置，其包括： 一晶粒，其包括經組態以發射輻射之一發光半導體結構； 一光轉換結構，該輻射照射於該結構上，該光轉換結構經組態以將該輻射轉換為一不同波長之光；及 一黏著層，其將該晶粒及該光轉換結構接合在一起，該黏著層具有至少三個區，各區具有取決於該晶粒上之一位置之一材料特性。
  2. 如請求項1之發光裝置，其進一步包括包圍該晶粒、黏著層及光轉換結構之一光學側塗層，其中該光學側塗層對該輻射反射。
  3. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 該黏著層之該材料特性係折射率，及 該折射率變化以提供光學透鏡作用，使得該折射率之變化引起該輻射在一預定方向上轉向、聚焦或集中之至少一者。
  4. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 該黏著層之該材料特性係對氧之滲透率，及 該滲透率朝向該晶粒之一中心增加且朝向該晶粒之邊緣減小。
  5. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 該黏著層之該材料特性係導熱率，及 該導熱率朝向該黏著層之一中心增加。
  6. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 該黏著層包括複數個不同材料， 該等材料之各者在一不同區中，及 該材料特性在該等不同材料之間不同。
  7. 如請求項6之發光裝置，其中該等材料之一第一者安置於該黏著層之一中心中，且該等材料之一第二者安置於圍繞該黏著層之該中心之一同心環中。
  8. 如請求項6之發光裝置，其中該等不同材料配置成一網格圖案，其中該等材料之至少兩者係在一對實質上正交方向之各者上交替之島狀區且藉由該等材料之另一者包圍，使得該等材料之該另一者安置於各相鄰島狀區之間。
  9. 如請求項6之發光裝置，其中： 該等不同材料配置成一線性圖案，其中該等材料之至少兩者各自在一第一方向上以一線延伸且在與該第一方向實質上正交之一第二方向上交替，及 該等材料之該至少兩者藉由該等材料之另一者包圍，使得該等材料之該另一者安置於該等材料之該至少兩者之各者之間。
  10. 如請求項9之發光裝置，其中該線性圖案針對該等材料之該至少兩者之各者包括彼此鄰近之相同材料之至少兩者。
  11. 如請求項1或2之發光裝置，其中該發光半導體結構係一高功率發光二極體(LED)，經安置以抵消該高功率LED之一材料輪廓與一實質上均勻黏著層之一材料輪廓之間的一失配之該等區之該等材料特性具有一實質上均勻材料特性，而與該晶粒上之該均勻黏著層之一位置無關。
  12. 如請求項1或2之發光裝置，其中該光轉換結構與該晶粒之間之另一區不含該黏著層。
  13. 如請求項1或2之發光裝置，其進一步包括在相鄰區之間之具有實質上均勻之一材料特性之一過渡區，該過渡區具有在該等相鄰區之材料特性中間之一材料特性及實質上小於該等相鄰區之大小之一大小。
  14. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 若該黏著層之該材料特性包含折射率，則該折射率變化以提供光學透鏡作用，使得該折射率之變化引起該輻射在一預定方向上轉向， 若該黏著層之該材料特性包含對氧之滲透率，則該滲透率朝向該晶粒之一中心增加且朝向該晶粒之邊緣減小，及 若該黏著層之該材料特性包含導熱率，則該導熱率朝向該黏著層之一中心增加且朝向該黏著層之邊緣減小。
  15. 如請求項1或2之發光裝置，其中： 該黏著層包括複數個不同材料，其等各自覆蓋該晶粒之一不同區段， 該材料特性在該等不同材料之間不同，及 以下之一者： 該等材料之一第一者實質上安置於該黏著層之一區域中心中，且該等材料之一第二者實質上安置於圍繞該黏著層之該區域中心之一同心環中， 該等不同材料配置成一網格圖案，其中該等材料之至少兩者係在一對實質上正交方向之各者上交替之島狀區且藉由該等材料之另一者包圍，使得該等材料之該另一者安置於各相鄰島狀區之間，或 該等不同材料配置成一實質上線性圖案，其中該等材料之至少兩者各自在一第一方向上大體上以一線延伸，且在與該第一方向實質上正交之一第二方向上交替，及該等材料之該至少兩者藉由該等材料之另一者包圍，使得該等材料之該另一者安置於該等材料之該至少兩者之各者之間。
  16. 一種製造一發光裝置之方法，該發光裝置包括具有經組態以發射輻射之一發光半導體結構之一晶粒及經組態以將該輻射轉換為一不同波長之光之一光轉換結構，該方法包括： 將一第一黏著材料沈積於該晶粒或該光轉換結構之至少一者之一第一區段上； 將一第二黏著材料沈積於該晶粒或該光轉換結構之至少一者之一第二區段上； 將一第三黏著材料沈積於該晶粒或該光轉換結構之至少一者之一第三區段上，該第一黏著材料之一材料特性之至少一者不同於該第二黏著材料及該第三黏著材料之材料特性，該第二黏著材料之選自特性清單之該材料特性之至少一者不同於該第三黏著材料之材料特性，選自一特性清單之一材料特性之該至少一者包含一折射率、一滲透率及一導熱率；及 使用沈積於該晶粒或該光轉換結構之至少一者上之該第一黏著材料、該第二黏著材料及該第三黏著材料將該晶粒或該光轉換結構之該一者附接至該晶粒或該光轉換結構之另一者。
  17. 如請求項16之方法，其中： 經由噴霧遮罩或噴塗印刷循序地沈積該第一黏著材料、該第二黏著材料及該第三黏著材料。
  18. 如請求項16或17之方法，其中： 使用包括一第一噴嘴、與該第一同軸噴嘴同軸之一第二噴嘴及與該第一同軸噴嘴及該第二同軸噴嘴同軸之一第三噴嘴同時沈積該第一黏著材料、該第二黏著材料及該第三黏著材料，該第一同軸噴嘴、該第二同軸噴嘴及該第三同軸噴嘴之各者經組態以擠壓該第一黏著材料、該第二黏著材料及該第三黏著材料之一不同者。
  19. 一種頭燈總成，其包括： 一燈控制器；及 一發光二極體(LED)發射器模組，其經組態以藉由該燈控制器供電且控制，該LED發射器模組包括一發光裝置，該發光裝置包含： 一發光半導體結構，其經組態以發射輻射； 一蓋，該輻射經組態以照射於該蓋上且回應於其而提供光；及 一黏著層，其對該輻射透明且將該發光半導體結構及該蓋接合在一起，該黏著層包括在不同側向區段中之至少三個不同材料，該等不同材料在選自包含一折射率、氧滲透率及一導熱率之一特性之至少一個材料特性方面不同。
  20. 如請求項19之頭燈總成，其中： 該至少一個材料特性變化以進行以下之至少一者：基於該折射率之變動提供光學透鏡作用；隨著距該黏著層之一中心之距離增加而降低該氧滲透率；或隨著距該黏著層之該中心之距離增加而降低該導熱率。
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