(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光パッケージの製造方法であって、
（ａ）１以上の発光チップをボードに固定する段階と、
（ｂ）シリコーンの２以上の液剤を蛍光体材料とプレミックスして供給原料を形成する段階と、
（ｃ）前記１以上の発光チップから離隔したガラスドーム内で前記供給原料を賦形してシリコーンシェルを形成する段階と、
（ｄ）蛍光体が懸濁したシリコーンシェルを後処理する段階と、
（ｅ）発光チップの上に、発光チップから離隔した状態で前記シェル及びドームを配設する段階と、
（ｆ）前記シェル及びドームを前記ボードに固定する段階と
を含んでいて、前記ガラスドームがシリコーンシェルと熱的に連絡している、方法。
【請求項２】
前記シリコーンシェルとボードとの間の内部容積を封入材で充塞する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
（ｆ）の固定段階が熱伝導性接着剤の塗布を含む、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
後処理段階が熱架橋を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記シェルが２０ｍｍ超の直径を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記蛍光体材料が、発光によって白色光ブレンドを生成する異なる蛍光体の混合物を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記シリコーンが、４１〜４６のショアＡ硬さ、１．３超の屈折率及び５．５ＭＰａ超の引張強度を有する透明メチル系シリコーンを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記シリコーンシェルとドームとが同心に形成される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記シリコーンシェルが、熱伝導性充填材を含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記充填材が、Ａｌ2Ｏ3、ＩＴＯ、ＡｌＮ及びそれらの混合物から選択される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記充填材が１０ｎｍの平均粒径を有する、請求項９又は請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記ドーム内に２以上の発光ダイオードが配置される、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離隔蛍光体構成で成形／形成及び使用される、シリコーン中に懸濁した蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例示的な本実施形態は、照明技術に関する。それは、１以上の発光チップに基づく発光パッケージに関連した及びそれらの製造方法に対する、特定の用途を見出すものであり、それらに対する特定の参照によって説明される。しかしながら、例示的な本実施形態は、他の同様の用途にもまたかなうことを理解されたい。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光チップに基づく発光パッケージが、電飾目的でますます使用されている。ＬＥＤは、電流がｐ側（アノード）からｎ側（カソード）に流れる、ｐ−ｎ接合を生成するために、不純物がドープされた半導体材料からなる。各々のＬＥＤは、典型的には、赤色光、青色光、緑色光、紫色光、又は紫外光のような、単色点での純正の光である放射を、狭いスペクトル範囲にわたって発生させる。近似的な白色光出力のような所望の光出力を発生させるように、ＬＥＤを波長変換蛍光体に動作可能に結合することが知られている。ドームのような所望のレンジング（ｌｅｎｓｉｎｇ）構成に形成された、成形された封入材であり得る透明レンズにチップを結合することがさらに知られている。
