TWI478397B - 發光二極體裝置及其形成方法 - Google Patents

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Description

發光二極體裝置及其形成方法
本揭露書係有關於發光二極體裝置，且特別是有關於具有螢光體塗層之發光二極體裝置。
發光二極體(LED)為注入有或摻雜有摻質(impurity)之半導體材料。這些摻質於半導體中增加“電子”及“電洞”，其可相對自由地於半導體材料中移動。依據摻質之種類，半導體之摻雜區中之摻質可主要具有電子或電洞，而分別被稱作n型半導體區或p型半導體區。在發光二極體的應用中，半導體包括n型半導體區及p型半導體區。反向電場(reversed electric field)係於兩半導體區之間的接面(junction)產生，其導致電子及電洞遠離接面而形成主動區(active region)。當跨越p-n接面施加一足以克服反向電場之正向電壓時，電子及電洞受驅使進入主動區中並結合。當電子與電洞結合時，它們會落至較低能階，並以光線之形式釋放能量。
在運作期間，可利用一對電極(pair of electrodes)跨越p-n接面施加一正向電壓。電極係形成於半導體材料之上，p電極係形成於p型半導體區上，而n電極係形成於n型半導體區上。
發光二極體照明一般使用螢光體(phosphor)材料來使發光二極體產生不同的顏色，並增進演色性係數(color rendering index，CRI)。發光二極體發射具有角度相依之強度分布(angle dependent intensity distribution)的光線。 當螢光體材料塗佈至發光二極體上時，其將部分的光線轉變成不同的顏色，且不同顏色的光線與未轉變之部分的光線混合。較多或較少之光線被轉變係取決於角度，這會造成混光後之顏色不同。可理解地，最終光線之顏色、色溫(color temperature)、及強度具有角度分布(angle distribution)。此外，在各種界面處會發生許多反射以致於降低光線的取出效率(extraction efficiency)。
因此，業界亟需可解決上述問題之具有螢光體塗層之發光二極體元件的結構及其方法。
本發明一實施例提供一種發光二極體裝置，包括：一發光二極體發射體，具有一頂表面；以及一螢光體結構，設置於發光二極體發射體之上，其中螢光體結構包括一第一螢光體膜，設置於發光二極體發射體之頂表面之上，且具有一第一尺寸，第一尺寸定義於平行發光二極體發射體之頂表面之一方向上；一第二螢光體膜，設置於第一螢光體膜之上，且具有一第二尺寸，定義於方向上；以及第二尺寸大抵小於第一尺寸。
本發明一實施例提供一種發光二極體裝置，包括：一發光二極體發射體；以及一第一螢光體層，設置於發光二極體發射體之上，且圖案化為具有排列成一陣列之複數個次結構。
本發明一實施例提供一種發光二極體裝置的形成方法，包括：提供設置於一基底上之複數個發光二極體發射體；於複數個發光二極體發射體上提供一第一遮罩，其中 第一遮罩包括複數個第一開口；以及透過第一遮罩之第一開口於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體，使得每一具有一第一螢光體結構之複數個發光二極體發射體具有複數個次結構。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，以簡化或是方便標示。再者，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
第1圖繪示本揭露書多個實施例之具有螢光體塗層之發光裝置(或發光元件)50。請參照第1圖，發光裝置50及其製作方法將共同描述。
發光裝置50包括發光元件52，例如發光二極體(LED或LED發射體)。因此，發光裝置50亦指發光二極體裝置。發光裝置50包括p-n接面，其可發出在電磁波譜中之紫外光區、可見光區、或紅外光區之自發輻射(spontaneous radiation)。在一實施例中，發光二極體發出藍光，例如具 有發光波峰(emission peak)介於約430奈米與約490奈米之間的藍光。發光二極體係形成於基底上，例如藍寶石(sapphire)、碳化矽、氮化鎵(GaN)、或矽基底。
在一實施例中，發光二極體包括摻雜有n型摻質之披覆層(cladding layer)及形成於n型摻雜披覆層上之p型摻雜披覆層。在一實施例中，n型摻雜披覆層包括n型氮化鎵(n-GaN)，而p型摻雜披覆層包括p型氮化鎵(p-GaN)。或者，披覆層可為摻雜有各自型式之摻質的GaAsP、GaPN、AlInGaAs、GaAsPN、或AlGaAs。發光二極體可更包括設置於n-GaN披覆層與p-GaN披覆層之間的氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)多重量子井層(multi-quantum well layer)。發光二極體可更包括形成於基底與n-GaN披覆層之間的緩衝層，例如GaN緩衝層。發光二極體可更包括形成於p-GaN披覆層上之InGaN/GaN層。可於p-GaN披覆層上形成透明導電層，例如氧化銦錫(ITO)，其耦接p電極(p-electrode)。可將n電極(n-electrode)形成於n-GaN披覆層上，並耦接n-GaN披覆層。
