用于发光器件的单晶荧光体光转化结构的制作方法

专利名称：：用于发光器件的单晶荧光体光转化结构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及固态发光器件和其制造方法，更详细地讲，本发明涉及用在固态发光器件中的光转化结构。
背景技术：
：发光二极管和激光二极管是众所周知的在施加足够电压时能够产生光的固态发光元件。发光二极管和激光二极管可以通称为发光器件("LED")。发光器件通常包括形成于在底材如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓等上生长的外延层中的p-n结。LED产生的光的波长分布通常取决于制造p-n结的材料和构成器件的有源区的薄外延层的结构。经常需要将荧光体结合到固态发光器件中以加强具体频带中的发射辐射和/或将至少一些所述辐射转化到另一频带。术语"荧光体"在本文中可用来指在一波长下吸收光且在不同波长下再发射光的任何材料，此与吸收和再发射之间的延迟无关且与所涉及的波长无关。因此，术语"荧光体"在本文中可用来指有时称为荧光材料和/或磷光材料的材料。通常，荧光体吸收较短波长的光且再发射较长波长的光。同样地，由LED在第一波长下发射的一些或所有光可被荧光体颗粒吸收，所述荧光体颗粒可响应地在第二波长下发射光。例如，单个发蓝光LED可被黄色荧光体如铈掺杂的钇铝石榴石(YAG)围绕。产生的光(其为蓝光与黄光的组合)对于观测者可呈现白色。虽然由本领域的技术人员已知并使用过许多荧光体，但仍存在对于改善量子效率和便于制造包括荧光体的固态发光器件的荧光体材料和方法的需要。发明概述根据本发明的一些实施方案，提供了包括固态发光晶粒和光转化结构的固态发光器件。所述固态发光晶粒经构造以在其激发时发射光。所述光转化结构包括单晶荧光体且可在所述固态发光晶粒的发光表面上。在一些实施方案中，所述光转化结构经由粘合层连接至所述发光表面，在一些实施方案中，所述粘合层包含聚硅氧烷聚合物。此外，在一些实施方案中，所述光转化结构可定尺寸以适合所述固态发光晶粒的发光表面。在一些实施方案中，所述光转化结构可直接在所述固态发光晶粒的发光表面上。另外，在一些实施方案中，所述光转化结构可充当固态发光晶粒的底材。可作为单晶生长的荧光体材料可在本发明的一些实施方案的光转化结构中使用。例如，可使用铈掺杂的单晶荧光体，例如铈YAG、Ce:(Ca，Mg，Sr)AlSi&和/或Ce:SrGaS。作为另一实例，可使用铕掺杂的单晶荧光体，例如Eu:(Ca，Sr)AlSiN3、Eu:Sr2—xBaxSi04、Eu:SrGaS、Eu:a-SiAlON和铕掺杂的硅石榴石。根据本发明的一些实施方案，可将所述单晶荧光体光转化结构纹理化、糙化、蚀刻和/或特征化。根据本发明的一些实施方案，还提供了制造固态发光器件的方法。在一些实施方案中，制造固态发光器件的方法包括将包括单晶荧光体的光转化结构置放于固态发光晶粒3的发光表面上。根据本发明的一些实施方案，所述光转化结构的置放可包括将包括单晶荧光体的光转化结构粘合连接至所述固态发光晶粒的发光表面。根据本发明的其它实施方案，所述光转化结构的置放还可包括经由单晶薄膜沉积技术在所述固态发光晶粒的表面上生长单晶荧光体。此外，根据本发明的一些实施方案，提供了制造固态发光器件的方法，所述方法包括在包括单晶荧光体的光转化结构的表面上生长固态发光晶粒。在一些实施方案中，所述光转化结构的表面可在所述固态发光晶粒在其上生长之前被抛光。附图简述图1A-1F为常规发光二极管的各种构造的剖视图。图1G为常规封装发光二极管的剖视图。图2A-2F为根据本发明的各种实施方案的固态发光器件在其中间物制造期间的剖视图。图3A-3F为根据本发明的各种实施方案的固态发光器件在连接单晶荧光体光转化结构之后的剖视图。图3G为根据本发明的各种实施方案的图3F的封装器件的剖视图。图3H-3M为根据本发明的各种实施方案的固态发光器件在连接单晶荧光体光转化结构之后的剖视图。图3N为根据本发明的各种实施方案的图3M的封装器件的剖视图。图4为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的固态发光器件的操作流程图。图5A和5B为根据本发明的各种实施方案的封装器件的剖视图。图6A-6F为根据本发明的其它实施方案的固态发光器件的剖视图。图7A-7F为根据本发明的又一其它实施方案的固态发光器件的剖视图。图8A-8F为根据本发明的再一其它实施方案的固态发光器件的剖视图。图9A-9F为根据本发明的另外实施方案的固态发光器件的剖视图。图IOA和IOB为根据本发明的各种实施方案的固态发光器件在其中间物制造期间的剖视图。图ll为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的单晶光转化结构的操作流程图。图12为可经构造以连接至多个根据本发明的各种实施方案的固态发光晶粒的大面积预型件的剖视图。图13为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的固态发光器件的操作流程图。图14为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的固态发光器件的操作流程图。图15为包括根据本发明的一些实施方案的发光器件、具有背光的显示装置的示意图。图16为包括根据本发明的一些实施方案的发光器件的固态光源的示意图。发明详述下文中参考示出本发明的示例性实施方案的附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以许多不同形式体现且不应认为本发明局限于本文所阐述的示例性实施方案。更确切地讲，提供公开的实施方案是使得本公开更加透彻、完整并将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。在图中，为清楚起见，可将层和区域的大小和相对大小放大。此外，本文中描述并说明的各个实施方案也包括其互补导电类型(complementaryconductivitytype)实施方案。类似的数字自始至终指的是类似的元件。应当理解的是，当称元件或层在另一元件"上"，"连接"、"耦合"或"响应"(和/或其变体)另一元件时，它可以直接在另一元件上或直接连接、耦合或响应另一元件或者可存在插入元件。