JP6703494B2 - パッケージングされた波長変換発光デバイス - Google Patents

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Description

本出願は、２０１４年６月２５日に出願された米国仮出願第６２／０１６７０８号に基づく優先権を主張し発明の名称を「パッケージングされた波長変換発光デバイス」として２０１５年６月２３日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５４７００の国内移行出願である。国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５４７００及び米国仮出願第６２／０１６７０８号を参照して本明細書に引用する。
本発明は、パッケージングされた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ー（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。可視スペクトルに亘って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１は、１つの波長の光を吸収し異なる波長の光を放出する蛍光体などの蛍光材料１１２で被覆したＬＥＤを図示する。ＬＥＤは、サファイア、SiC、又はIII−窒化物材料などの基板１１０の上に形成されたｎ型領域１１６を含む。
活性領域１１８がｎ型領域１１６の上に形成され、ｐ型領域１２０が活性領域１１８の上に形成される。ｐ型領域１２０、活性領域１１８及びｎ型領域１１６の一部がエッチング除去され、ｎ型領域１１６の一部を露出する。ｐ型コンタクト１２１がｐ型領域１２０の上に堆積され、ｎ型コンタクト１２２がｎ型領域１１６の露出部の上に堆積される。このＬＥＤが裏返しにされて、ハンダなどの材料１２６、１２８により、サブマウント１２９に取り付けられる。
本発明の一目的は、ＬＥＤなどのパッケージングされた半導体発光デバイスを提供することであり、当該デバイスはＬＥＤがマウントに付着されていることを要しない。
本発明の実施形態は、複数の発光デバイスを含み、複数のうちの１個の発光デバイスが第１のピーク波長を有する光を発光するように構成されている。波長変換層が、複数の発光デバイスにより発光される光の光路内に配置される。波長変換層が、発光デバイスにより発光された光を吸収し第２のピーク波長を有する光を発する。複数の発光デバイスが、波長変換層を通じてのみ、互いに機械的に接続されている。
本発明の実施形態が、第１のピーク波長を有する光を発光する発光デバイスを含む。波長変換層が発光デバイスの上に位置される。光学素子層が波長変換層の上に位置される。光学素子層が発光デバイスの頂部表面及び各側部表面を覆う。
サブマウントに付着され、蛍光体で被覆されたＬＥＤを含む従来技術を図示している。 III−窒化物ＬＥＤの一例を図示している。 本発明の実施形態に従った波長変換層を有するＬＥＤの平面図である。 基板上に配置された一部のテープに付着されたＬＥＤを図示している。 基板上に配置されたテープの断面図である。 ＬＥＤの上に波長変換層を形成した後の図４の構造体を図示している。 ＬＥＤを分離した後の図６の構造体を図示している。 基板上に配置されたＬＥＤの上に等厚的に適用された波長変換層を図示している。 ＬＥＤの上に光学素子を形成した後の図８の構造体を図示している。 基板からＬＥＤを離し、複数個のＬＥＤを１個のＬＥＤの群又は複数個のＬＥＤの群に分離した後の図９の構造体を図示している。
図１に図示されているデバイスにおいて、サブマウント１２９は、完成したデバイスに残るパーツである。そのようなデバイスは、例えば、サブマウント１２９と両立しない特定のプラットフォームを要求する応用や、互いに至近距離に位置される個々の光学素子を伴う多数ＬＥＤを要求する応用にとって、不便である。
