JP2007067420A - 色変換型発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】発光ダイオード（ＬＥＤ）の光出力を白色光に変換するための技術を提供すること。
【解決手段】白色光ＬＥＤを形成するための技術が開示される。一実施形態において、ＬＥＤは、青色光を放出する。赤色光、黄色光、黄緑色光、又は緑色光を生成するための第１の蛍光体が形成され、ＬＥＤダイを形状が適合するように被覆する。１つの適切な堆積技術は、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）である。バインダ（例えば、シリコン）内の別の蛍光体（残りの色成分を付加するための）が、結果物としてのＬＥＤ構造体の上に堆積され、ダイをカプセル封入する。青色のＬＥＤ光が２つの蛍光体色と組み合わされて、白色光を生成する。２つの異なる堆積技術は独立したものであり、容易に制御できるので、結果として生じる白色光の温度は、高度に制御可能であり、色放出は十分に均一なものである。
【選択図】図５
【解決手段】白色光ＬＥＤを形成するための技術が開示される。一実施形態において、ＬＥＤは、青色光を放出する。赤色光、黄色光、黄緑色光、又は緑色光を生成するための第１の蛍光体が形成され、ＬＥＤダイを形状が適合するように被覆する。１つの適切な堆積技術は、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）である。バインダ（例えば、シリコン）内の別の蛍光体（残りの色成分を付加するための）が、結果物としてのＬＥＤ構造体の上に堆積され、ダイをカプセル封入する。青色のＬＥＤ光が２つの蛍光体色と組み合わされて、白色光を生成する。２つの異なる堆積技術は独立したものであり、容易に制御できるので、結果として生じる白色光の温度は、高度に制御可能であり、色放出は十分に均一なものである。
【選択図】図５
Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、特定的には、ＬＥＤの光出力を白色光に変換するための技術に関する。
ＬＥＤは、単色の光を放出する。青色ＬＥＤを使用し、１つ又はそれ以上の蛍光体を照射して白色光を生成することが、一般に行われている。この蛍光体は、赤色成分及び緑色成分を付加するか、又は黄緑色成分（例えば、ＹＡＧ蛍光体）を付加することができる。こうした技術には、青色ＬＥＤを囲むリフレクタ・カップ内に蛍光体を堆積させること、又は、結合媒体（例えば、シリコン）内で蛍光体を混合し、混合物を青色ＬＥＤ上に堆積させることが含まれる。
青色ＬＥＤと共に黄緑色の蛍光体を用いることにより、見た目が好ましくなく、演色性が悪い高温の白色光が生成される。赤色の蛍光体を付加することにより、光が暖かみをもつ。
ＬＥＤを囲むリフレクタ・カップ内に蛍光体を提供することにより、相対的に大きな光源がもたらされる。さらに、カップ内の蛍光体／バインダ材料の厚さは様々であり、このことが、所望の色温度及び均一な色の達成を困難にしている。さらに、カップの壁が側面光をブロックし、可能な放出パターンを制限している。他の欠点も存在する。
２つ又はそれ以上の蛍光体を一緒に堆積させるとき、予測可能で一定した明色を生成するのは困難であり、同じ堆積プロセス中に、異なる蛍光体が異なるように反応する可能性がある。例えば、相対的な蛍光体の厚さ及び密度の制御は困難であり、一方の蛍光体の光変換が他方の蛍光体の光変換に影響を及ぼし、一般に、異なる蛍光体は、異なる物理的特性（例えば、密度の違い及び温度膨張係数）並びに化学的特性を有するため、同じ堆積プロセスを受けるとき同様に反応しない。
必要とされるのは、実施が相対的に容易であり、所望の白色温度を一貫して生成する、蛍光体、及び青色ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、又は近紫外線ＬＥＤを用いて白色光を生成するための技術である。２０００Ｋから５０００Ｋまでの温度範囲の暖かい白色光（より赤色の）を生成することが、特に望ましい。
白色光ＬＥＤを形成するための技術が開示される。一実施形態において、ＬＥＤダイは、青色光を放出する。赤色光、黄色光又は黄緑色光を生成するための第１の蛍光体が堆積され、ＬＥＤダイを形状が適合するように被覆する。１つの適切な堆積技術は、ダイに電位を印加し、溶液内の蛍光体を帯電させることによって、ダイを蛍光体でめっきする、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）である。引力により、ダイが蛍光体で均一に被覆される。蛍光体の厚さ及び被覆範囲は極めて制御可能であるため、蛍光体のコーティングの効果は、極めて予測可能である。
