(57)【要約】      （修正有）【課題】外部の酸素および湿気に対する優れたバリア特性を所定の動作寿命期間中維持しつつ、感湿性フォトルミネセンス材料を用いたコンパクトなＣＳＰ型ＬＥＤを提供する。【解決手段】発光半導体ダイ１０、および発光半導体ダイ１０上に配置された多層フォトルミネセンス（ＰＬ）構造体２０を含むチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）型発光素子１を開示する。ＰＬ構造体２０は、第２のＰＬ層２２、および第２のＰＬ層２２上に配置された第１のＰＬ層２１を含み、第１のＰＬ層２１は、フォトルミネセンス層として、また第２のＰＬ層２２上を周囲の酸素および湿気から保護するバリア層として機能する。第１のＰＬ２１層は、第１のポリマーマトリクス材料中に分散された低感湿性ＰＬ材料を含み、第２のＰＬ層２２は、第２のポリマー材料中に分散された感湿性ＰＬ材料を含む。これにより、感湿性ＰＬ材料の劣化を低減できる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、縁面、下面および該下面に隣接して配置された１組の電極を含む発光半導体ダイと、
該発光半導体ダイ上に配置され、第２のフォトルミネセンス層および該第２のフォトルミネセンス層上に配置された第１のフォトルミネセンス層を含むフォトルミネセンス構造体とを含み、前記第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料、および該第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料を含み、前記第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料、および該第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料を含み、前記第１のフォトルミネセンス材料は前記第２のフォトルミネセンス材料とは異なり、さらに、
前記発光半導体ダイの少なくとも前記縁面を覆う反射構造体を含み、該反射構造体は、第３のポリマーマトリクス材料および該第３のポリマーマトリクス材料内に分散された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１のフォトルミネセンス材料の前記第１のフォトルミネセンス層に対する重量百分率は少なくとも５０％であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１のフォトルミネセンス材料の中程度粒径は３０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記光散乱粒子の前記反射構造体に対する重量百分率は少なくとも３０％であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１のポリマーマトリクス材料および前記第３のポリマーマトリクス材料のそれぞれの２ｍｍの層厚で測定した水蒸気透過速度は、１０ｇ／ｍ２／日未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１のフォトルミネセンス材料は無機蛍光体材料を含み、前記第２のフォトルミネセンス材料は、反応金属または半導体ナノ結晶材料により活性化される蛍光体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１のフォトルミネセンス材料は酸窒化物蛍光体材料を含み、
前記第２のフォトルミネセンス材料は、マンガンにより活性化されたフッ化物蛍光体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１のフォトルミネセンス層の表面積は前記第２のフォトルミネセンス層の表面積よりも大きく、前記第１のフォトルミネセンス層はさらに前記反射構造体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第２のフォトルミネセンス層は中心部および該中心部を包囲する延長部をさらに含み、これにより、前記第２のフォトルミネセンス材料が前記延長部から離れた状態で前記中心部内に選択的に含まれることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記フォトルミネセンス構造体上に配置された湿気バリア層をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記湿気バリア層は、実質的に透明な無機層または実質的に透明なポリマー層であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記湿気バリア層は前記反射構造体を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記フォトルミネセンス構造体は、前記第１のフォトルミネセンス層と前記第２のフォトルミネセンス層との間に配置された実質的に透明なゲッタ層をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第１のフォトルミネセンス層または前記第２のフォトルミネセンス層のうち少なくとも１つはさらに、前記第１のポリマーマトリクス材料または前記第２のポリマーマトリクス材料内に分散されたゲッタ材料を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記反射構造体はさらに、前記第３のポリマーマトリクス材料内に分散されたゲッタ材料を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光素子はさらに前記反射構造体を囲繞して覆う湿気バリア反射構造体を含み、前記湿気バリア反射構造体は、２ｍｍの層厚で測定された水蒸気透過速度が１０ｇ／ｍ２／日未満の第４のポリマーマトリクス材料を含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記湿気バリア反射構造体はさらに、前記第４のポリマーマトリクス材料内に分散された光散乱粒子を含み、該散乱粒子の前記湿気バリア反射構造体に対する重量百分率は少なくとも１０％であることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記発光素子はさらに基板を含み、前記発光半導体ダイおよび前記反射構造体は前記基板上に配置されることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１９】
上面、縁面、下面および該下面に隣接して配置された１組の電極を含む発光半導体ダイと、
該発光半導体ダイ上に配置されたフォトルミネセンス構造体とを含み、該フォトルミネセンス構造体は、第２のフォトルミネセンス層、および該第２のフォトルミネセンス層上に配置された第１のフォトルミネセンス層を含み、該第１のフォトルミネセンス層および該第２のフォトルミネセンス層はそれぞれ、前記発光半導体ダイの前記上面を覆う上部と、該上部に接続されて前記発光半導体ダイの前記縁面を覆う縁部と、該縁部から外方に延びる延長部とを含み、さらに、
該フォトルミネセンス構造体上に配置された封入構造体を含む発光素子において、
前記第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料、および該第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料を含み、前記第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料、および該第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料を含み、前記第１のフォトルミネセンス材料は前記第２のフォトルミネセンス材料とは異なり、前記封入構造体は実質的に透明なポリマー材料を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
前記第２のフォトルミネセンス層の前記延長部は、前記第１のフォトルミネセンス層によって覆われて封入された縁面を含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記フォトルミネセンス構造体はさらに第３のフォトルミネセンス層を含み、該第３のフォトルミネセンス層は、第５のポリマーマトリクス材料、および該第５のポリマーマトリクス材料内に分散された第３のフォトルミネセンス材料を含み、該第３のフォトルミネセンス材料は前記第２のフォトルミネセンス材料とは異なり、前記第２のフォトルミネセンス層は、前記第１のフォトルミネセンス層と前記第３のフォトルミネセンス層との間に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記第２のフォトルミネセンス層の前記延長部は、前記第１のフォトルミネセンス層によって覆われて封入された縁面を含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子。
【請求項２３】
前記第１のフォトルミネセンス材料の前記第１のフォトルミネセンス層に対する重量百分率、または前記第３のフォトルミネセンス材料の前記第３のフォトルミネセンス層に対する重量百分率は、少なくとも５０％であることを特徴とする請求項２１に記載の発光素子。
【請求項２４】
前記第１のフォトルミネセンス材料の中程度粒径は３０μｍ未満であることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２５】
前記封入構造体中に含まれる前記実質的に透明なポリマー材料の２ｍｍの層厚で測定した水蒸気透過速度は、１０ｇ／ｍ２／日未満であることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
【請求項２６】
前記発光素子はさらに基板を含み、前記発光半導体ダイおよび前記フォトルミネセンス構造体は該基板上に配置されることを特徴とする請求項１９ないし２５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２７】
発光半導体ダイと、