發光元件52包括頂表面54，其由兩垂直軸(或方向)(X軸及Y軸)所定義。垂直於頂表面或垂直於X軸及Y軸之方向係稱作Z軸(或Z方向)。當適合的電偏壓施加至發光元件52之兩電極時，發光元件52將發射光線。在一實施例中，發光元件52朝垂直於頂表面54之正向方向(Z方向)發射光束56a，其稱作CCD(0°)。在另一實施例中，發光元件52朝與正向方向夾有45°之方向發射光 束56b，其稱作CCD(45°)。
上述發光二極體僅提供作說明用，且可在各種應用中有所變化。再者，發光元件52不限於發光二極體。其他形式的發光元件可附加地或取代地形成或使用。發光元件52可包括其他結構，例如整合於積體電路晶片中之驅動電路(drive circuit)。
發光裝置50更包括螢光體結構(phosphor feature)58，貼附於發光元件52之上。螢光體結構58包括冷光材料(luminescent material)(或螢光體或螢光體材料)，其在光線激發下發出光線。螢光體用以改變發射光之光譜以達適合的照明效果，例如白光照明。具體而言，螢光體材料係受發光元件52之光線激發，並發出波長大於來自發光元件52之光線的波長之光線。在一實施例中，螢光體材料發射可見光，例如由藍光或紫外光(UV)所激發之黃光及/或紅光。在一實施例中，螢光體材料包括摻雜有稀土元素(rare earth element)之氮化矽酸鹽螢光體(nitridosilicate phosphor)。在其他實施例中，螢光體材料包括兩種或多種形式之螢光體，其皆用以發射具有各自光譜(或波峰波長)之光線。
因此，由發光裝置50所發射出之光線包括直接來自發光元件52之第一部分及發射自螢光體結構58之螢光體材料的第二部分。
螢光體材料本身通常為粉體，當塗佈於發光元件52上時需要有承載材料(carrying material)。在一實施例中，螢光體結構58為一複合材料，其具有分散於承載材料中之 螢光體粉，承載材料對於由發光裝置50所發射出的光線有透光性。具體而言，螢光體結構58包括螢光體凝膠(phosphor gel)。螢光體凝膠包括具有螢光體粉之凝膠或類凝膠(gel-like)材料。在一實施例中，螢光體凝膠包括具有螢光體粉分散於其中之矽氧烷(silicone)或環氧樹脂(epoxy)。在將螢光體凝膠塗佈於發光元件上之後，可利用高溫加熱使其固化。
在一實施例中，使用適合的技術而將螢光體結構58設置於發光元件52之上，例如噴塗製程(spraying)。可使用其他適合的技術於發光元件52上形成螢光體結構58，並使具有所需之圖案(或表面輪廓)。在一實施例中，使用具有複數個開口之遮罩以形成螢光體結構58。螢光體凝膠可透過遮罩之開口而噴塗至發光元件52之上。遮罩包括遮罩基底，且多個開口可形成於遮罩基底中，其材質例如是金屬、石英、或陶瓷材料。對應的遮罩及形成螢光體結構58之方法後續將進一步說明。
螢光體結構58係設置且圖案化為具有非均勻結構及/或非平坦輪廓，使得發射自發光裝置50之光線具有較小的發射角度相依性，增進發光品質，並減低發射自發光裝置50之光線的相關色溫(correlated color temperature，CCT)之相對變化。CCD之相對變化係定義為不同發射角度之CCD之間的差值，例如在正向CCD(0°)上的CCD與在垂直於正向的方向CCD(90°)上的CCD的差值。
第2圖繪示本發明一實施例之發光裝置60的剖面圖，其具有發光元件52及設置於發光元件52上之螢光體結構 62。螢光體結構62係經圖案化而具有複數個次結構(sub-features)，例如第2圖所示之62a、62b、及62c。螢光體結構62之次結構係排列成陣列。在一實施例中，螢光體結構62之次結構係排列成週期性陣列。
第3A圖繪示本揭露書一實施例之發光裝置60的上視圖。螢光體結構62之次結構的上視形狀為盤形(disk shape)。或者，螢光體結構62之次結構的上視形狀可為正方形、多邊形、或其他幾何形狀。螢光體結構62之次結構之間可形成有間隙(gaps)，例如第3A圖所示。
第3B圖繪示本揭露書另一實施例之發光裝置60的上視圖。螢光體結構62被圖案化為具有正方形之複數個次結構。
繼續參照第2圖，螢光體結構62具有不平坦表面輪廓，其包括彼此交錯(interdigitated)之複數個峰點(peak points)63及複數個谷點(dip points)64。谷點64在剖視下大抵低於峰點63。在相鄰的峰點與谷點之間的螢光體結構的表面是有曲率的。在此實施例中，螢光體結構62之每一次結構係定義於兩相鄰谷點64之間。
在所繪示之實施例中，螢光體結構62之次結構在形狀及尺寸上大抵相同，且進一步配置成週期性陣列。具體而言，谷點64係沿著水平方向(例如，X軸)而週期性排列，如第2圖所示。相似地，峰點63係沿著相同的水平方向而週期性排列。
