JP2014505994A - 発光デバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

発光デバイスおよび方法が開示される。一実施形態では、発光デバイスは、基板と、基板上に、パターン化されたアレイで配設された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とを含むことができる。発光デバイスは、ＬＥＤのアレイの周りに配設された保持材料をさらに含むことができる。一態様では、保持材料は吐出されうる。

Description

発明の詳細な説明

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１０年１１月２２日に出願された米国仮特許出願番号第６１／４１６，１８４号および２０１１年５月１０日に出願された一部継続出願の米国特許出願番号第１３／１０４，５５８号の利益を主張し、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１０年１１月２２日に出願された米国意匠特許出願番号第２９／３７９，６３６号、２０１１年２月１６日に出願された一部継続出願の米国特許出願番号第１３／０２８，９７２号、および２０１１年１０月２６日に出願された米国特許出願番号第１３／２８２，１７２号に関連する。

［技術分野］
本明細書で開示される主題は、一般に、発光デバイスおよび方法に関する。より詳細には、本明細書で開示される主題は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の少なくとも１つのパターンおよび／またはアレイを備える発光デバイスならびに方法に関する。

［背景技術］
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイスは、白色光（たとえば、白色またはほぼ白色であると知覚される）を提供するためにパッケージで利用することができ、白熱灯、蛍光灯、および金属ハライド高輝度放電（ＨＩＤ）ライト製品用の代替品として開発されている。ＬＥＤデバイスの代表的な例は、ＬＥＤチップであって、その一部分がたとえばイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの蛍光体で被覆されうる、少なくとも１つのＬＥＤチップを有するデバイスを備える。蛍光体被覆は、１つまたは複数のＬＥＤチップから放出される光を白色光に変換しうる。たとえば、ＬＥＤチップは、所望の波長を有する光を放出し、蛍光体は、次に、たとえば約５５０ｎｍのピーク波長を有する黄色の蛍光を放出しうる。観察者は、光放出の混合物を白色光として知覚する。白色光変換蛍光体の代替として、赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）波長の発光デバイスが、１つのデバイスまたはパッケージまたはデバイス内で組み合わされて、白色として知覚される光を生成しうる。

市場において種々のＬＥＤデバイスおよび方法が入手可能であるが、工業的および商業的照明製品、ならびに、たとえば５０〜１００ワットＨＩＤランプおよび高ワットコンパクト蛍光（ＣＦＬ）ランプ、屋外照明製品、住宅用照明器具、ならびにレトロフィット電球などの従来の光源の代替品に適した改良型デバイスおよびデバイスの改善された製造性についての必要性が残ったままである。ある範囲の低電圧用途から高電圧用途に適した改良型デバイスについての必要性が残ったままである。本明細書で述べるＬＥＤデバイスおよび方法は、有利には、製造の容易さを促進しながら、光出力性能を増大させ、種々の低電圧用途から高電圧用途に対処しうる。

［概要］
本開示によれば、工業的および商業的照明製品を含む種々の用途に好適である新規な発光デバイスおよび方法が提供される。したがって、エネルギー節減を提供しながら、光出力性能を増大させ、種々の低電圧用途から高電圧用途に対処するために最適化された発光デバイスの少なくとも１つのパターン、配置、および／またはアレイを備える、発光デバイスおよび方法を提供することが、本明細書で開示される本発明の目的である。

本明細書の開示によって明らかになる本開示のこれらのまた他の目的は、本明細書で開示される手段によって、少なくとも全体的にまたは部分的に達成される。
当業者に対する、その最良態様を含む本主題の完全でかつ実施可能な程度の開示は、添付図面に対する参照を含む、本明細書の残りの部分でより詳細に述べられる。

本明細書の開示による発光デバイスの実施形態の上面斜視図である。 本明細書の開示による発光デバイスの実施形態の側面図である。 本明細書の開示による発光ダイオード（ＬＥＤ）の１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示による発光ダイオード（ＬＥＤ）の１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面斜視図である。 本明細書の開示による発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示による発光デバイスの光放出エリアの第１の断面図である。 本明細書の開示による発光デバイスの光放出エリアの第２の断面図である。 本明細書の開示による発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示による発光デバイスのギャップエリアの断面図である。 本明細書の開示による発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤの１つまたは複数のパターンを有する発光デバイスの実施形態の上面図である。 本明細書の開示によるＬＥＤデバイスのために使用されるダイ取付けを示す図である。 本明細書の開示によるＬＥＤデバイスのために使用されるダイ取付けを示す図である。

本明細書の主題についての可能性がある態様または実施形態（その１つまたは複数の例が図に示される）に対して、参照がここで詳細に行われる。各例は、制限としてではなく、主題を説明するために設けられる。実際には、一実施形態の一部として示され述べられる特徴は、なおさらなる実施形態をもたらすために別の実施形態で使用されうる。本明細書で開示され想定される主題は、こうした変更および変形をカバーすることが意図される。

種々の図に示すように、構造または部分のいくつかのサイズは、説明の目的で他の構造または部分に対して誇張され、したがって、本主題の一般的な構造を示すために提供される。さらに、本主題の種々の態様は、構造または部分が、他の構造、部分、または両方の上に形成されることを参照して述べられる。当業者によって認識されるように、構造が、別の構造または部分の「上に（ｏｎ)」または「上に（ａｂｏｖｅ)」形成されることに対する参照は、さらなる構造、部分、または両方が介在する場合があることを企図する。構造または部分が、介在する構造または部分がない状態で、別の構造または部分の「上に(ｏｎ)」形成されることに対する参照は、構造または部分の「上に直接」形成されるものとして述べられる。同様に、要素が、別の要素に「接続される」、「取付けられる」、または「結合される」ものとして参照されるとき、その要素が、他の要素に直接、接続されうるか、取付けられうるか、または結合されうる、あるいは、介在要素が存在する場合があることが理解される。対照的に、要素が、別の要素に「直接接続される」、「直接取付けられる」、または「直接結合される」ものとして参照されるとき、介在要素は、全く存在しない。

さらに、「上に(ｏｎ)」、「上に(ａｂｏｖｅ)」、「上方の(ｕｐｐｅｒ)」、「上部の(ｔｏｐ)」、「下部の(ｌｏｗｅｒ)」、または「底部の(ｂｏｔｔｏｍ)」などの相対的用語が、図に示すように１つの構造または部分の別の構造または部分に対する関係を述べるために本明細書で使用される。「上に(ｏｎ)」、「上に(ａｂｏｖｅ)」、「上方の(ｕｐｐｅｒ)」、「上部の(ｔｏｐ)」、「下部の(ｌｏｗｅｒ)」、または「底部の(ｂｏｔｔｏｍ)」などの相対的用語が、図に示す配向に加えてデバイスの異なる配向を包含することが意図されることが理解される。たとえば、図中のデバイスがひっくり返っている場合、他の構造または部分の「上に(ａｂｏｖｅ)」として述べられる構造または部分は、他の構造または部分の「下に(ｂｅｌｏｗ)」配向されることになる。同様に、図中のデバイスが、軸に沿って回転している場合、他の構造または部分の「上に(ａｂｏｖｅ)」として述べられる構造または部分は、他の構造または部分の「隣に」または「左に」配向されることになる。類似の番号は、全体を通して類似の要素を指す。

本明細書で述べる実施形態による発光デバイスは、ノースカロライナ州ダーラムのＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．によって製造販売されたデバイスなどの、成長基板、たとえば炭化ケイ素基板上で作製されたＩＩＩ−Ｖ族窒化物（たとえば、窒化ガリウム）ベース発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザを含んでもよい。たとえば、本明細書で論じる炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板／層は、４Ｈポリタイプ炭化ケイ素基板／層であってもよい。しかし、３Ｃ、６Ｈ、および１５Ｒポリタイプなどの他の炭化ケイ素候補ポリタイプが使用されてもよい。適切なＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダーラムのＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．から入手可能であり、こうした基板を生産するための方法は、科学文献、ならびに、その開示の全体が参照により本明細書に組込まれる、米国再発行特許第３４，８６１号、米国特許第４，９４６，５４７号、および米国特許第５，２００，０２２号を含むがそれに限定されない、いくつかの同一譲受人に譲渡された米国特許に述べられる。

本明細書で使用されるように、用語「ＩＩＩ族窒化物」は、窒素と、周期律表のＩＩＩ族内の元素、通常アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物を指す。その用語はまた、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮなどの２元、３元、または四元化合物を指す。ＩＩＩ族元素は、窒素と結合して、二元化合物（たとえば、ＧａＮ）、三元化合物（たとえば、ＡｌＧａＮ）、および四元化合物（たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ）を形成しうる。これらの化合物は、１モルの窒素が、１モルのＩＩＩ族元素前部と結合した実験式を有してもよい。したがって、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（１＞ｘ＞０）などの式が、これらの化合物を記述するために使用されることが多い。ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長は、適度に十分に開発され、適切な科学文献において報告されている。

本明細書で開示されるＬＥＤの種々の実施形態は成長基板を備えるが、ＬＥＤを備えるエピタキシャル層がその上で成長する結晶性エピタキシャル成長基板が除去されてもよく、自立エピタキシャル層が、オリジナルの基板より良好な熱特性、良好な電気特性、良好な構造的特性、および／または良好な光学特性を有する場合がある代替キャリア基板またはサブマウント上に実装されてもよいことが当業者によって理解される。本明細書で述べる主題は、結晶性エピタキシャル成長基板を有する構造に限定されず、エピタキシャル層が、そのオリジナルの成長基板から除去され、代替キャリア基板に接合されている構造に関連して用いられてもよい。

本主題のいくつかの実施形態によるＩＩＩ族窒化物ベースＬＥＤは、たとえば、成長基板（炭化ケイ素基板など）上で作製されて、水平デバイス（ＬＥＤの同じ面上に両方に電気接点を有する）または垂直デバイス（ＬＥＤの対向する面上に電気接点を有する）を提供してもよい。さらに、成長基板は、作製後にＬＥＤ上に維持されてもよく、または、（たとえば、エッチング、研削、研磨などによって）除去されてもよい。成長基板は、たとえば、結果得られるＬＥＤの厚さを減少させるため、および／または、垂直ＬＥＤを通る順方向電圧を減少させるために、除去されてもよい。水平デバイス（成長基板がある状態またはない状態で）は、たとえば、キャリア基板またはプリント回路基板（ＰＣＢ）に（たとえば、はんだ付けを使用して）フリップチップ接合されてもよく、または、ワイヤボンドされてもよい。垂直デバイス（成長基板がある状態またはない状態で）は、キャリア基板、実装パッド、またはＰＣＢにはんだ接合された第１の端子、および、キャリア基板、電気要素、またはＰＣＢにワイヤボンディングされた第２の端子を有してもよい。垂直ＬＥＤチップ構造および水平ＬＥＤチップ構造の例は、その開示の全体が参照により組込まれる、Ｂｅｒｇｍａｎｎらの米国出願公開第２００８／０２５８１３０号およびＥｄｍｏｎｄらの米国出願公開第２００６／０１８６４１８号に例として開示される。

ＬＥＤは、１つまたは複数の蛍光体で少なくとも部分的に被覆されうる。その蛍光体は、ＬＥＤ光の少なくとも一部分を吸収し、ＬＥＤからの光と蛍光体からの光の組合せをＬＥＤが放出するように異なる波長の光を放出する。一実施形態では、ＬＥＤは、白色光のＬＥＤ光と蛍光体光の組合せ体を放出する。ＬＥＤは、多くの異なる方法を使用して被覆され作製されうる。１つの適した方法は、共に「ウェハレベル蛍光体コーティング方法及び該方法を利用して作製されたデバイス」という名称で、また、共に参照により本明細書に組込まれる、米国特許出願番号第１１／６５６，７５９号および第１１／８９９，７９０号に記載される。代替的には、ＬＥＤは、電気泳動堆積（ＥＰＤ）などの他の方法を使用して被覆されうる。適したＥＰＤ法は、参照により本明細書に同様に組込まれる、「半導体デバイスの閉ループ電気泳動堆積」という名称の米国特許出願番号第１１／４７３，０８９号に記載される。本主題によるＬＥＤデバイスおよび方法はまた、異なる色（その１つまたは複数は白色放出とすることができる）の複数のＬＥＤを有しうることが理解される。

