JP2010541284A - 蛍光体波長変換を備える発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の分野
本発明は、蛍光体波長変換を備える発光デバイスを製造するための方法および装置に関するものである。より詳細には、本発明は、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な発光ダイオード(LED)と、少なくとも光の一部を第二の波長範囲の光に変換する蛍光体材料とを含む方式の発光デバイスにかかわるものである。
白色発光ダイオード(LED)は、当該技術分野において公知であり、比較的最近の技術革新である。電磁スペクトルの青色/紫外部分で放出するLEDが開発されてはじめて、LEDに基づく白色光源を開発することが実用的となった。例として、米国特許第5,998,925号で教示されるように、白色光生成LED(「白色LED」)は、LEDによって放出された放射の一部を吸収し、異なる色(波長)の放射を再放出する、一つ以上の蛍光体材料、すなわち、フォトルミネッセンス材料を含む。通常、LEDチップまたはダイが青色光を生成し、蛍光体がある割合の青色光を吸収し、黄色光または緑色および赤色光、緑色および黄色光もしくは黄色および赤色光の組み合わせを再放出する。LEDによって生成された青色光のうち、蛍光体によって吸収されない一部は、蛍光体によって放出された光と組み合わさり、人間の目にほぼ白色の色として見える光を提供する。
・蛍光体の湿潤に影響する可能性があるボンディングワイヤの形状および場所のばらつき
・蛍光体の湿潤に影響する可能性がある粘着剤のブリードアウト
・LEDチップの放出方向のばらつき
・リフレクタ特性のばらつき
・蛍光体/シリコーン混和物のばらつきまたは経時劣化
・LEDチップの波長放出分布。
蛍光体波長変換を含む発光デバイスにより、生成される光の色の色相に対し、これらのすべての要因が影響することがありうると考えられる。
本発明は、少なくとも部分的に、蛍光体波長変換を含むLEDの色の色相および/またはCCTのばらつきの問題に取り組み、ビニングの必要を低減または解消するための努力に起因している。
a)あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を少なくとも一つのLEDの光放出表面に堆積させる工程;
b)少なくとも一つのLEDを動作させる工程;
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程;
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程;および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するための量の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程
を含む、方法が提供される。
a)あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料をそれぞれのLEDの光放出表面上に堆積させる工程;
b)すべてのLEDを動作させる工程;
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程;
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程;および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された数の発光ダイオードに対し、固定(単位)量の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程
を含む。そのような方法の具体的な効果として、固定量の蛍光体のみを堆積および/または除去すればよく、方法を単純化することができる。
a)あらかじめ選択された量の第一および第二の蛍光体材料を発光ダイオードの光放出表面上に堆積させる工程;
b)発光ダイオードを動作させる工程;
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程;
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程;および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された量の第一および第二の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程
を含む、方法が提供される。
あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるためのディスペンサ;
発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラ;および
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段;
を含み、測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するためにさらに選択された量の蛍光体材料を堆積させるようにコントローラが動作可能である、装置が提供される。
あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるように動作可能なディスペンサ;
発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラ;
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段;および
特定の目標色を達成するための量の蛍光体材料を除去するように動作可能な蛍光体除去手段
を含み、コントローラは、測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために除去される蛍光体材料の量を選択するように動作可能である。
あらかじめ選択された量の第一および第二の蛍光体材料の混合物を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるための第一のディスペンサ;
第一の蛍光体材料を堆積させるための第二のディスペンサ;
第二の蛍光体材料を堆積させるための第三のディスペンサ;
少なくとも一つの発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラ;