リードフレームを含むパッケージ構造体とを含み、該リードフレームは、第１の電極および第２の電極、ならびに前記リードフレーム上に配置された反射板を含み、前記第１の電極および前記第２の電極は電気接続用に部分的に露出され、前記リードフレームおよび前記反射板によって光空胴が形成され、さらに、
前記光空胴内に配置されて前記発光半導体ダイを被覆し、第２のフォトルミネセンス層および該第２のフォトルミネセンス層上に配置された第１のフォトルミネセンス層を含むフォトルミネセンス構造体を含み、前記第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料、および該第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料を含み、前記第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料、および該第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料を含む発光素子において、
前記発光半導体ダイは、前記パッケージ構造体の前記光空胴内に配置されて機械的に接合され、前記リードフレームの前記第１の電極および前記第２の電極に電気的に接続されることを特徴とする発光素子。
【請求項２８】
前記第１のフォトルミネセンス材料の前記第１のフォトルミネセンス層に対する重量百分率は、少なくとも５０％であることを特徴とする請求項２７に記載の発光素子。
【請求項２９】
前記第１のフォトルミネセンス材料の中程度粒径は３０μｍ未満であることを特徴とする請求項２７に記載の発光素子。
【請求項３０】
前記パッケージ構造体はさらに、前記発光半導体ダイと前記フォトルミネセンス構造体との間に配置された実質的に透明なポリマー材料を含んでスペーサを形成し、これにより、前記フォトルミネセンス構造体は前記発光半導体ダイと直接接触しないことを特徴とする請求項２７に記載の発光素子。
【請求項３１】
前記フォトルミネセンス構造体上に配置された実質的に透明な湿気バリア層をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の発光素子。
【請求項３２】
前記フォトルミネセンス構造体または前記パッケージ構造体の少なくとも一方はさらに、ゲッタ材料を含むことを特徴とする請求項２７ないし３１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項３３】
上面、縁面、下面および該下面に隣接して配置された１組の電極を含む発光半導体ダイと、
該発光半導体ダイ上に配置され、上面、縁面および下面を含んで、さらに、第１のフォトルミネセンス層、および該第１のフォトルミネセンス層上に配置された第２のフォトルミネセンス層も含むフォトルミネセンス構造体とを含み、前記第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料、および該第１のポリマーマトリクス材料内に分散されたより低感湿性のフォトルミネセンス材料を含み、前記第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料、および該第２のポリマーマトリクス材料内に分散された感湿性フォトルミネセンス材料を含み、さらに、
前記発光半導体ダイの前記縁面および前記フォトルミネセンス構造体の前記縁面を囲繞して覆う反射構造体を含み、該反射構造体は、第３のポリマーマトリクス材料、および該第３のポリマーマトリクス材料内に分散された光散乱粒子を含み、さらに、
前記フォトルミネセンス構造体を覆うように配置された実質的に透明な湿気バリア層を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項３４】
前記第１のフォトルミネセンス層の表面積は前記第２のフォトルミネセンス層の表面積よりも大きく、該第２のフォトルミネセンス層は、該第１のフォトルミネセンス層によって覆われて封入された下面および縁面を含むことを特徴とする請求項３３に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の引用参照】
【０００１】
本願は、２０１６年８月５日に出願された台湾特許出願第１０５１２４９６５号および２０１６年８月９日に出願された中国特許出願第２０１６１０６４８４２６．７号に対する利益および優先権を主張するものであり、両出願の開示内容全体を参照により本願に取り込む。
【背景】
【０００２】
技術分野
本開示は、発光素子に関するものであり、詳細には、動作時に電磁放射を発生する発光半導体ダイを含む耐酸素性および耐湿性チップスケールパッケージ発光素子に関する。
関連技術の説明
【０００３】
発光素子（ＬＥＤ）は、例えば一般照明、バックライトユニット、交通信号、ポータブル機器、自動車照明など、様々な用途において広範に用いられている。一般的に、発光半導体ダイはリードフレームなどのパッケージ構造体内に配置されて、パッケージ型ＬＥＤを構成する。さらに、フォトルミネセンス材料がパッケージ構造体内に含まれていてもよく、発光半導体ダイから出射された一次光（例えば、青色光）の一部をより長波長の二次光（例えば、黄色光）に変換し、異なる波長からなる光を混合して白色光を生成する。様々な照明用途における仕様を満たすために、適切なスペクトル基準値を有する様々なフォトルミネセンス材料であることが望ましい。
【０００４】
例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、通常、ＬＥＤをバックライト源として用いる。この適用例では、発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が狭いフォトルミネセンス材料ほど色純度が向上するため、ＬＣＤの色域がより広くなり、鮮明な色画像を提供できる。さらに、一般的な照明用途の場合、発光スペクトルのＦＷＨＭが狭い赤色のフォトルミネセンス材料をＬＥＤに使用すると、最小量の一次光をダウンコンバートすることによって、その光変換効率を過度に犠牲にすることなく、光の演色評価数（ＣＲＩ）を実質的に向上させることができる。そのため、ＬＥＤは、高いＣＲＩおよび良好な発光効率を同時に有することができる。
【０００５】
現在、ＦＷＨＭがより狭い光スペクトルを得られるフォトルミネセンス材料がいくつかあり、例えば、フッ化物フォトルミネセンス材料または半導体ナノ結晶材料（例えば、量子ドット）などである。しかし、これらのフォトルミネセンス材料は酸素または湿気による影響を受けやすい。例えば、フッ化物フォトルミネセンス材料は、周囲環境から浸出した酸素または湿気に晒されると酸化する可能性のある高反応性の遷移金属イオン活性化剤（例えば、マンガン、Ｍｎ４＋）を含む。活性化剤が酸化すると、フォトルミネセンス材料が不活性化するため、これらのフォトルミネセンス材料は徐々に波長変換能力を失っていき、その結果、所定の動作寿命中に、所定の輝度が徐々に低下したり、あるいは色スペクトルのシフトが生じたりする。そのため、ＬＥＤ業界において、これらの感湿性フォトルミネセンス材料に及ぼす酸素または湿気の影響を軽減するためのアプローチがいくつか提案されている。
【０００６】
例えば、１つのアプローチにおいては、各蛍光体粒子の外面上に形成された保護カプセル層を有するマンガンによって活性化されたフッ化物蛍光体材料が用いられる。カプセル層はマンガンを含まないフッ化物蛍光体材料であり、酸素または湿気に起因する劣化メカニズムを緩和させる。別のアプローチでは、上記の劣化問題に対処する別のフッ化物蛍光体材料が提案され、その蛍光体粒子は、内側領域と、内側領域をカプセル化するための外面領域とを含み、表面領域中のマンガン濃度は、内側領域よりも低い。どちらのアプローチにおいても、マンガンの酸素または湿気への露呈を最小限にすることで、酸素または湿気に起因する材料劣化の問題に対処している。上記の解決法の場合、酸素または湿気に起因するフッ化物フォトルミネセンス材料の劣化プロセスを遅らせることはできるものの、劣化の完全な回避は未だ不可能である。また、各フッ化物フォトルミネセンス材料粒子を、マンガンを含まない層または低濃度のマンガン層で完全に被覆することは極めて困難であるため、やはり蛍光体作製コストが増加する。その上、カプセル層の存在によって、フッ化物フォトルミネセンス材料の光変換効率も低下する。
【０００７】
量子ドット（ＱＤ）とは、一般的に、ＩＩ−ＩＶ、ＩＩＩ−Ｖ、ＩＶ−ＶＩまたはＩＶ材料の小さな半導体結晶を指し、その大きさは（例えば、直径）、約１ｎｍ〜約５０ｎｍのオーダであり、ＦＷＨＭスペクトルが極めて狭いフォトルミネセンス材料として用いることができる。しかし、ＱＤ表面上に過度の欠陥および未結合手が有る場合、量子効率のかなり低い非発光性の電子・正孔再結合となる可能性がある。さらに、ＱＤが酸素または湿気と接触すると、光化学反応によってＱＤの表面が酸化しやすくなる。発光効率および安定性がより高いＱＤを作製するには、別の無機半導体シェルをＱＤコア上に生成して、コア／シェル構造を形成する。この配置構成において、シェルは保護層と考えられ、表面欠陥を減少させることで発光効率を高め、ＱＤ表面上の光化学反応を最小限にすることで材料の安定性を向上させる。そのため、コア／シェルＱＤは、光化学酸化に対するより高いフォトルミネセンス効率およびより高い安定性を有することができる。しかし、フッ化物蛍光体材料と同様に、コア／シェル構造の利用によりＱＤの劣化を遅らせることができるものの、ＱＤの劣化の完全な防止はできない。
【０００８】
ＬＥＤのパッケージ構造体を改良してＬＥＤの安定性を高めて、フッ化物フォトルミネセンス材料の遷移金属活性化剤による酸化プロセスを最小限にする別の解決法が提案されている。例えば、１つのアプローチにおいて、リードフレーム型ＬＥＤ素子が、蛍光体シリコーンスラリー層上に配置された透明シリコーン封入層を含むものとして提案されている。ＬＥＤパッケージを保護封入層で覆わない場合、酸素または湿気がＬＥＤパッケージに浸透しやすく、蛍光体材料と反応する恐れがある。そのため、透明シリコーン封入層がバリア層として機能して、周囲の酸素および湿気の浸透を低減する。別のアプローチでは、別のリードフレーム型ＬＥＤ素子が提案されていて、シリコーン材料中に分散された蛍光体材料が、リードフレームによって形成された光空胴中に配される。当該アプローチでは、蛍光体スラリーに対するシリコーンの重量百分率の比が高めに設定されているため、シリコーンがより多く含まれ、より高い酸素／湿気耐性をもたらす。そのため、酸素／湿気に起因する劣化もこれに応じて低下させることができる。
