(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横向き発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
複数のＬＥＤを搭載した横配向パッケージ凹部を備え、前記複数のＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定し、前記各ＬＥＤが異なる波長の光を放出し、該ＬＥＤパッケージが前記異なる波長の光の組み合わせを放出することができ、前記複数のＬＥＤの長軸が、前記各ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、該ＬＥＤパッケージの長軸に対し非平行に配向されている、ＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記異なる波長の白色光になる組み合わせを放出するＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記複数のＬＥＤが３つのＬＥＤであるＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
請求項２に記載のＬＥＤパッケージであって、３色ピクセルを形成するＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記複数のＬＥＤには、赤色発光ＬＥＤと、緑色発光ＬＥＤと、青色発光ＬＥＤとが含まれるＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記異なる波長には、赤色波長と、緑色波長と、青色波長とが含まれるＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記異なる波長の光には、青色波長の光及び黄色波長の光が含まれるＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記異なる波長の光には、青色波長の光と、緑色波長の光と、黄色波長の光と、赤色波長の光とが含まれるＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、前記異なる波長の光には、青色波長の光と、黄色波長の光と、赤色波長の光とが含まれるＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、２７００〜１００００Ｋの範囲の相関色温度（ＣＣＴ）の光を放出するＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、少なくとも４５００〜８０００ＫのＣＣＴの光を放出するＬＥＤパッケージ。
【請求項１２】
表面実装用に構成された請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１３】
ディフューザをさらに備えた請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１４】
請求項１に記載のＬＥＤパッケージであって、さらに封止材を備え、前記封止材が、前記封止材を通る光を物理的に分散させるディフューザを備えたＬＥＤパッケージ。
【請求項１５】
横向き発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
複数のＬＥＤを搭載した横配向パッケージを備え、前記各ＬＥＤが異なる波長の光を放出し、前記ＬＥＤパッケージが前記異なる波長の光の組み合わせを放出することができ、前記複数のＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定し、
前記複数のＬＥＤの長軸が、前記各ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、前記ＬＥＤパッケージの長軸に対し非平行に配向されている、ＬＥＤパッケージ。
【請求項１６】
発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
パッケージと、
前記パッケージに搭載されたＬＥＤとを備え、
前記ＬＥＤの長軸が、前記ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、前記パッケージの長軸と非平行であり、
該ＬＥＤパッケージは横配向であり、前記ＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定する、
ＬＥＤパッケージ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＬＥＤパッケージであって、前記パッケージが矩形であると共に前記ＬＥＤが矩形であるＬＥＤパッケージ。
【請求項１８】
横向きパッケージである請求項１６に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１９】
表面実装用に構成された請求項１６に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２０】
発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
パッケージ長軸を備えたパッケージと、
前記パッケージに搭載されたＬＥＤとを備え、前記ＬＥＤがＬＥＤ長軸を備え、前記パッケージ長軸が、前記各ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、前記ＬＥＤ長軸と非平行であり、
