TW202435473A - 用於發光二極體的蓋結構中的材料布置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示包含發光二極體的固態發光裝置，且更特定而言揭示在用於發光二極體的蓋結構中的材料布置，該材料布置定製了光發射。材料布置包含濾光顆粒或離子種類，其整合在覆蓋發光二極體封裝內發光二極體晶片的蓋結構的材料中。濾光材料可配置以選擇性過濾由發光二極體封裝內的發光二極體晶片及/或發光材料提供的光的一或多個部分。分散濾光材料在蓋結構內提供對於濾光材料的保護及機械支撐。另外，蓋結構內濾光材料的布置及濃度可水平及/或垂直變化以定製對應發光二極體封裝的發射圖案。材料布置包含併入至蓋結構內原子級的光過濾種類。進一步的材料布置包含配置以基於來自發光二極體晶片的相對光強度而將光按比例散射的光致變色顆粒。

Description

用於發光二極體的蓋結構中的材料布置

本發明關於包含發光二極體（light-emitting diode；LED）的固態發光裝置，且更特定而言關於用於發光二極體的蓋結構中的材料布置。

諸如發光二極體之固態發光裝置越來越多地用於消費者及商業應用兩者中。發光二極體技術中之進步已導致具有長使用壽命之高效且機械穩固的光源。因此，現代發光二極體已實現各種新顯示器應用，且越來越多地用於通常照明應用，通常替代白熾及螢光光源。

發光二極體為將電能轉換成光之固態裝置，且通常包含布置於相反摻雜之n型層與p型層之間的半導體材料之一或多個主動層（或主動區）。當跨摻雜層施加偏壓時，電洞及電子注入至一或多個主動層中，其中電洞及電子復合以產生發射，諸如可見光或紫外線發射。發光二極體晶片典型包含可由例如碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁及/或砷化鎵基材料及/或由有機半導體材料製成的主動區。由主動區產生之光子在所有方向發出（initiate）。可安排發光材料來轉換自發光二極體晶片的主動區產生的至少一些光至不同波長。

發光二極體封裝已發展成提供用於發光二極體發射器及發光材料的機械支撐、電連接及囊封。隨著發光二極體技術持續進步，發光二極體封裝須要對各種應用發射具高色彩品質的光。儘管發光二極體封裝技術最近取得了進展，但對於生產具有所要發射特性的高品質光同時亦提供發光二極體封裝中高光發射效率仍面臨挑戰。

此項技術持續尋求具有能夠克服與習知發光二極體裝置相關聯之挑戰的所需照明特性的改良發光二極體及固態發光裝置。

本發明關於包含發光二極體的固態發光裝置，且更特定而言關於用於定製（tailor）光發射的發光二極體的蓋結構中的材料布置。材料布置包含整合在蓋結構的材料內的濾光顆粒或離子種類，蓋結構覆蓋發光二極體封裝內的發光二極體晶片。濾光材料可配置以選擇性過濾由發光二極體封裝內的發光二極體晶片及/或發光材料所提供光的一或多個部分。整合在蓋結構內的濾光材料提供對於濾光材料的保護及機械支撐。另外，蓋結構內濾光材料的布置及濃度可水平及/或垂直變化以定製對應的發光二極體封裝的發射圖案。材料布置包含併入至蓋結構內原子級的光過濾種類。進一步的材料布置包含光致變色顆粒，其配置以基於自發光二極體晶片的相對光強度而按比例散射光。

在一態樣中，發光二極體封裝包括：基台；至少一發光二極體晶片，其在基台上，至少一發光二極體晶片配置以產生第一峰值波長範圍中的光；以及蓋結構，其在至少一發光二極體晶片上，蓋結構包括整合在蓋結構內的複數個濾光材料，濾光材料配置以降低離開蓋結構之光的某些波長的發射。在某些實施例中，複數個濾光材料包括複數個濾光顆粒。在某些實施例中，複數個濾光材料包括併入至蓋結構的主材料內的複數個濾光離子種類。在某些實施例中，濾光材料配置以降低離開蓋結構之第一峰值波長範圍的至少一部分內的光量而不對在蓋結構內的第一峰值波長範圍的光進行波長轉換。在某些實施例中，蓋結構包括玻璃，並且複數個濾光材料整合在玻璃內。

在某些實施例中，發光二極體封裝可進一步包括在蓋結構與至少一發光二極體晶片之間的發光材料，發光材料配置以轉換第一峰值波長範圍中的光的一部分成具有第二峰值波長範圍的光。在某些實施例中，濾光材料配置以降低離開蓋結構的第一峰值波長範圍的至少一部分內的光量比第二峰值波長範圍內的光量更多。在某些實施例中，濾光材料配置以降低離開蓋結構的第二峰值波長範圍的至少一部分內的光量。在某些實施例中，濾光材料配置以降低離開蓋結構的光波長低於400奈米的發射。在某些實施例中，濾光材料配置以降低離開蓋結構的光波長高於700奈米的發射。在某些實施例中，發光二極體封裝可進一步包括與濾光材料分散在蓋結構內的發光材料顆粒。

在某些實施例中，濾光材料布置成蓋結構的周邊邊緣附近比蓋結構的中央部分較高濃度。在某些實施例中，濾光材料布置成沿蓋結構的中央部分比蓋結構的周邊邊緣附近較高濃度。在某些實施例中，濾光材料布置成相對於發光二極體晶片在蓋結構內垂直變化濃度。在某些實施例中，濾光材料包括至少第一濾光類型及第二濾光類型，且第二濾光類型配置以選擇性過濾與第一濾光類型不同的波長範圍。

