JP2017520118A - 小型光源を有する波長変換発光デバイス - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態に従った発光構造体は、半導体発光デバイスと、半導体発光デバイスに付着された平坦な波長変換素子とを含む。平坦な波長変換素子が、半導体発光デバイスにより発光された光を吸収し、異なる波長の光を発光する波長変換層を含む。平坦な波長変換素子はさらに、透明層を含む。波長変換層が前記透明層の上に形成されている。

Description

本発明は、波長変換発光デバイスに関する。

発光ダイオード（LEDs）、共振空洞発光ダイオード（RCLEDs）、垂直共振器レーザーダイオード（VCSELs）及び端面発光レーザ（edge emitting lasers）を含む半導体発光デバイスは、現在入手できる最大効率光源に属する。可視スペクトルにわたり動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在興味ある材料系は、III−V族半導体、特に、III−窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、イリジウム及び窒素の二元、三元、四元合金を含む。代表的には、サファイア、シリコンカーバイド、III−窒化物その他の好適な基板上に、金属有機化学蒸着（MOCVD）、分子ビームエピタキシ（MBE）その他のエピタキシャル技法によって、異なる混合物及びドーパント濃度の半導体層の積み重ねをエピタキシャル成長させることにより、III−窒化物発光デバイスが製造される。該積み重ねはしばしば、基板上で形成した、例えばシリコンでドーピングした１層以上のｎ型層と、ｎ型単一層又複数層の上で形成した、活性領域内の１層以上の発光層と、活性領域上で形成した、例えばMgでドーピングした１層以上のｐ型層とを含む。ｎ型及びｐ型領域上に、電気的接続が形成される。

図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄは、米国特許出願公開第2013/0187174号公報に詳述された、蛍光体変換ＬＥＤを形成する方法を図示している。図１Ａにおいて、ベース４１０が提供され、ベース４１０に隣接するコンタクト２２０を用いて、発光素子（light emitting elements (LEEs)）２１０がベース４１０上に位置づけられ、或いはそこに接着されている。発光素子は、隣り合う素子との間にスペース４０５を有する。ベース４１０は、「モールド基板（mold substrate）」とも呼ばれる。一実施形態において、ベース４１０は、接着フィルム又は接着テープを含み、或いは基本的に接着フィルム又は接着テープで構成される。ある実施形態において、ベース４１０は、蛍光体２３０に対する比較的に弱い接着性を有する材料を含み、或いは基本的にそのような材料で構成され、すなわち、硬化した蛍光体２３０をベース４１０から除去することを可能にする。

図１Ｂにおいて、バリア４５０が形成されている。バリア４５０は、表面４３５に対して垂直又は実質的に垂直であるものとして図示されている。隣接する発光素子２１０間のスペース４０５を調節して、図１Ｄに示すように、発光素子２１０の側部の周囲の、硬化した蛍光体２３０の幅を制御することができる。発光素子２１０間のスペース４０５は、蛍光体の所望の側壁厚さの２倍と切り溝（kerf）との和により大体決定される。切り溝（kerf）とは、仕上げたダイ２００の個片化プロセスの際に除去される領域の幅のことであり、例えば図１Ｄにおいて切り溝４７０として認識されている。発光素子２１０を越える硬化蛍光体２３０の厚さは、図１Ｂに示されるように形成され或いは調整された蛍光体４２０の厚さ４２５を制御することにより、制御することができる。発光素子２１０を越える硬化蛍光体２３０の厚さ２６０は、調整された蛍光体の厚さ４２５から発光素子の厚さ４４５を減算した値により大体与えられる。蛍光体４２０は、蛍光体及びバインダーを含み、或いは基本的にそれらから構成される。蛍光体４２０は、選択的な側部又はバリア４５０及びベース４１０の表面４３５に封じ込められ、或いは拘束される。蛍光体４２０は、底部表面又は底面４６０、及び頂部表面又は頂面４４０を有し、これらは互いに実質的に平行である。