ここで図１〜１５Ｂを参照すると、図１は、概して１０で示される発光デバイスまたはＬＥＤデバイスの上面図を示す。ＬＥＤデバイス１０は、概して１６で示される放出エリアがその上に配設されうる基板１２を備えうる。一態様では、放出エリア１６は、ＬＥＤデバイス１０に関して実質的に中心に配設されうる。代替的には、放出エリア１６は、ＬＥＤデバイス１０上の任意の場所、たとえば角部にまたは縁に隣接して配設されうる。一態様では、放出エリア１６は、実質的に円形の形状を備えうる。他の態様では、放出エリア１６は、任意の他の適した形状、たとえば、実質的に、正方形の、卵形の、または長方形の形状を備えうる。ＬＥＤデバイス１０は、単一の放出エリア１６または２つ以上の放出エリア１６を備えうる。特に、ＬＥＤデバイス１０は、放出エリアの形態の均一な光源を備えることができ、そのことが、単一コンポーネントを必要とする照明製品の製造業者にとって製造プロセスを簡略化することができる。ＬＥＤデバイス１０は、放出エリア１６の周りに少なくとも部分的に配設された、保持材料１４をさらに備えうる。保持材料１４は、ダムとして参照されうる。保持材料１４はまた、ツェナーダイオード４４などの少なくとも１つの静電気放電保護（ＥＳＤ）デバイス上に配設されうる（図９）。いくつかの態様では、保持材料は、２つの電気要素の間に直列に接続された２つのツェナーダイオード４４上に配設されうる（図８）。

基板１２は、任意の適した実装基板、たとえばプリント回路基板（ＰＣＢ）、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、外部回路、または、ＬＥＤなどの照明デバイスをその上に実装および／または取付けることができる任意の他の適した基板を備えうる。放出エリア１６は、基板１２と電気的および／または熱的につながった状態にありうる。放出エリア１６が基板１２上に間接的に配設されてそれにより基板１２と電気的および／または熱的に間接的につながるように、１つまたは複数の介在層が、放出エリア１６と基板１２との間に配設されうる。代替的には、放出エリア１６は、基板１２上に直接実装され、それにより、基板１２と電気的および／または熱的に直接連絡またはつながりうる。一態様では、たとえば制限なしで、基板１２は、２２ミリメートル（ｍｍ）×２２ｍｍのコンパクトな寸法の正方形フットプリントを含みうる。他の態様では、基板１２は、任意の適した寸法および／または形状、たとえば円形または長方形形状を含みうる。

放出エリア１６は、図７に示すような充填材料４０内および／またはその下に配設された複数のＬＥＤチップ、またはＬＥＤ２５を備えうる。ＬＥＤ２５は、任意の適したサイズおよび／または形状を備えうる。たとえば、ＬＥＤ２５は、長方形、正方形、または任意の他の適した形状を有しうる。一態様では、充填材料４０は、所定のまたは選択的な量の蛍光体、および／または、任意の所望の光放出に適した、たとえば白色光変換に適した量の発光団を有する封止剤を含みうる。充填材料４０は、知覚される白色光あるいは任意の適したおよび／または所望の波長の光が観測されうるように複数のＬＥＤ２５から放出される光と相互作用しうる。封止剤および／または蛍光体の任意の適した組合せが使用され、所望の光放出をもたらすための異なる蛍光体の組合せが使用されうる。他の態様では、充填材料４０は、成形レンズ材料を含みうる。充填材料４０は、たとえば使用される蛍光体の量およびタイプに応じて、放出エリア１６が実質的に不透明でありうるように実質的に不透明でありうる（図１に示す）、また、透明または半透明でありうる。保持材料１４は、放出エリア１６の少なくとも一部分の周りに吐出または配置されるように適合されうる。保持材料１４が配置された後、充填材料４０が、保持材料１４の１つまたは複数の内壁の間に配設された空間内で任意の適したレベルまで選択的に充填されうる。たとえば、充填材料４０は、保持材料１４の高さに等しいレベルまで、または、保持材料より高いかまたは低い任意のレベルまで充填されうる。充填材料４０のレベルは、平面、または、凹状もしくは凸状などの任意の適した方法で湾曲しうる。

さらに図１を参照すると、ＬＥＤデバイス１０はまた、外部基板または表面へのＬＥＤデバイス１０の取付けを容易にするために、基板１２を貫通してまたは少なくとも部分的に貫通して配設されうる、概して２０で示される少なくとも１つの開口または穴を備えうる。たとえば、１つまたは複数のネジは、デバイス１０を別の部材、構造、または基板に固定するために少なくとも１つの穴２０を通して挿入されうる。ＬＥＤデバイス１０はまた、１つまたは複数の電気的取付表面１８を備えうる。一態様では、取付表面１８は、はんだ接点などの電気接点を備える。取付表面１８は、任意の適した構成、サイズ、形状、および／または配置にされ得、外部電力源に接続されると電流または信号がそこを通して流れうる正電極端子および負電極端子を備えうる。１つまたは複数の伝導性ワイヤ（図示せず）が、溶接、はんだ付け、または既知の任意の適した取付け方法を使用して、取付表面１８に取付けられ電気接続されうる。電流または信号は、取付表面１８に電気接続された外部ワイヤからＬＥＤデバイス１０内に流れ、また放出エリア１６内に流れて、光出力を促進しうる。取付表面１８は、１つまたは複数のＬＥＤ２５を備える放出エリア１６と電気的につながりうる。取付表面１８は、第１および第２の伝導性トレース３３および３４（図８参照）とつながり、したがって、電気コネクタを使用して電気接続することができるＬＥＤ２５と電気的につながりうる。電気コネクタは、ＬＥＤ２５を第１および第２の伝導性トレース３３および３４に電気接続するためのワイヤボンドまたは他の適した部材を備えうる。

ＬＥＤデバイス１０は、ＬＥＤデバイス１０の所与の側についての電気極性を示すためのインジケータサインまたはシンボルをさらに備えうる。たとえば、第１のシンボル２２は、正電極端子を備えるＬＥＤデバイス１０の側を示す「＋」サインを含みうる。第２のシンボル２３は、負電極端子を備えるＬＥＤデバイス１０の側を示す「−」サインを含みうる。１つまたは複数のテストポイント１５が、ＬＥＤデバイス１０の電気特性および／または熱特性を試験するために、デバイスの正の側または負の側に隣接して配置されうる。一態様では、テストポイント１５は、ＬＥＤデバイス１０の負の側または端子に隣接して配置されうる。

図２は、ＬＥＤデバイス１０の側面図を示す。図１および図２に示すように、保持材料１４は、放出エリア１６の少なくとも一部分の周りに配設されかつ基板１２上に配設された実質的に円形のダムを備えうる。保持材料１４は、基板１２上に吐出、位置決め、またはその他の方法で配置され得、また、任意の適したサイズおよび／または形状を含みうる。保持材料１４は、任意の適した反射材料を含み、たとえばシリコン材料またはエポキシ材料などの透明または不透明な白色材料を含みうる。たとえば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの充填剤粒子が、不透明材料を提供するために使用され保持材料１４に添加されうる。保持材料１４は、自動化定量吐出機を使用して所定の場所に吐出または堆積され、そこで、任意の適したサイズおよび／または形状のダムが形成されうる。一態様では、図示する円形形状が吐出されうるが、たとえば長方形構成、湾曲構成、および／または所望の構成と所望の断面形状との任意の組合せなどの任意の他の構成もまた提供されうる。図２においてＬＥＤデバイス１０の側面図にて示すように、保持材料１４は、基板１２に対向する保持材料１４の上側表面に丸みがあるように、丸みがある外壁２４を備えうる。保持材料１４の外壁２４に丸みを付けることまたは湾曲させることは、ＬＥＤデバイス１０によって反射される光の量をさらに改善する場合がある。

保持材料１４は、当技術分野で知られている任意の材料、たとえば７％溶融シリカ＋３％ＴｉＯ_２＋メチルシリコンを含むシリコン材料を含みうる。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、保持材料１４は、１つまたは複数のＬＥＤ２５のワイヤボンディング後に吐出することができ、それにより、保持材料１４は、ワイヤボンド２６上に配設され、ワイヤボンド２６を少なくとも部分的に覆って、ワイヤボンド２６の、それぞれの一端など少なくとも一部分を保持材料１４内に包含する。図３Ａおよび図３Ｂでは、ＬＥＤ２５など、所与のセットのＬＥＤについての第１のＬＥＤおよび最後のＬＥＤ、または最外側縁のＬＥＤ２５Ａ用のワイヤボンド２６が保持材料１４内に配設される。一態様では、保持材料１４は、正確な体積および／または高さ制御のために室温での吐出中に「水準化(ｐｌａｎｅｄ)」されうる。ＴｉＯ_２の添加は、放出エリア１６の周りの反射を増加させて、ＬＥＤデバイス１０の光放出をさらに最適化しうる。溶融シリカは、チキソトロープ剤として添加されうる。反射材料１４を吐出することは、基板空間および高電圧に耐える能力の増加を可能にしうる。いくつかの態様では、ＬＥＤデバイス２５は、４２ボルト（Ｖ）以上で動作可能でありうる。

図３Ａ、３Ｂ、４は、充填材料４０の層がない放出エリア１６を示す。図３Ａおよび図３Ｂは、ＬＥＤデバイス１０およびＬＥＤの少なくとも１つのパターンまたは配置を備える放出エリア１６を示す。ＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０上に配列、配設、または実装されうる。ＬＥＤ２５は、ＬＥＤの１つまたは複数のストリングを備えうるＬＥＤのセットで配列または配設されうる。ＬＥＤの所与のセットは、たとえば、直列にまたは任意の他の適した構成で電気接続されたＬＥＤの１つまたは複数のストリングでありうる。２つ以上のＬＥＤのセットが設けられ、ＬＥＤの各セットは、ＬＥＤの１つまたは複数の他のセットに平行に配列されうる。本明細書でさらに述べるように、ＬＥＤの任意の所与のセットまたはストリング内のＬＥＤは、任意の適したパターンまたは構成で配列され、さらに、ＬＥＤの所与のセットまたはストリング内のＬＥＤは、１つまたは複数の異なるパターンまたは構成で配列または配設されうる。たとえば、図３Ａは、３つのパターン、たとえば第１のパターンＰ１、第２のパターンＰ２、および第３のパターンＰ３で配列されたＬＥＤの少なくとも３つのセットを示す。パターンＰ１、Ｐ２、およびＰ３のそれぞれは、放出エリア１６を横切って一貫したパターンデザインを備えうる。パターンＰ１、Ｐ２、および／またはＰ３の１つ以上が使用されうる。パターンＰ１、Ｐ２、および／またはＰ３のそれぞれは、交互、または、任意の適した構成で配列されうる。説明の目的で、３つのパターンだけが示される。任意の数のパターンまたは配置が企図され、パターンは、任意の適したデザイン、たとえば、ＬＥＤが少なくとも２つの方向に少なくとも実質的に整列しうる、チェッカーボードデザインあるいは格子デザインまたは配置を備えうる。図３Ｂは、複数のパターン、たとえば、図３Ａに示すターンＰ１、Ｐ２、およびＰ３の１つまたは複数を組合せた第１のパターンＰ１Ａ、第２のパターンＰ２Ａ、および第３のパターンＰ３Ａで配列されたＬＥＤの少なくとも３つのセットを示す。たとえば、パターンＰ１ＡおよびＰ３Ａは、２つ以上のパターンの組合せを備えうる。一態様では、パターンＰ１Ａは、格子配置またはパターンおよび直線配置またはパターンを備えうる。一態様では、パターンＰ３Ａは、チェッカーボードおよび直線のパターンデザインを備えうる。パターンＰ１ＡおよびＰ３Ａのそれぞれは、１４個のＬＥＤ２５、各パターンデザインの７個のＬＥＤを備えうる。説明の目的で、２つの組合せだけが示される。しかし、ＬＥＤの各セットが、３つ以上のパターンを有する組合せを備えうることに留意されたい。

