JP2009539250A - 多重屈折率レンズを備えるパッケージ化された発光デバイスおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

パッケージ化された発光デバイスは、基板と、基板上の固体発光デバイスと、基板上の第１の概ね環状のレンズであって、固体発光デバイスに対して空洞を画定し、第１の屈折率を有する第１のレンズと、第１のレンズによって形成された空洞内に少なくとも部分的に配置された第２のレンズであって、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２のレンズとを備える。第２の屈折率は、第１の屈折率より大きくすることができる。これらのレンズは、基板の上に取り付けることができ、かつ／または液体封入材料をディスペンスして硬化させることによって形成することができる。

Description

本発明は、半導体発光デバイスおよびその作製方法に関し、より詳細には、半導体発光デバイスのためのパッケージングおよびパッケージング方法に関する。

保護、発光デバイスによって放出される光の色選択、集束等を提供することができるパッケージ内に固体光源を設けることは知られている。例えば、固体光源は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）とすることができる。光源として使用するためにパワーＬＥＤをパッケージングする間に様々な問題に遭遇することがある。有り得る問題のいくつかの例について、図１のＬＥＤの断面図を参照して説明する。図１に示されているように、ＬＥＤパッケージ１００は、通常、発光デバイス１０３が取り付けられる基板部材１０２を備える。発光デバイス１０３は、例えば、サブマウント１０１を使用して基板部材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍｅｍｂｅｒ）１０２の上に取り付けることができる。ＬＥＤデバイスは、電源が入れられる（ｔｏ ｂｅ ｐｏｗｅｒｅｄ ｕｐ）基板中の電気端子にＬＥＤデバイスの端子を接続するための１本または複数本のワイヤに結合することができる。基板部材１０２は、パッケージ１００を外部回路に接続するためのトレースまたは金属リード線を備えることができる。また、基板１０２は、動作中にＬＥＤ１０３から熱を取り除くためのヒートシンクとして機能させることも可能である。

反射体カップ１０４などの反射体を基板１０２の上に取り付け、製造可能性を高めるために基板１０２上で組み立てることができる発光デバイス１０３を取り囲むことができる。図１に示されている反射体カップ１０４は、ＬＥＤ１０３によって生成される光を、上に向かって、ＬＥＤパッケージ１００から離れる方向に反射させるための、角度または勾配がつけられた下部側壁１０６を備える。図示されている反射体カップ１０４は、上に向かって延在する、レンズ１２０をＬＥＤパッケージ１００内に保持するためのチャネルとして機能させることのできる壁１０５と、レンズ１２０を発光デバイス１０３の上方の所望の高さに直接的または間接的に配置するための水平ショルダ部分１０８とを備える。また、上向きに延在する壁１０５は、機械的な衝撃および応力からのレンズ１２０の保護を促進することができる。

図１に示されているように、反射体１０４が基板１０２の上に取り付けられた後、反射体カップ１０４によって画定される内部反射空洞１１５に液体シリコーンゲルなどの封入材料１１２がディスペンスされる。図１に示されている内部反射空洞１１５は、基板１０２によって画定される底部表面を有し、中に液体封入材料１１２を保持することのできる閉じた空洞を提供する。

米国特許出願公開第２００４／００４１２２２号明細書 米国特許第６２０１２６２号明細書 米国特許第６１８７６０６号明細書 米国特許第６１２０６００号明細書 米国特許第５９１２４７７号明細書 米国特許第５７３９５５４号明細書 米国特許第５６３１１９０号明細書 米国特許第５６０４１３５号明細書 米国特許第５５２３５８９号明細書 米国特許第５４１６３４２号明細書 米国特許第５３９３９９３号明細書 米国特許第５３３８９４４号明細書 米国特許第５２１００５１号明細書 米国特許第５０２７１６８号明細書 米国特許第４９６６８６２号明細書 米国特許第４９１８４９７号明細書 米国特許公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書 米国特許公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書 米国特許第６８５３０１０号明細書 米国特許出願第１１／１９７０９６号明細書 米国特許出願第１１／３６８９７６号明細書 米国特許出願公開第 号（代理人整理番号第５３０８-６５７号）明細書

レンズ１２０が配置された後、パッケージ１００は通常、熱硬化され、それにより封入材料１１２が凝固してレンズ１２０に接着する。したがって、硬化した封入材料１１２によってレンズ１２０を所定の位置に保持することができる。しかしながら、硬化による若干の収縮率（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆａｃｔｏｒ）を有するシリコーンゲルなどの封入材料は通常、熱硬化プロセスの間に収縮する傾向がある。さらに、熱膨張係数（ＣＴＥ）効果のため、レンズは、通常、高められた温度でより高くフローティングすることになる。部品は、冷却の間に場合によっては収縮する傾向を有する。図２に示されているレンズ１２０の真下の封入剤の体積は比較的大きいため、硬化プロセスの間にこの体積が収縮すると、パッケージ１００のうちの発光デバイス１０３、基板１０２の表面、反射体カップ１０４の上に向かって延在する壁１０５および／またはレンズ１２０を含む部分から封入材料１１２が層間剥離する（ｄｅｌａｍｉｎａｔｅ）（引き剥がされる）可能性がある。この層間剥離は、とりわけ、その層間剥離が、パッケージ１００内に光をトラップすることになる内部全反射が生じる原因になることがあるダイからのものである場合、パッケージ１００の光学性能に重大な影響を及ぼすことがある。また、この収縮によって、封入材料１１２と発光デバイス１０３、レンズ１２０および／または反射体カップ１０４との間にギャップまたはボイドが生成されることがある。また、封入材料１１２中の３軸応力が、封入材料１１２中における凝集性引き裂き（ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｔｅａｒ）の原因になることがある。これらのギャップおよび／または引き裂きは、発光デバイスパッケージ１００によって放出される光の量を実質的に減少させることになる。また、収縮によって隙間（ｃｒｅｖｉｃｅ）（例えば反射体の真下）から、またはデバイスの下方（例えばダイ／サブマウント）から空気ポケットが引き出され、そのために場合によってはパッケージ１００の光学性能が妨害されることがある。

パッケージ１００が動作している間、場合によっては発光デバイス１０３によって大量の熱が生成される。この熱の大半は、それぞれパッケージ１００のヒートシンクとして機能させることができる基板１０２および反射体カップ１０４によって散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）させることができる。しかしながら、動作中にパッケージ１００の温度が依然として著しく高くなることがある。シリコーンゲルなどの封入材料１１２は、通常、高い熱膨張係数を有する。したがって、パッケージ１００が加熱されると、封入材料１１２が膨張することになる。レンズ１２０は、反射体カップ１０４の上に向かって延在する壁（ｕｐｗａｒｄｌｙ−ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｗａｌｌ）１０５によって画定されるチャネル内に取り付けられるため、レンズ１２０は、封入材料１１２が膨張および収縮すると、上に向かって延在する壁１０５の内部で上下に移動する場合がある。封入材料１１２が膨張すると、封入剤が空間に押し出され、または空洞から押し出され、冷却されても封入剤が容易に空洞の中へ移動して戻ることができない場合がある。これは、層間剥離、ボイド、より大きい３軸応力等の原因になり、ひいては発光デバイスのロバスト性を損なう原因になっている。このようなレンズの運動については、例えば特許文献１に詳細に記述されている。