相比之下，当称元件"直接"在另一元件上，"直接连接"、"直接耦合"或"直接响应"(和/或其变体)另一元件时，则不存在插入元件。类似的数字自始至终指的是类似的元件。如本文中所用，术语"和/或"包括一个或多个相关联的所列项目的任何或所有组合，其可縮写为'7"。应当理解的是，虽然术语第一、第二、第三等可在本文中用以描述多个元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受到这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下文论述的第一元件、部件、区域、层或部分可称作第二元件、部件、区域、层或部分。本文所用的术语只是出于描述具体实施方案的目的，并不意味着限制本发明。如本文中所用，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式"一"、"一个"和"该"还意味着包括复数形式。还应当理解的是，术语"包括"和/或"包含"(和/或其变体)当在本说明书中使用时指定存在所说明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。相比之下，术语"由......组成"(和/或其变体)当在本说明书中使用时指定所说明数目的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，且排除另外的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件。本发明参考根据本发明的实施方案的方法和/或装置(系统)的方框图和/或流程图描述如下。应当理解的是，方框图和/或流程图中的一个方框和方框图和/或流程图中的方框的组合可体现执行在方框图和/或流程图中所指定的功能/作用的装置/系统(结构)、设备(功能)和/或步骤(方法)。还应当注意到，在一些供选的实施方案中，方框中所指出的功能/作用可以流程图中所指出的顺序之外的顺序发生。例如，顺序示出的两个方框实际上可基本同时执行，或者这些方框有时可以倒序执行，这取决于所涉及的功能/作用。此外，流程图和/或方框图的给定方框的功能可分成多个方框和/或流程图和/或方框图的两个或多个方框的功能可至少部分地合并。此夕卜，相对术语如"下"或"底部"和"上"或"顶部"可在本文中用以描述图中所说明的一个元件与另外元件的关系。应当理解的是，相对术语意味着除了图中所描绘的方向之外还包括器件的不同方向。例如，如果将一个图中的器件翻转，则描述为在其它元件的"下"侧上的元件将定向为在其它元件的"上"侧上。因此，根据图的具体方向，示例性术语"下"可包括"下"和"上"两个方向。类似地，如果将一个图中的器件翻转，则描述为在其它元件的"下面"或"下方"的元件将定向为在其它元件的"上面"。因此，示例性术语"下面"或"下方"可包括上面和下面两个方向。本发明的示例性实施方案在本文中参考剖视图描述，所述剖视图是本发明的理想化的实施方案(和中间结构)的示意性图示。因而，例如，预期会出现因制造技术和/或公差导致的图示的形状的变化。因此，除非本文明确地如此规定，否则不应将本发明公开的示例性实施方案视为局限于本文所说明的区域的具体形状，而是包括由例如制造导致的形状的偏离。例如，示意为矩形的嵌入区域通常在其边缘将具有圆形或曲线特征和/或嵌入浓度梯度，而不是嵌入区域到非嵌入区域的二元变化。同样，通过嵌入形成的埋置区域可在埋置区域与经其发生嵌入的表面之间的区域中产生一些嵌入。因此，除非本文中明确地如此规定，否则图中所说明的区域本质上为示意性的，其形状并不意味着说明器件的区域的实际形状且并不意味着限制本发明的范围。除非另外规定，否则本文中所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解的是，除非本文明确地如此规定，否则术语如在通常所用词典中规定的术语应当解释为具有与它们在相关领域和本申请的上下文中的意义一致的意义，并且不应以理想或太正式的意义来解释。根据本发明的一些实施方案，提供了固态发光器件，所述固态发光器件包括经构造以在其激发时发射光的固态发光晶粒和在所述固态发光晶粒的发光表面上的单晶荧光体光转化结构。在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构可通过薄膜气相沉积技术如M0CVD、MBE、LPE等在固态晶粒的发光表面上形成，如下文进一步详细描述。在其它实施方案中，所述单晶荧光体可外部生长(例如经由Czochralksi型方法)，它还可被称为任选定尺寸以适合晶粒的发光表面的预型件，随后使其连接至所述发光表面，如下文进一步详细描述。在一些实施方案中，所述单晶荧光体预型件可粘合连接至发光晶粒。此外，在一些实施方案中，所述光转化结构可充当固态发光晶粒的底材。"单晶荧光体光转化结构"为在包括可在一波长下吸收光且在另一波长下再发射光的单晶荧光体的LED中的结构。在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构由单晶荧光体组成。措词"粘合连接"是指两个元件彼此接合。接合可经由单个粘合层或经由一个或多个中间粘合和/或其它层/结构直接进行以形成固态发光晶粒与粘合连接至其的单晶荧光体预型件的整体结构，使得此整体结构可置放于基座(submcnmt)或其它封装元件上。最后，术语"透明"是指来自固态发光器件的光学辐射可穿过材料而没有被全部吸收或全部反射。根据本发明的各种实施方案，单晶荧光体光转化结构的使用可在固态发光器件的制造中提供许多潜在优势。例如，经常需要将荧光体和/或其它光学元件结合到固态发光器件中。然而，当涂覆荧光体层时，所述涂层可能过厚和/或不合需要地不均匀。此外，结合到圆顶或壳中的荧光体层也可能太厚和/或不均匀。另外，目前通常将荧光体以多晶粉末形式提供给LED，其中荧光体颗粒的大小和质量会显著影响荧光体的量子效率。另外，可将荧光体颗粒施用到聚硅氧烷或其它聚合物基质的芯片上。自荧光体颗粒发射的光的相关色温(CCT)可通过改变聚合物基质中荧光体颗粒的数量或通过改变聚合物基质的厚度而改变。然而，可能难以切割、成型和/或操作一些聚合物光转化结构以将其精确地置放在芯片上。