(57)【要約】  半導体発光デバイスは、面を有する基板と、その面上にあり、光学素子をその中に含む可撓性被膜と、基板と可撓性被膜の間にあり、光学素子を通して光を放出するように構成された半導体発光素子とを含んでいる。面は空洞をその中に有することができ、半導体発光素子は空洞内にあってよい。可撓性被膜は空洞を越えて面上に延び、光学素子は空洞の上を覆う。
2007531303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面を有する基板と、
前記面上に設けられ、光学素子をその中に含んだ可撓性被膜と、
前記基板と前記可撓性被膜の間に、前記光学素子を通して光を放出するように構成された半導体発光素子と
を備えていることを特徴とする半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記面は空洞をその中に含み、前記可撓性被膜は前記空洞を越えて前記面上に延び、前記光学素子は前記空洞の上を覆い、前記半導体発光素子は前記空洞内にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記光学素子は、レンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記光学素子は、プリズムを備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記半導体発光素子は、前記可撓性被膜に向かって延びる配線を有し、前記プリズムは、前記半導体発光素子から放出される前記光が前記配線によって遮蔽されるのを低減するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記可撓性被膜上で、前記レンズと前記半導体発光素子の間に蛍光体をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記レンズは、前記半導体発光素子に隣接する凹状内面を有し、前記蛍光体は、前記凹状内面上に共形の蛍光体層を備えていることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記空洞の上を覆う前記可撓性被膜の少なくとも一部分は前記光に透明であり、前記空洞を越えて前記面上に延びる前記可撓性被膜の少なくとも一部分は前記光に不透明であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記空洞の上を覆う前記可撓性被膜の少なくとも一部分は第１の材料を有し、前記空洞を越えて前記面上に延びる前記可撓性被膜の少なくとも一部分は第２の材料を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記半導体発光素子は、前記空洞内で前記可撓性被膜に向かって延びそれに接触する配線を有し、前記可撓性被膜は、前記配線に電気的に接続する透明な導体を前記空洞内に含んでいることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記光学素子は、前記空洞の上を覆うとともに前記空洞から離れた側が凸型になったレンズを備え、前記可撓性被膜は、前記レンズと前記半導体発光素子の間に、前記空洞に向かって凸型になった凸型要素をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
前記凸型要素上に共形の蛍光体層をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１３】
前記可撓性被膜は、前記基板に隣接する第１の面及び前記基板から離れた第２の面を有し、前記光学素子は、前記第１の面上に第１の光学素子を備え、前記第２の面上に第２の光学素子を備え、その双方が、前記半導体発光素子が前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子を通して光を放出するような位置にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１４】
前記可撓性被膜と前記基板を互いに接着するように構成された接着要素をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１５】
前記光学素子は第１の光学素子であり、前記半導体発光素子は第１の半導体発光素子であり、前記可撓性被膜は前記第１の光学素子から離隔された第２の光学素子をその中に含み、前記基板と前記可撓性被膜の間にあって前記第２の光学素子を通して光を放出するように構成された第２の半導体発光素子をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１６】
前記面は、第１及び第２の空洞をその中に有し、前記可撓性被膜は、前記第１及び第２の空洞を越えて前記面上に延び、前記第１の光学素子は前記第１の空洞の上を覆い、前記第１の半導体発光素子は前記第１の空洞内にあり、前記第２の光学素子は前記第２の空洞の上を覆い、前記第２の半導体発光素子は前記第２の空洞内にあることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１７】
前記可撓性被膜上で前記第１の光学素子と前記第１の半導体発光素子の間にある第１の蛍光体層と、前記可撓性被膜上で前記第２の光学素子と前記第２の半導体発光素子の間にある第２の蛍光体層とをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１８】
前記第１及び第２の蛍光体層は、異なる蛍光体を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１９】
前記面は空洞をその中に有し、前記可撓性被膜は前記空洞を越えて前記面上に延び、前記第１の光学素子は前記空洞の上を覆い、前記第１の半導体発光素子は前記空洞内にあり、前記第２の光学素子は前記空洞の上を覆い、前記第２の半導体発光素子は前記空洞内にあることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２０】
前記可撓性被膜上で前記第１の光学素子と前記第１の半導体発光素子の間にある第１の蛍光体層と、前記可撓性被膜上で前記第２の光学素子と前記第２の半導体発光素子の間にある第２の蛍光体層とをさらに備えていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２１】
