CN108369984A

CN108369984A - 使用高折射率粘合剂的发光二极管制作

Info

Publication number: CN108369984A
Application number: CN201680047073.3A
Authority: CN
Inventors: A.D.施里克; D.罗伊特曼; N.J.M.范莱思
Original assignee: Bright Sharp LLC
Current assignee: Bright Sharp LLC; Lumileds LLC
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: US20180159001A1; KR20190015165A; US10892385B2; EP3308407A1; JP2018525656A; CN108369984A8; KR102508077B1; EP3308407B1; CN108369984B; JP6770977B2; TW201709568A; TWI739351B; TW202029532A; WO2016200739A1

Abstract

含有硅树脂的粘合剂层通过周期开环聚合形成，并且包含一定量的有机碱，并且将波长转换层结合至发光二极管（LED）装置中的一厚度的蓝宝石。方法使其不受抑制的固化成为可能，以便实现表面之间的无污染物和无碎屑的粘合。LED装置设计和制造成使得待结合在一起的各表面以便于使用高折射率粘合剂的方式来制备。进行了涉及催化剂的两个不同浓度的多步骤过程，以便制作用于发光二极管组件制作的高可靠性、无褐变、并且不开裂的高折射率粘合剂。

Description

使用高折射率粘合剂的发光二极管制作

相关申请的交叉引用

本申请对2015年6月9日提交的、名称为“INTEGRATION METHODS FOR HIGH RILUMIRAMIC ATTACH GLUE”的共同待审查的美国专利申请序列号No.62/172,834（代理人案卷号No.2015P00843US）主张优先权益，该美国专利申请全文通过引用并入于此。

技术领域

本公开涉及发光二极管部件制作，并且更特别地涉及用于使用高折射率粘合剂的发光二极管部件制作的技术。

背景技术

发光二极管（LED）的提取效率经常按照实际上逃离LED的生成光的有源区域和周围结构的光的量（例如，流明）测量。在一些情况中，周围结构包括结合至或者以其他方式紧邻LED的有源区域的波长转换材料（例如，含有磷光体的波长转换铺片）。光子透射穿过一种材料、穿过一界面至另一材料可以是相对更高效的（例如，当在该界面处的入射角是小的时）或者可以是相对更低效的（例如，当在该界面处的入射角更大时）。在许多情况中，LED部件包括被放置在一起的若干结构，因此形成当光子未能逃离该结构时引起流明损耗的界面。没有从LED提取的光子可以产生热量，其可以降低LED的效率。

发明内容

根据此处公开的技术的某些实施例，待结合在一起的表面以便于使用高折射率粘合剂的方式来制备。本公开提供在使用高折射率粘合剂的发光二极管部件制作中使用的技术的详细描述。更特别地，此处公开的技术解决下述方面：选择高折射率粘合剂以及处理技术，以便当LED部件正在经历制作时在各表面之间沉积和固化硅树脂粘合剂。

某些实施例涉及到技术解决方案，使得待结合在一起的表面以便于使用高折射率粘合剂的方式来制备，这些实施例推进该相关技术领域并且推进周边技术领域。此处公开的技术提供这样的技术解决方案：其解决伴随于有效使用高折射率（RI）粘合剂以实现在各表面之间的高RI和均匀介质界面的技术问题。

技术实施例的各方面、目的和优势的另外的细节在此处以及在下文的描述、附图和权利要求中得到描述。

附图说明

下文描述的附图仅仅用于图示目的。附图不意图限制本公开的范围。在图中示出的相似附图标记标出在各种实施例中的相同部分。

图1A1和图1A2展示根据一实施例的、当使用高折射率粘合剂时在发光二极管部件制作期间使用的两表面结合技术的截面侧视图和插图。

图1B和图1C展示根据一实施例的、示出了当发光二极管部件使用高折射率粘合剂形成时实现的光提取效率提升的箱线图。

图1D描绘根据一实施例的、在当设计使用粘合剂的高可靠性发光二极管部件时使用的硅树脂选择图上画出的若干硅树脂类型。

图1E描绘根据一实施例的、当设计使用粘合剂的高可靠性发光二极管部件时使用的、作为催化剂比例的函数而画出的适用期的曲线图。

图2描绘根据一实施例的、在使用波长转换铺片的高可靠性发光二极管部件的制作中使用的一系列过程。

图3A描绘当粘合剂被放置在待结合在一起的表面之间时，抑制粘合剂固化的碎屑和污染物区域。

图3B描绘根据一实施例的、在通过使用高折射率粘合剂形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术。

图3C描绘根据一实施例的、在通过使用预吸附形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术。

图3D描绘根据一实施例的、在通过使用气体催化剂引入形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术。

图3E描绘根据一实施例的、通过使用气体催化剂引入形成均匀的高折射率介质界面的过程的发展中的催化剂浓度的改变。

图3F描绘根据一实施例的、在应用小板和固化后跨越经固化粘合剂层的厚度的浓度梯度。

图4A描绘根据一些实施例的、在使用高折射率粘合剂时形成均匀的高折射率介质界面中使用的氧气等离子体清洗技术。

图4B描绘根据一些实施例的、在使用高折射率粘合剂时形成均匀的高折射率介质界面中使用的表面饱和清洗技术。

图5描绘波长转换铺片制作技术。

图6A描绘根据一些实施例的、在使用高折射率粘合剂时形成介质界面之前使用的波长转换铺片表面制备技术。

图6B描绘根据一些实施例的、在使用高折射率粘合剂时形成介质界面之前使用的一系列粘合提升步骤。

图7描绘根据一些实施例的LED部件制作过程。

图8描绘根据一些实施例的LED组件，其包含使用高折射率粘合剂形成的发光二极管管芯。

图9A、图9B和图9C描绘适合于在本公开的实施例的各种配置中使用和/或在此处描述的环境中使用的灯具。

详细描述

传统技术涉及具有相对低折射率的粘合剂。在高折射率半导体结构和低折射率粘合剂之间的界面处的全内反射会降低LED的提取效率。具有高折射率的某些粘合剂已经被考虑，然而这种粘合剂的有效使用（例如，不受抑制的固化）对于待结合在一起的表面的特性（例如，“清洁度”）非常敏感。