【０００４】
次に図１を参照すると、発光ダイオード１２を受け入れる実装基板１０からなる、従来技術のＬＥＤランプが開示されている（米国特許第７０２９９３５号）。ＬＥＤ１２は、封入材１４の内部に配設される。透明プラスチックシェル１６は、蛍光体１８を含む。透明内部コア１９が、シェル１６に充塞する。代替のデバイスでは、蛍光体は、半導体発光デバイス自体の上に直接コーティングされる。あるいは、蛍光体は、シェルの表面上に直接コーティングされる。
【０００５】
本明細書に参照により組み込まれている、出願番号第２００８／００５４２８０号では、発光チップが回路ボードにより支持される発光パッケージを開示する。光透過性シェルが、ドーム状の形状で発光チップを覆って配設される。蛍光体スラリーが、シェルの内部表面上に噴霧コーティングされ、その後硬化される。この方法は、容認可能な色の変動を提供するが、この方法は、コーティング方法による不正確な制御に起因して、大量の蛍光体の廃棄物をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７０２９９３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、改善された性質及び望ましい利益を有する発光パッケージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様によれば、１以上の発光チップをボードに固定する段階と、シリコーンの２以上の液剤（ｐａｒｔ）を蛍光体材料とプレミックスして供給原料を形成する段階と、供給原料を成形物に賦形する段階と、蛍光体が懸濁したシリコーンシェルを形成するために成形物を後処理する段階と、発光チップを覆ってシェルを配設する段階とを含む、光パッケージの製造方法が提供される。
【０００９】
別の態様によれば、１以上の発光チップと、１以上の発光チップを支持するボードと、蛍光体材料を含有する光透過性シリコーンシェルとを備える発光パッケージが提供される。光透過性シリコーンシェルは、発光チップを覆って配設される。
【００１０】
さらなる態様によれば、１以上の発光ダイオードをホストする支持体を備える発光パッケージが提供される。蛍光体材料を含むシリコーンからなる光透過性ドームは、ダイオードから放出される光を受けるように配置される。ガラスキャップが、ドーム上にある。
【００１１】
別の態様によれば、１以上の発光ダイオードとシリコーンシートとからなる発光パッケージが提供される。シートは、ダイオードから放出される光を受け、分散した蛍光体材料を含む。ガラス部品が、シートに固定される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の発光パッケージを例示する。
【図２】主題の発光パッケージの例示的な実施形態を例示する。
【図３】主題の発光パッケージのさらなる例示的な実施形態を例示する。
【図４】本シリコーン光透過性シェルを形成する例示的な処理のフローチャートを例示する。
【図５】シリコーンシェルを形成するための例示的な型を例示する。
【図６】主題の発光パッケージのさらなる例示的な実施形態を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一態様にしたがって、図２では、１以上のＬＥＤ２４が上に配設されるプリント回路ボード２２を含む発光パッケージ２０を図示する。プリント回路ボードは、金属コアのプリント回路ボード、絶縁回路ボードなどであってもよい。ボード上のチップの数は、１、２、３、４、５又はそれ以上であってもよい。ボード上に実装されるチップは、同じ種類のものであり得る（例えば、各々が青色発光である４つのチップ；これに対して、２以上の異なる種類のチップを使用し得る。例えば、赤色、緑色及び青色チップの組合せを、集合的に白色光に似たものを生ずるために使用し得る。ＬＥＤチップは、３１５ｎｍ以上、例えば４００ｎｍ以上の波長の放射を放出する、近紫外、紫色、青色、緑色、黄色、オレンジ色、赤色及び／又は赤外の発光ダイオードチップであり得る）。
