TWI413272B - 包含一發光轉換元件之半導體發光裝置及其封裝方法 - Google Patents

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Description

包含一發光轉換元件之半導體發光裝置及其封裝方法
本發明係關於半導體發光裝置及其製造方法，且更特定言之，係關於用於半導體發光裝置之封裝及封裝方法。
已知提供封裝的半導體發光裝置類型光源，其可為發光裝置發出的光提供保護、色彩選擇、聚焦等。舉例而言，發光裝置可為發光二極體("LED")。在將功率LED封裝用作光源期間會遇到各種問題。將參考圖1及圖2中之功率LED的橫截面說明來描述此等可能問題之實例。如圖1及圖2所示，功率LED封裝100通常包含一基板構件102，在該基板構件上安裝有發光裝置103。發光裝置103可(例如)包含一安裝至基板構件102之LED晶片/子基板總成103b、及一定位於LED晶片/子基板總成103b上之LED 103a。基板構件102可包含用於將封裝100連接至外電路之跡線或金屬導線。基板102亦可擔當散熱器以在操作期間將熱量自LED 103傳導出去。
一反射器(例如反射杯104)可安裝在基板102上且環繞發光裝置103。圖1中所說明之反射杯104包含一成角度的或傾斜的下側壁106，其用於將LED 103所產生之光向上反射且自LED封裝100反射出去。所說明之反射杯104亦包含可擔當一用於將透鏡120固持在LED封裝100中之通道之向上延伸的壁105及一水平肩狀部分108。
如圖1所說明，在發光裝置103安裝在基板102上後，密封材料112(例如液態矽凝膠)經分配至反射杯104之內反射模穴115中。圖1中所說明之內反射模穴115具有一由基板102所界定之底表面，以提供能在其中保持液態密封材料112的封閉模穴。如圖1進一步所示，當將密封材料112分配至模穴115中時，其可毛細作用反射杯104之側壁105的內側，從而形成了所說明之凹狀彎月面。
如圖2所示，接著可將透鏡120置放於反射模穴115中與密封材料112接觸。當透鏡120置放於模穴115中時，液態密封材料112可被移動且穿過透鏡120與側壁105之間的間隙117。密封物可因而向外移動至透鏡120之上表面及/或反射杯104之側壁105的上表面上。此移動(其可稱為擠出)通常由於眾多原因而不合需要。在所描述之封裝配置中，若密封物在透鏡附著步驟之前未固化成圓頂狀彎月面，則透鏡將坐落於較低擱架(shelf)上。以此方式可導致透鏡在熱迴圈期間不能浮動，或經由將密封物分層至其他表面或經由分層內之內聚破壞(其兩者均可影響光輸出)而失效。密封材料或凝膠通常是黏性的，且可干擾用於製造部件之自動化處理工具。另外，凝膠可(例如)藉由改變光分佈圖案及/或藉由阻礙透鏡120之若干部分而干擾來自透鏡120之光輸出。黏性凝膠亦可吸引灰塵、污垢及/或可阻礙或減少來自LED封裝100之光輸出的其他污染物。凝膠亦可改變有效透鏡之形狀，其可修改發射光圖案/光束形狀。
在置放好透鏡120後，通常對封裝100進行熱固化，其導致密封材料112凝固並黏附至透鏡120。因而可藉由經固化之密封材料112將透鏡120固持在合適的位置。然而，因固化而造成具有輕微收縮因數之密封材料(諸如矽凝膠)通常在熱固化過程期間趨於收縮。另外，熱膨脹係數(CTE)效應通常導致透鏡在高溫下較高的浮動。在冷卻期間，部件具有分層的趨勢。因為位於圖2中所示之透鏡120下方之密封物之所說明的體積相對大，所以此收縮可導致密封材料112在固化過程期間自封裝100之若干部分而分層(脫離)，該等部分包含發光裝置103、基板102之表面、反射杯104之側壁105及/或透鏡120。該分層可顯著影響光學效能，尤其是在該分層係來自晶粒時，其中其可導致全內反射。此收縮可在密封材料112與發光裝置103、透鏡120及/或反射杯104之間產生間隙或空隙113。密封材料112中之三軸應力亦可導致密封材料112中之黏著撕裂113'。此等間隙113及/或113'可大體上減少由發光裝置封裝100所發出之光量。收縮亦可自裂縫(意即，反射器)或自裝置(意即，晶粒/子基板)下方拉出氣穴(air pocket)，其可接著干擾光學模穴效能。
在燈操作期間，發光裝置103可產生大量的熱。可藉由基板102及反射杯104來耗散許多熱，該基板及該反射杯各可充當封裝100之散熱器。然而，封裝100之溫度在操作期間仍可顯著增加。密封材料112(諸如矽凝膠)通常具有高的熱膨脹係數。因此，當封裝100變熱時，密封材料112可發生膨脹。因為透鏡120係安裝在由反射杯104之側壁105所界定之通道內，所以當密封材料112發生膨脹及收縮時，透鏡120可在側壁105內上下移動。密封材料112之膨脹可將密封物擠壓至空間中或擠出模穴外，使得當冷卻時其不能後移回該模穴中。以此方式可導致分層、空隙、較高的三軸應力及/或其類似情形，其可導致較不穩固之發光裝置。舉例而言，在美國專利申請公開案第2004/0041222號中進一步描述了此透鏡移動。側壁105亦可幫助保護透鏡120不受機械衝擊及應力。
本發明之實施例提供封裝半導體發光裝置之方法。將第一數量之密封材料分配至包含發光裝置(其可為複數個發光裝置，諸如發光二極體)之模穴中，該模穴可為反射模穴。處理反射模穴中之第一數量之密封材料以形成其具有選定形狀的硬化上表面。在經處理之第一數量之發光材料的上表面上提供一發光轉換元件。該發光轉換元件包含一波長轉換材料，諸如磷光體及/或奈米晶體，且其在反射模穴之中間區域處之厚度大於接近該反射模穴之側壁之區域處的厚度。
當發光轉換元件自中間區域至側壁進行放射狀地向外延伸時，發光轉換元件之厚度可連續減小。發光轉換元件之厚度的變化可大於發光轉換元件之最大厚度的10%。發光轉換元件可具有雙凸面、平凸面或凹凸面之形狀。
在本發明之其他實施例中，該等方法進一步包含：將第二數量之密封材料分配至發光轉換元件上，以在反射模穴中形成凸狀彎月面的密封材料，從而提供了所要形狀的透鏡。固化第二數量之密封材料以自密封材料形成用於封裝發光裝置之透鏡。在替代實施例中，該等方法包含：將第二數量之密封材料分配至發光轉換元件上，且將反射模穴中之透鏡定位在經分配之第二數量之密封材料上。固化經分配之第二數量之密封材料以將透鏡附著在反射模穴中。
在本發明之另外的實施例中，提供發光轉換元件包含將第二數量之密封材料分配至第一數量之密封材料的上表面上。第二數量之密封材料在其中具有波長轉換材料。固化第二數量之密封材料以界定發光轉換元件。
在本發明之某些實施例中，發光轉換元件具有雙凸面形狀。選定的形狀為凹狀，且分配及固化第二數量之密封材料包含分配及固化第二數量之密封材料以形成第二數量之密封材料的凸狀上表面。
在本發明之另外的實施例中，發光轉換元件具有平凸面形狀，且選定的形狀為凹狀。分配及固化第二數量之密封材料包含分配及固化第二數量之密封材料以形成第二數量之密封材料的平坦上表面。在替代平凸面形狀的實施例中，選定的形狀為平面，且分配及固化第二數量之密封材料包含分配及固化第二數量之密封材料以形成第二數量之密封材料的凸狀上表面。
在本發明之其他實施例中，發光轉換元件具有凹凸面形狀，且選定的形狀為凹狀。分配及固化第二數量之密封材料包含分配及固化第二數量之密封材料以形成第二數量之密封材料的凸狀上表面。在替代凹凸面形狀的實施例中，選定的形狀為凹狀，且分配及固化第二數量之密封材料包含分配及固化第二數量之密封材料以形成第二數量之密封材料的凹狀上表面。
在本發明之另外的實施例中，處理第一數量之密封材料包含固化第一數量之密封材料。在替代實施例中，處理第一數量之密封材料包含預固化第一數量之密封材料以在其上表面上形成硬化外殼(skin)，且該方法進一步包括在提供發光轉換元件後固化第一數量之密封材料。波長轉換材料可為磷光體，且第一數量之密封材料大體上不含磷光體。
在本發明之其他實施例中，發光轉換元件是預形成之插入物，且該預形成之插入物置放在經處理之第一數量之密封材料的上表面上。預形成之插入物可為模製塑膠載磷光體部件。可在測試預形成之插入物之前將預形成之插入物置放在上表面上。
在本發明之其他實施例中，封裝半導體發光裝置包含一主體(諸如反射器)，其具有一界定一可為反射模穴之模穴的下側壁部分。發光裝置定位於模穴中。在包含發光裝置之模穴中提供第一數量之經固化的密封材料。發光轉換元件位於第一數量之密封材料的上表面上。發光轉換元件包含波長轉換材料，且其在模穴之中間區域處之厚度大於接近模穴之側壁之區域處的厚度。當發光轉換元件自中間區域至側壁進行放射狀地向外延伸時，發光轉換元件之厚度可連續減小。發光轉換元件之厚度的變化可大於發光轉換元件之最大厚度的10%。