蛍光体４２０は次に、硬化され、図１Ｃに示すような硬化蛍光体２３０を製造する。

図１Ｄにおいて、図示の構造体からダイ２００が分離され、或いは個片化される。白色ダイ２００は、約０．２５mm乃至約５mmの範囲の寸法を有して良い。

米国特許出願公開第2013/0187174号公報

本発明の一目的は、小型光源を有する波長変換半導体発光デバイスを提供することである。

本発明の実施形態に従った発光構造体は、半導体発光デバイスと、半導体発光デバイスに付着された平坦な波長変換素子とを含む。平坦な波長変換素子が、半導体発光デバイスにより発光された光を吸収し、異なる波長の光を発光する波長変換層を含む。平坦な波長変換素子はさらに、透明層を含む。波長変換層が前記透明層の上に形成されている。

本発明の実施形態に従った方法は、透明層の上に配置された波長変換層を含む波長変換素子を形成する形成ステップを含む。次に、波長変換素子が半導体発光デバイスのウェファに付着される。波長変換素子及び半導体発光デバイスのウェファは次に、ダイシングされ、複数の発光素子を形成する。複数の発光素子が、ハンドリング基板の上に配置される。複数の発光素子の間に反射性材料が配置される。

本発明の実施形態に従った方法は、透明層の上に配置された波長変換層を含む波長変換素子を形成する形成ステップを含む。次に、波長変換素子が、ダイシングされて、ハンドリング基板の上に配置された複数の半導体発光デバイスに付着される。波長変換素子が次にダイシングされ、複数の発光素子を形成する。

蛍光体変換発光素子を形成する方法を図示している。 蛍光体変換発光素子を形成する方法を図示している。 蛍光体変換発光素子を形成する方法を図示している。 蛍光体変換発光素子を形成する方法を図示している。 III−窒化物ＬＥＤの一例を図示している。 透明層上に配置された波長変換層を図示している。 ＬＥＤのウェファに付着された図３の構造体を図示している。 ウェファを個々のＬＥＤにダイシングし、ＬＥＤをハンドリング基板に付着し、ＬＥＤ上に反射性材料を形成した後の図４の構造体を図示している。 余分な反射性材料を除去した後の図５の構造体を図示している。 ＬＥＤに付着された透明層の上に配置された波長変換層を有する、ハンドリング基板上に配置された個々のＬＥＤを図示している。 図７に示された２個のＬＥＤを個片化する様子を図示している。 ＬＥＤ上に配置された反射性材料を有する、ハンドリング基板の上に配置された図７の個片化されたＬＥＤを図示している。 余分な反射性材料を除去した後の図９の構造体を図示している。 波長変換層から基板を除去した後の図１０の構造体を図示している。

蛍光体が図１Ｄの発光素子の端部を越えて延在するので、図１Ｄに示すデバイスは、蛍光体層のない発光ダイオードよりも大きな光源寸法を有する。大きな光源寸法のために、図１Ｄに示すデバイスは、小型光源において発光される同じ光量のものよりも輝度が小さいかも知れない。大きな光源寸法のために、図１Ｄに示すデバイスが、ある応用においては望まれなくなる。

本発明のある実施形態は、製造するのに廉価である、比較的に小型の光源を有する波長変換デバイスを含む。

以下の実施形態における半導体発光デバイスは青色光又はＵＶ光を発するIII−窒化物ＬＥＤであるが、レーザーダイオードなどのＬＥＤ以外の半導体発光デバイス、及び他のIII−V族材料、III−燐化物、III−ヒ化物、II−VI族材料、ZnO、又はSi-ベースの材料などの他の材料でできた半導体発光デバイスを用いることもできる。

図２は、本発明の実施形態で用いることができるIII−窒化物ＬＥＤ１を図示している。適切な如何なる半導体発光デバイスを用いることもでき、本発明は図２に示すデバイスに限定されない。図２のデバイスは、当技術分野において知られているように、成長基板１０上にIII−窒化物半導体構造体を成長させることにより、形成される。成長基板はしばしば、サファイアであるが、例えばSiC、Si、GaN又は複合物基板などの如何なる適切な基板であっても良い。III−窒化物半導体構造を成長させる成長基板の表面はパターン付け、粗面化又は織り目化（textured）されてよく、デバイスからの光取り出しを改善する。成長表面（すなわち、フリップチップ形状において主な光が取り出される表面）に対抗する成長基板の表面は、成長前又は後に、パターン付け、粗面化又は織り目化（textured）されてよく、デバイスからの光取り出しを改善する。

