(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を準備する段階と、
該発光素子の上に波長変換材料の層を堆積させる段階と、
前記発光素子と前記波長変換材料とを組み合わせることによって放出される光の波長スペクトルを測定する段階と、
前記発光素子の局所的領域上の波長変換材料をアブレーションすることにより、前記発光素子の上に堆積された前記波長変換材料の量を低減することによって、前記発光素子の前記局所的領域において前記波長変換材料の厚みが低減されたパターンを形成するように、前記発光素子の上の前記波長変換材料の量を変更する段階と、
を含み、前記発光素子は前記波長変換材料によって完全に覆われたままであることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記波長変換材料の量を変更する段階が、一連のストライプ、一連の孔、デザイン、シンボル及びエンブレムのうちの１つ又はそれ以上のパターンで前記波長変換材料の層をアブレートすることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記波長変換材料の層をアブレートすることが、前記波長変換材料の層の上の多重パスを用いて行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記発光素子と前記波長変換材料とを組み合わせることによって放出される光の波長スペクトルを測定する段階が、前記光の波長スペクトルを色空間又は空間マップ内に位置付けること、及び、前記色空間又は空間マップ内での前記光の波長スペクトルの位置に基づいて前記発光素子の上の波長変換材料の量を変更すること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発光素子の上に前記波長変換材料の層を堆積させる段階が、前記発光素子の上に又は前記発光素子の上にある光学素子の上に前記波長変換材料を堆積させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記波長変換材料が発光変換セラミックである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
光を放出可能な活性領域を含む半導体層のスタックを備える半導体発光素子と、
該半導体発光素子に結合された補正波長変換部材と、
を具備し、
前記補正波長変換部材が、前記半導体発光素子の局所的領域において波長変換材料の厚みが低減されたパターンを形成するように、前記半導体発光素子の局所的領域上のアブレーションされたパターンを有し、
前記半導体発光素子は前記補正波長変換材料によって完全に覆われたままである、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項８】
前記補正波長変換部材が、一連のストライプ、一連の孔、デザイン、シンボル及びエンブレムのうちの少なくとも１つのパターンでアブレートされる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記補正波長変換部材が、蛍光体層、及び、前記半導体発光素子の上に又は前記半導体発光素子の上の光学素子の上に堆積された光変換セラミック、のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他により２００４年１１月１２日に出願された名称「Ｂｏｎｄｉｎｇ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ｔｏ  ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ（発光デバイスへの光学素子の接合）」の米国特許出願シリアル番号第１０／９８７，２４１号の一部継続出願であり、当該出願に対して優先権を主張し、上記出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、一般的には発光デバイスに関し、より特定的には、波長変換部材を用いる発光デバイスの色の一貫性の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードなどの「白色」光を生成する半導体発光デバイスの正確な色管理に関して長期にわたる要求がある。白色光を放出するパッケージ化発光デバイスを生成する一般的な方法は、蛍光体（多くの場合ＹＡＧベース）及び青色ＬＥＤチップを使用するものである。ＬＥＤからの青色光と蛍光体からの「黄色」光とを組み合わせると「白色」光を生じる。残念ながら、この手法は、相関色温度（ＣＣＴ）の観点と黒体曲線への近接度の点の両方で白色光の「色」の広がりを生じることになる。現在販売されている蛍光体変換ＬＥＤの色管理は、白色部分において少なくともおよそ２０００Ｋから３０００Ｋの範囲を有し、相関色温度（ＣＣＴ）は５５００Ｋから８５００Ｋにわたる。識別できる色差は、ＬＥＤの色温度に依存し、６５００Ｋでは３００Ｋ程の小さな差が観察者に明確に分かる。蛍光灯などの標準的な照明光源の色管理では、これよりもはるかに小さな色温度変動があり、通常は色差は観察者には識別できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体変換ＬＥＤは５年よりも長い期間にわたって市販されており、幾らかの改良がなされてきているが、ほとんどの潜在的顧客及び用途に許容可能であるには色温度の変動は依然として大きすぎる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態によれば、波長変換材料の層は発光素子の上に堆積され、波長変換材料と発光素子とを組み合わせることによって生成される波長スペクトルが測定され、波長変換材料は、波長変換部材内の波長変換材料の量を変更することによって補正され、所要の波長スペクトルを生成する。波長変換部材は、波長変換材料の量を増減させることによって修正することができる。１つの実施形態において、波長変換材料の量は、例えばレーザアブレーション又はエッチングを用いて減少させ、所要の波長スペクトルを生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１Ａには、透明な光学素子１０２とサブマウント１０６上に実装された発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０４との側面図が示されている。光学素子１０２は、本発明の実施形態に従ってＬＥＤダイ１０４に接合することができる。図１Ｂには、ＬＥＤダイ１０４に接合された光学素子１０２が示されている。
【０００７】
本明細書において用語「透明」は、「透明光学素子」のように記載された素子が、ＬＥＤの放射波長の光を約５０％未満、好ましくは約１０％未満の吸収又は散乱に起因する単一パス損失で透過することを示すのに用いられる。ＬＥＤの放射波長は、電磁スペクトルの赤外領域、可視領域、或いは紫外領域にあることができる。当業者であれば、「５０％未満の単一パス損失」及び「１０％未満の単一パス損失」の条件は、透過経路と吸光係数の様々な組み合わせによって対処することができる点は理解されるであろう。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂに示されたＬＥＤダイ１０４は、ｎ型導電性（ｎ層）の第１の半導体層１０８及びｐ型導電性（ｐ層）の第２の半導体層１１０を含む。半導体層１０８及び１１０は活性領域１１２に電気的に結合される。活性領域１１２は、例えば、層１０８と層１１０の境界面に付随するｐ−ｎダイオード接合である。或いは、活性領域１１２は、ｎ型又はｐ型ドープされた、或いは非ドープの１つ又はそれ以上の半導体層を含む。ＬＥＤダイ１０４は、半導体層１０８及び１１０にそれぞれ電気的に結合されるｎコンタクト１１４及びｐコンタクト１１６を含む。コンタクト１１４及びコンタクト１１６は、「フリップチップ」配列ではＬＥＤダイ１０４の同じ側に配置することができる。ｎ層１０８に結合された透明なスーパーストレート１１８は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ダイアモンド、キュービックジルコニア（ＺｒＯ２）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、ＡｌＮ、スピネル、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、多結晶酸化アルミナ（透明アルミナ）及びＺｎＯなどの材料で形成することができる。或いは、基板又はスーパーストレートの上にエピタキシャル成長した層だけが存在するように、この基板又はスーパーストレートを除去してもよい。１つの実施形態において、基板又はスーパーストレートは、ＬＥＤダイがサブマウントに実装された後に除去される。これは、湿式又は乾式エッチング、或いはレーザ・リフトオフプロセスによって行うことができる。