バインダ内の別の蛍光体が、結果物としてのＬＥＤ構造体の上に堆積され、残りの色成分（例えば、赤色又は緑色）を付加し、コンフォーマルな蛍光体で被覆されたダイをカプセル封入する。
蛍光体の物理的及び化学的両立性は要因ではなく、所望の色成分をもたらすために、２つの異なる堆積技術を別個に容易に制御できるため、結果として生じる白色光の温度（例えば、２０００Ｋから５０００Ｋまで）は、高度に制御可能であり、発する色は均一である。
暖かい白色光ＬＥＤの１つの使用は、自動車用ヘッドランプである。
蛍光体の物理的及び化学的両立性は要因ではなく、所望の色成分をもたらすために、２つの異なる堆積技術を別個に容易に制御できるため、結果として生じる白色光の温度（例えば、２０００Ｋから５０００Ｋまで）は、高度に制御可能であり、発する色は均一である。
暖かい白色光ＬＥＤの１つの使用は、自動車用ヘッドランプである。
一実施形態において、青色ＬＥＤダイのアレイが、サブマウント上にマウントされ、各々のＬＥＤの上に、第１の蛍光体のコンフォーマルなコーティングが形成される。次に、各々のＬＥＤは、フォトレジスト・モールドによって囲まれ、第２の蛍光体が注入された液体シリコンがモールド内に堆積され、明確に規定された寸法を有する各々のＬＥＤの上にカプセル材料を形成する。その後、シリコンが硬化され、フォトレジストが除去される。ＬＥＤは、従来のダイシング・プロセスによって互いから分離される。第１の蛍光体は、黄色、黄緑色、又は緑色（例えば、ＹＡＧ蛍光体）とすることができ、第２の蛍光体は、赤色（例えば、ＣａＳ蛍光体）とすることができる。別の実施形態においては、第１の蛍光体は赤色であり、第２の蛍光体は、黄色、黄緑色、又は緑色である。
別の実施形態においては、サブマウント上のアレイに蛍光体で形状が適合するように被覆されたＬＥＤが、蛍光体粉末と混合された液体シリコンを含むモールドの上に配置される、オーバーモールド・プロセスにおいて、シリコン−蛍光体材料が堆積される。各々のモールドの形状は、レンズの形状である。次に、シリコン−蛍光体材料が硬化され、ＬＥＤアレイ及びモールドが分離される。ここで、各々のＬＥＤ構造体は、２つの蛍光体及びシリコン・レンズを含む。その後、従来のダイシング手順によって、ＬＥＤを互いから分離することができる。
前付けとして、従来の青色ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、又は近紫外線ＬＥＤが、成長基板上に形成される。用いられる例において、ＬＥＤは、ＡｌＩｎＧａＮ ＬＥＤのようなＧａＮベースのＬＥＤである。一般に、従来の技術を用いて、相対的に厚いｎ型ＧａＮ層が、サファイア又はＳｉＣ成長基板上に成長される。相対的に厚いＧａＮ層は、一般に、低温の核生成層と１つ又はそれ以上の付加的な層とを含み、ｎ型クラッド層及び活性層に対して低欠陥の格子構造をもたらす。次に、１つ又はそれ以上のｎ型クラッド層が、厚いｎ型層の上に形成され、続いて、活性層、１つ又はそれ以上のｐ型クラッド層、及びｐ型コンタクト層（金属化のための）が形成される。
ｎ−層への電気的なアクセスを得るために、様々な技術が使用される。フリップチップの例においては、ｐ−層及び活性層の一部分がエッチングにより除去され、金属化のためのｎ−層を露出させる。このように、ｐコンタクト及びｎコンタクトは、チップの同じ側にあり、パッケージ（又はサブマウント）のコンタクト・パッドに直接電気的に取り付けることが可能である。ｎ−金属コンタクトからの電流は、最初に、ｎ−層を通って横方向に流れる。対照的に、垂直注入型（非フリップチップ型）ＬＥＤにおいては、ｎコンタクトは、チップの一方の側に形成され、ｐコンタクトは、チップのもう一方の側に形成される。ｐ−コンタクト又はｎ−コンタクトの一方に対する電気的コンタクトは、一般に、ワイヤ又は金属ブリッジで作られ、他方のコンタクトは、パッケージ（又はサブマウント）のコンタクト・パッドに直接結合される。簡単にするために、種々の例においてフリップチップ型ＬＥＤが用いられるが、垂直注入型ＬＥＤを用いることもできる。
随意的に、導電性基板が、ＬＥＤ層に（一般に、ｐ−層に）結合され、成長基板が除去される。
ＬＥＤを形成する例が、共にＬｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社に譲渡され、引用により組み入れられる、米国特許第６，６４９，４４０号及び第６，２７４，３９９号に記載される。
