用于磷光体转换LED的具有改善的高温可靠性的磷光体层

技术领域

本公开总体上涉及发光二极管(LED)器件和阵列。LED器件包括：包括有源区的半导体层堆叠；和磷光体层。磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒。

背景技术

半导体发光器件或光学功率发射器件(诸如发射紫外(UV)或红外(IR)光学功率的器件)——其包括发光二极管、共振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、和边缘发射激光器——是目前可用的最有效的光源之一。例如，由于其紧凑的大小和较低的功率要求，半导体光或光学功率发射器件(为简单起见，在本文中称为LED)对于诸如相机闪光灯的光源、对于诸如相机和手机的手持电池供电设备是有吸引力的候选。例如，它们也可以用于其它应用，诸如用于机动车照明、视频手电筒(torch for video)、和普通照明(诸如家庭、商店、办公室和工作室照明，剧院/舞台照明，和建筑照明)。

能够跨可见光谱操作的高强度/亮度发光器件包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。通常，III族氮化物发光器件是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其他外延技术在生长衬底(诸如蓝宝石、硅、碳化硅、III族氮化物或其他合适的衬底)上外延生长不同成分和掺杂剂浓度的半导体层堆叠来制作的。蓝宝石由于其广泛的商业可用性和相对容易的使用而经常被用作生长衬底。生长在生长衬底上的堆叠通常包括形成在衬底上方的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在一个或多个n型层上方的发光或有源区、以及形成在有源区上方的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。

磷光体转换LED(pc-LED)包括LED泵上的磷光体层。磷光体层吸收能量并将进入的波长转换成较低能量的波长。例如，磷光体层将高能LED光下转换成更合期望的色谱。在实践中，选择磷光体层的成分和结构以满足期望的性能标准。可靠性是对pc-LED的要求。对在高功率水平下操作的pc-LED的需求一直在增长，这进而提出了对在高温下操作同时保持良好稳定性的pc-LED材料的需要。

由粉末磷光体和聚合物粘合剂制成的常规磷光体层在高光通量和高温下易于降解，并且因此可以导致pc-LED的过早的可靠性失效。因此，需要开发新型磷光体层材料/设计，其可以克服其在极端操作条件下的可靠性缺点。

发明内容

本文提供了LED器件和光源以及制造其的方法。

在第一方面中，一种发光二极管(LED)器件包括：包括有源区的半导体层堆叠；以及在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

在另一方面中，一种发光二极管(LED)器件包括：包括有源区的半导体层堆叠；和在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散表面处理的无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散表面处理的无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％，多分散表面处理的无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

另一方面是一种光源，其包括：根据本文任何实施例的LED器件的阵列，其附接至背板。

另外的方面是一种制造发光源的方法，其包括：将波长转换膜置于包括有源区的半导体层堆叠上；以及固化波长转换膜以在半导体层堆叠上形成磷光体层并制备发光二极管(LED)器件，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

附图说明

为便于详细理解本公开的上面列举的特征，可以参考实施例对上文简要概述的本公开进行更具体的描述，这些实施例中的一些在所附附图中说明。然而，要注意的是，所附附图仅示出了本公开的典型实施例，并因此不应被认为限制其范围，因为本公开可以容许其他等效的实施例。本文的线条附图不是按比例的。

图1为根据一个或多个实施例的示意图，其示出了磷光体层的截面；

图2-图8为根据各种实施例的各种LED器件的截面示意图；

图9为根据一个或多个实施例的制造LED器件的方法的工艺流程图；

图10示出了根据一个实施例加工的LED器件的注释显微图像；

图11示出了根据比较实施例加工的LED器件的注释显微图像；以及

图12示意性示出了根据本文实施例的包括LED的示例性前灯照明系统。

具体实施方式

在描述本公开的几个示例性实施例之前，应理解本公开不限于以下描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。

根据一个或多个实施例，如本文中使用的术语“衬底”是指一种中间的或最终的、具有表面或表面的一部分的、工艺在其上进行的结构。另外，在一些实施例中，提及衬底也是指衬底的仅一部分，除非上下文清楚地以其他方式指示。此外，根据一些实施例，提及在衬底上沉积包括在裸衬底上沉积，或者在其上沉积或形成有一个或多个膜或特征或材料的衬底上沉积。