さらに、デバイスが動作している間、発光デバイス１０３によって、反射体カップ１０４の下部側壁１０６に向かって光の一部が放出される。この下部側壁１０６に入射する光の大部分は、上に向かって反射し、反射体カップ１０４によって画定される光空洞１１５から出て行くことになる。しかしながら、下部側壁１０６に入射する光の一部が吸収され、さらなる加熱および／または光損失をもたらすことになる。例えば、典型的なＬＥＤパッケージの場合、反射体カップは、銀などの反射性金属がめっきされた銅などの金属、またはアルミニウムもしくは銀の層などの反射性金属層がコーティングされた射出成形プラスチックを含むことができる。極めて鏡面反射性（ｈｉｇｈｌｙ ｓｐｅｃｕｌａｒ）の銀表面であっても、反射させることができるのは入射光の約９６％にすぎず、入射光の約４％は吸収されることになる。さらに、金属表面が時間の経過とともに酸化するにつれ、金属の反射率はさらに小さくなる場合がある。

機械的な保護およびレンズアライメントのための垂直方向の比較的高い壁１０５の存在は、パッケージ１００内のさらなる光学的損失に寄与し、かつ／または望ましくない光放出パターンを生成する可能性がある。

本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスは、基板と、前記基板上の固体発光デバイスと、前記基板上の第１のレンズであって、前記固体発光デバイスの上方に空洞を画定し、第１の屈折率を有する第１のレンズと、前記第１のレンズによって形成された空洞内に少なくとも部分的に配置された第２のレンズであって、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２のレンズとを備える。前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができる。

前記パッケージ化された発光デバイスは、前記固体発光デバイスと前記第２のレンズとの間に封入材料をさらに備えることができる。

前記基板には、リードフレーム、またはアルミナベースの印刷回路基板等の印刷回路基板を含めることができ、前記パッケージ化された発光デバイスは、前記基板の上に成形体（ｍｏｌｄｅｄ ｂｏｄｙ）をさらに備えることができる。前記第１のレンズは、前記成形体および／または前記基板に結合された、事前に成形された（ｐｒｅｍｏｌｄｅｄ）レンズとすることができる。前記成形体は、前記基板の表面に沿って延在する少なくとも１つの水平方向の表面、および／または前記水平方向の表面から延在して前記第１のレンズのための取付け位置を画定する少なくとも１つの垂直方向の側壁を備えることができる。前記成形体は、少なくとも部分的に前記リードフレームを通って延在することができる。

前記第１のレンズは、第１の整合表面（ｍａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）を備えることができ、前記第２のレンズは、前記第１のレンズの前記第１の整合表面と接触できる第２の整合表面を備えることができる。前記第２のレンズは、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率と実質的に同じ屈折率を有することができる接着性（ａｄｈｅｓｉｖｅ）封入剤を使用して前記第１のレンズに取り付けることができる。

前記パッケージ化された発光デバイスは、前記第２のレンズの上に配置された、第３の屈折率を有する第３のレンズをさらに備えることができる。前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率および／または前記第２の屈折率より大きくすることができる。いくつかの実施形態では、前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができ、前記第２の屈折率と同じ屈折率にすることができる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、上述のパッケージ化された発光デバイスを備える照明器具（ｌｕｍｉｎａｉｒｅ）、および／または上述のパッケージ化された発光デバイスを備える、ディスプレイのためのバックライトパネルが提供される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、内部に空洞を画定する概ね環状のサイドレンズであって、第１の屈折率を有するサイドレンズと、前記サイドレンズによって形成された前記空洞内に少なくとも部分的に配置されたコアレンズであって、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するコアレンズとを備える、パッケージ化された発光デバイスのためのレンズが提供される。前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができる。

前記レンズは、前記第２のレンズの上に配置された、第３の屈折率を有する第３のレンズをさらに備えることができる。前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率および／または前記第２の屈折率より大きくすることができる。前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができ、前記第２の屈折率と同じ屈折率にすることができる。

本発明のさらなる実施形態によるパッケージ化された発光デバイスは、表面を有する基板と、前記基板の前記表面上の、固体発光デバイスを支える（ｒｅｃｅｉｖｅ）ように構成されたダイ取付けパッドとを備える。第１のメニスカス制御形体（ｆｉｒｓｔ ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｅａｔｕｒｅ）が、前記基板の上に存在する。前記第１のメニスカス制御形体は、前記ダイ取付けパッドを取り囲み、液体封入材料の流れを制限するように構成されている。前記基板の上の前記第２のメニスカス制御形体は、前記第１のメニスカス制御形体を取り囲み、液体封入材料の流れを制限するように構成されている。前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体は、前記第１の封入剤領域を取り囲む前記基板の上部表面の封入剤領域を画定する。

固体発光デバイスが、前記ダイ取付けパッドの上に存在し、前記第１の封入剤は、前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体によって画定された前記封入剤領域内の前記基板上に存在する。前記第１の封入剤は、第１の屈折率を有し、前記固体発光デバイスの上方に空洞を画定する。第２の封入剤が、前記空洞内に存在する。前記第２の封入剤は、前記第１の屈折率とは異なっていてもよい第２の屈折率を有する。前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができる。

前記パッケージ化された発光デバイスは、前記第２のメニスカス制御形体を取り囲む第３のメニスカス制御形体と、前記基板上の、第３のメニスカス制御形体によって画定される領域内の第３の封入剤とをさらに備えることができる。前記第３の封入剤は、前記第１の封入剤および前記第２の封入剤を覆い、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する。

前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率および／または前記第２の屈折率より大きくすることができる。いくつかの実施形態では、前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができ、前記第２の屈折率と同じ屈折率にすることができる。

前記第１、第２、および／または第３の封入剤は、シリコーンゲルおよび／またはエポキシ樹脂を含むことができ、および／または波長変換材料を含むことができる。

本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスを形成する方法は、ダイ取付けパッドを含むパターン化された金属膜を基板の上に形成するステップと、前記ダイ取付けパッドを取り囲み、封入材料の流れを制限するように構成された第１のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップと、第１の封入剤領域を取り囲み、封入材料の流れを制限するように構成された第２のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップとを含み、前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体は、前記基板の上部表面の封入剤領域を画定する。

固体発光デバイスが、前記ダイ取付けパッドの上に取り付けられ、第１の封入材料が、前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体によって画定された封入剤領域内にディスペンスされる。前記第１の封入材料は、第１の屈折率を有し、前記固体発光デバイスの上方に空洞を画定する。前記第１の封入材料は、少なくとも部分的に硬化され、第２の封入材料が、前記第１の封入材料によって画定された前記空洞内にディスペンスされる。前記第２の封入材料は、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する。例えば、前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができる。

これらの方法は、前記第２のメニスカス制御形体を取り囲む第３のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップと、前記第３のメニスカス制御形体によって画定される領域内に第３の封入材料をディスペンスするステップとをさらに含むことができる。前記第３の封入材料は、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する。

前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率および／または前記第２の屈折率より大きくすることができる。いくつかの実施形態では、前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きくすることができ、前記第２の屈折率と同じ屈折率にすることができる。

本発明についてのより深い理解を提供するために含まれ、本出願に組み込まれて一部を形成する添付図面は、本発明の特定の実施形態を示している。

従来の発光デバイスパッケージを示す側面の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージを示す側面の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージを示す側面の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージを示す側面の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるツー・ピースレンズを示す斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態によるツー・ピースレンズを示す斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージのアセンブリを示す斜視図である。 本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージを示す側面の断面図である。 本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージのための基板の上面図である。 本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージの形成を示す側面の断面図である。 本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージの形成を示す側面の断面図である。 本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージの形成を示す側面の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングするための操作を示す流れ図である。 本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスを備えた固体照明のためのタイルを示す概略図である。 本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスを備えた固体照明パネルを示す概略図である。 本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスを備えたバックライトを有するディスプレイユニットを示す概略図である。 本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化された発光デバイスを備えた固体照明器具を示す概略図である。

