JP2008166740A - 固体発光ダイの光学的プリフォーム並びにその作製および組み立ての方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光ダイのパッケージングを改善すること。
【解決手段】プリフォームが、固体発光ダイに取り付けられる。フォトルミネセント要素、屈折要素、フィルタ要素、散乱要素、拡散要素または反射要素等の光学的要素の１つ又はそれ以上が、プリフォームの中にかつ／またはその上に含まれる。例えばプリフォームは、蛍光体粒子がその中に浮遊しているガラスプリフォームとすることができる。プリフォームは、マイクロエレクトロニクスの製造技術を用いて作製することができ、ピックアンドプレイス技術を用いて固体発光ダイ上に配置することができる。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、固体発光デバイス及びその作製方法に関し、より詳細には、固体発光ダイのパッケージングに関する。

無機または有機発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体発光デバイスは、多くの用途で広く用いられている。当業者にはよく知られているように、固体発光デバイスには、電圧を加えるとコヒーレント光および／またはインコヒーレント光を発するように構成された固体発光ダイまたはチップが含まれる。無機ＬＥＤは、ＰＮ接合を形成する半導体層を備える。有機ＬＥＤは、１つ又は複数の有機発光層を備える場合がある。通常、固体発光デバイスは、電荷キャリア、すなわち電子と正孔が発光層または発光領域内で再結合することによって発光する。

固体発光ダイは、外部電気的接続、熱放散、レンズ、導波路、および／または他の光学的機能、環境からの保護、および／またはその他の所望の機能を提供するために、パッケージングされる場合があることがよく知られている。パッケージングは、少なくとも部分的には、固体発光ダイをサブマウント上に備え付けることによって、かつ／または少なくとも部分的に固体発光ダイをドーム型シェル（ｓｈｅｌｌ）で囲むことによって実現される。

発光した光を特定の周波数帯で強めるために、かつ／または光の少なくともいくらかを別の周波数帯へ変換するために、蛍光体を固体発光デバイスに取り入れることがしばしば望まれる。本明細書で用いられる用語「蛍光体」は、任意のフォトルミネセント材料に対して一般的に用いられる。蛍光体は、多くの技術を用いて固体発光デバイス内部に取り込むことができる。例えば、蛍光体は、ドーム型シェルの内部および／または外部に被覆してもよいし、かつ／またはシェル自身の中に含めてもよい。他の技術によれば、蛍光体を固体発光ダイ自身の上に被覆してもよい。さらに他の技術では、蛍光体を含むエポキシ、シリコーン封止材などの材料一滴をダイの上に滴下して硬化させ、ダイの上にシェルを形成するすることができる。この技術は「グラブトップ（ｇｌｏｂ ｔｏｐ）」と呼ばれる。

米国特許第６，７９１，１１９号明細書 米国特許第６，８８８，１６７号明細書 米国特許第６，７４０，９０６号明細書 米国特許第６，８５３，０１０号明細書 米国特許第６，８８５，０３３号明細書 米国特許第７，０２９，９３５号明細書 米国特許出願公開第２００５／００５１７８９号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２１２４０５号明細書 米国特許出願公開第２００６／００１８１２２号明細書 米国特許出願公開第２００６／００６１２５９号明細書 米国特許出願公開第２００６／００９７３８５号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１２４９５３号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１３９９４５号明細書 米国特許出願第１１／４０８，７６７号明細書 米国特許出願第１ｌ／３６８，９７６号明細書 米国特許出願第１１／４０８，６４８号明細書 Mert et al., "A novel micromachining technology for structuring borosilicate glass substrates," Transducers, 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems, IEEE, vol. 1, June 2003, pp. 258-261 Fujita et al., "YAG glass-ceramic phosphor for white LED (I): background and development," Proc. of SPIE, Fifth International Conference on Solid State Lighting, Ferguson, Editors, Vol. 5941, 594111 (Sep. 14, 2005) Tanabe et al., "YAG glass-ceramic phosphor for white LED (II): Luminescence characteristics," Proc. of SPIE, Fifth International Conference on Solid State Lighting, Ferguson, Editors, Vol. 5941, 594112 (Sep. 13, 2005)

残念ながら、固体発光ダイのパッケージングは、経費がかさみ、いくつかの場合には固体発光ダイそれ自身よりも高価である場合がある。更に、組み立てプロセスも経費がかさみ、時間がかかり、かつ／または失敗しやすい場合がある。最後に、パッケージングは、固体発光ダイからの光の取り出し効率をいやおうなく低下させ、かつ／または発した光の光学的特性を劣化させる場合がある。

本発明のいくつかの実施形態による固体発光デバイスは、電圧を加えると発光するように構成された固体発光ダイと、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを通過させるように構成されたプリフォームを備える。層が、前記プリフォームと前記固体発光ダイとを互いに取り付けて光学的に結合させる。前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを改変するように構成された光学的要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が、前記プリフォームの内部および／または上に設けられている。前記固体発光ダイに取り付けられて光学的に結合したプリフォームを用いることによって、前記固体発光ダイからの発光の高効率な光学的処理が与えられる。更に、前記プリフォームは、従来のマイクロエレクトロニクス製造技術を用いて作製することができ、また従来の「ピックアンドプレイス（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ）」技術を用いて前記固体発光ダイ上に配置することができるので、製造の経費、時間、および歩留まりが向上する。いくつかの実施形態では、前記層は、前記プリフォームと前記固体発光ダイとを接着取り付け（ａｄｈｅｓｉｖｅｌｙ ａｔｔａｃｈ）する。

本発明の様々な実施形態によれば、多くの種類のプリフォームが提供される。一般に、前記プリフォームは、可撓性および／または非可撓性材料を含むことができる。例えば、可撓性プリフォームは、ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）シリコーンゴム、シリコーンジェル、シリコーンゴム、シリコーンエポキシ複合体等のシリコーンベースの材料を含むことができる。非可撓性プリフォームはガラスを含むことができる。

前記プリフォームは、様々な大きさ及び形状で実現することができる。例えば、いくつかの実施形態では、前記プリフォームは、前記固体発光ダイの表面と同じ形状及び大きさを有する。他の実施形態では、前記プリフォームは、前記固体発光ダイの表面を越えて延在する。他の実施形態では、前記固体発光ダイは外部コンタクトパッドを備え、前記プリフォームは前記外部コンタクトパッドを露出するように成形されている。前記プリフォームは、均一な厚さでもよいし、厚さが変化してもよい。更に、前記プリフォームは、前記固体発光ダイの側壁に沿って延在するように構成された拡張側壁を有してもよい。

更に、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかの、振幅、周波数、および／または方向を変化させることによって、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを改変するように構成された様々な種類の光学的要素を、前記プリフォームの内部および／または上に備えることができる。例えば、前記光学的要素は、蛍光体等のフォトルミネセント要素、レンズ等の光学的屈折要素、色フィルタ等の光学的フィルタ要素、光散乱粒子等の光学的散乱要素、織り目加工された表面（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）等の光学的拡散要素、鏡面等の光学的反射要素、および／または別のプリフォームを前記プリフォームの内部および／または上に備えることができる。更に他の実施形態では、配線要素またはボンディング要素等の電気的要素も前記プリフォームの内部および／または上に備えることができる。

いくつかの実施形態では、前記プリフォームは、ガラス内部に浮遊する蛍光体粒子を含むことができる。いくつかの実施形態では、約３０から約９５重量パーセントの範囲の蛍光体粒子を含むことができる。他の実施形態では、前記蛍光体粒子は、直径を約０．５μｍから約３０μｍの範囲とすることができる。更に他の実施形態では、約０．００１から約１．０重量パーセントの範囲の光学的散乱粒子を含むことができる。なお他の実施形態では、織り目加工された表面を前記プリフォーム上に設けて、光学的拡散要素を実現することができる。