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段;
を含み、測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、第二および第三のディスペンサを使用し、実質的に特定の目標色を達成するために選択された量の第一および第二の蛍光体材料を堆積させるようにコントローラが動作可能である、装置が提供される。
特定の色温度および色相の白色発光デバイスの製造に関し、本発明の第一の実施態様に従った方法を記載する。本特許明細書では、色を色度値に換算して画定し、特定のCIExy色度座標を有するものとして特定の色を画定する。しかし、本発明の方法に対し、色を画定する他のシステムを使用することができることが認識される。
第二の方法では、過度の蛍光体材料を意図的に堆積させ、その後、蛍光体材料を除去し、目標色を達成する。この方法は、単一の蛍光体材料のみを含む発光デバイスにより適する。特定の目標色の色相の色発光デバイスの製造に関し、本発明の方法を記載する。色発光デバイス310は、LEDチップ320、例えば、例として、第一の波長範囲の励起放射、例として、波長400〜450nmの青色光を生成する、InGaN/GaN(インジウムガリウム窒化物/ガリウム窒化物)系LEDチップを含む。デバイスは、チップによって放出された光の少なくとも一部を異なる色の光、例えば、例として、緑色光に変換する、光放出蛍光体(フォトルミネッセンスまたは波長変換)材料を、さらに含む。チップによって放出された青色光と、蛍光体によって放出された緑色光とが組み合わさり、特定の色の色相、例として、ターコイズ色に見える放出光が与えられる。本明細書において以降で目標色と呼ぶ、特定の色の色相は、図5のCIE色度図上で点400として表示され、色度座標CIE(x2,y2)を有する。
Claims (28)
- 放出光の特定の目標色を有する発光デバイスであり、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な少なくとも一つの発光ダイオードと、少なくとも光の一部を第二の波長範囲の光に変換する、少なくとも一つの蛍光体材料とを含み、デバイスによって放出された光が第一および第二の波長範囲を組み合わせた光を含む、デバイスを製造する方法であって、
a)あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面に堆積させる工程と、
b)少なくとも一つの発光ダイオードを動作させる工程と、
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程と、および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するための量の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程と、
を含む、方法。 - 第二の波長範囲の光の比率が特定の目標色で要求されるよりも低いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項1記載の方法。
- 第二の波長範囲の光の比率が特定の目標色におけるよりも高いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項1記載の方法。
- ルックアップテーブルを使用し、堆積および/または除去される蛍光体材料の量を選択する工程を含む、請求項1記載の方法。
- 少なくとも一つの発光ダイオードをさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、さらにを含む、請求項1記載の方法。
- 少なくとも一つの発光ダイオードさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、ルックアップテーブルを更新する工程とを、さらに含む、請求項4記載の方法。
- 融除、スライス、ミリング、研磨、穿孔、ルーティング、バフ加工および研削からなる群から選択される方法を使用し、蛍光体材料を除去する工程を含む、請求項1記載の方法。
- 発光デバイスが少なくとも一つの蛍光体材料を含む複数の発光ダイオードを含むとき、
a)あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料をそれぞれの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させる工程と、
b)それぞれの発光ダイオードを同時に動作させる工程と、
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程と、および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された数の発光ダイオードから、固定量の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程と、
を含む、請求項1記載の方法。 - 放出光の特定の目標色を有する発光デバイスであり、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な少なくとも一つの発光ダイオードと、少なくとも光の一部を別々に第二および第三の波長範囲の光に変換する、少なくとも第一および第二の蛍光体材料とを含み、デバイスによって放出された光が第一、第二および第三の波長範囲を組み合わせた光を含む、デバイスを製造する方法であって、
a)あらかじめ選択された量の第一および第二の蛍光体材料を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させる工程と、
b)少なくとも一つの発光ダイオードを動作させる工程と、
c)デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、
d)測定した色を特定の目標色と比較する工程と、および
e)比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された量の第一および第二の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程と、
を含む、方法。 - 第二および第三の波長範囲の光の比率が特定の目標色におけるよりも低いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項9記載の方法。
- 第二および第三の波長範囲の光の比率が特定の目標色におけるよりも高いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項9記載の方法。
