JP2007533140A - 少なくとも一つのカプセル化層がナノ粒子群を含む複数のカプセル化層を有する発光素子およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
発光素子は、アクティブ領域に印加された電圧に反応して光を発するよう設定されたアクティブ領域を含む。第１のカプセル化層は、少なくとも部分的にアクティブ領域をカプセル化し、基材とナノ粒子群を含み、第１のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる。第２のカプセル化層は、少なくとも部分的に第１のカプセル化層をカプセル化する。
Description
本発明は、一般に、マイクロエレクトロニック素子群およびその製造方法に関し、より具体的には、発光素子群およびその製造方法に関する。
発光ダイオード群（ＬＥＤ群）は、民生用および商用の用途において広く利用されている。当業者には周知のように、発光ダイオードは、一般的に、マイクロエレクトロニック基材にアクティブ領域を含む。マイクロエレクトロニック基材は、例えば、ガリウムヒ素、ガリウム燐、それらの合金、炭化ケイ素、および／又はサファイアを含むことがある。ＬＥＤ群の絶え間ない発展により、可視スペクトルおよびそれを超える領域をカバーする高度に効率的で機械的に頑強な光源が生まれている。これらの特性と、半導体素子群の耐用年数は潜在的に長くなる可能性とが結びつくことにより、様々な新しいディスプレイへの応用が可能となり、すでによく定着している白熱および／又は蛍光灯と競争する地位に、ＬＥＤ群を、置くことができる。
標準的なＬＥＤパッケージは、典型的に、他の要素からアクティブ素子を保護し、ＬＥＤ小立方体の光学的出力を増大させるためにエポキシ製のカプセル化層を含む。残念ながら、エポキシ製のカプセル化層は、比較的短い波長（例えば、５２５ｎｍ）のハイフラックスＬＥＤ群とともに用いると光学的な品質が低下することがある。
本発明に係る幾つかの実施形態によると、発光素子は、アクティブ領域に印加された電圧に反応して光を発するよう設定されたアクティブ領域を含む。第１のカプセル化層は、少なくとも部分的にアクティブ領域をカプセル化し、基材（ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌ）とナノ粒子群を含み、第１のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる。第２のカプセル化層は、少なくとも部分的に第１のカプセル化層をカプセル化する。
本発明に係る他の実施形態において、基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含む。
本発明に係るさらに他の実施形態において、第１のカプセル化層は、十分に透明である。
本発明に係るさらに他の実施形態において、ナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含む。
本発明に係るさらに他の実施形態において、少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含む。
本発明に係る追加的な実施形態において、基材は、第１の基材であり、ナノ粒子群は、第１のナノ粒子群である。第２のカプセル化層は、第２のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含む。
本発明に係るさらに追加的な実施形態において、第２の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含む。
本発明に係るさらに追加的な実施形態において、第２のカプセル化層は、十分に透明である。
本発明に係るさらに追加的な実施形態において、第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含む。
本発明に係るさらに追加的な実施形態において、第２のカプセル化層の少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含む。
本発明に係るさらに追加的な実施形態において、第１のカプセル化層の外側表面でアクティブ領域の反対側は、アクティブ領域からの光線群が、第１のカプセル化層に、臨界角より大きな角度で入射しないように形成されることができる。
本発明に係る素子の実施形態に関して主要な点について説明したが、本発明は発光素子を製造する製造方法として実施できることも理解される。
本発明の他の特徴を、添付した図面と併せて読むことにより、特定の実施形態についての以下の詳細な説明からより容易に理解することができる。
本発明は、様々な変形と代替となる形態とを受け入れる余地があるが、その特定の実施形態が、複数の図面における例により示され、ここで詳細に説明される。しかしながら、ここに公開された特定の形態に発明を限定する意図はなく、逆に、本発明は、特許請求の範囲によって定義される発明の精神と範囲に属する全ての改変、等価物、および代替物を包含する。図面の説明全般において、同一の符号は、同一の要素を参照する。図面において、層と領域の寸法は明瞭にするために強調されている。ここで説明されている各実施形態もまた、それに補完的な導電型の実施形態を含む。
層、領域又は基材が、他の要素の「上に」あると言うときに、それは、他の要素の上に直接存在することもあるし、又は介在要素も存在しえるということが理解されるであろう。表面のような要素の一部が「内側」と言う場合には、その要素の他の部分より素子の外側から遠いということが理解されるであろう。さらに、「真下」又は「覆う」というような相対的な用語は、ここでは、図面に示されているように基板又はベース層（ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）と相対的な一つの層又は領域の他の層又は領域との関係を説明するために用いられる。これらの用語は、図面に示された方位に加えて、素子の異なる方位を包含することを意図している。最後に、「直接」という用語は、介在要素が存在しないということを意味している。ここで、用いられているように、「および／又は」という用語は、一つ又はそれ以上の関係する列挙アイテム群の幾つかおよび全ての組み合わせを含む。