該ＬＥＤパッケージは横配向であり、前記ＬＥＤが実質的に透明な封止材であって蛍光体及びディフューザを含む封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定する、
ＬＥＤパッケージ。
【請求項２１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
パッケージと、前記パッケージに搭載されたＬＥＤとを備え、前記ＬＥＤの長軸が、前記ＬＥＤの放射平面に対して平行な平面において、前記パッケージの長軸に対して非平行であり、
該ＬＥＤパッケージは横配向である
ＬＥＤパッケージ。
【請求項２２】
ディスプレイであって、
ライトガイドと、
前記ライトガイド内に光を放出するように配置された少なくとも１つの横向き発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージとを備え、前記ＬＥＤパッケージが、
複数のＬＥＤが搭載された横配向パッケージ凹部を備え、前記各ＬＥＤが異なる波長の光を放出し、前記ＬＥＤパッケージが前記異なる波長の光の組み合わせを放出することができ、前記複数のＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定し、前記複数のＬＥＤの長軸が、前記各ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、前記ＬＥＤパッケージの長軸に対し非平行に配向されている、ディスプレイ。
【請求項２３】
ディスプレイであって、
ライトガイドと、
前記ライトガイド内に光を放出する少なくとも１つの横向き発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージとを備え、前記ＬＥＤパッケージが、
パッケージ凹部と、該パッケージ凹部内のＬＥＤとを備え、前記ＬＥＤの長軸が、前記ＬＥＤの放射平面に対して平行な平面において、前記パッケージの長軸と非平行であり、
前記ＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定する、ディスプレイ。
【請求項２４】
ディスプレイであって、
ライトガイドと、
前記ライトガイド内に光を放出する少なくとも１つの横向き発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージとを備え、前記ＬＥＤパッケージが、
パッケージと、
前記パッケージに搭載されたＬＥＤとを備え、
前記ＬＥＤの長軸が、前記ＬＥＤの放射表面に対して平行な平面において、前記パッケージの長軸と非平行であり、
前記ＬＥＤが実質的に透明な封止材で覆われ、前記封止材は非平面のメニスカスを規定する、ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、より具体的には、横向き表面実装（ｓｉ
ｄｅ−ｖｉｅｗ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔ）用途に使用され、かつ白色光を生成する
パッケージ化されたＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードの基礎物理特性は、従来技術において十分に理解されており、これに限
定されないが、非特許文献１および非特許文献２を含む、複数の出展において説明されて
いる。発光ダイオードの実用的な用途も十分に理解されており、非特許文献３および人虚
文献４を含む、複数の出展において有用な表現で説明されている。
【０００３】
横向き表面実装ダイオード（「サイドルッカ」（ｓｉｄｅ−ｌｏｏｋｅｒｓまたはｓｉ
ｄｅｌｏｏｋｅｒｓ）とも称される）は、回路基板または類似した取り付け台の面に平行
に放射ビームを伝達する様式でパッケージ化される。そしてまた、白色光を生成すること
ができるサイドルッカダイオードは、セルラ電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯型ゲー
ムデバイス、および類似した用途のカラースクリーンディスプレイのような、比較的小さ
なデバイスへの組み込みに有用である。
【０００４】
このような用途は、しばしば、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）、偏光材料、およびカ
ラーフィルタを使用して、フルカラー効果を生じさせる。典型的な液晶は、光を生成しな
いので、多くの場合、光源および他のディスプレイ素子とともに使用されて、所望の可視
出力を生成する。多くの理由（低コスト、長寿命、信頼性）により、発光ダイオードは、
そのようなディスプレイの光源として多用される。そしてまた、白色光を生成するＬＥＤ
は、特にそのような用途に有用である。
【０００５】
セルラ電話のような物理的に小型または低電力のディスプレイ用途では、他のディスプ
レイ素子の縁部または周辺部に沿って白色ＬＥＤダイオードを配置する設計が成されてい
る。ＬＥＤをこの位置に配置したときに、該ＬＥＤは、ディスプレイに対して垂直ではな
く、実質的に平行な出力を提供する。従って、規定された面（通常は、回路基板またはデ
ィスプレイ素子）に対して横方向に出力を方向付ける様式でパッケージ化されたダイオー
ドは、横向き表面実装ダイオードまたは「サイドルッカ」と称される。
【０００６】
概して、発光ダイオードは、２つの異なる手法を使用して白色光を生成する。１つの手
法では、補色色相（例、赤色、緑色、青色）の複数のＬＥＤを組み合わせて、白色光を生
成する。もう１つの手法では、可視スペクトルの高エネルギ部分（すなわち、青色、青紫
色、または紫外線）において放出する発光ダイオードを、可視スペクトルの低エネルギ領