- ルックアップテーブルを使用し、堆積および/または除去される蛍光体材料の量を選択する工程を含む、請求項9記載の方法。
- 発光ダイオードをさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程とを、さらに含む、請求項9記載の方法。
- 少なくとも一つの発光ダイオードをさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、ルックアップテーブルを更新する工程とを、さらに含む、請求項12記載の方法。
- 発光デバイスが少なくとも第一および第二の蛍光体材料を含む複数の発光ダイオードを含むとき、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された数の発光ダイオードから、固定量の蛍光体材料を堆積および/または除去する工程を含む、請求項9記載の方法。
- 放出光の特定の目標色を有する発光デバイスであり、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な少なくとも一つの発光ダイオードと、光の少なくとも部分を第二の波長範囲の光に変換する、少なくとも一つの蛍光体材料とを含み、デバイスによって放出された光が第一および第二の波長範囲を組み合わせた光を含む、デバイスを製造するための装置であって、
あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるためのディスペンサと、
少なくとも一つの発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラ;
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段と、を含み、
測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するためにさらに選択された量の蛍光体材料を堆積させるようにコントローラが動作可能である、装置。 - 第二の波長範囲の光の比率が特定の目標色におけるよりも低いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項16記載の装置。
- さらに、堆積させるさらなる蛍光体材料の量を選択するためのルックアップテーブルを含む、請求項16記載の装置。
- 少なくとも一つの発光ダイオードをさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、ルックアップテーブルを更新する工程とを、さらに含む、請求項18記載の装置。
- ディスペンサがプランジャ方式ディスペンサヘッドを含む、請求項16記載の装置。
- 発光デバイスが少なくとも一つの蛍光体材料を含む複数の発光ダイオードを含むとき、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された数の発光ダイオードに対し、固定量の蛍光体材料を堆積させるようにコントローラが動作可能である、請求項16記載の装置。
- 放出光の特定の目標色を有する発光デバイスであり、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な少なくとも一つの発光ダイオードと、少なくとも光の一部を第二の波長範囲の光に変換する、少なくとも一つの蛍光体材料とを含み、デバイスによって放出された光が第一および第二の波長範囲を組み合わせた光を含む、デバイスを製造するための装置であって、
あらかじめ選択された量の少なくとも一つの蛍光体材料を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるように動作可能なディスペンサと、
少なくとも一つの発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラと、
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段と、および
特定の目標色を達成するための量の蛍光体材料を除去するように動作可能な蛍光体除去手段と、を含み、
測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために除去される蛍光体材料の量を選択するようにコントローラが動作可能である、装置。 - 第二の波長範囲の光の比率が特定の目標色におけるよりも高いことを確保にするよう、あらかじめ選択される量を選択する工程を含む、請求項22記載の装置。
- 除去される蛍光体材料の量を選択するためのルックアップテーブルを、さらに含む、請求項22記載の装置。
- 少なくとも一つの発光ダイオードをさらなる回にわたって動作させる工程と、デバイスによって放出された光の色を測定する工程と、ルックアップテーブルを更新する工程とを、さらに含む、請求項24記載の装置。
- 蛍光体除去手段が選択された量の蛍光体材料を融除するように動作可能なレーザを含む、請求項22記載の装置。
- 発光デバイスが少なくとも一つの蛍光体材料を含む複数の発光ダイオードを含むとき、比較に応じ、実質的に特定の目標色を達成するために選択された数の発光ダイオードから、固定量の蛍光体材料を除去するようにコントローラが動作可能である、請求項22記載の装置。
- 放出光の特定の目標色を有する発光デバイスであり、第一の波長範囲の光を放出するように動作可能な少なくとも一つの発光ダイオードと、光の少なくとも部分を別々に第二および第三の波長範囲の光に変換する、第一および第二の蛍光体材料とを含み、デバイスによって放出された光が第一、第二および第三の波長範囲を組み合わせた光を含む、デバイスを製造するための装置であって、
あらかじめ選択された量の第一および第二の蛍光体材料の混合物を少なくとも一つの発光ダイオードの光放出表面上に堆積させるための第一のディスペンサと、
第一の蛍光体材料を堆積させるための第二のディスペンサと、
第二の蛍光体材料を堆積させるための第三のディスペンサと、
少なくとも一つの発光ダイオードを動作させるように動作可能なコントローラと、
デバイスによって放出された光の色を測定するための光測定手段と、を含み、
測定した色を特定の目標色と比較し、比較に応じ、第二および第三のディスペンサを使用し、実質的に特定の目標色を達成するために選択された量の第一および第二の蛍光体材料を堆積させるようにコントローラが動作可能である、装置。
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