【００１４】
一実施形態では、ボードは、銅プレートもしくは他の金属コア、ならびに、誘電層間に挟まれたプリント回路層を含む、金属コアのプリント回路ボードである。適宜、追加の絶縁層が、金属コア層の裏側を覆って配設し得る。さらに、２以上の独立した別個のプリント回路層を含むことが企図される。発光チップは、ダイ付着処理において、プリント回路ボードに機械的及び／又は電気的に接続し得る。ダイ付着は、表面実装技術を用いることができ、チップは、はんだ付けにより、プリント回路ボードの表面上に直接実装される。あるいは、チップは、ボードのプリント回路層に電気的に接続するボンディングパッドにフリップチップボンディングされる。そのようなフリップチップボンディングは、ボードへのチップの機械的な固定及びチップに電気的に電力供給するための電気的入力経路の両方をもたらす。例えば、ボード上に配設されるコネクタによって、プリント回路層を介してチップに電力供給するための、ボードへの電力結合が適切に可能になる。
【００１５】
ＬＥＤチップは、チップの同じ側部上にｎ電極及びｐ電極の両方を有し、フリップチップボンドによりボードに接触する横方向のチップであってもよい。他の実施形態では、チップは、電極がチップの両側部上にある垂直方向のチップであり、１つの電極が、ボードのボンディングパッドにはんだ付けされ、又はフリップチップボンディングされ、一方で、チップの反対側部上のもう１つの電極が、ワイヤボンディングにより接触される。他の実施形態では、チップは、両方がワイヤボンディングにより接触される２つの電極を含むことができ、チップは、ボードへの機械的付着をもたらすように、ボードにはんだ付けされる。一実施形態によれば、ボードは、平らで水平な表面を有し、チップがボード上の陥凹部に配設されるときに起こる、より垂直方向での散布と比較して、チップがより均一な１８０度での散布が可能であるように、チップは、ボード上に直接平坦に実装される。ボードは適宜、プリント回路層を介して、又はワイヤボンディング等により、発光チップに動作可能に接続される他の部品を支持する。例えば、ボードは、静電放電保護をもたらすためのツェナーダイオード、電力調整回路、電圧安定化回路、電流制限回路、整流回路などを支持し得る。
【００１６】
蛍光体材料２８で充塞された光透過性シリコーンシェル２６が、ＬＥＤ２４から光を受けるように設けられる。一般に使用されているプラスチック又はガラスのシェルと比較して、シリコーンは、酸素、オゾン及びＵＶ光に対して優れた耐性を示す。プラスチックがポリマー主鎖において有機炭素からなるのに対して、シリコーンは、有機側鎖がケイ素原子に結合した無機ケイ素−酸素主鎖を有する無機−有機混合ポリマーを含むという点で、シリコーンはプラスチックと異なる。シリコーンは良好な近ＵＶ／青色放射耐性を有するので、シリコーン光透過性シェルは、炭素主鎖の有機プラスチックより、はるかに良好な信頼性を示す。約４１〜４６のショアＡ硬さ、約１．３超の屈折率及び約５．５ＭＰａ超の引張強度を有する、透明メチル系シリコーンが適している。１つの例示的なシリコーンは、ＲＴＶ−６１５である。シリコーンは、ＬＥＤパッケージからの光取り出しを改善する能力を有する。有機／無機官能基（シリコーンのＳｉ−Ｏ主鎖に結合した基）の結合、又は（ＴｉＯ2、ＺｒＯ2など）ナノ粒子の追加のようなシリコーンの調整によって、透過性シェルでの光取り出し効率を改善することができる。Ｓｉ−Ｏ主鎖に結合した官能基の変更又は官能基の配列の変更によって、シリコーンの屈折率を１．０〜１．８に調整することができる。蛍光体粒子は、１．０〜２．０の屈折率を有し得る。蛍光体の屈折率と一致したシリコーンを使用することにより、光の前方散乱を達成し得る。シリコーン及び蛍光体粒子の屈折率間で意図的な不整合を生成することにより、非前方方向での散乱を改善し得る。前方方向及び非前方方向での光の散乱は、拡散光源からのより良好な全体的な光取り出しのために必要とされる。ここで述べた、シリコーンと蛍光体粒子との屈折率の整合（又は不整合）は、屈折率の適合のための能力がなく、したがって光取り出しにおいて同じように効率的ではない、一般的な有機炭素主鎖系プラスチックと比較しての、より良好な光取り出し効率を考慮したものである。