更に他の実施形態では、前記固体発光デバイスは、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを通過させるように構成された第２のプリフォームと、前記固体発光ダイから離れたところで前記第２のプリフォームと前記第１のプリフォームとを相互に取り付けて光学的に結合させる第２の層と、前記第２のプリフォームの内部および／または上にあり、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを更に改変するように構成された第２の光学的要素とを更に備えることができる。いくつかの実施形態では、前記第２の層は、前記第２のプリフォームと前記第１のプリフォームとを相互に接着取り付けして光学的に結合させる。したがって、同様の及び／又は異なる光学的機能を果たすことができる一連のプリフォームを前記固体発光ダイ上に設けることができる。

本発明の更に他の実施形態では、上に前記プリフォームを備える前記固体発光ダイに接続されたサブマウントも設けることができる。前記サブマウントは、前記固体発光デバイスの外部電気的接続、熱放散、雰囲気からの保護および／またはその他の通常の機能を提供するために更にパッケージングすることができる。プリフォームおよび光学的要素に関する上記の実施形態のうちの任意のものを、様々な組み合わせ及びサブコンビネーションの形で用いてもよいことも理解されるだろう。

本発明の実施形態は、固体発光ダイと、プリフォームと、層と、光学的要素とを備える、組み立てられた固体発光デバイスとの関係において上述した。しかしながら、本発明の他の実施形態は、固体発光ダイに接着取り付けされる大きさ及び形状をしたプリフォームとして具現される、固体発光ダイのための光学的処理デバイスを提供することができる。前記プリフォームは、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを通過させるように構成される。光学的要素が前記プリフォームの内部および／または上に設けられ、前記固体発光ダイからの発光の少なくともいくらかを改変するように構成されている。プリフォームおよび／または光学的要素の様々な実施形態は、上述したように実現することができる。

本発明のさらに他の実施形態は、固体発光ダイに取り付くような大きさ及び形状をしたガラスプリフォームであって内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームを備えた、固体発光ダイのための光学的処理デバイスを提供する。ガラスプリフォーム、蛍光体粒子、光学的散乱粒子、および／または織り目加工（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）の様々な実施形態を上述したように実現することができる。さらに、いくつかの実施形態においては、前記蛍光体には、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体および／またはＥｕ２＋ドープＢＯＳＥ，Ｃｅ３＋ドープの窒化物等の他の蛍光体を含むことができる。

更に、プリフォームおよび光学的要素を備える光学的処理デバイスは、多数のプリフォームを可撓性および／または非可撓性基板上に備える前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を作製することと、次いでプリフォームを個片化することとによって、大規模に作製可能である。プリフォームは、従来の「ブルーテープ」等の一時的な基板上で個片化してもよい。ついで個別のプリフォームを、よく知られた「ピックアンドプレイス」装置および技術を用いて個別の固体発光ダイ上に設置してもよい。

したがって、本発明のいくつかの実施形態は、基板および基板上の複数のプリフォームを備える前駆体であって、各プリフォームは、その内部および／またはその上に光学的要素を備える前駆体を提供することができる。プリフォームと固体発光ダイとを互いに取り付けるためのシステムおよび／または方法も他の実施形態において提供することができる。いくつかの実施形態では、前駆体は、個片化されたプリフォームを備えてもよい。他の実施形態では、個片化されたプリフォームは、可撓性材料を含んでもよく、基板は、個片化された基板を含んでもよい。他の実施形態では、個片化されたプリフォームは、ガラスを含んでもよく、光学的要素は、個片化されたガラスプリフォーム内部に浮遊する蛍光体粒子を含んでもよい。

固体発光デバイスの作製方法であって、プリフォームと固体発光ダイが互いに取り付けられ、プリフォームがその内部および／またはその上に光学的要素を備える作製方法も提供される。いくつかの実施形態では、取り付けるステップは、基板からプリフォームを持ち上げ、持ち上げられたプリフォームを固体発光ダイ上に配置することによって行われる。配置するステップの前に、プリフォームおよび／または固体発光ダイ上に接着剤を被覆してもよい。持ち上げるステップの前にプリフォームを個片化してもよい。

さらに他の実施形態では、ガラス内部に蛍光体粒子を浮遊させることによってプリフォーム自身を作製してもよい。浮遊させるステップ（ｓｕｓｐｅｎｄｉｎｇ）は、いくつかの実施形態によれば、ガラスフリットおよび蛍光体粒子を混合することと、加熱してガラスフリットを溶解し、その内部に蛍光体粒子が浮遊するガラスプリフォームを形成することとによって行われる。他の実施形態では、浮遊させるステップは、溶解したガラス内部に蛍光体粒子を混合することと、次いで溶融したガラスを冷却させることとによって行われる。

本発明の実施形態を示している添付図面を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。しかしながら本発明は、多くの異なる形態で実現することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきでない。むしろ開示される実施形態は、この開示を完全なものとし、本発明の技術的範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。図面において、層および領域の大きさおよび相対的大きさは、明瞭性のために誇張される場合がある。更に、本明細書で説明される実施形態のそれぞれは、相補的な電導度型の実施形態も含む。同様の数字は、全体を通して同様の要素を指す。

ある要素または層が別の要素に「接続している」、「結合している」または「応答する（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」（および／またはこれらの変形）と言及される場合、他の要素に直接に接続していたり、結合していたり、応答したりしてもよいし、介在要素が存在してもよいことが理解されるだろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接に接続している」、「直接に結合している」または「直接に応答する」（および／またはこれらの変形）と言及される場合には、介在要素は存在しない。全体を通して同様の数値は同様の要素を指す。本明細書で用いられるとき、「および／または」という用語は、関連付けて列挙された項目の１つ又はそれ以上のものの任意のすべての組み合わせを含み、「／」という記号で省略表現される場合がある。

本明細書では、「第１の」、「第２の」、「第３の」などの用語が様々な要素、部品、領域、層および／または区画を記述するために用いられるが、これらの要素、部品、領域、層および／または区画はこれらの用語によって制限されるべきではないことが理解されるだろう。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または区画を別の領域、層、または区画から区別するために用いられているに過ぎない。それゆえ、以下に論じられる第１の要素、部品、領域、層または区画は、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、部品、領域、層または区画と呼ぶことができたものである。

本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を記述する目的のみのものであって、本発明を限定することは意図されていない。本明細書で用いられるとき、単数形は、そうではないと文脈が明確に示す場合を除いて、複数形も含むことが意図されている。「備える」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ” ａｎｄ／ｏｒ “ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）（および／またはその変形）という用語は、本明細書で用いられるとき、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品が存在することを明示するが、他の特徴、整数、工程、操作、要素、部品、および／またはそれらの群の１つ又はそれ以上の存在または追加を排除するものではない。対照的に、「から構成される」（“ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ”）（および／またはその変形）は本明細書で用いられるとき、述べられた数の特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品を明示し、追加の特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品を排除する。

本発明は、本発明の実施形態による方法および／または装置（システム）のブロック図および／または流れ図を参照して以下に説明される。ブロック図および／または流れ図のブロック、ならびにブロック図および／または流れ図のブロックの組み合わせは、ブロック図および／または流れ図のブロックに記載された機能／動作を実行するための装置／システム（構造）、手段（機能）および／または工程（方法）を具現することができることが理解されるだろう。

いくつかの代替実装では、ブロックに記載された機能／動作が流れ図に記された順序と異なって起こることがあるということを注意すべきである。例えば、連続して示された２つのブロックは実際にはほぼ同時に実行することができ、また、関与する機能／動作によってはブロックを逆の順序で実行する場合もある。更に、流れ図および／またはブロック図のうちのあるブロックの機能は複数のブロックに分離することができ、かつ／または、流れ図および／またはブロック図の２つ又はそれ以上のブロックの機能を少なくとも部分的に統合することができる。

