JP2008514026A - 懸濁液から溶媒を蒸発させることによって半導体発光素子をコーティングする方法 - Google Patents
懸濁液から溶媒を蒸発させることによって半導体発光素子をコーティングする方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明に係る半導体発光デバイスは、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置すること、及び、少なくとも一部の溶媒を蒸発させ、蛍光物質粒子を、少なくとも一部の発光面上に堆積させることによって製造される。蛍光物質粒子を含むコーティングが、そうすることによって、少なくとも一部の発光面上に形成される。蛍光物質以外の粒子をコーティングすることもでき、粒子が溶媒内に溶けた溶液を使用することもできる。
Description
本発明は一般に、マイクロ電子デバイスの製造に関し、より詳細には、半導体発光デバイスを製造する方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードなどの半導体発光デバイスは、様々な用途に広く用いられている。当業者にはよく知られているように、半導体発光デバイスは、通電させることによってコヒーレント光及び／またはインコヒーレント光を放出するように構成されている、１つ以上の半導体層を有する半導体発光素子を含む。また、半導体発光デバイスは一般に、外部電気接続、ヒートシンク、レンズまたは導波路、環境保護（environmental protection）、及び／またはその他の機能を提供するようにパッケージ化されている。
ＬＥＤにおける技術開発の進展は、高性能かつ機械的に堅牢な、可視スペクトル及びそれ以上のスペクトルをカバーすることができる光源を生み出している。これらの特性は、固体デバイスの潜在的に長い耐用年数に加えて、様々な新しいディスプレーの応用を可能にすることができ、ＬＥＤを、白熱灯や蛍光灯と競合する立場に置くことができる。
例えば、固体照明（solid-state lighting）を提供するなど、ＬＥＤ用の蛍光体を提供することを望むかもしれない。一例を挙げれば、固体白色照明に用いられているＬＥＤは、例えば約３８０ｎｍから約４８０ｎｍの範囲の短波長において高光点フラックス出力（high radiant flux output）を生み出すことができる。１つ以上の蛍光体が提供され、ＬＥＤの短波長、高エネルギー光子出力を、部分的にまたは全体的にその蛍光体を励起するように使用することができる。そうすることによって、ＬＥＤの出力の一部または全部が低周波数に変換され、白色光を生み出すことができる。
一具体例として、約３９０ｎｍのＬＥＤからの紫外線出力は、赤色、緑色、及び青色蛍光体と併せて使用され、白色光を生み出すことができる。別の一具体例では、約４７０ｎｍのＬＥＤからの青色光出力は、黄色蛍光体を励起するために使用され、一部のＬＥＤ出力が蛍光体によって吸収されたときに生じる一部の二次黄色放出とともに一部の４７０ｎｍ青色出力を伝達することによって、白色光を生み出すことができる。
蛍光物質は、多くの従来技術を使用する半導体発光デバイスに含まれうる。一技術では、蛍光物質は、ＬＥＤのプラスティックシェルの内側及び／または外側にコーティングされる。別の技術では、蛍光物質は、例えば電気泳動析出を使用して、半導体発光デバイス自身にコーティングされる。さらに他の技術では、その中に蛍光物質が含まれるエポキシなどの少量の材料を、プラスティックシェルの内側、半導体発光デバイスの上、及び／またはデバイスとシェルの間に配置することができる。この技術は、「グロブトップ（glob top）」と呼ばれる。蛍光体コーティングは、屈折率整合材料（index matching material）を組み込むこともでき、及び／または、別の屈折率整合材料を備えることもできる。蛍光体コーティングを使用するＬＥＤは、複数の特許文献に記載されている（特許文献１〜６を参照）。
さらに、その他の特許文献は、第１及び第２の対向する面、及び第２の面から第１の面に向かって斜めに延びる第１及び第２の対向する面の間の側壁を有する基板を含む発光ダイオードを開示している（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている２００４年３月２５日に公開された「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という表題の特許文献７を参照）。等角（conformal）蛍光体層が、斜めの側壁上に備えられている。その斜めの側壁は、従来の直角な側壁よりも、より均一な蛍光体コーティングを可能にすることができる。
溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置し、少なくとも一部の溶媒を蒸発させ、蛍光物質粒子を少なくとも一部の発光面上に堆積させることによって、半導体発光素子をコーティングする方法を提供する。
本発明に係るいくつかの実施形態にしたがって、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子（phosphor particles）を含む懸濁液（suspension）を、半導体発光素子の発光面の少なくとも一部の上に配置し、少なくとも一部の溶媒を蒸発させることによって、蛍光物質粒子を少なくとも一部の発光面上に堆積させ、半導体発光デバイスが製造される。蛍光物質粒子を含むコーティングは、そうすることによって、少なくとも一部の発光面上に形成される。