在另一態樣中，發光二極體封裝包括：基台；至少一發光二極體晶片，其在基台上；以及複數個光致變色顆粒，其設置在至少一發光二極體晶片上，複數個光致變色顆粒配置以基於來自至少一發光二極體晶片的光的相對強度而可變化地散射來自至少一發光二極體晶片的光。在某些實施例中，複數個光致變色顆粒配置以在來自至少一發光二極體晶片的光的強度減少時，減少來自至少一發光二極體晶片的光的散射。發光二極體封裝可進一步包括至少一發光二極體晶片上的蓋結構，其中複數個光致變色顆粒分散在蓋結構內。發光二極體封裝可進一步包括分散在蓋結構內的濾光顆粒。發光二極體封裝可進一步包括分散在蓋結構內的發光材料顆粒。在某些實施例中，複數個光致變色顆粒配置以在來自至少一發光二極體晶片的光的強度減少時，減少來自發光材料顆粒的光的散射。在某些實施例中，複數個光致變色顆粒包括有機化合物、含有鹵化銀微結晶的矽酸鹽光致變色玻璃及鹼金屬-鹵化物化合物的活性結晶中一個或多個。

在另一態樣中，如本文所述的任一前述態樣、及/或各種獨立態樣及特徵可個別或一起組合以得到額外優點。如本文所揭示的各種特徵及元件之任一者可與所揭示之一或多種其他特徵及元件組合，除非本文中有相反指示。

所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解本發明之範疇，且在閱讀與隨附圖式結合的以下較佳實施例之詳細描述之後認識到本發明之額外態樣。

下文所闡述之實施例表示使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實踐實施例所必需的資訊，且繪示實踐實施例之最佳方式。所屬技術領域中具有通常知識者結合附圖閱讀以下繪示後，將瞭解本發明之概念且將認識本文中未具體提出的所述概念之應用。應理解的是，所述概念及應用屬於本發明及隨附申請專利範圍之範疇內。

應理解的是，儘管術語第一、第二等可在本文中用以描述各種元件，但所述元件不應受所述術語限制。所述術語僅用於將一個元件與另一個元件區分開來。舉例而言，在不脫離本發明之範疇的情況下，可將第一元件稱為第二元件，且類似地，可將第二元件稱為第一元件。如本文中所用，術語「及/或」包含相關聯的所列項目中之一或多者的任何及所有組合。

應理解的是，當諸如層、區或基板的元件稱作在另一元件「上」或延伸至另一元件「上」時，其能直接在另一元件上或直接延伸至另一元件上，或亦可存在介入元件。相比之下，當一元件稱作「直接位於另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在介入元件。同樣，應瞭解的是，當諸如層、區或基板之元件稱作「位於另一元件上方」或「在另一元件上方」延伸時，其能直接位於另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或亦可存在介入元件。相比之下，當一元件稱作「直接位於另一元件上方」或「直接在另一元件上方延伸」時，不存在介入元件。亦應理解的是，當一元件稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，其能直接連接或耦接至另一元件，或可存在介入元件。相比之下，當元件稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，不存在介入元件。

諸如「下方」或「之上」、或「上部」或「下部」、或者「水平」或「垂直」的相對術語可在本文中用於描述如諸圖中所繪示的一個元件、層或區與另一元件、層或區的關係。應瞭解的是，所述術語及上文所論述之術語意欲涵蓋除諸圖中所描繪之定向之外的不同裝置定向。

本文中使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否則單數形式「一」及「該」亦意欲包含複數形式。應進一步理解，術語「包括」及/或「包含」在本文中使用時指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。

除非另外定義，否則本文使用的全部術語（包含技術及科學術語）的含義與一般熟習本發明所屬的技術者通常理解的含義相同。應進一步瞭解，本文所用的術語應解釋為具有符合其在本說明書上下文中及相關技術中之含義的含義，且不應在理想化或過度正式的意義上解釋，除非本文中明確如此定義。

本文中參考本發明之實施例之示意性繪示來描述實施例。因此，層及元件之實際尺寸能不同，且預期到由於（例如）製造技術及/或公差引起的繪示之形狀的變化。舉例而言，繪示或描述為正方形或矩形之區能具有圓形或彎曲特徵，且展示為直線之區可具有某一不規則性。因此，諸圖中所繪示之區為示意性的，且其形狀並不意欲繪示裝置之區的精確形狀，且並不意欲限制本發明之範疇。另外，出於繪示性目的，結構或區之尺寸可相對於其他結構或區放大，且因此經提供以繪示本發明主題之通用結構且可或可不按比例繪製。諸圖之間的共同元件可在本文中展示為具有共同元件符號，且可隨後不進行重複描述。

本發明關於包含發光二極體的固態發光裝置，且更特定而言關於用於定製(tailor)光發射的發光二極體的蓋結構中的材料布置。材料布置包含整合在蓋結構的材料內的濾光顆粒或離子種類，蓋結構覆蓋發光二極體封裝內的發光二極體晶片。濾光材料可配置以選擇性過濾由發光二極體封裝內發光二極體晶片及/或發光材料所提供光的一或多個部分。整合在蓋結構內的分散濾光材料提供對於濾光材料的保護及機械支撐。另外，蓋結構內濾光材料的布置及濃度可水平及/或垂直變化以定製對應的發光二極體封裝的發射圖案。材料布置包含併入至蓋結構內原子級的光過濾種類。進一步的材料布置包含光致變色顆粒，其配置以基於自發光二極體晶片的相對於光強度而按比例散射光。