さらに、「下側に」または「底に」および「上側に」または「最上部に」等の相対的用語は、図示されたような１つの要素の別の要素に対する関係を記述するために本明細書で用いられる。相対的用語は、図示された方向付けに加えて、デバイスの異なる方向付けも包含することが意図されていることが理解されるだろう。たとえば、１つの図中のデバイスが反転されると、他の要素の「下側に」あると説明された要素は、他の要素の「上側に」方向付けられるだろう。それゆえ、例示的用語「下側に」は、図の特定の方向付けに応じて、「下側に」と「上側に」の両方の方向付けを包含することができる。同様に、ある図中のデバイスが反転されると、他の要素「の下に」または「の下方に」として説明された要素は、他の要素「の上方に」に方向付けられるだろう。それゆえ、例示的用語「の下に」または「の下方に」は、「の上方に」と「の下方に」の両方の方向付けを包含することができる。

本発明の例示的実施形態は、本発明の理想化された実施形態（及び中間構造）の概略図である断面図を参照して本明細書に説明される。したがって、たとえば製造技術および／または公差の結果として、図示の形状からの変形が起こることが予想される。それゆえ、開示された本発明の例示的実施形態は、本明細書で明確に定義されている場合を除いて、本明細書に図示したような領域の特定の形状に制限されるものと解すべきではなく、たとえば製造過程の結果としての変形を含むことが意図されている。たとえば長方形として示される注入領域は、通常は、注入領域から非注入領域への階段的な変化ではなく、その端部において湾曲した形態および／または注入イオン濃度の勾配を有するだろう。同様に、イオン注入によって形成される埋め込み領域は、この埋め込み領域とイオン注入が行われる表面との間の領域にいくらかの注入をもたらす場合がある。このように、図示した領域は本質的に概略的であり、その形状は、本明細書で明確にそのように規定される場合を除いて、デバイスの領域の実際の形状を示すことが意図されているのではなく、本発明の技術的範囲を限定することが意図されているのでもない。

そうでないと規定される場合を除いて、本明細書で用いる（技術用語及び科学用語を含む）全ての用語は、本発明が属する技術分野の通常の技術を有する者が共通して理解するのと同じ意味を有する。さらに、一般に用いられる辞書に定義されているような用語は、関連技術および本願の文脈と矛盾のない意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明確に規定されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではないということが理解されるだろう。

本明細書で用いる用語「プリフォーム」は、固体発光ダイとは別に作製されて、ついで固体発光ダイに取り付けられる、可撓性または非可撓性の固体構造を意味する。さらに「接着取り付け（ａｄｈｅｓｉｖｅｌｙ ａｔｔａｃｈｉｎｇ）」とは、２つの要素を相互に接着することを意味する。固体発光ダイとそれに接着取り付けしたプリフォームとの単一（ｕｎｉｔａｒｙ）構造を形成して、この単一構造がサブマウントまたは他のパッケージング要素の上に置かれるようにするために、接着は、単一の接着層を介して直接に、または１つ又はそれ以上の中間的な接着および／または他の層／構造を介して行うことができる。最後に、用語「透明な」は、固体発光デバイスからの光学的放射が全て吸収されたり、または全て反射されたりすることなく、材料を通過することができることを意味する。

図１Ａ−1Ｅは、本発明の様々な実施形態によるプリフォームおよび光学的要素と共に用いることのできる従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の様々な構造を示す断面図である。図１Ａ−１Ｅに示すように、固体発光デバイス１００は、ダイオード領域Ｄおよび基板Ｓを備えることができる固体発光ダイ１１０を備える。ダイオード領域Ｄは、陽極電極Ａと陰極電極Ｃとの間に電圧を印加されると発光するように構成されている。ダイオード領域Ｄは、有機および／または無機材料を含むことができる。無機デバイスでは、基板Ｓは、炭化珪素、サファイヤ、および／もしくは任意の他の単元素ならびに／または化合物半導体材料を含むことができる。ダイオード領域Ｄは、炭化珪素、窒化ガリウム、砒化ガリウム、酸化亜鉛および／もしくは任意の他の単元素または化合物半導体材料を含むことができ、これらは基板Ｓと同じでも異なっていてもよい。基板Ｓは、厚さが約１００μｍから約２５０μｍの範囲であるが、より薄い基板やより厚い基板を用いてもよく、または基板を全く用いなくてもよい。陰極電極Ｃおよび陽極電極Ａは、金属および／または他の伝導体で形成することができ、少なくとも部分的には透明および／または反射性とすることができる。有機および無機のＬＥＤの設計および作製は、当業者にはよく知られており、本明細書に詳しく記述する必要はない。図1Ａ−1Ｅに描かれたようなＬＥＤは、ＸＴｈｉｎ（登録商標）、ＭｅｇａＢｒｉｇｈｔ（登録商標）、ＥＺＢｒｉｇｈｔ（商標）、ＵｌｔｒａＴｈｉｎ（商標）、ＲａｚｅｒＴｈｉｎ（登録商標）、ＸＢｒｉｇｈｔ（登録商標）、ＸＬａｍｐ（登録商標）および／または他の商品名で本願の譲受人であるクリー社より、また他社より市販されている。

図１Ａにおいては、光の放出はダイオード領域Ｄから直接に起こりうる。対照的に、図1Ｂの実施形態では、放出はダイオード領域Ｄから基板Ｓを通して起こりうる。図1Ｃと1Ｄでは、基板Ｓの側壁からの放出を強めるため、かつ／または他の所望の効果を提供するために、基板Ｓを成形してもよい。最後に、図1Ｅでは、基板自身はかなり薄くされ又は完全に除去されて、ダイオード領域Ｄだけが存在するようになっている。更に、上述の実施形態の全てにおいて、陽極電極Ａおよび陰極電極Ｃは、様々な構成をしていてもよく、図示のように固体発光ダイ１１０の対向する面上に備えてもよいし、又は固体発光ダイ１１０の同じ側に備えてもよい。ある型の電極を複数備えてもよい。

図１Ｆは、図1Ａ−1Ｅのダイオード領域Ｄおよび図1Ａ−1Ｅの基板を備える固体発光ダイ１１０を備え、図１Ａ−１Ｅの陽極電極Ａおよび陰極電極Ｃを含んでもよい１つ又はそれ以上の電極１２０ａ、１２０ｂを通じて電圧を加えると発光するように構成されている固体発光デバイス１００によって、図１Ａ−１Ｅを一般化したものである。

図１Ｇは、１つ又はそれ以上のワイヤボンド１３４を用いて外部電気接続１３２を与え、保護のためのドームまたはカバー１４０も与えるサブマウント１３０上にデバイス１００を取り付けることによってパッケージングした図１Ｆの固体発光デバイス１００を示している。当業者にはよく知られているように、固体発光ダイをパッケージングするために多くの他のパッケージング技術を用いてもよく、本明細書でさらに詳しく説明する必要はない。例えば、パッケージング技術は特許文献１から１４に記載されている。これらの開示は、参照することによって、あたかも本明細書に完全に記載されたかのように本明細書に取り込まれる。

図２Ａ-２Ｆは、本発明の様々な実施形態による、作製の中間段階での固体発光デバイスの断面図である。図２Ａ−２Ｆの固体発光デバイスのそれぞれは、図１Ａ−１Ｆのそれぞれの固体発光ダイスを用いている。

図２Ａに示すように、プリフォーム２００は、固体発光ダイ１１０からの発光の少なくともいくらかを通過させるように構成されている。別の言い方をすれば、プリフォームは固体発光ダイ１１０からの放射に対して透明である。接着層等の層２１０ａ、２１０ｂも、プリフォーム２００上に及び／又はダイ１１０上に設けることができ、層２１０ａ、２１０ｂは、プリフォーム２００と固体発光ダイ１１０とを相互に矢印２３０で示すように接着取り付けなどにより取り付け、またプリフォーム２００と固体発光ダイ１１０とを相互に光学的に結合させる。プリフォーム２００の内部および／またはその上に光学的要素が設けられる。光学的要素は、固体発光ダイ１１０からの発光の少なくともいくらかを変えるように構成されている。図２Ａ−２Ｆに示すように、光学的要素は、プリフォーム２００内に浮遊する蛍光体粒子２２０を含む。しかしながら、以下に詳述するように、本発明の他の実施形態によれば、他の光学的要素が設けられてもよい。いくつかの実施形態では、層２１０ａ、２１０ｂはプリフォーム２００上だけに又はダイ１１０上だけに設けてもよいことも理解されるだろう。

