JP2011061230A - 光エミッタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放出された光の波長が、変換材料領域によって他の波長に変換される光エミッタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１のスペクトルの光を放出する光源１５２と、前記光源とは別個に形成され、かつ変換粒子を有する燐光体で充填されたキャップ１３６とを備え、該燐光体で充填されたキャップは、少なくともある前記光源からの光が、該燐光体で充填されたキャップ及び類似する量の変換粒子２２を通過するように、前記光源に近接して配置され、前記変換粒子は、前記燐光体で充填されたキャップを通過する少なくともある前記光源の光を吸収し、かつ第２のスペクトルの光を放出するように配置される。
【選択図】図１４

Description

本発明は、光エミッタ及びその製造方法に関し、より詳細には、放出された光の少なくともある波長が、変換材料領域によって他の波長に変換される光エミッタ及びその製造方法に関する。

本出願は、２００３年２月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／４５１０６７号の恩恵を請求する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーに変換し、かつ一般に、２つの反対にドープされた層間に挟まれた半導体材料の活性層を備える固体デバイスの重要なクラスである。バイアスが、ドープされた層を横切って印加されると、正孔及び電子が活性層に注入され、活性層でそれらは光を生成するために再結合される。光は、一般に活性層及びＬＥＤの表面から全ての方向に放出される。

発光に使用される従来のＬＥＤの１つの欠点は、それらＬＥＤが、それらＬＥＤの活性層から白色光を生成できないことである。単一の青色発光ＬＥＤに白色光を放出させる１つの方法は、そのＬＥＤを黄色燐光体、ポリマー、又は染料で囲むことである（Ｎｉｃｈｉａ Ｃｏｒｐ．白色ＬＥＤ、部品番号ＮＳＰＷ３００ＢＳ、ＮＳＰＷ３１２ＢＳなどを参照されたい。Ｈａｙｄｅｎへの（特許文献１）「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ＬＥＤ Ｄｅｖｉｃｅｓ」も参照されたい）。囲む材料は、光の少なくともある波長を「ダウンコンバート（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔ）」し、その色を変化させる。例えば、青色放出ＬＥＤが黄色燐光体で囲まれるなら、ある青色光は、変化されずに燐光体を通過し、一方、残りの光は黄色にダウンコンバートされる。したがって、ＬＥＤは、白色光を形成するために組み合わせされる青色光及び黄色光の両方を放出する。

変換材料領域（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｇｉｏｎ）によって囲まれるＬＥＤを製造するための１つの従来の方法は、ＬＥＤにバイアスを印加するために必要な電気接続部を有する、カップ形状のサブマウント内にＬＥＤを搭載することである。シリンジ機構（ｓｙｒｉｎｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）が、光学的に透明で硬化可能な材料（例えば、エポキシ、シリコン、ゾルゲルなど）で充填され、一般に燐光体粒子を含む変換材料が材料中に混合される。次に、シリンジ混合物がサブマウント内に注入され、ＬＥＤを覆いかつ部分的にサブマウントを充填する。透明な材料が最初にカップ内に注入されたとき、変換粒子（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ）は、一般に、材料全体に均一に混合され／懸濁される。透明材料は、次に変換材料領域を形成するために硬化され、アセンブリ全体は、透明なエポキシで包まれる。

米国特許第５９５９３１６号明細書

この製造方法の１つの欠点は、ある状況の下、変換粒子が硬化された状態で不均一に分散され得ることである。透明材料混合物がカップ内に注入された後、それが硬化される前に時間遅延が存在することがある。この遅延の間、変換粒子が、カップの底部に向かって、かつＬＥＤを覆って沈殿（ｓｅｔｔｌｅ）することがあり、変換材料領域全体に粒子の異なる濃度が存在する。この沈殿問題は、硬化プロセスの間に脱水する透明材料において一層悪くなることがあり、変換粒子がより迅速に沈殿することを可能にする。沈殿された変換材料領域は、異なる角度から見たときに異なる色及び／又は強度として表れる光エミッタからの光を結果として生じ、なぜなら放出された光は、変換材料の異なる量に遭遇するからである。

