(57)【要約】      （修正有）【課題】量子ドット材料の動作温度を低くすることにより、量子ドット材料の熱減衰を効果的に改善することができる量子ドットに基づいて色変換する発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】一次光を供給するように構成される、フリップチップＬＥＤ半導体素子１０と、第１フォトルミネッセント層２１、透光性分離層２２、第２フォトルミネッセント層２３、および、透光性防湿層２４、を含むフォトルミネッセント構造体２０であって、第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料および第１ポリマーマトリクス材料中に分散された、低励起エネルギーレベル蛍光体材料を含み、第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料および第２ポリマーマトリクス材料中に分散された、高励起エネルギーレベル量子ドット材料を含む発光装置。【選択図】図１Ａ
2019061230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次光を供給するように構成される、フリップチップＬＥＤ半導体素子と、
第１フォトルミネッセント層、透光性分離層、第２フォトルミネッセント層、および、透光性防湿層、を含むフォトルミネッセント構造体であって、
前記第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料および該第１ポリマーマトリクス材料中に分散された、低励起エネルギーレベル蛍光体材料を含み、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子上面上に配置され、
前記透光性分離層は、前記第１フォトルミネッセント層上に配置され、
前記第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料および該第２ポリマーマトリクス材料中に分散された、高励起エネルギーレベル量子ドット材料を含み、前記透光性分離層上に配置され、
前記透光性防湿層は、前記第２フォトルミネッセント層上に配置される、
フォトルミネッセント構造体と、
前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面および前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆い、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の下部電極面を覆わない防湿反射構造体と、を含み、
前記第１フォトルミネッセント層の前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、前記一次光の一部を、より低いエネルギーレベルの可視光に変換するように構成される、
発光装置。
【請求項２】
前記一次光の未変換部分の強度は、前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料が持ちこたえうる光強度以下であり、
前記一次光は青色光、藍色光、紫色光、または、紫外光であり、
前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、赤色蛍光体材料を含み、
前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料は、緑色量子ドット材料を含む、
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記緑色量子ドット材料は、１０Ｗ／ｃｍ２以下の前記一次光の光強度に持ちこたえることができる、
請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第２フォトルミネッセント層に隣接して配置される透光性熱拡散層を含み、該透光性熱拡散層の熱伝導率は、前記透光性防湿層または前記透光性分離層の熱伝導率よりも大きい、
請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記透光性熱拡散層は、金属薄膜、金属メッシュグリッド、透明導電酸化物またはグラフェンを含む、
請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、透光性スペーサ層を含み、前記第１フォトルミネッセント層は、前記透光性スペーサ層上に配置される、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆う素子端面スペーサ構造体をさらに含み、
前記素子端面スペーサ構造体は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面に対して傾く傾斜サイドスペーサ面を含み、前記防湿反射構造体に覆われる、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記第１ポリマーマトリクス材料は、熱硬化性であり、
前記第２ポリマーマトリクス材料は、紫外線硬化性である、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記透光性分離層または前記透光性防湿層の少なくとも一つは、透光性無機材料を含む、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記透光性分離層または前記透光性防湿層の少なくとも一つは、１ｍｍの厚さで、２０ｇ／（ｍ２・日）以下の水蒸気透過率を有するポリマーマトリクス材料を含む、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記防湿反射構造体は、第３ポリマーマトリクス材料、および、該第３ポリマーマトリクス材料内に分散される光散乱粒子、を含む、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記第３ポリマーマトリクス材料は、１ｍｍの厚さで、２０ｇ／（ｍ２・日）以下の水蒸気透過率を有する、
請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記防湿反射構造体は、前記透光性分離層または前記透光性防湿層の熱伝導率以上の熱伝導率を有する、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記第２フォトルミネッセント層は、さらに、光散乱粒子を含み、該光散乱粒子は、前記第２ポリマーマトリクス材料中に分散されている、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記赤色蛍光体材料は、フッ化物蛍光体材料または窒化物蛍光体材料を含む、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記フッ化物蛍光体材料は、（Ａ）Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｂ）Ｅ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｃ）Ｂａ０．６５Ｚｒ０．３５Ｆ２．７０：  Ｍｎ４＋，（Ｄ）Ａ３［ＺｒＦ７］：Ｍｎ４＋，の少なくとも一つを含み、Ａは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ４，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｍは、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｅは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、
請求項１５に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記フッ化物蛍光体材料は、（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ２Ｏ３・ｙＭｇＦ２・ｃＣａＦ２・（１−ｂ）ＧｅＯ２・（ｂ／２）Ｍｔ２Ｏ３：ｚＭｎ４＋を含み、２．０≦ｘ≦４．０，０＜ｙ＜１．５，０＜ｚ＜０．０５，０≦ａ＜０．５，０＜ｂ＜０．５，０≦ｃ＜１．５，ｙ＋ｃ＜１．５であり、Ｍｔは、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎからなる群から選択される、
請求項１５に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記第２フォトルミネッセント層は、さらに、青色量子ドット材料を含む、
請求項２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１９】
フリップチップＬＥＤ半導体素子をフォトルミネッセント構造体に積層する工程と、
防湿反射構造体を、前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面および前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆うように、形成する工程と、
を含み、
前記フォトルミネッセント構造体は、第１フォトルミネッセント層、透光性分離層、第２フォトルミネッセント層、および、透光性防湿層、を含み、
前記第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料、および、該第１ポリマーマトリクス材料内に分散される低励起エネルギーレベル蛍光体材料、を含み、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆うように配置され、
前記透光性分離層は、前記第１フォトルミネッセント層上に配置され、
前記第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料、および、該第２ポリマーマトリクス材料内に分散される高励起エネルギーレベル量子ドット材料を含み、前記透光性分離層上に配置され、
前記透光性防湿層は、前記第２フォトルミネッセント層上に配置され、
前記防湿反射構造体は、前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面、および、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆い、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の下部電極面を覆わず、