また図２Ａに示されるように、プリフォーム２００は、可撓性および／または非可撓性材料を含む。可撓性材料の例は、シリコーンベースのＲＴＶゴム材料および／または例えばダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）、信越、ニューシル（ＮｕＳｉｌ）、ＧＥなどから広く入手可能なシリコーンベースの高分子材料である。非可撓性材料の例はガラスである。層２１０ａ、２１０ｂは、熱硬化性シリコーンゲルまたはゴム等の、ダウ・コーニング、信越、ニューシル、ＧＥなどから入手可能な透明エポキシ、および／または任意の他の透明エポキシである。いくつかの実施形態では、プリフォームは、ＬＥＤダイの面のサイズと類似の、例えば約１０００μｍ×１０００μｍのサイズを有し、約１５μｍから約７５μｍの範囲の厚さを有することができる。しかしながら、他の実施形態では他の寸法を用いてもよい。

また図２Ａに示すように、固体発光ダイは、陰極電極Ｃのような外部コンタクトパッドを備えてもよく、プリフォーム２００は、外部コンタクトパッドＣを露出するように構成された刻み目（ｎｏｔｃｈ）、孔（ｈｏｌｅ）および／または隙間（ｖｏｉｄ）２００ａを備えてもよい。図２Ａの実施形態では、プリフォーム２００は平面型であり、均一な厚さであってもよい。更に、図２Ａのプリフォーム２００は、外部コンタクトＣを露出させるために設けることができる隙間、刻み目またはその他の表面形態２００ａを除いては、固体発光ダイ１１０の表面と同じ大きさ及び形状を有することができる。ダイ１１０へのプリフォーム２００の位置合わせを容易にするために、プリフォーム内に１つ又はそれ以上の形態を設けることが望ましい。

図２Ｂは、本発明の他の実施形態を示しているが、ここでプリフォーム２００は平面的ではなく、例えば固体発光ダイ１１０の側壁に沿って延在するように構成された側壁２０２を備えてもよい。このようにすることにより、固体発光ダイの側壁からの発光は、プリフォームが取り付けられる主表面からの発光と同様にプリフォーム２００を通過する。側壁２０２は、ダイの側壁に沿って途中まで又は全体に延在することができる。さらにいくつかの実施形態では、プリフォームは、ダイの側壁および対向面を含むダイの周囲全体に延在してもよい。層２１０ｂは、図２Ｂに示すようにダイの上に配置してもよく、またプリフォーム２００の側壁２０２上を含むプリフォーム２００上に設けてもよいし、かつ／またはダイ１１０の側壁上に設けてもよい。

図２Ｃは、本発明の他の実施形態を示しているが、そこではプリフォームは、ダイ１１０の表面を越えて延在する。したがって図２Ｃに示すように、プリフォーム２００は、固体発光ダイ１１０の表面を突き出ている。突出部（ｏｖｅｒｈａｎｇ）を備えることによって、デバイスの側壁からの放射がプリフォーム２００を通過することができる。また図２Ｃに示すように、突出部２０４は、プリフォーム２００の残りの部分よりも厚くてもよい。更に、突出部２０４は、ダイを越えて長く延在してもよく、またダイ１１０が取り付けられる空洞の側壁まで延在してもよく、それにより空洞から発っせられる実質的に全ての光がプリフォームを通過する。

図２Ｄは、一様な厚さのプリフォーム２００が突出部２０４を備えることができる他の実施形態を示している。再び、突出部２０４はダイを越えて長く延在してもよく、またダイ１１０が取り付けられる空洞の側壁まで延在してもよく、それにより空洞から発っせられる実質的に全ての光がプリフォームを通過する。図２Ｅは、上表面の上だけでなくＬＥＤダイ１１０の側壁に沿って延在する結合層／接着層２１０ｃと共に図２Ｂのプリフォームを用いる様子を示している。最後に、図２Ｆは、その内部および／またはその上に光学的要素２２０を備え、加えて、矢印２３０で示すようにプリフォーム２００と発光ダイとを相互に取り付け、プリフォーム２００と発光ダイ１１０とを相互に結合する結合層２１０ａ／接着層２１０ｂを備えるプリフォーム２００を用いる様子を一般的に示している。図２Ａ−２Ｆの実施形態を様々な順序と組み合わせで組み合わせることが出来ることが当業者には理解されるだろう。それゆえ、例えば、図２Ｄのプリフォームを図２Ｃの固体発光ダイと共に用いてもよく、図２Ｅのプリフォームを図２Ｄの固体発光ダイと共に用いてもよい。

図３Ａ−３Ｆは、図２Ａ−２Ｆに対応しているが、図２Ａの結合層／接着層２１０ａおよび／または２１０ｂを含むことができる層２１０によって発光ダイ１１０に取り付けられたプリフォーム２００を示している。このように、プリフォーム２００とダイ１１０の取り付け後、固体発光ダイ１１０と光学的要素２２０を備えるプリフォーム２００との単一構造３００が実現される。この単一構造３００は、次にサブマウント１３０上に取り付けられ、図３Ｇに示すように更にパッケージングされる。

図３Ｈ−３Ｎは、図３Ａ−３Ｇに対応するものであるが、ワイヤボンド３３４がプリフォーム２００自身を通過するのではなく層２１０を通過するような、扁平（ｌｏｗ−ｐｒｏｆｉｌｅ）ワイヤボンド３３４の使用を示している。これらの実施形態において、接着層／結合層２１０およびプリフォーム２００をダイ１１０上に配置する前に、ワイヤ３３４を陽極Ａまたは陰極Ｃにボンディングしてもよい。図３Ｈ−３Ｎの扁平ワイヤボンディングの実施形態は、プリフォーム２００内でのカットアウトを必要としないので、組立作業中のプリフォームの位置合わせを容易にすることができる。更に、これらの実施形態では、ワイヤ３３４を収容するためにより厚い層２１０を設けるのが望ましい場合がある。本発明のいくつかの実施形態において、約３５μｍから約７０μｍの範囲の厚さを用いてもよい。

上述した本発明の様々な実施形態によるプリフォームの使用は、固体発光デバイスの作製において多くの利点を提供する可能性がある。例えば、上述したように、固体発光デバイス中に蛍光体および／または光学的要素を取り込むことがしばしば望まれる。しかしながら、蛍光体層を被覆するとき、被覆が過度に厚くなったり、かつ／または不要に不均一になったりする場合がある。更に、ドームまたはシェルに取り込まれた蛍光体層も厚すぎたり、かつ／または不均一であったりする場合がある。著しく対照的に、本発明のいくつかの実施形態は、比較的高い屈折率を有し、高い取り出し効率を有する比較的薄いプリフォームを提供することができる。たとえばいくつかの実施形態では、プリフォーム２００は、約５から約７０重量％の範囲のシリコーンベースの材料またはガラスを含み、また約３０から約９５重量％の範囲の蛍光体を含むことができる。ある特定の実施形態では、約２５重量％のシリコーンベースの材料またはガラスと約７５重量％の蛍光体を設けることができる。蛍光体粒子のサイズは、約０．５μｍと約３０μｍの範囲とすることができる。蛍光体粒子は、いくつかの実施形態ではＣｅドープのＹ₃Ａｌ₅０₁₂（Ｃｅ：ＹＡＧ）を含むことができる。他の実施形態では、Ｅｕ２＋ドープのＢＯＳＥ、Ｃｅ３＋ドープの窒化物等の他の蛍光体が用いられる。