いくつかの実施形態では、基本的に全ての溶媒が蒸発させられる。いくつかの実施形態では、少なくとも一部の溶媒の蒸発が、蛍光物質粒子を均一に堆積させる。別の実施形態では、基本的に全ての溶媒が蒸発させられ、蛍光物質粒子を全ての発光面の上に均一に堆積させる。
いくつかの実施形態では、懸濁液は、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子と結合剤（binder）とを含み、少なくとも一部の溶媒を蒸発させることが、その蛍光物質粒子及び結合剤を、少なくとも一部の発光面の上に堆積することができるようにする。別の実施形態では、蛍光物質粒子及び光散乱粒子（light scattering particles）が溶媒内に懸濁され、蒸発させることが、その蛍光物質粒子及び光散乱粒子を、少なくとも一部の発光面の上に堆積することができるようにする。
その他の実施形態では、半導体発光素子の発光面はキャビティ内にあり、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液も、キャビティ内に配置される。したがって、キャビティは、制御蒸発（controlled evaporation）のために溶媒系を限定する。これらの実施形態では、実装基板が、その中にキャビティを含む半導体発光デバイスに実装され、半導体発光素子は、キャビティ内に実装される。いくつかの実施形態では、キャビティはキャビティフロア（cavity floor）を含み、発光素子はキャビティフロア上にあり、発光面が、キャビティフロアから離れて突き出るようにする。これらの実施形態では、少なくとも一部の溶媒を蒸発させることは、蛍光物質粒子を、少なくとも一部のキャビティフロアから離れて突き出る発光面の上、及び、少なくとも一部のキャビティフロアの上に、堆積させることができる。その他の実施形態では、蛍光物質粒子の均一な堆積を、提供することができる。いくつかの実施形態では、蛍光物質粒子の均一な堆積を、全ての発光面及び発光面の側壁に提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態では、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液は、配置（placing）及び蒸発（evaporating）を実施している間に撹拌される。撹拌は、溶媒内における蛍光物質粒子の均一な懸濁を促進することができる。さらに、いくつかの実施形態では、溶媒は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アルコール、酢酸アミル、トルエン、及び／または、その他の従来の溶媒系を含む。別の実施形態では、結合剤は、セルロースを含む。さらに他の実施形態では、光散乱粒子は、ＳｉＯ2、フュームドシリカ（fumed silica）、及び／または、エアロゲル粒子（aerogel particles）を含む。
上述の実施形態は、主に、蛍光物質粒子及び／または光散乱粒子を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に堆積させることに焦点を当てている。しかしながら、本発明のその他の実施形態では、溶媒内に懸濁されたその他の粒子を、少なくとも一部の溶媒を蒸発させることによって、少なくとも一部の発光面上に堆積させることができる。例えば、溶媒内に懸濁された、（ＣｄＳｅナノ蛍光物質などの）ナノ結晶、ＴｉＯ２などのナノ粒子、及び／または、（導電性酸化スズまたは導電性インジウムスズ酸化物などの）導電性粒子を堆積させることができる。
さらに、本発明のその他の実施形態では、溶媒内に溶けた他の溶質を、少なくとも一部の発光面上に堆積させることができる。例えば、溶媒内に溶けたシリコーン（silicone）（またはその他の無機化合物）、及び／または、ポリマー（またはその他の有機化合物）溶質を堆積させることができる。さらに具体的には、これらの実施形態では、溶媒内に溶けた溶質を含む溶液が、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置される。少なくとも一部の溶媒が蒸発させられ、溶質が、少なくとも一部の発光面上に堆積する。溶質を含むコーティングは、そうすることによって、少なくとも一部の発光面上に形成される。
本発明の実施形態が示される添付図面を参照しながら、本発明を以下により詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下に説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、それらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全になるように、また、当業者に対して本発明の範囲を完全に伝えられるように提供される。添付図面において、層及び領域の厚さは、明確にするために誇張している。同様の符号は、一貫して同様の要素を示す。ここで使用される用語「及び／または」は、１つ以上の関連する記載項目のいずれか、及び全ての組み合わせを含む。
