JP2007294956A - 改良された光抽出効率を有する発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多層スタック、および多層スタックの発光スタック表面に対して光学的に近接したパターン化封止材料領域を有する封止材料層を含む発光装置が開示される。封止材料層を製造する方法、および封止材料層を発光スタック表面に付着させる方法も開示される。
【選択図】図9
Description
(a)多層スタック:
該多層スタックは、nドープ層;光発生層;およびpドープ層を含み、発光スタック表面を有する;並びに
(b)封止材料層:
該封止材料層は、近接パターン化封止材料領域を含み、および、任意に、パターン化されていない封止材料領域を含み;
該近接パターン化封止材料領域は、
第一凹部セット(該第一凹部セットは、第一凹部フィラーを含む少なくとも1つの第一凹部を含む);および
任意に、第二凹部セット(該第二凹部セットは、第二凹部フィラーを含む少なくとも1つの第二凹部を含む);および
前記発光スタック表面上に配置された近接パターン化封止材料表面:
を含み;
(ここにおいて、前記第一凹部セットおよび前記第二凹部セットの少なくとも1つはパターンを有し:
前記パターンは、ランダムパターン、周期的パターン、またはその組み合わせから選択され、
前記パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも5ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下のフィーチャーサイズを有し;
前記周期的パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも10ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下の周期を有し;
前記第一凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第二凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第一凹部および前記第二凹部の少なくとも1つは、前記外部パターン化封止材料表面と一致する凹部開口部を有する);および
前記パターン化されていない封止材料領域は、封止材料を含み、
(ここにおいて、前記第一凹部フィラーは、第二凹部フィラーおよび前記封止材料の少なくとも1つと屈折率が少なくとも0.001、かつ3.0以下異なり;および
前記第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つは少なくとも0.03g/cm3、かつ0.60g/cm3以下の平均密度を有する)
:を含む。
本発明の第2の態様は、封入された発光装置の製造方法に関し、該方法は:
(A)封止材料を含む封止材料ブロックを提供し;
(B)外部パターン化(exterior patterned)封止材料表面を有するパターン化封止材料領域を有する光抽出封止材料シートを前記封止材料ブロックの表面上に形成し;
(ここにおいて、前記パターン化封止材料領域を形成する前記工程は:
(a)少なくとも1つの第一凹部を含む第一凹部セットを形成し;
(b)前記第一凹部を第一凹部フィラーで満たし;
(c)任意に、第二凹部セットを形成し(該第二凹部セットは少なくとも1つの第二凹部を含む);および前記第二凹部を第二凹部フィラーで満たすこと:を含み;
前記の第一凹部セットおよび前記の第二凹部セットの少なくとも1つはパターンを有し:
前記パターンは、ランダムパターン、周期的パターン、またはその組み合わせから選択され、
前記パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも5ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下のフィーチャーサイズを有し;
前記周期的パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも10ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下の周期を有し;
前記第一凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第二凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第一凹部および前記第二凹部の少なくとも1つは、前記外部パターン化封止材料表面と一致する凹部開口部を有し;
前記第一凹部フィラーは、第二凹部フィラーおよび前記封止材料の少なくとも1つと屈折率が少なくとも0.001、かつ3.0以下異なり;
前記第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つは少なくとも0.03g/cm3、かつ0.60g/cm3以下の平均密度を有する);
(C)前記光抽出封止材料シートを多層スタックに付着させ
(ここにおいて、前記多層スタックは、
nドープ層
