藍(lán)光led上的含透明粒子的磷光體層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磷光體層，例如泄漏受控量的一次光并產(chǎn)生總體白光發(fā)射的磷光體 層，并且具體來說涉及用于控制一次光泄漏穿過所述磷光體層的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，通過施加釔鋁石榴石（YAG)磷光體層于藍(lán)光發(fā)光二極管（LED)裸片上來 提供白光源。YAG磷光體當(dāng)由藍(lán)光激發(fā)時(shí)發(fā)射黃-綠光，并且泄漏穿過磷光體層的藍(lán)光與 黃-綠光組合產(chǎn)生白光。許多其它顏色可以此方式形成，并且本發(fā)明不限于YAG磷光體或 LED的使用。
[0003] 圖1圖解說明發(fā)射藍(lán)光的常規(guī)基于GaN的LED裸片10。裸片10可為倒裝芯片裸 片（兩個(gè)電極都在底部上）、垂直裸片（一個(gè)電極在頂部上且另一電極在底部上）、橫向裸 片（兩個(gè)電極都在頂部上）或其它類型LED裸片。LED半導(dǎo)體層包含N-型層12、有源層 14(形成量子阱）和P-型層16。在此實(shí)例中，有源層14發(fā)射藍(lán)光，例如光線18-21。這些 層是在生長(zhǎng)襯底（未顯示）的表面上外延生長(zhǎng)，其可視裸片的類型保留或移除。
[0004] 在裸片10的頂部上沉積磷光體層24。磷光體層24可由單一磷光體或不同磷光 體的組合形成，且可為單一層或多層。磷光體層24通常是由粘結(jié)劑（例如，硅酮）中的磷 光體粉末形成，或可為磷光體的經(jīng)燒結(jié)塊。如果磷光體層24在沉積時(shí)呈液體形式，那么其 對(duì)于寬面積應(yīng)用來說可噴霧，或?qū)τ诼闫g應(yīng)用來說使用中空針沉積。必須小心控制磷光 體層24的密度和厚度，因?yàn)樯赡繕?biāo)顏色需要磷光體光與藍(lán)色泄漏光的精確百分比。實(shí)際 上，由于工藝無法一致地實(shí)現(xiàn)所需要量的藍(lán)光泄漏，因此所得顏色是可變的。磷光體層的不 均勻性還由于藍(lán)光泄漏的變化而使輸出顏色的變化增加。此外，甚至來自同一晶片的不同 LED也具有略微不同的峰值波長(zhǎng)和通量，此改變磷光體層24所需要的泄漏性質(zhì)。
[0005] 在圖1中，層24中的磷光體粒子26A到26D顯示由有源層14發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)且 波長(zhǎng)位移光。磷光體粒子所發(fā)射的光一般是各向同性的，并且特定方向的光線發(fā)射明顯。
[0006] 顯示光線18激發(fā)粒子26A，且二次光發(fā)射離開磷光體層24的頂部表面。光線19 泄漏穿過磷光體層24。顯示光線20激發(fā)粒子26B，且二次光發(fā)射反向散射至半導(dǎo)體層中且 被部分地吸收，直到其以某種方式（例如通過底部反射電極）往回反射朝向頂部表面。顯 示光線21激發(fā)粒子26C，并且二次光發(fā)射通過另一粒子26D反向散射返回到半導(dǎo)體層中以 部分地吸收。
[0007] 任何重定向往回朝向半導(dǎo)體層的二次光降低磷光體-轉(zhuǎn)換LED(pcLED)的總體效 率。光抽取效率涉及逃離LED裸片10的所生成光子的百分比。設(shè)計(jì)LED裸片的一個(gè)目標(biāo) 是最小化光吸收，以便增加光抽取效率。
[0008] 圖2圖解說明沉積于透明支撐襯底30(其可為平板或透鏡）上的相同磷光體層 24,且磷光體層24遠(yuǎn)離LED裸片10。在此上下文中，術(shù)語"遠(yuǎn)離"是指磷光體層24與半導(dǎo) 體層通過一些材料或空氣隔開。光線32與33顯示由裸片10發(fā)射。參照?qǐng)D1所述的相同 問題適用于圖2。
[0009] 因此，如參見圖1和2看出，反向散射造成效率降低，并且磷光體密度與磷光體層 24厚度（影響藍(lán)光泄漏）的公差使得無法嚴(yán)格控制所得顏色。
[0010] 業(yè)內(nèi)需要一種方式來改進(jìn)PCLED的顏色控制并改進(jìn)所述pcLED的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，將磷光體粉末連同透明珠粒以一定比例于透明粘結(jié)劑中混合。 珠粒的折射率應(yīng)接近或小于粘結(jié)劑的折射率以最小化反射。具有可選擇折射率的適宜粘結(jié) 劑市面有售。透明珠?？蔀椴ＡЩ蚩山?jīng)摻雜以具有可選擇折射率。珠粒的直徑經(jīng)選擇以大 于磷光體層的預(yù)期厚度。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，將混合物沉積為支撐于單一襯底上的LED陣列上的層以形成光 薄片?？蓪?shù)百萬的微觀LED裸片散布于襯底上以制成用于一般照明目的的大面積白光 源。在一個(gè)實(shí)施例中，將混合物印刷于陣列上?？墒褂酶鞣N印刷技術(shù)，例如柔性版印刷、絲 網(wǎng)印刷、凹版印刷等。在一個(gè)實(shí)施例中，使用相同技術(shù)印刷LED裸片與磷光體混合物以最大 化效率。將LED裸片如油墨一樣印刷使得LED裸片能夠大體均勻地分布為單層。
