TW201507213A - 自可卸載基板轉移光學薄膜及阻障膜以用於發光二極體製造 - Google Patents

自可卸載基板轉移光學薄膜及阻障膜以用於發光二極體製造 Download PDF

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Abstract

在一基板上形成諸如一分佈式布拉格反射體、一抗反射塗層、一彩色濾光片、一阻障塗層等的一逐層膜，然後將該逐層膜轉移至一下伏結構之表面且自該基板卸載該逐層膜。由於無法在諸如通常用作一卸載膜之一矽化基板之一疏水性表面上或者在諸如ETFE之全氟化卸載聚合物上使用逐層程序，因此可藉由鑄造含有帶電荷官能基或能夠在塗佈之後藉由氣相反應或液相反應產生帶電荷基團之不帶電官能基之一可卸載膜來將該基板改質。另一選擇係，可給該基板提供諸如一紫外線(UV)及熱卸載膠帶之一犧牲層。可控制一預成型逐層膜在一可卸載基板上之形成以提供具有均勻厚度及高品質之撓性光學膜。

Description

自可卸載基板轉移光學薄膜及阻障膜以用於發光二極體製造
本發明係關於發光裝置之領域，且特定而言，係關於在製造發光裝置期間將光學薄膜及阻障膜轉移至一發光結構。
發光裝置通常由諸如一發光元件、一波長轉換元件、一光學元件、一保護性元件等之多個功能元件組成。可藉由將一塗層塗敷於一成型結構上，將一預成型膜層壓於該結構上，將一預成型帽黏合於該結構上，囊封該結構等而形成此等元件。
諸如，分佈式布拉格反射體(DBR)之光學元件通常用於控制來自發光元件之光之發射型樣或方向性，以達成一所要色彩角分佈，增強特定色彩分佈或如以一紫外線濾光片移除特定光譜含量。一DBR係由具有變化折射率之多個交替材料層形成或藉由一介電波導之某一特性(諸如，高度)之週期性變化(其導致該波導中之有效折射率之週期性變化)而形成之一膜。每一層邊界致使一光波之一部分反射且諸多反射與相長干擾組合以擔當一高品質反射體。亦可使用多個材料層形成諸如抗反射(AR)膜之其他光學元件。
DBR或AR膜層可藉由真空沈積及藉由一逐層(LBL)噴塗技術而形成。
直接在平面表面及非平面表面上及/或在低模數材料及/或具有大 熱膨脹係數(CTE)之材料(諸如，聚矽氧)上方塗佈均勻的保形光學膜係困難及/或昂貴的。舉例而言，真空沈積技術係「方向性的」且不充分保形於尤其具有陡峭或底切特徵之非平面基板。另外，真空沈積之塗層可展現非所要應力及低黏合力，造成易斷且不可靠塗層。
提供一種用於形成具有一逐層膜之一裝置之較不昂貴或較不複雜技術將係有利的。增加與具有一逐層膜之裝置相關聯之良率亦將係有利的。
為更好地解決此等問題中之一或多者，在本發明之一實施例中，在一基板上形成諸如一分佈式布拉格反射體、一抗反射塗層、一彩色濾光片、一阻障塗層等之一逐層膜，然後將該逐層膜轉移至一下伏結構之表面且自基板卸載該逐層膜。由於該逐層程序無法在諸如通常用作一卸載膜之一矽化基板之一疏水性表面或者在諸如ETFE之全氟化卸載聚合物上使用，因此可藉由鑄造含有帶電荷官能基或不帶電荷但能夠在塗佈之後藉由氣相反應(CVD、電漿、電暈放電、臭氧)或液相反應(諸如，水解)產生帶電荷基團之官能基之一可卸載膜來將基板改質。另一選擇係，該基板可具備諸如一紫外線及熱卸載帶之一犧牲層。可控制一預成型逐層膜在一可卸載基板上之形成以提供具有均勻厚度及高品質之撓性光學膜。
100‧‧‧實例性薄片/薄片
101‧‧‧薄片
102‧‧‧薄片
103‧‧‧經單粒化元件
104‧‧‧發光結構/裝置
105‧‧‧發光裝置/裝置
110‧‧‧經塗佈基板/基板/聚矽氧或其他撓性基板
120‧‧‧親水性塗層/塗層/經塗佈基板/剩餘塗層/紫外線或熱活 化帶/帶
130‧‧‧逐層層/元件/逐層膜/膜
135‧‧‧表面
140‧‧‧選用波長轉換層/層/波長轉換層/預成型波長轉換層/基於聚矽氧之波長轉換層/波長轉換材料/層/半固化層
150‧‧‧發光元件/自支撐發光元件/發光裝置
155‧‧‧外殼/保護性外殼
160‧‧‧經測試發光結構/結構/元件/發光結構
204‧‧‧所得發光結構
205‧‧‧發光裝置/裝置
305‧‧‧經單粒化發光裝置/裝置
310‧‧‧光學元件
330‧‧‧逐層膜/未經圖案化逐層膜/膜/周圍反射性逐層膜/反射性逐層膜
335‧‧‧間隙