前記第１及び第２の蛍光体層は、異なる蛍光体を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２２】
前記半導体発光素子は、発光ダイオードを備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２３】
前記可撓性被膜は、前記第１及び第２の光学素子から離隔された第３の光学素子をその中に含み、前記基板と前記可撓性被膜の間にあって前記第３の光学素子を通して光を放出するように構成された第３の半導体発光素子をさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２４】
前記可撓性被膜上で前記第１の光学素子と前記第１の半導体発光素子の間にある第１の蛍光体層と、前記可撓性被膜上で前記第２の光学素子と前記第２の半導体発光素子の間にある第２の蛍光体層と、前記可撓性被膜上で前記第３の光学素子と前記第３の半導体発光素子の間にある第３の蛍光体層とをさらに備えていることを特徴とする請求項２３に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２５】
前記第１の蛍光体層及び前記第１の半導体発光素子は赤色光を発生するように構成され、前記第２の蛍光体層及び前記第２の半導体発光素子は青色光を発生するように構成され、前記第３の蛍光体層及び前記第３の半導体発光素子は緑色光を発生するように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２６】
前記光学素子は、蛍光体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２７】
前記光学素子は、蛍光体がその中に分散されたレンズを備えていることを特徴とする請求項２６に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２８】
前記光学素子は、光学放出増大素子及び／又は光学変換素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２９】
前記光学素子は、光散乱素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３０】
前記光学素子と前記半導体発光素子の間に光学的結合媒質をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３１】
前記空洞内の前記光学素子と前記半導体発光素子の間に光学的結合媒質をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３２】
前記蛍光体と前記半導体発光素子の間に光学的結合媒質をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３３】
前記凸型要素と前記半導体発光素子の間に光学的結合媒質をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３４】
前記共形の蛍光体層と前記半導体発光素子の間に光学的結合媒質をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３５】
基板面上に半導体発光素子を取り付けるステップと、
光学素子をその中に含む可撓性被膜を、動作時に前記半導体発光素子が前記光学素子を通して光を放出するように、前記基板面に接着するステップと
を有することを特徴とする半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項３６】
前記面は空洞をその中に有し、
基板面上に半導体発光素子を取り付けるステップは、半導体発光素子を前記空洞内に取り付けるステップを含み、
可撓性被膜を接着するステップは、光学素子を中に含む可撓性被膜を、前記可撓性被膜が前記空洞を越えて前記面上に延びるとともに、前記光学素子が前記空洞の上を覆うように、前記基板面に接着するステップを含む
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項３７】
前記光学素子は、レンズ、プリズム、蛍光体、光学放出増大及び／又は変換素子及び／又は光散乱素子を備えていることを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項３８】
可撓性被膜を接着するステップの前段に、前記可撓性被膜上に、前記光学素子に隣接して蛍光体層を形成するステップを実施することを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項３９】
可撓性被膜を接着するステップの前段に、
前記光学素子を形成するステップと、
前記光学素子を囲んで前記可撓性被膜を形成するステップと
を実施することを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４０】
可撓性被膜を接着するステップの前段に、
前記光学素子を第１の材料で形成するステップと、
前記第１の材料に接着する前記可撓性被膜を第２の材料で形成するステップと
を実施することを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４１】
可撓性被膜を接着するステップの前段に、前記可撓性被膜上に透明な導体を形成するステップを実施することを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４２】
基板面上に半導体発光デバイスを取り付けるステップは、
基板面上に複数の半導体発光素子を取り付けるステップを含み、
可撓性被膜を接着するステップは、複数の光学素子を含む可撓性被膜を、動作時にそれぞれの半導体発光素子がそれぞれの光学素子を通して光を放出するように、前記基板面に接着するステップを含む
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４３】
基板面上に複数の半導体発光素子を取り付けるステップは、複数の半導体発光素子を前記基板面内の対応する複数の空洞内に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項４２に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４４】