待在某些LED部件的制作过程期间结合在一起的表面经常是相对不清洁的，并且经常携带碎屑（例如有机碎屑、制作过程残留物等），其抑制前述高折射率粘合剂的固化。另外，处理高折射率粘合剂的某些更早提出的方法未能考虑这些方法对所得到的LED部件的可靠性的影响。并且，某些更早提出的方法未能解决诸如温度、粘合剂固化时间、保存期限等的制造考虑。

本公开的一些实施例解决有效使用高折射率粘合剂的问题，其依赖于不受抑制的固化以便实现各表面之间的粘合。更特定地，一些实施例涉及待结合在一起的表面以便于使用高折射率粘合剂的方式被制备的途径。此处的附图和讨论展示用于进行和利用使用高折射率粘合剂的发光二极管部件制作的示例环境、系统和方法。

综述

下文公开的是用于通过使用放置在两个高折射率基底之间的高折射率硅氧烷基粘合剂层而实现更高LED性能和可靠性的材料和过程。下文示出和讨论的实施例包括用于在波长转换铺片（例如含有磷光体的小板）和LED基底材料（例如蓝宝石）之间形成粘合剂贴附层的技术的应用。所公开的技术解决可靠性考虑，诸如，例如在某些汽车LED应用中发现的在高温工作下的寿命预期。

各种实施例在此处参照附图被描述。应注意，附图不一定按照比例绘制并且相似结构或者功能的元件有时贯穿各附图地由相似附图标记代表。还应注意，附图仅仅意图便于对所公开实施例的描述—它们不代表所有可能实施例的穷尽处理，并且它们不意图假设（impute）关于权利要求范围的任何限制。另外，图示实施例不需要描绘在任何具体环境中的使用的所有方面或者优势。配合具体实施例描述的方面或者优势不一定限于那个实施例，并且可以在任何其他实施例中实践，即使没有如此图示。并且，贯穿这个说明书对“一些实施例”或者“其他实施例”的引用指的是关于所述实施例被描述的具体特征、结构、材料或者特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一些实施例中”或者“在其他实施例中”在贯穿这个说明书的各个位置的出现不一定指的是相同的一个或者多个实施例。

定义

为了便于参考，在这个描述中使用的一些术语在下文定义。所展示的术语和它们各自的定义不严格地限制于这些定义—术语可以由该术语在此公开内的使用来进一步定义。术语“示例性的”在此处用于表示充当示例、实例或者图示。此处描述为“示例性的”的任何方面或者设计不一定解释为比其他方面或者设计优选或者有利。相反，使用词语“示例性的”意图以具体形式展示概念。如在本申请中以及所附权利要求中使用的，术语“或者”意图表示包括性的“或者”而不是排他性的“或者”。也就是说，除非另外说明或者从上下文中清楚，“X采用A或者B”意图表示任何的自然包括性置换。即，如果X采用A，X采用B，或者X采用A和B两者，则“X采用A或者B”在任何前述实例下被满足。如此处所使用的，A或者B的至少一个表示A的至少一个、或者B的至少一个、或者A和B两者的至少一个。换言之，这个短语是转折的。除非另外说明或者从上下文清楚是涉及单数形式，如在本申请和所附权利要求中使用的冠词“一（a或者an）”应该通常被解释为表示“一个或者更多个”。

现在进行详细地参考某些实施例。所公开实施例不意图是对权利要求的限定。

示例实施例的描述

图1A1展示当使用高折射率粘合剂时在发光二极管部件制作期间使用的两表面结合技术1A00的截面侧视图和插图。作为一选项，两表面结合技术1A00或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

如所示，波长转换铺片102₁被结合至基底104₁。插图描绘了介于波长转换铺片102₁和基底104₁之间的小区域的详细图示。插图还示出介于波长转换铺片102₁和基底104₁之间的粘合剂层110₁。在这个实施例中，粘合剂层110₁厚度为约2微米至约3微米（如所示）。光子从基底下方的有源层发出并且传播穿过基底到基底和粘合剂层之间的界面（例如，所示出的基底—粘合界面108），光子在该界面处可以被第一次折射。光子传播穿过粘合剂层至粘合剂层和波长转换铺片之间的界面（例如，所示出的波长转换铺片—粘合界面106），光子在该界面处可以被第二次折射。为了通过减少光子中迷失到错误方向（例如由于全内反射）的光子的数目而增加提取效率，各种材料的折射率应该被匹配。下文图1A2描绘各材料，它们各自的折射率被标示。

图1A2展示当使用高折射率粘合剂时在发光二极管部件制作期间使用的两表面结合技术1A00的截面侧视图和插图。

如所示，波长转换铺片102₂（例如，Lumiramic铺片）被结合至蓝宝石基底105₁。插图描绘了介于波长转换铺片102₂和蓝宝石基底105₁之间的小区域的详细图示。插图还示出了介于波长转换铺片102₂和蓝宝石基底105₁之间的粘合剂层110₂。在这个实施例中，粘合剂层110₂厚度为约1微米至约3微米（如所示）。光子从蓝宝石基底下方的有源层发出并且传播穿过蓝宝石基底到介于蓝宝石基底和粘合剂层之间的界面（例如，所示出的基底—粘合界面108），光子在该界面处被第一次折射。光子传播穿过粘合剂层至粘合剂层和波长转换铺片之间的界面（例如，所示出的波长转换铺片—粘合界面106），光子在该界面处被第二次折射。为了通过减少光子中迷失到错误方向（例如由于全内反射）的光子的数目而增加提取效率，各种材料的折射率应该被匹配。