【０００９】
活性領域１１２は、コンタクト１１４及び１１６の両端に適切な電圧が印加されると光を放出する。代替の実施態様においては、層１０８及び１１０の導電型は、それぞれのコンタクト１１４及び１１６と共に逆にされる。すなわち、層１０８はｐ型層、コンタクト１１４はｐコンタクトであり、層１１０はｎ型層、コンタクト１１６はｎコンタクトである。
【００１０】
半導体層１０８及び１１０並びに活性領域１１２は、限定ではないがＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体と、限定ではないがＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体と、限定ではないがＧｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むＩＶ族半導体と、これらの混合物又は合金とから形成することができる。
【００１１】
コンタクト１１４及び１１６は、１つの実施において、限定ではないが金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、タングステン、及びこれらの混合物又は合金を含む金属から形成された金属コンタクトである。
【００１２】
図１Ａ及び図１Ｂは、ＬＥＤダイの特定の構造を示しているが、本発明はＬＥＤダイの構造とは無関係である。従って、この図示の特定の構成の代わりに他のタイプのＬＥＤ構成を用いてもよい。更に、ＬＥＤダイ１０４内の半導体層の数及び活性領域１１２の詳細な構造は異なってもよい。各図に示されたＬＥＤダイ１１４の種々の素子の寸法は正確な縮尺ではない点に留意されたい。
【００１３】
ＬＥＤダイ１０４は、半田バンプ、パッド、或いは半田又は金属の層などの他の適切な素子のようなコンタクト素子１２０を介してサブマウントに実装することができる。便宜上、コンタクト素子１２０は、本明細書ではバンプ１２０と呼ばれる場合もある。バンプ１２０は、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｚｎ、或いはＡｕＳｎ、ＳｎＳｂ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＢｉ、ＩｎＳｎ、ＢｉＰｂＳｎ、ＢｉＰｂＣｄ、ＢｉＰｂＩｎ、ＩｎＣｄ、ＢｉＰｂ、ＢｉＳｎ、ＩｎＡｇ、ＢｉＣｄ、ＩｎＢｉ、ＩｎＧａを含むこれらの合金、或いは光学素子１０２をＬＥＤダイ１０４に接合するのに使用される温度よりも高い融点を有する他の適切な材料から生成することができるが、好ましくはＡｕ又はＡｕＳｎである。１つの実施においては、バンプ１２０の融点は、２５０℃よりも高く、好ましくは３００℃よりも高い。サブマウント１０６は、例えば、シリコン、アルミナ又はＡｌＮとすることができ、背面接続のためのバイアを含むことができる。
【００１４】
ＬＥＤダイ１０４は、例えばサーモソニックボンディングを用いてサブマウント１０６に実装することができる。例えば、サーモソニックボンディング処理の間、バンプ１２０を備えたＬＥＤダイ１０４は、所要の位置でサブマウント１０６と整合されると同時に、サブマウント１０６はおよそ１５０−１６０℃に加熱される。例えば、超音波振動が加えられる間、およそ５０−１００ｇｍ／バンプの接合力がボンディングツールによってＬＥＤダイ１０４に印加される。ＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に接合するために、熱圧着などの他の所要のプロセスを使用してもよい。当技術分野で公知のように、熱圧着に関しては、超音波接着に対するよりも高い温度及び大きな接合力が通常必要とされる。
【００１５】
幾つかの実施形態においては、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６と共にアンダーフィルを使用することができる。アンダーフィル材料は、良好な熱伝導性を有し、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６にほぼ一致する熱膨張係数を有することができる。アンダーフィルはまた、ダイの側部から放出される光を阻止するのに使用することができる。別の実施形態において、例えばシリコーン又は他の適切な材料からなる側方保護コーティングをＬＥＤダイ１０４とサブマウント１０６の側部に施工することができる。側方保護コーティングは、封止材として機能し、汚染及び周囲環境へのＬＥＤ１０４及びバンプ１２０の曝露を制限する。側方保護コーティングはまた、望ましくない着色光が放射されるのを防止し、望ましくない光を所要の色に変換し、又は望ましくない光をチップ内に再循環し、望ましい色として出ていく第２の機会とするなどの光学的性質を有することができる。
【００１６】
Ａｕ又はＡｕ／Ｓｎからのバンプ１２０を製造することに関する詳細情報に関し、並びに背面バイアを有するサブマウント及びサブマウントへのＡｕ又はＡｕ／Ｓｎバンプを有するＬＥＤダイの接合に関しては、本開示と同一譲受人で引用により本明細書に組み込まれる、Ａｓｈｉｍ  Ｓ，Ｈａｑｕｅによって２００４年５月５日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／８４０，４５９号を参照されたい。しかしながら、本発明は何れかの特定の種類のサブマウントに限定されない点、及び必要に応じて、何れかの所要のサブマウント構成及び何れかの所要のコンタクト素子を使用できる点を理解されたい。用途によっては、例えばコンタクトパッドが望まれる場合がある。
【００１７】
１つの実施形態においては、ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に実装された後、光学素子１０２がＬＥＤダイ１０４に熱接合される。光学素子１０２の底面に接合材料の層を施工して透明接合層１２２を形成することができ、該透明接合層１２２は光学素子１０２をＬＥＤダイ１０４に接合するのに使用される。ある実施形態においては、透明接合層１２２は、ＬＥＤダイ１０４の上面、例えばスーパーストレート１１８に施工することができる（図１では点線１２２’で示される）。スーパーストレート１１８が除去される場合、接合層１２２’は半導体層１０８に施工することができる。接合層１２２’は、ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に実装される前か後でＬＥＤダイ１０４に施工することができる。或いは、接合層を使用せずともよく、光学素子１０２は、ＬＥＤダイ１０４、例えばスーパーストレート１１８、或いはスーパーストレート１１８が除去される場合は層１０８に直接接合することができる。透明接合層１２２は。例えば、約１０オングストローム（Å）から約１００ミクロン（μｍ）の厚みであり、好ましくは約１０００Åから約１０μｍの厚み、より具体的には、約０．