在深入研究本發明的各種態樣的具體細節之前，提供可包含在本發明的範例性發光二極體封裝中的各種元件的概述以提供予上下文。發光二極體晶片能包括能具有以不同方式布置之許多不同半導體層的主動發光二極體結構或區。發光二極體及其主動結構之製造及操作通常為在所屬領域中已知，且本文中僅簡要地論述。主動發光二極體結構之層能使用具有使用金屬有機化學氣相沉積製造合適處理之已知製程製造。主動發光二極體結構之層能包括許多不同層，且通常包括夾在n型與p型相反摻雜磊晶層之間的主動層，其皆連續形成於生長基板上。應理解的是，額外層及元件亦能包含於主動發光二極體結構中，包含（但不限於）緩衝層、成核層、超晶格結構、未摻雜層、包覆層、接觸層、以及電流分散層及光萃取層及元件。主動層能包括單量子井、多量子井、雙異質結構或超晶格結構。

主動發光二極體結構能由不同材料系統製造，其中一些材料系統為基於III族氮化物之材料系統。III族氮化物指形成於氮（N）與週期表III族元素之間的彼等半導體化合物，通常為鋁（Al）、鎵（Ga）及銦（In）。氮化鎵（Gallium nitride；GaN）為常見二元化合物。III族氮化物亦指三元及四元化合物，諸如氮化鋁鎵（aluminum gallium nitride；AlGaN）、氮化銦鎵（indium gallium nitride；InGaN）及氮化鋁銦鎵（aluminum indium gallium nitride；AlInGaN）。其他材料系統包含碳化矽（silicon carbide；SiC）、有機半導體材料及諸如磷化鎵（gallium phosphide；GaP）、砷化鎵（gallium arsenide；GaAs）、磷化銦（indium phosphide；InP）之其他III至V族系統及相關化合物。主動發光二極體結構可生長在生長基板上，其能包含許多材料，諸如藍寶石、SiC、氮化鋁（aluminum nitride；AlN）及GaN。

主動發光二極體結構之不同實施例能取決於主動層、以及n型及p型層之組成而發射不同波長之光。在一些實施例中，主動發光二極體結構可發射具有峰值波長範圍為大約430奈米（nm）至480nm之藍光。在其它實施例中，主動發光二極體結構發射具有峰值波長範圍為500nm至570nm之綠光。在其它實施例中，主動發光二極體結構發射具有峰值波長範圍為600nm至650nm之紅光。其它波長範圍包含自400nm至約430nm的波長範圍及/或自480nm至50nm的波長範圍等、或者自400nm至750nm範圍中的任何波長。在一些實施例中，主動發光二極體結構可配置以發射可見光譜之外的光，包含紫外（ultraviolet；UV）光譜之一或多個部分。UV光譜通常劃分成用字母A、B及C表示之三個波長範圍類別。以此方式，UV-A光典型定義為315nm至400nm之範圍中的峰值波長，UV-B典型定義為280nm至315nm之範圍中的峰值波長，且UV-C典型定義為100nm至280nm之範圍中的峰值波長。UV發光二極體特別適用於與空氣、水及表面中之微生物消毒相關的應用以及其他應用。在其他應用中，UV發光二極體亦可具備一或多種發光材料，以為發光二極體封裝提供具有用於可見光應用之寬廣光譜及經改良色彩品質的聚集發射。

如本文中所使用，當碰撞（impinge）於發光裝置之層或區上的發射照射之至少80%穿過層或區時，可將層或區視為「透明的」。此外，如本文所用，當碰撞於發光二極體之一層或區上的發射照射之至少80%被反射時，將層或區視為「反射」或體現（embody）為「鏡」或「反射器」。在一些實施例中，發射照射包括可見光，諸如具有或不具有發光材料之藍色及/或綠色發光二極體。在其他實施例中，發射照射可包括非可見光。舉例而言，在基於GaN之藍色及/或綠色發光二極體之上下文中，銀（Ag）可被視為反射材料（例如，至少80%反射）。在UV發光二極體之狀況下，可選擇適當材料以提供所要反射率（且在一些實施例中，為高反射率）及/或所要吸收率（且在一些實施例中，為低吸收率）。在某些實施例中，「光透射性」材料可配置以透射所要波長之發射照射之至少50%。

本發明可用於具有各種幾何的發光二極體晶片，包含覆晶幾何。用於發光二極體晶片的覆晶結構一般包含陽極及陰極連接，其提供自發光二極體晶片的相同側或面的連接。陽極及陰極側為作為用於覆晶安裝至另一表面的發光二極體晶片安裝面的一般結構，諸如印刷電略板。在這方面，安裝面上的陽極及陰極作用以機械接合且電耦接發光二極體晶片至其它表面。在覆晶安裝時，發光二極體晶片的相反側或面與光發射面對應，光發射面定向朝向所欲發射方向。在某些實施例中，用於發光二極體晶片的生長基板可在覆晶安裝時形成及/或鄰接光發射面。在晶片製造期間，主動發光二極體結構可磊晶生長在生長基板上。

依據本發明態樣，發光二極體封裝可包含一或多個元件，諸如具有用於波長轉換的發光材料或磷光體的蓋結構、囊封件、光改變材料、透鏡及電接觸等，其設於一或多個發光二極體晶片。在某些態樣中，發光二極體封裝可包含支撐結構或構件，諸如基台或導線架。支撐結構可稱作發光二極體封裝的結構，其支撐發光二極體封裝的一或多個其它元件，包含但不限於發光二極體晶片及蓋結構。在某些實施例中，支撐結構可包含其上安裝有發光二極體晶片的基台。用於基台的合適材料包含，但不限於，諸如鋁氧化物或氧化鋁、AlN的陶瓷材料、或者像聚醯亞胺（PI）及聚鄰苯二甲醯胺（polyphthalamide；PPA）的有機絕緣物。在其它實施例中基台可包括印刷電略板（printed circuit board；PCB）、藍寶石、矽或任何其它合適材料。對於PCB實施例，能使用諸如標準FR-4 PCB、金屬核芯PCB或任何其它其它類型PCB的不同PCB類型。在又進一步實施例中，支撐結構可實施為導線架結構。本發明態樣係提供在用於發光二極體晶片的支撐結構情境，其可以任何數目波長範圍發射光，包含UV及/或可見光譜內波長。