光発生層;および
pドープ層:を含み;
前記多層スタックは発光スタック表面を有し;および
前記外部パターン化封止材料表面は前記発光スタック表面上に配置され;
前記発光スタック表面は平滑表面およびパターン化マルチレベル表面から選択されるトポグラフィーを有し;
前記パターン化マルチレベル表面は、ランダムパターン、周期的パターン、およびその組み合わせから選択されるパターンを有する);および
D)任意に、前記封止材料の全部または一部を任意または前記の第一凹部セットおよび前記の第二凹部セットとの接触から除く:
工程を含む。
層の表面、または発光装置の組み立て中の発光装置の位置決めに用いられる「アセンブリステージ」の中または上の基準地点である。実際、ポジショニングイ
ンデックスは、発光装置の組み立ての間に所望の位置関係を保証するための基準位置として機能する場所ならどこに位置してもよい。1以上のポジショニングインデックスは、たとえば、発光スタック表面114および近接パターン化封止材料領域117間、および近接パターン化封止材料領域117内のパターン間で所望の位置関係が達成されることを確実にすることに依拠しうる。
の1以上のシランの加水分解物または部分縮合物であるオルガノポリシリカ樹脂であるBステージ光学物質であり得る。「置換アリール」および「置換アリーレン」は、その水素の1以上が別の置換基、たとえば、シアノ、ヒドロキシ、メルカプト、ハロ、または(C1−C6)アルキル、(C1−C6)アルコキシで置換されたアリールまたはアリーレン基をさす。
を有するBステージオルガノポリシリカ樹脂である。R7、R8、R9、およびR10のいずれかについての好ましいアルキルは、(C1−C6)アルキルである。前記式(III)において、e、f、gおよびrは各成分のモル比を表す。このようなモル比は0から1の間で変化し得る。eが0〜0.8であるのが好ましい。gが0〜0.8であるのも好ましい。さらにrが0〜0.8であるのが好ましい。前記式において、nはBステージ材料中の繰り返し単位の数である。好ましくは、nは3〜1000の整数である。
プロファイル測定器Dektak−30(Veeco、ウッドベリー、NY)を使用して、パターン化表面の製造の間に表面に形成される刻み目の深さを測定する。
パターン化されていない近接封止材料表面と接触している発光層を有する多層スタック
金属銅(Cu)でコーティングされたシリコンウェハ(Silicon Valley Microelectronics)は底面電極として作用した。LEDチップXB900(Cree)をウェハ上に配置した。1滴のシリコーン流体(Aldrich)をLEDの上面に適用して、屈折率整合を助け、GaN−ITO/ガラス界面での反射を最小限にした。ITOコーティングされたガラス(Applied Films)をLEDチップの上面上に配置した。ITOガラスはプロフィル測定器(Dektak−30、Veeco)で測定すると1〜2nmの表面粗さを有していた。電極をCuウェハおよびITOガラスの両方に取り付けた。レーザーダイオード電源(LDC500、Thorlabs)から電極に電流(ミリアンペア(mA)で測定)を供給した。シリコンディテクタ(Thorlabs)をLEDチップロケーションの上面上に配置し、電圧計(ボルトで測定)に接続した。供給された電流は10mAから80mAまで変化し、LEDからの青色(460nm)光をシリコンディテクターおよび電圧計で測定した。出力電圧を駆動電流で割った勾配は0.019V/mAであった。
近接パターン化封止材料領域に光学的に近接した発光スタック表面を有する多層スタックの封止化
ITOガラスの代わりに、ITOでコーティングされたPETフィルム(CPフィルム)をLEDチップの上面上に配置した以外は、比較例Aの方法によりLEDを製造した。PET/ITOフィルムはプロフィル測定器(Dektak−30)を用いて測定すると17nmの表面粗さを有していた。1滴のシリコーン流体(屈折率=1.47、Aldrich)をLEDの上面上に適用して、屈折率整合を助け、GaN−ITO/PET界面での反射を最小限に抑えた。電極をCuコーティングされたウェハおよびPET/ITOフィルムに適用し、電流をLEDチップに通した。出力光をシリコンディテクタおよび電力計で測定した。観察されたシリコンディテクタからの電圧出力をLEDの駆動電流で割った値は0.04V/mAであった。ガラス/ITOおよびPET/ITO間の光伝達の差について調節した後、実施例1の装置の光出力は、比較例Aの装置の光出力よりも1.4倍大きかった(すなわち、40%高い光出力)。