參考隨附圖式且藉由舉例方式進一步詳細地闡釋本發明，在隨附圖式中：圖1A至圖1F圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一實例性程序流程。
圖2A至圖2D圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一第二實例性程序流程。
圖3A至圖3C圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一第三實例性程序流程。
在整個圖式中，相同元件符號指示類似或對應特徵或功能。圖式係出於說明性目的而被包含且並非意欲限制本發明之範疇。
在以下闡述中，出於闡釋而非限制目的，闡明諸如特定架構、介面、技術等之特定細節，以便提供對本發明之概念之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將明瞭，可在背離此等特定細節之其他實施例中實踐本發明。同樣地，此闡述之文字係關於如在諸圖中圖解說明之實例性實施例，且並非意欲將所主張之本發明限制於超出在申請專利範圍中明白地包含之限制。出於簡潔及清晰目的，省略對眾所周知之裝置、電路及方法之詳細闡述，以便不使本發明之闡述因不必要之細節而模糊。
同樣為了簡潔及清晰，在本文中使用一發光裝置之範例呈現本發明，即使熟習此項技術者將認識到可應用本發明之原理來產生具有一LBL膜之其他裝置。
逐層(LBL)技術通常用於提供薄膜塗層。一LBL膜之每一層之沈積係其中聚電解質及奈米粒子靜電吸附於帶相反電荷之基板表面上之一程序。聚合物或奈米粒子之初始沈積使基板表面電荷反轉，有效地抑制進一步吸附，藉此自動地控制成型層之厚度。為達成一所要厚度，該程序在帶相反電荷之溶液或懸浮液之間迅速地交替以形成每一後續層。可使用其他材料(包含金屬、陶瓷及生物分子)來形成該等層。
LBL方法亦可用於形成保護下伏結構、大體防止或最小化可干擾諸如色彩穩定度、基板反射率及裝置效率之LED耐久性之化合物之擴散之阻障塗層。在某些實施例中，LBL膜可提供一蒸汽阻障層、一氧 氣阻障層或對揮發性有機化合物(VOC)之一阻障。
可藉由為下伏結構之表面(諸如，發光元件之表面)充電，然後噴塗形成LBL膜之第一層之一帶相反電荷之材料層而形成該第一層。其後，在每一前一經塗敷層上形成後續層，使每一層之電荷係交替的。由於第一層靜電吸附於下伏結構之表面上，因此LBL膜與下伏結構之間的接合大體係固定的且光學上有效的。若LBL膜含有化學官能基，則可藉由形成共價接合來進一步加強基板與毗鄰層之接合。
然而，直接在LED裝置上之LBL沈積可引起用於形成發光裝置之習用製作流程之一低效率。另外，尤其在塗佈在測試發光結構之前發生之情況下或在塗佈程序不提供均勻的保形光學膜之情況下，製作程序結束時或接近結束時之塗佈可導致非所要的低良率。
在某些情景中，LED裝置之上部表面可與LBL沈積程序不相容，阻礙其用於此等裝置。舉例而言，一波長轉換元件通常用於一LED裝置內，且通常在LED裝置之發光表面頂部上形成為一埋入磷光體之聚矽氧層。此聚矽氧層可係疏水性的，而LBL沈積程序無法應用於一疏水性表面。
在本發明之一實施例中，可期望在一可卸載基板上使用一預成型逐層(LBL)膜以簡化在一發光裝置之表面上形成一LBL膜之程序。本發明亦可提供一較高品質LBL膜，此乃因在實質上獨立於發光裝置之形成之一程序中可控制LBL膜之厚度、均勻性及品質。可丟棄非保形膜，避免形成具有一非保形LBL膜之一發光裝置，從而達成一較高良率。另外，由於獨立於發光裝置之製作而產生LBL膜，因此此等膜之製造可達成藉助直接在發光裝置上形成之LBL膜不可達成之一規模經濟及其他最佳化。
在一可卸載基板上形成一預成型LBL膜之挑戰中之一者係形成與LBL程序相容之一可卸載基板。如上所述，LBL膜之沈積係其中聚電 解質及奈米粒子靜電吸附於帶相反電荷之基板表面上之一程序。由於靜電自組裝驅動此程序，因此初始基板需要帶電荷部分；因此，LBL膜無法在諸如矽化卸載膜之疏水性表面及諸如ETFE之全氟化卸載聚合物上生長。
在本發明之一實施例中，一經處理聚矽氧薄片(諸如，一經處理之塗佈有聚二甲基矽氧烷(PDMS)之聚酯薄片，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯或PET)可用作一基板。由於PDMS係疏水性的，因此藉由塗佈可含有陰離子或陽離子基團之一可卸載膜或可藉助一電暈放電、臭氧或電漿來處理以便在其表面上產生陰離子基團之一膜來將薄片之表面進一步改質，以在疏水性表面上方提供一親水性(非疏水性)表面層。
