JP2017175118A - ビーム成形構造体を備えた発光素子およびその製造方法 - Google Patents

ビーム成形構造体を備えた発光素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】非効率的な反射器を使用することなく、視野角または空間放射パターンを調整して様々な用途に適合させることができる発光素子を提供する。【解決手段】フリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイ１０およびビーム成形構造体（ＢＳＳ）３０を含み、ＬＥＤ半導体ダイ上にフォトルミネセンス構造体２０を配設して、蛍光体で被覆された白色光ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を形成する。ＢＳＳは、光散乱粒子を３０重量％以下の濃度でポリマー樹脂材料中に分散させることにより製造し、フォトルミネセンス構造体もしくはＬＥＤ半導体ダイの縁部位に隣接して配置するか、またはフォトルミネセンス構造体もしくはＬＥＤ半導体ダイの上方の離れた位置に配置する。素子の縁部位に配置されたＢＳＳにより素子の縁部からの発光を低減でき、また、素子の上部位に配置されたＢＳＳにより素子の上面からの発光を低減できるため、素子の放射パターンおよび視野角の成形が可能である。【選択図】図３Ａ

Description

関連出願の引用参照
本出願は、２０１６年２月５日に出願された台湾特許出願第１０５１０４０３４号、ならびに当該台湾特許出願の優先権を主張する２０１６年２月５日に出願された中国特許出願第２０１６１００８２１４２．６号に対する利益および優先権を主張するものであり、両出願の開示全体を参照により本願に取り込む。
背景
技術分野
本開示は、発光素子およびその製造方法に関するものであり、特に、動作時に電磁放射を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含むチップスケール型パッケージ発光素子に関する。
関連技術の説明
最近のチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）型ＬＥＤ素子は、有望な利点を有することから、その開発にますます多くの注目が集まっている。一般的な例として、図１Ａに示すような白色光ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、通常、小型チップスケールサイズのフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイ７１と、ＬＥＤ半導体ダイを覆うフォトルミネセンス構造体７２とによって構成されている。フォトルミネセンス構造体７２がＬＥＤ半導体ダイ７１の上面および縁面の４つの側縁部を覆って、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子はその上面ならびに縁面の４つの側縁部から光を出射するようにしている。したがって、光はＣＳＰ型ＬＥＤ素子の異なる方向における５つの面から発光し、５面発光型光源を形成している。
リード付きプラスチック製チップキャリア（ＰＬＣＣ）ＬＥＤ素子と比較すると、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は以下の利点を示す。（１）ボンディングワイヤおよびリードフレームが不要なため、材料コストが大幅に安くなる。（２）ＬＥＤ半導体ダイと搭載基板、一般的には印刷回路基板（ＰＣＢ）との間にリードフレームを使用せず、その間の熱抵抗がさらに低くなる。よって、駆動電流が同じであっても、ＬＥＤ動作温度が低くなる。換言すれば、少ない電気エネルギーで多くのＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光出力が得られる。（３）動作温度が低いため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のＬＥＤ半導体量子効率が高くなる。（４）光源のフォームファクタが非常に小さいため、モジュールレベルでのＬＥＤ装置の設計自由度が増す。（５）ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の発光領域が小さく点光源に近いため、光学レンズ設計が容易になる。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子がコンパクトなため、例えば自動車のヘッドライトなど、一部の投影型照明においてエテンデュの小さい光を高い光強度で発生するように設計できる。
ＣＳＰ型ＬＥＤ素子には多くの利点があるものの、比較用の５面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子はより大きな視野角を有する。この視野角は一般的には、特定のＣＳＰ型ＬＥＤ素子では様々な幾何学的寸法に応じて１４０度〜１６０度の範囲である。５面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、現状でも、ＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子の一般的な約１２０度の視野角よりもはるかに大きい。大きな視野角を有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子は用途によっては有利であるが、視野角の小さい投影光源用の特定用途には適さない。例えば、エッジ照明バックライト装置または映写用電球などの用途の場合、視野角の小さい光源を規定して高い光エネルギー透過効率を達成する。よって、このような用途の仕様に合う、より小さな視野角を有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子を提供する必要がある。
光学レンズをＬＥＤ素子と共に用いてその空間放射パターンを成形して、例えば視野角を拡大または縮小できる。しかし、このような光学レンズを用いたアプローチでは、空間的制約のある特定の用途には適さない。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子にさらに光学レンズを追加すると、製造コストが増加するだけでなく、大きな全体スペースを占めてしまうため、フォームファクタが小さいというＣＳＰ型ＬＥＤ素子の大きな利点の１つが打ち消されてしまう。
図１Ｂは、視野角を小さくできる別の型の比較用の「上面発光型」ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す。このＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、フリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイ７１、フォトルミネセンス構造体７２および反射性構造体７３によって構成されている。フォトルミネセンス構造体７２は、ＬＥＤ半導体ダイ７１の上面に配設され、反射性構造体７３は、ＬＥＤ半導体ダイ７１の縁面の４つの側縁部を覆っている。このような構造では、光は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の上面から導出する、つまり上面発光であるため、それに応じた小さな視野角が得られる。比較用の上面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、典型的には、１２０度〜１３０度である。図１Ｂに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する際に用いられる組成材料に関しては、反射性構造体７３は光散乱粒子をポリマー樹脂材料と混合させて形成され、光散乱粒子の濃度は、一般的には３０ｗｔ％より高くして光反射器として機能させる。しかし、この組成材料から形成された反射性構造体７３の場合、ＬＥＤ半導体ダイ７１またはフォトルミネセンス構造体７２から出射した光をはね返す反射器としては未だ十分でない。反射率の高さが十分でない場合、必然的に、いくつかの光子が反射性構造体７３内で消失してしまうことは避けられない。例えば、図１Ｃに示すように、光子は、光路Ｐに沿って反射性構造体７３を貫通し、反射性構造体７３内の終点Ｐ’において最終的に吸収される。そのため、反射性構造体７３内における光子の消失によって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光学的効率が低下する。さらに、図１Ｃに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造方法では、ＬＥＤ半導体ダイ７１の縁面の４つの側縁部を反射性材料で覆って反射性構造体７３を形成する付加的な製造工程が含まれる。高精度の金型を用いて反射性構造体７３を製造すれば、配置の精度が高くなって製造コストが大幅に増加してしまう。
概要
上記の欠陥を鑑み、本開示によるビーム成形構造体を備えた改良されたＣＳＰ型ＬＥＤ素子を開示する。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子構造内で光がトラップされることで光エネルギー損失が過剰になる非効率的な反射器を使用することなく、視野角または空間放射パターンを調整して様々な用途に適合させることができる。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の別の利点は、能率化した製造工程を用いて、製造コストを増加させずに、小さいフォームファクタを維持できることである。
