波长转换的发光设备.pdf

依照本发明实施例的结构包括附接到底座的多个LED。波长转换层设置在LED上方。透明层设置在波长转换层上方。反射材料设置在相邻LED之间。

1.  一种结构，包括：
附接到底座的多个LED；
设置在LED上方的波长转换层；
设置在波长转换层上方的透明层；以及
设置在相邻LED之间的反射材料。

2.  权利要求1的结构，其中该结构的顶面是基本上平坦的。

3.  权利要求2的结构，其中所述顶面包括所述顶面在LED上方的部分中的透明层的表面以及所述顶面在LED之间的区域中的部分中的反射材料的表面。

4.  权利要求1的结构，其中透明层的顶面被粗糙化、纹理化或者图案化。

5.  权利要求1的结构，其中反射材料直接接触LED的侧面。

6.  权利要求1的结构，其中在相邻LED之间的区域中，反射材料直接接触底座。

7.  权利要求1的结构，其中在相邻LED之间的区域中，反射材料直接接触设置在底座上的波长转换层的部分。

8.  一种方法，包括：
提供附接到底座的多个LED；
在LED和底座上方形成波长转换层；
在波长转换层上方形成保护层；
移除波长转换层和保护层的部分；以及
在所述移除波长转换层和保护层之后，在其中移除了波长转换层和保护层的部分的区域中形成反射层。

9.  权利要求8的方法，其中移除波长转换层和保护层的部分包括从LED之间的区域中移除波长转换层和保护层的部分。

10.  权利要求8的方法，其中底座包括邻近LED设置的底座上的金属垫，并且移除波长转换层和保护层的部分包括从金属垫上方的区域中移除波长转换层和保护层的部分。

11.  权利要求8的方法，其中形成波长转换层包括在所述多个LED和底座上方层压设置在透明材料中的波长转换材料膜。

12.  权利要求8的方法，其中在波长转换层上方形成保护层包括在波长转换层上方层压硅树脂层。

13.  权利要求8的方法，其中移除波长转换层和保护层包括锯切波长转换层和保护层。

14.  权利要求13的方法，其中锯切终止于底座上。

15.  权利要求13的方法，其中锯切终止于设置在底座上的金属垫上。

16.  权利要求13的方法，其中锯切终止于波长转换层内。

17.  权利要求8的方法，其中形成反射层包括在LED上方形成的保护层上方形成反射层，该方法进一步包括使反射层变薄以便暴露保护层的顶面。

18.  权利要求8的方法，进一步包括平坦化顶面，该顶面包括LED所在的区域中的保护层的顶面以及LED之间的区域中的反射层的顶面。

19.  一种方法，包括
提供附接到底座的多个半导体发光设备；
在半导体发光设备和底座上方形成波长转换层，该波长转换层包括设置在透明材料中的波长转换材料；
在波长转换层上方形成透明层；
锯切掉波长转换层和透明层的部分；
在透明层上方以及在其中锯切掉波长转换层和透明层的部分的区域中形成反射层；以及
移除反射层的部分以便形成平坦表面。

