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TWI577053B - 製造光轉換物質層之方法、其組成物及包括該光轉換物質層之組件 - Google Patents

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TWI577053B
TWI577053B TW100145235A TW100145235A TWI577053B TW I577053 B TWI577053 B TW I577053B TW 100145235 A TW100145235 A TW 100145235A TW 100145235 A TW100145235 A TW 100145235A TW I577053 B TWI577053 B TW I577053B
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克里斯汀 彼得森
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歐司朗光電半導體公司
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Description

製造光轉換物質層之方法、其組成物及包括該光轉換物質層之組件
本發明係有關於一種製造光轉換物質層之方法，使用組成物於該方法中及包括該光轉換物質層之組件。
在發射輻射組件中，為了藉由輻射來源部分地轉換發射輻射成為具有改變波長的輻射，通常使用光轉換物質。在發射輻射組件中，通常係期望有發射輻射之均勻的色彩印象及高效率，而引進光轉換物質至組件中的原因係授予一個特別重要的意義。
因此，本發明欲達成之目的係提供一種製造具有改善特性之光轉換物質層之方法。
另一目的係指定一種用於此種方法中之組成物，及一種包括具有改善特性之此種光轉換物質層之組件。
根據本發明之至少一個具體實施例，藉由該方法、該組成物及該組件達到這些目的之至少一個。
明確說明一種製造光轉換物質層於基板上之方法，該基板具有在操作期間發射初級輻射之半導體元件，該方法包括下述方法步驟：(a)提供該基板(1)；(b)提供一種包括光轉換物質、基質材料及溶劑之組成物；(c)鋪設該組成物於基板上；(d)移除至少部分該溶劑，以便形成該光轉換物質層於該基板上。
以任何期望之順序或者同時的方式，可特別實行方法步驟(a)及(b)。若適當，可同時但通常係連續地影響方法步驟(c)及(d)，在操作期間發射初級輻射之半導體元件係也在此定名為“半導體元件”。
藉由沉澱(也就是，沉積)光轉換物質，至少可部分地形成該光轉換物質層。為此目的，在鋪設該組成物與實際移除溶劑之間可經過一些時間。也可實行方法步驟(d)中之該溶劑移除和/或方法步驟(c)中之該組成物添加，使得在此期間可至少部分地沉澱該光轉換物質。該光轉換物質可沉澱在存在的溶劑及基質材料中，即使已經存在有比溶劑多之基質材料。
當在方法步驟(c)中鋪設該組成物時和/或當在方法步驟(d)中形成該光轉換物質層時，可能避免湍流(turbulent flow)，作為形成可改善基板上的均勻性之光轉換物質層之結果。相較於常見的無溶劑的組成物則藉由有溶劑的組成物較易促進上述結果。因此，藉由舉例之方式，為了應用目的可省略加熱該組成物至超過周圍溫度，例如上述25℃，因此簡化該方法。
藉由製造透過層與基板或基板部分的顯微照片可評估均勻性，例如，以橫截面，且之後使用顯微鏡或掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)分析。因此可能測定，例如，該光轉換物質層沉積之程度及梯度，磷物質層之密度及密度梯度。
在方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層，其可具有良好的附著力，特別係在基板上或供其直接製造的層上，此結果既不需要黏合劑，也不需要黏合層。結果，可排除鋪設黏合劑之工作步驟以及，當然，可排除黏合劑本身。有利地，藉此也改善具有該光轉換物質層的發射輻射組件之發射特徵及色彩均質性，因為，與常見的組成相比，透明黏合層能無意地作用為光波導，未經轉換的初級輻射可透過該光波導被耦合輸出。
在操作期間，該半導體元件發射具有第一波長的初級輻射，其中該第一波長指明初級輻射之光譜。該光轉換物質將初級輻射至少部分地轉換成為具有第二且較長波長之二級輻射。該第二波長指明二級輻射之光譜。
根據本發明，該半導體材料的選擇不受限制。尤其，在可見光光譜範圍(420至780 nm波長)或紫外光範圍(200至420 nm波長)中可能使用發射初級輻射之半導體材料。
