(57)【要約】【課題】発光ダイオード（ＬＥＤ）、特にＬＥＤのビームを制御する技術を提供する。【解決手段】光放出パターンを明確に形成するためにＬＥＤダイサブマウント又は回路基板に固定されたビームシャッタ。ビームシャッタは、ＬＥＤダイから放出された光の一部分を遮断するための中実のアルミニウム片又は他の任意の不透光材料とすることができる。ビームシャッタは、自動車前照灯のためのＬＥＤ光を成形する上で特に有利である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイを支持する装着面と、
光放出パターンを成形するために前記ＬＥＤダイの近くの前記装着面に固定された不透光ビームシャッタと、
を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記装着面は、前記ＬＥＤダイのためのサブマウントの表面であり、該サブマウントは、該ＬＥＤダイ上の接点に接合された一又は二以上の電気接点を有するものである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記サブマウントは、シリコンを含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装着面は、回路基板の表面を含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ビームシャッタは、前記装着面に接着固定されたものである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ビームシャッタは、半田付けにより、ろう付けにより、又は超音波溶接により接着固定されている請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ビームシャッタは、エポキシによって接着固定されている請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ビームシャッタは、反射性である請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ビームシャッタは、アルミニウムである請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ビームシャッタは、実質的に直線状である請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビームシャッタは、湾曲している請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ＬＥＤダイの上のレンズを更に含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＬＥＤダイからの光を異なる波長に変換するために該ＬＥＤダイの少なくとも一部分の上に重なる燐光体を更に含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記燐光体は、前記ＬＥＤ光を変換して白色光を発生させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記燐光体は、前記ＬＥＤダイ上に堆積されている請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記燐光体は、前記ＬＥＤダイの上に重なるレンズ上又はレンズ内にある請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記ビームシャッタの幅は、１〜１５ｍｍである請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記ビームシャッタの高さは、０．１〜１０ｍｍである請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記ＬＥＤダイからの前記ビームシャッタの距離は、０〜５ｍｍである請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記ＬＥＤダイの上のレンズを更に含み、
前記レンズからの前記ビームシャッタの距離は、０〜５ｍｍである、
請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
光パターンを生成する方法であって、
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイを装着面上に設ける段階と、
前記ＬＥＤダイの近くの前記装着面に固定された不透光ビームシャッタを設ける段階と、
光放出パターンを成形するために放出される光の一部分が前記ビームシャッタによって遮断されるように、前記ＬＥＤダイを活性化して光を放出させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記ＬＥＤダイを活性化する段階は、光放出パターンを成形するために前記放出された光の一部分が前記ビームシャッタにより遮断されてかつ反射されるように、該ＬＥＤダイを活性化して光を放出させる段階を含んでいる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ビームシャッタの幅は、１〜１５ｍｍである請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ビームシャッタの高さは、０．１〜１０ｍｍである請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＬＥＤダイからの前記ビームシャッタの距離は、０〜５ｍｍである請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
レンズが、前記ＬＥＤダイの上にあり、
前記レンズからの前記ビームシャッタの距離は、０〜５ｍｍである、