第１、第２、等々は、ここでは、様々な要素群、コンポーネント群、領域群、層群および／又はセクション群を説明するために用いられるが、これらの要素群、コンポーネント群、領域群、層群および／又はセクション群はこれらの用語群によって制限されるべきではないといいうことが理解されるであろう。これらの用語群は、一つの要素、コンポーネント、領域、層又はセクションを他の領域、層又はセクションから区別するためにのみ用いられる。それゆえ、以下で議論されている第１の領域、層又はセクションを、第２の領域、層又はセクションと表現することも可能であり、同様に、本発明の教示から離れることなく第２のものと表現することも可能である。
一般的に、ＳｉＣを主成分とした又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とした基板上のＧａＮを主成分とした発光ダイオード群（ＬＥＤ群）について言及しながら、本発明の実施形態についてこれから説明する。しかしながら、本発明は、そのような構造群に限定されない。本発明の実施形態において用いることができる発光素子の例は、これに限定されないが、ノースカロライナのダラム（Ｄｕｒｈａｍ）にあるクリーインコーポレイテッドによって製造販売されている素子群のような、ＬＥＤ群および／又はレーザダイオード群を含む。例えば、本発明は、特許文献１から１５にて完全に明らかにされているように参照によってここで組み込まれた開示情報に記載されているようなＬＥＤ群および／又はレーザ群に用いることが適している。他の適したＬＥＤ群および／又はレーザ群は、２００２年５月７日に出願された特許文献１６「ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＷＩＴＨ Ａ ＱＵＡＮＴＵＭ ＷＥＬＬ ＡＮＤ ＳＵＰＥＲＬＡＴＴＩＣＥ， ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＱＵＡＮＴＵＭ ＷＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＡＮＤ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＳＵＰＥＲＬＡＴＴＩＣＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」および２００２年１月２５日に出願された特許文献１７「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＳＵＢＡＴＲＡＴＥ ＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」、ここに完全に明らかにされているように参照によってここで組み込まれた開示情報に記載されている。さらに、２００３年９月９日に出願された特許文献１８「ＰＨＯＳＰＨＯＲ−ＣＯＡＴＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＴＡＰＥＲＥＤ ＳＩＤＥＷＡＬＬＳ， ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＨＥＲＥＦＯＲ，」、ここに完全に明らかにされているように参照によってここで組み込まれた開示情報に記載されているようなリン光体でコートされたＬＥＤ群も本発明の実施形態での使用に適している。
ＬＥＤ群および／又はレーザ群を、基板を通して発光が起こるように「フリップチップ」設定で動作するように設定することができる。そのような実施形態において、例えば、２００２年１月２５日に出願された特許文献１９「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」、ここに完全に明らかにされているように参照によってここで組み込まれた開示情報に記載されているように、基材のパターンを、素子の出力光を増大させるようにすることができる。
図１Ａ〜１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態に係る発光素子群とその製造方法群を示す断面図である。図１Ａについて言及すると、本発明の幾つかの実施形態に係る、発光素子１０は、陽極端子１２を含むＬＥＤ、ダイオード領域のようなアクティブ領域１３、および陰極端子１４を含み、これらは、お互いに電気的に結合している。アクティブ領域１３は、例えば、陽極端子１２と陰極端子１４とを経由してこれに印加された電圧に反応して発光するように設定されている。発光素子１０は、第１のカプセル化層１６をさらに含み、第１のカプセル化層１６は、例えば、第１のカプセル化層１６の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる基材とナノ粒子群とを含む。第１のカプセル化層１６は、少なくとも部分的に、本発明の幾つかの実施形態に従って、アクティブ領域をカプセル化し、十分に透明である。本発明に係る様々な実施形態によると、基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含む。有利なことに、シリコーンゲルは、比較的ハイフラックスで短い波長（例えば、５２５ｎｍのオーダー）の光に曝されたときに、一般的に光学的に安定である。第１のカプセル化層１６のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、例えば、第１のカプセル化層１６は、ＴｉＯ２ナノ粒子群を含むシリコーンゲルを含むことができる。シリコーンゲルに含まれているＴｉＯ２ナノ粒子群は、第１のカプセル化層１６の屈折率を増大させ、第１のカプセル化層１６の屈折率を、アクティブ領域１３の屈折率とより近づけるようにして、アクティブ領域１３からの光抽出を改善することができる。
