TWI737092B - 發光裝置及製造發光裝置之方法 - Google Patents
發光裝置及製造發光裝置之方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI737092B TWI737092B TW108147277A TW108147277A TWI737092B TW I737092 B TWI737092 B TW I737092B TW 108147277 A TW108147277 A TW 108147277A TW 108147277 A TW108147277 A TW 108147277A TW I737092 B TWI737092 B TW I737092B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- wavelength conversion
- emitting
- conversion structure
- reflective
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 59
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 31
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 58
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 238000003491 array Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
- H01L33/56—Materials, e.g. epoxy or silicone resin
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
- H01L33/502—Wavelength conversion materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/58—Optical field-shaping elements
- H01L33/60—Reflective elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/005—Processes relating to semiconductor body packages relating to encapsulations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/58—Optical field-shaping elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本發明描述一種用於提供包含具有一LED、一磷光體層及一犧牲層之一LED堆疊之一LED封裝的方法，該LED堆疊具有一頂部及一側壁。用一光反射材料覆蓋該LED堆疊之該頂部及該側壁，接著從該LED堆疊之該頂部移除任何過量光反射材料。使用網版印刷或其他適合技術，在該光反射材料上沈積一光吸收層，其中該沈積之光吸收層至少部分圍繞該LED堆疊且在其間界定至少30微米之一間隙。
Description
本發明大體上係關於具有反射側壁及一經改良對比度之LED模組之製造。在一項實施例中，在一LED堆疊周圍網版印刷一光吸收黑色區域。
半導體發光二極體及雷射二極體(兩者在本文中稱為LED)可製造為包含一LED與一相對較厚陶瓷磷光體或嵌入聚矽氧中之一磷光體之一組合。光從LED之一頂部穿過磷光體層，其中某一百分比經波長轉換以提供一所需光譜輸出。通常，反射或直接透射出LED之側而非LED之頂部有效地浪費某一比例之光。為最小化此浪費，可使用反射材料將側發射光反射回至磷光體中。舉例而言，一個常見封裝技術使用一包覆模製側塗覆製程，其用高度反射光材料囊封LED/磷光體側壁。此囊封亦充當光反射器以在發光區域外部提供清晰的照度截止，最小化雜散光量，且改良近場對比度。
即使運用此包覆模製封裝，亦可藉由由一基座散射之雜散光、藉由從磷光體側散射及反射之光、或藉由歸因於磷光體側壁在噴砂處理或清潔期間之部分曝露的磷光體側壁光而降低近場對比度。此對比度降低雜散光對於運用包含相機閃光燈模組、汽車前照明燈及其他光投射系統
之初級或次級光學器件之應用可特別有害。
已嘗試藉由在LED周圍產生光吸收線或區而提高對比度。舉例而言，一光反射材料可經配置以覆蓋LED及磷光體之側壁。使用一標記雷射，可藉由加熱光反射材料而產生一光吸收層。在一些實施例中，此光吸收層可經定位以至少部分圍繞磷光體且在其間界定一間隙。不幸地，此等雷射標記線亦可穿透一相當大的距離至側塗覆材料之深度，從而引起不可接受的光損失。