【００１７】
シリコーン光透過性シェルは、蛍光体が内側で懸濁した状態でシリコーンシェルが形成されるように、中に分散した１以上の蛍光体を含む。蛍光体は、シェルの内部に均一に分散し得る、又は代替的に、蛍光体は、輝度、色に影響を与える、もしくは様々な標示（ｉｎｄｉｃｉａ）をシェル上に付与する、様々なパターンを形成することによってなどで、不均一に分散し得る。主題のシリコーン／蛍光体シェルは、蛍光体の粒径分布を最適化する。好ましくは、蛍光体粒子は、約５μｍ超の蛍光体の平均粒径Ｄ50を有し、それによって、ＬＥＤパッケージの光取り出しを改善する。
【００１８】
シリコーン光透過性シェルは、接着剤によって、周辺部と溝との間の摩擦かん合によって、止め具によってなどのように、様々な形でプリント回路ボードに固定し得る。熱伝導エポキシの使用は、１つの良好な代替方法である。シリコーン光透過性シェルは、プリント回路ボードとともに、発光チップを包含する内部容積を画定する。一部の実施形態では、シリコーンシェルの周辺部とプリント回路ボードとの間の接続は、内部容積を実質的にハーメチックシールする、実質的に気密の密閉接続である。他の実施形態では、周辺部とプリント回路ボードとの間の接続は、ハーメチックシールではなく、むしろ、１以上の隙間、開口部等を包含し得る。
【００１９】
シリコーンシェルとプリント回路ボードとの間の内部容積は、実質的に封入材２９で充塞し得る。封入材は、例えば、シリコーン封入材、エポキシ封入材等であってもよい。封入材は、ＬＥＤチップにより発生される光に対して透明であり、ＬＥＤチップからの光取り出しを助長する屈折率整合材料の働きをし、好ましくは、蛍光体との光結合をさらに助長する。封入材は、シリコーンシェルがプリント回路ボードに対して密閉された後、内部容積に射出し得る。
【００２０】
蛍光体は、発光チップによる照射に応答して、変換された光を出力するように構成される。蛍光体は、発光ダイス又はチップにより発生される放射の、一部分又は実質的に全部の所望の波長変換を発生させるように選択される。用語「蛍光体」は、当技術分野で知られているように、選択された波長変換を発生させるように選定される、単一の蛍光体化合物、又は蛍光体ブレンド、すなわち２以上の蛍光体化合物の組成物を含むと理解すべきである。例えば、蛍光体は、白色又は実質的に白色光を協働的に提供する、黄色、緑色及び青色放出の蛍光体化合物を含む蛍光体組成物であってもよい。この白色又は実質的に白色光は、例えば、１９３１ＣＩＥ色度図で、約０．３０〜約０．５５の範囲のｘ値及び約０．３０〜約０．５５の範囲のｙ値を有し得る。一部の実施形態では、蛍光体は、より良好な演色のために、適宜の赤色放出化合物をさらに有し得る。一部の実施形態では、発光ダイス又はチップは、紫色又は近紫外の放射を放出するＩＩＩ族窒化物の発光ダイオードチップであり、蛍光体は、チップで生成する光の大部分又は全部を、白色又は実質的に白色光に変換する。白色出力のために、蛍光体及び発光チップは、ランプの適した色温度及び演色をもたらすように選択し得る。一部の実施形態では、発光ダイス又はチップは、青色又は青調放射を放出するＩＩＩ族窒化物の発光ダイオードチップであり、蛍光体は、青色又は青調放射の一部のみを黄調光に変換する黄調蛍光体である。直接の（変換されない）青調光と変換された黄調光との比は、白色光に似たものを生ずるように選択される。当業者であれば、具体的な光変換を遂行するのに適した他の蛍光体を容易に選択することができる。
【００２１】
次に図３を参照すると、発光パッケージ３０は、ガラスキャップがさらに取り付けられ得る。より詳細には、ＬＥＤ３４が、プリント回路ボード３２上に存在する。本例では、パッケージドーム３６は、蛍光体が注入されたシリコーンドーム３８、ガラスキャップ４０及び、ガラスキャップ４０をシリコーンドーム３８に固定する中間シリコーン接着剤層４２を含む。封入材３９が、やはり用いられ得る。ガラスとおおよそ同等、又はそれより良好である、１Ｗ／ｍ／°Ｋ以上の熱伝導率を伴うエポキシのような熱伝導性材料を用いて、パッケージドーム３６をプリント回路ボード３２に固定することが望ましい場合がある。