以下、本発明について、本発明の実施形態が示された添付図面を参照してより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、したがって本明細書に記載されている実施形態に限定されるものとして本発明を解釈してはならない。これらの実施形態は、本発明を制限するためではなく、本開示を完全なものにするために提供されたものであり、また、本発明の範囲を余すところなく当業者に伝えるために提供されたものである。図面においては、分かりやすくするために、層および領域のサイズおよび相対サイズが場合によっては誇張されている。同様の符号は、すべての図面を通して同様の構成要素を表している。

層、領域または基板などの要素が他の要素の「上に」存在する、と言及されている場合、それは、これらの要素が他の要素の上に直接に配置されているか、またはそれらの間に介在要素が存在する場合もあることが理解されよう。また、表面などの要素の一部が「内部」と言及されている場合、それは、その要素の他の部分よりもデバイスの外部から離れていることが理解されよう。さらに、本明細書においては、場合によっては、「水平方向」もしくは「垂直方向」または「真下」あるいは「の上」などの相対的な意味を有する用語を使用して、図示されている基板またはベース層（ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）に対する１つの層または領域と他の層または領域との関係が記述されている。これらの用語には、図示されている方向付けとは別に、それとは異なる方向付けのデバイスの包含が意図されていることが理解されよう。最後に、「直接に」という用語は、介在要素が存在しないことを意味している。本明細書において使用される「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語には、関連付けて列挙された項目のうちの１つまたは複数の任意のすべての組合せが含まれる。

本明細書においては、場合によっては、第１の、第２の、等の用語を使用して様々な要素、構成要素、領域、層および／または区域が記述されるが、これらの用語によってこれらの要素、構成要素、領域、層および／または区域を限定してはならないことは理解されよう。これらの用語は、単に、他の領域、層または区域からある要素、構成要素、領域、層または区域を区別するために使用されているにすぎない。したがって、以下で説明されている第１の要素、構成要素、領域、層または区域は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層または区域と呼ぶこともできたものである。

本明細書において使用される専門用語は、単に特定の実施形態を記述するためのものにすぎず、本発明を制限することは意図されていない。本明細書において使用される単数形（“ａ”，“ａｎ”，“ｔｈｅ”）には文脈がその旨を明確に示していない限り、複数形も包含されることが意図されている。さらに、「備える」、「含む」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”ａｎｄ／ｏｒ“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”）という用語が本明細書に使用されている場合、それは、記述されている形体（ｆｅａｔｕｒｅ）、整数（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を特定しているが、１つまたは複数の他の形体、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を排するものではないことが理解されよう。

別段の定めがない限り、本明細書において使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む。）は、本発明の属する分野の当業者に広く理解されている意味と同じ意味を有する。さらに、本明細書において使用される用語は、本明細書および関連する技術の文脈におけるそれらの意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈すべきであり、本明細書においてその旨が明確に定義されていない限り、理想化された又は極端に形式的な意味で解釈すべきではないことが理解されよう。

本明細書には、半導体発光デバイスをパッケージングするための本発明の様々な実施形態が記述されている。本明細書において使用される、半導体発光デバイスという用語には、場合によっては、発光ダイオード、レーザダイオード、および／または、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウムおよび／または他の半導体材料を含むことができる１つまたは複数の半導体層と、サファイヤ、ケイ素、炭化ケイ素および／または他のマイクロエレクトロニクス基板を含むことができる基板と、金属および／または他の導電層を備えることができる１つまたは複数のコンタクト層とを備えた他の半導体デバイスが含まれる。いくつかの実施形態では、紫外、青色および／または緑色の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を備えることができる。赤色および／または琥珀色ＬＥＤを備えることも可能である。半導体発光デバイスの設計および作製については当業者によく知られており、本明細書においてはその詳細な説明は不要である。

半導体発光デバイスは、例えば、Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ州Ｄｕｒｈａｍ在所の本件特許出願人が製造販売しているデバイスのような、炭化ケイ素基板の上に作製された窒化ガリウムベースＬＥＤまたはレーザであってもよい。本発明は、場合によっては、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１４、特許文献１５および／または特許文献１６に記載されたＬＥＤおよび／またはレーザと共に使用するのに適している。これらの開示は、参照によりその開示のすべての内容が示されているものとして本明細書に組み込まれている。特許文献１７及び特許文献１８に、他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザが記載されている。さらに、参照によりその開示のすべての内容が示されているものとして本明細書に組み込まれている特許文献１９に記載されているような蛍光体がコーティングされたＬＥＤも、場合によっては本発明の実施形態に使用するために適している。ＬＥＤおよび／またはレーザは、光放出が基板を通して生じるように動作するように構成することができる。このような実施形態の場合、例えば、上に挙げた特許文献１８に記載されているように、デバイスの光出力が強化されるように基板をパターン化することができる。

次に、本発明の実施形態について、図２〜１２に示されている様々な実施形態を参照して説明する。図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードのためのパッケージ２００が示されている。パッケージ２００は、ＬＥＤチップ２１０がその上に取り付けられる基板２０２を備える。本明細書において使用される「ＬＥＤチップ」という用語は、実装されていない発光ダイオードを意味している。図２に示されているように、ＬＥＤチップ２１０は、サブマウント２１５の上に設けることができ、ＬＥＤ／サブマウントのアセンブリ全体を基板２０２の上に取り付けることができる。図２には単一のＬＥＤチップが示されているが、複数のＬＥＤチップ２１０および／またはサブマウント２１５を基板２０２の上に設けることも可能であることが理解されよう。

本発明のいくつかの実施形態によれば、ＬＥＤチップ２１０の上方に二重屈折率（ｄｕａｌ ｉｎｄｅｘ）レンズ２２０が設けられる。ＬＥＤチップ２１０によって放出される光は、この二重屈折率レンズ２２０を通過し、このレンズ２２０によって集束されて、所望の近視野（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）光学パターンまたは遠視野（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）光学パターンが生成される。二重屈折率レンズ２２０は、第１の屈折率を有する第１の部分２３０と、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の部分２４０とを備える。レンズ２２０の第１の部分２３０と第２の部分２４０とは、光を反射および／または屈折させることのできる界面を画定して、所望の光放出パターンを提供し、かつ／またはパッケージ２００からの光抽出を増す。

図２に示されている実施形態では、二重屈折率レンズ２２０は、サイドレンズ２４０およびコアレンズ２３０を備える。サイドレンズ２４０は、概ね環状の形状を有しており、ＬＥＤチップ２１０の上方の軸２０５の周りの基板２００の上方に配置されている。通常、環状表面は、平面閉曲線（ｐｌａｎｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｕｒｖｅ）によって生成される表面であって、その曲線と同じ平面内に位置し、その曲線とは交差しない線の周りに回転した平面閉曲線によって生成される表面である。図２の実施形態では、環状サイドレンズ２４０は、軸２０５の周りに回転した平面閉曲線によって形成されたものと見なすことができる。

サイドレンズ２４０は、例えばシリコーンなどのプラスチックまたはポリマー材料で形成することができ、第１の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、サイドレンズ２４０は、約１．４の屈折率を有することができる。特定の実施形態では、サイドレンズ２４０は、約１．４１の屈折率を有することができる。