【０００９】
パッケージレベルでの酸素および湿気の浸透を低減させる上記解決法は、リードフレーム型ＬＥＤ用に開発されていることが理解されよう。しかし、リードフレームを筺体またはハウジングとして用いる場合、ＬＥＤのパッケージサイズが大きくなる。その上、より肉厚のシリコーン被覆層またはより多量のシリコーンを用いてバリア特性を向上させると、ＬＥＤ全体のサイズがさらに大きくなる。そのため、このような解決法は、ＬＥＤが埋設されるエレクトロニクス製品の一部には不向きである。なぜならば、これらのエレクトロニクス製品、例えば携帯電子機器またはＬＥＤＴＶ用のＬＥＤバックライトは、より薄くてコンパクトな大きさを指向し続けているからである。このように厳しい物理的空間仕様を満たすために、ＬＥＤをコンパクトな大きさで作製することが望ましい。そのため、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）型ＬＥＤは、他のＬＥＤパッケージと比べて大きさの点で有利であるため、ＬＥＤ業界においてますます注目を集めている。しかし、ＬＥＤの大きさに制約があるため、外部の酸素および湿気がＬＥＤパッケージ内に浸入することを防止することがより困難になる。
【００１０】
そのため外部の酸素および湿気に対する優れたバリア特性を所定の動作寿命期間中維持しつつ、感湿性フォトルミネセンス材料を用いたコンパクトなＣＳＰ型ＬＥＤを提供して光学特性を改善することが必要とされている。
【概要】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態では、湿気バリア構造体を用いて酸素および湿気が、発光素子中で使用される感湿性フォトルミネセンス材料に接触することを防止または最小限にするように構成された発光素子を提供することを目的とする。望ましくは、湿気バリア構造体の実施形態は、発光素子のパッケージサイズが著しく大きくならないようにして、チップスケールパッケージ型発光素子のフォームファクタが小さいという利点を維持する。
【００１２】
上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態による発光素子は、発光半導体ダイと、発光半導体ダイ上に配設された多層フォトルミネセンス構造体と、発光半導体ダイの縁端面およびフォトルミネセンス構造体の縁端面を囲繞する反射構造体とを備える。フォトルミネセンス構造体は、第２のフォトルミネセンス層、および第２のフォトルミネセンス層上に配設された第１のフォトルミネセンス層を含む。第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性の低いフォトルミネセンス材料）からなり、第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性フォトルミネセンス材料）からなる。反射構造体は、第３のポリマーマトリクス材料内に分散された光散乱粒子（例えば、非感湿性光散乱粒子）からなる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本開示の他の実施形態による発光素子は、発光半導体ダイと、発光半導体ダイ上に配設された多層フォトルミネセンス構造体と、フォトルミネセンス構造体を覆う封入構造体とを備える。フォトルミネセンス構造体は、第２のフォトルミネセンス層、および第２のフォトルミネセンス層を覆う第１のフォトルミネセンス層を含む。第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性の低いフォトルミネセンス材料）からなり、第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性フォトルミネセンス材料）からなる。封入構造体は、実質的に透明な第３のポリマー材料を含む。
【００１４】
上記目的を達成するために、リードフレームまたはサブマウント基板を用いて封入された発光素子は、本開示の他の実施形態による耐湿性多層フォトルミネセンス構造体で具体化され、発光半導体ダイ、パッケージ構造体およびフォトルミネセンス構造体を備える。パッケージ構造体は、リードフレームまたはサブマウント基板、ならびにリードフレームを部分的に覆う反射板を含んで、光空胴を形成する。光空胴内に配置された発光半導体ダイは、リードフレームの電極に機械的に接合されて、電気的に接続される。さらに、光空胴内に配設された発光半導体ダイ上に配置されたフォトルミネセンス構造体は、第２のフォトルミネセンス層、および第２のフォトルミネセンス層上に配置された第１のフォトルミネセンス層を含む。第１のフォトルミネセンス層は、第１のポリマーマトリクス材料内に分散された第１のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性の低いフォトルミネセンス材料）を含み、第２のフォトルミネセンス層は、第２のポリマーマトリクス材料内に分散された第２のフォトルミネセンス材料（例えば、感湿性フォトルミネセンス材料）を含む。
【００１５】
よって、本開示は少なくとも、いくつかの実施形態による以下の技術的利点を提供する。低感湿性のフォトルミネセンス材料を含む第１のフォトルミネセンス層は、感湿性フォトルミネセンス材料を含む下側の第２のフォトルミネセンス層を周囲の酸素および湿気から保護するバリア層として機能する。反射構造体、封入構造体およびパッケージ構造体もまた、外部の酸素および湿気の内部への浸透を防止できるため、感湿性フォトルミネセンス材料の劣化プロセスが大幅に減少する。換言すれば、低感湿性のフォトルミネセンス層は、光変換層として機能するだけでなく、下側の感湿性フォトルミネセンス層の保護バリア層としても機能する。
【００１６】
詳細には、第１のフォトルミネセンス層において、第１のポリマーマトリクス材料および低感湿性のフォトルミネセンス材料はどちらも、周囲の酸素および湿気の浸透を低減させるか、または最小限にするように構成される。よって、パッケージの厚さを著しく増加させることなく、第１のフォトルミネセンス層が、感湿性フォトルミネセンス材料を含む下側の第２の感湿性フォトルミネセンス層を保護する酸素および湿気バリア層の役割を果たす。その結果、耐湿性構造体で具体化される発光素子の全体的なパッケージサイズを最小限にでき、小フォームファクタの仕様を満たすことができる。
【００１７】
さらに、発光素子はさらに、耐湿性構造体と共に酸素スカベンジャおよび湿気スカベンジャとして機能するゲッタ材料を含むゲッタ層を含んでもよく、これにより、感湿性フォトルミネセンス材料が外部の酸素および湿気と接することをさらに抑制できる。
【００１８】
本開示の他の態様および実施形態も企図される。上述の要旨および以下の詳細な説明は、本開示をいずれかの特定の実施形態に限定するものではなく、本開示のいくつかの実施形態を説明するものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】ないし
【図１Ｄ】本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤを示す模式断面図である。
【図１Ｅ】および
【図１Ｆ】図１Ｃおよび図１Ｄに示すＬＥＤの用のパターン型フォトルミネセンス層を作製する際に用いられるシャドーマスクの模式図である。
【図２Ａ】ないし
【図２Ｆ】本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤを示す模式断面図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤを示す模式断面図である。
【図４Ａ】ないし
【図４Ｄ】本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤを示す模式断面図である。
【図５Ａ】および
【図５Ｂ】本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤを示す模式断面図である。
【詳細な説明】
【００２０】
定義
以下の定義は、本発明のいくつかの実施形態に関して述べるいくつかの技術態様に適用される。これらの定義は、本願において同じように拡大してもよい。
【００２１】
本願において用いられるように、単数扱いの用語は、非特定と特定とを問わず、文脈上とくに指示しない限り、複数の対象を含む。よって、例えば、１つの層について言及する場合、文脈から明確である場合を除いて、複数の層を含み得る。
【００２２】
本願において用いられるように、用語「１組」は、１つ以上の構成要素の集りを意味する。よって、例えば、１組の層は、単一の層または複数の層を含み得る。１組のうちの複数の構成要素を、１組のうちの複数の部材と呼ぶ場合もある。１組のうちの複数の構成要素は、同じものである場合もあれば、異なるものである場合もある。いくつかの場合において、１組のうちの複数の構成要素は、１つ以上の共通する特性を含んでいてもよい。
【００２３】
本願において用いられるように、用語「隣接する」は、近くにあるか、または隣り合う様子を指す。隣接する構成要素は、互いに離れていてもよいし、あるいは実際に、すなわち直接的に互いに接触していてもよい。いくつかの場合において、隣接する構成要素は、互いに接続している場合があり、あるいは互いに一体形成されている場合もある。いくつかの実施形態の記載において、構成要素が別の構成要素の「上」または「上方」に配置されている場合、前者の構成要素が後者の構成要素上に直接配置されている（例えば、直接物理的に接触している）場合と、１つ以上の介在する構成要素が前者の構成要素と後者の構成要素との間に配置されている場合も含まれる。いくつかの実施形態の記載において、ある構成要素が別の構成要素の「下側」に配置されている場合、前者の構成要素が後者の構成要素の下側に直接配置されている場合（例えば、直接物理的に接触している場合）と、１つ以上の介在する構成要素が前者の構成要素と後者の構成要素との間に配置されている場合を含んでいてもよい。
【００２４】