前記フリップチップＬＥＤ半導体素子は、一次光を供給するように構成され、該一次光は青色光、藍色光、紫色光、または紫外光であり、前記第１フォトルミネッセント層の前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、該一次光の一部を低エネルギーレベルの可視光に変換するように構成され、該一次光の未変換部の強度が、前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料が持ちこたえることができる光強度以下である、
発光装置の製造方法。
【請求項２０】
前記フォトルミネッセント構造体を形成する工程をさらに含み、
該フォトルミネッセント構造体を形成する工程は、
前記透光性防湿層を準備する工程、
前記透光性防湿層上に前記第２フォトルミネッセント層を形成する工程、
前記第２フォトルミネッセント層上に前記透光性分離層を形成する工程、および、
前記透光性分離層上に前記第１フォトルミネッセント層を形成する工程、
を含む、
請求項１９に記載の発光装置の製造方法。
【請求項２１】
前記フォトルミネッセント構造体を形成する工程をさらに含み、
該フォトルミネッセント構造体を形成する工程は、
前記透光性防湿層を準備し、該透光性防湿層上に前記第２フォトルミネッセント層を形成する工程、
前記透光性分離層を準備し、該透光性分離層上に前記第１フォトルミネッセント層を形成する工程、および、
前記第２フォトルミネッセント層を前記透光性分離層に積層する工程、
を含む、
請求項１９に記載の発光装置の製造方法。
【請求項２２】
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第２フォトルミネッセント層に隣接する透光性熱拡散層を含み、
前記透光性熱拡散層は、前記透光性分離層または前記透光性防湿層の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する、
請求項１９に記載の発光装置の製造方法。
【請求項２３】
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第１フォトルミネッセント層上に形成された透光性スペーサ層を含み、
前記透光性スペーサ層は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子上面に対向し、覆う、
請求項１９〜２２いずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１フォトルミネッセント層上に素子端面スペーサ構造体を形成し、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆う工程をさらに含み、
前記素子端面スペーサ構造体は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面に対して傾く傾斜サイドスペーサ面を含み、
前記防湿反射構造体を形成する際に、該防湿反射構造体は、前記素子端面スペーサ構造体の前記傾斜サイドスペーサ面を覆う、
請求項１９〜２２いずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年９月８日出願の台湾特許出願第１０６１３０８２７号、および、２０１７年９月１１日出願の中国特許出願第２０１７１０８１２９８７．０号の優先権およびその利益を主張するものであり、それら出願の全体を参照することにより、それらの開示事項を本開示に取り込む。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、チップスケールパッケージ型の発光装置及びその製造方法に関し、特に、緑色量子ドット材料及び赤色蛍光体材料を用いた、チップスケールパッケージ型の発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
量子ドット（ＱＤ）材料は、通常１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の粒子サイズをもつ半導体ナノ結晶材料を含む。高エネルギーレベルの光に照射されると、量子閉じ込め効果により、量子ドット材料は、入射光の一部を低エネルギーレベルの可視光に変換することができる。したがって、量子ドット材料は、フォトルミネッセント材料として用いられうる。量子ドット材料の粒子サイズ、形状、または材料組成を変化することにより、量子ドット材料は、異なる波長の可視光を放出することができる。つまり、その発光スペクトルは、量子ドット材料の粒子サイズを変化することにより変えることができる。
【０００４】
イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体、窒化物または酸化物の蛍光体のような、他の蛍光体材料と比べると、量子ドット材料は、極めて狭い、発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する。したがって、発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体チップとともに量子ドット材料を用いて、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト光源として発光装置を形成すると、色純度がより改善されうる。超高精細テレビ（ＵＨＤＴＶ）向けのＢＴ．２０２０規格における色域範囲の７０％を達成しうる有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディプレイと比較して、色変換光源として量子ドット材料を用いるＬＣＤディスプレイは、ＢＴ．２０２０規格における色域の最大９０％を達成しうる。加えて、量子ドット材料は、ＯＬＥＤディスプレイに使用される発光有機材料と比較して寿命が長い無機材料である。さらに、量子ドット材料を用いた発光装置は、表示モジュールの設計を大きく変更することなく、ＬＣＤのバックライト光源に直接置き換えることができる。つまり、フォトルミネッセント材料を変更することにより、ＬＣＤの色域範囲を著しく増大させることができる。
【０００５】
量子ドット材料を使用する発光装置が多くの利点を有する一方で、実際には、解決・克服すべきいくつかの問題が未だに存在する。たとえば、量子ドット材料の熱的安定性は乏しく、高温環境（たとえば７０℃以上の環境）下で、それらの性能は著しく低下する。したがって、ＬＥＤ半導体チップの動作中に生じる熱は、量子ドット材料の性能を大きく低下させる可能性がある。
【０００６】
加えて、量子ドット材料が大気中の水分や酸素と接触すると、量子ドットナノ粒子の表面が容易に酸化され、酸化物を形成する。これは、量子ドット材料の発光強度が低下する原因となる。したがって、量子ドット材料を用いた発光装置は、量子ドット材料に接触し入り込む外部の水蒸気や酸素の侵入に対抗する、良好な水分バリア保護を有するべきである。これにより、発光装置により長い寿命を持たせる。
【０００７】
さらに、周囲に酸素や水分が存在すると、紫外線（ＵＶ）や青色光のような高エネルギー準位の入射光により量子ドット材料が励起されると、光酸化反応がより起こりやすくなり、発光強度の著しい減少、および、量子ドット材料から発せられるフォトルミネッセントスペクトルのブルーシフト（短波長シフト）、を引き起こす。特に、量子ドットナノ粒子材料のような、表面積が大きい半導体材料が高エネルギー準位の光に照射されると、光起電力効果により、半導体材料は大量の電子及び正孔を発生する。励起された自由電子は、半導体材料の表面を取り巻く酸素分子を電離しやすくし、酸素プラズマおよび酸素イオンを形成する。このことは、半導体材料の酸化反応を促進して酸化物を形成する。電子活性半導体材料の光酸化反応現象に関する説明および実験的検証は、Ｙｏｕｎｇ  ＥＭ  ｉｎ  １９８８  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ａ  ４７：２５９−６９、および、Ｓａｔｏ  Ｓ．  ｅｔ．  ａｌ．    ｉｎ  １９９７  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ８１：１５１８により発表されている。つまり、量子ドット材料は、高エネルギーレベルの光照射下でその酸化反応を著しく促進する。
【０００８】
同時に、量子ドットナノ粒子の表面における酸化反応プロセスは、量子ドット材料の有効粒子サイズを低減する。より小さい粒子サイズの量子ドットフォトルミネッセント材料により波長変換された光は、より高いエネルギーレベル（より短い波長）の光を発生させることができる。したがって、量子ドット材料の表面酸化は、そのフォトルミネッセントスペクトルをより短い波長にシフトさせ、いわゆる「ブルーシフト」現象をもたらす。さらに、酸化物の生成は量子ドットの構造的欠陥をより多く発生する。そして、その構造的欠陥は、電子及び正孔が、フォトルミネッセント工程において非発光再結合を起こす原因となる。電子及び正孔の非発光再結合は、所望のスペクトルの光子に変換する代わりに、熱の形でエネルギーを放出する。したがって、量子ドット材料の光酸化現象は、発光強度が減少する原因にもなり、最終的には、量子ドットが有効とならないであろう。これが、量子ドットのフォトブリーチング現象である。したがって、量子ドット材料がＬＥＤ発光装置で使われるように構成されるときには、量子ドット材料に過度に高エネルギーレベルの光が照射されることを防ぐことが望ましく、これにより、光酸化現象による光強度の減衰、および、フォトルミネッセントスペクトルのブルーシフトを回避する。
【０００９】
加えて、量子ドットに基づいて色変換する発光装置は、一般に、良好な発光効率および良好な均一性を達成するために、ポリマーマトリクス材料中に均一に分散された量子ドット材料を有するべきである。しかし、全ての量子ドット材料が、一般に用いられるポリマーマトリクス材料内に均一に分散されるわけではなく、また、一般に用いられるポリマーマトリクス材料と相性がよいわけでもない。通常、特定のポリマーマトリクス中に量子ドットを均一に分散するために、量子ドット材料を表面修飾する、たとえばリガンドを形成することが望ましい。したがって、表面修飾、適切なポリマーマトリクス材料の選択、および量子ドットに基づいて色変換する発光装置を作製する際における異なるポリマーマトリックス材料間の製造プロセス適合性も、重要な技術的課題となっている。
【００１０】
したがって、色変換する発光装置に量子ドット材料を使用するために、上記の技術的課題を改善または克服することは、ＬＥＤ産業における差し迫った技術的課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本開示の実施形態の１つの目的は、量子ドットに基づいて色変換する発光装置およびその製造方法を提供することである。当該発光装置は、フリップチップ型のＬＥＤ半導体素子を用いた、チップスケールパッケージ型の発光装置であり、ＬＥＤ半導体素子の接合温度を低減するための、優れた放熱経路を有しており、熱抵抗が低い。そのため、開示された発光装置は、量子ドット材料の動作温度を低くすることにより、量子ドット材料の熱減衰を効果的に改善することができる。