域において放出する蛍光体（例えば、高エネルギ部分によって励起されたときに黄色を放
出する）とともに使用する。適切に選択すると、ダイオードによって放出された放射と、
蛍光体によって放出された黄色の放射との組み合わせが白色光を生成する。
【０００７】
赤色−緑色−青色ダイオードによる手法は、状況によってはより忠実な（ｔｒｕｅｒ）
色を成すという利点を提供することができるが、一般的に、各ＬＥＤ色相の能動的なフィ
ードバックおよび制御が必要である。別様には、蛍光体を用いた単一のダイオードの手法
は、一般的にダイオードチップに隣接した封止材によって担持された、単一の（通常は青
色の）ＬＥＤおよび１つ以上の蛍光体しか必要としないので、物理的構成および回路に関
しては幾分単純である。
【０００８】
多数のこれらのディスプレイ用途に対しては、可視性が主要な目標である。従って、あ
らゆる所与の供給源から可能な限り多くの光出力を得るという、決まった目標が残る。し
かし、サイドルッカＬＥＤでは、エンドユーザおよび時折中間製造業者は、可視出力の少
なさ、ひいては下層のダイオードが示す能力の低さに直面する場合がある。その際、半導
体ダイオード自体（以下、本願明細書では、「チップ」と称する）の出力は、しばしば、
電力に換算して表される（例、ミリワット：ｍＷ）。しかし、ダイオードの最終用途はデ
ィスプレイであるので、パッケージ化されたときの出力およびその使用は、一般的に光度
に換算して測定および表される。光度は、カンデラ（１ステラジアンあたりのルーメン）
に換算して測定される。カンデラは、１ステラジアンあたり１．４６ミリワットの強度を
有する特定の方向における５５５ナノメートル（ｎｍ）での単色光源からの電磁場の大き
さとして定義されているので、ダイオードの理論的に完全な発光出力は、その電力出力か
ら計算することができる。
【０００９】
しかし、実際には、複数の因子（そのいくつかは、不可避である）により、効率が、理
論的なものからあまり大きくない実際の出力まで減じられる。１つの因子は、大部分のＬ
ＥＤにおいて光を生成するｐ−ｎ接合が、固有の指向性出力を持たないことである。代わ
りに、接合部から全方向に光子が放出される。従って、光子がこうした異なる方向に移動
すると、その一部が吸収または内部反射される。
【００１０】
出力を減じる可能性のある他の因子には、蛍光体の量および組成、その配置、封止材の
組成および幾何学的形状、およびパッケージの幾何学的形状が挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｓｚｅ、Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９８１年）
【非特許文献２】Ｓｚｅ、Ｍｏｄｅｒｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（１９９８年）
【非特許文献３】ＬＥＤ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＮＬＰＩＰ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ａｎｓｗｅｒｓ、Ｖｏｌｕｍｅ  ７、Ｉｓｓｕｅ  ３（２００３年５月）
【非特許文献４】Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、２００３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、より明るいディスプレイを製造するには、横向き表面実装の白色発光ダイオー
ドの出力効率を増加させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一側面では、本発明は、発光ダイオードである。該ダイオードは、パッケージ支持体と
、該パッケージ支持体上の半導体チップとを含み、該チップは、スペクトルの可視部分の
光を放射する活性領域を含む。金属接点は、パッケージ上のチップと電気的に接続を行う
。実質的に透明な封止材が反射型パッケージのチップを覆う。封止材内の蛍光体は、該チ
ップによって放出された放射とは異なり、かつ該チップによって放出された波長に応答す
る可視スペクトルの放射を放出する。
【００１４】
別の側面では、本発明は、発光ダイオードと平面のディスプレイ素子とを組み合わせた
ディスプレイ素子である。該組み合わせは、ディスプレイ素子の周辺部に配置された発光
ダイオードと、ダイオードの出力をディスプレイ素子の面に実質的に平行に方向付けるパ
ッケージ支持体とを備えた、実質的に平面のディスプレイ素子を含む。
【００１５】
本発明の上述の目的、他の目的、および利点、ならびにこれらが達成される様式は、添
付図面を参照しながら以下の詳細な説明に基づいて、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、部分的にパッケージ化されたチップを示す概略的な斜視図である。
【図２】図２は、蛍光体を含む、従来のパッケージ化されたＬＥＤチップを示す概略図である。
【図３】図３、図４および図５は、本発明に従う用途に用いられるような蛍光体粒子の写真である。
【図４】図３、図４および図５は、本発明に従う用途に用いられるような蛍光体粒子の写真である。
【図５】図３、図４および図５は、本発明に従う用途に用いられるような蛍光体粒子の写真である。
【図６】図６は、種々の基本デバイスの出力を示す色度図である。