本願において用いられるように、用語「接続する」、「接続された」および「接続」は、動作上の連結または関連を指す。接続された構成要素は、互いに直接接続させてもよく、あるいは例えば別の１組の構成要素を介して互いに間接的に接続される場合もある。
【００２５】
本願において用いられるように、用語「約」、「実質的に」および「実質的な」は、考慮すべき度合いまたは程度を指す。事象または状況に関連付けて用いられる場合、これらの用語は、その事象または状況が間違いなく発生する場合の他に、例えば本明細書で述べる製造作業の典型的な許容レベルを考慮してその事象または状況がほぼ発生する場合を含んでもよい。例えば、数値に関連して用いられる場合、これらの用語は、当該数値の±１０％以内の変動範囲を含んでいてもよく、例えば、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内、または±０．０５％以内の変動範囲を含む。例えば、「実質的に」透明なとは、可視スペクトルの少なくとも一部またはその全体における少なくとも７０％の光透過率を指し、例えば、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％または少なくとも９０％の光透過率を指すものでよい。
【００２６】
本願においてフォトルミネセンスに関して用いられるように、用語「効率」または「量子効率」とは、入力光子数に対する出力光子数の比を指す。
【００２７】
本願において用いられるように、用語「大きさ」は、特徴的寸法を指す。対象物が球形（例えば、粒子）の場合、その対象物の大きさとは対象物の直径を意味するものでよい。対象物が非球形の場合、その対象物の大きさとは対応する球形対象物の直径を意味するものでよく、この場合、対応する球形対象物は実質的に非球形対象物と同様の一連の導出可能な、あるいは測定可能な特性を呈するか、もしくはこのような特性を有する。よって、例えば、特定の大きさを有する１組の対象物について言及する場合、当該対象物はその大きさの周囲に、いくつかの大きさの分布を有するものと考えられる。よって、本願において用いられるように、１組の対象物の大きさとは、大きさ分布における典型的な大きさ、例えば、大きさの平均値、中間値またはピーク値などを意味するものでよい。
【００２８】
図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による発光素子（ＬＥＤ）１の模式断面図を示す。ＬＥＤ１は、発光半導体ダイ１０、フォトルミネセンス構造体２０および反射構造体３０を含む。技術的内容について、以下に説明する。
【００２９】
発光半導体ダイ１０は望ましくはフリップチップ型発光半導体ダイであり、上面１１、下面１２、縁面１３および１組の電極１４を有する。上面１１および下面１２は、実質的に平行に形成され、対向する。縁面１３は、上面１１と下面１２との間に形成されて延伸し、上面１１の外縁を下面１２の外縁と接続させる。
【００３０】
１組の電極１４または複数の電極は、下面１２上に配置される。電気を１組の電極１４を通して発光半導体ダイ１０に印加するとエレクトロルミネセンスが発生し、例えば、青色光または紫外線（ＵＶ）光などの一次光が外方に出射される。発光半導体ダイ１０によって生成された光の大部分は、上面１１および縁面１３を通して外方に放射される。
【００３１】
フォトルミネセンス構造体２０は、発光半導体ダイ１０から出射された一次光（例えば、青色光またはＵＶ光）の一部を吸収して、より波長の長い二次光（例えば、赤色、黄色、緑色または青色）として放出してもよい。フォトルミネセンス構造体２０を通過した一次光の一部はフォトルミネセンス構造体２０によって変換された二次光と混合され、例えば、所定の相関色温度（ＣＣＴ）を有する白色光など、所望の色外観を有する光を生成する。
【００３２】
素子構造の観点からみると、多層フォトルミネセンス構造体２０（以下、ＰＬ構造体２０と略す）は、上面２０１、下面２０２および縁面２０３を含む。上面２０１および下面２０２は対向して配置され、縁面２０３は、上面２０１と下面２０２との間に形成されて、上面２０１の外縁を下面２０２の外縁と接続させる。
【００３３】
ＰＬ構造体２０は、発光半導体ダイ１０上に配置される。詳細には、ＰＬ構造体２０の下面２０２が発光半導体ダイ１０の上面１１に隣接することで、下面２０２が上面１１を覆う。他の実施形態において、下面２０２は、上面１１から間隔を空けて配置され、スペーサまたは他の構造体（図示せず）をＰＬ構造体２０と発光半導体ダイ１０との間に配設してもよい。加えて、下面２０２の大きさは上面１１よりも若干大きいことが望ましいが、この技術的特徴は他の実施形態では省いてもよく、あるいは変更してもよい。より詳細には、ＰＬ構造体２０は、第１のフォトルミネセンス層（以下、第１のＰＬ層と略す）２１、および第２のフォトルミネセンス層（以下、第２のＰＬ層と略す）２２を含み、第１のＰＬ層２１は第２のＰＬ層２２上に配置される。第１のＰＬ層２１は、第２のＰＬ層２２に隣接して積層してもよいし、あるいは第２のＰＬ層２２から間隔を空けて配置して、スペーサまたは他の構造体を両者間に配置できるようにしてもよい。
【００３４】
第１のＰＬ層２１は、第１のポリマーマトリクス材料２１１および第１のフォトルミネセンス材料２１２（例えば、低感湿性のフォトルミネセンス材料）（以下、低感湿性ＰＬ材料２１２と略す）を含んでいてもよい。低感湿性ＰＬ材料２１２は、第１のポリマーマトリクス材料２１１内に分散される。低感湿性ＰＬ材料２１２は、発光半導体ダイ１０から出射された一次光（例えば、ＵＶ光）によって照射さると、より波長の長い二次光（例えば、赤色、緑色または青色の光）を生成することができる。低感湿性ＰＬ材料２１２が蛍光体材料を含む場合、蛍光体材料は一般的に酸素または湿気による影響を受けにくい金属活性化剤を含む。そのため、酸素または湿気による酸化が原因で低感湿性ＰＬ材料２１２が不活性化する可能性がより低くなる。換言すれば、低感湿性材料２１２は、酸素および湿気の存在下において特定の光輝度および所望の光スペクトルを有する状態で所望の光変換性能を維持することができ、よって周囲環境の影響をより受けにくくなる。低感湿性材料２１２の例を挙げると、例えば、黄色蛍光体材料としてイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、緑色蛍光体材料として窒化物蛍光体材料もしくはβサイアロンなどの酸窒化物蛍光体材料といった無機蛍光体材料が含まれるが、これに限定するものではない。
【００３５】
低感湿性ＰＬ材料２１２は、酸素および湿気の影響を受けにくいため、周囲の酸素または湿気の浸透に抗するバリア層として作製してもよい。表１は、２ｍｍの同じ厚さを持つ２つの層の水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）の測定結果を示す。シリコーン材料のみで構成される膜Ａについては、ＷＶＴＲは１０．５１ｇ／ｍ２／日である。シリコーン材料、およびシリコーン材料内に重量百分率（ｗｔ．％）で６０％量分散された低感湿性フォトルミネセンス材料で構成された膜Ｂについては、ＷＶＴＲは８．３１ｇ／ｍ２／日まで低下した。明確に実証されたように、第１のＰＬ層２１はＷＶＴＲがより低いため、低感湿性ＰＬ材料２１２を第１のポリマーマトリクス材料２１１内に含む場合、より良好な耐湿性バリア特性が得られる。
【００３６】
【表１】
2018056552.tif 000003
【００３７】
低感湿性ＰＬ材料２１２の重量百分率を増加させてより高い実装密度の層構造を構成すると、第１のＰＬ層２１の酸素および湿気バリア特性が向上する。この結果は、無機材料のＷＶＴＲが一般的に有機ポリマー材料よりもはるかに低いことに起因する。そのため、望ましくは、第１のＰＬ層２１の全重量に対する低感湿性ＰＬ材料２１２の重量百分率を約５０％未満、約６０％未満または約７０％未満にする。低感湿性ＰＬ材料２１２の実装密度をより高くするために、低感湿性ＰＬ材料２１２の蛍光体粒子の中程度粒径（Ｄ５０）を、望ましくは、約３０μｍ未満、約２０μｍ未満または約１０μｍ未満とする。
【００３８】
さらに、低感湿性ＰＬ材料２１２および第１のポリマーマトリクス材料２１１のどちらも、周囲の酸素または湿気の浸透に抗するように機能してもよい。第１のポリマーマトリクス材料２１１は、ＷＶＴＲがより低い、例えばＷＶＴＲが２ｍｍ層厚において測定された約１０ｇ／ｍ２／日未満のポリマー材料から選択して、湿気バリア特性を向上させてもよい。第１のポリマーマトリクス材料２１１の例として、シリコーン材料などの樹脂材料が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
その結果、第１のポリマーマトリクス材料２１１および低感湿性ＰＬ材料２１２で構成される第１のＰＬ層２１は、湿気の浸透に抗する酸素および湿気バリア層として機能でき、これにより、第２のＰＬ層２２が周囲の酸素または湿気に晒される危険性を最小限にするか、または低減させることができる。第２のＰＬ層２２は、第２のポリマーマトリクス材料２２１と、異なる第２のフォトルミネセンス材料２２２（例えば、感湿性フォトルミネセンス材料）（以下、感湿性ＰＬ材料２２２と略す）とを含んでいてもよい。感湿性ＰＬ材料２２２は、第２のポリマーマトリクス材料２２１内に分散されて、しっかり定着している。感湿性ＰＬ材料２２２は、望ましくは、発光半導体ダイ１０から出射された一次光（例えば、ＵＶ光）によって照射されている間、波長がより長くＦＷＨＭが狭い二次光（例えば、赤色、緑色または青色光）を生成することができる。感湿性ＰＬ材料２２２は、フォトルミネセンスのＦＷＨＭが低感湿性ＰＬ材料２１２のフォトルミネセンスよりも狭いことに特徴があるものでよい。
【００４０】
感湿性ＰＬ材料２２２の例を挙げると、酸素または湿気の存在下において酸化する傾向を有する反応金属によって活性化される蛍光体材料がある。感湿性ＰＬ材料２２２の他の例としてケイ酸塩蛍光体材料があり、当該材料は湿気があると加水分解しやすく、ＹＡＧ蛍光体材料よりも安定性が低い。感湿性ＰＬ材料２２２の他の例を挙げると、半導体ナノ結晶材料（例えば、量子ドット）がある。量子ドットは、より高エネルギーの一次光によって照射された場合に特定のスペクトルを出射するルミネセンス材料となり得る。出射光のスペクトルは、量子ドットの粒径、形状および材料組成を変更することにより、正確に調整することができる。しかし、酸素または湿気の存在下において量子ドットに照射すると、光酸化によりフォトルミネセンス強度が大幅に低下する可能性ある。さらに、量子ドットが光酸化した場合、出射光のスペクトルがより短波長のスペクトルにシフトする可能性があり、すなわち、フォトルミネセンススペクトルの「青色シフト」が起こり得る。