本発明の実施形態において、ＬＥＤを先ずマウントに付着させるということなしに、ＬＥＤがパッケージングされる。パッケージングされたＬＥＤは、ＬＥＤ及び波長変換層を含む。例えば、ＬＥＤが大電力デバイスである実施形態において、波長変換層がＬＥＤの上に形成され、次に、例えば、モールディング（molding）、積層（lamination）、噴霧（spaying）又はスクリーン印刷（screen printing）を含む何らかの適切な技法によって、光学素子が波長変換層の上に形成される。例えば、ＬＥＤが小電力デバイスである実施形態において、波長変換材料は、光学素子と混合され、例えば、モールディング（molding）、積層（lamination）、噴霧（spaying）又はスクリーン印刷（screen printing）を含む何らかの適切な技法によって、ＬＥＤの上に配置される。
パッケージングされたＬＥＤのウェファが個々のパッケージングされたＬＥＤに分離でき、或いは波長変換層及び／又は光学素子材料を通じてのみ接続されたパッケージングされたＬＥＤの配列に分離することができる。
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-ベースの材料等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ＬＥＤ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）や成長基板の除去を容易にするよう設計された層があり、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、反射性金属及び反射性金属の電気的マイグレーションを防止し又は減少させ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もできる。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、それぞれ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。多くの個々のＬＥＤが単一のウェファ上に形成され、デバイスのウェファから、１個のＬＥＤの群又は複数個のＬＥＤの配列若しくは群へとダイシングされる。半導体構造体並びにｎ型コンタクト２２及びｐ型コンタクト２１は、ブロック１２として、後続の図面に示される。
図３は、２個のＬＥＤ及び波長変換層を含むパッケージングされたＬＥＤの配列の平面図である。ＬＥＤ１０の頂部表面は、波長変換層３０で覆われているのであるが、図３において、ＬＥＤ１０の各々の頂部表面の面積がハッチングされた領域で表現されている。図４、５、６及び７は、図３に示したデバイスを形成する方法を示す。図３に示したデバイスにおいて、各ＬＥＤダイ１が、波長変換層３０によって５面の側部を包囲される。波長変換層３０は、ＬＥＤ１の頂部及び全ての側部を覆う。波長変換層３０によって覆われないＬＥＤ１の唯一の表面は、底部表面である。底部表面は、ＬＥＤへの電気的接続をなすのに用いられる何らかの適切な構造物（典型的には、図２に示す相互接続部又は金属コンタクト）を含む表面である。相互接続部は、ユーザーが構造体をＰＣボードなどの他の構造外に付着するのを可能にする。（図３、４及び５に示したＬＥＤ１は、長方形であり、それにより４面の側部表面及び基板の頂部表面が波長変換層３０に覆われる。他の形状のＬＥＤも本発明の範囲内である。ある実施形態における波長変換層３０は、任意の形状のＬＥＤの頂部表面及び全ての側部表面を覆う。）単一のＬＥＤの場合、ＬＥＤ及び波長変換層３０を含む構造体は、立方体、ハイパー長方形（hyperrectangle）、直方体、平行六面体その他の適切な形状を有して良い。
２個のＬＥＤの線形配列が示されているけれども、如何なる適切な配置のＬＥＤや如何なる数のＬＥＤも使用できる。例えば、単一ＬＥＤ、ＬＥＤ３個以上の長い線形配列、２×２又は３×３の方形配列、長方形配列その他の適切な配列が使用できる。複数のＬＥＤがマウントなどの構造体上に配置されていないので、図３に示す２個のＬＥＤは、波長変換層３０のみを介して互いに機械的に接続されている。したがって、複数のＬＥＤは、それらの頂部表面及び側部表面のみを介して、底部表面を通さずに、波長変換層３０により接続されている。対照的に、複数のＬＥＤがマウント上に配置される場合には、複数のＬＥＤは、典型的には、それらの底部表面を通して、マウントを介して接続される。