図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、伝導性パッド３０は、電気伝導性および／または熱伝導性があり、任意の適した電気伝導性材料および／または熱伝導性材料を含みうる。一態様では、伝導性パッド３０は、伝導性金属を含みうる。図３Ａに示す一態様では、放出エリア１６は、伝導性表面またはパッド３０上に単一パターンで配列された１つまたは複数のＬＥＤ２５を備えうる。代替的には、図３Ｂが示すように、伝導性パッド３０上に配列されたＬＥＤ２５などのＬＥＤの１つ以上のパターンの組合せであるＬＥＤが設けられうる。先に述べたように、放出エリア１６は、光放出およびデバイス輝度を最適化するために、異なる配置またはパターンの組合せ、たとえば第１のパターンＰ１、第２のパターンＰ２、および／または第３のパターンＰ３の組合せを備えうる。伝導性パッド３０上に配列されたＬＥＤ２５の各セットまたはストリングは、最外側のＬＥＤ２５Ａであって、その間に１つまたは複数のＬＥＤが配設される、最外側のＬＥＤ２５Ａを備えうる。ＬＥＤ２５の各ストリングは、同じパターンまたは異なるパターン、たとえばパターンＰ１、Ｐ２、および／またはＰ３を備えうる。ＬＥＤ２５のストリングは、同じ色および／または異なる色あるいは同じ波長ビンおよび／または異なる波長ビンのダイオードを備え、異なる色の蛍光体が、同じ色または異なる色であるＬＥＤ２５上に配設された充填材料４０（図７）で使用されて、所望の波長の放出光を達成しうる。ＬＥＤ２５の１つまたは複数のパターンは、放出エリア１６内でＬＥＤのアレイを構成しうる。

図３Ａ、３Ｂ、および４は、たとえば、ＬＥＤ２５の１０のラインまたは１０のストリングを備える放出エリア１６を示す。ＬＥＤ２５の各ストリングは、各電気要素に接続しうる最外側のＬＥＤ２５Ａの間で電気接続された任意の適した数のＬＥＤを備えうる。一態様では、ＬＥＤ２５の各ストリングは、少なくとも１４個のＬＥＤを備えうる。一態様では、ＬＥＤデバイスは、アレイで配列された少なくとも１４０個のＬＥＤを備えうる。本明細書の配置、パターン、および／または複数のパターンの組合せは、ＬＥＤデバイス１０から放出される光の色均一性および輝度を最適化するためのアレイを備えうる。ＬＥＤは、隣接するＬＥＤ２５のボンドパッドを取付けるために、１つまたは複数のワイヤボンド２６を使用して直列に電気接続されうる。図３Ａに示す一態様では、第１のパターンＰ１は、１４個のＬＥＤ２５の第１のストリングおよび第１０のストリングを含みうる。第１のパターンＰ１は、直列の第１のＬＥＤと最後のＬＥＤとの間、すなわち最外側のＬＥＤ２５Ａの間に配設されたＬＥＤ２５の２つの対向するラインを備えうる。一態様では、第１のパターンＰ１は、格子の配置、パターン、またはデザインと本明細書で呼ばれるものを備え、少なくとも２つのＬＥＤが、少なくとも２つの方向に少なくとも実質的に整列し、ＬＥＤのセットまたはストリングの対向端に単一の未整列ＬＥＤを含みうる。第１のパターンＰ１を構成するＬＥＤ２５のそれぞれは、直列に電気接続されうる。一態様では、第２の配置または第２のパターンＰ２は、第１のパターンＰ１に隣接して配設されうる、たとえば、ＬＥＤ２５の第２のストリングおよび第９のストリングに配置されうる。一態様では、第２のパターンＰ２は、全部で１４個のＬＥＤ２５を備え、１４個のＬＥＤ２５のそれぞれは、直線のデザインまたは配置で水平ラインに沿って互いに隣接して配列され、１４個のＬＥＤ２５のそれぞれは、直列に電気接続されうる。任意の適した数のＬＥＤ２５が、適したパターンを有するストリングを形成するために、直列など、任意の適した構成または配置で接続されうる。ＬＥＤ２５のストリングを通って電流が適切に流れることを可能にするために、先行するＬＥＤの正電極または負電極が後続のＬＥＤについて反対の電気極性の電極に電気接続されるよう、ＬＥＤ２５を直列に接続するときに配慮が払われなければならない。

図３Ａに示す第３のパターンＰ３は、直列に電気接続されたＬＥＤ２５のチェッカーボードデザインまたは配置を有するチェッカーボードパターンを備えうる。一態様では、少なくとも１４個のＬＥＤ２５が、チェッカーボードパターンを構成し、第３のパターンＰ３は、第２のパターンＰ２を有するＬＥＤのストリングの間、および／または、ストリングに対し交互に配設されうる。チェッカーボードパターンまたは第３のパターンＰ３は、水平ラインの上と下の両方で交互になるＬＥＤ２５のセットを備えうる。パターンＰ１、Ｐ２、およびＰ３は、パターンの形状または少なくとも１４個のＬＥＤに限定されるのではなく、むしろ、パターンは、任意の適した配置および任意の適した数のＬＥＤ２５を備えうる。説明の目的で、３つのパターンだけが示されるが、任意の適した数のパターンが利用されうる。第３のパターンＰ３の交互のＬＥＤ２５は、光放出が均一で改善されるように、伝導性パッド３０上での均一なカバレージおよび空間的アライメントを保証することによって光出力を最適にしうる。第３のパターンＰ３は、ＬＥＤ２５の第３のストリングから第８のストリングまで繰り返されうる。パターンＰ１、Ｐ２、および／またはＰ３のそれぞれについてＬＥＤの所与のストリング内の第１のＬＥＤ２５Ａおよび最後のＬＥＤ２５Ａは、ＬＥＤ２５の所与のストリングを通して電流または信号を受信および送信し、ＬＥＤ２５の所与のストリングを点灯するために、第１および第２の伝導性トレース３３および３４（図７、８参照）に電気接続されうる。

ＬＥＤは、放出エリア１６内で単一セットまたはストリングであっても、１つ以上のパターンまたは構成でＬＥＤを構成しうる。たとえば、図３Ｂは、放出エリア１６内でのＬＥＤの可能性のある配置の一態様を示し、限定されることなくストリングとしてここで示される、ＬＥＤ２５の少なくとも２つのセットが存在し、また、いくつかのセットまたはストリング用のＬＥＤが、ＬＥＤの別のセットまたはストリングに関して、また、ＬＥＤの１つのセットまたはストリング内で、異なるパターンまたは構成で配列される。ＬＥＤ２５の任意の２つの所与の別個のセットまたはストリングは、ＬＥＤの２つのセットまたはストリングのそれぞれが、異なるパターン、同一パターン、またはパターンの任意の組合せで配列されうるようなパターンで、電気接続されうる。換言すれば、任意の所与のセットまたはストリング内のＬＥＤは、そのセットまたはストリング内のＬＥＤに関して異なるまたは同一のパターンで配設されるだけでなく、ＬＥＤの別のセットまたはストリングに関して任意のパターンで配設され、２つのセットまたはストリングは、一態様では、互いに平行でありうる。たとえば、図３ＢのＬＥＤは、一態様では、光放出およびデバイス輝度を最適化するために、異なる配置またはパターン、たとえば第１のパターンＰ１Ａ、第２のパターンＰ２Ａ、および／または第３のパターンＰ３Ａの組合せを備えるように配設されうる。先に述べたように、パターンＰ１ＡおよびパターンＰ３Ａは、２つの異なるパターン、たとえばチェッカーボード配置、直線配置、および／または格子配置の少なくとも２つの組合せを示す。しかし、２つ以上のパターンの組合せが企図される。３つのパターン（すなわち、チェッカーボード、格子、直線）配置だけが開示されたが、任意の適した配置またはパターンデザインが使用されうる。伝導性パッド３０上に配設されるＬＥＤ２５の各ストリングは、最外側のＬＥＤ２５Ａであって、その間に１つまたは複数のＬＥＤが配設される、最外側のＬＥＤ２５Ａを備えうる。ＬＥＤ２５の各セットまたはストリングは、同じパターンまたは異なるパターン、たとえばパターンＰ１Ａ、Ｐ２Ａ、および／またはＰ３Ａを備えうる。ＬＥＤ２５のセットまたはストリングは、同じ色および／または異なる色あるいは同じ波長ビンおよび／または異なる波長ビンのダイオードを備え、異なる色の蛍光体が、同じ色または異なる色であるＬＥＤ２５上に配設された充填材料４０（図７）で使用されて、所望の波長の放出光を達成しうる。ＬＥＤ２５の１つまたは複数のパターンは、放出エリア１６内でＬＥＤのアレイを構成しうる。図３Ｂが示すように、たとえばパターンＰ３Ｂでは、ＬＥＤ２５のセットは、第１のＬＥＤの主軸（すなわち長軸）が、少なくとも第２のＬＥＤの主軸と異なる配向で配設される長方形ＬＥＤを備えうる。すなわち、ＬＥＤ２５の所与のセットは、異なる配向のＬＥＤ２５を備えうる。他の態様では、たとえば図３Ａに示すように、パターンＰ２およびパターンＰ３は、主軸が所与のセットについて同じであるが、他のセットの配向と異なる長方形ＬＥＤ２５のセットを備えうる。

本明細書で述べる種々のＬＥＤ配置およびデバイスデザインは、小型発光デバイスでありながら、優れた性能および出力を有する発光デバイスを提供するために有利であり、品質性能および光出力を維持しながら、小型デバイスを提供するために圧力が存在する。

図５は、ＬＥＤデバイス１０と形態および機能が同様である、概して５０で示されるＬＥＤデバイスの第２の実施形態を示す。ＬＥＤデバイス５０は、基板１２および基板１２上に配設された放出エリア１６を備えうる。放出エリア１６は、任意の適したサイズ、形状、数からなり、および／または、基板１２上の任意の適した場所に配設されうる。保持材料１４は、基板１２上にて、少なくとも部分的に放出エリア１６の周りに配設されうる。ＬＥＤデバイス５０は、外部基板または表面へのＬＥＤデバイス１０の取付けを容易にするために基板１２を貫通して配設された１つまたは複数の開口または穴２０を備えうる。ＬＥＤデバイス５０は、ＬＥＤデバイス５０の電気極性を示すための第１および第２のシンボル２２および２３を備えうる。ＬＥＤデバイス５０は、ＬＥＤデバイス５０の電気特性および／または熱特性を試験するための、デバイスの正の側に隣接して配設されたテストポイント１５を示す。ＬＥＤデバイス５０は、ＬＥＤデバイス５０の放出エリア１６に入る電流の流れを容易にするために、１つまたは複数の外部ワイヤ（図示せず）に電気接続されうる少なくとも１つの電気的取付表面１８を備えうる。一態様では、取付表面１８は、湾曲角部を有する形状を備えうる。取付表面１８の角部または縁に丸みを付けることは、１つまたは複数の外部伝導性ワイヤ（図示せず）をＬＥＤデバイス５０に取付けるときに、角張った角部に比べて、デバイス上で、はんだの流れをよりよく含む場合がある。

図６は、図３Ａおよび図３Ｂの伝導性パッド３０の縁に沿う断面の一部分を示し、放出エリア１６は、封止剤および／または蛍光体などの充填材料４０で充填されていない。図６は、放出エリア１６内のＬＥＤの所与のストリングについて最外側のＬＥＤ２５Ａおよび隣接するＬＥＤを備えるＬＥＤ２５を示す。図７は、充填材料４０が放出エリア１６上に配設されている図１の断面の一部分を示す。説明の目的で、４つのＬＥＤ２５が、図７において示され、直列に電気接続される。しかし、先に述べたように、ＬＥＤ２５の各ストリングまたはパターンは、任意の適した数のＬＥＤ２５を備えうる。一態様では、ＬＥＤの各ストリングは１４個のＬＥＤ２５を備えうる。図６および図７は、１つまたは複数のワイヤボンド２６によって直列に接続された１つまたは複数のＬＥＤ２５を示す。ＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０上に配列され、伝導性パッド３０に直接、または、１つまたは複数の介在層を通して間接的に熱的につながりうる。ＬＥＤ２５は、当技術分野で知られている任意の取付け手段を使用して、伝導性パッド３０または介在層に取付けられうる。一態様では、ＬＥＤ２５は、はんだペースト、エポキシ、またはフラックスを使用して取付けられうる。伝導性パッド３０は、基板１２の１つの部品として一体的に形成され得、または、基板１２上に配設された別個の層を備えうる。伝導性パッド３０は、１つまたは複数のＬＥＤ２５が発生する熱を消散しうる。