在本發明之某些實施例中，發光轉換元件具有雙凹面、平凸面或凹凸面之形狀。發光裝置可為發光二極體(LED)。
在本發明之其他實施例中，在180(自中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內，裝置之最小色溫比其最大色溫低不大於30%。裝置可具有一主要發射圖案，其總的相關色溫(CCT)變化在180(自中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內小於約1000 K。在其他實施例中，裝置具有一主要發射圖案，其總的CCT變化在180(自中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內或在120(自中心軸線＋/－45)度發射角度範圍內約為500 K。在其他實施例中，裝置具有一主要發射圖案，其總的相關色溫(CCT)變化在90(自中心軸線＋/－45)度發射角度範圍內約為500 K。
在本發明之另外的實施例中，封裝半導體發光裝置包含一具有一界定模穴之側壁部分之主體及一定位於該模穴中之發光裝置。第一數量之經固化的密封材料位於包含發光裝置之模穴中，且發光轉換元件位於第一數量之密封材料之上表面上。發光轉換元件包含波長轉換材料。封裝半導體發光裝置展示在180(自中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內之不大於2000 K之相關色溫(CCT)變化。
現在將在下文中參考隨附圖式更為全面地描述本發明，其中展示了本發明之實施例。然而，可以眾多不同的形式體現本發明，且不應將本發明理解為限於本文所述之實施例。相反，提供此等實施例以使得此揭示將變得徹底及完全，且將會完全將本發明之範疇傳達至熟習此項技術者。在圖式中，出於簡明起見，可誇大層及區域之尺寸及相對尺寸。全文中相似的數位係指相似的元件。
應瞭解，當諸如層、區域或基板之元件稱為位於另一元件"上"時，其可直接位於其他元件上，或亦可存在介入元件。應瞭解，若諸如表面之元件的一部分稱為"內部"，則其離裝置之外部比離該元件之其他部分更遠。此外，本文可使用諸如"下方"或"上方"之相對術語來描述一層或區域至另一層或區域相對於基板或基底的關係，如圖中所說明。應瞭解，此等術語意欲涵蓋裝置之除了圖中所描述之定向之外的不同定向。最後，術語"直接地"意謂無介入元件。如本文所使用，術語"及/或"包含一或多個相關聯之所列專案的任何及所有組合。
應瞭解，儘管可在本文中使用術語第一、第二等來描述各種元件、元件、區域、層及/或區段，但是此等元件、元件、區域、層及/或區段不應受到此等術語限制。此等術語僅用於將一元件、元件、區域、層或區段自另一區域、層或區段區別開。因而，在不脫離本發明之教示的情況下，下文所論述之第一元件、元件、區域、層或區段可稱為第二元件、元件、區域、層或區段。
本文將描述用於封裝半導體發光裝置103之本發明之各種實施例。如本文所使用，術語半導體發光裝置103可包含發光二極體、雷射二極體及/或其他半導體裝置，該其他半導體裝置包含：一或多個半導體層，其可包含矽、碳化矽、氮化鎵、及/或其他半導體材料；一基板，其可包含藍寶石、矽、碳化矽及/或其他微電子基板；及一或多個接觸層，其可包含金屬及/或其他導電層。在某些實施例中，可提供發射紫外光、藍色光及/或綠光的發光二極體("LED")。亦可提供發射紅色光及/或琥珀色光的LED。熟習此項技術者已熟知半導體發光裝置103之設計及製造，且在本文中無需詳述。
舉例而言，半導體發光裝置103可為在碳化矽基板上製造之氮化鎵基LED或雷射器，諸如彼等由Cree,Inc.of Durham,North Carolina所製造及出售的裝置。本發明可適用於供如以下專利中所描述之LED及/或雷射器使用：美國專利第6,201,262號、第6,187,606號、第6,120,600號、第5,912,477號、第5,739,554號、第5,631,190號、第5,604,135號、第5,523,589號、第5,416,342號、第5,393,993號、第5,338,944號、第5,210,051號、第5,027,168號、第5,027,168號、第4,966,862號及/或第4,918,497號，其揭示如同本文全面陳述以引用的方式倂入本文中。在以下專利公開案中描述了其他合適的LED及/或雷射器：2003年1月9日出版之公開的美國專利公開案第US 2003/0006418 A1號，標題為"Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice,Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures"；以及公開的美國專利公開案第US 2002/0123164 A1號，標題為"Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor"。此外，諸如在以下申請案中所描述之磷光體塗覆之LED亦可適用於本發明之實施例中：2003年9月9日申請之美國申請案第10/659,241號，標題為"Phosphor－Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor"，其揭示如同本文全面陳述以引文的方式倂入本文中。LED及/或雷射器可經組態而操作，使得可穿過基板而發生光發射。在該等實施例中，基板可經圖案化以便增強裝置之光輸出，正如(例如)上文所引用之美國專利公開案第US 2002/0123164 A1號中所描述。
現在將參考圖3至圖11中所說明之各種實施例來描述本發明之實施例。更特定言之，圖3A至圖3C中說明用於封裝發光裝置103之雙固化密封處理的某些實施例。該雙固化密封處理可減少固化期間與密封材料之收縮相關聯的問題。如將在本文中描述，對於本發明之某些實施例而言，雙固化處理可包含三個分配操作及兩個固化操作。然而，應瞭解，在本發明之其他實施例中，在封裝發光裝置中亦可使用更多或更少之分配操作及固化操作。如本文中亦將進一步描述，本發明之實施例亦包含多重分配操作，導致第一固化操作，隨後進行另一組分配及固化操作以附著透鏡。
如圖3A所說明，第一預定量(數量)之密封材料(包含所說明實施例中之兩個密封材料部分112、114)經分配在模穴115內。密封材料112、114可為(例如)液態矽凝膠、環氧樹脂或其類似物。第一部分112可經分配至發光裝置103之濕式曝露表面部分，更特定言之，經分配至發光裝置103之LED晶片/子基板總成101，及基板102。反射杯104之若干部分亦可藉由初始分配而濕潤。在本發明之某些實施例中，作為第一部分112而分配之密封材料的數量足以使發光裝置103濕潤，而不用將反射模穴填充至超過發光裝置103之高度的水平。在本發明之某些其他實施例中，作為第一部分112而分配之密封材料的數量足以大體上覆蓋發光裝置103，而不在密封材料112中形成任何氣穴。
如圖3A所示，發光裝置定位於大約在反射模穴115之中點115m處。可自分配器200，在自中點115m朝向反射模穴115之側壁105移動之點115d處，分配密封材料，使得密封材料112不直接分配在發光裝置103上。將密封材料112直接分配在發光裝置103上，可能在密封材料112自上方通過發光裝置103之結構時引起氣泡截留。然而，在本發明之其他實施例中，除了偏移分配(offset dispense)之外或替代偏移分配，密封材料112係被分配於發光裝置103晶粒的頂部上。分配密封材料112可包含在分配器200之末端上形成密封材料112之珠粒，且將所形成之珠粒與反射模穴115及/或發光裝置103接觸，以自該分配器分配珠粒。
可選擇用於分配之材料的黏度及/或其他特性，使得(例如)在不形成氣泡的情況下出現濕潤。在本發明之另外的實施例中，可對由經分配之材料所接觸的表面施加塗層以使濕潤速率加速/減速。舉例而言，藉由使用會留下諸如油膜之微觀殘留物之某些已知之清潔程式，可處理選定的表面，且因而將其用於設計濕潤作用之動力學。