この製造方法の他の欠点は、シリンジからの光学的に透明な材料の注入は、光エミッタ間で変換粒子の濃度における変動を導入することがあり、光エミッタの一貫した再現性を低減することがある。変換粒子は、シリンジが満たされたときに透明材料混合物で注入された光エミッタが、後で形成された光エミッタより大きな濃度の変換粒子を有することがあるように、シリンジ内で沈殿することがある。カップ内にシリンジから注入される透明材料の量は、制御することも困難であり得、透明材料混合物の異なる量が、異なる光エミッタに堆積されることがある。これは、異なる光エミッタ内の異なる量の変換粒子の量を結果として生じることもある。硬化された材料の端部表面形状は、変わることもあり、異なるＬＥＤからの光は、異なる量の透明材料及び粒子を通過する。これらの問題は、一貫した光放出特性を有する光エミッタを製造する安定性を低減する。

従来の光エミッタ製造方法の他の欠点は、光エミッタが、必要な放出基準を満たさないときの材料の浪費である。２つに分離する実際的な方法は無く、光エミッタ全体は、光エミッタ又は変換材料領域が不完全であれば廃棄されなければならない。したがって、ＬＥＤが良好であるが、変換材料領域が不完全であれば、両者は使用できない。光エミッタ全体を廃棄することは、そうでなければ良好なＬＥＤを過剰に浪費する結果となり、製造全体のコストに追加される。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、放出された光の少なくともある波長が、変換材料領域によって他の波長に変換される光エミッタ及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、従来の光エミッタ及びその製造方法の欠点に対処する、改善されたＬＥＤに基づく光エミッタ及びその製造方法を提供する。本発明による光エミッタの１つの実施形態は、第１のスペクトルの光を放出する光源を備えている。この光源とは別個に形成され、かつ変換粒子を有する変換材料領域が含まれている。少なくとある光源の光が変換材料領域を通過するように、変換材料領域は、光源に近接して配置されている。変換粒子は、変換材料領域を通過する少なくともある光源の光を吸収し、第２のスペクトルの光を放出する。

本発明による光エミッタの他の実施形態は、第１のスペクトルの光を放出する光源と、この光源とは別個に形成された変換材料領域とを備えている。変換材料領域は、光源に近接して配置され、光源によって放出された少なくともある光を吸収し、第２のスペクトルの光で光を放出するように構成されている。光エミッタは、第１及び第２のスペクトルの光の組み合わせを均一な第３の光のスペクトルで放出する。

本発明による光エミッタの製造方法のある実施形態は、光源を提供するステップと、変換粒子を含む別個の形成された変換材料領域を提供するステップとを含んでいる。変換材料領域は、次に光源に近接して結合される。異なる角度で光源から放出された少なくともある光が、変換材料領域を通りかつ実質的に同じ量の変換粒子を通って流れるように、変換材料領域が配置されている。

本発明のこれら及び他のさらなる特徴及び利点は、添付した図面をともに行う以下の詳細な説明から当業者には明らかであろう。

本発明に係る光エミッタの一実施形態を説明するための構成図で、ＬＥＤ及びサブマウントとは別個に製造された半球状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図である。 図１に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタの他の実施形態を説明するための構成図で、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図である。 図３に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図である。 図５に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図である。 図７に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、燐光体を含む層及び散乱粒子を有する半球状のレンズを有する光エミッタの断面図である。 図９に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、燐光体を含む層を有するほぼ半球状のレンズを有する光エミッタの断面図である。 図１１に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、燐光体が充填されたキャップを有する光エミッタの断面図である。 図１３に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、穿孔され燐光体が充填されたキャップを有する光エミッタの断面図である。 図１５に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。 本発明に係る光エミッタの製造方法の一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明に係る光エミッタの製造方法の他の実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は、本発明に係る光エミッタの一実施形態を説明するための構成図で、図１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びサブマウントとは別個に製造された半球状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図で、図２は、図１に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。

光エミッタ１０は、角度範囲を通じて均一な色及び／又は強度で光を放出することが望ましいディスプレイシステムに含まれるなど、多くの異なる用途で使用される。このディスプレイシステムは、単一の光エミッタ又は光エミッタのアレイを含むことができるが、この実施形態では、説明を簡単にするために、１つの光エミッタを示している。