【００１２】
本開示の実施形態の他の目的は、量子ドットにより色変換する発光装置およびその製造方法を提供することである。当該発光装置は、水分バリアとしての良好な密閉を提供し、外部雰囲気からの水蒸気および／または酸素が量子ドット材料に到達することを低減・回避する。これにより、量子ドット材料の酸化反応プロセスを効果的に低減する。
【００１３】
本開示の実施形態の他の目的は、量子ドットに基づいて色変換する発光装置およびその製造方法を提供することである。光酸化されにくい蛍光体材料が、ＬＥＤ半導体素子の近くに内層として配置され、光酸化されやすい量子ドット材料が、ＬＥＤ半導体素子から離れて外層として配置される。このため、ＬＥＤ半導体素子から出射された高エネルギーレベルの入射光は、光酸化されやすい量子ドット材料に照射する前に、光酸化されにくい蛍光体材料によって部分的に遮られる。具体的には、入射光強度が、量子ドット材料が持ちこたえられる閾値強度を超えないように、まずは光酸化されにくい蛍光体材料によって低減され、このため、量子ドット材料の光酸化反応プロセスを軽減する。
【００１４】
本開示の実施形態の他の目的は、量子ドットに基づいて色変換する発光装置の製造方法を提供することである。蛍光体材料を拘束するために構成されたポリマーマトリクス材料は、量子ドット材料を拘束するために構成されたポリマーマトリクス材料と比較して、異なる材料特性を有する。適切な材料硬化プロセスは、たとえば熱硬化プロセスおよび紫外線硬化プロセスといったように、これらの２つのポリマーマトリクス材料の間で異なっていてもよい。本開示のいくつかの実施形態による発光装置は、量子ドット材料を拘束するために使用されるポリマーマトリクス材料と、蛍光体材料を拘束するために使用されるポリマーマトリクス材料と、を効果的に分けるように要求される。このため、２つのポリマーマトリクス材料の硬化プロセスの不適合性または材料の不適合性を回避する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態による発光装置は、一次光を供給するように構成されるフリップチップＬＥＤ半導体素子であって、一次光が青色光、藍色光、紫色光、または、紫外光であるフリップチップＬＥＤ半導体素子と、フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子上面上に配置されるフォトルミネッセント構造体であって、第１フォトルミネッセント層、透光性分離層、第２フォトルミネッセント層、および、透光性防湿層、を含むフォトルミネッセント構造体と、を含みうる。具体的に、フォトルミネッセント構造体の積層順序は以下の通りである。透光性分離層は第１フォトルミネッセント層上に配置され、第２フォトルミネッセント層は透光性分離層上に配置され、透光性防湿層は第２フォトルミネッセント層上に配置される。第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料およびその中に分散される低励起エネルギーレベル蛍光体材料（たとえば赤色光出射材料または赤色蛍光体材料）を含む。第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料およびその中に分散される高励起エネルギーレベル量子ドット材料（たとえば緑色光出射材料または緑色蛍光体材料）を含む。防湿反射構造体は、フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面およびフリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆い、フリップチップＬＥＤ半導体素子の下部電極面を覆わない。フォトルミネッセント構造体のこの特定の並びにより、第１フォトルミネッセント層の低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、第一に、高エネルギーレベルの入射一次光（たとえば青色光）の一部を、低エネルギーレベルの二次光（たとえば波長変換赤色光）に変換するために用いられる。これによって、高エネルギーレベルの一次光（たとえば青色光）の未変換部分の強度が、光酸化反応プロセスを増幅させない、量子ドット材料（たとえば緑色量子ドット材料）が持ちこたえることができる高エネルギーレベルの光の強度以下に低減される。本開示のいくつかの実施形態による発光装置の製造方法は、フォトルミネッセント構造体をフリップチップＬＥＤ半導体素子に積層する工程と、防湿反射構造を、フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面およびフリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆うように形成する工程と、を含みうる。
【００１６】
これにより、本開示のいくつかの実施形態による発光装置は、少なくとも次のような技術的利益を提供し得る。（１）第２フォトルミネッセント層は、外側層として、フリップチップＬＥＤ半導体素子に対して、第１フォトルミネッセント層の上方に配置される。そのため、フリップチップＬＥＤ半導体素子により発せられた一次光の一部が、まず第１フォトルミネッセント層により変換され、第２フォトルミネッセント層中の量子ドット材料（たとえば緑色量子ドット）に照射する高エネルギーレベルの一次光の強度を低減する。このため、量子ドット材料に照射する高エネルギーレベルの一次光の光強度は、量子ドット材料の光酸化反応プロセスを増幅させることなく、量子ドット材料が持ちこたえることができる光強度以下である。（２）チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）型の発光装置は、パッケージリードフレームなしで使用されうる。このため、同じパッケージボリュームでは、ＣＳＰ型の発光装置は、より大きい発光面積を有し得る。このため、量子ドット材料に照射する単位面積当たりの一次光の強度は、量子ドット材料の光酸化反応プロセスを抑えるために、効果的に低減されうる。（３）透光性防湿層および防湿反射構造体の両方は、低い水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有するため、外部の水蒸気および酸素は、第２フォトルミネッセント層内の量子ドット材料に接触するために、発光装置内に侵入するのは容易ではないだろう。このことは、量子ドット材料の酸化反応を効果的に回避・低減しうる。（４）透光性分離層は、第１フォトルミネッセント層から第２フォトルミネッセント層を分ち、それらは直接相互に接触しない。すなわち、高励起エネルギーレベル量子ドット材料（たとえば緑色量子ドット材料）を拘束するために使われる第２ポリマーマトリクス材料は、低励起エネルギーレベル蛍光体材料（たとえば赤色蛍光体材料）を拘束するために使われる第１ポリマーマトリクス材料とは直接接触しない。このため、それら二つのポリマーマトリクス材料の材料特性やプロセスの特徴（硬化メカニズムのような）は、互いに干渉しない。（５）リードフレームパッケージまたはサブマウントパッケージを使った発光装置と比べると、本開示のいくつかの実施形態による、フリップチップＬＥＤ半導体素子を使ったチップスケールパッケージ型の発光装置は、より低い熱抵抗を有する。そのため、ＬＥＤ半導体素子のジャンクション温度は、効果的に低減されうる。加えて、量子ドット材料を含む第２フォトルミネッセント層は、フリップチップＬＥＤ半導体素子から離れている。このため、量子ドット材料の動作温度を、約５０℃、約４０℃、または約３０℃以下にまで下げることより、フリップチップＬＥＤ半導体素子により生じた熱は、量子ドット材料により少ない影響を有する。より低い動作温度は、量子ドット材料の熱劣化を効果的に防ぎうる。（６）本開示のいくつかの実施形態によれば、第１フォトルミネッセント層に用いられる低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、フッ化物蛍光体材料（たとえばＫＳＦまたはＭＧＦ）である。ＫＳＦおよびＭＧＦは、緑色光により容易に励起されないので、高励起エネルギーレベル量子ドット材料（波長変換緑色光のような）により波長変換され、ＫＳＦまたはＭＧＦに向かって後方に散乱する高エネルギーレベルの光は、効果的に外部に散乱し、これによって、発光装置の全体の光取り出し効率を増加させる。
【００１７】
本開示のその他の態様および実施形態を考慮することもできる。前述の概要および以下の詳細な説明は、本開示を特定の実施形態に限定することを意味するものではなく、単に本開示のいくつかの実施形態を説明することを意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施形態による発光装置１を示す模式的な断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実施形態による発光装置１を示す模式的な断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本開示の実施形態による発光装置１の他の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の実施形態による発光装置１の他の構成を示す模式的な断面図であり、光変換経路および光透過経路を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実施形態による発光装置１の発光スペクトルの測定結果である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の実施形態による発光装置１の他の構成を示す模式的な断面図であり、光変換経路および光透過経路を示す。
【図３】図３は、本開示の他の実施形態による発光装置２を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の他の実施形態による発光装置３を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の実施形態による発光装置３の他の構成を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示の実施例による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本開示の実施例による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本開示の実施例による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本開示の実施例による発光装置の製造方法の作製段階を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の定義は、本開示のいくつかの実施形態に関して記載された技術的側面のいくつかに適用される。これらの定義は、本明細書の中でも、詳説されるかもしれない。