半導体構造体は、ｎ型領域とｐ型領域との間に挟まれた発光領域又は活性領域を含む。ｎ型領域１６は、最初に成長されて良く、異なる組成及びドーパント濃度の多重層を含んで良い。多重層の例としては、バッファ層又は核生成層（nucleation layer）などの調整層（preparation layer）があり、ｎ型又は意図的にはドーピングしていない層、ｎ型又はｐ型デバイス層であってよく、発光領域が効率的に発光することのために望まれる特定の光学特性、材料特性又は電気的特性を狙って設計することができる。発光領域又は活性領域１８は、ｎ型領域上で成長される。好適な発光領域の例として、単一の厚い若しくは薄い発光層又は多重量子井戸発光領域を含む。多重量子井戸発光領域は、バリア層により分離された多重の薄い又は厚い発光層を含む。ｐ型領域２０は、発光領域の上に成長される。ｎ型領域と同様に、ｐ型領域も、意図的にはドーピングしていない層又はｎ型層を含む、異なる組成、厚さ、ドーパント濃度の多重層を含んでもよい。

成長後に、ｐ型コンタクトがｐ型領域上に形成される。ｐ型コンタクト２１はしばしば、反射性金属と反射性金属の電気的マイグレーションを防止又は減少するガードメタルなどの多重導電層を含む。反射性金属はしばしば、銀であるが、如何なる好適な単一材料又は複合材料を用いることができる。ｐ型コンタクト２１の形成後に、ｐ型コンタクト２１、ｐ型領域２０及び活性領域１８の一部が除去されて、ｎ型領域１６の一部が露出される。その露出された部分の上にｎ型コンタクト２２が形成される。ｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１は、ギャップ２５により互いに電気的に絶縁されている。ギャップ２５は、シリコンの酸化物その他の好適な材料などの誘電体で充填しても良い。多重ｎ型コンタクトビアを形成しても良く、ｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１は、図２に示す配列に限定されない。ｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１は、当技術分野で知られているような、誘電体／金属スタックを伴うボンディングパッドを形成するように再配置されても良い。

ＬＥＤ１への電気的接続を形成するために、１つ又はそれ以上の相互接続部２６及び２８が形成され、或いはｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１に電気的に接続される。相互接続部２６は、図２のｎ型コンタクト２２に電気的に接続される。相互接続部２８は、ｐ型コンタクト２１に電気的に接続される。相互接続部２８及び２６は、誘電層２４及びギャップ２７によって、ｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１から電気的に絶縁され、かつ互いに絶縁されている。相互接続部２６及び２８は、例えば、ハンダ、スタッドバンプ、金層その他の好適な構造物であって良い。半導体構造体、ｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１、並びに相互接続部２６及び２８は、ＬＥＤ構造体１２として、後続の図面に示される。

基板１０は、薄化され或いは完全に除去されても良い。ある実施形態において、薄化され露出された基板１０の表面は、パターン付け、織り目化（textured）又は粗面化されてよく、光取り出しを改善する。

単一のウェファ上に多くの個々のＬＥＤが形成され、デバイスのウェファからダイシングされる。如何なる好適なデバイスをも用いることができる。本発明は、図２に示す特定のＬＥＤに限定されない。基板１０及びＬＥＤ構造体１２の合計厚さは、ある実施形態において少なくとも５０μｍ、ある実施形態において５００μｍを越えず、ある実施形態において少なくとも１００μｍ、ある実施形態において２５０μｍを越えない値であって良い。基板１０は、ある実施形態において２５０μｍ厚を越えず、ある実施形態において１５０μｍ厚を越えず、ある実施形態において少なくとも１００μｍ厚の値であって良い。

ＬＥＤとは別個に、図３に示すように、波長変換素子が形成される。波長変換素子は、支持基板３０及び波長変換層３２を含む。波長変換素子はウェファスケール上に形成され、図３に示す波長変換素子は、多くの個々の波長変換素子のウェファとみなして良いことを意味する。

