(57)【要約】  半導体発光デバイスをパッケージングする方法は、発光デバイスを備える空洞中に第１の量の封入材料を分配することを含む。空洞中の第１の量の封入材料は、選択された形状を有する硬化された上面を形成するように処理される。処理された第１の量の封入材料の上面に、発光変換要素が提供される。発光変換要素は、波長変換材料を含み、空洞の中心領域において、空洞の側壁に近い領域よりも大きい厚さを有する。
2007531317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスをパッケージングする方法であって、
第１の量の封入材料を、前記発光デバイスを備える空洞中に分配するステップと、
前記空洞中の前記第１の量の封入材料を処理して、選択された形状を有する硬化した上面を形成するステップと、
前記処理された第１の量の封入材料の前記上面の上に発光変換要素を設けるステップであって、前記発光変換要素は、波長変換材料を含み、さらに前記反射空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素が前記中心領域から前記側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて連続的に減少することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配し、レンズの所望の形状を実現する封入材料で構成された凸状メニスカスを前記空洞中に形成するステップと、
前記第２の量の封入材料を硬化させ、前記パッケージングされた発光デバイス用のレンズを前記封入材料で形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配するステップと、
前記空洞中に、前記分配された第２の量の封入材料の上にレンズを位置付けするステップと、
前記分配された第２の量の封入材料を硬化させ、前記レンズを前記空洞中に取り付けるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
発光変換要素を設けるステップは、
前記第１の量の封入材料の上面に第２の量の封入材料を分配するステップであって、前記第２の量の封入材料は前記波長変換材料をその中に有しているステップと、
前記第２の量の封入材料を硬化させ、前記発光変換要素を画定するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記発光変換要素は両凸形状を有し、前記選択された形状は凹状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記発光変換要素は平凸形状を有し、前記選択された形状は凹状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の平面の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記発光変換要素は平凸形状を有し、前記選択された形状は平面であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記発光変換要素は凹凸形状を有し、前記選択された形状は凸状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記発光変換要素は凹凸形状を有し、前記選択された形状は凹状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凹状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記波長変換材料は、蛍光体および／またはナノ結晶を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の量の封入材料を処理する前記ステップは、前記第１の量の封入材料を硬化させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の量の封入材料を処理するステップは、前記第１の量の封入材料を予備硬化させ、その上面に固まった皮膜を形成することを含み、前記方法は、前記発光変換要素を設けた後で前記第１の量の封入材料を硬化させることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記波長変換材料は、蛍光体を含み、さらに前記第１の量の封入材料は蛍光体を実質的に含まないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記波長変換材料は、蛍光体を含み、前記第１の量の封入材料は蛍光体を含み、前記第１の量の封入材料が前記発光変換要素よりも重量で低いパーセント値の蛍光体を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記発光変換要素は、予備成形挿入物を含み、前記発光変換要素を前記上面に設けるステップは、前記予備成形挿入物を前記処理された第１の量の封入材料の上面に配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記予備成形挿入物は、成形プラスチック蛍光体充填片部分を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記予備成形挿入物を前記上面に配置する前に、前記予備成形挿入物を試験することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
パッケージングされた半導体発光デバイスであって、
空洞を画定する側壁部を有する本体と、
前記空洞中に位置付けされた発光デバイスと、
前記発光デバイスを備える前記空洞の中の、第１の量の硬化された封入材料と、
前記第１の量の封入材料の上面の上の発光変換要素であって、波長変換材料を含み、前記空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有している発光変換要素と
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２２】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素が前記中心領域から前記側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて、連続的に減少することを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記デバイスは、放射角のうち１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記本体は反射器を備え、前記空洞は反射空洞を備えていることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３２】
パッケージングされた半導体発光デバイスであって
空洞を画定する側壁部を有する本体と、
前記空洞中に位置付けされた発光デバイスと、
前記発光デバイスを備える前記空洞の中の、第１の量の硬化された封入材料と、
前記第１の量の封入材料の上面の上の発光変換要素であって、波長変換材料を含む発光変換要素と
を備え、
放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、２０００Ｋ未満の相関色温度の変化を示すことを特徴とするパッケージングされた半導体発光デバイス。
【請求項３３】
前記発光変換要素は、前記空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化していることを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記デバイスは、放射角のうち１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記本体は反射器を備え、前記空洞は反射空洞を備えていることを特徴とする請求項３２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスおよびその製造方法に関し、より詳細には、半導体発光デバイスのパッケージおよびパッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００４年３月３１日に出願された「Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｐａｃｋａｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の米国仮特許出願第６０／５５８，３１４号、ならびに２００４年１２月２１日に出願された「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」という名称の米国仮特許出願第６０／６３７，７００号の利益および優先権を主張する。これらの出願の開示は、あたかもその全体が記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
発光デバイスにより放射される光に保護、色選択、集束などを与えることができるパッケージ内に半導体発光デバイス型光源を設けることは知られている。例えば、発光デバイスは、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）とすることができる。光源用のパワーＬＥＤのパッケージング中に様々な問題に遭遇することがある。そのような起こり得る問題の例を、図１および２のパワーＬＥＤの断面図を参照して説明する。図１および２に示すように、パワーＬＥＤパッケージ１００は、一般に、発光デバイス１０３が取り付けられている基板部材１０２を備える。発光デバイス１０３は、例えば、基板部材１０２に取り付けられたＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０３ｂ、およびＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０３ｂの上に位置付けされたＬＥＤ１０３ａを備えることができる。基板部材１０２は、パッケージ１００を外部回路に接続するための配線または金属リード線を備えることができる。基板１０２は、また、動作中にＬＥＤ１０３から熱を伝導して除去するためのヒートシンクとしても作用することができる。
【０００４】
反射カップ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｃｕｐ）１０４のような反射器が、基板１０２に取り付けられ、発光デバイス１０３を取り囲むことがある。図１に示す反射カップ１０４は、ＬＥＤ１０３で発生した光をＬＥＤパッケージ１００から上の方に向かって反射する、角度の付いた、すなわち傾斜した下部側壁１０６を備える。図示の反射カップ１０４は、また、ＬＥＤパッケージ１００の中にレンズ１２０を保持するための溝として作用することができる上向きに延びる壁１０５、および水平な肩部分１０８を備える。
【０００５】
図１に図示するように、発光デバイス１０３が基板１０２に取り付けられた後で、液体シリコーンゲルのような封入材料１１２が、反射カップ１０４の内部反射空洞（ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｃａｖｉｔｙ）１１５中に分配（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）される。図１に示す内部反射空洞１１５は、基板１０２で画定された底面を有し、液体封入材料１１２を保持することができる閉じた空洞を提供する。図１にさらに示すように、封入材料１１２が空洞１１５に分配されたとき、封入材料１１２は、反射カップ１０４の側壁１０５の内面に沿って吸い上げられて、図示の凹面形メニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）を形成することがある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００４１２２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書
【特許文献１９】米国特許出願第１０／６５９，２４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ついで、図２に示すように、反射空洞１１５中にレンズ１２０を封入材料１１２と接触して配置することができる。レンズ１２０が空洞１１５中に配置されたとき、液体封入材料１１２は、位置をずらされ、レンズ１２０と側壁１０５との間のギャップ１１７を通って移動することがある。したがって、封入剤は、レンズ１２０の上面および／または反射カップ１０４の側壁１０５の上面に出てくることがある。押し出し（ｓｑｕｅｅｚｅ−ｏｕｔ）と呼ばれることがあるこの移動は、一般に、多くの理由のために望ましくない。図示のパッケージ配置では、レンズ取付けステップの前に封入剤が半球メニスカス形状で硬化されていない場合、レンズは下にある棚状部分に載る。これにより、レンズが、熱サイクル中に浮動しなくなり、そして他の表面への封入の層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、または層間剥離内の凝集破壊（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｆａｉｌｕｒｅ）によって機能しなくなることがある。これらの両方とも光出力に影響を及ぼす可能性がある。封入材料またはゲルは一般に粘着性であり、部品を製造するために使用される自動処理ツールに支障を与えることがある。さらにゲルは、例えば光分布パターンを変えることによって、および／またはレンズ１２０の一部を遮ることによって、レンズ１２０からの光出力に支障を与えることがある。粘着性のゲルは、また、ＬＥＤパッケージ１００からの光出力を遮るかまたは減少させる可能性のある塵、汚れ、および／または他の汚染物を引き寄せることがある。また、ゲルは、実効的なレンズの形を変えることがあり、このことで発光パターン／ビーム形状が変わることがある。
【０００８】
レンズ１２０の配置後、パッケージ１００は一般に加熱硬化され、これによって、封入材料１１２が凝固し、レンズ１２０に付着するようになる。したがって、レンズ１２０を、硬化した封入材料１１２で所定の位置に保持することができる。しかし、シリコーンゲルなどの、硬化に伴う僅かな収縮率を有する封入材料は、一般に、熱硬化プロセス中に収縮する傾向がある。さらに、熱膨張係数（ＣＴＥ）効果は、一般に、高温でレンズのより大きな浮動の原因となる。冷却中に、部品は層間剥離する傾向がある。図２に示したレンズ１２０の下の封入剤の図示の体積は比較的大きいので、この収縮によって、硬化プロセス中に、発光デバイス１０３、基板１０２の表面、反射カップ１０４の側壁１０５および／またはレンズ１２０を含むパッケージ１００の部分から、封入材料１１２が層間剥離する（離れる）可能性がある。層間剥離は、特にダイからの層間剥離であるとき、内部全反射を引き起こす場合があり、光学性能に著しく影響しうる。この収縮により、封入材料１１２と発光デバイス１０３、レンズ１２０、および／または反射カップ１０４との間にギャップまたは空隙１１３が生じることがある。封入材料１１２中の３軸応力（ｔｒｉ−ａｘｉａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）は、また、封入材料１１２に凝集裂け（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｔｅａｒ）１１３’を引き起こすことがある。これらのギャップ１１３および／または裂け１１３’は、発光デバイスパッケージ１００で放射される光の量を実質的に減少させることがある。収縮は、すき間（ｃｒｅｖｉｃｅ）（すなわち、反射器）から又はデバイス（すなわち、ダイ／サブマウント）の下から空気ポケットを引き出すこともあり、空気ポケットは、光空洞の性能に支障を与えることがある。
【０００９】
ランプの動作中に、発光デバイス１０３によって大量の熱が発生される可能性がある。この熱の大部分は、基板１０２および反射カップ１０４により放散させることができ、これらの各々はパッケージ１００のヒートシンクとして作用することができる。しかし、パッケージ１００の温度は、動作中に依然としてかなり上昇することがある。シリコーンゲルなどの封入材料１１２は、一般に、大きな熱膨張係数を有している。そのために、パッケージ１００が加熱すると、封入材料１１２は膨張する可能性がある。レンズ１２０は、反射カップ１０４の側壁１０５で画定された溝の中に取り付けられているので、封入材料１１２が膨張収縮するときに、側壁１０５の中で上下に動く可能性がある。封入材料１１２の膨張により封入剤が空間または空洞の外に押し出され、それによって、冷却したときに空洞内に戻らない可能性がある。これにより、層間剥離、空隙、より大きな３軸応力などが生じるかもしれず、これらは、発光デバイスを余り耐久性のないものする可能性がある。そのようなレンズの動きは、例えば特許文献１にさらに記載されている。側壁１０５は、また、機械的な衝撃および応力からレンズ１２０を保護するのに役立つことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、半導体発光デバイスをパッケージングする方法を提供する。第１の量の封入材料が、発光デバイスを備える空洞中に分配される。発光デバイスは、発光ダイオードなどの複数の発光デバイスとすることができ、空洞は、反射空洞とすることができることができる。反射空洞中の第１の量の封入材料は処理され、選択された形状を有する硬化した上面を形成する。発光変換要素が、処理された第１の量の封入材料の上面の上に設けられる。発光変換要素は、蛍光体および／またはナノ結晶などの波長変換材料を含み、さらに反射空洞の中心領域で反射空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有する。
【００１１】
発光変換要素の厚さは、発光変換要素が中心領域から側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて連続的に減少することができる。発光変換要素の厚さは、発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することができる。発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有することができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配し、レンズの所望の形状を実現する封入材料で構成された凸状メニスカスを反射空洞中に形成することをさらに含む。第２の量の封入材料を硬化させ、パッケージングされた発光デバイス用のレンズを封入材料で形成する。代替的実施形態では、本方法は、発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配することと、反射空洞中に、分配された第２の量の封入材料の上にレンズを位置付けすることとを含む。分配された第２の量の封入材料を硬化させ、レンズを反射空洞中に取り付ける。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態では、発光変換要素を設けることは、第１の量の封入材料の上面に第２の量の封入材料を分配することを含む。第２の量の封入材料は、波長変換材料をその中に有している。第２の量の封入材料を硬化させ、発光変換要素を画定する。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態では、発光変換要素は両凸形状を有する。選択された形状は凹状であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態では、発光変換要素は平凸形状を有し、選択された形状は凹状である。第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の平面の上面を形成することを含む。代替的な平凸形状の実施形態では、選択された形状は平面であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素は凹凸形状を有し、選択された形状は凸状である。第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。代替的な凹凸形状の実施形態では、選択された形状は凹状であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凹状の上面を形成することを含む。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態では、第１の量の封入材料を処理することは、第１の量の封入材料を硬化させることを含む。代替的実施形態では、第１の量の封入材料を処理することは、第１の量の封入材料を予備硬化させ、その上面に固まった皮膜を形成することを含み、本方法は、発光変換要素を設けた後で第１の量の封入材料を硬化させることをさらに含む。波長変換材料は、蛍光体とすることができ、第１の量の封入材料は蛍光体を実質的に含まない。
【００１８】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素は、予備成形挿入物であり、予備成形挿入物は、処理された第１の量の封入材料の上面に配置される。予備成形挿入物は、成形プラスチック蛍光体充填片部分とすることができる。予備成形挿入物を上面に配置する前に、予備成形挿入物を試験することができる。
【００１９】
本発明のさらに他の実施形態では、パッケージングされた半導体発光デバイスが、反射空洞などの空洞を画定する側壁部を有する反射器などの本体を備えることができる。発光デバイスは、空洞中に位置付けされている。第１の量の硬化された封入材料が、発光デバイスを備える空洞中に設けられる。発光変換要素が第１の量の封入材料の上面の上にある。発光変換要素は、波長変換材料を含み、空洞の中心領域で空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有している。発光変換要素の厚さは、発光変換要素が中心領域から側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて、連続的に減少することができる。発光変換要素の厚さは、発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することができる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態では、発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有している。発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有している。デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有することができる。他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲または１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有することができる。さらに他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有している。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態では、パッケージングされた半導体発光デバイスは、空洞を画定する側壁部を有する本体と、空洞中に位置付けされた発光デバイスとを備える。第１の量の硬化された封入材料は空洞の中にあり、発光デバイスおよび発光変換要素は、第１の量の封入材料の上面の上にある。パッケージされた半導体発光デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、２０００Ｋ未満の相関色温度の変化を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、以下で、添付の図面を参照してより完全に説明される。図面には、本発明の実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現することができ、本明細書で明らかにされる実施形態に制限されるものとして解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示を徹底的で完全なものとし、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。図面において、層および領域の大きさおよび相対的な大きさは、明瞭性のために誇張されていることがある。全体を通して、同様な番号は同様な要素を参照する。