５μｍから約５μｍの厚みである。接合材料は、限定ではないがスピンコーティング、スプレー、スパッタリング、蒸発法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）或いは例えば有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシー（ＶＰＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）又は分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）による材料成長法を含む従来の堆積技法によって、若しくは接合剤として機能する液体樹脂、有機物及び／又は無機物の分配によって施工することができる。ＵＶ硬化接着剤の使用など、他の接合方法も可能である。１つの実施形態において、光学素子１０２は波長変換材料１２４で覆うことができ、これは以下で更に詳細に検討する。図１Ｃに示されるような別の実施形態においては、波長変換材料１２４’は、介在光学素子１０２及び接合層１２２なしでＬＥＤダイ１０４に接合される。必要に応じて、波長変換材料１２４’と共に接合層１２２を使用することができる。ある実施形態において、波長変換材料１２４’の表面及び／又はＬＣＤ１０４、スーパーストレート１１８又は、スーパーストレート１１８が除去される場合は半導体層１０８の表面は、例えばアブレーション、ソーイング、及び／又はリソグラフィを用いる場合もあり又は用いない場合もある湿式又は乾式エッチングなどの他の手段を用いてパターン化又は粗面化され、ＴＩＲを無効にし、放射コーンに対する有用なビーム整形品質を放射及び／又は与える光の割合を高める。
【００１８】
１つの実施において、透明層１２２は、ＳＦ５９、ＬａＳＦ３、ＬａＳＦＮ１８、ＳＬＡＨ５１、ＬＡＦ１０、ＮＺＫ７、ＮＬＡＦ２１、ＬＡＳＦＮ３５、ＳＬＡＭ６０、又はこれらの混合物などのガラス接合材料から形成され、これらは、ペンシルベニア州ドリエー所在のＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、及びニュージャジー州サマービル所在のＯｈａｒａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎなどの製造会社から入手可能である。接合層１２２はまた、例えば、（Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ、Ｉ、Ｂｒ）カルコゲナイド又はカルコゲン−ハロゲン化物ガラスなどの高屈折率ガラスから形成することができる。必要に応じて、ガラス及びポリマーなどの低屈折率材料を使用してもよい。例えば、シリコーン又はシロキサンである高屈折率樹脂及び低屈折率樹脂の両方は、日本国東京所在のＳｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ．，のような製造会社から入手可能である。シロキサン骨格の側鎖を修飾し、シロキサンの屈折率を変化させることができる。
【００１９】
他の実施において、接合層１２２は、限定ではないがＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＮを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体；限定ではないがＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、及びＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体；限定ではないがＳｉ及びＧｅを含むＩＶ族半導体及び化合物；限定ではないがアンチモン、ビスマス、ホウ素、銅、ニオブ、タングステン、チタン、ニッケル、鉛、テルル、リン、カリウム、ナトリウム、リチウム、亜鉛、ジルコニウム、インジウム錫、又はクロムの酸化物を含む有機半導体、金属酸化物；限定ではないがフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化亜鉛を含む金属フッ化物；限定ではないがＺｎ、Ｉｎ、Ｍｇ及びＳｎを含む金属；イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、リン化物化合物、ヒ化物化合物、アンチモン化物化合物、窒化物化合物、高屈折率有機化合物；及びこれらの混合物又はアロイから形成することができる。
【００２０】
幾つかの実施形態において、透明接合層１２２は、ＬＥＤダイ１０４の上面、例えばスーパーストレート１１８に施工することができる（図１Ａで点線１２２’によって示される）。接合層１２２’は、ＬＥＤ１０４がサブマウント１０６に実装される前に該ＬＥＤ１０４に施工することができる。或いは、接合層を使用せずともよく、光学素子１０２をＬＥＤダイ１０４、例えばスーパーストレート１１８或いは基板が除去される場合は層１０８に直接接合することができる。ＬＣＤダイ１０４がｎコンタクトとｐコンタクトをダイ１０４の対向する側部に備えて構成される実施においては、透明接合層１２２又は１２２’は、例えば通常のフォトリソグラフィ及びエッチング技法を用いてパターン化され、上部コンタクトを接合材料によって覆わないままにされ、従って、光学素子１０２上のメタライゼーション層との電気接触を可能とすることができ、該メタライゼーション層はリード部として機能することができ、このことは、公開番号２００２／００３０１９４の名称「Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（改良された光抽出効率を有する発光ダイオード）」でＭｉｃｈａｅｌ  Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他によって２００１年６月１２日に出願された、米国特許出願シリアル番号第０９／８８０，２０４号に記載されており、当該出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
１つの実施において、光学素子１０２は、光学ガラス、高屈折率ガラス、ＧａＰ、ＣＺ、ＺｎＳ、ＳｉＣ、サファイア、ダイモンド、キュービックジルコニア（ＺｒＯ2）、ＡｌＯＮ、Ｓｉｅｎｎａ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．による多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、スピネル、ニューヨーク州オンタリオ所在のＯｐｔｉｍａｘ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＳｃｈｏｔｔ  ｇｌａｓｓ  ＬａＦＮ２１、Ｓｃｈｏｔｔ  ｇｌａｓｓ  ＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ２、ＬａＦ３、及びＬａＦ１０；Ｐｂ，Ｔｅ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃａ，Ｐ，Ｌａ，Ｎｂ又はＷの酸化物、或いは金属の厚い層を除く、透明接合層１２２において接合材料として使用される上記の材料のいずれかから形成される。
【００２２】
