JP2011515851A

JP2011515851A - Ｌｅｄデバイスの低屈折率スペーサ層

Info

Publication number: JP2011515851A
Application number: JP2011500788A
Authority: JP
Inventors: チャクラボルティ、アルパン
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2011-05-19
Also published as: KR20100129766A; EP2266148A1; US20090236621A1; WO2009117067A1; US8637883B2; CN102037577A; CN102037577B

Abstract

【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス（１００）は、ＬＥＤチップ（１０２）と機能層（１１２）とを分離する低屈折率スペーサ層（１０８）を備える。ＬＥＤチップは、チップからより多くの光を抽出することを目的として、粗面化された発光面（１０６）を有する。スペーサ層は、ＬＥＤチップおよび機能層よりも屈折率が低い。ＬＥＤチップから発光された光の大半は、チップの面が粗面化されているので、スペーサ層に容易に入射する。スペーサ層と機能層との間の界面において、屈折率が増加しているので、容易に透過される。機能層に入射した光の一部は、反射または散乱によって、スペーサ層に戻ってくる。この戻ってきた光のうち一部は内部全反射の影響を受ける。この界面における内部全反射によって、スペーサ層および、最終的には、光を吸収するＬＥＤチップに再入射する光の量が低減され、光抽出効率が高まり得る。スペーサ層はさらに、ＬＥＤチップと機能層と間の熱バッファとして機能する。このように、機能層は、例えば、蛍光体を含む波長変換層であってよく、直接熱が伝達されないようにＬＥＤチップから絶縁される。スペーサ層は、パッシベーション層としても機能し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤデバイスに関する。特に、低屈折率スペーサ層を備えるＬＥＤデバイスおよび当該デバイスを製造する方法に関する。

固体発光デバイス、例えば、無機または有機の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、エネルギーを光に変換するデバイスであって、多くの分野で広く利用されている。当業者には公知であるように、無機の固体デバイスは通常、互いに反対の極性にドーピングされている領域の間に挟持されている半導体材料のアクティブ領域を１以上有する。ドーピングされている領域に対してバイアスが印加されると、電子−正孔再結合現象が発生して光が発生し、アクティブ領域からＬＥＤの全ての表面を通って全方向に光が照射される。従来のＬＥＤでは、反射器および／または鏡面を用いて、照射された光を所望の方向に向ける場合がある。

ＬＥＤから射出される光の色または波長は、光の発生源である材料の特性、例えば、アクティブ領域のバンドギャップに大きく左右される。ＬＥＤは、赤色、黄色、緑色、および青色を含む可視スペクトルの範囲の色の光を発光するように構成されてきた。ほかに、電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）領域の光を発光するＬＥＤもある。ＬＥＤから発光される光の一部を、射出される前に、変換することによって発光スペクトルを調整することを目的として、蛍光体をＬＥＤに利用することが望ましい場合が多くある。例えば、一部の青色ＬＥＤでは、青色光の一部分を「下方変換」して黄色光にする。このようにして、当該ＬＥＤは、青色光および黄色光を混合させて射出して、人間の目には白に見えるスペクトルを生成する。「蛍光体」という用語は、本明細書で用いる場合、任意の光輝性材料を意味する一般的な用語として用いられる。

蛍光体は、ＬＥＤ構造内のさまざまな領域に設けられてきた。蛍光体は、例えば、当該デバイスを被覆するドーム形状の筐体の内部に分散させられるとしてもよいし、および／または、当該筐体の外部にコーティングされるとしてもよい。蛍光体は、米国特許第７，２８６，９２６号に示されているように、発光ダイから遠く離れた位置に設けられるとしてよい。また、蛍光体は、ダイそのものにコーティングまたは堆積させられているとしてもよい。蛍光体を形成する際に多用される技術として、電気泳動析出、孔版印刷、スピンコーティングまたはスプレーコーティング等が挙げられる。さらに、蛍光体分注プロセスを利用する方法もあり、この場合は、蛍光体を含有しているエポキシ、シリコーン封止材料等の材料の液滴をダイ上に滴下して硬化させて、ダイを被覆する筐体を形成するとしてもよい。この方法は、「グロブ・トップ（ＧｌｏｂＴｏｐ）」処理と呼ばれることもある。別の方法によると、蛍光体含有材料の液滴を、ダイ上に滴下して定着させるとしてもよい。この方法は、「リモート・セトリング（ｒｅｍｏｔｅｓｅｔｔｌｉｎｇ）」と呼ばれることがある。