請求項２１に記載の方法。
【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）、特にＬＥＤのビームを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤダイは、一般的に均等拡散パターンで光を放出する。ビームを狭めるか又は側面放出パターンを作るためにＬＥＤダイの上にレンズを使用することは公知である。ある一定のパターンが得られるようにレンズを形成することは困難であり、典型的なＬＥＤレンズは、光ビームを明確に形成することができない。前照灯のような一部の用途においては、明確に形成された非対称放出パターンが望ましい場合があるが、これは、従来のレンズでは適切に生成することができないものである。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，６４９，４４０号
【特許文献２】米国特許第６，２７４，３９９号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
放出パターンを明確に形成するためにＬＥＤダイサブマウント又は回路基板に固定されるビームシャッタを開示する。ビームシャッタは、ＬＥＤダイから放出された光の一部分を遮断するための固体のアルミニウム片又は他のいずれかの不透光材料とすることができる。ビームシャッタは、自動車前照灯のためのＬＥＤ光を成形する上で特に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
予備的事項であるが、ＬＥＤは従来から成長基板上に形成されている。一例としてＬＥＤを、青色光を生成するためのＡｌＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮのＬＥＤのようなＧａＮベースのＬＥＤとする。典型的には、相対的に厚いｎ型ＧａＮ層を、従来の技術を用いてサファイア成長基板上に成長させる。この相対的に厚いＧａＮ層は、ｎ型クラッド層及び活性層に対して低欠陥格子構造を与えるために、一般に低温核生成層及び一又は二以上の付加的な層を含んでいる。さらに一又は二以上のｎ型クラッド層が厚いｎ型層の上に形成され、活性層、一又は二以上のｐ型クラッド層、及びｐ型接点層（メタライゼーションのために）がこれに続く。
【０００６】
ｎ層への電気的アクセスを得るために様々な技術が用いられている。フリップチップの例では、ｐ層及び活性層の一部分がエッチングで除去され、メタライゼーションのためにｎ層を露出させる。このようにしてｐ接点とｎ接点はチップの同じ側となり、パッケージ基板接触パッドに直接に電気的に取り付けることができる。ｎ−金属接点からの電流は、最初はｎ層を通って横方向に流れる。これとは対照的に、縦型射出（非フリップチップ）ＬＥＤにおいては、ｎ接点をチップの一方の側に形成し、ｐ接点をチップの他方の側に形成する。ｐ又はｎ接点の一方との電気接点は、一般的にワイヤ又は金属ブリッジで作られ、他方の接点は、パッケージ基板接触パッドに直接に接合される。
【０００７】
本発明で使用することができる他の種類のＬＥＤには、赤色から黄色までの範囲で光を生成することができるＡｌＩｎＧａＰのＬＥＤが含まれる。
【０００８】
ＬＥＤを形成する例は、いずれも「Ｌｕｍｉｌｅｄｓ」に譲渡され、出典の明示によりここに組み込まれているものとされる、米国特許第６，６４９，４４０号及び第６，２７４，３９９号において説明されている。
【０００９】
図１から図４までの例においては、フリップチップＬＥＤが使用されているが、ワイヤ接合ＬＥＤを代わりに使用してもよい。
【００１０】
ＬＥＤがダイ状にカットされた後に、色及び明るさのようなパラメータに対して試験がなされ、その後容器に入れられる（類似の属性を有するＬＥＤごとにグループ分けられる）。
【００１１】
ダイ状にカットされたＬＥＤは、任意的に、様々な公知の方法によって燐光体で被覆することができる。燐光体は、ＬＥＤダイによって放出された光で活性化され、異なる波長で発光する。一実施形態では、ＬＥＤダイは青色光を放出し、燐光体の発光は、その青色光と共に白色光の発生をもたらすことになる。例えば、燐光体は、青色光に対して黄色成分又は赤色及び緑色成分に寄与し、白色光を作り出すことができる。このようなＬＥＤ構造は、光出力エネルギが十分であれば、自動車前照灯として使用することができる。このような前照灯は、高電力ＬＥＤのアレイを用いて実現することができる。前照灯ビームの形状は、業界及び政府の規格によって指定されている。
【００１２】
前照灯などのためにＬＥＤから放出される光ビームを効率的に成形するために、一又は二以上のビームシャッタがＬＥＤダイの近くに固定され、望ましい放出パターンを達成するために放出光が選択的に遮断される。ビームシャッタ材料がアルミニウムのように反射性である場合、ビームシャッタはまた、衝突光を望ましい放出方向に反射する。
【００１３】
図１は、放出された光が白色光であるように燐光体１２で被覆されたＬＥＤダイ１０の断面図である。図２は、図１の構造体の上面図である。
【００１４】
ＬＥＤダイ１０がサブマウント１４上に装着される。サブマウント１４は、金属接触パッドと、従来のメッキ又はリソグラフィ処理を用いてそこに形成されたリードとを有するシリコンスラブとすることができる。ＬＥＤダイ１０の底にあるＮ及びＰ金属接点（フリップチップの例に対して）は、サブマウント１４の上部の対応する金属パッドに接合される（例えば、半田付けされる）。上部の複数の金属パッドは、サブマウント１４を通る複数のビア（via）によってサブマウント１４の底の複数の金属パッドと電気的に結合される。このような構造は、当業技術で公知である。代替的に、サブマウント１４に対する全ての電気接触を、サブマウント１４の上部から行うこともできる。
【００１５】