ある実施形態において、支持基板３０が発光デバイスの一部になる。これらの実施形態において、支持基板３０は、ＬＥＤにより発光される光及び／又は蛍光体により発光される光に対して透明であって良い。支持基板は十分に強固であって良く、波長変換素子をＬＥＤに付着させた後に生じる如何なる処理ステップにも耐え、かつ、発光デバイスの動作条件にも耐えうる。支持基板は、発光デバイスにとって光学的に適切である材料で形成することができる。支持基板３０は、例えばガラス、シリコーン、ポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）その他の適切な材料であって良い。

ある実施形態においては、支持基板３０が除去されて、支持基板３０は半導体発光デバイスの一部を構成しない。これらの実施形態において、支持基板３０の材料は、支持基板３０が受ける処理ステップのコスト及び適切性により選択される。処理後に支持基板３０が除去されるならば、支持基板３０は、透明である必要はない。

波長変換層３２は、例えば、在来の蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、III−V族若しくはII−VI族半導体、III−V族若しくはII−VI族半導体量子ドット若しくはナノ結晶、ダイ、高分子、又はその他の蛍光を発する蛍光体であってよい波長変換材料を含む。波長変換材料は、ＬＥＤにより放出された光を吸収し、一つの又は複数の異なる波長の光を放出する。ＬＥＤから放出された非変換光はしばしば、構造体から取り出される光の最終スペクトルの一部であるが、そうでなくとも良い。通常の混合の例としては、黄色発光波長変換材料に混合される青色発光ＬＥＤ、緑色及び赤色発光波長変換材料に混合される青色発光ＬＥＤ、青色及び黄色発光波長変換材料に混合される紫外線発光ＬＥＤ並びに青色、緑色及び赤色発光波長変換材料に混合される紫外線発光ＬＥＤがある。他の色の光を放出する波長変換材料を追加しても良く、構造体から取り出される光のスペクトルを調整することができる。

波長変換層３２は、波長変換材料と混合されたシリコーンなどの透明材料を含んで良い。波長変換層３２が形成され、何らかの適切な技法により、支持基板３０に付着される。ある実施形態において、透明材料と混合された波長変換材料である波長変換層３２が、ガラス支持基板３０の上に、分配され（dispense）、スクリーン印刷され、ステンシル印刷され、スピンコーティングされ、積層され、成型され、或いは他の方法で形成される。波長変換層３２は、例えば波長変換層を光及び／又は昇温に露出することによる硬化又はキュアリング（curing）を含むプロセスにより形成することができる。例えば、ある実施形態において１２０℃を越える温度で、ある実施形態において１８０℃未満の温度で、積層波長変換層３２をキュアリングすることができる。ある実施形態において、波長変換層３２を支持基板上に配置した時に部分的にキュアリングし、例えば発光デバイスに付着した時などの後のプロセス中に部分的にキュアリングする。

波長変換層３２は、ある実施形態において少なくとも３０μｍの厚さ、ある実施形態において１００μｍ以下の厚さ、ある実施形態において少なくとも５０μｍの厚さ、ある実施形態において８０μｍ以下の厚さを有する。支持基板３０は、ある実施形態において波長変換層３２よりも薄くて良いが、そうでなくとも良い。ガラスなどの透明支持基板３０は、ある実施形態において少なくとも１０μｍの厚さ、ある実施形態において少なくとも２０μｍの厚さ、ある実施形態において２００μｍ以下の厚さ、ある実施形態において１５０μｍ以下の厚さ、ある実施形態において６０μｍ以下の厚さ、ある実施形態において５０μｍ以下の厚さを有して良い。

図４において、図３で示された波長変換素子が、ＬＥＤウェファがダイシングされる前に、ＬＥＤのウェファに付着されている。支持基板３０の反対側にある波長変換層３２の表面が、ＬＥＤ構造体１２Ａ〜１２Ｆの反対側にある基板１０の表面に付着されている。波長変換層３２内の透明材料が基板１０へ付着するように、シリコーンその他の適切な接着剤を用いて接着すること、又は波長変換素子を加熱することなどの如何なる適切な技法によっても、波長変換素子をＬＥＤウェファに付着させることができる。