在一些实施例中，粘合剂层是薄的硅树脂基粘合剂或者胶黏剂层（SGL），其用于将具有约1.75的折射率（RI）的基底结合至具有约1.8至约2的折射率的波长转换铺片。

这个“夹层结构”可以用于许多封装和应用中。严格地作为示例，这种夹层结构可以用于使用薄膜器件技术的倒装芯片结合。

有关使用薄膜器件技术的倒装芯片结合的一般途径的另外的细节描述于美国专利No.7,875,533中，其全文通过引用并入于此。

关于（例如，如在美国专利No.7,875,533中描述的）封装集成薄膜LED器件的技术的应用已经导致光输出的显著增加。在一些实施例中，蓝宝石基底被使用，并且蓝宝石被留下贴附于外延沉积层（EPI）以提升器件在极端电流和温度条件下的稳定性。LED的一个具体种类（例如，波长转换InGaN器件）可以使用下文在图2中描述的过程来制作。

在对更多流明的坚定追求中，发现具有较高折射率的粘合剂的使用可以使光提取（CE）增加若干百分比。

图1B和图1C展示箱线图，其示出当发光二极管部件使用高折射率粘合剂来形成时所实现的光提取效率提升。图1B示出折射率从大约RI=1.4（例如，使用已知为“KJR-9226D”的SGL）增加至大约RI=1.5（例如，使用已知为“SGLX-35”的SGL）以将波长转换铺片贴附至基底，CE、增益可以增加约4%。

另外，比较代表性的较低RI粘合剂与较高RI粘合剂，在室温（例如约25℃）以及工作温度（例如约85℃）这两者下取得的实验数据示出，在较高温度下CE可以仍然进一步提高。

已经作出这个发现，发光二极管部件的设计现在可以包括选择较高RI粘合剂。然而，由于在各种SGL的使用（涉及它们的固化方法）和可靠性之间存在权衡，SGL的选择可以利用诸如在下文图1D中所展示的选择图。

图1D描绘了在设计使用粘合剂的高可靠性发光二极管部件时使用的硅树脂选择图1D00上画出的若干硅树脂类型。由透明聚合物材料制成的许多粘合剂可以使用不同交联或者固化方法来固化。在LED中使用的许多硅氧烷通过由Pt和其他金属催化的反应而交联。其他硅氧烷使用周期开环聚合方法（例如用酸或者碱催化）来进行固化，并且一些材料（例如某些硅氧烷）使用缩聚方法来进行固化，并且也可以由酸或者碱催化。与前述Pt催化加成聚合相比，酸和碱催化作用被称作“无金属”系统。使用这些不同催化剂来固化的材料被描述为，对于相对于寿命可靠性尺度（见选择图的纵坐标）的对应范围，占据它们的折射率的相应范围集合（见选择图的横坐标）。

严格地作为一示例，该图描绘了含有聚二甲基硅氧烷的材料。含有聚二甲基硅氧烷的材料属于已知的最光热稳定和光学透明的聚合物材料。不幸地，聚二甲基硅氧烷（PDMS）表现相对低的折射率（大约1.4）以及光和热退化过程，这导致相对差的断裂韧性。表现较高RI（例如，大约＞1.5）的硅树脂在许多应用中是期望的。

商业上可获得的高折射率（例如，HRI，大约RI＞1.5）胶黏剂硅氧烷含有一些份额的苯基—甲基和/或苯基—苯基侧链取代基。附加地，大多数商业上可获得的高折射率硅树脂使用铂来催化硅树脂聚合并且引发交联反应。在高工作温度和高光通量下，已知这些部分（例如，硅树脂和Pt）以比PDMS基树脂显著更快的速率引发退色（褐变）。

关于制作和使用HRI硅树脂的这种使用的另外细节描述在美国专利公开No.2014/0309450、2014/0309449和2014/0309448中，这些美国专利公开全文通过引用并入于此。

该选择图指示，尽管存在在一折射率范围上的硅树脂的各种选择，趋势表明随着折射率增加并且对于金属催化树脂的预期退色（褐变）速率增加。然而存在一组硅树脂（例如，见无金属硅树脂127），其具有高RI，而表现出随着老化的稳定硬度并且进一步表现出对褐变的抵抗力。一种这样的无金属硅树脂已知为“HT8600”。前述HT8600仅仅是无金属的并且不像金属催化的可比较的高RI硅氧烷那样严重地褐变的高RI硅氧烷的一个示例。

诸如前述HT8600的无金属硅氧烷可以基于周期开环聚合技术（例如，其可以导致类似阶梯的分子架构），或者可以包括涉及缩聚的其他无金属硅氧烷。尽管前述无金属聚合系统表现出比具有可比较折射率的Pt催化树脂少的褐变，缩聚过程具有使处理更困难和/或不实用的副作用。严格地作为这种副作用的一个示例，缩聚经常导致残留的“遗留基团”（诸如水、酒精、有机酸），其引入附加的使用复杂性。进一步，所需要的树脂前驱体可以对湿度或者其他环境因素敏感，这仍然引入另外的使用复杂性。前述的开环聚合技术不产生“遗留基团”，因此除了产生表现出低收缩率、成型性和低气体排放的期望特性的粘合剂之外，这与缩聚相比提供了提升的易于使用的条件。

开环催化作用机制和缩合催化作用机制都不需要铂或者其他金属。两种方法可以由酸和碱激活。然而，酸或者碱催化作用具有下列过程特性：

— 当催化剂在固化后保持捕获于树脂中时，它会导致褐变。

— 在诸如当使用粉体浆料时的大的面积与体积比应用中和/或在细结合线粘合剂应用中，反应通过下述机制而变得被抑制：将催化剂吸附至表面上的机制，或者酸碱中和的机制，或者通过这两种机制而变得被抑制。

捕获的催化剂

铂基和其他金属基催化剂不能从硅树脂容易地移除。残留催化剂的存在经常倾向于加速在高RI硅树脂中的褐变以及低RI硅树脂的脆化。另外，在催化过程中使用的酸和碱经常是相对地挥发性的，和/或在固化期间或者之后经常分解成挥发性物种。这种残留的催化剂被称为“逃逸催化剂”。逃逸催化剂的示例是四正丁基氢氧化膦（TBPOH）和氢氧化四甲铵（TMAOH）。用作催化剂的一些有机碱某些时候可以通过蒸发来移除（例如，在固化期间或者之后）。示例包括四甲基胍（TMG）、和脒基1,5-二氮杂二环[4.3.0]壬-5-烯（DBN）、1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯（DBU）、和1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)。前述有机碱的变化或者制剂可以包含胍和/或脒和/或磷腈和/或季鏻和/或氢氧化铵，或者它们的任何组合。