波長変換層３０は、波長変換材料、透明材料及び接着材料を含んで良い。波長変換層３０は、高い熱伝導性を有して良い。さらに、波長変換層材料は、例えば、モールディング、積層その他の適切な技法によって、デバイスの上に形成されるので、波長変換層（すなわち、波長変換材料及び透明材料）の粒子含有量は著しく、例えば、ある実施形態においては波長変換層の重量百分率９０％に達する。以下の実施例では波長変換層をモールディングすることに言及しているが、混合物をモールディングする代わりに接着材料を用いたり、モールディング以外の技法を用いたりして、波長変換層を形成することもでき、これらは本発明の実施形態の範囲内である。例えば、本発明の実施形態において、波長変換層は、波長変換材料、透明材料及びゾルゲル接着材料を含む。そのような波長変換層は、液体中に波長変換層を分配（dispense）し、次にゾルゲル材料を硬化することにより、形成することができる。
従来のパッケージングされたＬＥＤの一例として、ＬＥＤをモールディングされたリードフレームカップに付着させるワイヤボンドを伴う垂直ＬＥＤが含まれる。
ができる。ワイヤボンドを形成した後に、カップがシリコーン／蛍光体スラリーで充填される。この構成は、グープインカップ（goop in cup）と呼ばれる。カップ構成内のグープは、低コストであり、製造が容易である。しかしながら、グープインカップ構成は、ＬＥＤダイ、ワイヤボンド及び蛍光体／シリコーン材料（グープ）の高い熱抵抗（２０C/Wまで高い）のために、大入力電力密度を信頼性をもって扱うことにおいて制限される。フリップチップ型のＬＥＤもまた、カップ構成内のグープ内に配置することができる。フリップチップの利点は、ＬＥＤ及び典型的なフリップチップ相互接続部の熱抵抗が比較的に低い（典型的には＜５C/W）ことである。しかしながら、蛍光体／シリコーンの熱抵抗は依然として高く、結果としてデバイスは大電力密度を信頼性をもって扱うことはできない。
図３に示す構造体において、カップデバイス内のグープで用いられる蛍光体／シリコーン材料に比較して、波長変換層３０が高い粒子含有量を有することを可能にするような技法（上述のカップ構成内のグープにおけるような、ＬＥＤ上に分配する方法以外の技法）によって、波長変換層３０がＬＥＤ１の上に形成される。したがって、波長変換層３０が高い熱伝導性を伴う高い粒子含有量を有することができ、波長変換層３０の熱伝導性、故に構造体の熱伝導性を改良する。
波長変換材料は、例えば、在来の蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、II−VI族若しくはIII−V族半導体、II−VI族若しくはIII−V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材料であって良い。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、例えば黄色発光材料が赤色発光材料で増強されても良い。
透明材料は、例えば、パウダー、粒子その他の高い熱伝導性を有する材料であって良く、例えば、波長変換材料又は接着材料である高い熱伝導性を有する材料であっても良い。
有る実施形態において、透明材料は、通常のシリコーン材料よりも高い熱伝導性を有し、０．１〜０．２W/mK付近の熱伝導性を有しても良い。ある実施形態において、透明材料は、接着材料に実質的に整合する屈折率である。例えば、透明材料及び接着材料の屈折率は、ある実施形態において、１０％以下で変化しうる。ある実施形態において、透明材料の屈折率は、少なくとも１．５である。適切な透明材料の例としては、クリストバライト（crystobalite）、ガラス粒子又はビーズが含まれる。
多数個のＬＥＤが波長変換層３０を通じて接続される実施形態において、接着材料は、多数個のＬＥＤを互いに接続するのに十分に強固な如何なる材料であって良い。接着材料は、透明材料及び波長変換材料を互いに結びつける。接着材料は、ある実施形態において、約１．５の屈折率を有するように選択することができる。ある実施形態において、接着材料は、モールディング可能な熱硬化性材料である。適切な材料の例として、シリコーン、エポキシ及びガラスがある。接着材料及び透明材料は、典型的に、異なる材料であるか、或いは同じ材料でも異なる形態であるが、要求されはしない。例えば、透明材料はガラス粒子であって良いが、接着材料は、モールディングされたガラスであって良い。ある実施形態において、接着材料は、ゾルゲル材料である。接着材料がゾルゲル材料である実施形態において、波長変換材料と透明材料とゾルゲル液体との混合物をＬＥＤの上に分配して良く、次にゾルゲル液体から水が蒸発されて、基本的にガラスであるシリケートネットワーク（a silicate network）が残り、波長変換材料及び透明材料がシリケートネットワーク内に埋め込まれる。
