JP5155518B2 - 作成済み波長変換素子を有する半導体発光装置 - Google Patents
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Description
現在では、LEDをカプセル封入するために使用されるエポキシ、シリコーン、又は他の同様な材料のような結合媒体内で燐光体を混合することにより、最新の燐光体変換LEDが製造されている。燐光体は、一般的に粉末状であり、硬化させる前に結合媒体に混ぜられる。燐光体粉末を含有する未硬化のスラリは、LEDダイ上に堆積させて硬化させる。
混合物19の屈折率は、燐光体粒子18からの光の抽出と同様に、ダイ12から燐光体粒子18への光のアウトカプリングを制御する。一般的に、燐光体/エポキシ混合物19の屈折率は、僅かに約1.5である。更に、従来使用されている結合媒体16は、有機体であり、強い光束と高い温度に敏感である。
従って、実際には、望ましいCCTを有する燐光体変換LEDランプを得るために、いくつかの燐光体変換LEDランプを製造しなければならない。LEDランプは、もしあるとしてどれが望ましいCCTを有する光を生成するかを判断するために試験される。望ましいCCTを生成できないLEDランプは、廃棄されるか又は他の目的に使用されることになる。
別の態様では、結合材と埋込まれた波長変換材料とのシートが製造され、このシートから複数の波長変換素子が製造される。複数の波長変換素子の光変換特性が測定される。波長変換素子は、次に、光変換特性に基づいて分類して保管することができる。
更に別の態様では、発光装置は、活性領域を有する半導体層を含む層のスタックと、この層のスタックに結合した無機波長変換素子とを含むものである。
図2に示すように、波長変換材料のシートが製造される(ブロック102)。図3は、波長変換材料のシート200の一実施形態の斜視図である。波長変換材料のシートは、ガラスのような無機材料に分散された、例えば燐光体又は他の同等の発光性材料を使用して製造することができる。結合材として無機材料を使用することは、それがエポキシのような有機結合材で従来見出されていた温度と光束に対する敏感さを回避するので有利である。
一実施形態では、波長変換材料のシート200は、例えば「高温度法」を使用して形成することができる。燐光体、例えば約10から20体積%のYAG、nと、粉末状にされたガラス(例えば、(GeO2)0.33(TeO2)0.3(PbO)0.27(CaO)0.1又は(GeO2)0.23(TeO2)0.4(PbO)0.27(CaO)0.1)との十分に均質化された混合物が石英製るつぼに挿入される。必要に応じて、Ptるつぼのような他の種類のるつぼを使用することができる。るつぼは、YAG、nの体積比率に依存して、例えば800℃から950℃に予熱された電気炉内に挿入される。必要に応じて、高周波炉又はマイクロ波炉のような別の種類の炉を使用することができる。ガラス混合物が溶解した後に、溶融物は炉内で均質化される。溶解と均質化の約10から30分後に、溶融物は、例えば、ステンレス鋼のプレート上に注がれる。溶融物は、約250℃でシートの上にプレスされてシート200が形成される。このようにして調製されたガラスの屈折率は、約1.8であることが見出されている。
シート200は、ガラス及び燐光体以外の材料を使用して製造することができることを理解すべきである。例えば、他の適切な透明結合材料を使用することができる。
一実施例では、接点213及び215は、以下に限定はしないが、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム、プラチナ、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、タングステン、及びそれらの混合物又は合金を含む金属から形成された金属接点である。別の実施例では、接点213及び215の一方又は両方は、酸化錫インジウムのような透明な導体から形成される。
本発明の別の実施形態によれば、個々の波長変換素子204の変換特性、すなわち変換効率と二次光の波長は、LEDダイに結合される前に測定される。燐光体粒子とガラスの混合がシート毎に変動し、同様に任意の単一シートの長さに亘って変動するので、それぞれの波長変換素子の変換特性は変動することになる。同様に、発光特性も一般的にLEDダイ毎に変動する。従って、特定範囲の波長を有する装置を製造するために、各波長変換素子204は、それが適切なLEDダイと適合するように予め測定されることになる。
波長変換素子の光変換特性が次に測定される(ブロック406)。各素子の変換特性を測定するために、素子は、既知の波長を有する光で照光され、変換光又は変換光と一次光の混合されたものが測定される。
必要に応じて、個々の素子の変換特性は、分離の前か後に測定することができることを理解すべきである。素子がまだシートである間の波長変換素子の変換特性の測定は、測定を並行に実施することができるので有利である。
102、104、106、108 流れ図のブロック
Claims (28)
- 無機結合材と埋込まれた波長変換材料とのシートを生成する段階と、
前記シートから複数の波長変換素子を生成する段階と、
前記複数の波長変換素子の1つを半導体発光装置ダイに結合する段階と、
を含み、
前記無機結合材のガラス軟化温度は、400℃よりも低く、
前記複数の波長変換素子の1つを半導体発光装置ダイに結合する段階は、
前記波長変換素子と前記半導体発光装置ダイの温度を上げる段階と、
前記波長変換素子と前記半導体発光装置ダイを一緒にプレスするために圧力を加える段階と、を含むことを特徴とする方法。 - 前記無機結合材は、ガラスであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ガラスは、GeO2、TeO2、PbO、CaO、及びB2O3から成るグループから選択された材料で形成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 無機結合材と埋込まれた波長変換材料とのシートを生成する段階は、