此外，虽然所述聚合物仅存在于光转化结构中以充当荧光体颗粒的惰性基质，但如果使用相对厚的预型件，则其吸收会变成问题。因此，在实践中，特别是在大规模生产中，可使用相对薄的结构，其可导致操作困难。所述单晶荧光体光转化结构可由可作为单晶生长的任何合适的荧光体材料形成。例如，在一些实施方案中，所述单晶荧光体材料可为铈(Ce)掺杂的单晶，例如Y3Al5012(Ce:YAG)。在其它实施方案中，可使用其它荧光体，例如Ce和/或铕(Eu)掺杂的(Ca，Sr，Mg)AlSiN3;Eu掺杂的Sr2—xBaxSi04(B0SE);Ce或Eu掺杂的硫化镓酸锶；或Eu掺杂的a-SiA10N、Y202S、La202S、硅石榴石、Y202S或La202S。另外，在一些实施方案中，还可使用欧洲专利公开案第1，696，016号、美国专利公开案第2007/0075629号和—提交的美国专利申请第号(代理机构案号第5308-727号)标题为CeriumandEuropium-DopedPhosphorCompositionsandLightEmittingDevicesIncludingtheSame(铺禾口铕惨杂的荧光体组合物和包括其的发光器件)(发明人RonanP.LeToquin)中所述的荧光体。所述单晶荧光体还可以任何合适量掺杂。在一些实施方案中，将Ce和/或Eu掺杂到单晶荧光体中，使得掺杂剂浓度为约0.1%-约20%。因为本发明的光转化结构由单晶荧光体形成，所以相对于传统使用的光转化结构6来说，折光指数可得到提高，此归因于荧光体的折光指数比较高。提取效率由于单晶荧光体光转化结构的比较高的折光指数由此可得到提高。此外，在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构可相对较薄，例如，在约10nm到约200iim范围内，在其它实施方案中，在约10iim至lj200iim范围内，在一些实施方案中，在约15iim至lj约35iim范围内。另外，在一些实施方案中，单晶薄膜的厚度可大约为黄光的波长(500-600nm)，其可将共振引入单晶荧光体中且提高光提取。在聚合物光转化结构中见到的内吸收和反射(bounce)也可通过使用单晶荧光体光转化结构降低。并且，在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构为可独立于固态发光晶粒形成的预型件，因此其可在不影响固态发光晶粒的可靠性和/或产率的情况下制造并测试。最后，相对坚硬的单晶荧光体可允许光转化结构更有效地纹理化、糙化、蚀刻和/或特征化。图1A-1E为根据本发明的各种实施方案可与单晶荧光体光转化结构并任选与其它光学器件组合使用的常规发光二极管(LED)的多种构造的剖视图。如图1A-1E所示，固态发光器件100包括可包括二极管区域D和底材S的固态发光晶粒110。二极管区域D经构造以在其通过在阳极触点A与阴极触点C之间施加电压激发时发射光。二极管区域D可包含有机和/或无机材料。在无机器件中，底材S可包含碳化硅、蓝宝石和/或任何其它单种元素和/或化合物半导体材料，二极管区域D可包含碳化硅、氮化镓、砷化镓、氧化锌和/或任何其它单种元素或化合物半导体材料，它可与底材S相同或不同。底材S的厚度可为约100iim-约250iim，尽管可使用更薄或更厚的底材或可能根本不使用底材。阴极C和阳极A触点可由金属和/或其它导体形成，且可为至少部分透明和/或反射的。有机和无机LED的设计和制造为本领域的技术人员所熟知，在本文中不必详细描述。如在图1A-1E中描绘的LED可由Cree，inc.(本申请的受让人)例如以商标XThin⑧、MegaBright、EZBright、UltraThinTM、RazerThin⑧、XBright⑧、XLamp⑧和/或其它商标及由其它公司销售。在图1A中，光发射可自二极管区域D直接发生。相比之下，在图1B的实施方案中，发射可自二极管区域D经由底材S发生。在图1C和ID中，底材S可经成形以提高自底材S的侧壁的发射和/或提供其它合乎需要的作用。最后，在图1E中，所述底材本身可显著变薄或完全消除，以使得仅存在二极管区域D。此外，在所有上述实施方案中，阳极A和阴极C触点可具有各种构造且可如所说明提供在固态发光晶粒110的相对侧上，或提供在固态发光晶粒110的同一侧上。还可提供给定类型的多个触点。图1F通过提供固态发光器件100来提供图1A-1E的概括，固态发光器件100包括固态发光晶粒110，固态发光晶粒110包括图1A-1E的二极管区域D，还可包括图1A-1E的底材，其可经构造以在其经由可包括图1A-1E的阳极A和阴极C的一个或多个触点120a、120b激发时发射光。图1G说明通过将所述器件IOO安装在基座130上封装的图1F的固态发光器件100，基座130使用一个或多个引线接合134提供外部电接头132以及提供保护圆顶或盖140。如本领域的技术人员所熟知，可采用许多其它封装技术来封装固态发光晶粒，且其在本文中不必另外描述。例如，封装技术见述于以下专利中2004年9月14日授予Slater,Jr.等的标题为LightEmittingDiodesIncludingModificationsforLightExtraction(包括对于光提取的改进的发光二极管)的美国专利第6，791，119号；2005年5月3曰授予Slater,Jr.等的标题为Flip-BondingofLightEmittingDevicesandLightEmittingDevicesSuitableforFlip-ChipBonding(发光器件的倒装式接合和适于倒装式接合的发光器件)的美国专利第6，888，167号；2004年5月24日授予Slater,Jr.等的标题为LightEmittingDiodesIncludingModificationsforSubmo皿tBonding(包括对于基座接合的改进的发光二极管)的美国专利第6，740，906号；2005年2月8日授予Slater，Jr.