【００２２】
ある用途では、ガラスキャップ４０が、有利には、発光パッケージを過熱から防止するためのヒートシンクの働きをすることが見出されている。１１０°を超過して動作される、現在利用可能な蛍光体材料を用いたパッケージは、蛍光体の性能の低下を受ける場合がある。ガラスドームを含むことが、良好なＣＣＴ及びルーメン毎ワットが得られるように、１１０℃未満の望ましい範囲に温度を維持するということが見出されている。一般に、約２０ｍｍ未満の外径を有する発光パッケージが、ヒートシンキングのガラスドームを含むことにより、最も利益を得ることができることが見出されている。それでも、ヒートシンキングのガラスドームを含むことは、外径２０ｍｍ超の発光パッケージの場合に、やはり有益な効果がある場合がある。ガラスドームは、ＣＣＴが冷白色に向かうようになるように、発光パッケージの青色放出を改善することができる。さらに、最高３００°Ｋの色ずれが、ガラスキャップの追加により実現し得る。蛍光体を包含するシリコーンドームがガラスドームの上面上に存在する、逆の設計が用いられ得ることもまた企図される。これは、ショートパスフィルタがガラスドームの表面上に設けられる場合に、特に有益であってもよい。この場合、ＬＥＤと蛍光体層との間に配置されるショートパスフィルタは、下方に向けられた白色光の少なくとも一部分の向きを、パッケージの外部に変える。典型的なガラス材料は、低融点ガラス（４００℃未満の融点）、中融点ガラス（４００℃〜１０００℃）及び、より高温（１０００℃＋）で形成し得るガラスであってもよい。例には、石英ガラスがある。
【００２３】
熱伝導性微粒子をシリコーンシェルに含むことが、熱的性質に関して有利な効果があり得るということが、さらに見出されている。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、又は酸化インジウムスズが、本環境では熱伝導体として機能し得る。好ましくは、熱伝導体は、５ｎｍ〜１５μｍのような小さな粒度の粒子からなる。場合によっては、透明な性質を有する直径１０ｎｍ未満のナノ粒子がさらに望ましい。熱伝導体は、シリコーンの内部で、材料の装填物の最高で約５０％を構成することができるが、装填物の少なくとも５０％は蛍光体材料からなるべきであると、一般には信じられている。
【００２４】
本明細書で説明するシリコーン／蛍光体シェルは、離隔蛍光体構成を生成し、それによって、蛍光体がＬＥＤに必要以上に近く、蛍光体により発生される光子がＬＥＤチップに向かって戻るようにそれるときに起こる吸収に起因する、光の損失がなくなる。
【００２５】
次に図４を参照すると、適した製造処理のフローチャートが記載されている。シリコーン／蛍光体シェルは、２以上の液剤をプレミックスすることにより調製し得る。一般には、２液型のシリカが有利である、というのは、第２の液剤が、架橋の助けとなるからである。追加の液剤／成分が、光学的／熱的／電気的などの性質を助長するために追加し得る。これらの追加物は、供給原料を形成するために、蛍光体材料とともに、シリコーンの第１の液剤又は第２の液剤のいずれかに追加し得る（段階５０）。供給原料は、好ましくは、射出成形等のような形成方法を使用して、シート又はドームのような形状に形成される（段階５２）。一例では、供給原料は、ドームをもたらす型に射出される。あるいは、シリコーン／蛍光体シェルは、ガラスドームの内部に直接オーバーモールドし得る。供給原料は、形成された空洞に押し込まれるのに十分な流体であるべきである。空洞の内側に入ると、供給原料は、空洞の形状を獲得する。射出成形された液剤は、その後、蛍光体が内側で懸濁した状態のシリコーン成分を形成するために後処理される。後処理は、シリコーンモノマーの均一な架橋を可能にするための焼成又は硬化を含み得る（段階５４）。単に溶融した液体を凝固させるのとは対照的に、シリコーン／蛍光体材料を硬化させることは、近ＵＶ又は青色放射にさらされるときの、改善された信頼性及び耐性を考慮したものである。シリコーンの、蛍光体の量、使用される蛍光体のタイプ、供給原料に含まれるこれらの蛍光体の粒径分布、粘度などのようなパラメータが、成形されたドームの放出特性を定める。