次に、図４に示した構造体が個々のＬＥＤに、又は一群のＬＥＤにダイシングされる。図４に示した構造体は、例えば、図４に示した領域３４において、支持基板３０、波長変換層３２、基板１０及びＬＥＤ構造体１２Ａ〜１２Ｆの一部に亘って切断することにより、ダイシングされる。これらの層を単一の切断ステップ内でともに切断することもでき、或いは個々的な層を多数回切断ステップ内で別個に切断することもできる。例えば、基板１０及びＬＥＤ構造体１２を、例えばスクライビング（scribing）及びブレーキング（breaking）によって切断しても良く、その後に或いは前に、例えばソーイング（sawing）によって支持基板３０及び波長変換層３２を切断しても良い。例えばソーイング、レーザースクライビング、スクライビング−ブレーキング（scribe-and-break）、ブレード切断（blade cutting）その他の適切なプロセスなどの如何なる切断技法をも用いることができる。図４には６個の個々のＬＥＤが示されているが、ＬＥＤウェファは、より多くの個々のＬＥＤを含んでも良い。

図５において、図４でダイシングされたＬＥＤがハンドリング基板４０上に位置されている。３個のＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃを含む単一のハンドリング基板４０のわずかに一部が図５に図示されている。図５及び図６に図示されているプロセスは、数百又は数千のＬＥＤが単一のハンドリング基板４０上に位置されているというスケーリングで実行されうる。ハンドリング基板４０は、例えば、ウェファハンドリングテープなどの、ＬＥＤを後に除去できる如何なる適切な構造体であっても良い。ＬＥＤは、ある実施形態において少なくとも１００μｍ離れ、ある実施形態において少なくとも１５０μｍ離れ、ある実施形態において少なくとも２００μｍ離れ、ある実施形態において少なくとも５００μｍ以下だけ離れていて良い。

反射性材料３６が、ＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの上に配置される。反射性材料は、例えば透明材料中に配置されたTiO₂などの白色性又は反射性粒子であって良い。反射性粒子又は透明材料は、屈折率における対比を形成し、光を散乱し、且つ／或いは反射する。反射性材料は、如何なる適切な技法によっても形成することができる。例えば、反射性材料は、ＬＥＤの上に成型され（molded）、分配され（dispensed）、積層され（laminated）、その他の方法で配置される。

ある実施形態において、図５に図示されているように、過剰４２な反射性材料３６がＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの頂部の上に形成される。図５に示す過剰材料４２は、図６に示すように除去することができる。過剰材料４２は、ドライビードブラスティング（dry bead blasting）、ウェットビードブラスティング（wet bead blasting）、グラインディング（grinding）、ポリッシング（polishing）、機械的技法、エッチング（etching）などの如何なる適切な技法によっても除去することができる。過剰材料が除去された後に、ＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの頂部が露出される。頂部表面４６は、波長変換層３２とは反対側にある支持基板３０の表面である。ある実施形態において、過剰材料４２を除去するための技法が選択されて、頂部表面４６を粗面化し、ポリッシングし、織り目化（textured）し、或いはパターン付けして、デバイスからの光取り出しを改善する。変形的には、別個のプロセスステップで、頂部表面を粗面化し、ポリッシングし、織り目化（textured）し、或いはパターン付けしても良い。

ある実施形態において、図５に示される過剰材料４２が除去された後に、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面４８は、ＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの頂部表面と同一レベルである。

ある実施形態においては、図６に示されるように、過剰反射性材料を除去した後に、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面４８は、ＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの頂部表面と異なるレベルである。特定の実施形態においては、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面４８は、ＬＥＤ３８Ａ、３８Ｂ及び３８Ｃの頂部表面より下方であっても良い。反射性材料の厚さをＬＥＤの頂部表面よりも下方に減少させることは、有用である。例えば、反射性材料を形成した後に支持基板３０を除去する場合の後述の実施形態において、有用である。

