專利名稱：包括在其中具有光學(xué)元件的柔性膜的半導(dǎo)體發(fā)光器件及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，更尤其涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的封裝和封裝方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管，廣泛地用于許多應(yīng)用。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，半導(dǎo)體發(fā)光器件包括具有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體發(fā)光元件，配置該一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層以一旦給其加電就發(fā)射相干和/或非相干光。還已知，一般封裝半導(dǎo)體發(fā)光元件以提供用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的外部電連接、熱沉、透鏡或波導(dǎo)、環(huán)境保護(hù)和/或其它功能。通過用穹形透明塑料殼至少部分地圍繞半導(dǎo)體發(fā)光器件，可至少部分地提供封裝。
例如，已知對于半導(dǎo)體發(fā)光器件提供兩件式(two-piece)封裝，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在例如氧化鋁、氮化鋁和/或其它材料的基板上，其包括其上的電跡線，以為半導(dǎo)體發(fā)光元件提供外部連接。第二基板，其例如可以是鍍銀的銅，例如利用膠合劑安裝在第一基板上，圍繞半導(dǎo)體發(fā)光元件。透鏡可放置在半導(dǎo)體發(fā)光元件上方的第二基板上。在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、在2003年5月27日提交的標(biāo)題為Power Surface Mount Light Emitting Die Package的Loh的申請序列號No.10/446,532中描述了如上所述的具有兩件式封裝的發(fā)光二極管，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。
常常希望將磷光體并入半導(dǎo)體發(fā)光器件中，以增強(qiáng)在特定頻帶中發(fā)射的輻射和/或?qū)⒅辽僖恍┹椛滢D(zhuǎn)換到另一頻帶?？衫迷S多常規(guī)技術(shù)將磷光體包括在半導(dǎo)體發(fā)光器件中。在一種技術(shù)中，將磷光體涂敷在塑料殼內(nèi)部和/或外部。在其它技術(shù)中，例如利用電泳沉積，將磷光體涂敷在半導(dǎo)體發(fā)光器件本身上。在另外的技術(shù)中，可將一滴材料例如在其中包含磷光體的環(huán)氧樹脂放置在塑料殼內(nèi)部、半導(dǎo)體發(fā)光器件上和/或該器件和殼之間。該技術(shù)可稱作為“圓頂封裝體(glob top)”。磷光體涂敷還可并入折射率匹配材料和/或可提供單獨(dú)的折射率匹配材料。例如，在美國專利6,252,254；6,069,440；5,858,278；5,813,753；5,277,840；和5,959,316中描述了采用磷光體涂敷的LED。
不幸地是，用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的封裝可能是昂貴的，且在一些情況下，比半導(dǎo)體發(fā)光元件本身更昂貴。而且，該裝配工藝也可能是昂貴的、耗時(shí)的和/或容易發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括具有面的基板、在該面上在其中包括光學(xué)元件的柔性膜、以及半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件在基板和柔性膜之間并且被配置用以通過光學(xué)元件發(fā)射光。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)，例如光凝膠，提供在光學(xué)元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間。在一些實(shí)施例中，該面在其中包括腔，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件在該腔中。柔性膜在該面上延伸超出腔，且光學(xué)元件疊置在腔上面。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)提供在腔中。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，可通過將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上以及將在其中包括光學(xué)元件的柔性膜附著到基板面上來裝配半導(dǎo)體發(fā)光器件，以便在操作中半導(dǎo)體發(fā)光元件通過光學(xué)元件發(fā)射光。光耦合介質(zhì)可放置在半導(dǎo)體發(fā)光元件和光耦合元件之間。
可根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例提供許多不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件包括(即包含)透鏡。在其它實(shí)施例中，光學(xué)元件包括棱鏡。在其它實(shí)施例中，柔性膜包括鄰近基板的第一面和遠(yuǎn)離基板的第二面，并且光學(xué)元件包括第一面上的第一光學(xué)元件和第二面上的第二光學(xué)元件，設(shè)置該兩者使得發(fā)光元件通過第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件發(fā)射光。在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件包括磷光體和/或其它光學(xué)發(fā)射增強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)換元件。