本開示のいくつかの実施形態では、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。ビーム成形構造体（ＢＳＳ）を適切に設計することによって、本ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、１４０度〜１６０度の視野角を有する比較用の５面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子に比べて、約１２０度〜約１４０度に減少するとともに、フォームファクタは実質的に同じに維持される。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、比較的能率的で安価な製造工程を用いることで製造できる。本開示によるＢＳＳの別の実施形態によれば、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、比較用の５面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤと比較して約１６０度超に拡大し、特定の用途の仕様を満たすことができる。
上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態による視野角がより小さいＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ半導体ダイ、フォトルミネセンス構造体およびビーム成形構造体を備えている。ＬＥＤ半導体ダイは、上面、実質的に平行で対向する下面、縁面および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイである。フォトルミネセンス構造体は、ＬＥＤ半導体ダイの上面および縁面を覆って形成され、ＢＳＳは、意図的にフォトルミネセンス構造体の縁部位を覆うように配設されている。ＢＳＳは、ポリマー樹脂材料中に分散した比較的濃度が低い（例えば、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、または約１０ｗｔ％以下の）光散乱粒子によって構成された組成材料から製造される。そのため、ＬＥＤ半導体ダイの４つの側縁部およびフォトルミネセンス構造体の４つの側縁部から出射してＢＳＳ内をほぼ水平方向に進行する光の一部を散乱させ、ほぼ垂直方向に転向できる。これにより、ほぼ垂直方向における光強度が増し、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子全体の視野角が小さくなる。
上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態による視野角がより大きいＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ半導体ダイ、フォトルミネセンス構造体、上澄み光透過層およびＢＳＳを備えている。ＬＥＤ半導体ダイは、上面、実質的に平行で対向する下面、縁面および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイである。フォトルミネセンス構造体は、上面およびＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆って形成されている。上澄み光透過層は、意図的にＢＳＳが上澄み光透過層の上面を覆うようにフォトルミネセンス構造体上に配設されている。ＢＳＳは、ポリマー樹脂材料中に分散する比較的濃度が低い（例えば、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、または約１０ｗｔ％以下の）光散乱粒子によって構成された組成材料から製造される。そのため、ＬＥＤ半導体ダイおよびフォトルミネセンス構造体からほぼ垂直方向において出射した部分光を散乱させ、ほぼ水平方向に転向させることで、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子全体の視野角を大きくできる。
上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態による視野角が小さい別の単色ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ半導体ダイおよびＢＳＳを備えている。ＬＥＤ半導体ダイは、上面、実質的に平行で対向する下面、縁面および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイである。ＢＳＳは、少なくともＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆っている。ＢＳＳは、ポリマー樹脂材料中に分散した比較的濃度の低い（例えば、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、または約１０ｗｔ％以下の）光散乱粒子によって構成された組成材料から製造される。そのため、ＬＥＤ半導体ダイからほぼ水平方向に出射した部分光を散乱させ、ほぼ垂直方向に転向させることで、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子全体の視野角を小さくできる。
上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の製造方法は、以下を含む。すなわち、１）複数のＬＥＤ半導体ダイを離型層上に配置して、ＬＥＤ半導体ダイのアレイを形成し、２）ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に複数の接続されたパッケージ構造体を形成し、その場合、ビーム成形構造体がパッケージ構造体の一部として形成され、３）複数のパッケージ構造体を個別分離し、その場合、離型層は複数のパッケージ構造体を個別分離する前または後に除去可能である。
よって、本開示は、少なくとも以下の利点を提供する。すなわち、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のＢＳＳは比較的低濃度（例えば、約３０ｗｔ％以下）の光散乱粒子を有するため、ＬＥＤ半導体ダイおよび／またはフォトルミネセンス構造体から出射した部分光は、ＢＳＳ中を進む際に別の方向に散乱される。そのため、元の進行方向における光強度が低下し、これに応じてＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角も変化する。ＢＳＳを適切に設計することにより、比較用の上面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子で発生するような反射性構造体内における過剰光子の消失が軽減する。その結果、全体的な発光効率を向上させることができる。
一例として、意図的にＢＳＳがＣＳＰ型ＬＥＤ素子の側縁部を取り囲むように配設すると、本来ＬＥＤ半導体ダイのほぼ水平方向に進む部分光は、ＢＳＳ中を進みながらほぼ垂直方向に散乱するが、本来ほぼ垂直方向に進む光には、ＢＳＳによる散乱効果が及ばないことがある。そのため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のほぼ水平方向に進む光の強度が低下するのに対し、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のほぼ垂直方向に進む光の強度は増加するため、視野角が全体的に小さくなる。換言すれば、本開示のいくつかの実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子では、約１２０度〜約１４０度のより小さな視野角を得ることができる。
別の例として、ＢＳＳをＬＥＤ半導体ダイの上方にスペーサを挟んで離れて配設すると、本来ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のほぼ水平方向に進む光の強度が増し、本来ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のほぼ垂直方向に進む光の強度は低下する。換言すれば、全体的な視野角を例えば約１６０度または約１７０度に拡大できる。
加えて、本開示のいくつかの実施形態のＢＳＳは、十分に制御されながらも廉価な製造工程を用いて製造することができる。また、ＢＳＳは、素子全体の幾何学的外形の増加を招くことなく、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子内に組み込まれる。そのため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角を調整することで、様々な用途に十分適したものになる。
本開示のその他の態様および実施形態も企図される。上記した概要および以下の詳細な説明は、本開示をいずれかの特定の実施形態に制限するものではなく、本開示のいくつかの実施形態について述べているにすぎない。