光改變材料可布置在發光二極體封裝內，以反射或以其他方式將來自一或多個發光二極體晶片的光以所要的發射方向或圖案重新導向。如本文所使用，光改變材料可包含許多不同材料，其包含反射或重新導向光的光反射材料、吸收光的光-吸收材料、以及作為觸變劑的材料。如本文所使用，術語「光-反射」稱呼材料或顆粒反射、折射、散射或以其他方式將光重新導向。對於光-反射材料，光改變材料可包含熔融二氧化矽、帶氣泡二氧化矽、二氧化鈦（TiO ₂）及懸浮於黏合劑中金屬顆粒的至少其中之一，黏合劑諸如矽酮或環氧樹脂。對於光-吸收材料，光改變材料可包含碳、矽酮、及懸浮於黏合劑中金屬顆粒的至少其中之一，黏合劑諸如矽酮或環氧樹脂。光-反射材料及光-吸收材料可包括奈米顆粒。在某些實施例中，光改變材料可包括通常白色物以反射及重新導向光。在其它實施例中，光改變材料可包括通常用於吸收光且增加對比的不透明或黑色物。

發光二極體晶片能亦為蓋或以其他方式布置，以將光發射朝向一或多個發光材料（本文亦稱作發光體），諸如磷光體，致使至少一些來自發光二極體晶片的光由一或多個發光體吸收，且依據自一或多個發光體的特性發射而轉換成一或多個不同波長光譜。在這方面，至少一發光體接收由發光二極體源所產生光的至少一部分可重新發射具有較發光二極體源不同峰值波長的光。可選擇發光二極體源及一或多個發光材料以使彼結合光輸出結果與一或多個所要的特性，諸如顏色、色點（color point）強度等。在某些實施例中，發光二極體晶片的聚集發射，可選地與一或多個發光材料結合，可布置以提供冷白、自然白或暖白光，諸如在自2500開爾文（K）至10,000K的色溫範圍內。在某些實施例中，可使用具有青色、綠色、琥珀色、黃色、橘色及/或紅色峰值波長的發光材料。在一些實施例中，發光二極體晶片與一或多個發光體（例如，磷光體）的組合發射光的一般白色組合。一或多個磷光體可包含黃色（例如，YAG：Ce）、綠色（例如，LuAg：Ce）及紅色（例如，Ca _i-x-ySr _xEu _yAlSiN ₃），其發射磷光及其組合。

如本文所述發光材料可為或包含一或多個磷光體、閃爍體（scintillator）、發光墨水（lumiphoric ink）、量子點材料、日光膠帶（day glow tape）及其類似者。發光材料可由任何適合手段提供，舉例而言，分散在主材料或囊封材料中。在某些實施例中，發光材料可向下轉換或向上轉換，且可提供為向下轉換及向上轉換材料之二者組合。在某些實施例中，多種不同（例如，成分不同） 發光材料布置以產生不同峰值波長，其可布置以接收自一或多個發光二極體晶片的發射。在某些實施例中，一或多個發光材料可以實質均勻方式布置在發光二極體晶片的一或多個表面上或上方。在其它實施例中，一或多個發光材料可以實質相關一或多個材料成分、濃度及厚度的不均勻方式布置在發光二極體晶片的一或多個表面上或上方。在某些實施例中，一或多個發光材料的載入（loading）百分比可相關發光二極體晶片的一或多個外表面而變化。在某些實施例中，一或多個發光材料可相關發光二極體晶片的一或多個表面而圖案化，以包含一或多個條紋、點、曲線或多邊形。在某些實施例中，多發光材料可以發光二極體晶片上或上方的不同離散區或離散層而布置。

在某些實施例中，一或多個發光材料可提供作為用於發光二極體封裝的波長轉換元件或蓋結構的至少一部分。波長轉換元件或蓋結構可包含玻璃中發光體或陶瓷中發光體的布置。玻璃中或陶瓷中發光體布置可藉由混合發光體顆粒與玻璃料或陶瓷材料、壓縮該混合物成平面形狀、且燒製或燒結該混合物以形成硬化結構而形成，硬化結構能切割或分開成個別波長轉換元件。對於某些玻璃中發光體布置，前驅材料的多個片，諸如玻璃料及對應黏合劑，可層積且一起燒製。波長轉換元件可使用例如透明接著劑層而附接至一或多個發光二極體晶片。在某些實施例中，透明接著劑層可包含具有約1.3至約1.6折射係數範圍中的矽酮，其小於位於發光二極體晶片上的波長轉換元件的折射係數。

本發明態樣可包含材料具體布置，其可提供在用於發光二極體封裝的蓋結構內，用以改變及/或改善發射特性。如此蓋結構可包含硬且機械強健結構，其位於發光二極體封裝內一或多個發光二極體晶片上方。蓋結構可以諸如玻璃或陶瓷的主材料形成，玻璃或陶瓷以玻璃料及/或玻璃料或各種陶瓷材料的層疊片形成。如將進一步與具體實施例描述而言，發光材料可提供作為可與蓋結構內實施的蓋結構或發光材料上的分離層。蓋結構可配置以提供保護發光二極體封裝的下方部分免於環境暴露，藉此提供更強健發光二極體封裝，其非常適合要求高功率並增加光強度、對比及可靠性的應用，例如汽車內部及外部應用。用於改變及/或改善發射特性的濾光材料可包含濾光顆粒或離子種類，其配置以選擇性過濾某些光波長。在各種態樣中，濾光材料可包含但不限於有機材料、介電材料及金屬材料。示例性濾光材料可體現為分子、離子、顆粒及/或各種材料的散射顆粒。在又進一步範例中，濾光離子種類以原子級併入至蓋結構的材料。濾光離子種類可包含鉻基材料、鎘基材料及/或鈷基材料等。

