具有内部高折射率柱的led圆顶的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及发光二极管（LED),并且特别地设及用于增加运样的LED的光提取效 率的技术。
【背景技术】
[0002]L邸器件的光提取效率（ExE)受到其中生成光的高折射率（n)外延层中的全内反 射（TIR)的限制。为了缓解该TIR，广泛地采用高折射率包封圆顶透镜，因为它们可W有效 地使ExE提升如20%那样多。基于GaN的LED的折射率在2-3之间，并且包封材料的折射 率典型地在1. 4-1. 8之间W提供GaN与空气之间的良好过渡。
[0003] 在诸如薄膜倒装忍片（TFFC)直接发射器之类的L邸管忍架构中，光主要从外延层 的单侧提取。光提取侧通常是在移除生长衬底(例如通过激光辅助剥离过程)之后暴露于空 气的一个。利用光提取表面的适当表面粗糖化处置，在圆顶包封之后的运样的直接发射器 中的提取效率可W如80%那样高，甚至是在相当低劣的基板反射率的情况下，因为存在来 自薄外延层的极少向下侧光。
[0004] 情况可W在倒装忍片（FC)架构中显著改变，诸如在基于图案化的蓝宝石衬底 (PSS)的LED中，其中蓝宝石生长衬底未被移除，而是出于各种原因而保留。在运样的器件 中，来自外延层的光进入透明衬底，并且衬底的相对表面发射光。因而必须将光从外延材料 (例如GaN)提取到衬底中，并且从衬底提取到空气或圆顶包封材料中并且然后提取到空气 中。运样的L邸器件的场发射宽得多，因为大部分光从衬底(典型地为几百微米厚）的四个 横向侧提取。所提取的横向发射的相当一部分向下定向在基板处，其中其有损失地被反射 回来。照此，诸如基于PSS的管忍之类的FC架构依赖于高反射封装基板来提供与TFFC的 那些相当的提取效率。运样的基于FC的L邸器件的示例在图1和2中示出，其中图2是图 1的器件的左侧视图。
[0005] 在图1和2中，包括有源层的L邸外延层12生长在图案化(粗糖化)的蓝宝石衬底 14表面上。外延层12在图1中为了简化而未被标识，并且相对于衬底14比在图2中所示 的薄得多。
[0006] 反射金属电极15A和15B形成在L邸管忍16的底表面上，并且电极直接键合到基 板22上的阳极和阴极金属垫18A和18B。基板22的主体可W是陶瓷或某种其它热传导材 料。垫18A和18B使用基板22内部的过孔连接到相关联的底部金属垫23 (在侧视图中仅 示出一个垫23)。底部垫23可W稍后焊接到印刷电路板。金属垫18A和18B可W是反射性 的W反射从衬底14的横向侧发射的光(诸如光线26)。要指出的是，在图2中由外延层12 发射的光线26如何W浅角度撞击在衬底14顶表面上，通过TIR反射，离开衬底14的侧壁， 并且由基板22上的垫18A向上反射。因而，光线26通过每一次反射和在各种材料内行进 的额外距离而衰减。
[0007] 然后通过模制或通过利用粘性包封物(例如娃树脂或环氧树脂）将预形成的透镜 粘附在L邸管忍16之上而将圆顶化透镜28粘附在L邸管忍16之上。
[0008] 已知增加衬底14的厚度(可能增加如800微米那样多)产生ExE增益，但是创建制 备问题并且增加成本。利用较厚的衬底14,撞击在其顶表面上的光是W更接近于直角的角 度并且因而发生较少TIR。另外，更多浅角度光从厚衬底的侧壁发射。运创建对于一些应用 而言可能不合期望的宽发射角。
[0009] 因此，所需要的是增加L邸器件的光提取效率（ExE)而不必增加生长衬底的厚度 的技术。
【发明内容】
[0010] 在一个实施例中，基于GaN的L邸层外延生长在透明蓝宝石衬底的图案化表面上。 衬底厚度在减薄之后可W在100-500微米之间。
[0011] L邸管忍然后安装在基板上。多个L邸管忍可W安装在基板晶片上使得处理可W 在晶片级进行。在所有处理之后，单分基板晶片W分离各个L邸器件。
[0012] L邸管忍足迹将典型地为其中每一条边在0. 5-lmm之间的方形。