【００２４】
層、領域または基板などの要素が、別の要素の「上に」あると言及されるとき、この要素はこの他の要素の直ぐ上にあることがあり、または介在要素も存在していることがあることを理解されたい。表面などの要素の一部が「内側の」と言及される場合、その一部は、その要素の他の部分よりもデバイスの外側から遠く離れていることを理解されたい。さらに、「下の」または「上にある」のような相対的な用語は、本明細書では、図に示されるように、基板層またはベース層を基準にして、ある層または領域のもう一方の層または領域に対する関係を記述するために使用されることがある。これらの用語は、図に示された方向付けのほかに、デバイスの異なる方向付けを含むことが意図されていることを理解されたい。最後に、「直ぐ」の用語は、介在要素がないことを意味する。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連付けられて列挙された要素の任意のすべての組合せを含む。
【００２５】
第１、第２などの用語が、本明細書で、様々な要素、部品、領域、層および／または部分を記述するために使用されることがあるが、これらの要素、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきでないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または部分を別の領域、層または部分と区別するために使用されるだけである。したがって、以下で述べられる第１の要素、部品、領域、層または部分を、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、層または部分と呼ぶこともできる。
【００２６】
半導体発光デバイス１０３をパッケージングするための本発明の様々な実施形態が、本明細書で説明される。本明細書で使用されるとき、半導体発光デバイス１０３は、発光ダイオード、レーザダイオードおよび／または他の半導体デバイスを含むことができ、ここで他の半導体デバイスは、シリコン、炭化珪素、窒化ガリウムおよび／または他の半導体材料を含むことができる１つまたは複数の半導体層、サファイア、シリコン、炭化珪素および／または他のマイクロエレクトロニクス基板を備えることができる基板、および金属および／または他の導電層を備えることができる１つまたは複数のコンタクト層を備える。いくつかの実施形態では、紫外線、青色および／または緑色発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を設けることができる。赤色および／または琥珀色ＬＥＤもまた設けることができる。半導体発光デバイス１０３の設計および製造は、当業者によく知られており、本明細書で詳細に説明する必要はない。
【００２７】
例えば、半導体発光デバイス１０３は、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．により製造販売されているデバイスのような、炭化珪素基板に製造された窒化ガリウムベースのＬＥＤまたはレーザとすることができる。本発明は、特許文献２〜１６に記載されているようなＬＥＤおよび／またはレーザと共に使用するのに適している可能性がある。これらの特許文献の開示は、本明細書に完全に記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、特許文献１７および１８に記載されている。さらに、特許文献１９に記載されているような蛍光体塗布（ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｃｏａｔｅｄ）ＬＥＤも、本発明の実施形態で使用するのに適している可能性がある。特許文献１９の開示は、完全に記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。ＬＥＤおよび／またはレーザは、発光が基板を通じて生じるように動作するよう構成することができる。そのような実施形態では、例えば前掲の特許文献１８に記載されているように、基板をパターン形成しデバイスの光出力を高めることができる。
【００２８】
ここで、本発明の実施形態を図３〜１１に示した様々な実施形態を参照して説明する。より詳細には、発光デバイス１０３のパッケージングに使用するための二重硬化封入プロセスのいくつかの実施形態が、図３Ａから３Ｃに示されている。そのような二重硬化封入プロセスは、硬化中の封入材料の収縮に関連した問題を低減することができる。本明細書で説明されるように、本発明のいくつかの実施形態では、二重硬化プロセスは、３つの分配工程および２つの硬化工程を含むことができる。しかし、本発明の他の実施形態において発光デバイスをパッケージングする際に、より多くの又はより少ない分配工程および硬化工程を使用することもできることを理解されたい。また、本明細書でさらに説明するように、本発明の実施形態は、第１の硬化工程の後に、レンズを取り付けるための別の組の分配工程および硬化工程が続くことになる複数分配工程を含む。
【００２９】
図３Ａに示すように、図示の実施形態では２つの封入材料部分１１２、１１４を含んだ第１の所定量の封入材料が、空洞１１５の中に分配される。封入材料１１２、１１４は、例えば、液体シリコーンゲル、エポキシなどとすることができる。第１の部分１１２は、発光デバイス１０３、より詳細には、発光デバイス１０３のＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０１および基板１０２の露出表面部分をぬらすように分配することができる。また、最初の分配で反射カップ１０４の部分をぬらすこともできる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の部分１１２として分配された封入材料の量は、発光デバイス１０３の高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく発光デバイス１０３をぬらすのに十分な量である。本発明のいくつかの他の実施形態では、第１の部分１１２として分配された封入材料の量は、封入材料１１２中に空気ポケットを１つも形成することなく、発光デバイス１０３を実質的に覆うのに十分な量である。
【００３０】
図３Ａに示すように、発光デバイスは、反射空洞１１５のほぼ中心点１１５ｍに位置付けされる。封入材料は、封入材料１１２が発光デバイス１０３の上に直接分配されないように、中心点１１５ｍから反射空洞１１５の側壁１０５の方にずれた点１１５ｄで分配装置２００から分配することができる。発光デバイス１０３の上に直接封入材料１１２を分配すると、封入材料１１２が、発光デバイス１０３の構造を上から通過するときに、気泡の閉じ込めが起こることがある。しかし、本発明の他の実施形態では、片寄り分配（ｏｆｆｓｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｅ）に加えて、または片寄り分配の代わりに、封入材料１１２が、発光デバイス１０３のダイの上に分配される。封入材料１１２の分配は、分配装置２００の端部に封入材料１１２の液滴（ｂｅａｄ）を形成し、この形成された液滴を反射空洞１１５および／または発光デバイス１０３と接触させて、分配装置からこの液滴を分配することを含むことができる。
【００３１】
分配に使用される材料の粘性および／または他の特性は、例えば、気泡の形成なしにぬれが起こるように選ぶことができる。本発明のさらなる実施形態では、分配材料が接触する表面に被膜を塗布して、ぬれ速度を速める／遅くすることができる。例えば、油膜などの微小な残留物が残る特定の知られた洗浄手順を使用して選択した表面を処理し、それによりぬれ作用の力学を設計するために利用することができる。
【００３２】
空洞１１５を画定する反射カップ１０４、発光デバイス１０３および封入材料１１２の内面の表面特性のために、空洞１１５の中心点１１５ｍからずれた点１１５ｄから分配されたときでも、分配された封入材料１１２は、依然として封入材料１１２中に気泡を生じさせるかもしれないような態様で空洞１１５の中を流れる可能性がある。特に、封入材料１１２は、反射カップ１０４の内面および発光デバイス１０３の側壁の近くで、発光デバイス１０３の上よりも速く動き又はより素早く「吸い上げられる」と予想される。その結果として、側面を流れる封入材料が出会い、そして封入材料が発光デバイス１０３の上を覆って流れ、このようにして空気の流れ（ａｉｒ  ｆｌｏｗ）に側面出口（ｓｉｄｅ  ｏｕｔｌｅｔ）のない状態で局部的に上から分配されるとき、空洞１１５の、封入材料が分配されたのと反対側に気泡が閉じ込められるかもしれない。したがって、分配される封入材料１１２の第１の部分の量は、そのような気泡を形成する危険を低減または防止するように選ぶことができる。本明細書で使用されるとき、発光デバイス１０３を「実質的に」覆うことへの言及は、第１の量の封入材料１１２、１１４の残り部分１１４が分配されたときそのような気泡が生じないように、発光デバイス１０３の構造の十分な量を覆うことを意味する。
【００３３】
最初に分配された封入材料１１２を静置させた後、第１の所定量の封入材料の第２の部分１１４が反射空洞１１５の中に分配される。本発明のいくつかの特定の実施形態では、封入材料の第２の部分は、第１の部分１１２の約２倍である。
【００３４】
第１の量の封入材料１１２、１１４すべてを分配した後、第１の量の封入材料１１２、１１４は、例えば熱処理によって硬化され、封入材料１１２、１１４が凝固する。硬化後、反射空洞１１５中の封入材料１１２、１１４の水準は、封入材料１１２、１１４の収縮の結果としてレベル１１４Ａからレベル１１４Ｂに下がる可能性がある。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態では、第１の部分１１２は、第２の部分１１４が反射空洞１１５の中に分配される前に硬化される。例えば、パッケージ１００から放射される光の特性に影響を及ぼすために、蛍光体、ナノ結晶などの光変換材料を封入材料１１２、１１４に添加することが知られている。本明細書における説明の目的のために、光変換材料として蛍光体に言及する。しかし、蛍光体の代わりに他の光変換材料を使用することができることを理解されたい。パッケージ１００に対する所望の色スペクトルおよび／または色温度調整に応じて、蛍光体は、発光体１０３ｂに隣接して位置付けされたとき、言い換えると、発光デバイス１０３の上に直接位置付けされたとき、最も有益に利用することができる。したがって、第２の部分１１４に蛍光体を含み、第１の部分１１２に蛍光体を含まないことが望ましいことがある。しかし、第１の部分１１２は第２の部分１１４の下にあるので、蛍光体は、第２の部分１１４から第１の部分１１２に沈降し、第２の部分１１４への蛍光体の添加の有効性が減少する可能性がある。したがって、そのような沈降を制限するために蛍光体を第１の部分１１２に添加することができ、および／または第２の部分１１４を分配する前に第１の部分１１２を硬化させることができる。
【００３６】
複数分配（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｄｉｓｐｅｎｓｅ）の使用は、また、光変換用の所望の構成の蛍光体予備成形物（ｐｒｅｆｏｒｍ）／ウエハの添加を可能にすることもできる。さらに、複数分配は、異なる屈折率を有する材料を使用し、例えば埋込みレンズ（すなわち、異なる屈折率の材料の２つの分配の界面で形成されたレンズ）を設けることを可能にすることができる。
【００３７】
図３Ｂに示すように、反射空洞１１５中の硬化された第１の量の封入材料１１２、１１４の上に、第２の量の封入材料１１６が所定量で分配される。本発明のいくつかの特定の実施形態では、第２の量１１６は、第１の量の封入材料１１２、１１４の第１の部分１１２にほぼ等しい。第２の量１１６は蛍光体が実質的に含まなくてもよいが、本発明の他の実施形態では、第２の量１１６にも蛍光体を含むことができる。
【００３８】
図３Ｃに示すように、第２の量の封入材料１１６が硬化される前に、レンズ１２０が、反射空洞１１５の中に第２の量の封入材料１１６に接して位置付けされる。それから、第２の量の封入材料１１６が、例えば加熱によって硬化され、封入材料１１６を固めかつレンズ１２０を反射空洞１１５に取り付ける。本発明のいくつかの実施形態では、上述した二重硬化プロセスを使用して発光デバイス１０３をパッケージ１００内に封入することにより、硬化された封入材料１１２、１１４、１１６の発光デバイス１０３、レンズ１２０および／または反射カップ１０４からの層間剥離を減少させることができる。
【００３９】
図３Ａ〜３Ｂに示す反射カップ１０４を図４Ａ〜４Ｂにさらに示す。図４Ａは、反射カップ１０４の平面図であり、上部側壁１０５、下部側壁１０６、および上部側壁１０５と下部側壁１０６との間の実質的に水平な肩側壁部１０８の上面を示している。図４Ｂは、図４Ａの線Ｂ−Ｂに沿った反射カップ１０４の断面図である。
【００４０】
本発明の様々な実施形態による代替的反射カップ構成、ならびにそのような代替的反射カップ構成を使用する発光デバイスのパッケージング方法をこれから説明する。本発明の様々な実施形態では、これらの代替的反射カップ構成により、反射カップの封入材料中にレンズを挿入するときに封入材料の押し出しの発生率および／または押し出し量を減少させることができる。図５Ａ〜５Ｂ、６および７は、これから説明するように、様々な代替的反射器構成を示している。図５Ａは、反射カップ４の平面図であり、図５Ｂは、図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿った反射カップ４の断面図である。図６は、反射カップ４Ａの断面図であり、図７は反射カップ４Ｂの断面図である。図示の反射カップ４、４Ａ、４Ｂの各々は、上部側壁５、傾斜した下部側壁６、および上部側壁５と下部側壁６との間の水平肩部８を備え、これらは一緒に反射空洞１５を画定する。本明細書で肩部８に言及して使用されるとき、「水平な」は、下部側壁部６と上部側壁部８との間を肩部８が延びる大体の方向（すなわち、下部側壁部６および上部側壁部５と比較して）を意味し、肩部８の中間部分における肩部８の特定の角度を意味しない（例えば、水平肩部が、実際には、他の特徴に対応するように、下部側壁部６と上部側壁部５との間で垂直方向の高さにいくらかの変化がある図７を参照されたい）。さらに、反射カップ４、４Ａ、４Ｂの各々は、下部側壁６を取り囲む少なくとも１つのモート１８を備えることができ、このモート１８はリップ（すなわち、突出する縁）２２で下部側壁６から分離されている。モート１８は、肩部８に形成されているものとして図示されている。
【００４１】
図５Ａ〜５Ｂの実施形態では、モート１８は、押し型（ｓｔａｍｐｉｎｇ）で形成されることができ、この場合には、モート１８と下部側壁６との間のリップ２２は、平らな表面ではなく尖った縁部を備えている可能性がある。しかし、使用される製造プロセスの限界に起因して、図５Ｂに模式的に示すリップ２２の平らな表面は、実際には、より丸みのある輪郭を有する可能性があることを理解されたい。図８Ａ〜８Ｃを参照してさらに説明するように、余りにも丸みのある輪郭は望ましくないことがある。
【００４２】
反射カップ４Ａというさらなる実施形態を、図６の断面図を参照して、これから説明する。図６に示すように、第１のモート１８が上部側壁５と下部側壁６との間に形成され、第１すなわち内側リップ２２が下部側壁６と第１のモート１８とを分離している。第２のモート２４が、上部側壁５と第１のモート１８との間に形成されている。第２すなわち外側リップ２６が、第２のモート２４を第１のモート１８から分離している。
【００４３】
反射カップ４Ｂというさらにまた他の実施形態を、図７の断面図を参照して、これから説明する。図７に示すように、第１のモート１８は上部側壁５と下部側壁６との間に形成され、第１すなわち内側リップ２２が下部側壁６と第１のモート１８とを分離している。第２のモート２４は、上部側壁５と第１のモート１８との間に形成されている。第２すなわち外側リップ２６’が、第２のモート２４を第１のモート１８から分離している。図７に示すように、第２のリップ２６’は、第１のリップ２２に対して高くなっている。
【００４４】
本発明の特定の実施形態では、第１のリップ２２は、約５０マイクロメートル（μｍ）未満の曲率半径を有する突出部を有し、第２のリップ２６、２６’は、約５０μｍ未満の曲率半径を有する突出部を有する。第１のモート１８および第２のモート２４は、水平肩部８上の押し型で付けられた特徴（ｓｔａｍｐｅｄ  ｆｅａｔｕｒｅ）とすることができる。図６および７に示すように、第２のモート２４は、第２のリップ２６、２６’から上部側壁部５まで延びる幅を有することができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態では、傾斜した下部側壁部６は、実質的に円錐状とすることができ、５００μｍ発光デバイスチップの場合の約１．９ミリメートル（ｍｍ）から９００μｍ発光デバイスチップの場合の約３．２ｍｍまでの最小直径、５００μｍ発光デバイスチップの場合の約２．６ｍｍから９００μｍ発光デバイスチップの場合の約４．５ｍｍまでの最大直径、および約０．８ｍｍから約１．０ｍｍまでの高さを有することができる。上部側壁部は、実質的に楕円形とすることができ、約３．４ｍｍから約５．２ｍｍの内径および約０．６ｍｍから約０．７ｍｍの高さを有することができる。水平肩部は、約０．４ｍｍから約０．７ｍｍの、下部側壁部から上部側壁部までの幅を有することができる。本明細書で使用されるとき、用語「楕円形」および「円錐状」は、円形、円筒形、および他の形状を包含することが意図されており、ここで他の形状は、反射カップ４、４Ａ、４Ｂを形成するために使用される製造技術に基づいた不規則な形状であるが、それでも基板２との組合せでまたは別の方法で、発光デバイス１０３のための反射器を実現するように動作し、かつ封入材料１２、１４、１６をその中に保持し固めることができるものを含む。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態では、第１のモート１８は約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの幅を有し、第２のモート２４は約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの幅を有する。図６に示すように、第１のモート１８の縁は、下部側壁部６の下端（すなわち、基板２の上面）に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有する第１のリップ２２とすることができ、第２のモート２４の縁は、下部側壁部６の下端に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有する第２のリップ２６とすることができる。図７に示すような本発明の他の実施形態では、第１のリップ２２は、下部側壁部の下端に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有し、第２のリップ２６’は、下部側壁部の下端に対して約０．９から約１．０ｍｍの高さを有している。
【００４７】
本発明の様々な実施形態では、反射カップ４、４Ａ、４Ｂは、発光デバイス１０３を反射カップ４、４Ａ、４Ｂ中にパッケージングするとき、メニスカス制御（ｍｅｎｉｓｃｕｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を可能にすることができる。さらに説明するように、上述の二重硬化方法と組み合わされたとき、封入材料の異なる分配に対して明確な凸状メニスカスを実現することもでき、その結果として、半球状に膨らむ（ｄｏｍｉｎｇ）故障の発生率を減少させることができる。本発明の他の実施形態では、実現されたメニスカス制御により、所望の深さおよび／または角度でレンズを配置することの困難さを減少し、レンズの吸い上げ（ｌｅｎｓ  ｗｉｃｋｉｎｇ）すなわちレンズ上への封入材料の押し出しを減少させ、かつ／またはパッケージングされた発光デバイスの光学的特性の設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を可能にすることができる。例えば、蛍光体は、蛍光体充填封入材料をパッケージの中心点の上に半球形にすること（凸状メニスカス）によって、パッケージの中心（中心点）で濃くすることができる。
【００４８】
異なる光パターン（視角、カスタム（ｃｕｓｔｏｍ）色スペクトル、色温度調整など）は、プロセスにおける分配および／または硬化の変化と組み合わせて複数メニスカス制御技術を使用することによって、実現することができる。例えば、蛍光体充填材料の高い尖ったドームは、発光デバイスから蛍光体充填材料を通過する光路をより一様な長さに設けることによって、反射カップの縁に向かうにつれ黄色へずれることを減らしつつ、白色温度発光の色スペクトル一様性をより優れたものにすることができる。同様に、望ましい場合には、比較的平らなドームにより、中心点の白色から縁部の黄色までのより大きな色スペクトル変化を実現することができる。レンズ以外の特徴によって保護関連機能が実現される本発明のいくつかの他の実施形態では、メニスカス制御は、封入材料をレンズとして使用することによって、メニスカスが所望のレンズ形状を実現するように構成されている状態で、レンズなしで発光デバイスをパッケージングすることを可能にすることができる。
【００４９】
図８Ａ〜８Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御に反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図８Ａ〜８Ｃに示す工程は、図５Ａ〜５Ｂに示す反射カップ、および前述した二重硬化工程を利用する。図８Ａに示すように、封入材料の第１の量１４が、パッケージ１０Ａの反射空洞１５の中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）分配および第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４は表面張力によってリップ２２に固着するようになって、図８Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、リップ２２は、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止するために使用することができる。