光が一つの媒体から他の媒体へ移動するとき、ｎ１を媒体１の屈折率とし、ｎ２を媒体２の屈折率とした場合に、屈折角が、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２、というスネルの法則によって支配されるように、光は屈折される。しかしながら、逃げる光は、θ１ｃｒｉｔｉｃａｌ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）によって定義される「臨界角」より小さいという角度依存性を持っている。臨界角より大きな角度で入射した光は、媒体２を通過せず、その代わりに、媒体１に反射されて戻される。この反射は、一般に、全反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。第１のカプセル化層１６からの光抽出をさらに改良するために、アクティブ領域１３の向かいにある第１のカプセル化層１６の外側表面を、本発明の幾つかの実施形態によるように、アクティブ領域１３からの光線群が、臨界角より大きい角度で第１のカプセル化層１６に入射しないような形状とすることができる。
図１Ｂについて言及すると、第１のカプセル化層１６は、少なくとも部分的に第２のカプセル化層１８でカプセル化されており、第２のカプセル化層１８は、例えば、第２のカプセル化層１８の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような物理的性質の少なくとも一つを変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含むことができる。第２のカプセル化層１８は、十分に透明である。本発明の様々な実施形態によると、第２の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。
本発明の具体的な実施形態において、第２のカプセル化層１８は、発光素子１０のパッケージに剛性を付加するために、エポキシ、プラスチック、および／又はガラスを含むことができる。パッケージの熱的性質を改良するために、十分に透明な第３のカプセル化層１９を、本発明の幾つかの実施形態に従って、第２のカプセル化層１８を少なくとも部分的にカプセル化するために用いることができる。第３のカプセル化層１９は、熱的に伝導性の物質を含むことができる。本発明の具体的な実施形態に従って、第１のカプセル化層１６、第２のカプセル化層１８、第３のカプセル化層１９を、鋳造プロセスを用いて形成することができる。
図２Ａ〜２Ｃは、本発明の追加的な実施形態に係る発光素子群およびその製造方法群を示す断面図である。図２Ａについて言及すると、本発明の幾つかの実施形態に従って、発光素子２０は、陽極端子２２を含むＬＥＤ、ダイオード領域のようなアクティブ領域２３、および陰極端子２４を含み、これらは、お互いに電気的に結合している。アクティブ領域２３は、例えば、陽極端子２２と陰極端子２４とを経由してこれに印加された電圧に反応して発光するように設定されている。発光素子２０は、第１のカプセル化層２６をさらに含み、第１のカプセル化層２６は、例えば、第１のカプセル化層２６の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる基材とナノ粒子群とを含む。第１のカプセル化層２６は、少なくとも部分的にアクティブ領域を、本発明の幾つかの実施形態に従って、カプセル化し、十分に透明である。本発明の様々な実施形態によると、基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第１のカプセル化層２６におけるナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、例えば、第１のカプセル化層２６は、ＴｉＯ２ナノ粒子群を含むシリコーンゲル、エポキシ、および／又は高分子化合物を含むことができる。基材に含まれているＴｉＯ２ナノ粒子群は、第１のカプセル化層２６の屈折率を増大させ、第１のカプセル化層２６の屈折率を、アクティブ領域２３の屈折率とより近づけるようにして、アクティブ領域２３からの光抽出を改善することができる。
第１のカプセル化層２６からの光抽出をさらに改良するために、アクティブ領域２３の向かいにある第１のカプセル化層２６の外側表面を、本発明の幾つかの実施形態によるように、アクティブ領域２３からの光線群が、臨界角より大きい角度で第１のカプセル化層２６に入射しないような形状とすることができる。その上、本発明の幾つかの実施形態に従って、第１のカプセル化層２６は、例えば、白色ＬＥＤランプを製造するために、リン光体粒子群をさらに含むことができる。本発明の具体的な実施形態に従って、第１のカプセル化層２６を鋳造又は分注（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）プロセスを用いて形成することができる。
図２Ｂについて言及すると、発光素子２０は、少なくとも部分的に第１のカプセル化層２６をカプセル化し、十分に透明である第２のカプセル化層２７を、さらに含む。第２のカプセル化層２７は、例えば、第２のカプセル化層２７の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含むことができる。本発明の様々な実施形態に従って、第２の充填物資は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、本発明の具体的な実施形態において、第２のカプセル化層２７は、シリコーンゲルを含むことができる。
図２Ｃについて言及すると、第２のカプセル化層２７は、少なくとも部分的に第３のカプセル化層２８でカプセル化されており、第３のカプセル化層２８は、十分に透明であり、例えば、第３のカプセル化層２８の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる第３の基材と第３のナノ粒子群とを含むことができる。本発明に係る様々な実施形態に従って、第３の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第３のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。