透明光学素子１０２は、ＬＥＤダイ１０４から光学素子１０２に入る光が光学素子１０２の表面１０２ａと垂直入射に近い入射角度で交差するような形状及び寸法を有することができる。表面１０２ａと通常は空気である周囲媒体との境界面での全反射がこれによって低減される。加えて、入射角度の範囲が狭いので、表面１０２ａでのフレネル反射損失は、通常の反射防止コーティングを表面１０２ａに施工することによって低減することができる。光学素子１０２の形状は、例えば、半球のような球体の一部、ワイエルシュトラス球体（切頭球体）、又は半球よりも小さい球体の一部である。或いは、光学素子１０２の形状は、切頭楕円体のような楕円体の一部、すなわちサイドエミッタであり、或いは、同一譲受人による米国特許出願第２００５／００２３５４５号に記載されているように、ＬＥＤアレイ又は矩形ＬＥＤに適応するような細長い形状とすることができる。ＬＥＤダイ１０４から光学素子１０２に入る光についての表面１０２ａでの入射角度は、光学素子１０２の寸法が増大するにつれて垂直入射により近くなる。従って、ＬＥＤダイ１０４の表面の長さに対する透明光学素子１０２の基部の長さの最小比率は、好ましくは約１よりも大きく、より好ましくは約２よりも大きい。
【００２３】
ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６上に実装された後、光学素子１０２がＬＥＤ１０４に熱接合することができる。例えば、光学素子１０２をＬＥＤダイ１０４に接合するために、接合層１２２の温度は、およそ室温とコンタクト素子１２０の溶融温度との間の温度、例えば、ほぼ１５０℃から４５０℃、より好ましくは約２００℃から４００℃の温度まで高められ、光学素子１０２及びＬＥＤダイ１０４は、当該接合温度で約１秒から約６時間、好ましくは約３０秒から約３０分の時間期間にわたり、約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）から約６０００ｐｓｉの圧力で共に押圧される。一例として、約７００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの圧力を約３から１５分間印加することができる。必要に応じて他の接合プロセスを使用してもよい。
【００２４】
ＬＥＤダイ１０４への光学素子１０２の熱接合は、高温を適用することが必要となる。高い融点すなわち熱接合プロセスで使用される高温よりも高い融点を有するコンタクト素子１２０を使用する場合、ＬＥＤダイ／サブマウント接続部を損なわずに、光学素子１０２がＬＥＤダイ１０４に接合される前にＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に実装することができる。光学素子１０２を接合する前にＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に実装することで、ピックアンドプレースプロセスが単純化される。
【００２５】
ＬＥＤダイ１０４への光学素子１０２の接合は、米国特許出願公開番号２００２／００３０１９４；２００５／００３２２５７；名称「Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（改良された光抽出効率を有する発光ダイオード）」のＭｉｃｈａｅｌ  Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他によって２０００年９月１２日に出願された米国特許出願シリアル番号０９／６６０，３１７；米国特許第６，９８７，６１３号；或いは第７，００９，２１３号に記載されており、これらの全ては本出願と同一譲受人であり、引用により本明細書に組み込まれる。更に、光学素子１０２をＬＥＤダイ１０４に接合する上述のプロセスは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，５０２，３１６号及び第５，３７６，５８０号で開示されたデバイスを用いて実施することができ、これらは、半導体ウェーハを高温高圧で互いに接合するのにこれまで使用されている。開示されたデバイスは、ＬＥＤダイ及び光学素子に適合させるように応じて修正することができる。或いは、上述の接合プロセスは通常の垂直プレスを用いて実施することができる。１つの実施形態においては、加圧の有無に関わらず、多くのデバイスを用いてオーブン内で多数の接合プロセスを一度に行うことができる。
【００２６】
熱接合プロセスに起因して、光学素子１０２とＬＥＤダイ１０４との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致は、加熱又は冷却時に光学素子１０２にＬＥＤダイ１０４からの層間剥離又は脱離を引き起こさせる可能性がある点に留意されたい。そのため、光学素子１０２は、ＬＥＤダイ１０４のＣＴＥにほぼ一致するＣＴＥを有する材料で形成する必要がある。ＣＴＥがほぼ一致することは更に、接合層１２２と光学素子１０２とを接合することによって、ＬＥＤダイ１０４内に誘起される応力が低減される。ＣＴＥが適切に一致すると、光学素子に接合することができるＬＥＤダイの寸法は熱膨張によって制限されず、従って、例えば１ｍｍ2まで、２ｍｍ2まで、４ｍｍ2まで、９ｍｍ2まで、１６ｍｍ2まで、或いは１６ｍｍ2より大きい、大型のＬＥＤダイ１０４に光学素子１０２を接合させることができる。
【００２７】
図２は、複数のＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃ（ＬＥＤダイ２０４と総称する場合もある）がサブマウント２０６上に実装された実施形態を示す。ＬＥＤダイ２０４は、図２では、特定の半導体層を示さずに概略的に描かれている。それでも、ＬＥＤダイ２０４は、上述のダイ１０４と同様とすることができる点は理解されたい。
【００２８】
ＬＥＤダイ２０４は各々、上述のようにサブマウント２０６に実装される。ＬＥＤダイ２０４がサブマウント２０６上に実装されると、個々の光学素子２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃは、上述のような方法でＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃにそれぞれ接合することができる。
【００２９】
必要に応じて、ＬＥＤダイ２０４は同じタイプのＬＥＤとすることができ、同じ波長の光を生成することができる。別の実施において、ＬＥＤダイ２０４のうちの１つ又はそれ以上は、組み合わせたときに所要の相関色温度（ＣＣＴ）を有する光（例えば白色光）を生成させるのに使用できる異なる波長の光を生成することができる。別の光学素子（図２には示されていない）を用いて、光学素子２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃを覆い、光を混合するのを助けることができる。
【００３０】
図３は、サブマウント３０６上に実装された複数のＬＥＤダイ３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃ（ＬＥＤダイ３０４と総称される場合がある）とＬＥＤ３０４に接合された単一の光学素子３０２とを含むＬＥＤデバイス３００の実施形態を示す。ＬＥＤダイ３０４は、上述のＬＥＤダイ１０４と同様とすることができる。
【００３１】
図３に示される複数のＬＥＤダイ３０４を備えた単一の光学素子３０２を使用することは、ＬＥＤダイ３０４をサブマウント３０６上に共に接近して実装することができるので有利である。光学構成要素は通常、接合されるＬＥＤダイよりも占有面積が大きく、従って、別個の光学素子を有するＬＥＤダイの配置は、光学素子のサイズによって制約される可能性がある。
【００３２】
ＬＥＤダイ３０４がサブマウントに実装された後、例えば、コンタクト素子３０２の高さとダイの厚みとの差異に起因して、ＬＥＤダイ３０４の上面に僅かな高さのばらつきが存在する可能性がある。単一の光学素子３０２がＬＥＤダイ３０４に熱接合される場合、ＬＥＤダイ３０４の高さの何らかの差異は、コンタクト素子３０２のコンプライアンスで対応することができる。
【００３３】