ここで使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを示唆するものではない。ここで使用されるように、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」は、コンテクストにおいて明確に示さない限り、同様に複数形を含むことを意味する。さらに、用語「含む（comprise）」及び／または「含んでいる（comprising）」は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数値（integers）、ステップ、操作、要素（elements）、及び／または、コンポーネントを指示するが、１つ以上の他の特徴、整数値、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又は、それらのグループを排除しないことが理解されるであろう。
層または領域などの要素が、別の要素の「上（on）」にある、または、「上へ（onto）」伸びるとして記載される場合、別の要素の直接上にある、または直接上へ伸びる、若しくは、介在要素も存在することができることが理解されるであろう。一方、要素が別の要素に対して「直接上に（directly on）」ある、または、「直接上へ（directly onto）」伸びるとして記載される場合、介在要素は存在しない。要素が他の要素に「接続される（connected）」、または「結合される（coupled）」と記載される場合、別の要素に直接接続される、または直接結合される、若しくは、介在要素が存在することも理解されるであろう。一方、要素が別の要素に「直接接続される（directly connected）」、または「直接結合される（directly coupled）」と記載される場合、介在要素は存在しない。
用語第１、第２などが、ここでは様々な要素、コンポーネント、領域、層、及び／または、セクションなどを説明するために使用されるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、及び／または、セクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、ある要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションを、別の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションと区別するために使用されるだけである。したがって、以下で記載される第１の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションは、本発明の教示を逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションと記載することができる。
さらに、ここでは、「下の（lower）」、「底面（base）」、または、「水平な（horizontal）」、及び「上の（upper）」、「上部（top）」、または「垂直な（vertical）」などの相対語は、図面に記載されるように、別の要素に対するある要素の関係を示すために使用される。相対語は、図面に描かれる位置付けに加えて、デバイスの異なる位置付けを包含することを意図することが理解されるであろう。例えば、図面に示されるデバイスが反転させられると、別の要素の「下の」側壁上にあると示されている要素は、その別の要素の「上の」側壁上に位置することになるであろう。したがって、典型的な用語「下の」は、図面の特定の方向に従って、「下の」及び「上の」の両方の位置を包含することができる。同様に、ある図面のデバイスが反転させられると、別の要素の「下に（below）」または「真下に（beneath）」として記載されている要素は、別の要素の「上に（above）」位置付けられることになるであろう。したがって、典型的な用語「下の（below）」または「真下に（beneath）」は、上及び下の両方の位置を包含することができる。
本発明の実施形態を、ここでは、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しながら説明する。例えば、製造技術及び／または許容誤差の結果として、図の形には様々な変形があると考えられるべきである。したがって、本発明の実施形態は、ここに示される領域の特定の形に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造に起因する形の逸脱を含むべきである。例えば、平面として描かれ、または説明された領域は、通常は、荒い、及び／または非線形な特徴を有することができる。さらに、描かれる鋭角は、通常は、丸くすることができる。したがって、図面に描かれる領域は、事実上概略図であり、それらの形は、領域の正確な形を描くことを意図しておらず、本発明の範囲を制限することを意図していない。さらに、「水平な」、「垂直な」、及び「直角な（perpendicular）」などの用語は、正確な０°または９０°の方向というよりも、一般的な方向または関係を示す。
特に別の定義がなければ、ここで使用される（技術的及び科学的な用語を含む）全ての用語は、本発明の属する分野における当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般に使用される辞書に定義される用語などは、従来技術のコンテクストにおける意味と一致する意味を有することとして解釈されるべきであり、ここで明確に定義しない限り、理想化され、または、過度に形式的な意味に解釈されないであろうことが、理解されるであろう。
