TWI798244B - 發光裝置及製造發光裝置之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種製造一發光裝置之方法，其具有增加的可靠性及效率。明確言之，該等所揭示方法使用原子層沈積來改良陶瓷板與LED之間的熱導率、減少有機污染量，且增加該發光裝置之光學輸出的效率。
Description
本發明係關於一種製造一發光裝置之方法，其利用原子層沈積(ALD)來將一光轉換板附接至一發光二極體(LED)。
通常，在製造發光裝置時，將LED磷光體以一粉末或液體懸浮液沈積於主動光發射器上方。為改良磷光體均勻性且簡化晶圓級、晶片級或覆晶製造，亦已發展出分佈於一透光陶瓷中之磷光體。此等陶瓷可形成為板(或薄板)，其中將受控量之磷光體粉末放置於一模具中且在壓力下加熱以將顆粒燒結在一起。可使薄板在全部表面上非常平滑而適於附接。
通常，在製造發光裝置時，將LED磷光體以一粉末或液體懸浮液沈積於主動光發射器上方。為改良磷光體均勻性且簡化晶圓級、晶片級或覆晶製造，亦已發展出分佈於一透光陶瓷中之磷光體。此等陶瓷可形成為板(或薄板)，其中將受控量之磷光體粉末放置於一模具中且在壓力下加熱以將顆粒燒結在一起。可使薄板在全部表面上非常平滑而適於附接。
一陶瓷薄板之一個實例係LumiramicTM。Lumiramic係由摻雜Ce(III)之釔釓鋁石榴石(Y,GdAG：Ce)之多晶陶瓷板形成的一磷光體
薄板。Lumiramic之技術性質描述於「Lumiramic：a new phosphor technology for high performance solid state light sources」(Bechtel、Helmut、Peter Schmidt、Wolfgang Busselt及Baby S.Schreinemacher之「Lumiramic：A New Phosphor Technology for High Performance Solid State Light Sources」，Eighth International Conference on Solid State Lighting(2008)：n.pag.Online)中描述，該案特此以引用的方式併入。
在一些應用中，Lumiramic板可與一藍色LED組合以產生在5000K相關色溫之範圍內的白光。在一個汽車應用中，使用矽氧聚合物膠將一Lumiramic薄板膠合至一藍色LED，該矽氧聚合物膠容許自磷光體層至LED及散熱器中之熱傳導以及提供藍光至Lumiramic板中之光學耦合以形成白光。在其他應用中，使用一表面活化接合技術將一發光元件接合至Lumiramic板，該表面活化接合技術依賴於用離子束或電漿在一發光元件之一接合表面上濺鍍蝕刻。
無需黏著劑之一接合技術係原子層沈積(ALD)。原子層沈積(ALD)係其中藉由將一基板之表面曝露於交替前驅氣體而在基板上生長一膜之一薄膜沈積方法之一程序。此項技術中已知且例如在「Atomic layer deposition(ALD)：from precursors to thin film structures」(Leskeia、Markku及Mikko Ritala之「Atomic Layer Deposition(ALD)：From Precursors to Thin Film Structures」，Thin Solid Films 409.1(2002)：138-46.Print.)中教示用於執行ALD之方法，該案特此以引用的方式併入本文中。
本發明揭示一種製造一發光裝置之方法，其具有增加的可
靠性及效率。明確言之，該等所揭示方法使用原子層沈積來改良陶瓷板與LED之間的熱導率、減少有機污染量且增加該發光裝置之光學輸出之效率。
有機污染之減少及該效率之增加對於薄膜側塗LED架構可為尤其有用的。例如，Masui等人之世界智慧財產權組織公開案2017023502 A1(該案特此以引用的方式併入本文中)描述基於一薄膜側塗LED架構之一LED之一實例，其可受益於製造一發光裝置之當前揭示方法。
100:發光裝置
110:板