[0013] 具有与L邸管忍近似相同大小的足迹的透明矩形柱(矩形棱柱)直接定位在L邸管 忍的顶部衬底表面上。柱由具有近似等于蓝宝石衬底的折射率(近似1. 8)的折射率（n)的 材料(例如娃树脂）形成，因此由于匹配的折射率而实际上没有TIR。柱具有大于L邸管忍 边长的高度(例如0.Smm-L5mm)。
[0014] 围绕矩形柱和L邸管忍的是透明柱体，其中柱体的顶表面与柱的顶表面近似等 高。柱体的直径优选地在L邸管忍边长的1.5-3倍之间。柱体材料的折射率为衬底折射率 的大约0. 8倍，其在具有大约1. 8的折射率的蓝宝石衬底的情况下为大约1. 4-1. 5。
[0015] 在柱体顶部上的是由与柱体相同的材料形成并且具有相同直径的透明圆顶。圆顶 可W与柱体一体化。
[0016] 柱、柱体和圆顶可W形成为预形成的透镜片段并且利用折射率匹配的娃树脂或环 氧树脂的薄层粘附到衬底和基板。
[0017] 如果期望经憐光体转换的光，则在将透镜粘附在L邸管忍之上之前，L邸管忍表面 可W涂敷有憐光体。憐光体的折射率优选地匹配柱和衬底的折射率。
[0018] 由于柱相对高，并且柱体和柱的界面具有显著的折射率失配，因此从L邸管忍发 射的光将直接穿过柱的顶表面或者在内部反射离开柱的侧面并且穿过顶表面。因此存在需 要由基板反射的减少的侧光。相应地，柱服务于缩窄发射场，因为其如L邸管忍自身那样 宽，W及改进效率，因为较少的光通过基板表面衰减。
[0019] 柱体和圆顶提供到空气的折射率过渡，W便改进光提取，并且使光发射更为朗伯 式。除半球形圆顶之外的透镜可W用于创建期望的发射图案。圆顶形状可W适配于来自柱 的实际发射W进一步增加提取效率。
[0020] 本发明还适用于除倒装忍片之外的L邸管忍。
[0021] 描述了其它实施例。
【附图说明】
[0022] 图1是经封装的LED器件的透视图。
[0023] 图2是图1的LED器件的左侧视图。
[0024] 图3是图I的基板的侧视图。
[0025] 图4是具有安装在其上的LED管忍的图1的基板的侧视图。
[0026] 图5是预形成的完整透镜的侧视图。
[0027] 图6是粘附在图4的LED管忍之上的图5的透镜的侧视图。
[0028] 图7是可选地涂敷有憐光体的L邸管忍的侧视图。
[0029] 图8是完整LED器件的透视图。
[0030] 图9是示出了相比于诸如图1和2中所示的常规LED器件而言，所模拟的光提取 效率改进与透镜柱体高度的关系的图表。
[0031] 图10是图示了相比于图1和2的LED器件而言，图8的LED器件的经缩窄的发射 轮廓的绘图。
[0032] 相同或类似的元件利用相同标号来标记。
【具体实施方式】
[0033] 图3-8图示了用于发明LED器件的制备过程的各种阶段。
[0034] 图3图示了常规基板22,其可W与关于图1和2描述的相同。可W使用任何其它 类型的基板或其它支撑衬底，诸如印刷电路板（PCB)。
[0035] 图4图示了使其底部阳极和阴极电极15A和15B超声键合或焊接到基板22的金属 垫18A和18B的常规LED管忍30。LED管忍30包括生长在蓝宝石衬底34的图案化(粗糖 化)表面上W用于改进的光提取的外延层32。可W使用其它类型的透明衬底，诸如SiC、GaN 等。在实际实施例中，衬底34比外延层32厚得多。在一个实施例中，衬底34为100-500 微米厚，并且在优选实施例中为大约200微米厚。外延层32可W仅为几微米厚。要指出的 是，衬底34可W比图2中的衬底14薄得多，因为其厚度不用于增加光提取。运可W是有益 的，因为其促进制备过程期间的管忍单分。
[0036] 在一个实施例中，LED管忍30是具有0.5-lmm长的边的方形。LED管忍30可W是 涂敷有憐光体的蓝色管忍，或者可W是任何其它类型的L邸管忍。尽管示出倒装忍片，但是 L邸管忍可W是其它类型，按照针对将L邸管忍电极连接至基板(或其它支撑衬底）垫所需 要的任何引线键合在透镜中做出的规定。
[0037] 图