根據本發明，該光轉換物質的選擇不受限制。此種光轉換物質及光轉換物質混合物之實例為：
-例如，在德國專利10036940中所揭露之氯矽酸鹽，及先前領域其中所述者；
-例如，在WO 2000/33390中所揭露之正矽酸鹽、硫化物、硫基金屬及釩酸鹽類，及先前領域其中所述者；
-例如，在美國專利6616862中所揭露之鋁酸鹽、氧化物、鹵磷酸鹽，及先前領域其中所述者；
-例如，在德國專利10147040中所揭露之氮化物、錫永(sion)、賽龍(sialon)，及先前領域其中所述者；以及
-例如，在美國專利2004-062699中所揭露之稀土之石榴石如釔鋁石榴石：鈰(YAG:Ce)，及先前領域其中所述者。
該光轉換物質也可以係不同的光轉換物質之組合。本文之光轉換物質可係為顆粒，其可具有，例如，球形、血小板形、多面體、無定形、任何其他定義形式和/或這些形式的組合之形式。這些顆粒至少部分由光轉換物質組成。在此方面，所揭露參考文獻內容特此併入本說明書以資參考。
可形成特別均勻的光轉換物質層在基板上和在初級輻射之光束路徑中。因此可能全面地改善發射及組件發射輻射之色彩印象之均勻性。在此方面，“輻射”理解為在操作期間的全部發射輻射之疊加，也就係說例如初級輻射和二級輻射之疊加。在CIE圖表中，該發射輻射可具有任何色彩印象，例如白色色彩印象。
根據另一具體實施例，可連續多次地實行方法步驟(c)及(d)。也可連續多次地實行方法步驟(b)、(c)及(d)，例如，其中也可使用包括不同的光轉換物質之不同的組成物。因此可能特別精細地設定該發射輻射之色彩印象。
根據另一具體實施例，在方法步驟(c)中，鋪設該組成物至基板的凹處。該半導體元件可特別地排列在凹處和/或形成底部的形成。
根據另一具體實施例，在方法步驟(c)中所鋪設之該組成物具有彎月面。例如藉由具有凹處之側壁的組成物之相互作用(例如，附著力影響)可形成該彎月面。因此，所形成之該光轉換物質層也可具有略凹的邊緣。例如基於透過該基板與光轉換物質層的顯微照片及藉由顯微鏡表示之後續評估可證實上述結果。
如果光轉換物質層具有非常高的密度，則偶爾可能僅微弱形成該彎月面。也可設想到證明沒有彎月面之具體實施例，例如，如果該光轉換物質層包括僅有很少的基質材料。
根據另一具體實施例，在方法步驟(c)中，直接鋪設該組成物至半導體元件上。
在此應用中，排列或鋪設第一層、第一區域或第一裝置在第二層、第二區域或第二裝置“上”的事實可意味著在此情況下，於直接的機械和/或電氣接觸中，直接排列或鋪設第一層、第一區域或第一裝置在第二層、第二區域或第二裝置或與另外兩個層、區域或裝置上。此外，也可指定一個間接接觸，其中在該第一層、第一區域或第一裝置與第二層、第二區域或第二裝置或另外兩個層、區域或裝置之間排列另外的層、區域和/或裝置。
因此，也可直接形成該光轉換物質層在半導體元件上。在此情況下，在半導體元件之表面上該光轉換物質層特別具有良好的附著力，以至於可省掉黏合劑之使用。在一個正鎖定(positively locking)的方式和/或在力鎖定(force locking)的方式和/或材料鍵結(material bonded)的方式中，可連接該光轉換物質層至半導體元件，其特別受到基質材料的影響。該光轉換物質層可均勻覆蓋半導體元件之暴露面積，作為得到已經描述的優點之結果。
由於半導體元件之暴露面積覆蓋有比先前技術更均勻的光轉換物質，所以初級輻射中有不適當轉換之位置或面積的情形得以被尺寸減少或完全避免。因此，相較於常見的組件，例如，以黏合層排列光轉換物質元件在半導體元件上，可更均勻地發射輻射。相較之下，此種黏合層可充當光波導並耦合輸出輻射。然而，之後僅有不適當地或根本沒有轉換後者的情形，作為產生該發射輻射之不均勻的色彩印象之結果(所謂的藍色管道)。
如果直接形成光轉換物質層在半導體元件上，可經由半導體元件釋放輻射轉換所產生的熱量，且消散的效果更優於黏合層位於半導體元件和光轉換物質元件間之常見的排列情況下。結果，可改善該光轉換物質之轉換效率，因為後者通常在低溫中比在高溫中具有更高效率。例如，在較高電流中因此可操作半導體元件。
根據另一具體實施例，該半導體元件在方法步驟(a)中所提供之基板中，在其側向面積具有反射材料。結果，僅可暴露半導體元件之主要面積，使得製造方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層僅有在該主要面積上。因此，初級輻射係唯一或至少主要地透過該半導體元件之主要面積發射，其可導致再次改善色彩恆常性和更均勻的發射。
藉由舉例之方式，可使用二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、玻璃、二氧化矽顆粒及這些材料之組合作為反射材料。可直接或例如在玻璃或聚合物材料之基質中排列這些材料。