光エミッタ１０は、カップ形状のサブマウント１４の表面１１上に配置された光源１２を有している。この光源１２は、知られている結合方法を使用して表面１１上に搭載されることができる。充填材料１９は、この充填材料１９がカップ内の容積を充填するように、表面１１上に配置され、かつ光源１２を囲んでいる。燐光体を含む半球状のレンズ１６は、サブマウント１４に隣接して配置されている。このレンズ１６は、レンズ１６及び粒子２２が変換材料領域２１を形成するように、全体に分散される変換粒子２２を含んでいる。表面１１は、光源１２によって放出された光が、表面１１から反射し、かつ光エミッタ１０の光の放出に寄与するように、関心のある波長で反射性であり得る。変換粒子２２は、図１及び図２、ならびに他の図面に示されるように、レンズ１６中において点として示している。

レンズ１６の表面１３は、充填材料１９に結合され、かつサブマウント１４に対して所定の位置に保持されている。したがって、光源１２によって放出された光の一部が、表面１３から表面１５へレンズ１６を通って流れるように、レンズ１６が配置されている。しかしながら、充填材料１９は任意であり、レンズ１６は、サブマウント１４の表面１７に直接結合されることができる。充填材料１９は、サブマウント１４にレンズ１６を結合することができるエポキシ又は他の充填材料を含むことができる。レンズ１６及び充填材料１９は、関心のある波長に対して透明な材料を含むことができる。変換粒子２２は、燐光体、蛍光染料、又は光ルミネッセンス半導体材料などの１つ以上の蛍光又は燐光材料を含むことができる。

図示されているように、光源１２は、単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。しかしながら、この光源１２は、とりわけ固体レーザ、レーザダイオード、有機発光ダイオードなどの他の光エミッタを含むことができる。他の波長が使用されることができるが、関心のある所望の波長は、一般に赤外から紫外までの範囲である。さらに光源１２は、同じ又は異なる波長で光を放出する複数の光源を備えることができる。

従来のＬＥＤ及び他の光エミッタの動作及びその製造についての詳細は、よく知られている。従来のＬＥＤは、多くの知られている方法によって多数の材料系から製造することができ、適切な方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によって製造される。他の適切な方法は、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）及び金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）を含んでいる。

ＬＥＤは、一般に、ｐ型又はｎ型のいずれかでドープされた２つの反対にドープされた層間に挟まれた活性領域を含んでいる。ＬＥＤは、層の導電性が反転されても動作するが、ＬＥＤの頂部層は、通常ｐ型であり、底部層は、通常ｎ型である。ｐ及びｎ型層は、それぞれ接点を有し、電気信号が、接点を横切って印加されることができ、電流が、光放出を作るために活性領域に注入される。

サブマウント１４は、光源１２に結合される、光放出のために電力を提供するための電気回路などの電気回路（図示せず）を含むことができる。サブマウント１４は、静電衝撃などの大きな電気信号から光源１２を保護するための構成部品及び回路を含むこともできる。

動作において、光源１２は、所望の波長で光を放出し、この放出された光は、光源から直接に又は表面１１からの反射によって間接的のいずれかでレンズ１６を通って流れる。光源１２によって放出された光の一部は、レンズ１６を通って流れ、かつ変換粒子２２によって吸収される。

吸収放射の一部は、一般に吸収された波長とは異なる１つ以上の波長スペクトルで再放出され、この再放出された光は、一般に吸収された光より長い波長を有する。伝達された光と再伝達された光の組み合わせは、光エミッタ１０が、元々の放出された光とは異なる光の波長を放出することを可能にする。例えば、光源１２が、青色光を放出することができ、変換粒子２２が、青色光の一部を吸収し、それを黄色光に変換することができる。光エミッタ１０は、次にこのように青色光と黄色光の組み合わせの白色光を放出する。広い黄色スペクトルの放出の完全な範囲は、（Ｇｄ、Ｙ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ系に基づく燐光体を含む変換粒子を使用して可能である。他の例において、変換粒子２２は、緑色光を再放出することができ、適切な緑色放出材料は、Ｓｒ：チオガレート燐光体（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒ）である。青色光を吸収して異なる波長の光を再放出する他の変換粒子が使用されることができる。紫外光を吸収して異なる波長で光を放出するなど、異なる波長の光を吸収して異なる波長の光を再放出する異なる変換粒子も使用することができる。