サブマウント１４の下部の金属パッドは、電源又は他のＬＥＤに結合された金属リード１６に接合される。リード１６は、回路基板１８又は他の支持構造体上のトレースとすることができる。回路基板１８は、ＬＥＤダイ１０からの熱を伝導して逃がすために絶縁アルミニウム基板を含むことができる。ＬＥＤダイのアレイを基板１８上に装着して望ましい光出力をもたらすことができる。複数のＬＥＤダイを単一サブマウント１４上に装着することができ、これによってＬＥＤダイを直列及び／又は並列に相互接続することができる。
【００１６】
任意の形状のビームシャッタ２０が、任意の適切な接着剤により又は他の任意の手段によりサブマウント１４に固定される。一実施形態では、ビームシャッタ２０は、サブマウント１４上の金属パッドに半田付け、ろう付け、又は超音波溶接される。別の実施形態では、ビームシャッタ２０は、エポキシを使用してサブマウント１４に接着される。ビームシャッタ２０は、アルミニウム又は他の任意の材料で形成することができる。
【００１７】
図１は、放出されたビーム２１を垂直線から角度αのずれに限定するビームシャッタ２０を示している。シャッタ２０によって遮断されないＬＥＤ光放射は、妨害を受けず、それによって光パターンが非対称性になることになる。各ＬＥＤダイに対してビームシャッタ２０を使用するＬＥＤアレイが自動車前照灯として使用されたとすれば、光は、前方と下方に向けられ、あらゆる上向きの光はビームシャッタによって制限されるであろう。
【００１８】
ビームシャッタの高さ、形状、角度、及び位置が放出パターンを決める。高さは、望ましいパターンにより、ＬＥＤダイよりも若干厚いもの（例えば、１／１０ｍｍ）から数ミリメートルまでの範囲とすることができる。シャッタは、光パターンに対する最良の制御が得られるようにＬＥＤダイ又はサブマウントの近傍とすべきである。シャッタの角度は、ある一定の方向に光を反射させるために、放出された光に対して垂直以外の角度とすることができる。シャッタの典型的な幅は、１〜１５ｍｍである。シャッタの典型的な高さは、０．１〜１０ｍｍである。また、シャッタのダイ（又は、ＬＥＤレンズ）からの典型的距離は、０〜５ｍｍである。
【００１９】
図３は、サブマウント１４に固定された別の形状のビームシャッタ２２の断面図である。ビームシャッタ２２は、傾斜縁部を有する。このような傾斜した縁部は、光パターンをはっきりと定めるものである。
【００２０】
図４は、回路基板１８又はいずれかの他の支持構造体に固定された別の形状のビームシャッタ２４の断面図である。ビームシャッタ２４は、半田付け、ろう付け、超音波溶接、エポキシ、又は他の任意の適切な手段を用いて固定することができる。図４は、放出パターンを更に形成するための第２のビームシャッタ２６の使用を点線の外形で示している。
【００２１】
図５は、湾曲したビームシャッタ２８を有する、図２と類似の構造体の上面図である。湾曲は、より多くの光を捕らえるように作用することができ、又は放物レンズのように光を集光するように作用することができる。湾曲は、光を横向きパターンで反射させるために逆方向にさえすることができる。
【００２２】
図６は、ＬＥＤダイが、その上に形成されるか又はそれに固定されたレンズ３０を有することができる方法を示している。ビームシャッタ３２は、レンズ３０の内側又は外側とすることができる。レンズ３０は、更に、放出された光を成形するものである。レンズ３０は、コリメータレンズ、側面放射レンズ、又は他の任意の設計形状とすることができる。ＬＥＤ光を白色光（又は、いずれかの他の色の光）に変換するための燐光材料は、レンズ３０の上に堆積させることができ、又は、レンズを形成する前に液体レンズ材料に燐光体粉末を混ぜるなどによってレンズ材料自体の一部を形成することができる。このような燐光体は公知である。
【００２３】
図７は、ＬＥＤダイ１０のアレイ３４をダイの関連ビームシャッタ２０と共に示している。アレイは、アルミニウム基板を用いて回路基板上に装着することができる。このようなアレイは、ビームシャッタ２０が光の上向きの放出を制限する自動車前照灯に有用であると考えられる。アレイは、従来の前照灯と同様に、単一レンズを有するカップ状ミラーに収納することができる。別の実施形態では、単一のビームシャッタは、複数のＬＥＤダイから放出された光を選択的に遮断することができる。ビームシャッタはまた、レンズを有するＬＥＤダイと共に使用することができる。
【００２４】
本発明の特定的な実施形態を示して説明したが、本発明から逸脱することなくそのより広い態様における変更及び修正を行うことができ、従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に該当する時にこのような全ての変更及び修正をその範囲に包含するものであることが当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ビームシャッタがダイの隣に装着された燐光体被覆ＬＥＤダイの側面図である。
【図２】図１の構造体の上面図である。
【図３】異なる形状のビームシャッタがダイの隣にされたＬＥＤダイの断面図である。
【図４】ビームシャッタが回路基板、放熱板、又は他の表面のような支持面上に装着されたＬＥＤダイの断面図である。
【図５】湾曲した（例えば放物形）シャッタの上面図である。
【図６】レンズを有するＬＥＤダイの隣にあるビームシャッタの断面図である。
【図７】アレイの全体的な光パターンを成形するために各ダイが関連のビームシャッタを有する、ＬＥＤダイのアレイの抽象図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ＬＥＤダイ
１２  燐光体
１４  サブマウント
１８  回路基板
２０  ビームシャッタ
【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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【図７】
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