歸因於界定模穴115之反射杯104之內表面的表面特性、發光裝置103的表面特性及密封材料112的表面特性，經分配之密封材料112(甚至當自模穴115之中點115m移動之點115d分配時)可以仍會在密封材料112中引起氣泡之方式流入模穴115內。詳言之，期望密封材料112在反射杯104之內表面及發光裝置103之側壁周圍比在發光裝置103之頂部上方更快地移動或"毛細作用"。因此，可在模穴115之與分配密封材料處之側相對的側上在流動密封材料之側相遇時截留氣泡，且密封材料接著在發光裝置103之頂部上方流動，因而自上方進行局部分配而無空氣流動的側出口。因此，可選擇經分配之密封材料112之第一部分的數量以減少或防止形成該等氣泡的風險。同樣，如本文所使用，對"大體上"覆蓋發光裝置103之參考涉及覆蓋足夠的發光裝置103的結構，使得當分配第一數量之密封材料112、114之剩餘部分114時將不會產生該氣泡。
在允許沉降初始分配之密封材料112後，第一預定數量之密封材料的第二部分114經分配至反射模穴115中。密封材料之第二部分114在本發明之某些特定實施例中約為第一部分112的兩倍。
在分配所有第一數量之密封材料112、114後，例如藉由熱處理來固化第一數量之密封材料112、114，以凝固密封材料112、114。在固化後，由於密封材料112、114之收縮，密封材料112、114在反射模穴115內之水平可自水平114A降至水平114B。
在本發明之某些實施例中，在將第二部分114分配至反射模穴115中之前固化第一部分112。舉例而言，已知對密封材料112、114添加光轉換材料(諸如磷光體、奈米晶體或其類似物)以影響自封裝100所發出之光的特徵。本文出於描述目的，將參考作為光轉換材料之磷光體。然而，應瞭解，可使用其他光轉換材料來替代磷光體。視封裝100之所要的色譜及/或色溫調整而定，當接近發射器103b(換言之，直接在發光裝置103之頂部上)定位磷光體時可最有利地利用磷光體。同樣，可需要在第二部分114中包含磷光體而在第一部分112中不包含磷光體。然而，因為第一部分112在第二部分114下方，所以磷光體可自第二部分114沉降在第一部分112中，從而減少了第二部分114中磷光體添加之效力。因此，可將磷光體添加至第一部分112以限制該沉降及/或可在分配第二部分114之前固化第一部分112。使用多重分配可允許添加所要組態之磷光體預成型坯/晶圓用於光轉換。另外，多重分配可允許使用具有不同折射率之材料以提供(例如)內埋式透鏡(意即，由具有不同折射率之材料之兩個分配之間的介面所形成)。
如圖3B中所說明，第二數量之密封材料116以預定量經分配至反射模穴115中之經固化之第一數量的密封材料112、114上。在本發明之某些特定實施例中，第二數量116約等於第一數量之密封材料112、114之第一部分112。第二數量116可大體上不含磷光體，然而，在本發明之其他實施例中，第二數量116中亦可包含磷光體。
如圖3C所示，在固化第二數量之密封材料116之前，透鏡120定位於反射模穴115內且與第二數量之密封材料116相抵。接著(例如)藉由加熱來固化第二數量之密封材料116，以使密封材料116硬化且將透鏡120附著在反射模穴115中。在本發明之某些實施例中，如上文所述使用雙固化處理來將發光裝置103密封在封裝100中可減少經固化之密封材料112、114、116自發光裝置103、透鏡120及/或反射杯104之分層。
圖4A至4B進一步說明圖3A至圖3B中所示之反射杯104。圖4A為反射杯104之俯視平面圖，其展示上側壁105的上表面、下側壁106的上表面及上側壁105與下側壁106之間的大體水平之肩狀側壁部分108的上表面。圖4B為沿著圖4A之線B－B所取之反射杯104之橫截面圖。
現在將描述根據本發明之各種實施例之替代反射杯組態以及用於使用該等替代反射杯組態來封裝發光裝置之方法。在本發明之各種實施例中，此等替代反射杯組態可在將透鏡插入反射杯中之密封材料中時減少入射及/或密封材料之擠出量。圖5A至圖5B、圖6及圖7說明各種替代的反射器組態，如現在將描述。圖5A為反射杯4之俯視平面圖，且圖5B為沿著圖5A之線B－B所取之反射杯4之橫截面圖。圖6為反射杯4A的橫截面圖，且圖7為反射杯4B的橫截面圖。所說明之反射杯4、4A、4B之每一者包含一上側壁5、一成角度的下側壁6及一在上側壁5與下側壁6之間之水平的肩狀部分8，其一起界定反射模穴15。如本文關於肩狀部分8所使用，"水平的"涉及總方向，其中肩狀部分8在下側壁部分6與上側壁部分8之間延伸(意即，與下側壁部分6及上側壁部分5比較)，而非涉及肩狀部分8在其任何中間部分處之特定角度(參閱(例如)圖7，其中水平肩狀部分可實質上在下側壁部分6與上側壁部分5之間的垂直高度上具有某些改變以容納其之其他特徵)。另外，反射杯4、4A、4B之每一者可包含圍繞下側壁6之至少一溝(moat)18，其中溝18藉由一唇緣(意即，一突出邊緣)22而與下側壁6隔離。所說明之溝18形成於肩狀部分8中。
在圖5A至圖5B之實施例中，可藉由衝壓來形成溝18，在此狀況下，溝18與下側壁6之間的唇緣22可具有尖邊緣而非平坦表面。然而，應瞭解，由於受所使用之製造製程的限制，圖5B中示意性說明之唇緣22之平坦表面可實質上具有更圓的輪廓。過於圓的輪廓可能不合需要，如將關於圖8A至圖8C所進一步描述。
現在將關於圖6之橫截面圖描述反射杯4A之另外的實施例。如圖6所示，在上側壁5與下側壁6之間形成第一溝18，其中第一或內唇緣22隔離下側壁6與第一溝18。在上側壁5與第一溝18之間形成第二溝24。第二或外唇緣26隔離第二溝24與第一溝18。
現在將關於圖7之橫截面圖描述反射杯4B之另外的實施例。如圖7中所示，在上側壁5與下側壁6之間形成第一溝18，其中第一或內唇緣22隔離下側壁6與第一溝18。在上側壁5與第一溝18之間形成第二溝24。第二或外唇緣26'隔離第二溝24與第一溝18。如圖7中所示，第二唇緣26'相對於第一唇緣22而被提高。
在本發明之特定實施例中，第一唇緣22具有曲率半徑小於約50微米(μm)之峰端，且第二唇緣26、26'具有曲率半徑小於約50μm之峰端。第一溝18及第二溝24可為水平肩狀部分8之衝壓特徵。如圖6及圖7中所示，第二溝24可具有自第二唇緣26、26'延伸至上側壁部分5之寬度。
在本發明之某些實施例中，傾斜的下側壁部分6可為大體上圓錐狀，且可具有自對於500μm發光裝置晶片之約1.9毫米(mm)至對於900μm發光裝置晶片之約3.2 mm的最小直徑、與自對於500μm發光裝置晶片之約2.6 mm至對於900μm發光裝置晶片之約4.5 mm的最大直徑、及自約0.8 mm至約1.0 mm的高度。上側壁部分可為大體上橢圓狀，且具有自約3.4 mm至約5.2 mm的內徑及自約0.6 mm至約0.7 mm的高度。水平肩狀部分可具有自約0.4 mm至約0.7 mm之自下側壁部分至上側壁部分的寬度。應瞭解，如本文所使用，術語"橢圓狀"及"圓錐狀"意欲涵蓋環狀、圓柱狀及其它形狀，包含基於用於形成反射杯4、4A、4B之製造技術之不規則形狀，但該製造技術可與基板2或其他結合而操作以對發光裝置103提供反射器且將密封材料12、14、16固持於其中並使其硬化。
在本發明之某些實施例中，第一溝18具有自約0.3 mm至約0.4 mm的寬度，且第二溝24具有自約0.3 mm至約0.4 mm的寬度。如圖6所說明，第一溝18之邊緣可為第一唇緣22，其相對於下側壁部分6之底端具有自約0.79 mm至約0.85 mm的高度，且第二溝24之邊緣可為第二唇緣26，其相對於下側壁部分6之底端具有自約0.79 mm至約0.85 mm的高度。在如圖7中所說明之本發明之其他實施例中，第一唇緣22相對於下側壁部分之底端具有自約0.79 mm至約0.85 mm的高度，且第二唇緣26'相對於下側壁部分之底端具有自約0.9 mm至約1.0 mm的高度。
在本發明之各種實施例中，反射杯4、4A、4B在將發光裝置103封裝在反射杯4、4A、4B中時可提供彎月面控制。如將進一步描述，當與上述雙固化方法相結合時，亦可為密封材料之不同分配提供明顯的凸狀彎月面，且因此，可減少圓頂狀破壞之入射。在本發明之其他實施例中，所提供的彎月面控制可減少以所要的深度及/或角度置放透鏡的困難度、減少透鏡頂部上之密封材料的透鏡毛細作用或擠出、及/或允許封裝發光裝置之光學特徵的組態。舉例而言，可藉由封裝中點上方之圓頂狀(凸狀彎月面)載磷光體密封材料而將磷光體集中在封裝的中央(中點)。