在另外的實(shí)施例中，光學(xué)元件包括光散射元件。還可提供這些和/或其它光學(xué)元件的組合和子組合。而且，在這些實(shí)施例的任一個(gè)中，光耦合介質(zhì)可提供在光學(xué)元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，還可提供柔性膜的許多結(jié)構(gòu)。例如，在一些實(shí)施例中，疊置在腔上面的柔性膜的至少一部分對于光是透明的，并且在該面上延伸超出腔的柔性膜的至少一部分對于光是不透明的。在其它實(shí)施例中，疊置在腔上面的柔性膜的至少一部分包括第一材料，并且在該面上延伸超出腔的柔性膜的至少一部分包括第二材料。在另外的實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著腔中的柔性膜延伸并且接觸該柔性膜的線路，并且柔性膜包括在腔中的電連接至該線路的透明導(dǎo)體。還可提供柔性膜的這些和/或其它結(jié)構(gòu)的組合和子組合。
在其它實(shí)施例中，還提供附著元件，其被配置用以使柔性膜和基板彼此附著?？梢允褂迷S多常規(guī)的附著技術(shù)來提供附著元件。
可配置本發(fā)明的一些實(shí)施例以將磷光體并入半導(dǎo)體發(fā)光器件中。在一些實(shí)施例中，磷光體提供在透鏡和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上。在其它實(shí)施例中，透鏡包括鄰近半導(dǎo)體發(fā)光元件的凹形內(nèi)表面，并且磷光體包括在該凹形內(nèi)表面上的共形磷光層。在另外的實(shí)施例中，光學(xué)元件包括疊置在腔上面并且遠(yuǎn)離該腔突出的透鏡，柔性膜進(jìn)一步包括在透鏡和發(fā)光元件之間朝著腔突出的突出元件，并且在突出元件上提供共形的磷光體涂層。還可提供磷光體的這些和/或其它結(jié)構(gòu)的組合和子組合。而且，在這些實(shí)施例的任一個(gè)中，可在磷光體和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間提供光耦合介質(zhì)。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著柔性基板延伸的線路。在這些實(shí)施例的一些中，光學(xué)元件包括棱鏡，其被配置用以減小從半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射的光通過線路的遮蔽。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，可在半導(dǎo)體發(fā)光器件中并入多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件和/或光學(xué)元件。每個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件可被包括在其自身單獨(dú)的腔中，和/或多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件可被包括在單個(gè)腔中。而且，在一些實(shí)施例中，對于每個(gè)光學(xué)元件，可在柔性膜上包括相同的磷光體。在其它實(shí)施例中，可使用不同的磷光體。例如，可配置第一磷光層和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生紅光，可配置第二磷光層和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生藍(lán)光，以及可配置第三磷光層和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生綠光。還可提供這些和/或其它多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件和/或多個(gè)光學(xué)元件的組合和子組合。最后，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，可提供這些和/或其它光學(xué)元件、柔性膜、磷光體和/或多個(gè)元件的組合和子組合。


圖1是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法的分解截面圖。
圖2-12是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種不同的形式，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為受限于在此列出的實(shí)施例。更確切地說，提供這些實(shí)施例以便該公開將是徹底的和完整的，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在圖中，為了清楚起見，可放大各層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。在全文中類似的數(shù)字表示類似的元件。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件例如層、區(qū)域或基板被稱為在另一元件“上”時(shí)，其可以直接在另一元件上或者還可存在插入元件。應(yīng)當(dāng)理解，如果部分元件，例如表面，被稱為“內(nèi)部”，則其比元件的其它部分更遠(yuǎn)離器件的外部。此外，在此可使用相對術(shù)語例如“在……之下”或“疊置于……上面”，來描述如圖所示的一層或區(qū)域到另一層或區(qū)域相對于基板或基底層的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，這些術(shù)語旨在包含除了圖中描繪的定向之外的器件的不同定向。最后，術(shù)語“直接”意味著不存在插入元件。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列出的項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任一和所有組合。