基板面上に複数の半導体発光素子を取り付けるステップは、複数の半導体発光素子を前記基板面内の単一の空洞内に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項４２に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４５】
半導体発光素子を取り付けるステップと可撓性被膜を接着するステップとの間に、前記半導体発光素子と前記光学素子との間に光学的結合媒質を配置するステップを実施することを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【請求項４６】
半導体発光素子を取り付けるステップと可撓性被膜を接着するステップとの間に、前記空洞内に光学的結合媒質を配置するステップを実施することを特徴とする請求項３６に記載の半導体発光デバイスの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子をその中に有する可撓性被膜を含む半導体発光デバイス及びその組立方法に関し、より詳細には、半導体発光デバイスのパッケージング及びそのパッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードなどの半導体発光デバイスは、多くの適用分野で広く使用されている。当業者には良く知られているように、半導体発光デバイスは、その電圧印加後すぐにコヒーレント光及び／又はインコヒーレント光を放出するように構成された、１つ又は複数の半導体層を有する半導体発光素子を含んでいる。また、外部の電気的接続、ヒートシンク、レンズ又は導波路、環境からの保護、及び／又は半導体発光デバイスの他の機能を提供するために、半導体発光素子を一般にパッケージングすることも知られている。パッケージングは、ドーム型の透明なプラスチックシェル（ｐｌａｓｔｉｃ  ｓｈｅｌｌ）で半導体発光デバイスの少なくとも一部分を囲むことによって、少なくとも部分的に行うことができる。
【０００３】
例えば、半導体発光デバイスに２つの部分からなるパッケージを設けることが知られている。このパッケージにおいては、半導体発光素子を外部と接続するための電気トレースを上に有する、例えばアルミナ、窒化アルミニウム及び／又は他の材料からなる基板上に、半導体発光素子が取り付けられている。例えば、銀めっき銅でよい第２の基板が、例えば、接着剤を使用して、半導体発光素子を囲んで第１の基板上に取り付けられる。レンズは、第２の基板上に、半導体発光素子を覆って配置することができる。上述の２つの部分からなるパッケージを備える発光ダイオードは、文献に記載されている（例えば、特許文献１参照）。その開示をここに、本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
【０００４】
放出される放射を特定の周波数帯で増大させるために、かつ／又は放射の少なくとも一部を別の周波数帯に変換するために、半導体発光デバイスに蛍光体を組み込むことがしばしば望ましい。蛍光体は、多くの従来技術を使用して、半導体発光デバイス中に組み込むことができる。ある技術では、蛍光体は、プラスチックシェルの内側及び／又は外側に被覆される。他の技術では、蛍光体は、例えば、電気泳動堆積を使用して、半導体発光デバイス自体上に被覆される。さらに他の技術では、蛍光体をその中に含むエポキシなど滴状の材料を、プラスチックシェルの内側、半導体発光デバイス上、及び／又はデバイスとシェルの間に載せることができる。この技術は、「グロブトップ（ｇｌｏｂ  ｔｏｐ）」と呼ばれることがある。蛍光体被覆は、また、屈折率整合材料を含んでもよく、かつ／又は別の屈折率整合材料を設けてもよい。蛍光体被覆を用いるＬＥＤは、文献に記載されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６及び特許文献７参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１０／４４６５３２号明細書（２００３年５月２７日出願。本発明の譲受人に譲渡された、Lohの、「Power Surface Mount Light Emitting Die Package」という名称の特許出願。）
【特許文献２】米国特許第６２５２２５４号明細書
【特許文献３】米国特許第６０６９４４０号明細書
【特許文献４】米国特許第５８５８２７８号明細書
【特許文献５】米国特許第５８１３７５３号明細書
【特許文献６】米国特許第５２７７８４０号明細書
【特許文献７】米国特許第５９５９３１６号明細書
【特許文献８】米国特許同時係属出願第１０／６５９１０８号明細書（２００３年９月９日出願。本発明の譲受人に譲渡された、Negley等、「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods for Fabricating Same」という名称の特許出願。）
【特許文献９】米国特許第６２０１２６２号明細書
【特許文献１０】米国特許第６１８７６０６号明細書
【特許文献１１】米国特許第６１２０６００号明細書
【特許文献１２】米国特許第５９１２４７７号明細書
【特許文献１３】米国特許第５７３９５５４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５６３１１９０号明細書
【特許文献１５】米国特許第５６０４１３５号明細書
【特許文献１６】米国特許第５５２３５８９号明細書
【特許文献１７】米国特許第５４１６３４２号明細書
【特許文献１８】米国特許第５３９３９９３号明細書
【特許文献１９】米国特許第５３３８９４４号明細書
【特許文献２０】米国特許第５２１００５１号明細書
【特許文献２１】米国特許第５０２７１６８号明細書
【特許文献２２】米国特許第４９６６８６２号明細書
【特許文献２３】米国特許第４９１８４９７号明細書
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書（２００３年１月９日公開。「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という名称の特許出願。）
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書（「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という名称の特許出願。）