P6700スピンコーターを使用して、GaN LEDウェハ(Cree)が、n=1.38を有するZIRKON(商標)低屈折率材料(Rohm and Haas)で100nmの厚さまでスピンコーティングされる。コーティングを90℃で1分間ソフトベークし、突起先端と谷の間の最大距離が100nmである四角錐の周期的パターンを有するパターン化された型を用いてインプリンティングする。各四角錐の底面は一辺が200nmである。各四角錐底面の直角端に平行な2方向の長さの周期は250nmである。ZIRKON低屈折率材料層を次に250℃で2.0時間窒素雰囲気中で硬化させ(Bステージ)、最終のインプリンティングされたコーティング厚さは80nmである。Bステージコーティングの屈折率nは1.1である。高屈折率ポリ(フェニルメチルシロキサン)(n=1.54)をパターン化Bステージコーティングの表面上に100nmの厚さまでスピンコーティングする。次いでまず100℃で加熱し、徐々に硬化温度を130℃まで3.0時間の間に上昇させて、ポリ(フェニルメチルシロキサン)を硬化させる。エキシマーレーザー(Oxford Lasers)を使用したレーザーアブレーションにより、フィルムにおいてホールが形成される。ホールは電気ボンドパッドの位置に対応する。ウェハダイサー(Kulicke and Soffa984型)を用いてウェハを1×1mm片に切り出す。金ワイヤボンドがGaNにワイヤボンダー(Kulicke and Soffa、1488型)で結合される。電力をLEDチップに供給する。光度計システム(2000型、Ocean Optics)を用いて観察される光出力は20ルーメン/ワットである。
BステージZIRCON低屈折率材料の介在層を適用することなく、封止材料をLEDの上面上に直接適用する以外は、実施例2の方法を用いて発光装置を製造した。封止材料は架橋したフェニルメチルシロキサンコポリマー(n=1.54)である。LEDチップは実施例2におけるように結合されたワイヤを有し、電力はLEDチップに供給される。観察される出力は10ルーメン/ワットである。
GaNウェハ(実施例2参照)をZIRCON低屈折率材料でコーティングし、実施例2におけるようにコーティングをBステージ化し、かつインプリンティングする。銀の透明層を銀層の厚さが50nmになるようにインプリンティングされたフィルム上に堆積させる。スパッタリング(Denton Vacuum)により金属銀を堆積させる。銀でコーティングされたインプリンティングされたフィルムを次いでポリ(フェニルメチルシロキサン)でコーティングし、実施例2におけるように硬化させ、発光装置を実施例2におけるように仕上げ、試験する。銀の透明層を有する発光装置は、装置例3aである。透明導電層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物(ITO)である以外は同じ手順により、装置3b、3c、および3dを製造する。観察される光出力は;装置3aについては25ルーメン/ワットであり;装置3bについては25ルーメン/ワットであり;装置3cについては25ルーメン/ワットであり;装置3dについては25ルーメン/ワットである。
BステージZIRCON低屈折率材料の介在層を適用することなく、封止材料がLEDの上面上に直接適用される以外は実施例3の方法を用いて発光装置を製造する。封止材料は架橋したフェニルメチルシロキサンコポリマー(n=1.54)である。LEDチップは実施例2におけるように結合されたワイヤを有し、電力がLEDチップに供給される。観察される出力は10ルーメン/ワットである。
GaN LEDウェハ(Cree)が架橋性基を有するポリ(フェニルメチルシロキサン)(Rohm and Haas、n=1.54)で100nmの厚さまでスピンコーティングされる。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐のパターンを有するパターン化ニッケル型を用いてコーティングを次いでインプリンティングし、130℃で熱硬化させる。次いで、型をはずす。実施例2に記載されるように、100nmの厚さまでZIRCON低屈折率材料を硬化ポリ(フェニルメチルシロキサン)のパターン化表面上にコーティングする。ZIRCON低屈折率フィルムを次いで0℃で1分間ソフトベークし、250℃で2.0時間Bステージ化して、その最終厚さが80nm、およびn=1.1になるようにする。エキシマーレーザー(Oxford Laser)を使用したレーザーアブレーションにより、フィルムにおいてホールが形成される。前記実施例2におけるようにウェハをダイスに切り出す。前記実施例2におけるように金ワイヤボンドをGaN層に結合させる。前記実施例2におけるように電力をLEDチップに供給する。観察される光出力は20ルーメン/ワットである。
BステージZIRCON低屈折率材料の介在層を適用することなく、ポリ(フェニルメチルシロキサン)をLEDの上面に直接適用する以外は実施例4の方法を用いて発光装置を製造する。封止材料は架橋ポリ(フェニルメチルシロキサン)(n=1.58)である。LEDチップは実施例2における様に結合されたワイヤを有し、電力がLEDチップに供給される。観察される出力は10ルーメン/ワットである。