図６および図７がさらに示すように、ＬＥＤ２５の直列物、ストリング、またはパターンについて最外側のＬＥＤ２５Ａは、１つまたは複数の電気要素に電気的につながりうるまたは電気接続されうる。電気要素は、電気信号または電流をＬＥＤ２５の各ストリングに流すか、または供給するように構成された第１および第２の伝導性トレース３３および３４を備えうる。第１および第２の伝導性トレース３３および３４の一方は、陽極を備え、他方は陰極を備えうる。電気極性は、先に論じたように、第１および第２のシンボル２２および２３（図１）によって示されうる。伝導性パッド３０ならびに伝導性トレース３３および３４は、任意の適した電気伝導性材料および熱伝導性材料を備え、また、同じ材料または異なる材料を備えうる。一態様では、伝導性パッド３０および伝導性トレースは、任意の適した技法を使用して基板上に堆積された銅（Ｃｕ）層を備えうる。電気絶縁性はんだマスク３２が、伝導性パッド３０と各伝導性トレース３３および３４との間に少なくとも部分的に配設され、それにより、伝導性パッド３０上に１つまたは複数のＬＥＤ２５を取付けるためにはんだが使用されるとき、はんだは、伝導性トレース３３および３４に電気接続できず、それにより、ＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングを短絡させる。

図６は、放出エリア１６の周りでの保持材料１４の種々の配置エリア、位置、または場所を示す。一態様では、保持材料１４は、放出エリア１６の少なくとも一部分の周りにまたは放出エリア１６の周り全体に吐出されうる。従来のデバイスは、図６の破線で示す従来技術の場所ＰＡなどの場所に配置され、はんだマスク３２が第１の伝導性トレース３４に接触する場所の縁に沿って配設された吐出済みダムに対向する成形体を備えうる。本主題は、保持材料１４が、エリア、位置、または場所Ｒ１、Ｒ２、および／または、その間の任意の場所に配設されることを想定する。保持材料１４は、場所Ｒ１またはＲ２に配設されると、最外側のＬＥＤ２５Ａを伝導性トレース３４などの電気要素に接続する１つまたは複数のワイヤボンド２６の少なくとも一部分上に配設され、その部分を覆いうる。場所Ｒ１にあるとき、保持材料１４は、はんだマスク３２およびＬＥＤ２５の各ストリングについての最外側のＬＥＤ２５Ａに接続されたワイヤボンド２６のそれぞれの上に少なくとも部分的に配設されうる。一態様では、保持材料１４は、場所Ｒ１にあるときに、伝導性パッド３０と伝導性トレース３４との間に配設されたはんだマスク３２の部分上に完全に、および／または、ワイヤボンド２６上に完全に配設されうる。別の態様では、保持材料１４は、放出エリア１６内に配設されたＬＥＤ２５の各ストリングについて最外側のＬＥＤ２５Ａのそれぞれのワイヤボンド２６のそれぞれの上に配設され、それぞれを、少なくとも部分的にまたは完全に覆いうる。保持材料１４は、保持材料１４と１つまたは複数のＬＥＤ２５との間に適切な距離を設けるために、基板１２上の所定の場所で吐出されうる。特に、場所Ｒ１にあるとき、保持材料１４は、伝導性パッド３０と第１および／または第２の伝導性トレース３３、３４との間に配設されることになるため、保持材料としてのはんだマスク３２についての必要性をなくしうる。場所Ｒ２は、保持材料１４が、はんだマスク３２上に少なくとも部分的にかつ最外側のＬＥＤ２５Ａのワイヤボンド２６上に少なくとも部分的に配設される保持材料１４を示す。示すように、本明細書の主題による保持材料１４は、実質的に丸みがあるまたは半球状の断面を備えうる。保持材料１４に丸みを付けることは、光をそこから放出および／または反射することができる表面積を増加させうる。

図７は、１つまたは複数のＬＥＤ２５のストリングを示し、説明の目的で、４つのＬＥＤ２５が示されるが、ＬＥＤ２５のストリングは、任意の適した数のＬＥＤ、たとえば直列に配列された１４個のＬＥＤ２５を備えうる。図７は、ＬＥＤ２５が、その上に実装されうる、および／または、その他の方法で配列されうる基板１２の断面を示す。基板１２は、たとえば伝導性パッド３０、第１および第２の伝導性トレース３３および３４、ならびに伝導性パッド３０と伝導性トレース３３および／または３４のそれぞれとの間に少なくとも部分的に配設されたはんだマスク３２を備えうる。先に述べたように、保持材料が、最外側のＬＥＤ２５Ａに隣接して、たとえば場所Ｒ１に位置決めされる場合、伝導性パッド３０と第１および第２の伝導性トレース３３および３４との間のはんだマスク３２は、もはや必要でないため取り除かれうる。はんだマスク３２は、伝導性トレース３３および３４と取付表面１８（図８）との間に配設され、はんだマスク３２の近位縁は、図７において保持材料１４に隣接し、保持材料１４の外壁２４に隣接して見ることができる。基板１２は、誘電体層３６およびコア層３８をさらに備えうる。説明の目的で、基板１２は、ＭＣＰＣＢ、たとえばミネソタ州チャンハッセンのバーグクイスト社（Ｔｈｅ Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって製造され入手可能なＭＣＰＣＢを備えうる。しかし、任意の適した基板１２が使用されうる。コア層３８は、伝導性金属層、たとえば銅またはアルミニウムを含みうる。誘電体層３６は、基板１２を通した熱消散を補助するために電気絶縁性があるが熱伝導性がある材料を含みうる。図７は、たとえば位置Ｒ２で、はんだマスク３２ならびに伝導性トレース３３および３４に接続するワイヤボンド２６のそれぞれの上に少なくとも部分的に配列された保持材料１４を示す。図７は、１つまたは複数のＬＥＤ２５上に配設された充填材料４０を示す。充填材料４０は、保持材料１４の高さより高い、低い、またはそれと同じ任意の適したレベルまで選択的に充填されうる。図示する最外側のＬＥＤ２５Ａのワイヤボンド２６は、保持材料１４内に少なくとも部分的に配設されうる。

図７は、ＬＥＤデバイス１０内で選択的に充填されうる充填材料４０の第１および第２の高さＨ１およびＨ２の例をさらに示す。第１の高さＨ１は、充填材料４０がＬＥＤ２５上に配設される高さを含みうる。高さは、プロセス変動によって変動する場合があるため、ＬＥＤ２５のストリングの上の平均高さが、最適輝度のために使用され制御されうる。第２の高さＨ２は、充填材料４０が伝導性パッド３０の上部表面上に選択的に配設される高さを含みうる。第２の高さＨ２は、たとえば、保持材料１４の場所、すなわち、保持材料１４が場所Ｒ１をとるか、Ｒ２をとるか、Ｒ１とＲ２との間の任意の位置をとるかを制御することによって制御されうる。第２の高さＨ２はまた、保持材料１４によって画定されるキャビティ内に吐出される充填材料１４の量を制御することによって制御されうる。

保持材料１４によって画定されるキャビティまたはダム内の充填材料４０の量を制御することは、第１および第２の高さＨ１および／またはＨ２に影響を及ぼし、ＬＥＤデバイス１０から放出される光の、色または波長をファインチューニングまたはマイクロチューニングすることを特に可能にしうる。したがって、ＬＥＤデバイス１０の光をマイクロチューニングすることは、理想的には、製品生産量を１００％に増加させうる。たとえば、デバイス１０内で使用されるＬＥＤ２５の波長に応じて、充填材料４０内に含まれる、限定はしないが蛍光体を含む色に影響を及ぼす成分の量が、選択的に添加され、第１および／または第２の高さＨ１、Ｈ２が、放出エリア１６内に充填材料４０を過小充填または過剰充填することによって選択的に制御されうる。保持材料１４の場所、たとえば、保持材料を、Ｒ１、Ｒ２、あるいは、Ｒ１とＲ２との間の任意の位置または距離に配置することはまた、第１および／または第２の高さＨ１およびＨ２に影響を及ぼしうる。色をマイクロチューニングすることは、たとえば蛍光体の体積と充填材料４０の総合定量吐出能力体積(ｏｖｅｒａｌｌ ｄｉｓｐｅｎｓｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｖｏｌｕｍｅ)との比を変更することによって、複数のデバイス上で、あるいは、デバイスごとまたはパッケージごとに達成されうる。蛍光体の体積と充填材料４０の総合定量吐出能力体積との比は、ＬＥＤデバイス１０の所望の総合波長出力を達成するために、所与のデバイス内で使用するために選択されるＬＥＤ２５の波長ビンに基づいて調整されうる。たとえば、保持材料１４によって提供されるダムの径および／または保持材料１４の高さ（それぞれが、高さＨ１および／またはＨ２、したがって、充填材料の体積に影響を及ぼしうる）を操作することによって、個々のデバイス１０の色が、マイクロチューニングされ、それにより、より高いプロセス生産量が達成されうる。特に、充填材料の色に影響を及ぼす成分がファインチューニングされるように充填材料の体積を選択的に制御することは、１つまたは複数のＬＥＤによって生成される光が、所定でかつ的確な色範囲内に入ることを可能にする。

図８は、放出エリア１６の少なくとも一部分の周りに保持材料１４を、配列する、吐出する、またはその他の方法で配置する前の基板１２を備えるＬＥＤデバイス１０を示す。説明の目的で、ＬＥＤ２５の第１のストリングだけが示される。しかし、先に述べたように、放出エリアは、直列に電気接続されたＬＥＤ２５の２つ以上のストリングを備えうる。一態様では、ＬＥＤデバイス１０は、直列に接続されたＬＥＤ２５の１０のストリングを備える。示すように、保持材料１４を配置する前に、基板１２は、伝導性パッド３０の周りに実質的に円形配置で配列された第１および第２の伝導性トレース３３および３４を備え、それにより、伝導性パッド３０上に配列されたＬＥＤが、ワイヤボンド２６によるワイヤボンディングによってまたは任意の他の適した取付け方法によって各トレースに電気的につながりうる。示すように、ＬＥＤ２５の各ストリングについての最外側のＬＥＤ２５Ａが、伝導性トレースに電気接続されうる。

少なくとも１つのギャップ４２が、伝導性トレース３３と３４との間に存在しうる。本明細書で開示されるＬＥＤデバイス１０は、ギャップ４２内に位置決めまたは配設された、ＥＳＤによる損傷を防ぐ要素をさらに備えうる。一態様では、種々の縦型シリコン（Ｓｉ）ツェナーダイオード、ＬＥＤ２５に対して逆バイアスされて配列された異なるＬＥＤ、表面実装バリスタ、および横型Ｓｉダイオードなどの異なる要素が使用されうる。一態様では、少なくとも１つのツェナーダイオード４４が、第１の伝導性トレース３３の端部と第２の伝導性トレース３４の端部との間に配設され、ＬＥＤ２５のストリングに関して逆バイアスされうる。一態様では、２つのツェナーダイオード４４が、高電圧用途のために、第１の伝導性トレース３３と第２の伝導性トレース３４との間で１つまたは複数のワイヤボンド４６を使用して直列に電気接続されうる。ツェナーダイオード４４は、通常、黒色であり光を吸収するため、伝導性トレース３３と３４との間のギャップ４２内でかつ同様に保持材料１４の下に少なくとも１つのツェナーダイオード４４を配置することは、光出力強度をさらに改善しうる。