等的标题为Phosphor-CoatedLightEmittingDiodesIncludingTaperedSidewalls，andFabricationMethodsTherefor(包括锥形侧壁的涂有荧光体的发光二极管和其制造方法)的美国专利第6，853，010号；2005年4月26日授予Andrews的标题为LightEmittingDevicesforLightConversionandMethodsandSemiconductorChips,forFabricatingtheSame(用于光转化的发光器件和制造其的方法及半导体芯片)的美国专利第6，885，033号；和2006年4月18日授予Negley等的标题为Tra固issiveOpticalElementsIncludingTransparentPlasticShellHavingaPhosphorDispersedTherein,andMethodsofFabricatingSame(包括荧光体分散在其中的荧光体的透明塑料壳的透射光学元件和其制造方法)的美国专利第7，029，935号；2005年3月10日Negley等公开的SolidMetalBlockMountingSubstratesforSemiconductorLightEmittingDevices,andOxidizingMethodsforFabricatingSame(用于半导体发光器件的固态金属块安装底材及制造其的氧化方法)的美国专利申请公开案第2005/0051789号；2005年9月29日Negley公开的SemiconductorLightEmittingDevicesIncludingFlexibleFilmHavingThereinanOpticalElement,andMethodsofAssemblingSame(包括其中具有光学元件的柔性薄膜的半导体发光器件和其封装方法)的美国专利申请公开案第2005/0212405号；2006年1月26日Negley公开的ReflectiveOpticalElementsforSemiconductorLightEmittingDevices(用于半导体发光器件的反射光学元件)的美国专利申请公开案第2006/0018122号；2006年3月23日Negley公开的SemiconductorLightEmittingDevicesIncludingPatternableFilmsComprisingTransparentSiliconeandPhosphor,andMethodsofMa皿facturingSame(包括包含透明聚硅氧烷及荧光体的可图案化薄膜的半导体发光器件和其制造方法)的美国专利申请公开案第2006/0061259号；2006年5月11日Negley公开的SolidMetalBlockSemiconductorLightEmittingDeviceMountingSubstratesandPackagesIncludingCavitiesandHeatSinks,andMethodsofPackagingSame(固态金属块半导体发光器件安装底材和包括空腔和散热器的封装及其封装方法)的美国专利申请公开案第2006/0097385号；2006年6月15日Negley等公开的SemiconductorLightEmittingDeviceMountingSubstratesandPackagesIncludingCavitiesandCoverPlates，andMethodsofPackagingSame(半导体发光器件安装底材和包括空腔和盖板的封装及其封装方法)的美国专利申i青公开案第2006/0124953;和2006年6月29日Negley等公开的LightEmittingDiodeArraysforDirectBacklightingofLiquidCrystalDisplays(用于液晶显示器的直接背光的发光二极管阵列)的美国专利申请公开案第2006/0139945号；和2006年4月21日Villard提交的MultipleThermalPathPackagingForSolidStateLightEmittingA卯aratusAndAssociatedAssemblingMethods(用于固态发光装置的多热路径封装及相关组装方法)的美国申请第11/408，767号，其全部转让给本发明的受让人，其说明书如同完全在本文中阐述一样通过全文引用方式结合到本文中来。8图2A-2F为根据本发明的各种实施方案包括外部生长且随后连接至固态发光器件的单晶荧光体光转化结构的固态发光器件的中间物制造(本文中还称为"预型件")的剖视图。图2A-2F的各个固态发光器件采用图1A-1F的各个固态发光晶粒。如下所述，所述单晶荧光体光转化结构可任选在连接至固态发光晶粒之前或之后例如通过切割、抛光、纹理化等改变。如图2A所示，单晶荧光体光转化结构200足够薄以致于允许至少一些自固态发光晶粒110发射的光穿过。层210a、210b如粘合层还可提供在单晶荧光体光转化结构200上和/或提供在晶粒110上，如由箭头230所示，所述层使单晶荧光体光转化结构200与固态发光晶粒110彼此连接，例如粘合连接，以及使单晶荧光体光转化结构200与固态发光晶粒110彼此光学耦合。单晶荧光体光转化结构200为可改变至少一些自固态发光晶粒110发射的光的光学元件。如下所述，其它光学元件可与根据本发明的一些实施方案的单晶荧光体光转化结构200组合使用。还应当理解的是，在一些实施方案中，层210a、210b可仅提供在单晶荧光体光转化结构200上或仅提供在晶粒110上。层210a、210b可为透明的环氧化物如热固性聚硅氧烷凝胶或橡胶(可自DowCorning、Shin-Etsu、NuSil、GE等购得)和/或任何其它透明的环氧化物。还如图2A所示，与基于聚硅氧烷的光转化结构相比，单晶荧光体光转化结构200可相对坚硬。在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构可具有接近LED晶粒的表面的大小，例如约1000iimX1000iim，且其厚度可为约liim-约100ym。然而，在其它实施方案中，可以其它尺寸提供。还如图2A所示，所述固态发光晶粒可包括外接触垫，如阴极C，单晶荧光体光转化结构200可包括经构造以暴露外接触垫C的凹口、孔和/或其它孔隙200a。在图2A的实施方案中，单晶荧光体光转化结构200为平面的且可具有均匀厚度。此外，除了可经提供以暴露外接触面C的孔隙、凹口或其它表面特征200a之外，图2A的单晶荧光体光转化结构200可具有与固态发光晶粒110的表面相同的尺寸和形状。