ＬＥＤダイ３０４への光学素子３０２の熱接合プロセスの間に、ＬＥＤダイ３０４は、サブマウント３０６の加熱及び冷却に起因して横方向にシフトする可能性がある。Ａｕのようなコンタクト素子３２０が使用される場合、コンタクト素子３２０のコンプライアンスは、ＬＥＤダイ３０４の横方向シフトに対応するには不十分な可能性がある。従って、光学素子３０２の熱膨張係数（ＣＴＥ302）は、サブマウント３０６の熱膨張係数（ＣＴＥ306）とほぼ一致する必要がある。ＣＴＥ302とＣＴＥ306とがほぼ一致している場合、サブマウント３０６の膨張及び収縮によって引き起こされるＬＥＤダイ３０４の移動は、光学素子３０２の膨張及び収縮にほぼ一致することになる。他方、ＣＴＥ302とＣＴＥ306との間が不一致であることで、熱接合プロセスの加熱及び冷却の間、光学素子３０２からのＬＥＤダイ３０４の層間剥離又は脱離、或いはＬＥＤデバイス３００への他の応力により誘起された損傷を生じる可能性がある。
【００３４】
十分に小さいＬＥＤダイ３０４を使用する場合、熱接合プロセス中にＬＥＤダイ３０４自体の熱膨張を最小限にすることができる。しかしながら、大きなＬＥＤダイ３０４を使用する場合には、熱接合プロセス中にＬＥＤダイ３０４の熱膨張の量が大きくなる可能性があり、従って、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥもまた、サブマウント３０６及び光学素子３０２のＣＴＥにほぼ適切に一致する必要がある。
【００３５】
ＬＥＤダイ３０４は、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、又はＩｎＧａＮとＡｌＩｎＧａＰとの組み合わせのデバイスとすることができる。１つの実施において、サブマウント３０２はＡｌＮで生成することができ、光学素子３０２は、例えばＯｈａｒａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＳＬＡＭ６０、或いはＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＮＺＫ７で生成することができる。別の実施において、アルミナサブマウント３０６が、サファイア、Ｏｈａｒａ  Ｇｌａｓｓ  ＳＬＡＨ５１又はＳｃｈｏｔｔガラスＮＬＡＦ２１で生成された光学素子３０２と共に使用することができる。ある実施において、ＬＥＤダイ３０４とサブマウント３０６との間にバルク充填剤３０５を使用することができる。バルク充填剤３０５は、例えばエポキシ、シリコーン、或いはガラスとすることができる。バルク充填剤３０５は、良好な熱伝導性を有することができ、サブマウント３０６及びダイ３０４のＣＴＥにほぼ適合することができる。必要に応じて、代替的に或いはバルク充填剤３０５に加えて側方保護コーティングを施工することができる。この側方保護コーティングは、ダイからの側方光を阻止するのに使用することができる。
【００３６】
１つの実施において、ＬＥＤダイ３０４の全てが同じタイプであり、異なる波長又はほぼ同じ波長の光を生成することができる。或いは、ＬＥＤダイ３０４及び／又は波長変換材料を適切に選択することにより、例えば青色、緑色及び赤色の異なる波長の光を生成することができる。ＬＥＤダイ３０４が同じタイプである場合、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥはほぼ同じとなる。熱接合プロセスの加熱及び冷却中に、ＬＥＤデバイス３００に対する層間剥離又は脱離、或いは応力誘起による損傷のリスクの最小化にするために、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥが光学素子３０２及びサブマウント３０６の熱膨張係数に密接に一致することが望ましい可能性がある。ＣＴＥがほぼ一致するデバイス３００の一例は、サファイア基板、サファイア又はほぼＣＴＥが一致するガラス光学素子３０２、及びアルミナサブマウント３０６を含むＬＥＤダイ３０４からなる。ＣＴＥ一致の程度は、接合材料のコンプライアンス、デバイスが接合され、加工され又は動作される温度範囲、並びに接合領域の大きさなどのパラメータに依存する可能性がある。ある実施形態において、ＣＴＥ不一致は１０％未満の必要がある。他の実施形態において、１０％を超えるＣＴＥ不一致が許容可能であり、信頼性のあるデバイスをもたらすこともできる。
【００３７】
別の実施において、ＬＥＤダイ３０４は異なるタイプのものであり、異なる波長の光を生成することができる。異なるタイプのＬＥＤダイを使用する場合、ダイのＣＴＥが異なり、全てのＬＥＤダイ３０４のＣＴＥを光学素子３０２及びサブマウント３０６のＣＴＥと一致させるのが困難となる可能性がある。それにも拘らず、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥにできるだけ近いＣＴＥを有する光学素子３０２及びサブマウント３０６を適切な判断で選択することによって、熱接合プロセス中のＬＥＤダイ３０４の脱離又はデバイス３００に対する他の損傷に関連する問題を最小にすることができる。加えて、例えば約１ｍｍ2よりも小さい面積である比較的小さなＬＥＤダイ３０４を使用する場合、複数のダイ３０４への単一の光学素子３０２の熱接合に関連する問題もまた低減することができる。バルク充填剤３０５を使用することによっても、熱接合或いは動作中のデバイスに対する損傷を防ぐことが可能となる。
【００３８】
図３に示されるような１つの実施において、光学素子３０２を波長変換材料でコーティングし、蛍光体コーティングなどの波長変換部材３１０を形成することができる。１つの実施形態において、波長変換材料はＹＡＧである。勿論、必要に応じて使用することができるＹＡＧ及び非ＹＡＧ蛍光体の多くの変形形態がある。或いは、青色蛍光体と共に使用される赤色及び緑色蛍光体などの異なる蛍光体の複数の層を使用することができる。図４は、こうしたデバイスを製造する１つの実施のフローチャートである。図４に示されるように、ＬＥＤダイ３０４がサブマウント３０６に実装され（ステップ４０２）、光学素子３０２がＬＥＤダイ３０４に接合される（ステップ４０４）。光学素子３０２がＬＥＤダイ３０４に接合された後、波長変換材料の層が光学素子３０２の上に堆積され（ステップ４０６）、波長変換部材３１０が形成される。次いで、デバイスは、例えば、ＬＥＤダイ３０４の活性領域にわたって電圧を印加し、デバイスによって生成される光の波長スペクトルを検知することによって試験することができる（ステップ４０８）。デバイスが所要の（所望された）波長スペクトルを生成しない場合（ステップ４１０）、例えば、光学素子３０２の上に追加の波長変換材料を堆積することにより、或いは、アブレーション、エッチング又は溶解によって波長変換材料の一部を除去することによって、波長変換部材３１０の厚みが変更され（ステップ４０８）、次いでデバイスは再度試験される（ステップ４１２）。所要の波長スペクトルの光が生成されると、プロセスは終了する（ステップ４１２）。デバイスの波長スペクトルは、ＣＣＴとプランク放射に対する近接度を確定する。従って、所要のＣＣＴ範囲或いは所要のＣＣＴ範囲とプランク放射に対する近接度は、デバイスによって生成される光の所要の波長スペクトルを定めることができる点を理解されたい。
【００３９】
このようにして、波長変換部材３１０コーティングの厚みは、ＬＥＤダイ３０４によって生成される光に応答して制御され、再現性の高い相関色温度がもたらされる。更に、波長変換材料の堆積は、ＬＥＤダイ３０４によって生成される特定の波長に応答するので、ＬＥＤダイ３０４によって生成される光の波長の変動に対応することができる。従って、望ましくない波長スペクトルを有する光を生成するために排除されるＬＥＤダイ３０４が僅かになる。
【００４０】
図４は、図３に示される実施形態について記載しているが、図４に示される波長変換部材３１０を補正するプロセスは、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図２に示される実施形態にも同様に適用することができることを理解されたい。すなわち、図１Ｂにおける波長変換部材１２４、及び図２における２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ上の波長変換部材（図示せず）は、図４のプロセスによって補正することができる。更に、図１Ｃにおける波長変換部材１２４’は、波長変換材料が光学素子を介在することなくＬＥＤダイ１０４に付加されることを除いて、図４に示されたプロセスと類似したプロセスによって補正することができる。また別の実施形態において、波長スペクトル変更プロセス用にＬＥＤダイをサブマウントに実装する必要はない。他のＬＥＤ構成及びパッケージングは必要に応じて使用することができる。