波长转换的发光设备
技术领域
本发明涉及一种具有保护膜的波长转换的发光设备。
背景技术
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光设备是当前可用的最高效的光源之一。在制造能够跨可见光谱操作的高亮度发光设备中当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，尤其是也称为III族氮化物材料的镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金。典型地，III族氮化物发光设备通过借助金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或者其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或者其他适当的衬底上外延生长不同成分和掺杂剂浓度的半导体层叠层而制造。该叠层经常包括在衬底上方形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在所述一个或多个n型层上方形成的有源区中的一个或多个发光层以及在有源区上方形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触在n型和p型区上形成。
图1图示出US 7,256,483中更详细地描述的一种倒装芯片LED。该LED包括在蓝宝石生长衬底（未示出）上生长的n型层16、有源层18和p型层20。P层20和有源层18的部分在LED形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50（金属化层+接合金属）与p接触金属24在相同侧面接触n型层16。底部填充材料52可以沉积在LED下方的空洞中以便降低跨LED的热梯度，向LED与封装衬底之间的附接添加机械强度，并且防止污染物接触LED材料。n金属50和p金属24分别接合到封装衬底12上的衬垫22A和22B。封装衬底12上的接触垫22A和22B使用通孔28A和28B和/或金属迹线连接到可焊接电极26A和26B。移除生长衬底，暴露n型层16的表面。例如通过使用KOH溶液进行光电化学蚀刻粗糙化该表面，以便提高光提取。
发明内容
本发明的目的是提供一种其中保护波长转换层的波长转换设备。
依照本发明实施例的结构包括附接到底座的多个LED。波长转换层设置在LED上方。透明层设置在波长转换层上方。反射材料设置在相邻LED之间。
依照本发明实施例的方法包括提供附接到底座的多个LED，在LED和底座上方形成波长转换层以及在波长转换层上方形成保护层。波长转换层和保护层的部分被移除。在移除波长转换层和保护层之后，在其中移除了波长转换层和保护层的区域中形成反射层。
附图说明
图1图示出具有粗糙化顶面的倒装芯片LED。
图2为设置在底座上的LED组的俯视图。
图3为设置在底座上的LED的截面图。
图4图示出在LED上方形成波长转换层之后图3的结构。
图5图示出在波长转换层上方形成透明层之后图4的结构。
图6图示出移除LED之间的波长转换层和透明层之后图5的结构。
图7图示出在所述结构上方形成反射层之后图6的结构。
图8图示出使反射层变薄以便暴露透明层的顶面之后图7的结构。
图9图示出使用模具在LED上方形成波长转换层之后的底座和LED组。
图10图示出使用模具在波长转换层上方形成透明层之后图9的结构。
图11图示出在底座边缘附近移除接合垫上方的波长转换层之后图10的结构。
图12图示出在所述结构上方形成反射层并且使反射层变薄之后图11的结构。
具体实施方式
本发明的实施例包括诸如与波长转换层结合的LED之类的发光设备。透明保护膜在波长转换层上方形成。尽管在下面的实例中半导体发光设备为发射蓝色或UV光的III族氮化物LED，但是可以使用除了LED之外的诸如激光二极管之类的半导体发光设备以及由诸如III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材料、ZnO或Si基材料之类的其他材料系统制成的半导体发光设备。
图2为附接到底座的LED 60组的俯视图。在图2中，图示出附接到底座62的2×2阵列的四个LED 60。任何数量的LED 60可以以如应用所指示的任何适当的布置附接到底座62。在一些实施例中，底座62上的接合垫72用来向LED 60供电。
下面的图中的LED 60可以例如为被配置成从LED的顶面发射大部分光的倒装芯片设备。图1中图示出适当的LED 60的一个实例，但是可以使用任何适当的LED。为了形成III族氮化物LED，首先如本领域中已知的在生长衬底上生长III族氮化物半导体结构。生长衬底可以是任何适当的衬底，诸如例如蓝宝石、SiC、Si、GaN或者复合衬底。半导体结构包括夹在n型与p型区之间的发光或有源区。n型区可以首先生长，并且可以包括多个不同成分和掺杂浓度的层，包括例如诸如缓冲层或成核层之类的准备层和/或被设计成促进生长衬底的移除的层，其可以是n型或者非特意掺杂的，以及为发光区高效地发射光所希望的特定光学、材料或者电属性而设计的n型或者甚至p型设备层。发光或有源区生长在n型区上方。适当的发光区的实例包括单个厚或薄发光层，或者包括被阻挡层分离的多个薄或厚发光层的多量子阱发光区。接着，可以在发光区上方生长p型区。像n型区那样，p型区可以包括多个不同成分、厚度和掺杂浓度的层，包括非特意掺杂的层或者n型层。所述设备中的所有半导体材料的总厚度在一些实施例中小于10μm并且在一些实施例中小于6μm。在一些实施例中，p型区首先生长，接着是有源区和n型区。