ＬＥＤを形成する例が、共にＬｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社に譲渡され、引用により組み入れられる、米国特許第６，６４９，４４０号及び第６，２７４，３９９号に記載される。
１つ又はそれ以上のＬＥＤダイスのｎコンタクト及びｐコンタクトは、サブマウント上のそれぞれのコンタクト・パッドに結合することができる。サブマウントは、シリコン、セラミック、又は他の適切な材料とすることができる。サブマウントは、プリント基板に接続されるための付加的なコンタクト・パッドを有する。サブマウント内の導電性ビアは、ＬＥＤパッドをプリント基板パッドに接続することができる。サブマウントは、サブマウント上に多数のＬＥＤを相互接続させる金属パターンを有することができる。サブマウントは、ＥＳＤ保護のような付加的な回路を含むことができる。一般に、ＬＥＤを相互接続させ、ＬＥＤを電源に接続するための金属リードを含むプリント基板に、多数のサブマウントを結合させることができる。回路基板は、様々なＬＥＤを直列及び／又は並列に相互接続させることができる。
上述のＬＥＤ構造体は、本発明に用い得るＬＥＤ構造体の幾つかの例にすぎない。
上述のＬＥＤ構造体は、本発明に用い得るＬＥＤ構造体の幾つかの例にすぎない。
図１は、支持構造体１２上にマウントされた２つのフリップチップ型ＬＥＤダイス１０の側面図である。このＬＥＤは、４２０ｎｍから４９０ｎｍまでの範囲の青色光を放出すると仮定される。支持構造体１２は、サブマウント（例えば、金属リードを有するセラミック又はシリコン）、金属ヒートシンク、プリント基板、又は他のいずれかの構造体とすることができる。本例においては、支持構造体１２は、金バンプ１６又は他の結合手段によって、ＬＥＤダイス１０のｎコンタクト・パッド及びｐコンタクト・パッドに接続された金属パッド１４を有するセラミック・サブマウントである。
フォトレジスト１８は、支持構造体１２の表面に堆積され、蛍光体が堆積されることになるＬＥＤダイス１０の表面から（例えば、リフトオフ又はエッチングによって）除去される。別の材料のアンダーフィル１９が、各ＬＥＤダイス１０の下にあってもよい。アンダーフィルは、支持構造体１２に熱を伝達し、ＬＥＤダイス１０を汚染から保護する。
一般に、ＬＥＤダイス１０の露出された表面は、ｎ型導電性層又はｐ型導電性層であり、支持構造体１２上の金属リードに電気的に接続されている。表面が電導性でない場合には、ＬＥＤダイス１０を、例えば、酸化スズアンチモンの溶液内に浸漬し、乾燥させ、ＬＥＤダイス１０上に軽度に導電性のコーティングを提供することができる。
一般に、ＬＥＤダイス１０の露出された表面は、ｎ型導電性層又はｐ型導電性層であり、支持構造体１２上の金属リードに電気的に接続されている。表面が電導性でない場合には、ＬＥＤダイス１０を、例えば、酸化スズアンチモンの溶液内に浸漬し、乾燥させ、ＬＥＤダイス１０上に軽度に導電性のコーティングを提供することができる。
図２は、溶液２０の中に第１の蛍光体粉末を含む槽を示す。溶液２０は、蛍光体粒子に加えて、バインダ材料及び／又は帯電剤を含むことができる。例示的な溶液２０は、溶媒としてのイソプロピルアルコール及び水、帯電剤及び結合剤としての窒化アルミニウム、及び蛍光体粒子としてのドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット化合物を含むことができる。本例においては、ＬＥＤダイス１０を形状が適合するように被覆するための第１の蛍光体は、ＬＥＤダイス１０が放出した青色光によって励起されたときに黄色光又は黄緑色光を生成する。青色光によって励起されたときに特定の色を生成するためのこうした蛍光体は、公知のものである。
溶液２０と接触状態にある電極２２は、バイアス電圧源２４の一方の端子に接続され、ＬＥＤダイス１０の導電性面は、バイアス電圧源２４の他方の端子に接続される（サブマウント１２上のパッドを介して）。バイアス電圧が生成した電場により、蛍光体粒子は、溶液２０の中から、ＬＥＤダイス１０の帯電した導電性面の上に引き込まれる。
蛍光体のコーティングが十分な厚さになった時点で（経験的に判断される）、支持構造体１２が、溶液２０から除去され、乾燥される。蛍光体の厚さの如何なるばらつきも、蛍光体の平均厚さの約１５％より少ないことが好ましく、平均厚の１０％より少ないことが好ましい。その後、フォトレジスト層１８は、従来の湿式（アセトン）剥離又は乾式（酸素プラズマ）剥離によって除去される。