【００４１】
図１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃは、所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の平面図であり、図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃはその側面図である。例えば、図１３Ａ及び１４ＡのＬＥＤダイ８０２である発光素子は、ツェナーダイオードなどの静電放電回路（ＥＳＤ）８０６と共に生成されてサブマウント８０４上に実装される。ＬＥＤダイ８０２は、本明細書に記載されるように製造されサブマウント８０４に実装することができ、或いは、必要に応じて他の製造及びパッケージングプロセスを使用してもよい。例えば、ある実施形態において、サブマウント８０４は必ずしも使用しなくてもよい。或いは、図１Ａに示されるようなレンズ又はドームをＬＥＤダイ８０２の上に取り付けることができる。
【００４２】
次いで、例えばＬＥＤダイ８０２（又は使用される場合はドーム）である発光素子は、波長変換材料でコーティングされて図１３Ｂ及び図１４Ｂで示されるような波長変換部材８０８を形成し、発光デバイスを生成する。簡単にするために、サブマウント８０４及びＥＳＤ回路８０６を含むデバイス全体は、波長変換部材８０８で覆うことができる。波長変換材料のコーティングは、本明細書に記載されたタイプの何れかとすることができ、例えば、電気泳動堆積（ＥＰＤ）されたコーティングとすることができる。波長変換材料のコーティングには、硬化することができるシリコーン、ゾル−ゲル、シロキサン又は何れかの適切な樹脂を浸透させることができる。
【００４３】
必要に応じて、他のタイプの波長変換部材８０８及び／又は堆積技法を使用することができる。例えば、１つの実施形態において波長変換部材８０８は、ＥＰＤ層の代わりに蛍光体スプレーコーティング層とすることができる。或いは、ディスペンスジェットを用いて、波長変換部材８０８を堆積させことができる。ディスペンスジェットは、インクジェットと類似しているが、より多くの材料を運ぶより大きな液滴を有し、量及び位置を正確に制御することができる。蛍光体は、樹脂、溶媒、硬化剤、及び／又はチキソトロープ剤に添加することができる。粘度及びスプレーパターンを調節して、所要の波長変換材料のコーティングを生成することができる。更に、個々のデバイス或いは多くのデバイスを含むサブマウントは、スプレー中に回転又は他の方法で移動させ、コーティングを均一にするのを助けることができる。スプレーガンも同様にコーティング中に移動させることができる。別の実施形態において、波長変換部材の材料は、ダイに接合又はダイ上に配置された光変換セラミックとすることができる。一例として、本発明と共に使用できる適切な光変換セラミックは、米国特許出願公開２００５／０２６９５８２に記載され、該出願は本開示と同一譲受人であり、引用により本明細書に組み込まれる。光変換セラミックが最後の光学素子であること、すなわち追加のレンズ又は封止部がないことは好ましいとすることができる。光変換セラミックは、例えば短波長エキシマレーザを用いてアブレートすることができる。
【００４４】
波長変換部材８０８によって変換された光と波長ＬＥＤダイ８０２により放出され且つ波長変換部材８０８を通って漏出する光との組み合わせによって、発光デバイスによって生成された特定の波長スペクトル、すなわちＣＣＴが特定される。１つの実施形態において、波長変換部材８０８は、所要のＣＣＴを生成するには厚過ぎるほどＬＥＤダイ８０２上に堆積される。これにより、デバイスのＣＣＴを測定又は試験し、波長変換部材８０８を補正し、すなわち制御された様式で波長変換部材８０８から波長変換材料を除去し所要のＣＣＴを生成することが可能となる。或いは、波長変換部材は、所要のＣＣＴを生成するには薄すぎるほど堆積することができ、追加の波長変換材料が制御された様式で付加され、所要のＣＣＴが生成される。
【００４５】
従って、波長変換部材８０８が堆積されると、発光デバイスは試験され、放出された光のＣＣＴが測定される。このプロセスは、個々のデバイスについて実施できるが、このプロセスをバッチで実施することによりスループットが高くなる。これは、ＬＥＤデバイスを単数化する前に、或いはサブマウントを単数化する前に行うことができる。
【００４６】
１つの実施形態において、コンピュータ制御のレーザトリミングプロセスを用いて、波長変換部材８０８をアブレートし、所要のＣＣＴをもたらす補正波長変換部材８０８が生成される。ＬＥＤデバイスがバッチで試験される場合、コンピュータ制御レーザは、当該デバイスの個々のＣＣＴに応じて当該デバイス用に特別にカスタマイズされた量だけ各ＬＥＤデバイス上の波長変換部材をアブレートすることができる。
【００４７】
１つの実施形態において、図４に記載されたような繰り返しプロセスにおいて、ＬＥＤデバイスを試験し、波長変換部材を除去することができる。別の実施形態において、システムが較正されると、すなわちＣＣＴに特定の変化を生じさせるのに除去する必要のある波長変換材料の量が既知になると、ＬＥＤデバイスを一回測定することができ、適切な量の材料が波長変換部材から除去される。除去される材料の量によっては、各パスが少量の材料しか除去しない場合に、複数のパスを用いて波長変換材料をアブレートすることが必要となる可能性がある。複数パスを使用すると、レーザで波長変換材料が除去される場合に波長変換材料内の樹脂が炭化するリスクが軽減される。光変換セラミックを使用した場合、樹脂がないので、炭化する可能性は殆どないが、アブレートすることがより困難になる可能性がある。
【００４８】
図１３Ｃ及び１４Ｃは、レーザ・アブレートされた後の波長変換部材８０８を示している。図１３Ｃに示されるように、一連のライン８０８ｌ及びスペース８０８ｓを用いて、波長変換部材８０８の厚みを変更することができ、例えば、ＬＥＤダイ８０２の上にある波長変換材料の量が低減される。１つの実施形態において、厚みの低減は、ダイ全体ではなく局部的領域にわたることができる。１つの実施形態において、同じダイの上である場所では厚みが低減し、別の場所では厚みが増大する可能性がある。図１３Ｃに示されたライン及びスペースは例示的なものであり、実際には、遙かに小さなピッチを使用するのが好ましい場合がある点は理解されたい。１つの実施形態において、波長変換部材８０８は、局部的領域で完全に除去されて下側のＬＥＤダイ８０２が露出することにより、スペース８０８ｓが形成される。このような実施形態において、ライン８０８ｌの厚みが変化しないままにも拘わらず、波長変換部材８０８の平均厚みは低減される。この平均厚みは、例えばスペースの幅を増大させること及び/又はラインの幅を低減させることによって変更することができる。一般に、微細ピッチ及び／又は小振幅の使用が望ましい。１つの実施形態において、小振幅のレーザアブレーションは、スペース８０８ｓ内の波長変換材料がライン８０８ｌにおけるよりも薄いが、下側ＬＥＤダイ８０２は、波長変換部材８０８で依然として完全に覆われるように、波長変換部材８０８の厚みの一部だけを除去することができる。
【００４９】