【００５０】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図８Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図８Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料も、リップ２２の同じ縁に固着して、凸状メニスカスを形成することができる。他の実施形態では、リップ２２は内縁および外縁を有し、第２の量１６の封入材料が外縁に固着し、第１の量１４が内縁に固着することができる。したがって、第２の量１６の封入材料も、上部側壁５に接触しないか又は上部側壁５に沿って吸い上げられず、凹状メニスカスを形成しないようにすることができる。
【００５１】
図８Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、モート１８の中に押し込まれてそこで収容され、それによって、レンズ２０が挿入され図８Ｂに示す凸状メニスカスに取って代わった後でも、側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。ついで封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ａに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００５２】
図９Ａ〜９Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図９Ａ〜９Ｃに示した工程は、図６に示した反射カップ４Ａ、および上述した二重硬化工程を利用する。図９Ａに示すように、第１の量１４の封入材料が、パッケージ１０Ｂの反射空洞１５中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の第１の（ぬれ）分配および発光デバイスをぬらした後の第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４は表面張力によって内側リップ２２に固着するようになって、図９Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、内側リップ２２を使用して、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５３】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図９Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、反射空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図９Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料は外側リップ２６に固着して、凸状メニスカスを形成する。したがって、外側リップ２６を使用して、分配された第２の量１６の封入材料が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５４】
図９Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５の中に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、第２のモート２４の中に押し込められそこで収容されて、それによって、レンズ２０が挿入されて図９Ｂに示す凸状メニスカスに取って代わった後でも側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。それから、封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ｂに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態では、硬化された封入材料１４は、レンズ２０のレベル（配置の深さ）制御を可能にする止め具（ｓｔｏｐ）として使用することができることを、図９Ｃはさらに示している。レンズ２０の位置付けに対するそのような制御は、いっそう一定した光学的性能を有する部品の製造を容易にすることができる。
【００５６】
図９Ｃに示すように、本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０は、硬化した第１の量１４の封入材料に接触するまで空洞の中に進むことなく、封入材料１６の膜がレンズと第１との量の間に残っている状態で、位置付けされる。このようにして、本発明のいくつかの実施形態で、デバイスは、レンズ２０が第１の量の封入材料１４で確立された位置まで進むことができるように構成され、この位置は、本発明の様々な実施形態で、レンズ２０が硬化封入材料１４に接触した状態で、または接触しない状態で確立することができる。
【００５７】
図１０Ａ〜１０Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図１０Ａ〜１０Ｃに示した工程は、図７に示した反射カップ４Ｂ、および上述した二重硬化工程を利用する。図１０Ａに示すように、第１の量１４の封入材料はパッケージ１０Ｃの反射空洞１５中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）分配および第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４が表面張力によって内側リップ２２に固着するようになって、図１０Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、内側リップ２２を使用して、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５８】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図１０Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、反射空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図１０Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、外側リップ２６’に固着して、凸状メニスカスを形成する。したがって、外側リップ２６’により、分配された第２の量１６の封入材料が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５９】
図１０Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、第２のモート２４の中に押し込められそこで収容されて、それによって、レンズ２０が挿入されて図１０Ｂに示す凸状メニスカスと置き換わった後でも側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。それから、封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ｃに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態では、外側リップ２６’は、レンズ２０のレベル（配置の深さ）制御を可能にする止め具として使用することができることを、図１０Ｃはさらに示している。レンズ２０の位置付けに対するそのような制御は、いっそう一定した光学的性能を有する部品の製造を容易にすることができる。この実施形態では、レンズの配置は、第１の硬化ステップ中の封入材料の収縮量に依存しない。図１０Ｃに示す実施形態では、配置の深さが外側リップ２６’の高さによって画定されるので、図９Ｃに示すものと違って、レンズ２０の配置は、第１の量１４の封入材料の収縮量に依存する必要がない。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、配置をいっそう正確にすることができ、このことは、パッケージ１０Ｃの光学的性能の改善をもたらす可能性がある。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態による、第１の（ぬれ）分配を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を、これから、図１１の流れ図を参照してさらに説明する。図１１に示すように、工程は、発光デバイスを反射空洞の底面に取り付けることによって、ブロック１１００で始まることができる。取り付けられた発光デバイスは、反射空洞の底面に対して関連した高さを有している。発光デバイスを備えた反射空洞の中に、第１の量の封入材料が分配される（ブロック１１２０）。
【００６２】
第１の量は、封入材料中に空気ポケットを１つも形成することなく発光デバイスを実質的に覆うのに十分な量とすることができる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量は、発光デバイスの高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく、発光デバイスをぬらすのに十分な量とすることができる。本発明の他の実施形態では、封入材料の分配の時間／速度は、封入材料中の空気ポケットの形成を減少させるために変えることができる。さらにまた他の実施形態では、例えば低分配速度、低圧力で小さな分配針から、などの条件で単一の分配を使用して、空気ポケットがことによると生じ、そのときは十分な封入材料が分配されて空気ポケットのつぶれを防止する前にへこみ／つぶれるようにすることができる。したがって、第１の（ぬれ）分配および第２の分配は、生じた空気ポケットが分配工程中にへこむ／つぶれることを可能とする選ばれた粘性の封入材料を選ばれた速度で連続的に分配することで提供することができる。第１の量は、発光デバイスの高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく発光デバイスをぬらすのに十分な量とすることができる。
【００６３】
第２の量の封入材料が、第１の量の封入材料の上に分配される（ブロック１１３０）。それから、分配された第１および第２の量の封入材料が硬化される（ブロック１１４０）。本発明のいくつかの実施形態では、第１の分配されたぬれ量（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｉｔｙ）の封入材料は、封入材料の残り部分が分配される前に硬化することができる。
【００６４】
第１の量１２、１４および第２の量１６の封入材料は、同じ材料であっても、または異なる材料であってもよい。同様に、第１の量の封入材料の第１の部分１２および第２の部分１４は、同じ材料であっても、または異なる材料であってもよい。本発明の様々な実施形態で封入材料として使用することができる材料の例にシリコーンがある。
【００６５】
メニスカス制御を使用する本発明のいくつかの実施形態による半導体発光デバイスのパッケージングに関連した工程を、これから、図１２の流れ図を参照して説明する。図１２に示すように、工程は、反射器５の反射空洞１５中に発光デバイス１０３を取り付けることで、ブロック１２００で始まることができる。封入材料が、発光デバイス１０３を備えた反射空洞１５の中に分配されて発光デバイス１０３を覆い、そして反射器４、４Ａ、４Ｂの上部側壁５に接触することなくモートの縁に延在する封入材料で構成された凸状メニスカスを反射空洞中に形成する（ブロック１２１０）。より一般的には、ブロック１２１０の工程は、メニスカスの外縁を反射空洞１５内に位置付けする高さである、メニスカスの外縁に延在する凸状メニスカスの形成を可能にする。例えば、上部側壁５および封入材料１２、１４、１６に使用される材料を選ぶことで、反射空洞１５の中に延びる凹状でなく凸状のメニスカスの形成を容易にすることができる。封入材料１２、１４、１６は反射空洞１５の中にある（ブロック１２２０）。レンズ２０がパッケージ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ中に備えられている実施形態では、レンズ２０の挿入は、レンズ２０で凸状メニスカスをつぶし封入材料１２、１４、１６の一部をモート１８、２４の中に入れ、そして封入材料１２、１４、１６を硬化してレンズ２０を反射空洞１５に取り付けることを含むことができる。あるいは、封入材料１２、１４、１６を硬化して、パッケージングされた発光デバイス１０３のレンズを封入材料１２、１４、１６で形成することができ、また、封入材料１２、１４、１６を分配して、レンズの所望の形状を実現する凸状メニスカスを形成することができる。
【００６６】
複数分配および／または硬化工程を使用して、反射空洞１５を画定する下部側壁６と上部側壁５との間に位置付けされたモート１８、２４を有する反射器４、４Ａ、４Ｂに半導体発光デバイス１０３をパッケージングする方法の実施形態を、これから、図１３を参照してさらに説明する。図１３の実施形態に示すように、工程は、第１の量１４の封入材料を反射空洞１５の中に分配することによって第１の凸状メニスカスを形成することで、ブロック１３００で始まる。第１の量１４の封入材料が硬化される（ブロック１３１０）。第２の量１６の封入材料が、硬化された第１の量１４の封入材料の上に分配されて、反射器４、４Ａ、４Ｂの上部側壁５に接触することなくモート１８、２４の縁に延在する封入材料で構成された第２の凸状メニスカスを反射空洞１５の中に形成する（ブロック１３２０）。
【００６７】
図８Ｂに示すように、封入材料で構成された第２の凸状メニスカスおよび第１の凸状メニスカスは、両方とも、モート１８の同じ縁に延在することができる。しかし、本発明の他の実施形態では、モート１８、２４は、第１のリップ２２および第２のリップ２６、２６’のような内縁および外縁を有することができ、封入材料で構成された第２の凸状メニスカスはモート１８、２４の外縁（第２のリップ２６、２６’）に延在し、封入材料で構成された第１の凸状メニスカスはモート１８、２４の内縁（第１のリップ２２）に延在している。したがって、第１のリップ２２を使用して、水平肩部８に沿って外へ向かう封入材料１４の吸い上げを制限して、反射空洞１５の中に分配された封入材料で構成された第１の凸状メニスカスの形成を可能にするように、内側モート１８を構成することができる。第２のリップ２６、２６’を使用して、水平肩部８に沿って外へ向かう封入材料の吸い上げを制限して反射空洞１５の中に分配された封入材料で構成された第２の凸状メニスカスの形成を可能にするように、外側モート２４を構成することができる。
【００６８】
レンズを備えた本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０は、反射空洞１５の中に、分配された第２の量１６の封入材料に近接して位置付けされる（ブロック１３３０）。レンズ２０の位置付けは、図９Ｃおよび１０Ｃに示すように、レンズ２０で第２の凸状メニスカスをつぶし第２の量１６の封入材料の一部を外側モート２４の中に入れることを含むことができる。さらに、図１０Ｃに示すように、第２のリップ２６’の高さを、第１のリップ２２の高さよりも大きくすることができる。第２のリップ２６’の高さは、レンズ２０に所望の位置を与えるように選ぶことができ、レンズ２０は、第２のリップ２６’に接触するまで反射空洞１５の中に入れることができる。本発明の他の実施形態では、図９Ｃに示すように、レンズ２０は、硬化された第１の量１４の封入材料に接触するまで反射空洞１５の中に進められ、分配された第１の量１４の封入材料は、反射空洞１５の中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な量である。分配された第２の量１６の封入材料が硬化されて、反射空洞１５の中にレンズ２０が取り付けられる（ブロック１３４０）。
【００６９】
図１１〜１３の流れ図、ならびに図８Ａ〜８Ｃ、９Ａ〜９Ｃおよび１０Ａ〜１０Ｃの模式的な図は、本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法の可能な実施の機能および工程を示している。留意すべきことであるが、いくつかの代替的実施では、図を説明する際に指摘された動作は、図で指摘された順序から外れて行われることがある。例えば、連続して示された２つのブロック／工程は、実際には、関係している機能に応じて、実質的に同時に実行するか、または逆の順序で実行することができる。
【００７０】
上で述べたように、異なる光パターン（視角、カスタム色スペクトル、色温度調整等）は、プロセスにおける分配および／または硬化の変化と組み合わせて複数メニスカス制御技術を使用することによって、実現することができる。例えば、蛍光体充填材料の高い尖ったドームは、発光デバイスから蛍光体充填材料を通過する光路をより一様な長さに設けることによって、反射カップの縁に向かうにつれ黄色へずれることを減らしつつ、白色温度発光の色スペクトル一様性をより優れたものにすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態は、発光デバイスに近接して（すなわち、隣接して、または間隔をあけた関係で）形成された蛍光体充填発光変換層を、光空洞中に取り付けられた１つまたは複数の発光デバイス（チップ）に設ける。従来のパッケージング技術は、発光変換層の厚さ変化が発光変換層の平均厚さの１０パーセント（％）以下であるべきと教示している。しかし、そのような条件は、光空洞からの発光の進む発光変換層を通過する経路長が、放射角に応じて実質的に異なり、結果として、視角の関数として不均一な波長変換（したがって、不均一な相関色温度またはＣＣＴ）を生じる可能性があることを意味している。例えば、厚さｔを有する発光変換層に対して垂直な方向に進む光は、可能な最短経路長であるｔに等しい経路長（ＰＬ）で光変換層を通って進む。しかし、図１４に模式的に示すように、発光デバイス１０３で放射され入射角αで発光変換層を通過する光は、厚さｔを入射角の余弦で割ったものに等しい経路長を有している。したがって、例えば、６０°の入射角で発光変換層を通過する光は、垂直方向に進む光の経路長の２倍の経路長でその層を通過するだろう。図１５は、発光パターンの極座標プロットであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む従来のグロブトップ（ｇｌｏｂ−ｔｏｐ）型半導体発光デバイスから生じることがある、軸外放射角における顕著なサイドローブを示している。
【００７２】
本明細書で開示されたメニスカス制御の方法は、色均一性の改善をもたらすことができる、成形発光変換領域または要素を形成するために使用することができる。色均一性の改善は、例えば、相関色温度の角度均一性の改善、または全視角にわたったＣＣＴ変化の減少によって定量化することができる。あるいは、均一性の改善は、ＬＥＤの発光面全体にわたった空間的なＣＣＴ変化の減少として近接場光学測定によって証明される。
【００７３】
いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域または要素は、光空洞の中心部でより大きく光空洞の側壁の近くでより小さいという、不均一な厚さで特徴付けられる。いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域または要素は、光空洞の中心で最も厚く、発光変換領域の縁の方に半径方向に外側に広がるにつれて薄くなる。いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域の厚さ変化は、発光変換領域の最大厚さの１０％よりも大きい。いくつかの実施形態では、発光変換領域または要素は、両凸領域、平凸領域または凹凸領域の形で形作られる。いくつかの実施形態では、発光変換要素は、パッケージの反射空洞の中に挿入される成形プラスチック蛍光体充填片部分のような予備成形構造物を含む。
【００７４】
蛍光体充填領域が色均一性の改善を実現するように形作られる本発明の実施形態を、図１６Ａ〜１６Ｃに示す。これらの図は、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用する発光デバイスのパッケージング方法および結果として得られたデバイスを示している。図１６Ａ〜１６Ｃに示す工程は、図５Ａ〜５Ｂに示す反射カップ４および前述したのと同様な複数硬化工程を利用する。図１６Ａに示すように、第１の量１４の封入材料が、パッケージ１０の反射空洞１５の中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）予備分配と、これに続く別の分配とを使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、表面張力によって液体封入材料１４がリップ２２に固着して、図１６Ａに示すような１４Ａに示された高さのメニスカスを形成するようになる。封入材料１４で形成された最初のメニスカスは、凹状、凸状、または図１６Ａに示すように実質的に平らであってもよい。
【００７５】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示されたより低い高さまで縮む可能性がある。図示の実施形態では、硬化された封入材料１４は、凹状表面１４Ｃを形成するように縮み、これは、３次元で実質的にボウル状（すなわち、中心で最も低く半径方向で上向きに傾斜している）である場合がある。いくつかの実施形態（特に、第１の封入材料１４が硬化前に凹状表面を形成するように分配される実施形態）では、封入材料１４を予備硬化させること、すなわち、より低い温度に又はより短い硬化時間にさらすことにより、封入材料が完全には凝固せずどちらかと言えばただ単にその表面に固い「皮膜」を形成するだけであるようにすることができる。皮膜を形成する目的は、後で分配される封入材料が第１の封入材料１４と混合するのを防止することである。後の封入剤分配は、（蛍光体などの）波長変換材料を含むことができ、上で述べたように、蛍光体充填発光変換領域は第１の封入材料１４と混合されるのではなく特有の形を維持すことが望ましいことがある。第１の封入剤層１４を完全硬化ではなく予備硬化にかけることで、製造プロセスを速くすることができ、また、第１の封入材料と後の封入剤領域との間の界面の改善をもたらすことができる。
【００７６】
図１６Ｂに示すように、次いで第２の量１６の封入材料が、空洞１５の中に、ボウル状表面１４Ｃの上に分配される。第２の封入材料１６は、図示の実施形態では、蛍光体などの発光波長変換材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の封入材料１４は発光波長変換材料を含まない。他の実施形態では、第１の封入材料１４は、第２の封入材料１６よりも低い濃度の発光波長変換材料を含む。
【００７７】
いくつかの実施形態では、図１６Ｂに示すように、第２の封入材料１６も、リップ２２の同じ縁に固着して凸状メニスカスを形成することができる。それから、第２の封入材料１６は（第２の封入材料１６が分配される前に第１の封入材料１４が予備硬化されているだけの場合には、第１の封入材料１４と共に）硬化される。いくつかの実施形態では、第２の封入材料１６も予備硬化、すなわち、より低い温度に又はより短い硬化時間にさらし、後で分配される封入材料が第２の封入材料１６と混合する危険を防止または減少させることができる。しかし、他の実施形態では、第２の封入材料１６をより完全に硬化させ、レンズ２０が空洞１５に挿入される前に材料を凝固させることができる。以下で述べるように、いったん凝固されると、第２の封入材料１６は、レンズ２０の適正な配置を支援する機械的な止め具として作用することができる。