多くの用途で、白色光を発光するＬＥＤが必要とされる。「白色光」という用語は、本明細書で使用する場合、一般的な意味で使用され、さまざまな個人または検出器が、例えば、薄く黄色がかった、または、青色がかった色を持つと感知する光を含む。上述したように、従来のＬＥＤデバイスには、青色ＬＥＤ上に黄色蛍光体を組み合わせて白色光を実現するものがある。ＬＥＤから射出された青色光の一部は、変換されることなく蛍光体を通過し、射出された青色光のうち一部は黄色光に下方変換される。発光デバイスから射出される青色光と黄色光とを混合させて、白色光を出力する。

ほかの機能的フィーチャ、例えば、反射層／屈折層、レンズおよび光散乱素子を有するＬＥＤが製造されてきた。一部のＬＥＤは、さまざまな材料の界面において、内部全反射を低減することによって、光抽出率を向上させるように粗面化された面を有する。そのほかの多くの公知の機能的フィーチャを組み合わせて、特定の特性を持つＬＥＤを構築するとしてよい。

図６は、公知のＬＥＤデバイス１０を示す図である。ＬＥＤチップ１１が実装面１２に配設されている。波長変換材料層１３は、ＬＥＤチップ１１の周囲を取り囲むように設けられている。筐体１４は、ＬＥＤチップ１１および変換層１３を被覆している。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップ１１と変換層１３との間の界面に、屈折率の低減による影響を補償することによって光の抽出を容易にするための、粗面化された発光面１５を備える。ＬＥＤチップ１１から射出された光の一部は、変換層１３内で筐体１４との間の界面において反射または後方散乱されるか、または、筐体１４内で反射または後方散乱されて粗面化された面１５に向けて戻される。粗面化された面１５と界面における屈折率の増加とによって、この入射光の大半はＬＥＤチップ１１に再入射して吸収されてしまう場合があり、このためにデバイス１０の光抽出効率が低くなっていた。

本発明に係るＬＥＤデバイスの一実施形態は、以下の構成要素を備える。ＬＥＤチップは、実装面に配設されている。ＬＥＤチップは、粗面化された発光面を有し、第１の屈折率を持つ。スペーサ層は、ＬＥＤチップの上に配設されており、発光面を被覆している。スペーサ層は、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を持つ。スペーサ層には、少なくとも１つの機能層が配設されている。

ＬＥＤデバイスの別の実施形態は、以下の構成要素を備える。ＬＥＤチップは、実装面に配設されており、粗面化された発光面を有し、第１の屈折率を持つ。ＬＥＤチップは、青色光を射出する。スペーサ層は、ＬＥＤチップに配設されており、発光面を被覆している。スペーサ層は、ＬＥＤチップとは反対側に平坦面を有しており、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を持つ。波長変換層は、スペーサ層に配設されている。波長変換層は、青色光の一部を変換して黄色光を射出する。筐体は、実装面に配設されており、ＬＥＤチップを被覆している。当該ＬＥＤデバイスは、白色光に見えるように青色光および黄色光の混合光を射出するように構成されている。

ＬＥＤデバイスを製造する方法の１つは、以下の段階を備える。第１の屈折率を持ち、粗面化された発光面を有するＬＥＤチップを用意する。ＬＥＤチップに、第２の屈折率を持つスペーサ層を配設する。尚、第２の屈折率は、第１の屈折率よりも低い。第３の屈折率を持つ機能層をスペーサ層に配設する。尚、第２の屈折率は、第３の屈折率よりも低く、且つ、光抽出効率を最大限高くするように選択されている。