図８はまた、伝導性パッド３０用の１つの可能性のある配置を示す。すなわち、伝導性パッド３０は、伝導性トレース３３と３４との間に配設された実質的に中心に配置される円形パッドを備えうる。しかし、伝導性パッド３０は、基板上の任意の適した場所およびデバイスの実質的に中心以外の任意の場所に配置されうる。はんだマスク３２は、伝導性パッド３０の周りに実質的に円形の配置を備えるように、各伝導性トレースと伝導性パッド３０との間に少なくとも部分的に配設されうる。はんだマスク３２はまた、伝導性トレースの外側のエリア、たとえば各伝導性トレースと１つまたは複数の取付表面１８との間に配設されうる。破線５２は、伝導性トレース３３および３４を構成する伝導性材料のサイズおよび／または形状の１つの可能性のある態様を示す。そのため、取付表面１８は、各伝導性トレースに電気的および／または熱的につながり、同じ材料層を備えうる。外部の伝導性ワイヤ（図示せず）は、取付表面１８に電気接続し、電流または信号が、取付表面１８から各伝導性トレースまで流れうる。電流は、はんだマスク３２の層の下に配設された、点線５２で示される伝導性材料に沿って流れうる。電流は、伝導性トレース内におよび／または伝導性トレースから、したがって、伝導性パッド３０上に実装されたＬＥＤ２５の各ストリング内におよび各ストリングから流れうる。

先に述べたように、ツェナーダイオード４４は、通常、黒色であり光を吸収する。図９は、保持材料を配置されたときのツェナーダイオード４４を示す。一態様では、保持材料４４は、少なくとも１つのツェナーダイオード４４上に少なくとも部分的に配設されうる。別の態様では、保持材料１４は、光出力強度をさらに改善するためにダイオードが完全に覆われるように、少なくとも１つのツェナーダイオード４４上に完全に配設されうる。ツェナーダイオード４４は、電流が、ダイオード４４を通り、ワイヤボンド４６に入り、各伝導性トレース３３および３４まで流れるように、電気伝導性および／または熱伝導性表面またはエリア５４上に配設されうる。

本明細書で開示されるＬＥＤデバイスは、有利には、等しいかまたはそれより大きい照度を送出しながら、より少ないエネルギーを消費しうる。一態様では、従来のダウンライト用途で使用されるとき、ＬＥＤデバイス１０および／または５０に基づく照明器具は、１４ワットのみを消費しながら、２６ワットＣＦＬまたは１００ワット白熱電球より３８％大きい照度を送出しうる。一態様では、ＬＥＤデバイス１０は、１１ワットのみを消費しながら、６０ワットＡ−ランプ等価物を可能にしうる。ＬＥＤデバイス１０は、３０００Ｋ（暖白）の色温度と共に、１１ワットで１０５０ルーメンまたは２７ワットで２０００ルーメンを含みうる。

図１０は、概して５５で示されるＬＥＤデバイスの別の実施形態を示す。ＬＥＤデバイス５５は、放出エリア１６の少なくとも一部分の周りに保持材料１４（図１１）を配列、吐出、またはその他の方法で配置する前の基板１２を示す。説明の目的で、ＬＥＤ２５の第１のストリングだけが示される。しかし、放出エリアは、直列に電気接続されたＬＥＤ２５の２つ以上のストリングを備えうる。ＬＥＤ２５の各ストリングは、同じパターンまたは異なるパターンを備えうる。ＬＥＤデバイス６０は、図８に関して先に述べたＬＥＤデバイス１０と形態および機能が同様である。たとえば、保持材料１４を配置する前に、基板１２は、伝導性パッド３０の周りに実質的に円形配置で配列された第１および第２の伝導性トレース３３および３４を備え、それにより、伝導性パッド３０上に配列されたＬＥＤが、ワイヤボンド２６によるワイヤボンディングによってまたは任意の他の適した取付け方法によって各トレースに電気的につながりうる。示すように、ＬＥＤ２５の各ストリングについての最外側のＬＥＤ２５Ａが、伝導性トレースに電気接続されうる。実際には、本明細書で述べるＬＥＤデバイスの場合、放出エリア１６は、最外側のＬＥＤ２５Ａによって少なくとも部分的に画定された単一の未分割実装エリアを備え、最外側のＬＥＤ２５Ａは、伝導性トレース３３および３４などの接触エリアに、ワイヤボンド２６によってワイヤボンディングされる。最外側のＬＥＤ２５ＡでないＬＥＤ２５は、１つまたは複数のパターンまたはアレイを有するストリング内でワイヤボンド２６によってワイヤボンディングされる。

少なくとも１つのギャップ４２が、伝導性トレース３３と３４との間に存在しうる。この実施形態では、１つまたは複数のＥＳＤ保護デバイスまたはツェナーダイオード４４がギャップ４２内に配設され、伝導性エリア５４に電気接続または実装されうる。この実施形態では、伝導性エリア５４は、ツェナーダイオード４４のフットプリントより大きなエリアを含みうる。ツェナーダイオード４４は、伝導性トレース３３の端部と伝導性トレース３４の端部との間の伝導性エリア５４上に位置決めされうる。ツェナーダイオード４４は、ＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングに関して逆バイアスされうる。たとえば、１つのツェナーダイオード４４が使用されるとき、１つまたは複数のワイヤボンド４６は、ツェナーダイオード４４がＬＥＤ２５のストリングに関して逆バイアスされるように、伝導性エリア５４を第１および第２の伝導性トレース３３および３４に接続しうる。ツェナーダイオード４４は、通常、黒色であり光を吸収するため、伝導性トレース３３と３４との間のギャップ４２内に、また保持材料１４（図９）の下に少なくとも１つのツェナーダイオード４４を配置することは、光出力強度をさらに改善しうる。

図１０はまた、テストポイント１５用の１つの可能性のある場所を示す。テストポイント１５は、はんだマスクの下に配設された伝導性材料に対応する、破線５２でマーク付けされたエリア内に配設されうる。破線５２は、伝導性トレース３３および３４と取付表面１８を電気結合するための、基板１２上にまたはその中に堆積されうる伝導性材料のサイズおよび／または形状の１つの可能性のある態様を示す。電気結合は、取付表面１８から、トレース３３および３４に電気接続されたＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングに電流が伝えられることを可能にする。はんだマスク３２の下で材料がどのように配設されうるかを示すために、線が破断されている。そのため、テストポイント１５および取付表面１８は、各伝導性トレースに電気的および／または熱的につながり、同じ材料層を備えうる。はんだマスク３２は、伝導性パッド３０の周りに実質的に円形配置を備えるように、各伝導性トレースと伝導性パッド３０との間に少なくとも部分的に堆積または配設されうる。伝導性パッド３０は、配向のため、また、保持材料１４の適切なアライメントのため、１つまたは複数のマークまたはノッチ６２を備えうる。

はんだマスク３２はまた、たとえば各伝導性トレースと、１つまたは複数の取付表面１８および／またはテストポイント１５との間で導性トレースの外側のエリア内に堆積されうる。外部の伝導性ワイヤ（図示せず）は、取付表面１８に電気接続され、電流または信号が、取付表面１８から各伝導性トレースに流れうる。電流は、はんだマスク３２の層の下に配設された、点線５２で示される伝導性材料に沿って流れうる。電流は、伝導性トレース内におよび／または伝導性トレースから、したがって、伝導性パッド３０上に実装されたＬＥＤ２５の各ストリング内におよび／または各ストリングから流れうる。一態様では、テストポイント１５は、電気伝導性試験ワイヤまたはデバイス（図示せず）によって探測されると、デバイスの電気特性が試験されることを可能にしうる。図１０に示される配置、すなわち、保持材料１４を配置する前の伝導性トレース３３および３４、伝導性エリア５４、ツェナーダイオード４４、およびテストポイント１５の場所は、先に述べたＬＥＤデバイスの任意の１つ、たとえば図１１〜１４で述べたデバイスの任意のデバイスに対応しうる。たとえば、図１１〜１４で述べたＬＥＤデバイスは、外部基板または表面へのＬＥＤデバイス１０の取付けを容易にするために、基板１２を貫通してまたは少なくとも部分的に貫通して配設されうる、概して２０で示される少なくとも１つの開口または穴を備えうる。さらに、第１のシンボル２２および第２のシンボル２３は、正電極端子の部分および負電極端子の部分を示すために使用されうる。１つまたは複数のテストポイント１５は、ＬＥＤデバイスの電気特性および／または熱特性を試験するためにデバイスの正の側または負の側に隣接して配置されうる。

図１１〜１４は、ＬＥＤデバイスの異なる実施形態の上面図を示す。こうしたデバイスは、多くの態様において先に述べたＬＥＤデバイス１０および５０と同様でありうるが、パターン変動によって、異なる光出力を達成することに加えて、ある範囲の低電圧用途および／または高電圧用途にとって有用でありうる。たとえば、図１１は、低電圧用途で使用されうる、概して６０で示されるＬＥＤデバイスの一実施形態を示す。一態様及び例示としてのみで限定されることなく、ＬＥＤデバイス６０は、約１６Ｖで動作可能でありうる。一態様では、ＬＥＤデバイス６０は、約１６Ｖより小さな値、たとえば１４〜１６Ｖで動作可能でありうる。一態様では、ＬＥＤデバイス６０は、約１６Ｖより大きな値、たとえば１６〜１８Ｖで動作可能でありうる。一態様では、たとえばＬＥＤデバイス１０より多い、１４０より多いＬＥＤ２５を使用し、ＬＥＤ２５のパターンを変更することは、ＬＥＤデバイス６０が、低電圧用途で動作可能であることを可能にしうる。一態様では、パターンは、１４より少ないＬＥＤ２５を直列またはストリングで共に電気接続することによって変更されうる。

図１１は、放出エリア１６内でＬＥＤ２５の網目状アレイを形成する２つのパターンで配列されたＬＥＤの少なくとも２つのセットを示す。たとえば、ＬＥＤの第１のセットは、先に述べた第２のパターンＰ２を備えうる。ＬＥＤの第２のセットは、先に述べた第４のパターンＰ４を備えうる。各パターンは、たとえば、直列に電気接続された５個のＬＥＤ２５の３０のストリングを備えうる。すなわち、１４個（図３Ａ、３Ｂ）より少ないＬＥＤ２５が、所与のストリングで直列に電気接続されうる。ＬＥＤ２５の第１のストリングと最後のストリングとは、先に述べた第２のパターンＰ２に従って直列に電気接続された５個のＬＥＤ２５を備えうる。第２のストリングから第２９のストリングは、第１のストリングおよび第３０のストリングと異なる別のパターンを備えうる。たとえば、図１１は、パターンＰ２に従って直列に電気接続された５個のＬＥＤ２５を示し、ストリングは、放出エリア１６の１つまたは複数の丸みのある外側縁に近接する伝導性パッド上に配設されうる。第１のストリングおよび第３０のストリング内に配列されたＬＥＤ２５は、例としてまた限定されることなく、パターンＰ２に従って、互いから等距離で、放出エリア１６を横切って均一に配置されうる。パターンＰ２で配列されるＬＥＤ２５は、ＬＥＤ２５の長軸が実質的に平行である直線配置を備えうる。パターンＰ２におけるＬＥＤ２５の短軸もまた、少なくとも実質的に平行でありうる。パターンＰ２で配列されるＬＥＤ２５の長軸は、ワイヤボンド２６に垂直に整列されうる。さらに、パターンＰ２で配列されるＬＥＤ２５の長軸は、隣接パターン、たとえばパターンＰ４で配列されるＬＥＤ２５の長軸に垂直でありうる。