如本文所使用，濾光材料及/或顆粒可包含各種布置，其與各種分布、顆粒尺寸及/或與蓋結構材料周圍折射係數有差異，而折射係數差異選擇性提供在反射某些波長光、重新導向或以其他方式吸收其它波長光同時使光穿過的能力。在各種布置中，如本文所述濾光材料可形成用於透過對應蓋結構使光通過的一或多個帶通濾波器、高通濾波器、低通濾波器、陷波或帶阻濾波器。帶通濾波器可配置以促進特定範圍內波長穿過同時反射特定範圍外側波長。低通濾波器可促進低於某些值波長穿過同時反射較高波長。高通濾波器可促進某些值以上波長穿過同時反射較低波長。最後，陷波或帶阻濾波器可促進特定範圍內波長反射同時促進特定範圍外側波長穿過。所揭示發光二極體封裝中濾光材料具體布置可促進非轉換光（例如，來自發光二極體晶片）反射回至發光材料中，藉此改善光-轉換效率及允許發光材料厚度的潛在降低。厚度的潛在降低及對應發光材料安裝可進一步作用以降低操作期間來自發光材料的熱產生。

圖1A至圖9為以下濾光材料的概括情境的討論。所揭示原理為對任何可併入至蓋結構內濾光材料的可等同應用，諸如濾光離子種類及/或濾光顆粒。在這方面，對於圖1A至圖9的以下描述濾光材料的位置可表示諸如玻璃或陶瓷的蓋結構的主材料或基材內濾光離子種類的位置、或者可分散在蓋結構內濾光顆粒的位置。在又進一步實施例中，對於圖1A至圖9的以下描述濾光材料可包含多種濾光材料及/或顆粒，其配置以提供彼此不同濾光性質。

圖1A為依據本文揭示態樣包括含有濾光材料16的蓋結構14以及發光二極體晶片12的發光二極體封裝10的截面圖。如所繪示，濾光材料16實施或以其他方式整合在蓋結構14的主材料內。舉例而言，蓋結構14的基礎材料可包含玻璃，且濾光材料16分布在整個玻璃中。藉由合併濾光材料16至蓋結構14內，而不以分開的膜或塗覆，蓋結構14的材料可有效對濾光材料16提供囊封及環境保護。在某些實施例中，發光二極體封裝10可進一步包含發光材料18，其相關發光二極體晶片12而布置在光-接收位置中。發光材料18可提供作為蓋結構14上的塗覆或層，諸如以一或多個磷光體顆粒類型實施的矽酮層。在其它實施例中，發光材料18可實施為預形成及硬化結構，其附接至發光二極體晶片12及/或蓋結構14。如此預形成結構可包含玻璃中磷光體或陶瓷磷光體板布置。

圖1B為具有繪示示例性濾光特性的疊加光譜示圖的圖1A發光二極體封裝10的分解圖。發光二極體晶片12配置以產生第一峰值波長12’或在第一峰值波長範圍中的光。對於第一峰值波長12’的疊加箭頭及僅與第一峰值波長12’對應光譜示圖提供在發光二極體晶片12上方，以指示光傳播方向及在到達發光材料18之前的對應光譜。在通過發光材料18之後，第一峰值波長12’的一部分轉換成第二峰值波長18’或第二峰值波長範圍的光。因此，在發光材料18上方的對於第一峰值波長12’的疊加箭頭的尺寸降低且繪示表示第二峰值波長18’的另一箭頭。另外，發光材料18上方對應光譜示圖顯示第一峰值波長12’的強度隨著第二峰值波長18’的存在而降低。在此範例中，蓋結構14的濾光材料16配置以選擇性過濾第一峰值波長12’的光。因此，離開蓋結構14的光可主要是第二峰值波長範圍18’，諸如整體發射的至少95%、或至少97%、或者至少99%。如此發光二極體封裝10可稱作為飽和發射器封裝（saturated emitter package），其中聚集發射（aggregate emission）主要為藉由自發光材料18轉換光所提供。在對於第一峰值波長的值範圍情況中，濾光材料16可過濾整個第一峰值波長範圍、或者第一峰值波長範圍的一部分或其子集合。在特定範例中，第一峰值波長可在自430nm至480nm的範圍中，且第二峰值波長在自500nm至650nm的範圍中。

在其它實施例中，發光二極體封裝10可不以所謂飽和發射器封裝體現。而是，濾光材料16可用作選擇性暗淡聚集發射，特別對於其中光強度應處於或低於臨界亮度準位的終端應用。以此方式，相較於飽和發射器實施例，濾光材料16可以提供有降低的載入，藉此僅將整體光的所控制部分濾光。在如此範例中，濾光材料16可配置以將第一峰值波長12’的某些百分比、或第二峰值波長18’的某些百分比、或者二者的某些百分比濾光。

在其它實施例中，濾光材料16可配置以將第一峰值波長範圍及/或第二峰值波長範圍的子集合或僅一部分濾光。舉例而言，第一峰值波長可在自430nm至480nm的範圍中，僅管對應發射光譜的邊緣可延伸至低於400nm且進入UV發射中。在某些實施例中，濾光材料16可配置以選擇性過濾低於400nm波長，同時允許其它波長穿過。在另一範例中，濾光材料16能夠配置以選擇性過濾700nm或其以上波長。

在其它實施例中，濾光材料16可實施為多種濾光類型，其選擇性過濾不同峰值波長範圍。舉例而言，濾光材料16可包含第一濾光類型及第二濾光類型，第一濾光類型選擇性過濾低於400nm波長，第二濾光類型選擇性過濾700nm或以上波長。在另一範例中，第一及/或第二濾光類型能夠選擇性過濾某些波長帶，其在自400nm至700nm的較大範圍內。

