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(guò)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(duì)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(qǐng)序列號(hào)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(kāi)的全部?jī)?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(shù)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(guó)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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?？筛鶕?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(guò)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(duì)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(duì)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。可以使用許多常規(guī)的附著技術(shù)來(lái)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(guò)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(duì)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(shuō)，提供這些實(shí)施例以便該公開(kāi)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(jiàn)，可放大各層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)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(duì)術(shù)語(yǔ)例如“在……之下”或 “疊置于……上面”，來(lái)描述如圖所示的一層或區(qū)域到另一層或區(qū)域相對(duì)于基板或基底層的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，這些術(shù)語(yǔ)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(yǔ)“直接”意味著不存在插入元件。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“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(yǔ)第一、第二等來(lái)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(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)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IlOa的基板110、在面IlOa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(guò)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 Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods for Fabricating Same的共同未決的申請(qǐng)序列號(hào)No. 10/659，108中所述的，在此并入其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為參考。基板110的設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)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(guó)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(kāi)的全部?jī)?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 Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures的美國(guó)專利公開(kāi)物No. US 2003/0006418 Al、以及公布的標(biāo)題為 Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor 的美國(guó)專利公開(kāi)物 No. US 2002/0123164 Al 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 Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)No. 10/659, 241中描述的那些，在此并入其公開(kāi)的全部?jī)?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(guò)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(guó)專利公開(kāi)物No. US 2002/0123164 Al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(guò)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(guò)簡(jiǎn)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IlOa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(guò)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IlOa在其中包括腔110b。柔性膜120在面IlOa上延伸超出腔110b。光學(xué)元件130 疊置于腔1 IOb上，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件140位于腔1 IOb中，并且被配置用以通過(guò)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IlOb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(lái)自半導(dǎo)體發(fā)光元件140的光穿過(guò)棱鏡330并穿過(guò)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(guò)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(yǔ)“線路”來(lái)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(duì)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IlOb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IlOb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IlOb上面的柔性膜120的至少一部分120d對(duì)光是透明的。而且，在面IlOa上延伸超出腔IlOb的柔性膜120的至少一部分120c對(duì)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IlOb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IlOb上面的柔性膜120的至少一部分120d包括第一材料，并且在面IlOa 上延伸超出腔IlOb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(duì)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(duì)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IlOb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IlOb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IlOb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IlOb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 IlOb上面并且遠(yuǎn)離腔IlOb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IlOb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(guò)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(kāi)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(guò)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IlOb是第一腔，并且第二和第三腔IlOb'、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IlObUlOb'和IlOb"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 Plastic Shell Having a Phosphor Dispersed Therein, and Methods of Fabricating Same 的申請(qǐng)序列號(hào)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(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為參考。還可提供可填充腔IlOb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?，F(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25 μ m和約500 μ m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(guò)簡(jiǎn)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﹣?lái)封裝芯片并形成光學(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(guò)光學(xué)退化和LED芯片、尤其是功率LED芯片上的高應(yīng)力會(huì)破壞硬密封劑，并且光耦合介質(zhì)還會(huì)潛在地產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)樵撃z可能會(huì)暴露在部分表面上，其由于凝膠的粘性可能會(huì)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(duì)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 Molded Chip Fabrication Method and Apparatus 的申請(qǐng)序列號(hào) 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(kāi)的全部?jī)?nèi)容作為參考。通過(guò)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(guò)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(lái)自器件的所有表面的光強(qiáng)度和χ、 y色度值/坐標(biāo)可以保持相對(duì)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(shuō)明書(shū)中，已公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例，并且盡管采用了特定術(shù)語(yǔ)，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；在該面上的在其中包括光學(xué)元件的柔性單一膜；以及半導(dǎo)體發(fā)光元件，其在基板和柔性單一膜之間并且被配置用以通過(guò)光學(xué)元件發(fā)射光；其中該柔性單一膜在基板的該面上共形延伸到半導(dǎo)體發(fā)光元件外部，并且也在半導(dǎo)體發(fā)光元件上延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中該柔性單一膜附著到基板，使得當(dāng)其在其操作期間膨脹和收縮時(shí)，柔性單一膜共形到發(fā)光器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件包括透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件包括棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件包括朝著柔性單一膜延伸的線路， 并且其中配置棱鏡用以減小從半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射的光通過(guò)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)光元件之間的柔性單一膜上的磷光體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中該透鏡包括鄰近半導(dǎo)體發(fā)光元件的凹形內(nèi)表面，并且其中該磷光體包括在該凹形內(nèi)表面上的共形磷光層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中疊置于半導(dǎo)體發(fā)光元件上面的柔性單一膜的至少一部分對(duì)于光是透明的，并且其中在該面上共形延伸到半導(dǎo)體發(fā)光元件外部的柔性單一膜的至少一部分對(duì)于光是不透明的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中疊置于半導(dǎo)體發(fā)光元件上面的柔性單一膜的至少一部分包括第一材料，并且其中在該面上延伸到半導(dǎo)體發(fā)光元件外部的柔性單一膜的至少一部分包括第二材料，該第二材料不同于第一材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該柔性單一膜包括鄰近基板的第一面和遠(yuǎn)離基板的第二面，并且其中該光學(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)置該兩者使得半導(dǎo)體發(fā)光元件通過(guò)第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件發(fā)射光。
11.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單一膜和基板彼此附著。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件是第一光學(xué)元件，且該半導(dǎo)體發(fā)光元件是第一半導(dǎo)體發(fā)光元件，柔性單一膜在其中包括與第一光學(xué)元件間隔開(kāi)的第二光學(xué)元件， 該器件進(jìn)一步包括第二半導(dǎo)體發(fā)光元件，其在基板和柔性單一膜之間并且被配置用以通過(guò)第二光學(xué)元件發(fā)射光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的器件，其中該柔性單一膜在基板的該面上共形延伸到第二半導(dǎo)體發(fā)光元件外部，并且也在第二半導(dǎo)體發(fā)光元件上延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13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)光元件之間的柔性單一膜上的第一磷光層、以及在第二光學(xué)元件和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性單一膜上的第二磷光層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的器件，其中第一和第二磷光層包括不同的磷光體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件包括發(fā)光二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的器件，其中該柔性單一膜在其中包括與第一和第二光學(xué)元件間隔開(kāi)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，其在基板和柔性單一膜之間并且被配置用以通過(guò)第三光學(xué)元件發(fā)射光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17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)光元件之間的柔性單一膜上的第一磷光層、在第二光學(xué)元件和第二半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性單一膜上的第二磷光層、以及在第三光學(xué)元件和第三半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的柔性單一膜上的第三磷光層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18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。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件包括磷光體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的器件，其中該光學(xué)元件包括具有散布在其中的磷光體的透鏡。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件包括光學(xué)發(fā)射增強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)換元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中該光學(xué)元件包括光學(xué)散射元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括光學(xué)元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的光耦合介質(zhì)。
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(guò)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(hào)H01L33/50GK102569613SQ20121003790
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者H. 內(nèi)格利 G. 申請(qǐng)人:克里公司