蛍光体のコーティングが十分な厚さになった時点で（経験的に判断される）、支持構造体１２が、溶液２０から除去され、乾燥される。蛍光体の厚さの如何なるばらつきも、蛍光体の平均厚さの約１５％より少ないことが好ましく、平均厚の１０％より少ないことが好ましい。その後、フォトレジスト層１８は、従来の湿式（アセトン）剥離又は乾式（酸素プラズマ）剥離によって除去される。
図３は、ＬＥＤダイス１０の表面上の、結果として生じる蛍光体コンフォーマル層２６を示す。
電気泳動堆積法によるコンフォーマルなコーティングの形成の代替として、ステンシル法を用いることもできる。電気泳動堆積法及びステンシル法については、本譲受人に譲渡され、引用によりここに組み入れられる、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｄａｖｉｄ Ｃｏｌｌｉｎｓ ＩＩＩ他による米国特許第６，５７６，４８８号及び第６，６４２，６５２号にさらに記載される。
電気泳動堆積法によるコンフォーマルなコーティングの形成の代替として、ステンシル法を用いることもできる。電気泳動堆積法及びステンシル法については、本譲受人に譲渡され、引用によりここに組み入れられる、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｄａｖｉｄ Ｃｏｌｌｉｎｓ ＩＩＩ他による米国特許第６，５７６，４８８号及び第６，６４２，６５２号にさらに記載される。
ＬＥＤダイス１０上に黄色蛍光体又は黄緑色蛍光体のコンフォーマル層を堆積させる代わりに、コンフォーマル層２６は、同じ技術を用いて堆積された赤色蛍光体（ＣａＳ：Ｅｕ）とすることができる。青色光によって励起されたときに赤色光（例えば、６３０ｎｍから６７５ｎｍまで）を放出するこのような赤色蛍光体は、公知のものである。
一実施形態において、コンフォーマル層２６の厚さは、１５ミクロンから３５ミクロンまでであるが、所望の色温度、用いられる蛍光体、及び用いられる特定のＬＥＤによって、他の厚さも適している。
一実施形態において、コンフォーマル層２６の厚さは、１５ミクロンから３５ミクロンまでであるが、所望の色温度、用いられる蛍光体、及び用いられる特定のＬＥＤによって、他の厚さも適している。
次に、図４に示されるように、フォトレジスト２８の層が堆積され、各ＬＥＤダイス１０の周囲が選択的に除去され、第２のタイプの蛍光体３２が注入されたシリコン３０を含むレンズを形成するためのモールドを生成する。透過性で耐久性があるため、シリコンは、レンズの形成に特に適している。しかしながら、他の材料も適している。コンフォーマル層２６が黄色蛍光体又は黄緑色蛍光体である場合には、暖かい白色光を生成するために、蛍光体３２を赤色蛍光体とすべきである。ＬＥＤダイス１０が放出する一部の青色光が２つの蛍光体を通して漏れ、該２つの蛍光体の色と組み合わされて白色光を生成する。赤色蛍光体は、青色成分及び緑色成分の両方によって励起される。コンフォーマル層２６が赤色蛍光体である場合には、白色光を生成するために、蛍光体３２を緑色蛍光体とすべきである。青色光によって励起されたときに緑色光（例えば、５２０ｎｍから５７０ｎｍまで）を放出する蛍光体は、公知のものである（例えば、Ｃｅ+3がドープされたＹＡＧ）。
精密に制御された液体シリコン−蛍光体の滴が、モールドの中に堆積されるように示される。液滴の粘度は、凸状メニスカスが所望のレンズ形状を形成するように設定される（図５を参照されたい）。赤色蛍光体３２を用いる一実施形態において、５ｇ毎のシリコンについて、０．３ｇの濃度のＣａＳ：Ｅｕがある。要求されるシリコン内の如何なるタイプの蛍光体の濃度も、経験的に容易に決定される。蛍光体のコンフォーマルなコーティング２６の厚さ、及びシリコン内の蛍光体３２の濃度を変えることによって、色温度を容易に調整することができる。
別の実施形態においては、蛍光体が注入されたシリコンが、表面全体にわたって堆積され、構造体を回転させ、シリコンをモールドの外側に除去する。
別の実施形態においては、蛍光体が注入されたシリコンが、表面全体にわたって堆積され、構造体を回転させ、シリコンをモールドの外側に除去する。