在一个或多个实施例中，“衬底”意味着在制作工艺期间在其之上进行膜加工的任何衬底或衬底上形成的材料表面。“生长衬底”或“LED衬底”是在其上制备或生长包括一个或多个有源层的外延层的衬底。“器件衬底”是最终产品或器件的衬底。在一些实施例中，移除生长衬底，并且不包括附加衬底。在一些实施例中，移除生长衬底，并且贴附器件衬底。在一些实施例中，“LED衬底”被包括在贴附于器件衬底的LED泵中。在示例性实施例中，取决于应用，在其上进行加工的衬底表面包括诸如以下的材料：硅、氧化硅、绝缘体上硅(SOI)、应变硅、非晶硅、掺杂硅、掺杂碳的氧化硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、和任何其他合适的材料，诸如金属、金属氮化物、III族氮化物(例如GaN、AlN、InN、和合金)、金属合金、和其他导电材料。衬底包括而不限于发光二极管(LED)器件，其包括uLED器件。在一些实施例中，衬底暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、UV固化、电子束固化、和/或烘焙衬底表面。除了直接在衬底本身的表面上的膜加工之外，在一些实施例中，所公开的膜加工步骤中的任何一个也在衬底上形成的底层上进行，并且术语“衬底表面”旨在包括如上下文指示的这种底层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积到衬底表面上的地方，新沉积的膜/层的暴露表面成为衬底表面。

沉积薄膜的方法包括但不限于：溅射沉积、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、及其组合。

提及LED是指当电流流过它时发射光的发光二极管。在一个或多个实施例中，本文的LED具有在大于或等于75微米至小于或等于300微米范围内的一个或多个特性尺寸(例如，高度、宽度、深度、厚度等尺寸)。在一个或多个实施例中，高度、宽度、深度、厚度中的一个或多个尺寸的值在100至300微米的范围内。本文提及的微米允许±1％-5％的变化。在优选实施例中，高度、宽度、深度、厚度中的一个或多个尺寸具有200微米±1％-5％的值。在一些实例中，LED被称为微LED(uLED或μLED)，其指的是具有一个或多个特性尺寸(例如，高度、宽度、深度、厚度等尺寸)在微米或几十微米数量级的发光二极管。在一个或多个实施例中，高度、宽度、深度、厚度中的一个或多个尺寸的值在1至小于75微米的范围内，例如从1至50微米，或从1至25微米。总的来说，在一个或多个实施例中，本文的LED可以具有范围从1微米到300微米、以及其之间的所有值和子范围的特性尺寸。

磷光体层吸收能量，从而将进入的波长转换为较低能量的较高波长。在本文中，磷光体层包括作为下转换器材料的磷光体颗粒。其他下转换器材料可以是半导体纳米颗粒(量子点)，其可以与磷光体颗粒组合使用。

仅用粉末磷光体和有机粘合剂制备的常规磷光体层在磷光体转换LED(pc-LED)的高温操作条件下迅速降解，并且因此无法满足长期可靠性要求。与常规磷光体层相比，本文提出的包含多分散无机填料颗粒的粉末基磷光体层具有改善的长期高温可靠性。在一个或多个实施例中，多分散无机填料颗粒是表面处理的无机填料颗粒。在一个或多个实施例中，多分散表面处理的无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

单片陶瓷磷光体层通常依赖于较高温度的pc-LED应用，但是其具有有限的颜色可调性和颜色质量范围。本文的粉末基磷光体层有利地提供了更宽的颜色可调性范围和改善的颜色质量，同时满足高温可靠性要求并呈现了更低成本的选项。虽然本文的LED提供了许多优点，但一种应用是高功率(≥1A/mm

本文的器件和方法包括磷光体层，其包含：一种或多种粉末磷光体、多分散无机填料颗粒、和聚合物粘合剂。该层中固体(组合的磷光体和填料)的总体积分数通常≥70％。该磷光体层通常位于蓝色和/或近UV LED泵上，以产生白色pc-LED。pc-LED中高温磷光体层的长期可靠性的改善是通过包含多分散无机填料颗粒来抑制由高温下热机械应力导致的裂纹的产生和扩展而实现的。

图1为根据一个或多个实施例的示意图，其示出了磷光体层10的截面。磷光体层10包括多分散无机填料颗粒15、磷光体颗粒20和粘合剂(或基质)材料25。磷光体层中磷光体颗粒和无机填料颗粒的总量的体积分数大于或等于70％。在一个或多个实施例中，磷光体层中磷光体颗粒和无机填料颗粒的总量的体积百分比大于或等于70％且小于或等于90％，以及其之间的所有值和子范围。