藉由舉例之方式，可在已經說明的該基板之凹處中排列半導體元件，且以反射材料可製造包括半導體元件之主要面積之平面面積。結果，該光轉換物質層可形成有改善的均勻性。
根據另一具體實施例，在方法步驟(a)中所提供之該基板具有凹處，該凹處之側向邊界形成包括光阻或由光阻組成的結構。在方法步驟(c)中，可將組成物鋪設至該凹處中。可塑形該側向邊界使得藉由半導體元件或半導體元件之主要面積至少部分地形成凹處之底部。尤其，這能讓該光轉換物質層直接均勻地形成在半導體元件上。
根據此具體實施例之發展，在另一方法步驟(e)中，移除包括光阻之結構。這可藉由照射完成，例如以紫外光輻射，使得之後可容易地移除該光阻，例如使用溶劑。在該光阻已被移除之區域中具有少數或甚至沒有組成物或光轉換物質層之殘留物，使得這些區域中的半導體元件可被良好分割。
藉由舉例之方式，具有根據本發明之至少一個具體實施例之光轉換物質層在主要面積上的晶片能因此由半導體元件製造。尤其，能在操作期間發射具有期望的色彩印象(例如白色)之複數個此種半導體晶片能以此方式平行地製造。藉由舉例之方式，在組件中可使用這些半導體晶片，因此可省掉用於鋪設光轉換物質之另外的步驟，作為簡化組件的製造及降低製造成本之結果。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，係由該半導體元件及光轉換物質層得到發射白色色彩印象之半導體晶片。也可平行製造發射白色色彩印象之半導體晶片，如上述描述者。
根據另一具體實施例，在方法步驟(c)中，該組成物在鋪設期間具有<1Pa*s之黏度。在方法步驟(c)中之鋪設期間，該組成物可具有100 mPa*s及特別係50 mPa*s，例如<20 mPa*s之黏度。該黏度在此表示組成物之動力黏度並且使用流變儀(rheometer)測定。
由於該組成物之低黏度，固能均勻地浸濕鋪設組成物之面積。尤其，(相對小的)不均勻係因此得到補償。該低黏度也表現在組成物之低表面張力中。另一優點係特別均勻地沉澱光轉換物質或含有光轉換物質之組成的顆粒且通常也可沉澱至可觀的程度。結果，在方法步驟(d)中，形成特別均勻的光轉換物質層在該基板上。此外，可容易地處理和吸收(dosed)該組成物。
根據另一具體實施例，實施在方法步驟(b)中所提供之該組成物，使得該組成物能經由具有1 mm、特別係0.1至0.5 mm的開口直徑之針形出口(needle-shaped outlet)進行鋪設。
除了組成物的成分之選擇，也可在方法步驟(c)期間或之前藉由加熱該組成物而達到黏度之降低。此外又或者，可透過針攪拌、搖晃和/或按壓該組成物，作為組成物被剪切之結果。由於該剪切，該黏度下降。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，形成具有60μm、特別係50μm且通常為40μm之層厚度之光轉換物質層。這意指通常所形成之光轉換物質層具有比常見的光轉換物質元件還小的層厚度，其在一般情況下具有80μm之層厚度。因此，根據應用之光轉換物質層，也可能實現更小的組件或具有較小高度之組件，並可能改善半導體元件上之熱散逸。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，形成具有50 wt%之光轉換物質的含量之光轉換物質層(wt%為重量百分率)。該光轉換物質之含量可為75 wt%且，特別為85 wt%，例如90 wt%。該指示係關於光轉換物質層之完整質量。即使是光轉換物質之高含量，該光轉換物質層可良好地附著在基板上或半導體元件上。因此特別獨立地選擇特定的wt%含量之材料，形成具有光轉換物質的>35% vol.，特別係>45% vol.，例如50% vol.之光轉換物質層(% vol.為體積百分率)。
此種高光轉換物質濃度之優點為，例如，良好的熱傳導性。因此，半導體元件所發射之熱，以及尤其，轉換所形成的熱可藉由光轉換物質層而較佳地消散。改善熱散逸也導致較高的轉換效率。此外，也增加組件發射輻射之色彩的均質性。
因為用於製造該光轉換物質層之組成物含有溶劑，在至少部分移除溶劑之後，光轉換物質能比起在常見的層或元件之情況以較高的濃度存在光轉換物質層中。因此，根據應用，可形成該光轉換物質層，使其比先前技術更具有密實充填(denser packing)的光轉換物質。該光轉換物質可至少部分地形成最密實充填於基質材料中者。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層具有基質材料的含量為50 wt%。基質材料的含量可以係25 wt%，且特別係15 wt%，例如10 wt%。因此，光轉換物質層可大致或完全由光轉換物質及基質材料形成。