本発明に係るＬＥＤデバイスの一実施形態を示す断面図である。

公知技術のＬＥＤデバイスを示す断面図であり、国際公開公報２００９／１１７０６７号のＦＩＧ．Ａに対応する図面である。

本発明の実施形態によれば、粗面化されたＬＥＤチップと機能層との間に薄いスペーサ層を配設することによって、光抽出効率が改良された発光デバイスが提供される。スペーサ層は、ＬＥＤチップおよび機能層よりも屈折率（ＲＩ）が低い。ＬＥＤチップは、ＬＥＤが発光する光をより多く抽出するように粗面化された面を有しているが、粗面化された面によって、光がＬＥＤチップに向けて反射されて、吸収されることもある。スペーサ層によって、ＬＥＤチップに再入射する光の量を低減して、全体的な光抽出効率を改善する。

ある構成要素、例えば、層、領域、または基板が別の構成要素の「上に」あると記載されている場合、両者は直接接しているとしてもよいし、間に別の構成要素が設けられているとしてもよいと理解されたい。また、「内側」、「外側」、「上側」、「上方」、「下側」、「真下」、および「下方」等の相対的な用語は、本明細書では、ある層と別の領域との間の関係を説明する場合に利用されるとしてよい。これらの用語は、図面で図示されたデバイスの配向以外の配向も含むものと理解されたい。

本明細書では、さまざまな素子、構成要素、領域、層および／または部分を説明する際に、第１、第２等の用語を利用する場合があるが、これらの素子、構成要素、領域、層および／または部分はこれらの序数によって限定されるべきではない。序数は、ある素子、構成要素、領域、層、または部分を、別の素子、構成要素、領域、層、または部分から区別するためのみに利用される。このため、以下の部分で第１の素子、構成要素、領域、層、または部分と記載するものは、本発明の教示内容から逸脱することなく、第２の素子、構成要素、領域、層、または部分と呼ぶことも可能である。

本願では「層」と記載されている場合、一または複数の層を意味することに留意されたい。当業者であれば、ある材料の一の「層」が実際には、当該材料の複数の別個の層を含み得ることを理解されたい。同様に、ある材料の複数の「層」が、機能的には一の層と見なされる場合もある。つまり、「層」という用語は、ある材料から成る一の均質な層を意味するものではない。一の「層」に、複数の副層に分割されるさまざまな材料の濃度および組成が含まれる場合がある。これらの副層は、一または複数の形成工程を経て形成されるとしてよい。ある構成要素がある材料の一または複数の「層」を含むと記載する場合、明示されていない限り、請求項に記載されている本発明の範囲を限定するものではない。

本明細書では、本発明の実施形態を理想化して概略的に図示した断面図を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。このため、例えば、製造技術および／または製造誤差によっては、図示した形状とは異なる形状が得られることが予想される。本発明の実施形態は、本明細書で図示する領域または粒子の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造工程によっては形状が異なっている場合を含むものと解釈されたい。例えば、矩形として図示または説明される領域は、通常の製造技術では、丸みを帯びた、または、曲線状の部分を含むのが通常である。このように、図面に図示する領域は本質的に概略を説明するものに過ぎず、図示されている形状は、領域または粒子の正確な形状を示すものではなく、本発明の範囲を限定するものではない。