蛍光体の重量％は比較的高い可能性があるので、蛍光体の比較的高い屈折率により屈折率が増加する場合がある。別の言い方をすれば、プリフォームの屈折率は、ガラスおよび／またはシリコーンベースの材料とその内部に浮遊する蛍光体粒子の屈折率との重み付け平均である。これにより、比較的高い屈折率を有するプリフォームを通した光の取り出し効率を増大させることができる。更に、プリフォームは比較的薄くすることができ、いくつかの実施形態では約１００μｍ未満程度の厚さであり、他の実施形態では約３０μｍ程度の厚さである。したがって、プリフォームが比較的薄いことにより内部吸収や反射（ｂｏｕｎｃｅ）を低減することができる。最後に、プリフォームは固体発光ダイとは別に形成されるので、固体発光ダイの信頼性および／または歩留まりに影響を与えることなく作製出来るし、試験することも出来る。

層２１０は、上記のように液体エポキシである。プリフォーム２００をダイ１１０に取り付ける前に、液体エポキシをプリフォーム２００および／または固体発光ダイ１１０上で塗布し（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）、次いでプリフォームとダイとを取り付けた後に硬化してもよい。例えば、上記のシリコーンベースの液体エポキシを室温で塗布し、プリフォームを配置するために用いるピックアンドプレイスの力を用いて広げてもよい。炉の中で加熱することによって硬化を行うことができる。いくつかの実施形態では、約０．１μｍから約５０μｍの範囲の厚さの接着層が用いられる。更に、他の実施形態では、プリフォーム２００をダイ１１０上に配置した後に「ウィッキング（ｗｉｃｋｉｎｇ）」接着流体／光学的結合流体を塗布して、薄い層２１０を実現してもよい。

図２Ａ−２Ｆおよび３Ａ−３Ｇに示したように、プリフォームを本発明のいくつかの実施形態による様々な潜在的利点を提供するように構成することができる。例えば、図２Ｂ、２Ｅ、３Ｂおよび３Ｅにおいて、プリフォーム２００は、固体発光ダイ１１０の側壁に沿って又は近傍に少なくとも部分的に延在する側壁２０２を備える。本発明のいくつかの実施形態によれば、光は主にダイ１１０の上面から発せられるが、側壁からの低角発光もいくらかは起こるということがわかった。この側壁発光は、固体発光デバイスの所望の相関色温度（ＣＣＴ）の均一性に悪影響を及ぼす場合がある。しかしながら、三次元的（非平面的）プリフォーム２００を設けることによって側壁発光もプリフォーム内の蛍光体２２０によって「捕獲」することができる。いくつかの実施形態ではダイの反対面および側壁上にプリフォームを備えることによって後方放射も「捕獲」することができる。

別の例では、図２Ｃ、２Ｄ、３Ｃおよび３Ｄに示すように、プリフォームは、プリフォーム２００の残りの部分と同一厚さの又は異なる厚さの突出部２０４を備えることができる。突出部２０４は、固体発光ダイ１１０の側壁からの放射を捕獲することができる。更にいくつかの実施形態では、厚い突出部を設けることによって、プリフォームは、例えば非ランバート型（ｎｏｎ−Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）放射パターンをより望ましいランバート型放射パターンに変換したり、又はいくらかランバート型である放射パターンをよりランバート型放射パターンに変換することができる。図２Ｃおよび３Ｃのプリフォームのより厚い部分が、図２Ｃおよび３Ｃに示すように固体発光ダイ１１０の方へ延在してもよいし、かつ／または固体発光ダイから離れる方向へ延在してもよいということが当業者には理解されるであろう。

図４は、本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスを作製するために行われる操作の流れ図である。図４を参照すると、ブロック４１０で、ダイ１１０等の固体発光ダイが従来の技術を用いて作製される。ブロック４２０で、プリフォーム２００等のプリフォームが以下に詳述する技術および／または他のプリフォーム作製技術を用いて作製される。ダイおよびプリフォームは、図４に示したのとは異なる順序で作製してもよいし、かつ／または時間的に少なくとも部分的に重複していてもよいことが理解されるだろう。

次に、ブロック４３０では、結合層／接着層２１０等の接着剤が、ダイ１１０および／またはプリフォーム２００に塗布される。つぎにブロック４４０で、プリフォームおよびダイが互いに取り付けられる。必要な場合には、接着剤がブロック４５０にて硬化される。次にブロック４６０で、例えば、ダイ１１０およびプリフォーム２００の単一構造をサブマウントおよび／またはその他のパッケージング基板に接着することによって、パッケージングを行ってもよい。ブロック４４０での取り付けステップを実行する前または後に、ワイヤボンドをダイに取り付けてもよいことが理解されるだろう。

図２Ａ−２Ｆおよび３Ａ−３Ｇは、プリフォーム２００内部に浮遊する蛍光体粒子２２０を含む光学的要素を示している。しかしながら、本発明の様々な実施形態によれば、多くの他の光学的要素をプリフォームの内部および／または上に設けてもよい。一般的に、光学的要素は、固体発光ダイ１１０からの発光の少なくともいくらかを、その振幅、周波数および／または方向を変化させることによって改変ように構成されている。これらの光学的要素には、上述したようなフォトルミネセント要素（蛍光体）、レンズ等の光学的屈折要素、色フィルタ等の光学的フィルタリング要素、光学的散乱粒子等の光学的散乱要素、織り目加工された表面等の光学的拡散要素および／または反射表面等の光学的反射要素を含むことができ、これらは、プリフォームの内部および／または上に含まれる。これら及び／又はその他の実施形態の組み合わせを実現してもよい。更に、２つ又はそれ以上のプリフォームを設けてもよく、そこでは、固体発光デバイスの所望の機能に応じて、各プリフォームは、異なる光学的処理機能、同一の光学的処理機能、または重複した処理機能を果たすことができる。多くの他の例をここで詳細に説明する。

例えば、図５Ａ−５Ｆは、図３Ａ−３Ｆに対応するものであるが、２酸化チタン、酸化アルミニウム、２酸化シリコン及び／又は他の散乱粒子５２０等の光学的散乱要素を、蛍光体粒子２２０が浮遊するプリフォーム２００の内部に加えている。いくつかの実施形態では、約０．００１から約１重量％の範囲の散乱粒子がプリフォーム２００に添加される。

さらに他の実施形態では、図６Ａ−６Ｆに示すように、内部に散乱粒子６２０を含む第２のプリフォーム６００を第２の層６１０によって接着／結合して、光変換と光散乱の機能を２つの別々のプリフォーム２００、６００に分離してもよい。第２の層６１０は、第１の層２１０と同じでもよいし、異なっていてもよい。固体発光ダイ１１０に対する第１および第２のプリフォーム２００および６００の順序は、図６Ａ−６Ｆに示したのと逆にしてもよいということが理解されるであろう。更に、第１および第２のプリフォームは、互いに合同である必要がなく、同じ厚さである必要もない。最後に、作製の見地からは、第１および第２のプリフォーム２００、６００を作製し、次に相互に取り付けた後に、第１および第２のプリフォームのアセンブリ２００／６００を固体発光ダイ１１０に取り付けてもよい。あるいは、一方のプリフォームを固体発光ダイ１１０に取り付け、その後に他方のプリフォームを固体発光ダイ１１０にすでに取り付けられたプリフォームに取り付けてもよい。３つ又はそれ以上のプリフォームを本発明の他の実施形態において用いてもよい。

上述した本発明の実施形態では、プリフォーム内に光学的要素が設けられていた。図７Ａ−７Ｆに示す実施形態では、蛍光体粒子７２０等の光学的要素がプリフォーム２００の上に設けられる。さらに他の実施形態では、蛍光体粒子および／または散乱粒子２２０は、図２、３および５に関連して説明したようにプリフォーム２００内に設けてもよい。蛍光体粒子および／または散乱粒子を含む被覆膜は、図７に示すように、プリフォーム上に設けてもよい。被覆は、作製中の任意の時点でプリフォームを被覆し、ついで被覆されたプリフォームを固体発光ダイに取り付けることによって行うことができる。しかしながら他の実施形態では、被覆はプリフォームをダイに取り付けた後に行ってもよい。