發光裝置60包括具有不平坦表面輪廓之螢光體結構62，且在各種實施例中呈現一些優點。在一實施例中，發 光裝置60之表面輪廓可減低所發出光線在螢光體結構62之表面處之反射。當光反射強時，所發出的光線的角度分布將更具頻率(或波長)相依性。相關色溫相應地具角度相依性(angle dependent)。CCD之相對變化更高。利用所揭示之螢光體結構62減少發出的光線的反射，可減少CCD之相對改變，且提升用於各種應用的光線的品質，例如照度(illumination)。
第4A圖繪示本揭露書另一實施例之發光裝置66的剖面圖。第4B圖繪示本揭露書一實施例之發光裝置66中之螢光體結構67的上視圖。
請參照第4A及4B圖，發光裝置66包括發光元件52，及設置於發光元件52上之螢光體結構67。螢光體結構67更包括設置於發光元件52上之第一螢光體膜68及設置於第一螢光體膜上之第二螢光體膜70。
第一螢光體膜68包括第一螢光體材料，而第二螢光體膜70包括第二螢光體材料。在一實施例中，第一螢光體材料及第二螢光體材料是相同的螢光體材料，例如設計來在藍光或UV光之激發下發射紅光之螢光體材料。
在其他實施例中，第一螢光體材料及第二螢光體材料是不同的螢光體材料，設計來發射各自的光線。例如，第一螢光體材料發射具有第一波峰波長(peak wavelength)之第一光線。第二螢光體材料發射具有第二波峰波長之第二光線。第二波峰波長大抵大於第一波峰波長。在其他例子中，第一螢光體材料受激發會發射黃光，而第二螢光體材料受激發會發射紅光。
仍參照第4A及4B圖，發光元件52具有由兩垂直軸(X軸及Y軸)所定義之頂表面72。第三軸Z軸係垂直於頂表面或X、Y軸。發光元件52之頂表面72包括第一區(或中央區)74及圍繞第一區之第二區(或周圍區)76。第一螢光體膜68設置於發光元件52之頂表面的第一區74及第二區76之上。第二螢光體膜70設置於第一螢光體膜68上，並僅在第一區74上。
在如第4A圖所示之剖面圖中，第一螢光體膜68具有第一厚度T1，而第二螢光體膜70具有第二厚度T2。螢光體結構67具有不平坦之表面輪廓，其在第一區74上具有中央厚度(central thickness)，而在第二區76上具有邊緣厚度(edge thickness)。中央厚度大抵大於邊緣厚度。具體而言，螢光體結構67之中央厚度等於第一厚度T1與第二厚度之總合。螢光體結構67之邊緣厚度等於第一厚度T1。
再者，第一螢光體膜68在水平方向上(例如，X軸)延伸了第一尺寸S1。第二螢光體膜70在相同的方向上延伸了第二尺寸S2。第二尺寸S2大抵小於第一尺寸S1。
在此實施例中，第一及第二螢光體膜68及70之上視形狀係設計成正方形，如第4B圖所示。或者，第一及第二螢光體膜68及70可設計成其他適合的形狀，例如盤形或長方形。
第一及第二螢光體膜68及70可藉由噴塗製程而形成，製程包括形成第一螢光體膜68之第一階段及形成第二螢光體膜70的第二階段。每一階段可使用具有相應開口之 遮罩，使得螢光體材料可透過遮罩之開口而設置。
如上所述，發光裝置66包括螢光體結構67，具有第一螢光體膜及第一螢光體膜上之第二螢光體膜。具有所揭露結構之螢光體結構67在許多實施例中呈現一些優點。
舉例說明，在發光二極體的發射中，較高頻率及較短波長的光線(例如，藍光)更具方向性，且相應的光線強度沿正向方向更小範圍地分布。相較而言，較低頻率及較長波長之光線(例如，來自螢光體材料之紅光)較不具方向性，且相應的光線強度沿正向方向更大範圍地分布。因此，來自發光裝置之光線在正向方向看起來更藍，而在其他遠離正向方向的方向看起來更紅。相關色溫隨著角度改變的現象稱作相關色溫角度效應(CCT angle effect)。所揭露之螢光體結構67減少相關色溫的相對改變，使得發光裝置的色彩均勻。
在一實施例中，第一及第二螢光體膜為相同種類的螢光體材料，例如用以發射紅光之螢光體材料。由於第二螢光體膜僅設置於中央區上，螢光體結構67在中央區較厚，而在圍繞中央區之周圍區較薄。因此，來自發光元件52之正向光線(例如，藍光)經歷更多的激發與發射。來自螢光體結構67在正向方向之對應紅光的強度被強化。來自螢光體結構67在其他方向之對應紅光的強度被減低。因此，相關色溫角度效應大抵獲補償。整體而言，來自發光裝置66(包括發光元件52及螢光體結構67)之光線更為均勻而具有增進的照明品質。
第5-7圖繪示本揭露書一或多個實施例之半導體結構 100的製程剖面圖。半導體結構100包括複數個發光裝置，例如第4A圖中之發光裝置66。第8圖顯示在一實施例中製作半導體結構100之方法150的流程圖。參照第5-8圖，將共同說明半導體結構100及方法150。
請參照5-8圖，方法150開始於步驟152，將複數個發光元件104貼合至基底102之上。發光元件104例如為發光元件52。在此實施例中，發光元件104為發光二極體晶片(或發光二極體發射體，LED emitter)。在其他實施例中，基底102包括半導體基底，例如矽晶圓。或者，基底102可包括其他適合的基底，例如金屬基底、石英基底、或陶瓷基底。在其他實施例中，發光二極體晶片以適合的接合機制(例如，共晶接合或擴散接合)而接合至基底102。在此實施例中，各種製程步驟以晶圓級製程進行，產生複數個發光二極體裝置。