【００２０】
本明細書で使用されるように、単数の用語は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の指示対象を含んでいてもよい。したがって、例えば、単一の層への言及は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の層を含みうる。
【００２１】
本明細書で使用されるように、用語「一組」は、１つ以上の構成要素の集合を指す。したがって、例えば、一組の層は、単一の層または複数の層を含みうる。一組の構成要素は、その組のメンバーと呼ぶこともできる。一組の構成要素は、同じものでも異なっていてもよい。場合によっては、一組の構成要素は、１つ以上の共通の特性を有していてもよい。
【００２２】
本明細書で使用されるように、用語「隣接」は、近接していることまたは隣接していることを指す。隣接する構成要素は、互いに、間隔をあけて配置されていてもよいし、実質的に、または、直接的に、接触していてもよい。場合によって、隣接する構成要素は、互いに、接続していてもよいし、一体的に形成されていてもよい。いくつかの実施形態の説明において、一方の構成要素の上に供される他方の構成要素とは、当該一方の構成要素が、当該他方の構成要素の上に直接存在する（物理的に直接接する）場合も、それらの構成要素の間に、１つ以上の介在構成要素が配置される場合も、含まれる。いくつかの実施形態の説明において、一方の構成要素の下に供される他方の構成要素とは、当該一方の構成要素が、当該他方の構成要素の下に直接存在する（物理的に直接接する）場合も、それらの構成要素の間に、１つ以上の介在構成要素とが配置される場合も、含まれる。
【００２３】
本明細書で使用されるように、用語「接続する」、「接続された」および「接続」は、操作可能な結合ないし連結を指す。接続された構成要素は、互いに、直接的に結合していてもよいし、他の構成要素を介在させるなどして、間接的に結合していてもよい。
【００２４】
本明細書で使用されるように、用語「約」、「実質的に（ほぼ）」および「実質的な」は、考慮すべき程度または限度を指す。ある状況、たとえば、本明細書に記載される製造方法について典型的な許容誤差レベルを説明するような状況、に関連して用いられる際に、それらの用語は、その状況が誤差なしに実現した場合、または、だいたい近い範囲で実現した場合、を意味しうる。たとえば、数値に関連して用いられる際には、それらの用語は、その数値の±１０％以下の変動範囲を含みうる。たとえば、±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下を含んでいる。また、“実質的に（ほぼ）”透明とは、少なくとも７０％以上の光透過率を意味しうる。たとえば、可視光領域の少なくとも一部または全体にわたって、少なくとも７５％以上、８０％以上、８５％以上、または９０％以上の光透過率を意味している。また、“実質的に（ほぼ）”平坦とは、同一平面上に並べられた、２０μｍ以内の２つの表面を意味しうる。たとえば、同一平面上に並べられた、１０μｍ以内または５μｍ以内の表面段差を意味している。また、“実質的に（ほぼ）”平行とは、０°に対して角度誤差±１０°以内の範囲を意味し得る。たとえば、±５°、±４°、±３°、±２°、±１°、±０．５°、±０．１°、または±０．０５°以内の範囲を意味している。また、“実質的に（ほぼ）”直交とは、９０°に対して角度誤差±１０°以内の範囲を意味しうる。たとえば、±５°、±４°、±３°、±２°、±１°、±０．５°、±０．１°、または±０．０５°以内の範囲を意味している。
【００２５】
本明細書でフォトルミネッセンスに関して使用されるように、用語「効率」または「量子効率」という用語は、入力光子数に対する出力光子数の比率を指す。
【００２６】
本明細書で使用されるように、用語「サイズ（大きさ）」は、象徴的な寸法を指す。球状の物体（たとえば粒子）の場合、その物体のサイズは、その物体の直径を意味しうる。非球状物体の場合、その物体のサイズは、対応する球体の直径を意味しうる。ここで、対応する球体は、数組の導出可能で、計測可能な特徴であって、当該非球状物体とほぼ同じ特徴を有し示す。ある大きさを持つ一組の対象物を指すとき、それらの対象物は、その大きさを中心にある分布を持っていることが考慮される。したがって、本明細書で使用される、一組の対象物の大きさは、大きさ分布の典型的な値、たとえば平均値や中央値、最頻値を意味し得る。
【００２７】
図１Ａおよび図１Ｂは、本開示の一実施形態による発光装置１の模式図である。発光装置１は、フリップチップＬＥＤ半導体素子１０、フォトルミネッセント構造体２０、および防湿反射構造体３０、を含む。各構成要素の技術的内容は次の通りである。
【００２８】
フリップチップＬＥＤ半導体素子１０（以下、ＬＥＤ半導体素子１０と呼ぶ）は、一次光を提供するために用いられる。ここで、一次光とは、青色光や藍色光、紫色光、紫外光のような、より高いエネルギーレベルの光であり得る。たとえば、青色ＬＥＤ半導体素子では、ＬＥＤ半導体素子１０により発生する一次光は、青色光である。半導体素子１０は、素子上面１０１、素子下面１０２、素子端面１０３、および一組の電極１０４を含む。素子上面１０１および素子下面１０２は、互いにほぼ平行に、対向配置される。素子端面１０３は、素子上面１０１および素子下面１０２の間に、それらと接続して、設けられる。換言すれば、素子端面１０３は、素子上面１０１および素子下面１０２の縁に沿って設けられる。そのため、素子端面１０３は、素子上面１０１および素子下面１０２に対して環状（たとえば矩形リング）である。
【００２９】
一組の電極１０４は、素子下面１０２に接してまたは近接して配置され、２以上の電極を有し得る。一組の電極１０４がそこに配置されているため、素子下面１０２は、電極面１０２とも呼ばれる。換言すれば、電極面１０２は、一組の電極１０４の下面を指すのではない。ＬＥＤ半導体素子１０は、一組の電極１０４を通して供給される電気エネルギー（不図示）を変換して、一次光に対応する波長範囲の光（例えば、青色光）を発することができる。その光の多くは、素子上面１０１および素子端面１０３から出射される。
【００３０】
一方、本開示のいくつかの実施形態において開示される発光装置１は、チップスケールパッケージ型の発光装置である。その技術的特徴の一つは、ＬＥＤ半導体素子１０がフリップチップ半導体素子であり、プリント配線基板のようなアプリケーション基板に直接実装される、ことにある。発光装置１は、リードフレームを含まないため、より低い熱抵抗を有する。したがって、駆動中に発生する熱は、一組の電極１０４を通して直接に放散され、そのため、発光装置１の他の構造体における熱の影響を減らすことができる。
【００３１】
フォトルミネッセント（ＰＬ）構造体２０は、ＬＥＤ半導体素子１０が発した一次光に励起された後に、一次光の一部を吸収し、吸収された光をより低いエネルギーレベルの変換光（例えば、変換された赤色光および緑色光）として再放出する。そして、未変換の一次光の一部（青色光など）が、変換された赤色光および緑色光と混合されて、所望の色（例えば、白色光）の光を形成する。
【００３２】
外見上、フォトルミネッセント構造体２０（ＰＬ構造体２０とも呼ぶ）は、ＰＬトップ面２０１、ＰＬボトム面２０２、およびＰＬサイド面２０３を含みうる。ＰＬトップ面２０１およびＰＬボトム面２０２は、互いに向き合って対向配置され、ＰＬサイド面２０３は、それらの間に、それらと接続して形成されている。換言すれば、ＰＬサイド面２０３は、ＰＬトップ面２０１およびＰＬボトム面２０２に対して、環状（たとえば矩形リング）である。
【００３３】
幾何的に、ＰＬ構造体２０は、ＬＥＤ半導体素子１０上に配置される。ＰＬ構造体２０のＰＬボトム面２０２は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１に隣接している。ＰＬボトム面２０２は、素子上面１０１に直接接し、覆ってもよいが、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３を覆わない。しかし、本開示によるいくつかの実施形態による発光装置１は、ＰＬボトム面２０２がＬＥＤ半導体素子の素子上面１０１から離間した構成も含む。つまり、他の構造体や材料（不図示）が、ＰＬ構造体２０およびＬＥＤ半導体素子１０の間に配置されていてもよい。加えて、ＰＬボトム面２０２が、素子上面１０１よりもわずかに大きくてもよいが、これに限定されることはない。
【００３４】
構造的に、ＰＬ構造体２０は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１の法線方向に沿って順に積層する、第１フォトルミネッセント層２１（以降、第１ＰＬ層２１と呼ぶ）、光学的に透明な分離層２２（以降、分離層２２と呼ぶ）、第２フォトルミネッセント層２３（以降、第２ＰＬ層２３と呼ぶ）、および、光学的に透明な防湿層２４（以降、防湿層２４と呼ぶ）、を含む。つまり、第１ＰＬ層２１がＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１上に配置され、分離層２２が第１ＰＬ層２１上に配置され、第２ＰＬ層２３が分離層２２上に配置され、防湿層２４が第２ＰＬ層２３上に配置される。
【００３５】
第１ＰＬ層２１は、一次光により励起されると、低エネルギーレベルの光（たとえば波長変換赤色光）を発生する。また、第１ポリマーマトリクス材料２１１と、低励起エネルギーレベルの蛍光体材料（たとえば赤色蛍光体材料）２１２と、を含みうる。説明を簡単にするために、赤色蛍光体材料２１２および波長変換赤色光を例に挙げて、以降の技術的詳細を説明する。赤色蛍光体材料２１２は、第１ポリマーマトリクス材料２１１中に均一に分散・固定されうる。赤色蛍光体材料２１２は、高エネルギーレベルの一次光によって励起された後、一次光を部分的に赤色光に変換することができる。換言すれば、一次光が第１ＰＬ層２１を透過した後、光の一部が赤色光に変換される。したがって、一部の未変換光の強度は減少する。この態様の技術内容は、図２Ａを参照してさらに説明される。加えて、蛍光体材料（例えば、赤色蛍光体材料）２１２は、後述される量子ドット材料（例えば、緑色量子ドット材料２３２）よりも高い動作温度に耐えることができ、したがって、ＬＥＤ半導体素子１０の近くにまたはＬＥＤ半導体素子１０と接触して配置されうる。
【００３６】