一態様では、パターンＰ４は、伝導性パッド３０を横切って直列に電気接続された５個のＬＥＤ２５を備えうる。パターンＰ４は、ＬＥＤの真っすぐな線を備え、５個のＬＥＤ２５のそれぞれは、ＬＥＤ２５の長軸が直線に沿って実質的に整列するように位置決めされうる。一態様では、各ＬＥＤ２５の長軸は、保持材料１４の下に配設される伝導性トレース３３および３４にＬＥＤ２５を接続するワイヤボンド２６の方向と同じ方向に整列しうる。隣接ストリング、たとえばパターンＰ４で接続されたＬＥＤ２５の第２のストリングから第２９のストリング内の隣接ストリングは、ＬＥＤ２５が実質的にチェッカーボードタイプ配置を形成するように、直線の上と下に交互になりうる。すなわち、パターンＰ４で配列されたＬＥＤ２５の第１のストリング（すなわち、パターンＰ２を構成する第１のストリングの下に配設されたＬＥＤ２５の第２の全体のストリング）は、等距離だけ離れて配置され、隣接するＬＥＤ２５の間に空間を残す５個のＬＥＤ２５を備えうる。代替的には、パターンＰ４のＬＥＤ２５は、チェッカーボード配置でワイヤボンディングされうるが、それは、デバイス６０が動作可能である電圧を増加させうる。パターンＰ４で配列されたＬＥＤ２５の後続のストリングは、ＬＥＤ２５が、先行するストリングの隣接するＬＥＤ２５間の空間内におよび／または空間のわずかに下に実質的にあるように、位置決めまたは配置されうる。すなわち、パターンＰ４で配列されたＬＥＤ２５は、第１のストリングであって、そのストリング内の各ＬＥＤ２５の底縁が、同じ第１の直線に沿って整列するように整列した第１のストリングを備えうる。パターンＰ４の隣接した後続のストリング内のＬＥＤ２５は、各ＬＥＤ２５の上縁もまた、先行するストリング内のＬＥＤ２５の底縁と同じ第１の直線に沿って整列するように整列されうる。そのため、先行するストリングのＬＥＤと後続するストリングのＬＥＤは、所与のストリング内の隣接するＬＥＤ２５の間の空間の上および／または空間の下で交互になり、隣接するストリング内のＬＥＤ２５の上縁および底縁は、同じ線に沿って整列されうる。この配置は、実質的にチャッカーボード状配向を備え、その配向は、有利には、１つまたは複数の隣接するＬＥＤが光を遮断することなく、ＬＥＤ２５がＬＥＤデバイス６０から光を均一に放出することを可能にしうる。

パターンＰ４で配列されたＬＥＤ２５のさらなるストリングは、たった今述べた第１の２つのストリングに従って交互になりうる。パターンＰ４を構成するＬＥＤ２５のストリングは、放出エリア１６上にて同一または同様の幅を備えうる。すなわち、所与のストリングの隣接する各ＬＥＤ２５は、等しい長さで離間しうるが、全体のストリング長は、放出エリア１６を横切って均一でない場合がある。むしろ、ＬＥＤ２５は、第２の列から第２９の列が放出エリア１６上で実質的に網目のアレイを形成するように配置されうる。一態様では、ＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０の水平セグメントまたは弦の実質的に一様な部分を利用する長方形アレイを放出エリア１６上に形成する。一態様では、ＬＥＤデバイス６０は、ＬＥＤの２つ以上のストリングで配列されたＬＥＤ２５の少なくとも１つのグループを備え、全体の構成は、例として限定されることなく、長方形などの所定の幾何学的形状でありうる。任意の適した数のＬＥＤ２５を、直列に接続することができる。少数のＬＥＤ２５、たとえば図１１に示す直列に接続された５個のＬＥＤ２５は、ＬＥＤデバイス６０が、低電圧用途、たとえば１６Ｖ用途に適することを可能にしうる。説明の目的で、１つまたは複数のパターンで配列された５個のＬＥＤ２５の３０のストリングが、低電圧の動作のために示される。しかし、直列に電気接続された任意の適した数のストリングおよび／またはＬＥＤ２５が企図される。

ＬＥＤデバイス６０は、ワイヤボンド２６などの電気コネクタを介して伝導性トレース３３、３４（図１０）に電気接続された最外側のＬＥＤ２５Ａを備えうる。保持材料１４は、その後、伝導性パッド３０の周りで少なくとも部分的に、およびワイヤボンド２６上に少なくとも部分的に吐出されうる。保持材料１４は、図７に示すような充填材料４０内におよび／または充填材料４０の下に配設された複数のＬＥＤチップまたはＬＥＤ２５を備えうる放出エリア１６の周りに吐出されうる。充填材料４０は、保持材料１４によって少なくとも部分的に包含され、保持材料は、充填材料の高さを望ましいように種々に制御または調整するために使用されうる。特に、ＬＥＤデバイス６０は、単一で凝集性があり未分割の放出エリアの形態の均一な光源を備えることができ、そのことが、単一コンポーネントを必要とする照明製品の製造業者にとって製造プロセスを簡略化することができる。ＬＥＤ２５は、１つまたは複数の隣接するＬＥＤ２５によって光を遮断されることなくデバイス６０が有利には均一の光を放出しうるように、適した距離だけ離れて配置されうる。たとえばＬＥＤデバイス１０および６０で開示されるパターンおよびパターン間隔（すなわち、隣接するＬＥＤ２５間の間隔およびＬＥＤ２５の隣接するストリング間の間隔）は、隣接するＬＥＤ２５およびＬＥＤ２５の隣接するストリングによって遮断される光の量を低減することによって光抽出を最適化することを可能にする。たとえばＬＥＤデバイス１０および６０で開示されるパターン間隔は、たとえば、隣接するＬＥＤ２５間の間隔（すなわち、図１２〜１４Ｂに示すパターン間隔）を、所与のストリング内のまた１つまたは複数のストリング間の最大間隔まで増加させることによってさらに構成および拡張され、所与のＬＥＤデバイス内でのより高い効率および光抽出をさらに最大化および達成しうる。

図１２〜１４Ｂは、単に例として限定されることなく、約４２Ｖなどの高電圧で動作可能でありうるＬＥＤデバイスの上面図を示す。一態様では、図１２〜１４Ｂによって示すＬＥＤデバイスは、デバイスが約１６Ｖより大きな値で動作するよう構成されるように、１ストリング当たり５個より多いＬＥＤ２５を備えうる。図１２は、たとえば１４個のＬＥＤ２５の５つのストリングを有する、概して７０で示されるＬＥＤデバイスを示す。ＬＥＤデバイス７０は、１つまたは複数の異なるパターンで配列されたＬＥＤ２５のストリングを備えうる。たとえば、伝導性パッド３０の丸みのある縁に近接する第１のストリングおよび最後のストリングは、先に述べたパターンＰ２で配列された１４個のＬＥＤ２５を備えうる。パターンＰ２の隣接するＬＥＤ２５の長手方向軸は、少なくとも実質的に平行であるように整列しうる。パターンＰ２の隣接するＬＥＤ２５の長手方向軸は、隣接するＬＥＤ２５を接続するワイヤボンド２６の方向に少なくとも実質的に垂直でありうる。述べる各ＬＥＤデバイスの場合、ＬＥＤの任意の形状、配向、または構造が企図される。一態様では、ＬＥＤデバイス７０は、全部で７０個のＬＥＤ２５を備えうる。

図１２を参照すると、第２のパターンＰ２の最外側のストリングの間に配設されたＬＥＤ２５のストリングは、異なるパターン、たとえば図３Ａおよび図３Ｂで先に述べた第３のパターンＰ３を備えうる。第３のパターンＰ３は、直列に電気接続されたＬＥＤ２５の実質的にチェッカーボードのパターンまたは配置を備えうる。一態様では、パターンＰ３は、第２のパターンＰ２を有するＬＥＤのストリングの間に配設されうるおよび／またはそのストリングと交互になりうる。チェッカーボードパターンすなわち第３のパターンＰ３は、水平線の上と下の両方で交互になるＬＥＤ２５のセットを備えうる。ＬＥＤデバイス７０は、たとえば、放出エリア１６および／または伝導性パッド３０を横切って均一に配設されうる。一般に、ＬＥＤデバイス７０のストリングのそれぞれの中の隣接するＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０の水平セグメントのかなりの部分を利用するために、等距離間隔で配置されうる。すなわち、デバイス７０内のＬＥＤ２５は、先に述べたＬＥＤデバイス６０に比べて、伝導性パッド３０の水平セグメントのより大きな表面積および長さを占めうる。説明の目的で、２つの異なるパターンで配列された１４個のＬＥＤ２５の５つのストリングが示される。しかし、直列に電気接続された任意の適した数のストリングおよび／またはＬＥＤ２５が企図される。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、ＬＥＤデバイスのさらなる実施形態を示す。一態様では、図１３Ａおよび図１３ＢのＬＥＤデバイスは、全部で８４個のＬＥＤ２５の場合、１４個のＬＥＤ２５の６つのストリングを備える。図１３Ａを参照すると、概して８０で示されるＬＥＤデバイスは、たとえば伝導性パッド３０を横切る単一パターンで配列されたＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングを備えうる。デバイス８０の１つまたは複数のストリングは、同じパターンおよび／または異なるパターンを有しうる。説明の目的で、先に述べたパターンＰ３が示される。ＬＥＤ２５は、水平線の上および下で交互になるチェッカーボードパターンで配列されうる。隣接するＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０の表面エリアの大部分を横切って互いから実質的に均一な距離に配置されうる。チェッカーボード配置、たとえばパターンＰ３は、有利には、１つまたは複数の隣接するＬＥＤが光を遮断することなく、ＬＥＤ２５がＬＥＤデバイス８０から光を均一に放出することを可能にしうる。

図１３Ｂは、概して８５で示される、６ストリングＬＥＤデバイスの別の実施形態を示す。ＬＥＤデバイス８０のように、ＬＥＤデバイス８５は、１４個のＬＥＤ２５の６つのストリングを備えうる。同じストリング内の隣接するＬＥＤ２５の間の間隔および異なるストリング内の隣接するＬＥＤ２５の間の間隔は、隣接するＬＥＤ２５によって吸収される光の量を最小にするために最大にされている。一態様では、ＬＥＤデバイス８５は、第１のストリングおよび最後のストリングとして先に示した第１のパターンＰ１（図３Ａ）を備える。特に、パターンＰ１およびＰ３のＬＥＤ２５は、実質的に伝導性パッド３０の少なくとも全長および全幅にわたって延在する。ＬＥＤデバイス８５内のＬＥＤ２５の第２のストリングから第５のストリングは、パターンＰ３を備える。図１３Ａの６ストリング配置を図１３Ｂの６ストリング配置と比較すると、図１３Ｂのストリングが、より多くの実装エリアを利用するために拡散されること、すなわち垂直にかつ水平にさらに離れて配置されることが明らかである。ＬＥＤ２５のストリング間の空間を最大にすることは、隣接するＬＥＤ２５によって吸収または遮断される光の量を最小にしうる。