サイドレンズ２４０は、基板２０２の上に設けられたパッケージ体２０５の上に取り付けることができる。パッケージ体２０５の一部は、基板２０２を貫通して延在させることができる。いくつかの実施形態では、基板２０２は金属リードフレームを備えており、例えば射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）によってそのリードフレームの上にパッケージ体２０５を形成することができる。他の実施形態では、基板２０２は、アルミナをベースとする印刷回路基板などの印刷回路基板を備えることができる。パッケージ体２０５は、基板２０２の表面に沿って延在する水平方向の部分２５２と、水平方向の部分２５２から離れるように上向きに延在する垂直方向の部分２５４、２５６とを備えることができる。パッケージ体２０５は、サブマウント２１５およびＬＥＤチップ２１０が取り付けられる基板２０２のダイ取付け領域２０６を取り囲むことができる。

サイドレンズ２４０は、パッケージ体２０５の水平方向の部分２５２の上に配置することができる。パッケージ体の垂直方向の部分２５４、２５６は、ＬＥＤチップ２１０の上方のサイドレンズ２４０の位置決め（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）を補助することができる。サイドレンズ２４０は、例えばエポキシ接着剤を使用してパッケージ体２０５に貼り付けることができる。

サイドレンズ２４０は、内部整合表面２４０ａを備え、この内部整合表面２４０ａは、図２に示されている実施形態では、基板２０２のダイ取付け領域２０６から離れるように上向きに湾曲している。

コアレンズ２３０は、環状サイドレンズ２４０によって画定される中央空間のダイ取付け領域２０６の上方に配置されている。コアレンズ２３０は、例えばシリコーンなどのプラスチックまたはポリマー材料で形成することができ、また、サイドレンズ２４０の第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、コアレンズ２３０は、約１．５の屈折率を有することができる。特定の実施形態では、コアレンズ２３０は、約１．５２の屈折率を有することができる。

コアレンズ２３０は、外部表面２３０ｂおよび整合表面２３０ａを備えることができる。整合表面２３０ａの形状は、サイドレンズ２４０の対応する整合表面２４０ａの形状と整合するように形成されている。整合表面２３０ａ、２４０ａの形状は、パッケージ２００によって放出される光の所望の光学パターンが提供されるように選択することができる。図２に示されている実施形態では、コアレンズ２３０の整合表面２３０ａは概ね凸状の形状を有しており、一方、サイドレンズ２４０の整合表面２４０ａは、コアレンズ２３０の整合表面２３０ａの形状とは逆つまり相補的な概ね凹状の形状を有する。

封入材料２１２は、ＬＥＤチップ２１０とレンズ２２０との間に設けることができる。封入材料２１２は、シリコーンおよび／またはエポキシなどの光学的に透明な材料を含むことができる。封入材料２１２には、蛍光体などの波長変換材料が含まれていても、含まれていなくてもよい。いくつかの実施形態では、波長を変換するためにＬＥＤチップ２１０を蛍光体でコーティングすることができる。さらに、封入材料２１２は、分散剤および／または拡散剤等の他の材料を含むことも可能である。

コアレンズ２３０の外部表面２３０ｂは、所望の光学パターンが提供されるように形状化され、場合によっては、図２に示されているように実質的にドーム形にすることができる。パッケージ２００の所望の光放出パターンに応じて他の形状も可能である。いくつかの実施形態では、サイドレンズ２４０およびコアレンズ２３０を貼り合わせ、かつ／またはそれらを一体で形成し、基板２０２上への取付けに先だってレンズ２２０を形成することができる。

図３Ａおよび３Ｂを参照すると、光線Ｒ１などの光線がコアレンズ２３０とサイドレンズ２４０との間の界面２３５（つまり、コアレンズ２３０の整合表面２３０ａとサイドレンズ２４０の整合表面２４０ａが接触している部分）に当たると、光線の一部Ｒ１’が界面２３５で屈折し、一方、界面における内部全反射のため入射光線の他の部分Ｒ１”が反射することになる。

当分野で知られているように、サイドレンズ２４０とコアレンズ２３０との屈折率の差は、屈折率がより大きい材料（この場合はコアレンズ２３０）を通過する、ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）によって画定される臨界角より大きい角度で界面に当たる光線が内部全反射する原因になることがある。ｎ１およびｎ２は、それぞれサイドレンズ２４０およびコアレンズ２３０の屈折率を表し、ｎ２＞ｎ１である。しかしながら、光線が界面で内部全反射しても、光線の一部は、界面を通過して屈折することになる。したがって、図３Ａに示されているように、光線Ｒ１’は、コアレンズ２３０とサイドレンズ２４０との間の界面２３５で屈折することになる。しかしながら、図３Ａにさらに示されているように、光線Ｒ１’は、サイドレンズ２４０を通過してレンズ２２０から抜け出ることができ、パッケージ２００の有用な光放出の一部を形成することができるため、パッケージの効率が改善される。

同様に、光線が臨界角より小さい角度で界面に当たっても、光線の一部は界面で反射することになる。例えば、図３Ｂを参照すると、コアレンズ２３０とサイドレンズ２４０との間の界面２３５に当たる光線Ｒ２は、界面２３５で反射する光線Ｒ２’と界面２３５で屈折する光線Ｒ２”に分割されることになる。さらに、界面２３５で屈折し、サイドレンズ２４０の中を通過する光線Ｒ２”は、サイドレンズ２４０の外部表面で、屈折部分Ｒ２”（Ａ）と反射部分Ｒ２”（Ｂ）にもう一度分割されることになる。しかしながら、図３Ｂに示されているように、反射部分Ｒ２”（Ｂ）は、もう一度サイドレンズ２４０を通って戻り、コアレンズ２３０に入射することになる。反射部分Ｒ２”（Ｂ）は、コアレンズがサイドレンズ２４０より大きい屈折率を有する場合、コアレンズ２３０を通って戻る際に、界面２３５で内部全反射しないことになる。この反射部分Ｒ２”（Ｂ）は、次に、コアレンズ２３０またはサイドレンズ２４０を通ってパッケージ２００から抽出されることになる。

図４Ａおよび４Ｂは、サイドレンズ２４０およびコアレンズ２３０を備えた二重屈折率レンズ２２０の斜視図である。図４Ａおよび４Ｂに示されているように、コアレンズ２３０は、コアレンズの整合表面２３０ａとサイドレンズ２４０の対応する整合表面２４０ａがぴったりと嵌合するようにサイドレンズ２４０に挿入することができる。

図２、４Ａ〜４Ｂおよび５を参照すると、コアレンズ２３０は、パッケージハウジング２０５の上にサイドレンズ２４０を取り付ける前または取り付けた後に、サイドレンズ２４０に挿入することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、コアレンズ２３０をサイドレンズ２４０に挿入する前に、パッケージ体２０５の上にサイドレンズ２４０を取り付けることができる。図５に示されているように、パッケージ体２０５は、サポートフレーム２８０によって支持されたリードフレーム２０２を備えた構造の上に形成することができる。

サイドレンズ２４０は、例えばエポキシ樹脂を使用してパッケージ体２０５に取り付けられる。パッケージ体２０５の上にサイドレンズ２４０を取り付ける前または取り付けた後に、パッケージ体２０５の上に１つまたは複数のＬＥＤチップ２１０を取り付けることができる。