【図７】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図８】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図９】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図１０】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図１１】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図１２】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図１３】図７〜図１３は、本発明に従うパッケージ化されたダイオードの概略断面図である。
【図１４】図１４〜図１６は、本発明に従うダイオードの側面図である。
【図１５】図１４〜図１６は、本発明に従うダイオードの側面図である。
【図１６】図１４〜図１６は、本発明に従うダイオードの側面図である。
【図１７】図１７は、本発明に従うディスプレイ素子の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および２は、本発明に関してさらに説明するための適切な背景を形成する、ＬＥＤ
構造体の一般的側面を示す図である。その最も広範な文脈において、本発明は、パッケー
ジ支持体と、該パッケージ支持体上の半導体チップとを備えた発光ダイオードである。例
示的な実施形態では、パッケージ支持体は、光出力を高めるように反射型（または反射素
子を含む）である。チップは、スペクトルの可視部分またはＵＶ部分の光を放出する活性
領域（層、ｐ−ｎ接合）と、反射型パッケージ上のチップと電気的に接続している金属接
点と、反射型パッケージ内のチップを覆う実質的に透明な封止材と、チップによって放出
される周波数よりも長い波長（より低いエネルギ）の可視スペクトルの放射を放出する、
およびチップによって放出される波長に応答して放射を放出する封止材内の蛍光体とを含
む。チップは横向きの配向で配向され、チップによって放出された波長と蛍光体によって
放出された波長との組み合わせにより、色度図上の適切な境界内の白色光を生成する。
【００１８】
こうした文脈から、図１は、全体的に参照数字２０で指定された、部分的にパッケージ
されたダイオードチップを示す図である。「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」という用
語は、しばしばパッケージ全体に対して使用されるので、本願明細書では「チップ」とい
う用語を使用して、デバイスの半導体部分を表す。図１は、反射型パッケージ支持体２１
を示す図であり、その性質および構造は、図７を参照して以下に詳述する。図１は、事実
上概略図であるので、その形状およびサイズは、特定のデバイスの厳密な代表例ではなく
、明確にするために示されているものと理解されよう。
【００１９】
図１に示されるように、反射型パッケージ２１は、反射凹部および床面２３を規定する
、下方へ傾斜した（場合によっては、垂直な）４つの壁２２を含む。半導体チップ２４は
、床面２３上に載置され、従って反射型パッケージ２１上に載置される。チップ２４は、
概略的に矩形２４で示されているが、該チップは、一般的に、複数のエピタキシャル層と
、スペクトルの可視部分またはＵＶ部分の光を放出するｐ−ｎ接合とを含む、活性領域を
含むものと理解される。一対の金属接点２５および２６は、反射型パッケージ２１上のチ
ップ２４と電気的に接続している。厳密な関係は、図７を参照して以下に詳述するが、一
般的に、チップ２４の導電部分は、金属接点のうちの１つ（図１の２５）と電気的に接続
し、一方で、ワイヤ２７がチップ２４をもう１つの接点２６に接続する。また、接点２５
および２６は、直方体として概略的に示されているが、それらの目的は、適切な回路基板
に相補型デバイスを嵌合することであり、従って、必要に応じて成形されるものと理解さ
れよう。
【００２０】
図２は、全体が参照数字３０で示された、パッケージ化された発光ダイオードの別の配
置を示す概略図である。図２において、半導体チップ３１は、金属リードフレーム素子３
２上に直接載置される。相補型金属接点３３は、パッケージ３０全体のうちの一部を形成
し、ワイヤ３４を通じてチップ３１と電気的に接続する。
【００２１】
図２は、パッケージ３０内のリードフレーム３２上のチップ３１を覆う実質的に透明な
封止材も示している。図１には封止材が示されていないが、概略的に説明すれば、該材料
は、傾斜壁２２および床面２３によって規定された反射型パッケージ２１内の凹部を部分
的に、または完全に満たしている。
【００２２】
図２は、封止材３５に含まれた、全体的に参照数字３６で示された蛍光体を示している
。蛍光体３６は、チップ３１によって放出された放射、およびチップ３１によって放出さ
れた波長に応答して放出された放射よりも低いエネルギを有する可視スペクトルの放射を
放出する。
【００２３】
背景の文脈としての図１および図２によって、本発明の更なる機能は、残りの図面に関
して理解されよう。
本発明に従って、蛍光体の性質が、本願明細書に記載したタイプの横向き表面実装ダイ
オードの出力効率を改善できるということが発見された。大部分の蛍光体は、沈殿および
焼成を含む化学反応によって生成された固体材料である。蛍光体を処理および貯蔵すると
きに、それらの個々の物理的粒子を凝集させることができる。概して、非凝集蛍光体は、
凝集させたものよりも良好に機能する傾向がある。さらに、非凝集粒子のより良好な機能
のため、蛍光体をミリングすることによって、粒子サイズを減じることができる。それで
もなお、ミリングプロセスは、蛍光体の光学的応答を減じる非放射経路を生成する可能性