可藉由在處理過程中使用與分配及/或固化變化相結合的多個彎月面控制技術提供不同的光學圖案(視角、定製之色譜、色溫調整及其類似物)。舉例而言，藉由自發光裝置穿超載磷光體材料提供光路之更為均衡的長度，高峰端之圓頂狀載磷光體材料可朝著反射杯之邊緣提供對黃色具有較小轉移之白色溫度光發射之更大的色譜均衡度。類似地，在需要處，可藉由較平坦的圓頂提供自中點處的白色至邊緣處的黃色之更大的色譜變化。在本發明之某些其他實施例中，在藉由除透鏡外之特徵提供有關保護之機能處，彎月面控制可允許藉由將密封材料用作透鏡而封裝無透鏡之發光裝置，其中彎月面經組態以提供所要的透鏡形狀。
圖8A至圖8C說明根據本發明之某些實施例之用於將反射杯之結構特徵用於彎月面控制來封裝發光裝置之方法。圖8A至圖8C中所說明之操作利用圖5A至圖5B中所說明之反射杯4及亦為先前所描述之雙固化操作。如圖8A中所示，第一數量14之密封材料沉積在封裝10A之反射模穴15中。在本發明之某些實施例中，可使用獨立的(濕潤)分配及第二分配來分配第一數量14。藉由適當控制所分配之密封材料量，表面張力將導致液態密封材料14依附至唇緣22，從而在14A所指示之高度處形成了圖8A中所說明之凸狀彎月面。因而，唇緣22可用於防止經分配之密封材料14接觸及毛細作用上側壁5且形成如圖1中所示之凹狀彎月面。
例如藉由加熱來固化經分配之密封材料14，且其可收縮降至14B所指示之高度。如圖8B所示，接著在經固化之第一數量14之密封材料上將第二數量16之密封材料分配至模穴15中。在某些實施例中，如圖8B中所說明，第二數量16之密封材料亦可依附至唇緣22之相同邊緣以形成凸狀彎月面。在其他實施例中，唇緣22可在其上具有內及外邊緣，且第二數量16之密封材料可依附至外邊緣，且第一數量14可依附至內邊緣。因而，第二數量16之密封材料亦可不接觸或毛細作用上側壁5以形成凹狀彎月面。
參看圖8C，透鏡20插入反射模穴15中且與未經固化之液態密封材料16接觸。同樣，可將密封材料16自透鏡20下方擠出。然而，在本發明之某些實施例中，代替擠出至反射杯及透鏡之經曝露之上表面上(如圖2中所示)，密封材料16之多餘部分經擠入溝18中且由溝18容納，因而甚至在插入透鏡20且移動圖8B中所示之凸狀彎月面後，限制了側壁5上之密封材料16之毛細作用。接著固化密封材料16以將透鏡20附著在封裝10A中之透鏡20且凝固密封材料16。
圖9A至圖9C說明根據本發明之某些實施例之用於將反射杯之結構特徵用於彎月面控制來封裝發光裝置之方法。圖9A至圖9C中所說明之操作利用圖6中所說明之反射杯4A及亦為先前所描述之雙固化操作。如圖9A中所示，第一數量14之密封材料沉積在封裝10B之反射模穴15中。在本發明之某些實施例中，在濕潤發光裝置之後，可使用獨立的第一(濕潤)分配及第二分配來分配第一數量14。藉由適當控制所分配之密封材料量，表面張力將導致液態密封材料14依附至內唇緣22，從而在14A所指示之高度處形成了圖9A中所說明之凸狀彎月面。因而，內唇緣22可用於防止經分配之密封材料14接觸及毛細作用上側壁5且形成如圖1中所示之凹狀彎月面。
例如藉由加熱來固化經分配之密封材料14，且其可收縮降至14B所指示之高度。如圖9B所示，接著在經固化之第一數量14之密封材料上將第二數量16之密封材料分配至反射模穴15中。在某些實施例中，如圖9B中所說明，第二數量16之密封材料依附至外唇緣26，從而形成了凸狀彎月面。因而，外唇緣26可用於防止經分配之第二數量16之密封材料接觸及毛細作用上側壁5且形成如圖1中所示之凹狀彎月面。
參看圖9C，透鏡20插入反射模穴15中且與未經固化之液態密封材料16接觸。同樣，可將密封材料16自透鏡20下方擠出。然而，在本發明之某些實施例中，代替擠出至反射杯及透鏡之經曝露之上表面上(如圖2中所示)，密封材料16之多餘部分經擠入溝24中且由溝24容納，因而甚至在插入透鏡20且移動圖9B中所示之凸狀彎月面後，限制了側壁5上之密封材料16之毛細作用。接著固化密封材料16以將透鏡20附著在封裝10B中且凝固密封材料16。
圖9C進一步說明到，在本發明之某些實施例中，經固化之密封物14可用作擋止物以對透鏡20提供水平(置放深度)控制。對透鏡20之定位之該控制可有助於生產具有更一致之光學效能的部件。
如圖9C中所示，在本發明之某些實施例中，透鏡20無需移入模穴中而定位，直至其在密封材料16之膜保持於經固化之第一數量之密封材料14與該透鏡之間時接觸該密封材料為止。因而，在本發明之某些實施例中，裝置經組態成使得透鏡20可移至由第一數量之密封材料14所確定之位置，在本發明之各種實施例中，可使透鏡20接觸或不接觸經固化之密封材料14而確定該位置。
圖10A至10C說明根據本發明之某些實施例之用於將反射杯之結構特徵用於彎月面控制來封裝發光裝置之方法。圖10A至圖10C中所說明之操作利用圖7中所說明之反射杯4B及亦為先前所描述之雙固化操作。如圖10A中所示，第一數量14之密封材料沉積在封裝10C之反射模穴15中。在本發明之某些實施例中，可使用獨立的(濕潤)分配及第二分配來分配第一數量14。藉由適當控制所分配之密封材料量，表面張力將導致液態密封材料14依附至內唇緣22，從而在14A所指示之高度處形成了圖10A中所說明之凸狀彎月面。因而，內唇緣22可用於防止經分配之密封材料14接觸及毛細作用上側壁5且形成如圖1中所示之凹狀彎月面。
例如藉由加熱來固化經分配之密封材料14，且其可收縮降至14B所指示之高度。如圖10B所示，接著在經固化之第一數量14之密封材料上將第二數量16之密封材料分配至反射模穴15中。在某些實施例中，如圖10B中所說明，第二數量16之密封材料依附至外唇緣26'，從而形成了凸狀彎月面。因而，外唇緣26'可用於防止經分配之第二數量16之密封材料接觸及毛細作用上側壁5且形成如圖1中所示之凹狀彎月面。
參看圖10C，透鏡20插入反射模穴15中且與未經固化之液態密封材料16接觸。同樣，可將密封材料16自透鏡20下方擠出。然而，在本發明之某些實施例中，代替擠出至反射杯及透鏡之經曝露之上表面上(如圖2中所示)，密封材料16之多餘部分經擠入溝24中且由溝24容納，因而甚至在插入透鏡20且移動圖10B中所示之凸狀彎月面後，限制了側壁5上之密封材料16之毛細作用。接著固化密封材料16以將透鏡20附著在封裝10C中且凝固密封材料16。
圖10C進一步說明到，在本發明之某些實施例中，外唇緣26'可用作擋止物以對透鏡20提供水平(置放深度)控制。對透鏡20之定位之該控制可有助於生產具有更一致之光學效能的部件。在此實施例中，透鏡置放並非取決於在第一固化步驟期間密封物之收縮量。對於圖10C中所說明之實施例而言，與圖9C中所說明之實施例對比，因為置放深度係(實情為)由外唇緣26'之高度來界定，所以透鏡20之置放無需取決於第一數量14之密封材料的收縮量。同樣，在本發明之某些實施例中，該置放可更為精確，其可導致封裝10C之改良的光學效能。
現在將參考圖11之流程圖說明進一步描述根據本發明之某些實施例之用於使用第一(濕潤)分配來封裝發光裝置之方法。如圖11中所示，藉由將發光裝置安裝在反射模穴之底表面上而在方塊1100處開始操作。經安裝之發光裝置具有相對於反射模穴之底表面的關聯高度。第一數量之密封材料經分配至包含發光裝置之反射模穴中(方塊1120)。
第一數量可足以大體上覆蓋發光裝置而不在密封材料中形成任何氣穴。在本發明之某些實施例中，第一數量可足以濕潤發光裝置而無需將反射模穴填充至超過發光裝置之高度的水平。在本發明之其他實施例中，可改變密封材料之分配次數/速度以減少氣穴在密封材料中之形成。在另外的實施例中，可(例如)自小的分配針、低壓或其類似情形以緩慢的分配速率而使用單一分配，在分配足夠的密封材料以防止氣穴崩塌之前，其允許氣穴潛在地形成且接著凹陷/崩塌。因而，可藉由以選定速率連續分配選定黏度的密封材料而提供第一(濕潤)分配及第二分配，其允許分配操作期間之所形成氣穴的凹陷/崩塌。第一數量可足以濕潤發光裝置而無需將反射模穴填充至超過發光裝置之高度的水平。
第二數量之密封材料經分配至第一數量之密封材料上(方塊1130)。接著固化經分配之第一及第二數量之密封材料(方塊1140)。在本發明之某些實施例中，在分配密封材料之剩餘部分前，可固化經分配之濕潤的第一數量之密封材料。
第一數量12、14及第二數量16之密封材料可為相同的或不同的材料。類似地，第一數量之密封材料之第一部分12及第二部分14可為相同的或不同的材料。可在本發明之各種實施例中用作密封材料之材料的實例包含矽。