在一些情况中，沸点或者分解温度是相对高的（例如大约＞100℃），导致进一步的易于使用复杂性，因为通常期望使用低浓度的有机催化剂以便不导致室温下的扩展交联但是仍然具有足够低的沸点，使得残留催化剂在足够地更高的温度下（例如＞130℃）可以被移除或者分解。在一些情况中，酸基催化剂生成气体HCl或者醋酸，这两者被认为对LED部件是腐蚀性的。

大的面积与体积比应用

如此处使用的，大的面积与体积比指的是＞0.1m²/cc的比例。严格地作为一个示例，在具有大的面积与体积比的情形中，此处描述的结合应用具有约1μm至约10μm的追求的细结合线。与粘合剂接触的区域在约2mm²至约10mm²的范围中。进一步，基底和铺片的表面积是约2mm²至约20mm²，然而重量是在从约1mcg至约10mcg的范围中，导致每克树脂约0.2m²至20m²的铺展。

除了通过此前描述的吸附中和的抑制或者通过磷光体的内在特性的隔离之外，一些环境通过污染物（例如，在焊剂中使用的酸，和/或来自在制造过程中涉及的转移带中的有机残留物）引入外在抑制的可能性。对于处理表面以便实现无污染物的表面的这种外在污染和技术的讨论在下文（例如见图3A）展示。

规避或者以其他方式管理催化剂的吸附（或者耗尽，或者中和）和外在污染物的技术可以通过提高制剂中的催化剂浓度而被补偿。例如，如果用于硅树脂的部分A与部分B（部分B是催化剂部分）的规定比例是20:1，则在该比例中的催化剂的占比可以被提高以便实现15:1或者10:1的比例。不幸地，在两部分制剂中的这种高浓度下，适用期变得太短。

规避或者以其他方式管理催化剂的吸附然而仍然实现预期适用期的气体引入技术的讨论在下文（例如见图3D）展示。

管理污染敏感度

许多HRI无金属硅树脂对界面表面处或者来自界面表面的污染非常敏感。在一些情况中，当HRI硅树脂与受污染表面接触时，HRI硅树脂将不固化。下文描述的各种清洗和化学处理方法便于HRI硅树脂在LED部件制作中的使用。强烈地期望的是这种周期开环聚合固化硅树脂（即使当在高的工作温度下工作时）的无褐变性质以及高折射率的光提取优势。

待结合在一起的表面（例如，波长转换铺片的底表面和基底的顶表面）的去污染技术关于图4A被讨论。

图1E描绘作为催化剂比例的函数画出的适用期的曲线图1E00。特定地，该曲线图描绘适用寿命和催化剂浓度之间的权衡。在一些情况中，对相对长适用期的需求会限制可以被并入树脂但是仍然在合理时间和温度窗口内实现良好固化的催化剂的量。严格地作为一个示例，在20:1制剂下的前述HT8600的保存期限名义上是10小时，这是相对短的保存期限。具有较少催化剂（例如，比例为25:1）的制剂可以导致更长的适用期，但是树脂可能不在合理时间和温度窗口内固化。允许实现具有满意的固化时间和温度窗口的长适用期的一个可能的制作过程包括通过气体或者蒸汽引入在过程的中间步骤加入催化剂，如关于图3D所示出和描述的。

图2描绘如在使用波长转换铺片的高可靠性发光二极管部件的制作中使用的一系列过程200。作为一选项，过程200或者其中的任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

在图2中示出的实施例仅仅是这种过程的一个示例。如所示的：

— 在生长基底上形成外延沉积层。所沉积的EPI和蓝宝石生长基底切割成单独管芯（见步骤202）；

— 管芯直接地贴附至陶瓷波长转换铺片基底（见步骤204）；

— 波长转换铺片磷光体转换器被创造和切块（见步骤206）；

— 波长转换铺片部分被选择性地拾取和放置到EPI层上并且用粘合剂贴附（见步骤208）；

— 填充材料（例如TiO）被压在波长转换铺片上（见步骤210）；

— 进行刻蚀以往回刻蚀并且暴露波长转换铺片表面（见步骤212）。

诸如使用前述系列的过程200形成的LED部件适合于许多应用，例如，这种LED部件可以用于汽车头灯。

在一批量制造过程中，波长转换铺片小板贴附在基底（例如蓝宝石基底）上。波长转换铺片小板用于将蓝光转换成白光。为了将波长转换铺片小板贴附至基底，在波长转换铺片放置在经分配SGL上之前，SGL被分配在蓝宝石上。在一些实施例中，诸如钛氧化物硅树脂复合材料（TiO—硅树脂）的复合材料被模制和推动以装配在波长转换铺片之间（在波长转换铺片小板被贴附后）。在一些情况中，刻蚀或者湿珠喷砂然后用于从波长转换铺片小板的表面移除TiO—硅树脂多余量。

如前文指示，SGL待沉积于其上的表面必须是没有碎屑和/或污染物的。另外，HRI粘合剂的使用经常要求修正的制造过程和修正的处理技术，以便当LED部件正进行制作时在各表面之间沉积和固化硅树脂粘合剂。一些这种技术展示在图3A、图3B、图3C和图3D中。前述系列的图展示用于克服固化抑制的若干过程选项，特别是：

— 通过钝化和/或清洗和/或移除和/或中和污染物而使表面对催化剂不那么有吸引力（见图3B）。

— 通过预吸附催化剂或者通过功能化而使表面参与或者支持反应（见图3C）。

— 在制造过程期间的某步骤（其中较短适用期对生产LED部件中所涉及的制造过程没有严重影响）中，将更多催化剂加入树脂（见图3D）。

图3A描绘当粘合剂放置在待结合在一起的表面之间时抑制粘合剂固化的碎屑和污染物区域。作为一选项，当粘合剂放置在待结合在一起的表面之间时粘合剂固化或者其中的任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