最後に、ここで使用されるように、「懸濁液」は、固体粒子が混ぜられるが、液体（溶媒）内で溶けていない（懸濁した）、二相固液系を意味する。また、ここで使用されるように、「溶液」は、固体粒子が溶液（溶媒）内で溶かされた、単相液体系を意味する。
図１Ａは、本発明の様々な実施形態にかかる、製造途中経過の半導体発光デバイスの断面図である。図１Ａに示されるように、溶媒１２４内に懸濁された蛍光物質粒子１２２を含む懸濁液１２０は、半導体発光素子１１０の少なくとも一部の発光面１１０ａ上に置かれる。ここで使用されるように、「光」は、半導体発光素子１１０によって放たれる可視及びまたは（紫外線などの）不可視な放射を意味する。図１Ａ及び１Ｂを連結する矢印によって示されるように、次いで、少なくとも一部の溶媒１２４が蒸発させられ、蛍光物質粒子１２２を少なくとも一部の発光面１１０ａ上に堆積させ、蛍光物質粒子１２２を含むコーティング１３０をその上に形成する。いくつかの実施形態では、溶媒１２４内に懸濁された蛍光物質粒子１２２を含む懸濁液１２０は、図１Ａの配置を実施している間、及び／または、蒸発を実施している間に撹拌される。さらに、図１Ｂに示されるように、蒸発は、蛍光物質粒子１２２を少なくとも一部の発光面１１０ａ上に均一に堆積させるように実施することができ、そうすることによって、蛍光物質粒子１２２を含む均一なコーティング１３０を形成することができる。いくつかの実施形態では、蛍光物質粒子１２２は、全ての発光面１１０ａ上に均一に堆積する。さらに、いくつかの実施形態では、基本的に全ての溶媒１２４を蒸発させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも約８０％の溶媒を蒸発させることができる。いくつかの実施形態では、基本的に全ての溶媒１２４を蒸発させ、蛍光物質粒子１２２を全ての発光面１１０ａ上に均一に堆積させる。
本発明のいくつかの実施形態では、溶媒１２４は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アルコール、トルエン、酢酸アミル、及び／または、他の従来の溶媒を含む。さらに、いくつかの実施形態では、蛍光物質粒子１２２は、大きさを約３−４μｍとすることができ、約０．２ｇｍの蛍光物質粒子１２２を、約５ｃｃのＭＥＫ溶媒１２４へ混ぜ、懸濁液１２０を提供することができる。懸濁液１２０は、点眼ピペット（eyedropper pipette）を用いて与えることができ、蒸発は、約６０℃及び／または約１００℃など、室温または室温の前後の温度で行なうことができる。
蛍光物質も、当業者にはよく知られている。ここで使用されるように、蛍光物質粒子１２２は、セリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）、及び／または、他の従来の蛍光物質とすることができ、従来の混合技術を使用して溶媒１２４へ混ぜ、そうすることによって、蛍光物質粒子１２２を含む懸濁液１２０を提供することができる。いくつかの実施形態では、蛍光物質は、発光面１１０ａから放出される少なくとも一部の光を変換するように構成され、半導体発光デバイス１１０から現れる光が、白色光として現れるようにする。
半導体発光素子１１０は、発光ダイオード、レーザダイオード、及び／または、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、及び／または、他の半導体材料を含む１つ以上の半導体層、サファイア、シリコン、ガリウムヒ素、シリコンカーバイド、及び／または、他のマイクロ電子基板を含むことができる基板、並びに、金属及び／または他の導電層を含むことができる１つ以上の接触層を含む、他の半導体デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、紫外線、青色ＬＥＤ、及び／または、緑色ダイオードを実現することができる。半導体発光デバイスの設計及び製造は、当業者にはよく知られており、ここでは詳細に説明する必要はない。
例えば、本発明のいくつかの実施形態に係る発光デバイスは、本件特許出願人により製造販売されているデバイスなどの、窒化ガリウムベースのＬＥＤなどの構造、及び／または、シリコンカーバイド基板上に作成されたレーザ構造とすることができる。本発明は、複数の特許文献で説明されているようなアクティブ領域を提供するＬＥＤ及び／またはレーザ構造とともに使用するのに適していると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている特許文献８〜２３を参照）。その他の好適なＬＥＤ及び／またはレーザ構造も、その他の特許文献に開示されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている２００３年１月９日に公開された「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という表題の特許文献２４、並びに「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という表題の特許文献２５を参照）。さらに、別の特許文献に開示されているようなＬＥＤも、本発明の実施形態における使用に適していると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている２００３年９月９日に出願された「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という表題の特許文献７を参照）。ＬＥＤ及び／またはレーザは、光の放射が基板を介して生じるように動作するように構成されることができる。そのような実施形態では、基板は、デバイスの光出力を高めるようにパターン形成される（特許文献２５を参照）。