現在將參考圖12之流程圖，說明描述根據本發明之某些實施例之與使用彎月面控制來封裝半導體發光裝置有關的操作。如圖12中所示，藉由將發光裝置103安裝在反射器5之反射模穴15中，而在方塊1200處開始操作。將密封材料分配至包含發光裝置103之反射模穴15中，以覆蓋發光裝置103，且在該反射模穴中形成密封材料自溝邊緣延伸而不與反射器4、4A、4B之上側壁5接觸之凸狀彎月面(方塊1210)。更一般化地，方塊1210處之操作提供自彎月面之外邊緣延伸之凸狀彎月面的形成，該彎月面位於將該彎月面之外邊緣定位於反射模穴15內的高度。舉例而言，對用於上側壁5及密封材料12、14、16之材料的選擇可有助於形成凸狀而非凹狀之延伸入反射模穴15中的彎月面。密封材料12、14、16位於反射模穴15中(方塊1220)。在透鏡20包含於封裝10A、10B、10C中之實施例中，插入透鏡20可包含：弄塌凸狀彎月面，且將密封材料12、14、16之一部分移入具有透鏡20之溝18、24中，且接著固化密封材料12、14、16，以將透鏡20附著在反射模穴15中。或者，密封材料12、14、16可經固化以自密封材料12、14、16形成用於封裝發光裝置103之透鏡，且密封材料12、14、16可經分配以形成凸狀彎月面，從而提供了透鏡之所要形狀。
現在將參考圖13進一步描述使用多重分配及/或固化操作，將半導體發光裝置103封裝在具有定位於下側壁6與上側壁5之間之溝18、24之反射器4、4A、4B中之方法的實施例，上側壁5及下側壁6界定反射模穴15。如圖13之實施例中所示，藉由將第一數量14之密封材料分配至反射模穴15中，以形成第一凸狀彎月面，而在方塊1300處開始操作。固化第一數量14之密封材料(方塊1310)。第二數量16之密封材料經分配至經固化之第一數量14之密封材料中，以在反射模穴15中形成密封材料自溝18、24之邊緣延伸而不與反射器4、4A、4B之上側壁5接觸的第二凸狀彎月面(方塊1320)。
密封材料之第二凸狀彎月面及第一凸狀彎月面皆可自如圖8B中所說明之溝18的相同邊緣延伸。然而，在本發明之其他實施例中，溝18、24可具有內邊緣及外邊緣，諸如第一唇緣22及第二唇緣26、26'，且密封材料之第二凸狀彎月面自溝18、24之外邊緣(第二唇緣26、26')延伸，且密封材料之第一凸狀彎月面自溝18、24之內邊緣(第一唇緣22)延伸。因而，藉由使用第一唇緣22，內溝18可經組態以限制密封材料14沿著水平肩狀部分8向外之毛細作用，以允許形成經分配至反射模穴15中之密封材料之第一凸狀彎月面。藉由使用第二唇緣26、26'，外溝24可經組態以限制密封材料沿著水平肩狀部分8向外之毛細作用，以允許形成經分配至反射模穴15中之密封材料之第二凸狀彎月面。
在包含透鏡之本發明之某些實施例中，透鏡20定位於接近經分配之第二數量16之密封材料之反射模穴15中(方塊1330)。定位透鏡20可包含：弄塌第二凸狀彎月面，且將第二數量16之密封材料之一部分移入具有透鏡20之外溝24中，如圖9C及10C中所說明。另外，如圖10C中所說明，第二唇緣26'的高度可大於第一唇緣22的高度。第二唇緣26'的高度可經選擇以為透鏡20提供理想位置，且透鏡20可移入反射模穴15中，直至其接觸第二唇緣26'。在本發明之其他實施例中，如圖9C中所說明，透鏡20移入反射模穴15中，直至其接觸經固化之第一數量14之密封材料及經分配之第一數量14之密封材料以足以在反射模穴15中確定透鏡20之理想位置。經分配之第二數量16之密封材料經固化以將透鏡20附著在反射模穴15中(方塊1340)。
圖11至圖13之流程圖及圖8A至圖8C、圖9A至圖9C及圖10A至圖10C之示意性說明說明根據本發明之某些實施例之用於封裝發光裝置之方法之可能實施例之機能及操作。應注意，在某些替代實施例中，在描述該等圖中所註釋之動作可不按該等圖中所註釋之次序。舉例而言，以連續形式而展示之兩個方塊/操作可實質上大體上同時執行，或可以相反次序執行，其取決於所涉及之機能。
如上文所論述，可藉由在處理中使用與分配及/或固化變化相結合之多個彎月面控制技術提供不同的光學圖案(視角、定製之色譜、色溫調整及其類似物)。舉例而言，藉由自發光裝置穿超載磷光體材料提供光路之更為均衡的長度，高峰端之圓頂狀載磷光體材料可朝著反射杯之邊緣提供對黃色具有較小轉移之白色溫度光發射之更大的色譜均衡度。
本發明之實施例提供安裝於光學模穴中之一或多個發光裝置(意即，晶片)，其中載磷光體發光轉換層形成於發光裝置之鄰近處(意即，鄰接或以與其隔開之關係)。習知之封裝技術教示到，發光轉換層之厚度變化應小於或等於發光轉換層之平均厚度的百分之十(10%)。然而，該需求意謂自光學模穴之光發射可穿過發光轉換層以取決於發射角度之大體上不同的路徑長度行進，其導致作為視角之函數之非均衡的波長轉換(及因此之非均衡的相關色溫或CCT)。舉例而言，在垂直於厚度為t之發光轉換層之方向上行進的光將以等於t之路徑長度(PL)(最短可能的路徑長度)穿過發光轉換層。然而，如圖14中示意性所示，由發光裝置103所發出且以入射角α穿過發光轉換層的光具有等於厚度t除以入射角之餘弦的路徑長度。因而，例如，以60°入射角穿過發光轉換層的光將以在垂直方向上行進之光之路徑長度的兩倍的路徑長度穿過該層。圖15為發射圖案之極座標圖，其展示可由包含發光二極體(LED)之習知覆頂式半導體發光裝置而產生之偏軸反射角下的實質旁瓣。
可使用本文所揭示之用於彎月面控制之方法來形成可產生改良的色彩均衡度之成形的發光轉換區域或元件。可(例如)藉由相關色溫之改良的角均衡度或橫跨所有視角之減少的CCT變化來量化改良的色彩均衡度。或者，藉由作為橫跨LED發射表面之減少的空間CCT變化之近場光學量測來顯示改良的均衡度。
在某些實施例中，載磷光體發光轉換區域或元件之特徵在於非均衡的厚度，其在光學模穴中央處較大且在光學模穴之側壁附近處較小。在某些實施例中，載磷光體發光轉換區域或元件在光學模穴的中央處最厚且當其朝著發光轉換區域向外作放射狀延伸時變得愈來愈薄。在某些實施例中，載磷光體發光轉換區域之厚度變化大於發光轉換區域之最大厚度的10%。在某些實施例中，以雙凸面、平凸面或凹凸面區域之形式使發光轉換區域或元件成形。在某些實施例中，發光轉換元件包括插入於封裝之反射模穴中之預形成的機構，諸如模製塑膠載磷光體部件。
圖16A至圖16C展示載磷光體區域經成形以提供改良的色彩均衡度之本發明之實施例，該等圖說明將反射杯之結構特徵用於彎月面控制來封裝發光裝置及所得裝置之方法。圖16A至圖16C中所說明之操作利用圖5A至圖5B中所說明之反射杯4及類似於先前所描述之操作的多重固化操作。如圖16A中所示，第一數量14之密封材料沉積在封裝10之反射模穴15中。在本發明之某些實施例中，可使用獨立的(濕潤)預分配繼之以另一分配來分配第一數量14。經由適當控制所分配之密封材料量，表面張力將導致液態密封材料14依附至唇緣22，從而在14A所指示之高度處形成了如圖16A中所說明之彎月面。由密封材料14所形成之初始彎月面可為凹狀、凸狀或如圖16A中所說明之大體上平坦狀。
例如藉由加熱來固化經分配之密封材料14，且其可收縮降至14B所指示之較低高度。在所說明之實施例中，經固化之密封材料14向下收縮以形成凹狀表面14C，其在三維形式上可為大體上碗狀(意即，中央處最低且向上作放射狀傾斜)。在某些實施例中(在第一密封材料14經分配以在固化前形成凹狀表面之特定實施中)，密封材料14可經預固化，意即，曝露至較低溫度或持續較短的固化時間，使得密封材料不完全凝固而僅僅在其表面上方形成固態"外殼"。形成該外殼之目的係防止隨後分配之密封材料與第一密封材料14混合。隨後之密封物分配可含有波長轉換材料(諸如磷光體)，且如上文所論述，可能需要載磷光體發光轉換區域來保持特徵形狀而非與第一密封材料14混合。使第一密封層14經受預固化而非全面固化可加快製造製程，且可在第一密封材料與隨後之密封區域之間產生改良的介面。
如圖16B所示，第二數量16之密封材料接著經分配至碗狀表面14C上之模穴15中。第二密封材料16在所說明之實施例中包含發光波長轉換材料，諸如磷光體。在某些實施例中，第一密封材料14不包含發光波長轉換材料。在其他實施例中，第一密封材料14所包含之發光波長轉換材料之濃度低於第二密封材料16所包含之發光波長轉換材料之濃度。