封入剤２１２を、サイドレンズ２４０によって画定される空洞の中にディスペンスすることができる。次に、コアレンズ２３０をサイドレンズ２４０に挿入して、複合二重屈折率レンズ２２０を形成することができる。コアレンズ２３０は、透明なエポキシまたはシリコーンを使用して、コアレンズ２３０とサイドレンズ２４０との間の界面２３５でサイドレンズ２４０に貼り付けることができる。コアレンズ２３０とサイドレンズ２４０との間の界面２３５を密閉するために使用される材料は、コアレンズ２３０またはサイドレンズ２４０の屈折率と同じ屈折率を有することができ、あるいは、コアレンズ２３０の屈折率とサイドレンズ２４０の屈折率との間の屈折率を有することができる。

図６は、本発明のさらなる実施形態を示したものである。図示されているように、ＬＥＤパッケージ３００は、基板３０２とパッケージ体３０５とを備える。基板３０２の上に少なくとも１つの発光デバイス３１０が取り付けられている。パッケージ３００は、それぞれ異なる屈折率を有することができる３つの部分を有する複合レンズ３２０を備える。図６に示されている実施形態では、レンズ３２０は、発光ダイオード３１０の上方に配置された、第１の屈折率を有する内部レンズ３３０と、パッケージ体の上に配置された、内部レンズ３３０を取り囲む、第１の屈折率と同じ屈折率であっても異なる屈折率であってもよい第２の屈折率を有するサイドレンズ３４０とを備える。いくつかの実施形態では、サイドレンズ３４０は、約１．４の屈折率を有することができ、一方、内部レンズ３３０は、約１．４から約１．５の間の屈折率を有することができる。

外部レンズ３５０は、内部レンズ３３０の上に配置されている。外部レンズ３５０は、内部レンズ３３０と共に第１の界面３３５を形成し、また、サイドレンズ３４０と共に第２の界面３４５を形成している。外部レンズ３５０は、第１の屈折率とは異なる屈折率であってもよい第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、外部レンズ３５０は、約１．５の屈折率を有することができる。レンズ３２０を通過する光を界面３３５、３４５のうちの１つまたは複数で屈折および／または反射させ、所望の光放出パターンを形成することができる。

図７Ａ〜７Ｄを参照すると、封入材料をディスペンスして硬化させることによって多重屈折率レンズが形成される本発明による他の実施形態が示されている。例えば、参照によりその開示のすべてが本明細書に組み込まれている特許文献２０に発光ダイオードパッケージの光学形体（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）の形成が記載されている。

図７Ａ〜７Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、ＬＥＤチップ４１４のためのパッケージの形成を示したものである。このパッケージは、上部表面および下部表面を有する基板４０２を備える。基板４０２には、印刷回路基板（ＰＣＢ）、アルミニウムブロック、アルミナ、窒化アルミニウムもしくはシリコンウエハ、またはミネソタ州Ｃｈａｎｈａｓｓｅｎ在所のＴｈｅ Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙから入手することができるＴ−Ｃｌａｄサーマルクラッド絶縁基板材料などの他の適切な任意の基板材料を含めることができる。

複数の金属形体が、例えばめっきプロセスによって基板４０２の上部表面に形成されている。例えば図７Ａ〜７Ｄに示されている実施形態の場合、パッケージ４００は、ダイ取付けパッド４１２と、ワイヤボンドパッド４２３と、第１の封入剤領域４０５を画定している第１のメニスカス制御形体４１０と、第２のメニスカス制御形体４２０であって、第１のメニスカス制御形体４１０と第２のメニスカス制御形体４２０との間に第２の環状封入剤領域４１５を画定している第２のメニスカス制御形体４２０とを備えることができる。さらに、第３のメニスカス制御形体４３０が第２のメニスカス制御形体４２０を取り囲み、第１の封入剤領域４０５および第２の封入剤領域４１５を含む第３の封入剤領域４２５を画定している。第１、第２および第３のメニスカス制御形体４１０、４２０、４３０などの基板２００上の形体は、実質的に円形で示されているが、これらの形体は、パッケージの所望の光放出特性に応じて、他の規則的および／または不規則的な形状にすることも可能である。

メニスカス制御形体４１０、４２０、４３０、ダイ取付けパッド４１２およびワイヤボンドパッド４２３は、基板４０２の上に形成された金属トレースを備えることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、メニスカス制御形体４１０、４２０、４３０は、ダイ取付けパッド４１２およびワイヤボンドパッド４２３とは異なる材料を含むことができる。例えば、メニスカス制御形体４１０、４２０、４３０は、ポリイミドなどのポリマーを含むことができる。

複数の導電ビア４２２は、基板の反対側の面にそれぞれ形成された形体間の電気接触を提供することができる。したがって、基板４０２の上部表面に形成される個々の導電形体は、同じ材料を使用して形成することができる。例えば、導電形体（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｅａｔｕｒｅ）は、めっきプロセスを使用して堆積された銅を含むことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、いくつかの形体は追加の金属を含むことができる。例えば、ダイ取付けパッド４１２は、ダイ取付けパッド４１２をＬＥＤチップ４１４取付け用としてさらに適したものにする追加の金属および／または他の材料をめっきおよび／またはコーティングすることができる。例えば、ダイ取付けパッド４１２は、例えば追加の接着剤、ボンディング、反射体および／または障壁層（図示せず）などの追加層をめっきすることができる。

図７Ａに示されているように、第１のメニスカス制御形体４１０、第２のメニスカス制御形体４２０および第３のメニスカス制御形体４３０は、概ね円形にすることができる。したがって、第１のメニスカス制御形体４１０と第２のメニスカス制御形体４２０との間に画定される領域４１５も、その形状は概ね環状またはリング状（ａｎｎｕｌａｒ ｏｒ ｒｉｎｇ−ｓｈａｐｅｄ）である。封入材料は、例えば、以下でより詳細に説明するようにディスペンシングニードル（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｎｅｅｄｌｅ）を円運動で移動させることにより、円形のパターンで環状領域４１５に堆積させることができる。この方法によれば、ニードルを使用して基板の上に所望のパターンを「描く」ことができる。

第１、第２および第３のメニスカス制御形体４１０、４２０、４３０には、他の形状も可能である。例えば、これらのメニスカス制御形体の形状は、概ね楕円形および／または長方形であってもよい。いくつかの実施形態では、メニスカス制御形体は、基板４０２の上部表面に形成された連続形体であってもよい。メニスカス制御形体が連続形体ではない場合、これらのメニスカス制御形体によって画定される領域にディスペンスされる封入材料を所望の領域に制限することができない可能性が大いに有り得る。

図７Ｂに示されているように、第１の封入材料４４０は、第１のメニスカス制御形体４１０および第２のメニスカス制御形体４２０によって画定される領域４１５内にディスペンスすることができる。図７Ｂに示されているように、第１の封入材料４４０は、領域４１５の中心から離れた第１のメニスカス制御形体４１０の隅４１０ａおよび第２のメニスカス制御形体４２０の隅４２０ａに付着（ｃｌｉｎｇ）させることができる。つまり、封入材料４４０は、ディスペンスされると、第１および第２のメニスカス制御形体４１０、４２０の外側の隅に到達するまで外側に向かって流れることができ、そこで、例えば表面張力によって所定の位置に保持されることになる。

第１の封入材料４４０は、硬化すると第１の屈折率を有することができる。例えば、材料のタイプおよび硬化条件に応じて、１．３９４から１．５３９までの範囲に及ぶ屈折率を有する多数の光学的に透明な硬化性シリコーン材料をＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手することができる。いくつかの実施形態では、第１の封入材料４４０は、約１．４の屈折率を有することができる。