「光」という用語は、本明細書で使用する場合、可視スペクトル内の電磁放射に限定されるものではない。便宜上、「光」という用語は、電磁スペクトルのうち可視スペクトル以外の部分、例えば、赤外スペクトルまたは紫外スペクトルも含むとしてよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤデバイス１００を示す断面図である。ＬＥＤチップ１０２が、実装面１０４に配設されている。ＬＥＤチップ１０２は、任意の色、例えば、青色の光を発光するとしてもよいし、または、可視スペクトル外の放射を射出するとしてもよい。実装面１０４は、半導体材料を含むとしてよい。一実施形態によると、実装面は、ＬＥＤチップを成長させた原基板である。別の実施形態によると、実装面１０４は、成長させた原基板ではなく担体基板である。担体基板は、ＬＥＤチップ１０２がフリップチップ方式を利用して製造される場合に利用されるとしてよい。ＬＥＤチップ１０２は、さまざまな異なる種類の面に実装することが可能である。

ＬＥＤチップ１０２には、内部全反射（ＴＩＲ）を低減してＬＥＤチップ１０２からの光抽出率を高めるべく、粗面化された発光面１０６が設けられている。半導体材料の表面を加工する方法としては多くの方法が公知である。表面加工は、表面に材料を付加して表面の質感を変更するアディティブ方式で行われるとしてよい。また、表面加工は、表面から材料を除去して表面の質感を変更するサブトラクティブ方式で行われるとしてもよい。エッチング、切断、および研磨等のサブトラクティブ方式は、公知技術であり、表面を粗面化する際に多用される。ＬＥＤチップ１０２は、粗面化された発光面１０６の反対側に、反射材料層等の反射素子１０７を含む。反射素子１０７は、ＬＥＤチップ１０２が発光する光のうち一部を、粗面化された発光面１０６に戻るように、方向転換させる。

ＬＥＤチップ１０２には、スペーサ層１０８が配設されている。スペーサ層１０８は、シリコーン、エポキシ、油、誘電体、およびその他の材料等、さまざまな材料から形成されるとしてよい。スペーサ層１０８の材料は、スペーサ層１０８のＲＩがＬＥＤチップ１０２のＲＩおよび後述する機能層１１２のＲＩよりも低くなるように選択される必要がある。スペーサ層１０８のＲＩは、１．４から２．０である必要があり、良好なＲＩは１．５である。スペーサ層１０８の厚みは、約１から２５ミクロンである必要がある。このように薄いスペーサ層１０８は、例えば、高速ＲＰＭスピンコーティング法によってＬＥＤチップ１０２に成膜されるとしてよい。また、このように薄いスペーサ層１０８は、電子ビーム蒸着、スパッタリング、マグネトロンスパッタリング等の誘電体堆積技術を用いて形成するとしてもよい。スペーサ層の発光面１１０は、略平坦な面である。

スペーサ層１０８には、少なくとも１つの機能層１１２が配設されている。尚、機能層１１２およびＬＥＤチップ１０２は、互いから物理的に分離している。機能層１１２は、さまざまな光学素子を含むとしてよく、例えば、変換層、フィルタ層、反射防止層、単結晶変換層、および光散乱層を含むとしてよい。これら以外の種類の機能層を設けることも可能である。機能層１１０のＲＩは、スペーサ層１０８のＲＩよりも高くなければならない。

ＬＥＤチップ１０２で発生する光の一部分は、ＬＥＤデバイス１００の光抽出効率を改善するべく設計され前方に設けられた複数の層を順番に通過する。ＬＥＤチップ１０２から発光される光は最初に、スペーサ層１０８に入る。粗面化面１０６は、ＬＥＤチップ１０２とスペーサ層１０８との間の界面において、両者のＲＩの大きな相違（ΔＲＩ）を補償するべく設けられている。一実施形態によると、ＬＥＤチップは、ＲＩが約２．５である窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。スペーサ層１０８のＲＩは、１．５となるように設定されるとしてよい。この場合、ＲＩの低減幅（ΔＲＩは約１．０）が非常に大きいので、大量に反射されることなく透過される光の量が制限されてしまう。この問題を相殺するべく、粗面化面１０６には、光が漏れる小さい面が多く設けられる。しかし、この相殺効果は逆にも作用し、粗面化面に向けて反射されてきた光は、ＬＥＤチップ内に入って吸収される可能性がある。このような光損失を最小限に抑えるべく、スペーサ層１０８のＲＩは機能層１１２のＲＩよりも低くなるように選択される。スペーサ層１０８に入射する光の一部分はその後、スペーサ層１０８と機能層１１２との間の境界に入射する。このため、この光は、ＲＩの上昇に影響されて、反射が最小限に抑えられつつ機能層に入る。光は、機能層１１２内で反射または後方散乱されると、スペーサ層１０８との境界においてＲＩの低減に影響され、ＴＩＲのために機能層１１２に反射されて戻ってくる可能性は限られている。この境界におけるＴＩＲによって、スペーサ層１０８およびＬＥＤチップ１０２に再入射する光が最小限に抑えられることが望ましい。機能層１１２の内部で反射される光は、周囲の材料、例えば、筐体または外部に出て行く可能性のほうが高い。好ましい実施形態によると、最大のＲＩ変化（ΔＲＩ）は、ＬＥＤチップ１０２の粗面化面１０６とスペーサ層１０８との間の界面で見られる。