可能还需要在所述单晶荧光体光转化结构中提供一个或多个特征以便于使单晶荧光体光转化结构200与晶粒110对准。图2B说明本发明的其它实施方案，其中单晶荧光体光转化结构200为非平面的且可例如包括经构造以沿固态发光晶粒110的侧壁延伸的侧壁202。自所述固态发光晶粒的侧壁发射的辐射以及自单晶荧光体光转化结构200所连接的主表面发射的辐射因此可穿过单晶荧光体光转化结构200。侧壁202可部分或完全沿晶粒的侧壁延伸。此外，在一些实施方案中，单晶荧光体光转化结构200可全程围绕晶粒(包括在晶粒的侧壁和相对面上)延伸。如图2B所示，层210b可位于晶粒上，且还可提供在单晶荧光体光转化结构200上，包括提供在单晶荧光体光转化结构200的侧壁202上和/或晶粒110的侧壁上。图2C说明本发明的其它实施方案，其中所述单晶荧光体光转化结构延伸超出晶粒110的表面。因此，如图2C所示，单晶荧光体光转化结构200伸出固态发光晶粒110的表面。通过提供伸出物，来自所述器件的侧壁的辐射可穿过单晶荧光体光转化结构200。还如图2C所示，伸出物204可比单晶荧光体光转化结构200的剩余部分厚。此外，伸出物204可延伸超出所述晶粒大距离，可延伸到其中安装晶粒110的空腔的侧壁，以使得基本全部自所述空腔发射的光穿过单晶荧光体光转化结构200。图2D说明其它实施方案，其中均匀厚度的单晶荧光体光转化结构200可包括伸出物204。此外，伸出物204可延伸超出所述晶粒大距离，可延伸到其中安装晶粒110的空腔的侧壁，以使得基本全部自所述空腔发射的光穿过所述单晶荧光体光转化结构。图2E说明图2B的单晶荧光体光转化结构以及沿LED晶粒110的侧壁以及在其上表面上延伸的耦合/粘合层210c的用途。最后，图2F概括地说明单晶荧光体光转化结构200和耦合/粘合层210a/210b的用途，所述耦合/粘合层210a/210b使单晶荧光体光转化结构200与发光晶粒如箭头230所示彼此连接且使单晶荧光体光转化结构200与发光晶粒110彼此耦合。本领域的技术人员应当理解的是，图2A-2F的实施方案可以各种变换和组合而组合。因此，例如，图2D的单晶荧光体光转化结构可与图2C的固态发光晶粒一起使用，图2E的单晶荧光体光转化结构可与图2D的固态发光晶粒一起使用。图3A-3F相应于图2A_2F，但说明通过可包括图2A的耦合/粘合层210a和/或210b的层210连接至发光晶粒110的单晶荧光体光转化结构200。因此，在使单晶荧光体光转化结构200与晶粒110连接之后，提供固态发光晶粒110与单晶荧光体光转化结构200的整体结构300。如图3G所示，随后可将该整体结构300安装于基座130上且进一步封装。图3H-3N相应于图3A_3G，但说明不穿过单晶荧光体光转化结构200本身但穿过层210的低矮(lowprofile)引线接合334。在这些实施方案中，引线334可在置放粘合/耦合层210和单晶荧光体光转化结构200于晶粒110上之前与阳极A或阴极C接合。图3H-3N的低矮引线接合实施方案可避免对于单晶荧光体光转化结构200中切口的需要，此可便于制造LED且可使单晶荧光体光转化结构在组装期间较易于对准。此外，在这些实施方案中，可需要提供在其中容纳引线334的较厚层210。在本发明的一些实施方案中，可使用约35iim-约70iim的厚度。如上所述，层210可为液体环氧化物。所述液体环氧化物可在使单晶荧光体光转化结构200连接至晶粒110之前分配到单晶荧光体光转化结构200和/或固态发光晶粒110上，随后在使单晶荧光体光转化结构200连接至晶粒110之后固化。例如，上述基于聚硅氧烷的液体环氧化物可在室温下分配且使用置放单晶荧光体光转化结构200的摘嵌力散布。随后固化可通过在烘箱中加热进行。在一些实施方案中，可使用厚度为约0.1iim-约50iim的粘合层。此外，在其它实施方案中，可在将单晶荧光体光转化结构200置放于晶粒110上之后施用"芯吸"粘合/光学耦合流体以提供薄层210。单晶荧光体光转化结构可如图2A-2F和3A-3N中所说明构建以提供根据本发明的一些实施方案的各种潜在优势。例如，在图2B、2E、3B、3E、31和3L中，单晶荧光体光转化结构200包括至少部分地沿或邻近固态发光晶粒110的侧壁延伸的侧壁202。根据本发明的一些实施方案，已经发现虽然光可主要自晶粒110的上表面发射，但可发生一些低角度侧壁发射。该侧壁发射会不利地影响固态发光器件的所要相关色温(CCT)均匀性。然而，通过提供三维(非平面)单晶荧光体光转化结构200，侧发射也可被单晶荧光体光转化结构200"捕获"。在一些实施方案中，背发射也可通过在晶粒的相对面和侧壁上提供单晶荧光体光转化结构而捕获。在另一实例中，如图2C、2D、3C、3D、3J和3K所说明，所述单晶荧光体光转化结构可包括厚度与单晶荧光体光转化结构200的剩余部分厚度相同或不同的伸出物204。伸出物204可捕获自固态发光晶粒110的侧壁发射的辐射。此外，在一些实施方案中，通过提供较厚的伸出物，所述单晶荧光体光转化结构可将例如非朗伯(Lambertian)辐射图转化为更10合乎需要的朗伯辐射图或可将稍微朗伯的辐射图转化为更朗伯的辐射图。本领域的技术人员应当理解的是，图2C、3C和3J的单晶荧光体光转化结构的较厚部分可如图2C、3C和3J所示向固态发光晶粒110延伸和/或远离所述固态发光晶粒延伸。图4为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的固态发光器件的操作流程图。参看图4，在方框410处，固态发光晶粒如晶粒110使用传统技术制造。在方框420处，单晶荧光体光转化结构如单晶荧光体光转化结构200使用下文将详细描述的技术和/或使用其它单晶荧光体光转化结构制造技术制造。应当理解的是，所述晶粒和单晶荧光体光转化结构可以图4所示顺序以外的顺序制造和/或时间上至少部分重叠地制造。随后，在方框430处，将粘合剂如耦合/粘合层210施用到晶粒110和/或单晶荧光体光转化结构200上。在方框440处，随后使单晶荧光体光转化结构与晶粒彼此连接。如果需要，则在方框450处使粘合剂固化。随后可在方框460处例如通过将晶粒110与单晶荧光体光转化结构200的整体结构接合到基座和/或其它封装底材而进行随后封装。还应当理解的是，引线接合可在执行方框440处的连接步骤之前或之后连接至晶粒上。