一態様では、ストリング内の間隔、すなわち同じストリングの隣接するＬＥＤ２５間の間隔は、ＬＥＤデバイス８０からＬＥＤデバイス８５へと、パターンＰ３について垂直方向に少なくとも約３１％だけ、または１２５μｍ以上だけ増加されている。同様に、パターンＰ１のＬＥＤ２５のストリング内間隔は、水平方向と垂直方向の両方に増加および／または最適化されている。たとえば、間隔は、ＬＥＤデバイス１０のＰ１からＬＥＤデバイス８５のＰ１へと、水平方向に少なくとも約４１％だけ、または２２５μｍだけ、またはそれ以上、また、垂直方向に少なくとも約２７％だけ、または２１０μｍだけ、またはそれ以上増加されている。ストリング間間隔、すなわち隣接するストリングのＬＥＤ２５間の間隔は、ＬＥＤデバイス８５において少なくとも約６８％だけ、または７５０μｍだけ、またはそれ以上増加されている。特に、ＬＥＤデバイス８５は、ＬＥＤデバイス８０と同じ数のＬＥＤ２５、たとえば８４個のＬＥＤを備えうるが、ＬＥＤデバイス８０と比較すると、効率および輝度において少なくとも約１％〜３％以上の増加を含みうる。一態様では、述べたように隣接するＬＥＤ２５間の間隔を増加させることは、１つの６ストリング配置から別の６ストリング配置へ、少なくとも約２．５％以上だけ効率を増加させうる。たとえば、ＬＥＤデバイス８５は、ＬＥＤデバイス８０に比べて、効率において２．５％以上の増加を含みうる。たとえば、ＬＥＤデバイス８５は、上述したＬＥＤデバイス８０の光出力より少なくとも約２．５％以上高い光出力を有し、その光出力は、１１ワットにおいて約１０５０ルーメン以上または２７ワットにおいて約２０００ルーメン以上を含みうる。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、ＬＥＤデバイスのさらなる実施形態を示す。一態様では、図１４Ａおよび図１４ＢのＬＥＤデバイスは、１４個のＬＥＤ２５の８つのストリングを備える。図１４Ａを参照すると、概して９０で示されるＬＥＤデバイスが示され、高電圧で動作可能でありうるがそれは約４２Ｖ以上に限定されない。ＬＥＤデバイス９０は、放出エリア１６および／または伝導性パッド３０を横切る１つまたは複数のパターンで配列されたＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングを備えうる。一態様では、ＬＥＤデバイス９０は、２つ以上のパターンで配列されたＬＥＤ２５の８つのストリングを備えうる。ＬＥＤ２５の各ストリングは、１４個のＬＥＤ２５、すなわち１１２個のＬＥＤを備えうる。一態様では、第１のストリングおよび最後のストリングは先に述べたパターンＰ２を備えうる。ＬＥＤ２５の第２のストリングおよび第７のストリングは、先に述べたパターンＰ３を備えうる。特に、図１１〜１４Ｂによって示すＬＥＤデバイスは、単一で凝集性があり未分割の放出エリアの形態の均一な光源を備えることができ、そのことが、単一コンポーネントを必要とする照明製品の製造業者にとって製造プロセスを簡略化することができる。

図１４Ｂは、概して５５で示される、８ストリングＬＥＤデバイスの別の実施形態を示す。ＬＥＤデバイス９０のように、ＬＥＤデバイス９５は、１４個のＬＥＤ２５の８つのストリングを備えうる。同じストリング内の隣接するＬＥＤ２５の間の間隔および異なるストリング内の隣接するＬＥＤ２５の間の間隔は、隣接するＬＥＤ２５によって吸収される光の量を最小にするために最大にされている。一態様では、ＬＥＤデバイス９５は、第１のストリングおよび最後のストリングとして先に示した第１のパターンＰ１（図３Ａ）を備えうる。第２のストリングおよび第７のストリングは、パターンＰ２を備え、第３のストリングから第６のストリングは、パターンＰ３を備えうる。特に、パターンＰ１、Ｐ２、およびＰ３のＬＥＤ２５は、実質的に伝導性パッド３０の少なくとも全長および全幅にわたって延在する。Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のＬＥＤ２５は、隣接するＬＥＤ２５によって遮断される光の量が減少されうるように水平および／または垂直にさらに離して配置されうる。一態様では、パターンＰ１の間隔は、ＬＥＤデバイス１０のＰ１からＬＥＤデバイス９５のＰ１へと、水平方向に少なくとも約４１％だけ、または２２５μｍだけ、またはそれ以上、また、垂直方向に少なくとも約２７％だけ、または２１０μｍだけ、またはそれ以上増加されている。同様に、パターンＰ２のＬＥＤ２５間の水平間隔および／または垂直間隔は、ＬＥＤデバイス９０のＰ２に比べて、少なくとも４％以上増加されうる。ストリング間間隔、すなわち隣接するストリングのＬＥＤ２５間の間隔は、ＬＥＤデバイス９５において少なくとも約６８％だけ、または７５０μｍだけ、またはそれ以上増加されうる。特に、ＬＥＤデバイス９５は、ＬＥＤデバイス９０と同じ数のＬＥＤ２５、たとえば１１２個のＬＥＤを備えうるが、ＬＥＤデバイス９０と比較すると、効率および輝度において少なくとも約１％〜２％以上の増加を含みうる。

一態様では、図３Ａ、３Ｂ、および１１〜１４Ｂによって開示されるＬＥＤデバイス１０、６０、７０、８０、および９０は、伝導性パッド３０上で１つまたは複数のパターンで配列された多数のＬＥＤ２５を備えうる。一態様では、本明細書で開示されるＬＥＤデバイスは、６４個より多い数のＬＥＤ２５を備える。たとえば、一態様では、限定されることなく、ＬＥＤデバイス１０は、直列に電気接続された、全部で１４０個のＬＥＤまたはＬＥＤ２５の１０のストリングを備えうる。ＬＥＤデバイス６０は、直列に電気接続された、全部で１５０個のＬＥＤまたは５個のＬＥＤ２５の３０のストリングを備えうる。ＬＥＤデバイス７０は、全部で７０個のＬＥＤまたは１４個のＬＥＤ２５の５つのストリングを備えうる。ＬＥＤデバイス８０は、全部で８４個のＬＥＤまたは１４個のＬＥＤ２５の６つのストリングを備えうる。ＬＥＤデバイス９０は、全部で１１２個のＬＥＤまたは１４個のＬＥＤ２５の８つのストリングを備えうる。本明細書で述べるＬＥＤデバイスで使用されるＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０と比較されると、小さなフットプリントまたは表面エリアを備えうる。例として限定されることなく、ＬＥＤ２５は、以下の表１において以下の寸法のチップを備えうる。

一態様では、限定されることなく、伝導性パッド３０は、約６．５６８ｍｍの半径および約１３５．７ｍｍ^２の面積を有しうる。そのため、単一ＬＥＤチップ２５の面積と伝導性エリア３０の面積との比は、約０．００２７以下を含みうる。一態様では、単一ＬＥＤチップ２５の面積と伝導性エリア３０の面積との比は、約０．００１８以下を含みうる。他の態様では、比は、約０．００１２以下を含みうる。以下の表２では、種々のＬＥＤ２５のチップサイズおよび伝導性パッド３０の面積が挙げられる。ＬＥＤ２５は、伝導性パッドの面積と比較して小さい、すなわち伝導性パッドの面積の約０．００２７以下であるチップを備えうる。しかし、任意のチップサイズを使用することができる。

単一放出エリア上で小さなフットプリントを備える多数のＬＥＤ２５を使用することは、ＬＥＤ２５が放出エリア１６の部分上で１つまたは複数の均一なパターンになるよう配列されうるため、高い輝度などの望ましい光学特性に加えて、より均一な光出力を有利に可能にしうる。ＬＥＤ２５の集中化パターンは、集中化された光放出を可能にしうる。一態様では、本明細書で述べる１つまたは複数のパターン内のＬＥＤ２５の密度または間隔は、隣接するＬＥＤ２５によって光が吸収または遮断されないように調整されうる。すなわち、本明細書で開示されるＬＥＤ２５のパターンまたは配置は、隣接するＬＥＤ２５または近傍のＬＥＤ２５によって吸収される光の量を最小にすることによって光抽出を改善する場合がある。１ストリング当たりのＬＥＤ２５の数は、ＬＥＤデバイスが低電圧から高電圧で動作可能であることを可能にしうる。説明の目的で、４つのパターンが示されている。しかし、ＬＥＤ２５の任意の適したパターンが企図される。ＬＥＤ２５の各ストリングは、単一パターンまたは１より多いパターンの組合せを備えうる。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、例として限定されることなく、本明細書の開示による、ＬＥＤデバイスのために使用されうるダイ取付け方法を示す。ＬＥＤ２５は、伝導性パッド３０上に実装するための、背面金属パッドまたはボンディング層１００を備えうる。ボンディング層１００は、ＬＥＤ２５の全底部表面またはその一部分の長さを含みうる。説明の目的で、ボンディング層１００は、ＬＥＤ２５の全底部表面と同じ長さを有するものとして示される。しかし、任意の構成が企図される。ＬＥＤ２５は、ＬＥＤ２５の上部表面と底部表面との間に延在しうる側面１０４を備えうる。図１５Ａおよび図１５Ｂは、傾斜した側面１０４を示す。しかし、側面１０４は、ストレートカットＬＥＤが選択される場合、実質的に垂直または真っすぐでありうる。図１５Ａおよび図１５Ｂは、ボンディング層１００を備える底部表面の面積より大きい表面積の上部表面を有するＬＥＤ２５を示す。しかし、上部表面は、ボンディング表面の表面積より小さい表面積でありうる。ＬＥＤ２５は、任意の適した側面構成を有することに加えて、正方形、長方形、または任意の適した形状を備えうる。

任意の適したダイ取付け法が使用されて、先に述べたＬＥＤデバイスの任意のデバイスにおいて伝導性パッド３０上にＬＥＤ２５が実装されうる。一態様では、任意の適した最適化されたダイ取付け法および／または材料が使用されうる。たとえば、最適化されたダイ取付け法は、ＬＥＤ２５および伝導性パッド３０上、および／または両者の間での１つまたは複数の金属の取付けを容易にするための金属間ダイ取付け法を含みうる。図１５Ａは、共晶的または非共晶的でありうる金属間ダイ取付け法の例を示す。この金属間ダイ取付け法は、金属間ダイ取付けを容易にするためにアシスト材料１０６を使用することを含みうる。一態様では、フラックスアシスト共晶金属間ダイ取付け法が使用され、他の態様では、金属アシスト非共晶金属間ダイ取付け法が使用されうる。フラックスアシスト共晶またはフラックス共晶金属間ダイ取付け法では、ボンディング層１００は、ある共晶温度を有する金属合金、たとえば、限定はしないが金（Ａｕ）および錫（Ｓｎ）の合金を含みうる。たとえば、ボンディング層１００は、約２８０℃の共晶温度を有する８０／２０Ａｕ／Ｓｎ合金を含みうる。フラックス共晶技法では、アシスト材料１０６はフラックス材料を含みうる。非共晶技法では、アシスト材料１０６は金属材料を含みうる。アシスト材料１０６は、ボンディング層１００が共晶温度を超えて加熱されると、ボンディング層１００と伝導性パッド３０との間での金属間ダイ取付けを容易にするための導管を備えうる。ボンディング層１００の金属は、伝導性パッド３０の金属に流入し、それに取付けられうる。ボンディング層１００の金属は、原子的に拡散し、下にある実装用伝導性パッド３０の原子に接合しうる。一態様では、フラックスアシスト共晶法で使用されるフラックスは、少量の他の成分に加えて、ある組成物、たとえば５５〜６５％ロジンおよび２５〜３５％ポリグリコールエーテルを含みうる。しかし、任意の適したフラックスが使用されうる。

フラックスアシスト共晶ダイ取付け法は、不必要に時間がかかる可能性があり、多数のＬＥＤ２５を所定の配置および／またはアレイで取付けるときにこうした方法を使用することは予期されない。本主題によるフラックス共晶ダイ取付けは、ＬＥＤ２５の浮遊、あるいは、過多のフラックスまたは過少のフラックスが使用される場合の不十分なダイ取付けを回避するために、室温で液体でありうるフラックスアシスト材料１０６を、まさに正しい堆積である量で吐出することを含みうる。本主題によるフラックス共晶ダイ取付けはまた、フラックスアシスト材料１０６およびエミッタチップのボンディング金属１００のそれぞれについて正しい組成物を必要としうる。本主題によるフラックス共晶ダイ取付けはまた、最適には、はんだ接合部に応力を与える加熱および冷却中において移動または屈曲しない、非常に清浄でかつ平坦な表面および基板を利用しうる。本主題によるフラックス共晶ダイ取付けは、加熱中にフラックスが逃げることを可能にするのに十分な粗さを持ちながら、エミッタチップのＡｕ／Ｓｎボンディング表面を隠さないほどに十分に小さい微細な表面粗さを利用しうる。加熱プロファイルは、ボンディング金属１００と下にある伝導性パッド３０との間の良好な溶接を保証するために、ＡｕまたはＡｕＳｎなどのボンディング金属１００に完全に一致しうる。本主題によるダイ取付けのためにフラックスアシスト共晶を使用することはまた、窒素雰囲気などの不活性雰囲気を利用して、酸素ガス（０_２）レベルを低減し、また同様に、重力がＬＥＤ２５に下向き力を加えることを可能にしうる。これは、ボンディング層１００と下にある伝導性パッド３０との間の金属間結合における酸素量を低減しうる。