本発明の具体的な実施形態において、第３のカプセル化層２８は、発光素子２０のパッケージに剛性を付加するために、エポキシ、プラスチック、および／又はガラスを含むことができる。パッケージの熱的性質を改良するために、十分に透明な第４のカプセル化層２９を、本発明の幾つかの実施形態に従って、第３のカプセル化層２８を少なくとも部分的にカプセル化するために用いることができる。第４のカプセル化層２９は、熱的に伝導性の物質を含むことができ、十分に透明である。本発明の具体的な実施形態によると、第２のカプセル化層２７、第３のカプセル化層２８、第４のカプセル化層２９を、鋳造プロセスを用いて形成することができる。
図３Ａ〜３Ｄは、本発明の幾つかの実施形態に係る発光素子群およびその製造方法群を示す断面図である。図３Ａについて言及すると、本発明の幾つかの実施形態に従って、発光素子３０は、陽極端子３２を含むＬＥＤ、ダイオード領域のようなアクティブ領域３３、および陰極端子３４を含み、これらは、お互いに電気的に結合している。アクティブ領域３３は、例えば、陽極端子３２と陰極端子３４とを経由してこれに印加された電圧に反応して発光するように設定されている。発光素子３０は、第１のカプセル化層３５をさらに含み、第１のカプセル化層３５は、例えば、第１のカプセル化層３５の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる基材とナノ粒子群とを含む。第１のカプセル化層３５は、少なくとも部分的にアクティブ領域を、本発明の幾つかの実施形態に従って、カプセル化し、十分に透明である。本発明の様々な実施形態によると、基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第１のカプセル化層３５におけるナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、例えば、第１のカプセル化層３５は、ＴｉＯ２ナノ粒子群を含むシリコーンゲル、エポキシ、および／又は高分子化合物を含むことができる。基材に含まれているＴｉＯ２ナノ粒子群は、第１のカプセル化層３６の屈折率を増大させ、第１のカプセル化層３５の屈折率を、アクティブ領域３５の屈折率とより近づけるようにして、アクティブ領域３３からの光抽出を改善することができる。
第１のカプセル化層３５からの光抽出をさらに改良するために、アクティブ領域３３の向かいにある第１のカプセル化層３５の外側表面を、本発明の幾つかの実施形態によるように、アクティブ領域３３からの光線群が、臨界角より大きい角度で第１のカプセル化層３５に入射しないような形状とすることができる。
図３Ｂについて言及すると、発光素子３０は、少なくとも部分的に第１のカプセル化層３５をカプセル化し、十分に透明である第２のカプセル化層３６を、さらに含む。第２のカプセル化層３６は、例えば、第２のカプセル化層３６の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含むことができる。本発明の様々な実施形態に従って、第２の充填物資は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、本発明の具体的な実施形態において、本発明の幾つかの実施形態に従って、第２のカプセル化層３６は、例えば、白色ＬＥＤランプを製造するために、リン光体粒子群を含むように製造されているシリコーンゲル、エポキシ、および／又は高分子化合物を含むことができる。その上、本発明の幾つかの実施形態に従って、第２のカプセル化層３６は、ＴｉＯ２ナノ粒子群をさらに含むことができる。有利なことに、第２のカプセル化層３６をアクティブ領域３３から分離することにより、増加された光出力を発光素子から得ることができる。本発明の具体的な実施形態に従って、第１のカプセル化層３５と第２のカプセル化層３６を鋳造又は分注（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）プロセスを用いて形成することができる。
図３Ｃについて言及すると、発光素子３０は、少なくとも部分的に第２のカプセル化層３６をカプセル化し、十分に透明である第２のカプセル化層３７を、さらに含む。第３のカプセル化層３７は、例えば、第３のカプセル化層３７の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる第３の基材と第３のナノ粒子群とを含むことができる。本発明に係る様々な実施形態に従って、第３の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｌ）、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第３のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。したがって、本発明の具体的な実施形態において、第３のカプセル化層３７は、シリコーンゲルを含むことができる。
図３Ｄについて言及すると、第３のカプセル化層３７は、少なくとも部分的に第４のカプセル化層３８でカプセル化されており、第４のカプセル化層３８は、十分に透明であり、例えば、第４のカプセル化層３８の屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性のような少なくとも一つの物理的性質を変化させる第４の基材と第４のナノ粒子群とを含むことができる。本発明に係る様々な実施形態に従って、第４の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことができる。第４のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことができる。