應(yīng)當(dāng)理解，盡管在此可使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一區(qū)域、層和/或部分。因此，下面論述的第一區(qū)域、層或部分可被稱為第二區(qū)域、層或部分，并且在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下第二也是類似的。
圖1是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件及其裝配方法的分解截面圖。參考圖1，這些半導(dǎo)體發(fā)光器件100包括具有面110a的基板110、在面110a上在其中包括光學(xué)元件130的柔性膜120、以及在基板110和柔性膜120之間的并且被配置用以通過光學(xué)元件發(fā)射光160的半導(dǎo)體發(fā)光元件140。附著元件150可用于使柔性膜120和基板110彼此附著。
仍參考圖1，基板110可包括氧化鋁、氮化鋁、金屬和/或常規(guī)地用于將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝于其上的其它材料。在其它實(shí)施例中，基板110可以是固體金屬塊，如在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、Negley等人在2003年9月9日提交的、標(biāo)題為Solid Metal Block MountingSubstrates for Semiconductor Light Emitting Devices，andOxidizing Methods for Fabricating Same的共同未決的申請序列號No.10/659,108中所述的，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考?；?10的設(shè)計(jì)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的并且不需要在此進(jìn)一步描述。
半導(dǎo)體發(fā)光元件140可包括發(fā)光二極管、激光二極管和/或其它半導(dǎo)體器件，其包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其可包括硅、碳化硅、氮化鎵和/或其它半導(dǎo)體材料，基板，其可包括藍(lán)寶石、硅、碳化硅和/或其它微電子基板，以及一個(gè)或多個(gè)接觸層，其可包括金屬和/或其它導(dǎo)電層。在一些實(shí)施例中，可提供紫外線、藍(lán)色和/或綠色LED。半導(dǎo)體發(fā)光器件140的設(shè)計(jì)和制造對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的并且不需要在此詳細(xì)地描述。
例如，發(fā)光元件140可以是氮化鎵基LED或制造在碳化硅基板上的激光器，例如由North Carolina，Durham的Cree公司制造和出售的那些器件。本發(fā)明可適合與LED和/或激光器一起使用，如在美國專利No.6,201,262；6,187,606；6,120,600；5,912,477；5,739,554；5,631,190；5,604,135；5,523,589；5,416,342；5,393,993；5,338,944；5,210,051；5,027,168；5,027,168；4,966,862和/或4,918,497中所描述的，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。在2003年1月9日公布的標(biāo)題為Group III Nitride Based Light EmittingDiode Structures With a Quantum Well and Superlattice，GroupIII Nitride Based Quantum Well Structures and Group IIINitride Based Superlattice Structures的美國專利公開物No.US2003/0006418 A1、以及公布的標(biāo)題為Light Emitting DiodesIncluding Modifications for Light Extraction andManufacturing Methods Therefor的美國專利公開物No.US2002/0123164 A1中描述了其它適合的LED和/或激光器。此外，涂有磷光體的LED，例如在2003年9月9日提交的標(biāo)題為Phospher-CoatedLight Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls andFabrication Methods Therefor的美國申請序列號No.10/659,241中描述的那些，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考，也可適合用于本發(fā)明的實(shí)施例中。可配置LED和/或激光器以操作使得光發(fā)射通過基板。在這些實(shí)施例中，可圖案化基板以便增強(qiáng)器件的光輸出，如在例如以上引用的美國專利公開物No.US 2002/0123164 A1中所描述的。
仍參考圖1，柔性膜120可以提供可以由柔性材料例如常規(guī)室溫硬化(RTV)硅橡膠制成的蓋片?？墒褂闷渌柩跬榛?或柔性材料。通過由柔性材料制成，當(dāng)其在操作期間膨脹和收縮時(shí)，柔性膜120能適應(yīng)基板110。而且，柔性膜20可以通過簡單的低成本技術(shù)例如傳遞模塑、噴射模塑和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它常規(guī)技術(shù)制成。
如上所述，柔性膜120在其中包括光學(xué)元件130。光學(xué)元件可以包括透鏡、棱鏡、光學(xué)發(fā)射增強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)換元件，例如磷光體、光學(xué)散射元件和/或其它光學(xué)元件。如下面將詳細(xì)描述的，還可提供一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件130。而且，如圖1所示，在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)170，例如光耦合凝膠和/或其它系數(shù)匹配材料，可提供在光學(xué)元件130和半導(dǎo)體發(fā)光器件140之間。