根據本發明之實施例，一LED封裝可包含具有一頂部及一側壁的一頂部發射LED。具有一頂側及側壁之一磷光體層(更一般言之，一波長轉換結構)經附接至頂部發射LED，一起形成一磷光體轉換LED，且使用一犧牲層以在磷光體層之頂部上提供一保護性覆蓋。一光反射材料經配置以覆蓋LED及磷光體層之側壁，且一光吸收層經定位於光反射材料上以至少部分圍繞犧牲層及磷光體層且在其間界定至少30微米之一間隙。有利地，此結構確保LED及磷光體層側壁未曝露，吸收導引穿過大量反射側塗層之光，消除眩光，且顯著改良LED封裝之近場對比度。
在一些實施例中，磷光體層係一陶瓷磷光體(舉例而言，一陶瓷磷光體薄板)，而在其他實施例中，磷光體層係用聚矽氧、環氧樹脂或其他適合結合劑結合在一起之一磷光體粒子塊。
在一些實施例中，光反射材料包含SiO2、Al2O3及TiO2之至少一或多者。光反射材料可包含聚矽氧橡膠作為一結合劑。
在一些實施例中，犧牲層係透明的。在其他實施例中，可在網版印刷之前完全移除犧牲層。在又其他實施例中，若可獲得研磨及拋
光製程之精細控制，則犧牲層並非必需。
在一些實施例中，間隙在30微米與60微米之間。
在其他實施例中，描述一種用於提供包含具有一LED、一磷光體層及一犧牲層之一LED堆疊之一LED封裝的方法，該LED堆疊具有一頂部及一側壁。用一光反射材料覆蓋LED堆疊之頂部及側壁，接著從LED堆疊之頂部移除任何過量光反射材料。使用網版印刷或其他適合技術，一光吸收層在光反射材料上，其中所沈積之光吸收層至少部分圍繞LED堆疊且在其間界定至少30微米之一間隙。
在方法之一些實施例中，可藉由一研磨及平坦化步驟移除過量光反射材料。
在其他實施例中，在光反射材料上沈積一光吸收層的步驟進一步包括沈積界定用於填充光吸收層之腔之一可移除圖案化層的步驟。此允許使用網版印刷技術，其中藉由跨圖案移動之一刀片刮擦光吸收材料，從而填充腔。替代地，可使用噴墨或其他適合沈積方法。
在一些實施例中，可在印刷光吸收層之後藉由蝕刻或沖洗而移除保護性犧牲層。
100:pcLED
102:半導體二極體結構
104:基板
106:磷光體層/磷光體像素
200:pcLED陣列
202:基板
300:電子板
302:電力及控制模組
304:感測器模組
306:發光二極體(LED)附接區
402:波導
404:投射透鏡
500:製程
510:步驟
520:步驟
530:步驟
540:步驟
600A:發光二極體(LED)封裝/發光二極體(LED)堆疊
600B:發光二極體(LED)封裝
600C:發光二極體(LED)封裝
600D:結構
601:發光二極體(LED)堆疊
610:發光半導體LED
612:電接觸件
620:磷光體層
630:犧牲層
640:光反射材料
641:深度
650:圖案化網版印刷層
660:光吸收材料
661:距離
參考以下圖描述本發明之非限制及非詳盡實施例，其中相同元件符號貫穿各種圖指代相同部分，除非另有指定。
圖1展示一例示性pcLED之一示意性橫截面視圖。
圖2A及圖2B分別展示一pcLED陣列之橫截面及俯視示意圖。
圖3A展示可在其上安裝一pcLED陣列之一電子板之一示意
性俯視圖，且圖3B類似地展示安裝於圖3A之電子板上之一pcLED陣列。
圖4A展示相對於波導及一投射透鏡配置之一pcLED陣列之一示意性橫截面視圖。圖4B展示類似於圖4A之配置的一配置，而無波導。
圖5係繪示用於製造一高對比度LED封裝之一例示性製程之一流程圖。
圖6A、圖6B、圖6C及圖6D繪示一高對比度LED封裝之製造步驟之一例示性實施例中之步驟。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年12月19日申請之美國專利申請案16/720,636、2019年2月11日申請之歐洲專利申請案19156328.7及2018年12月21日申請之美國臨時專利申請案62/783,973之優先權利，該等案之各者之全文以引用之方式併入本文中。
應參考圖式閱讀以下詳細描述，其中相同元件符號貫穿不同圖指代相同元件。不一定按比例繪製之圖式描繪選擇性實施例且不意欲限制本發明之範疇。詳細描述藉由實例且非藉由限制方式繪示本發明之原理。
圖1展示包括安置於一基板104上之一半導體二極體結構102(本文中一起視為一「LED」)及安置於LED上之一磷光體層106之一個別pcLED 100之一實例。半導體二極體結構102通常包括安置於n型層與p型層之間的一主動區。跨二極體結構施加一適合正向偏壓導致從主動區發射光。藉由主動區之組合物及結構判定發射光之波長。
LED可為舉例而言發射藍光、紫光或紫外光的一III族氮化物LED。亦可使用由任何其他適合材料系統形成且發射任何其他適合波長之光的LED。其他適合材料系統可包含舉例而言III族磷化物材料、III族砷化物材料、及II-VI族材料。
取決於來自pcLED之所要光學輸出，可使用任何適合磷光體材料。
圖2A至圖2B分別展示包含安置於一基板202上之磷光體像素106之pcLED 100之一陣列200之橫截面視圖及俯視圖。此一陣列可包含以任何適合方式配置之任何適合數目個pcLED。在所繪示之實例中，陣列被描繪為單片形成於一共用基板上，但替代地一pcLED陣列可由單獨個別pcLED形成。基板202可視需要包括用於驅動LED的CMOS電路，且可由任何適合材料形成。