因为一些硅树脂对许多形式的残留物和污染源头（例如有机污染、丙烯酸残留物、酸残留物、肥皂残留物、来自焊接步骤的流体（flux）残留物等）敏感，两个表面（例如，蓝宝石基底105₂的顶表面和波长转换铺片120₃的底表面）在SGL被分配前必须严格地清洗。

特别地，用于将LED管芯贴附至波长转换铺片的可溶于水的焊剂（solder flux）会创造酸残留物，其影响HRI SGL的固化。在60℃的水中进行冲洗已经显示出足以移除酸残留物，使得SGL固化不被抑制。表面可以收集无机碎屑（例如，来自先前的处理步骤）。另外，表面可以收集来自环境的有机污染物（例如，气载尘埃、污垢等）。碎屑和污染物必须被移除，使得SGL固化不被抑制。

此处公开了这样的技术：其可以单独地或者组合使用以清洗基底和波长转换铺片表面，使得SGL固化不被抑制和/或使得经分配SGL均匀地扩展跨越两个表面的整体，以便形成导致高RI介质界面的SGL的结合。

图3B描绘在通过使用高折射率粘合剂而形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术3B00。作为一选项，组装技术3B00或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

根据此处公开的技术形成的组件（例如，在光移动穿过形成界面的材料的表面，具有严格的清洁度）导致具有均匀性能特性的组件。

如在图3B中示出的，在SGL被分配前，两个表面（例如，蓝宝石基底105₂的顶表面和波长转换铺片102₃的底表面）已经被严格地清洗。当SGL分配在一表面上并且在该表面上扩展开时（例如，通过将波长转换铺片压在SGL上），由于两个表面已经被严格地清洗，所形成的组件将包括无污染物和无碎屑的波长转换铺片粘合界面107以及无污染物和无碎屑的基底粘合界面109。由此，周期开环聚合固化SGL的固化过程不被污染物或者碎屑抑制。若干清洗和表面制备技术在下文展示。

图3C描绘在通过使用预吸附催化剂或者通过功能化形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术3C00。所示出的技术用于通过预吸附催化剂或者通过功能化而使表面参与或者支持反应。通过清洗和预吸附的操作，波长转换铺片102₃的底表面被处理以便导致无污染物和无碎屑的波长转换铺片粘合界面111。相似地，蓝宝石基底105₂的顶表面被处理以便导致无污染物和无碎屑的基底粘合界面113。

图3D描绘在通过使用气体催化剂引入形成均匀的高折射率介质界面中使用的组装技术3D00。如较早关于图1E所讨论的，树脂与催化剂的比例可以被控制以便导致相对较长的适用期或者相对较短的适用期。在许多情况中，相对短适用期的有害效果（例如，在分配装置中的不必要固化）可以通过下述而减轻：分配以中等范围的树脂与催化剂的比例混合的SGL混合物（例如，导致可接受的长的适用期），并且然后以气体或者蒸汽形式引入催化剂以便于固化。在一个特定情况中，树脂可以如由制造商所推荐的那样配制（例如，从而实现足够长的适用期），然后将所配制树脂分配在待结合基底上，并且然后引入附加的催化剂。

更加特定地，在树脂已经被分配在基底上后，使树脂与催化碱（诸如，DBU、DBN或者TMG）的蒸汽进行接触。在此接触后，制造过程通过将波长转换铺片应用至基底并且允许树脂固化而进行。遵循这个技术，经分配制剂具有中等范围的适用期，而树脂与催化碱蒸汽的随后接触用于恢复足够的催化活性（例如，通过蒸汽暴露）以便实现完全固化。贯穿过程发展的催化剂浓度的变化关于图3E被示出和描述。

图3E描绘贯穿过程的发展的催化剂浓度的改变。所示出的过程发展以树脂分配步骤132开始，与在催化剂蒸汽加入步骤134处和在催化剂蒸汽加入步骤134后的催化剂浓度相比，在该时间点处催化剂浓度是相对较低的。任何已知技术和/或任何已知蒸汽引入装置135可以用于将经分配树脂暴露于附加催化剂。在树脂被分配的时间（例如，在步骤132），适用期是相对长的，这在许多制作设置中是期望的。然而，在步骤132处的浓度可能不是足够高以完全地固化树脂和/或在相对短时间内固化树脂。这样，在催化剂蒸汽加入步骤134中，可以实现增加的催化剂浓度133。在增加的催化剂浓度被认为足以固化树脂之后的某时刻，该过程可以发展到封盖和固化步骤136。通过在含有合适催化剂的硅氧烷非溶剂介质（例如水）中浸泡或者喷雾基底（例如，在硅氧烷分配后），可以实现相当的结果。通过汽相或者通过液—液接触（例如，在液—液界面处）分配的催化剂表现出跨越膜厚度的浓度梯度，最高的浓度在气—液界面处，并且随着它接近基底—液体界面而减少。

图3F描绘在应用小板和固化后跨越经固化粘合剂层的厚度的浓度梯度3F00。与在基底—粘合剂界面394处的相对较低的交联密度398相比，粘合剂层在铺片—粘合剂界面392处表现出相对较高的交联密度396。使用原子力显微镜（AFM）或者经由纳米压痕，这种梯度是可探测的。