【特許文献２６】米国特許出願第１０／６５９２４１号明細書（２００３年９月９日出願。「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor」という名称の特許出願。）
【特許文献２７】米国特許出願第１０／６５９２４０号明細書（２００３年９月９日出願。本発明の譲受人に譲渡された、Negley等の、「Transmissive Optical Elements Including Transparent Plastic Shell Having a Phosphor Dispersed Therein, and Methods of Fabricating Same」という名称の特許出願。）
【特許文献２８】米国特許出願第１０／６６６３９９号明細書（２００３年９月１８日出願。本発明の譲受人に譲渡された、Michael Leungの、「Molded Chip Fabrication Method and Apparatus」という名称の特許出願。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遺憾ながら、半導体発光デバイス用のパッケージは高価となることがあり、場合によっては半導体発光素子自体よりも高価となることがある。さらに、組立工程もコストが高くつき、時間がかかることがあり、かつ／又は障害を生じやすい。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光学素子をその中に有する可撓性被膜を含む半導体発光デバイス及びその組立方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態では、面を有する基板と、その面上にあり、光学素子を中に含む可撓性被膜と、基板と可撓性被膜の間にあり、光学素子を通して光を放出するように構成された半導体発光素子とを含む、半導体発光デバイスが提供される。いくつかの実施形態では、光学素子と半導体発光素子の間に、光学ゲルなどの光学的結合媒質（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｍｅｄｉａ）を設ける。いくつかの実施形態では、面はその中に空洞を有し、半導体発光素子はその空洞内にある。可撓性被膜は、空洞を越えて面上に延び、光学素子は空洞の上を覆う。いくつかの実施形態では、空洞内に光学的結合媒質を設ける。半導体発光デバイスは、本発明の様々な実施形態によれば、基板の面上に半導体発光素子を取り付け、動作時に半導体発光素子が光学素子を通して光を放出するように、光学素子をその中に含む可撓性被膜を基板面に接着させることによって組み立てることができる。光学的結合媒質は、半導体発光素子と光学素子の間に配置することができる。
【０００９】
本発明の他の様々な実施形態に従って、光学素子の多くの異なる構成を実現することができる。いくつかの実施形態では、光学素子はレンズを含んでいる。他の実施形態では、光学素子はプリズムを含んでいる。他の実施形態では、可撓性被膜は基板に隣接する第１の面及び基板から離れた第２の面を有し、光学素子は第１の面上に第１の光学素子を、第２の面上に第２の光学素子を有し、その双方が、第１の光学素子及び第２の光学素子を通して発光素子が光を放出するような位置にある。いくつかの実施形態では、光学素子は蛍光体及び／又は他の光学放出増大素子（ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は光学変換素子を含んでいる。さらに他の実施形態では、光学素子は光散乱素子を含んでいる。これら及び／又は他の光学素子の組合せならびに部分的組合せを実現することもできる。さらに、これらのいずれの実施形態においても、光学素子と半導体発光素子の間に光学的結合媒質を設けることができる。
【００１０】
本発明の他の様々な実施形態に従って、可撓性被膜の多くの構成を実現することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、空洞の上を覆う可撓性被膜の少なくとも一部分が光に透明であり、空洞を越えて面上に延びる可撓性被膜の少なくとも一部分が光に不透明である。他の実施形態では、空洞の上を覆う可撓性被膜の少なくとも一部分は第１の材料を含み、空洞を越えて面上に延びる可撓性被膜の少なくとも一部分は第２の材料を含んでいる。さらに他の実施形態では、半導体発光素子は、空洞内で可撓性被膜に向かって延びそれに接触する配線を有し、可撓性被膜は、配線に電気的に接続する透明な導体を空洞内に含んでいる。これら及び／又は可撓性被膜の他の構成の組合せならびに部分的組合せを実現することもできる。
【００１１】
他の実施形態では、可撓性被膜と基板を互いに接着させるように構成された接着要素も設けられる。従来の多くの接着技術を使用して、接着要素を実現することができる。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態は、半導体発光デバイスに蛍光体を組み込むように構成することができる。いくつかの実施形態では、可撓性被膜上でレンズと半導体発光素子の間に蛍光体を設ける。他の実施形態では、レンズは、半導体発光素子に隣接する凹状の内面を有し、蛍光体は、凹状の内面上に共形の蛍光体層を有する。さらに他の実施形態では、光学素子は、空洞の上を覆うとともに空洞から離れた側が凸型になったレンズを含み、可撓性被膜はさらに、レンズと発光素子の間に、空洞に向かって凸型になった凸型要素を含み、凸型要素上に共形の蛍光体被覆が設けられる。これら及び／又は蛍光体の他の構成の組合せならびに部分的組合せを実現することもできる。さらに、これらのいずれの実施形態においても、蛍光体と半導体発光素子の間に光学的結合媒質を設けることができる。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態では、半導体発光素子は、可撓性基板に向かって延びる配線を有する。これらの実施形態のいくつかでは、光学素子は、半導体発光素子から放出される光が配線によって遮られるのを低減するように構成されたプリズムを含んでいる。
【００１４】