在其他實施例中，基底102更包括為了適當接合而設計配置的金屬走線。在另一實施例中，基底102可更包括用作電性連線之其他結構，例如穿矽通孔(through silicon via，TSV)。在其他實施例中，基底可更包括各種摻雜區及其他結構，用以對發光元件104提供積體電路，例如驅動電路(driving circuit)。
請參照第6-8圖，方法150進行到步驟156，於發光元件104上分配第一螢光體材料，於發光元件104上形成第一螢光體膜106。在此實施例中，第一螢光體膜106藉由使用第一遮罩108而噴塗形成。
第一遮罩108包括適合的遮罩基底，例如金屬基底、 陶瓷基底、或石英基底。第一遮罩108亦包括許多形成於遮罩基底中之開口(或隙縫，apertures)110。遮罩108係放置於基底102之上，使得遮罩108之開口110對齊於相應的發光元件104。遮罩108之尺寸(縫隙寬度、縫隙位置、及其相似規格)係經設計與調整以定義第一螢光體膜106及第一螢光體膜之幾何結構及/或形狀。在一實施例中，遮罩108放置於基底102上之一距離處而不直接接觸發光元件104。
第一遮罩108之複數個開口110可設計成具有適合的形狀及尺寸，使得第一螢光體膜106大抵覆蓋發光元件104之頂表面。在一實施例中，發光元件104被切成正方形晶片。因此，開口110亦被設計為正方形開口。第一遮罩108中之每一開口110包括尺寸D1，如第6圖所示。當開口110為正方形開口時，尺寸D1為相應正方形開口之寬度。在此實施例中，發光元件104之尺寸相同。因此，開口110設計為具有相同的尺寸D1。
第一螢光體材料藉由噴塗製程而透過第一遮罩108之開口110而塗佈至發光元件104之上。提供例如是噴塗模組(spray module)112(或噴塗頭，spray head)之噴塗設備(spray mechanism)以對發光元件104噴塗。噴塗模組112耦接供應模組(supply module)以提供用於噴塗塗佈(spray coating)114之第一螢光體材料。
再者，第一螢光體膜106之尺寸係與第一遮罩108之開口110的尺寸D1相關。當第一遮罩108放置於大抵接近發光元件104處，且第一螢光體材料係以噴塗塗佈而透 過開口塗佈至發光元件104上時，第一螢光體膜106之尺寸大抵相等於第一遮罩108之開口110之尺寸D1。有利的是，第一遮罩108可在後續製程中重複使用，可減低成本。例如，在步驟156之後，可清洗第一遮罩108以供重複使用。
在此實施例中，第一螢光體材料為具有螢光體粉分散於承載材料(carrier material)中之複合材料，承載材料例如是矽氧烷(silicone)或環氧樹脂(epoxy)。在一實施例中，複合螢光體材料為類凝膠材料(gel-like material)，其可噴塗至塗佈表面。於發光元件104上塗佈第一螢光體材料之後，可進一步進行高溫製程以固化所塗佈之第一螢光體材料，形成第一螢光體膜106。
或者，可使用其他適合的技術來塗佈發光元件104。在其他實施例中，以網版印刷(screen printing)將第一螢光體材料塗佈至發光元件104。第一遮罩108係用作網版印刷板。此外，可使用刮刀(squeegee blade)或滾軸(roller)將第一螢光體材料透過開口110而移動至發光元件104之上。
請參照第7及8圖，方法150進行至步驟160，將第二螢光體材料分配至發光元件104之上，於第一螢光體膜106上形成第二螢光體膜116。在此實施例中，藉由使用第二遮罩118進行噴塗以形成第二螢光體膜116。
第二遮罩118包括一適合的遮罩基底，例如金屬基底、陶瓷基底、或石英基底。第二遮罩118亦包括許多形成於遮罩基底中之開口120。遮罩118係放置於基底102 之上，使得遮罩118之開口120對齊於相應的發光元件104。遮罩118之尺寸(縫隙寬度、縫隙位置、及其相似規格)係經設計與調整以定義第二螢光體膜116及第二螢光體膜116之幾何結構及/或形狀。在一實施例中，遮罩118放置於基底102上之一距離處而不直接接觸第一螢光體膜106。
第二遮罩118之複數個開口120可設計成具有適合的形狀及尺寸，使得第二螢光體膜116設置於第一螢光體膜106之上，且部分覆蓋第一螢光體膜106。
在一實施例中，開口120係設計成正方形開口。第二遮罩118中之每一開口120包括尺寸D2，如第7圖所示。當開口120為正方形開口時，尺寸D2為相應正方形開口之寬度。在此實施例中，開口120設計為具有相同的尺寸D2。
第二遮罩118之開口120係設計成不同於第一遮罩108之開口。特別是開口120之尺寸D2小於開口110之尺寸D1。
第二螢光體材料藉由噴塗製程而透過第二遮罩118之開口120而塗佈至發光元件104之上。提供噴塗模組122以對發光元件104噴塗。噴塗模組122耦接供應模組以提供用於噴塗塗佈(spray coating)124之第二螢光體材料。或者，可使用其他技術(例如，網版印刷)形成第二螢光體膜116。