図２の断面図に示すように、一実施形態に係るＬＥＤデバイス２００では、機能層１１２のうちの１つが、蛍光体を含有する波長変換層を含む。波長変換層２０２は、関連技術分野で公知のプロセスで、射出された光のうち一部分を別の波長に変換する。図２は、変換されていない青色光および変換された黄色光を一例として示す。色および変換方式は、他のものを利用するとしてもよい。変換２０４は、変換層２０２内で実行されているものとして図示されている。イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）は、利用可能な一般的な蛍光体の一例である。

一実施形態によると、蛍光体では、多くの異なる組成および蛍光材料を単体または組み合わせて利用する。一実施形態によると、単結晶蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、化学式はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を含み得る。ＹＡＧをホストとして、他の化合物を組み合わせることによって、所望の発光波長を実現することができる。単結晶蛍光体が青色光を吸収して黄色光を発光する実施形態によると、単結晶蛍光体はＹＡＧ：Ｃｅを含み得る。本実施形態は特に、青色光および黄色光の組み合わせによって白色光を発光するＬＥＤに応用可能である。Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）を含む（Ｇｄ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ系をベースとする蛍光体から形成される変換粒子を用いることによって、幅広い黄色のスペクトル発光の範囲をすべて実現することができる。白色光を発光するＬＥＤチップに利用可能なほかの黄色蛍光体としては、以下のものが挙げられる。
Ｔｂ_３−ｘＲＥ_ｘＯ_１２：Ｃｅ（ＴＡＧ）、
ＲＥ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ、または
Ｓｒ_{２−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｉＯ_４：Ｅｕ

別の実施形態によると、ＹＡＧをホストとした場合、ある波長を吸収して別の波長の光を発光させるべく、ほかの化合物を利用することもできる。例えば、ＹＡＧ：Ｎｂ単結晶蛍光体を用いて青色光を吸収して赤色光を発光させるとしてよい。第１の蛍光体および第２の蛍光体を、上記では赤色蛍光体と組み合わせられた黄色蛍光体と組み合わせて、より高いＣＲＩの白色光（つまり、温かい白色光）を実現するとしてもよい。利用可能な赤色蛍光体は以下のものを含み得る。
Ｓｒ_ｘＣａ_１−ｘＳ：Ｅｕ，Ｙ、Ｙ＝ハロゲン化物
ＣａＳｉＡｌＮ_３：Ｅｕ、または
Ｓｒ_２−ｙＣａ_ｙＳｉＯ_４：Ｅｕ

他の蛍光体を用いて、略全ての光を特定の色に変換して、飽和色の光を射出させることができる。例えば、以下に記載する蛍光体を利用すれば、飽和した緑色の光を生成することができる。
ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、
Ｓｒ_２−ｙＢａ_ｙＳｉＯ_４：Ｅｕ、または
ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ

変換粒子として利用可能なその他の適切な蛍光体を以下に列挙するが、ほかの蛍光体を用いることも可能である。以下の蛍光体はそれぞれ、青色および／またはＵＶの発光スペクトルで励起されて、所望のピーク発光を実現し、高効率で光を変換し、ストークスシフトが許容範囲内である。
黄色／緑色
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋
Ｂａ_２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋
Ｇｄ_０．４６Ｓｒ_０．３１Ａｌ_１．２３Ｏ_ｘＦ_１．３８：Ｅｕ^２＋ _０．０６
（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＣａ_ｙ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ
Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
赤色
Ｌｕ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋
（Ｓｒ_２−ｘＬａ_ｘ）（Ｃｅ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｏ_４
Ｓｒ_２Ｃｅ_１−ｘＥｕ_ｘＯ_４
Ｓｒ_２−ｘＥｕ_ｘＣｅＯ_４
ＳｒＴｉＯ_３：Ｐｒ^３＋，Ｇａ^３＋
ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋
Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋

蛍光体粒子２０６は、バインダ材料２０８全体にわたって分散している。蛍光体粒子２０６のＲＩおよびバインダ２０８のＲＩは、同じであってもよいし、異なるとしてもよい。しかし、散乱を小さくするべく、差異は最小限に抑えられることが多い。

表１には、スペーサおよびバインダの屈折率の組み合わせを変化させて、スペーサ層を設ける場合と設けない場合のデバイスの光抽出効率（ＬＥＥ、単位は％）を示す。チップ内の鏡の反射率は一定で、蛍光体のＲＩは１．８と仮定する。

表１に示すデータによると、スペーサ層を設けたデバイスの全てにおいて、光抽出効率が高くなっていることが分かる。スペーサ層を設けて、バインダのＲＩを約１．８に、且つ、スペーサ層のＲＩを約１．５に設定したデバイスにおいてＬＥＥが最も高くなっている。

この実施形態にはさらに、変換層２０２およびＬＥＤチップ１０２が隣接しないという利点もある。このような構成は、「蛍光体遠隔配置」方式と呼ばれることもある。蛍光体の効率は温度消光の影響を受けるので、変換層２０２に伝達される熱を制御することは重要である。図２は、ＬＥＤチップ１０２から変換層２０２を物理的に分離させるスペーサ層１０８を示す図である。このような構成とすることによって、ＬＥＤチップ１０２から変換層１０２へと伝達される熱量が少なくなる。このように、スペーサ層１０８は、熱バッファとして機能することができるので、変換層２０２の効率が改善され、長寿命化が実現される。

図３は、別の実施形態に係るＬＥＤデバイス３００を示す断面図である。本実施形態によると、機能層は、所望の波長範囲の光を透過するフィルタ層３０２を有する。フィルタ層３０２は、スペーサ層１０８の略平坦な面１１０に配設されている。フィルタ層３０２は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、または、その他の種類のフィルタの特性を持つとしてよい。例えば、フィルタ層３０２は、青色範囲の光を透過して、黄色範囲の光を反射するように設計されているとしてよい（例えば、ハイパスフィルタ）。このようなフィルタを、波長変換層と組み合わせて利用するとしてよい。図３に示すように、ＬＥＤチップ１０２が青色光を発光する実施形態を仮定すると、フィルタ層は青色光を変換層２０２へと透過する。ＬＥＤチップ１０２から発光された青色光の一部分が、変換層２０２で黄色光へと下方変換される。黄色光の一部は、黄色光を透過しないフィルタ層３０２に向けて方向変換される場合がある。入射した黄色光は、発光面に向けて再度方向変換される。このため、フィルタ層３０２によって、変換後の光の大部分は、スペーサ層１０８およびＬＥＤチップ１０２に再入射せず、吸収されない。