虽然所述单晶荧光体光转化结构在高温下可极其稳定，因此其可直接置放于发光表面上或紧挨着发光表面置放，但所述单晶荧光体的效率通常与单晶荧光体光转化结构200的温度逆向相关。晶粒110可相对较热，例如处于约ll(TC，因此使单晶荧光体光转化结构200自晶粒110升起或分离可降低或最小化单晶荧光体光转化结构200的热度，由此改善量子效率。参看图5A，根据本发明的一些实施方案，单晶荧光体光转化结构200置放在晶粒110之上且置放在基座130上，由此单晶荧光体光转化结构200经由透明底材500连接至晶粒110。在其它实施方案中，透明底材500不存在，因此单晶荧光体光转化结构200不经由透明底材500连接至晶粒IIO，而作为替代，在晶粒110与单晶荧光体光转化结构200之间存在空白空间。参看图5B，在可称为"远程荧光体"的一些实施方案中，单晶荧光体光转化结构200可经由侧壁510在基座130之上升起且经由透明底材500连接至晶粒110。在一些实施方案中，透明底材500不存在，因此单晶荧光体光转化结构200不经由透明底材500连接至晶粒110，而是由侧壁510支撑。因此，在晶粒110与单晶荧光体光转化结构200之间提供空白空间。侧壁510可由反射表面(例如铝)形成和/或涂有反射材料，以更有效地照射单晶荧光体光转化结构200。应当理解的是，晶粒110与单晶荧光体光转化结构200之间的距离可根据晶粒110、基座130和透明底材500的构造而不同。根据本发明的各种实施方案，许多其它光学元件可与所述单晶荧光体光转化结构组合提供。通常，所述光学元件可经构造以通过改变自固态发光晶粒iio发射的至少一些光的振幅、频率和/或方向改变该至少一些光。这些光学元件可包括另外的光转化结构，所述光转化结构包括多晶荧光体颗粒、光学折射元件如透镜、滤光元件如滤色片、光学散射元件如光学散射颗粒、光学扩散元件如纹理表面和/或光学反射元件如反射表面，所述另外的光转化结构包括在所述单晶荧光体光转化结构内和/或所述单晶荧光体光转化结构上。可提供这些实施方案和/或其它实施方案的组合。此外，可提供两个或更多个单晶荧光体光转化结构，所述光转化结构中各单晶荧光体光转化结构可执行不同光学处理作用、相同光学处理作用或重叠处理作用，这取决于固态发光器件的所要功能。现将详细描述许多其它实例。11例如，如图6A-6F所示，在其中包括散射颗粒620的第二光转化结构600可通过第二层610连接/耦合，以将光转化和光散射的功能分到两个不同光转化结构200、600。第二层610可与第一层210相同或不同。应当理解的是，第一光转化结构200和第二光转化结构600相对于固态发光晶粒110的顺序可自图6A-6F中所示的顺序逆转。此外，第一光转化结构与第二光转化结构不必彼此符合或具有相同厚度。最后，从制造观点来看，可制造第一光转化结构200和第二光转化结构600，随后使其彼此连接，之后使第一光转化结构200和第二光转化结构600的组合件连接至固态发光晶粒110。或者，所述光转化结构之一可连接至固态发光晶粒IIO，随后可使另一光转化结构连接至已连接至固态发光晶粒110的光转化结构上。在本发明的其它实施方案中，还可使用三个或更多个光转化结构。作为另一实例，图7A-7F中所说明的实施方案提供在单晶荧光体光转化结构200上的光学元件，例如多晶荧光体颗粒720。涂层可通过在单晶荧光体光转化结构的制造期间在任一点涂覆单晶荧光体光转化结构，随后通过使涂覆的单晶荧光体光转化结构连接至固态发光晶粒来提供。然而，在其它实施方案中，涂覆可在使单晶荧光体光转化结构连接至晶粒之后执行。图8A-8F说明本发明的其它实施方案，其中在单晶荧光体光转化结构200上，例如在单晶荧光体光转化结构200的侧壁上，提供反射镜820。反射镜820可通过将杂散侧面辐射反射回主辐射路径而改变发光晶粒的辐射图。反射镜820可通过在使单晶荧光体光转化结构200连接至固态发光晶粒之前使其选择性地金属化而产生。在其它实施方案中，单晶荧光体光转化结构200可在将其连接之后金属化。应当理解的是，镜子和/或其它反射镜820可与本文所述的任何其它实施方案组合。还应当理解的是，金属化还可用来提供电迹线、引线和/或触点，以在所述单晶荧光体光转化结构中和/或上提供电元件。图9A-9F说明本发明的其它实施方案，其中所述光学元件为由使单晶荧光体光转化结构200的表面纹理化形成的散射器920。单晶荧光体的相对硬度可便于表面的有效纹理化。本领域的技术人员熟知蚀刻、浇铸、喷砂和/或其它纹理化技术。如还众所周知的，纹理化可提供可容许更均匀的CCT的发射辐射的散射。还应当理解的是，纹理化可在单独单晶荧光体光转化结构上提供，且可与本文所述的本发明的任何其它实施方案组合。此外，不进行纹理化820，晶粒规模的透镜和/或微透镜阵列也可提供在单晶荧光体光转化结构200的表面上以提供另外光学处理。本领域的技术人员应当理解的是，固态发光晶粒的表面本身可通过蚀刻半导体材料纹理化。遗憾的是，该蚀刻会降低固态发光晶粒的产率和/或可靠性。形成鲜明对比，本发明的实施方案可使用常规蚀刻技术使单独单晶荧光体光转化结构纹理化，随后使用该纹理化的单晶荧光体光转化结构来降低或避免对于使固态发光晶粒本身纹理化的需要。图IOA和IOB说明本发明的一些实施方案，其中单晶荧光体光转化结构提供用于外延生长固态发光晶粒的底材。图IOA描绘根据本发明的一些实施方案的单晶荧光体光转化结构1010。正如本发明的其它实施方案一样，可使用任何合适的单晶荧光体材料，包括本文所述的特定荧光体材料。图IOB描绘充当固态发光晶粒1020的底材的单晶荧光体光转化结构1010。可使用任何合适的固态发光材料，但在一些实施方案中，可使用第III族氮化物，如GaN或InGaN，在一些实施方案中，可使用材料如ZnO或GaP。正如本文所述的其它实施方案一样，可使用许多不同构造，且所述构造可与其它光学元件如本文所述的光学元件组合使用。这些实施方案可使用单晶荧光体层1010作为用于外延生长固态发光晶粒1020的底材。在一些实施方案中，可在其间提供一个或多个缓冲层。此外，在一些实施方案中，荧光体层本身可在另一层或底材上形成。图11为可被执行以制造根据本发明的各种实施方案的单晶荧光体光转化结构的操作流程图，其可相应于图4的方框420。如在方框lllO处所示，例如通过Czochralski型方法制造单晶荧光体薄片。