根據另一具體實施例，鋪設該組成物，使得在方法步驟(d)之前和/或期間，在60分鐘內沉澱光轉換物質，且特別係在30分鐘內，例如在15分鐘內。一般而言，在此時間期間內能部分或完全沉澱光轉換物質。之後和/或在此期間，可至少部分地移除溶劑。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，在高溫和/或減少壓力和/或藉由照射方法移除該溶劑。高溫意指高於室溫(25℃)之溫度，使得可更容易地或更快速地移除該溶劑。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，在40與160℃間，且特別係40與80℃間，例如60℃之溫度中移除該溶劑。
根據此具體實施例之發展，在方法步驟(d)中，在0.5與800 mbar間，且特別係1與100 mbar，例如10 mbar之壓力中移除該溶劑。藉由減少壓力以加速該溶劑之移除。
根據此具體實施例之發展，在方法步驟(d)中，為了移除該溶劑，藉由輻射之方法進行照射。例如，該輻射可以係β輻射或γ輻射。也可能使用紫外光輻射或紅外光輻射。原則上，也可使用微波照射或加熱。使用輻射照射不符合半導體元件之操作期間之發射輻射。
在至少部分移除之任何期望的組合中，係有可能加熱方法步驟(d)中之該溶劑和/或施加減少的壓力和/或以輻射照射。一般而言，在方法步驟(d)中大致移除該溶劑，使得光轉換物質層僅具有少量或甚至毫無溶劑之殘留含量。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層具有溶劑達到5 wt%，且特別係溶劑達到3 wt%，典型係1至2 wt%之殘留含量。可使用少量溶劑之殘留含量以改善在基板上或半導體元件上之該光轉換物質層之附著力。藉由固態核磁諧振光譜學(solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy，solid-state NMR)可測定在光轉換物質層中該溶劑之殘留含量。
根據另一具體實施例，在方法步驟(d)中，光轉換物質層係形成在包括或由基質材料組成之基質中的光轉換物質之濃度具有梯度的情形下。可形成該梯度例如作為沉澱光轉換物質的結果。
能以所形成之光轉換物質層的那些區域面向基板或半導體元件的方式形成該梯度，本文之光轉換物質比在面離該等區域的情況具有更高濃度。例如，梯度可以為線性。可使用梯度用於逐漸變化的有效折射率(refractive index)。藉由舉例之方式，相對於封裝化合物(視需要排列在其上而由矽樹脂構成)或相對於大氣環境，可減少在半導體元件與光轉換物質間之折射率差異(所謂的指數跳躍(index-jump))，因此改善輻射之耦合輸出。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物含有沿著基質材料的光轉換物質及溶劑之2至50 wt%，且特別係5至30 wt%。在方法步驟(d)中，於至少部分移除該溶劑期間，增加光轉換物質之比例直到溶劑被移除至足夠的程度且形成光轉換物質層。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的光轉換物質之顆粒具有20μm，且特別係10μm之平均直徑。結果，可能實現比常見的光轉換元件還要小的層厚度。然而，該顆粒尺寸不特別地限制於此方法中。藉由舉例之方式，也可能使用非常小的顆粒，其不會沉澱在常見的無溶劑之方法中。藉由篩選方法(screening method)之方式可測定平均的顆粒直徑。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的光轉換物質之顆粒之至少95 wt%，且特別係至少99 wt%具有20μm，且特別係15μm之最大直徑。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的光轉換物質之顆粒之至少95 wt%，且特別係至少99 wt%具有2μm，且特別係5μm之最小直徑。例如，藉由篩選方法之方式可預先分離較小的顆粒。輻射大致可特別以小顆粒散射，例如具有達到2μm之直徑的小顆粒。結果，因為較少的輻射損失發生在光轉換物質層，因此改善傳輸。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物含有基質材料之5至25 wt%。該組成物可含有基質材料之15 wt%，例如10 wt%。