GaNウェハ(実施例4参照)をまずフェニルシロキサンコポリマー(n=1.58)でコーティングし、実施例4におけるようにインプリンティングする。硬化したフェニルシロキサンコポリマーの表面上に金属銀の透明層を堆積させて、銀層の厚さが30nmになるようにする。ZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)を次いでフェニルシロキサンコポリマーコーティングのパターン化表面上にコーティングする。ZIRCON低屈折率層を次いでBステージ化して、Bステージコーティングを得、これは80nmの厚さおよびn=1.1を有している。発光装置を実施例4におけるように仕上げ、試験する。銀の透明層を有する発光装置は、装置5aである。透明金属層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物である以外は同じ手順により、装置5b、5c、および5dを製造する。観察される光出力は;装置5aについては25ルーメン/ワットであり;装置5bについては25ルーメン/ワットであり;装置5cについては25ルーメン/ワットであり;装置5dについては25ルーメン/ワットである。
GaNウェハを厚さ10nmの銀の導電性層でコーティングする。干渉リソグラフィーツールを用いて、銀層を次いでパターン化する。パターンの周期は250nmであり、線幅は100nmである。100nmの厚さを有するポリ(フェニルメチルシロキサン)(n=1.54)のコーティングを次いでパターン化表面に適用する。ポリ(フェニルメチルシロキサン)層を次いで実施例4におけるようにナノインプリントし、銀金属における周期的パターンに対する型の位置合わせ(位置インデックスでの整列による)を確実にする。ポリマーを100℃の初期温度で、3.0時間の間に徐々に130℃まで温度を上昇させて硬化させる。型を次いでとりはずす。ZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)を硬化させて、硬化Bステージコーティングを得、これは80nmの厚さおよびn=1.1を有する。発光装置を実施例4におけるように仕上げ、試験する。銀の透明層を有する発光装置は装置6aである。透明金属層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物である以外は同じ手順により、装置6b、6c、および6dを製造する。観察される光出力は;装置6aについては25ルーメン/ワットであり;装置6bについては25ルーメン/ワットであり;装置6cについては25ルーメン/ワットであり;装置6dについては25ルーメン/ワットである。
独立光抽出シートの製造
幅、長さ、および厚さがそれぞれ10cm、10cm、および50ミクロンである透明高温ポリイミドフィルム(Sixeff、Hoechst)をフェニルメチルシロキサンコポリマー(n=1.58)でスピンコーティングして、Dektak−30により測定して、100nmのコーティング厚さにする。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐からなるパターンを有するパターン化ニッケル型を用いてフィルムをインプリンティングする。四角錐の底部は100nmである。周期性は面におけるxおよびy次元のどちらにおいても同じである。コーティングを100℃の初期温度で、3.0時間の間に徐々に温度を130℃まで上昇させて硬化させる。型を次いで離脱させる。ZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)をスピンコーティングして厚さ100nmにし、100℃で乾燥させる。ZIRCON低屈折率層を実施例4の方法に従ってBステージ化して、厚さ80nm、n=1.1を有するBステージコーティングを得る。実施例4におけるように、ホールがGaNウェハの電気ボンドパッドの位置と一致するようにレーザーアブレーションによりフィルム中にホールを形成する。非常に低粘度(Norland74、80センチポアズ)の光学接着剤をまずGaNウェハ上に厚さ5nmまでスピンコーティングする。次いで光抽出フィルムをウェハに付着させ、確実にエアギャップまたは気泡がないようにする。Spectronics Bench Mount(Norland、NJ)を用いて、UV光により光学接着剤を次いで硬化させる。実施例2に従ってウェハをこれに結合されたLEFとともにさいころ状に切り出す。実施例2に従って、ワイヤボンドをLEF中のホールを通してLEDに結合させる。電流をLEDチップに通し、光出力を測定する。光出力は25ルーメン/ワットである。
凹部フィラーとして金属を有する近接パターン化封止材料領域の形成
幅、長さ、および厚さがそれぞれ10cm、10cm、および50ミクロンである透明高温ポリイミドフィルム(Hitachi Chemical)がフェニルメチルシロキサンコポリマー(n=1.54)でスピンコーティングされて、Dektak−30により測定して、100nmのコーティング厚さにされる。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐からなるパターンを有するパターン化ニッケル型を用いてフィルムをインプリンティングする。四角錐の底部は100nmである。パターン周期性は面におけるxおよびy次元のどちらにおいても同じである。インプリンティング後、コーティングを130℃で硬化させ、型を取り外す。薄い透明金属フィルムを、厚さ50nmまで、フィルムのインプリントされた面上にスパッタリングする。金属は銀である。ZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)をスピンコーティングして厚さ100nmにし、100℃で乾燥させる。ZIRCON低屈折率層を実施例4の方法に従ってBステージ化して、厚さ80nm、n=1.1を有するBステージコーティングを得る。実施例4におけるように、ホールがGaNウェハの電気ボンドパッドの位置と一致するようにレーザーアブレーションによりフィルム中にホールを形成する。非常に低粘度(Norland74、80センチポアズ)の光学接着剤をまずGaNウェハ上に厚さ5nmまでスピンコーティングする。次いで光抽出フィルム(LEF)をウェハに付着させ、確実にエアギャップまたは気泡がないようにする。次いで、光学接着剤がUV光(Spectronics Bench Mount;Norland、NJ)により硬化される。次いで、実施例2に従ってこれに結合されたLEFとともにウェハをさいころ状に切り出した。実施例2に従ってワイヤボンドをLEF中のホールを通してLEDに結合させる。電流をLEDチップに通し、光出力を測定する。銀の透明層を有する発光装置は装置8aである。透明金属層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物である以外は同じ手順により、装置8b、8c、および8dを製造する。観察される光出力は;装置8aについては25ルーメン/ワットであり;装置8bについては25ルーメン/ワットであり;装置8cについては25ルーメン/ワットであり;装置8dについては25ルーメン/ワットである。
幅、長さ、および厚さがそれぞれ10cm、10cm、および50ミクロンである透明高温ポリイミドフィルム(Sixeff、Hoechst)がZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)で100nmの厚さになるまでスピンコーティングされ、100℃でソフトベークされる。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐からなるパターン化ニッケル型を用いてフィルムをインプリンティングする。四角錐の底部は100nmである。パターン周期は面におけるxおよびy次元のどちらにおいても同じである。ナノインプリンティング後、ZIRCON低屈折率層を250℃で2.0時間、窒素雰囲気中で硬化(Bステージ化)させる。結果として得られるナノインプリンティングされたコーティング厚さは80nmである。パターン化Bステージコーティングの表面上に高屈折率ポリ(フェニルメチルシロキサン)(n=1.54)をDektak−30により測定すると100nmの厚さまで、スピンコーティングする。ポリ(フェニルメチルシロキサン)を次いで、100℃の初期温度で3.0時間加熱することにより硬化させる。エキシマーレーザー(Oxford Laser)を用いたレーザーアブレーションによりフィルム中にホールを形成する。ホールは電気ボンドパッドの位置に対応する。前記実施例8におけるように、フィルム(LEF)をUV硬化性接着剤の非常に薄い層と付着させて、確実にボイドまたは気泡がないようにする。ウェハダイサー(Kulicke and Soffa984型)を用いてウェハを1×1mm片に切り出す。金ワイヤボンドをGaNにワイヤボンダー(Kulicke and Soffa、1488型)で結合させる。電力をLEDチップに供給する。観察される光出力は25ルーメン/ワットである。
幅、長さ、および厚さがそれぞれ10cm、10cm、および50ミクロンである透明高温ポリイミドフィルム(Sixeff、Hoechst)をZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.38)で100nmの厚さにスピンコーティングして、100℃でソフトベークする。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐からなるパターンを有するパターン化ニッケル型を用いてフィルムをナノインプリンティングする。四角錐の底部は100nmである。パターン周期は面におけるxおよびy次元のどちらにおいても同じである。インプリンティング後、材料を250℃で2.0時間、窒素雰囲気中でBステージ化して、n=1.1およびコーティング厚さ80nmを有する層を得る。薄い透明金属フィルムを、厚さ80nmのフィルムのインプリントされた面上にスパッタリングする。金属は銀である。高屈折率ポリ(フェニルメチルシロキサン;n=1.54)をパターン化Bステージコーティングの表面上にスピンコーティングして、Dektak−30により測定して厚さ100nmにする。ポリ(フェニルメチルシロキサン)を次いで、まず100℃で加熱し、3.0時間の間に温度を130℃まで徐々に上昇させることにより硬化させる。エキシマーレーザー(Oxford Laser)を使用したレーザーアブレーションにより、フィルム中にホールが形成される。ホールは電気ボンドパッドの位置に対応する。フィルムを実施例8におけるように、UV硬化性光学接着剤の非常に薄い層で接着して、空隙または気泡がないことを確実にする。