のある表面欠陥を方向付けることによって、蛍光体の光学的性能を低下させる。
【００２４】
例示の目的で、本願明細書の図３は、凝集させた蛍光体を示す写真であり、図４は、非
凝集蛍光体の写真であり、図５は、ミリングした蛍光体の写真である。（チップからの）
青色放射を相補する好適な蛍光体には、色度（ＣＩＥ）図に記載の関連する放出座標に関
して、ＹＡＧ：Ｃｅ（ｃｃｘ＝０．４４，ｃｃｙ＝０．５４）およびその誘導体、（Ｓｒ
，Ｂａ）２Ｓｉ０４）：Ｅｕ（０．４３，０．５３）、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、緑色を放
出するＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（ｃｃｘ＝０．２７，ｃｃｙ＝０．６８）、および赤色を放
出する（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ（ｃｃｘ＝０．６５，ｃｃｙ＝０．３３）が挙げられる。
【００２５】
蛍光体の粒子サイズは、所与の粒子の最大直径に基づいて、約１ミクロン（１μｍ）を
超えることが好ましく、効率を最大化するためには約２μｍを超えることが好ましい。粒
子が小さいと、封止材内で適切に定着または分散しない傾向があり、従って、色の不均一
性をもたらす傾向がある。粒子が大きすぎると、当然ながら、あらゆる蛍光を発する利益
にもかかわらず、光に対する物理的なバリアとなり、その結果、機能を低下させることに
なる。従って、上限を厳格に定める必要はないが、約２〜２５ミクロンのサイズ範囲が好
適である。
【００２６】
蛍光体の粒子をコーティングすることで、該粒子の取り扱いおよび分散特性が改善され
るものと予想される。約１重量パーセント（１％）未満の量を蛍光体の表面に付着させた
、ナノメートルサイズ（例、１５ナノメートル未満）の、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２
）の無機コーティングを行うことで、良好に機能するものと予想される。その例には、Ｎ
ｉｓｓａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｏｕｓｔ
ｏｎ、Ｔｅｘａｓ、ＵＳＡ）製のコロイド状シリカのＳＮＯＷＴＥＸラインが挙げられる
。当然、コーティングは、チップからの励磁周波数、および蛍光体からの放出周波数の両
方を透過しなければならない。
【００２７】
好適な実施形態では、本発明に従う半導体チップは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはＩＩ
Ｉ族窒化物のような、広いバンドギャップの半導体材料で形成される。その例には、本願
明細書の譲受人であるＣｒｅｅ，Ｉｎｃ.（Ｄｕｒｈａｍ、ＮＣ、ＵＳＡ）によるチップ
が挙げられる。Ｃｒｅｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、［オンライン］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ
ｒｅｅ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ（２００６年４月）を参照されたい。そ
れらの幅広いバンドギャップ能力により、これらのチップは、可視スペクトルの青色部分
で放出する傾向がある。従って、スペクトルの黄色部分で放出する蛍光体は、青色放出ダ
イオードチップの好適な相補蛍光体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）である。例示的なチップは
、３８０ｎｍの短さの波長で（すなわち、ＵＶで）放出することができ、（２０ミリアン
ペア（ｍＡ）の電流で）３ボルト（Ｖ）以下の順電圧で動作するチップを含み得る。チッ
プは、光抽出を高めるように、粗面化した、またはレンズ状の表面または基板を含み得る
。
【００２８】
蛍光体の組み合わせは、青色またはＵＶ放出チップとともに使用して（例、青色と黄色
、青色と緑色と赤色、および青色と緑色と黄色と赤色）、白色光を生じさせることができ
る。３つ以上の色を使用することで、特定の白色点、およびより良好な色表示（ｃｏｌｏ
ｒ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）を選択する機会が提供される。また、２つ以上の放出ピークを
有するＬＥＤは、１つ以上の蛍光体を励起して、白色光を生成するのに有用となることも予想される。
【００２９】
本願明細書で使用する場合、および一般的に当該分野では、「白色」という用語は、組
み合わせたときに人間の眼に白色の影として現れる、２つ以上の放出を生成するデバイス
の出力を説明する際に使用される。特に、照明デバイスは、それらの「相関色温度」（Ｃ
ＣＴ）によって分類される場合があるが、これは、特定のデバイスの色を、特定の温度に
加熱された参照光源と比較するものである。本発明に従うデバイスは、少なくとも４５０
０Ｋ〜８０００Ｋ、場合によっては２７００Ｋ〜１０，０００ＫのＣＣＴを有する。
【００３０】
「白色」光を説明する別の方法として、図６は、十分に理解された色度（すなわち「Ｃ
ＩＥ」）のグラフである。該グラフおよび色の性質に精通していれば、２つの色源が利用
可能なときに、それらが生成できる唯一の可能な色の組み合わせは、ＣＩＥのグラフ上に
おいて、それらの色と色の間の単一の線に沿って含まれることが理解されよう。第３また
は第４の色を加えることによって、利用可能な色点は、選択した色のそれぞれの点によっ
て規定される多角形内に含まれる。従って、２つの異なる放出を伴う２つの蛍光体をチッ