本発明の様々な実施形態に従って、複数の半導体発光素子及び／又は光学素子を、半導体発光デバイス内に組み込むことができる。各半導体発光素子をそれぞれの空洞内に含めてよく、かつ／又は複数の半導体発光素子を、単一の空洞内に含めてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、可撓性被膜上で、各光学素子に、同じ蛍光体を含めることができる。他の実施形態では、異なる蛍光体を使用することができる。例えば、第１の蛍光体層及び第１の半導体発光素子を、赤色光を発生するように構成することができ、第２の蛍光体層及び第２の半導体発光素子を、青色光を発生するように構成することができ、第３の蛍光体層及び第３の半導体発光素子を、緑色光を発生するように構成することができる。これら及び／又は他の複数の半導体発光素子及び／又は複数の光学素子の組合せならびに部分的組合せを実現することもできる。最後に、本発明の様々な実施形態に従って、これら及び／又は他の光学素子、可撓性被膜、蛍光体、及び／又は複数の要素の組合せならびに部分的組合せを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、本発明の様々な実施形態が示された添付の図面を参照して説明する。ただし、本発明は、多くの異なる形で実施することができ、本明細書に記載の実施形態だけに限定されるものと解釈すべきではない。これらの実施形態は、本開示が網羅的で完全なものとなるように、また本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために、提供するものである。図面では、層及び領域の寸法及び相対寸法は、見やすくするために誇張されていることがある。同じ数字は、全体を通じて同じ要素を表す。
【００１６】
層、領域、基板などの要素が、別の要素「上」にあるといわれる場合、その要素は直接別の要素上に存在してもよく、介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。表面など、要素の一部分が「内側の」といわれる場合、その要素の他の部分よりもデバイスの外部から遠いことが理解されよう。さらに、図中に示した基板又はベース層に関して、ある層又は領域と別の層又は領域の関係を記載するために、本明細書において「の下に」又は「の上を覆う」などの相対語が使用されることがある。これらの語は、図中に示した向きに加えて、デバイスの様々な向きを含むものであることが理解されよう。最後に、「直接に」という語は、介在する要素がないことを意味する。本明細書では、「及び／又は」という語は、列挙された関連する諸項目の１つ又は複数のあらゆる組合せを含んでいる。
【００１７】
様々な素子、構成要素、領域、層及び／又は断面について記載するために、本明細書において第１、第２、などの語が使用されることがあるが、これらの素子、構成要素、領域、層及び／又は断面は、これらの語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの語は、ある素子、構成要素、領域、層又は断面と、別のある素子、構成要素、領域、層又は断面を区別するために使用したものにすぎない。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下で論じられる第１の領域、層又は断面は、第２の領域、層又は断面と呼ぶこともでき、第２についても同様である。
【００１８】
図１は、本発明の様々な実施形態による半導体発光デバイス及びその組立方法の分解側面図である。これらの半導体発光デバイス１００は、面１１０ａを有する基板１１０と、面１１０ａ上にあり、光学素子１３０をその中に含む可撓性被膜１２０と、基板１１０と可撓性被膜１２０の間にあり、光学素子１３０を通して光１６０を放出するように構成された半導体発光素子１４０とを含んでいる。接着要素１５０を使用して、可撓性被膜１２０と基板１１０を互いに接着させてもよい。
【００１９】
基板１１０は、アルミナ、窒化アルミニウム、金属及び／又は半導体発光素子を基板上に取り付けるのに通常使用される他の材料を含むことができる。他の実施形態では、基板１１０は、固体金属ブロックとすることができる（例えば、特許文献８参照）。その開示をここに、本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込む。基板１１０の設計は、当業者には公知であり、本明細書でさらに説明する必要はない。
【００２０】
半導体発光素子１４０は、発光ダイオード、レーザダイオード、ならびに／あるいは、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム及び／又は他の半導体材料を含むことのできる１層又は複数層の半導体層と、サファイア、シリコン、炭化ケイ素及び／又は他のマイクロエレクトロニック基板を含むことのできる基板と、金属及び／又は他の導電層を含むことのできる１層又は複数層のコンタクト層とを含む他の半導体デバイスを有することができる。いくつかの実施形態では、紫外、青色及び／又は緑色ＬＥＤを設けることができる。半導体発光素子１４０の設計及び製作は、当業者には公知であり、本明細書で詳細に説明する必要はない。
【００２１】
例えば、半導体発光素子１４０は、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ社により製造及び販売されているデバイスなど、炭化ケイ素基板上に製作された窒化ガリウムベースのＬＥＤ又はレーザでよい。本発明は、文献に記載のＬＥＤ及び／又はレーザに使用するのに適切となるかもしれない（例えば、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２及び／又は特許文献２３参照）。それら開示を、本明細書に完全に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込む。他の適切なＬＥＤ及び／又はレーザは、文献に記載されている（例えば、特許文献２４及び特許文献２５参照）。さらに、蛍光体被覆ＬＥＤも、本発明の実施形態で使用するのに適切となり得る（例えば、特許文献２６参照）。その開示を、完全に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込む。これらのＬＥＤ及び／又はレーザは、基板を通して光の放出が行われるように動作するように構成することができる。そうした諸実施形態では、デバイスの光出力を強めるように、基板をパターン形成することができる（例えば、特許文献２５参照）。
【００２２】