図１５Ａを参照すると、非共晶金属間ダイ取付け法を使用することができ、その取付け法は、金属材料を含みうるアシスト材料１０６を同様に含みうる。この態様では、ボンディング層１００は、単一の金属または金属合金を含みうる。たとえば、ボンディング層１００は、Ａｕ、Ｓｎ、またはＡｕＳｎを含みうる。非共晶法では、ボンディング層は、ある温度、たとえば共晶温度に達するかまたはそれを超える必要はない。この態様では、アシスト材料１０６は、金属間ボンディングを容易にするために金属材料を含みうる。たとえば、アシスト材料１０６は、ＡｕＳｎペーストまたはＡｇエポキシを含みうる。任意の適した金属アシスト材料１０６が使用されうる。ボンディング層１００の金属は、アシスト材料１０６の金属に取付けられうる。アシスト材料１０６の金属は、伝導性パッド３０の金属にも取付けられうる。一態様では、金属「サンドイッチ(ｓａｎｄｗｉｃｈ)」は、アシスト材料１０６が使用される非共晶金属間取付け技法において、ボンディング層１００と、アシスト材料１０６と、伝導性パッド３０との間に形成される。金属アシスト非共晶ダイ取付けは、ちょうどフラックスアシスト法のように不必要に時間がかかる可能性があり、本明細書で述べるＬＥＤデバイスのために１つまたは複数のパターンでＬＥＤ２５を取付けるときにこうした方法を使用することは同様に予期されない。アシスト材料１０６を使用する金属間取付けは、デバイス内で複数のフットプリントが小さいＬＥＤを取付けるときに、制御するのが難しくかつ不必要に時間がかかりうる。

図１５Ｂは、アシスト材料１０６を必要としない金属間ダイ取付け技法を示す。１つのこうした方法は、ボンディング層１００の金属が伝導性パッド３０の金属に直接取付けられることになる熱圧着ダイ取付け法を含みうる。熱圧着法は、共晶的または非共晶的でありうる。一態様では、熱圧着は、ボンディング層１００が、共晶温度を有する合金を含むときに使用されうる。他の態様では、ボンディング層１００は、共晶温度を有さない合金を含みうる。伝導性パッド３０は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）内に、任意の適した金属として、限定されないが、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＰｔを含みうる。ボンディング層１００は、任意の適した金属を含む。一態様では、ボンディング層１００は、任意の適した厚さを有するＳｎ層を備えうる。一態様では、ボンディング層１００は、約０μｍより大きい厚さを備えうる。一態様では、ボンディング層１００は、少なくとも約０．５μｍ以下のボンディング層を備えうる。一態様では、ボンディング層１００は、少なくとも約２．０μｍ以下の厚さを有するＳｎ層を備えうる。たた今述べたフラックスアシスト共晶法または金属アシスト非共晶法と違って、熱圧着金属間ダイ取付け技法は、図１５Ｂに示すように、外部の下向き力Ｆを利用しうる。

力Ｆは、加熱環境において送出される収縮を含み、したがって、フラックスまたは金属アシスト材料１０６を吐出することと対照的に、熱圧着とみなされうる。熱圧着技法は、ショットキー欠陥またはシャント欠陥を形成してその後の電流の漏洩ならびに他の種々の問題および他の関連する問題を許す伝導性パッド３０に沿う金属スクイーズアウトを低減するために開発された代替のダイ取付け法である。一態様では、熱圧着技法におけるボンディング温度は、任意選択で伝導性パッド３０に予熱処理またはプロセスを受けさせた後に約２５５〜２６５℃でありうる。伝導性パッド３０は、ボンディング層１００の溶融温度を少なくとも２０℃超える実装温度まで加熱されうる。ボンディング時間は約３００ｍｓｅｃであり、ボンディング力は約５０＋／−１０グラム（ｇ）でありうる。適切な予熱、ボンディング温度、ボンディング時間、およびボンディング力を含む所定の設定が、この方法のために重要でありうる。熱圧着法と共に使用するための機器および所定の設定は、使用および／または維持するのが難しい可能性があり、アレイおよび／または１つまたは複数のパターンで多数のＬＥＤ２５を取付けるときにこうした方法を使用することは予期されない。ＬＥＤデバイス内でＬＥＤのアレイを取付けるための金属間法は、知られておらず、アレイまたはパターン配置でＬＥＤ２５の１つまたは複数のストリングを取付けるための、フラックスアシスト共晶ダイ取付け技法、金属アシスト非共晶ダイ取付け技法、または熱圧着ダイ取付け技法を使用することは予期されない。

図面で示され先に述べられた本開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲内でなされうる多数の実施形態の例示である。ＬＥＤデバイスの構成およびＬＥＤデバイスを作る方法は、具体的に開示された構成以外の多数の構成を含みうることが企図される。

Claims (41)

1. 発光デバイスであって、
   基板と、
   前記基板上にアレイで配設された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、前記アレイはＬＥＤの複数の異なるパターンを含む、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
   前記ＬＥＤのアレイの周りに吐出された保持材料と、を備えるデバイス。
2. 前記複数のＬＥＤは、フラックスアシスト共晶ダイ取付け、金属アシスト非共晶ダイ取付け、または熱圧着ダイ取付けを使用して前記基板に取付けられる、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記複数のＬＥＤは、６４以上のＬＥＤである、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ＬＥＤのアレイは、ＬＥＤの１つ以上のストリングを備え、前記ＬＥＤの１つ以上のストリングは、直列に電気接続された複数のＬＥＤを備える、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記ＬＥＤはそれぞれ、約４７０μｍ以下の長さおよび約３５０μｍ以下の幅を有する、請求項１に記載のデバイス。
6. 約１６ボルト（Ｖ）以下で動作可能である、請求項１に記載のデバイス。
7. 約１６ボルト（Ｖ）以下の動作のために構成される、請求項１に記載のデバイス。
8. 約４２ボルト（Ｖ）以上の動作のために構成される、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記保持材料は、１つまたは複数のＥＳＤ保護デバイス上に吐出される、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記基板は、第１および第２の電気トレースを備え、ＬＥＤの各ストリングは、電気コネクタを介して前記第１および第２の電気トレースに電気接続される、請求項４に記載のデバイス。
11. 前記保持材料は、前記電気コネクタの一部分の上に少なくとも部分的に吐出される、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記ＬＥＤの１つ以上のストリングは、直列に電気接続された５つ以上のＬＥＤを備える、請求項４に記載のデバイス。
13. 前記ＬＥＤの１つ以上のストリングは、直列に電気接続された１４のＬＥＤを備える、請求項４に記載のデバイス。
14. 前記１つまたは複数の異なるパターンは、以下の配置の少なくとも２つを備える、
    （ｉ）チェッカーボード配置
    （ｉｉ）直線配置
    （ｉｉｉ）格子配置であって、前記ＬＥＤが少なくとも２つの方向に実質的に整列する、格子配置
    請求項１に記載のデバイス。
15. 発光デバイスであって、
    基板と、
    前記基板上に直列に電気接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）の１つまたは複数のストリングと、を備え、各ストリングは５つ以上のＬＥＤを有し、
    前記ＬＥＤは、フラックスアシスト共晶ダイ取付け、金属アシスト非共晶ダイ取付け、または熱圧着ダイ取付けを使用して前記基板に取付けられる、デバイス。
16. 前記ＬＥＤの１つまたは複数のストリングは、ＬＥＤの１つまたは複数のパターンを備える、請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記１つまたは複数のパターンは、以下の配置の少なくとも２つを備える、
    （ｉ）チェッカーボード配置
    （ｉｉ）直線配置
    （ｉｉｉ）格子配置であって、前記ＬＥＤが少なくとも２つの方向に実質的に整列する、格子配置
    請求項１６に記載のデバイス。
18. ＬＥＤの５つ以上のストリングを備える、請求項１５に記載のデバイス。
19. ＬＥＤの１０以上のストリングを備える、請求項１５に記載のデバイス。
20. ＬＥＤの３０のストリングを備える、請求項１５に記載のデバイス。
21. ＬＥＤの各ストリングは１４のＬＥＤを備える、請求項１６に記載のデバイス。
22. ＬＥＤの各ストリングは５つのＬＥＤを備える、請求項１８に記載のデバイス。
23. ６４以上のストリングを備える、請求項１５に記載のデバイス。
24. 約１６ボルト（Ｖ）以上の動作のために構成される、請求項１５に記載のデバイス。
25. 約１６Ｖ以下の動作のために構成される、請求項１５に記載のデバイス。
26. 約４２Ｖ以上の動作のために構成される、請求項１５に記載のデバイス。
27. 発光デバイスを提供する方法であって、
    基板を用意するステップと、
    複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を前記基板にアレイで取付けるステップであって、前記アレイはＬＥＤの１つまたは複数のパターンを備える、ステップと、
    前記ＬＥＤのアレイの周りに保持材料を吐出するステップと、を含む方法。
28. 前記複数のＬＥＤを取付けるステップは、前記ＬＥＤを前記基板にダイ取付けするためにフラックスアシスト共晶、金属アシスト非共晶、または熱圧着を使用するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記複数のＬＥＤを取付けるステップは、前記ＬＥＤを、前記基板の第１および第２の伝導性トレースに直列に電気接続するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
30. 前記複数のＬＥＤをアレイで取付けるステップは、ＬＥＤの１つまたは複数のストリングを前記基板に取付けるステップを含み、各ストリングは、直列に接続された５つ以上のＬＥＤを備える、請求項２７に記載の方法。
31. ＬＥＤの１つまたは複数のストリングを取付けるステップは、ＬＥＤの５つ以上のストリングを前記基板に取付けるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
32. ＬＥＤの１つまたは複数のストリングを取付けるステップは、ＬＥＤの１０以上のストリングを前記基板に取付けるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
33. ＬＥＤの１つまたは複数のストリングを取付けるステップは、ＬＥＤの３０のストリングを前記基板に取付けるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
34. 前記複数のＬＥＤをアレイで取付けるステップは、６４以上のＬＥＤを前記基板に取付けるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
35. 複数のＬＥＤを取付けるステップは、以下のパターンであって、
    （ｉ）チェッカーボード配置
    （ｉｉ）直線配置
    （ｉｉｉ）格子配置であって、前記ＬＥＤが少なくとも２つの方向に実質的に整列する、格子配置
    の少なくとも２つで前記ＬＥＤを取付けることを含む、請求項２７に記載の方法。
36. 発光デバイスであって、
    基板と、
    前記基板上にアレイで電気接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    前記ＬＥＤのアレイの周りにてそのＬＥＤのアレイに近接して少なくとも部分的に配設された保持材料とを備え、
    前記ＬＥＤのアレイは、ＬＥＤの１つまたは複数のパターンを備え、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部は、ＬＥＤの別個のストリングを形成するためにワイヤボンドによって電気接続され、ＬＥＤの各ストリングは、前記保持材料によってカバーされる少なくとも１つのワイヤボンドを有する、デバイス。
37. ６４以上のＬＥＤを備える、請求項３６に記載のデバイス。
38. 前記ＬＥＤはそれぞれ、約４７０μｍ以下の長さおよび約３５０μｍ以下の幅を有する、請求項３６に記載のデバイス。
39. 前記１つまたは複数のパターンは、
    （ｉ）チェッカーボード配置
    （ｉｉ）直線配置
    （ｉｉｉ）格子配置であって、前記ＬＥＤが少なくとも２つの方向に実質的に整列する、格子配置
    の少なくとも２つを備える、請求項３６に記載のデバイス。
40. 前記保持材料は、１つまたは複数のＥＳＤ保護デバイス上に吐出される、請求項３６に記載のデバイス。
41. 前記複数のＬＥＤは、前記ＬＥＤを前記基板にダイ取付けするためにフラックスアシスト共晶、金属アシスト非共晶、または熱圧着を使用することを含む、請求項３６に記載のデバイス。

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