ある実施形態において、波長変換層３０は、大部分が透明材料であり、波長変換材料及び接着材料は比較的に少ない。波長変換層３０は、ある実施形態において少なくとも５０重量％が透明材料であり、ある実施形態において６０重量％が透明材料であり、ある実施形態において７０重量％以下が透明材料である。波長変換層３０は、ある実施形態において少なくとも２０重量％が波長変換材料であり、ある実施形態において３０重量％が波長変換材料であり、ある実施形態において４０重量％以下が波長変換材料である。波長変換層３０は、ある実施形態において少なくとも５重量％が接着材料であり、ある実施形態において１０重量％が接着材料であり、ある実施形態において２０重量％以下が接着材料である。
波長変換層３０の熱伝導性は、ある実施形態において少なくとも０．５W/mKであり、ある実施形態において少なくとも１W/mKである。対照的に、カップ構成内のグープは、典型的には、０．１W/mK以下の熱伝導性を有する。
図３に示す構造体は、図４、５、６及び７に示す方法に従って形成することができる。ＬＥＤが形成されてＬＥＤのウェファから分離された後に、それらはビニング（binned）される。すなわち、所与の応用のための使用に適合するように、波長変換されたＬＥＤに必要な波長変換材料の特性に応じて、同様なピーク発光波長を有する複数のＬＥＤをグループ化する。
図４において、単一のビンからの個々のＬＥＤが、例えば在来のピックアンドプレース方法などの何らかの適切な技法により、基板４０上に配置される。図４には１個ずつの複数のＬＥＤが示されているけれども、ＬＥＤ１は１つのウェファから、１個ずつのＬＥＤではなく、複数のＬＥＤの群にダイシングすることもできる。最終的にウェファから個々のデバイスとして分離された複数のＬＥＤが所定の間隔を置かれる。その間隔は、例えば、ある実施形態において少なくとも１００μｍ間隔であり、ある実施形態において少なくとも２００μｍ間隔であり、ある実施形態において５００μｍ以下の間隔であり、ある実施形態において４００μｍ以下の間隔である。これらの間隔は、例えば、波長変換材料の応用方法その他の要因に依存する。最終的にウェファからアレイに分離された複数のＬＥＤ群が所定の間隔を置かれる。その間隔は、例えば、ある実施形態においてはアレイ内の他のＬＥＤ群から少なくとも１００μｍであり、ある実施形態においてはアレイ内の他のＬＥＤ群から少なくとも２００μｍであり、ある実施形態においてはアレイ内の他のＬＥＤ群から５００μｍ以下であり、ある実施形態においてはアレイ内の他のＬＥＤ群から４００μｍ以下である。
基板４０は、一時的なハンドリング基板である。接着層を有するキャリアテープなどの如何なる適切な材料も用いることができる。図５は、基板４０の一例の断面図である。基板４０は、キャリア５０、及び接着層５２とテープ層５４と開放層５６とを含む二重側部（両面）粘着テープを含む。
キャリア５０は、ＬＥＤを基板上に取付ける際及びその後の処理の際に、機械的支持及び安定性をＬＥＤに与える構造体であって良い。適切な材料は、例えば、ガラス、セラミック又はプラスチックを含む。
接着層５２とテープ層５４と開放層５６とは、キャリアに付着される二重側部（両面）粘着テープを形成する。処理後に、二重側部粘着テープがキャリア５０から除去することができ、それによりキャリア５０が再利用できる。二重側部粘着テープオンキャリア（the double-sided-sticky-tape-on carrier）構成によれば、上述の波長変換層３０及び光学素子層７０を在来のモールディングマシン内で形成することが可能になる。テープ層５４は、２つの粘着層を分離し、例えばハンドリングテープを含む如何なる好適な構造であっても良い。接着層５２は、キャリア５０にテープ層５４を付着させる。例えばアクリル（acrylic）及びシリコーンなどの如何なる好適な材料を用いることもできる。複数のＬＥＤが開放層５６に付着する。したがって、開放層５６は、処理中にはＬＥＤを適所に確実に保持し、処理後にはＬＥＤ及び関連構造体を開放するように、選択される。適切な材料の例として、室温において接着剤として振る舞うが、室温以上の温度に加熱することにより除去可能となる熱開放接着剤が含まれる。