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的基質材料係選自：矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、這些聚合物化合物之前驅物和所提及的材料之組合。於此，組合也包含混合物材料。例如，矽樹脂及環氧樹脂之組合因此也可以為矽樹脂-環氧混合物材料。如果該基質材料含有或由聚合物化合物之前驅物組成，在方法步驟(d)中，於光轉換物質層之形成期間可至少部分地交聯後者。藉由固化(例如藉由上述已提及的加熱和/或以輻射照射之方法)可進行該交聯。這可在移除該溶劑的同時和/或在移除該溶劑之後完成。該基質材料特別對於初級輻射及二級輻射係透明的，使得少數輻射會因為光轉換物質層中的基質材料而發生損失。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的基質材料為矽樹脂。該矽樹脂可含有或由市面上可得的矽樹脂組成，特別係聚二烷基矽氧烷(polydialkylsiloxane)、聚二芳基矽氧烷(polydiarylsiloxane)、聚烷基芳基矽氧烷(polyalkylarylsiloxane)或其組合。此種矽樹脂之實例為聚二甲基矽氧烷(poly(dimethylsiloxane))、聚甲基苯基矽氧烷(polymethylphenylsiloxane)或其組合。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物含有溶劑之30至95 wt%，且特別係50至75 wt%，例如60 wt%。因此，該組成物比在方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層通常顯著地具有較大的體積。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的溶劑係適合用於溶解基質材料，且特別係矽樹脂。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的溶劑選自：酯、醚、矽醚、二矽氧烷、脂肪族、芳香烴、鹵代烴和這些溶劑之組合。一般而言，溶劑為揮發物，所以在方法步驟(d)中可容易地至少部分移除它。藉由舉例之方式，該溶劑在大氣壓力下(1013.25 mbar)可具有120℃之沸點。因此，不必擔心在該溶劑之移除期間會損害光轉換物質層，通常損害會發生只有在長時間中加熱高於200℃的情形下。
可使用低分子量化合物作為聚合物化合物之前驅物，其在溶劑中通常不計算，而係在基質材料中計算。例如，此種低分子量化合物為丙烯酸、甲基丙烯酸衍生物、環氧化物、烯類、異氰酸酯及可聚合化合物之相似物。於任何情況下，例如在方法步驟(d)中至少部分地移除該溶劑之程度為90% vol.，且特別為95% vol.(% vol.為體積百分率)。
根據另一具體實施例，在方法步驟(b)中所提供之該組成物中的溶劑為二矽氧烷，例如六甲基二矽氧烷(Me3SiOSiMe3)。此溶劑特別具有可非常充分地溶解矽樹脂且可在低濃度中作為光轉換物質層中之附著力促進劑使用之優點。另外典型的溶劑為甲苯和苯，如可單獨使用或與其他溶劑(例如六甲基二矽氧烷)組合之芳香烴。
例如藉由混合光轉換物質、基質材料及溶劑可形成方法步驟(b)中所提供之該組成物。原則上，尚可以溶劑混合常見的含有光轉換物質(如用於印刷光轉換元件者)之印花漿(printing paste)，且因此得到根據至少一個本發明之具體實施例之組成物。
根據另一具體實施例，排列封裝化合物於方法步驟(a)中所提供之該基板上。因此，不直接排列該光轉換物質層於半導體元件上。例如藉由另一第二光轉換物質可排列該封裝化合物於初級輻射之光束路徑中和/或經過部分地轉換之輻射之光束路徑中。可以分佈的方式排列該第二光轉換物質於例如常見的元件中、根據至少一個本發明之具體實施例之光轉換物質層中或封裝化合物中。可使用已描述的光轉換物質作為第二光轉換物質。在方法步驟(d)中，也可形成該光轉換物質層作為所謂的遠程磷光轉換之元件於封裝化合物上。在此情況下，不需要第二光轉換物質。遠程磷光轉換係被理解成意指從輻射來源之大距離(例如>750μm)中所影響之輻射轉換。
一般而言，根據另一具體實施例，在方法步驟(c)中，該組成物係直接鋪設於封裝化合物。尤其，結果可非常精細地調整該輻射之色彩印象。在此情況下，通常也改善發射之均勻性。
因此，例如，係能在方法步驟(a)中之基板提供發射輻射組件，其包括發射輻射半導體元件及第二光轉換物質及封裝化合物，用以藉由該組件測定發射輻射之色彩印象，及隨後藉由根據至少一個本發明之具體實施例所形成之光轉換物質層在封裝化合物上之方法調整它。這可針對各個組件或各個基板單獨實行。