在一个或多个实施例中，磷光体层10的厚度的范围为：大于或等于20微米至小于或等于200微米，以及其之间的所有值和子范围。

提及“多分散”意味着无机填料颗粒的尺寸是变化的，并且不以单峰粒径为中心。在一个或多个实施例中，无机填料颗粒具有范围从大于或等于1微米至小于或等于10微米的粒径分布。在一个或多个实施例中，无机填料颗粒的D

示例性无机填料颗粒包括但不限于：二氧化硅和/或铝硅酸盐。陶瓷颗粒也适合作为无机填料颗粒。

在一个或多个实施例中，无机填料颗粒为表面处理的无机填料颗粒。示例性的表面处理的无机填料颗粒包括但不限于：表面处理的二氧化硅和/或表面处理的铝硅酸盐。表面处理的陶瓷颗粒也适合作为表面处理的无机填料颗粒。

在一个或多个实施例中，表面处理的二氧化硅包含二氧化硅和硅烷偶联剂。示例性的硅烷偶联剂包括但不限于：环氧硅烷、氨基硅烷、巯基硅烷、乙烯基硅烷、苯乙烯基硅烷、或甲基丙烯基硅烷。

粘合剂材料可以是有机基的或无机基的。示例性的有机基粘合剂材料包括但不限于硅树脂聚合物(聚硅氧烷或聚二烷基硅氧烷)。示例性的无机基粘合剂材料包括但不限于电介质材料(例如二氧化硅)。

在一个实施例中，缩合固化硅树脂体系可以用来粘合磷光体颗粒和无机填料颗粒。可以针对机械稳定性、低温固化性质(例如低于150-120摄氏度)、和使用气相催化剂催化的能力来选择硅树脂材料或硅氧烷。在一个实施例中，可以使用有机硅氧烷嵌段共聚物。可以使用包含D和T单元的有机聚硅氧烷，其中D单元主要接合在一起以形成具有10至400个D单元的线性嵌段，并且T单元主要彼此接合以形成支化聚合物链，这被称为“非线性嵌段”。

在实施例中，可以形成磷光体层，供发射蓝光的半导体结构使用。在这样的实施例中，磷光体颗粒可以包括例如发射黄色的波长转换材料或发射绿色和红色的波长转换材料的颗粒，当由相应磷光体发射的光与由发光半导体结构发射的蓝光组合时，这些颗粒将产生白光。在其他实施例中，可以形成磷光体层，供发射UV光的半导体结构使用。在这样的实施例中，磷光体颗粒可以包括例如蓝色和黄色波长转换材料的颗粒或者蓝色、绿色和红色波长转换材料的颗粒。可以添加发射其他颜色光的磷光体颗粒，以定制从LED发射的光谱。

在实施例中，磷光体颗粒可以由Y

在其它实施例中，磷光体颗粒可以包括通式为以下的铝石榴石磷光体：(Lu

在其它实施例中，磷光体颗粒也可以具有通式(Sr

磷光体颗粒也可以是具有化学式(Sr

磷光体颗粒也可以为化学改变的Ce:YAG(钇铝石榴石)磷光体，其通过用三价镨(Pr)离子掺杂Ce:YAG磷光体而产生。磷光体颗粒可以包括主荧光材料和补充荧光材料。主荧光材料可以是Ce:YAG磷光体，并且补充荧光材料可以是铕(Eu)活化的硫化锶(SrS)磷光体(“Eu:SrS”)。主荧光材料也可以是Ce:YAG磷光体或任何其它合适的发射黄色的磷光体，并且补充荧光材料也可以是用铕活化的硫化钙(CaS)和硫化锶(SrS)的混合三元晶体材料((Ca

在实施例中，磷光体颗粒可以包括锶-锂-铝:铕(II)离子(SrLiAl

在实施例中，磷光体层可以包括上述磷光体中的任何一种的混合物。

图2为根据一个实施例的LED器件100的截面示意图。LED器件100包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31和包括有源层35的半导体层。LED泵30安装在接触40(例如焊接焊盘)上。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10位于LED泵30的顶表面上，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面。在其他实施例中，LED泵30的顶表面可以是有源层的表面。LED器件100可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以将包括侧反射器的其他特征添加到LED器件100。