【００４１】
そのため、酸素または湿気がある場合、感湿性ＰＬ材料２２２が特定の波長変換機能を失いかねない。それにより、所定の動作寿命中に、所定のフォトルミネセンス強度またはスペクトルシフトが徐々に低下する。感湿性材料２２２に達する酸素または湿気の量を低減するために、第１のＰＬ層２１は、周囲の酸素または湿気の浸入および浸透に抗するバリア層として機能するように構成される。そのため、下側に設けられた感湿性材料２２２の動作寿命が延びる。さらに、第２のポリマーマトリクス材料２２１は、ＷＶＴＲがより低いポリマー材料（例えば、ＷＶＴＲが低いシリコーン材料などの樹脂材料）から選択してもよく、これにより、感湿性ＰＬ材料２２２に達する酸素または湿気の量をさらに低減できる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、感湿性材料２２２の例は赤色フッ化物蛍光体材料を含んでいてもよく、赤色フッ化物蛍光体材料は、以下のうち少なくとも１つを含む。すなわち、（Ａ）Ａ２［ＭＦ６］：Ｍ４＋、ここでＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４およびこれらのうち２つ以上の組み合わせから選択され、ＭはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒおよびこれらのうち２つ以上の組み合わせから選択され、（Ｂ）Ｅ［ＭＦ６］：Ｍ４＋、ここでＥはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎおよびこれらのうち２つ以上の組み合わせから選択され、ＭはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒおよびこれらのうち２つ以上の組み合わせから選択され、（Ｃ）Ｂａ０．６５Ｚｒ０．３５Ｆ２．７０：Ｍ４＋、または（Ｄ）Ａ３［ＺｒＦ７］：Ｍ４＋、ここでＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４およびこれらのうち２つ以上の組み合わせから選択される。
【００４３】
感湿性材料２２２の別の例は、量子ドットを含み、量子ドットは、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物およびＩＶ族化合物の半導体ナノ結晶材料から選択可能であるが、これに限定されるものではない。例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅなどを含んでいてもよく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＰＡｓなどを含んでいてもよく、ＩＶ−ＶＩ族化合物は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅなどを含んでいてもよく、ＩＶ族化合物は、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなどを含んでいてもよい。
【００４４】
第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２は、例えば、スプレーコーティング、分注、印刷、成形などの方法を用いて作製できる。第１のＰＬ層２１の形成の一例を以下に示す。最初に、低感湿性ＰＬ材料２１２を未硬化の第１のポリマーマトリクス材料２１１中に混合する。次に、スラリー混合物を基板など（図示せず）の上に配置する。さらに、ポリマーマトリクス材料２１１を硬化（例えば、凝固）させ、基板から分離すると、第１のＰＬ層２１が形成される。
【００４５】
第１のＰＬ層２１は上記の方法によって形成可能であるが、低感湿性ＰＬ材料２１２を含む実装密度の高い第１のＰＬ層２１を形成することが望ましいであろう。第１のＰＬ層２１内に充填された低感湿性ＰＬ材料２１２がまばらであると、耐湿能力が低下し、それによって周囲の酸素および湿気に対するバリア層の質が低くなる恐れがある。望ましくは、フォトルミネセンス材料２１２が蛍光体粒子を含む場合、第１のＰＬ層２１は、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示された方法によって形成するものとする。同文献全体を本願に引用により取り込む。この方法を用いることで、蛍光体粒子を均一に堆積させて、第１のＰＬ層２１の厚みを均一にできる。さらに、この方法を用いることにより、蛍光体粒子を高密度に堆積させて、第１のＰＬ層２１に対する低感湿性材料２１２の重量百分率を少なくとも約５０％、少なくとも約６０％または少なくとも約７０％になるようにでき、これにより耐湿性バリア層が向上する。
【００４６】
さらに、いくつかの実施形態において、第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２は単一のプロセスでなく、順次に形成して、第２のＰＬ層２２の感湿性材料２２２が第１のＰＬ層２１の第１のポリマーマトリクス材料２１１に混ざらないようにする。
【００４７】
発光半導体ダイ１０およびＰＬ構造体２０を囲繞する反射構造体３０は、発光半導体ダイ１０から出射された一次光およびＰＬ構造体２０から放射された二次波長変換光を反射するように構成される。換言すれば、この光を主要として、または単独で、ＰＬ構造体２０の上面２０１から外方に放射させることができる。望ましくは、反射構造体３０は、発光半導体ダイ１０の縁面１３およびＰＬ構造体２０の縁面２０３を直接覆うものとする。
【００４８】
また、反射構造体３０は別のバリア層として機能して、感湿性ＰＬ材料２２２に浸透して到達する酸素または湿気の量を低減させてもよい。反射構造体３０は、第３のポリマーマトリクス材料３１内に分散された光散乱粒子３２を含む。良好な耐湿性バリア特性を実現するために、第３のポリマーマトリクス材料３１は、望ましくは、ＷＶＴＲが低いポリマー材料、例えば２ｍｍの層厚において測定されたＷＶＴＲが約１０ｇ／ｍ２／日未満のシリコーン材料などの樹脂材料から選択可能とする。加えて、反射構造体３０の全重量に対する光散乱粒子３２の重量百分率比は、少なくとも約３０％である。光散乱粒子３２の例として、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３または他の酸化物、窒化物、または他のセラミック材料が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００４９】
反射構造体３０は、分注、印刷、成形などを含む方法を用いて作製してもよい。例えば、先ず、光散乱粒子３２を第３のポリマーマトリクス材料３１中に分散させて、反射構造体３０の複合材料を形成してもよい。次に、分注、印刷、成形などによって複合材料を発光半導体ダイ１０およびＰＬ構造体２０を囲繞するように配置してもよい。最後に、硬化プロセスを行って、反射構造体３０を形成する。
【００５０】
図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤの別の模式断面図を示す。任意で、ＬＥＤ１はさらに基板４０を含み、発光半導体ダイ１０は基板４０上に配置される。基板４０の例として、セラミック基板、ガラス基板、プリント回路基板または金属コアプリント回路基板が含まれるが、これに限定されるものではない。図１Ｂに示すＬＥＤ１は、図１Ａに示すＬＥＤ１を基板４０上に機械的に接合させ、例えば、共晶接合、リフローはんだ付などの製造法を用いてＬＥＤ１の電極を基板４０の接合パッドに電気的に接続して作製できる。
【００５１】
図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤの別の模式断面図を示す。ＬＥＤ１は、表面積の大きさが異なる第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２を含む。詳細には、上面図から分かるように、第１のＰＬ層２１の延長部２１３を含む上面領域の大きさは、第２のＰＬ層２２の上面領域よりも大きい。そのため、第１のＰＬ層２１は第２のＰＬ層２２を完全に覆い、これに対し、第１のＰＬ層２１の延長部２１３は反射構造体３０を覆う。この配置構成において、第２のＰＬ層２２は良好に封入され、第１のＰＬ層２１および反射構造体３０の両方によって保護される一方、第１のＰＬ層２１の延長部２１３は、外部の酸素または湿気に対する湿気バリア層として機能する。
【００５２】
表面領域の大きさが異なる第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２を作製するために、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示された堆積方法を図１Ｅおよび図１Ｆにそれぞれ示すシャドーマスク９０および９０’と共に用いて、層堆積のパターニングを画定することができる。図１Ｅに示すシャドーマスク９０の孔９１の大きさは、図１Ｆに示すシャドーマスク９０’の孔９１’よりも大きいことが理解されよう。延長部２１３でを有する第１のＰＬ層２１を第２のＰＬ層２０上に形成する一例を以下に示す。最初に、シャドーマスク９０を基板など（図示せず）の上に配置する。それにより、低感湿性ＰＬ材料２１２および第１のポリマーマトリクス材料２１１を、孔９１を通して選択的に基板上に堆積させることができる。次に、シャドーマスク９０を除去する。さらに、第１のポリマーマトリクス材料２１１を硬化させて、第１のＰＬ層２１を作製する。表面積の大きさがより小さい第２のＰＬ層２２を、選択的堆積法によって、より小さな孔９１’を含むマスク９０’を用いて作製できる。
【００５３】