115:聚合物膠層
120:發光二極體
210:步驟
220:步驟
230:步驟
240:步驟
300:發光裝置
315:黏著劑
325:間隙
335:透明材料
510:步驟
520:步驟
530:步驟
540:步驟
600:發光裝置
625:間隙
可自結合隨附圖式以實例方式給出之以下描述獲得一更詳細理解，其中圖中之相似元件符號指示相似元件，且其中：圖1描繪使用先前技術方法製成之一發光裝置。
圖2描繪本發明之一實施例之一程序流程圖。
圖3A描繪由本發明之一實施例形成之程序中的一發光裝置。
圖3B描繪由本發明之一實施例形成之程序中的一發光裝置。
圖3C描繪由本發明之一實施例形成之程序中的一發光裝置。
圖4A描繪一例示性黏著位置及圖案。
圖4B描繪一例示性黏著位置及圖案。
圖4C描繪一例示性黏著位置及圖案。
圖4D描繪一例示性黏著位置及圖案。
圖5描繪本發明之一第二實施例之一程序流程圖。
圖6A描繪由本發明之第二實施例形成之程序中的一發光裝置。
圖6B描繪由本發明之第二實施例形成之程序中的一發光裝置。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2017年8月3日申請之美國專利申請案第15/668,173號及於2018年1月19日申請之歐洲專利申請案第18152555.1號之權利，該等案之內容特此係以引用的方式併入本文中。
下文中將參考隨附圖式更充分描述不同發光二極體(「LED」)實施方案之實例。此等實例並不互斥，且在一個實例中找到之特徵可與在一或多個其他實例中找到之特徵組合以達成額外實施方案。因此，將瞭解，隨附圖式中展示之實例僅經提供用於闡釋性目的且其等絕不意欲限制本發明。在各處，相似數字指代相似元件。
將瞭解，儘管術語第一、第二等可在本文中用於描述各種元件，然此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於區分一個元件與另一元件。例如，在不背離本發明之範疇之情況下，一第一元件可稱為一第二元件，且類似地，一第二元件可稱為一第一元件。如本文中使用，術語「及/或」包含相關聯列出品項之一或多者之任何及全部組合。
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，不存在中介元件。亦將瞭解，當一元件被稱為「經連接」或「經耦合」至另一元件時，其可係直接連接或耦合至該另一元件，或可存在中介元件。相比之下，當一元件被稱為「經直接連接」或「經直接耦合」至另一元件時，不存在中介元件。將瞭解，除圖中描繪之任何定向之外，此等術語亦意欲涵蓋元件之不同定向。
本文中可使用相對術語(諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」)來描述如圖中繪示之一個元件、層或區與另一元件、層或區之一關係。將瞭解，除圖中描繪之定向之外，此等術語亦意欲涵蓋裝置之不同定向。
圖1描繪使用接合在一板110與發光二極體120之間之聚合物膠層115所形成之一發光裝置100。藉由將聚合物膠層(諸如基於聚二甲基矽氧烷之聚矽氧)施覆至板110或發光二極體120之任一者且接著將板110及發光二極體120擠壓在一起而形成聚合物膠層115。板110與發光二極體120之間之聚合物膠的擠壓通常導致聚合物膠洩漏至板110或發光二極體120的側壁上。洩漏聚合物膠不利地影響發光裝置100之光學效率。不利影響在其中利用介電寬頻鏡(DBM)之薄膜側塗LED架構中係尤其嚴重。
另外，將聚合物膠層包含於板110與發光二極體120之間損害發光裝置100之效能及可靠性。例如，用於形成聚合物膠層115之聚合物膠易於光熱降解，此係因為聚合物膠可促成發光裝置100中之有機污染或對其敏感。另外，聚合物膠亦為不良熱導體，且通常具有大約0.2W/mK之一熱導率。因此，聚合物膠層115無法有效率地將由發光二極體120產生之熱傳遞至板110。此外，與板110之折射率(RI 1.8)及發光二極
體120之折射率(RI 1.8至2.5，取決於LED晶粒架構)相比，聚合物膠具有一低折射率(RI)(大約1.42至1.54)。聚合物膠層115之低折射率導致較少光自發光二極體120傳遞至板110，此意味著具有較低效率之一發光裝置100。