圖2為類似圖1該發光二極體封裝10且進一步繪示額外封裝元件的發光二極體封裝20的截面圖。在圖2中，發光二極體晶片12具有覆晶位向以使陽極接觸22及陰極接觸24自發光二極體晶片12的相同側進入（accessible）且以覆晶安裝至基台26。基台26一般包含用於路由電連接至發光二極體晶片12的對應電跡線。儘管繪示單一發光二極體晶片12，複數個發光二極體晶片12能夠安裝在基台26上，它們每一個擁有蓋結構14，或在用於多個發光二極體晶片的共同蓋結構14下方。

如圖2中所繪示，可設置光改變層28在基台26上且圍繞發光二極體晶片12的側向邊緣。光改變層28可包含光-反射材料及/或光-折射材料，其有效重新導向側向傳播光回向所要的發射方向，諸如透過蓋結構14。在某些實施例中，光改變層28可亦圍繞發光材料18的側向邊緣。以此方式，蓋結構14形成發光二極體封裝20的發射表面，且自發光二極體晶片12或發光材料18的側向傳播光而可重新導向用以與蓋結構14的濾光材料16交互作用。在又進一步實施例中，光改變層28可圍繞蓋結構14的側向邊緣以使離開發光二極體封裝20發射圖案形成形狀。如所繪示，蓋結構14的一部分可布置成光改變材料28上方突出。以此方式，可提供間隙以解決製造變化來避免無意中在蓋結構14a的頂表面上形成光改變材料28。對於光-反射實施例，光改變層28可具有主要白色顏色。替代地，光改變材料28可以主要黑色顏色提供來提供對於穿過蓋結構14光的增加對比度。在某些實施例中，如圖2所述光改變材料28可亦以圖3至圖10A所述任何以下實施例實行。

圖3為類似圖2發光二極體封裝20的發光二極體封裝30的截面圖，其中發光材料18設置成與濾光材料16分散在蓋結構14內的發光顆粒的實施例。以此方式，發光材料18的顆粒及濾光材料16可同時嵌入且在蓋結構14內一起混合。在某些實施例中，如此布置可避免用於對發光材料18的分離層或結構的需要。蓋結構14可因此以亦存在光-濾光特性的玻璃結構中磷光體體現。

圖4為對於其中發光二極體封裝30不包含發光材料的實施例的類似圖2發光二極體封裝20的發光二極體封裝30的截面圖。因此，具有濾光材料16的蓋結構14可設置在發光二極體晶片12上，以將由發光二極體晶片12產生光的部分濾光。舉例而言，濾光材料16可取決於實施例將低於400nm或高於700nm發射光譜邊緣濾光。在其它實施例中，濾光材料16可以布置有降低所發射的峰值波長亮度的載入，以有效使發光二極體晶片12變暗至目標亮度。

圖5至圖9繪示其中濾光材料16水平或垂直在蓋結構14內變化以提供各種發射圖案的布置的各種實施例。依據本文所揭示態樣，將濾光材料16分散或其它方式嵌入蓋結構14中的能力允許蓋結構14內濾光材料16的局部濃度變化的能力，以使光發射定製成為目標應用。在玻璃用於蓋結構14的基礎材料的情境，玻璃料的前驅片可以布置成具有濾光材料16的不同局部區及/或布置成隨濾光材料16濃度變化的不同玻璃料片。類似規則在陶瓷用於蓋結構14的基礎材料時對於陶瓷材料的前驅片應用。

圖5為對於其中布置成相關於蓋結構14的中央部分沿蓋結構14的周邊邊緣增加載入的濾光材料16的實施例之類似圖2該發光二極體封裝20的發光二極體封裝34的截面圖。如此布置可有助降低來自發光二極體晶片12的光導致的顏色混合中的不均勻，發光二極體晶片12的光可沿發光二極體封裝34周邊通過較低量的發光材料18。在某些實施例中，蓋結構14的中央區可缺少濾光材料16以促進所要發射方向的增加發射。如所繪示，蓋結構14可具有自周邊邊緣至中央區的濾光材料16漸變分布。舉例而言，在其中濾光材料16包括濾光離子種類的情境中，離子種類可允許在形成蓋結構14期間擴散，使得不一定存在清楚的邊界。另外，能夠亦提供濾光顆粒的漸變分布。在其它實施例中，能夠界定蓋結構14內濾光材料清楚邊界。

圖6為對於其中布置成相對於蓋結構14周邊邊緣沿蓋結構14的中央部分增加載入的濾光材料16的實施例之類似圖5該發光二極體封裝34的發光二極體封裝36的截面圖。可實行如此布置以藉由光的最高強度的空間降低區域而降低發光二極體封裝36的整體發射強度。另外，蓋結構14處或周邊邊緣附近的區可缺少濾光材料16。在以上用於圖5所述類似方法中，濾光材料16能夠形成蓋結構14內漸變分布或清楚邊界。

圖7為對於其中濾光材料16布置成蓋結構14頂表面附近增加濃度的實施例之類似圖5發光二極體封裝34的發光二極體封裝38的截面圖。以此方式，不包含濾光材料16的蓋結構14的部分布置在濾光材料16與發光二極體晶片12之間。如此布置可有益於由濾光材料16所產生任何熱遠離發光二極體晶片12。如以上描述，藉由將前驅材料片疊製而形成蓋結構14允許垂直變化濾光材料16濃度的能力。儘管發光材料18繪示在圖7中，可在某些實施例中省略發光材料18。