赤色蛍光体材料２１２は、これに限られないが、波長変換赤色光を発生するフッ化物蛍光体材料または窒化物蛍光体材料を含みうる。フッ化物蛍光体材料は、たとえばＫＳＦ蛍光体材料を含み、（Ａ）Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｂ）Ｅ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｃ）Ｂａ０．６５Ｚｒ０．３５Ｆ２．７０：  Ｍｎ４＋，（Ｄ）Ａ３［ＺｒＦ７］：Ｍｎ４＋，の少なくとも一つを含みうる。ここで、Ａは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ４，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｍは、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｅは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。他のフッ化物蛍光体材料は、たとえば、ＭＧＦ蛍光体材料であり、（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ２Ｏ３・ｙＭｇＦ２・ｃＣａＦ２・（１−ｂ）ＧｅＯ２・（ｂ／２）Ｍｔ２Ｏ３：ｚＭｎ４＋の少なくとも一つを含みうる。ここで、２．０≦ｘ≦４．０，０＜ｙ＜１．５，０＜ｚ＜０．０５，０≦ａ＜０．５，０＜ｂ＜０．５，０≦ｃ＜１．５，ｙ＋ｃ＜１．５であり、Ｍｔは、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎからなる群から選択される少なくとも一つである。
【００３７】
上述したフッ化物蛍光体材料により発生した波長変換光は、狭い半値全幅を有する。また、フッ化物蛍光体材料を励起する一次光の波長は、約５００ｎｍよりも短い。したがって、第１ＰＬ層２１におけるフッ化物蛍光体材料は、第２ＰＬ層２３により発生した波長変換緑色光により容易に励起されないであろう。第２ＰＬ層２３から発生し、後方に散乱される波長変換緑色光は、第１ＰＬ層２１におけるフッ化物蛍光体により外部に散乱されるであろうから、発光装置１全体の光取り出し効率は高められうる。この波長変換緑色光の散乱メカニズムの技術的内容は、図２Ｃを参照してさらに説明される。
【００３８】
第１ポリマーマトリク材料２１１は、これに限られないが、シリコーン材料または他の樹脂材料を含みうる。第１ＰＬ層２１は、熱源（ＬＥＤ半導体素子１０）の近くに配置されるため、第１ポリマーマトリクス材料２１１は、より良好な耐熱性を有する。熱硬化性シリコーン材料は一般により良好な耐熱性を有する。熱硬化性シリコーン材料は、耐熱性に優れた白金触媒（白金系シリコーン）やスズ触媒（スズ系シリコーン）を含んでいてよい。このため、発光装置１は、第１ポリマーマトリックス材料２１１として、白金ベースのシリコーンゴムを含むことが望ましい。白金系シリコーンはシリコーン中に、加熱後にポリマー材料が速やかに硬化するのを助ける白金触媒を含む。しかしながら、白金触媒は、シリコーンの硬化反応を阻害するいくつかの化学成分によって失活または被毒されやすい。反応阻害は、シリコーン材料が硬化しない、または部分的に硬化しない原因となる。白金触媒を失活または被毒させうる化学成分には、硫黄、スルフィド類、チオ化合物、錫、脂肪酸スズ塩、リン、ホスフィン、ホスファイト、ヒ素、アルシン、アンチモン、スチルベン、セレン、セレン化物、テルル、テルル化物、アミン、アミド、エタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、キレート、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、ＮＴＡ（ニトリロ酢酸）、エタノール、メタノール等が含まれる。このため、白金系シリコーンが第１ポリマーマトリクス材料２１１として使われるときは、白金触媒の失活または被毒が考慮されるべきである。
【００３９】
第２ＰＬ層２３は、一次光により励起された状況下において、第１ＰＬ層２１によって生成された変換光よりも短い波長または高い周波数を有する高エネルギーレベルの変換光（例えば、波長変換緑色光）を生成することができる。また、第２ポリマーマトリクス材料２３１と、高励起エネルギーレベルの量子ドット材料２３２（たとえば緑色の量子ドット材料，以降、緑色ＱＤ材料２３２と略記する）と、を含みうる。説明を簡単にするために、緑色ＱＤ材料２３２および対応する波長変換緑色光を例に挙げて、以降の技術的詳細が説明される。緑色ＱＤ材料２３２は、第２ポリマーマトリックス材料２３１中に均一に分散・固定されうる。緑色ＱＤ材料２３２は、高エネルギーレベルの一次光によって励起された後、波長変換緑色光を生成することができる。緑色ＱＤ材料２３２は、これに限られないが、ＩＩ−ＶＩ族およびＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の中で、緑色光を発生させることができる、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）またはテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含みうる。加えて、緑色ＱＤ材料２３２の量子ドット結晶構造は、典型的には、コア・シェル構造を含む。ＱＤ材料２３２は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍまたは約１ｎｍ〜約５０ｎｍの粒子サイズを有する粒子（例えば、ナノ結晶）を含みうる。
【００４０】
一次光によって励起されたフッ化物蛍光体材料によって生成された波長変換赤色光は、ＦＷＨＭが狭く、赤色量子ドット材料によって生成された、高純度の波長変換赤色光に相当する。したがって、広色域ディスプレイバックライトの応用において、発光装置１の一実施形態は、１．ＬＥＤ半導体素子１０が青いＬＥＤ半導体素子であり、２．第１ＰＬ層２１が高純度の波長変換赤色光を発生することができる赤色フッ化物蛍光体材料を含み、３．第２ＰＬ層２３が高純度の波長変換緑色光を発生することができる緑色量子ドット材料を含む、という構成を含む。
【００４１】
第２ポリマーマトリクス材料２３１は、これに限られないが、シリコーン材料、または、良好な光透過性を有する、他の樹脂材料を含んでよい。量子ドット材料はより高温で酸化されやすいので、熱硬化性ポリマーバインダーマトリックス材料を使用することは望ましくない。したがって、第２ポリマーマトリクス材料２３１は、ＵＶ硬化性ポリマーバインダーマトリックス材料であり、硬化プロセスの間、常温でＵＶ光を照射されることが望ましい。ＵＶ硬化性ポリマーバインダーマトリクス材料は、熱硬化性ポリマーバインダーマトリックス材料のように高温で硬化させることなく、硬化させることができる。このように、第２ポリマーマトリクス材料２３１が硬化される際に、高温に曝されることを避けることにより、緑色ＱＤ材料２３２の性能は低減されないであろう。
【００４２】
しかし、第２ＰＬ層２３のバインダ材料として使用されるＵＶ硬化性ポリマーマトリクス材料は、通常、白金触媒を失活させるか毒化する化学成分を含有しているため、熱硬化されるべきシリコーンは硬化させることができない。したがって、ＵＶ硬化性ポリマーマトリクス材料を含む第２ポリマーマトリクス材料２３１は、製造プロセス中、特に第１ポリマーマトリクス材料２１１が完全に硬化する前には、熱硬化性ポリマーバインダーマトリクス材料を含む第１ポリマーマトリクス材料２１１から隔てられるべきである。
【００４３】
本実施形態では、分離層２２は、第１および第２ＰＬ層２１，２３を分け隔てる。そして、白金触媒を失活させるかまたは被毒させうる第２ポリマーマトリクス材料２３１中の化学成分は、第１ポリマーマトリクス材料２１１への拡散・移動を妨げられる。このため、第１ポリマーマトリクス材料２１１は完全に熱硬化されうる。材料特性または硬化プロセスのために、第１および第２ポリマーマトリクス材料２１１，２３１が相互に妨害するという、両立困難性の問題を、分離層２２が解決できることが理解されうる。具体的には、第１および第２ＰＬ層２１，２３を分離して、それらの接触を避けるために、分離層２２が用いられる。そして、ＬＥＤ半導体素子１０から発生する熱の、第２ＰＬ層２３への影響を低減するために、第２ＰＬ層２３はＬＥＤ半導体素子１０から遠ざけられうる。分離層２２は、これに限られないが、透明な無機材料（石英またはガラスなど）または良好な光透過特性を有するポリマーマトリクス材料を含みうる。加えて、分離層２２は、第１ポリマーマトリクス材料２１１に含まれる白金触媒を失活させるか被毒し得る化学成分を含まないことが望ましい。
【００４４】
加えて、発光装置１の防湿層２４は、第２ＰＬ層２３の量子ドット材料を酸化から保護するために、水分または酸素の通過を阻止する働きをする。防湿層２４は、これに限られないが、透明な無機材料（例えば、石英またはガラス）または良好な光透過特性を有するポリマーマトリクス材料を含みうる。ポリマーマトリクス材料が防湿層２４の実施形態として使用される場合、それには低い水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）特性が要求されるべきである。例えば、厚さが約１ｍｍである場合、ＷＶＴＲは約２０ｇ／（ｍ２・日）または１０ｇ／（ｍ２・日）以下である。分離層２２も、厚さが約１ｍｍである場合、例えば、約２０ｇ／（ｍ２・日）または１０ｇ／（ｍ２・日）以下の低ＷＶＴＲの材料特性を有するように選択されてもよい。したがって、防湿層２４および分離層２２が、水分および酸素に敏感な緑色ＱＤ材料２３２を含む第２ＰＬ層２３を間にはさむことで、外部環境の水分または酸素が第２ＰＬ層２３内の緑色ＱＤ材料２３２に達することが妨げられ、第２ＰＬ層２３の上方または下方に浸透することが妨げられる。
【００４５】