図６において、上述した波長変換層３０がＬＥＤ１の上にモールディングされる。例えば、モールド（型）（図６に図示せず）がＬＥＤのグループの上に配置され、次にモールディング材料（すなわち、波長変換層を形成する材料）で充填される。波長変換層３０は、液体形態の熱硬化接着材料を含んで良い。構造体が、例えば加熱による処理がされ、熱硬化接着材料を固体へと変換する。次に、モールドを除去する。波長変換層３０が、複数のＬＥＤ１の頂部の上、及び隣接するＬＥＤの間に配置される。
開放層５６及びモールディング材料が都合良く選択され、それにより開放層５６がＬＥＤの底部表面上の金属に良好に接着するが、モールディング材料には比較的に弱く接着する。モールディング後に、ＬＥＤを開放層から容易に除去することができる。
図７において、例えば、隣接するＬＥＤの間の波長変換層３０を所望位置のストリート（streets）４２において切断することにより、個別的なＬＥＤ又はＬＥＤの群が、分離される。ダイヤモンドソーイング又はレーザー切断などの如何なる適切な技法をも用いることができる。好適には、切断技法は、基板４０を貫通するまでは切断しない。図７に示した切断は、図示のように、ある実施形態において、結果として、実質的に垂直な側壁４４をもたらす。ある実施形態において、波長変換層３０からの光取出を増大するように、側壁４４が角度を付けられ或いはその他の形状を付けられる。分離ステップで垂直として残された側壁が、第２のステップで角度付けられる。変形的な実施形態において、異なる切断ブレードを用いて、より広いストリートを用いることができる。例えば円錐形状のブレードにより、１ステップで角度付けた側壁を生成することもできる。
分離された複数のＬＥＤ又は複数のＬＥＤアレイが、例えば熱開放、第２基板への移送又は直接ピッキングを含む何らかの適切な方法により、基板４０から除去される。
できる。ＬＥＤをテストすることができ、そしてユーザーによるＰＣボードなどの構造への取り付けのための用意が整う。例えば、ＬＥＤ１の底部上の相互接続部２６及び２８を通じた、ハンダその他の適切な取付技法によって、ＬＥＤを他の構造上に取り付ける。
図８、９及び１０は、パッケージングされたＬＥＤ又はＬＥＤのアレイの変形的実施形態を形成する方法を示している。ＬＥＤ１を基板４０上に図４に示し上述したように配置した後に、波長変換層６０が、図８に示すようにＬＥＤの上に配置される。ＬＥＤ１の頂部の上の波長変換層６０の厚さは、かなり薄くて良い。例えば、ある実施形態において５００μｍ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１０μｍ厚である。波長変換層６０は、図３の議論で上述したような如何なる材料であっても良い、少なくとも１種の波長変換材料を含んで良い。波長変換材料は、シリコーンその他の適切な材料などの透明バインダー材料内に配置することができる。
波長変換層６０は、複数のＬＥＤとは別個に形成することもできる。１つの実施形態において、波長変換層を作るために、１つまたはそれ以上の蛍光体パウダーがシリコーンと混合され、目標蛍光体密度を達成し、目標厚さを有する波長変換層が形成される。例えば、平坦表面上での混合物のスピニング、波長変換層のモールディング、積層を含む何らかの適切な技法により、所望の厚さが得られる。ある実施形態において、波長変換層は可撓性（flexible）である。
図８に示す構造体を形成するために、波長変換層６０がＬＥＤ１の上に位置づけられ、波長変換層６０とＬＥＤ１との間が真空に引かれて、実質的に全ての空気を除去する。次に、加熱及び圧縮を用いて、波長変換層６０をＬＥＤ１に積層することができ、波長変換層６０をＬＥＤ１の頂部表面と同形にする。波長変換層６０内のシリコーンなどの透明材料を、加熱又は紫外線により硬化することができる。上述の例では、予め成型した波長変換層をＬＥＤ上に積層することを説明したが、本発明は積層に限定されるものではなく、如何なる適切な技法及び如何なる適切な波長変換層を用いることもできる。