ウェハダイサー(Kulicke and Soffa984型)を用いてウェハを1×1mm片に切り出す。金ワイヤボンドをGaNにワイヤボンダー(Kulicke and Soffa、1488型)で結合させる。電力をLEDチップに供給する。銀の透明層を有する発光装置は装置10aである。透明金属層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物である以外は同じ手順により、装置10b、10c、および10dを製造する。観察される光出力は;装置10aについては25ルーメン/ワットであり;装置10bについては25ルーメン/ワットであり;装置10cについては25ルーメン/ワットであり;装置10dについては25ルーメン/ワットである。
幅、長さ、および厚さがそれぞれ10cm、10cm、および50ミクロンである透明高温ポリイミドフィルム(Sixeff、Hoechst)をZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas、n=1.54)で、Dektak−30により測定して100nmのコーティング厚さにスピンコーティングする。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐からなるパターンを有するパターン化ニッケル型を用いてフィルムをナノインプリンティングする。四角錐の底部は100nmである。パターン周期は面におけるxおよびy次元のどちらにおいても同じである。コーティングをまず100℃で、3.0時間の間に温度を130℃まで徐々に上昇させて硬化させる。型を次にはずす。ZIRCON低屈折率材料(Rohm and Haas;n=1.38)を100nmの厚さまでスピンコーティングし、100℃でソフトベークする。ZIRCON低屈折率層を次に実施例4の方法に従ってBステージ化して、80nmの厚さおよびn=1.1を有するG段コーティングを得る。スパッタリングツール(Denton Vacuum)を用いて銀の層をZIRCON低屈折率層上に10nmの厚さまでスパッタリングする。干渉リソグラフィーツールを用いて銀フィルムを次に周期的に画像化する。画像化プロセスは、ポリ(フェニルメチルシロキサン)層においてその下に周期的刻み目をつける。銀層を次にエッチングして、幅100nmでパターン周期250nmの線の周期的配列を形成する。実施例4におけるように、ホールがGaNウェハの電気結合パッドの位置と一致するようにレーザーアブレーション(Oxford Laser)によりフィルム中にホールを形成する。非常に低い粘度を有する光学接着剤(Norland 74、80センチポアズ)をまずGaNウェハ上にスピンコーティングして、5nmの厚さにする。次に、LEFフィルムをウェハに付着させ、エアギャップまたは気泡がないことを確実にする。次にUV光(Spectronics Bench Mount;Norlan、NJ)を用いて光学接着剤を硬化させる。ウェハダイサー(Kulicke and Soffa984型)を用いてウェハを1×1mm片に切り出す。金ワイヤボンドをGaNにワイヤボンダー(Kulicke and Soffa、1488型)で結合させる。電力をLEDチップに供給する。銀の透明層を有する発光装置は装置11aである。透明金属層がそれぞれ、金、アルミニウム、またはインジウムスズ酸化物である以外は同じ手順により、装置11b、11c、および11dを製造する。観察される光出力は;装置11aについては25ルーメン/ワットであり;装置11bについては25ルーメン/ワットであり;装置11cについては25ルーメン/ワットであり;装置11dについては25ルーメン/ワットである。
RI〜1.54を有する、架橋性基を有するポリフェニルシロキサンを、寸法が1〜10nmのサイズ範囲であるナノリン光体CdSeと混合する。ナノリン光体は、Evident Technology(Troy,New York)から入手される。ナノリン光体の濃度は、フェニルシロキサンポリマー中約5重量%である。GaN LEDウェハ(Cree)をスピンコーティングして100nmの厚さにする。突起先端と谷の間の最大距離が100nmであり、長さ周期が250nmである四角錐のパターンを有するパターン化ニッケル型を用いて、コーティングを次にインプリンティングし、130℃で加熱硬化させる。型を次にとりはずす。Zircon低屈折率材料を実施例2において記載したように100nmの厚さまで硬化ポリフェニルシロキサンのパターン化表面上にコーティングする。Zircon低屈折率層を100℃で1分間ソフトベークし、250℃で2.0時間Bステージ化して、その最終厚さが80nm、n=1.1になるようにする。エキシマーレーザー(Oxford Laser)を使用したレーザーアブレーションによりホールが形成される。ウェハを前記実施例2におけるように切り出す。金ワイヤボンドをGaN層に結合させる。前記実施例2におけるように、電力をLEDチップに供給する。465nm〜640nmの波長範囲の白色光が観察され、20ルーメン/ワットの光出力が観察される。
ポリマーフィルムを有する無機レンズ列