図２Ａは、本発明の他の実施形態に係る断面図である。図２Ａに示されているように、実装基板２１０が提供され、半導体発光素子１１０がその中のキャビティ２１２内に実装される。溶媒１２４内に懸濁された蛍光物質粒子１２２を含む懸濁液１２０は、キャビティ２１２内に置かれる。したがって、キャビティ２１２は、懸濁液１２０を閉じ込めるために使用することができ、そうすることによって、懸濁液１２０についての制御された量及び形状を提供することができる。
多くの実装基板２１０を、本発明に係る様々な実施形態において使用することができる。いくつかの実施形態では、実装基板２１０は、半導体発光デバイス用のツーピースパッケージ（two-piece package）であり、半導体発光デバイスは、アルミナ、窒化アルミニウム、及び／または、その他の材料を含み、その上に電気配線備える基板上に実装され、半導体発光デバイス用の外部接続を提供する。銀メッキされた銅を含むことができる第２の基板は、例えば接着剤を使用して第１の基板上に実装され、半導体発光デバイスを取り囲む。レンズは、半導体発光デバイスを覆うように第２の基板上に配置されることができる。上述したようなツーピースパッケージを有する発光ダイオードは、別の特許文献に開示されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている２００３年５月２３日に出願された「Power Surface Mount Light Emitting Die Package」という表題の特許文献２６を参照）。
さらに、その他の実施形態では、同時継続出願であるその他の特許文献に開示されているように、実装基板２１０は、固体金属ブロックとすることができる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている２００３年５月２３日に出願された「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods for Fabricating Same」という表題の特許文献２７を参照）。実装基板２１０の設計は、当業者にはよく知られており、ここではこれ以上に説明する必要はない。
次に、図２Ｂを参照すると、蒸発が実施されており、溶媒１２４の少なくとも一部が蒸発させられ、蛍光物質粒子１２２を、少なくとも一部の発光面１１０ａ上に堆積させ、蛍光物質粒子１２２を含むコーティング１３０が形成されている。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明に係るその他の実施形態を説明している。図３Ａに示されるように、これらの実施形態では、キャビティ２１２はキャビティフロア２１２ａを含み、半導体発光素子１１０はキャビティフロア２１２ａ上に実装される。さらに、半導体発光素子１１０は、キャビティフロア２１２ａから離れて突き出ている。いくつかの実施形態では、半導体発光素子１１０の発光面１１０ａは、キャビティフロア２１２ａから離れている面１１０ｂ、及び、面１１０ｂとキャビティフロア２１２ａとの間に延びている側壁１１０ｃを含む。図３Ｂに示されているように、蒸発は、少なくとも一部の溶媒１２４を蒸発させるために実施され、蛍光物質粒子１２２を、少なくとも一部の発光面１１０ａ上に均一に堆積させ、そうすることによって、蛍光物質粒子１２２を含む均一な厚さのコーティング１３０を形成する。図３Ｂにも示されているように、いくつかの実施形態では、コーティングは、面１１０ｂ及び側壁１１０ｃ上にも均一な厚さで形成することができる。いくつかの実施形態では、コーティング１３０は、フロア２１２ａ上で発光素子１１０の外側を均一に延びることができる。その他の実施形態では、コーティング１３０も、少なくとも部分的にキャビティ２１２の側壁２１２ｂ上に延びることができる。
本発明に係るその他の実施形態では、結合剤を懸濁液２１０に加えることができ、蒸発により、蛍光物質粒子１２２及び結合剤を、少なくとも一部の発光面１１０上に堆積できるようにし、蛍光物質粒子１２２及び結合剤を含むコーティングをその上に形成できるようにする。いくつかの実施形態では、エチルセルロース、及び／または、ニトロセルロースなどのセルロース材料を、結合剤として使用することができる。さらに、その他の実施形態では、少なくとも一部の結合剤を、溶媒と共に蒸発させることができる。
図４Ａ及び４Ｂは、本発明に係るその他の実施形態を示し、懸濁液４２０は、溶媒１２４内に蛍光物質粒子１２２及び光散乱粒子４２２を含み、少なくとも一部の溶媒を蒸発させ、蛍光物質粒子１２２及び光散乱粒子４２２を、少なくとも一部の発光素子１１０上に堆積させ、蛍光物質粒子１２２及び光散乱粒子４２２を含むコーティング４３０を形成している。いくつかの実施形態では、光散乱粒子４２２は、ＳｉＯ2（ガラス）粒子を含むことができる。いくつかの実施形態では、散乱粒子４２２のサイズを選択することによって、青色光は効果的に散乱することができ、（白色用途用の）放出源を、より均一に（より明確に、無作為に）にすることができる。