次に、例えば図６に示す領域５０においてＬＥＤ間の反射性材料を切断することにより、ＬＥＤを個々のデバイス又は１群のデバイスに分離することができる。用いる特定のハンドリング基板に適切な如何なる技法によっても、ＬＥＤをハンドリング基板４０から除去することができる。反射性材料３６がＬＥＤの側部に配置されているので、主にＬＥＤの頂部表面（図６に示す実施形態においては波長変換部材の支持基板３０の表面）を通じて、最終デバイスからの光が取り出される。切断後のＬＥＤの側部にある反射性材料の厚さは、ある実施形態において少なくとも３０μｍ、ある実施形態において少なくとも５０μｍ、ある実施形態において少なくとも１００μｍ、ある実施形態において少なくとも５０μｍ以下である。

ある実施形態において、図７、８、９、１０及び１１に図示されるように、ＬＥＤがＬＥＤのウェファから分離された後に、図３に示した波長変換素子ウェファが一群のＬＥＤに付着される。これらの実施形態において、ＬＥＤウェファは、波長変換素子ウェファの前にダイシングされる。図４を参照して上述したように、波長変換素子とＬＥＤウェファを同時にダイシングすることは困難であろう。

図７において、予めダイシングされたＬＥＤがハンドリング基板４０上に配置される。４個のＬＥＤ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ及び５２Ｄを含む単一ハンドリング基板４０の一部のみが図７に図示されている。図７〜１１に図示されているプロセスは、数百個のＬＥＤが単一ハンドリング基板４０上に配置されているスケーリングとして理解することができる。ハンドリング基板４０は、例えばウェファハンドリングテープなどの、ＬＥＤを後に除去できる如何なる適切な構造体であっても良い。

図３において上述したように、波長変換素子ウェファが、何らかの適切な材料又は技法によって、ＬＥＤの頂部表面に付着されている。図７に図示されるように、波長変換層３２がＬＥＤと支持基板３０との間に位置されるように、波長変換素子が付着される。反対に、支持基板３０がＬＥＤと波長変換層３２との間に配置されるのも可能である。

波長変換素子ウェファは、次に、単一デバイスの群又は複数のデバイスの群を形成するように、領域５１において切断される。ＬＥＤ５２Ａと５２Ｂとの間における波長変換素子ウェファの切断が、図８に図示されている。

完成したデバイスにおいて、単一ＬＥＤ上の波長変換部材は、ＬＥＤの頂部表面の寸法にできるだけ近いのが好ましく、それにより光源寸法を限定して、もってデバイスの効率を改良することができる。したがって、例示的なＬＥＤ５２Ａ及び５２Ｂは、ハンドリング基板４０上で、互いにできるだけ近い間隔である。ＬＥＤ５２Ａと５２Ｂとの間の空間（スペース）は、波長変換素子の切断から生じる切り溝（kerf）の幅、及び波長変換素子切断動作の許容誤差により決定される。

切り溝の幅は、用いる切断技法に依存して変化し得る。例えば、ソーイング（sawing）により形成される切り溝５６は、ある実施形態において７５μｍ幅以下であり、ある実施形態において５０μｍ幅以下であり、ある実施形態において２５μｍ幅以下であり、ある実施形態において少なくとも１０μｍ幅であって良い。隣接するデバイス間のスペース５４は、ある実施形態において１５０μｍ以下であり、ある実施形態において１００μｍ以下であり、ある実施形態において５０μｍ以下であり、ある実施形態において少なくとも３０μｍであって良い。切断後に波長変換部材がＬＥＤを越えて外方に延びる長さであるオーバーハング５８は、ある実施形態において５０μｍ以下であり、ある実施形態において３０μｍ以下であり、ある実施形態において２０μｍ以下であり、ある実施形態において少なくとも１０μｍであって良い。

図８に図示されるように、各ＬＥＤ上の波長変換層３２は、ＬＥＤの側部を越えて下方に延びないように実質的に平坦である。ある実施形態において、波長変換層の面積は、ＬＥＤの頂部表面の面積よりも大きい。波長変換層の面積は、ある実施形態においてＬＥＤの頂部表面の面積の少なくとも１００％であり、ある実施形態においてＬＥＤの頂部表面の面積の少なくとも１１０％であり、ある実施形態においてＬＥＤの頂部表面の面積の１２５％以下であり、ある実施形態においてＬＥＤの頂部表面の面積の１５０％以下であり、ある実施形態においてＬＥＤの頂部表面の面積の２００％以下である。ある実施形態においては、波長変換層の面積は、ＬＥＤの頂部表面の面積と同一であり、或いはＬＥＤの頂部表面の面積よりわずかに小さい。