图3F的技术可以在许多变化中实践。严格地作为示例，含有硅树脂的粘合剂层可以布置成在由蓝宝石基底形成的基底和由铺片或者小板形成的波长转换构件之间形成层厚度。含有硅树脂的粘合剂层表现出跨越层厚度的交联密度梯度。依赖于基底和波长转换构件的取向（例如，基底在底部或者铺片在底部），含有硅树脂的粘合剂层在层厚度的顶部区域表现出相对较高的交联密度梯度以及在层厚度的底部区域表现出相对较低的交联密度梯度。例如，依赖于粘合剂分配或者应用于哪个表面的选择，更高的交联密度可以靠近铺片—粘合剂界面（如在图3F中示出的），或者依赖于粘合剂分配或者应用于哪个表面，更高的交联密度可以靠近基底—粘合剂界面394。交联密度随粘合剂厚度的变化导致在一侧上（例如在第一区域393中）的相对于另一侧（例如第二区域395）的相对更加强烈的性质。

清洗和粘合提升过程

作为一选项，此处讨论的处理技术或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

图4A描绘了在使用高折射率粘合剂时形成均匀的高折射率介质界面中使用的氧气等离子体清洗技术4A00。氧气等离子体清洗技术用于从蓝宝石基底表面移除有机污染物。已知氧气等离子体将有机残留物消解为CO和/或CO₂类型副产物。

所示出的真空腔体氧气等离子体清洗技术仅仅是一示例。不同设置和/或不同定时和或不同顺序是可能的。所示出的流在SGL被分配在蓝宝石基底上之前开始。过程如下文那样进行：

— 设置功率为500瓦特（见步骤402）。

— 设置真空腔体压强为20Pa或者设置腔体为大气压强（见步骤404）。

— 设置O₂流为50ml/min（见步骤406）。

— 开始、清洗并且结束，其中清洗时间60秒（见包含步骤408、步骤410和步骤412的组416）。

在波长转换铺片和LED管芯两者已经被清洗后，分配硅树脂。在将硅树脂分配到经清洗表面上（见步骤415）之前，一小时的最大过程中排队时间（见步骤414）允许的。

在一些情况中，使用大气压强等离子体清洗或者表面处理，而不是真空腔体处理。在硅树脂分配在蓝宝石上前，使用等离子体过程来清洗和/或处理LED。在一个示例处理中，等离子体过程设置是：直径=8mm，流速=50mm/sec，并且喷嘴角度=14度。使用这个大气压强等离子体清洗或者表面处理，在表面已经被清洗后、在分配硅树脂前，允许存在2.5小时的最大排队时间。

严格地作为一个可能替换方案，在分配和贴附之前，表面可以利用在水中的四甲基氢氧化铵（NH4OH）清洗。一个可能的NH4OH清洗过程关于图4B被示出和讨论。替代NH4OH，可以使用其他碱溶液，诸如四甲基氢氧化铵（TMAOH）和四丁基氢氧化膦（TBPOH）。

图4B描绘在使用高折射率粘合剂时形成均匀的高折射率介质界面中使用的表面饱和清洗技术4B00。作为一选项，表面饱和清洗技术4B00或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

如所示出的，步骤包括：

— 表面用装有10% NH4OH液体的无绒拭子擦拭（见步骤417）。

— 继续2分钟（见步骤418）。波长转换铺片表面应该是完全饱和的。

— 用水冲洗（见步骤420）。

— 用空气枪干燥（见步骤422）。

多次（例如，四次）重复NH4OH擦拭/冲洗/干燥步骤（见决定424），然后在分配SGL前允许彻底干燥八小时（见步骤426）。这个过程的所有或者部分可以使用超声发生器、刷清洗系统或者类似物而自动化。

图5描绘波长转换铺片制作技术500。作为一选项，波长转换铺片制作技术500或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。特定地，尽管在本文的描述中一些中波长转换构件（例如铺片）是陶瓷，任何合适的预形成波长转换元件可以被使用。合适的非陶瓷预形成波长转换元件的示例包括粉体磷光体，其放置在透明材料（诸如被滚轧、铸造或者另外形成为片材的硅树脂或玻璃）中，然后切割成单独小板。

此处提到的波长转换构件通过下述创造：将陶瓷粉体与少量掺杂剂混合（见步骤502），然后将粉体压成圆形晶片（见步骤504）。晶片厚度从大约800μm磨碎至大约300μm，并且然后厚度从大约300μm更进一步磨碎至大约110μm（见步骤506）。在大约110μm的厚度已经被实现后，晶片被贴带和切块（见步骤514）成例如在边缘为1.06mmx1.06mm的管芯。

将波长转换铺片厚度从大约800μm降低至大约110μm所涉及的研磨步骤使用化学制品、肥皂等（其会引起残留物保持在波长转换铺片表面上）。在研磨步骤后并且在切块步骤前用侵蚀性碱（例如NH4OH）处理波长转换铺片晶片（见组508）足以使得所选择的粘合剂正确地固化。

如所示出的，在小板贴附之前的波长转换铺片表面处理中涉及两个步骤：（1）污染物移除（见步骤510），和（2）粘合提升步骤（见步骤512）。

图6A描绘在使用高折射率粘合剂时形成介质界面之前使用的波长转换铺片表面制备技术6A00。作为一选项，波长转换铺片表面制备技术6A00或其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

图5的所示出的步骤510描绘污染物移除过程。在一些实施例中，污染物移除过程以处理选项的评估（见步骤612）开始。处理选项包括（1）用液体碱处理波长转换铺片表面，或者（2）用等离子体清洗波长转换铺片表面（见决定614）。液体碱包括NH4OH、四甲基氢氧化铵（TMAOH）、四丁基氢氧化膦（TBPOH）以及其它有机和无机碱，诸如KOH、LiOH、NaOH、TBD、DBU、DBN和TMG。依赖于所使用的碱，碱应该以范围从约1%wt至约35%wt的侵蚀性浓度被使用。用液体碱（例如，NH4OH）处理波长转换铺片表面的一个示例如下文：