防湿反射構造体３０（以降、単に反射構造体３０と呼ぶ）は、横方向に透過した光をＰＬトップ面２０１に向けて反射することができる。具体的には、反射構造体３０は、ＰＬ構造体２０のＰＬトップ面２０１を覆わないが、ＰＬ構造体２０のＰＬサイド面２０３及びＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３を覆う。このため、素子端面１０３およびＰＬサイド面２０３から放出される光が反射されうる。そのため、その反射光は、ＰＬ構造体２０のＰＬトップ面２０１に向かって放射される。反射構造体３０は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子下面１０２よりも低くなく、素子下面１０２及び一組の電極１０４を覆わない。反射構造体３０の上部反射面３０１は、ＰＬ構造体２０のＰＬトップ面２０１と実質的に同一平面であり得る。発光装置１は、チップスケールパッケージ型の発光装置であるため、プリント回路基板などのアプリケーション基板に直接積層されうる。このため、動作温度が低くなる。一組の電極１０４とアプリケーション基板のラミネートパッドとの間に適切な電気的接続がなされるように、反射構造体３０の下部反射面３０２は、電極面１０２よりも低くない。好ましくは、反射構造体３０の下部反射面３０２は、ＬＥＤ半導体素子１０の電極面１０２と実質的に平坦であってよい。加えて、反射構造体３０がＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１を超えて延在するように、反射構造体３０は、ＰＬ構造体２０のＰＬボトム面２０２の一部を覆ってもよい。外部の湿気及び/又は酸素が第２ＰＬ層２３に含まれる緑色ＱＤ材料２３２と接触しないように、湿気に敏感な量子ドット材料を含む第２ＰＬ層２３は防湿層２４と分離層２２との間に挿入されているが、しかしそれでもなお、第２ＰＬ層２３のＰＬサイド面を通して第２ＰＬ層２３の内部に水分及び/又は酸素が浸透することができる。本発光装置１の反射構造体３０の他の機能は、水分及び/又は酸素がＰＬサイド面から緑色ＱＤ材料２３２と接触しに入ってくる可能性を低減または回避するために、環境からの水分の侵入を妨げることにある。したがって、防湿層２４、分離層２２及び反射構造体３０からの水分保護により、緑色ＱＤ材料２３２の酸化反応プロセスはさらに低減されうる。
【００４６】
反射構造体３０が上記の望ましい防湿特性を有するためには、第３ポリマーマトリクス材料３１と、第３ポリマーマトリクス材料内に分散された光散乱粒子３２と、を含みうることが望ましい。第３ポリマーマトリクス材料３１は、低ＷＶＴＲ（たとえば、厚みが約１ｍｍであるときに、約２０ｇ／（ｍ２・日）以下または約１０ｇ／（ｍ２・日）以下）を有するものから選択されうる。たとえば、水蒸気を透過しにくくするために、樹脂材料やシリコーン材料が含まれていてもよい。光散乱粒子３２は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、または他のセラミック材料を含みうる。反射構造体３０における光散乱粒子の重量比は、良好な反射率を達成するため、約２０％ないし３０％以上である。さらに、光散乱粒子３２の重量比をより高くすることにより、反射構造体３０のＷＶＴＲは低減され、より良好な防湿特性が提供される。
【００４７】
図２Ａに示されるように、どのように第１ＰＬ層２１が緑色ＱＤ材料２３２に放射される一次光の光強度を減少させることができるかというメカニズムがさらに示されている。具体的には、ＬＥＤ半導体素子１０により出射された一次光が、初期光強度Ｌ０を有する青色光Ｂによって示されている。青色光Ｂが第１ＰＬ層２１を透過すると、青色光の一部（例えば、第１の部分）が赤色光Ｒに変換される。波長変換されない青色光Ｂの他の部分（例えば、第２の部分）は、初期光強度Ｌ０未満の光強度Ｌ１を有する。青色光Ｂの残りの第２の部分は、緑色ＱＤ材料２３２を一部励起し、波長変換緑色光Ｇに変換される（例えば、第２の部分の一部が、波長変換緑色光Ｇに変換される）。したがって、ＰＬ構造体２０のＰＬトップ面２０１（つまり、発光装置１の発光面）から出射される光は、最終的には、青色光Ｂ、波長変換赤色光Ｒおよび波長変換緑色光Ｇを含み、合成されて白色光を構成する。
【００４８】
したがって、本開示のいくつかの実施形態に開示された発光装置１の緑色ＱＤ材料２３２は、青色光Ｂおよび波長変換赤色光Ｒにより照射される。波長変換赤色光Ｒのエネルギーレベルは緑色ＱＤ材料２３２を励起して波長変換緑色光Ｇを生成するには不十分であるため、波長変換赤色光Ｒに照射されても、緑色ＱＤ材料２３２は自由電子および正孔を生成しない。自由電子がＱＤ材料２３２を電子活性化して光酸化を引き起こすので、波長変換赤色光Ｒに照射されても、緑色ＱＤ材料２３２は、光酸化反応プロセスの影響をあまり受けない。
【００４９】
緑色ＱＤ材料２３２は、青色光Ｂの照射で、多量の自由電子を生成して、ＱＤ材料２３２の光酸化反応を引き起こすので、本開示のいくつかの実施形態に開示された発光装置１によれば、緑色ＱＤ材料２３２に照射する青色光Ｂの強度は大幅に低減されうる。具体的には、ＬＥＤ半導体素子１０により発生した青色光Ｂの初期光強度をＬ０とする。説明を簡単にするため、青色光Ｂは、第１の部分と第２の部分とに分割される。第１ＰＬ層２１を透過した後、青色光Ｂの第１の部分は、波長変換赤色光Ｒに変換され、第２の部分は、変換されないままである。青色光の初期強度Ｌ０は、青色光Ｂの第２の部分に対応する強度Ｌ１に減る。ここで、青色光の光強度Ｌ１は、緑色ＱＤ材料２３２が持ちこたえることができる光強度以下である。換言すれば、青色光Ｂを照射すると、光強度がＬ０からＬ１に減少する。こうして、緑色ＱＤ材料２３２は光酸化反応プロセスの活性化の影響を受けなくなるので、これによって緑色ＱＤ材料２３２により安定的な発光スペクトルおよび発光効率を持たせ、また、より長い寿命を持たせる。
【００５０】
第１ＰＬ層２１透過後に波長変換されず、緑色ＱＤ材料２３２が持ちこたえることができる青色光Ｂ（第２の部分）の光強度Ｌ１の閾値測定は、以下のようにして行うことができる。第２ＰＬ層２３を配置する前に（または、第２ＰＬ層２３を除去して）、ＬＥＤ半導体素子１０が駆動されて、光強度Ｌ０の青色光Ｂを放出し、第１ＰＬ層２１の上方から青色光Ｂの光強度が測定される。加えて、光強度Ｌ１の青色光Ｂを要求される寿命期間照射した際に、緑色ＱＤ材料２３２により波長変換された緑色光について、強度が大きく減衰しない場合（たとえば、２０％以下または１０％以下の強度減衰）、または、大きな波長シフトがない場合（たとえば、１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下のピーク波長シフト）には、青色光Ｂの光強度Ｌ１が、緑色ＱＤ材料２３２が持ちこたえることができる閾値強度以下であると結論付けられるであろう。
【００５１】
緑色ＱＤ材料２３２は、その構造および材料組成に依拠して、光強度の異なる閾値を有していてもよい。例えば、ある緑色ＱＤ材料２３２は、約１０Ｗ／ｃｍ２以下、約５Ｗ／ｃｍ２以下、または約２Ｗ／ｃｍ２以下の青色光の光強度に耐えることができる。技術の進歩によって、量子ドット材料の構造、組成および安定性は改善し続けるため、量子ドット材料が持ちこたえることができる光強度閾値の上限は、例えば約１０Ｗ／ｃｍ２以上に増えるであろう。
【００５２】
量子ドット材料を励起するために使用される入射光の閾値強度は、一般に、その製造業者または供給業者によって提供され、また、実験的にも測定可能である。例えば、異なる光強度の青色光Ｂ（または他の高エネルギーレベルの一次光）が緑色ＱＤ材料２３２に照射され、緑色ＱＤ材料２３２により生成された緑色光の強度の変化量、および、ピーク波長のシフト量が、一定時間にわたり測定される。波長変換された緑色光の強度が顕著に減衰するかどうか（たとえば、２０％以下または１０％以下の強度減衰）、または、ピーク波長が顕著にシフトするかどうか（たとえば約１０ｎｍ以下または約５ｎｍ以下）を観察することによって、緑色ＱＤ材料２３２が特定の寿命動作の下で持ちこたえられる青色光Ｂの光強度が測定・決定されうる。
【００５３】
図２Ｂは、発光装置１の一実施形態における発光スペクトルの測定結果を示す。この例示的な実施形態のＬＥＤ半導体素子１０は、約４４３ｎｍのピーク波長を有する青色光Ｂを発することができる。約６３０ｎｍのピーク波長を有する光を発するＫＳＦ蛍光体材料は、第１ＰＬ層２１においてより低い励起準位の赤色蛍光体材料２１２として用いられる。また、約５４０ｎｍのピーク波長を有する光を発するＩｎＰ緑色量子ドット材料は、第２ＰＬ層２３においてより高い励起準位の緑色ＱＤ材料２３２として用いられる。一次青色光の励起により、ＬＥＤ半導体素子１０の近くに配置されるＫＳＦ蛍光体材料は、まずＬＥＤ半導体素子１０により発せられる青色光Ｂの一部を吸収し、狭いＦＷＨＭを有する波長変換赤色光Ｒを再放出する。青色光Ｂの波長変換されなかった一部および波長変換赤色光Ｒは、次に、第２ＰＬ層２３に向かって伝搬する。そこで、未変換青色光Ｂが、一部、第２ＰＬ層２３の緑色量子ドット材料２３２に吸収され、約３９ｎｍのＦＷＨＭを有する波長変換緑色光Ｇを再放出する。そのことは、図２Ｂの緑色スペクトルＧとして示されている。図２Ｂに示される青色スペクトルＢは、第２ＰＬ層２３を通過した後の、未変換部分の青色光Ｂである。波長変換された赤色光Ｒのエネルギーレベルは、第２ＰＬ層２３の緑色ＱＤ材料２３２を励起するのに十分ではない。赤色光Ｒの大部分は、発光装置１から外部に放出され、図２Ｂに示す赤色スペクトルＲとして現れる。第１ＰＬ層２１は青色光Ｂの一部、例えば約１／３以上を赤色光Ｒに変換するため、緑色量子ドット材料２３２に照射する青色光Ｂの光強度を、例えば約１／３以上、効果的に低減することができ、したがって、量子ドット材料に光酸化の影響を受けにくくさせ、より長い寿命を有させる。発光装置１は、高い色純度（狭いＦＷＨＭ）をもつ赤色、緑色及び青色のスペクトルを有するため、広色域の液晶ディスプレイのバックライト光源としての用途に非常に適している。
【００５４】
図２Ｃに示すように、波長変換緑色光Ｇの光取り出し効率を第１ＰＬ層２１によって高めるメカニズムがさらに説明される。緑色ＱＤ材料２３２によって生成される、一部の波長変換緑色光Ｇ１は、ＰＬ構造体２０の外側に向かって放射されるが、他の一部の波長変換緑色光Ｇ２は、ＬＥＤ半導体素子１０に向かって後方散乱される。第１ＰＬ層２１内の赤色蛍光体材料２１２が、約５００ｎｍよりも長い波長の光によって励起されない（すなわち、ＱＤ材料２３２による変換光が、蛍光体材料２１２の励起エネルギーレベルよりも低い）特定のタイプのフッ化物蛍光体材料から選択される場合、半導体素子１０に向かって後方散乱された波長変換緑色光Ｇ２は赤色蛍光体２１２に吸収されない。すなわち、ＬＥＤ半導体素子１０に向かって進行する波長変換緑色光Ｇ２は、赤色蛍光体材料２１２によって効果的に前方散乱されうる。そして、発光装置１から放出される。このため、波長変換緑色光Ｇ（Ｇ１，Ｇ２）の光取り出し効率が、効果的に高められうる。
【００５５】
図１Ｃは、発光装置１の他の実施形態であり、第２ＰＬ層２３は、第２ポリマーマトリクス材料２３１内に分散された光散乱粒子２３３をさらに含んでいてもよい。量子ドット材料２３２はナノスケールの粒子であるため、一次光は量子ドット材料２３２に遭遇することなく（または励起させずに）容易に透過することができる。この目的のために、光散乱粒子２３３は、第２ＰＬ層２３において一次光を散乱させるために使用され、一次光が緑色ＱＤ材料２３２を励起する確率を高める。換言すれば、光散乱粒子２３３は、一次光が第２ＰＬ層２３を通過するときの全光路（光路長）を増加されうる。したがって、一次光が緑色光に変換される確率が高められる。加えて、第２ＰＬ層２３に対する光散乱粒子２３３の重量比は、一次光の過剰な遮断を避けて適切な光透過率を得るため、２０％以下、１５％以下、１０％以下であることが好ましい。