在本發明之另一實施例中，一犧牲表面層放置於諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板之基板上。犧牲表面可係(舉例而言)在施加紫外線或熱能之後旋即變得可卸載之一黏合帶，包含Nitto Denko之Revalpha熱卸載帶、Furukawa之紫外線晶圓切粒帶及Terepac之在施加光及熱之後旋即卸載之數位卸載黏合劑(DRA)。
圖1A至圖1F圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一實例性程序流程。
圖1A圖解說明包括具有提供一親水性表面之一塗層120之一基板110的一實例性薄片100。如上所述，塗層120可包括陰離子或陽離子基團，或塗層120可係一犧牲表面層。舉例而言，塗層120可係放置於一聚矽氧或其他撓性基板110上之上述Revalpha熱卸載帶。
在另一實施例中，Shin Etsu PLF-100或Dow Corning LF-1000可在設置於基板110上之一可卸載襯裡(矽化PET)之頂部上塗敷為一薄塗層(約50um)。Shin Etsu PLF-100及Dow Corning LF-1000係可在塗佈之後固化或部分地固化以達成機械穩定性及支撐的基於溶劑之聚矽氧主鏈苯基化樹脂。亦可使用諸如紫外線聚矽氧之可紫外線固化樹脂。 此等膜之頂部表面可藉由電漿(O2、CH3-OH等)電暈放電或紫外線臭氧而「經活化」，及/或(以液相或氣相)與諸如三甲氧基氨丙基矽烷之官能試劑接枝，從而形成一親水性表面作為一「底塗劑」以促進LBL沈積。
在圖1B中，可藉由將形成層之材料噴塗至親水性塗層120上而形成一LBL層130，從而形成薄片101。LBL層130可係(舉例而言)一布拉格反射體、一濾光片、一抗反射層、一阻障層等。
在圖1C中，可在LBL層上方形成一選用波長轉換層140。舉例而言，可在LBL層130頂部上形成含有一或多個磷光體之一聚矽氧漿液，然後進行乾燥及部分地固化(B階段)以形成一薄片102。可藉由傳遞薄片100穿過一對滾筒、施加一壓板等來控制層140之厚度。視情況(未圖解說明)，一可卸載保護性薄片可用於覆蓋經部分地固化之聚矽氧。
在另一實施例中，波長轉換層140亦可預成型且黏合至預成型LBL層130。在此一實施例中，預成型波長轉換層140可經部分地固化，使得其表面係黏性的，從而提供至LBL層130之黏合。
重要的是，應注意，雖然由於聚矽氧係疏水性的，因此波長轉換層140之聚矽氧表面與LBL程序不相容，但已經形成LBL層130且不再需要一親水性表面之事實允許一LBL層130與一基於聚矽氧之波長轉換層140之此組合。
在此點處，薄片102包括形成於經塗佈基板110、120上方之一波長轉換材料140與一LBL膜130。假定經塗佈基板110、120係透明的，則針對品質及均勻性測試此薄片102，其中丟棄有缺陷薄片。亦可針對其波長轉換特性測試薄片102，且基於所發出之色彩之波長將薄片102「方格化(bin)」，以用於與類似地「經方格化」發光裝置匹配以提供一所要組合色彩輸出，如在於2008年7月3日頒發給Haryanto Chandra且以引用之方式併入本文中之標題為「Laminating Encapsulant Film Containing Phosphor Over LEDs」之美國專利7,344,952中詳細闡述。
在形成一布拉格反射體或其他反射體之LBL 130之實例中，經塗佈基板110、120不必係透明的，且可藉由朝與經塗佈基板110、120對置之表面引導光且量測反射率來測試薄片102。
取決於所使用之特定程序，可沿著線180截切/切粒薄片102以提供可附接至一發光結構160之「經單粒化」元件103，如在圖1D中所圖解說明。另一選擇係(未圖解說明)，薄片102可施加至一方塊(tile)或其他座架上之複數個發光結構，然後在切片/切粒該方塊時經單粒化。若一保護性薄片已用於覆蓋半固化層140，則可將其移除，曝露層140之一表面。