および 比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。 比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光消失機構を示す模式断面図である。 本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。 本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。 図２Ｂに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子のＢＳＳ内の光ビーム転向機構を示す模式断面図である。 および 図２Ｂに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子の変形例の実施形態を示す模式断面図である。 本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。 本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。 本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。 本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。 本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す断面模式図である。 および および および および および および および 本開示の様々な実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造工程を示す模式図である。
詳細な説明
定義
以下の定義は、本発明のいくつかの実施形態に関して述べるいくつかの技術態様に適用されるものである。これらの定義は、本明細書において同じように拡大してもよい。
本明細書で使用する単数扱いの用語は、非特定と特定とを問わず、文脈上特に指示しない限り、複数の対象を含むものとする。よって、例えば、１つの層に関する説明は、特に明示しない限り複数の層を含み得る。
本明細書で使用する用語「１組」は、１つ以上の構成要素の集りを意味する。したがって、例えば、１組の層は単一の層または複数の層を含む場合がある。１組の構成要素とは、１組のうちの複数の部材を意味する場合もある。１組のうちの複数の構成要素は、同じものである場合もあれば、異なる場合もある。いくつかの場合において、１組の各構成要素は、１つ以上の共通する特性を含んでもよい。
本明細書で使用する用語「隣接する」は、近くにあるか、または隣り合うことを意味する。隣接する構成要素は、互いに離れていてもよいし、または互いに実際に、すなわち直接に接触していてもよい。いくつかの例では、隣接する構成要素は、互いに接続している場合があり、または互いに一体形成されている場合もある。いくつかの実施形態の記載において、別の構成要素の「上」に、または「上方」に設けられた構成要素とは、前者の要素が後者の要素に直接設けられている場合（例えば、直接物理的に接触している場合）と、１つ以上の介在要素が前者の要素と後者の要素との間に設けられている場合も含んでもよい。いくつかの実施形態の記載において、別の構成要素の「下」に設けられた構成要素とは、前者の構成要素が後者の構成要素の下に設けられている場合（例えば、直接物理的に接触している場合）と、１つ以上の介在要素が前者の構成要素と後者の構成要素との間に設けられている場合を含んでもよい。
本明細書で使用する用語「接続する」、「接続された」および「接続」は、動作上の連結または関連を意味する。接続された構成要素は、互いに直接連結させてもよく、あるいは例えば別の１組の構成要素を介して互いに間接的に連結させてもよい。
本明細書で使用する用語「約」、「実質的に」および「実質的な」は、考慮すべき度合いまたは程度を意味する。事象または状況に関連付けて用いられる場合、本用語は、その事象または状況が間違いなく発生する場合の他に、その事象または状況がほぼ発生する、例えば本明細書中に記載の製造作業の典型的な許容レベルを占めるような近接の場合を含んでもよい。例えば、数値に関連して用いられる場合、これらの用語は、±１０％以内の数値の変動範囲を含んでいてもよく、例えば、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内、または±０．０５％以内の変動範囲を含む。例えば、２つの面間のなんらかのずれが５０μｍ以下、例えば、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、１μｍ以下、または0.5μｍ以下である場合、これら２つの面は実質的に同じ高さであるか、または整列しているとみなされる。
本明細書でフォトルミネセンスに関して使用される用語「効率」または「量子効率」とは、入力光子数に対する出力光子数の比を表す。
本明細書で使用する用語「大きさ」は、特徴的寸法を意味する。対象物が球形（例えば粒子）の場合、対象物の大きさとは対象物の直径を意味するものでよい。対象物が非球形の場合、対象物の大きさとは対象物の様々な直交寸法の平均値を意味するものでよい。よって、例えば、楕円体の対象物の大きさは、その対象物の長軸と短軸の平均値を指すものでよい。特定の大きさを有する１組の対象物について言及する場合、対象物はその特定の大きさの周囲にいくつかの大きさが分布するものと考えられる。よって、本明細書において用いられるように、１組の対象物の大きさは、例えば大きさの平均値、中間値またはピーク値などの大きさ分布の一般的な大きさを意味するものでよい。
図２Ａは本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの３Ｄ模式斜視図であり、図２Ｂはその模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、ＬＥＤ半導体ダイ１０、フォトルミネセンス構造体２０、ビーム成形構造体（ＢＳＳ）３０、および上澄み光透過層４０を備えている。パッケージ構造体２００は、フォトルミネセンス構造体２０、ＢＳＳ３０、および上澄み光透過層４０を備えている。詳細な技術内容について、以下に述べる。
ＬＥＤ半導体ダイ１０は望ましくはフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイであり、上面１１、下面１２、縁面１３および１組の電極１４を有する。上面１１および下面１２は実質的に平行に形成され、互いに対向している。縁面１３は、上面１１と下面１２との間に形成され、上面１１の外縁を下面１２の外縁と接続している。
１組の電極１４または複数の電極は、下面１２上に配設されている。電気エネルギーを１組の電極１４を通ってＬＥＤ半導体ダイ１０に印加すると、エレクトロルミネセンスが発生する。この特定の構造に関しては、エレクトロルミネセンスを発生させる活性領域は通常、フリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイ１０の下側位置（下面１２に近い位置）の近くに位置している。そのため、活性領域によって生成された光は、上面１１および縁面１３を通って、外方に出射する。したがって、フリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイ１０は、光を上面１１および縁面１３（４つの周辺側縁部）から出射する、すなわち、５面発光型ＬＥＤ半導体ダイを構成する。
フォトルミネセンス構造体２０の主要な機能は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１および縁面１３から出射した光の波長を変換することである。詳細には、ＬＥＤ半導体ダイ１０から出射した青色光がフォトルミネセンス構造体２０を透過すると、フォトルミネセンス構造体２０中に含まれるフォトルミネセンス材料によって青色光の一部を波長が長くエネルギーの低い光へダウンコンバートすることができる。そのため、フォトルミネセンス材料およびＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した異なる波長の光を所定の比で混合して、所望の色の光、例えば様々な色温度の白色光を生成できる。
素子１Ａの構造に関して、フォトルミネセンス構造体２０はさらに、上部位２１、縁部位２２、および延長部位２３を備えている。上部位２１は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を覆って、上面１１から出射した光を長い波長へダウンコンバートするように形成され、縁部位２２は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３を覆い、縁面１３から出射した光を長い波長へダウンコンバートするように形成されている。延長部位２３は、縁部位２２から外方に延びている。縁部位２２および延長部位２３はどちらも、ＬＥＤ半導体ダイ１０を包囲するように形成され、延長部位２３の厚さは望ましくは、ＬＥＤ半導体ダイ１０の厚さよりも薄い。図２Ｂに示すように、上部位２１は上面２１１を有し、縁部位２２は縁面２２１を有する。延長部位２３は上面２３１を有する。
ＢＳＳ３０はフォトルミネセンス構造体２０を囲繞するように配設され、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角をＢＳＳ３０によって小さくできるようにしている。従来は、ＬＥＤ素子の視野角は、一般的に空間放射パターンの半値全幅（ＦＷＨＭ）と規定され、ＦＷＨＭは、光強度がそのピーク値の半分（半値）に等しいときの空間放射パターンの「幅」（または角度）を表す。
詳細には、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子がＢＳＳ３０を備えていない場合、フォトルミネセンス構造体２０を透過する光は、一般的に、視野角が１４０度〜１６０度の放射パターンを形成する。これと対照的に、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子にＢＳＳ３０が組み込まれている場合、視野角は約１４０度未満、例えば約１２０度〜約１４０度の間にある。