【００２６】
次に図５（上面図、端面斜視図及び取り出されたドーム）を参照すると、型は、対応する突出部６４及び陥凹部６６を含む半体６０及び６２を備え得る。突出部／陥凹部は、シリコーンドーム６８が成形し得る空洞を生成するように形成される。位置合わせタブ７０及び受口７２が、型の半分体６０及び６２の適正な対合を確立するように設けられる。
【００２７】
蛍光体が懸濁したシリコーンシェルの使用は、離隔蛍光体ＬＥＤ製品の製造で利用されている蛍光体の量に対する、非常に正確な制御を考慮したものである。そのような正確な制御は、製造処理中の蛍光体材料における廃棄物の低減を考慮したものである。本明細書で提供するシリコーンシェルは、離隔蛍光体幾何形状での色の変動を改善する能力をさらに提供する。さらに、主題の発光パッケージは、粒径分布又は蛍光体を最適化し、それによって、ＬＥＤ内のｐ−ｎ接合から周囲に放出される光を得ることを伴う、光取り出しを改善する。さらに、上記の要素のすべての組合せが、色温度が約２５００Ｋ〜１００００Ｋであり、ＣＲＩが約７０〜１００である白色光をもたらす。
【００２８】
上述の照明パッケージは、ドーム形状の光透過性シェルを含むと説明されているが、シリコーン光透過性レンズは、特定の用途に適するように、必要に応じて様々な形状に形成し得る。次に図６を参照すると、シリコーン光透過性シェルは、代替的にシートの形態であってもよい。より詳細には、発光パッケージ８０は、ハウジング８３の内部で、ＰＣＢのような基板８４上に配設される複数のＬＥＤ８２からなる光エンジン８１を含む。さらに、ＬＥＤ８２から放出される光を受けるために配設される、蛍光体が注入されたシリコーンシート８８が、ハウジング８３に固定される。ガラスキャップ８５が、シート８８上に、それに対するヒートシンキングをもたらすために配設される。ガラスキャップ８５は、中空、又は少なくとも実質的に中実であってもよい。熱伝導性接着剤を、この接合を形成するために使用し得る。混合室８６は、完全な混合光を確実にし得るものであり、均一の色及び良好な色の一致をもたらす。光透過性封入材８７が、混合室８６の内部に充塞し得る。このパッケージは、離隔蛍光体構成を生成する能力を提供しつつ、隔置されることに制約がある照明用途に対して理想的である。
【００２９】
例示的な実施形態を、好適な実施形態を参照して説明した。明らかに、前述の詳細な説明を読み及び理解することによって、他者が修正及び代替に想到するであろう。例示的な実施形態は、すべてのそのような修正及び代替を、それらが添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限り含むと解釈されるということが意図される。
【符号の説明】
【００３０】
２０  発光パッケージ
２２  プリント回路ボード
２４  ＬＥＤ
２６  光透過性シリコーンシェル
２８  蛍光体材料
２９  封入材
３０  発光パッケージ
３２  プリント回路ボード
３４  ＬＥＤ
３６  パッケージドーム
３８  シリコーンドーム
３９  封入材
４０  ガラスキャップ
４２  中間シリコーン接着剤層
６０、６２  半分体
６４  突出部
６６  陥凹部
６８  シリコーンドーム
７０  位置合わせタブ
７２  受口
８０  発光パッケージ
８１  光エンジン
８２  ＬＥＤ
８３  ハウジング
８４  基板
８５  ガラスキャップ
８６  混合室
８７  光透過性封入材
８８  シリコーンシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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