【００７８】
結果として得られた硬化された（または予備硬化された）第２の封入材料１６は、光空洞の中心近くで最も大きく発光変換要素１９の外縁の方に向かって半径方向で減少する不均一な厚さを特徴とする発光変換要素１９を画定する。図示の実施形態では、発光変換要素１９は、凸状上面１９Ａおよび凸状下面１９Ｂを備えた両凸構造である。
【００７９】
上で言及したように、本明細書で説明したメニスカス制御方法を使用して発光変換要素１９を形成することができるが、他の実施形態では、発光変換要素１９は、パッケージ１０の反射空洞１５の中に配置された予備成形蛍光体充填挿入物（ｉｎｓｅｒｔ）とすることができる。そのような構造物は、デバイス性能および製造可能性に関していくつかの利点を有することがある。特に、予備成形挿入物として発光変換要素１９を形成することは、予備成形挿入物を挿入前に個々に試験することができるので、品質制御の改善をもたらすことができる。さらに、蛍光体充填発光変換要素１９を予備成形挿入物として形成することによって、液体の蛍光体充填材料を最終組立プロセスで使用する必要がなくなる。蛍光体充填材料は研磨性であることがあり、自動機械の工程に支障をもたらすことがあるので、このことは利益をもたらすことができる。最後に、蛍光体充填発光変換要素１９を予備成形挿入物として形成することによって、硬化ステップをなくすことができる。
【００８０】
さらなる実施形態では、透明な凸状半球型（図示しない）を、第１の封入剤１４が第２の封入剤１６を収容するために硬化される前に、または後に、第１の封入剤１４の上に置くことができる。硬化させたとき、第２の封入剤１６は凸状半球型の形をとり、このことは、発光変換要素１９の最終的な形に対する制御の改善を行うことができる。
【００８１】
発光変換要素１９の形成または挿入の後で、図１６Ｂにさらに示すように、第３の封入材料１７のある量が空洞１５の中に分配される。第３の封入材料１７は、シリコーンまたはエポキシなどの光学的に透明な材料であって、発光変換材料を有しないか又は低濃度の発光変換材料を有するものとすることができる。第３の封入材料１７は、硬化ステップまたは予備硬化ステップの後で分配されるので、発光変換要素１９に埋め込まれた蛍光体変換材料は、第３の封入材料１７と実質的に混合しない可能性がある。
【００８２】
いくつかの実施形態では、図１６Ｂに示すように、リップ２２は、内縁および外縁を有することがあり、第３の量１７の封入材料はリップ２２の外縁に固着して、発光変換要素１９の上に凸状メニスカス形成することができる。したがって、第３の封入材料１７も、上部側壁５に接触することがなく又は上部側壁５に沿って吸い上げられることがなく、凸状メニスカスを形成することができる。
【００８３】
図１６Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５の中に挿入され、未硬化で液体の第３の封入材料１７と接触する。したがって、第３の封入材料１７は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、第３の封入材料１７の過剰分はモート１８の中に押し込められてそこに収容され、その結果、レンズ２０が挿入され図１６Ｂに示す第３の封入材料１７の凸状メニスカスに取って代わった後でも、側壁５に沿った封入材料１７の吸い上げが制限される。それから、封入材料１７が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０に取り付けられ、さらに封入材料１７が凝固される。
【００８４】
いくつかの実施形態では、レンズ２０は、発光変換要素１９に接触するまで反射空洞１５の中に進められ、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置が確立される。言い換えると、発光変換要素１９は、レンズ２０の適正な配置を保証する機械的な止め具として作用することができる。他の実施形態では、レンズ２０は、図１０Ｃに示すように、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な、空洞に形成されたリップに接触するまで反射空洞１５の中へ進められる。
【００８５】
いくつかの実施例では、第１の封入材料１４は、そこを通過する光を散乱させるために埋め込まれた散乱材料を含むことができ、これによって、発光の角度均一性をさらに改善することができる。
【００８６】
いくつかの実施例では、第１の封入材料１４は、デバイス１０３から光をいっそう有効に引き出すために高屈折率を有することができる。発光変換要素１９が第１の封入材料１４の屈折率と異なる屈折率を有する場合、２つの領域の界面を通過する光線は、屈折され、デバイスの発光パターンを変えることがある。発光変換要素１９の屈折率が第１の封入材料１４の屈折率よりも小さい場合、光線は垂線方向から離れるように屈折される傾向があり、これは、より顕著な経路長差をもたらすことがある。発光変換要素１９の形は、そのような効果を相殺するように選ぶことができ、または変えることができる。例えば、上で述べたように、発光変換要素１９は、両凸、平凸、または凹凸状とすることができる。
【００８７】
本明細書で説明したメニスカス制御技術を使用して平凸発光変換要素を形成する例を、図１７Ａ〜１７Ｃに示す。そこに示すように、第１の封入材料１４のある量がパッケージ１０の反射空洞１５の中に堆積される。分配される封入材料の量を適正に制御することで、表面張力によって液体封入材料１４がリップ２２に固着して、図１７Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。硬化後、第１の封入材料１４は、１４Ｂに示された高さに緩和して、ほぼ平らな表面１４Ｃを形成する。次いで、第２の封入材料１６が分配され、リップ２２の内縁または外縁に固着する凸状メニスカスを形成する。硬化後、第２の封入材料１６が、平面１９Ｂの上に凸状表面１９Ａを有する平凸発光変換要素１９を形成する。残りの製造ステップは、図１６Ａ〜１６Ｃに関連して上で説明したものと大体同じである。
【００８８】
同様な技術を使用して、発光変換要素１９は、凸状表面の上に平面領域を有する平凸領域（図１８Ａ）、凹状表面の上に凸状表面を有する凹凸領域（図１８Ｂ）、または凸状表面の上に凹状表面を有する凹凸領域（図１８Ｃ）として形成することができる。上で述べたように、各実施形態において、発光変換要素１９は、蛍光体材料などの波長変換材料を含む。第１の封入材料１４および第３の封入材料１７は、波長変換材料を有しなくてもよく、または発光変換要素１９に比べてより低い濃度の波長変換材料を有してもよい。図１６Ａ〜Ｃ、１７Ａ〜Ｃ、および１８Ａ〜Ｃの実施形態は、図５Ａ〜Ｂに示す反射カップ４に関連して説明したが、上で説明した技術は、複数のモートを備えた反射カップおよびモートを備えない反射カップを含む、他の反射カップ設計に応用可能である。
【００８９】
反射空洞１５を画定する下部側壁６および上部側壁５を有しかつ不均一な厚さの蛍光体充填発光変換要素１９を組み込んだ反射器４の中に、半導体発光デバイス１０３をパッケージングする方法の実施形態を、これから図１９を参照してさらに説明する。図１９の実施形態に示すように、工程は、第１の量１４の封入材料を反射空洞１５中に分配して、第１のメニスカスを形成することによりブロック１９００で始まる。メニスカスは、発光変換要素１９の所望の最終形状に応じて、凸状、凹状、または実質的に平面の形状を有することができる。メニスカスの形状は、反射器４の物理的な寸法および空洞中に分配される封入剤の量によって決定される。次いで、第１の量１４の封入材料が、硬化されるか、または予備硬化される（ブロック１９１０）。次に、メニスカス制御方法を使用して発光変換要素１９を形成することが望ましい場合、図１９の流れ図の枝Ａに従うことができる。予備成形挿入物を使用して発光変換要素１９を形成することが望ましい場合、枝Ｂに従うことができる。
【００９０】
枝Ａに従うと、第１の封入材料１４の濃度よりも高い濃度の波長変換材料を含む第２の量１６の封入材料が、硬化された第１の封入材料１４の上に分配される（ブロック１９２０）。
【００９１】
次いで、第２の封入材料１６は、硬化されるか、または予備硬化され、発光変換要素１９を形成する（ブロック１９３０）。
【００９２】
経路Ｂに従う場合には、予備成形発光変換要素１９が、第１の封入材料１４に接触するように空洞１５の中に挿入される（ブロック１９５０）。いくつかの実施形態では、第１の量の封入材料を硬化させるステップは、予備成形発光変換要素１９の挿入後に行うことができる。
【００９３】
発光変換要素１９の形成または挿入（ブロック１９３０またはブロック１９５０）の後で、第３の封入材料１７が空洞１５の中に分配される（ブロック１９６０）。レンズを含んだ本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０が、反射空洞１５の中に、分配された第３の量１７の封入材料に近接して位置付けされる（ブロック１９７０）。レンズ２０の位置付けは、図９Ｃ、１０Ｃ、１６Ｃおよび１７Ｃに示すように、レンズ２０で第３の封入材料１７のメニスカスをつぶし第３の量１７の封入材料の一部をモート１８、２４の中に入れることを含むことができる。さらに、図１０Ｃに示すように、パッケージは、第１のリップ２２の高さよりも大きな高さを有する第２のリップ２６’を備えることができる。第２のリップ２６’の高さは、レンズ２０に所望の位置を与えるように選ぶことができ、レンズ２０は、第２のリップ２６’に接触するまで反射空洞１５の中に入れることができる。本発明の他の実施形態では、図９Ｃ、１６Ｃおよび１７Ｃに示すように、レンズ２０は、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な発光変換要素１９に接触するまで、反射空洞１５の中へ進められる。分配された第３の量１７の封入材料が硬化され、レンズ２０が反射空洞１５中に取り付けられる（ブロック１９８０）。
【００９４】
図１９の流れ図および図１６Ａ〜１６Ｃ、１７Ａ〜１７Ｃおよび１８Ａ〜１８Ｃの模式的な図は、本発明のいくつかの実施形態に従って発光デバイスをパッケージングする方法の可能な実施の機能および工程を示している。留意すべきことであるが、いくつかの代替的実施では、図を説明する際に指摘された動作は、図で指摘された順序からはずれて行われる可能性がある。例えば、連続して示された２つのブロック／工程は、実際は、関係している機能に応じて、実質的に同時に実行することができ、または逆の順序で実行することができる。
【００９５】
発光デバイスパッケージの発光パターンを、これから、図２０Ａ、２０Ｂおよび２１を参照してさらに述べる。図２０Ａは、ゴニオメータを使用して生成された、本発明の発光変換要素のないグロブトップ発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。図２０Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従った発光変換要素を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。図２０Ｂと図２０Ａの比較は、発光変換領域で実現された均一性の改善を示す（すなわち、発光パターンの半径は図２０Ｂの方がより均一である）。図２０Ｂで理解されるように、パッケージングされた半導体発光デバイスは、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度（約０°で７．２ｋＫ）よりほぼ２６パーセント下の最小色温度（ほぼ−８５°で５．３ｋＫ）を有している。本発明の様々な実施形態は、半導体発光デバイスパッケージについて、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲、または放射角のうち測定された１２０（垂線すなわち中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を実現することができる。
【００９６】
図２１Ａおよび２１Ｂならびに２２Ａおよび２２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従って得られた色均一性の改善をさらに示す。図２１Ａおよび２１Ｂは、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．で製造された発光ダイオードＭｏｄｅｌＣ４６０ＸＢ９００が取り付けられた基板／反射器アセンブリを備えた第１のパッケージングされたデバイスの近接場発光パターンのディジタル解析のプロットである。Ｃｅ蛍光体（例：Ｐｈｉｌｉｐｓから）をドープした４％ＹＡＧと混合された０．００３０ｃｃシリコーン（例：仕入先、例えばＮｙｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ）が発光デバイスの上に予備分配され、その後に０．００７０ｃｃの同じ封入剤の分配が続いた。次に、分配された封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化された。それから、０．００５０ｃｃの第２の量の透明な封入材料が光空洞の中に分配され、レンズが、光空洞の中に、第２の量の封入剤と接触して位置付けされた。それから、第２の量の封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化された。それから、結果として得られた構造物に電圧を加え、近接場発光パターンを記録し解析した。発光パターンは、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲にわたってほぼ２０００Ｋの全ＣＣＴ変化（ｔｏｔａｌ  ＣＣＴ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を示した。
【００９７】
図２２Ａおよび２２Ｂは、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．で製造された発光ダイオードＭｏｄｅｌＣ４６０ＸＢ９００が取り付けられた基板／反射器アセンブリを備えた第２のパッケージングされたデバイスの近接場発光パターンのディジタル解析のプロットである。０．００２０ｃｃの透明（ｃｌｅａｒ）シリコーン（例：仕入先、例えばＮｙｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ）が発光デバイスの上に予備分配され、その後に０．００３５ｃｃの同じ封入剤の第１の分配が続いた。第１の封入剤（予備分配封入剤を含む）は波長変換材料を含まなかった。次に、第１の封入剤が、７０Ｃの温度で６０分間硬化され、凹状メニスカスを形成した。それから、波長変換蛍光体、すなわちＣｅ蛍光体（例：Ｐｈｉｌｉｐｓからの）をドープした７重量％のＹＡＧを含んだ０．００４５ｃｃの第２の量の封入材料が第１の封入剤で形成された凹状メニスカス中に分配された。次いで、第２の封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化され、光空洞の中心で最も大きく外に向かって半径方向に減少する厚さを有する発光変換要素を形成した。それから、０．００５０ｃｃの第３の量の封入剤（どんな波長変換材料も含まない）が光空洞の中に分配され、レンズが、光空洞の中に、第３の量の封入剤と接触して位置付けされた。第３の量の封入剤は、ついで７０Ｃの温度で６０分間硬化された。結果として得られた構造物に電圧を加え、近接場発光パターンを記録し解析した。発光パターンは、放射角のうち同じ範囲にわたってほぼ５００Ｋの全ＣＣＴ変化を示した。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態では、放射角のうち測定された１８０、１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本発明の他の実施形態では、放射角のうち測定された１８０、１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約２０００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本発明のさらにまた他の実施形態では、放射角のうち測定された１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本明細書で言及されるＣＣＴ変化は、色変化を改善するためにパッケージングされた半導体発光デバイスに追加されるか又は組み合わせて使用されるどんな追加の２次的な光学部品も使用することなく、デバイスと共に加工された主光学部品を備えたデバイスの主発光パターンに基づいていることを理解されたい。主光学部品は、本明細書において本発明の様々な実施形態に関して説明したように、デバイスに組み込まれたレンズと組み合わせた発光変換要素などの、デバイスに一体化された光学部品を意味する。
【００９９】
前述したものは、本発明の例示であり、本発明を限定するものと解釈すべきでない。本発明のいくつかの例示的実施形態を説明したが、本発明の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく例示的実施形態に多くの修正が可能であることを、当業者は容易に理解するだろう。したがって、全てのそのような修正は、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。それゆえ、前述したものは、本発明を例示するものであり、開示された特定の実施形態に限定されるように解釈すべきでなく、また、他の実施形態だけでなく開示された実施形態の修正も添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲、および特許請求の範囲に含まれるべき均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】従来の発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図２】従来の発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図３Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態と共に使用するのに適した発光デバイスパッケージを示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージを示す上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図８Ａ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図８Ｂ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図８Ｃ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ａ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ｃ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ａ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ｂ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ｃ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１２】本発明のいくつかの他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１３】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１４】層を通過する光の経路長を示す模式図である。
【図１５】発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図１６Ａ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１６Ｂ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１６Ｃ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ａ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ｂ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ｃ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ａ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ｂ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ｃ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１９】本発明のいくつかのさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法の工程を示す流れ図である。
【図２０Ａ】本発明の発光変換要素のないグロブトップ発光デバイスの発光ダイオード（ＬＥＤ）発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図２０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による発光変換要素を有する発光デバイスの発光ダイオード（ＬＥＤ）発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図２１Ａ】発光変換要素を有しない、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２１Ｂ】発光変換要素を有しない、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、発光変換要素を有する、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、発光変換要素を有する、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図１】
2007531317.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007531317.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2007531317.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
2007531317.tif 000020
【図１０Ｂ】
2007531317.tif 000021
【図１０Ｃ】
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【図１１】
2007531317.tif 000023
【図１２】
2007531317.tif 000024
【図１３】
2007531317.tif 000025
【図１４】
2007531317.tif 000026
【図１５】
2007531317.tif 000027
【図１６Ａ】
2007531317.tif 000028
【図１６Ｂ】
2007531317.tif 000029
【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