より詳細には、ＢＳＳ３０は、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２の縁面２２１および延長部位２３の上面２３１の両方を覆っている。異なるプロセス条件を用いてＢＳＳ３０の変形例を達成することができる。例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ＢＳＳ３０の上面３１は、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１の上面２１１と実質的に同じ高さであるか、またはこれと整列し、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１は、ＢＳＳ３０によって覆われず露出している。
他の変形例に関しては、図３Ａに示すように、ＢＳＳ３０は、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１の上面２１１上に若干延びて上面を覆っていてもよい。図３Ｂに示すように、ＢＳＳ３０の上面３１は、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１の上面２１１よりも若干低くして上部位２１を覆わないで、縁部位２２がＢＳＳ３０から部分的に露出するようにしてもよい。換言すれば、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２を囲繞して形成されたＢＳＳ３０は、上部位２１を選択的に覆うか、または縁部位２２の縁面２２１を選択的かつ部分的に覆ってもよい。
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ＢＳＳ３０は、ポリマー樹脂材料３０１およびポリマー樹脂材料３０１中に分散させた光散乱粒子３０２を用いて製造され、光の進行方向を変える。光散乱粒子３０２は、例えば、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、その他の金属、非金属酸化物、またはこれらの任意の組み合わせによる材料のうちの１つから選択してもよい。光散乱粒子３０２の結合に用いられるポリマー樹脂材料３０１は、望ましくは光透過性である。ポリマー樹脂材料３０１は、例えば、シリコーン、エポキシもしくはゴム、またはこれらの任意の組み合わせからなる熱硬化材料のうちの１つから選択してもよい。
光散乱粒子３０２を高濃度でＢＳＳ３０中に過剰に分散させると、光がＢＳＳ３０を通過するのが困難になる。そのため、ＢＳＳ３０中の光散乱粒子３０２は重量百分率ｗｔ％で、約３０ｗｔ％以下、約２５ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、約１５ｗｔ％以下、または約１０ｗｔ％以下である。すなわち、ＢＳＳ３０が含む光散乱粒子３０２は比較的低濃度である。
製造を容易にするためには、光散乱粒子３０２を熱硬化ポリマー樹脂材料３０１中に均一に分散させることが望ましい。しかし、製造工程時に、光散乱粒子３０２が重力効果または他の要因によりポリマー樹脂材料３０１中に均一に分散しない場合があることは理解されよう。別の実施例において、光散乱粒子３０２を意図的に導入して、ポリマー樹脂材料３０１中の特定位置の濃度を高くしてもよい。例えば、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１および縁部位２２を両方ともポリマー樹脂材料３０１で覆うように配置する場合、光散乱粒子３０２は、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２を囲繞する位置において濃度を高くし、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１を覆うる位置において濃度を低くすることが望ましい。そのため、上部位２１から出射した光は、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２から出射した光と比較するほど強い光散乱効果は得られない。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、上澄み光透過層４０は、ＢＳＳ３０上に配置されてＢＳＳ３０の上面３１を覆い、フォトルミネセンス構造体２０およびＢＳＳ３０の環境保護層および平坦化層の役割を果たす。ＢＳＳ３０がフォトルミネセンス構造体２０の上部位２１を覆うことを意図していない場合、図２Ｂおよび図３Ｂに示すように、上澄み光透過層４０は、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１１およびＢＳＳ３０の上面３１を同時に覆い、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１１およびＢＳＳ３０の上面３１を隣接させることができる。
図２Ｃは、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの模式断面図であり、ビーム成形機構によってＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角が変わる様子を示す。
フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２を覆うように形成されたＢＳＳ３０は、比較的低濃度（例えば、約３０ｗｔ％を超えない濃度）の光散乱粒子３０２を有するため、ＬＥＤ半導体ダイ１０から出射してフォトルミネセンス構造体２０中をほぼ水平方向Ｄ２に通過する光ビームＬは、ＢＳＳ３０を貫通する。ＢＳＳ３０内では、光ビームＬの一部（Ｌ１）がその元の方向（例えば、ほぼ水平方向Ｄ２）に進み続け、最終的にＢＳＳ３０の縁面３２から漏れ出る。光ビームＬの別の一部（Ｌ２）は、その進行方向が大きく変わり、光散乱粒子３０２によりほぼ垂直方向Ｄ１に転向して、最終的にＢＳＳ３０の上面３１から外方に出射する。
換言すれば、本来のほぼ水平方向Ｄ２に進行する光ビームＬがＢＳＳ３０を通過した後、光ビームの一部Ｌ１はほぼ水平方向Ｄ２において外方に進み続け、別の一部の光ビームＬ２はほぼ垂直方向Ｄ１に散乱する。その結果、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのほぼ水平方向Ｄ２に出射した光ビームは強度が低下し、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのほぼ垂直方向Ｄ１に出射した光ビームは強度が増加する。このように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａから出射した光ビームは、ほぼ垂直方向Ｄ１に出射する強度が高くなるため、ＢＳＳを用いない比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子に比べ、視野角が小さくなる。また、ＢＳＳ３０は、比較的低濃度の光散乱粒子３０２を有するため、ＢＳＳ３０内で光子が消失する確率が低くなり、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ全体の発光効率が向上する。
さらに、視野角に影響するＢＳＳ３０の２つの設計パラメータ、例えば、光散乱粒子３０２の重量百分率およびＢＳＳ３０の幾何学的寸法を以下の段落に詳細に例示する。
ＢＳＳの第１の設計パラメータは、散乱粒子濃度である。ＢＳＳ３０が高濃度の（ｗｔ％によって定量化された）光散乱粒子３０２を有するほど、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角は小さくなりやすい。以下の表１にまとめた測定結果に示すように、光散乱粒子３０２の濃度が約１．５ｗｔ％（実施形態の素子Ｔ１）から約２．５ｗｔ％（実施形態の素子Ｔ２）へ増加した場合、視野角は約１２８度（実施形態の素子Ｔ１）から約１２６度（実施形態の素子Ｔ２）に減少し、その他の素子パラメータは同じままである。ＢＳＳ３０が高濃度の光散乱粒子３０２を有するほど、光ビームＬはＢＳＳ３０を透過する時に高い光散乱効果を得る確率が高くなるため、光ビームＬが散乱して異なる進行方向に転向する確率が高くなることが理解されよう。よって、ほぼ水平方向Ｄ２における光強度が低下し、ほぼ垂直方向Ｄ１における光強度が高くなり、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ全体の視野角が小さくなる。
いくつかの実施形態において、光散乱粒子３０２の重量百分率は、約１０％より低く、かつ約０．１％より高いことが望ましく、これによりＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、約１２０度〜約１４０度の視野角を有する光ビームを得ることができる。