在某些實施例中，如圖16B中所說明，第二密封材料16可亦依附至唇緣22之相同邊緣以形成凸狀彎月面。接著固化第二密封材料16(若在分配第二密封材料16前僅預固化了第一密封材料14，則與第一密封材料14一起固化)。在某些實施例中，亦可預固化第二密封材料16，意即，曝露至較低溫度或持續較短的固化時間，以防止或減少隨後分配之密封材料與第二密封材料16混合的風險。然而，在其他實施例中，第二密封材料16可進行更為全面的固化，以在將透鏡20插入模穴15中之前凝固該材料。如下文所論述，一旦經凝固，則第二密封材料16可作為機械擋止物以輔助正確置放透鏡20。
所得固化之(或預固化之)第二密封材料16界定特徵為非均衡厚度之發光轉換元件19，該厚度在光學模穴中央附近處最大且其朝著發光轉換元件19之外邊緣呈放射狀地減小。在所說明之實施例中，發光轉換元件19為一包含凸狀上表面19A及凸狀下表面19B之雙凸面結構。
如上文所提及，雖然可使用本文所述之彎月面控制方法來形成發光轉換元件19，但是在其他實施例中，發光轉換元件19可為置放於封裝10之反射模穴15內之預形成的載磷光體插入物。該結構可具有一些用於裝置效能及可製造性之優勢。詳言之，形成發光轉換元件19作為預形成的插入物可導致改良的品質控制，因為該等預形成的插入物可在插入前經個別地測試。另外，藉由形成載磷光體發光轉換元件19作為預形成的插入物，在最終的裝配過程中不必使用液態載磷光體材料。以此方式可提供益處，因為載磷光體材料可具有研磨性且可干擾自動化機械之操作。最終，可藉由形成載磷光體發光轉換元件19作為預形成的插入物而避免一固化步驟。
在另外的實施例中，透明的凸狀半球狀鑄模(未圖示)可在對其固化前置放於第一密封物14上方，以容納第二密封物16。在固化時，第二密封物16將呈凸狀半球狀鑄模的形狀，其可為發光轉換元件19之最終形狀提供改良的控制。
在形成或插入發光轉換元件19後，將一定數量之第三密封材料17分配至模穴15內，如圖16B中之進一步說明。第三密封材料17可為光學透明材料，諸如聚矽氧或環氧樹脂，其中無發光轉換材料或低濃度的發光轉換材料。因為第三密封材料17係在固化或預固化步驟之後得以分配，所以嵌入發光轉換元件19中之磷光體轉換材料可大體上不與第三密封材料17混合。
在某些實施例中，如圖16B中所說明，唇緣22可在其上具有內邊緣及外邊緣，且第三數量17之密封材料可依附至唇緣22之外邊緣，從而在發光轉換元件19上方形成了凸狀彎月面。因而，第三密封材料17亦可不接觸或毛細作用上側壁5以形成凹狀彎月面。
參看圖16C，透鏡20插入反射模穴15中，且與未經固化之液態第三密封材料17接觸。同樣，第三密封材料17可自透鏡20下方擠出。然而，在本發明之某些實施例中，代替擠出至反射杯及透鏡之經曝露之上表面上(如圖2中所示)，第三密封材料17之多餘部分經擠入溝18中且由溝18容納，因而甚至在插入透鏡20且移動圖16B中所示之第三密封材料17之凸狀彎月面後，限制了側壁5上之密封材料17之毛細作用。接著固化密封材料16以將透鏡20附著在封裝10中且凝固密封材料17。
在某些實施例中，透鏡20經移入反射模穴15中，直至其接觸發光轉換元件19以在反射模穴15中為透鏡20確定理想位置。換言之，發光轉換元件19可作為機械擋止物以確保正確置放透鏡20。在其他實施例中，透鏡20經移入反射模穴15中，直至其接觸形成於該模穴中之唇緣，以足以在反射模穴15中為透鏡20確定理想位置，如圖10C中所說明。
在某些實施例中，第一密封材料14可包含嵌入其中之用於散射穿過其中之光的散射材料，其可更佳地改良光發射的角均衡度。
在某些實施例中，第一密封材料14可具有高折射率以用於自裝置103之更佳光提取。若發光轉換元件19具有一與第一密封材料14之折射率不同的折射率，則穿過兩個區域之間之介面的光線可經折射，從而改變裝置之光發射圖案。
若發光轉換元件19之折射率低於第一密封材料14之折射率，則光線將趨向於被折射遠離垂直方向，其可導致更明顯的路徑長度差異。可選擇或改變發光轉換元件19之形狀以偏移該等效應。舉例而言，如上文所論述，發光轉換元件19可為雙凸面、平凸面或凹凸面。
圖17A至圖17C中說明使用本文所述之彎月面控制技術來形成平凸面發光轉換元件之實例。如其中所示，一定數量之密封材料14沉積在封裝10之反射模穴15中。經由適當控制所分配之密封材料量，表面張力將導致液態密封材料14依附至唇緣22，從而在14A所指示之高度處形成如圖17A中所說明之凸狀彎月面。在固化後，第一密封材料14鬆弛至14B所指示之高度，從而形成近似平坦的表面14C。接著分配第二密封材料16，從而形成一依附至唇緣22之內或外邊緣之凸狀彎月面。在固化後，第二密封材料16形成平凸面發光轉換元件19，其在平面表面19B上方具有凸狀表面19A。剩餘的製造步驟通常與上文結合圖16A至圖16C所描述之步驟相同。
藉由使用類似的技術，發光轉換元件19可形成為：平凸面區域，其中平面區域在凸表面上方(圖18A)；凹凸面區域，其中凸表面在凹表面上方(圖18B)；或凹凸面區域，其中凹表面在凸表面上方(圖18C)。如上文所論述，在每一實施例中，發光轉換元件19包含波長轉換材料，諸如磷光體材料。第一密封材料14及第三密封材料17可能不具有波長轉換材料或與發光轉換元件19相比之較低濃度之波長轉換材料。儘管結合圖5A至圖5B中所說明之反射杯4說明圖16A至圖16C、圖17A至圖17C及圖18A至圖18C之實施例，但是上文所述之技術可應用於其他反射杯設計，其包含：包含多個溝之反射杯及不包含溝之反射杯。
現在將參考圖19進一步描述將半導體發光裝置103封裝在反射器4中之方法的實施例，該反射器4具有界定反射模穴15之下側壁6及上側壁5且倂入具有非均衡厚度之載磷光體發光轉換元件19。如圖19之實施例中所示，藉由將第一數量14之密封材料分配至反射模穴15中以形成第一彎月面而在方塊1900處開始操作。該彎月面可為凸狀、凹狀或大體上平面狀，其取決於發光轉換元件19之所要的最終形狀。彎月面之形狀係由反射器4之物理尺寸及分配至模穴中之密封物的數量來判定。可接著固化或預固化第一數量14之密封材料(方塊1910)。接著，若需要使用彎月面控制方法來形成發光轉換元件19，則隨後可為圖19之流程圖之分枝A。若需要使用預形成的插入物來形成發光轉換元件19，則隨後可為分枝B。
在分枝A之後，將含有比第一密封材料14之波長轉換材料濃度大的波長轉換材料濃度之第二數量16之密封材料分配至經固化之第一密封材料14中(方塊1920)。
接著固化或預固化第二密封材料16以形成發光轉換元件19(方塊1930)。
若隨後為路徑B，則將預形成之發光轉換元件19插入模穴15中與第一密封材料14接觸(方塊1950)。在某些實施例中，可在插入預形成之發光轉換元件19後執行固化第一數量之密封材料的步驟。
在形成或插入發光轉換元件19(方塊1930或方塊1950)後，將第三密封材料17分配至模穴15內(方塊1960)。在包含透鏡之本發明之某些實施例中，透鏡20定位於反射模穴15中接近經分配之第三數量17之密封材料處(方塊1970)。定位透鏡20可包含：弄塌第三密封材料17之彎月面，且將第三數量17之密封材料之一部分移至具有透鏡20之溝18、24中，如圖9C、10C、16C及17C中所說明。另外，如圖10C中所說明，封裝可包含具有大於第一唇緣22之高度的高度之第二唇緣26'。第二唇緣26'之高度可經選擇以為透鏡20提供理想位置，且透鏡20可移入反射模穴15中，直至其接觸第二唇緣26'。在本發明之其他實施例中，如圖9C、16C及17C中所說明，透鏡20移入反射模穴15中，直至其接觸發光轉換元件19，以足以在反射模穴15中為透鏡20確定理想位置。經分配之第三數量17之密封材料經固化以將透鏡20附著在反射模穴15中(方塊1980)。
圖19之流程圖及圖16A至圖16C、圖17A至圖17C及圖18A至圖18C之示意性說明說明根據本發明之某些實施例之用於封裝發光裝置之方法之可能實施例之機能及操作。應注意，在某些替代實施例中，在描述該等圖中所註釋之動作可不按該等圖中所註釋之次序。舉例而言，以連續形式展示之兩個方塊/操作可實質上大體上同時執行，或可以相反次序執行，其取決於所涉及之機能。