図８Ａ−８Ｆは、本発明の他の実施形態を示すが、そこでは反射器８２０が、プリフォーム２００上に、例えばプリフォーム２００の側壁上に設けられる。反射器８２０は、側方迷放射（ｓｔｒａｙ ｓｉｄｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を主放射経路へ反射して戻すことにより、発光ダイの放射パターンを変化させることができる。反射器８２０は、固体発光ダイに取り付ける前のプリフォーム２００に選択的に金属化することにより作製することができる。他の実施形態では、プリフォーム２００は取り付け後に金属化してもよい。鏡および／または他の反射器８２０は、蛍光体２２０、散乱粒子、多重のプリフォームおよび／または本明細書に説明した任意の他の実施形態と共に用いてもよいことが理解されるだろう。金属化を用いて電気線、配線および／または電極を設け、プリフォームの内部にかつ／または上に電気的な要素を設けることが出来ることも理解されるだろう。

図９Ａ−９Ｆは、光学的要素がプリフォーム２００の表面を織り目加工することによって形成されるディフューザ９２０である本発明の他の実施形態を示している。織り目加工するには、エッチング、モールディング、サンドブラスティングおよび／または他の技術が当業者によく知られている。例えば、ガラス基板の表面織り目加工は非特許文献１に説明されている。よく知られているように、織り目加工は、発光を拡散し、ＣＣＴをより均一にすることが出来る。織り目加工は、別個のプリフォーム上に設けてよく、本明細書に記述された本発明の任意の他の実施形態と組み合わせてもよいということも理解されるだろう。更に、織り目加工８２０よりも、ダイと同じスケールのレンズおよび／またはマイクロレンズのアレイもプリフォーム２００の表面上に設けて、更なる光学的処理を実現することができる。他の実施形態では、これらのレンズをプリフォーム内部に埋め込んでもよい。

半導体材料をエッチングすることによって固体発光ダイ自身の表面を織り目加工してもよいということが当業者には理解されるであろう。残念ながら、このエッチングは固体発光ダイの歩留まりおよび／または信頼性を低下させるものである。著しく対照的に、本発明の実施形態は、従来のエッチング技術を用いてダイとは別のプリフォームを織り目加工し、次いでこの織り目加工されたプリフォームを用いることで、固体発光ダイ自身を織り目加工する必要性を低減または回避することができる。

図１０は、本発明の様々な実施形態によるプリフォームを作製するために行うことのできる操作の流れ図であり、図４のブロック４２０に対応する。これらの実施形態では、可撓性プリフォームが作製される。ブロック１０１０に示すように、可撓性プリフォームのシートが作製される。可撓性プリフォームシートは、従来のモールディング技術を用いて所望のサイズおよび形状に成形することができる。例えば、図１１に示すように、可撓性プリフォームシート１１２０は、ガラス基板１０１０等の搬送基板上に被覆することができる。被覆は例えば、搬送基板上に、シリコーンベースの材料、蛍光体、および／または散乱体の混合物をスピンコーティングすることによって行われる。被覆層１１２０と基板１１１０との間に取り外し用の層（ｒｅｌｅａｓｅ ｌａｙｅｒ）を設けてもよい。被覆層１１２０は、熱、光、および／または他の従来技術を用いて硬化することができる。金属膜、レンズおよび／またはその他のデバイスを、硬化の前および／または後に被覆層１１２０に取り付けてもよい。

図１０を再び参照すると、ブロック１０２０で、被覆層１１２０が個片化されて個々のプリフォーム１１５０を形成する。本発明のいくつかの実施形態によれば、個片化の２つの実施形態が用いることができる。いくつかの実施形態では、図１１における破線１１３０で示すように、被覆層１１２０は個片化されるが基板１１１０は個片化されない。個片化されたプリフォーム１１５０は次に、ピックアンドプレイスおよび／または他の従来の機構１１６０を用いて基板１１１０から切り離され、ブロック１０３０に示すように取り付けられる。他の実施形態では、破線１１４０で示すように、被覆１１２０だけでなく搬送基板１１１０も個片化されて、プリフォーム１１５０をダイ１１０に取り付けるためのピックアンドプレイスシステム１１７０のための硬質のプラットフォームを提供する。これらの実施形態では、プリフォーム１１５０をダイに取り付けた後に、個片化された基板１１１０を個片化されたプリフォーム１１５０から除去してもよい。他の実施形態では、個片化された基板１１００を保持してもよい。

本発明の他の実施形態は、例えばガラスを含む硬質のプリフォームを提供することができる。図１２は、本発明のいくつかの実施形態による硬質のプリフォームを作製するために行う操作を示していて、図４のブロック４２０に対応する。

図１２を参照すると、ブロック１２１０で、プリフォームウェーハが作製される。プリフォームウェーハは、それぞれ図１３Ａ、１３Ｂおよび１３Ｃと関連して示すように、ウェーハブランク（ｂｌａｎｋ）を用いて、粉末を用いて、および／または溶解した材料を用いて作製されることができる。例えば、図１３Ａに示すように、たとえば約２インチ角で約３０μｍの厚さで、広く入手可能なガラスブランク１３００を設けてもよい。他のサイズ／形状のガラスブランクを用いてもよい。ガラスブランク１３００は、従来の被覆技術を用いて蛍光体１３１０で被覆される。他の実施形態では、ガラスブランク１３００は蛍光体と散乱要素の混合物で被覆してもよい。被覆は硬化してもよい。さらに他の実施形態では、ガラスブランク１３００を金属化またはエッチングして他の光学的または電気的要素を設けることができる。

対照的に図１３Ｂの実施形態では、プリフォームウェーハが粉末を用いて作製される。特に、粉末化されたガラスであり、デュポンやカボット等から一般に入手可能であるガラスフリット（ｆｒｉｔ）を、ミキサ１３４０内で蛍光体、散乱体又はその他の粒子１３３０と混合することができる。ついで粉末は、１３５０で示すように押圧（ｐｒｅｓｓ）して成形（ｍｏｌｄ）され、その後ブロック１３９０に示すように焼結（ｆｉｒｅ）されて、中に蛍光体／散乱体／その他の粒子を含むガラスウェーハが作製される。最後に、他の実施形態では、図１３Ｃに示すように、プリフォームウェーハは、蛍光体粒子１３６０を溶解ガラス１３７０と混合することにより溶解状態で作製し、その後、混合物を仮の基板１３８０上に置いて固化させる。

図１２を再び参照するとブロック１２２０で、プリフォームウェーハが、ダイシングソー、エッチング、スコアリング（ｓｃｏｒｉｎｇ）、レーザ加工及び／又はその他の従来技術を用いて個片化される。次にブロック１２３０で、従来のピックアンドプレイス装置を用いて、プリフォームを固体発光ダイ上に接着取り付けする。このように図１２の実施形態は、ガラスプリフォームと、ガラスプリフォームを取り付けるための従来のピックアンドプレイス装置とを用いる。ガラスブランクは、マイクロエレクトロニクスにおける作製で、例えば、ＬＣＤやプラズマディスプレイを形成するために広く用いられているので、ガラスウェーハおよび個片化されたデバイスを、形成し、処理し、個片化し、その他の操作を行う装置は広く入手可能である。それによって高速の自動化された製造が実現される。

したがって、本発明のいくつかの実施形態では、適当な色調度（ｃｏｌｏｒ ｐｏｉｎｔ）を達成するために、蛍光体粒子および／または他の材料が所望の濃度で添加された、可撓性、半可撓性（ショア硬度Ａ）、または硬質（ショア硬度Ｄ）シリコーン材料を用いることができる。浮遊した蛍光体粒子を有するシリコーン材料は、硬化された後にプリフォームを作製するために、（例えば、ステンシルとスクリーン印刷技術を用いて）小さな空洞に詰めることができる。この半可撓性プリフォームは、発光ダイと同等程度のサイズ（たとえば約１０００μｍ×１０００μｍ）を有し、厚さが濃度や粒子サイズ等に依存して約１５μｍから約７５μｍの範囲である繊細な材料な場合がある。これらのプリフォームはピンセットで操作可能だが、硬質の搬送用基板が設けられていないとこれらのプリフォームを従来の自動化された装置で操作するのは困難な場合がある。