ディスペンスされた第１の封入材料４４０は、例えば、適切な時間の間、適切な温度で封入材料を加熱することによって、適切な時間の間、ディスペンスされた封入剤を室温で放置することによって、ＵＶ光に露光することによって、かつ／または触媒を使用することによって、硬化させることができる。硬化ステップには、封入材料の全硬化および／または部分硬化を含むことができることが理解されよう。全硬化（ｆｕｌｌ ｃｕｒｅ）は、液体封入材料を完全に硬化させることができ、一方、部分硬化（ｐａｒｔｉａｌ ｃｕｒｅ）は、液体封入剤を部分的にのみ硬化させることができる。例えば、ディスペンスされた液体封入剤は、場合によっては、後続するディスペンスおよび／または他のプロセスステップの実行を許容するのに十分な量だけ部分的に硬化させることが望ましい。全硬化は、後続するいくつかのディスペンスまたは後続するすべてのディスペンスが実行された後に実行することができる。あるいは、個々のディスペンスステップ（ｄｉｓｐｅｎｓｅ ｓｔｅｐ）の後に全硬化が実行されることが望ましい場合もある。

したがって、硬化した第１の封入材料４４０は、ダイ取付けパッド４１２およびダイ取付けパッド４１２の上に取り付けられたＬＥＤチップ４１４を含む第１の封入剤領域４０５を取り囲む、第１の屈折率を有する、硬化した光学的に透明なリングを形成することができる。いくつかの実施形態では、第１の封入材料４４０は、ＬＥＤチップ４１４を取り囲む空洞４３８を画定することができる。第１の封入材料４４０の高さは、ダイ取付けパッド４１２の上に取り付けられたＬＥＤチップ４１４の高さより高くすることも、同じ高さにすることも、または低くすることも可能である。

図７Ｃに示されているように、第２の封入材料４３２は、第１の封入材料４４０によって画定される空洞４３８の中にディスペンスすることができる。いくつかの実施形態では、第２の封入材料４３２は、蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）および／またはナノ結晶等の波長変換材料を含むことができる。ディスペンスされた第２の封入材料４３２は、上述の方法で硬化させることができる。第２の封入材料４３２は、第２の屈折率を有することができる。この第２の屈折率は、第１の封入材料４４０の第１の屈折率と同じであっても、異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第２の屈折率は約１．５にすることができる。したがって、図７Ｃに示されているような完全なパッケージ４００Ａが形成される。

図７Ｄに示されているように、第３の封入剤領域４２５内に（つまり第１の封入材料４４０および／または第２の封入材料４３２を覆って）任意選択の第３の封入材料４５０をディスペンスすることができる。この第３の封入材料４５０は、パッケージ４００Ｂ内のＬＥＤチップ４１４、第１の封入材料４４０、および第２の封入材料４３２の上方にドーム形のメニスカスレンズを形成することができる。ディスペンスされた第３の封入材料４５０は、上述のように硬化させることができる。第３の封入材料は、第３の屈折率を有することができる。この第３の屈折率は、第１の封入材料４４０の第１の屈折率とは異なっていてもよい。第３の屈折率は、第２の封入材料４３２の第２の屈折率と同じであっても、異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第３の屈折率は約１．５にすることができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、第１の封入材料４４０、第２の封入材料４３２および第３の封入材料４５０は、異なる屈折率を有する複合レンズを形成することができる。詳細には、第１の封入材料４４０は、第２の封入材料４３２および第３の封入材料４５０によって形成されるコアレンズより小さい屈折率を有する環状サイドレンズを形成することができる。

次に図８を参照すると、基板４０２の上に金属層を堆積するステップと、ダイ取付けパッド４１２、第１のメニスカス制御形体４２０、第２のメニスカス制御形体４２０および第３のメニスカス制御形体４３０を形成するために金属層をパターニングするステップ（ブロック８１０）を含む、本発明のいくつかの実施形態によるパッケージ化されたＬＥＤを形成するためのいくつかの方法８００が示されている。上述のように、第１のメニスカス制御形体４１０は、ダイ取付けパッド４１２を取り囲み、基板４０２の上部表面の第１の封入剤領域４０５を画定することができる。第２のメニスカス制御形体４２０は、第１の封入剤領域４０５を取り囲み、基板４０２の上部表面の第２の環状封入剤領域４１５を画定することができる。第３のメニスカス制御形体４３０は、第１の封入剤領域４０５および第２の封入剤領域４１５を取り囲む。ある形体がある領域を「取り囲む」ためには、その形体は、必ずしもその領域の周囲に連続的に形成する必要はないことが理解されよう。図には連続する形体が示されているが、メニスカス制御形体の場合、場合によっては、その形体のメニスカス制御機能に影響を及ぼさないギャップまたはボイドをその中に含むことが可能である。

方法８００は、さらに、ダイ取付けパッド４１２の上にＬＥＤチップ４１４を取り付けるステップ（ブロック８１５）と、第１のメニスカス制御形体４１０および第２のメニスカス制御形体４２９によって画定される第２の環状封入剤領域４１５内に第１の封入材料４４０をディスペンスするステップ（ブロック８２０）とを含むことができる。第１の封入材料４４０は、例えば約１．４とすることのできる第１の屈折率を有する。ディスペンスされた第１の封入材料４４０は、少なくとも部分的に硬化させることができ（ブロック８２５）、また、第１の封入剤領域５０５内の基板１１０の上に第２の封入材料４３２がディスペンスされる（ブロック８３０）。ディスペンスされた第２の封入材料４３２は、少なくとも部分的に硬化させることができる（ブロック８３５）。第２の封入材料４３２は、第１の封入材料４４０の第１の屈折率と同じであっても、異なっていてもよい第２の屈折率を有することができる。いくつかの実施形態では、第２の屈折率は約１．５にすることができる。

引き続いて図８を説明すると、方法８００は、さらに、第３の封入剤領域４２５内に第３の封入材料４５０をディスペンスするステップ（ブロック８４０）と、第３の封入材料４５０を硬化させるステップ（ブロック８４５）とを含むことができる。

上述のように、ディスペンスされた第１の封入材料４４０は、ＬＥＤチップ４１４の周囲に空洞４３８を画定することができ、また、第２の封入材料４３２をディスペンスするステップは、第１の封入材料４４０を少なくとも部分的に硬化させた後に、ＬＥＤチップ４１４の周囲の空洞４３８の中に第２の封入材料４３２をディスペンスするステップを含むことができる。第１の封入材料４４０、第２の封入材料４３２および／または第３の封入材料４５０は、波長変換材料を含むことができる。

第３の封入材料は、第１の封入材料４４０の第１の屈折率とは異なっていてもよい第３の屈折率を有することができる。この第３の屈折率は、第２の封入材料４３２の第２の屈折率と同じであっても、異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第３の屈折率は約１．５にすることができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、第１の封入材料４４０、第２の封入材料４３２および第３の封入材料４５０は、異なる屈折率を有する複合レンズを形成することができる。詳細には、第１の封入材料４４０は、第２の封入材料４３２および第３の封入材料４５０によって形成されるコアレンズより小さい屈折率を有する環状サイドレンズを形成することができる。

本発明の実施形態によるパッケージ化された発光デバイスは、照明用途および／またはバックライティング用途などの様々な用途における固体光源として利用することができる。例えば、本発明の実施形態によるパッケージ化された発光デバイス５００は、図９に示されているように、タイル５１０の上に組み立てることができる。