通常，發光結構160圖解說明為含有在一個平面中由一保護性外殼155包封之一發光元件150，曝露一發光表面及一電連接表面。熟習此項技術者將認識到，發光結構160可採用其他形式，包含無一外殼155之一自支撐發光元件150。發光元件150可包括(未圖解說明)夾在一n型半導體與一p型半導體之間之一作用層。
由於層140係半固化的，因此其黏合至發光結構160之發光表面。後續固化則將層140接合至發光結構160，從而形成一發光結構104，如在圖1E中所圖解說明。若層140已提供為附接至預成型LBL 130之一預成型薄片，則此後續固化亦將層140接合至LBL 130。
在圖1F處，移除經塗佈基板110、120，使發光裝置105之LBL層130曝露。若塗層120係一紫外線、熱或光活化之材料，則施加適量紫外線、熱及/或光能以自LBL層130卸載經塗佈基板110、120，從而曝露LBL層130之一表面135。
取決於用於形成塗層120之材料，某些剩餘量之塗層120可保持 於LBL層130之表面135上。若期望光離開LBL層130之表面135，則經選擇用以形成塗層120之材料應對由發光裝置150發射之光及/或由波長轉換層140發射之光係透明的。在替代方案中，塗層120可在不致使對裝置104之任何部分之損壞之情況下可自LBL層130移除。
在替代方案中，若LBL層130形成如可在一側發光裝置中所使用之一反射體，則剩餘塗層120不必係透明的，且不必係可移除的。熟習此項技術者將認識到，可移除甚至一反射體組態之剩餘塗層120，以提供與特定應用相容之光學及/或機械性質。
如上所述，重要的是，應注意，發光裝置105在一基於聚矽氧之波長轉換層140頂部上包含一LBL層130。習用地，一LBL層130在一表面上之一原位形成將阻礙使用一基於聚矽氧之波長轉換層140，且需要使用一不同材料形成波長轉換層，此通常增加製造程序之成本及複雜性。
亦重要的是，應注意，經測試之經單粒化元件103可僅施加於經測試發光結構160，藉此增加程序之效率及良率。
亦重要的是，應注意，用於形成LBL層130之程序與用於形成結構160之程序無關，允許此等程序中之每一者經獨立地最佳化，此通常將降低此等元件130、160中之每一者之成本。另外，獨立地形成之LBL可經設計以提供經改良可靠性，使得即使在處理期間形成裂縫或其他缺陷，該LBL仍將起作用。
圖2A至圖2D圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一第二實例性程序流程。
圖2A圖解說明在具有一親水性塗層120之一基板110上包括一LBL膜130之一薄片101，如上文關於圖1A至圖1B所詳細闡述。
圖2B圖解說明具有正在放置於薄片101上之一波長轉換層140之複數個發光結構160。該波長轉換層可包含一半固化聚矽氧材料，當 該聚矽氧材料固化時，促進至LBL膜130之黏合。另一選擇係，一黏合層可將層140連接至膜130。
圖2C圖解說明在單粒化之後之一所得發光結構204，且圖2D圖解說明在移除經塗佈基板110、120之後之發光裝置205。若塗層120係一紫外線、熱或光活化之材料，則施加適量紫外線、熱及/或光能以自LBL層130卸載經塗佈基板110、120。
圖3A至圖3C圖解說明用於在一可卸載基板上形成具有一預成型逐層膜之一發光裝置之一第三實例性程序流程。在此實施例中，LBL膜包括將圍繞每一發光元件之一反射體。
在此實施例中，如在圖3A中所圖解說明，LBL膜330可在經塗佈基板110、120上經圖案化，以便在膜330中產生間隙335。可在一紫外線或熱活化之帶120施加至基板110之前在紫外線或熱活化帶120中產生該圖案。另一選擇係，可在帶120上形成一未經圖案化LBL膜330，且在帶120在基板110上之後，(舉例而言)藉由光敏蝕刻或類似程序來選擇性地移除經LBL覆蓋之帶120之部分或帶120上之LBL膜330之部分而形成該圖案。
發光元件150放置於每一間隙中，使得反射性LBL膜330圍繞每一發光元件150，如在圖3B中所圖解說明。其後，可在每一發光元件150及周圍反射性LBL膜330之一部分上方形成一光學元件310。在此實例中，光學元件310圖解說明為一半球形圓頂，但熟習此項技術者將認識到亦可形成其他形狀。光學元件310可包含波長轉換材料，或一單獨波長轉換元件(未圖解說明)可設置於發光元件150上。