因此，所形成之第二螢光體膜116具有較第一螢光體膜106還小之尺寸。在一實施例中，第二螢光體膜116之 尺寸大抵等於第二遮罩118中之開口120的尺寸D2。
相似地，第二螢光體材料為具有螢光體粉分散於承載材料中之複合材料，承載材料例如是矽氧烷或環氧樹脂。在一實施例中，複合螢光體材料為類凝膠材料，其可噴塗至塗佈表面。在於發光元件104上塗佈第二螢光體材料之後，可進一步進行高溫製程以固化所塗佈之第二螢光體材料，以於第一螢光體膜106上形成第二螢光體膜116。
在其他實施例中，第一及第二螢光體材料之材質是相同的。例如，第一及第二螢光體材料皆設計成在激發下發射紅光(或黃光)。在其他實施例中，第一螢光體材料設計成在激發下發射黃光，而第二螢光體材料設計成在激發下發射紅光。
第9圖繪示本揭露書另一實施例之半導體結構180的中間製程剖面圖。半導體結構180包括複數個發光裝置，例如第2圖中之發光裝置60。請參照第9圖，將共同說明半導體結構180及對應的形成方法。
類似於方法150之步驟152，將複數個發光元件104貼附於基底102之上。在一實施例中，發光元件104為發光元件52。在此實施例中，發光元件104為發光二極體晶片(或發光二極體發射體)。在其他實施例中，基底102包括半導體基底，例如矽晶圓。或者，基底102可包括其他適合的基底，例如金屬基底、石英基底、或陶瓷基底。在其他實施例中，發光二極體晶片以適合的接合機制(例如，共晶接合或擴散接合)而接合至基底102。在此實施例中，各種製程步驟以晶圓級製程進行，產生複數個發光 二極體裝置。
於發光元件104上形成螢光體結構182，其具有第一螢光體材料。螢光體結構182係設置並圖案化為具有不平坦之表面輪廓，使得所發出之光線對於發射角度有較小的相依性，增進發光品質，且減少其相關色溫的相對變化。
在一實施例中，螢光體材料為具有螢光體粉分散於承載材料(例如，矽氧烷或環氧樹脂)中之複合材料。根據實施例，螢光體在激發下發射紅光或黃光。
在此實施例中，藉由使用遮罩184以噴塗形成螢光體結構182。遮罩包括遮罩基底，其材質例如是金屬、石英、或陶瓷材料，且具有形成於遮罩基底中之開口186。遮罩182係放置於基底102之上，使得遮罩184之開口186對齊於相應的發光元件104。具體而言，開口186包括開口子集(subsets of openings)，例如開口子集186a。每一開口子集對齊於發光元件。
開口186係設計並調整以定義螢光體結構182及其幾何及/或形狀。可將遮罩184之複數個開口186設計成具有適合的形狀，例如盤形、正方形、或長方形。
透過遮罩184之開口186以噴塗於發光元件104上塗佈螢光體材料。提供例如是噴塗模組188(或噴塗頭)之噴塗設備以對發光元件104噴塗。噴塗模組188耦接供應模組以提供用於噴塗塗佈190之螢光體材料。
再者，螢光體結構182與遮罩184中之開口186之設計相關。每一螢光體結構182包括複數個次結構(sub-features)，對應於開口186之相應子集。在繪出之 例子中，開口186之每一子集包括3x3個開口。因此，每一螢光體結構182包括3x3個次結構。
每一開口186具有尺寸(或寬度)D3，大抵小於發光元件104之尺寸。開口186之尺寸D3亦大抵小於第6圖中之遮罩的開口110之尺寸D1。
當遮罩184放置於大抵接近發光元件104處，且螢光體材料係以噴塗塗佈而透過開口塗佈至發光元件104上時，螢光體結構182之次結構的尺寸大抵相等於遮罩184之開口186之尺寸D3°
在於發光元件104上塗佈螢光體材料之後，可進一步進行高溫製程以固化所塗佈之螢光體材料，形成螢光體結構182。或者，可使用其他適合的技術(例如，網版印刷)來塗佈發光元件104。因此，所形成之螢光體結構182類似於螢光體結構62，具有不平坦之表面輪廓，其包括複數個峰點及複數個谷點。谷點在剖視下大抵低於峰點。在此實施例中，螢光體結構182之每一次結構定義於兩相鄰谷點之間。
第10圖顯示一實施例之半導體結構的形成方法200流程圖。第11圖繪示本揭露書一實施例之半導體結構210的中間製程剖面圖。半導體結構210包括複數個發光裝置，例如第4A圖中之發光裝置66。不同於方法150，方法200同時使用第一遮罩108及第二遮罩118。參照第10及11圖，將共同說明半導體結構210及方法200。
方法200開始於步驟202，於基底102上貼合複數個發光元件104。步驟202類似於第2圖之步驟152。在一實 施例中，發光元件104為發光元件52。在此實施例中，發光元件104為發光二極體晶片(或發光二極體發射體)。在其他實施例中，基底102包括半導體基底，例如矽晶圓。或者，基底102可包括其他適合的基底，例如金屬基底、石英基底、或陶瓷基底。在其他實施例中，發光二極體晶片以適合的接合機制(例如，共晶接合或擴散接合)而接合至基底102。在此實施例中，各種製程步驟以晶圓級製程進行，產生複數個發光二極體裝置。
方法200進行到步驟204，於發光元件104上分配第一螢光體材料，於發光元件104上形成第一螢光體膜106。在此實施例中，第一螢光體膜106藉由同時使用第一遮罩108及第二遮罩118而噴塗形成。具體而言，堆疊第一遮罩108及第二遮罩118使得第一螢光體材料透過第一遮罩108之開口110及第二遮罩118之開口120而噴塗。