図４は、別の実施形態に係るＬＥＤデバイス４００を示す断面図である。この実施形態によると、機能層は、波長変換層４０３上に配設された光散乱層４０２を有する。２つの機能層は、スペーサ層１０８上に配設されている。光散乱層４０２は、例えば、シリコーンまたはエポキシ等の媒質全体にわたって分散させられている光散乱粒子４０４を含むとしてよい。光散乱層は、ＬＥＤパッケージから射出される前に光を散乱させることによって、出射プロフィールの色温度分布をより均一化するべく形成されるとしてよい。散乱によって、ＬＥＤチップ１０２から出射された時点とは光の出射角度を異ならせ、目立つ色パターンを出射光から除去する。光散乱層４０２および波長変換層４０３は、スペーサ層１０８によってＬＥＤチップ１０２から分離されている。スペーサ層１０８のＲＩは、上述したように光抽出効率を改善するべく、変換層４０３および光散乱層４０２のＲＩよりも低く設定される。

この実施形態にはさらに、機能層４０２および４０３とＬＥＤチップ１０２とが隣接しないという利点もある。機能層４０２および４０３に光が入射すると、このうち一部がスペーサ層１０８に向けて後方散乱される。この光のうち大半は、スペーサ層１０８のＲＩは波長変換層４０３のＲＩよりも低いので、波長変換層４０３とスペーサ層１０８との間の界面で反射され、波長変換層４０３の方向に戻されて射出される可能性が高くなる。スペーサ層１０８には略平坦な表面１１０が設けられているので、この境界で発生することが望まれるＴＩＲ効果が大きくなる。

図５は、別の実施形態に係るＬＥＤデバイス５００を示す図である。この実施形態によると、ＬＥＤチップ１０２、スペーサ層１０８、および機能層１１２の上方にはオーバーモールド筐体５０２が配設されている。筐体は、パッケージの光抽出効率を改善することと、ＬＥＤおよびコンフォーマル層を保護することとを目的として用いられることが多く、関連技術分野では公知であり、シリコーン（ＲＩは約１．５）等のさまざまな材料から形成されるとしてよい。筐体５０２は、レンズ等のように、ビーム成形素子として機能するとしてもよい。筐体５０２は半球形状であるが、他の形状も可能である。

本発明のさまざまな実施形態を説明してきたが、請求項に記載される本発明の精神から逸脱することなく、構成要素の別の組み合わせに基づくその他の実施形態も実施可能である。例えば、図３に示すフィルタ層３０２は、図４に示すような反射素子である光散乱層４０２を含む実施形態に追加するとしてもよい。このため、本発明の精神および範囲は、上述した構成要素の特定の組み合わせに限定されるべきではない。

Claims

実装面に配設されており、粗面化された発光面を有し、第１の屈折率を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、
前記ＬＥＤチップに配設されており、前記発光面を被覆しており、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を持つスペーサ層と、
前記スペーサ層に配設されている少なくとも１つの機能層と
を備えるＬＥＤデバイス。
前記少なくとも１つの機能層は、波長変換層を有する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記波長変換層は、
前記第２の屈折率よりも高い第３の屈折率を持つバインダ材料と、
前記バインダ材料中に分散させられている複数の蛍光体粒子と
を含む請求項２に記載のＬＥＤデバイス。
前記少なくとも１つの機能層はさらに、第１の波長範囲の光を透過させて、第２の波長範囲の光を反射するフィルタ層を有し、前記フィルタ層は、前記スペーサ層と前記波長変換層との間に挟持されている請求項２に記載のＬＥＤデバイス。
前記少なくとも１つの機能層は、光散乱部材を有する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記スペーサ層は、前記ＬＥＤチップとは反対側に、略平坦な面を有する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記機能層は、反射防止コーティング層を有する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記スペーサ層は、厚みが約１から２５マイクロメートルである請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記実装面に配設されており、前記ＬＥＤチップを被覆している半球状筐体をさらに備える請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記ＬＥＤチップは、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）半導体層を有する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記スペーサ層は、前記ＬＥＤチップから前記機能層を熱的に絶縁する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
前記スペーサ層は、前記ＬＥＤチップを保護する請求項１に記載のＬＥＤデバイス。