根據此具體實施例之發展，在方法步驟(d)中，形成光轉換物質層，其中光轉換物質之濃度朝側邊減少。因此，在所形成之該光轉換物質層之中心具有較高的光轉換物質之濃度，從而得到較高的轉換之結果。
在常見的組件中，輻射之色彩點可與相對於輻射之主要發射方向(θ=0°)的θ角有關。此意指以不均勻的色彩印象發射輻射。以根據至少一個本發明之具體實施例之方法，以至少部分地補償易變的色彩印象之方式可形成光轉換物質層。藉由舉例之方式，係能製造薄的光轉換物質層在封裝化合物上，在該光轉換物質層中，光轉換物質之濃度具有梯度。尤其，在主要發射方向中的濃度要比在相對於主要發射方向成一角度處的濃度更高。結果，可至少部分地減少色彩印象對於θ角的相關性，從而得到整體更均勻的色彩印象。
根據此具體實施例之發展，在方法步驟(d)中所形成之該光轉換物質層具有30μm，例如20μm之層厚度。與較厚的層相比，此種薄的光轉換物質層將因此轉換較小比例的入射輻射。因此，可非常精細地調整輻射之色彩點，其在本發明之具體實施例中特別重要，其中該組成物係鋪設於方法步驟(c)中之封裝化合物。
根據此具體實施例之發展，在方法步驟(d)中，形成光轉換物質層，其中光轉換物質之顆粒之至少85%係排列為單層或次單層(submonolayer)。藉由舉例之方式，在組件之主要發射方向的區域中，可增加光轉換物質之濃度。在此區域內，可呈現一個以上的光轉換物質顆粒層。藉由顯微照片及隨後掃描式電子顯微鏡(SEM)的分析，可測定在該光轉換物質層中的顆粒排列之展示。
根據應用，也明確說明製造光轉換物質層之組成物，包括：
-　光轉換物質；
-　基質材料；以及
-　溶劑。
該組成物也可由這些材料組成。該組成物可特別地用於根據至少一個本發明之具體實施例之方法中，以求製造光轉換物質層在基板上或半導體元件上。因此，該組成物可具有上述已描述的特性。
根據應用，也明確說明一種含有在操作期間發射初級輻射之半導體元件之組件，且光轉換物質層排列在發射初級輻射之光束路徑中，可製造或根據至少一個本發明之具體實施例之方法製造該光轉換物質層。因此，該組件之發射輻射特別具有均勻的色彩印象。
該組件可包括光電子組件之慣用構件，例如，電氣引線、引線架、焊盤、焊線、焊料化合物等。以封裝化合物可至少部分地填充該組件之凹處。
該半導體元件可包括例如藉由下述特徵的特性特別區別之薄膜發光二極體晶片：在產生輻射磊晶層序列之面朝載體元件之第一主要面積處係鋪設或形成反射層，該反射層將該磊晶層序列中所產生之至少部分之電磁輻射反射回到後者；該磊晶層序列具有厚度在20μm或更小範圍中，特別係10μm範圍中且通常係2μm範圍中；以及該磊晶層序列含有至少一個半導體層與至少一個具有互混結構的面積，該互混結構理想地導致磊晶層序列中之輻射的大約遍歷分佈，也就係說，它盡可能具有遍歷隨機散射行為。
例如1993年10月18日之I. Schnitzer等人所發表在應用物理快報63(16)，第2174-2176頁所描述之薄膜發光二極體晶片之基本原理，該申請案在此方面所揭露內容特此併入本說明書以資參考。
本發明將基於例示具體實施例及圖式於下文中更詳細描述。於此，在各種情況下之個別圖式中相同的元件符號表示相同的元件。然而，不說明參考尺寸比例；反之，為了更清楚的理解，以放大方式和/或示意圖可說明個別的元件。
第1a至1c圖顯示通過基板1的橫斷面，基板1包括例如在塑膠或陶瓷的外罩中之凹處5以及在操作期間發射初級輻射(primary radiation)且排列於凹處5中之半導體元件10。該外罩可含有反射材料(未圖示)。此外，該基板1可包括光電子組件之慣用構件，例如，電氣引線、引線架、焊盤、焊線、焊料化合物等(為了清晰而未圖示)，因此可由基板來製造光電子組件。
第1a圖所示，在其他事物之外，於方法步驟(c)中，根據至少一個本發明之具體實施例之組成物21係鋪設於基板1。在此情況下，各別地鋪設該組成物21於凹處5中及直接於基板1且於半導體元件10。該組成物21含有光轉換物質顆粒25之2至50 wt%，例如30 wt%。此外，該組成物21含有基質材料(例如矽樹脂)之5至25 wt%，例如10 wt%，且也含有溶劑之50至75 wt%，例如60 wt%。可使用六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane)作為溶劑。
第1b圖所示，根據至少一個本發明之具體實施例之方法步驟(d)的片刻中，該光轉換物質25之大比例已經沉澱，且藉由箭頭22表示溶劑部分已移除或目前正在移除。可能首先(完全地)沉澱該光轉換物質25且之後至少部分地移除溶劑(未圖示)。