図９において、光学素子層７０が波長変換層の上に配置される。光学素子層７０は、例えば、レンズのように作用し得る透明材料であって良い。光学素子層７０の頂部表面は図９において平坦であるが、ある実施形態においては、光学素子層は、半球その他の適切な形状レンズに形状付けることができる。光学素子層７０は各ＬＥＤの頂部表面及び少なくとも一部の各側部表面を覆う。光学素子層は、接着材料及び光学的に透明な材料を含んで良い。透明材料は、例えば、接着剤よりも高い熱伝導性を有する、パウダー、粒子その他の材料であって良い。ある実施形態において、透明材料は、通常のシリコーン材料よりも高い熱伝導性を有し、０．１〜０．２W/mK程度の熱伝導性を有して良い。ある実施形態において、透明材料は、接着材料と実質的に整合する屈折率を有する。例えば、透明材料と接着材料の屈折率は、ある実施形態において、１０％以下で変化し得る。ある実施形態において、透明材料の屈折率は、少なくとも１．５である。適切な透明材料の例としては、クリストバライト（crystobalite）、ガラス粒子又はビーズ（beads）が含まれる。
接着材料は、多数のＬＥＤを互いに接続するのに十分強固な如何なる材料であっても良い。ある実施形態において、多数のＬＥＤが光学素子層により接続される。透明材料を含む実施形態において、接着材料は、透明材料を互いに結びつける。接着材料は、ある実施形態において、少なくとも１．５の屈折率を有するように選択することができる。ある実施形態において、接着材料は、モールディング可能である、熱硬化材料である。適切な材料の例として、シリコーン、エポキシ及びガラスが含まれる。接着材料と透明材料とは、典型的に異なる材料であり、或いは異なる形態の同じ材料であるが、そうでなくとも良い。例えば、透明材料はガラス粒子であって良いが、接着材料は、モールディングされたガラスであって良い。ある実施形態において、接着材料は、ゾルゲル材料である。接着材料がゾルゲル材料である実施形態において、透明材料とゾルゲル液体との混合物をＬＥＤ１の上に分配して良く、次にゾルゲル液体から水が蒸発されて、基本的にガラスであるシリケートネットワーク（a silicate network）が残り、透明材料がシリケートネットワーク内に埋め込まれる。
ある実施形態において、光学素子層は、大部分が透明材料であり、接着材料は比較的に少ない。光学素子層は、ある実施形態において少なくとも５０重量％が透明材料であり、ある実施形態において６０重量％が透明材料であり、ある実施形態において７０重量％以下が透明材料である。
光学素子層７０の熱伝導性は、ある実施形態において少なくとも０．５W/mKであり、ある実施形態において少なくとも１W/mKである。
図１０において、複数のＬＥＤが基板から除去されて、図３に関して上述したように、個々のＬＥＤに又はＬＥＤアレイの群に分離される。
ある実施形態において、波長変換材料が接着材料と混合されてＬＥＤ上にモールディングされる図３、６及び７に示すＬＥＤは、中電力デバイスであり、電力が低いのでＬＥＤからの熱を波長変換材料３０により放散することができる。例えば、中電力デバイスは、０．５Ａ又は０．２Ａ以下で動作可能であり、５０ルーメン（lumens）又はそれ以下の光束で発光することができる。
ある実施形態において、薄い波長変換層がＬＥＤ上に形成され、次に光学素子層が波長変換層上に形成される図８、９及び１０に示すＬＥＤは、大電力デバイスである。例えば、大電力デバイスは、０．８Ａ又は１Ａ以上で動作可能であり、２００ルーメン（lumens）又はそれ以上の光束で発光することができる。ある大電力デバイスにとっては、図３、６及び７に示されたように、モールディングされた波長変換層３０は、ＬＥＤからの熱を放散させるのに十分なほど熱伝導的ではないであろう。したがって、蛍光体などの熱伝導性の波長変換材料が、ＬＥＤとモールディングされた光学素子層７０との間に位置する薄い波長変換層６０の中に配置される。薄い波長変換層の中の熱伝導性蛍光体粒子によって、ＬＥＤダイ上の熱導電性構造体中への熱の放散が容易になり、デバイスの熱的性能が改善され得る。
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図面に図示した特定実施形態に限定することは意図されていない。

Claims (18)

  1. 構造体であって：