他の設計要素に関して、２つのパラメータを規定して、ＢＳＳ３０の幾何学的寸法を特徴付ける。図２Ｃに示すように、第１の特性寸法Ｗは、フォトルミネセンス構造体２０の縁面２２１からＢＳＳ３０の縁面３２までの水平距離として規定され、第２の特性寸法Ｔは、下面３３からＢＳＳ３０の上面３１までの垂直距離として規定される。次にさらに、アスペクト比を、第１の特性寸法Ｗを第２の特性寸法Ｔによって除した値、すなわちＷ／Ｔとして規定することができる。アスペクト比Ｗ／Ｔが大きくなるほど、視野角は小さくなることが理解されよう。表１にまとめた実施形態の素子Ｔ１と実施形態の素子Ｔ３の測定結果を比較すると、視野角は約１２８度から約１２４度に減少し、アスペクト比Ｗ／Ｔは約１８０μｍ／１５０μｍから約２５０μｍ／１５０μｍに増加し、ＢＳＳの他のパラメータは同じままである。ＢＳＳ３０のアスペクト比Ｗ／Ｔが大きくなると、ほぼ水平方向Ｄ２に沿って進む光ビームＬは、ＢＳＳ３０中における光散乱効果が増す。光ビームＬがほぼ垂直方向Ｄ１へ散乱すると、光ビームＬがほぼ垂直方向に進んでＢＳＳ３０から漏れ出るまでの距離が短くなる。そのため、ほぼ垂直方向Ｄ１において光ビームＬが受ける光散乱効果はほとんどない。よって、ほぼ水平方向Ｄ２における光強度が低下するのに対し、ほぼ垂直方向Ｄ１における光強度が増すため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ全体の視野角は小さくなる。いくつかの実施形態において、アスペクト比Ｗ／Ｔは約１よりも大きくなり得、例えば、約１．１以上、約１．２以上、約１．３以上、約１．４以上、または約１．５以上、さらには約１．８以上または約２以上まで大きくなる場合がある。
さらに、ＢＳＳ３０に加えて、上澄み光透過層４０もＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角を成形する役割を果たす。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、上澄み光透過層４０を任意で有していてもよく、これにより、ほぼ垂直方向Ｄ１に進む光が上澄み光透過層４０を通る際に屈折して、全体的な視野角が大きくなる。測定結果の１つによると、上澄み光透過層４０を有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは約１２５度の視野角を示し、上澄み光透過層４０（図示せず）を含まないＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは約１２０度の視野角を示している。
上澄み光透過層４０は、視野角の成形の他に、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの光抽出効率または発光効率を向上させることもできる。測定結果の１つによると、上澄み光透過層４０を有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、上澄み光透過層４０を含まないＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａよりも発光効率が約５％高い。さらに、上澄み光透過層４０は、フォトルミネセンス構造体２０およびＢＳＳ３０に比べて屈折率（ＲＩ）が低いポリマー樹脂材料を用いて製造してもよい。これにより、適切なＲＩ整合を行って、例えば、フォトルミネセンス構造体２０、ＢＳＳ３０、上澄み光透過層４０および周囲環境（空気）といった様々な媒体間の界面で生じる内部全反射に起因する光エネルギー損失を低減させることができる。よって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの光抽出効率および発光効率をさらに改善できる。
したがって、所望の視野角および全体発光効率に応じて、上澄み光透過層４０をＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａに組み込むことができる。
また、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示す変形例の実施形態によると、ＢＳＳ３０は、フォトルミネセンス構造体２０を様々な範囲で覆って、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角を成形することができる。
上記の各段落は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａに関連する実施形態の詳細な説明である。本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の他の実施形態の詳細な説明を以下に記載する。以下の発光素子の実施形態で見られる特徴および利点に関する詳細な説明の一部は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａに関する説明と類似するため、省略して説明を簡略にすることが理解されよう。
図４は、本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１ＢとＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａとの違いは、少なくとも、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂのフォトルミネセンス構造体２０がＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの有する延長部位２３を含まない点である。そのため、ＢＳＳ３０の下面３３は縁部位２２の下面２２２と実質的に同じ高さであるか、またはこれと整列し、また、ＬＥＤ半導体ダイ１０の下面１２と実質的に同じ高さであるか、またはこれと整列するものでよい。加えて、成形工程を行ってフォトルミネセンス構造体２０を製造する場合、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂのフォトルミネセンス構造体２０の厚さは、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのフォトルミネセンス構造体２０の厚さよりも大きくできる。
図５は、本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃと上述のＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａおよび１Ｂとの違いは、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃがさらに、フォトルミネセンス構造体２０とＬＥＤ半導体ダイ１０との間に挟まれた軟質緩衝層５０を含む点である。詳細には、軟質緩衝層５０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１および縁面１３を覆っている。その後、ＢＳＳ３０を平坦化層として形成し、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２を覆い、さらに任意でフォトルミネセンス構造体２０の上部位２１を覆う。
軟質緩衝層５０は、以下の技術的利点を有する。すなわち、１）フォトルミネセンス構造体２０とＬＥＤ半導体ダイ１０との間の密着強度が向上し、２）ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃ内の構成要素間の熱膨張係数の不一致に起因する内部応力が軽減し、３）その後のフォトルミネセンス構造体２０の製造が容易になり、ほぼ形状適応性の被覆層が形成される。軟質緩衝層５０の詳細な技術的記載については、米国特許出願第１５／３８９，４１７号（台湾特許出願第１０４１４４４４１号としても公開）に開示されている。本明細書に同公報の開示内容全体を参照により取り込む。
図６は、本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄの模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄと上述したＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ、１Ｂおよび１Ｃとの違いは、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄがフォトルミネセンス構造体２０を含まないでＢＳＳ３０がＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３を直接覆って接合するようにし、さらに任意でＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を覆う点である。フォトルミネセンス構造体２０が含まれないため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄは、単色の光ビーム、例えば赤色、緑色、青色、赤外線、紫外線などを出力することができる。この特定の構造により、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄは、視野角がより小さい光ビームを得ることができる。
上記のＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ〜１Ｄに共通する技術的特徴として、ＢＳＳ３０を主に素子構造内の側部位上に配置することで、光ビームの一部をほぼ水平方向からほぼ垂直方向へ転向させて視野角が小さくなることである。本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅは、ＢＳＳ３０’をＬＥＤ半導体ダイ１０およびフォトルミネセンス構造体２０の両方の上方の離れた位置に配置して、光ビームの一部をほぼ垂直方向からほぼ水平方向へ転向させて、視野角を大きくする。