圖3C圖解說明在使用上文詳細闡述之移除技術移除經塗佈基板110、120之後之一經單粒化發光裝置305。可在單粒化之前或之後執行經塗佈基板110、120之移除。
在本發明之實施例中，裝置105、205、305之單粒化在裝置 105、205、305在經塗佈基板110、120上時發生，但單粒化方法(例如，雷射截切/切粒)不延伸至基板110中，從而允許再使用基板110。
儘管已在圖式及前述說明中圖解說明並詳細闡述了本發明，但此圖解說明及闡述應視為說明性或實例性而非限制性；本發明並不限於該等所揭示之實施例。
舉例而言，有可能在其中下伏結構並非一發光結構之實施例中操作本發明。舉例而言，該下伏結構可包含一光敏接收器。同樣地，LBL層不必係一光學元件，如在保護下伏結構免受諸如蒸汽、氧氣及VOC之外部元素之害之一LBL阻障層的情形中。在此情形中，下伏裝置可不係一發光或光接收裝置。
依據對圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究，熟習此項技術者在實踐所主張之發明時可理解及實現對所揭示實施例之其他變化形式。在申請專利範圍中，詞語「包括」並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」並不排除複數個。在互不相同之附屬技術方案中陳述某些措施此一事實本身並不指示無法有利地使用此等措施之一組合。申請專利範圍中之任何參考符號皆不應解釋為限制範疇。
105‧‧‧發光裝置/裝置
110‧‧‧經塗佈基板/基板/聚矽氧或其他撓性基板
120‧‧‧親水性塗層/塗層/經塗佈基板/剩餘塗層/紫外線或熱活化帶/帶
130‧‧‧逐層層/元件/逐層膜/膜
135‧‧‧表面
140‧‧‧選用波長轉換層/層/波長轉換層/預成型波長轉換層/基於聚矽氧之波長轉換層/波長轉換材料/層/半固化層
150‧‧‧發光元件/自支撐發光元件/發光裝置
160‧‧‧經測試發光結構/結構/元件/發光結構

Claims (15)

  1. 一種裝置，其包括：一半導體結構；及一逐層膜，其耦合至該半導體結構；其中該逐層膜係隨後耦合至該半導體結構之包括多個聚電解質及奈米粒子層之一預成型膜。
  2. 如請求項1之裝置，其中該半導體結構包括一發光結構及一光敏結構中之一者，且該逐層膜提供一光學功能。
  3. 如請求項2之裝置，其包含耦合至該半導體結構及該逐層膜之一波長轉換元件。
  4. 如請求項3之裝置，其中該波長轉換元件包含聚矽氧。
  5. 如請求項2之裝置，其中該逐層膜形成以下各項中之至少一者：一分佈式布拉格反射體、一抗反射性表面及一彩色濾光片。
  6. 如請求項2之裝置，其中該逐層膜形成毗鄰該半導體結構之一反射體。
  7. 如請求項1之裝置，其中該逐層膜形成以下各項中之至少一者：一蒸汽阻障層、一氧氣阻障層及一揮發性有機化合物(VOC)阻障層。
  8. 一種逐層結構，其包括：一基板；及複數個層，其包括藉由靜電吸附形成於該基板上之多個聚電解質及奈米粒子層；其中該複數個層可作為一預成型膜自該基板卸載而不損壞該複數個層。
  9. 如請求項8之結構，其中使用一卸載層及一靜電電荷產生層處理 該基板之一表面。
  10. 如請求項8之結構，其包含設置於該基板與該複數個層之間的一犧牲層。
  11. 如請求項8之結構，其包含嵌入於聚矽氧中且設置於該複數個層上之一波長轉換材料。
  12. 一種產生具有一逐層膜之一半導體裝置之方法，其包括：提供一半導體結構；在一可卸載基板上提供包括多個聚電解質及奈米粒子層之一預成型逐層膜；將該逐層膜黏合至該半導體結構；及移除該可卸載基板。
  13. 如請求項12之方法，其中該半導體結構包含一發光結構及一光敏結構中之一者。
  14. 如請求項13之方法，其包含提供設置於該逐層膜上且用來將該逐層膜黏合至該半導體結構之一波長轉換材料。
  15. 一種形成一可卸載逐層膜之方法：提供係疏水性的一基板；在該基板上提供係親水性的一塗層；及在該塗層上形成聚電解質及奈米粒子之一逐層結構，其藉由在將每一層施加至該結構時使該每一層之一電荷交替而完成；其中該基板可在不損壞該逐層結構之情況下自該逐層結構卸載。
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