波長変換材料と粉末状ガラスの混合物を準備する段階と、
前記混合物をるつぼに挿入する段階と、
溶融物を生成するために前記るつぼを800℃と950℃の間に加熱された炉内に挿入する段階と、
前記炉内の前記溶融物を均質化する段階と、
前記均質化された溶融物をプレート上に注ぐ段階と、
シートを生成するために前記プレート上の前記溶融物をプレスする段階と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記無機結合材の屈折率は、1.6よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記無機結合材の屈折率は、1.8よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記波長変換材料は、燐光体であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記燐光体は、YAG:Ceであることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記半導体発光装置ダイは、フリップチップ構造を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記波長変換素子に光学構成要素を結合する段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記波長変換素子をレンズに形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記波長変換素子は、凹部を有し、
前記半導体発光装置ダイを前記波長変換素子の前記凹部に嵌め込む段階、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記波長変換素子の上面を粗面にする段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 粗面にする段階は、機械的処理と化学的処理の少なくとも一方を通じて実行されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記波長変換素子を前記半導体発光装置ダイに結合する前に該波長変換素子の底面を粗面にする段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記結合した波長変換素子及び前記半導体発光装置ダイの上にカプセル材料を設ける段階と、
前記カプセル材料の上面を粗面にする段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記複数の波長変換素子の光変換特性を測定する段階と、
前記半導体発光装置ダイによって放射された波長の範囲を測定する段階と、
前記半導体発光装置ダイによって放射された波長の前記範囲及び前記波長変換素子の前記光変換特性に基づいて、該半導体発光装置ダイに結合される該波長変換素子を選択する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記複数の波長変換素子の光変換特性を測定する段階と、
前記光変換特性に基づいて前記波長変換素子を分類して保管する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 活性領域を有する半導体層を含む層のスタックと、
前記スタックに結合した無機波長変換素子と、
を含み、
無機波長変換素子のガラス軟化温度は、400℃よりも低く、
前記無機波長変換素子と前記スタックは、前記無機波長変換素子と前記スタックの温度を上げ、前記無機波長変換素子と前記スタックを一緒にプレスするために圧力を加えることにより、結合されたものであることを特徴とする発光装置。 - 前記無機波長変換素子は、ガラスに埋込まれた燐光体を含むことを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
- 無機波長変換素子の屈折率は、1.6よりも大きいことを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
- 無機波長変換素子の屈折率は、1.8よりも大きいことを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
- 前記無機波長変換素子は、前記スタックの上面とほぼ同じ面積を有することを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
- 前記スタック及び無機波長変換素子が配置された反射カップと、
前記スタック及び無機波長変換素子の上に配置され、前記活性領域から放射された光と前記無機波長変換素子によって放射された変換光とを混合する光学透明要素と、
を更に含むことを特徴とする請求項19に記載の発光装置。 - 前記光学透明要素は、前記活性領域から放射された前記光と前記無機波長変換素子によって放射された前記変換光とを混合する粗面にされた表面を有することを特徴とする請求項24に記載の発光装置。
- 前記光学透明要素は、前記活性領域から放射された前記光と前記無機波長変換素子によって放射された前記変換光とを混合するフレスネルレンズを用いてパターン化された表面を有することを特徴とする請求項24に記載の発光装置。
- 前記無機波長変換素子に結合した光学透明要素を更に含むことを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
- 前記無機波長変換素子は、凹部を有し、前記スタックは、該凹部の中に延びていることを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
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