第一遮罩108包括形成於相應遮罩基底中之開口110。第一遮罩108中之每一開口110包括第一尺寸D1。相似地，第二遮罩118包括形成於相應遮罩基底中之開口120。第二遮罩118中之每一開口120包括第二尺寸D2。第二尺寸D2小於第一尺寸D1。第二遮罩118堆疊於第一遮罩108上，使得相應的開口分別對齊。在此實施例中，配置第一遮罩108及第二遮罩118而使相應開口120之中心軸(central axis)分別對齊於相應開口110之中心軸。因此，第一遮罩108及第二遮罩118係結合在一起以提供聯合的開口或具特定形狀之開口(110及120)，以定義第一螢光體材料之噴塗。
將聯合的遮罩108及118放置於基底102之上，使得開口110及120對齊於相應的發光元件104。具體而言，相應的具特定形狀之開口(110及120)的中心軸對齊於相應的發光元件104之中心軸。聯合的遮罩108及118之尺寸(開口寬度、開口位置、及其相似規格)係經設計及調整以定義第一螢光體膜106及第一螢光體膜之幾何及/或形狀。發光元件104具有尺寸D。在一特定實施例中，第二尺寸D2小於尺寸D，而第一尺寸D1大抵等於尺寸D。
第二開口120將所噴塗之第一螢光體材料大抵限制在位於發光元件104之頂表面的中央區。第一開口110將角度噴塗(angle-sprayed)之第一螢光體材料大抵限制在位於發光元件104之頂表面的邊緣區。因此，所形成之第一螢光體膜106具有彎曲的輪廓。第一螢光體膜106在中央區中之厚度大於第一螢光體膜106在邊緣區中之厚度。
透過聯合的開口以噴塗於發光元件104上塗佈第一螢光體材料。提供例如是噴塗模組212(或噴塗頭)之噴塗設備以對發光元件104噴塗。噴塗模組212耦接供應模組以提供用於噴塗塗佈214之第一螢光體材料。
在此實施例中，第一螢光體材料為具有螢光體粉分散於承載材料中之複合材料，承載材料例如是矽氧烷或環氧樹脂。在於發光元件104上塗佈第一螢光體材料之後，可進一步進行高溫製程以固化所塗佈之第一螢光體材料，形成第一螢光體膜106。
或者，可藉由另一噴塗步驟於第一螢光體膜上塗佈第二螢光體材料。在一實施例中，第一螢光體材料係設計成 在激發下發射黃光，而第二螢光體材料係設計成在激發下發射紅光。
雖然已根據一或更多實施例說明許多結構與步驟，仍可在不脫離本揭露書之精神與範圍的情形下有其他變化。例如，可進一步切割半導體基底100以形成各種的發光二極體裝置。因此，本揭露書提供晶圓級封裝，其具較低的製程成本，且每一發光二極體裝置具有螢光體結構，其具有第一螢光體膜及第二螢光體膜。第二螢光體膜係經圖案化而具有小於第一螢光體膜之尺寸。因此，所揭露之方法提供具有較低製程成本及較佳產品品質之晶圓級封裝。
本揭露書提供許多面向以使此技藝人士可實施本揭露書之實施例。對此技藝人士而言，對遍及本揭露書之各種面向進行變化是顯而易見的，且在此所揭示之概念可延伸至其他應用。因此，申請專利範圍並非用以限制本揭露書之面向，其僅用以試圖使全部的範圍與申請專利範圍之與言文字一致。本揭露書所揭示各種面向之全部結構及功能上之相等物(此技藝人士所知或稍後將知道)在此均作為本揭露書之參考資料，且包含於申請專利範圍之中。
在一實施例中，螢光體結構可包括多於兩層之螢光體膜。例如，螢光體結構包括三層螢光體膜，其可為相同或不同的螢光體材料。三層螢光體膜可補償CCD角度效應。
在其他實施例中，螢光體結構包括兩層或更多層的螢光體膜。至少其中一螢光體膜經圖案化而具有複數個次結構，以調整表面輪廓、減少反射、及增進光線導出。
因此，本揭露書提供發光二極體裝置之實施例。發光 二極體裝置包括發光二極體發射體，具有一頂表面；以及螢光體結構，設置於發光二極體發射體之上。螢光體結構包括第一螢光體膜，設置於發光二極體發射體之頂表面之上，且具有第一尺寸，第一尺寸定義於平行發光二極體發射體之頂表面之一方向上；第二螢光體膜，設置於第一螢光體膜之上，且具有一第二尺寸，定義於方向上；以及第二尺寸大抵小於第一尺寸。
在發光二極體裝置之一例中，第一螢光體膜包括第一螢光體材料；以及第二螢光體膜包括第二螢光體材料，第二螢光體材料不同於該第一螢光體材料。
在進一步的例子中，第一螢光體材料發射第一光線，具有一第一峰值波長；以及第二螢光體材料發射第二光線，具有第二峰值波長，第二峰值波長大抵大於第一峰值波長。在特定例子中，發光二極體發射體發射藍光；第一螢光體材料在受來自發光二極體發射體之藍光激發後發射黃光；以及第二螢光體材料在受來自發光二極體發射體之藍光激發後發射紅光。
在其他例子中，發光二極體發射體於頂表面上包括第一區及第二區，第二區圍繞第一區；第一螢光體膜設置於第一區及第二區之上；以及第二螢光體膜設置於第一區之中。
在另一例子中，第一螢光體膜及第二螢光體膜包括相同的螢光體材料。
在又一例子中，第一螢光體膜具有第一厚度，且第二螢光體膜具有第二厚度；以及螢光體結構於第一區中具有 第三厚度，且於第二區中具有第四厚度。第三厚度等於第一厚度與第二厚度之總和；以及第四厚度等於第一厚度。
在其他例子中，第一螢光體膜與第二螢光體膜中之至少其中之一係經圖案化而具有配置成陣列之複數個次結構。