図７ＡはＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの３Ｄ模式斜視図であり、図７Ｂは素子１Ｅの模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａと同様に、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅも、ＬＥＤ半導体ダイ１０、フォトルミネセンス構造体２０、ビーム成形構造体（ＢＳＳ）３０’および上澄み光透過層４０’を含む。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの各構成要素の詳細な技術内容については、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの対応する構成要素に関する説明を参照することとするが、ＢＳＳ３０’および上澄み光透過層４０’の配置構成は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの構成とは異なることが理解されよう。
詳細には、上澄み光透過層４０’は、フォトルミネセンス構造体２０上に積層された平坦化層として形成され、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１、縁部位２２および延長部位２３を覆っている。図７Ｂに示すように、上澄み光透過層４０’は、ＢＳＳ３０’とフォトルミネセンス構造体２０との間に挟まれた平坦化層ならびにスペーサ層として機能する。ＢＳＳ３０’の厚さは望ましくは実質的に均一であり、上澄み光透過層４０’の上面４１の一部の領域を実質的に完全に覆うか、または選択的に覆う。
ＢＳＳ３０’は、比較的低濃度の光散乱粒子３０２を含み、その濃度は、約３０ｗｔ％を超えず、約２５ｗｔ％を超えず、約２０ｗｔ％を超えず、約１５ｗｔ％を超えず、または約１０ｗｔ％を超えず、望ましくは約０．１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％である。この特定の実施形態により、ＬＥＤ半導体ダイ１０が直接発光したか、またはフォトルミネセンス構造体２０によりダウンコンバートされほぼ垂直方向Ｄ１に進んだ光ビームＬは、一部がＢＳＳ３０’に進入できる。ＢＳＳ３０’内に進入すると、光ビームＬの一部は、図７Ｂ中の光ビームＬ１として示すように、光散乱効果によって進行方向があまり変化しない。図７Ｂに光ビームＬ２として示す光ビームＬの別の一部は、ほぼ水平方向Ｄ２に散乱し、最終的にＢＳＳ３０’の縁面から外方に出射する。
その結果、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅのほぼ水平方向Ｄ２に進行する光ビームの強度が増加し、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅのほぼ垂直方向Ｄ１に進行する光ビームの強度が低下する。よって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの発光した光ビームＬは、ＢＳＳ３０’を含まない比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子よりも大きな視野角を示すことになる。例えば、視野角は、約１６０度よりも大きくでき、例えば、約１６０度〜約１８０度を上回る範囲に拡大できる。測定結果の一例によると、上澄み光透過層４０’上にＢＳＳ３０’を形成したＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの視野角は約１７０度であり、ＢＳＳ３０’を含まない比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子（図示せず）の視野角は１４０度である。したがって、ＢＳＳ３０’は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの視野角を拡大させてより大きな視野角を指定する特定の用途条件を満たすという目的を果たす。
次に、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子のいくつかの実施形態を製造する製造方法について説明する。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ〜１Ｅを製造する製造方法は、順序が異なるものの類似している。製造方法の変形例の実施形態の詳細な説明は一部が類似しているため、省略して説明を簡略にすることが理解されよう。
図８Ａ〜図８Ｆは、本開示のいくつかの実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造方法を示す。本製造方法は、以下の３つの主製造段階を含む。すなわち、１）複数のＬＥＤ半導体ダイ１０を配置してアレイを離型層９００上に形成し、２）複数のパッケージ構造体２００を含むパッケージシート層をＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイ上に形成し、３）パッケージシート層を個別分離して複数のＣＳＰ型ＬＥＤ素子を形成する。本製造方法の技術について、以下にさらに詳細に述べる。
第１の主製造段階では、ＬＥＤ半導体ダイのアレイを形成する。図８Ａに示すように、先ず離型層９００を製造し、離型層９００を例えばシリコン基板、ガラス基板、金属基板などのキャリア基板（図示せず）上に配置してもよい。次に、複数のＬＥＤ半導体ダイ１０を離型層９００上に配置して、ＬＥＤ半導体ダイのアレイ１０を実質的に一定のピッチ長で形成する。離型層９００の実施例として、紫外線（ＵＶ）光剥離テープ、熱剥離テープなどがある。ＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイの各１組の電極１４を配置して強く押圧し、軟質の離型層９００内に埋め込むことが望ましい。これにより、後続の製造工程において１組の電極１４を汚染から保護できよう。
第２の主製造段階では、パッケージシート層を形成する。次いで、図８Ｂ〜図８Ｄに示すように、複数のパッケージ構造体２００を備えたパッケージシート層を形成してＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイを覆う。パッケージシート層をＬＥＤ半導体ダイ１０上に形成する製造工程について、以下に詳細に述べる。
図８Ｂに示すように、複数のフォトルミネセンス構造体２０をＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイ上に形成し、各フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２がＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３を覆い、フォトルミネセンス構造体２０の上部位２１がＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を覆う。また、フォトルミネセンス構造体２０は、縁部位２２から外方に延伸しかつ離型層９００の表面に被さる延長部位２３を備えていてもよい。望ましくは、フォトルミネセンス構造体２０は、米国特許出願公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示の方法によって形成し、フォトルミネセンス材料およびポリマー樹脂材料の１つ以上の層を順に積層させて、フォトルミネセンス構造体２０を形成することも可能である。このように、本方法によって形成されたフォトルミネセンス構造体２０は、多層構造をとることができる。米国特許出願公開公報の技術的内容全体を引用によりここに取り込む。
次に、図８Ｃに示すように、ビーム成形構造体（ＢＳＳ）３０を備えた平坦化層を形成して、フォトルミネセンス構造体２０の縁部位２２および上部位２１を覆う。あるいは、ＢＳＳ３０の製造工程時に、ＢＳＳ３０がフォトルミネセンス構造体２０の上部位２１を覆わないように設定して、図２Ａおよび図２Ｂに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの実施形態を形成してもよい。任意で、ＢＳＳ３０をその上面が上部位２１の上面２１１よりも低くなるように製造して、フォトルミネセンス構造体２０の縁面２２１を部分的に露出させ、図３Ｂに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの別の実施形態を形成してもよい。
ＢＳＳ３０を製造する製造法に関し、ＢＳＳ３０の製造用組成材料は、光散乱粒子３０２をポリマー樹脂材料３０１中に分散させて形成することが望ましい。例えばオクタン、キシレン、酢酸塩、エーテル、トルエンなどの有機溶媒を用いて組成材料をさらに希釈して、粘度を低減させてもよい。希釈された比較的低粘度の組成材料は、例えばスプレーコーティングなどの製造法を用いてフォトルミネセンス構造体２０上にコーティングしてもよい。粘度が低いため、図８Ｃに示すように、組成材料が流動して、実質的に同じ高さの上面を有するフォトルミネセンス構造体２０上に平坦化層が形成される。また、ＢＳＳ３０の組成材料は、他の製造法、例えば分注法、印刷法、成形法などで形成してもよい。最後に、熱またはＵＶ硬化法を用いて、ＢＳＳ３０を固化させる。