本発明の具体的な実施形態において、第４のカプセル化層３８は、発光素子３０のパッケージに剛性を付加するために、エポキシ、プラスチック、および／又はガラスを含むことができる。パッケージの熱的性質を改良するために、第５のカプセル化層３９を、本発明の幾つかの実施形態に従って、第４のカプセル化層３８を少なくとも部分的にカプセル化するために用いることができる。第５のカプセル化層３９は、熱的に伝導性の物質を含むことができ、十分透明である。本発明の具体的な実施形態に従って、第３のカプセル化層３７、第４のカプセル化層３８、第５のカプセル化層３９を、鋳造プロセスを用いて形成することができる。
一般に、本発明の実施形態は、一連の複数の（二つ以上の）カプセル化層群を含むことができ、各カプセル化層は、それより前の層群又は発光素子の全部又は一部をカプセル化する。各カプセル化層は、上述されているように、様々な、充填、ナノ粒子、添加剤／充填材物質群のうちの一つを含み、各層は、結果として完成したパッケージの性能を改善するために特定の相補的な機能を担う。一般に、カプセル化層群は、発光素子からの光を十分には吸収しないことが望ましい。さらに、カプセル化層群間のインターフェースを、光学的および／又は化学的性質群を高めるように設計することができる。化学反応群、接着、熱膨張、等々のような化学的およびその他の物理的性質群の融和性が、様々なカプセル化層群の間のインターフェースの配置および／又構造に制約を課すことがありえる。
詳細な説明を終わるにあたり、本発明の本質から実質的に離れることなく、所望の実施形態に対して多くの変形と改良を施すことが可能であることが留意されるべきである。そのような全ての変形および改良は、特許請求の範囲において明らかにされた本発明の範囲内で、ここに含まれると意図されている。
Claims (22)
- 印加された電圧に反応して光を発するよう設定されたアクティブ領域と、
少なくとも部分的に前記アクティブ領域をカプセル化する第１のカプセル化層であって、
前記第１のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる基材とナノ粒子群とを含む第１のカプセル化層と、
少なくとも部分的に前記第１のカプセル化層をカプセル化する第２のカプセル化層とを備えたことを特徴とする発光素子。 - 前記基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１のカプセル化層は、十分に透明であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記ナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記基材は、第１の基材であり、前記ナノ粒子群は、第１のナノ粒子群であり、前記第２のカプセル化層は、前記第２のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記第２の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記第２のカプセル化層は、十分に透明であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記第２のカプセル化層の前記少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記アクティブ領域に対向した、前記第１のカプセル化層の外側表面は、前記アクティブ領域からの光線群が、前記第１のカプセル化層に、臨界角より大きな角度で入射しないように形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 発光素子を形成する方法であって、
印加された電圧に反応して光を発するよう設定されたアクティブ領域を形成するステップと、
少なくとも部分的に前記アクティブ領域をカプセル化する第１のカプセル化層であって、
前記第１のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる基材とナノ粒子群とを含む第１のカプセル化層を形成するステップと、
少なくとも部分的に前記第１のカプセル化層をカプセル化する第２のカプセル化層を形成するステップとを備えたことを特徴とする方法。 - 前記基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第１のカプセル化層は、十分に透明であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記ナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記基材は、第１の基材であり、前記ナノ粒子群は、第１のナノ粒子群であり、前記第２のカプセル化層は、前記第２のカプセル化層の少なくとも一つの物理的性質を変化させる第２の基材と第２のナノ粒子群とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第２の基材は、シリコーン、シリコーン化合物、オプティカルゲル、エポキシ樹脂、ガラス、ゾルゲル、エーロゲル、および／又は光学的に安定な高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記第２のカプセル化層は、十分に透明であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記第２のナノ粒子群は、ＴｉＯ２、ダイヤモンド、炭化ケイ素、散乱粒子群、充填材群、リン光体群、および／又は光変換物質群を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記第２のカプセル化層の前記少なくとも一つの物理的特性は、屈折率、熱伝導率、機械的強度、耐磨耗性、および／又は光学的安定性を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記アクティブ領域に対向した、前記第１のカプセル化層の外側表面は、前記アクティブ領域からの光線群が、前記第１のカプセル化層に、臨界角より大きな角度で入射しないように形成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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