图3为根据一个实施例的LED器件110的截面示意图。LED器件110包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、和接触40(例如焊接焊盘)。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10位于LED泵30的顶表面和侧表面两者上，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面，该侧表面包括LED衬底31和有源层35的侧表面。底部填充材料55在接触40之间的底表面上接触LED泵30。接触40将LED泵30和磷光体层10的结构贴附到器件衬底45的第一表面。附加的金属化焊盘50(例如铜(Cu)焊盘)被贴附到器件衬底45的第二表面。LED器件110可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件110添加其他特征。

图4为根据一个实施例的LED器件120的截面示意图。LED器件120包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、和接触40(例如焊接焊盘)。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10位于LED泵30的顶表面上，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面。白色反射器材料65在侧表面上和在底部上接触LED泵30。LED器件120可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件120添加其他特征。

图5为根据一个实施例的LED器件130的截面示意图。LED器件130包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、和接触40(例如焊接焊盘)。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10通过粘合剂层60贴附到LED泵30的顶表面，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面。白色反射器材料65在接触40之间的底表面上以及在接触40和LED泵30的侧表面上接触LED泵30。白色反射器材料65还在侧表面和/或底表面上接触磷光体层10。接触40将LED泵30、磷光体层10、粘合剂层60和白色反射器材料65的结构贴附到器件衬底45的第一表面。附加的金属化焊盘50(例如铜(Cu)焊盘)被贴附到器件衬底45的第二表面。LED器件130可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件130添加其他特征。

图6为根据一个实施例的LED器件140的截面示意图。LED器件140包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、和接触40(例如焊接焊盘)。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10通过粘合剂层60贴附到LED泵30的顶表面，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面。玻璃层压板70在磷光体层10的顶表面上。白色反射器材料65在接触40之间的底表面上以及在接触40和LED泵30的侧表面上接触LED泵。白色反射器材料65还在侧表面和/或底表面上接触磷光体层10和玻璃层压板70两者。接触40将LED泵30、磷光体层10、粘合剂层60、玻璃层压板70和白色反射器材料65的结构贴附到器件衬底45的第一表面。附加的金属化焊盘50(例如铜(Cu)焊盘)被贴附到器件衬底45的第二表面。LED器件140可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件140添加其他特征。

图7为根据一个实施例的LED器件150的截面示意图。LED器件150包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、和接触40(例如焊接焊盘)。单片陶瓷段75通过粘合剂层61贴附到LED泵30的顶表面，该顶表面在该实施例中是LED衬底31的表面。磷光体层10包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料。磷光体层10通过粘合剂层60贴附到单片陶瓷段75的顶表面。白色反射器材料65在接触40之间的底表面上以及在接触40和LED泵30的侧表面上接触LED泵。白色反射器材料65还在侧表面和/或底表面上接触磷光体层10和单片陶瓷段75两者。接触40将LED泵30、磷光体层10、单片陶瓷段75、粘合剂层60和61、以及白色反射器材料65的结构贴附到器件衬底45的第一表面。附加的金属化焊盘50(例如铜(Cu)焊盘)被贴附到器件衬底45的第二表面。LED器件150可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件150添加其他特征。

在一个或多个实施例中，单片陶瓷段75为Lumiramic

图8为根据一个实施例的LED器件160的截面示意图。LED器件160是具有引线接合的垂直薄膜(VTF)管芯的代表。LED器件160包括LED泵30，该LED泵30包括LED衬底31、包括有源层35的半导体层、以及接触40a和40b。另外的接触41与衬底45接触。包括多分散无机填料颗粒、磷光体颗粒和粘合剂材料的磷光体层10通过粘合剂层60贴附到LED泵30的顶表面，该顶表面在该实施例中是有源层35的表面。白色反射器材料65在接触40a、40b和41以及LED泵30的侧表面上接触LED泵30。白色反射器材料65还在侧表面和/或底表面上接触磷光体层10。接触40a将LED泵30、磷光体层10、粘合剂层60和白色反射器材料65的结构贴附到器件衬底45的第一表面。接触40b通过引线接合80连接到接触41。附加的金属化焊盘50(例如铜(Cu)焊盘)被贴附到器件衬底45的第二表面。LED器件160可以单独或与其他LED器件一起封装和/或组装。对于期望的应用，可以向LED器件130添加其他特征。