本発明の他の実施形態では、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体材料および／または（暖かい白色を作るために用いられる赤色蛍光体等の）他の蛍光体材料の高温における安定性を利用して、適当な濃度でガラスフリットと混合し、または厚膜技術において現在用いられる場合のある厚膜ガラスオーバーコート材料と共に混合し、または（例えば傾斜型のミキサを用いて）溶解ガラス中に所望の濃度で蛍光体を混合する。内部に蛍光体粒子が浮遊する１枚のガラスが、所望の厚さに作製される。この１枚のガラスは、次いで個々のプリフォームのためにダイシングされる。

本発明のいくつかの実施形態によると、ガラスマトリックス又は基板中でのＣｅ：ＹＡＧ蛍光体粒子等の蛍光体粒子の浮遊状態は、多くの潜在的な利点を提供する場合がある。特に、蛍光体粒子の品質および／またはサイズはよく制御することができ、ガラス中に蛍光体粒子を浮遊させることにより劣化しない。更に、ガラスフリットの融解温度は例えば約８００℃のように比較的低いのに比べて、蛍光体粒子の融解温度は例えば約１２００℃のように比較的高い。したがって、プリフォームの作製は、蛍光体材料の機械的／光学的性質に影響を与えることはない。このように蛍光体材料は損なわれることなくガラスのマトリックス中に浮遊する。

ガラスマトリックス中へのＣｅ：ＹＡＧ 蛍光体粒子等の蛍光体粒子の浮遊は、非特許文献２及び３に記載されているような、白色ＬＥＤのためのＹＡＧガラス−セラミック蛍光体の作製と対比される。これらの文献では、Ｃｅ−ドープのＳｉ０₂−Ａｌ₂０₃−Ｙ₂０₃のガラス−セラミックが形成されるが、これに対して、本発明のいくつかの実施形態ではＳｉ０₂マトリックス中に浮遊しているＣｅ−ドープのＹ₃Ａｌ₅０₁₂粒子を用いる。

徐婦術したように、いくつかの実施形態では、プリフォームは、発光ダイの表面と同じサイズおよび形状を有する平面型のプリフォームとすることができる。他の実施形態ではプリフォームは、例えば四角のプリフォーム中にワイヤボンドの刻み目を設けるために、および／またはプリフォームがダイ表面の上および周囲に適合できるように、モールドキャビティ（ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ）を所望の形に形成することによって成形することができる。次いでモールドキャビティは、ガラス／蛍光体浮遊物（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）で満たされ、硬化され、そしてモールドから取り除かれる。他の実施形態では、形成後のプリフォームをエッチングすることによって所望の形状が形成される。更にいくつかの実施形態では、ダイの端部をプリフォームで覆うように浅いカップ形状を有し、ワイヤボンドおよび／またはその他の形態のための適当なカットアウトを有するプリフォームを提供する３次元プリフォームを作製することができる。更にプリフォームは、ＬＥＤの光強度に整合するように厚さが変化していてもよい。これによって、光変換の均一性を増加または最大化して、それによってより均一な照明を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態は、自動化装置を用いて操作できる硬質材料で構成されたプリフォームの大量生産を可能にする。浮遊する蛍光体を含むプリフォームの材料系は、高温で非常に安定であり、それゆえ、発光表面のすぐ上に又はすぐ隣に配置ことが出来る。少量の透明シリコーン封止剤等の接着剤を用いて、プリフォームをダイ表面に接着させ、所望の光学的結合を得ることができる。シリコーン封止剤が蛍光体と相互作用することに関する懸念は低減または排除することができ、転換（ｒｅｖｅｒｓｉｏｎ）、褐色化（ｂｒｏｗｎｉｎｇ）、バブリング、および／または粘着欠陥（ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｆａｉｌｉｎｇ）を低減または排除する。

ダイの端部／側壁に蛍光体を被覆することも従来技術では困難である。しかしながら、３次元のプリフォームを用いることによって蛍光体を上述したように端部および／または側壁にも設けることが出来る。

また上述したように、いくつかの実施形態では、蛍光体とガラス材料が混合されて基板上に配置され、スピン又はスキージにより平坦化され、硬化され、ブルーテープ上でダイシングされ、大量生産のためにダイシートとしてピックアンドプレイス機に送られる。さらに他の実施形態では、プリフォーム上に織り目加工された表面を、および／またはプリフォームの内部および／または上にマイクロレンズを設けることができる。これらの形態は、潜在的にプリフォームからの光出力を増加させ、変換された光（例えば黄色）および逃げた光（例えば青色）の色混合を増大させることができる。

本発明の実施形態を単一のＬＥＤに接着取り付けされたプリフォームとの関連で説明してきた。しかしながら、他の実施形態では、多数のＬＥＤダイ１１０を大きな固定物として接着取り付けするために、図１４に示すような大きなプリフォームシート１４００を用いることもできた。これらのシート１４００における蛍光体２２０の量を変えることによって、どのシートを用いるかによって白色光の温度を異なるようにすることが出来る。朝日、真昼の太陽光、夕方の太陽光および／または他の色等の異なる種類の光を、発光制御のために蛍光体シートを変えるか、または付加する／差し引くかによって提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態は、厚さが約１５μｍから約７５μｍ程度と非常に薄く、９５重量％までの蛍光体粒子というような比較的高濃度の蛍光体粒子を有するプリフォームを提供することが出来る。シリコーン封止剤は、プリフォームと発光ダイとを接着取り付けするための接着層としてのみ用いる必要がある。更に、シリコーン封止剤または他の接着剤は、プリフォームおよび／または固体発光ダイの表面粗さを少なくとも部分的に補償することが出来る。

図１５を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による複数の発光デバイスを備える発光パネル１５４０を、液晶表示板（ＬＣＤ）１５５０等のディスプレイのバックライトとして用いることができる。固体バックライトパネルを制御するシステム及び方法は、例えば、特許文献１５に記載されている。特許文献１５の開示は、参照によりその全体が本明細書に取り込まれる。図１５に示すように、ＬＣＤ１５５０は、発光パネル１５４０によって発光した光１５５６がＬＣＤスクリーン１５５４のバックライトとしてＬＣＤスクリーン１５５４を通過するようにＬＣＤスクリーン１５５４に対して配置されている発光パネル１５４０を備えることができる。ＬＣＤスクリーン５５４は、ディスプレイイメージを生成するために発光パネル１５４０からの光１５５６の中の選択された色を選択的に通過／阻止するように構成され適宜配置されたシャッター及びそれ関連するフィルタを備える。発光パネル１５４０は、本明細書に説明した実施形態のいずれかによる複数の発光デバイスを備えることができる。

図１６を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による複数の発光デバイスを備える発光パネル１５４０が、固体発光装備すなわち照明機器１５６０のための発光パネルとして用いることができる。照明機器１５６０によって発光される光１５６６は、ある領域および／または対象物を照らすために用いることができる。固体照明機器は、例えば特許文献１６に記述されており、その開示は参照により全体を本明細書に取り込む。

上記の説明及び図面に関連して、多くの異なる実施形態が本明細書に開示された。これらの実施形態の組み合わせ又はサブコンビネーションの全てを文字通り説明することは過度に反復的であり、分かりにくくするものであることが理解されるだろう。したがって、図面を含む本明細書は、本明細書に説明された実施形態並びにそれらを作製および使用する仕方およびプロセスの組み合わせ及びサブコンビネーションのすべての完全な記述を構成するものと解すべきであり、そのような組み合わせ及びサブコンビネーションの任意のものに対する請求項を支持する。

図面および明細書において、本発明の実施形態が開示された。特定の用語が用いられたが、それらは一般的で説明的な意味にのみ用いられており、制限するためではない。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲において規定される。