本発明の様々な実施形態により、図１Ａ〜４Ｂの実施形態の様々な組み合わせ（combinations and subcombinations）も実施することができることが理解されるだろう。
本発明の様々な実施形態を使用して、半導体発光素子の発光面上に蛍光物質粒子１２２または光散乱粒子４２２以外の粒子を含むコーティングを提供することができる。例えば、図５Ａに示されるように、導電性インジウムスズ酸化物、及び／または、ナノＴｉＯ2粒子を使用することができる。具体的には、図５Ａに示されるように、溶媒１２４内に懸濁された粒子５２２を含む懸濁液５２０を、半導体発光素子１１０の少なくとも一部の発光面１１０ａ上に提供することができる。次いで、図５Ｂに示されるように、少なくとも一部の溶媒１２４を蒸発させ、粒子５２２を、少なくとも一部の発光面１１０ａ上に堆積させ、粒子５２２を含むコーティング５３０を形成する。本発明の様々な実施形態により、図５Ａ及び５Ｂの実施形態は、図１Ａ〜４Ｂの実施形態との様々な組み合わせにおいて提供され、蛍光物質粒子１２２、光散乱粒子４２２、及び／または、その他の粒子５２２を堆積させることができる。
本発明のさらに別の実施形態を使用して、半導体発光素子の発光面上に、溶液内に溶けた溶質を含むコーティングを提供することができる。具体的には、図６Ａに示されるように、溶媒内に溶けた溶質を含む溶液６２０が、半導体発光素子１１０の少なくとも一部の発光面１１０ａ上に配置される。次いで、図６Ｂに示されるように、少なくとも一部の溶媒を蒸発させ、溶質を少なくとも一部の発光面１１０ａ上に堆積させ、溶質を含むその中に含むコーティング６３０を形成する。したがって、本発明のこれらの実施形態によると、溶液６２０からの沈殿物を用いて、半導体発光素子１１０の発光面１１０ａ上に溶質のコーティング６３０を提供することができる。本発明の様々な実施形態によると、図６Ａ及び６Ｂの実施形態は、図１Ａ〜５Ｂの実施形態との様々な組み合わせにおいて提供することができ、蛍光物質粒子１２２、光散乱粒子４２２、その他の粒子５２２、及び／または、図６Ａの溶質６３０を堆積させることができることも理解されるだろう。
次いで、本発明の様々な実施形態についてのさらなる説明を記載する。具体的には、本発明のいくつかの実施形態では、自己集合し（self-assembled）、蛍光物質がコーティングされた（phosphor-coated）発光ダイオードを、蛍光物質／溶媒懸濁液の制御された溶媒蒸発（controlled solvent evaporation）によって製造することを可能にする。いくつかの実施形態では、従来の反射体キャビティ（reflector cavity）などのキャビティを使用して、制御蒸発のために懸濁液を閉じ込める。懸濁液を、例えば反射体キャビティなどの限定された容積（confined volume）に加え、溶媒をその限定された容積から蒸発させる。溶媒が蒸発すると、懸濁液内の物質はキャビティ内に残る。制御蒸発を用いて、物質の均一なコーティングを実現することができる。
さらに、いくつかの実施形態では、粒子が懸濁液内にあるように、粒子／溶質系が獲得し、または維持することが難しい場合、震動（vibration）（例えば、超音波震動）などの技術を用いて、キャビティ内の懸濁液を処理している間、その懸濁液を継続的に撹拌することができる。さらに、溶媒を蒸発させている間に震動技術を使用することもでき、比較的均一なコーティングを得ることができる。溶媒の選択に応じて、蒸発を室温またはその前後の温度で実施することができる。さらに、真空蒸発（vacuum evaporation）を使用して、溶媒を取り除くこともできる。その他の従来の溶媒及び／または蒸発技術を使用することもできる。結合剤を、より丈夫なコーティングのために懸濁液内に組み込むこともできる。さらに、光散乱粒子及び／またはその他の粒子を、本技術によって共に堆積させることもできる。光散乱粒子の好適なサイズを選択することによって、青色光を効果的に散乱させることもでき、（白色用途用の）放出源をより均一に（より明確に、無作為に）することができる。最後に、その他の実施形態では、溶質を溶媒内に溶かすことができ、次いで、沈殿させ、溶質を堆積させることができる。
（実施例）
以下の実施例は、単なる例示とみなすべきであり、本発明の限定と解釈されるべきではない。
以下の実施例は、単なる例示とみなすべきであり、本発明の限定と解釈されるべきではない。
約１ｇｍの３〜４μｍの蛍光物質を、約５ｃｃのＭＥＫに混合させ、点眼ピペットを用いて、その中に半導体発光素子１１０を備えるキャビティ２１２内に施した。図７Ａに示されるように、室温蒸発で、低濃度において、蛍光物質粒子１３０は発光素子１１０を覆わなかった。ここで使用されるように、「低濃度（low concentration）」は、施す（dispensing）前に粒子の沈殿がなかったことを意味する。図７Ｂに示されるように、約６０℃で低濃度における蒸発が、より大きな対象範囲（coverage）を実現した。最後に、図７Ｃに示されるように、実施された約１００℃で高濃度における蒸発が、発光素子１１０及びキャビティフロア２１２ａの対象範囲と基本的に競合する。ここで使用されるように、「高濃度（high concentration）」は、施す（dispensing）前に底面または点眼ピペットの開口部に粒子の沈殿がいくらか観察されたことを意味する。