2007531317.tif 000035
【図１８Ｃ】
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【図１９】
2007531317.tif 000037
【図２０Ａ】
2007531317.tif 000038
【図２０Ｂ】
2007531317.tif 000039
【図２１Ａ】
2007531317.tif 000040
【図２１Ｂ】
2007531317.tif 000041
【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
2007531317.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月12日(2006.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスをパッケージングする方法であって、
第１の量の封入材料を、前記発光デバイスを備える空洞中に分配するステップと、
前記空洞中の前記第１の量の封入材料を処理して、選択された形状を有する硬化した上面を形成するステップと、
前記処理された第１の量の封入材料の前記上面の上に、両凸形状、前記発光デバイスから離れる方向に延びている凸状表面を有する平凸形状、または凹凸形状を有する発光変換要素を設けるステップであって、前記発光変換要素は、波長変換材料を含み、さらに前記反射空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素が前記中心領域から前記側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて連続的に減少することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配し、レンズの所望の形状を実現する、前記発光デバイスから離れる方向に延びている封入材料で構成された凸状メニスカスを前記空洞中に形成するステップと、
前記第２の量の封入材料を硬化させ、前記パッケージングされた発光デバイス用のレンズを前記封入材料で形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配するステップと、
前記空洞中に、前記分配された第２の量の封入材料の上にレンズを位置付けするステップと、
前記分配された第２の量の封入材料を硬化させ、前記レンズを前記空洞中に取り付けるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
発光変換要素を設けるステップは、
前記第１の量の封入材料の上面に第２の量の封入材料を分配するステップであって、前記第２の量の封入材料は前記波長変換材料をその中に有しているステップと、
前記第２の量の封入材料を硬化させ、前記発光変換要素を画定するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記発光変換要素は両凸形状を有し、前記選択された形状は凹状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記発光変換要素は前記発光デバイスから離れる方向に延びている凸状表面を有する平凸形状を有し、前記選択された形状は平面であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記発光変換要素は凹凸形状を有し、前記選択された形状は凸状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記発光変換要素は凹凸形状を有し、前記選択された形状は凹状であり、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させるステップは、前記第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、前記第２の量の封入材料の凹状の上面を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長変換材料は、蛍光体および／またはナノ結晶を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の量の封入材料を処理するステップは、前記第１の量の封入材料を硬化させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の量の封入材料を処理するステップは、前記第１の量の封入材料を予備硬化させ、その上面に固まった皮膜を形成することを含み、前記方法は、前記発光変換要素を設けた後で前記第１の量の封入材料を硬化させることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記波長変換材料は、蛍光体を含み、さらに前記第１の量の封入材料は蛍光体を実質的に含まないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記波長変換材料は、蛍光体を含み、前記第１の量の封入材料は蛍光体を含み、前記第１の量の封入材料が前記発光変換要素よりも重量で低いパーセント値の蛍光体を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記発光変換要素は、予備成形挿入物を含み、前記発光変換要素を前記上面に設けるステップは、前記予備成形挿入物を前記処理された第１の量の封入材料の上面に配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記予備成形挿入物は、成形プラスチック蛍光体充填片部分を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記予備成形挿入物を前記上面に配置する前に、前記予備成形挿入物を試験することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
パッケージングされた半導体発光デバイスであって、
空洞を画定する側壁部を有する本体と、
前記空洞中に位置付けされた発光デバイスと、
前記発光デバイスを備える前記空洞の中の、第１の量の硬化された封入材料と、
前記第１の量の封入材料の上面の上の、両凸形状、前記発光デバイスから離れる方向に延びている凸状表面を有する平凸形状、または凹凸形状を有する発光変換要素であって、波長変換材料を含み、前記空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有している発光変換要素と
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２０】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素が前記中心領域から前記側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて、連続的に減少することを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記デバイスは、放射角のうち１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記本体は反射器を備え、前記空洞は反射空洞を備えていることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２９】
パッケージングされた半導体発光デバイスであって
空洞を画定する側壁部を有する本体と、
前記空洞中に位置付けされた発光デバイスと、
前記発光デバイスを備える前記空洞の中の、第１の量の硬化された封入材料と、
前記第１の量の封入材料の上面の上の発光変換要素であって、波長変換材料を含む発光変換要素と
を備え、
放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、２０００Ｋ未満の相関色温度の変化を示すことを特徴とするパッケージングされた半導体発光デバイス。
【請求項３０】
前記発光変換要素は、前記空洞の中心領域で前記空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記発光変換要素の厚さは、前記発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化していることを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記デバイスは、放射角のうち１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有していることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記本体は反射器を備え、前記空洞は反射空洞を備えていることを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスおよびその製造方法に関し、より詳細には、半導体発光デバイスのパッケージおよびパッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００４年３月３１日に出願された「Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｐａｃｋａｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の米国仮特許出願第６０／５５８，３１４号、ならびに２００４年１２月２１日に出願された「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」という名称の米国仮特許出願第６０／６３７，７００号の利益および優先権を主張する。これらの出願の開示は、あたかもその全体が記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
発光デバイスにより放射される光に保護、色選択、集束などを与えることができるパッケージ内に半導体発光デバイス型光源を設けることは知られている。例えば、発光デバイスは、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）とすることができる。光源用のパワーＬＥＤのパッケージング中に様々な問題に遭遇することがある。そのような起こり得る問題の例を、図１および２のパワーＬＥＤの断面図を参照して説明する。図１および２に示すように、パワーＬＥＤパッケージ１００は、一般に、発光デバイス１０３が取り付けられている基板部材１０２を備える。発光デバイス１０３は、例えば、基板部材１０２に取り付けられたＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０３ｂ、およびＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０３ｂの上に位置付けされたＬＥＤ１０３ａを備えることができる。基板部材１０２は、パッケージ１００を外部回路に接続するための配線または金属リード線を備えることができる。基板１０２は、また、動作中にＬＥＤ１０３から熱を伝導して除去するためのヒートシンクとしても作用することができる。
【０００４】
反射カップ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｃｕｐ）１０４のような反射器が、基板１０２に取り付けられ、発光デバイス１０３を取り囲むことがある。図１に示す反射カップ１０４は、ＬＥＤ１０３で発生した光をＬＥＤパッケージ１００から上の方に向かって反射する、角度の付いた、すなわち傾斜した下部側壁１０６を備える。図示の反射カップ１０４は、また、ＬＥＤパッケージ１００の中にレンズ１２０を保持するための溝として作用することができる上向きに延びる壁１０５、および水平な肩部分１０８を備える。
【０００５】
図１に図示するように、発光デバイス１０３が基板１０２に取り付けられた後で、液体シリコーンゲルのような封入材料１１２が、反射カップ１０４の内部反射空洞（ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｃａｖｉｔｙ）１１５中に分配（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）される。図１に示す内部反射空洞１１５は、基板１０２で画定された底面を有し、液体封入材料１１２を保持することができる閉じた空洞を提供する。図１にさらに示すように、封入材料１１２が空洞１１５に分配されたとき、封入材料１１２は、反射カップ１０４の側壁１０５の内面に沿って吸い上げられて、図示の凹面形メニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）を形成することがある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００４１２２２号明細書
【特許文献２】日本特許要約（Ｐａｔｅｎｔ  Ａｂｓｔｒａｃｔ）第ＪＰ−Ａ−１０１９００６５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／００７９８３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献７】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献９】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書
【特許文献２１】米国特許出願第１０／６５９，２４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ついで、図２に示すように、反射空洞１１５中にレンズ１２０を封入材料１１２と接触して配置することができる。レンズ１２０が空洞１１５中に配置されたとき、液体封入材料１１２は、位置をずらされ、レンズ１２０と側壁１０５との間のギャップ１１７を通って移動することがある。したがって、封入剤は、レンズ１２０の上面および／または反射カップ１０４の側壁１０５の上面に出てくることがある。押し出し（ｓｑｕｅｅｚｅ−ｏｕｔ）と呼ばれることがあるこの移動は、一般に、多くの理由のために望ましくない。図示のパッケージ配置では、レンズ取付けステップの前に封入剤が半球メニスカス形状で硬化されていない場合、レンズは下にある棚状部分に載る。これにより、レンズが、熱サイクル中に浮動しなくなり、そして他の表面への封入の層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、または層間剥離内の凝集破壊（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｆａｉｌｕｒｅ）によって機能しなくなることがある。これらの両方とも光出力に影響を及ぼす可能性がある。封入材料またはゲルは一般に粘着性であり、部品を製造するために使用される自動処理ツールに支障を与えることがある。さらにゲルは、例えば光分布パターンを変えることによって、および／またはレンズ１２０の一部を遮ることによって、レンズ１２０からの光出力に支障を与えることがある。粘着性のゲルは、また、ＬＥＤパッケージ１００からの光出力を遮るかまたは減少させる可能性のある塵、汚れ、および／または他の汚染物を引き寄せることがある。また、ゲルは、実効的なレンズの形を変えることがあり、このことで発光パターン／ビーム形状が変わることがある。
【０００８】
レンズ１２０の配置後、パッケージ１００は一般に加熱硬化され、これによって、封入材料１１２が凝固し、レンズ１２０に付着するようになる。したがって、レンズ１２０を、硬化した封入材料１１２で所定の位置に保持することができる。しかし、シリコーンゲルなどの、硬化に伴う僅かな収縮率を有する封入材料は、一般に、熱硬化プロセス中に収縮する傾向がある。さらに、熱膨張係数（ＣＴＥ）効果は、一般に、高温でレンズのより大きな浮動の原因となる。冷却中に、部品は層間剥離する傾向がある。図２に示したレンズ１２０の下の封入剤の図示の体積は比較的大きいので、この収縮によって、硬化プロセス中に、発光デバイス１０３、基板１０２の表面、反射カップ１０４の側壁１０５および／またはレンズ１２０を含むパッケージ１００の部分から、封入材料１１２が層間剥離する（離れる）可能性がある。層間剥離は、特にダイからの層間剥離であるとき、内部全反射を引き起こす場合があり、光学性能に著しく影響しうる。この収縮により、封入材料１１２と発光デバイス１０３、レンズ１２０、および／または反射カップ１０４との間にギャップまたは空隙１１３が生じることがある。封入材料１１２中の３軸応力（ｔｒｉ−ａｘｉａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）は、また、封入材料１１２に凝集裂け（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｔｅａｒ）１１３’を引き起こすことがある。これらのギャップ１１３および／または裂け１１３’は、発光デバイスパッケージ１００で放射される光の量を実質的に減少させることがある。収縮は、すき間（ｃｒｅｖｉｃｅ）（すなわち、反射器）から又はデバイス（すなわち、ダイ／サブマウント）の下から空気ポケットを引き出すこともあり、空気ポケットは、光空洞の性能に支障を与えることがある。
【０００９】
ランプの動作中に、発光デバイス１０３によって大量の熱が発生される可能性がある。この熱の大部分は、基板１０２および反射カップ１０４により放散させることができ、これらの各々はパッケージ１００のヒートシンクとして作用することができる。しかし、パッケージ１００の温度は、動作中に依然としてかなり上昇することがある。シリコーンゲルなどの封入材料１１２は、一般に、大きな熱膨張係数を有している。そのために、パッケージ１００が加熱すると、封入材料１１２は膨張する可能性がある。レンズ１２０は、反射カップ１０４の側壁１０５で画定された溝の中に取り付けられているので、封入材料１１２が膨張収縮するときに、側壁１０５の中で上下に動く可能性がある。封入材料１１２の膨張により封入剤が空間または空洞の外に押し出され、それによって、冷却したときに空洞内に戻らない可能性がある。これにより、層間剥離、空隙、より大きな３軸応力などが生じるかもしれず、これらは、発光デバイスを余り耐久性のないものする可能性がある。そのようなレンズの動きは、例えば特許文献１にさらに記載されている。側壁１０５は、また、機械的な衝撃および応力からレンズ１２０を保護するのに役立つことがある。
【００１０】
特許文献２は、蛍光材料層を備えた発光デバイスを記載している。特許文献３は、チップ型ＬＥＤおよびその製造プロセスを記載している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、半導体発光デバイスをパッケージングする方法を提供する。第１の量の封入材料が、発光デバイスを備える空洞中に分配される。発光デバイスは、発光ダイオードなどの複数の発光デバイスとすることができ、空洞は、反射空洞とすることができることができる。反射空洞中の第１の量の封入材料は処理され、選択された形状を有する硬化した上面を形成する。発光変換要素が、処理された第１の量の封入材料の上面の上に設けられる。発光変換要素は、蛍光体および／またはナノ結晶などの波長変換材料を含み、さらに反射空洞の中心領域で反射空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有する。
【００１２】
発光変換要素の厚さは、発光変換要素が中心領域から側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて連続的に減少することができる。発光変換要素の厚さは、発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することができる。発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有することができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配し、レンズの所望の形状を実現する封入材料で構成された凸状メニスカスを反射空洞中に形成することをさらに含む。第２の量の封入材料を硬化させ、パッケージングされた発光デバイス用のレンズを封入材料で形成する。代替的実施形態では、本方法は、発光変換要素の上に第２の量の封入材料を分配することと、反射空洞中に、分配された第２の量の封入材料の上にレンズを位置付けすることとを含む。分配された第２の量の封入材料を硬化させ、レンズを反射空洞中に取り付ける。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態では、発光変換要素を設けることは、第１の量の封入材料の上面に第２の量の封入材料を分配することを含む。第２の量の封入材料は、波長変換材料をその中に有している。第２の量の封入材料を硬化させ、発光変換要素を画定する。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、発光変換要素は両凸形状を有する。選択された形状は凹状であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態では、発光変換要素は平凸形状を有し、選択された形状は凹状である。第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の平面の上面を形成することを含む。代替的な平凸形状の実施形態では、選択された形状は平面であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。
【００１７】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素は凹凸形状を有し、選択された形状は凸状である。第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凸状の上面を形成することを含む。代替的な凹凸形状の実施形態では、選択された形状は凹状であり、第２の量の封入材料を分配し、硬化させることは、第２の量の封入材料を分配し、硬化させ、第２の量の封入材料の凹状の上面を形成することを含む。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態では、第１の量の封入材料を処理することは、第１の量の封入材料を硬化させることを含む。代替的実施形態では、第１の量の封入材料を処理することは、第１の量の封入材料を予備硬化させ、その上面に固まった皮膜を形成することを含み、本方法は、発光変換要素を設けた後で第１の量の封入材料を硬化させることをさらに含む。波長変換材料は、蛍光体とすることができ、第１の量の封入材料は蛍光体を実質的に含まない。
【００１９】