第1c圖顯示根據至少一個本發明之具體實施例之結論的方法步驟(d)。已各別地直接均勻製造在下述也稱為“層20”的光轉換物質層20在半導體元件10之暴露面積上及基板1上。該光轉換物質25在層20之基質材料中，其為各別地靠近半導體元件10及基板1的區域，比在面離之層20與呈現梯度結果之區域具有更高的濃度。已各別地均勻製造層20在半導體元件10上，與在操作期間以均勻的色彩印象可均勻地發射輻射之結果。藉由舉例之方式，因此避免了所謂的藍色管道(blue piping)。通常所形成之層20具有光轉換物質25之至少75 wt%，特別係85 wt%，例如90 wt%。此外，該層20可含有基質材料之至多25 wt%，特別係至多15 wt%，例如9 wt%，且也含有溶劑之1至2 wt%，例如1 wt%。
根據至少一個本發明之具體實施例，製造上面具有光轉換物質層20之該基板1，其可用於製造組件。藉由舉例之方式，可排列常見的封裝化合物(potting compound)(例如由矽樹脂及環氧樹脂構成)在層20上，如果合適則塑形作為透鏡(未圖示)。該組件可以任何期望的色彩印象(例如白色)發射輻射。
第2圖所示，本發明之另一具體實施例中，例如第1a圖中的該基板1附加地具有包括或由反射材料如二氧化鈦組成的層15。藉由舉例之方式，該半導體元件10及層15也可形成平面或幾乎平面(其中包含15μm的偏差)面積。在此實例中，各別地直接製造層20在該半導體元件10上及基板1上。
第3a圖所示，在方法步驟(a)中，根據至少一個本發明之具體實施例來提供基板1。該基板1可以是上面有形成結構6之半導體元件10。結構6可直接排列在半導體元件10上，且結構6包括或由光阻(photoresist)組成。該結構6及半導體元件10形成凹處5，例如，其中藉由半導體元件10可形成凹處5之底部，如所示。
例如，第3a圖中之基板1可以是從如第3b圖中所示之包括複數個凹處5的基板1中摘錄，使得根據至少一個本發明之具體實施例，其上可平行製造複數個光轉換物質層20。
第3c圖所示，由第3a圖和/或第3b圖之基板1，可直接製造該層20在基板1上或半導體元件10上。特別均勻地形成該層20。
第3d圖所示，根據方法步驟(e)，由基板1與層20來製造半導體晶片50之組件，如第3c圖中所示。為了此目的，以紫外光輻射照射並隨後移除該結構6。例如藉由鋸切至少一些目前無塗層的位置以分割該半導體元件10。
該半導體晶片50包括具有在主要面積上之根據至少一個本發明之具體實施例之層20之半導體元件10。因此，該半導體晶片50在操作期間可以任何期望的色彩印象(例如白色)發射輻射。該半導體晶片50特別適合用於嵌入至光電子組件中，為了在操作期間以期望的色彩印象發射輻射，因此不需另外的光轉換物質。結果，該光電子組件之製造可特別簡化，作為可降低製造成本之結果。
第4a圖所示，根據至少一個本發明之具體實施例之組成物21係直接舖設於基板1之封裝化合物40。該凹處5可稍微超出封裝化合物40兩側。例如，該封裝化合物40也可實施成凸出或凹入(未圖示)。例如該基板1包括半導體元件10以及第二(常見的)光轉換物質元件45，其與由黏合劑構成之層46一起排列在半導體元件10上。代替該光轉換物質元件45，基板1也可具有光轉換物質層20，如根據至少一個本發明之具體實施例可製造者。該基板1可復包括如上述已解釋的光電子組件所需之成分。例如該基板1可以係以欲調整之色彩印象發射輻射之光電子組件。
第4b圖顯示如何形成根據至少一個本發明之具體實施例之光轉換物質層20在方法步驟(d)中第4a圖之基板1上。在此情況下，該層20具有30μm之層厚度，例如20μm，使得僅有影響少量的轉換，從而可用於調整發射輻射之色彩印象。在層20中，該光轉換物質25之顆粒之至少85%係排列在單層或次單層中，其中，濃度在藉由箭頭60表示之主要發射方向(θ=0°)之區域中比在層20之其他區域中更高。
第4c圖顯示另一組件，其中根據至少一個本發明之具體實施例之光轉換物質層20係直接設置在封裝化合物40上。在此情況下，該光轉換物質層20可對應至第4b圖中之層20。在此情況下，不排列第二(常見的)光轉換物質元件45在半導體元件10上，而是分佈含有或由第二光轉換物質組成之顆粒41至封裝化合物40中。
第4d圖顯示另一組件，其包括根據至少一個本發明之具體實施例所形成之光轉換物質層20。在此情況下，不存在另外的光轉換物質，因為例如直接形成該光轉換物質層20作為所謂的遠程磷光轉換之元件於封裝化合物40上。
本發明藉由基於該例示具體實施例所描述，但不受限於例示具體實施例。而是，本發明涵蓋任何新穎的特性，以及特性的任何組合，其中，特別包括申請專利範圍之特性之任意組合和例示具體實施例之特性之任意組合，即便此特性或此組合本身並沒有明確定義在申請專利範圍或例示具體實施例中。