図８Ａは、上述の懸濁液を使用する、室温及び６０℃における蒸発のための視角（viewing angle）の機能として、１００ｍＡ ＬＥＤ電流における相関色温度（ＣＣＴ）を、グラフを使って示す。デバイス２についての６０℃蒸発における図８Ａに示されるように、蛍光物質は発光面上面をほとんど覆わず、より青色光が観察され、０°角における比較的高いＣＣＴとなる。その他の曲線は蛍光物質のより均一なカバリング（covering）を示し、異なる視角においてより一定なＣＣＴを示す。
図８Ｂは、図８Ａと同じ条件の下で、視角の機能として光度（luminous intensity）を、グラフを使って示す。図８Ｂに示されるように、高光度が観察された。
要約すると、図８Ａ及び８Ｂは、本発明の実施形態によると、発光面上の比較的均一な蛍光物質コーティングが提供されることを示す。
図面及び明細書において、本発明の実施形態を説明してきた。特定の用語を使用するが、それらは限定のためではなく、一般的かつ説明的な意味のみにおいて使用され、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲において示される。
Claims (25)
- 半導体発光デバイスを製造する方法であって、
溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置すること、及び、
少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記発光面はキャビティ内にあり、前記配置することは、前記キャビティ内に、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む前記懸濁液を配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記配置すること、及び／または、前記蒸発させることを実施している間に、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む前記懸濁液を撹拌すること
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記蒸発させることは、少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、少なくとも一部の前記発光面上に均一に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記蒸発させることは、基本的に全ての前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記配置することは、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子を含む懸濁液及び結合剤を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置することを含み、
前記蒸発させることは、少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子及び前記結合剤を、前記少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子及び前記結合剤を含むコーティングを形成することを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記配置することは、溶媒内に懸濁された蛍光物質粒子及び光散乱粒子を含む懸濁液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置することを含み、
前記蒸発させることは、少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子及び前記光散乱粒子を、前記少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子及び前記光散乱粒子を含むコーティングを形成することを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記配置することの前に
その中にキャビティを含む半導体発光デバイス用の実装基板を提供すること、及び、
前記キャビティ内に前記半導体発光素子を実装すること
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記キャビティはキャビティフロアを含み、前記発光素子は前記キャビティフロア上にあり、前記発光面は前記キャビティフロアから離れて突き出ており、前記蒸発させることは、
少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、前記キャビティフロアから離れて突き出ている少なくとも一部の前記発光面上、及び、少なくとも一部の前記キャビティフロア上に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記キャビティはキャビティフロアを含み、前記発光素子は前記キャビティフロア上にあり、前記発光面は前記キャビティフロアから離れて突き出ており、前記蒸発させることは、