本発明によれば、放出された光の色及び強度が、広い範囲の見る角度全体で均一であるように、レンズ１６全体に均一に変換粒子２２を分散することが望ましい。したがって、レンズ１６は、サブマウント１４及び光源１２とは別個に製造される。したがって、サブマウント１４内にレンズ１６を形成する透明材料混合物を注入する代わりに、材料は、射出成形又は従来のシリンジ製造プロセスなどの知られている方法を用いて、レンズを大量製造するために使用することができる。サブマウント１４及び光源１２とは別個にレンズ１６を製造することによって、従来の方法を使用して製造された光エミッタに関連する問題を解消する多数の利点が実現される。

１つの利点は、製造プロセスは、従来の技術より安価であるレンズを提供できることである。プロセスが安価である１つの理由は、光源１２が、レンズ１６がサブマウント１４に搭載される前に検査されることができので、光エミッタ１０の形成が、生成される廃棄物を低減するためである。光エミッタ１０が、標準の放出を有し又はその他の点で欠陥があるなら、光源１２又はレンズ１６に欠陥があるかどうかについての決定が行われる。欠陥のある構成部品は、次に廃棄されて新たな構成部品と置き換えられることができる。交換プロセスは、放出が標準以下であるなら光エミッタ全体が廃棄される、従来の製造プロセスに関連する浪費を回避する。

他の利点は、光エミッタが、より柔軟な製造プロセスで形成することができることである。例えば、異なるレンズが、サブマウント１４及び光源１２の幾何形状に一致するように使用されることができる。また、特定の光エミッタ１０によって放出される色は、異なる光の組み合わせを作るために異なるタイプの変換粒子を含むレンズを使用することによって、変更されることができる。レンズの変更は、単に異なるレンズの供給装置を置き換えることによって、組み立てラインで行われることができる。

材料のより広い選択がレンズ１６を形成するために使用することができるので、製造プロセスにおける柔軟性も得られる。例えば、透明な材料が、従来のシリンジ方法でＬＥＤ上に直接注入されるので、比較的低い溶融／硬化温度を有する材料だけを使用することができる。より高い温度材料が使用されるなら、光源１２又はサブマウント１４が、透明材料混合物と接触されたときに損傷されることがある。

レンズ１６は、光源１２及びサブマウント１４とは別個に製造することができ、次に上述のようにサブマウント１４に結合される。結果として、そうでなければ従来のシリンジプロセスにおいて損傷を引き起こす可能性がある材料が、今や使用することができ、１つのそのような材料はガラスである。ガラスなどの堅い材料内に変換粒子２２を包むことによって、変換粒子２２は、望ましくなく粒子２２と反応してエミッタ１０の使用可能な寿命を低減することがある周囲雰囲気における汚染物からより良好に保護される。レンズ１６は、エポキシ又はプラスチックなどのガラス以外の多くの異なる材料で作ることができ、本発明は、本明細書で述べられた特定のレンズ材料に制限されるものではない。

製造プロセスは、光が、従来の製造技術によって提供されるより均一な色、強度、及び温度で放出される利点も有する。より良好な均一性が達成される１つの理由は、異なる角度で光源１２から放出された光は、類似するレンズ１６の厚みを通過し、したがって、変換粒子が領域２１全体に実質的に均一に分散されるので、実質的に類似する変換粒子２２の量を通過するからである。例えば、図２中の矢印で示されているように、光経路１、２及び３は、実質的に同一のレンズ１６の厚みを通って進み、実質的に同一の変換粒子の量を通って進む。

変換粒子２２の均一性は、レンズ１６が別個に形成されるのでより良好に制御される。変換粒子２２の沈殿は、混合物が型内に注入された後に材料混合物を迅速に硬化することによって、又は硬化の間に注入型を振動させることによって避けられることができる。

他の利点は、変換材料領域２１は、一般に光源１２に接触せず、そのために、光源１２の表面又は形状における変動は、光エミッタ１０の性能の著しく影響を与えないことである。さらに、変換材料領域２１が、光源１２にあまり近すぎて配置されるなら、熱は、変換粒子２２を損傷することがある。

図３及び図４は、本発明に係る光エミッタの他の実施形態を説明するための構成図で、図３は、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図で、図４は、図３に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。