如圖3A至圖3B中展示，可在包括一電力及控制模組302、一感測器模組304及一LED附接區306的一電子板300上安裝一pcLED陣列200。電力及控制模組302可接收來自外部源之電力及控制信號及來自感測器模組304之信號，電力及控制模組302基於該等信號控制LED之操作。感測器模組304可從任何適合感測器(舉例而言，從溫度或光感測器)接收信號。替代地，可在與電力及控制模組以及感測器模組分離之一板(未展示)上安裝pcLED陣列200。
個別pcLED可視需要併入定位成鄰近磷光體層或安置於磷光體層上之一透鏡或其他光學元件或與其等組合配置。圖中未展示之此一光學元件可被稱為一「初級光學元件」。另外，如圖4A至圖4B中展示，一pcLED陣列200(舉例而言，安裝於一電子板300上)可與諸如波導、透鏡
或該兩者之次級光學元件組合配置以用於一預期應用中。在圖4A中，由pcLED 100發射之光由波導402收集且被引導至投射透鏡404。舉例而言，投射透鏡404可為一菲涅耳(Fresnel)透鏡。此配置可適合用於舉例而言汽車前燈中。在圖4B中，在未使用中介波導之情況下由投射透鏡404直接收集由pcLED 100發射之光。此配置在pcLED可彼此足夠接近地隔開時可尤其適合，且亦可用於汽車前燈以及相機閃光燈應用中。舉例而言，一微型LED顯示器應用可使用類似於圖4A至圖4B中描繪之光學配置的光學配置。通常，光學元件之任何適合配置可取決於所要應用而與本文中描述之pcLED組合使用。
對於pcLED陣列之許多使用，期望分隔從陣列中之個別pcLED發射之光。即，有利的是，能夠將陣列中之一個別pcLED操作為一光源而陣列中之鄰近pcLED保持暗。此允許對顯示器或照明之更佳控制。
在許多應用中將陣列中之pcLED緊密地放置在一起亦為有利的。舉例而言，微型LED中之一較佳組態係在個別LED之間具有最小間距。緊密地隔開用作一相機閃光燈光源或用於一汽車前燈中之一陣列中之pcLED可簡化對任何次級光學器件之要求且改良由陣列提供之照明。
然而，若一陣列中之pcLED緊密地放置在一起，則可能發生鄰近pcLED之間之光學串擾。即，由一pcLED發射之光可散射至一鄰近pcLED中或以其他方式耦合至鄰近pcLED中且看似源自該另一pcLED，從而防止所要光分隔並降低鄰近像素之間之對比度。
如圖5中所見，一製程500描述藉由使用一選擇性研磨及網版印刷製程而製造具有提高對比度之LED模組之一方法。提供覆蓋LED側壁之一光反射材料以包覆模製包含一LED、一磷光體材料(諸如一波長轉
換陶瓷)、及波長轉換陶瓷上之一選用透明犧牲層的一LED堆疊(步驟510)。此包覆模製光反射材料覆蓋LED堆疊之側壁及頂部。頂部表面經磨平以曝露LED堆疊之頂部犧牲層(步驟520)。有利地，波長轉換陶瓷上之透明犧牲層在研磨期間保護表面。在可用緊密控制研磨或拋光製程製造之該等實施例中，可省略犧牲層。將一光吸收材料網版印刷於圍繞LED堆疊之光反射材料上(步驟530)，且接著移除網版印刷製程中使用之任何圖案化材料(步驟540)。在一些實施例中，在光吸收材料與LED堆疊之間界定至少30微米之一間隙。維持此狹窄間隙減少來自LED堆疊之潛在光損失。在一最後步驟中，可移除圖案化材料，從而留下圍繞LED堆疊之頂部之光吸收材料。
LED可包含由藍寶石或碳化矽形成之一基板，其能夠支援一磊晶生長或沈積之半導體n層。一半導體p層可循序地生長或沈積於n層上，從而在層之間之接面處形成一主動區。能夠形成高亮度發光裝置之半導體材料可包含但不限於III-V族半導體，尤其鎵、鋁、銦及氮(亦稱為III族氮化物材料)之二元、三元及四元合金。
除含有磷光體之陶瓷材料以外，LED堆疊中之磷光體亦可用聚矽氧或其他適合黏結劑結合在一起。磷光體可包含能夠產生白光或其他色彩之單色光的一或多個波長轉換材料。可藉由磷光體之波長轉換材料轉換由LED發射之全部光或僅光之一部分。未轉換光可為最終光譜之部分，而其無需如此。常見裝置之實例包含與一發黃光磷光體組合之一發藍光LED片段、與發綠光及發紅光磷光體組合之一發藍光LED片段、與發藍光及發黃光磷光體組合之一UV發射LED片段、及與發藍光、發綠光及發紅光磷光體組合之一UV發射LED片段。
光反射材料可包含使用聚矽氧或其他適合黏結劑結合在一起的粒子。光反射材料亦可包含有機、無機、或有機/無機黏結劑及填充材料。舉例而言，有機/無機黏結劑及填料可為舉例而言具有嵌入式反射氧化鈦(TiO2)、SiO2或其他反射/散射粒子之聚矽氧。無機黏結劑可包含溶膠-凝膠(例如，TEOS或MTMS之一溶膠-凝膠)或液態玻璃(例如，矽酸鈉或矽酸鉀)(亦稱為水玻璃)。在一些實施例中，黏結劑可包含調整物理性質的填料。填料可包含無機奈米粒子、矽石、玻璃粒子或纖維、或能夠改良光學或熱效能之其他材料。可藉由包含模製、施配、網版印刷、噴射或層壓(用於一黏結劑中之反射粒子)之各種製程將光反射材料施用至側壁。
如上所述，在又其他實施例中，初級或次級光學器件可經附接或定位在LED封裝附近。光學器件可包含凹透鏡或凸透鏡、小透鏡陣列、漸變折射率透鏡、反射器、散射元件、光束均質器、漫射體、或其他光聚焦或模糊光學器件。保護層、透明層、熱層或其他封裝結構可視需要用於特定應用。