LED泵可以由外延生长或沉积的半导体层形成。可以在生长衬底上形成半导体n层。然后，可以在n层上顺序生长或沉积半导体p层，从而在层间的结处形成有源区。能够形成高亮度发光器件的半导体材料可以包括但不限于III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金(也称为III族氮化物材料)。半导体层可以由以下形成：III-V族半导体，包括但不限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半导体，包括但不限于ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV族半导体，包括但不限于Ge、Si、SiC；以及其混合物或合金。这些示例半导体在其存在的LED的典型发射波长下具有范围从约2.4至约4.1的折射率。

衬底(例如LED衬底和/或器件衬底)可以由任何合适的材料(包括但不限于蓝宝石和/或碳化硅)形成。在一个或多个实施例中，LED衬底包括碳化硅、蓝宝石、氮化镓或硅。在一个或多个实施例中，器件衬底是陶瓷衬底。

从每个LED发射的光的方向、光束宽度和光束形状可以通过光学元件来修改。光学元件是单个光学元件或多个光学元件。例如，光学元件可以包括会聚或发散透镜、非球面透镜、菲涅耳透镜、或渐变折射率透镜。还包括其他光学元件，诸如反射镜、光束漫射器、滤光器、掩模、孔径、准直器、或光波导。光学元件的位置可以距LED一定距离，以允许接收和重定向来自多个LED的光。替代地，光学元件可以设置在每个LED的顶部，以单独引导、聚焦或散焦所发射的LED光。光学元件可以直接附接到LED，经由透明的中介层或板附接到LED，或者通过周围的衬底附件与LED保持固定的距离。

在第一方面中，提供了一种发光二极管(LED)器件，其包括：包括有源区的半导体层堆叠；和在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包含磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

在另一方面中，一种发光二极管(LED)器件包括：包括有源区的半导体层堆叠；和在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包含磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散表面处理的无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散表面处理的无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％，多分散表面处理的无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

在一个或多个实施例中，当在加速高温工作寿命(HTOL)测试下，在2安培/mm

在另一方面中，光源包括：根据本文中任何LED器件的LED器件阵列，其附接至背板。

图9为根据一个或多个实施例的制造LED器件200的方法的工艺流程图。在操作220，波长转换膜位于包括有源区的半导体层堆叠上以形成结构。在一些实施例中，波长转换膜被提供在临时胶带上。波长转换膜可以是由粘合剂或基质材料(诸如硅树脂)形成的模制化合物，其高度装载有磷光体颗粒以及多分散无机填料颗粒。在一个或多个实施例中，无机填料颗粒是表面处理的无机填料颗粒，诸如表面处理的二氧化硅(SiO

在操作230，固化操作220的结构，使得波长转换膜形成磷光体层。在一个或多个实施例中，该结构在例如150℃-180℃范围内的温度条件下在四至八小时的持续时间内固化。波长转换膜组合物被选择为包括以下成分：磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒。加工或固化后的磷光体层包含磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，其中磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

在操作210，可选地，将波长转换膜贴附到玻璃层压板。

在操作240，执行可选的进一步加工。在一个或多个实施例中，进一步加工包括在阵列的一部分或全部周围形成钝化层。在一个或多个实施例中，接触直接或经由诸如底座的另一结构耦合到该结构，用于电连接到电路板或其他衬底或器件。在实施例中，接触可以通过间隙彼此电绝缘，该间隙可以填充有电介质材料。

总之，本文的方法包括制造发光源，所述制造发光源包括：将波长转换膜置于包括有源区的半导体层堆叠上；以及固化波长转换膜以在半导体层堆叠上形成磷光体层并制备发光二极管(LED)器件，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。可选地，在将波长转换膜的第二表面定位在半导体层堆叠上之前，将波长转换膜的第一表面附接到玻璃层压板。在一个或多个实施例中，波长转换膜利用粘合剂附接到半导体层堆叠。在一个或多个实施例中，将半导体层堆叠贴附到衬底。

应用

图12示意性示出了利用本文公开的LED的示例性前灯照明系统700。前灯照明系统700包括与LED驱动器704电通信的LED照明阵列和透镜系统702。前灯照明系统700还包括控制器706，诸如微处理器。控制器706耦合到LED驱动器704。控制器706还可以耦合到一个或多个辅助部件708和与前灯相关联的传感器710，并且根据存储在存储器712中的指令和简档进行操作。