ＢＳＳ３０は直接ＬＥＤ半導体ダイ１０に直接隣接していないが、ＬＥＤ半導体ダイ１０の外側は、間にフォトルミネセンス構造体２０を挟んで、ＢＳＳ３０によって離れた位置にてなおも被覆されているか、または保護されている。換言すれば、ＢＳＳ３０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の光路に沿って配置される。よって、フォトルミネセンス構造体２０から出射した光ビームだけでなく、ＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した光ビームも、ＢＳＳ３０によって成形されることになる。
次に、図８Ｄに示すように、上澄み光透過層４０を形成して、フォトルミネセンス構造体２０および／またはＢＳＳ３０を覆う。上澄み光透過層４０は実質的に透明なポリマー樹脂材料を用いて形成するのが望ましく、適切な製造法、例えばスプレーコーティング、スピンコーティング、成形、分注などによって、フォトルミネセンス構造体２０および／またはＢＳＳ３０上にコーティングできる。その後、ポリマー樹脂材料を熱またはＵＶ硬化法を用いて固化させる。
上記製造工程を用いることで、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの実施形態を製造する複数のパッケージ構造体２００を含むパッケージシート層が形成され、上記製造工程が完了した後も、パッケージ構造体２００同士が接続されたままとなる。本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の他の実施形態に対応する様々なパッケージ構造体２００を形成するいくつかの製造法の変形例について、以下に述べる。
上澄み光透過層４０をパッケージ構造体２００内に設けることが望ましくない場合、図８Ｄに示す上澄み光透過層４０を形成する製造工程を省いてもよい。これにより、上澄み光透過層４０を含まないＣＳＰ型ＬＥＤ素子を得ることができる。
図４に示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの実施形態に対応するパッケージ構造体２００を指定する場合、図８Ｂに示すフォトルミネセンス構造体２０を形成する製造工程は、例えば成形法または印刷法などの代替的な製造法を用いて実現することができる。これにより、延長部位２３を含まないフォトルミネセンス構造体２０を製造でき、したがってＢＳＳ３０は、図８Ｃに示すような次の製造工程において離型層９００を覆うように形成されることになる。
図５に示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの実施形態に対応するパッケージ構造体２００を指定する場合は、図８Ａに示すように、ＬＥＤ半導体ダイ１０を配置する製造工程が完了したら、先ず、軟質緩衝層５０をスプレーコーティングによって形成することが望ましい。その後、図８Ｂに示す製造工程後に、フォトルミネセンス構造体２０を形成して軟質緩衝層５０を覆う。
図６に示す単色ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄの実施形態に対応するパッケージ構造体２００を指定する場合、図８Ｂに示すフォトルミネセンス構造体２０を形成する製造工程は省いてもよい。図８Ｃに示すその後の製造工程において、ＢＳＳ３０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３を直接覆うように形成することができ、また任意で、さらにＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を覆うように形成することができる。
図７Ｂに示すように、より大きな視野角を有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｅの実施形態に対応するパッケージ構造体２００を指定する場合、図８Ｂに示す製造工程（フォトルミネセンス構造体層２０の形成）、図９Ａに示す製造工程（上澄み光透過層４０’の形成）、および図９Ｂに示す製造工程（遠隔ＢＳＳ層３０’の形成）を順次、行うことができる。
第３の主製造段階では、パッケージシート層を個別分離する。第２の主製造段階において所望のパッケージ構造体２００をシート層として形成した後、離型層９００を図８Ｅに示すように除去してもよい。次に、複数のパッケージ構造体２００を含むパッケージシート層を図８Ｆに示すように個別分離する。これにより、複数のＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ〜１Ｅが得られる。個別分離工程を行った後、離型層９００を除去できることは理解されよう。
上記を鑑みると、様々な実施形態のビーム成形構造体を取り入れた様々なＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造方法の実施形態のいくつかの変形例を開示することにより、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角を適切に成形して多様な用途の仕様を満たすことができる。また、開示した各方法は、バッチ型の大量生産工程にも十分に適応できる。
本開示について特定の実施形態に関し述べてきたが、添付の特許請求の範囲に規定する本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、均等物に置き換え可能であることは、当業者であれば理解の及ぶことであろう。加えて、様々な変更を行って、本開示の目的、趣旨および範囲に対して特定の状況、材料、物の構成、方法または工程を適用することも可能であろう。このような変更はすべて、添付の特許請求の範囲に含まれるものである。詳細には、本明細書に開示した方法は、特定の順序で行われる特定の動作に関して述べられているが、これらの動作を組み合わせたり、さらに分割したり、または順序を組み替えたりして、本開示の教示内容から逸脱することなく均等な方法を構成することも可能である。よって、本明細書中に特に指定しない限り、各動作の順序およびグループ化は本開示を限定するものではない。

Claims (24)

  1. 上面、該上面に対向する下面、縁面および１組の電極を含み、前記縁面は前記上面と前記下面との間に延び、前記１組の電極が該下面上に配設されたフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイと、
    該ＬＥＤ半導体ダイの前記上面上に配置された上部位、および該ＬＥＤ半導体ダイの前記縁面を覆う縁部位を含むフォトルミネセンス構造体と、
    該フォトルミネセンス構造体の前記縁部位の縁面を囲繞して配設されたビーム成形構造体とを含み、該ビーム成形構造体はポリマー樹脂材料、および該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子を含み、該光散乱粒子の前記ビーム成形構造体における重量百分率は、３０％を上回らないことを特徴とする発光素子。
  2. 前記ビーム成形構造体中の前記光散乱粒子は重量百分率で１０％を上回らず、また０．１％を下回らないことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含み、前記ポリマー樹脂材料は、シリコーン、エポキシまたはゴムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記ビーム成形構造体はさらに、前記フォトルミネセンス構造体の前記上部位の上面を覆うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  5. 前記ビーム成形構造体の上面は、前記フォトルミネセンス構造体の前記上部位の上面と実質的に同じ高さであるか、または、前記ビーム成形構造体の前記上面は、前記フォトルミネセンス構造体の前記上部位の前記上面よりも低いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  6. 前記フォトルミネセンス構造体はさらに、該フォトルミネセンス構造体の前記縁部位から外方に延びる延長部位を含み、前記ビーム成形構造体はさらに、前記フォトルミネセンス構造体の前記延長部位の上面を覆うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  7. 前記ビーム成形構造体の下面は、前記フォトルミネセンス構造体の前記縁部位の下面と実質的に同じ高さであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  8. 前記発光素子はさらに、前記ビーム成形構造体上に配設された、または前記フォトルミネセンス構造体および該ビーム成形構造体の両方の上に配設された光透過層を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  9. 前記発光素子はさらに、前記ＬＥＤ半導体ダイの前記上面および前記縁面を覆う軟質緩衝層を含み、前記フォトルミネセンス構造体は該軟質緩衝層上に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
  10. 上面、該上面に対向する下面、縁面および１組の電極を含み、前記縁面は前記上面と前記下面との間に延び、前記１組の電極が該下面上に配設されたフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイと、
    該ＬＥＤ半導体ダイの前記上面に配置された上部位、および該ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆う縁部位を含むフォトルミネセンス構造体と、
    該フォトルミネセンス層上に配設された光透過層と、