— 用装有10% NH4OH液体的无绒棉签在切块后擦拭波长转换铺片的表面2分钟（见步骤620）。

— 确定波长转换铺片表面是否完全饱和（见决定622）。

— 用水冲洗（见步骤624），然后用空气枪干燥（见步骤632）。

— 确定擦拭/冲洗/干燥过程是否要重复（见决定634）。在一些情况中，循环（例如，见决定634的“是”分支）进行三次或者更多次。

— 在进行贴附之前允许彻底地干燥8小时（见步骤638）。

在一些情况中，表面处理选项的评估（见步骤612）导致使用等离子体处理的选择（见决定614）。在这种情况中，可以设置等离子体过程设置（见步骤640）。严格地作为一个示例，等离子体过程设置可以设置成直径=4至10mm，流速=10至50mm/sec，喷嘴角度=5度至15度旋转，并且轨道宽度=约25mm。当等离子体过程参数被设置时，表面处理可以开始（见步骤642）。

图6B描绘在使用高折射率粘合剂时形成介质界面之前使用的一系列粘合提升步骤6B00。作为一选项，粘合提升步骤6B00或其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

附加的化学处理可以与清洗技术共同使用。示例化学制品包括：

— 氮位-三甲氧基硅基丙基-氮,氮,氮位-三甲基氯化铵。

— （3-三甲氧基甲硅烷基丙基）二亚乙基三胺。

— 氮位-（2-氨基乙基）-3-氨丙基三羟基硅烷。

— AMEO（3-氨丙基三乙氧基硅烷）。

— （3-三乙氧基硅基丙基）-TMG。

— （3-三乙氧基硅基丙基）-TBD。

— （3-三乙氧基硅基丙基）三苯基氢氧化鏻。

— 上述化学制品的聚合物（聚阳离子）版本。

严格地作为一个示例，使用粘合提升剂的对波长转换铺片晶片的化学处理的程序可以开始于一决定，以确定用于引入前述化学制品的插入点（见步骤629）。依赖于选择，采用路径626或者路径636。在插入点I₁用于引入化学制品的前者情况中，选择溶剂（见步骤628₁）并且制备所选择溶剂用于引入至清洗过程（见步骤630₁）。在插入点I₂用于引入化学制品的后者情况中，选择溶剂（见步骤628₂）并且制备所选择溶剂用于引入至清洗过程（见步骤630₂）。

在前述波长转换铺片表面制备技术已经完成后，可以分配SGL。可以使用任何已知技术来完成分配。严格地作为一个示例，分配可以如下列完成：

— 使用一次性吸管将3至4滴粘合提升剂安放在波长转换铺片表面上，使得薄膜完全地封盖小板。在一些情况中，在水、甲醇、乙醇等中的粘合提升剂的有效浓度可以是在0.1%wt至50%wt的范围中。

— 允许湿的粘合提升剂的膜静置15分钟。

— 用DI水冲洗。

— 用空气枪干燥。

在一些情况中，可以使用其他过程，诸如气相吸附和/或沉积粘合提升剂的单层。附加地，增加暴露时间、粘合提升剂的浓度、以及更高温度可以用于增加粘合提升剂与波长转换铺片表面的关联的有效性。

当波长转换铺片贴附到蓝宝石基底表面时，“翻转”贴附方法被使用。这种翻转贴附方法确保触碰带表面的波长转换铺片表面不触碰蓝宝石基底表面。相反，从未触碰带的波长转换铺片表面将接触SGL。

在胶黏剂分配和波长转换铺片小板贴附完成后，波长转换铺片必须被固化以使硅树脂完全交联。固化配方具有两个部分：初始阶段是在75℃到125℃的热度固化1到3小时，并且最后阶段是在130℃到180℃的热度固化1到5小时。

图7描绘LED部件制作过程。LED部件制作过程中的某些步骤示出在流700中。在流700中描绘的部件制作过程的部分在一步骤开始，以形成具有外延沉积层从而形成有源区域的发光二极管，该有源区域发射在约450nm到约470nm的波长范围中的可见蓝光（在步骤702）。接着，形成放置在外延沉积层上的一厚度的蓝宝石（在步骤704）。使用注射器或者其他装置，将含有硅树脂的粘合剂的两部分制剂沉积到蓝宝石上（在步骤706）。两部分制剂包含催化剂浓度相对较低的树脂和催化剂。利用这种相对较低的催化剂浓度，通过由硅树脂的周期开环聚合来形成，含有硅树脂的粘合剂层开始缓慢地固化（在步骤708）。作为蒸汽引入附加量的催化剂以增加含有硅树脂的粘合剂的固化速率（在步骤710）。存在附加量的（诸如含有DBU、或者含有DBN、或者含有TMG的组分的）催化剂，允许一段时间的附加固化时间（在步骤712）。提高在器件附近的环境温度用于移除至少一些逃逸量的催化剂（在步骤714）。不是所有逃逸量的含有DBU、或者含有DBN、或者含有TMG的组分通过加热过程移除，因此经固化的含有硅树脂的粘合剂层包含可测量浓度的残留有机碱组分（例如，残留量的DBU、DBN或者TMG组分）。然而，陶瓷或者其他波长转换构件放置成与正固化的含有硅树脂的粘合剂层直接接触。通过施加压力至陶瓷或者其他波长转换铺片而封盖（在步骤716）。在封盖后，发生附加的固化。器件被封装（在步骤718）。

图8描绘LED组件800，其包含使用高折射率粘合剂形成的发光二极管管芯。作为一选项，LED组件800或者其任何方面的一个或者多个变化可以在任何环境中和/或在此处描述的实施例的任何上下文中实施。

在图8中示出的实施例仅仅是使用经封装LED管芯（其反过来由前述制作技术的任何一个或者多个变化形成）形成的组件的一个示例。如所示出的，LED组件800包括封装基底812，LED管芯810安装在封装基底812。散热坯860安放在模制引线框862中。模制引线框862例如是在提供电气路径的金属引线（例如金属引线864₁和金属引线864₂）附近模制的填充塑料材料。散热坯860可以包括可选的反射器杯866。贴附到封装基底812的LED管芯810直接地或者间接地安装到散热坯860。金属引线结合至封装基底812上的电极。可选的光学透镜868可以被加入。