本発明の他の実施形態では、発光変換要素は、予備成形挿入物であり、予備成形挿入物は、処理された第１の量の封入材料の上面に配置される。予備成形挿入物は、成形プラスチック蛍光体充填片部分とすることができる。予備成形挿入物を上面に配置する前に、予備成形挿入物を試験することができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態では、パッケージングされた半導体発光デバイスが、反射空洞などの空洞を画定する側壁部を有する反射器などの本体を備えることができる。発光デバイスは、空洞中に位置付けされている。第１の量の硬化された封入材料が、発光デバイスを備える空洞中に設けられる。発光変換要素が第１の量の封入材料の上面の上にある。発光変換要素は、波長変換材料を含み、空洞の中心領域で空洞の側壁に近い領域よりも大きな厚さを有している。発光変換要素の厚さは、発光変換要素が中心領域から側壁に向かって半径方向に外側に広がるにつれて、連続的に減少することができる。発光変換要素の厚さは、発光変換要素の最大厚さの１０パーセントよりも多く変化することができる。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態では、発光変換要素は、両凸、平凸または凹凸形状を有している。発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を有している。デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有することができる。他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲または１２０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋの全ＣＣＴ変化を有する主発光パターンを有することができる。さらに他の実施形態では、デバイスは、放射角のうち９０（中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満の全相関色温度（ＣＣＴ）変化を有する主発光パターンを有している。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態では、パッケージングされた半導体発光デバイスは、空洞を画定する側壁部を有する本体と、空洞中に位置付けされた発光デバイスとを備える。第１の量の硬化された封入材料は空洞の中にあり、発光デバイスおよび発光変換要素は、第１の量の封入材料の上面の上にある。パッケージされた半導体発光デバイスは、放射角のうち１８０（中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、２０００Ｋ未満の相関色温度の変化を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、以下で、添付の図面を参照してより完全に説明される。図面には、本発明の実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現することができ、本明細書で明らかにされる実施形態に制限されるものとして解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示を徹底的で完全なものとし、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。図面において、層および領域の大きさおよび相対的な大きさは、明瞭性のために誇張されていることがある。全体を通して、同様な番号は同様な要素を参照する。
【００２５】
層、領域または基板などの要素が、別の要素の「上に」あると言及されるとき、この要素はこの他の要素の直ぐ上にあることがあり、または介在要素も存在していることがあることを理解されたい。表面などの要素の一部が「内側の」と言及される場合、その一部は、その要素の他の部分よりもデバイスの外側から遠く離れていることを理解されたい。さらに、「下の」または「上にある」のような相対的な用語は、本明細書では、図に示されるように、基板層またはベース層を基準にして、ある層または領域のもう一方の層または領域に対する関係を記述するために使用されることがある。これらの用語は、図に示された方向付けのほかに、デバイスの異なる方向付けを含むことが意図されていることを理解されたい。最後に、「直ぐ」の用語は、介在要素がないことを意味する。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連付けられて列挙された要素の任意のすべての組合せを含む。
【００２６】
第１、第２などの用語が、本明細書で、様々な要素、部品、領域、層および／または部分を記述するために使用されることがあるが、これらの要素、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきでないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または部分を別の領域、層または部分と区別するために使用されるだけである。したがって、以下で述べられる第１の要素、部品、領域、層または部分を、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、層または部分と呼ぶこともできる。
【００２７】
半導体発光デバイス１０３をパッケージングするための本発明の様々な実施形態が、本明細書で説明される。本明細書で使用されるとき、半導体発光デバイス１０３は、発光ダイオード、レーザダイオードおよび／または他の半導体デバイスを含むことができ、ここで他の半導体デバイスは、シリコン、炭化珪素、窒化ガリウムおよび／または他の半導体材料を含むことができる１つまたは複数の半導体層、サファイア、シリコン、炭化珪素および／または他のマイクロエレクトロニクス基板を備えることができる基板、および金属および／または他の導電層を備えることができる１つまたは複数のコンタクト層を備える。いくつかの実施形態では、紫外線、青色および／または緑色発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を設けることができる。赤色および／または琥珀色ＬＥＤもまた設けることができる。半導体発光デバイス１０３の設計および製造は、当業者によく知られており、本明細書で詳細に説明する必要はない。
【００２８】
例えば、半導体発光デバイス１０３は、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．により製造販売されているデバイスのような、炭化珪素基板に製造された窒化ガリウムベースのＬＥＤまたはレーザとすることができる。本発明は、特許文献４〜１８に記載されているようなＬＥＤおよび／またはレーザと共に使用するのに適している可能性がある。これらの特許文献の開示は、本明細書に完全に記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、特許文献１９および２０に記載されている。さらに、特許文献２１に記載されているような蛍光体塗布（ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｃｏａｔｅｄ）ＬＥＤも、本発明の実施形態で使用するのに適している可能性がある。特許文献２１の開示は、完全に記載されたかのように参照により本明細書に組み込まれる。ＬＥＤおよび／またはレーザは、発光が基板を通じて生じるように動作するよう構成することができる。そのような実施形態では、例えば前掲の特許文献２０に記載されているように、基板をパターン形成しデバイスの光出力を高めることができる。
【００２９】
ここで、本発明の実施形態を図３〜１１に示した様々な実施形態を参照して説明する。より詳細には、発光デバイス１０３のパッケージングに使用するための二重硬化封入プロセスのいくつかの実施形態が、図３Ａから３Ｃに示されている。そのような二重硬化封入プロセスは、硬化中の封入材料の収縮に関連した問題を低減することができる。本明細書で説明されるように、本発明のいくつかの実施形態では、二重硬化プロセスは、３つの分配工程および２つの硬化工程を含むことができる。しかし、本発明の他の実施形態において発光デバイスをパッケージングする際に、より多くの又はより少ない分配工程および硬化工程を使用することもできることを理解されたい。また、本明細書でさらに説明するように、本発明の実施形態は、第１の硬化工程の後に、レンズを取り付けるための別の組の分配工程および硬化工程が続くことになる複数分配工程を含む。
【００３０】
図３Ａに示すように、図示の実施形態では２つの封入材料部分１１２、１１４を含んだ第１の所定量の封入材料が、空洞１１５の中に分配される。封入材料１１２、１１４は、例えば、液体シリコーンゲル、エポキシなどとすることができる。第１の部分１１２は、発光デバイス１０３、より詳細には、発光デバイス１０３のＬＥＤチップ／サブマウントアセンブリ１０１および基板１０２の露出表面部分をぬらすように分配することができる。また、最初の分配で反射カップ１０４の部分をぬらすこともできる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の部分１１２として分配された封入材料の量は、発光デバイス１０３の高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく発光デバイス１０３をぬらすのに十分な量である。本発明のいくつかの他の実施形態では、第１の部分１１２として分配された封入材料の量は、封入材料１１２中に空気ポケットを１つも形成することなく、発光デバイス１０３を実質的に覆うのに十分な量である。
【００３１】
図３Ａに示すように、発光デバイスは、反射空洞１１５のほぼ中心点１１５ｍに位置付けされる。封入材料は、封入材料１１２が発光デバイス１０３の上に直接分配されないように、中心点１１５ｍから反射空洞１１５の側壁１０５の方にずれた点１１５ｄで分配装置２００から分配することができる。発光デバイス１０３の上に直接封入材料１１２を分配すると、封入材料１１２が、発光デバイス１０３の構造を上から通過するときに、気泡の閉じ込めが起こることがある。しかし、本発明の他の実施形態では、片寄り分配（ｏｆｆｓｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｅ）に加えて、または片寄り分配の代わりに、封入材料１１２が、発光デバイス１０３のダイの上に分配される。封入材料１１２の分配は、分配装置２００の端部に封入材料１１２の液滴（ｂｅａｄ）を形成し、この形成された液滴を反射空洞１１５および／または発光デバイス１０３と接触させて、分配装置からこの液滴を分配することを含むことができる。
【００３２】
分配に使用される材料の粘性および／または他の特性は、例えば、気泡の形成なしにぬれが起こるように選ぶことができる。本発明のさらなる実施形態では、分配材料が接触する表面に被膜を塗布して、ぬれ速度を速める／遅くすることができる。例えば、油膜などの微小な残留物が残る特定の知られた洗浄手順を使用して選択した表面を処理し、それによりぬれ作用の力学を設計するために利用することができる。
【００３３】
空洞１１５を画定する反射カップ１０４、発光デバイス１０３および封入材料１１２の内面の表面特性のために、空洞１１５の中心点１１５ｍからずれた点１１５ｄから分配されたときでも、分配された封入材料１１２は、依然として封入材料１１２中に気泡を生じさせるかもしれないような態様で空洞１１５の中を流れる可能性がある。特に、封入材料１１２は、反射カップ１０４の内面および発光デバイス１０３の側壁の近くで、発光デバイス１０３の上よりも速く動き又はより素早く「吸い上げられる」と予想される。その結果として、側面を流れる封入材料が出会い、そして封入材料が発光デバイス１０３の上を覆って流れ、このようにして空気の流れ（ａｉｒ  ｆｌｏｗ）に側面出口（ｓｉｄｅ  ｏｕｔｌｅｔ）のない状態で局部的に上から分配されるとき、空洞１１５の、封入材料が分配されたのと反対側に気泡が閉じ込められるかもしれない。したがって、分配される封入材料１１２の第１の部分の量は、そのような気泡を形成する危険を低減または防止するように選ぶことができる。本明細書で使用されるとき、発光デバイス１０３を「実質的に」覆うことへの言及は、第１の量の封入材料１１２、１１４の残り部分１１４が分配されたときそのような気泡が生じないように、発光デバイス１０３の構造の十分な量を覆うことを意味する。
【００３４】
最初に分配された封入材料１１２を静置させた後、第１の所定量の封入材料の第２の部分１１４が反射空洞１１５の中に分配される。本発明のいくつかの特定の実施形態では、封入材料の第２の部分は、第１の部分１１２の約２倍である。
【００３５】
第１の量の封入材料１１２、１１４すべてを分配した後、第１の量の封入材料１１２、１１４は、例えば熱処理によって硬化され、封入材料１１２、１１４が凝固する。硬化後、反射空洞１１５中の封入材料１１２、１１４の水準は、封入材料１１２、１１４の収縮の結果としてレベル１１４Ａからレベル１１４Ｂに下がる可能性がある。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態では、第１の部分１１２は、第２の部分１１４が反射空洞１１５の中に分配される前に硬化される。例えば、パッケージ１００から放射される光の特性に影響を及ぼすために、蛍光体、ナノ結晶などの光変換材料を封入材料１１２、１１４に添加することが知られている。本明細書における説明の目的のために、光変換材料として蛍光体に言及する。しかし、蛍光体の代わりに他の光変換材料を使用することができることを理解されたい。パッケージ１００に対する所望の色スペクトルおよび／または色温度調整に応じて、蛍光体は、発光体１０３ｂに隣接して位置付けされたとき、言い換えると、発光デバイス１０３の上に直接位置付けされたとき、最も有益に利用することができる。したがって、第２の部分１１４に蛍光体を含み、第１の部分１１２に蛍光体を含まないことが望ましいことがある。しかし、第１の部分１１２は第２の部分１１４の下にあるので、蛍光体は、第２の部分１１４から第１の部分１１２に沈降し、第２の部分１１４への蛍光体の添加の有効性が減少する可能性がある。したがって、そのような沈降を制限するために蛍光体を第１の部分１１２に添加することができ、および／または第２の部分１１４を分配する前に第１の部分１１２を硬化させることができる。
【００３７】
複数分配（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｄｉｓｐｅｎｓｅ）の使用は、また、光変換用の所望の構成の蛍光体予備成形物（ｐｒｅｆｏｒｍ）／ウエハの添加を可能にすることもできる。さらに、複数分配は、異なる屈折率を有する材料を使用し、例えば埋込みレンズ（すなわち、異なる屈折率の材料の２つの分配の界面で形成されたレンズ）を設けることを可能にすることができる。
【００３８】
図３Ｂに示すように、反射空洞１１５中の硬化された第１の量の封入材料１１２、１１４の上に、第２の量の封入材料１１６が所定量で分配される。本発明のいくつかの特定の実施形態では、第２の量１１６は、第１の量の封入材料１１２、１１４の第１の部分１１２にほぼ等しい。第２の量１１６は蛍光体が実質的に含まなくてもよいが、本発明の他の実施形態では、第２の量１１６にも蛍光体を含むことができる。
【００３９】
図３Ｃに示すように、第２の量の封入材料１１６が硬化される前に、レンズ１２０が、反射空洞１１５の中に第２の量の封入材料１１６に接して位置付けされる。それから、第２の量の封入材料１１６が、例えば加熱によって硬化され、封入材料１１６を固めかつレンズ１２０を反射空洞１１５に取り付ける。本発明のいくつかの実施形態では、上述した二重硬化プロセスを使用して発光デバイス１０３をパッケージ１００内に封入することにより、硬化された封入材料１１２、１１４、１１６の発光デバイス１０３、レンズ１２０および／または反射カップ１０４からの層間剥離を減少させることができる。
【００４０】
図３Ａ〜３Ｂに示す反射カップ１０４を図４Ａ〜４Ｂにさらに示す。図４Ａは、反射カップ１０４の平面図であり、上部側壁１０５、下部側壁１０６、および上部側壁１０５と下部側壁１０６との間の実質的に水平な肩側壁部１０８の上面を示している。図４Ｂは、図４Ａの線Ｂ−Ｂに沿った反射カップ１０４の断面図である。
【００４１】
本発明の様々な実施形態による代替的反射カップ構成、ならびにそのような代替的反射カップ構成を使用する発光デバイスのパッケージング方法をこれから説明する。本発明の様々な実施形態では、これらの代替的反射カップ構成により、反射カップの封入材料中にレンズを挿入するときに封入材料の押し出しの発生率および／または押し出し量を減少させることができる。図５Ａ〜５Ｂ、６および７は、これから説明するように、様々な代替的反射器構成を示している。図５Ａは、反射カップ４の平面図であり、図５Ｂは、図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿った反射カップ４の断面図である。図６は、反射カップ４Ａの断面図であり、図７は反射カップ４Ｂの断面図である。図示の反射カップ４、４Ａ、４Ｂの各々は、上部側壁５、傾斜した下部側壁６、および上部側壁５と下部側壁６との間の水平肩部８を備え、これらは一緒に反射空洞１５を画定する。本明細書で肩部８に言及して使用されるとき、「水平な」は、下部側壁部６と上部側壁部８との間を肩部８が延びる大体の方向（すなわち、下部側壁部６および上部側壁部５と比較して）を意味し、肩部８の中間部分における肩部８の特定の角度を意味しない（例えば、水平肩部が、実際には、他の特徴に対応するように、下部側壁部６と上部側壁部５との間で垂直方向の高さにいくらかの変化がある図７を参照されたい）。さらに、反射カップ４、４Ａ、４Ｂの各々は、下部側壁６を取り囲む少なくとも１つのモート１８を備えることができ、このモート１８はリップ（すなわち、突出する縁）２２で下部側壁６から分離されている。モート１８は、肩部８に形成されているものとして図示されている。
【００４２】
図５Ａ〜５Ｂの実施形態では、モート１８は、押し型（ｓｔａｍｐｉｎｇ）で形成されることができ、この場合には、モート１８と下部側壁６との間のリップ２２は、平らな表面ではなく尖った縁部を備えている可能性がある。しかし、使用される製造プロセスの限界に起因して、図５Ｂに模式的に示すリップ２２の平らな表面は、実際には、より丸みのある輪郭を有する可能性があることを理解されたい。図８Ａ〜８Ｃを参照してさらに説明するように、余りにも丸みのある輪郭は望ましくないことがある。
【００４３】
反射カップ４Ａというさらなる実施形態を、図６の断面図を参照して、これから説明する。図６に示すように、第１のモート１８が上部側壁５と下部側壁６との間に形成され、第１すなわち内側リップ２２が下部側壁６と第１のモート１８とを分離している。第２のモート２４が、上部側壁５と第１のモート１８との間に形成されている。第２すなわち外側リップ２６が、第２のモート２４を第１のモート１８から分離している。
【００４４】
反射カップ４Ｂというさらにまた他の実施形態を、図７の断面図を参照して、これから説明する。図７に示すように、第１のモート１８は上部側壁５と下部側壁６との間に形成され、第１すなわち内側リップ２２が下部側壁６と第１のモート１８とを分離している。第２のモート２４は、上部側壁５と第１のモート１８との間に形成されている。第２すなわち外側リップ２６’が、第２のモート２４を第１のモート１８から分離している。図７に示すように、第２のリップ２６’は、第１のリップ２２に対して高くなっている。
【００４５】
本発明の特定の実施形態では、第１のリップ２２は、約５０マイクロメートル（μｍ）未満の曲率半径を有する突出部を有し、第２のリップ２６、２６’は、約５０μｍ未満の曲率半径を有する突出部を有する。第１のモート１８および第２のモート２４は、水平肩部８上の押し型で付けられた特徴（ｓｔａｍｐｅｄ  ｆｅａｔｕｒｅ）とすることができる。図６および７に示すように、第２のモート２４は、第２のリップ２６、２６’から上部側壁部５まで延びる幅を有することができる。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態では、傾斜した下部側壁部６は、実質的に円錐状とすることができ、５００μｍ発光デバイスチップの場合の約１．９ミリメートル（ｍｍ）から９００μｍ発光デバイスチップの場合の約３．２ｍｍまでの最小直径、５００μｍ発光デバイスチップの場合の約２．６ｍｍから９００μｍ発光デバイスチップの場合の約４．５ｍｍまでの最大直径、および約０．８ｍｍから約１．０ｍｍまでの高さを有することができる。上部側壁部は、実質的に楕円形とすることができ、約３．４ｍｍから約５．２ｍｍの内径および約０．６ｍｍから約０．７ｍｍの高さを有することができる。水平肩部は、約０．４ｍｍから約０．７ｍｍの、下部側壁部から上部側壁部までの幅を有することができる。本明細書で使用されるとき、用語「楕円形」および「円錐状」は、円形、円筒形、および他の形状を包含することが意図されており、ここで他の形状は、反射カップ４、４Ａ、４Ｂを形成するために使用される製造技術に基づいた不規則な形状であるが、それでも基板２との組合せでまたは別の方法で、発光デバイス１０３のための反射器を実現するように動作し、かつ封入材料１２、１４、１６をその中に保持し固めることができるものを含む。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態では、第１のモート１８は約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの幅を有し、第２のモート２４は約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの幅を有する。図６に示すように、第１のモート１８の縁は、下部側壁部６の下端（すなわち、基板２の上面）に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有する第１のリップ２２とすることができ、第２のモート２４の縁は、下部側壁部６の下端に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有する第２のリップ２６とすることができる。図７に示すような本発明の他の実施形態では、第１のリップ２２は、下部側壁部の下端に対して約０．７９ｍｍから約０．８５ｍｍの高さを有し、第２のリップ２６’は、下部側壁部の下端に対して約０．９から約１．０ｍｍの高さを有している。
【００４８】
本発明の様々な実施形態では、反射カップ４、４Ａ、４Ｂは、発光デバイス１０３を反射カップ４、４Ａ、４Ｂ中にパッケージングするとき、メニスカス制御（ｍｅｎｉｓｃｕｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を可能にすることができる。さらに説明するように、上述の二重硬化方法と組み合わされたとき、封入材料の異なる分配に対して明確な凸状メニスカスを実現することもでき、その結果として、半球状に膨らむ（ｄｏｍｉｎｇ）故障の発生率を減少させることができる。本発明の他の実施形態では、実現されたメニスカス制御により、所望の深さおよび／または角度でレンズを配置することの困難さを減少し、レンズの吸い上げ（ｌｅｎｓ  ｗｉｃｋｉｎｇ）すなわちレンズ上への封入材料の押し出しを減少させ、かつ／またはパッケージングされた発光デバイスの光学的特性の設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を可能にすることができる。例えば、蛍光体は、蛍光体充填封入材料をパッケージの中心点の上に半球形にすること（凸状メニスカス）によって、パッケージの中心（中心点）で濃くすることができる。
【００４９】
異なる光パターン（視角、カスタム（ｃｕｓｔｏｍ）色スペクトル、色温度調整など）は、プロセスにおける分配および／または硬化の変化と組み合わせて複数メニスカス制御技術を使用することによって、実現することができる。例えば、蛍光体充填材料の高い尖ったドームは、発光デバイスから蛍光体充填材料を通過する光路をより一様な長さに設けることによって、反射カップの縁に向かうにつれ黄色へずれることを減らしつつ、白色温度発光の色スペクトル一様性をより優れたものにすることができる。同様に、望ましい場合には、比較的平らなドームにより、中心点の白色から縁部の黄色までのより大きな色スペクトル変化を実現することができる。レンズ以外の特徴によって保護関連機能が実現される本発明のいくつかの他の実施形態では、メニスカス制御は、封入材料をレンズとして使用することによって、メニスカスが所望のレンズ形状を実現するように構成されている状態で、レンズなしで発光デバイスをパッケージングすることを可能にすることができる。