ライン及びスペース以外のパターンを用いて、波長変換部材の厚みを変更することができる。例えば、図１５Ａは、図１３Ｃに示されるデバイスに類似するが、ライン及びスペースではなく一連の孔８１８ｈでアブレートされた波長変換部材８１８を有するデバイスの平面図を示す。孔８１８ｈ間の間隔及び／又は孔８１８ｈの半径は、波長変換部材８１８の平均厚みを変更して所要のＣＣＴを得るために変えることができる。或いは、異なるパターン又は異なるパラメータを有する同じパターンを用いて、ＬＥＤダイ８０２の局部的領域での波長変換部材を除去することができる。例えば、ＬＥＤデバイスが試験されたときにＣＣＴの空間マップを生成することができ、放出光のＣＣＴが測定される。ＣＣＴの空間マップは、コンピュータ制御部に提供することができ、コーティング上の重要部をアブレートすることができ、そのため、所要のＣＣＴが得られるだけでなく、そのＣＣＴが空間的により均一にされる。図１５Ｂは、より小さい半径を有する孔８２０ｈがＬＥＤダイ８０２の中央部に置かれると共に、他の場所にはより大きい半径の孔８１８ｈが置かれた実施形態を示している。図１５Ｃは、孔８３０が、例えばデザイン、シンボル又はエンブレムとすることができる特定のパターンで生成されている実施形態を示している。次いで、孔８３０によって形成されたパターンが周囲光とは異なる色を有して生成されるように光源を画像化することができる。
【００５０】
必要に応じて、レーザアブレーション以外のプロセスを用いて、波長変換部材の材料を除去することができる。例えば、波長変換部材は、機械的及び／又は化学エッチング、イオンビーム、又は電子ビームアブレーションを含む他の技法を用いて取り除くことができる。
【００５１】
除去される波長変換材料の量は、当初のＣＣＴと得られることになる所要のＣＣＴとによって決まる。図１６は、一般にｕ’ｖ’空間と呼ばれるｕ’ｖ’座標を用いたルミナンス−クロミナンス又は色空間を示すグラフであり、ここでライン８５０はプランク放射である。図１６は、ＬＥＤダイ上に堆積され、試験され、更にアブレートされて、生成された波長スペクトルを変更する波長変換部材を備えた３つの異なるＬＥＤデバイスの試験結果を示しており、ここでは、ｖ’値が低下し、より小さな程度にｕ’値が減少し、ＣＣＴが増大している。ＬＥＤデバイスの当初のｕ’ｖ’ポイントはグラフの最上部に示される。図１６の各データポイントは、各アブレーション後に、ｕ’ｖ’座標が更に低下していることを示している。実際には、ＬＥＤデバイスが所要のＣＣＴを生成すると、好ましくはプランク放射８５０又はその近傍にある所要のＣＣＴが生成されると、これ以上のアブレーションは行われない。このように、ＬＥＤデバイスにより生成される波長スペクトルは、ｕ’ｖ’空間の所要の領域内のポイントをデバイスが生成するまで変更される。当業者であれば、例えば、図９、図１１、及び図１２に示されるｘｙ或いはｕｖ空間を含む、本実施形態と共に使用できる多くのタイプの空間があることは理解されるであろう。従って、ｕ’ｖ’空間の使用に関する本発明の説明は、ｕ’ｖ’空間を別のタイプの空間に容易に変換することができ、逆もまた同様である全ての他のタイプの空間を含むことを理解されたい。
【００５２】
図１６においては、微調整可能な程度を示すために、逐次的な小ステップでアブレーションを行い、すなわち、ピッチは変更せず、各パスで少量の材料を除去した。製造環境においては、より少ないアブレーション／測定サイクルを使用することが好ましい可能性がある。しかしながら、単一パスでアブレーションされる材料が多すぎる場合には、バインダが炭化する可能性が高くなる。
【００５３】
別の実施において、波長変換材料のコーティングは、ＬＥＤダイと光学素子との間、例えば接合層３２２の内部、上、又は下に配置することができる。一例として、図５は、サブマウント５０４に実装され、接合層５０８を介して光学素子５０６に接合されたＬＥＤダイ５０２を示しており、ここでは、波長変換材料５１０の層が、接合層５０８と光学素子５０６との間に配置されている。波長変換材料５１０は、ＬＥＤダイ５０２に光学素子５０６を接合する前又はその間に接合層５０９によって光学素子５０６の底面に接合することができる。波長変換材料５１０は、例えば、蛍光体含浸ガラス或いは波長変換セラミックとすることができ、別個に形成された後、ＬＥＤダイ５０２及び光学素子５０６に接合される。ある実施形態において、波長変換材料５１０は、ＬＥＤダイ５０２及び光学素子５０６のうちの１つ又は両方に直接接合することができる。１つの実施形態において、光学素子５０６、ＬＥＤダイ５０２及び波長変換材料５１０は、同時に共に接合される。別の実施形態において、例えば、接合層５０９が接合層５０８よりも高い接合温度を有する場合、波長変換材料５１０は、最初に光学素子５０６に接合し、続いてＬＥＤダイ５０２に接合することができる。蛍光体含浸ガラスなどの適切な波長変換材料は、本出願と同一譲受人であり引用により本明細書に組み込まれる、名称「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ＰｒｅＦａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｍｅｍｂｅｒ（予め作製された波長変換部材を有する半導体発光デバイス）」でＰａｕｌ  Ｓ．Ｍａｒｔｉｎ他によって２００４年６月９日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／８６３，９８０号においてより詳細に検討されている。波長変換材料５１０は、ダイ５０２よりも大きな面積とすることができ、ダイ５０２と同じ面積とすることができ、或いは図示のようにダイ５０２よりも僅かに小さい面積とすることができる。波長変換材料５１０が、ダイ５０２に接合される前に光学素子５０６に接合される場合は、波長変換材料５１０をＬＥＤダイ５０２に接合するのに使用される接合プロセスよりも高い温度の接合プロセスを使用することができる。この結果、接合材料５０９は、接合材料５０８よりも高温の接合材料とすることができる。
【００５４】
図６は、光学素子５０６に接合される前又はその間、波長変換材料５２０がＬＥＤダイ５０２に（及び任意選択的にＬＥＤダイ５０２の縁部を覆って）接合されること以外は、図５に示した実施形態と同様の別の実施形態を示す。従って、図６に示されるように、波長変換材料５２０は、ＬＥＤダイ５０２と接合層５０９との間に置かれる。
【００５５】
別の実施において、波長変換材料のコーティングは、１つ又は複数のＬＥＤダイの上に離れて、例えばガラス、プラスチック、エポキシ、又はシリコーンのエンベロープ上に該エンベロープとＬＥＤダイとの間に中空スペースを有して配置することができる。必要に応じて、中空スペースは、シリコーン又はエポキシなどの材料を充填することができる。１つの実施形態において、波長変換材料は、標準Ｔ１３／４  ５ｍｍ  ＬＥＤランプ又はＬｕｍｉｌｅｄｓ，Ｉｎｃ．が提供するＬＵＸＥＯＮランプ上にスプレーコーティングによって堆積させることができる。次いで、このコーティングを試験し、所要の波長スペクトルが生成されるまで補正することができる。
【００５６】
図７は、ボード６０４上に実装されたＬＥＤ６０２のアレイ６００を示す。ボード６０４は、ＬＥＤ６０２に対して電気コンタクトを提供するのに使用される電気トレース６０６を含む。ＬＥＤ６０２は、例えば上述のように製造された蛍光体変換デバイスとすることができる。ＬＥＤ６０２は各々、異なるＣＣＴを有する白色光を生成することができる。アレイ６００内の異なるＣＣＴを有する白色光を混合することにより、所要のＣＣＴを有する光を生成することができる。必要に応じて、ＬＥＤ６０２は、例えばガラス、プラスチック、エポキシ、又はシリコーンの透明素子６０８で覆うことができる。透明素子６０８は、例えばエポキシ又はシリコーンを充填することができ、これは、光の抽出及び混合並びにＬＥＤ６０２の保護を助ける。アレイ６００は、どのような数のＬＥＤ６０２を含むこともでき、必要に応じてＬＥＤの１つ又はそれ以上は非白色光を生成してもよいことは理解されたい。更に、必要に応じて、複数のＬＥＤ６０２を単一の光学素子６０３に接合させることができ、或いはＬＥＤ６０２のうちの１つ又はそれ以上が光学素子６０３を含まなくてもよい。