如圖6A至圖6D中所見，描述一種用於形成具有由光反射材料640圍繞之一LED堆疊601之一LED封裝600A之製程。如圖6A中所見，LED堆疊600A包含具有電接觸件612之一發光半導體LED 610。一磷光體層620經定位於LED 610之頂部上，且一選用犧牲層630經定位於磷光體層620之頂部上。犧牲層可為聚矽氧或環氧樹脂之一薄且透明層，其藉由隨後研磨或拋光步驟而保護磷光體層620免受表面性質或微結構之損害。在一些實施例中，犧牲層可被省略，或若存在，則在研磨或拋光步驟期間被完全移除。用覆蓋LED堆疊201之側壁及頂部之光反射材料640包
覆模製LED結構，從而僅曝露電接觸件612。
圖6B繪示在從LED堆疊601之頂部移除過量包覆模製光反射材料之後從圖6A之LED封裝600A界定之LED封裝600B。此可藉由研磨或拋光完成，且通常導致移除少量(藉由深度641指示)犧牲層630及光反射材料640。
圖6C繪示在施用一圖案化網版印刷層650之後從圖6B之LED封裝600B界定之LED封裝600C。可用一光吸收材料660(諸如聚矽氧、環氧樹脂或含有碳黑或其他光吸收粒子或染料之其他黏結劑)填入藉由圖案化網版印刷層650界定之腔通道或凹槽。
圖6D繪示在移除圖案化網版印刷層650之後之一結構600D。光吸收材料經定位於距LED堆疊及犧牲層630之一邊緣大於30微米之一距離661處。
除用於習知LED照明應用中以外，諸如本文中揭示之封裝LED及/或封裝LED陣列亦可支援受益於光分佈之細粒度強度、空間及時間控制之廣範圍之應用。此可包含但不限於來自區塊或個別LED之發射光之精確空間圖案化。取決於應用，發射光可為光譜上相異、隨時間適應、及/或對環境敏感。在一些實施例中，LED可以各種強度、空間或時間型樣提供預程式化光分佈。發射光可至少部分基於所接收之感測器資料且可用於光學無線通信。相關聯光學器件可在單或多LED位準相異。一例示性發光陣列可包含具有具一相關聯共同光學器件之高強度LED之一共同控制中心區塊之一裝置，而邊緣定位之LED可具有個別光學器件。藉由發光LED陣列支持之常見應用包含視訊照明、汽車前燈、建築及區域照明、街道照明、及資訊顯示器。
可使用可程式化發光陣列來選擇性且適應性地照明建築物或區域以改良視覺顯示或降低照明成本。另外，可使用發光陣列來投射用於裝飾性運動或視訊效應之媒體立面。結合追蹤感測器及/或相機，行人周圍之區域之選擇性照明可係可能的。可使用光譜相異LED來調整照明之色溫，以及支持波長特定園藝照明。
街道照明係一重要應用，其可大大受益於可程式化發光陣列之使用。可使用一單一類型之發光陣列來模仿各種街燈類型，而允許舉例而言藉由選定LED之適當啟動或撤銷啟動而在一I型線性街燈與一IV型半圓形街燈之間切換。另外，可藉由根據環境條件或使用時間調整光束強度或分佈而降低街道照明成本。舉例而言，當不存在行人時可減小光強度及分佈面積。若發光陣列之LED在光譜上相異，則可根據各自日光、暮光或夜晚條件來調整光之色溫。
可程式化發光LED亦非常適合支援需要直接或投射顯示之應用。舉例而言，需要校準或警告、緊急情況或資訊標誌之汽車前燈可全部使用發光陣列進行顯示或投射。此允許舉例而言修改從一汽車前燈輸出之光之方向性。若一發光陣列由大量LED構成或包含一適合動態光遮罩，則可以使用者導引放置呈現文本或數字資訊。亦可提供方向箭頭或類似指示符。
熟習此項技術者在受益於前述描述及相關聯圖式中呈現之教示之情況下，將想到本發明之許多修改及其他實施例。因此，應瞭解，本發明不限於揭示之特定實施例，且修改及實施例意欲包含於隨附發明申請專利範圍之範疇內。亦應瞭解，可在缺少本文中未明確揭示之一元件/步驟之情況下實踐本發明之其他實施例。
600D:結構
601:發光二極體(LED)堆疊
610:發光半導體LED
612:電接觸件
620:磷光體層
630:犧牲層
640:光反射材料
660:光吸收材料
661:距離
Claims (20)
- 一種發光裝置，其包括：一發光二極體，其包括一頂部發光表面、一相對定位底部表面、及連接該頂部表面及該底部表面之側表面；一波長轉換結構，其包括一頂部發光表面、一相對定位底部表面、及連接該頂部表面及該底部表面之側表面，該波長轉換結構底部表面經安置於該發光二極體頂部表面上或鄰近該發光二極體頂部表面；一反射結構，其包括安置於該發光二極體之該等側表面上及磷光體結構之側表面上的一光反射材料，該反射結構包括配置成鄰近且平行於該波長轉換結構之該頂部發光表面的一平坦頂部表面；及一光吸收層，其經定位於該反射結構之該平坦頂部表面上，至少部分圍繞該波長轉換結構之該頂部發光表面，且藉由具有垂直於該波長轉換結構之一側表面之一第一方向上量測之至少30微米之一寬度之一間隙與該波長轉換結構之該頂部發光表面之外邊緣分離，設置在該波長轉換結構之該頂部發光表面上方的該光吸收層之至少一部分在該第一方向上不與該波長轉換結構之該等側表面重疊。
- 如請求項1之發光裝置，其中該反射結構之該平坦頂部表面與該波長轉換結構之該頂部發光表面共面。
- 如請求項1之發光裝置，其中該波長轉換結構之該頂部發光表面相對於該反射結構之該平坦頂部表面凹入。
- 如請求項3之發光裝置，其包括安置於該波長轉換結構之該頂部發光表面上的一透明層。