現在將參考圖20A、圖20B及圖21進一步論述用於發光裝置封裝之發射圖案。圖20A為使用測角儀而產生之不具有本發明之發光轉換元件之覆頂式發光二極體(LED)發射圖案之色溫的極座標圖。圖20B為具有根據本發明之某些實施例之發光轉換元件之發光二極體(LED)發射圖案之色溫的極座標圖。圖20B與圖20A之比較展示了由發光轉換區域所提供之均衡度改良(意即，發射圖案之半徑比圖20B中更為均衡)。如圖20B中所見，經封裝之半導體發光裝置在經量測之180(自垂直或中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內具有最小色溫(在約－85°處5.3 kK)，約比其最大色溫(約0°處7.2 kK)低26%。本發明之各種實施例可提供最小色溫，該最小色溫在經量測之180(自垂直或中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內或在經量測之120(自垂直或中心軸線＋/－45)度發射角度範圍內比其最大色溫低不大於30%。
圖21A及圖21B與圖22A及圖22B進一步說明根據本發明之某些實施例而獲得之在色彩均衡度改良。圖21A及圖21B為包含基板/反射器總成之第一封裝裝置之近場發射圖案之數位分析圖，其中安裝有由Cree,Inc.所製造之Model C460XB900發光二極體。將與摻雜有Ce磷光體(實例：來自Philips)之4% YAG混合的0.0030 cc聚矽氧(實例：例如Nye Synthetic Lubricants之售主)預分配至發光裝置上方，隨後分配0.0070 cc相同的密封物。接著，在70℃之溫度下將經分配之密封物固化60分鐘。接著將第二數量之0.0050 cc清晰密封材料分配至光學模穴中，且將透鏡定位於光學模穴中與第二數量之密封物接觸。接著在70℃之溫度下將第二數量之密封物固化60分鐘。接著激勵所得的結構，且記錄及分析近場發射圖案。該發射圖案展示在經量測之180(自垂直或中心軸線＋/－90)度發射角度範圍內約為2000 K之總CCT變化。
圖22A及圖22B為包含基板/反射器總成之第二封裝裝置之近場發射圖案之數位分析圖，其中安裝有由Cree,Inc.所製造之C460XB900發光二極體。將0.0020 cc清晰聚矽氧(實例：例如Nye Synthetic Lubricants之售主)預分配至發光裝置上方，隨後第一分配0.0035 cc相同的密封物。第一密封物(包含預分配之密封物)不含有波長轉換材料。接著在70℃下之溫度將該第一密封物固化60分鐘以形成凹狀彎月面。接著將含有波長轉換磷光體之第二數量之0.0045 cc密封材料(即，以重量計摻雜Ce磷光體(實例：來自Philips)之7%的YAG)分配至由第一密封物所形成之凹狀彎月面中。接著在70℃之溫度下將第二密封物固化60分鐘，以形成厚度在光學模穴之中央處最大且放射狀地向外減小之發光轉換元件。接著將第三數量之0.0050 cc密封物(其不含有任何波長轉換材料)分配至光學模穴中，且將透鏡定位於光學模穴中與第三數量之密封物接觸。接著在70℃之溫度下將第三數量之密封物固化60分鐘。接著激勵所得的結構，且記錄及分析近場發射圖案。該發射圖案展示在相同的發射角度範圍內約為500 K之總CCT變化。
在本發明之某些實施例中，在經量測之180、120或90(位於垂直或中心軸線的中心)度發射角度範圍內提供小於約1000 K之CCT變化。在本發明之其他實施例中，在經量測之180、120或90(位於垂直或中心軸線的中心)度發射角度範圍內提供小於約2000 K之CCT變化。在本發明之另外的實施例中，在經量測之120或90(位於垂直或中心軸線的中心)度發射角度範圍內提供小於約500 K之CCT變化。應瞭解，本文所涉及之CCT變化係基於一裝置之主要發射圖案，該裝置包含藉由該裝置處理而未使用添加至或與封裝半導體發光裝置結合使用以改良色彩變化之任何額外的次級光學器件處理之主要光學器件。主要光學器件涉及整合至裝置之光學器件，諸如與建構於裝置中之透鏡相結合的發光轉換元件，如對於本發明之各種實施例之描述。
前述內容為本發明之說明性內容且並非理解為其限制內容。儘管已描述了本發明之一些例示性實施例，但是熟悉此項技術者將容易瞭解到，在實質上不脫離本發明之新穎教示及優勢之情況下，可在例示性實施例中做出眾多修改。因此，所有此等修改意欲包含於如申請專利範圍內所界定之本發明之範疇內。因此，應瞭解，前述內容為本發明之說明性內容且並非理解為限制於所揭示之特定實施例，且對所揭示之實施例以及其他實施例之修改意欲包含於附加申請專利範圍之範疇內。由以下申請專利範圍界定本發明，其中將包含申請專利範圍之均等物。
2．．．基板
4,4A,4B．．．反射杯
5．．．上側壁部分
6．．．下側壁部分
8．．．上側壁部分
10,10A,10B,10C．．．封裝
14．．．第一數量之密封材料
15．．．反射模穴
16．．．第二數量之密封材料
17．．．第三數量之密封材料
18．．．第一溝
19．．．發光轉換元件
19A．．．凸狀上表面
19B．．．凸狀下表面
20．．．透鏡
22．．．第一唇緣
24．．．第二溝
26,26'．．．第二唇緣
100．．．封裝
102．．．基板構件
103．．．發光裝置
103a．．．LED(發光二極體)
103b．．．LED晶片/子基板總成
104．．．反射杯
105．．．上側壁
106．．．下側壁
108．．．肩狀側壁部分
112,114．．．第一數量之密封材料
113．．．間隙/空隙
113'．．．撕裂
114A．．．水平
114B．．．水平
115．．．反射模穴
115．．．d點
115．．．m中點
116．．．第二數量之密封材料
117．．．間隙
120．．．透鏡
200．．．分配器
圖1及圖2為說明習知之發光裝置封裝的橫截面側視圖；圖3A至圖3C為說明根據本發明之某些實施例之封裝發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖4A為說明適用於供本發明之某些實施例使用之發光裝置封裝的俯視圖；圖4B為說明圖4A之發光裝置封裝的橫截面側視圖；圖5A為說明根據本發明之某些實施例之發光裝置封裝的俯視圖；圖5B為說明圖5A之發光裝置封裝的橫截面側視圖；圖6為說明根據本發明之另外的實施例之發光裝置封裝的橫截面側視圖；圖7為說明根據本發明之其他實施例之發光裝置封裝的橫截面側視圖；圖8A至圖8C為說明根據本發明之另外的實施例之封裝發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖9A至圖9C為說明根據本發明之其他實施例之封裝發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖10A至圖10C為說明根據本發明之另外的實施例之封裝發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖11為說明根據本發明之某些實施例之用於封裝發光裝置之操作的流程圖；圖12為說明根據本發明之某些其他實施例之用於封裝發光裝置之操作的流程圖；圖13為說明根據本發明之另外的實施例之用於封裝發光裝置之操作的流程圖；圖14為說明穿過層之光之路徑長度的示意圖；圖15為發光二極體(LED)發射圖案之色溫的極座標圖；圖16A至圖16C為說明根據本發明之另外的實施例之封裝包含發光轉換元件之發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖17A至圖17C為說明根據本發明之其他實施例之封裝包含發光轉換元件之發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖18A至圖18C為說明根據本發明之某些其他實施例之封裝包含發光轉換元件之發光裝置之方法的橫截面側視圖；圖19為說明根據本發明之某些另外的實施例之用於封裝發光裝置之操作的流程圖；圖20A為不具有本發明之發光轉換元件之覆頂式(glob－top)半導體發光裝置之發光二極體(LED)發射圖案之色溫的極座標圖；圖20B為具有根據本發明之某些實施例之發光轉換元件之半導體發光裝置之發光二極體(LED)發射圖案之色溫的極座標圖；圖21A及圖21B為不具有發光轉換元件之封裝半導體發光裝置之近場發射圖案的數位分析圖；及圖22A及圖22B為包含根據本發明之某些實施例之發光轉換元件之封裝半導體發光裝置之近場發射圖案的數位分析圖。
2．．．基板
4．．．反射杯
5．．．上側壁部分
6．．．下側壁部分
10．．．封裝
14．．．第一數量之密封材料
16．．．第二數量之密封材料
17．．．第三數量之密封材料
18．．．第一溝
20．．．透鏡
22．．．第一唇緣

Claims (42)