プおよびその第３の色放出とともに使用したときには、ダイオードによって放出される色
は、グラフ内の特定の位置（すなわち、白色を含む特定の色）に含まれるように設計する
ことができる。白色光を表すＣＩＥのグラフ内の位置は、この技術分野において概ね十分
に理解されている。
【００３１】
図７〜図１３は、チップ、反射型パッケージ、封止材、蛍光体、潜在的にディフューザ
、および接点の中の、およびそれらの間の種々の可能な関係を示す図である。
図７は、全体的に参照数字４０で示されたＬＥＤを示す図であり、半導体チップ４１は
、反射型パッケージ４２の床面上に配置され、該パッケージは、一般的に、ポリフタルア
ミド（例、Ｓｏｌｖａｙ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｌ．Ｌ．Ｃ．、Ａｌｐ
ｈａｒｅｔｔａ（ＧＡ、ＵＳＡ）によるＡＭＯＤＥＬ）、または耐熱ポリアミド樹脂（例
、Ｋｕｒａｒａｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ（東京、日本）によるＧＥＮＥＳＴＡＲ）のような白
色樹脂で形成される。封止材４３は、部分的に樹脂パッケージ４２の凹部（図１）を満た
し、ダイオード４０の他の幾何学的形状に関してメニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）４４を
形成する。
【００３２】
図７では、蛍光体４５が定着している（本願明細書では、封止材４３の下部２５パーセ
ントに、５０パーセント以上の蛍光体が存在するものと定義される）。ディフューザ４６
は、封止材内に含まれ得、光出力を高めることができる。本願明細書で使用する場合、デ
ィフューザは、封止材内の光をより効率的に散乱させ、従って全出力を高めるのを助力す
る、任意の固体粒子である。ディフューザは、一般的にセラミックであり、チップ、パッ
ケージの幾何学的形状、および蛍光体に対して選択または調整することができる。
【００３３】
例えば、ディフューザとして使用される二酸化ケイ素粒子は、一般的な封止材に近い屈
折率を提供し、従って「より弱い」ディフューザとして作用する。これにより、損失が少
なくなる。ＳｉＯ２も、容易かつ広範囲に利用可能である。
【００３４】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ディフューザとして使用することができ、同様に比較的低損
失であるが、屈折率が高いので強いディフューザとなり、状況によっては好都合である。
しかし、炭化ケイ素は、概して、粒子サイズが小さいと、二酸化ケイ素よりも機能し難い
。
【００３５】
二酸化チタン（ＴｉＯ２）のような他のセラミックは、容易に利用することができ、必
要に応じて組み込むことができる。セラミックに加えて、または封止材内にこれらを分散
させることに加えて、ディフューザは、実際には、別個の要素にプリフォームし、次いで
所望の場所に配置することができる。図７に示されるように、ディフューザ４６は、チッ
プ４１および蛍光体４５を覆って配置することができ、一般的に封止材層内にぶら下げら
れる。
【００３６】
図７は、樹脂パッケージ４２とともに接点４７も示す。
図８は、チップ４１および一部の周囲素子の拡大図である。図８では、蛍光体４５は、
場合により「凹凸のある（ｇｌｏｂｂｅｄ）」と称される配向で、チップ４６上に直接集
結される。ディフューザ４６は、封止材４３内のメニスカス４４と蛍光体４５との間に配
置される。パッケージ４２の部分は、図８の背景を形成する。ワイヤ５０は、チップ４６
の少なくとも１つの電極を接点（図８には示さず）に接続する。
【００３７】
図９は、全体的に５２で指定された（その他の点では図７および８の参照数字と同じ共
通の素子を有する）一実施形態を示す図であり、蛍光体４５は、堆積プロシージャ（例、
電気泳動析出）によってチップ４１上に配置されている。このような堆積により、封止材
４３とパッケージ４２との間のチップ４１に対して、蛍光体の極めて均一な配置様式が提
供される。
【００３８】
図１０は、別の要素部分の構成要素として、チップ４１を覆って直接配置されたプリフ
ォーム５４内に蛍光体を含めた、一実施形態の拡大図である。図１０の他の素子は、その
他の点では図７〜９と同じである。
【００３９】
図１１は、図１０に類似した配置の図であるが、特定の間隙５６、またはチップ４６と
蛍光体との間に物理的なスペーサ素子を備えている。間隙の存在により、光には、蛍光体
５４のプリフォームに当たる前にチップ４１から逃れる機会が提供され、それによって、
光がより低い周波数に変換される機会を得る前に、密に隣接する蛍光体が光を物理的に遮
断しないようにする。
【００４０】
さらに他の実施形態では（図示せず）、ディフューザ４６は、蛍光体よりもチップ４１
に密に隣接させて配置することができ、従って、光が蛍光体に当たる前に、光を拡散させ
ることができる。
【００４１】
例示的な実施形態では、封止材は、単一か、または複数の組成で構成され、該組成は、
物理的、光学的、および化学的組成に対して選択される。封止材の例示的な組成には、シ
リコーン、エポキシ樹脂、エラストマ、特定のゲル、熱可塑性樹脂、およびアクリル樹脂
が挙げられる。概して、封止材は、関連する周波数の範囲内で透明でなければならず、チ
ップ内、パッケージ内、蛍光体内、またはディフューザ内の材料との化学反応に対して、
耐性を有するか、または不活性でなければならない。可能な範囲で、封止材は、光化学反
応に耐性を有さなければならず、また、所望の環境保護、および必要な物理的強度を提供
しなければならない。これらの特定の因子のそれぞれは、特定の状況においてさらに重要