仍參考圖1，附著元件150可以體現(xiàn)為粘接劑，其可放置在基板110的外圍周圍、柔性膜120的外圍周圍和/或其選擇部分處，例如在其拐角處。在其它實(shí)施例中，基板110可鑄造在柔性膜120周圍，以提供附著元件150。可使用其它常規(guī)的附著技術(shù)。
圖1還示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例裝配半導(dǎo)體發(fā)光器件100的方法。如圖1所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件140安裝在基板面110a上。例如利用附著元件150，將在其中包括光學(xué)元件130的柔性膜120附著到基板面110a，以便在操作中半導(dǎo)體發(fā)光元件通過光學(xué)元件130發(fā)射光160。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)170放置在半導(dǎo)體發(fā)光元件140和光學(xué)元件130之間。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖。在這些實(shí)施例中，基板面110a在其中包括腔110b。柔性膜120在面110a上延伸超出腔110b。光學(xué)元件130疊置于腔110b上，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件140位于腔110b中，并且被配置用以通過光學(xué)元件130發(fā)射光160。在圖2中，光學(xué)元件130包括凹透鏡。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)170提供在光學(xué)元件130和半導(dǎo)體發(fā)光元件140之間的腔110b中。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)170填充腔110b。
圖3是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖。如圖3所示，兩個(gè)光學(xué)元件130和330包括在柔性膜120中。第一光學(xué)元件130包括透鏡，第二光學(xué)元件330包括棱鏡。來自半導(dǎo)體發(fā)光元件140的光穿過棱鏡330并穿過透鏡130。還可提供光耦合介質(zhì)170。在一些實(shí)施例中，光耦合介質(zhì)170填充腔110b。光耦合介質(zhì)170可具有與棱鏡的折射率差的足夠差異，以便該棱鏡能減小遮蔽。如圖3所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著柔性膜120延伸的線路140a，并且配置棱鏡330以減小從半導(dǎo)體發(fā)光元件140發(fā)射的光通過線路140a的遮蔽。由此在減小的線路140a的遮蔽的情況下可提供更均勻的光發(fā)射。應(yīng)當(dāng)理解，在此以一般意義使用術(shù)語“線路”來包含用于半導(dǎo)體發(fā)光元件140的任何電連接。
圖4是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖。如圖4所示，磷光體410提供在透鏡130和半導(dǎo)體發(fā)光元件140之間的柔性膜120上。磷光體410可以包括摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAG)和/或其它常規(guī)的磷光體。在一些實(shí)施例中，磷光體包括摻雜銫的釔鋁石榴石(YAG:Ce)。在其它實(shí)施例中，可使用納米磷光體。磷光體對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的并且不需要在此進(jìn)一步描述。還可提供可填充腔110b的光耦合介質(zhì)170。
圖5示出了本發(fā)明的另外的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，透鏡130包括鄰近半導(dǎo)體發(fā)光元件140的凹形內(nèi)表面130a，并且磷光體410包括在凹形內(nèi)表面130a上的共形磷光層。還可提供可填充腔110b的光耦合介質(zhì)170。
圖6是其它實(shí)施例的截面圖。如圖6所示，疊置于腔110b上面的柔性膜120的至少一部分120d對光是透明的。而且，在面110a上延伸超出腔110b的柔性膜120的至少一部分120c對光是不透明的，如由柔性膜120的帶點(diǎn)部分120c所示。不透明區(qū)域120c可以減小或防止光射線跳動(dòng)，并且由此潛在地產(chǎn)生更希望的光圖案。還可提供可填充腔110b的光耦合介質(zhì)170。
圖7是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖，其中柔性膜120可由多種材料制備。如圖7所示，疊置于腔110b上面的柔性膜120的至少一部分120d包括第一材料，并且在面110a上延伸超出腔110b的柔性膜120的至少一部分120c包括第二材料。在一些實(shí)施例中兩種或多種材料可用在柔性膜120中，以對于發(fā)射光和不發(fā)射光的柔性膜120的部分提供不同特性。在其它實(shí)施例中為其它目的可使用多種材料。例如，不可彎曲和/或柔性塑料透鏡可附著到柔性膜上。例如，可利用常規(guī)的多種模塑技術(shù)制造具有多種材料的這種柔性膜120。在一些實(shí)施例中，可不充分地固化模塑的第一材料，以便提供附著到隨后模塑的第二材料的令人滿意的接合。在其它實(shí)施例中，對于光學(xué)元件和柔性膜可使用相同的材料，其中形成光學(xué)元件，然后圍繞光學(xué)元件形成柔性膜。還可提供可填充腔110b的光耦合介質(zhì)170。