  1. 一種封裝一半導體發光裝置之方法，其包括：將一第一數量之密封材料分配至一包含該發光裝置之模穴中；在該模穴中處理該第一數量之密封材料，以形成其一具有一選定形狀的硬化上表面；及在該經處理之第一數量之密封材料之該上表面上，提供一完全延伸橫越該模穴之發光轉換元件，該發光轉換元件中包含一大體上均勻分布於其中之波長轉換材料，且在該反射模穴之一中間區域處之一厚度大於一接近該模穴之一側壁之區域處之厚度。
  2. 如請求項1之方法，其中當該發光轉換元件自該中間區域向外放射狀延伸至該側壁時，該發光轉換元件之該厚度連續減小。
  3. 如請求項1之方法，其中該發光轉換元件之該厚度的變化大於該發光轉換元件之一最大厚度的10%。
  4. 如請求項1之方法，其中該發光轉換元件具有一雙凸面、平凸面或凹凸面之形狀。
  5. 如請求項1之方法，進一步包括：將一第二數量之密封材料分配至該發光轉換元件上，以在該模穴中形成密封材料之一凸狀彎月面，從而提供一透鏡之一所要形狀；及固化該第二數量之密封材料，以自該密封材料形成用於該封裝發光裝置之該透鏡。
  6. 如請求項1之方法，進一步包括：將一第二數量之密封材料分配至該發光轉換元件上；在該模穴中，將一透鏡定位於該經分配之第二數量之密封材料上；及固化該經分配之第二數量之密封材料，以將該透鏡附著在該模穴中。
  7. 如請求項1之方法，其中提供一發光轉換元件包括：將一第二數量之密封材料分配至該第一數量之密封材料之該上表面上，該第二數量之密封材料在其中具有該波長轉換材料；及固化該第二數量之密封材料，以界定該發光轉換元件。
  8. 如請求項7之方法，其中該發光轉換元件具有一雙凸面形狀，且其中該選定形狀為凹狀，且其中分配及固化該第二數量之密封材料包括分配及固化該第二數量之密封材料，以形成該第二數量之密封材料之一凸狀上表面。
  9. 如請求項7之方法，其中該發光轉換元件具有一平凸面形狀，且其中該選定形狀為凹狀，且其中分配及固化該第二數量之密封材料包括分配及固化該第二數量之密封材料，以形成該第二數量之密封材料之一平坦上表面。
  10. 如請求項7之方法，其中該發光轉換元件具有一平凸面形狀，且其中該選定形狀為平面狀，且其中分配及固化該第二數量之密封材料包括分配及固化該第二數量之密封材料，以形成該第二數量之密封材料之一凸狀上表面。
  11. 如請求項7之方法，其中該發光轉換元件具有一凹凸面形 狀，且其中該選定形狀為凸狀，且其中分配及固化該第二數量之密封材料包括分配及固化該第二數量之密封材料，以形成該第二數量之密封材料之一凸狀上表面。
  12. 如請求項7之方法，其中該發光轉換元件具有一凹凸面形狀，且其中該選定形狀為凹狀，且其中分配及固化該第二數量之密封材料包括分配及固化該第二數量之密封材料，以形成該第二數量之密封材料之一凹狀上表面。
  13. 如請求項1之方法，其中該波長轉換材料包括磷光體及/或奈米晶體。
  14. 如請求項1之方法，其中處理該第一數量之密封材料包括固化該第一數量之密封材料。
  15. 如請求項1之方法，其中處理該第一數量之密封材料包括預固化該第一數量之密封材料，以在其之該上表面上形成一硬化外殼，且其中該方法進一步包括在提供該發光轉換元件後，固化該第一數量之密封材料。
  16. 如請求項1之方法，其中該波長轉換材料包括磷光體，且其中該第一數量之密封材料大體上不含磷光體。
  17. 如請求項1之方法，其中該波長轉換材料包括磷光體，且其中該第一數量之密封材料包含磷光體，該第一數量之密封材料具有一重量百分比比該發光轉換材料低之磷光體。
  18. 如請求項1之方法，其中該發光轉換元件包括一預形成的插入物，且其中在該上表面上提供該發光轉換元件包括將該預形成的插入物置放在該經處理之第一數量之密封 材料之該上表面上。
  19. 如請求項18之方法，其中該預形成的插入物包括一模製塑膠載磷光體部件。
  20. 如請求項18之方法，其中在測試該預形成的插入物之前，將該預形成的插入物置放在該上表面上。
  21. 一種封裝半導體發光裝置，其包括：一主體，其具有一界定一模穴之側壁部分；一發光裝置，其定位於該模穴中；一第一數量之經固化之密封材料，其在包含該發光裝置之該模穴中；及一發光轉換元件，其在該第一數量之密封材料之一上表面上並完全延伸橫越該模穴，該發光轉換元件包含一大體上均勻分布於其中之波長轉換材料，且在該模穴之一中間區域處之一厚度大於一接近該模穴之一側壁之區域處之厚度。
  22. 如請求項21之裝置，其中當該發光轉換元件自該中間區域向外放射狀延伸至該側壁時，該發光轉換元件之該厚度連續減小。
  23. 如請求項21之裝置，其中該發光轉換元件之該厚度的變化超過該發光轉換元件之一最大厚度的10%。
  24. 如請求項21之裝置，其中該發光轉換元件具有一雙凸面、平凸面或凹凸面之形狀。
  25. 如請求項21之裝置，其中該發光裝置包括一發光二極體(LED)。
  26. 如請求項21之裝置，其中該裝置在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內，具有一比其一最大色溫低不超過30%的最小色溫。
  27. 如請求項21之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內小於約1000 K。
  28. 如請求項21之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總CCT變化在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內約為500 K。
  29. 如請求項21之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一120(自中心軸線+/-45)度發射角度範圍內小於約1000 K。
  30. 如請求項21之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一90(自中心軸線+/-45)度發射角度範圍內小於約500 K。
  31. 如請求項21之裝置，其中該主體包括一反射器，且其中該模穴包括一反射模穴。
  32. 一種封裝半導體發光裝置，其包括：一主體，其具有一界定一模穴之側壁部分；一發光裝置，其定位於該模穴中；一第一數量之經固化之密封材料，其在包含該發光裝置之該模穴中；及一發光轉換元件，其在該第一數量之密封材料之一上表面上，該發光轉換元件包含一波長轉換材料；且 其中該封裝半導體發光裝置展示在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內之一小於2000 K之相關色溫之變化。
  33. 如請求項32之裝置，其中該發光轉換元件在該模穴之一中間區域處之一厚度大於在一接近該模穴之一側壁之區域處之厚度。
  34. 如請求項33之裝置，其中該發光轉換元件之該厚度的變化超過該發光轉換元件之一最大厚度的10%。
  35. 如請求項32之裝置，其中該發光轉換元件具有一雙凸面、平凸面或凹凸面之形狀。
  36. 如請求項32之裝置，其中該發光裝置包括一發光二極體(LED)。
  37. 如請求項32之裝置，其中該裝置在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內，具有一比其一最大色溫低不超過30%的最小色溫。
  38. 如請求項32之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內小於約1000 K。
  39. 如請求項32之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總CCT變化在一180(自中心軸線+/-90)度發射角度範圍內約為500 K。
  40. 如請求項32之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一120(自中心軸線+/-45)度發射角度範圍內小於約1000 K。
  41. 如請求項32之裝置，其中該裝置具有一主要發射圖案，該主要發射圖案之一總相關色溫(CCT)變化在一90(自中心軸線+/-45)度發射角度範圍內小於約500 K。
  42. 如請求項32之裝置，其中該主體包括一反射器，且其中該模穴包括一反射模穴。
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