図５は、結果物としてのレンズ３４を示す。さらに、光放出パターンにさらに影響を与えるように、レンズ３４の上に付加的なレンズを形成することができる。次に、シリコンが硬化される。ＬＥＤダイ１０は、ここで、シリコンによってカプセル封入されるか、又は実質的にカプセル封入される。アンダーフィルによってＬＥＤダイ１０の下面を保護することができるので、十分なカプセル封入のために、シリコンがＬＥＤダイ１０を完全に囲む必要はない。一実施形態において、コンフォーマル層２６及びレンズ３４の全厚は、約７５ミクロン又はそれ以上になる。
その後、フォトレジスト２８が除去される。
その後、フォトレジスト２８が除去される。
図６−図８は、シリコン−蛍光体レンズを用いてＬＥＤダイス１０をカプセル封入するための別の他の技術を示す。前述のように、各々のＬＥＤダイは、カプセル封入前に蛍光体のコンフォーマル層を有する。
図６において、モールド４０が、各ＬＥＤダイ１０の上に所望の形状のレンズに対応する陥凹部４２を有する。モールド４０は、金属で形成されることが好ましい。一般的形状のモールド４０を有する、非常に薄い非付着性フィルム４４が、モールド４０の上に配置される。フィルム４４は、シリコンが金属に付着するのを防止する公知の従来の材料でできている。レンズ材料がモールドに付着しない場合には、フィルム４４は必要ない。このことは、非付着性のモールド・コーティングを用いて、非付着性のモールド材料を用いて、又は非付着性界面をもたらす成形プロセスを用いて達成することができる。こうしたプロセスは、付着を最小にするために、特定のプロセス温度を選択することを含むことができる。フィルム４４を用いないことで、より複雑なレンズを形成することもできる。
図６において、モールド４０が、各ＬＥＤダイ１０の上に所望の形状のレンズに対応する陥凹部４２を有する。モールド４０は、金属で形成されることが好ましい。一般的形状のモールド４０を有する、非常に薄い非付着性フィルム４４が、モールド４０の上に配置される。フィルム４４は、シリコンが金属に付着するのを防止する公知の従来の材料でできている。レンズ材料がモールドに付着しない場合には、フィルム４４は必要ない。このことは、非付着性のモールド・コーティングを用いて、非付着性のモールド材料を用いて、又は非付着性界面をもたらす成形プロセスを用いて達成することができる。こうしたプロセスは、付着を最小にするために、特定のプロセス温度を選択することを含むことができる。フィルム４４を用いないことで、より複雑なレンズを形成することもできる。
図７に示すように、モールドの陥凹部４２が、蛍光体が注入された熱硬化型又はＵＶ硬化型液体レンズ材料４６で充填される。こうした蛍光体は、図４に関連して前述された。レンズ材料４６は、シリコン、エポキシ、又はハイブリッド・シリコン／エポキシのような、いずれかの適切な光透過性材料とすることができる。ハイブリッドを用いて、合致する熱膨張係数（ＣＴＥ）を達成することができる。シリコン及びエポキシは、ＡｌＩｎＧａＮ ＬＥＤからの光抽出を大きく改善するのに十分に高い屈折率（１．４より大きい）を有し、かつ、レンズとして働く。１つのタイプのシリコンは、１．７６の屈折率を有する。
支持構造体１２の周囲とモールド４０との間に真空シールが形成され、２つの部品が互いに押し付けられるので、各ＬＥＤダイ１０が液体レンズ材料４６内に挿入され、レンズ材料４６が圧縮される。
その後、モールド４０が、しばらく摂氏約１５０度（又は他の適切な温度）まで加熱され、レンズ材料４６を硬化する。
次に、支持構造体１２が、モールド４０から分離される。フィルム４４により、結果物としての硬化されたレンズが、モールド４０から容易に剥離される。その後、フィルム４４が除去される。
その後、モールド４０が、しばらく摂氏約１５０度（又は他の適切な温度）まで加熱され、レンズ材料４６を硬化する。
次に、支持構造体１２が、モールド４０から分離される。フィルム４４により、結果物としての硬化されたレンズが、モールド４０から容易に剥離される。その後、フィルム４４が除去される。
別の実施形態において、図６のＬＥＤダイス１０は、最初に、蛍光体が注入されたシリコン（又は別のバインダ）の層で被覆することができ、その後、シリコンが硬化される。モールドの陥凹部４２は、シリコン又は別の材料で充填される。次に、ＬＥＤダイス１０がモールド内に配置されたとき、モールド材料が、被覆材料の上に成形され、レンズを形成する。被覆層がレンズとして使用されない場合には、この技術を用いることができる。
図８は、各ＬＥＤダイ１０を覆う成形されたレンズ４８を有する結果物としての構造体を示す。一実施形態において、成形されたレンズの直径は、１ｍｍから５ｍｍまでの間である。レンズ４８は、如何なるサイズ又は形状にしてもよい。結果物としてのＬＥＤは、青色光と２つの蛍光体が放出する光の組み合わせによって、白色光を放出する。