光エミッタ３０は、図１及び図２に図示される構成部品に類似する構成部品を含んでいる。エミッタ１０に関連して上述した説明は、光エミッタ３０及び他の実施形態に等しく適用されるとともに、類似する構成部品については、同様の符号を付してある。

光エミッタ３０は、サブマウント１４に搭載された光源１２を備えている。充填材料１９は、光源１２を囲むために表面１１上に配置されるが、説明を簡単にするために、他の実施形態においてもその説明を省略している。光エミッタ３０は、表面１７に搭載されたレンズ３６を備えている。このレンズ３６は、変換粒子２２を有する内側層３８と外側層４０とを有し、内側層３８及び外側層４０は、好ましくは全体に均一な厚みを有する。レンズ３６は、ドーム形状であり表面１７上に配置され、光源１２から放出された光の一部は、表面３３から表面３５へレンズ３６を通って進む。

変換粒子２２は、変換材料領域２１全体に分散されている。しかしながら、この変換材料領域２１は、レンズ３６の一部だけを構成している。特に、変換粒子２２は、内部層３８全体に分散され、かつ好ましくは外側層４０内には分散されない。したがって、内側層３８は、変換粒子２２で混合された透明材料を含むことができ、外側層４０は、透明材料を含むことができる。この構成において、光源１２から異なる角度で放出される光は、レンズ３６のほぼ同一の厚み、及び同一量の変換粒子２２を通過する（すなわち、光経路１、２及び３は等しい）。

ドームの形状にレンズ３６を形成することによって、内側距離４２（図４を参照）は、光源１２と、内側層３８ならびに変換粒子２２との間に維持されることができ、距離４２は、特定の光源１２及びサブマウント１４に関して最適化される。距離４２及び厚み４４に関する最適値は、光源１２及びサブマウント１４のタイプ及び寸法に応じる。距離４２は、変換粒子２２を損傷することがある過剰な熱を生成することなく、光源１２がより高い光の強度を提供することを可能にするように選択される。熱は、変換材料領域２１が光源１２にあまり近く配置されるなら、変換粒子２２を損傷することがある。

距離４２は、光エミッタ３０の光効率に影響を与えることがある。光源１２からの指向性の光が、内側層３８内を通過して光源１２に向かって戻って再方向付けられるとき、指向性の光の一部は、変換粒子２２によって吸収され、かつ全方向に再放出されることができる。距離４２が小さすぎるなら、又は変換粒子２２が光源１２上に直接配置されるなら、ある再放出された光は、光源１２内に戻るように方向付けられて光源１２によって吸収される。この光の吸収は、光エミッタ３０の全体の光放出効率を低減することがある。なぜなら、それは、光源１２の温度を増大することがあるからである。距離４２が大きすぎると、厚み４４は、変換粒子２２からの光が、内部全反射によってレンズ３６に捉えられることがある点に低減されることがあり、同様に光エミッタ３０の全体効率を低減する。

図５及び図６は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図５は、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図で、図６は、図５に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。この光エミッタ５０は平坦なサブマウント５４を備えている。

この実施形態において、ドーム形状のレンズ５６は、光源１２を覆って配置されて、サブマウント５４の表面５１に搭載され、空間内に配置された光源１２は、レンズ５６の内側表面５３とサブマウント５４の間に提供される（図６を参照）。光源１２及び内側表面５３は、変換材料領域２２からの再放出された光の光源１２による吸収が最小化されるように離間されている。レンズ５６は、レンズ５６全体に分散された変換粒子２２を有し、光源１２から放出された光がレンズ５６を通過するとき、その一部は、変換粒子２２によって吸収されて、異なる波長で再放出される。

図７及び図８は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図７は、ドーム形状の燐光体を含むレンズを有する光エミッタの断面図で、図８は、図７に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。

この実施形態において、光エミッタ７０は、サブマウント５４の表面５１に搭載されたドーム形状のレンズ７６を備えている。このレンズ７６は、変換粒子２２で混合された透明材料を有する内側層７８と、好ましくは任意の変換粒子なしに透明材料を有する外側層８０とを有している。光は、光源１２からレンズ７６を通って、表面７３から表面７５へ進む。

図３及び図４に関連して上述したように、内側距離８２は、変換粒子２２から光源１２への再放出された光の吸収を最小化するために、光源１２と内側層７８との間で選択される。距離８２及び厚み８４は、光エミッタ５０の光の効率を最適化するように選択されることができ、光の効率は、再放出された光の吸収を最小化し、かつ上述したように、内部全反射を低減することによって最適化される。