【００５６】
他の実施形態において、ＬＥＤ半導体素子１０は、藍色、紫色、または紫外のＬＥＤ半導体素子であり、ＬＥＤ半導体素子１０により出射される一次光は、藍色光、紫色光、または紫外光である。この実施形態において、第２ＰＬ層２３は、より高い励起エネルギーレベルの、他の量子ドット材料２３４を含んでいてもよく、たとえば青色光出射材料または青色ＱＤ材料２３４をさらに含んでいてもよい。量子ドット材料２３４は、第２ポリマーマトリクス材料２３１、または、それとは異なる他のポリマーマトリクス材料（不図示）に分散されていてもよい。藍色光または紫外光は、青色ＱＤ材料２３４により青色光に波長変換されうる。このため、発光装置１により生じる光は、青色光ならびに波長変換された赤色光および緑色光などのスペクトルを含みうる。
【００５７】
以上が、発光装置１の技術内容の説明である。次に、本開示の他の実施形態による技術内容が説明される。各実施形態の技術内容は相互に参照されるため、同様の技術的詳細は省略または簡略化される。加えて、各実施形態の技術内容は、互いに適用可能であり、それらについて組み合わせることができる。
【００５８】
図３は、本開示の他の実施形態による発光装置２の模式図である。発光装置２のＰＬ構造体２０は、光学的に透明な熱拡散層２５（以降、熱拡散層２５と呼ぶ）をさらに含む。熱拡散層２５は、第２ＰＬ層２３に隣接し、第２ＰＬ層２３と防湿層２４との間、および／または、第２ＰＬ層２３と分離層２２との間に配置されうる。すなわち、第２ＰＬ層２３のＰＬトップ面および／またはＰＬボトム面が、熱拡散層２５により覆われうる。
【００５９】
熱拡散層２５は、防湿層２４または分離層２２の熱伝導率よりも大きい、良好な熱伝導性（低い熱抵抗）を有する。加えて、良好な光透過率をも有する。そのため、熱拡散層２５は、これらに限定されないが、とりわけ、金属薄膜、金属メッシュグリッド、透明導電酸化物またはグラフェン等を含んでいてよい。透明導電酸化物は、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）であってよい。ＩＴＯの光透過率は約９０％よりも大きくでき、熱伝導率（約２５℃で）は約１０〜約１２Ｗ／ｍＫである。グラフェンについては、その熱伝導率は約５３００Ｗ／ｍＫまでであり得る。熱拡散層２５は、光変換中に第２ＰＬ層２３によって生成された熱エネルギーを、急速に外部に移動または分散されることを可能にし、さらに緑色ＱＤ材料２３２の動作温度を低下させる。これにより、緑色ＱＤ材料２３２の熱劣化を低減する。
【００６０】
また、反射構造体３０の熱伝導率が、防湿層２４または分離層２２の熱伝導率より小さくならないように、反射構造体３０は、第３ポリマーマトリクス材料３１に分散された熱伝導材料（不図示）を任意に含んでいてよい。これにより、第２ＰＬ層２３の熱は、反射構造体３０を通っても外部に伝熱・放熱され、緑色ＱＤ材料２３２の高い動作温度の影響を低減する。熱伝導材料は、グラフェン、セラミック材料などを含みうる。セラミック材料は、窒化アルミニウム（約２８５Ｗ／ｍＫの熱伝導率）またはアルミナであってもよい。また、熱伝導材料は、金属材料を含んでいてもよく、ＬＥＤ半導体素子１０と接触しないようにすることが好ましい。例示的な実施形態として、金属熱伝導材料を含む反射構造体３０は、図４Ｂに示され、後に詳しく説明される素子端面スペーサ構造体４０を覆う。すわなち、反射構造体３０は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３を間接的に覆う。
【００６１】
図４Ａは、本開示の他の実施形態による発光装置３の模式図である。発光装置３のＰＬ構造体２０は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１上に配置される、光学的に透明なスペーサ層２６（以降、スペーサ層２６と呼ぶ）をさらに含む。第１ＰＬ層２１は、スペーサ層２６上に順に配置され、ＬＥＤ半導体素子１０に直接接していない。これにより、第２ＰＬ層２３はより高温なＬＥＤ半導体素子１０から遠ざけられ、緑色ＱＤ材料２３２に対する、ＬＥＤ半導体素子１０により生じる熱の影響を低減する。スペーサ層２６は、これに限られないが、透明な無機材料（例えば、石英またはガラス）またはポリマーマトリクス材料（例えば、シリコーン）を含んでいてよい。スペーサ層２６にポリマーマトリクス材料が指定されている場合、水分および酸素が発光装置３の内部に浸透する可能性を低減するために、当該材料は、低いＷＶＴＲを有することが望ましい。
【００６２】
図４Ｂには、本開示の他の実施形態による発光装置３が示されている。発光装置３は、素子端面スペーサ構造体４０をさらに含む。素子端面スペーサ構造体４０は、ポリマーマトリクス材料（たとえば、シリコーン、エポキシ、ゴム、または他の樹脂）を含んでいてよい。また、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３を覆い、そして反射構造体３０に覆われていてもよい。より具体的には、素子端面スペーサ構造体４０は、トップスペーサ面４０１および傾斜サイドスペーサ面４０２を含みうる。トップスペーサ面４０１は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子上面１０１と面をほぼ同一にする。また、傾斜サイドスペーサ面４０２は、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３に対して傾いている。さらに、傾斜サイドスペーサ面４０２は、窪んだ曲面であってもよいし（図４Ｂ）、平坦または膨らんだ曲面であってもよい（不図示）。さらに、傾斜サイドスペーサ面４０２は、反射構造体３０に直接覆われているため、反射構造体３０は、傾斜サイドスペーサ面４０２に接する内側傾斜面を有する。傾斜サイドスペーサ面４０２が反射構造体３０に直接覆われる一方、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３は、反射構造体３０に間接的に覆われる。
【００６３】
加えて、チップスケールパッケージ型の発光装置は、リードフレームを省いてもよいため、本開示のいくつかの実施形態に開示される発光装置は、同じパッケージサイズでもより大きい発光面積を有することができる。つまり、ＰＬ構造体２０の面積がより大きくなるよう要求されうる。このため、ＬＥＤ半導体素子１０により発せられる青色光Ｂが、より広い面積のＰＬ構造体２０に照射されると、ＰＬ構造体２０内の量子ドット材料に照射される単位面積当たりの青色光の強度が効果的に低減されうる。このため、量子ドット材料の光酸化反応プロセスがさらに低減されうる。素子端面スペーサ構造体４０は、反射構造体３０とともに作用して、ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３から発せられた一次光をＰＬ構造体２０に効果的に反射するよう要求される。この結果、一次光がＰＬ構造体２０をより均一に励起し、よって、単位面積当たりの青色光強度は低減する。このため、量子ドット材料の光酸化現象が減少し、寿命が長くなる。反射構造体３０と接続する素子端面スペーサ構造体４０の技術的詳細は、さらに米国特許出願第１５ ／ ８７７，３２９号（米国特許出願公開第２０１８／０２１２１１８号として公開）が参照されうる。当該文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００６４】
図５Ａ〜図５Ｉを参照して、本発明の実施形態による発光装置の製造方法が説明される（その製造方法は、発光装置１〜３と同類の発光装置を作製するために用いられうる）。そのため、発光装置１〜３の技術的内容およびその製造方法の技術内容は、相互に参照・適用されうる。
【００６５】
図５Ａに示すように、まず、防湿層２４´が、用意される、または、作製される。そして、第２ＰＬ層２３´が、防湿層２４´上に、スプレー法、スピンコーティング法、またはプリント法により形成される。つまり、緑色ＱＤ材料２３２は、未硬化の第２ポリマーマトリクス材料２３１中に分散され、上記の方法により防湿層２４´上に形成される。次に、第２ポリマーマトリクス材料２３１が硬化され、第２ＰＬ層２３´を形成する。第２ポリマーマトリクス材料２３１が熱硬化性シリコーンである場合、硬化工程は、不活性ガス中か、または、真空環境で実施されるべきである。さらに、第２ＰＬ層２３´は別途に作製され、そして、防湿層２４´上に積層配置されてもよい。
【００６６】
図５Ｂに示すように、分離層２２´が、たとえばスプレー法、スピンコーティング法、またはプリント法により、第２ＰＬ層２３´上に直接形成される。または、予め作製した分離層２２´を第２ＰＬ層２３´に積層する。図５Ｃに示すように、第１ＰＬ層２１´が、たとえばスプレー法、スピンコーティング法、またはプリント法により、または、米国特許第９７９７０４１号に開示される装置および方法により、分離層２２´上に直接形成される。あるいは、第１ＰＬ層２１´が別途に形成された後に、分離層２２´に積層配置される。
【００６７】
このような作製手順を使って、発光装置１を製造するためのＰＬ層構造体２０´が作製されうる。さらに、図５Ａに示される作製工程において、発光装置２の、まだつながっている複数のＰＬ構造体２０を作製するために、第２ＰＬ層２３´の形成前後に、熱拡散層２５´が任意に形成されうる。図５Ｄに示すように、発光装置３の、まだつながっている複数のＰＬ構造体２０を作製するために、スペーサ層２６´が第１ＰＬ層２１´上に任意に形成されうる。
【００６８】
図５Ｅに示すように、ＰＬ層構造体２０´が形成された後、複数のＬＥＤ半導体素子１０は、その素子上面１０１がＰＬ層構造体２０´のＰＬボトム面２０２を向くように（素子下面１０２が上方を向くように）、反転して配置される。そして、ＬＥＤ半導体素子１０は、ＰＬ層構造体２０´の最内層（スペーサ層２６´または第１ＰＬ層２１´）へ積層する。ＬＥＤ半導体素子１０が積層された後、素子端面スペーサ構造体４０が、第１ＰＬ層２１´またはスペーサ層２６´上に任意に形成される。素子端面スペーサ構造体４０の具体的な作製方法は、米国特許出願第１５／８７７，３２９号に見出すことができる。
【００６９】
図５Ｆに示すように、複数のＬＥＤ半導体素子１０が積層された後、ＰＬ層構造体２０´は切断され、それぞれＬＥＤ半導体素子１０が積層されたＰＬ構造体２０を形成する。以降、これを発光構造体と呼ぶ。図５Ｇに示すように、発光構造体がリリース膜９００上に配列され、発光構造体アレイを形成する。この配列工程における発光構造体の向きについては、ＰＬ構造体２０のＰＬトップ面２０１が下方を向いてリリース膜９００上に配置されうるか（図５Ｇに示すように）、または、ＬＥＤ半導体素子１０の素子下面１０２が下方を向いてリリース膜９００上に配置され、一組の電極１０４がリリース膜９００中に埋め込まれるか（図示せず）、のどちらかである。