圖8是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖。在這些實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光元件140包括線路140a，其朝著腔110b中的柔性膜120延伸并且接觸該柔性膜120。柔性膜120包括透明導(dǎo)體810，其可以包括氧化銦錫(ITO)和/或其它常規(guī)的透明導(dǎo)體。透明導(dǎo)體810在腔110b中延伸并且電連接至該線路。由此可提供減小的由接觸140導(dǎo)致的遮蔽。而且，可減小或除去至基板110的線接合和潛在發(fā)生的光扭曲。還可提供可填充腔110b的光耦合介質(zhì)170。
圖9是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖。如圖9所示，光學(xué)元件130包括疊置于腔110b上面并且遠(yuǎn)離腔110b突出的透鏡。柔性膜120進(jìn)一步包括在透鏡130和發(fā)光元件140之間朝著腔110b突出的突出元件930。如圖9所示，共形磷光層410提供在突出元件930上。通過在透鏡130的背面提供突出元件930，可移置該器件中的光耦合介質(zhì)170。圖9的配置由此可在離發(fā)光元件140所希望的距離處提供更均勻的磷光體涂層，以便提供更均勻的照明。光耦合介質(zhì)170可填充腔110b。
圖10和11示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例包括多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件和/或多個(gè)光學(xué)元件的半導(dǎo)體發(fā)光器件。例如，如圖10所示，光學(xué)元件130是第一光學(xué)元件，半導(dǎo)體發(fā)光元件140是第一半導(dǎo)體發(fā)光元件。柔性膜120在其中還包括與第一光學(xué)元件130間隔開的第二光學(xué)元件130′，并且該器件進(jìn)一步包括在基板110和柔性膜120之間的第二半導(dǎo)體發(fā)光元件140′，并且其被配置用以通過第二光學(xué)元件130′發(fā)射光。而且，還可提供第三光學(xué)元件130″和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件140″。光學(xué)元件130、130′和130″彼此可以是相同的和/或不同的，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件140、140′和140″彼此可以是相同和/或不同的。而且，在圖10的實(shí)施例中，腔110b是第一腔，并且第二和第三腔110b′、110b″分別被提供用于第二和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件140′、140″。腔110b、110b′和110b″彼此可以是相同的和/或可具有不同的結(jié)構(gòu)。還可提供可填充該腔或這些腔的光耦合介質(zhì)170。
還如圖10所示，磷光體410可以是第一磷光層，并且第二和/或第三磷光層410′和410″可分別提供在第二光學(xué)元件130′和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件140′之間、以及第三光學(xué)元件130″和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件140″之間的柔性膜120上。磷光層410、410′和410″可以是相同的，可以是不同的和/或可以被除去。尤其是，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，配置第一磷光層410和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件140以產(chǎn)生紅光，配置第二磷光層410′和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件140′以產(chǎn)生藍(lán)光，并且配置第三磷光層410″和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件140″以產(chǎn)生綠光。由此在一些實(shí)施例中可提供能發(fā)射白光的紅、綠、藍(lán)(RGB)發(fā)光元件。
圖11是本發(fā)明的其它實(shí)施例的截面圖。在這些實(shí)施例中，分別為第一、第二和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件140、140′和140″提供單個(gè)腔1100。還可提供可填充腔1100的光耦合介質(zhì)170。
圖12是本發(fā)明的另外的實(shí)施例的截面圖。在圖12中，光學(xué)元件1230包括具有散布在其中的磷光體的透鏡。例如，在Negley等人于2003年9月9日提交的、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、標(biāo)題為Transmissive Optical Elements Including Transparent PlasticShell Having a Phosphor Dispersed Therein，and Methods ofFabricating Same的申請序列號No.10/659,240中描述了包括散布在其中的磷光體的透鏡，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。還可提供可填充腔ll0b的光耦合介質(zhì)170。
在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，光學(xué)散射元件可嵌入透鏡中，如圖12中所示，和/或被提供為分離層，如例如圖9中所示，加上或代替磷光體。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖?；?10附著到常規(guī)封裝1310。還可提供光耦合介質(zhì)170。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，已結(jié)合圖1-13單獨(dú)地描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。然而，可根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例提供圖1-13的實(shí)施例的組合和子組合。