【００５７】
図７に示されるように、ＬＥＤ６０２の個体又は群は、例えば、ボード６０４上のトレース６０６に電気的に接続されたコントローラ６１０によって独立して制御することができる。ＬＥＤ６０２或いはＬＥＤ６０２のグループを独立して制御することによって、例えば８５を超える高い演色性を一定の輝度と共に得ることができる。更に、アレイ６００によって生成される白色点は、例えば３０００Ｋから６０００Ｋの広範囲のＣＣＴにわたり調整可能とすることができる。一例として、白色光を生成させる蛍光体変換（ＰＣ）青色ＬＥＤの幾つかは、青色、シアン、アンバー及び赤色などの異なる色を有するＬＥＤと組み合わせて用いて、所要のＣＣＴを有する光を生成することができる。図８のグラフに示されるように、蛍光体変換青色ＬＥＤは、青色領域のピークと組み合わされた緑色域での広いスペクトル７０２を有する光を発生する。蛍光体の厚みは、スペクトルの緑色部分及び青色部分の両方についてほぼ等しいピーク値を生成するように調整することができる。図９は、図８に示されたスペクトルについてのＣＩＥ色度図を示し、黒体ライン７５４の上のｘ及びｙ色座標７５２を示す。勿論、他の領域にピークを有するスペクトルを生成するＰＣ  ＬＥＤを必要に応じて使用することができる。或いは、必要に応じて、様々なスペクトル、すなわち様々なＣＣＴを有する白色光を生成するＰＣ  ＬＥＤを共に使用してもよい。
【００５８】
図７のアレイ６００内のＬＥＤ６０２のほとんどは、図８に示されるスペクトルを発生するＰＣ  ＬＥＤとすることができる。図７に示された残りのＬＥＤ６０２は、例えば、青色、シアン、アンバー及び赤色を生成するＬＥＤである有色ＬＥＤとすることができる。この有色ＬＥＤの輝度は、コントローラ６１０によって調整することができる。有色ＬＥＤとフルパワーＰＣ  ＬＥＤの組み合わせは、図１０に示されるようなほぼ連続したスペクトルを発生する。図１０は、ＰＣ  ＬＥＤからのスペクトル７０２と共に青色、シアン、アンバー及び赤色の有色ＬＥＤからのスペクトル７０４、７０６、７０８及び７１０と組み合わされて、スペクトル７２０を形成するグラフを示す。図１１に示されるＣＩＥ色度図の一部において説明されるように、有色ＬＥＤの輝度を変化させることによって、黒体ライン７６４の一部をカバーする領域を得ることができる。一例として、２９のＰＣ  ＬＥＤと１２の有色ＬＥＤとを含む１つの実施形態は、８５から９５の演色性及び３２００Ｋから５８００ＫのＣＣＴを有する８００ルーメンの輝度を生成することができる。図１２は、２９のＰＣ  ＬＥＤと１２の有色ＬＥＤとのアレイについて可変のＣＣＴを説明するＣＩＥ色度図の一部を示す。勿論、あらゆる数のＰＣ  ＬＥＤ及び有色ＬＥＤを使用してもよい。
【００５９】
本発明を教示の目的で特定の実施形態と関連して説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、様々な改作及び修正を行うことができる。従って、添付の請求項の精神及び範囲は、上記明細書に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】サブマウントに実装されたＬＥＤダイとＬＥＤダイに接合される光学素子の側面図である。
【図１Ｂ】ＬＥＤダイに接合された光学素子を示す図である。
【図１Ｃ】ＬＥＤダイに接合された波長変換部材を示す図である。
【図２】複数のＬＥＤダイがサブマウントに実装され、別個の光学素子が各ＬＥＤに接合された実施形態を示す図である。
【図３】複数のＬＥＤダイがサブマウントに実装され、波長変換層を有する単一の光学素子がＬＥＤダイに接合されている実施形態を示す図である。
【図４】光学素子を覆う波長変換素子を有するこのようなＬＥＤを生成する１つの実施態様のフローチャートである。
【図５】波長変換材料の層が接合層と光学素子との間に配置されている実施形態を示す図である。
【図６】波長変換材料の層がＬＥＤダイ上に配置されている実施形態を示す図である。
【図７】ボード上に実装されているＬＥＤのアレイを示す図である。
【図８】蛍光体変換青色ＬＥＤによって生成された広域スペクトルのグラフである。
【図９】図８に示されたスペクトルについてマークされたポイントを有するＣＩＥ色度図である。
【図１０】ほぼ連続したスペクトルを生成するように組み合わされた蛍光体変換ＬＥＤと有色ＬＥＤとによって生成されたスペクトルのグラフである。
【図１１】有色ＬＥＤの輝度を変化させることによって生成することができるＣＣＴでの変動を示す色空間である。
【図１２】２９の蛍光体変換ＬＥＤと１２の有色ＬＥＤのアレイの可変ＣＣＴを示す色空間である。
【図１３Ａ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の平面図である。
【図１３Ｂ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の平面図である。
【図１３Ｃ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の平面図である。
【図１４Ａ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の側面図である。
【図１４Ｂ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の側面図である。
【図１４Ｃ】所要の相関色温度を有する光を放出するＬＥＤデバイスを生成する実施形態の側面図である。
【図１５Ａ】図１３Ｃで示されたデバイスに類似しているが、一連の孔としてアブレートされた波長変換部材を有するデバイスの平面図である。
【図１５Ｂ】図１３Ｃで示されたデバイスに類似しているが、一連の孔としてアブレートされた波長変換部材を有するデバイスの平面図である。
【図１５Ｃ】図１３Ｃで示されたデバイスに類似しているが、一連の孔としてアブレートされた波長変換部材を有するデバイスの平面図である。
【図１６】波長変換材料のレーザアブレーションの間のＬＥＤのＣＣＴの変化を示す色空間である。
【符号の説明】
【００６１】
１０２  光学素子
１０４  発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ
１０６  サブマウント
１０８  第１の半導体層
１１０  第２の半導体層
１１２  活性領域
１１４、１１６  コンタクト
【図１Ａ】
0005495479.tif 000002
【図１Ｂ】
0005495479.tif 000003
【図１Ｃ】
0005495479.tif 000004
【図２】
0005495479.tif 000005
【図３】
0005495479.tif 000006
【図４】
0005495479.tif 000007
【図５】
0005495479.tif 000008
【図６】
0005495479.tif 000009
【図７】
0005495479.tif 000010
【図８】
0005495479.tif 000011
【図９】
0005495479.tif 000012
【図１０】
0005495479.tif 000013
【図１１】
0005495479.tif 000014
【図１２】
0005495479.tif 000015
【図１３Ａ】
0005495479.tif 000016
【図１４Ａ】
0005495479.tif 000017
【図１６】
0005495479.tif 000018
【図１３Ｂ】
0005495479.tif 000019
【図１３Ｃ】
0005495479.tif 000020
【図１４Ｂ】
0005495479.tif 000021
【図１４Ｃ】
0005495479.tif 000022
【図１５Ａ】
0005495479.tif 000023
【図１５Ｂ】
0005495479.tif 000024
【図１５Ｃ】
0005495479.tif 000025