- 如請求項4之發光裝置，其中與該波長轉換結構相對之該透明層之一外表面與該反射結構之該平坦頂部表面共面。
- 如請求項1之發光裝置，其中該間隙之寬度在30微米與60微米之間。
- 如請求項1之發光裝置，其中該波長轉換結構係或包括一陶瓷磷光體板。
- 如請求項1之發光裝置，其中該光吸收層包括分散於一黏結劑中之光吸收材料。
- 如請求項1之發光裝置，其中該光反射材料包含SiO2粒子、Al2O3粒子及TiO2粒子之至少一或多者。
- 如請求項1之發光裝置，其中：該反射結構之該平坦頂部表面與該波長轉換結構之該頂部發光表面共面；且該間隙之寬度在30微米與60微米之間。
- 如請求項1之發光裝置，其包括安置於該波長轉換結構之該頂部發光表面上的一透明層；其中：該波長轉換結構之該頂部發光表面相對於該反射結構之該平坦頂部表面凹入；與該波長轉換結構相對之該透明層之一外表面與該反射結構之該平坦頂部表面共面；且該間隙之寬度在30微米與60微米之間。
- 一種製造一發光裝置之方法，該方法包括：提供包括一發光二極體及一波長轉換結構之一磷光體轉換之發光二極體，該磷光體轉換之發光二極體具有一頂部發光表面、一相對定位底部表面、及連接該頂部表面及該底部表面之側表面；用一光反射材料覆蓋該頂部發光表面及該等側表面；移除光反射材料以曝露該頂部發光表面且形成鄰近且平行於該頂部發光表面之該光反射材料之一平坦頂部表面；及在該光反射材料之該平坦頂部表面上沈積一光吸收層，該光吸收層至少部分圍繞該頂部發光表面，且藉由具有垂直於該波長轉換結構之該等側表面之一第一方向上量測之至少30微米之一寬度之一間隙與該頂部發光表面之外邊緣分離，設置在該波長轉換結構之一頂部發光表面上方的光吸收層之至少一部分在該第一方向上不與該波長轉換結構之該等側表面重疊。
- 如請求項12之方法，其中 該磷光體轉換之發光二極體包括安置於該波長轉換結構上的一透明層；該頂部發光表面係該透明層之一表面；且移除光反射材料包括研磨並平坦化該光反射材料及該透明層以產生與該光反射材料之該平坦頂部表面共面之該波長轉換結構之一新平坦頂部發光表面。
- 如請求項12之方法，其中：該波長轉換結構包括一磷光體層；且該頂部發光表面係該磷光體層之一表面。
- 如請求項12之方法，其包括藉由包覆模製在該頂部發光表面及該等側表面上沈積該光反射材料。
- 如請求項12之方法，其中沈積該光吸收層包括在該光反射材料之該平坦頂部表面上沈積界定用於填充該光吸收層之腔之一可移除圖案化層。
- 如請求項12之方法，其中沈積該光吸收層包括在該光反射材料之該平坦頂部表面上網版印刷該光吸收層。
- 如請求項12之方法，其中該波長轉換結構包括一陶瓷磷光體板。
- 如請求項12之方法，其中該光反射材料包含SiO2、Al2O3及TiO2之至 少一或多者。
- 如請求項12之方法，其中該光吸收層包括分散於一黏結劑中之光吸收材料。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862783973P | 2018-12-21 | 2018-12-21 | |
| US62/783,973 | 2018-12-21 | ||
| EP19156328 | 2019-02-11 | ||
| EP19156328.7 | 2019-02-11 | ||
| US16/720,636 | 2019-12-19 | ||
| US16/720,636 US20200203567A1 (en) | 2018-12-21 | 2019-12-19 | Led package with increased contrast ratio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202042410A TW202042410A (zh) | 2020-11-16 |
| TWI737092B true TWI737092B (zh) | 2021-08-21 |
Family
ID=71098888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108147277A TWI737092B (zh) | 2018-12-21 | 2019-12-23 | 發光裝置及製造發光裝置之方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200203567A1 (zh) |
| EP (1) | EP3900056A1 (zh) |
| CN (1) | CN113728446B (zh) |
| TW (1) | TWI737092B (zh) |
| WO (1) | WO2020128631A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112019006996T5 (de) * | 2019-03-08 | 2021-11-18 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur herstellung optoelektronischer halbleiterbauelemente und optoelektronisches halbleiterbauelement |