となる場合があり、従って、特定の用途によって最適な選択は変化する。
【００４２】
封止材の屈折率（ＩＲ）は、一般的に、約１．４〜約１．６の間の範囲とすべきである
。封止材は、この範囲内で屈折率が幾分高い（１．５〜１．６）または幾分低い（１．４
〜１．５）ものとしてさらに特徴付けることができる。高屈折率の封止材には複数の利点
があるが、低屈折率の材料と同じように伝達させることができない。加えて、屈折率の範
囲が１．４〜１．５にある材料は、より広範囲に利用できる傾向がある。
【００４３】
封止材の透明性は、１センチ当たり１デシベル未満の損失で、約４６０〜５５０ナノメ
ートルの波長のうちの９５パーセント超を伝送できるようにしなければならない。
物理的な観点から、封止材は、約２０〜１００のショアＤ硬度を有し、エラストマは、
ショアＡスケールで約１０〜９５であり、また、ゲルは、ショア００スケールで約１０〜
５０である。
【００４４】
所望の性質、または必要な製造の性質に依存して、封止材の硬化温度は、好都合な目的
を考慮に入れることができる。
図７、８、９、１０、１１、および１３に示されるような多くの実施形態では、封止材
は、負のメニスカス４４を有する。メニスカスの深さは、パッケージの壁とメニスカスと
の間の距離として定義され、種々の目的に対して選択することができ、一般的に、０（平
面のメニスカス）〜５００ミクロンの範囲である。約３２０〜２８０ミクロンのメニスカ
スの深さでは、より狭い視角（９０°〜１１０°）、およびより高い色の均一性が提供さ
れる。約２６０ミクロンの深さでは、より広い視角（１１０°〜１２０°）での色の均一
性が提供される。
【００４５】
必要に応じて、図１２に示されるように、封止材４３は、ドーム（レンズ）６０を形成
することができる。例示的な実施形態では、ドームは、パッケージ４２の頂部を越えて、
約６０〜４００ミクロンの高さを有することができる。メニスカス４４またはドーム６０
のサイズおよび形状に依存して、近ランバート（ｎｅａｒ−Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）遠視
野パターンを生成することができる。特定の形状は、光抽出の最大化を助力することがで
きるが、一部の色の均一性に対するコスト（すなわちトレードオフ）がかかる場合がある
。しかし、必要に応じて、蛍光体およびディフューザの設置を調整して、所望の結果を得
ることができる。
【００４６】
上述したように、チップ（大部分の図面では４１）は、以下の２つの機能を果たす比較
的高いエネルギを放出することが好ましい。第１は、蛍光体が、高エネルギ（短波長）の
光子を、第２の色の低エネルギ（長波長）の光子に変換することである。第２は、蛍光体
からの、変換されない高周波数の光子と低周波数の光子との組み合わせが、白色光を生成
できることである。従って、チップは、広いバンドギャップの材料から形成されることが
好ましく、例示的な実施形態における該材料は、ＩＩＩ族の窒化物のうちの１つである。
垂直導通材料（例、炭化ケイ素）上のチップ、または基板を除去したこれらのチップの有
用性によって、パッケージ全体を好都合な幾何学的形状とすることができる。導電基板と
ともに使用したときには、チップは、単一の頂側部接点に限られる場合があるので、必須
ではないが、頂側部接点を任意に作製する。
【００４７】
チップは、上部接点を用いずに接合される隆起とすることもできる。
チップは、効率的な形態で所望のパッケージのサイズに整合するアスペクト比を有する
ことが好ましい。従って、チップのプロファイルは、正方形とするか、または１．２、１
．５、２．０（の間の）、またはそれ以上のアスペクト比を有する場合がある。
【００４８】
チップは、場合によっては、いくつかの用途において低放射束チップを許容することが
できるが、３０ミリワット超の放射束を有することが好ましい。
上述のように、所望の色を得るには、チップからの主波長を約４３０〜４７０ナノメー
トルとし、ピーク波長を約３８０〜４７０ナノメートルとすべきである。当業者によって
認識されるように、主波長という用語は、約４３０ナノメートル未満ではあまり意味を成
さない。
【００４９】
背景技術で詳述したように、パッケージは、３つのチップを組み込んで、白色光を生成
する３色ピクセルを形成することができる。３色ピクセルは、白色光の生成にフィルタも
蛍光体も不要である、という利点を提供する。しかし、このようなピクセルには、追加的
なリード線および回路が必要である。
【００５０】
チップの厚さは、重要な設計パラメータになり得る。しかし、厚さは相対的なものであ
り、いくつかの用途では比較的厚いチップによって良好に機能し、他の用途では比較的薄
いチップによって良好に機能することがあると理解されよう。透明な場合、厚いチップは
、白色の均一性を助力する傾向があるが、薄いチップは、輝度を増加させる傾向がある。
【００５１】
概して、チップのエピタキシャル膜部分は、比較的に小さなものとなり、一般的に約２
μｍである。しかし、チップサイズ全体は、一般的に約２５μｍから、最大で２５０μｍ
の範囲となる。２５μｍのチップは、輝度的な利点を提供するが、サイズが小さいために
取り扱いがより難しくなる。厚いチップは、より容易に取り扱うことができ、上述のよう
に、光抽出の均一性を改善することができる。しかし、基板が透明でない場合は、厚さの
増加は、いかなる光学的利点も提供しない。
【００５２】
概略図は、例えば図１に示された配向のように、パッケージの幾何学的形状に対して整
列した形態でチップを示す傾向がある。しかし、チップは、より効率的に光を抽出するよ
うに、異なって（一般的に、面内を回転させて）配向することができる。このような配向