可撓性被膜１２０は、従来の室温硬化（ＲＴＶ）シリコーンゴムなどの可撓性材料で製作することのできるカバースリップを備えることができる。他のシリコーンベース材料及び／又は可撓性材料を使用してもよい。可撓性材料でできていることにより、可撓性被膜１２０は、操作中に伸張及び収縮するので、基板１１０と共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）になることができる。さらに、可撓性被膜１２０は、トランスファ成形、射出成形及び／又は当業者には公知の他の従来技術など、簡単な低コストの技術によって製作することができる。
【００２３】
上述したように、可撓性被膜１２０は光学素子１３０をその中に含んでいる。この光学素子１３０は、レンズ、プリズム、それに蛍光体などの光学放出増大素子及び／又は光学変換素子、光散乱素子及び／又は他の光学素子を含むことができる。以下に詳細に記載するように、１つ又は複数の光学素子１３０を設けることもできる。さらに、いくつかの実施形態では、図１に示すように、光学素子１３０と半導体発光素子１４０の間に、光学的結合ゲル（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｇｅｌ）及び／又は他の屈折率整合材料などの光学的結合媒質１７０を設けることができる。
【００２４】
さらに図１を参照すると、接着要素１５０を接着剤として実施することができ、それは基板１１０の周縁部、可撓性被膜１２０の周縁部及び／又はその隅部など、可撓性被膜の選択された部分に配置することができる。他の実施形態では、可撓性被膜１２０の周囲で基板１１０を刻印（ｃｏｉｎ）して、接着要素１５０を設けることができる。他の従来の接着技術を使用することもできる。
【００２５】
図１は、また、本発明の様々な実施形態による半導体発光デバイスの組立方法を示す図である。この半導体発光デバイス１００は、半導体発光素子１４０を基板面１１０ａ上に取り付ける。光学素子１３０をその中に含む可撓性被膜１２０を、動作時に半導体発光素子１４０が光学素子１３０を通して光１６０を放出するように、例えば、接着要素１５０を使用して基板の面１１０ａに接着する。いくつかの実施形態では、半導体発光素子１４０と光学素子１３０の間に、光学的結合媒質１７０を配置する。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。この実施形態では、基板の面１１０ａは、空洞１１０ｂをその中に有する。可撓性被膜１２０は、空洞１１０ｂを越えて面１１０ａ上に延びる。光学素子１３０は空洞１１０ｂの上を覆い、半導体発光素子１４０は空洞１１０ｂ内にあり、光学素子１３０を通して光１６０を放出するように構成される。図２では、光学素子１３０は凹レンズを含んでいる。いくつかの実施形態では、空洞１１０ｂ内の光学素子１３０と半導体発光素子１４０の間に、光学的結合媒質１７０を設ける。いくつかの実施形態では、光学的結合媒質１７０で空洞１１０ｂを埋める。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図３に示すように、可撓性被膜１２０内に、２つの光学素子１３０及び３３０が含まれている。第１の光学素子１３０はレンズを有し、第２の光学素子３３０はプリズムを有する。半導体発光素子１４０からの光は、プリズム３３０を通過し、レンズ１３０を通過する。光学的結合媒質１７０を設けることもできる。いくつかの実施形態では、光学的結合媒質１７０で空洞１１０ｂを埋める。光学的結合媒質１７０は、プリズムで光の遮蔽を低減することができるように、プリズムと十分な屈折率の差をもたせることができる。図３に示すように、半導体発光素子１４０は、可撓性被膜１２０に向かって延びる配線１４０ａを有し、プリズム３３０は、半導体発光素子１４０から放出される光が、配線１４０ａによって遮られるのを低減するように構成される。それによって、配線１４０ａによる遮蔽が低減された、より均一な光を放出することができる。「配線」という用語は、本明細書において、半導体発光素子１４０用のどんな電気的接続も包含するように、一般的な意味で使用されていることが理解されよう。
【００２８】
図４は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図４に示すように、可撓性被膜１２０上で、レンズ１３０と半導体発光素子１４０の間に、蛍光体４１０を設ける。この蛍光体４１０は、セリウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）及び／又は他の従来型の蛍光体を含むことができる。いくつかの実施形態では、蛍光体４１０は、セシウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、ナノ蛍光体を使用することができる。蛍光体４１０は、当業者には公知であり、本明細書においてさらに説明する必要はない。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００２９】
図５は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。この実施形態では、レンズ１３０は、半導体発光素子１４０に隣接する凹状内面１３０ａを有し、蛍光体４１０は、凹状内面１３０ａ上に共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）の蛍光体層を有する。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３０】
図６は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図６に示すように、空洞１１０ｂの上を覆う可撓性被膜１２０の少なくとも一部分１２０ｄは、光に透明である。さらに、空洞１１０ｂを越えて面１１０ａ上に延びる可撓性被膜１２０の少なくとも一部分１２０ｃは、可撓性被膜１２０の点描部分１２０ｃによって示されるように、光に不透明である。不透明な領域１２０ｃは、光線の跳ね返りを低減又は抑制し、それによってより望ましい光パターンを潜在的に作り出すことができる。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３１】