| JP7301172B2 (ja) * | 2019-06-05 | 2023-06-30 | ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 蛍光体変換器の接合 |
| KR102466278B1 (ko) | 2019-06-25 | 2022-11-14 | 루미레즈 엘엘씨 | 마이크로-led 응용들을 위한 인광체 층 |
| US11177420B2 (en) | 2019-10-09 | 2021-11-16 | Lumileds Llc | Optical coupling layer to improve output flux in LEDs |
| US11362243B2 (en) | 2019-10-09 | 2022-06-14 | Lumileds Llc | Optical coupling layer to improve output flux in LEDs |
| US11411146B2 (en) | 2020-10-08 | 2022-08-09 | Lumileds Llc | Protection layer for a light emitting diode |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157638A (ja) * | 2008-12-27 | 2010-07-15 | Nichia Corp | 発光装置及びその製造方法 |
| WO2014081042A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | シチズン電子株式会社 | 発光装置 |
| US20150280081A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method of manufacturing light emitting device |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5622494B2 (ja) * | 2010-09-09 | 2014-11-12 | スタンレー電気株式会社 | 発光装置およびその製造方法 |
| JP6097084B2 (ja) * | 2013-01-24 | 2017-03-15 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光装置 |
| CN105378952B (zh) * | 2013-05-13 | 2018-01-12 | 首尔半导体（株） | 发光器件封装件及其制造方法以及包含该发光器件封装件的车灯和背光单元 |
| JP2015119030A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 株式会社東芝 | 発光装置 |
| CN104078489B (zh) * | 2014-06-11 | 2017-02-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种有机发光二极管显示面板和显示装置 |
| WO2017116693A1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | Koninklijke Philips N.V. | Flip chip led with side reflectors and phosphor |
| TWI608636B (zh) * | 2016-01-28 | 2017-12-11 | 行家光電股份有限公司 | 具非對稱性光形的發光裝置及其製造方法 |
| US10230030B2 (en) * | 2016-01-28 | 2019-03-12 | Maven Optronics Co., Ltd. | Light emitting device with asymmetrical radiation pattern and manufacturing method of the same |
| US10361349B2 (en) * | 2017-09-01 | 2019-07-23 | Cree, Inc. | Light emitting diodes, components and related methods |
| US11335833B2 (en) * | 2018-08-31 | 2022-05-17 | Creeled, Inc. | Light-emitting diodes, light-emitting diode arrays and related devices |