在另一例子中，每一複數個次結構之上視形狀包括一形狀，選自由盤形、正方形、及多邊形所組成之群組。在又一例子中，複數個次結構包括複數個峰點及複數個谷點；以及峰點於方向上交錯於谷點。在又一例子中，峰點與谷點係沿著方向週期性排列。
本揭露書還提供其他的發光二極體發射體裝置之實施例。裝置包括發光二極體發射體；以及第一螢光體層，設置於發光二極體發射體之上，且圖案化為具有排列成陣列之複數個次結構。
在一實施例中，每一複數個次結構之上視形狀包括一形狀，選自由盤形、正方形、及多邊形所組成之群組。
在其他例子中，第一螢光體層具有週期性表面輪廓，包括複數個峰點及複數個谷點，谷點在剖視下大抵低於峰點。
在另一例子中，發光二極體裝置更包括第二螢光體層設置於第一螢光體層之上。在進一步的例子中，第一螢光體層在平行於發光二極體發射體之頂表面之第一方向上延伸了第一尺寸；第二螢光體層在第一方向上延伸了第二尺寸；以及第一尺寸大抵大於第二尺寸。
在其他例子中，第一螢光體層包括封裝材料，包含矽 氧烷及環氧樹脂之其中之一；以及螢光體粉，分散於封裝材料之中。
本揭露書還提供一種發光二極體裝置的形成方法。方法包括提供設置於基底上之複數個發光二極體發射體；於複數個發光二極體發射體上提供第一遮罩，其中第一遮罩包括複數個第一開口；以及透過第一遮罩之第一開口於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體，使得每一具有第一螢光體結構之複數個發光二極體發射體具有複數個次結構。
在一實施例中，於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體之步驟包括透過第一遮罩之第一開口於複數個發光二極體發射體上噴塗螢光體材料。
在另一例子中，於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體之步驟包括以第一遮罩為網版印刷板而於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體凝膠，螢光體凝膠包括分散有螢光體之封裝材料。
在又一例子中，提供第一遮罩之步驟包括提供具有複數個第一開口之第一遮罩，複數個第一開口具有開口子集，用以於其中一複數個發光二極體發射體上形成第一螢光體結構之複數個次結構。
在又一例子中，方法更包括於複數個發光二極體發射體上提供第二遮罩，其中第二遮罩包括不同於第一開口之複數個第二開口；以及透過第二罩之第二開口於複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體，使得每一複數個發光二極體發射體於第一螢光體結構上具有第二螢光體結構。
在另一例子中，第一開口具有一第一尺寸；第二開口具有一第二尺寸；以及第二尺寸小於第一尺寸。
在又一例子中，第一遮罩包括遮罩基底，材質選自由金屬、石英、及陶瓷所組成之群組；以及第一開口形成於遮罩基底之中。
本揭露書還提供另一種發光二極體裝置的形成方法之實施例。方法包括提供設置於基底上之複數個發光二極體發射體；於複數個發光二極體發射體上提供第一遮罩，其中第一遮罩包括複數個具有第一尺寸之第一開口；透過第一遮罩之第一開口使用第一螢光體材料塗佈複數個發光二極體發射體；於複數個發光二極體發射體上提供第二遮罩，其中第二遮罩包括複數個具有第二尺寸之第二開口，第二尺寸小於第一尺寸；透過第二遮罩之第二開口使用第二螢光體材料塗佈複數個發光二極體發射體，使得每一發光二極體發射體具有第一螢光體膜及第一螢光體膜上之第二螢光體膜。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧發光裝置
52‧‧‧發光元件
54‧‧‧頂表面
56a、56b‧‧‧光束
58‧‧‧螢光體結構
60‧‧‧發光裝置
62‧‧‧螢光體結構
62a、62b、62c‧‧‧次結構
63‧‧‧峰點
64‧‧‧谷點
66‧‧‧發光裝置
67‧‧‧螢光體結構
68、70‧‧‧螢光體膜
72‧‧‧頂表面
74、76‧‧‧區
100‧‧‧半導體結構
102‧‧‧基底
104‧‧‧發光元件
106‧‧‧螢光體膜
108‧‧‧遮罩
110‧‧‧開口
112‧‧‧噴塗模組
114‧‧‧噴塗塗佈
116‧‧‧螢光體膜
118‧‧‧遮罩
120‧‧‧開口
122‧‧‧噴塗模組
150‧‧‧方法
152、156、160‧‧‧步驟
180‧‧‧半導體結構
182‧‧‧螢光體結構
184‧‧‧遮罩
186‧‧‧開口
186a‧‧‧開口子集
188‧‧‧噴塗模組
190‧‧‧噴塗塗佈
200‧‧‧方法
202、204‧‧‧步驟
210‧‧‧半導體結構
212‧‧‧噴塗模組
214‧‧‧噴塗塗佈
D、D1、D2、D3‧‧‧尺寸
S1、S2‧‧‧尺寸
T1、T2‧‧‧厚度
第1圖繪示本揭露書一實施例之具有螢光體塗層之發光二極體裝置。
第2圖繪示本揭露書一實施例之具有螢光體塗層之發 光二極體裝置的剖面圖。
第3A圖繪示本揭露書一實施例之第2圖的發光二極體裝置的上視圖。
第3B圖繪示本揭露書另一實施例之第2圖的發光二極體裝置的上視圖。