Czochralski型方法为通过向充满类似熔料的坩埚中插入无机材料的小晶种，随后在旋转的同时从熔料中缓慢牵拉晶种来产生大单晶或晶锭(boules)的方法。在一些实施方案中，所述单晶荧光体薄片可在载体底材如玻璃底材上生长。回头参看图ll，在方框1120处，分离(singulate)所述单晶荧光体薄片以形成各个单晶荧光体光转化结构。在一些实施方案中，分离单晶荧光体薄片，但不分离连接的底材，而在其它实施方案中，分离单晶荧光体薄片和连接的底材两者。如方框1130中所示，所述单晶荧光体光转化结构可使用摘嵌和/或常规机构从所述底材上移走并使其连接至所述固态发光晶粒。本发明的一些实施方案可容许大规模生产光转化结构，这是由于其坚硬而可通过自动化设备操作。如上所述，在一些实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构可为平面的且可具有与所述发光晶粒的表面相同的大小和形状。在其它实施方案中，所述单晶荧光体光转化结构可用激光或锯床切割成所要形状，以提供例如在正方形单晶荧光体光转化结构中的引线接合凹口和/或容许所述单晶荧光体光转化结构配合并围绕晶粒表面。在其它实施方案中，所要形状可通过在形成单晶荧光体光转化结构之后蚀刻所述单晶荧光体光转化结构形成。此外，在一些实施方案中，可制造三维预型件，其可提供具有浅杯形状的单晶荧光体光转化结构以容许晶粒边缘被具有适当用于引线接合和/或其它特征的切口的单晶荧光体光转化结构覆盖。此外，所述单晶荧光体光转化结构可具有不同厚度以匹配LED的光强度，这可提高或最大化光转化的均匀性，由此提供更均匀的照明。本发明的实施方案上文已关于为粘合连接至单个LED的预型件的单晶荧光体光转化结构作出描述。然而，在其它实施方案中，如图12所说明，可使用大单晶荧光体预型件薄片1200粘合连接在大设备中的多个LED晶粒120。可改变单晶荧光体的类型和薄片1200的厚度以得到不同温度的白光，此取决于所使用的薄片。随后可通过改变或增加/减少用于发射控制的荧光体薄片提供不同类型的光，例如早晨日光、正午日光、傍晚光和/或其它颜色。如上所述，代替外部生长的单晶荧光体单晶荧光体光转化结构200，在本发明的一些实施方案中，单晶荧光体单晶荧光体光转化结构200可在固态发光晶粒的发光表面上生长。本文中所用的术语"生长"是指经由任何单晶薄膜沉积技术如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、低压沉积(LPD)和本领域技术人员已知的任何其它单晶薄膜沉积技术形成单晶荧光体薄膜。正如所述单晶荧光体预型件一样，包括在发光晶粒上直接生长的单晶荧光体的LED可具有许多不同构造。例如，图3A-3N中所说明的任何构造可通过在固态发光晶粒上生长单晶荧光体单晶荧光体光转化结构产生。另外，图5A和5B所示的构造也可以通过使用单晶荧光体薄膜沉积技术获得。例如，参看图5A，可在基座130中提供牺牲层或其它支撑结构以容许单晶荧光体层生长。作为另一实施例，参看图5B，单晶荧光体可在透明底材500上生长，或正如图5A—样，可提供支撑层以便于单晶荧光体生长。参看图3A-3N，在一些实施方案中，所述单晶荧光体可在晶粒110的表面上直接生长。因此，耦合/粘合层210不必存在于LED中，但在一些实施方案中，可存在耦合/粘合层210，尤其是提供低矮引线接合334可穿过的层。另外，在一些实施方案中，可经由本领域的技术人员已知的掩模技术实现单晶荧光体单晶荧光体光转化结构200的选择性生长。此外，在一些实施方案中，可生长覆盖单晶荧光体，随后将其蚀刻以提供给单晶荧光体单晶荧光体光转化结构200孔隙、孔或其它特征。同时根据一些实施方案，支撑层和/或牺牲层可在固态发光晶粒110上形成或邻近固态发光晶粒110形成，以支撑各种形状和构造的单晶荧光体光转化结构200的形成。还应当理解的是，可组合使用掩模处理和蚀刻处理。图13为可被执行以制造根据本发明的实施方案的固态发光器件的操作流程图。参看图13，在方框1310处，固态发光晶粒如晶粒IIO使用传统技术制造。在方框1320处，在一些实施方案中，掩模、耦合层和/或临时层(如牺牲层或支撑层)可在所述固态发光晶粒上和/或邻近所述固态发光晶粒形成。例如，在图3A-3G所说明的实施方案中，可将阳极或阴极掩蔽以容许在晶粒IIO上而不是触点120a上形成单晶荧光体光转化结构。另外，构造如在图3B、3C、3D、3F、3I、3J、3K和3L中描绘的那些构造可需要在晶粒110上和/或邻近晶粒110的临时支撑或牺牲层以提供用于形成非平面和/或伸出的单晶荧光体光转化结构的支撑。参看方框1330，单晶荧光体可在晶粒110的表面上生长。在一些实施方案中，在方框1340处，可发生掩模、支撑层和/或牺牲层的去除。随后可在方框1350处例如通过将晶粒110与单晶荧光体光转化结构200的整体结构接合到基座和/或其它封装底材上而进行随后封装。还应当理解的是，引线接合可在方框1330处的沉积步骤之前或之后连接至晶粒。正如外部生长的单晶荧光体光转化结构一样，许多其它光学元件可与在发光晶粒的表面上直接生长的单晶荧光体光转化结构组合提供。关于外部生长的单晶荧光体光转化结构(预型件)描述的所有光学元件和组合还可与在固态发光晶粒上生长的单晶荧光体光转化结构一起使用，包括如下光转化结构，所述光转化结构包括散射颗粒，如图6A-6F中所说明；多晶荧光体颗粒涂层，如图7A-7F中所说明；反射镜，如图8A-8F中所说明；和扩散元件，如图9A-9F中所说明。图14为可被执行以制造根据本发明的其它实施方案的固态发光器件的操作流程图。参看图14，在方框1410处，单晶荧光体可使用任何合适技术如通过本文所述的任何技术生长。在一些实施方案中，单晶荧光体层在另一层或底材上生长。此外，在一些实施方案中，单晶荧光体可一个底材上生长且转移到另一底材上以便进一步处理。在方框1420处，随后可例如通过使用本领域中已知用于抛光单晶和/或其它无机层的抛光技术抛光所述单晶荧光体。在方框1430处，随后可使固态发光晶粒在所述单晶荧光体上外延生长。可使用任何适于生长固态发光晶粒的技术。例如，用于在单晶荧光体上生长第III族氮化物如GaN或InGaN的技术可类似于在于其它底材如硅、碳化硅和蓝宝石上生长第III族氮化物中所用的那些技术。