    複数の発光デバイスであり、前記複数の発光デバイスの各々が、第１表面と、前記第１表面に対向する第２表面と、前記第１表面及び前記第２表面を接続する少なくとも１つの側部表面とを有する、複数の発光デバイスと；
    前記複数の発光デバイスの各々の前記第１表面に直接接触して配置される波長変換層と；
    前記波長変換層に直接接触して配置される光学素子層と；
    を含み、
    前記複数の発光デバイスが、前記波長変換層及び前記光学素子層を通じてのみ、互いに機械的に接続されている、
    構造体。
  2. 請求項１に記載の構造体であり、
    前記波長変換層が、波長変換材料、接着材料及び透明材料の混合物を含む、
    構造体。
  3. 請求項２に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.2W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  4. 請求項３に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.5W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  5. 請求項２に記載の構造体であり、
    前記透明材料の重量が、前記波長変換層の重量の少なくとも５０％である、
    構造体。
  6. 請求項２に記載の構造体であり、
    前記接着材料が、前記波長変換層の重量の１５％以下の重量を有する、
    構造体。
  7. 請求項２に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.2W/mKの熱伝導性を有し、
    前記透明材料の重量が、前記波長変換層の重量の少なくとも５０％である、
    構造体。
  8. 請求項７に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.5W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  9. 請求項１に記載の構造体であり、
    前記光学素子層が、接着材料及び透明材料の混合物を含む、
    構造体。
  10. 請求項９に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.2W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  11. 請求項１０に記載の構造体であり、
    前記光学素子層が、少なくとも0.5W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  12. 請求項１０に記載の構造体であり、
    前記透明材料の重量が、前記波長変換層の重量の少なくとも５０％である、
    構造体。
  13. 請求項９に記載の構造体であり、
    前記接着材料が、前記波長変換層の重量の１５％未満の重量を有する、
    構造体。
  14. 請求項９に記載の構造体であり、
    前記透明材料が、少なくとも0.2W/mKの熱伝導性を有し、
    前記透明材料の重量が、前記波長変換層の重量の少なくとも５０％であり、
    前記接着材料の重量が、前記波長変換層の重量の少なくとも０％であり、１５％未満である、
    構造体。
  15. 請求項１４に記載の構造体であり、
    前記光学素子層が、少なくとも0.5W/mKの熱伝導性を有する、
    構造体。
  16. 請求項１に記載の構造体であり、
    前記波長変換層の厚さが、０μｍを越え１００μｍ未満である、
    構造体。
  17. 請求項１に記載の構造体であり、
    前記波長変換層が、隣接する発光デバイスの間の空間において形成されたへこみを含み、前記光学素子層が前記波長変換層のへこみを充填している、
    構造体。
  18. 請求項１に記載の構造体であり、
    前記波長変換層が、各前記発光デバイスの前記第２表面以外の全ての表面に配置されている、
    構造体。
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