固体照明タイル５１０は、平らな大面積光源を生成するための機能構成単位（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）として使用することができる。しかしながら、平らな大面積光源は、ただ１つのタイルのみを備えることも可能であることが理解されよう。固体照明タイル５１０は、規則的および／または不規則的な一次元アレイまたは二次元アレイに配置された多数の固体照明要素５００をその上に備えることができる。タイル５１０は、例えば、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）発光構成要素などの１つまたは複数の回路要素をその上に取り付けることができる印刷回路基板（ＰＣＢ）を備えることができる。詳細には、タイル５１０は、パターン化された金属トレース（図示せず）をその上に形成することができるポリマーコーティングをその上に有する金属コアを備えた金属コアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）を備えることができる。ＭＣＰＣＢ材料およびそれに類似した材料は、例えばＴｈｅ Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。ＰＣＢは、さらに、重クラッド（ｈｅａｖｙ ｃｌａｄ）（４オンス以上の銅）および／またはサーマルビアを有する従来のＦＲ−４ ＰＣＢ材料を含むことができる。ＭＣＰＣＢ材料は、従来のＰＣＢ材料と比較すると、改善された熱的性能を提供することができる。しかしながら、ＭＣＰＣＢ材料は、金属コアを含むことができない従来のＰＣＢ材料より重くなることも可能である。

図９に示されている実施形態では、照明要素５００は、１クラスタ当たり４つの固体放出デバイスを備えたマルチチップクラスタである。タイル５１０の中には、第１の経路またはストリング５２０に４つの照明要素５００が直列に配置されており、また、第２の経路またはストリング５２１にも４つの照明エレメント５００が直列に配置されている。第１のストリング５２０の照明要素５００は、例えば印刷回路を介して、タイル５１０の第１の端部に配置されている１組の４つの陽極コンタクト５２２に接続されており、また、タイル５１０の第２の端部に配置されている１組の４つの陰極コンタクト５２４に接続されている。第２のストリング５２１の照明要素５００は、タイル５１０の第２の端部に配置されている１組の４つの陽極コンタクト５２６に接続されており、また、タイル５１０の第１の端部に配置されている１組の４つの陰極コンタクト５２８に接続されている。

本発明のいくつかの実施形態では、照明要素５００は、青色またはＵＶスペクトルで放出するように構成されている。波長変換材料は、ＬＥＤによって放出される光を受け取り、それに応答して、赤色光、緑色光、青色光および／または黄色光などの波長がより長い光を放出するようにされている。放出される光を他の光と結合し、白色光を生成することができる。いくつかの実施形態では、照明要素５００は、青色ＬＥＤと少なくとも黄色蛍光体を含んだ波長変換材料とを備える。当分野で知られているように、蛍光体によって放出される黄色光とＬＥＤによって放出される変換されていない青色光とを結合して白色光を生成することができる。照明要素５００は、さらに、赤色放出蛍光体を備えることができる。赤色放出蛍光体からの赤色光をそれぞれＬＥＤおよび黄色蛍光体によって放出される青色光および黄色光と結合し、より良好な演色特性（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を有するより暖かい白色光を生成することができる。

固体照明エレメント５００は、例えば、上述の多重屈折率レンズ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｄｅｘ ｌｅｎｓ）を備えた有機発光デバイスおよび／または無機発光デバイスを備えることができる。

複数のタイル５１０を組み立てて、図１０に示されているようなより大型の照明バーアセンブリ（ｂａｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）５３０を形成することができる。図示されているように、バーアセンブリ５３０は、端と端が接続された複数のタイルを備えることができる。したがって、図９および１０を参照すると、バーアセンブリ５３０の一番左側のタイル５１０の第１のストリング５２０の陰極コンタクト５２４を、隣接するタイル５１０の第１のストリング５２０の陽極コンタクト５２２に電気接続することができ、以下、同様である。同様に、バーアセンブリ５３０の一番左側のタイル５１０の第２の経路５２１の陽極コンタクト５２６を、隣接するタイル５１０の第２のストリング５２１の陰極コンタクト５２８に電気接続することができる。

さらに、バーアセンブリ５３０の一番右側のタイル５１０の第１のストリング５２０の陰極コンタクト５２４は、ループバックコネクタ（ｌｏｏｐｂａｃｋ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）５３５によってバーアセンブリ５３０の一番右側のタイル５１０の第２のストリング５２１の陽極コンタクト５２６に電気接続することができる。この方法によれば、第１のストリング５２０と第２のストリング５２１を直列に接続することができるため、単一色のＬＥＤなどのＬＥＤの単一ストリングが形成される。タイル５１０の経路５２０、５２１の他のストリングも、同様の方法で接続することができる。

ループバックコネクタ５３５には、エッジコネクタ、フレキシブルワイヤリングボードその他の適切な任意のコネクタを含めることができる。さらに、ループバックコネクタ５３５には、タイル５１０の上に／中に形成された印刷トレースを含めることができる。

図１０に示されているバーアセンブリ５３０は、一次元アレイのタイル５１０であるが、他の構成も可能である。例えば、タイル５１０は、すべてのタイル５１０が同じ平面内に配置される二次元アレイで接続することができ、または、すべてのタイル５１０が同じ平面内に配置されているわけではない三次元構成で配置することができる。さらに、タイル５１０は、必ずしも長方形または正方形である必要はなく、例えば六角形、三角形等にすることも可能である。

さらに図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、複数のバーアセンブリ５３０を結合して、例えば、全般照明のための平らな照明源として、ディスプレイのバックライティングのためのバックライト源として、または他の目的のために使用することができる照明パネル５４０を形成することができる。図１０に示されているように、照明パネル５４０は、それぞれ６つのタイル５１０を有する４つのバーアセンブリ５３０を備えることができる。個々のバーアセンブリ５３０の一番右側のタイル５１０は、ループバックコネクタ５３５を備える。したがって、個々のバーアセンブリ５３０は、複数のストリングのＬＥＤを備えることができる（例えば、１つの赤色ストリング、２つの緑色ストリングおよび１つの青色ストリング）。

いくつかの実施形態では、バーアセンブリ５３０は、４つのＬＥＤストリングを備えることができる（１つの赤色ＬＥＤストリング、２つの緑色ＬＥＤストリングおよび１つの青色ＬＥＤストリング）。したがって９つのバーアセンブリ５３０を備えた照明パネル５４０は、３６個の別個のストリングのＬＥＤを有することができる。さらに、それぞれ８つの固体照明エレメント５００を有する６つのタイル５１０を備えたバーアセンブリ５３０の場合、ＬＥＤストリングは、直列に接続された４８個のＬＥＤを備えることができる。

図１１を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による照明パネル５４０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５５０などのディスプレイのためのバックライトとして使用することができる。例えば、特許文献２１に固体バックライトパネルを制御するためのシステム及び方法が記載されている。特許文献２１の開示は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている。図１１に示されているように、ＬＣＤ５５０は、照明パネル５４０を備えることができる。この照明パネル５４０は、照明パネル５４０によって放出される光５５６がＬＣＤスクリーン５５４を通過し、ＬＣＤスクリーン５５４のためのバックライトが提供されるようにＬＣＤスクリーン５５４に対して配置される。ＬＣＤスクリーン５５４は、照明パネル５４０からの光５５６の選択された色を選択的に通過させ／遮断してディスプレイイメージを生成するように構成された、適切に配置されたシャッタ及び関連するフィルタを備える。

図１２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による照明パネル５４０は、固体照明品または照明器具５６０のための照明パネルとして使用することができる。照明器具５６０によって放出される光５６６を使用して、領域および／または物体を照らすことができる。例えば、２００６年４月２１日出願の「Solid State Luminaires for General Illumination」という名称の特許文献２２に固体照明器具が記載されている。特許文献２２の開示は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている。

