[发明专利]将光学材料施加到光学元件的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用，本申请是2008年1月15日提交的美国申请No.12/014404的部分延续，通过引用将其公开完整地结合到本文中。

技术领域

本发明涉及半导体器件的涂层。具体来说，本发明涉及将光学材料施加到光学元件。在具体实施例中，本发明涉及诸如将磷光体和/或其它颗粒的光学涂层施加到基于半导体的发光装置（例如基于发光二极管的装置），的光学元件。在又一些实施例中，本发明涉及采用磷光体和/或其它颗粒来喷涂光学元件。

背景技术

发光二极管（LED）是将电能转换成光的半导体器件。无机LED通常包括在两个相对掺杂层之间形成的半导体材料的有源层（active layer）。当偏压施加于有源区域时，空穴和/或电子被注入有源区域中。有源区域中的空穴和电子的重组产生能够从LED发射的光。有源区域可包括具有对应阻挡层的单和/或双异质结、量子阱或者多级量子阱结构，并且可包括其它层。装置的结构以及用以构成该装置的材料确定该装置所发射的光线的强度和波长。LED技术的新发展产生超越白炽和卤素光源的效率的高有效固态光源，从而相对于输入功率提供具有相等或更大亮度的光。

常规LED产生窄带宽、本质上单色的光。但是，期望使用固态光源来产生多色光、例如白光。从常规LED来产生白光的一种方式是组合来自不同LED的不同波长的光线。例如，能够通过组合来自红色、绿色和蓝色发光LED的光线或者组合来自蓝色和琥珀色LED的光线来产生白光。但是，这种方式要求使用多个LED来产生光线的单一颜色，这会潜在地增加总成本、尺寸、复杂度和/或这种装置所产生的热量。另外，光线的不同颜色也可从由不同材料系统所制作的不同类型的LED来产生。组合不同LED类型以形成白色灯会要求高成本的制作技术，并且会要求复杂的控制电路，因为各装置可具有不同的电气要求，和/或在各种操作条件下（例如随温度、电流或时间）可按不同方式来表现。

来自蓝色发光LED的光线通过采用黄色磷光体（例如掺铒钇铝石榴石（Ge:YAG））包围该LED被转换成白光。磷光材料吸收并且“下变换”LED所产生的蓝光的一部分。也就是说，磷光材料响应吸收蓝光而产生光线，例如黄光。因此，由LED所产生的蓝光的一部分转换成黄光。但是，来自LED的蓝光的一部分经过磷光体而未经改变。整个LED/磷光体结构发射蓝光和黄光两者，蓝光和黄光相结合以提供被感知为白光的光线。

通过将一定体积的含磷封装材料（例如环氧树脂或硅酮）分配在LED之上以覆盖LED，使得LED与磷光层相结合。但是，在这些方法中，会难以控制磷光层的几何形状和/或厚度。结果，以不同角度从LED所发射的光会经过不同量的转换材料，这会产生具有作为视角的函数的不均匀色温的LED。由于几何形状和厚度很难控制，所以也会难以以相同或相似发射特性来一致地再现LED。

用于涂敷LED的另一种常规方法是通过孔版印刷。在孔版印刷方式中，多个发光半导体器件以相邻LED之间的预期距离设置在衬底上。设置孔版，孔版具有与LED对齐的开口，其中孔略大于LED，并且孔版比LED要厚。孔版定位在衬底上，其中每个LED位于孔版的相应开口中。然后，将一成分（composition）沉积在孔版开口中，从而覆盖LED，其中典型成分是能够通过热或光来固化的硅酮聚合物中的磷光体。在填充孔之后，从衬底移开孔版，并且将孔版印刷成分固化为固态。

与上述体积分配方法相似，孔版印刷方法也会呈现控制含磷光体聚合物的几何形状和/或层厚度方面的困难。孔版印刷成分可能没有完全填充孔版开口，从而导致不均匀层。含磷光体成分还可能粘住孔版开口，这可能降低留在LED上的成分的量。这些问题会产生具有不均匀色温的LED以及难以以相同或相似发射特性来一致地再现的LED。

用于采用磷光体来涂敷LED的另一种常规方法利用电泳沉积（EPD）。转换材料颗粒悬浮在基于电解质的溶液中。多个LED浸入电解质溶液中。来自电源的一个电极耦合到LED，以及另一个电极设置在电解质溶液中。来自电源的偏压施加于电极，这引起电流通过溶液传递到LED。这创建电场，电场使转换材料被吸取到LED，从而以转换材料来覆盖LED。