1．．．基板
5．．．凹處
6．．．結構
10．．．半導體元件
15．．．二氧化鈦層
20．．．光轉換物質層
21．．．組成物
22．．．溶劑移除之箭頭
25．．．光轉換物質
40．．．封裝化合物
45．．．光轉換物質元件
46．．．黏合劑層
60．．．主要發射方向之箭頭
第1a至1c圖係顯示在根據至少一個本發明之具體實施例中的方法之幾個方法步驟；
第2圖係顯示形成上面具有根據至少一個本發明之具體實施例之光轉換物質層之另一基板；
第3a至3d圖係顯示本發明之另一具體實施例；以及
第4a至4d圖係顯示本發明之另一具體實施例，其中形成組成物於封裝化合物上。
1．．．基板
5．．．凹處
10．．．半導體元件
20．．．光轉換物質層
25．．．光轉換物質

Claims (14)

  1. 一種製造光轉換物質層(20)於基板(1)上之方法，該基板具有在操作期間發射初級輻射之半導體元件(10)，該方法包括下述方法步驟：(a)提供該基板(1)；(b)提供一種包括光轉換物質(25)、基質材料及溶劑之組成物(21)；(c)鋪設該組成物(21)於該基板(1)上；(d)移除至少部分該溶劑，以便形成該光轉換物質層(20)於該基板(1)上，其中，在方法步驟(d)中，形成光轉換物質層(20)，該光轉換物質(25)在包括該基質材料之基質中之濃度具有梯度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在方法步驟(c)中，該組成物(21)鋪設於該基板(1)之凹處(5)中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(c)中，該組成物(21)直接鋪設於該半導體元件(10)上。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(c)中，該組成物(21)在鋪設期間具有<1Pa*s之黏度。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(d)中，形成光轉換物質層(20)，該光轉換物質層具有60μm之層厚度。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在 方法步驟(d)中，形成光轉換物質層(20)，該光轉換物質層具有75wt%之光轉換物質(25)之含量。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(b)中所提供之該組成物(21)含有2至50wt%之光轉換物質(25)。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(b)中所提供之該組成物(21)中，該光轉換物質(25)之顆粒之至少95wt%具有20μm之最大直徑。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(b)中所提供之該組成物(21)含有5至25wt%的基質材料。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(b)中所提供之該組成物(21)中，該基質材料係選自：矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、該等聚合物化合物之前驅物和該所述材料之組合。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，在方法步驟(b)中所提供之該組成物(21)中，該溶劑係選自：酯、醚、矽醚、二矽氧烷、脂肪族、芳香烴、鹵代烴和該所述溶劑之組合。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中，排列封裝化合物(40)於方法步驟(a)中所提供之該基板(1)上。
  13. 一種製造光轉換物質層(20)之具有<1Pa*s之黏度之組成物(21)，包括： 光轉換物質(25)；基質材料；以及溶劑，其中該光轉換物質(25)在包括該基質材料之基質中之濃度具有梯度；該光轉換物質(25)以顆粒的形式呈現；以及該光轉換物質(25)之顆粒之至少95wt%具有20μm之最大直徑。
  14. 一種含有半導體元件(10)及光轉換物質層(20)之組件，該半導體元件係在操作期間發射初級輻射，而光轉換物質層(20)係排列在該發射的初級輻射之光束路徑中，該光轉換物質層可如申請專利範圍第1至12項中任一項所述之方法製造。
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