圖8為對於其中濾光材料16布置成蓋結構14底表面附近增加濃度的實施例之類似圖7發光二極體封裝38的發光二極體封裝40的截面圖。在圖8中，濾光材料16位於更接近發光二極體晶片12處。用以上描述於圖5的類以方式，濾光材料16能夠形成蓋結構14內漸變分布或清楚邊界。在某些實施例中，圖3的發光材料18可亦整合在蓋結構14內。

圖9為對於其中濾光材料16布置成沿蓋結構14中間部分垂直增加濃度的實施例之類似圖7發光二極體封裝38的發光二極體封裝42的截面圖。用以上描述於圖5的類似方式，濾光材料16能夠形成蓋結構14內漸變分布或清楚邊界。在某些實施例中，圖3的發光材料18可亦整合在蓋結構14內。

依據本發明某些態樣，光致變色顆粒可併入至發光二極體封裝中。光致變色顆粒布置使用光激活化學，其為基於發光二極體晶片所發射光的相對強度的通量相依性。舉例而言，在來自發光二極體晶片的光為在較高相對強度時，可配置光致變色顆粒以散射較高光量。相反，在來自發光二極體晶片的光以較低相對強度提供時，光致變色顆粒可配置以散射降低的光量。增加的散射可降低離開發光二極體封裝的相對光量，同時降低的散射可增加離開發光二極體封裝的相對光量。以此方式，在發光二極體晶片於彼整個壽命中強度退化方面，光致變色顆粒的行為可用作平緩或降低減少的的嚴重程度。用於光致變色顆粒的示例性光致變色材料包含：有機化合物，諸如金屬的螺吡喃類（spiropyrans）及二苯硫鹽（dithizonates）；含有鹵化銀微結晶的矽酸鹽光致變色玻璃，舉例而言，溴化銀（AgBr）或氯化銀（AgCl）；以及鹼金屬-鹵化物化合物的活性結晶。

圖10A為依據本文揭示態樣類似圖3發光二極體封裝30且包含光致變色顆粒46的發光二極體封裝44的截面圖。在某些實施例中，光致變色顆粒46可分散或以其他方式嵌入在蓋結構14內。然而，在其它實施例中，光致變色顆粒46可駐存在發光二極體封裝44的其它部分，諸如省略蓋結構14時的囊封件材料內。如以上所描述，光致變色顆粒46可配置以自發光二極體晶片12相對由發光二極體晶片12所提供光強度按比例而散射光。在某些實施例中，發光材料18的顆粒可亦伴隨光致變色顆粒46併入至蓋結構14內。以此方式，光致變色顆粒46可亦自發光材料18對來自發光二極體晶片12的光強度按比例散射光。圖10B為繪示對增加光強度響應的光致變色顆粒46的截面圖。在圖10B中，左邊上光致變色顆粒46繪示為圓形以表示無散射或最小光散射。光強度的增加由箭頭48表示。在光強度增加時，光致變色顆粒46’展露增加的散射。出於繪示性目的，具有增加散射的光致變色顆粒46’在圖10B中表示為星形。

圖11A為繪示涵蓋藍光發光二極體晶片壽命的標準光通量衰減的示圖。y軸表示在x軸以小時為單位的時間同時的光通量百分比。如所繪示，在開始1,000小時的時間，光通量百分比接近100%。光通量在接近10,000小時展露漸進衰退落至低於約95%，且在10,000小時與100,000小時之間更快速衰退。藉由提供基於相對強度可變化散射光的光致變色顆粒46，如圖11A所繪示關聯發光二極體晶片的衰退可在整個發光二極體封裝發射中減輕。在圖11A中，標記對於圖11B、圖11C及圖11D的影像疊加，其每一者表示示例性對各種光強度的蓋結構14內光致變色顆粒46、光致變色顆粒46’的響應。圖11B與圖11A示圖具有最高強度或光通量的部分對應。圖11C與圖11A示圖具有從圖11B所降低強度的部分對應。最後，圖11D與圖11A示圖具有相較圖11B及圖11C的較低強度的部分對應。因此，光致變色顆粒46、光致變色顆粒46’展露圖11B中散射最高光量、圖11C中散射降低的光量，且圖11D中為少或無光散射。因此，在來自發光二極體晶片的光強度衰退時，光致變色顆粒46、光致變色顆粒46’藉由散射較少光響應，藉此允許更多光穿透蓋結構14而不回向散射（backscattering）。在各種實施例中，可單獨提供光致變色顆粒46、光致變色顆粒46’，或與用於圖1A至圖9的上述濾光材料16結合。

可以想到的是，任何前述態樣及/或本文所描述的各種單獨的態樣及特徵可組合以獲得額外的優點。除非本文有相反指示，否則本文所揭露的各種實施例的任一種可與一個或多個其他揭露的實施例組合。

所屬技術領域中具有通常知識者將認識到本發明的優選實施例的改進及修改。所有這些改進及修改被認為在本文所揭露的概念和所附請求項的範疇內。

10:發光二極體封裝 11B:圖 11C:圖 11D:圖 12:發光二極體晶片 12’:第一峰值波長 14:蓋結構 16:濾光材料 18:發光材料 18’:第二峰值波長 20:發光二極體封裝 22:陽極接觸 24:陰極接觸 26:基台 28:光改變層 30:發光二極體封裝 34:發光二極體封裝 36:發光二極體封裝 38:發光二極體封裝 40:發光二極體封裝 42:發光二極體封裝 44:發光二極體封裝 46:光致變色顆粒 46’:光致變色顆粒 48:箭頭

所附圖式的圖合併且形成繪示本發明數個態樣的此說明書一部分，且與說明一併作為解釋本發明的原理。

[圖1A]為依據本文揭示態樣包括含有濾光材料的蓋結構的發光二極體晶片的發光二極體封裝的截面圖。

[圖1B]為具有繪示示例性濾光特性之疊加光譜示圖的圖1A發光二極體封裝的分解圖。

[圖2]為類似圖1發光二極體封裝且進一步繪示額外封裝元件的發光二極體封裝的截面圖。

[圖3]為類似圖2發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖，其中發光材料設置成與濾光材料分散在蓋結構內的發光顆粒的實施例。