図９において、図８に示すように波長変換素子ウェファを切断して個々のＬＥＤの群又は複数個のＬＥＤの群を形成した後に、ＬＥＤ６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃがハンドリング基板４０から除去され、異なるハンドリング基板４１上に位置づけられる。異なるハンドリング基板４１は、如何なる適切な材料であっても良く、例えばウェファハンドリングテープなどのように、ハンドリング基板４０と同じタイプのハンドリング基板であっても良い。

変形的には、ＬＥＤは、図８に図示されているようにハンドリング基板４０上に残しても良く、ＬＥＤ間のスペースがさらに離れるように延ばされるかも知れない。図９のＬＥＤ間のスペースは、ある実施形態において少なくとも１００μｍ離れ、ある実施形態において少なくとも１５０μｍ離れ、ある実施形態において少なくとも２００μｍ離れ、ある実施形態において５００μｍ以下離れても良い。

反射性材料３６は、図５に関して上述したように、ＬＥＤ上にモールドされる。

図１０において、図６に関して上述したように、ＬＥＤの頂部を越えた過剰の反射性材料が除去される。図６に関して上述したように、過剰の反射性材料が除去された後に、ＬＥＤの頂部６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃが露出される。頂部表面６４は、波長変換層３２とは反対側にある支持基板３０の表面である。ある実施形態において、過剰反射性材料を除去するための技法が選択されて、頂部表面６４を粗面化し、ポリッシングし、織り目化（textured）し、或いはパターン付けして、デバイスからの光取り出しを改善する。

ある実施形態において、過剰反射性材料が除去された後に、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面６４は、ＬＥＤ６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃの頂部表面と同一レベルである。ある実施形態においては、図１０に示されるように、過剰反射性材料を除去した後に、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面６２は、ＬＥＤ６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃの頂部表面と異なるレベルである。特定の実施形態においては、ＬＥＤの間の反射性材料３６の頂部表面６２は、ＬＥＤ６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃの頂部表面より下方であっても良い。反射性材料の厚さをＬＥＤの頂部表面よりも下方に減少させることは、有用である。例えば、反射性材料を形成した後に支持基板３０を除去する場合の後述の実施形態において、有用である。

反射性材料を領域６８において切断することにより、個々のＬＥＤの群又は複数個のＬＥＤの群を形成することができ、図６を参照して上述したように、ハンドリング基板４１からデバイスを除去できる。

図１１は、支持基板３０が波長変換層３２から除去された状態のデバイスを図示している。図１１に図示されている構造体において、図６又は図１０で図示されたように、反射性材料を形成し過剰な反射性材料を除去した後であり、反射性材料を切断して個々のＬＥＤの群又は複数のＬＥＤの群を形成する前に、支持基板３０がデバイスから除去される。

支持基板が除去される、ある実施形態において、支持基板は、除去を容易とするために選択される材料であって良い。例えば、支持基板はPETであって良い。図３の波長変換素子を形成する時に、シリコーン接着剤又は熱開放（thermal release）接着剤などの接着剤の層を波長変換層３２と支持基板３０との間に配置しても良い。

図６又は図１０に図示される支持基板ピース３０は、例えばテープ・トゥー・テープ・トランスファー（tape-to-tape transfer）、熱開放（thermal release）その他の如何なる適切な技法によっても除去することができ、結果として図１１に示すような構造体をもたらす。

支持基板を除去した後に、３個のＬＥＤ７２Ａ、７２Ｂ及び７２Ｃの各々の頂部表面６６は、波長変換層３２の表面である。支持基板の除去中又は除去後に、波長変換層３２の表面を織り目化（textured）し、パターン付けし、或いは粗面化して、光取り出しを改善できる。過剰反射性材料の除去中に、反射性材料を薄化することにより、支持基板の除去後にＬＥＤの頂部表面６６を反射性材料３６の頂部表面６２と実質的に同一レベルにすることができる。要求されているわけではないが、ＬＥＤの頂部表面６６は反射性材料の頂部表面６２の上方又は下方であって良い。