传感器710可以包括，例如，位置传感器(例如，陀螺仪和/或加速度计)和/或可以用于确定系统700的位置、速度和取向的其他传感器。来自传感器710的信号可以被提供给控制器706，以用于确定控制器706的适当动作过程(例如，哪些LED当前正在照亮目标，以及哪些LED将在预定量的时间后照亮目标)。

在操作中，可以调整(停用、以全强度操作、或以中间强度操作)来自702中LED阵列的一些或全部像素的照度。如上所述，可以通过激活像素的一个或多个子集来电子地执行由702中的LED阵列发射的光的光束聚焦或转向，以允许动态调整光束形状，而无需移动光学器件或改变照明装置中透镜的焦点。

诸如本文所述的LED照明阵列和透镜系统可以支持各种其他光束转向或受益于光分布的细粒径强度、空间和时间控制的其他应用。这些应用可以包括但不限于从像素块或各个像素发射的光的精确空间图案化。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。发光像素阵列可以以各种强度、空间或时间模式提供预编程的光分布。相关联的光学器件在像素、像素块或器件级别上可以是截然不同的。示例发光像素阵列可以包括具有高强度像素的共同控制的中心块的器件，该高强度像素具有相关联的公共光学器件，而边缘像素可以具有单独的光学器件。除了闪光灯，由发光像素阵列支持的常见应用包括视频照明、相机闪光灯、建筑和区域照明、以及街道照明。

在一些实施例中，可以单独控制光源阵列中的每个LED器件，而在其他实施例中，可以将LED组作为块来控制。仍在其他实施例中，可以控制单个LED和LED组两者。为了降低总体数据管理要求，控制可以限于接通/关断功能或在相对少的光强度水平之间切换。在其他实施例中，支持照明强度的连续变化。设想了光强度的个体和群体水平控制两者。在一个实施例中，重叠或动态选择的控制分区也是可能的，例如，其中阵列中重叠的光发射器组是单独可控的，尽管取决于照明要求具有公共LED。在一个实施例中，可以通过使用脉宽调制为每个LED设置适当的斜坡(ramp)时间和脉宽来单独控制和调节强度。这允许LED激活的分级，以减少功率波动，并提供优越的发光强度控制。

诸如本文公开的可编程发光阵列还可以支持受益于光分布的细粒径强度、空间和时间控制的广泛范围的应用。这可以包括但不限于从块或各个LED发射的光的精确空间图案化。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。在一些实施例中，发光阵列可以以各种强度、空间、或时间模式提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分基于接收的传感器数据，并且可以用于光学无线通信。相关联的光学器件在单个或多个LED级别上可以是截然不同的。示例发光阵列可以包括具有高强度LED的共同控制的中心块的装置，该高强度LED具有相关联的公共光学器件，而边缘定位的LED可以具有单独的光学器件。由发光LED阵列支持的常见应用包括相机或视频照明、建筑和区域照明、以及街道照明。

可编程发光阵列可以用来选择性地和自适应地照射建筑或区域，以改善视觉显示或降低照明成本。另外，发光阵列可以用来投影用于装饰性运动或视频效果的媒体立面(media facade)。与追踪传感器和/或相机结合，选择性照射行人周围的区域可以是可能的。光谱上截然不同的LED可以用来调节照明的色温，以及支持特定波长的园艺照明。

街道照明是可以极大地受益于可编程发光阵列的使用的重要应用。单一类型的发光阵列可以用来模拟各种街灯类型，从而允许例如通过适当地激活或去激活所选的LED来在类型I线性街灯和类型IV半圆形街灯之间切换。另外，可以通过根据环境条件或使用时间而调节光束强度或分布来降低街道照明成本。例如，当不存在行人时，可能减小光强度和分布区域。如果LED是光谱上截然不同的，则可以根据相应的白天、黄昏或夜晚条件来调节光的色温。

可编程发光LED也十分适用于支持要求直接显示或投影显示的应用。例如，要求校准的机动车前灯，或者警告、紧急情况、或信息标志都可以使用发光阵列来显示或投影。这允许例如修改从机动车前灯输出的光的方向性。如果发光阵列由大量的LED组成或者包括合适的动态光掩模，则可以通过用户引导的放置来呈现文本或数字信息。也可以提供方向箭头或类似的指示符。