図１Ｄは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤの別の模式断面図である。ＬＥＤ装置１の第２のＰＬ層２２は、反射構造体３０を覆いつつ残りの第２のＰＬ層２２の中心部を囲繞する延長部２２３も含んでいてもよい。よって、第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２の表面積は、実質的に同じ大きさでよい。しかし、第２のＰＬ層２２の延長部２２３は、第２のＰＬ層２２の中心部中に設けられた感湿性ＰＬ材料２２２を含まないか、または実質的に有さず、第２のポリマーマトリクス材料２２１のみを含む。この配置構成において、感湿性ＰＬ材料２２２の周囲の酸素または湿気に対する露呈がより少なくなる。そのため、第２のポリマーマトリクス材料２２１を含む延長部２２３は、酸素および湿気のバリア層としても機能可能である。
【００５４】
第２のＰＬ層２２の延長部２２３は感湿性ＰＬ材料２２２を含めることなく作製するために、シャドーマスク９０および９０’を使用した選択的堆積法を用いることができる。詳細には、より小さな孔９１’を有するシャドーマスク９０’を使用して、感湿性ＰＬ材料２２２を選択的に堆積させることができ、これに対し、第２のポリマーマトリクス材料２２１は、より大きな孔９１を有するシャドーマスク９０を使用して（またはシャドーマスクを全く使用せずに）、選択的に堆積できる。これにより、感湿性ＰＬ材料２２２を含まない延長部２２３を作製することができる。
【００５５】
上記の詳細な説明によれば、ＬＥＤ１は、少なくとも以下の技術的特徴を示す。
【００５６】
光スペクトルの観点から、第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２は、発光半導体ダイ１０から出射された青色光などの一次光によって照射されて、異なる波長を有する二次変換光（例えば、緑色光および／または赤色光）を生成する。次に、異なる波長を含む光が１つに混合されて、例えば特定のＣＣＴを有する白色光など、特定のスペクトルの光が生成される。
【００５７】
さらに、第１のＰＬ層２１は波長変換層として機能し、周囲の酸素および湿気が感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２に進入して浸透する事態を低減させる酸素および湿気バリア層としても機能する。反射構造体３０は、周囲の酸素および湿気のＰＬ層２１および２２の縁面から横方向への浸透も低減する。また、無機材料によって構成された発光半導体ダイ１０は、酸素および湿気がその下面１２から垂直方向に通過するのを抑制できる。換言すれば、感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２は、例えば、第１のＰＬ層２１、反射構造体３０および発光半導体ダイ１０などの構成要素によって実質的に完全に密閉して、ほぼ密閉された封入状態を形成することで、第２のＰＬ層２２の感湿性ＰＬ材料２２２が外部の酸素または湿気に起因する有害な影響から良好に保護する。望ましくは、第１のポリマーマトリクス材料２１１、第２のポリマーマトリクス材料２２１および第３のポリマーマトリクス材料３１をＷＶＴＲが低いポリマー材料から選択して、酸素および湿気バリア特性をさらに向上させて感湿性ＰＬ材料２２２の保護を向上させる。
【００５８】
さらに、第１のＰＬ層２１の第１のポリマーマトリクス材料２１１および低感湿性ＰＬ材料２１２がどちらも周囲の酸素または湿気の浸透を低減するように機能できるため、酸素および湿気バリア層の用途のために第１のポリマーマトリクス材料２１１の厚さを大幅に増加させなくてもよい。低感湿性ＰＬ材料２１２は、その粒径をより小さくして、あるいは第１のＰＬ層２１内の実装密度がより高くなるように形成して、第１のポリマーマトリクス材料２１１の厚さが比例して増加しないようにする一方で、重量百分率がより高い低感湿性ＰＬ材料２１２が望まれることが理解されよう。一般的に、低感湿性ＰＬ材料２１２の重量百分率が増加すると、第１のポリマーマトリクス材料２１１の量が若干増加してもよい。そのため、第１のＰＬ層２１は、ＷＶＴＲが比較的低い状態で、最小限の厚さを維持することができる。その結果、ＬＥＤ装置１のパッケージの全体的な大きさは、良好な酸素および湿気バリア特性を維持しつつ、小フォームファクタの仕様を満たすことができる。
【００５９】
最後に、反射構造体３０による第２のＰＬ層２２の封入が充分ではない場合、第２のＰＬ層２２の表面積が第１のＰＬ層２１の表面積よりも小さくなるように構成して、ＬＥＤ１の縁面から第２のＰＬ層２２への横方向のバリア特性を向上させてもよい。
【００６０】
これまでの説明は、ＬＥＤ１に関連する実施形態の詳細な説明である。本開示によるＬＥＤの他の実施形態について以下に詳細に述べる。ＬＥＤの以下の実施形態の特徴および利点に関する詳細な説明の一部はＬＥＤ１に関する説明と同様であるので、説明を簡潔にするため、省略することを理解されたい。
【００６１】
図２Ａ〜図２Ｆは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤ２を示す模式断面図である。図２Ａに示すように、ＬＥＤ２とＬＥＤ１との違いは、ＬＥＤ２がさらに、ＬＥＤ１を構成する要素、例えば、発光半導体１０、ＰＬ構造体２０および反射構造体３０に加えて、透明バリア層５０を含む点である。
【００６２】
詳細には、透明バリア層５０がＰＬ構造体２０上に配置されて外方に延び、反射構造体３０を覆う。あるいは、透明バリア層５０はＰＬ構造体２０を選択的に覆うように配置することも可能であり、透明バリア層５０の縁面を反射構造体３０（図示せず）によって囲んで覆ってもよい。透明バリア層５０は光学的に実質的に透明であるため、光を通過させつつ、周囲の酸素および湿気が内部に浸透するのを低減できることから、感湿性ＰＬ材料２２２に対する周囲の酸素および湿気の存在が減少する。透明バリア層５０の例として、透明な無機層（例えば、ガラス）または低ＷＶＴＲポリマー層（例えば、低ＷＶＴＲのエポキシまたはシリコーン）が含まれる。図２Ａに示すようなＬＥＤ２を作製では、接着剤を用いて透明バリア層５０をＬＥＤ１上に積層させることにより、ＬＥＤ２を形成することができる。
【００６３】
図２Ｂに示すように、ＬＥＤ２のＰＬ構造体２０はさらに、光学的に実質的に透明なゲッタ層２４を含んでいてもよい。望ましくは、ゲッタ層２４を第１のＰＬ層２１と第２のＰＬ層２２との間に配置して挟むものとする。少なくとも大部分の周囲の酸素および湿気が透明バリア層５０および／または第１のＰＬ層２１によって遮断されるが、それでもなお、少量の酸素および湿気がこれらの湿気バリア構造体を通して浸透する可能性がある。ゲッタ層２４は、残りの酸素または湿気を吸収するか、または残りの量の酸素または湿気に反応するかする酸素または湿気スカベンジャとして構成される。これにより、第２のＰＬ層２２の酸素および湿気に反応するＰＬ材料２２２が記載の実施形態においてさらに保護される。
【００６４】
ゲッタ層２４はさらに、実質的に透明なポリマー材料２４１を含んでいてもよく、ゲッタ材料２４２が透明なポリマー材料２４１内において混合される。透明なポリマー材料２４１は、例えば、シリコーン材料、ゴム材料、プラスチック材料などの樹脂材料を含み、望ましくはＬＥＤ２の動作時に過度に劣化しない耐熱性材料であるとよい。ゲッタ材料２４２は、例えば、ゼオライト、ゼオライト系粘土、酸化カルシウム、酸化バリウム、アルミナ、カルシウム、バリウム、チタン、合金、吸水性酸化物、活性炭、吸水性有機材料、吸水性無機材料、またはこれらの２つ以上の組み合わせなど、複数のナノ粒子を含んでいてもよい。望ましくは、ゲッタ材料２４２のナノ粒子の大きさ（例えば、直径）は、例えば、約２００ｎｍ未満または約１００ｎｍ未満の可視光の四分の一波長未満でよい。作製方法については、ゲッタ層２４は、分注、印刷、成形、スプレーコーティングなどの処理方法で形成することができる。
【００６５】
ゲッタ層２４は、ゲッタ粒子を含まずに具体化してもよい。例えば、ゲッタ層２４は、透明な液相ゲッタ材料を凝固させて形成することができる。粒子を含まないゲッタ層２４の一例について、米国特許公開公報第ＵＳ２０１３／０１８１１６３号中の開示内容を参照されたい。
【００６６】
図２Ｃに示すように、ゲッタ材料２４２は、ＬＥＤ２の第１のＰＬ層２１および／または第２のＰＬ層２２内に設けることができる。例えば、ゲッタ材料２４２は、第１のポリマー材料２１１および／または第２のポリマー材料２２１内に直接分散される。同様に、図２Ｄに示すように、ゲッタ材料２４２を反射構造体３０内に設けることができる。例えば、ゲッタ材料２４２は、第３のポリマーマトリクス材料３１内に分散される。そのため、第１のポリマー材料２１１、第２のポリマー材料２２１および／または第３のポリマーマトリクス材料３１中に浸透する周囲の酸素または湿気をゲッタ材料２４２によって吸収するか、またはゲッタ材料２４２と反応させて、感湿性ＰＬ材料２２２をより密閉する。
【００６７】
図２Ｅに示すように、透明バリア層５０がほぼ気密となる性質の無機材料（例えば、ガラス基板）を含む場合、ＬＥＤ２において第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２を積層する順序を逆にすることができる。すなわち、第２のＰＬ層２２を第１のＰＬ層２１上に積層させて、感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２が透明バリア層５０に隣接して配置されるようにする。この構成では、周囲の酸素または湿気がほぼ気密性の透明バリア層５０を貫通できないため、感湿性ＰＬ材料２２２に到達する周囲の酸素または湿気の移動距離が反射構造体３０の下面から増加する。そのため、外部の酸素または湿気から感湿性ＰＬ材料２２２を保護する機能がさらに向上する。
【００６８】
ＬＥＤ２の別の実施形態は、図２Ｆに示すように、第２のＰＬ層２２が透明バリア層５０と第１のＰＬ層２１との間に挟まれ、これに対し、第２のＰＬ層２２の底面２２４および縁面２２５が第１のＰＬ層２１によって実質的に完全に覆われるように構成される。換言すれば、第２のＰＬ層２２は、透明バリア層５０および第１のＰＬ層２１両方によって実質的に完全に封入される。この配置構成において、感湿性ＰＬ材料２２２を、反射構造体３０の縁面を介して浸透する外部の酸素または湿気からさらに良好に保護することができる。
【００６９】