    該光透過層の上面を覆うビーム成形構造体とを含み、該ビーム成形構造体は、ポリマー樹脂材料および該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子を含み、該光散乱粒子の前記ビーム成形構造体における重量百分率は３０％を上回らないことを特徴とする発光素子。
  11. 前記ビーム成形構造体中の前記光散乱粒子は重量百分率で１０％を上回らず、また０．１％を下回らないことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
  12. 前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含み、前記ポリマー樹脂材料は、シリコーン、エポキシまたはゴムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
  13. 上面、該上面に対向する下面、縁面および１組の電極を含み、前記縁面は前記上面と前記下面との間に延び、前記１組の電極が該下面上に配設されたフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイと、
    少なくとも該ＬＥＤ半導体ダイの前記縁面を囲繞して配設され、または該ＬＥＤ半導体ダイの前記上面の上方に配設されたビーム成形構造体とを含み、該ビーム成形構造体はポリマー樹脂材料、および該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子を含み、該光散乱粒子の前記ビーム成形構造体における重量百分率は３０％を上回らないことを特徴とする発光素子。
  14. 複数のＬＥＤ半導体ダイを離型層上に配置してＬＥＤ半導体ダイのアレイを形成し、
    複数のパッケージ構造体を含むパッケージシート層を前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に形成することを含む発光素子の製造方法において、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上への前記パッケージシート層の形成は、少なくとも前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイの対応する縁面をそれぞれ覆う複数のビーム成形構造体を形成することを含み、該ビーム成形構造体は、ポリマー樹脂材料と、該ポリマー樹脂材料において３０％を上回らない重量百分率で該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子とを含み、該製造方法はさらに、
    前記パッケージシート層を個別分離し、
    前記離型層を除去することを含み、該離型層の除去は前記パッケージシート層の個別分離の前または後に行うことを特徴とする発光素子の製造方法。
  15. 前記ビーム成形構造体中の前記光散乱粒子は、重量百分率で１０％を上回らず、また０．１％を下回らないことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
  16. 前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含み、前記ポリマー樹脂材料は、シリコーン、エポキシまたはゴムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
  17. 複数のＬＥＤ半導体ダイを離型層上に配置してＬＥＤ半導体ダイのアレイを形成し、
    複数のパッケージ構造体を含むパッケージシート層を前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に形成することを含む発光素子の製造方法において、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上への前記パッケージシート層の形成は、該ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に複数のフォトルミネセンス構造体を形成することを含み、その場合、前記フォトルミネセンス構造体のそれぞれは上部位が前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイの対応する１つの上面上に配置され、該フォトルミネセンス構造体のそれぞれは縁部位が該ＬＥＤ半導体ダイのアレイの対応する１つの縁面を覆い、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上への前記パッケージシート層の形成はさらに、それぞれが前記フォトルミネセンス構造体の対応する１つの縁部位の縁面を覆う複数のビーム成形構造体を形成することを含み、該ビーム成形構造体は、ポリマー樹脂材料と、該ポリマー樹脂材料において３０％を上回らない重量百分率で該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子とを含み、該製造方法はさらに、
    前記パッケージシート層を個別分離し、
    前記離型層を除去することを含み、該離型層の除去は前記パッケージシート層の個別分離の前または後に行うことを特徴とする発光素子の製造方法。
  18. 前記複数のビーム成形構造体の形成はさらに、
    前記ポリマー樹脂材料中に前記光散乱粒子を分散させて組成材料を形成し、
    前記フォトルミネセンス構造体のそれぞれの前記縁部位または前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイのそれぞれの前記縁面を前記組成材料で覆うことを含むことを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
  19. 前記パッケージシート層の形成はさらに、前記複数のビーム成形構造体上に複数の光透過層を形成し、または前記複数のフォトルミネセンス構造体および前記複数のビーム成形構造体上に複数の上澄み光透過層を形成することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光素子の製造方法。
  20. 前記パッケージシート層の形成はさらに、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に複数の軟質緩衝層を形成し、
    該複数の軟質緩衝層上に前記複数のフォトルミネセンス構造体を形成することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光素子の製造方法。
  21. 複数のＬＥＤ半導体ダイを離型層上に配置してＬＥＤ半導体ダイのアレイを形成し、
    複数のパッケージ構造体を含むパッケージシート層を前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に形成することを含む発光素子の製造方法において、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上への前記パッケージシート層の形成は、該ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上に複数のフォトルミネセンス構造体を形成することを含み、その場合、前記フォトルミネセンス構造体のそれぞれは上部位が前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイの対応する１つの上面上に配置され、該フォトルミネセンス構造体のそれぞれは縁部位が前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイの対応する１つの縁面を覆い、
    前記ＬＥＤ半導体ダイのアレイ上への前記パッケージシート層の形成はさらに、
    前記複数のフォトルミネセンス構造体上に複数の光透過層を形成し、
    それぞれが該光透過層の対応する１つの上面を覆う複数のビーム成形構造体を形成することを含み、該ビーム成形構造体は、ポリマー樹脂材料と、該ポリマー樹脂材料において３０％を上回らない重量百分率で該ポリマー樹脂材料中に分散された光散乱粒子を含み、該製造方法はさらに、
    前記パッケージシート層を個別分離し
    前記離型層を除去することを含み、該離型層の除去は前記パッケージシート層の個別分離の前または後に行うことを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
  22. 前記ビーム成形構造中の前記光散乱粒子は前記重量百分率で１０％を上回らず、また０．１％を下回らないことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  23. 前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含み、前記ポリマー樹脂材料は、シリコーン、エポキシまたはゴムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  24. 前記複数のビーム成形構造体の形成はさらに、
    前記ポリマー樹脂材料中に前記光散乱粒子を分散させて組成材料を形成し、
    前記光透過層のそれぞれの前記上面に前記組成材料をコーティングすることを含むことを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
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