圖2描繪用於產生發光裝置300(圖3A至圖3C中展示)之本發明之一實施例之一程序流程圖。在步驟210中，將少量黏著劑315施覆至板110或發光二極體120之任一者。少量黏著劑315具有遠小於板110或發光二極體120之表面積之一面積。在步驟220中，使用少量黏著劑315來附接板110及發光二極體120。一旦經附接，板110及發光二極體120便分開大約1μm之一距離。當板110及發光二極體120經附接時，一間隙325形成於板110與發光二極體120之間之其中未經施覆黏著劑315的區域中。接著，在步驟230中，執行一透明材料335之ALD以填充間隙325。另外，在一些實施例中，於步驟240，可在發光二極體120之側壁上執行透明材料之ALD。
圖3A係在完成步驟220之後之發光裝置300之一圖形描繪。明確言之，圖3A展示由少量黏著劑315連接至發光二極體120之板110。藉由少量黏著劑315將板110連接至發光二極體120導致間隙325之形成。在一些實施例中，黏著劑315可為聚矽氧或溶凝膠。在其他實施例中，黏著劑315可為一低熔點玻璃或透明黏著劑。
圖3B中描繪在完成步驟230之後之發光裝置300。圖3B展示已藉由ALD施覆以填充間隙325之透明材料335。藉由使用ALD填充間隙325，可補償板110或發光二極體120之任一者之平坦度、不規則性或輕微彎曲。在一些實施例中，透明材料335可為氧化鋁(Al2O3)、氧化鈮
(Nb2O5)、氧化鋯(ZrO2)或其他高指數介電質。
在許多實施例中，透明材料335之折射率經選擇以匹配發光二極體120之折射率。可期望選擇具有與發光二極體120匹配之一折射率的一透明材料335，此係因為來自LED之光通常可歸因於從較高指數介質進入至一較低指數介質之全內反射而陷留。由於LED結構中始終存在有限概率之光吸收，故此光陷留導致光輸出效率損失。藉由匹配折射率，減小或消除此損失機制。
與矽氧聚合物相比，ALD塗佈之介電質亦可具有一較高熱導率(~3W/mK)。ALD塗佈之介電質的熱性質係論述於「High Temperature Thermal Conductivity of Amorphous Al2O3 Thin Films Grown by Low Temperature ALD」(Cappella、Andrea、Jean-Luc Battaglia、Vincent Schick、Andrzej Kusiak、Alessio Lamperti、Claudia Wiemer及Bruno Hay之「High Temperature Thermal Conductivity of Amorphous Al2O3 Thin Films Grown by Low Temperature ALD」，Advanced Engineering Materials 15.11(2013)：1046-050.Print.)中，該案特此係以引用的方式併入本文中。可期望使用具有一較高熱導率之一ALD塗佈的介電質，此係因為在Lumiramic層中產生熱，且熱消散之最有效率路徑通過接合層至二極體裝置中而發生。全部磷光體材料在較高溫度及較高通量強度下展示高溫下之熱淬滅或效率損失。因此，Lumiramic或磷光體層之降低溫度導致白色LED之經改良光輸出。
圖3C描繪在完成步驟240之後的發光裝置300。在一些實施例中，步驟240可被省略，或係與步驟230同時執行。圖3C展示經沈積
於發光二極體120之側壁上的透明材料335。具有一反射表面的側壁覆蓋物對於最大化光源之色彩均勻性及幫助在正向方向上引導光係重要的。在諸如閃光燈LED或汽車頭燈LED之應用中，高亮度LED通常要求此色彩均勻性及方向性。
圖4A、圖4B、圖4C及圖4D描繪其中可將黏著劑315施覆至板110或發光二極體120之任一者的不同圖案及位置。施覆黏著劑315之特定圖案及位置可經選擇以最小化ALD程序未完全填充間隙325之可能性。具有單獨內部區域(諸如環形「孔」)之閉合圖案並不是較佳的，此係因為ALD不會發生在內部區域中。