高屈折率無機材料およびポリマーを含むハイブリッドフィルムは次のようにして製造される。円形レンズ列でパターン化された石英型であって、レンズが28.7ミクロンの曲率の半径および10ミクロンのサグ(ここにおいて、「サグ」は型レンズ突起の最大高さをさす)を有する。石英のレンズ列パターンを含む型をMEMS Optial(Huntsville,アラバマ)から入手する。ポリジメチルシロキサン(PDMS、Sylgard184、Dow Corning)をレンズ列型上に注ぎ、次いで硬化させる。PDMSフィルムを剥離し、後にレンズ列のインプリントが残る。フィルムは深さ10ミクロンの周期的半球状凹部を含む。フィルムを続いて蒸発チャンバー(Evaporated Coating(Willow Grove,PS)中に入れ、Dynavacマシン(Hingham,MA)を用いたPVDプロセスを使用してZnSを堆積させて、凹部がZnSで充填されるようにする。最後に、過剰のZnSをフィルムから研磨して除去し、あとに平滑なZnS表面が残る。形成された複合フィルムはポリマーマトリックス中に半球状ZnS表面レンズを有する。ハイブリッドフィルムをGaN LED装置上に置いて、優れた光学接触がZnSおよびGaN表面間に形成されるようにする。電流を装置に供給し、20ルーメン/ワットが観察される。
PDMSフィルムをLEDのGaN表面に直接適用する。電流を供給し、光出力は10ルーメン/ワットである。
101 サブマウント
102 結合層
103 反射層
104 支持体
105 pドープ層
106 光発生層
107 nドープ層
108 n側接触パッド
109 封止材料層
110 非パターン化封止材料領域
111−1 第一凹部壁
111−2 第二凹部壁
112−1 第一凹部
112−2 第二凹部
113 近接パターン化封止材料表面
114 発光スタック表面
115 多層スタック
116 p側接触層
117 近接パターン化封止材料領域
118 凹部間体積エレメント
119−1 第一凹部開口部
119−2 第二凹部開口部
120 封止材料ブロック
121 封止材料ブロック非パターン化近接表面
122 パターン化された型
123 パターン化された型表面
124 型突出部
125 第一凹部フィラー層
126 第一凹部フィラー表面過剰分
127 カバースリップ
128 近接パターン化封止材料領域厚さ
129−1 第一凹部深さ
129−2 第二凹部深さ
130−1 最大第一凹部深さ
130−2 最大第二凹部深さ
131 補助光伝達層
132 x次元フィーチャーサイズ
133 x次元周期
134 y次元フィーチャーサイズ
135 y次元周期
Claims (10)
- 発光装置であって、
(a)多層スタック:
該多層スタックは、nドープ層;光発生層;およびpドープ層を含み、発光スタック表面を有する;並びに
(b)封止材料層:
該封止材料層は、近接パターン化封止材料領域を含み、および、任意に、パターン化されていない封止材料領域を含み;
該近接パターン化封止材料領域は、
第一凹部セット(該第一凹部セットは、第一凹部フィラーを含む少なくとも1つの第一凹部を含む);および
任意に、第二凹部セット(該第二凹部セットは、第二凹部フィラーを含む少なくとも1つの第二凹部を含む);および
前記発光スタック表面上に配置された近接パターン化封止材料表面:
を含み;
(ここにおいて、前記第一凹部セットおよび前記第二凹部セットの少なくとも1つはパターンを有し:
前記パターンは、ランダムパターン、周期的パターン、またはその組み合わせから選択され、
前記パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも5ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下のフィーチャーサイズを有し;
前記周期的パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも10ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下の周期を有し;
前記第一凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第二凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第一凹部および前記第二凹部の少なくとも1つは、前記外部パターン化封止材料表面と一致する凹部開口部を有する);および
前記パターン化されていない封止材料領域は、封止材料を含み、
(ここにおいて、前記第一凹部フィラーは、第二凹部フィラーおよび前記封止材料の少なくとも1つと屈折率が少なくとも0.001、かつ3.0以下異なり;および
前記第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つは少なくとも0.03g/cm3、かつ0.60g/cm3以下の平均密度を有する)
:を含む発光装置。 - 前記第一凹部フィラーおよび前記第二凹部フィラーの少なくとも1つが、GaN、SiC、AlN、ZnS、TiO2、ZnO、GaP、および高RIガラスから選択される請求項1記載の発光装置。