上記の方法のいずれかによって、コンフォーマル層２６及び第１のシリコン−蛍光体コーティングの上に、１つ又はそれ以上の付加的なレンズを形成することができる。１つ又はそれ以上の付加的なレンズは、より好ましい光を生成するために、オレンジ色光を放出するためといった、別のタイプの蛍光体を含むことができる。
上記の方法のいずれかによって、コンフォーマル層２６及び第１のシリコン−蛍光体コーティングの上に、１つ又はそれ以上の付加的なレンズを形成することができる。１つ又はそれ以上の付加的なレンズは、より好ましい光を生成するために、オレンジ色光を放出するためといった、別のタイプの蛍光体を含むことができる。
図９は、支持構造体１２がＬＥＤダイスのアレイを支持し、ＬＥＤダイスのアレイの各々が、ここに述べられたプロセスのいずれかを用いて形成されたシリコン−蛍光体レンズ４８を有する、結果物としての構造体の斜視図である。サブマウント１２をのこぎりで切るか又は壊すことによって、各々のＬＥＤ（下にあるサブマウント部分を有する）を分離し、個々のＬＥＤダイスを形成することができる。
代替的に、支持構造体１２は、ＬＥＤのサブグループを支持するようにダイス状に切ることができ、又は、ダイス状に切ることなく、使用することができる。
代替的に、支持構造体１２は、ＬＥＤのサブグループを支持するようにダイス状に切ることができ、又は、ダイス状に切ることなく、使用することができる。
蛍光体が注入されたレンズ４８は、色全体に影響を及ぼすだけでなく、ＬＥＤダイからの光抽出を改善し、所望の放出パターンを生成するように光を反射し、ダイを汚染から保護するようにＬＥＤダイをカプセル封入し、機械的強度を付加し、何らかのワイヤ・ボンディングを保護する。
サブマウントを回路基板上にマウントすることができる。回路基板は、絶縁層の上にある金属リードを有する金属板（例えば、アルミニウム）とすることができる。
サブマウントを回路基板上にマウントすることができる。回路基板は、絶縁層の上にある金属リードを有する金属板（例えば、アルミニウム）とすることができる。
ＬＥＤダイ１０は、上部のｎ型層又はｐ型層をサブマウント上の金属パッドに接続するワイヤを有する、非フリップチップ型ダイとすることもできる。レンズ４８は、ワイヤをカプセル封入することができる。
一実施形態においては、回路基板自体を支持構造体１２とすることができる。
一実施形態においては、回路基板自体を支持構造体１２とすることができる。
図１０−図１３は、上述の実施形態の変形を示す。上述の技術のいずれかを使用して、これらの変形を形成することができる。
図１０は、２つの異なる蛍光体５２及び５３が、カプセル材料５４（例えば、シリコン）内で混合された、蛍光体のコンフォーマル層２６を有するＬＥＤダイ５０を示す。例えば、ＬＥＤダイ５０は、紫外線光又は近紫外線光を放出することができ、コンフォーマル層２６は、その光の一部を赤色に変換することができ、蛍光体５２及び５３は、漏出するＬＥＤの光を、それぞれ青色及び緑色に変換することができる。代替的に、コンフォーマル層２６は、３色の蛍光体のいずれかとすることができ、蛍光体５２及び５３は、残りの蛍光体とすることができる。２つより多いタイプの蛍光体を材料５４内に含ませ、所望の白色光温度及びより広い色のスペクトルを生成することができる。
図１０は、２つの異なる蛍光体５２及び５３が、カプセル材料５４（例えば、シリコン）内で混合された、蛍光体のコンフォーマル層２６を有するＬＥＤダイ５０を示す。例えば、ＬＥＤダイ５０は、紫外線光又は近紫外線光を放出することができ、コンフォーマル層２６は、その光の一部を赤色に変換することができ、蛍光体５２及び５３は、漏出するＬＥＤの光を、それぞれ青色及び緑色に変換することができる。代替的に、コンフォーマル層２６は、３色の蛍光体のいずれかとすることができ、蛍光体５２及び５３は、残りの蛍光体とすることができる。２つより多いタイプの蛍光体を材料５４内に含ませ、所望の白色光温度及びより広い色のスペクトルを生成することができる。
図１１は、蛍光体のコンフォーマル層を有していない青色ＬＥＤ５６を示す。白色光を生成するために、赤色蛍光体５７及び緑色蛍光体５８が、カプセル材料５９内に注入される。
図１２は、蛍光体のコンフォーマル層２６を有するＬＥＤダイ６０と、フレネル・レンズとして成形されたレンズ６２内に注入された１つ又はそれ以上の蛍光体６１とを示す。レンズ６２は、第１のレンズ上に外側被覆された第２のレンズとすることもできる。