【００５０】
図８Ａ〜８Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御に反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図８Ａ〜８Ｃに示す工程は、図５Ａ〜５Ｂに示す反射カップ、および前述した二重硬化工程を利用する。図８Ａに示すように、封入材料の第１の量１４が、パッケージ１０Ａの反射空洞１５の中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）分配および第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４は表面張力によってリップ２２に固着するようになって、図８Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、リップ２２は、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止するために使用することができる。
【００５１】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図８Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図８Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料も、リップ２２の同じ縁に固着して、凸状メニスカスを形成することができる。他の実施形態では、リップ２２は内縁および外縁を有し、第２の量１６の封入材料が外縁に固着し、第１の量１４が内縁に固着することができる。したがって、第２の量１６の封入材料も、上部側壁５に接触しないか又は上部側壁５に沿って吸い上げられず、凹状メニスカスを形成しないようにすることができる。
【００５２】
図８Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、モート１８の中に押し込まれてそこで収容され、それによって、レンズ２０が挿入され図８Ｂに示す凸状メニスカスに取って代わった後でも、側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。ついで封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ａに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００５３】
図９Ａ〜９Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図９Ａ〜９Ｃに示した工程は、図６に示した反射カップ４Ａ、および上述した二重硬化工程を利用する。図９Ａに示すように、第１の量１４の封入材料が、パッケージ１０Ｂの反射空洞１５中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の第１の（ぬれ）分配および発光デバイスをぬらした後の第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４は表面張力によって内側リップ２２に固着するようになって、図９Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、内側リップ２２を使用して、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５４】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図９Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、反射空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図９Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料は外側リップ２６に固着して、凸状メニスカスを形成する。したがって、外側リップ２６を使用して、分配された第２の量１６の封入材料が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５５】
図９Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５の中に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、第２のモート２４の中に押し込められそこで収容されて、それによって、レンズ２０が挿入されて図９Ｂに示す凸状メニスカスに取って代わった後でも側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。それから、封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ｂに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態では、硬化された封入材料１４は、レンズ２０のレベル（配置の深さ）制御を可能にする止め具（ｓｔｏｐ）として使用することができることを、図９Ｃはさらに示している。レンズ２０の位置付けに対するそのような制御は、いっそう一定した光学的性能を有する部品の製造を容易にすることができる。
【００５７】
図９Ｃに示すように、本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０は、硬化した第１の量１４の封入材料に接触するまで空洞の中に進むことなく、封入材料１６の膜がレンズと第１との量の間に残っている状態で、位置付けされる。このようにして、本発明のいくつかの実施形態で、デバイスは、レンズ２０が第１の量の封入材料１４で確立された位置まで進むことができるように構成され、この位置は、本発明の様々な実施形態で、レンズ２０が硬化封入材料１４に接触した状態で、または接触しない状態で確立することができる。
【００５８】
図１０Ａ〜１０Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を示している。図１０Ａ〜１０Ｃに示した工程は、図７に示した反射カップ４Ｂ、および上述した二重硬化工程を利用する。図１０Ａに示すように、第１の量１４の封入材料はパッケージ１０Ｃの反射空洞１５中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）分配および第２の分配を使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、液体の封入材料１４が表面張力によって内側リップ２２に固着するようになって、図１０Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。したがって、内側リップ２２を使用して、分配された封入材料１４が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００５９】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示された高さまで縮む可能性がある。図１０Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、反射空洞１５の中に、硬化した第１の量１４の封入材料の上に分配される。いくつかの実施形態では、図１０Ｂに示すように、第２の量１６の封入材料が、外側リップ２６’に固着して、凸状メニスカスを形成する。したがって、外側リップ２６’により、分配された第２の量１６の封入材料が上部側壁５に接触し上部側壁５に沿って吸い上げられそして図１に示すような凹状メニスカスを形成するのを防止することができる。
【００６０】
図１０Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５に挿入され、未硬化の液体封入材料１６と接触する。したがって、封入材料１６は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、封入材料１６の過剰分は、第２のモート２４の中に押し込められそこで収容されて、それによって、レンズ２０が挿入されて図１０Ｂに示す凸状メニスカスと置き換わった後でも側壁５に沿った封入材料１６の吸い上げを制限している。それから、封入材料１６が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０Ｃに取り付けられ、また封入材料１６が凝固される。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態では、外側リップ２６’は、レンズ２０のレベル（配置の深さ）制御を可能にする止め具として使用することができることを、図１０Ｃはさらに示している。レンズ２０の位置付けに対するそのような制御は、いっそう一定した光学的性能を有する部品の製造を容易にすることができる。この実施形態では、レンズの配置は、第１の硬化ステップ中の封入材料の収縮量に依存しない。図１０Ｃに示す実施形態では、配置の深さが外側リップ２６’の高さによって画定されるので、図９Ｃに示すものと違って、レンズ２０の配置は、第１の量１４の封入材料の収縮量に依存する必要がない。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、配置をいっそう正確にすることができ、このことは、パッケージ１０Ｃの光学的性能の改善をもたらす可能性がある。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態による、第１の（ぬれ）分配を使用して発光デバイスをパッケージングする方法を、これから、図１１の流れ図を参照してさらに説明する。図１１に示すように、工程は、発光デバイスを反射空洞の底面に取り付けることによって、ブロック１１００で始まることができる。取り付けられた発光デバイスは、反射空洞の底面に対して関連した高さを有している。発光デバイスを備えた反射空洞の中に、第１の量の封入材料が分配される（ブロック１１２０）。
【００６３】
第１の量は、封入材料中に空気ポケットを１つも形成することなく発光デバイスを実質的に覆うのに十分な量とすることができる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量は、発光デバイスの高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく、発光デバイスをぬらすのに十分な量とすることができる。本発明の他の実施形態では、封入材料の分配の時間／速度は、封入材料中の空気ポケットの形成を減少させるために変えることができる。さらにまた他の実施形態では、例えば低分配速度、低圧力で小さな分配針から、などの条件で単一の分配を使用して、空気ポケットがことによると生じ、そのときは十分な封入材料が分配されて空気ポケットのつぶれを防止する前にへこみ／つぶれるようにすることができる。したがって、第１の（ぬれ）分配および第２の分配は、生じた空気ポケットが分配工程中にへこむ／つぶれることを可能とする選ばれた粘性の封入材料を選ばれた速度で連続的に分配することで提供することができる。第１の量は、発光デバイスの高さを超える水準まで反射空洞を満たすことなく発光デバイスをぬらすのに十分な量とすることができる。
【００６４】
第２の量の封入材料が、第１の量の封入材料の上に分配される（ブロック１１３０）。それから、分配された第１および第２の量の封入材料が硬化される（ブロック１１４０）。本発明のいくつかの実施形態では、第１の分配されたぬれ量（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｉｔｙ）の封入材料は、封入材料の残り部分が分配される前に硬化することができる。
【００６５】
第１の量１２、１４および第２の量１６の封入材料は、同じ材料であっても、または異なる材料であってもよい。同様に、第１の量の封入材料の第１の部分１２および第２の部分１４は、同じ材料であっても、または異なる材料であってもよい。本発明の様々な実施形態で封入材料として使用することができる材料の例にシリコーンがある。
【００６６】
メニスカス制御を使用する本発明のいくつかの実施形態による半導体発光デバイスのパッケージングに関連した工程を、これから、図１２の流れ図を参照して説明する。図１２に示すように、工程は、反射器５の反射空洞１５中に発光デバイス１０３を取り付けることで、ブロック１２００で始まることができる。封入材料が、発光デバイス１０３を備えた反射空洞１５の中に分配されて発光デバイス１０３を覆い、そして反射器４、４Ａ、４Ｂの上部側壁５に接触することなくモートの縁に延在する封入材料で構成された凸状メニスカスを反射空洞中に形成する（ブロック１２１０）。より一般的には、ブロック１２１０の工程は、メニスカスの外縁を反射空洞１５内に位置付けする高さである、メニスカスの外縁に延在する凸状メニスカスの形成を可能にする。例えば、上部側壁５および封入材料１２、１４、１６に使用される材料を選ぶことで、反射空洞１５の中に延びる凹状でなく凸状のメニスカスの形成を容易にすることができる。封入材料１２、１４、１６は反射空洞１５の中にある（ブロック１２２０）。レンズ２０がパッケージ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ中に備えられている実施形態では、レンズ２０の挿入は、レンズ２０で凸状メニスカスをつぶし封入材料１２、１４、１６の一部をモート１８、２４の中に入れ、そして封入材料１２、１４、１６を硬化してレンズ２０を反射空洞１５に取り付けることを含むことができる。あるいは、封入材料１２、１４、１６を硬化して、パッケージングされた発光デバイス１０３のレンズを封入材料１２、１４、１６で形成することができ、また、封入材料１２、１４、１６を分配して、レンズの所望の形状を実現する凸状メニスカスを形成することができる。
【００６７】
複数分配および／または硬化工程を使用して、反射空洞１５を画定する下部側壁６と上部側壁５との間に位置付けされたモート１８、２４を有する反射器４、４Ａ、４Ｂに半導体発光デバイス１０３をパッケージングする方法の実施形態を、これから、図１３を参照してさらに説明する。図１３の実施形態に示すように、工程は、第１の量１４の封入材料を反射空洞１５の中に分配することによって第１の凸状メニスカスを形成することで、ブロック１３００で始まる。第１の量１４の封入材料が硬化される（ブロック１３１０）。第２の量１６の封入材料が、硬化された第１の量１４の封入材料の上に分配されて、反射器４、４Ａ、４Ｂの上部側壁５に接触することなくモート１８、２４の縁に延在する封入材料で構成された第２の凸状メニスカスを反射空洞１５の中に形成する（ブロック１３２０）。
【００６８】
図８Ｂに示すように、封入材料で構成された第２の凸状メニスカスおよび第１の凸状メニスカスは、両方とも、モート１８の同じ縁に延在することができる。しかし、本発明の他の実施形態では、モート１８、２４は、第１のリップ２２および第２のリップ２６、２６’のような内縁および外縁を有することができ、封入材料で構成された第２の凸状メニスカスはモート１８、２４の外縁（第２のリップ２６、２６’）に延在し、封入材料で構成された第１の凸状メニスカスはモート１８、２４の内縁（第１のリップ２２）に延在している。したがって、第１のリップ２２を使用して、水平肩部８に沿って外へ向かう封入材料１４の吸い上げを制限して、反射空洞１５の中に分配された封入材料で構成された第１の凸状メニスカスの形成を可能にするように、内側モート１８を構成することができる。第２のリップ２６、２６’を使用して、水平肩部８に沿って外へ向かう封入材料の吸い上げを制限して反射空洞１５の中に分配された封入材料で構成された第２の凸状メニスカスの形成を可能にするように、外側モート２４を構成することができる。
【００６９】
レンズを備えた本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０は、反射空洞１５の中に、分配された第２の量１６の封入材料に近接して位置付けされる（ブロック１３３０）。レンズ２０の位置付けは、図９Ｃおよび１０Ｃに示すように、レンズ２０で第２の凸状メニスカスをつぶし第２の量１６の封入材料の一部を外側モート２４の中に入れることを含むことができる。さらに、図１０Ｃに示すように、第２のリップ２６’の高さを、第１のリップ２２の高さよりも大きくすることができる。第２のリップ２６’の高さは、レンズ２０に所望の位置を与えるように選ぶことができ、レンズ２０は、第２のリップ２６’に接触するまで反射空洞１５の中に入れることができる。本発明の他の実施形態では、図９Ｃに示すように、レンズ２０は、硬化された第１の量１４の封入材料に接触するまで反射空洞１５の中に進められ、分配された第１の量１４の封入材料は、反射空洞１５の中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な量である。分配された第２の量１６の封入材料が硬化されて、反射空洞１５の中にレンズ２０が取り付けられる（ブロック１３４０）。
【００７０】
図１１〜１３の流れ図、ならびに図８Ａ〜８Ｃ、９Ａ〜９Ｃおよび１０Ａ〜１０Ｃの模式的な図は、本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法の可能な実施の機能および工程を示している。留意すべきことであるが、いくつかの代替的実施では、図を説明する際に指摘された動作は、図で指摘された順序から外れて行われることがある。例えば、連続して示された２つのブロック／工程は、実際には、関係している機能に応じて、実質的に同時に実行するか、または逆の順序で実行することができる。
【００７１】
上で述べたように、異なる光パターン（視角、カスタム色スペクトル、色温度調整等）は、プロセスにおける分配および／または硬化の変化と組み合わせて複数メニスカス制御技術を使用することによって、実現することができる。例えば、蛍光体充填材料の高い尖ったドームは、発光デバイスから蛍光体充填材料を通過する光路をより一様な長さに設けることによって、反射カップの縁に向かうにつれ黄色へずれることを減らしつつ、白色温度発光の色スペクトル一様性をより優れたものにすることができる。
【００７２】
本発明の実施形態は、発光デバイスに近接して（すなわち、隣接して、または間隔をあけた関係で）形成された蛍光体充填発光変換層を、光空洞中に取り付けられた１つまたは複数の発光デバイス（チップ）に設ける。従来のパッケージング技術は、発光変換層の厚さ変化が発光変換層の平均厚さの１０パーセント（％）以下であるべきと教示している。しかし、そのような条件は、光空洞からの発光の進む発光変換層を通過する経路長が、放射角に応じて実質的に異なり、結果として、視角の関数として不均一な波長変換（したがって、不均一な相関色温度またはＣＣＴ）を生じる可能性があることを意味している。例えば、厚さｔを有する発光変換層に対して垂直な方向に進む光は、可能な最短経路長であるｔに等しい経路長（ＰＬ）で光変換層を通って進む。しかし、図１４に模式的に示すように、発光デバイス１０３で放射され入射角αで発光変換層を通過する光は、厚さｔを入射角の余弦で割ったものに等しい経路長を有している。したがって、例えば、６０°の入射角で発光変換層を通過する光は、垂直方向に進む光の経路長の２倍の経路長でその層を通過するだろう。図１５は、発光パターンの極座標プロットであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む従来のグロブトップ（ｇｌｏｂ−ｔｏｐ）型半導体発光デバイスから生じることがある、軸外放射角における顕著なサイドローブを示している。
【００７３】
本明細書で開示されたメニスカス制御の方法は、色均一性の改善をもたらすことができる、成形発光変換領域または要素を形成するために使用することができる。色均一性の改善は、例えば、相関色温度の角度均一性の改善、または全視角にわたったＣＣＴ変化の減少によって定量化することができる。あるいは、均一性の改善は、ＬＥＤの発光面全体にわたった空間的なＣＣＴ変化の減少として近接場光学測定によって証明される。
【００７４】
いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域または要素は、光空洞の中心部でより大きく光空洞の側壁の近くでより小さいという、不均一な厚さで特徴付けられる。いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域または要素は、光空洞の中心で最も厚く、発光変換領域の縁の方に半径方向に外側に広がるにつれて薄くなる。いくつかの実施形態では、蛍光体充填発光変換領域の厚さ変化は、発光変換領域の最大厚さの１０％よりも大きい。いくつかの実施形態では、発光変換領域または要素は、両凸領域、平凸領域または凹凸領域の形で形作られる。いくつかの実施形態では、発光変換要素は、パッケージの反射空洞の中に挿入される成形プラスチック蛍光体充填片部分のような予備成形構造物を含む。
【００７５】
蛍光体充填領域が色均一性の改善を実現するように形作られる本発明の実施形態を、図１６Ａ〜１６Ｃに示す。これらの図は、メニスカス制御のために反射カップの構造上の特徴を使用する発光デバイスのパッケージング方法および結果として得られたデバイスを示している。図１６Ａ〜１６Ｃに示す工程は、図５Ａ〜５Ｂに示す反射カップ４および前述したのと同様な複数硬化工程を利用する。図１６Ａに示すように、第１の量１４の封入材料が、パッケージ１０の反射空洞１５の中に堆積される。本発明のいくつかの実施形態では、第１の量１４は、別個の（ぬれ）予備分配と、これに続く別の分配とを使用して分配することができる。分配される封入材料の量を適切に制御することで、表面張力によって液体封入材料１４がリップ２２に固着して、図１６Ａに示すような１４Ａに示された高さのメニスカスを形成するようになる。封入材料１４で形成された最初のメニスカスは、凹状、凸状、または図１６Ａに示すように実質的に平らであってもよい。
【００７６】
分配された封入材料１４は、例えば加熱することによって硬化され、１４Ｂに示されたより低い高さまで縮む可能性がある。図示の実施形態では、硬化された封入材料１４は、凹状表面１４Ｃを形成するように縮み、これは、３次元で実質的にボウル状（すなわち、中心で最も低く半径方向で上向きに傾斜している）である場合がある。いくつかの実施形態（特に、第１の封入材料１４が硬化前に凹状表面を形成するように分配される実施形態）では、封入材料１４を予備硬化させること、すなわち、より低い温度に又はより短い硬化時間にさらすことにより、封入材料が完全には凝固せずどちらかと言えばただ単にその表面に固い「皮膜」を形成するだけであるようにすることができる。皮膜を形成する目的は、後で分配される封入材料が第１の封入材料１４と混合するのを防止することである。後の封入剤分配は、（蛍光体などの）波長変換材料を含むことができ、上で述べたように、蛍光体充填発光変換領域は第１の封入材料１４と混合されるのではなく特有の形を維持すことが望ましいことがある。第１の封入剤層１４を完全硬化ではなく予備硬化にかけることで、製造プロセスを速くすることができ、また、第１の封入材料と後の封入剤領域との間の界面の改善をもたらすことができる。
【００７７】