- 前記第一凹部フィラーおよび前記第二凹部フィラーの少なくとも1つが0.60g/cm3より高く、かつ7.0g/cm3以下の平均密度を有する請求項1記載の発光装置。
- 前記第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つが、硬化Bステージ光学材料である請求項1記載の発光装置。
- 前記硬化Bステージ光学材料が細孔をさらに含み、ここにおいて、前記硬化Bステージ光学材料が前記硬化Bステージ光学材料の体積基準で、少なくとも0.1体積%〜95体積%の孔隙率を有する請求項4記載の発光装置。
- 前記光発生層により発生する光であって、反射層に衝突する光の少なくとも50%を反射させることができる反射層をさらに含み、前記反射層が、前記発光スタック表面から前記多層スタックの反対側に配置されている請求項1記載の発光装置。
- 前記多層スタックが、前記発光スタック表面と前記近接パターン化封止材料表面の間に配置された、介在する高屈折率層をさらに含み、前記の介在する高屈折率層が、抽出される光の波長に関して、発光スタック表面の屈折率より0.5以上低い屈折率を有する、請求項1記載の発光装置。
- 前記多層スタックが、前記発光スタック表面および前記近接パターン化封止材料表面の間に配置された結合層をさらに含み、前記結合層が1nmから50nmの間の厚さを有する請求項1記載の発光装置。
- (A)封止材料を含む封止材料ブロックを提供し;
(B)外部パターン化封止材料表面を有するパターン化封止材料領域を有する光抽出封止材料シートを前記封止材料ブロックの表面上に形成し;
(ここにおいて、前記パターン化封止材料領域を形成する前記工程は:
(a)少なくとも1つの第一凹部を含む第一凹部セットを形成し;
(b)前記第一凹部を第一凹部フィラーで満たし;
(c)任意に、第二凹部セットを形成し(該第二凹部セットは少なくとも1つの第二凹部を含む);および前記第二凹部を第二凹部フィラーで満たすこと:を含み;
前記の第一凹部セットおよび前記の第二凹部セットの少なくとも1つはパターンを有し:
前記パターンは、ランダムパターン、周期的パターン、またはその組み合わせから選択され、
前記パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも5ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下のフィーチャーサイズを有し;
前記周期的パターンは、少なくとも1つの側方次元において、少なくとも10ナノメートルであって、かつ5,000ミクロン以下の周期を有し;
前記第一凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第二凹部は、少なくとも25ナノメートルであって、かつ10,000ミクロン以下の最大凹部深さを有し;
前記第一凹部および前記第二凹部の少なくとも1つは、前記外部パターン化封止材料表面と一致する凹部開口部を有し;
前記第一凹部フィラーは、第二凹部フィラーおよび前記封止材料の少なくとも1つと屈折率が少なくとも0.001、かつ3.0以下異なり;
前記第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つは少なくとも0.03g/cm3、かつ0.60g/cm3以下の平均密度を有する);
(C)前記光抽出封止材料シートを多層スタックに付着させ
(ここにおいて、前記多層スタックは、
nドープ層
光発生層;および
pドープ層:を含み;
前記多層スタックは発光スタック表面を有し;および
前記外部パターン化封止材料表面は前記発光スタック表面上に配置され;
前記発光スタック表面は平滑表面およびパターン化マルチレベル表面から選択されるトポグラフィーを有し;
前記パターン化マルチレベル表面は、ランダムパターン、周期的パターン、およびその組み合わせから選択されるパターンを有する);および
D)任意に、前記封止材料の全部または一部を任意または前記の第一凹部セットおよび前記の第二凹部セットとの接触から除く:
工程を含む、封入された発光装置の製造方法。 - 第一凹部フィラー、前記第二凹部フィラー、および前記封止材料の少なくとも1つが、細孔を含む硬化Bステージ光学材料であり、
ここにおいて、前記Bステージ光学材料が:
少なくとも5nmであって、かつ50nm以下の平均粒子サイズを有するポロゲン粒子を含む硬化性Bステージ光学材料を提供し;
前記硬化性Bステージ光学材料を硬化させて、硬化したB−d光学材料を形成し;および
前記ポロゲン粒子を除去して、細孔をさらに含む硬化したBステージ光学材料を形成する
(ここにおいて、前記細孔は、少なくとも5nmであって、かつ50nm以下の平均細孔サイズを有し;および
前記硬化Bステージ光学材料は、前記硬化Bステージ光学材料の体積基準で、少なくとも0.1体積%であって、かつ95体積%以下の孔隙率を有する)
:さらなる工程により形成される請求項9記載の方法。
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