本公开的附加实施例

附加的实际应用示例

使用此处公开的技术的变化，可以制作汽车LED零件。更加特定地，在波长转换铺片小板被安放前，高折射率（大于1.5）硅树脂分配在蓝宝石上。在一些情况中，硅树脂可以存储为单一组分硅树脂或者可以存储为在分配前混合的多部分混合物。标准分配技术可以用于将控制量的硅树脂施加到蓝宝石表面。在波长转换铺片被贴附后，胶黏剂被热固化成坚硬固体一致物（例如，硬度A 48-50）。前述过程会需要在70℃至150℃之间温度下从1小时到8小时。在胶黏剂固化后，反射性的含有硅树脂的材料可以填充在基底剩余部分（包括LED的外部边缘的侧壁）。在含有硅树脂的填充剂已经硬化后，可以使用往回刻蚀过程以移除在LED顶上的填充剂以及将其从结合焊盘表面移除，因此暴露金属用于电连接。

各种往回刻蚀技术可以在这个整体方案中使用。严格地作为示例的是湿珠喷砂和干珠喷砂。当使用干珠喷砂技术时，80μm碳酸氢钠颗粒撞击待喷砂表面。在湿珠喷砂技术中，在水浆料中的180μm塑料颗粒被引导至待喷砂表面。

所得到的组件表现出非常高的剪切强度。下文的剪切测试数据对应于，当合适的清洗方法、粘合提升剂和高折射率粘合剂用于贴附时，从蓝宝石表面搭接剪切的波长转换铺片的示例。

表1: 剪切测试数据

采用本公开的实施例的附加系统

附加示例

图9A展示筒灯设备的侧视图9A00。如所示出的，筒灯设备902包括刚性的或者半刚性的外壳904，其支持发光器件阵列906。发光器件的阵列可以组织成任何布置，例如并且如所示，组织成放置在印刷线路板模块908的边界内的线性阵列。一些筒灯可能由在发光器件阵列中的经封装筒灯发射器910的更多（或更少）的实例组成。

图9B展示管发光二极管（TLED）设备的侧视图9B00。如所示出的，TLED设备922包括TLED发射器920的实例的线性阵列，其被组织以便装配在由TLED管边界924形成的TLED腔内。发光器件的阵列可以组织成任何布置，例如并且如所示，组织成放置在印刷线路板模块908的边界内的线性阵列。管状的刚性或者半刚性外壳926支持刚性或者柔性基底928，其支持发光器件阵列906。刚性或者柔性基底928可以包括放置在刚性或者柔性基底的一侧或者两侧上的印刷线路结构（例如，迹线、通孔、连接器等）或者其他导电结构。

图9C展示暗灯槽设备的视图9C00。如所示出的，暗灯槽设备942包括刚性或者半刚性成形的外壳946，其支持发光器件的阵列。发光器件的阵列可以组织成任何布置，例如并且如所示，组织成在印刷线路板模块908上的布置，其放置在成形的外壳的边界内。一些暗灯槽可以由排布在印刷线路板模块上的发光器件的更多（或者更少）的实例组成。

已经详细描述本发明，本领域技术人员将理解，鉴于本公开，可以对本发明进行调整而不背离此处描述的发明概念的精神。因此，本发明的范围不意图限制于所图示和描述的特定实施例。

Claims

1.一种装置，包含：

基底构件，其具有外延沉积层以形成发光二极管的有源区域，该有源区域发射在约450nm至约470nm的波长范围中的可见蓝光；

一厚度的蓝宝石，其放置在该外延沉积层上；

含有硅树脂的粘合剂层，其放置成直接接触到该蓝宝石，

其中该含有硅树脂的粘合剂层通过该硅树脂的周期开环聚合来形成；并且

其中在该含有硅树脂的粘合剂层中，包含一定量的至少一种有机碱；以及

波长转换构件，其放置成与该含有硅树脂的粘合剂层直接接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该含有硅树脂的粘合剂层具有介于该蓝宝石的表面和该波长转换构件的表面之间的层厚度，并且其中该含有硅树脂的粘合剂层表现出跨越该层厚度的交联密度梯度。

3.根据权利要求2所述的装置，其中该交联密度梯度在该含有硅树脂的粘合剂层的第一区域中表现出相对较高的交联浓度，并且在该含有硅树脂的粘合剂层的第二区域中表现出相对较低的交联浓度。

4.根据权利要求1所述的装置，其中该波长转换构件包含陶瓷。

5.根据权利要求1所述的装置，其中该厚度的蓝宝石具有约1.75至约1.8的折射率。

6.根据权利要求1所述的装置，其中该含有硅树脂的粘合剂层具有约1.5至约1.7的折射率。

7.根据权利要求1所述的装置，其中该波长转换构件具有约1.7至约2.0的折射率。

8.根据权利要求1所述的装置，其中残留的有机碱包含下述的至少一种：胍类、或者脒类、或者磷腈类、或者季鏻或者氢氧化铵类、或者其组合。

9.根据权利要求8所述的装置，其中残留的有机碱包含下述的至少一种：7.7.,四甲基胍、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、或者1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、或者1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯、或者其组合。

10.一种方法，包含：

形成基底构件，其具有外延沉积层以形成发光二极管的有源区域，该有源区域发射在约450nm至约470nm的波长范围中的可见蓝光；

在该外延沉积层上生长一厚度的蓝宝石；

沉积含有硅树脂的粘合剂层，其放置成直接接触到该蓝宝石；

将波长转换构件放置成与该含有硅树脂的粘合剂层直接接触。

11.根据权利要求10所述的方法，其中该含有硅树脂的粘合剂层具有介于该蓝宝石的表面和该波长转换构件的表面之间的层厚度，并且其中该含有硅树脂的粘合剂层表现出跨越该层厚度的交联密度梯度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中该交联密度梯度在该含有硅树脂的粘合剂层的第一区域中表现出相对较高的交联浓度，并且在该含有硅树脂的粘合剂层的第二区域中表现出相对较低的交联浓度。

13.根据权利要求10所述的方法，其中该波长转换构件包含陶瓷。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包含通过施加压力至该陶瓷以压入该含有硅树脂的粘合剂层中来进行封盖。