[0013] 在另一實(shí)施例中，將磷光體混合物噴霧于LED裸片陣列上。
[0014] 由于珠粒具有大于層厚度的可控制直徑，透明路徑將實(shí)質(zhì)上均勻地散布于磷光體 層表面上?？蓪⑷?rùn)濕劑添加到混合物以通過毛細(xì)管作用使得粘結(jié)劑/磷光體去潤(rùn)濕而離 開珠粒的頂部，以便珠粒頂部上有少量或無磷光體。
[0015] 混合物中所含珠粒的數(shù)量（直接對(duì)應(yīng)于每單位面積的磷光體層預(yù)定透明面積）直 接控制泄漏穿過磷光體層的一次光的量，因此泄漏光的量并不僅依賴于磷光體粒子的密度 和磷光體層的厚度。珠粒的數(shù)量取決于混合物中的珠粒的重量百分比。磷光體層可制做地 極薄且致密，以便幾乎所有泄漏光均由混合物中的珠粒的數(shù)量（假設(shè)混合物中的珠粒大體 均質(zhì)分布）嚴(yán)格控制。因此，磷光體層的密度、厚度和均勻性的工藝變化將對(duì)pcLED的總體 顏色發(fā)射具有極小或無影響。
[0016] 可基于所需磷光體層的厚度選擇珠粒的直徑。一般來說，期望較小珠粒，以便其較 密集地分布于LED上以產(chǎn)生更均勻發(fā)射。
[0017] 磷光體層還可用于個(gè)別LED裸片上，例如于反射杯中的LED裸片上。
[0018] 可將磷光體層直接沉積于LED上或中間材料上（包含透鏡）。
[0019] 磷光體層還可預(yù)成形為剛性或柔性塊或薄片，其粘附到LED頂部或LED的陣列上。
[0020] 在另一實(shí)施例中，將含有磷光體但無珠粒的混合物沉積于具有替代珠粒的凸塊的 透明襯底薄片上。磷光體混合物可具有去潤(rùn)濕劑（其自身可具有粘結(jié)劑的特性）來防止磷 光體殘留于凸塊的頂部上。當(dāng)將薄片層壓于LED陣列上時(shí)，來自LED的一次光穿過薄片和 凸塊。凸塊之間的磷光體層可將所有剩余一次光轉(zhuǎn)換為較長(zhǎng)波長(zhǎng)或允許一定百分比的一次 光穿過。凸塊直徑和圖案可用以精確地控制穿過薄片的一次光的量并允許精確控制穿過薄 片的一次光的分布。
[0021] 本發(fā)明還描述其它實(shí)施例。
【附圖說明】
[0022] 圖1是具有形成于其上的常規(guī)磷光體層的常規(guī)LED裸片的一部分的剖視圖，其中 總體光發(fā)射是LED-次泄漏光與磷光體二次光的組合。
[0023] 圖2是常規(guī)LED與常規(guī)遠(yuǎn)程磷光體層的剖視圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有磷光體層的LED的剖視圖。
[0025] 圖4圖解說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例磷光體層可如何預(yù)成形并粘附于LED上。
[0026] 圖5是支撐于單一襯底上的大LED裸片陣列的一部分的俯視圖，其中磷光體層沉 積于整個(gè)陣列上作為單一層。
[0027]圖6是具有橫跨其表面排列的實(shí)質(zhì)上半球形凸塊的透明襯底的剖視圖，所述凸塊 替代在圖3的實(shí)施例中的透明珠粒。
[0028] 圖7圖解說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例如何將磷光體混合物沉積于圖6的襯底 上，以便凸塊的頂部突出穿過磷光體混合物以使來自光源（例如LED或LED陣列）的一次 光通過。
[0029] 圖8圖解說明在一側(cè)上支撐LED裸片且在相對(duì)側(cè)上支撐磷光體層的單一支撐襯 底。
[0030] 圖9圖解說明用于形成光薄片的經(jīng)簡(jiǎn)化卷到卷工藝。
[0031] 相同或相似元件用相同編號(hào)標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 圖3圖解說明支撐表面40,本發(fā)明的磷光體層42沉積于其上。支撐表面40可為 LED裸片的頂部半導(dǎo)體層（例如在圖1中的N-型層16)，或可為L(zhǎng)ED晶片在單?；暗?頂部表面，或可為用于遠(yuǎn)程磷光體應(yīng)用的透明襯底，或可為支撐于另一襯底上的LED裸片 的陣列的頂部表面，或可為透鏡的表面等。特定光源對(duì)本發(fā)明來說并不重要。如果光源是 LED裸片，那么所述LED裸片可為任何類型的裸片（倒裝、垂直、橫向等）并發(fā)射任何適宜原 色，例如藍(lán)色、綠色等。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生陶瓷磷光體粒子（粉末）、透明粘結(jié)劑44和大體上球形透 明玻璃珠粒46A/46B(通稱為珠粒46)的粘性混合物，以便材料實(shí)質(zhì)上均勾分布于混合物 中。為簡(jiǎn)單起見，在圖3中僅顯示兩個(gè)磷光體粒子48A和48B，并且磷光體粒子將通稱為粒 子48。固化混合物形成磷光體層42。
[0034] 在圖3的實(shí)