金属p接触在p型区上形成。如果例如在倒装芯片设备中，大部分光通过与p接触相对的表面被引导出半导体结构，那么p接触可以是反射的。倒装芯片设备可以通过按照标准光刻操作对半导体结构图案化并且蚀刻半导体结构以便移除p型区的整个厚度的一部分和发光区的整个厚度的一部分以形成暴露其上形成金属n接触的n型区的表面的台面而形成。该台面以及p接触和n接触可以以任何适当的方式形成。形成该台面以及p接触和n接触对于本领域技术人员是公知的。
图3为附接到底座62的四个LED 60的简化截面图。LED 60可以通过p接触和n接触经由金柱栓凸起或者任何其他适当的连接机构连接到底座62。可以将诸如环氧树脂、硅树脂之类的底部填充材料或者任何其他适当的材料注入LED 60下方的、LED 60与底座62之间的任何空间。底座62和底部填料可以在诸如移除生长衬底之类的后面的处理步骤期间机械地支撑半导体结构。可以使用任何适当的底座。适当的底座的实例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电通孔的绝缘或半绝缘晶片，例如硅晶片或陶瓷晶片、金属结构或者任何其他适当的底座。在一些实施例中，在半导体结构上形成厚金属接合垫以便在诸如移除生长衬底之类的处理期间支撑半导体结构。可以在将LED 60附接到底座62之前或之后部分地或者全部地移除生长衬底，或者生长衬底可以保留为设备的部分。可以粗糙化、图案化或者纹理化通过移除生长衬底而暴露的半导体结构以便提高光提取。
在图4中，在LED 60和底座62上方设置波长转换层64。波长转换层64包括设置在透明材料66中的一种或多种波长转换材料65。波长转换材料65吸收LED 60发射的光并且发射不同波长的光。LED 60发射的未转换的光经常是从所述结构中提取的光的最终光谱的部分，尽管它不必是。常见结合的实例包括与黄色发射波长转换材料结合的蓝色发射LED，与绿色和红色发射波长转换材料结合的蓝色发射LED，与蓝色和黄色发射波长转换材料结合的UV发射LED，以及与蓝色、绿色和红色发射波长转换材料结合的UV发射LED。可以添加发射其他颜色的光的波长转换材料以便定制从所述结构发射的光的光谱。
波长转换材料65可以是常规的磷光体、有机磷光体、量子点、有机半导体、II-VI或III-V族半导体、II-VI或III-V族半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物或者发光的材料。可以使用任何适当的粉末磷光体，包括但不限于基于石榴石的磷光体，例如Y₃Al₅O₁₂:Ce (YAG)、Lu₃Al₅O₁₂:Ce (LuAG)、Y₃Al_5-xGa_xO₁₂:Ce (YAlGaG)、(Ba_1-xSr_x)SiO₃:Eu (BOSE)，以及基于氮化物的磷光体，例如(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu和(Ca,Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu。
透明材料66可以为例如硅树脂、环氧树脂、玻璃或者任何其他适当的材料。波长转换层64可以通过丝网印刷、喷涂、制版、成型、层压或者任何其他适当的技术形成。波长转换层64可以包括单一波长转换材料、波长转换材料的混合物或者形成为单独的层而不是混合在一起的多波长转换材料。发射不同颜色的光的波长转换材料可以设置在单独的区域中或者混合在一起。
波长转换层64的厚度取决于波长转换材料和沉积技术。波长转换区的厚度在一些实施例中可以为至少0.5μm，在一些实施例中为至少2μm，在一些实施例中为至少40μm，在一些实施例中不超过60μm，并且在一些实施例中不超过100μm。
在一个实例中，红色和绿色发射粉末磷光体与硅树脂混合。将该混合物浇铸成膜。选择磷光体材料和混合到硅树脂中的磷光体的量以便补充LED 60发射的蓝色光，使得混合的蓝色、绿色和红色光满足给定应用的规定。在LED 60和底座62上方层压装载磷光体的硅树脂膜。
波长转换层64的厚度的任何变化都可能不希望地改变从所述结构发射的混合光的光谱。因此，在一些实施例中，形成波长转换层64，使得厚度的任何变化最小，例如在一些实施例中小于20%，并且在一些实施例中小于10%。对于波长转换层64的任何损害也可能不希望地改变混合光的光谱。因此，在图5中，在波长转换层64上方形成保护层68。保护层68典型地是透明的。可以使用保护下面的波长转换层64的任何适当的材料，包括例如硅树脂和环氧树脂。保护层68可以通过任何适当的技术形成，包括但不限于喷涂、制版、成型、层压和旋铸。在一个实例中，在波长转换层64上方层压预形成的硅树脂保护膜68。保护膜68的厚度在一些实施例中可以为至少0.5μm，在一些实施例中为至少2μm，在一些实施例中不超过50μm，并且在一些实施例中不超过180μm。