図７は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図７に示すように、可撓性被膜１２０を複数の材料から製作することができる。空洞１１０ｂの上を覆う可撓性被膜１２０の少なくとも一部分１２０ｄは第１の材料を含み、空洞１１０ｂを越えて面１１０ａ上に延びる可撓性被膜１２０の少なくとも一部分１２０ｃは、第２の材料を含んでいる。いくつかの実施形態では、可撓性被膜１２０に２種類以上の材料を使用して、光がそれを通して放出される可撓性被膜１２０の部分と、光がそれを通して放出されない可撓性被膜１２０の部分に異なる特性をもたらすことができる。他の実施形態では、他の目的のために、複数の材料を使用することができる。例えば、非可撓性及び／又は可撓性のプラスチックレンズを、可撓性被膜に取り付けることができる。複数の材料を有するそうした可撓性被膜１２０は、例えば、従来の複数の成形技術を使用して製作することができる。いくつかの実施形態では、続いて成形する第２の材料と満足な結合をもたらすように、成形した第１の材料を完全に硬化させてはならない。他の実施形態では、光学素子と可撓性被膜に同じ材料を使用することができ、それらの実施形態では、光学素子を形成し、次いで光学素子を囲んで可撓性被膜を形成する。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３２】
図８は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。この実施形態では、半導体発光素子１４０は、空洞１１０ｂ内で、可撓性被膜１２０に向かって延びそれに接触する配線１４０ａを有する。可撓性被膜１２０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）及び／又は他の従来型の透明な導体を含むことのできる透明な導体８１０を含んでいる。透明な導体８１０は、空洞１１０ｂ内に延び、配線に電気的に接続される。それにより、コンタクト１４０ａによって光が遮られるのを低減することができる。さらに、基板１１０への配線の結合、及びその結果起こりうる光の歪みを低減又は解消することができる。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３３】
図９は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図９に示すように、光学素子１３０は、空洞１１０ｂの上を覆うとともに空洞１１０ｂから離れた側が凸型になったレンズを含んでいる。可撓性被膜１２０はさらに、レンズ１３０と発光素子１４０の間に、空洞１１０ｂに向かって凸型になった凸型要素９３０を含んでいる。図９に示すように、凸型要素９３０上に、共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）の蛍光体層４１０を設ける。レンズ１３０の裏側に凸型要素９３０を設けることによって、デバイス内の光学的結合媒質１７０の代用とすることができる。したがって、図９のように配置すると、より均一な照明が得られるように、発光素子１４０から所望の距離の所に、より均一な蛍光体被覆を設けることができる。光学的結合媒質１７０で空洞１１０ｂを埋めることもできる。
【００３４】
図１０は、本発明の様々な実施形態による、複数の半導体発光素子及び／又は複数の光学素子を含む半導体発光デバイスを示す図である。例えば、図１０に示すように、光学素子１３０は第１の光学素子であり、半導体発光素子１４０は第１の半導体発光素子である。可撓性被膜１２０はその中に、第１の光学素子１３０から離隔された第２の光学素子１３０’も含み、デバイスはさらに、基板１１０と可撓性被膜１２０の間にあって第２の光学素子１３０’を通して光を放出するように構成された第２の半導体発光素子１４０’も含んでいる。さらに、第３の光学素子１３０’’及び第３の半導体発光素子１４０’’も設けられる。光学素子１３０、１３０’及び１３０’’は同じでよく、かつ／又は互いに異なっていてもよく、半導体発光素子１４０、１４０’及び１４０’’も同じでよく、かつ／又は互いに異なってもよい。さらに、図１０に示す実施形態では、空洞１１０ｂは第１の空洞であり、第２の空洞１１０ｂ’及び第３の空洞１１０ｂ’’が、それぞれ第２及び第３の半導体発光素子１４０’、１４０’’用に設けられる。空洞１１０ｂ、１１０ｂ’及び１１０ｂ’’は同じでよく、かつ／又は互いに異なる構成を有してもよい。１つ又は複数の空洞を埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３５】
また、図１０に示すように、蛍光体４１０を第１の蛍光体層とすることができ、第２の蛍光体層４１０’及び／又は第３の蛍光体層４１０’’を、それぞれ可撓性被膜１２０上で、第２の光学素子１３０’と第２の半導体発光素子１４０’の間、及び第３の光学素子１３０’’と第３の半導体発光素子１４０’’の間に設けることができる。蛍光体層４１０、４１０’、４１０’’は、同じでも、異なっていてもよく、かつ／又は省いてもよい。具体的には、本発明のいくつかの実施形態では、第１の蛍光体層４１０及び第１の半導体発光素子１４０を、赤色光を発生するように構成し、第２の蛍光体層４１０’及び第２の半導体発光素子１４０’を、青色光を発生するように構成し、第３の蛍光体層４１０’’及び第３の半導体発光素子１４０’’を、緑色光を発生するように構成する。いくつかの実施形態では、赤、緑、青（ＲＧＢ）発光素子を設けることができ、それによって白色光を放出することができる。
【００３６】
図１１は、本発明の様々な実施形態による、複数の半導体発光素子及び／又は複数の光学素子を含む他の半導体発光デバイスを示す図である。これらの実施形態では、第１、第２、第３の半導体発光素子１４０、１４０’、１４０’’それぞれに、単一の空洞１１００を設ける。空洞１１００を埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３７】
図１２は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。図１２に示すように、光学素子１２３０は、蛍光体が中に分散したレンズを備える。蛍光体が中に分散したレンズは、文献に記載されている（例えば、特許文献２７参照）。その開示をここに、本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込む。空洞１１０ｂを埋めることのできる光学的結合媒質１７０を設けることもできる。
【００３８】