[圖4]為對於其中不包含發光材料的發光二極體封裝實施例的類似圖2發光二極體封裝之發光二極體封裝的截面圖。

[圖5]為對於其中布置成相對於蓋結構的中央部分沿蓋結構的周邊邊緣具有增加載入（loading）的濾光材料的實施例之類似圖2發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖。

[圖6]為對於其中布置成相對於蓋結構周邊邊緣沿蓋結構的中央部分具有增加載入的濾光材料的實施例之類似圖5發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖。

[圖7]為對於其中濾光材料布置成蓋結構頂表面附近增加濃度的實施例之類似圖5發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖。

[圖8]為對於其中濾光材料布置成蓋結構底表面附近增加濃度的實施例之類似圖7發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖。

[圖9]為對於其中濾光材料布置成沿蓋結構中間部分垂直增加濃度的實施例之類似圖7發光二極體封裝的發光二極體封裝的截面圖。

[圖10A]為依據本文揭示態樣類似圖3發光二極體封裝且包含光致變色顆粒的發光二極體封裝的截面圖。

[圖10B]為繪示對增加光強度響應的光致變色顆粒的截面圖。

[圖11A]為繪示涵蓋藍光發光二極體晶片壽命的標準光通量衰減的示圖。

[圖11B]為具有接收來自圖11A的示圖的最高強度的部分的光的光致變色顆粒之蓋結構的截面圖。

[圖11C]為具有接收來自圖11A的示圖的降低強度的部分的光的光致變色顆粒之圖11B蓋結構的截面圖。

[圖11D]為具有接收來自圖11A的示圖的相較圖11B及圖11C較低強度的部分的光的光致變色顆粒之圖11B及圖11C蓋結構的截面圖。

12:發光二極體晶片

14:蓋結構

16:濾光材料

18:發光材料

20:發光二極體封裝

22:陽極接觸

24:陰極接觸

26:基台

28:光改變層

Claims (22)

1. 一種發光二極體封裝，其包括： 基台； 至少一發光二極體晶片，其在該基台上，該至少一發光二極體晶片配置以產生第一峰值波長範圍中的光；以及 蓋結構，其在該至少一發光二極體晶片上，該蓋結構包括整合在該蓋結構內的複數個濾光材料，該濾光材料配置以降低離開該蓋結構之某些波長的光的發射。
2. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該複數個濾光材料包括複數個濾光顆粒。
3. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該複數個濾光材料包括併入至該蓋結構的主材料內的複數個濾光離子種類。
4. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料配置以降低離開該蓋結構之該第一峰值波長範圍的至少一部分內的光量，而不對在該蓋結構內的該第一峰值波長範圍的該光進行波長轉換。
5. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該蓋結構包括玻璃，並且該複數個濾光材料整合在該玻璃內。
6. 如請求項1所述的發光二極體封裝，進一步包括在該蓋結構與該至少一發光二極體晶片之間的發光材料，該發光材料配置以轉換該第一峰值波長範圍中的該光的一部分成具有第二峰值波長範圍的光。
7. 如請求項6所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料配置以降低離開該蓋結構的該第一峰值波長範圍的至少一部分內的光量比該第二峰值波長範圍內的光量更多。
8. 如請求項6所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料配置以降低離開該蓋結構的該第二峰值波長範圍的至少一部分內的光量。
9. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料配置以降低離開該蓋結構的光波長低於400奈米的發射。
10. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料配置以降低離開該蓋結構的光波長高於700奈米的發射。
11. 如請求項1所述的發光二極體封裝，進一步包括與該濾光材料分散在該蓋結構內的發光材料顆粒。
12. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料布置成該蓋結構的周邊邊緣附近比該蓋結構的中央部分較高濃度。
13. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料布置成沿該蓋結構的中央部分比該蓋結構的周邊邊緣附近較高濃度。
14. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料布置成相對於該發光二極體晶片在該蓋結構內垂直變化濃度。
15. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中該濾光材料包括至少第一濾光類型及第二濾光類型，且該第二濾光類型配置以選擇性將與該第一濾光類型不同的波長範圍濾光。
16. 一種發光二極體封裝，其包括： 基台； 至少一發光二極體晶片，其在該基台上；以及 複數個光致變色顆粒，其設置在該至少一發光二極體晶片上，該複數個光致變色顆粒配置以基於來自該至少一發光二極體晶片的光的相對強度而可變化地散射來自該至少一發光二極體晶片的該光。
17. 如請求項16所述的發光二極體封裝，其中該複數個光致變色顆粒配置以在來自該至少一發光二極體晶片的光的強度減少時，減少來自該至少一發光二極體晶片的該光的散射。
18. 如請求項16所述的發光二極體封裝，進一步包括該至少一發光二極體晶片上的蓋結構，其中該複數個光致變色顆粒分散在該蓋結構內。
19. 如請求項18所述的發光二極體封裝，進一步包括分散在該蓋結構內的濾光顆粒。
20. 如請求項18所述的發光二極體封裝，進一步包括分散在該蓋結構內的發光材料顆粒。
21. 如請求項20所述的發光二極體封裝，其中該複數個光致變色顆粒配置以在來自該至少一發光二極體晶片的光的強度減少時，減少來自該發光材料顆粒的該光的散射。
22. 如請求項16所述的發光二極體封裝，其中該複數個光致變色顆粒包括有機化合物、含有鹵化銀微結晶的矽酸鹽光致變色玻璃及鹼金屬-鹵化物化合物的活性結晶中的一個或多個。