従来の発光ダイオードの様々な構成を示す断面図である。 従来の発光ダイオードの様々な構成を示す断面図である。 従来の発光ダイオードの様々な形態を表す断面図である。 従来の発光ダイオードの様々な形態を表す断面図である。 従来の発光ダイオードの様々な形態を表す断面図である。 従来の発光ダイオードの様々な形態を表す断面図である。 従来のパッケージングされた発光ダイオードの断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスの作製途中の断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、図３Ｆのパッケージングされたデバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、プリフォーム取り付け後の固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による、図３Ｍのパッケージングされたデバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による固体発光デバイスを作製するために行うことのできる操作の流れ図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお他の実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のさらなる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明のなお更なる実施形態による固体発光デバイスの断面図である。 本発明の様々な実施形態による可撓性プリフォームを作製するために行うことのできる操作の流れ図である。 図１０の可撓性プリフォームを作製するための方法及びシステムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による、硬質プリフォームを作製するために行われる操作の流れ図である。 本発明のいくつかの実施形態による硬質プリフォームを作製するための様々なシステム及び方法の概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による硬質プリフォームを作製するための様々なシステム及び方法の概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による硬質プリフォームを作製するための様々なシステム及び方法の概略図である。 本発明の様々な実施形態による複数の固体発光ダイに取り付くように構成された大面積プリフォームの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスを備えるバックライトを有するディスプレイユニットの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスを備える固体照明機器の概略図である。

符号の説明

１１０ 固体発光ダイ
２００ プリフォーム
２１０ 結合層／接着層
２２０ 光学的要素

Claims (47)

1. 固体発光デバイスであって、
   電圧を加えることによって発光するように構成された固体発光ダイと、
   前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを通過させるように構成されたプリフォームと、
   前記プリフォームおよび前記固体発光ダイを取り付けて光学的に相互に結合させる層と、
   前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを改変するように構成された、前記プリフォームの内部および／または上にある光学的要素と
   を備えることを特徴とするデバイス。
2. 前記プリフォームは、ガラスを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記プリフォームは、シリコーンベースの材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. 前記プリフォームは、非可撓性材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
5. 前記固体発光ダイは、外部コンタクトパッドを備え、前記プリフォームは、前記外部コンタクトパッドを露出するように成形されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
6. 前記光学的要素は、前記プリフォームの内部および／または上にある、フォトルミネセント要素、光学的屈折要素、光学的フィルタ要素、光学的散乱要素、光学的拡散要素、光学的反射要素および／または別のプリフォームを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
7. 前記プリフォームの内部および／または上に、電気的要素をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
8. 前記プリフォームは、厚さが変化することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
9. 前記プリフォームは、前記固体発光ダイの側壁に沿って延在するように構成されたプリフォーム側壁を備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記光学的要素は、前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかの振幅、周波数、および／または方向を変化させることによって、前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを改変するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
11. 前記プリフォームは、第１のプリフォームであり、前記層は、第１の層であり、前記光学的要素は、第１の光学的要素であり、
    前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを通過させるように構成された第２のプリフォームと、
    前記固体発光ダイから離隔されたところで、前記第２のプリフォームと前記第１のプリフォームとを取り付けて光学的に相互に結合させる第２の層と、
    前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかをさらに改変するように構成された、前記第２のプリフォームの内部および／または上にある第２の光学的要素と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
12. 前記プリフォームの形状および大きさは、前記固体発光ダイの表面と同一であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
13. 前記プリフォームは、前記固体発光ダイの表面を越えて延在することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
14. 前記プリフォームは、ガラスの内部に浮遊している蛍光体粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
15. 前記プリフォームは、約３０から約９５重量パーセントの範囲の蛍光体を含むことを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記プリフォームは、約０．００１から約１重量パーセントの範囲の光学的散乱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記プリフォームは、織り目加工された表面を含むことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
18. 前記固体発光ダイは、外部コンタクトパッドを備え、前記プリフォームは、前記外部コンタクトパッドを露出するように成形されていることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
19. 前記層は、前記プリフォームと前記固体発光ダイとを接着取り付けして光学的に相互に結合させる接着層を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
20. プリフォームを上部に含んでいる固体発光ダイに接続したサブマウントを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
21. 前記固体発光ダイは、半導体発光ダイオードダイであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
22. 固体発光デバイスであって、
    電圧を加えることによって発光するように構成された固体発光ダイと、
    前記固体発光ダイ上の、蛍光体粒子が内部に浮遊しているガラスプリフォームと
    を備えることを特徴とするデバイス。
23. 前記固体発光ダイは、外部コンタクトパッドを備え、前記蛍光体粒子が内部に浮遊しているガラスプリフォームが、前記外部コンタクトパッドを露出するように成形されていることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
24. 内部に蛍光体が浮遊しているガラスプリフォームの内部および／または上に電気的要素をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
25. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、前記固体発光ダイの表面を越えて延在することを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
26. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、約３０から約９５重量パーセントの範囲の蛍光体を含むことを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
27. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、約０．００１から約１重量パーセントの範囲の光学的散乱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
28. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、織り目加工された表面を含むことを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
29. 前記蛍光体粒子は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体を含むことを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
30. 固体発光ダイのための光学的処理デバイスであって、
    前記固体発光ダイに取り付くような大きさ及び形状を有するガラスプリフォームであって、内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームを備えることを特徴とするデバイス。
31. 前記固体発光ダイが外部コンタクトパッドを備え、前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、前記外部コンタクトパッドを露出するように成形されていることを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
32. 前記内部に蛍光体が浮遊しているガラスプリフォームの内部および／または上に電気的要素をさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
33. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、約３０から約９５重量パーセントの範囲の蛍光体を含むことを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
34. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、約０．００１から約１重量パーセントの範囲の光学的散乱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。
35. 前記内部に蛍光体粒子が浮遊しているガラスプリフォームは、織り目加工された表面を含むことを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
36. 前記蛍光体粒子は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体を含むことを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
37. 複数の固体発光ダイのための光学的処理前駆体であって、
    基板と、
    前記複数の固体発光ダイに取り付くような大きさ及び形状を有する前記基板上の複数のプリフォームであって、それぞれのプリフォームは、それぞれの固体発光ダイから発光される光の少なくともいくらかが通過するように構成されていている複数のプリフォームと、
    前記それぞれの固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを改変するように構成されたそれぞれのプリフォームの内部および／または上にある光学的要素と
    を備えることを特徴とする前駆体。
38. 前記プリフォームは、個片化されたプリフォームを含むことを特徴とする請求項３７に記載の前駆体。
39. 前記個片化されたプリフォームは、可撓性材料を含み、前記基板は、個片化された基板を含むことを特徴とする請求項３８に記載の前駆体。
40. 前記個片化されたプリフォームは、ガラスを含み、前記光学的要素は、前記個片化されたガラスプリフォームの内部に浮遊する蛍光体粒子を含むことを特徴とする請求項３８に記載の前駆体。
41. 固体発光デバイスの作製方法であって、
    プリフォームと固体発光ダイを相互に取り付けるステップを含み、
    前記プリフォームは、前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを通過させるように構成され、前記プリフォームは、前記固体発光ダイから発光された光の少なくともいくらかを改変するように構成された光学的要素をその内部および／または上に備えることを特徴とする方法。
42. 前記取り付けるステップは、基板から前記プリフォームを持ち上げるステップと、持ち上げられたプリフォームを前記固体発光ダイ上に配置するステップとを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 前記配置するステップに、前記プリフォームおよび／または前記固体発光デバイス上に接着剤を被覆するステップが先行することを特徴とする請求項４２に記載の方法。
44. 前記持ち上げるステップに、前記プリフォームを個片化するステップが先行することを特徴とする請求項４２に記載の方法。
45. 固体発光デバイスのためのプリフォームの作製方法であって、
    蛍光体粒子をガラスの内部に浮遊させるステップ
    を含むことを特徴とする方法。
46. 前記浮遊させるステップは、
    ガラスフリットと蛍光体粒子とを混合するステップと、
    前記ガラスフリットを溶解して、内部に前記蛍光体粒子が浮遊したガラスプリフォームを形成するために加熱するステップと
    を含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
47. 前記浮遊させるステップは、
    溶解したガラス内部に蛍光体粒子を混合するステップと、
    前記溶解したガラスを冷却するステップと
    を含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。

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