| JP6798535B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2020-12-09 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
-
2019
- 2019-12-19 US US16/720,636 patent/US20200203567A1/en active Pending
- 2019-12-20 CN CN201980092683.9A patent/CN113728446B/zh active Active
- 2019-12-20 WO PCT/IB2019/001411 patent/WO2020128631A1/en unknown
- 2019-12-20 EP EP19856480.9A patent/EP3900056A1/en active Pending
- 2019-12-23 TW TW108147277A patent/TWI737092B/zh active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157638A (ja) * | 2008-12-27 | 2010-07-15 | Nichia Corp | 発光装置及びその製造方法 |
| WO2014081042A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | シチズン電子株式会社 | 発光装置 |
| US20150280081A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method of manufacturing light emitting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113728446B (zh) | 2024-01-23 |
| WO2020128631A1 (en) | 2020-06-25 |
| EP3900056A1 (en) | 2021-10-27 |
| CN113728446A (zh) | 2021-11-30 |
| TW202042410A (zh) | 2020-11-16 |
| US20200203567A1 (en) | 2020-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI737092B (zh) | 發光裝置及製造發光裝置之方法 | |
| US10236421B2 (en) | Light-emitting device package, manufacturing method thereof, and vehicle lamp and backlight unit including same | |
| JP5743548B2 (ja) | 照明装置 | |
| KR101523408B1 (ko) | 광전 소자 및 광전 소자의 제조 방법 | |
| CN102057507A (zh) | 具有分隔的波长转换材料的半导体光发射器件及其形成方法 | |
| TW201729434A (zh) | 一種發光元件及其製造方法 | |
| TWI713955B (zh) | 用於發光二極體(led)陣列之波長轉換層圖案 | |
| US20210296541A1 (en) | Light emitting device with high near-field contrast ratio | |
| JP7330330B2 (ja) | Ｌｅｄマトリクスアレイを形成するための二段階蛍光体堆積をサポートするフォトレジストパターニングプロセス | |
| US10014453B2 (en) | Semiconductor light-emitting device emitting light mixtures with substantially white tone | |
| KR101575655B1 (ko) | 발광 소자 패키지 및 백라이트 유닛 | |
| JP2023530322A (ja) | 複数のユニットピクセルを有する発光モジュール、それを製造する方法、およびそれを有するディスプレイ装置 | |
| US20230106479A1 (en) | Lumiphoric material arrangements for multiple-junction light-emitting diodes | |
| US20220320380A1 (en) | Thin Compact Wavelength Converting Structure for pcLED | |
| WO2024006266A1 (en) | Led array with air-spaced optics | |
| TW202420614A (zh) | 具有包含圖案化光改變層的支撐結構的發光二極體裝置 | |
| CN116210082A (zh) | 用于led应用的侧涂层材料中的着色和散射颗粒 |