要約すると、例えば、透明バリア層５０、ゲッタ層２４および／またはゲッタ材料２４２の導入など、ＬＥＤ２の様々な実施形態が挙げられる。さらに、透明バリア層５０がほぼ気密である場合、第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２の積層順序を逆にすることにより、感湿性フォトルミネセンス材料２２２を含む第２のＰＬ層２２を透明バリア層５０および第１のＰＬ層２１によって実質的に完全に封入できる。これらの技術的特徴を有する実施形態により、周囲の酸素および湿気による有害な影響から感湿性ＰＬ材料２２２をより良く保護できる。
【００７０】
図３は、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤ３を示す模式断面図である。図２Ａに示すように、ＬＥＤ３とＬＥＤ２との違いは、ＬＥＤ３がさらに、反射構造体３０を囲繞する湿気バリア反射構造体６０を含む点である。
【００７１】
低ＷＶＴＲのポリマー材料を用いて反射構造体３０を形成し、反射構造体がより良好な酸素および湿気バリアとして機能するようにすることが望ましい。しかし、低ＷＶＴＲポリマー材料の場合、例えば、青色光またはＵＶ光などのＬＥＤ半導体ダイ１０から出射されたより高エネルギーの一次光の照射下において劣化する傾向があり、黄化または黒ずみも発生し易い。また、これらの材料の場合、熱に対する熱安定性も低いことがある。そのため、低ＷＶＴＲポリマー材料は、特定の高出力ＬＥＤ用途においては好ましくない場合がある。例えば、フェニル基シリコーン材料はメチル基シリコーン材料よりもＷＶＴＲが低いものの、メチル基シリコーン材料は、フェニル基シリコーン材料よりも高い熱安定性を持つ。この問題に対処するために、ＬＥＤ３はさらに、反射構造体３０の外面を囲んで覆う付加的な湿気バリア反射構造体６０を含むように構成される。この配置構成において、反射構造体３０は、高温の発光半導体ダイ１０に隣接するため、材料がより高いＷＶＴＲを持つ場合でも、熱環境下および青色／ＵＶ光照射下においてより熱的に安定する材料を用いて構成できる。すなわち、反射構造体３０の主な機能は、発光半導体ダイ１０から出射された青色光またはＵＶ光の反射板を提供することである。一方、湿気バリア反射構造体６０は低ＷＶＴＲポリマー材料を用いて構成することにより、酸素または湿気バリア層として機能できる。図示の実施形態において、ＬＥＤ３は、発光半導体ダイ１０から発生した熱および放射に対して良好な安定性を持ち、また、周囲の酸素または湿気に対してほぼ密閉状態での封入を可能とする。あるいは、素子構造において、透明バリア層５０が横方向に延伸して湿気バリア反射構造体６０を覆うことで、上面からの酸素および湿気の浸透を低減させることができる。
【００７２】
望ましくは、湿気バリア反射構造体６０は、例えば、２ｍｍの層厚において測定された約１０ｇ／ｍ２／日を超えない低ＷＶＴＲの第４のポリマーマトリクス材料６１を含む。第４のポリマーマトリクス材料６１の例としてシリコーン材料などの樹脂材料が含まれるが、これに限定するものではない。樹脂またはシリコーン材料は、例えば、フェニル基などのより高濃度の特定の官能基を有してそのＷＶＴＲを低下させてもよい。
【００７３】
湿気バリア反射構造体６０はさらに、第４のポリマーマトリクス材料６１中に分散された光散乱粒子（図示せず）を含んでいてもよい。望ましくは、湿気バリア反射構造体６０の全重量に対する光散乱粒子の重量百分率は、少なくとも約１０％である。そのため、湿気バリア反射構造体６０は反射板として機能して、内側反射構造体３０を通過する光を反射して、ＬＥＤ素子３の４つの周辺縁面からの青色光が漏れ出る可能性を低下させてもよい。さらに、湿気バリア構造体６０は、内部に光散乱粒子を含むことによりそのＷＶＴＲをさらに低下させ、酸素および湿気バリア特性の向上を実現してもよい。
【００７４】
一方、反射構造体３０は、発光半導体ダイ１０から出射される一次光の少なくとも大部分（特に青色光またはＵＶ光）と、ＰＬ構造体２０から放射された二次光とを反射するように構成される。そのため、光が内側反射構造体３０を貫通した後に外側の湿気バリア反射構造体６０に発生する光漏れの強度が大幅に低下する。したがって、青色光またはＵＶ光の照射に起因する湿気バリア反射構造体６０の材料劣化は、材料の熱安定性が若干低下する可能性があるものの、それほど深刻ではなくなる。加えて、湿気バリア反射構造体６０は、反射構造体３０が挟まれている位置において発光半導体ダイ１０の熱源と直接接触しないため、熱の影響が少なく、熱に起因する材料劣化がそれほど深刻ではない。そのため、熱による材料劣化もさほど深刻ではない。青色またはＵＶ光からの熱または放射に起因する反射構造体３０の材料劣化を防止または低減するために、反射構造体３０の第３のポリマーマトリクス材料３１を次の材料、すなわち、青色光またはＵＶ光の照射下においてより高い熱安定性を持ち、より高い耐性を持つ樹脂またはシリコーン材料、例えばメチル基シリコーン材料から構成できる。
【００７５】
ＬＥＤ３の製造方法について、湿気バリア反射構造体６０は、例えば、分注、印刷、成形類似の作製法を用いて作製することができる。作製法の例を以下に示す。第１に、これまでに記載のＬＥＤ１の反射構造体３０を作製する方法と同様に、ＬＥＤ３の反射構造体３０を形成する。次に、反射構造体３０を囲繞する湿気バリア反射構造体６０のスラリー材料を分注、印刷または成形法によって配置することにより、湿気バリア反射構造体６０を形成する。次に、硬化法を行って、作製手順が終了する。さらに、湿気バリア反射構造体６０の形成前または後に透明バリア層５０をＰＬ構造体２０上に配置して、湿気バリア反射構造体６０および透明バリア層５０を特徴とするＬＥＤ３の上記実施形態の作製法を終了することができる。
【００７６】
要約すると、湿気バリア反射構造体６０および反射構造体３０で具体化されるＬＥＤ３は、高出力の用途により適しており、感湿性ＰＬ材料２２２の使用が望ましい。
【００７７】
本開示に従って開示されるＬＥＤ１〜３は、ＣＳＰ型ＬＥＤの酸素または湿気バリア特性を効果的に向上させることができる。しかし、これらの素子は、上面発光型である、すなわち、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の主に上面から、あるいは上面からのみ光が放射されることに特徴付けられるため、視野角が小さい用途により適している。本開示による良好な酸素および湿気バリア特性を有する多層フォトルミネセンス構造体は５面発光式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子に含まれ、すなわち、光はＣＳＰ型ＬＥＤ素子の上面および４つの周辺縁面から放射される。そのため、感湿性ＰＬ材料を含む５面発光式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を、視野角が大きな用途に用いることができる。
【００７８】
図４Ａ〜図４Ｄは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤ４を示す模式断面図である。図４Ａに示すように、ＬＥＤ４は、発光半導体ダイ１０、ＰＬ構造体２０’および封入構造体７０を含み、ＰＬ構造体２０’は上記実施形態におけるＰＬ構造体２０（例えば、図１Ａに示すＰＬ構造体２０）と形状が異なる。幾何学的観点からみると、ＰＬ構造体２０が発光半導体ダイ１０の上面１１を覆って隣接する実質的に平面な層であるのに対し、ＰＬ構造体２０’は、発光半導体ダイ１０の上面１１の他に縁面１３を共形的に覆って隣接する。
【００７９】
詳細には、ＰＬ構造体２０’は、上部２０１’、縁部２０２’および延長部２０３’を含む。上部２０１’は、発光半導体ダイ１０の上面１１を覆うように配置され、縁部２０２’は、発光半導体ダイ１０の縁面１３を覆うように下方に延びる上部２０１’に接続される。縁部２０２’の下面は、発光半導体ダイ１０の下面１２と同じ高さでよい。延長部２０３’は縁部２０２’に接続されて、縁部２０２’から横方向に離れるように延びる。多層ＰＬ構造体２０’は、第２のＰＬ層２２と、第２のＰＬ層２２上に配置された第１のＰＬ層２１とを含む。そのため、上部２０１’、縁部２０２’および延長部２０３’は、第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２の両方を含む。
【００８０】
透明な封入構造体７０はＰＬ構造体２０’上に配置され、上部２０１’の上面２０１、縁部２０２’の縁面および延長部２０３’の上面を覆う。透明な封入構造体７０の縁面は、延長部２０３’の縁面２０３に垂直方向に整合してもよい。他の実施形態（図示せず）において、透明な封入構造体７０は延長部２０３’の縁面２０３も覆って、ＰＬ構造体２０’をより密閉させてもよい。透明な封入構造体７０は、望ましくはＷＶＴＲが低い実質的に透明なポリマー材料７１を含んで、周囲の酸素および湿気の侵入および浸透を阻止する。
【００８１】
図４Ｂに示すように、多層ＰＬ構造体２０’はさらに、発光半導体ダイ１０上の第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２の下側に配置された第３のフォトルミネセンス層２３（以下、第３のＰＬ層２３と略す）を含んでいてもよい。換言すれば、酸素または湿度感応性フォトルミネセンス材料２２２を含む第２のＰＬ層２２は、第１のＰＬ層２１と第３のＰＬ層２３との間に挟まれる。第３のＰＬ層２３は、第５のポリマーマトリクス材料２３１内に分散された第３のフォトルミネセンス材料（例えば、低感湿性フォトルミネセンス材料）２３２（以下、低感湿性ＰＬ材料２３２と略す）を含む。それぞれの構成要素の技術仕様について、これまでに説明した第１のＰＬ層２１の第１のポリマーマトリクス材料２１１および低感湿性ＰＬ材料２１２の仕様を参照されたい。
【００８２】
よって、発光半導体ダイ１０およびＰＬ構造体２０’から出射した光は、ＬＥＤ４の上面および４つの縁面から外方に放射可能である。すなわち、ＬＥＤ４は、５表面発光式ＣＳＰ型ＬＥＤとして特徴付けられる。そのため、ＬＥＤ４は、より大きな視野角を有することができる。加えて、第１のＰＬ層２１、第３のＰＬ層２３および透明な封入構造体７０はＷＶＴＲが低くなるように構成して、感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２に達する周囲の酸素または湿気の侵入および浸透を低減させる。
【００８３】