図１２は、蛍光体のコンフォーマル層２６を有するＬＥＤダイ６０と、フレネル・レンズとして成形されたレンズ６２内に注入された１つ又はそれ以上の蛍光体６１とを示す。レンズ６２は、第１のレンズ上に外側被覆された第２のレンズとすることもできる。
図１３は、蛍光体のコンフォーマル層２６を有するＬＥＤダイ６４と、広角放出レンズとして成形されたレンズ６６内に注入された１つ又はそれ以上の蛍光体６５とを示す。レンズ６６は、第１のレンズ上に外側被覆された第２のレンズとすることもできる。レンズをモールドから取り外すときにレンズ材料が十分に柔らかい場合には、図６−図８の技術を使用して、こうした形状が可能である。
別の実施形態においては、一方の層はＹＡＧ（ドーパントによって、黄色、黄緑色、又は緑色）であり、他方の層は、ＣａＳ（赤色）である、蛍光体の２つのコンフォーマル層が、連続的な電気泳動プロセスによって堆積される。その後、シリコン・レンズが、ＬＥＤダイをカプセル封入する。
別の実施形態においては、一方の層はＹＡＧ（ドーパントによって、黄色、黄緑色、又は緑色）であり、他方の層は、ＣａＳ（赤色）である、蛍光体の２つのコンフォーマル層が、連続的な電気泳動プロセスによって堆積される。その後、シリコン・レンズが、ＬＥＤダイをカプセル封入する。
ここに記載されたＬＥＤダイスのいずれも、青色光、紫外線光、又は近紫外線光を放出することができる。一般に、蛍光体を用いて、２０００Ｋから５０００Ｋまでの色温度範囲を有する白色光を生成することができる。
ここに記載された白色光ＬＥＤの幾つかの使用には、自動車用ヘッドライト、懐中電灯、室内照明のための照明、カメラ・フラッシュ、及び液晶ディスプレイ用バックライトが含まれる。
ここに記載された白色光ＬＥＤの幾つかの使用には、自動車用ヘッドライト、懐中電灯、室内照明のための照明、カメラ・フラッシュ、及び液晶ディスプレイ用バックライトが含まれる。
本発明の特定の実施形態が示され、記載されたが、より広い態様において本発明から逸脱することなく変更及び修正を加え得ること、よって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に入る全てのこのような変更及び修正をその範囲に含ませるべきであることが、当業者には明らかであろう。
１０、５０、６０、６４：ＬＥＤダイ
１２：支持構造体
１４：金属パッド
１８、２８：フォトレジスト
１９：アンダーフィル
２０：溶液
２２：電極
２４：バイアス電圧源
２６：コンフォーマル層
３０、５４：シリコン
３２、５２、５３、６１、６５：蛍光体
３４、４８、６２、６６：レンズ
４０：モールド
４２：陥凹部
４４：フィルム
４６：レンズ材料
５４、５９：カプセル材料
１２：支持構造体
１４：金属パッド
１８、２８：フォトレジスト
１９：アンダーフィル
２０：溶液
２２：電極
２４：バイアス電圧源
２６：コンフォーマル層
３０、５４：シリコン
３２、５２、５３、６１、６５：蛍光体
３４、４８、６２、６６：レンズ
４０：モールド
４２：陥凹部
４４：フィルム
４６：レンズ材料
５４、５９：カプセル材料
Claims (20)
- 発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体であって、
青色波長又はより短い波長を有する光を放出するＬＥＤダイと、
前記ＬＥＤダイの複数の表面を形状が適合するように被覆する、ＬＥＤ光を白色光の第１の色成分に変換するための第１の蛍光体と、
を備え、
前記第１の蛍光体のコーティングの外面は、前記ＬＥＤダイの前記複数の表面に実質的に適合しており、
前記コンフォーマルなコーティングを有する前記ＬＥＤダイを実質的にカプセル封入する、透過性バインダ内の第２の蛍光体が設けられ、
前記ＬＥＤダイ、並びに少なくとも前記第１及び第２の蛍光体から放出された光の組み合わせが白色光を生成することを特徴とする構造体。 - ＬＥＤダイから放出された光が、４２０ｎｍから４９０ｎｍまでの範囲内の青色であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記白色光が、２０００Ｋから５０００Ｋまでの範囲の色温度を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体は、前記ＬＥＤ光によって励起されたとき黄色光又は黄緑色光を生成し、前記第２の蛍光体は、該ＬＥＤ光によって励起されたとき赤色光を生成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体は、前記ＬＥＤ光によって励起されたとき赤色光を生成し、前記第２の蛍光体は、該ＬＥＤ光によって励起されたとき黄緑色光又は緑色光を生成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体は、前記ＬＥＤ光によって励起されたとき緑色光を生成し、前記第２の蛍光体は、該ＬＥＤ光によって励起されたとき赤色光を生成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記バインダ内の前記第２の蛍光体と混合された第３の蛍光体をさらに備え、少なくとも前記第１の蛍光体、前記第２の蛍光体、及び前記第３の蛍光体の組み合わせから白色光を生成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体だけが、前記白色光を生成するために用いられる蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体が電気泳動法によって堆積されることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体がＹＡＧ蛍光体であり、前記第２の蛍光体がＣａＳ蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記第１の蛍光体がＣａＳ蛍光体であり、前記第２の蛍光体がＹＡＧ蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記透過性バインダがシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記コンフォーマルなコーティングの厚さが、１５ミクロンから３５ミクロンまでの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 第１の蛍光体の前記コンフォーマルなコーティングの厚さの任意のばらつきが、前記第１の蛍光体の平均厚の約１５％より少ないことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記透過性バインダが、所望の白色光放出パターンを達成するためのレンズを形成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記レンズがフレネル・レンズを含むことを特徴とする請求項１５に記載の構造体。
- 発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を生成する方法であって、
青色波長又はより短い波長を有する光を放出するＬＥＤダイを準備し、
ＬＥＤ光を第１の色成分の白色光に変換するための第１の蛍光体で、前記ＬＥＤダイの複数の表面を形状が適合するように被覆する、
ステップを含み、
前記第１の蛍光体のコーティングの外面は、前記ＬＥＤダイの前記複数の表面に実質的に適合しており、
透過性バインダ内の第２の蛍光体での前記コンフォーマルなコーティングを有する前記ＬＥＤダイを実質的にカプセル封入する、
ステップをさらに含み、
前記ＬＥＤダイ、並びに少なくとも前記第１及び第２の蛍光体から放出された光の組み合わせが白色光を生成することを特徴とする方法。 - 前記ＬＥＤダイを形状が適合するように被覆する前記ステップは、電気泳動堆積法を行い、該ＬＥＤダイを前記第１の蛍光体でめっきするステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記ＬＥＤダイを実質的にカプセル封入する前記ステップは、
前記コンフォーマルなコーティングを有する前記ＬＥＤダイの周りにフォトレジスト・モールドを形成し、
透過性バインダ内の前記第２の蛍光体を前記モールド内に堆積させ、
前記バインダを硬化させ、
前記フォトレジストを除去する、
ステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。 - 前記ＬＥＤダイを実質的にカプセル封入する前記ステップは、
透過性バインダ内の前記第２の蛍光体を前記モールド内に準備し、
前記コンフォーマルなコーティングを有する前記ＬＥＤダイを前記モールド内に挿入し、
前記バインダを硬化させ、
前記ＬＥＤダイを前記モールドから除去する、
ステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
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