現(xiàn)在將提供本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的另外論述。尤其是，在一些實(shí)施例中，以上描述的柔性膜120可由柔性材料例如RTV、由GE出售的GE RTV 615、由Thermoset/Lord公司出售的UR 234、和/或其它常規(guī)的柔性材料制成，并且在一些實(shí)施例中可以是厚度在約25μm和約500μm之間。柔性膜120結(jié)合一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件130以實(shí)現(xiàn)所希望的光學(xué)設(shè)計(jì)。由于由柔性材料制成，因此當(dāng)其膨脹和收縮時(shí)，柔性膜120能適應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)光器件。而且，在一些實(shí)施例中，柔性膜可以通過簡單的低成本技術(shù)例如傳遞模塑、噴射模塑和/或其它技術(shù)制造，并且在柔性膜片的任一側(cè)上可包括多個(gè)光學(xué)元件和/或其它特征。這允許復(fù)雜的光學(xué)元件“單一”放置在可以包括多個(gè)LED發(fā)射體的封裝(或封裝的基板)上。
常規(guī)地，LED封裝使用由剛性塑料或玻璃模塑的透鏡?；蛘呤褂糜裁芊鈩﹣矸庋b芯片并形成光學(xué)元件，或者將透鏡施加在光耦合介質(zhì)上，例如光學(xué)凝膠，如Nye光學(xué)凝膠。通過光學(xué)退化和LED芯片、尤其是功率LED芯片上的高應(yīng)力會破壞硬密封劑，并且光耦合介質(zhì)還會潛在地產(chǎn)生問題，因?yàn)樵撃z可能會暴露在部分表面上，其由于凝膠的粘性可能會引起俘獲暴露材料上的灰塵/碎屑。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的柔性膜120可以是利用光耦合介質(zhì)170的封裝的端接表面，并且還包括光學(xué)元件130，例如一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡。當(dāng)使用在其中具有多個(gè)LED的封裝時(shí)，放置一個(gè)單元(具有多個(gè)光學(xué)元件的柔性膜)的能力可以潛在地提供好處。代替為每個(gè)LED放置透鏡，可以提供柔性膜130的單一放置。
其它特征可以并入柔性膜130中。例如，在光學(xué)透鏡的相對側(cè)上，可并入包括磷光體和/或光耦合介質(zhì)170的填充區(qū)域，以給出用于產(chǎn)生白光的透鏡上涂料(paint-on lens)的特征。在Michael Leung于2003年9月18日提交的、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、標(biāo)題為MoldedChip Fabrication Method and Apparatus的申請序列號No.10/666,399中描述了用于產(chǎn)生白光的透鏡上涂料，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。
通過提供例如在圖9中描述的突出，本發(fā)明的一些實(shí)施例可以減小或最小化光耦合介質(zhì)170的體積。通過減小光耦合介質(zhì)170的量，可提供更均勻的光發(fā)射。由此，本發(fā)明的這些和/或其它實(shí)施例可以減小或除去從發(fā)光器件輸出的光的與角相關(guān)的輻射圖案，例如相關(guān)色溫(CCT)的角相關(guān)性。由此，在一些實(shí)施例中，來自器件的所有表面的光強(qiáng)度和x、y色度值/坐標(biāo)可以保持相對恒定。當(dāng)用于照明應(yīng)用，例如在不希望聚光燈效應(yīng)的房間中時(shí)，這可以是有利的。
在附圖和說明書中，已公開了本發(fā)明的實(shí)施例，并且盡管采用了特定術(shù)語，但它們僅以一般的和描述性的意義使用并且不用于限制的目的，本發(fā)明的范圍列在下面的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括具有面的基板；在該面上在其中包括光學(xué)元件的柔性膜；以及半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件在基板和柔性膜之間并且被配置用以通過光學(xué)元件發(fā)射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該面在其中包括腔，其中柔性膜在該面上延伸超出腔，其中光學(xué)元件疊置于腔上面，并且其中半導(dǎo)體發(fā)光元件在腔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件包括透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件包括棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著柔性基板延伸的線路，并且其中配置棱鏡用以減小從半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射的光的通過該線路的遮蔽。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，進(jìn)一步包括在透鏡和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的磷光體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中透鏡包括鄰近半導(dǎo)體發(fā)光元件的凹形內(nèi)表面，并且其中磷光體包括在凹形內(nèi)表面上的共形磷光層。