図９及び図１０は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図９は、燐光体を含む層及び散乱粒子を有する半球状のレンズを有する光エミッタの断面図で、図１０は、図９に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。この光エミッタ９０は、サブマウント１４の表面１１に搭載された光源１２を有する。

この実施形態において、半球状のレンズ９６は、表面１７に搭載され、レンズ９６は、変換粒子２２を有する底部層９８を有している。しかしながら、この底部層９８全体に分散される変換粒子２２に加えて、底部層９８は、ある光を再方向付けするための散乱粒子１００も含んでいる。

底部層９８における変換粒子２２によって吸収され、かつ再放出された光の一部は、矢印９９によって示されているように（図１０を参照）、底部層９８に沿って方向付けられている。この再放出された光は、表面９５から離れて方向付けられることができる。したがって、散乱粒子１００が底部層９８内に含まれる１つの理由は、光エミッタ９０の光放出効率が増大されるように、光を表面９５に向かって再方向付けることである。

変換粒子２２の変換及び散乱効率は、光の波長及び変換粒子のサイズに応じることができる。変換材料領域２１は、一般に光を効率的に散乱しない。なぜならそれら粒子のサイズが低下すると、粒子２２の変換効率は低下するからである。結果として、直径がほぼ１ミクロンより小さい粒子で高い変換効率を得ることは困難である。光を効率的に散乱するために、散乱粒子１００の直径は、散乱される光の波長のほぼ１／２にするべきである。空気中で、これは、直径がほぼ０．２ミクロンから０．２５ミクロンである粒子１００を結果として生じる。この直径の範囲は、自由空間より大きな屈折率を有するエポキシ又は他の材料など異なる媒体における粒子に関してより小さい。結果として、燐光体粒子は、一般に光を効果的に散乱するには大きすぎる。

図１１及び図１２は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図１１は、燐光体を含む層を有するほぼ半球状のレンズを有する光エミッタの断面図で、図１２は、図１１に示した別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。このエミッタ１１０は、サブマウント１１４の表面１１１に搭載された光源１２を備えている。

この実施形態において、レンズ１１６は、サブマウント１１４の表面１１７に搭載され、レンズ１１６は、変換粒子２２を有する底部層１１８を有している。光は、光源１２からレンズ１１６を通って表面１０３から表面１０５へ進む。

サブマウント１１４は、変換粒子２２から放出された光を表面１０５に向けて再方向付けるように向けられた表面１０１及び表面１１５を含んでいる。したがって、底部層１１８は、変換粒子２２から再放出された光を散乱するために、上述したような散乱粒子１００に類似する散乱粒子を含む必要はない。しかしながら、散乱粒子１００は、底部層１１８に含ませることができるが、説明を簡単にするために省略してある。

表面１０１及び１１５は、底部層１１８に沿って向けられる光は、表面１０１及び／又は表面１１７を離れて反射し、底部層１１８を通って表面１０５に進む光源１２から放出される光と組み合わされる。表面１０１及び１１５から反射される光は、光エミッタ１１０によって放出される光に寄与することができる。したがって、光エミッタ１１０の光放出効率は、サブマウント１１４内に表面１０１及び１１５を含むことによって増大される。

図１３及び図１４は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図１３は、燐光体が充填されたキャップを有する光エミッタの断面図で、図１４は、図１３に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。この光エミッタ１３０は、成形されることができるＬＥＤ１５２を有している。

この実施形態において、光エミッタ１３０は、上述した実施形態におけるようなサブマウントを有する。その代わりに、光エミッタ１３０は、ＬＥＤ１５２の底部上に配置された接点１３４及び１３５を備えている。したがって、ＬＥＤ１５２は、ＬＥＤ１５２の照明のために電力を提供するために、カップでバイアス源に電気的に接続された接点１３４及び１３５を有する金属カップに搭載される。