示例

使用根据表1的一系列磷光体层组合物制备一系列磷光体转换发光二极管(pc-LED)管芯。

表1.磷光体层组合物

在这些示例中，磷光体层薄膜被层压到玻璃上并被固化以形成包含磷光体层的层压玻璃。LED泵(其包括多个半导体层和有源区)被焊接到蓝宝石衬底上以形成LED管芯。然后层压玻璃被倒置并被组装到LED管芯上以形成LED器件(也称为pc-LED)。

表2提供了在时间间隔后的加速高温工作寿命(HTOL)测试的通过-失败结果。在可靠性测试期间，色偏(dy)被用作用于评估pc-LED的相对稳定性的指标。当色偏(dy)在0.01和-0.01之间时，样本通过(表示为“P”)，否则样本失败(表示为“F”)。测试条件随着应力时间(小时)改变电流密度(安培/mm

单元D和E为具有本发明磷光体层的白色pc-LED，适用于高温可靠性，而其他单元(A、B、F、G、P)为具有对比磷光体层的不同实施例的对比白色pc-LED。

表2.HTOL测试结果

*故障发生在24小时

**故障发生在72小时

在2A/mm

图10-图11分别提供了在1000小时的HTOL测试(2A/mm

不旨在受理论约束，高温磷光体层抗裂性的改善可以归因于以下因素：

由于固体含量高，热膨胀系数(CTE)较低，并且因此热机械应力较低；

由于热导率较高，层温度较低，并且因此粘合剂降解速率较低；和

由于填料的表面处理和多分散性，固体填充均匀，缺陷减少，并且裂纹扩展减缓。

实施例

以下列出了各种实施例。将理解，下面列出的实施例可以与根据本发明的范围的所有方面和其他实施例相组合。

实施例(a)。一种发光二极管(LED)器件，包括：包括有源区的半导体层堆叠；以及在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

实施例(b)。根据实施例(a)所述的LED器件，其中在加速高温工作寿命(HTOL)测试下，在2安培/mm

实施例(c)。根据实施例(a)至(b)中任一项所述的LED器件，其中磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒在磷光体层中的固体体积百分比小于或等于90％。

实施例(d)。根据实施例(a)至(c)中任一项所述的LED器件，其中所述多分散无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

实施例(e)。根据实施例(a)至(d)中任一项所述的LED器件，其中多分散无机填料颗粒的D

实施例(f)。根据实施例(a)至(e)中任一项所述的LED器件，其中所述无机填料颗粒包括：二氧化硅和/或铝硅酸盐。

实施例(g)。根据实施例(f)所述的LED器件，其中所述无机填料颗粒为表面处理的无机填料颗粒。

实施例(h)。根据实施例(g)所述的LED器件，其中表面处理的无机填料颗粒包含二氧化硅和硅烷偶联剂。

实施例(i)。根据实施例(h)所述的LED器件，其中硅烷偶联剂包括环氧硅烷、氨基硅烷、巯基硅烷、乙烯基硅烷、苯乙烯基硅烷、或甲基丙烯基硅烷。

实施例(j)。根据实施例(a)至(i)中任一项所述的LED器件，其中所述粘合剂材料包括硅树脂聚合物。

实施例(k)。根据实施例(a)至(j)中任一项所述的LED器件，其中所述粘合剂材料包括电介质材料。

实施例(l)。根据实施例(a)至(k)中任一项所述的LED器件，具有至少一个大于或等于1微米、小于或等于300微米的特性尺寸，该特性尺寸选自由高度、宽度、深度、厚度及其组合组成的组。

实施例(m)。根据实施例(a)至(l)中任一项所述的LED器件，还包括衬底，半导体层堆叠贴附到该衬底。

实施例(n)。根据实施例(a)至(l)中任一项所述的LED器件，还包括在半导体层堆叠和磷光体层之间、贴附到半导体层堆叠的单片陶瓷段。

实施例(o)。一种发光二极管(LED)器件，包括：包括有源区的半导体层堆叠；和在半导体层堆叠上的磷光体层，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散表面处理的无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％；该多分散表面处理的无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