圖5描繪本發明之一替代實施例之一程序圖。在此實施例中，將板110固定在一機械固持器中(步驟510)，且將發光二極體120固定在一機械固持器中(步驟520)。接著，定位板110及發光二極體120以形成間隙625(圖6A及圖6B中展示)。間隙625具有大約1μm之一厚度(步驟530)。接著，在步驟540中，執行一透明材料335之ALD以填充間隙625。
圖6A中描繪在完成步驟530之後的發光裝置600。圖6B展示在於步驟540中執行透明材料335之ALD以填充間隙625之後的發光裝置600。
在一些實施例中，板110可為一陶瓷磷光體板，諸如在一玻璃或聚矽氧基質中製成之一Lumiramic，或一填充磷光體之薄板。在一些實施例中，發光二極體120可為一垂直薄膜，或一薄膜覆晶，或一基於CSP覆晶之LED。
儘管上文以特定組合來描述特徵及元件，然一般技術者將明白，各特徵或元件可係單獨使用，或係與其他特徵及元件任意組合使
用。另外，本文中描述之方法可在經併入於一電腦可讀媒體中之一電腦程式、軟體或韌體中實施，以由一電腦或處理器執行。電腦可讀媒體之實例包含(經由有線或無線連接傳輸之)電子信號及電腦可讀儲存媒體。電腦可讀儲存媒體之實例包含(但不限於)一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一暫存器、快取記憶體、半導體記憶體裝置、磁性媒體(諸如內部硬碟及可抽換式磁碟)、磁光媒體，及光學媒體(諸如CD-ROM光碟及數位多功能光碟(DVD))。
110:板
120:發光二極體
300:發光裝置
315:黏著劑
325:間隙
335:透明材料
Claims (20)
- 一種發光裝置，其包括：一黏著劑，其經施覆至一陶瓷磷光體板之一部分，其中該陶瓷磷光體板之該部分具有小於該陶瓷磷光體板之一表面積之一表面積；一發光二極體，其係藉由該黏著劑黏附至該陶瓷磷光體板，其中該發光二極體及該陶瓷磷光體板係由一間隙分離；及一透明材料，其經形成於該間隙中；其中該透明材料不由聚合物膠形成。
- 如請求項1之發光裝置，進一步包括：該發光二極體之側壁上之該透明材料。
- 如請求項1之發光裝置，其中該黏著劑係聚矽氧或溶凝膠。
- 如請求項1之發光裝置，其中該黏著劑係一低熔點玻璃。
- 如請求項1之發光裝置，其中該透明材料具有與該發光二極體相同之一折射率。
- 如請求項1之發光裝置，其中該透明材料係氧化鋁或Al2O3。
- 如請求項1之發光裝置，其中該陶瓷板之該部分包含複數個離散區。
- 如請求項1之發光裝置，其中該陶瓷板之該部分具有實質上呈一十字形之一形狀之一橫截面區域。
- 如請求項1之發光裝置，其中該陶瓷板之該部分具有實質上呈一線之一形狀之一橫截面區域。
- 如請求項1之發光裝置，其中該陶瓷磷光體板係Lumiramic。
- 一種製造一發光裝置之方法，其包括：將一黏著劑施覆至一陶瓷磷光體板之一部分，其中該陶瓷磷光體板之該部分具有小於該陶瓷磷光體板之一表面積之一表面積；藉由使用經施覆至該陶瓷磷光體板之該部分的該黏著劑將該陶瓷磷光體板黏附至一發光二極體而在該發光二極體與該陶瓷磷光體板之間形成一間隙；及藉由原子層沈積而用一透明材料來填充該間隙；其中該透明材料不由聚合物膠形成。
- 如請求項11之方法，進一步包括：藉由原子層沈積而用該透明材料來塗佈該發光二極體之側壁。
- 如請求項11之方法，其中該黏著劑係聚矽氧或溶凝膠。
- 如請求項11之方法，其中該黏著劑係一低熔點玻璃。
- 如請求項11之方法，其中該透明材料具有與該發光二極體相同之一折射率。
- 如請求項11之方法，其中該透明材料係氧化鋁或Al2O3。
- 如請求項11之方法，其中該陶瓷板之該部分包含複數個離散區。
- 如請求項11之方法，其中該陶瓷板之該部分具有實質上呈一十字形之一形狀之一橫截面區域。
- 如請求項11之製造方法，其中該陶瓷板之該部分具有實質上呈一線之一形狀之一橫截面區域。
- 如請求項11之製造方法，其中該陶瓷磷光體板係Lumiramic。
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