レンズを有する代わりに、光エミッタ１３０は、ＬＥＤ１５２と同じ基本形状を有し、好ましくは一般に一貫する厚みを有する燐光体で充填されたキャップ１３６を備えている。このキャップ１３６は、上述したレンズと同じ材料で作られ、全体に分散された変換粒子を含むことができる。キャップ１３６は、上述したレンズと同じ方法によって、１つの方法は射出成形である方法によってＬＥＤ１５２とは別個に製造される。キャップ１３６は、エポキシ又は他の類似する材料でＬＥＤ１５２を覆って所定の場所に搭載される。

動作において、異なる角度でＬＥＤ１５２から放出される光は、キャップ１３６の類似する厚みを通過し、したがって、光は、変換粒子２２の類似する量と遭遇し、光エミッタ１３０が、異なる角度で見られるときに本質的に同じ色及び強度の光を提供することを可能にする。

図１５及び図１６は、本発明に係る光エミッタのさらに他の実施形態を説明するための構成図で、図１５は、穿孔され燐光体が充填されたキャップを有する光エミッタの断面図で、図１６は、図１５に示された別個の部材がともに結合された光エミッタの断面図である。この光エミッタ１５０は、ＬＥＤ１５２及び燐光体で充填されたキャップ１５４を備えている。

しかしながら、この実施形態において、２つの底部接点を含む代わりに、ＬＥＤ１５２は、底部接点１５６及び頂部接点１５８を備えている。キャップ１５４は、頂部接点１５８よりわずかに大きい頂部孔１６０を有し、キャップ１５４がＬＥＤ１５２に結合されたとき、頂部接点１５８が、頂部孔１６０内に配置され及び頂部孔１６０を介してアクセス可能である。孔１６０は、燐光体キャップに沿ういずれの場所にも配置可能であるが、説明を簡単にするために頂部上で中心合わせされた場合について示している。

頂部接点１５８の配置は、電気信号が、それぞれ底部接点１５６及び頂部接点１５８を通じてＬＥＤ１５２に提供される。図１６に示されるようなＬＥＤ１５０に関して、電気信号は、接点１５８に結合されたワイヤである導体１６２を介して、頂部接点１５８に提供される。電気信号は、導体（図示せず）を介して又は金属カップを介して底部接点１５６に提供される。

＜製造方法＞
図１７は、本発明に係る光エミッタの製造方法の一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図で、光エミッタの構成部品が、別個に製造されかつその後ともに結合される光エミッタの製造方法１７０を示している。

まず、ステップ１７２において、ＬＥＤは、ＭＯＣＶＤ反応装置における製造など任意の知られている方法を使用して製造される。次に、ステップ１７４において、サブマウントが製造され、次に、ステップ１７６において、ＬＥＤは、知られている結合方法を使用してサブマウントの底部に結合される。次に、ステップ１７８において、変換材料領域を有するレンズは、射出成形などの知られている製造方法を使用して製造される。最後に、ステップ１８０において、レンズは、好ましい方法で、ＬＥＤを覆ってサブマウントに結合され、レンズとサブマウント／ＬＥＤ間の空間をエポキシ又は他の充填材料で充填し、それを所定の場所に保持するために、レンズの内側表面を接触する。

代わりの中間ステップ（図示せず）において、光エミッタは、サブマウント上の所定の場所のレンズとともに検査されることができるが、光エミッタが、サブマウントに結合される前である。光エミッタの放出が標準的であれば、ＬＥＤ又はレンズに欠陥があるかどうかの決定を行うことができる。欠陥部品は、次に廃棄され、かつ新規な部品と取り替えられることができる。結合ステップ１８０は、光エミッタが効率的に動作するまで、検査プロセスが繰り返された後で行われる。

図１８は、本発明に係る光エミッタの製造方法の他の実施形態を説明するためのフローチャートを示す図で、本発明に係る光エミッタの製造方法１９０を示している。

まず、ステップ１９２において、ＬＥＤは、ＭＯＣＶＤ反応装置における製造など任意の知られている方法を使用して製造され、ＬＥＤは、任意に成形される。次に、ステップ１９４において、接点が、スパッタリングなどの知られている方法を使用してＬＥＤ上に形成される。次に、ステップ１９６において、燐光体で充填されたカップが、射出成形など知られている方法を使用して製造される。次に、ステップ１９８において、カップは、ＬＥＤ光の一部がカップを通過するように、ＬＥＤに搭載される。カップは、エポキシ又は他の結合材料を使用して、ＬＥＤに搭載される。この製造方法において、接点は、ＬＥＤの底部表面上に堆積され、カップは、ＬＥＤの頂部及び側部表面を覆う。他の製造方法において、接点は、ＬＥＤの底部表面上に堆積され、他の接点は、ＬＥＤの頂部表面上に堆積される。カップは、その頂部表面で孔が開けられ、それがＬＥＤに結合されたとき、頂部接点が、孔内に収容されかつ孔を介してアクセス可能である。