第4A圖繪示本揭露書一實施例之具有螢光體塗層之發光二極體裝置的剖面圖。
第4B圖繪示本揭露書一實施例之第4A圖的發光二極體裝置的上視圖。
第5-7圖繪示本揭露書一實施例之具有螢光體塗層之發光二極體裝置的製程剖面圖。
第8圖繪示本揭露書之一實施例之發光二極體裝置的製作方法流程圖。
第9圖繪示本揭露書一實施例之具有螢光體塗層之發光二極體裝置的中間製程剖面圖。
第10圖繪示本揭露書之另一實施例之發光二極體裝置的製作方法流程圖。
第11圖繪示本揭露書另一實施例之具有螢光體塗層之發光二極體裝置的中間製程剖面圖。
52‧‧‧發光元件
66‧‧‧發光裝置
67‧‧‧螢光體結構
68、70‧‧‧螢光體膜
72‧‧‧頂表面
74、76‧‧‧區
S1、S2‧‧‧尺寸
T1、T2‧‧‧厚度

Claims (10)

  1. 一種發光二極體裝置，包括：一發光二極體發射體，具有一頂表面；以及一螢光體結構，設置於該發光二極體發射體之上，其中該螢光體結構包括：一第一螢光體膜，設置於該發光二極體發射體之該頂表面之上，且具有一第一尺寸，該第一尺寸定義於平行該發光二極體發射體之該頂表面之一方向上，其中該第一螢光體膜具有一第一彎曲的表面輪廓；以及一第二螢光體膜，設置於該第一螢光體膜之上，且具有一第二尺寸，定義於該方向上，其中該第二螢光體膜具有一第二彎曲的表面輪廓；其中該第二尺寸大抵小於該第一尺寸，且其中每一個該第一螢光體膜與該第二螢光體膜具有不均勻的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中：該第一螢光體膜包括一第一螢光體材料；以及該第二螢光體膜包括一第二螢光體材料，該第二螢光體材料不同於該第一螢光體材料，其中：該第一螢光體材料發射一第一光線，具有一第一峰值波長；以及該第二螢光體材料發射一第二光線，具有一第二峰值波長，該第二峰值波長大抵大於該第一峰值波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中： 該發光二極體發射體於該頂表面上包括一第一區及一第二區，該第二區圍繞該第一區；該第一螢光體膜設置於該第一區及該第二區之上；以及該第二螢光體膜設置於該第一區之中，其中該第一螢光體膜及該第二螢光體膜包括一相同的螢光體材料。
  4. 一種發光二極體裝置，包括：一發光二極體發射體；以及一第一螢光體層，設置於該發光二極體發射體之上，且圖案化為具有排列成一陣列之複數個次結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體裝置，其中該第一螢光體層具有一週期性表面輪廓，包括複數個峰點及複數個谷點，該些谷點在剖視下大抵低於該些峰點。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體裝置，更包括一第二螢光體層設置於該第一螢光體層之上，其中：該第一螢光體層在平行於該發光二極體發射體之該頂表面之一第一方向上延伸了一第一尺寸；該第二螢光體層在該第一方向上延伸了一第二尺寸；以及該第一尺寸大抵大於該第二尺寸。
  7. 一種發光二極體裝置的形成方法，包括：提供設置於一基底上之複數個發光二極體發射體；於該複數個發光二極體發射體上提供一第一遮罩，其中該第一遮罩包括複數個第一開口；以及透過該第一遮罩之該些第一開口於該複數個發光二極 體發射體上塗佈螢光體，使得每一具有一第一螢光體結構之該複數個發光二極體發射體具有複數個次結構，其中每一個該些次結構具有一彎曲的表面輪廓，且其中每一個該些次結構具有不均勻的厚度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體裝置的形成方法，其中提供該第一遮罩之步驟包括提供具有該複數個第一開口之該第一遮罩，該複數個第一開口具有一開口子集，用以於其中一該複數個發光二極體發射體上形成該第一螢光體結構之該複數個次結構。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體裝置的形成方法，更包括：於該複數個發光二極體發射體上提供一第二遮罩，其中該第二遮罩包括不同於該些第一開口之複數個第二開口；以及透過該第二罩之該些第二開口於該複數個發光二極體發射體上塗佈螢光體，使得每一該複數個發光二極體發射體於該第一螢光體結構上具有一第二螢光體結構，其中：該些第一開口具有一第一尺寸；該些第二開口具有一第二尺寸；以及該第二尺寸小於該第一尺寸。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體裝置的形成方法，其中：於該複數個發光二極體發射體上提供一第一遮罩之步驟包括提供具有特定形狀開口之一聯合遮罩；該聯合遮罩包括堆疊於一下方遮罩上之一上方遮罩； 該上方遮罩包括複數個上開口，而該下方遮罩包括複數個下開口，對齊於該些上開口；以及該些下開口具有一第一尺寸，而該些上開口具有一第二尺寸，該第二尺寸小於該第一尺寸。
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