在形成保护膜68之后，波长转换层64和保护膜68覆盖LED 60的侧面并且设置在相邻LED 60之间的区域70中。在一些实施例中，形成防止光从LED 60的侧面逃逸的结构。因此，在图6中，从相邻LED 60之间的区域70中移除波长转换层64和保护膜68。在一些实施例中，区域70中的材料可以经由通过波长转换层64和保护膜68锯切、停止于底座62上而移除。尽管图6图示出通过在LED 60之间的区域中锯切而移除波长转换层64的整个厚度，但是在一些实施例中，波长转换层64的部分和保护膜68通过锯切而移除，使得波长转换层64的部分在锯切之后保留在区域70中。锯切之后保留在LED 60之间的波长转换层64的部分可以在后面的处理步骤中移除，或者可以保留为最终结构的部分。区域70的宽度在一些实施例中可以为至少100μm，并且在一些实施例中不超过500μm。在一些实施例中，使用产生125μm与225μm之间宽度的切口的锯。区域70中的材料可以利用单次锯切或者利用多次切割而移除。在一些实施例中，从图2中所示的接合垫72移除波长转换层64和保护膜68，使得诸如丝焊之类的到外部结构的电连接可以在接合垫72上形成。在锯切（以及在一些实施例中移除锯切之后留下的波长转换材料的进一步处理）之后，波长转换层64和保护膜68仅仅保留在LED 60顶部上方。波长转换层64和保护膜68从LED 60的侧面以及从LED 60之间的区域70中被移除。
在图7中，在LED 60和底座62上方形成反射材料74。反射材料74填充相邻LED 60之间的区域70。反射材料74可以是例如诸如TiO₂或者氧化铝颗粒之类的设置在诸如硅树脂之类的透明或反射支撑基质中的反射颗粒。反射材料层74可以通过将反射颗粒和支撑基质的混合物挤压到区域70中而形成。如图7中所示，反射材料74可以设置在LED 60顶部上方的区域76中。
在图8中，使反射材料74变薄以便暴露LED 60上方的保护膜68的顶部78。保护膜68在反射材料74被移除的同时保护波长转换层64免于损坏。过量的反射材料74可以通过任何适当的技术移除，该技术包括例如蚀刻或者诸如微珠喷射和磨削之类的机械技术。在一些实施例中，过量的反射材料74通过微珠喷射而移除，并且保护膜68足够厚以便适应微珠喷射的移除变化而不损坏波长转换层64。
在一些实施例中，在移除过量的反射材料74之后，图8中所示的结构的顶面基本上是平坦的。该平坦顶面包括LED 60所在区域中的保护膜的顶面78以及LED 60之间的区域中的反射材料74的顶面。LED 60之间的区域70中的反射材料74防止光从LED 60的侧面、波长转换层64的侧面以及保护膜68的侧面逃逸，使得大部分光通过LED 60、波长转换层64和保护膜68的顶部被提取。在一些实施例中，反射材料74直接接触LED 60、波长转换层64和保护膜68的侧面，如图8中所示。
在一些实施例中，粗糙化、纹理化或者图案化保护膜68的顶面78以便改进光提取。该表面上的粗糙化、纹理化或者图案化可以通过移除过量的反射材料74的相同工艺形成，或者在一个或多个单独的处理步骤中形成。
图9、图10、图11和图12图示出对图4、图5、图6、图7和图8中所示的工艺的可能的修改。
在图9中，模具90置于所述结构上方，接着如上面参照图4所描述的在LED 60上方形成波长转换层64。模具90可以防止波长转换层64在接合垫72上方形成，或者可以降低在接合垫72上方形成的波长转换材料的厚度。模具90的部分94可以防止波长转换层64在邻近LED 60之间形成，或者可以降低在这些区域中形成的波长转换材料的厚度。模具90中的开口92置于LED 60上方。
在图10中，模具96置于所述结构上方，接着保护膜68如上面参照图5所描述的在该结构上方形成。模具96可以防止保护膜68在接合垫72上方形成，或者可以降低在接合垫72上方形成的保护材料的厚度。模具96中的开口98置于LED 60上方。
在各个不同的实施例中，图9和图10中所示的任一模具可以防止材料在接合垫72上方、在LED 60之间的区域上方形成或者这二者。不同的模具可以在不同的处理步骤期间使用，如图9和图10中所示，或者可以使用相同的模具。
在图11中，例如如上面参照图6所描述的通过锯切移除波长转换层64和保护膜68的部分。与图6形成对照的是，在图11中，只有结构边缘处的保护膜和波长转换层（即覆盖接合垫72的保护膜和波长转换层）被移除。LED 60之间的保护膜和波长转换层未被移除。锯切可以终止于接合垫72上，如图11中所示，使得一些波长转换材料100留在接合垫72与LED 60之间。在一些实施例中，锯切终止于波长转换层64的中途，使得一些波长转换材料保留在接合垫72上方。锯切之后保留在接合垫72上方的任何波长转换材料可以在后面的处理步骤中，例如在上面参照图8所描述的移除过量反射材料74的微珠喷射期间移除。
在图12中，在图11中所示的锯切之后，如上面参照图7所描述的，反射材料74在所述结构上方形成。反射材料74可以使用模具沉积，该模具可以防止反射材料在接合垫72上方形成，或者可以降低在接合垫72上方形成的反射材料的厚度。然后，如上面参照图8所描述的，移除覆盖LED 60上方的保护膜68顶部的过量反射材料，在一些实施例中形成平坦表面。通常，从接合垫72移除接合垫72上方的任何反射材料以便形成到接合垫72的电接触。可以在移除覆盖LED 60上方的保护膜68顶部的反射材料的同时，移除覆盖接合垫72的任何反射材料。
详细地描述了本发明之后，本领域技术人员应当理解，给定本公开，可以在不脱离本文所描述的发明构思的精神的情况下对本发明做出修改。因此，并不预期本发明的范围限于所图示和描述的特定实施例。