感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２が良好に保護されるものの、酸素または湿気がとくにＬＥＤ４の縁面２０３から侵入する可能性がなおも残る場合がある。このような可能性に対処するため、図４Ｃに示すように、５面発光式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の別の実施形態を例示する。図１Ｃに示すＬＥＤ１のＰＬ構造体２０と同様に、ＬＥＤ４におけるＰＬ構造体２０’の第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２は、異なる大きさの被覆面積を持つように構成される。詳細には、上面図から分かるように、第２のＰＬ層２２上に配置された第１のＰＬ層２１はより大きな被覆領域を有するため、感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２が実質的に完全に封入される。望ましくは、第１のＰＬ層２１の延長部２１３は、外方に延びて第２のＰＬ層２２の延長部２２３の縁面２２５を実質的に完全に覆うように構成される。この配置構成により、酸素および湿度の感応性が低いフォトルミネセンス材料２１２を備える第１のＰＬ層２１は、酸素および湿度の感応性が高いフォトルミネセンス材料２２２を含む第２のＰＬ層２２に特に外側縁方向から浸透する酸素または湿気をさらに最小化することができる。
【００８４】
図４Ｄに示すように、ＬＥＤ４はさらに、発光半導体ダイ１０上の第１のＰＬ層２１および第２のＰＬ層２２の下側に配置された第３のＰＬ層２３を含んでいてもよい。すなわち、第２のＰＬ層２２は、第１のＰＬ層２１と第３のＰＬ層２３との間に挟まれる。第２のＰＬ層２２は小さな被覆領域を持つように構成されて、第１のＰＬ層２１および第３のＰＬ層２３内に封入される。これにより、酸素および湿気バリア特性がさらに向上する。
【００８５】
ＬＥＤ４を製造する製造手順については、一例として、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示の方法により、多層ＰＬ構造体２０’を発光半導体ダイ１０上に形成する。より詳細には、第３のＰＬ層２３、第２のＰＬ層２２および第１のＰＬ層２１を順に配置する。次に、透明な封入構造体７０を、分注、印刷または成形法によってＰＬ構造体２０’上に形成することで、ＬＥＤ４の作製工程が終了する。さらに、第１のＰＬ層２１、第２のＰＬ層２２または第３のＰＬ層２３の選択的堆積が指定される場合、異なる孔径のシャドーマスクを用いて、被覆領域の大きさが異なる対応するＰＬ層を作製することができる。シャドーマスクを用いたＰＬ層の選択的堆積法については、図１Ｅ、図１Ｆおよびそれに対応する段落で説明した技術記載を参照されたい。
【００８６】
本開示による良好な酸素および湿気バリア特性を有する多層フォトルミネセンス構造体は、感湿性ＰＬ材料を含むリードフレーム型ＬＥＤ素子の実施形態において用いることも可能である。図５Ａおよび図５Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるＬＥＤ５を示す模式断面図である。図５Ａに示すように、ＬＥＤ５は、発光半導体ダイ１０’、パッケージ構造体８０およびＰＬ構造体２０を含む。発光半導体ダイ１０’は、フリップチップ式発光半導体ダイ、垂直式発光半導体ダイまたは水平（フェイスアップ）式発光半導体ダイでよい。
【００８７】
パッケージ構造体８０は、リードフレーム８１および反射板８２を含む。相互に電気的に絶縁された第１の電極８１１および第２の電極８１２を含むリードフレーム８１は、打抜き法によって形成される。反射板８２は、リードフレーム８１上に配置または形成される。第１の電極８１１および第２の電極８１２の少なくとも一部は露出して、発光半導体ダイ１０’の電極１４に電気的に接続される。第１の電極８１１および第２の電極８１２の露出領域は接合パッドとして用いてワイヤボンディングを行ってもよく、または別の形式の電気接続などを行ってもよい。
【００８８】
望ましくは、反射板８２をリードフレーム８１上に配置して、反射光空胴８２１を形成する。反射板８２の材料組成は、図１Ａに示す反射構造体３０の組成と同じか、あるいは類似したものでよく、例えば、ポリマー材料中に分散された光散乱粒子でよい。そのため、反射板８２のＷＶＴＲも低くてもよい。反射板８２の形成に用いられる材料の例として、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリシクロへキシレン−ジ−メチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、エポキシ成形化合物（ＥＭＣ）、またはシリコーン成形化合物（ＳＭＣ）が挙げられるが、これに限定するものではない。
【００８９】
発光半導体ダイ１０’は、光空胴８２１内に配置され、第１の電極８１１および第２の電極８１２に電気的に接続される。ＰＬ構造体２０は光空胴８２１内に配置されるため、ＰＬ構造体２０が発光半導体ダイ１０’を覆う。そのため、発光半導体ダイ１０’から出射された一次光およびＰＬ構造体２０によって変換された二次光は、もっぱら、あるいは主として、上面２０１から外方に放射できる。図５Ａに示すいくつかの実施形態によると、ＰＬ構造体２０は、パッケージ構造体８０内の発光半導体ダイ１０’とＰＬ構造体２０との間に配置された実質的に透明なポリマー材料８３を含むことにより、発光半導体ダイ１０’から離れて配置される。よって、発光半導体ダイ１０’の上面１１の余分な空間により、発光半導体ダイ１０’は実現可能なワイヤ接合を通して、リードフレーム８１の電極８１１および８１２に電気的に接続できる。
【００９０】
ＬＥＤ素子５を製造する製造方法について、作製工程の例を以下に示す。まず、発光半導体ダイ１０’をリードフレーム８１に機械的に接合させ、電極８１１および８１２に電気的に接続させる。次に、ＰＬ構造体２０を、望ましくは米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示の方法によって形成して、発光半導体ダイ１０’上に配置し、ＰＬ構造体２０の下面２０２を発光半導体ダイ１０’の上面１１に隣接させる。あるいは、他の実施形態によるＬＥＤ５を作成するために、実質的に透明なポリマー材料８３を配設して、発光半導体ダイ１０’の上方にスペーサを設けた後に、ＰＬ構造体２０を取り付けることもできる。
【００９１】
一方、比較的耐湿性のリードフレーム型ＬＥＤ素子によれば、シリコーン被覆層がリードフレーム型ＬＥＤの上面を覆って配置され、周囲の湿気の浸透を最小限に抑えることにより、感湿性フォトルミネセンス材料の劣化を防止する。しかし、本開示に記載の実施形態によるＬＥＤ５は、シリコーン被覆層の代わりに、第１のポリマーマトリクス材料２１１中に分散された低感湿性ＰＬ材料２１２を含む第１のＰＬ層２１を用いるように構成される。この配置構成により、湿気バリア層は、感湿性ＰＬ材料２２２を含む第２のＰＬ層２２をより良好に保護する第１のＰＬ層２１となる。よって、ＬＥＤ５に記載の実施形態では、全体的なフォームファクタを不可避的に増加させるかなり肉厚のシリコーン被覆層を湿気バリア層としなくてもよい。よりコンパクトなＬＥＤは、薄くてコンパクトなフォームファクタを要する電気製品などの用途においてより好ましい。
【００９２】
図５Ｂに示すように、ＬＥＤ５はさらに、ＰＬ構造体２０上に配置された透明バリア層５０を含むこともできる。より詳細には、透明バリア層５０はさらに、反射板８２の上面を覆ってもよい。加えて、ゲッタ材料２４２は、ＰＬ構造体２０内（例えば、ゲッタ層２４内）および／または透明なポリマー材料８３内に含むことも可能である。
【００９３】
要約すると、本開示の実施形態によるＬＥＤは、酸素および湿気バリア特性を向上させる様々な耐湿性構造体を備える。例えば、多層ＰＬ構造体、反射構造体、透明バリア層、湿気バリア反射構造体、ゲッタ層、パッケージ構造体などを含む耐湿性構造体の様々な実施形態は、ＬＥＤの全体的フォームファクタを有意に増加させることなく、酸素および湿気が感湿性ＰＬ材料に達するのを防止または低減するように構成される。
【００９４】
上記開示について、特定の実施形態を参照して述べてきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に規定する開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々に変更可能であり、同様の形態に置き換え可能であることは理解されよう。加えて、様々な改良を行って、開示の目的、趣旨および範囲に対する特定の状況、材料、物体の組成、方法、またはプロセスに適合させてもよい。このような改良はいずれも、添付の特許請求の範囲内で行うことを意図する。詳細には、本願に開示する方法について、特定の順序で行われる特定の動作を参照して述べてきたが、これらの動作を組み合わせたり、細分化したり、あるいは順序を入れ替えることにより、本開示の教示内容から逸脱することなく、同様の方法を構成してもよいことを理解されたい。したがって、本願中に特に明記しない限り、動作の順序およびグループ分けは、本開示を限定するものでない。
【図１Ａ】
2018056552.tif 000004
【図１Ｂ】
2018056552.tif 000005
【図１Ｃ】
2018056552.tif 000006
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
2018056552.tif 000010
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2018056552.tif 000012
【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2018056552.tif 000015
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2018056552.tif 000019
【図４Ｄ】
2018056552.tif 000020
【図５Ａ】
2018056552.tif 000021
【図５Ｂ】
2018056552.tif 000022
【外国語明細書】
2018056552000001.pdf