实施例(p)。根据实施例(o)所述的LED器件，其中在加速高温工作寿命(HTOL)测试下，在2安培/mm

实施例(q)。根据实施例(o)至(p)中任一项所述的LED器件，其中磷光体颗粒和多分散表面处理的无机填料颗粒在磷光体层中的固体体积百分比小于或等于90％。

实施例(r)。根据实施例(o)至(q)中任一项所述的LED器件，其中所述多分散表面处理的无机填料颗粒的D

实施例(s)。根据实施例(o)至(r)中任一项所述的LED器件，其中表面处理的无机填料颗粒包括：表面处理的二氧化硅和/或表面处理的铝硅酸盐。

实施例(t)。根据实施例(o)至(s)中任一项所述的LED器件，其中所述表面处理的二氧化硅包括二氧化硅和硅烷偶联剂。

实施例(u)。根据实施例(t)所述的LED器件，其中所述硅烷偶联剂包括环氧硅烷、氨基硅烷、巯基硅烷、乙烯基硅烷、苯乙烯基硅烷、或甲基丙烯基硅烷。

实施例(v)。根据实施例(o)至(u)中任一项所述的LED器件，其中所述粘合剂材料包括硅树脂聚合物，和/或所述粘合剂材料包括电介质材料。

实施例(w)。根据实施例(o)至(v)中任一项所述的LED器件，具有至少一个大于或等于1微米、小于或等于300微米的特性尺寸，该特性尺寸选自由高度、宽度、深度、厚度及其组合组成的组。

实施例(x)。根据实施例(o)至(w)中任一项所述的LED器件，还包括衬底，半导体层堆叠贴附到该衬底。

实施例(y)。根据实施例(o)至(x)中任一项所述的LED器件，还包括在半导体层堆叠和磷光体层之间、贴附到半导体层堆叠的单片陶瓷段。

实施例(z)。一种光源，包括：根据实施例(a)至(y)中任一项所述的LED器件的阵列，其附接至背板。

实施例(aa)。根据实施例(z)所述的光源，其中每个LED器件是可单独寻址的。

实施例(bb)。一种制造发光源的方法，包括：将波长转换膜置于包括有源区的半导体层堆叠上；以及固化波长转换膜以在半导体层堆叠上形成磷光体层并制备发光二极管(LED)器件，该磷光体层包括磷光体颗粒、粘合剂材料和多分散无机填料颗粒，并且磷光体颗粒和多分散表面处理的无机填料颗粒的组合固体体积百分比大于或等于70％。

实施例(cc)。根据实施例(bb)所述的方法，还包括使用粘合剂将波长转换膜附接到半导体层堆叠。

实施例(dd)。根据实施例(bb)至(cc)中任一项所述的方法，进一步包括将所述半导体层堆叠贴附到衬底。

实施例(ee)。根据实施例(bb)至(dd)中任一项所述的方法，还包括在将所述波长转换膜的第二表面定位在半导体层堆叠上之前，将所述波长转换膜的第一表面附接到玻璃层压板。

实施例(ff)。根据实施例(bb)至(ee)中任一项所述的方法，进一步包括在背板上组装LED器件的阵列，以形成LED阵列。

实施例(gg)。根据实施例(bb)至(ff)中任一项所述的方法，其中磷光体颗粒和多分散无机填料颗粒在磷光体层中的固体体积百分比小于或等于90％；和/或多分散表面处理的无机填料颗粒包括在大于或等于0.1微米至小于或等于10微米范围内的粒径分布。

实施例(hh)。根据实施例(bb)至(gg)中任一项所述的方法，还包括将单片陶瓷段贴附到半导体层堆叠、在半导体层堆叠和磷光体层之间。

实施例(ii)。根据实施例(bb)至(hh)中任一项所述的方法，其中无机填料颗粒为表面处理的无机填料颗粒。

实施例(jj)。根据实施例(bb)至(ii)中任一项所述的方法，其中表面处理的无机填料颗粒包括：表面处理的二氧化硅和/或表面处理的铝硅酸盐。

实施例(kk)。根据实施例(bb)至(jj)中任一项所述的方法，其中所述表面处理的二氧化硅包含二氧化硅和硅烷偶联剂。

实施例(ll)。根据实施例(kk)所述的方法，其中硅烷偶联剂包括环氧硅烷、氨基硅烷、巯基硅烷、乙烯基硅烷、苯乙烯基硅烷、或甲基丙烯基硅烷。

实施例(mm)。根据实施例(bb)至(ll)中任一项所述的方法，其中所述粘合剂材料包括硅树脂聚合物，和/或所述粘合剂材料包括电介质材料。

遍及本说明书，提及“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”之类的短语在遍及本说明书各处的出现不一定指代本公开的同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式组合。

受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本领域技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施例。因此，应理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。还应理解，本发明的其他实施例可以在缺少本文没有具体公开的元件/步骤的情况下实施。