製造方法は、カップがＬＥＤに結合される前に、光エミッタを検査する中間ステップを含むこともできる。カップ又はＬＥＤのいずれかに欠陥があると見出されたなら、欠陥部品は、廃棄され、かつ異なる部品と取り替えられることができる。検査は、光エミッタが、カップがＬＥＤに結合される前に、ある範囲の見る角度にわたって有意な色及び強度で光を放出するまで繰り返される。

本発明は、所定の好ましいその構造を参照してかなり詳細に記載されたが、他の変形が可能である。上述した製造方法におけるステップの順番は、変更することができる。本発明による異なる製造方法は、より多い又はより少ないステップを使用することができ、また異なるステップを使用することができる。上述したレンズ及びカップは、多くの異なる形状及び層をとることができ、多くの異なるタイプの変換粒子を含むことができる。レンズ及びカップは、特定の応用に対して適合するように形成され、放出された光を集束するように形成することができる。記載された各レンズ及びカップは、全体に又は異なる場所に散乱粒子を含むこともできる。

したがって、本明細書に記載された本発明の実施形態は、例示であり、多数の修正、変形及び再構成が、実質的に等価の結果を達成するために容易に想定されることができ、これら全ては、特許請求の技術的範囲に規定される本発明の精神及び範囲内に包含されることが意図される。

Claims (10)

1. 第１のスペクトルの光を放出する光源と、
   前記光源とは別個に形成され、かつ変換粒子を有する燐光体で充填されたキャップとを備え、該燐光体で充填されたキャップは、少なくともある前記光源からの光が、該燐光体で充填されたキャップ及び類似する量の変換粒子を通過するように、前記光源に近接して配置され、前記変換粒子は、前記燐光体で充填されたキャップを通過する少なくともある前記光源の光を吸収し、かつ第２のスペクトルの光を放出するように配置されていることを特徴とする光エミッタ。
2. 前記燐光体で充填されたキャップは、前記燐光体キャップを通過する前記光源光が、前記変換粒子の同じ量を通過するように、前記エミッタの１つ以上の表面を覆って密に嵌るように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
3. 前記光源は、前記燐光体で充填されたキャップを通って延在する複数の光経路に沿って前記第１のスペクトルの光を放出し、各光経路は、類似する量の変換粒子を通って延在していることを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
4. 前記変換粒子は、均一な色及び強度で前記第２のスペクトルの光を放出するため変換材料領域全体に均一に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
5. 前記変換粒子は、均一な色及び強度で前記第２のスペクトルの光を放出することを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
6. 前記燐光体で充填されたキャップを通って進む光は、同一の前記キャップの厚みを通って進むことを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
7. 前記燐光体で充填されたキャップは、ガラス、エポキシ又はプラスチックからなることを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
8. 前記光源の異なる面上に第１および第２の電気接点をさらに備え、
   前記燐光体で充填されたキャップは、前記燐光体で充填されたキャップが前記光源に結合されたとき、前記第１の電気接点が孔を介してアクセスされることを可能する前記第１の電気接点よりわずかに大きい前記孔を有し、前記燐光体で充填されたキャップおよび前記第１の電気接点は、前記光源と同じ面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光エミッタ。
9. 光源の異なる面上に第１および第２の電気接点を備えている光源を提供するステップと、
   変換粒子を有する別個に形成された燐光体で充填されたキャップを提供するステップと、
   前記光源に近接して前記燐光体で充填されたキャップを結合するステップとを有し、前記燐光体で充填されたキャップは、異なる角度で前記光源から放出された少なくともある光が、前記燐光体で充填されたキャップの類似する厚みを通り、かつ同じ量の変換粒子を通って進むように配置されていることを特徴とする光エミッタの製造方法。
10. 前記第１の電気接点を受け入れるため前記別個に形成された燐光体で充填されたキャップに孔を開けるステップをさらに有していることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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