具体技术可类似于美国专利第7，211，833号、第7，170，097号、第7，125，737号、第7，087，936号、第7，084，436号、第7，042，020号、第7，037，742号、第7，034，328号和第7，026，659号中所述的那些技术，这些专利中每一者的内容通过全文引用结合到本文中来。在一些实施方案中，在所述固态发光晶粒在单晶荧光体上外延生长之前在所述单晶荧光体上提供一个或多个缓冲层。在方框1440处，可封装得到固态发光器件，所述固态发光器件可包括例如分离在单晶荧光体上生长的固态发光晶粒。在许多应用中可使用根据本发明的一些实施方案提供的发光器件。例如，参看图15，包括多个根据本发明的一些实施方案的发光器件的照明面板1540可用作显示器如液晶显示器(LCD)1550的背光。控制固态背光面板的系统和方法例如见述于2006年3月6日提交的标题为AdaptiveAdjustmentofLightOutputofSolidStateLightingPanels(固态照明面板的光输出的适应性调节)的美国专利申请第11/368，976号，该专利已转让给本发明的受让人且其公开通过全文引用结合到本文中来。如图15所示，LCD1550可包括相对于LCD屏幕1554安置的照明面板1540，使得由照明面板1540发射的光1556穿过LCD屏幕1554以提供LCD屏幕1554的背光。LCD屏幕1554包括适当配置的遮挡板和相关的滤光器，其经构造以选择性地通过/阻断来自照明面板1540的所选颜色的光1556以产生显示图像。照明面板1540可包括多个根据本文所述的任何实施方案的发光器件。作为另一实例，参看图16，包括多个根据本发明的一些实施方案的发光器件的照明面板1540可用作固态照明设备或光源1360的照明面板。由光源1560发射的光1566可用来照亮区域和/或目标。固态光源例如见述于2006年4月21日提交的标题为SolidStateLuminairesorGeneralIllumination(固态光源或通用照明)的美国专利申请第11/408，648号，该专利已转让给本发明的受让人且其公开通过全文引用结合到本文中来。本文结合上述说明书和附图公开了许多不同的实施方案。应当理解的是，逐字描述和说明这些实施方案的每一组合和次组合将过于重复且使其模糊。因此，本说明书(包括附图)应该视为构成本文所述的实施方案以及制作和使用其的方式和方法的所有组合和次组合的详细书面说明书，且应该支持要求保护任何这类组合或次组合的权利要求。在附图和说明书中，已经公开了本发明的实施方案，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅是一般和描述意义上的使用并且不是为了限制的目的，本发明的范围在下面的权利要求书中阐述。1权利要求一种固态发光器件，所述固态发光器件包括固态发光晶粒，所述固态发光晶粒经构造以在其激发时发射光；和光转化结构，所述光转化结构包括在所述固态发光晶粒的发光表面上的单晶荧光体。2.权利要求l的固态发光器件，其中所述光转化结构经由粘合层连接至所述发光表面。3.权利要求2的固态发光器件，其中所述粘合层包含聚硅氧烷聚合物。4.权利要求2的固态发光器件，其中所述光转化结构经定的尺寸以适合所述固态发光晶粒的发光表面。5.权利要求l的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含铈。6.权利要求5的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含浓度为约0.1%-约20%的铈。7.权利要求5的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含Ce3+掺杂的Y3A15012(Ce:YAG)。8权利要求5的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含铈掺杂的CaxSryMgl—x—yAlSiN3或铈掺杂的硫化镓酸锶。9.权利要求l的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含铕。10.权利要求9的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含浓度为约O.5%-约20%的铕。11.权利要求9的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含Eu2+掺杂的Sr2—xBaxSi04(BOSE)。12.权利要求9的固态发光器件，其中所述单晶荧光体包含铕掺杂的材料，其中所述材料选自CaxSivxAlSiN硫化镓酸锶、a-SiA10N、硅石榴石、Y202S和La202S。13.权利要求1的固态发光器件，其中所述单晶荧光体的表面被纹理化、糙化、蚀刻和/或特征化。14.权利要求l的固态发光器件，其中所述光转化结构直接在所述固态发光晶粒的发光表面上。15.权利要求l的固态发光器件，其中所述光转化结构充当所述固态发光晶粒的底材。16.权利要求1的固态发光器件，其中所述单晶荧光体的厚度为约lOnm-约200微米。17.—种制造固态发光器件的方法，所述方法包括置放包括单晶荧光体的光转化结构于固态发光晶粒的发光表面上。18.权利要求17的方法，其中置放所述单晶荧光体于所述发光表面上包括粘合连接所述光转化结构至所述固态发光晶粒的发光表面。19.权利要求17的方法，其中置放所述单晶荧光体于所述发光表面上包括经由薄膜沉积技术在所述固态发光晶粒的表面上生长单晶荧光体。20.—种制造固态发光器件的方法，所述方法包括在包括单晶荧光体的光转化结构的表面上生长固态发光晶粒。21.权利要求20的方法，其中所述光转化结构的表面在所述固态发光晶粒在其上生长之前被抛光。全文摘要固态发光器件包括固态发光晶粒和光转化结构。所述光转化结构可包括单晶荧光体且可在所述固态发光晶粒的发光表面上。所述光转化结构可经由粘合层连接至所述固态发光晶粒的发光表面。所述光转化结构还可直接在所述固态发光晶粒的发光表面上。本发明还公开了相关方法。文档编号C09K11/79GK101755031SQ200880025158公开日2010年6月23日申请日期2008年5月2日优先权日2007年5月16日发明者A·查克拉博尔蒂,B·P·克勒,N·W·小梅登多普,R·P·莱托奎恩申请人:克里公司