図８の流れ図ならびに図２〜７および９〜１２の概略図は、本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングするための方法の可能な実施態様の機能および動作を示したものである。いくつかの代替的実施態様では、図を説明する中で言及されている行為は、その図の中で言及されている順序以外の順序で実行することも可能であることに留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロック／操作は、実際には、必要な機能に応じて、実質的に同時に実行することも、あるいは逆の順序で実行することも可能である。

以上の説明は、本発明を実例により説明するためのものであり、本発明を制限するものとして解釈してはならない。本発明のいくつかの例示的実施形態が説明されているが、これらの例示的実施形態には、本発明の新規な教示および利点から著しく逸脱することなく多くの改変が可能であることは当業者には容易に理解されよう。したがって、このような改変はすべて、特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲に属するものとする。したがって、以上の説明は本発明を実例により説明するためのものであり、開示されている特定の実施形態に本発明を制限するものとして解釈してはならず、また、開示されている実施形態および他の実施形態に対する改変は、添付の特許請求の範囲の範囲に属することが意図されていることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義され、請求項と均等な発明は、本発明に包含されるものとする。

Claims (37)

1. 基板と、
   前記基板上の固体発光デバイスと、
   前記基板上の第１のレンズであって、前記固体発光デバイスに対して空洞を画定し、第１の屈折率を有する第１のレンズと、
   前記第１のレンズによって形成された前記空洞内に少なくとも部分的に配置された第２のレンズであって、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２のレンズと
   を備えることを特徴とするパッケージ化された発光デバイス。
2. 前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
3. 前記固体発光デバイスと前記第２のレンズとの間に封入材料をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
4. 前記基板は、リードフレームまたは印刷回路基板を備え、
   前記パッケージ化された発光デバイスは、前記基板の上に成形体をさらに備え、
   前記成形体の上に前記第１のレンズがあることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
5. 前記成形体は、前記基板の表面に沿って延在する少なくとも１つの表面と、前記表面から延在して前記第１のレンズのための取付け位置を画定する少なくとも１つの垂直方向の側壁とを備えることを特徴とする請求項４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
6. 前記成形体は、少なくとも部分的に前記リードフレームを貫通して延在することを特徴とする請求項４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
7. 前記第１のレンズは第１の整合表面を含み、
   前記第２のレンズは、前記第１のレンズの前記第１の整合表面と接触する第２の整合表面を備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
8. 前記第２のレンズは、接着性封入剤を使用して前記第１のレンズに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
9. 前記接着性封入剤は、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率と実質的に同じ屈折率を有することを特徴とする請求項８に記載のパッケージ化された発光デバイス。
10. 前記第２のレンズの上に配置された、第３の屈折率を有する第３のレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
11. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１０に記載のパッケージ化された発光デバイス。
12. 前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
13. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第２の屈折率と同じ屈折率であることを特徴とする請求項１１に記載のパッケージ化された発光デバイス。
14. 請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイスを備えることを特徴とする固体照明器具。
15. 請求項１に記載のパッケージ化された発光デバイスを備えることを特徴とする、ディスプレイのためのバックライトパネル。
16. パッケージ化された発光デバイスのためのレンズにおいて、
    空洞を画定する概ね環状のサイドレンズであって、第１の屈折率を有する概ね環状のサイドレンズと、
    前記サイドレンズによって形成された前記空洞内に少なくとも部分的に配置されたコアレンズであって、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するコアレンズと
    を備えることを特徴とするレンズ。
17. 前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１６に記載のレンズ。
18. 第２のレンズの上に配置された、第３の屈折率を有する第３のレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のレンズ。
19. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１８に記載のレンズ。
20. 前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１９に記載のレンズ。
21. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第２の屈折率と同じ屈折率であることを特徴とする請求項１９に記載のレンズ。
22. 上部表面を有する基板と、
    前記基板の前記上部表面上のダイ取付けパッドであって、固体発光デバイスを支えるように構成されたダイ取付けパッドと、
    前記基板上の第１のメニスカス制御形体であって、前記ダイ取付けパッドを取り囲み、液体封入材料の流れを制限するように構成された第１のメニスカス制御形体と、
    前記基板上の第２のメニスカス制御形体であって、前記第１のメニスカス制御形体を取り囲み、液体封入材料の流れを制限するように構成された第２のメニスカス制御形体と、
    前記ダイ取付けパッド上の固体発光デバイスと、
    前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体によって画定された封入剤領域内の前記基板上の第１の封入剤であって、第１の屈折率を有し、前記固体発光デバイスの上方に空洞を画定する第１の封入剤と、
    前記空洞内の第２の封入剤であって、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の封入剤と
    を備え、
    前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体は、第１の封入剤領域を取り囲む前記基板の前記上部表面の前記封入剤領域を画定することを特徴とするパッケージ化された発光デバイス。
23. 前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項２２に記載のパッケージ化された発光デバイス。
24. 前記第２のメニスカス制御形体を取り囲む第３のメニスカス制御形体と、
    前記基板上の、前記第３のメニスカス制御形体によって画定される領域内の第３の封入剤であって、前記第１の封入剤および前記第２の封入剤を覆い、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する第３の封入剤と
    をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載のパッケージ化された発光デバイス。
25. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項２４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
26. 前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率より大きいことを特徴とする請求項２４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
27. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第２の屈折率と同じ屈折率であることを特徴とする請求項２４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
28. 前記第１の封入剤および／または前記第２の封入剤は、シリコーンゲルおよび／またはエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項２２に記載のパッケージ化された発光デバイス。
29. 前記第１の封入剤および／または前記第２の封入剤は、波長変換材料を含むことを特徴とする請求項２２に記載のパッケージ化された発光デバイス。
30. 前記第３の封入剤は、シリコーンゲルおよび／またはエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項２４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
31. 前記第３の封入剤は、波長変換材料を含むことを特徴とする請求項２４に記載のパッケージ化された発光デバイス。
32. パッケージ化された発光デバイスを形成する方法であって、
    パターン化された金属膜を基板の上に形成するステップであって、前記パターン化された金属膜はダイ取付けパッドを含むステップと、
    前記ダイ取付けパッドを取り囲み、封入材料の流れを制限するように構成された第１のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップと、
    第１の封入剤領域を取り囲み、封入材料の流れを制限するように構成された第２のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップであって、前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体は前記基板の上部表面の封入剤領域を画定するステップと、
    前記ダイ取付けパッドの上に固体発光デバイスを取り付けるステップと、
    前記第１のメニスカス制御形体および前記第２のメニスカス制御形体によって画定される前記封入剤領域内に第１の封入材料をディスペンスするステップであって、前記第１の封入材料は第１の屈折率を有し、前記固体発光デバイスの上方に空洞を画定するステップと、
    前記第１の封入材料を少なくとも部分的に硬化させるステップと、
    前記第１の封入材料によって画定された前記空洞内に第２の封入材料をディスペンスするステップであって、前記第２の封入材料は、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
33. 前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記第２のメニスカス制御形体を取り囲む第３のメニスカス制御形体を前記基板の上に形成するステップと、
    前記第３のメニスカス制御形体によって画定される領域内に第３の封入材料をディスペンスするステップであって、前記第３の封入材料は、前記第１の屈折率または前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有するステップと、
    前記第３の封入材料を硬化させるステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
35. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きいことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率より大きいことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
37. 前記第３の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第２の屈折率と同じ屈折率であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。

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