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中疊置于腔上面的柔性膜的至少一部分對于光是透明的，并且其中在該面上延伸超出腔的柔性膜的至少一部分對于光是不透明的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中疊置于腔上面的柔性膜的至少一部分包括第一材料，并且其中在該面上延伸超出腔的柔性膜的至少一部分包括第二材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著腔中的柔性膜延伸并且接觸該柔性膜的線路，并且其中柔性膜包括在腔中的電連接至該線路的透明導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中光學(xué)元件包括疊置在腔上面并且遠(yuǎn)離該腔突出的透鏡，柔性膜進(jìn)一步包括在透鏡和發(fā)光元件之間朝著腔突出的突出元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，進(jìn)一步包括在突出元件上的共形磷光層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中柔性膜包括鄰近基板的第一面和遠(yuǎn)離基板的第二面，并且其中光學(xué)元件包括第一面上的第一光學(xué)元件和第二面上的第二光學(xué)元件，設(shè)置該兩者使得發(fā)光元件通過第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件發(fā)射光。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括附著元件，其被配置用以使柔性膜和基板彼此附著。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件是第一光學(xué)元件，且半導(dǎo)體發(fā)光元件是第一半導(dǎo)體發(fā)光元件，柔性膜在其中包括與第一光學(xué)元件間隔開的第二光學(xué)元件，該器件進(jìn)一步包括在基板和柔性膜之間并且被配置用以通過第二光學(xué)元件發(fā)射光的第二半導(dǎo)體發(fā)光元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中該面在其中包括第一和第二腔，其中柔性膜在該面上延伸超出第一和第二腔，其中第一光學(xué)元件疊置于第一腔上面，其中第一半導(dǎo)體發(fā)光元件位于第一腔中，其中第二光學(xué)元件疊置于第二腔上面，以及其中第二半導(dǎo)體發(fā)光元件位于第二腔中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的器件，進(jìn)一步包括在第一光學(xué)元件和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第一磷光層，和在第二光學(xué)元件和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第二磷光層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的器件，其中第一和第二磷光層包括不同的磷光體。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中該面在其中包括腔，其中柔性膜在該面上延伸超出腔，其中第一光學(xué)元件疊置于腔上面，其中第一半導(dǎo)體發(fā)光元件位于腔中，其中第二光學(xué)元件疊置于腔上面，以及其中第二半導(dǎo)體發(fā)光元件位于腔中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，進(jìn)一步包括在第一光學(xué)元件和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第一磷光層，和在第二光學(xué)元件和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第二磷光層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的器件，其中第一和第二磷光層包括不同的磷光體。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件包括發(fā)光二極管。
23.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中柔性膜在其中包括與第一和第二光學(xué)元件間隔開的第三光學(xué)元件，該器件進(jìn)一步包括第三半導(dǎo)體發(fā)光元件，其在基板和柔性膜之間并且被配置用以通過第三光學(xué)元件發(fā)射光。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的器件，進(jìn)一步包括在第一光學(xué)元件和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第一磷光層、在第二光學(xué)元件和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第二磷光層、以及在第三光學(xué)元件和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性膜上的第三磷光層。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的器件，其中配置第一磷光層和第一半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生紅光，配置第二磷光層和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生藍(lán)光，以及配置第三磷光層和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件以產(chǎn)生綠光。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件包括磷光體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中光學(xué)元件包括具有散布在其中的磷光體的透鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件包括光學(xué)發(fā)射增強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)換元件。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中光學(xué)元件包括光散射元件。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括在光學(xué)元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的光耦合介質(zhì)。