支持基板の除去後に、領域７０においてＬＥＤ間の反射性材料が切断され、デバイを個々のＬＥＤの群又は複数個のＬＥＤの群へと分離する。

本発明を詳細に説明してきたけれども、本開示により、ここで説明した本発明概念の真意から逸脱せずに多くの修正が可能であることが当業者に理解される。ゆえに、本発明の範囲を本明細書で説明した特定実施形態に限定することは意図されていない。

本出願は、２０１４年６月１９日に出願された米国仮出願第６２／０１４２８８号に基づく優先権を主張し発明の名称を「小型光源を有する波長変換発光デバイス」として２０１５年６月５日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５４２６１の国内移行出願である。国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５４２６１及び米国仮出願第６２／０１４２８８号を参照して本明細書に引用する。
本発明は、波長変換発光デバイスに関する。

Claims (14)

1. 発光構造体であって：
   半導体発光デバイスと；
   前記半導体発光デバイスに付着された平坦な波長変換素子と；
   を含み、
   前記平坦な波長変換素子が、
   前記半導体発光デバイスにより発光された光を吸収し、異なる波長の光を発光する波長変換層と；
   透明層と；
   を含み、前記波長変換層が前記透明層の上に形成されている、
   発光構造体。
2. 請求項１に記載の発光構造体であり、前記平坦な波長変換素子が前記半導体発光デバイスの頂部表面と同じ面積である、発光構造体。
3. 請求項１に記載の発光構造体であり、前記平坦な波長変換素子の面積が前記半導体発光デバイスの頂部表面の面積の１５０％以下である、発光構造体。
4. 請求項１に記載の発光構造体であり、前記透明層がガラスであり、前記波長変換層が透明材料と混合され前記ガラスの上に積層された蛍光体である、発光構造体。
5. 請求項１に記載の発光構造体であり、さらに、
   前記半導体発光デバイスの側部及び前記平坦な波長変換素子の側部に配置された反射性材料、
   を含む発光構造体。
6. 請求項１に記載の発光構造体であり、前記平坦な波長変換素子が前記半導体発光デバイスの端部を越えて延びる長さが３０μｍ以下である、発光構造体。
7. 透明層の上に配置された波長変換層を含む波長変換素子を形成する形成ステップと；
   前記形成ステップの後に、前記波長変換素子を半導体発光デバイスのウェファに付着する付着ステップと；
   前記付着ステップの後に、前記波長変換素子及び前記半導体発光デバイスのウェファをダイシングし、複数の発光素子を形成するダイシングステップと；
   前記ダイシングステップの後に、ハンドリング基板上に複数の発光素子を配置するステップと；
   前記複数の発光素子の間に反射性材料を配置するステップと；
   を含む方法。
8. 請求項７に記載の方法であり、前記形成ステップが、ガラス層の上に波長変換層を積層するステップを含む、方法。
9. 請求項７に記載の方法であり、さらに、前記付着ステップの後に透明層を除去するステップを含む、方法。
10. 透明層の上に配置された波長変換層を含む波長変換素子を形成する形成ステップと；
    前記形成ステップの後に、前記波長変換素子を、ハンドリング基板の上に配置された複数のダイシングされた半導体発光デバイスに付着する付着ステップと；
    前記付着ステップの後に、前記波長変換素子をダイシングし、複数の発光素子を形成するダイシングステップと；
    を含む方法。
11. 請求項１０に記載の方法であり、さらに、
    前記ダイシングステップの後に、ハンドリング基板の上に複数の発光素子を配置するステップと；
    前記複数の発光素子の間に反射性材料を配置するステップと；
    を含む方法。
12. 請求項１０に記載の方法であり、前記形成ステップが、透明層の上に波長変換層を積層するステップを含む、方法。
13. 請求項１０に記載の方法であり、さらに、前記ダイシングステップの後に前記透明層を除去する除去ステップを含む、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であり、
    前記波長変換素子が、前記波長変換層と前記透明層との間に配置された熱開放層を含み；かつ、
    前記除去ステップが、熱開放により前記透明層を除去するステップを含む；
    方法。
    
    

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