は、特に矩形のチップの長軸を矩形のパッケージの長軸と整合させないようにすることに
よって、色の均一性を改善することができる。
【００５３】
図中には具体的に別個の素子として示されていないが、このタイプのダイオードに精通
していれば、チップ（例、図７〜１３の４１）は、何らかの様式でパッケージ４２に固定
されるものと認識されよう。ある場合では、チップは、銀エポキシまたは共晶金属のよう
な材料によって、導電的に取り付けられる。他の導電的な取り付けには、導電テープ、お
よび導電性の熱可塑性物質（すなわち、導電性経路を形成するように、第２の構成要素を
その中に分散させたプラスチック）が挙げられる。このような導電性接着剤は、いくつか
の実施形態には必要であるか、または好都合であるが、光損失の更なる可能性を提供する
場合がある。例えば、銀エポキシは、使用時には不透明である傾向がある。従って、使用
時には、その導電的利点を潜在的な光損失に対してバランスさせる。
【００５４】
チップとパッケージとの間の直接の導電的な取り付けが不要な設計の場合、取り付けは
、非導電性材料を使用して行うことができる。これらには、封止材と同じ（または関連す
る）材料、テープ（複数のセルラ電話の構成要素は、一般的にこの様式で取り付けられる
）、または熱可塑性プラスチック、エポキシ、シリコーン、およびアクリルを含む、上述
の樹脂類のうちの１つが挙げられる。
【００５５】
本発明の他の側面を図１３〜１６に示す。図１３は、全体的に参照数字６２で指定され
た、パッケージ化されたチップを示す図であり、傾斜側壁６３は、チップ４１のサイズに
比較的密に整合する床面を形成する角度で配置され、従って、接触領域が減じられる。概
して、パッケージ材料４２の反射性が、接点金属４７よりも高い場合は、接触領域を最小
化することで、より大きな光抽出がもたらされる。
【００５６】
次に、図１４、１５、および１６は、接触領域を、その光学的特性に基づいて、どのよ
うに変更することができるのかを示す図である。図１４〜１６は、本発明に従うサイドル
ッカダイオードの側面図であり、光生成の所望の方向は、図面のページから外側へ読み手
の方へと向かう。
【００５７】
これらの図は、すべてチップ４１および樹脂パッケージ４２を含む。図１と一致する様
式で、樹脂パッケージ４２は、複数の傾斜壁６４を含み、該壁は、図１４〜１６において
、不規則な６面の多角形を規定し、また、類似の（だが、より小型の）形状の床面６５を
規定する。
【００５８】
図１４は、パッケージ材料４２の反射性が、６６および６７で示された金属接点よりも
高い実施形態を示す図である。従って、図１４では、パッケージ４２の床面６５に対する
接触領域が最小限に抑えられる。
【００５９】
図１５は、接点材料７０、７１の反射性が、パッケージ材料４２よりも高い一実施形態
を示す図である。このような場合、パッケージの床面６５に対する接点７０、７１の領域
が大きくなると、得られるデバイスの輝度が増加する。
【００６０】
図１６は、パッケージ４２および接点７２、７３の反射特性がより類似しており、従っ
て、それぞれの相対的サイズがあまり重要ではない一実施形態を示す図である。
図１７は、ディスプレイ素子との関連における本発明に従うダイオードの概略図である
。ディスプレイ素子は、全体的に参照数字７４で指定され、実質的に平面である。上述の
ように、ディスプレイ７４の最終用途には、現在では十分に認識されているセルラ電話、
携帯情報端末、および携帯型ゲームデバイスによる複数の用途が含まれる。これらの用途
のそれぞれは、明確にするために図１７には示されていないが、複数の設計および機能要
素を包含する。なお、これらのディスプレイは、当業者には十分に理解されており、従っ
て本発明は、過度の実験を行わずに当該の用途に組み込むことができる。
【００６１】
その点を考慮して、図１７は、ディスプレイ素子７４の周辺部７７に配置された２つの
ダイオード７５および７６を示す図であり、矢印８０は、ダイオードが、ディスプレイ素
子７４の面に平行な一次方向に光を方向付けることを示す。ディスプレイ素子７４は、液
晶ディスプレイ８１、１つ以上の色フィルタ８２、および潜在的に偏光フィルム８３のよ
うな、概略的に示された追加的な要素も含むことができる。
【００６２】
図面および明細書において本発明の好適な一実施形態を説明し、特定の用語を用いたが
、それらは、単に一般的かつ記述的な意味で使用したものであり、制限することを目的と
したものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲において定義される。
【図１】
0005936327.tif 000002
【図２】
0005936327.tif 000003
【図３】
0005936327.tif 000004
【図６】
0005936327.tif 000005
【図７】
0005936327.tif 000006
【図８】
0005936327.tif 000007
【図９】
0005936327.tif 000008
【図１０】
0005936327.tif 000009
【図１１】
0005936327.tif 000010
【図１２】
0005936327.tif 000011
【図１３】
0005936327.tif 000012
【図１４】
0005936327.tif 000013
【図１５】
0005936327.tif 000014
【図１６】
0005936327.tif 000015
【図１７】
0005936327.tif 000016
【図４】
0005936327.tif 000017
【図５】
0005936327.tif 000018