31.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，進(jìn)一步包括在光學(xué)元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的腔中的光耦合介質(zhì)。
32.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，進(jìn)一步包括在磷光體和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的光耦合介質(zhì)。
33.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，進(jìn)一步包括在突出元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的光耦合介質(zhì)。
34.根據(jù)權(quán)利要求12的器件，進(jìn)一步包括在共形磷光層和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的光耦合介質(zhì)。
35.一種裝配半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上；以及將在其中包括光學(xué)元件的柔性膜附著到該基板面上，以便在操作中該半導(dǎo)體發(fā)光元件通過該光學(xué)元件發(fā)射光。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中該面在其中包括腔；其中將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上包括將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在腔中；以及其中附著柔性膜包括將在其中包括光學(xué)元件的柔性膜附著到基板面上，以便柔性膜在該面上延伸超出腔，并且光學(xué)元件疊置于腔上面。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中光學(xué)元件包括透鏡、棱鏡、磷光體、光學(xué)發(fā)射增強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)換元件和/或光散射元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在附著柔性膜之前鄰近光學(xué)元件在柔性膜上形成磷光層。
39.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在附著柔性膜之前形成光學(xué)元件；以及圍繞該光學(xué)元件形成柔性膜。
40.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在附著柔性膜之前由第一材料形成光學(xué)元件；以及由附著到第一材料的第二材料形成柔性膜。
41.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在附著柔性膜之前在柔性膜上形成透明導(dǎo)體。
42.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在基板面上安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件包括將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上；以及其中附著柔性膜包括將包括多個(gè)光學(xué)元件的柔性膜附著到基板面上，以便在操作中相應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件通過相應(yīng)的光學(xué)元件發(fā)射光。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上包括將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面中的相應(yīng)多個(gè)腔中。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面上包括將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在基板面中的單個(gè)腔中。
45.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中在安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件和附著柔性膜之間執(zhí)行下述將光耦合介質(zhì)放置在半導(dǎo)體發(fā)光元件和光學(xué)元件之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中在安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件和附著柔性膜之間執(zhí)行下述將光耦合介質(zhì)放置在腔中。
全文摘要
半導(dǎo)體發(fā)光器件包括具有面的基板、在該面上在其中包括光學(xué)元件的柔性膜、以及半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件在基板和柔性膜之間并且被配置用以通過光學(xué)元件發(fā)射光。該面可以在其中包括腔，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件可以在腔中。柔性膜在該面上延伸超出腔，且光學(xué)元件疊置在腔上面。
文檔編號H01L33/50GK1938872SQ200580010101
公開日2007年3月28日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者G·H·內(nèi)格利 申請人:克里公司