少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、前記キャビティフロアから離れて突き出ている少なくとも一部の前記発光面上、及び、少なくとも一部の前記キャビティフロア上に均一に堆積させ、そうすることによって、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記蒸発させることは、基本的に全ての前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、全ての前記発光面上に均一に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記溶媒は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アルコール、トルエン、及び／または、酢酸アミルを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記結合剤は、セルロースを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記光散乱粒子は、ＳｉＯ2粒子を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記発光面（surface）は、面（face）、及び前記面から延びる側壁を含み、前記蒸発させることは、基本的に前記溶媒の全てを蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、全ての前記面上、及び全ての前記側壁上を含む全ての前記発光面上に均一に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記キャビティはキャビティフロアを含み、前記発光面は、前記キャビティフロアから離れた面、及び、前記面から前記キャビティフロアへ延びる側壁を含み、前記蒸発させることは、基本的に全ての前記溶媒を蒸発させ、前記蛍光物質粒子を、全ての前記面上、及び全ての前記側壁上を含む全ての前記発光面上に均一に堆積させ、その上に前記蛍光物質粒子を含むコーティングを形成することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記蛍光物質は、前記半導体発光デバイスから現れる光が白色光として現れるように、前記発光面から放出される少なくとも一部の光を変換するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 半導体発光デバイスを製造する方法であって、
溶媒内に懸濁された粒子を含む懸濁液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置すること、及び、
少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記粒子を、前記少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記粒子を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記発光面は、キャビティ内にあり、前記配置することは、溶媒内に懸濁された粒子を含む前記懸濁液を、前記キャビティ内に配置することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 前記配置すること、及び／または、前記蒸発させることを実施している間に、溶媒内に懸濁された粒子を含む前記懸濁液を撹拌すること
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 - 前記蒸発させることは、少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記粒子を、少なくとも一部の前記発光面上に均一に堆積させ、その上に前記粒子を含むコーティングを形成することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 前記粒子は、蛍光物質粒子、光散乱粒子、導電性粒子、及び／または、ナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 半導体発光デバイスを製造する方法であって、
溶媒内に溶けた溶質を含む溶液を、半導体発光素子の少なくとも一部の発光面上に配置すること、及び、
少なくとも一部の前記溶媒を蒸発させ、前記溶質を、前記少なくとも一部の前記発光面上に堆積させ、その上に前記溶質を含むコーティングを形成すること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記発光面はキャビティ内にあり、前記配置することは、溶媒内に溶けた溶質を含む溶液を、前記キャビティ内に配置することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記溶質は、無機化合物、及び／または、有機ポリマーを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
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