図１６Ｂに示すように、次いで第２の量１６の封入材料が、空洞１５の中に、ボウル状表面１４Ｃの上に分配される。第２の封入材料１６は、図示の実施形態では、蛍光体などの発光波長変換材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の封入材料１４は発光波長変換材料を含まない。他の実施形態では、第１の封入材料１４は、第２の封入材料１６よりも低い濃度の発光波長変換材料を含む。
【００７８】
いくつかの実施形態では、図１６Ｂに示すように、第２の封入材料１６も、リップ２２の同じ縁に固着して凸状メニスカスを形成することができる。それから、第２の封入材料１６は（第２の封入材料１６が分配される前に第１の封入材料１４が予備硬化されているだけの場合には、第１の封入材料１４と共に）硬化される。いくつかの実施形態では、第２の封入材料１６も予備硬化、すなわち、より低い温度に又はより短い硬化時間にさらし、後で分配される封入材料が第２の封入材料１６と混合する危険を防止または減少させることができる。しかし、他の実施形態では、第２の封入材料１６をより完全に硬化させ、レンズ２０が空洞１５に挿入される前に材料を凝固させることができる。以下で述べるように、いったん凝固されると、第２の封入材料１６は、レンズ２０の適正な配置を支援する機械的な止め具として作用することができる。
【００７９】
結果として得られた硬化された（または予備硬化された）第２の封入材料１６は、光空洞の中心近くで最も大きく発光変換要素１９の外縁の方に向かって半径方向で減少する不均一な厚さを特徴とする発光変換要素１９を画定する。図示の実施形態では、発光変換要素１９は、凸状上面１９Ａおよび凸状下面１９Ｂを備えた両凸構造である。
【００８０】
上で言及したように、本明細書で説明したメニスカス制御方法を使用して発光変換要素１９を形成することができるが、他の実施形態では、発光変換要素１９は、パッケージ１０の反射空洞１５の中に配置された予備成形蛍光体充填挿入物（ｉｎｓｅｒｔ）とすることができる。そのような構造物は、デバイス性能および製造可能性に関していくつかの利点を有することがある。特に、予備成形挿入物として発光変換要素１９を形成することは、予備成形挿入物を挿入前に個々に試験することができるので、品質制御の改善をもたらすことができる。さらに、蛍光体充填発光変換要素１９を予備成形挿入物として形成することによって、液体の蛍光体充填材料を最終組立プロセスで使用する必要がなくなる。蛍光体充填材料は研磨性であることがあり、自動機械の工程に支障をもたらすことがあるので、このことは利益をもたらすことができる。最後に、蛍光体充填発光変換要素１９を予備成形挿入物として形成することによって、硬化ステップをなくすことができる。
【００８１】
さらなる実施形態では、透明な凸状半球型（図示しない）を、第１の封入剤１４が第２の封入剤１６を収容するために硬化される前に、または後に、第１の封入剤１４の上に置くことができる。硬化させたとき、第２の封入剤１６は凸状半球型の形をとり、このことは、発光変換要素１９の最終的な形に対する制御の改善を行うことができる。
【００８２】
発光変換要素１９の形成または挿入の後で、図１６Ｂにさらに示すように、第３の封入材料１７のある量が空洞１５の中に分配される。第３の封入材料１７は、シリコーンまたはエポキシなどの光学的に透明な材料であって、発光変換材料を有しないか又は低濃度の発光変換材料を有するものとすることができる。第３の封入材料１７は、硬化ステップまたは予備硬化ステップの後で分配されるので、発光変換要素１９に埋め込まれた蛍光体変換材料は、第３の封入材料１７と実質的に混合しない可能性がある。
【００８３】
いくつかの実施形態では、図１６Ｂに示すように、リップ２２は、内縁および外縁を有することがあり、第３の量１７の封入材料はリップ２２の外縁に固着して、発光変換要素１９の上に凸状メニスカス形成することができる。したがって、第３の封入材料１７も、上部側壁５に接触することがなく又は上部側壁５に沿って吸い上げられることがなく、凸状メニスカスを形成することができる。
【００８４】
図１６Ｃを参照すると、レンズ２０が反射空洞１５の中に挿入され、未硬化で液体の第３の封入材料１７と接触する。したがって、第３の封入材料１７は、レンズ２０の下から押し出されることがある。しかし、本発明のいくつかの実施形態では、（図２に示すように）反射カップおよびレンズの露出された上面にはみ出す代わりに、第３の封入材料１７の過剰分はモート１８の中に押し込められてそこに収容され、その結果、レンズ２０が挿入され図１６Ｂに示す第３の封入材料１７の凸状メニスカスに取って代わった後でも、側壁５に沿った封入材料１７の吸い上げが制限される。それから、封入材料１７が硬化されて、レンズ２０がパッケージ１０に取り付けられ、さらに封入材料１７が凝固される。
【００８５】
いくつかの実施形態では、レンズ２０は、発光変換要素１９に接触するまで反射空洞１５の中に進められ、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置が確立される。言い換えると、発光変換要素１９は、レンズ２０の適正な配置を保証する機械的な止め具として作用することができる。他の実施形態では、レンズ２０は、図１０Ｃに示すように、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な、空洞に形成されたリップに接触するまで反射空洞１５の中へ進められる。
【００８６】
いくつかの実施例では、第１の封入材料１４は、そこを通過する光を散乱させるために埋め込まれた散乱材料を含むことができ、これによって、発光の角度均一性をさらに改善することができる。
【００８７】
いくつかの実施例では、第１の封入材料１４は、デバイス１０３から光をいっそう有効に引き出すために高屈折率を有することができる。発光変換要素１９が第１の封入材料１４の屈折率と異なる屈折率を有する場合、２つの領域の界面を通過する光線は、屈折され、デバイスの発光パターンを変えることがある。発光変換要素１９の屈折率が第１の封入材料１４の屈折率よりも小さい場合、光線は垂線方向から離れるように屈折される傾向があり、これは、より顕著な経路長差をもたらすことがある。発光変換要素１９の形は、そのような効果を相殺するように選ぶことができ、または変えることができる。例えば、上で述べたように、発光変換要素１９は、両凸、平凸、または凹凸状とすることができる。
【００８８】
本明細書で説明したメニスカス制御技術を使用して平凸発光変換要素を形成する例を、図１７Ａ〜１７Ｃに示す。そこに示すように、第１の封入材料１４のある量がパッケージ１０の反射空洞１５の中に堆積される。分配される封入材料の量を適正に制御することで、表面張力によって液体封入材料１４がリップ２２に固着して、図１７Ａに示すような１４Ａに示された高さの凸状メニスカスを形成する。硬化後、第１の封入材料１４は、１４Ｂに示された高さに緩和して、ほぼ平らな表面１４Ｃを形成する。次いで、第２の封入材料１６が分配され、リップ２２の内縁または外縁に固着する凸状メニスカスを形成する。硬化後、第２の封入材料１６が、平面１９Ｂの上に凸状表面１９Ａを有する平凸発光変換要素１９を形成する。残りの製造ステップは、図１６Ａ〜１６Ｃに関連して上で説明したものと大体同じである。
【００８９】
同様な技術を使用して、発光変換要素１９は、凸状表面の上に平面領域を有する平凸領域（図１８Ａ）、凹状表面の上に凸状表面を有する凹凸領域（図１８Ｂ）、または凸状表面の上に凹状表面を有する凹凸領域（図１８Ｃ）として形成することができる。上で述べたように、各実施形態において、発光変換要素１９は、蛍光体材料などの波長変換材料を含む。第１の封入材料１４および第３の封入材料１７は、波長変換材料を有しなくてもよく、または発光変換要素１９に比べてより低い濃度の波長変換材料を有してもよい。図１６Ａ〜Ｃ、１７Ａ〜Ｃ、および１８Ａ〜Ｃの実施形態は、図５Ａ〜Ｂに示す反射カップ４に関連して説明したが、上で説明した技術は、複数のモートを備えた反射カップおよびモートを備えない反射カップを含む、他の反射カップ設計に応用可能である。
【００９０】
反射空洞１５を画定する下部側壁６および上部側壁５を有しかつ不均一な厚さの蛍光体充填発光変換要素１９を組み込んだ反射器４の中に、半導体発光デバイス１０３をパッケージングする方法の実施形態を、これから図１９を参照してさらに説明する。図１９の実施形態に示すように、工程は、第１の量１４の封入材料を反射空洞１５中に分配して、第１のメニスカスを形成することによりブロック１９００で始まる。メニスカスは、発光変換要素１９の所望の最終形状に応じて、凸状、凹状、または実質的に平面の形状を有することができる。メニスカスの形状は、反射器４の物理的な寸法および空洞中に分配される封入剤の量によって決定される。次いで、第１の量１４の封入材料が、硬化されるか、または予備硬化される（ブロック１９１０）。次に、メニスカス制御方法を使用して発光変換要素１９を形成することが望ましい場合、図１９の流れ図の枝Ａに従うことができる。予備成形挿入物を使用して発光変換要素１９を形成することが望ましい場合、枝Ｂに従うことができる。
【００９１】
枝Ａに従うと、第１の封入材料１４の濃度よりも高い濃度の波長変換材料を含む第２の量１６の封入材料が、硬化された第１の封入材料１４の上に分配される（ブロック１９２０）。
【００９２】
次いで、第２の封入材料１６は、硬化されるか、または予備硬化され、発光変換要素１９を形成する（ブロック１９３０）。
【００９３】
経路Ｂに従う場合には、予備成形発光変換要素１９が、第１の封入材料１４に接触するように空洞１５の中に挿入される（ブロック１９５０）。いくつかの実施形態では、第１の量の封入材料を硬化させるステップは、予備成形発光変換要素１９の挿入後に行うことができる。
【００９４】
発光変換要素１９の形成または挿入（ブロック１９３０またはブロック１９５０）の後で、第３の封入材料１７が空洞１５の中に分配される（ブロック１９６０）。レンズを含んだ本発明のいくつかの実施形態では、レンズ２０が、反射空洞１５の中に、分配された第３の量１７の封入材料に近接して位置付けされる（ブロック１９７０）。レンズ２０の位置付けは、図９Ｃ、１０Ｃ、１６Ｃおよび１７Ｃに示すように、レンズ２０で第３の封入材料１７のメニスカスをつぶし第３の量１７の封入材料の一部をモート１８、２４の中に入れることを含むことができる。さらに、図１０Ｃに示すように、パッケージは、第１のリップ２２の高さよりも大きな高さを有する第２のリップ２６’を備えることができる。第２のリップ２６’の高さは、レンズ２０に所望の位置を与えるように選ぶことができ、レンズ２０は、第２のリップ２６’に接触するまで反射空洞１５の中に入れることができる。本発明の他の実施形態では、図９Ｃ、１６Ｃおよび１７Ｃに示すように、レンズ２０は、反射空洞１５中にレンズ２０の所望の位置を確立するのに十分な発光変換要素１９に接触するまで、反射空洞１５の中へ進められる。分配された第３の量１７の封入材料が硬化され、レンズ２０が反射空洞１５中に取り付けられる（ブロック１９８０）。
【００９５】
図１９の流れ図および図１６Ａ〜１６Ｃ、１７Ａ〜１７Ｃおよび１８Ａ〜１８Ｃの模式的な図は、本発明のいくつかの実施形態に従って発光デバイスをパッケージングする方法の可能な実施の機能および工程を示している。留意すべきことであるが、いくつかの代替的実施では、図を説明する際に指摘された動作は、図で指摘された順序からはずれて行われる可能性がある。例えば、連続して示された２つのブロック／工程は、実際は、関係している機能に応じて、実質的に同時に実行することができ、または逆の順序で実行することができる。
【００９６】
発光デバイスパッケージの発光パターンを、これから、図２０Ａ、２０Ｂおよび２１を参照してさらに述べる。図２０Ａは、ゴニオメータを使用して生成された、本発明の発光変換要素のないグロブトップ発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。図２０Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従った発光変換要素を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。図２０Ｂと図２０Ａの比較は、発光変換領域で実現された均一性の改善を示す（すなわち、発光パターンの半径は図２０Ｂの方がより均一である）。図２０Ｂで理解されるように、パッケージングされた半導体発光デバイスは、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲にわたって、最大色温度（約０°で７．２ｋＫ）よりほぼ２６パーセント下の最小色温度（ほぼ−８５°で５．３ｋＫ）を有している。本発明の様々な実施形態は、半導体発光デバイスパッケージについて、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲、または放射角のうち測定された１２０（垂線すなわち中心軸から＋／−４５）度範囲にわたって、最大色温度より僅か３０パーセント下の最小色温度を実現することができる。
【００９７】
図２１Ａおよび２１Ｂならびに２２Ａおよび２２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従って得られた色均一性の改善をさらに示す。図２１Ａおよび２１Ｂは、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．で製造された発光ダイオードＭｏｄｅｌＣ４６０ＸＢ９００が取り付けられた基板／反射器アセンブリを備えた第１のパッケージングされたデバイスの近接場発光パターンのディジタル解析のプロットである。Ｃｅ蛍光体（例：Ｐｈｉｌｉｐｓから）をドープした４％ＹＡＧと混合された０．００３０ｃｃシリコーン（例：仕入先、例えばＮｙｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ）が発光デバイスの上に予備分配され、その後に０．００７０ｃｃの同じ封入剤の分配が続いた。次に、分配された封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化された。それから、０．００５０ｃｃの第２の量の透明な封入材料が光空洞の中に分配され、レンズが、光空洞の中に、第２の量の封入剤と接触して位置付けされた。それから、第２の量の封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化された。それから、結果として得られた構造物に電圧を加え、近接場発光パターンを記録し解析した。発光パターンは、放射角のうち測定された１８０（垂線すなわち中心軸から＋／−９０）度範囲にわたってほぼ２０００Ｋの全ＣＣＴ変化（ｔｏｔａｌ  ＣＣＴ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を示した。
【００９８】
図２２Ａおよび２２Ｂは、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．で製造された発光ダイオードＭｏｄｅｌＣ４６０ＸＢ９００が取り付けられた基板／反射器アセンブリを備えた第２のパッケージングされたデバイスの近接場発光パターンのディジタル解析のプロットである。０．００２０ｃｃの透明（ｃｌｅａｒ）シリコーン（例：仕入先、例えばＮｙｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ）が発光デバイスの上に予備分配され、その後に０．００３５ｃｃの同じ封入剤の第１の分配が続いた。第１の封入剤（予備分配封入剤を含む）は波長変換材料を含まなかった。次に、第１の封入剤が、７０Ｃの温度で６０分間硬化され、凹状メニスカスを形成した。それから、波長変換蛍光体、すなわちＣｅ蛍光体（例：Ｐｈｉｌｉｐｓからの）をドープした７重量％のＹＡＧを含んだ０．００４５ｃｃの第２の量の封入材料が第１の封入剤で形成された凹状メニスカス中に分配された。次いで、第２の封入剤は、７０Ｃの温度で６０分間硬化され、光空洞の中心で最も大きく外に向かって半径方向に減少する厚さを有する発光変換要素を形成した。それから、０．００５０ｃｃの第３の量の封入剤（どんな波長変換材料も含まない）が光空洞の中に分配され、レンズが、光空洞の中に、第３の量の封入剤と接触して位置付けされた。第３の量の封入剤は、ついで７０Ｃの温度で６０分間硬化された。結果として得られた構造物に電圧を加え、近接場発光パターンを記録し解析した。発光パターンは、放射角のうち同じ範囲にわたってほぼ５００Ｋの全ＣＣＴ変化を示した。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態では、放射角のうち測定された１８０、１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約１０００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本発明の他の実施形態では、放射角のうち測定された１８０、１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約２０００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本発明のさらにまた他の実施形態では、放射角のうち測定された１２０または９０（垂線すなわち中心軸を中心とした）度範囲にわたって、約５００Ｋ未満のＣＣＴ変化が実現された。本明細書で言及されるＣＣＴ変化は、色変化を改善するためにパッケージングされた半導体発光デバイスに追加されるか又は組み合わせて使用されるどんな追加の２次的な光学部品も使用することなく、デバイスと共に加工された主光学部品を備えたデバイスの主発光パターンに基づいていることを理解されたい。主光学部品は、本明細書において本発明の様々な実施形態に関して説明したように、デバイスに組み込まれたレンズと組み合わせた発光変換要素などの、デバイスに一体化された光学部品を意味する。
【０１００】
前述したものは、本発明の例示であり、本発明を限定するものと解釈すべきでない。本発明のいくつかの例示的実施形態を説明したが、本発明の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく例示的実施形態に多くの修正が可能であることを、当業者は容易に理解するだろう。したがって、全てのそのような修正は、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。それゆえ、前述したものは、本発明を例示するものであり、開示された特定の実施形態に限定されるように解釈すべきでなく、また、他の実施形態だけでなく開示された実施形態の修正も添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲、および特許請求の範囲に含まれるべき均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】従来の発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図２】従来の発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図３Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態と共に使用するのに適した発光デバイスパッケージを示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスパッケージを示す上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による発光デバイスパッケージを示す断面側面図である。
【図８Ａ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図８Ｂ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図８Ｃ】本発明のさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ａ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図９Ｃ】本発明の他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ａ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ｂ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１０Ｃ】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１２】本発明のいくつかの他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１３】本発明のさらにまた他の実施形態による発光デバイスをパッケージングする工程を示す流れ図である。
【図１４】層を通過する光の経路長を示す模式図である。
【図１５】発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図１６Ａ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１６Ｂ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１６Ｃ】本発明のさらなる実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ａ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ｂ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１７Ｃ】本発明の他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ａ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ｂ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１８Ｃ】本発明のいくつかの他の実施形態による、発光変換要素を備える発光デバイスをパッケージングする方法を示す断面側面図である。
【図１９】本発明のいくつかのさらなる実施形態による発光デバイスをパッケージングする方法の工程を示す流れ図である。
【図２０Ａ】本発明の発光変換要素のないグロブトップ発光デバイスの発光ダイオード（ＬＥＤ）発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図２０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による発光変換要素を有する発光デバイスの発光ダイオード（ＬＥＤ）発光パターンに対する色温度の極座標プロットである。
【図２１Ａ】発光変換要素を有しない、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２１Ｂ】発光変換要素を有しない、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、発光変換要素を有する、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【図２２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、発光変換要素を有する、パッケージングされた半導体発光デバイスの近接場発光パターンのデジタル解析のプロットである。
【国際調査報告】
2007531317.tif 000044
2007531317.tif 000045
2007531317.tif 000046