本発明のさらに他の実施形態では、蛍光体に加えて又は蛍光体の代わりに、光散乱素子を、図１２に示すようにレンズ中に埋め込み、かつ／又は例えば、図９に示すように、別の層として設けることができる。
【００３９】
図１３は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスの斜視図である。基板１１０は、従来型のパッケージ１３１０に取り付けられる。光学的結合媒質１７０も設けることができる。
【００４０】
本発明の様々な実施形態を図１乃至図１３に関連して個々に説明してきたことが、当業者には理解されるであろう。ただし、本発明の様々な実施形態に従って、図１乃至図１３の実施形態の組合せ及び部分的組合せを実現することもできる。
【００４１】
本発明の様々な実施形態を以下にさらに説明する。具体的には、いくつかの実施形態において、上述した可撓性被膜１２０は、ＲＴＶ、ＧＥ社から販売されているＧＥ  ＲＴＶ  ６１５、Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ／Ｌｏｒｄ社から販売されているＵＲ  ２３４などの可撓性材料製、及び／又は他の従来型の可撓性材料製でよく、いくつかの実施形態では、厚さ約２５μｍ〜約５００μｍでよい。所望の光学的設計を実現するために、可撓性被膜１２０には、１つ又は複数の光学素子１３０を組み込んである。可撓性被膜製であることから、可撓性被膜１２０は伸張及び収縮するので、半導体発光デバイスと共形になることができる。さらに、いくつかの実施形態では、可撓性被膜は、トランスファ成形、射出成形及び／又は他の技術など、簡単な低コストの技術によって製作することができ、可撓性被膜のどちらの側にも、複数の光学素子及び／又は他の機能を含めることができる。このため、複数のＬＥＤ発光体を含むことのできるパッケージ（又はパッケージの基板）上に、複雑な光学素子を「一回で」配置することが可能になり得る。
【００４２】
従来技術では、ＬＥＤのパッケージには、硬質プラスチック又はガラスを成形したレンズを使用する。硬いカプセル化材料を使用してチップを封入し、光学素子を形成し、あるいは光学ゲル、例えば、Ｎｙｅ社の光学ゲルなどの光学的結合媒質上にレンズを載せる（ａｐｐｌｙ）。硬いカプセル化材料は、ＬＥＤチップ、特にパワーＬＥＤチップ上で光劣化及び高応力を受け、光学的結合媒質も、そのゲルが、ある部分の表面上で露出することがあり、その結果、露出した材料上に、ゲルの粘性のため塵／ごみが捕らえられるので、潜在的に問題を引き起こす恐れがある。対照的に、本発明のいくつかの実施形態による可撓性被膜１２０は、光学的結合媒質１７０を使用したパッケージの終端表面とすることができ、この可撓性被膜１２０は、また、１つ又は複数の光学レンズなどの光学素子１３０を含んでいる。１つのユニット（複数の光学素子を備える可撓性被膜）として配置できるので、複数のＬＥＤを中に有するパッケージを使用する場合に、潜在的に利点をもたらすことができる。ＬＥＤごとにレンズを配置する代わりに、可撓性被膜１２０を一回で配置することができる。
【００４３】
可撓性被膜１２０に、さらに他の機能を組み込むことができる。例えば、白色光を作り出すためのペイントオンレンズ（ｐａｉｎｔ−ｏｎ  ｌｅｎｓ）の機能を与えるために、光学レンズの反対側に、蛍光体及び／又は光学的結合媒質１７０を含む充填領域を組み込むことができる。白色光を作り出すためのペイントオンレンズは、文献に記載されている（例えば、特許文献２８参照）。その開示をここに、本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態では、例えば、図９に示すような凸部を設けることによって、光学的結合媒質１７０の量を低減する、又は最小限に抑えることができる。光学的結合媒質１７０の量を低減することによって、より均一に光を放出することができる。したがって、本発明のこれら及び／又は他の実施形態では、相関色温度（ＣＣＴ）の角度依存性など、発光デバイスからの光出力の角度依存放射パターンを低減し又はなくすことができる。したがって、いくつかの実施形態では、デバイスのあらゆる表面からの光の強度及びｘ、ｙ色度値／座標を、比較的一定に留めることができる。このことは、スポットライト効果が望ましくない室内においてなど、照明用途に使用される場合に、有利となり得る。
【００４５】
以上、図面及び明細書において、本発明の実施形態を開示してきた。特定の用語が用いられているが、それらは限定のためではなく、一般的で説明的な意味で使用されているにすぎない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の様々な実施形態による半導体発光デバイス及びその製作方法の分解断面図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による半導体発光デバイスの断面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図４】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図５】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図６】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図７】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図８】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図９】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図１０】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図１１】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図１２】本発明の様々な実施形態による他の半導体発光デバイスの断面図である。
【図１３】本発明の様々な実施形態による半導体発光デバイスの斜視図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2007531303.tif 000017
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