【００７０】
図５Ｈに示すように、反射材料が、リリース膜９００上に配置され、発光構造体の間の空間に充填され、複数の反射構造体３０を形成する。つまり、ＰＬ構造体２０のＰＬサイド面２０３と、素子端面スペーサ構造体４０の傾斜サイドスペーサ面４０２とは、反射材料で覆われ、反射構造体３０を形成する。ＬＥＤ半導体素子１０の素子端面１０３は、反射構造体３０に間接的に覆われるが、ＬＥＤ半導体素子１０の素子下面１０２は、反射構造体３０に覆われていない。反射構造体３０は、モールディング法またはディスペンサー法により形成されうる。反射構造体３０が形成された後、いまだつながった複数の発光装置３（または類似の発光装置）が得られる。最終的には、図５Ｉに示されるように、切断工程が実施され、つながった発光装置３を個別化し、相互に分離された発光装置３を得る。なお、リリース膜９００は、切断工程の前後に、発光装置３から除去されうる。
【００７１】
図５Ｃまたは図５Ｄを参照すると、ＰＬ層構造体２０´が作製された後、切断工程が直ちに実施され、ＰＬ層構造体２０´を複数のＰＬ構造体２０に直接分離する。そして、ＰＬ構造体２０とＬＥＤ半導体素子１０とが積層される。ＰＬ構造体２０およびＬＥＤ半導体素子１０を覆う反射構造体３０の形成後、発光装置３（または他の発光装置）の作製プロセスが完了する。
【００７２】
図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、ＰＬ層構造体２０´は、次の方法でも作製されうる。図６Ａに示されるように、まず、防湿層２４´が準備されるか作製されるかして、第２ＰＬ層２３´が防湿層２４´上に形成される。図６Ｂに示すように、分離層２２´が追加的に準備されるか形成されるかして、第１ＰＬ層２１´が分離層２２´上に形成される。分離層２２´および第１ＰＬ層２１´の作製手順は、分離層２２´および第１ＰＬ層２１´が順に第２ＰＬ層２３´上に形成される、図５Ｂに示される作製手順と同じではない。
【００７３】
すなわち、防湿層２４´と第２ＰＬ層２３´との積層膜は、分離層２２´と第１ＰＬ層２１´との積層膜とは別に作製される。そのため、２つの積層膜の作製手順が、相互に干渉しない。たとえば、第１ＰＬ層２１´の第１ポリマーマトリクス材料２１１が熱硬化性シリコーンである場合、第１ＰＬ層２１´の作製における高温硬化工程は、第２ＰＬ層２３´中の緑色ＱＤ材料２３２に影響を与えない。つまり、第１ＰＬ層２１´の熱硬化工程は、緑色ＱＤ材料２３２の性能を低減しないだろう。
【００７４】
図６Ｃに示すように、複数のＬＥＤ半導体素子１０が第１ＰＬ層２１´上に積層される。そして、任意に、スペーサ層２６´および／または素子端面スペーサ構造体４０が第１ＰＬ層２１´上に形成される。さらに、図６Ｄに示すように、分離層２２´が第２ＰＬ層２３´に積層され、図５Ｅに示すようなＰＬ層構造体２０´を作製する。その後に、図５Ｆ〜図５Ｉの作製工程は、相互に分離する複数の発光装置３または類似の発光装置を得るために、実施されうる。
【００７５】
まとめると、本開示のいくつかの実施形態による発光装置の１つの技術的利点は、量子ドット材料の光酸化反応プロセスを効果的に低減することであり、また、外部の空気から水分および酸素が量子ドット材料に接触することを低減・回避することである。他の技術的利点は、量子ドット材料を拘束するために使用されるポリマーマトリクス材料と、蛍光体材料を拘束するために使用されるポリマーマトリクス材料との間の不適合性を効果的に解決することである。さらに、他の技術的利点は、量子ドット材料の動作温度を下げ、光取り出し効率を高めることによって、量子ドット材料の熱劣化現象を効果的に改善することである。本開示のいくつかの実施形態による発光装置の製造方法は、上述の有益な効果を有する発光装置の様々な実施形態を製造するために使用されうる。その際、作製工程中に量子ドット材料が高温になるのを防ぐことができる。
【００７６】
上記開示について特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に規定する開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々に変更が可能であり、均等物に置換可能であることは理解されよう。加えて、様々な改良を行って、本開示の目的、趣旨および範囲に対する特定の状況、材料、物の組成、方法、または工程に適合させてもよい。このような改良はいずれも、添付の特許請求の範囲内で行うことを意図する。詳細には、本明細書中に開示した方法について、特定の順序で行われる特定の動作を参照して述べてきたが、これらの動作を組み合わせたり、細分化したり、あるいは順序を入れ替えることにより、本開示の教示内容から逸脱することなく均等な方法を構成してもよいことを理解されたい。したがって、本明細書中に特に明記しない限り、動作の順序およびグループ分けは、本開示を限定するものではない。
【００７７】
［付記］
［付記１］
一次光を供給するように構成される、フリップチップＬＥＤ半導体素子と、
第１フォトルミネッセント層、透光性分離層、第２フォトルミネッセント層、および、透光性防湿層、を含むフォトルミネッセント構造体であって、
前記第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料および該第１ポリマーマトリクス材料中に分散された、低励起エネルギーレベル蛍光体材料を含み、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子上面上に配置され、
前記透光性分離層は、前記第１フォトルミネッセント層上に配置され、
前記第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料および該第２ポリマーマトリクス材料中に分散された、高励起エネルギーレベル量子ドット材料を含み、前記透光性分離層上に配置され、
前記透光性防湿層は、前記第２フォトルミネッセント層上に配置される、
フォトルミネッセント構造体と、
前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面および前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆い、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の下部電極面を覆わない防湿反射構造体と、を含み、
前記第１フォトルミネッセント層の前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、前記一次光の一部を、より低いエネルギーレベルの可視光に変換するように構成される、
発光装置。
【００７８】
［付記２］
前記一次光の未変換部分の強度は、前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料が持ちこたえうる光強度以下であり、
前記一次光は青色光、藍色光、紫色光、または、紫外光であり、
前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、赤色蛍光体材料を含み、
前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料は、緑色量子ドット材料を含む、
付記１に記載の発光装置。
【００７９】
［付記３］
前記緑色量子ドット材料は、１０Ｗ／ｃｍ２以下の前記一次光の光強度に持ちこたえることができる、
付記２に記載の発光装置。
【００８０】
［付記４］
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第２フォトルミネッセント層に隣接して配置される透光性熱拡散層を含み、該透光性熱拡散層の熱伝導率は、前記透光性防湿層または前記透光性分離層の熱伝導率よりも大きい、
付記２に記載の発光装置。
【００８１】
［付記５］
前記透光性熱拡散層は、金属薄膜、金属メッシュグリッド、透明導電酸化物またはグラフェンを含む、
付記４に記載の発光装置。
【００８２】
［付記６］
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、透光性スペーサ層を含み、前記第１フォトルミネッセント層は、前記透光性スペーサ層上に配置される、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８３】
［付記７］
前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆う素子端面スペーサ構造体をさらに含み、
前記素子端面スペーサ構造体は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面に対して傾く傾斜サイドスペーサ面を含み、前記防湿反射構造体に覆われる、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８４】
［付記８］
前記第１ポリマーマトリクス材料は、熱硬化性であり、
前記第２ポリマーマトリクス材料は、紫外線硬化性である、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８５】
［付記９］
前記透光性分離層または前記透光性防湿層の少なくとも一つは、透光性無機材料を含む、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８６】
［付記１０］
前記透光性分離層または前記透光性防湿層の少なくとも一つは、１ｍｍの厚さで、２０ｇ／（ｍ２・日）以下の水蒸気透過率を有するポリマーマトリクス材料を含む、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８７】
［付記１１］
前記防湿反射構造体は、第３ポリマーマトリクス材料、および、該第３ポリマーマトリクス材料内に分散される光散乱粒子、を含む、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００８８】
［付記１２］
前記第３ポリマーマトリクス材料は、１ｍｍの厚さで、２０ｇ／（ｍ２・日）以下の水蒸気透過率を有する、
付記１１に記載の発光装置。
【００８９】
［付記１３］
前記防湿反射構造体は、前記透光性分離層または前記透光性防湿層の熱伝導率以上の熱伝導率を有する、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００９０】
［付記１４］
前記第２フォトルミネッセント層は、さらに、光散乱粒子を含み、該光散乱粒子は、前記第２ポリマーマトリクス材料中に分散されている、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００９１】
［付記１５］
前記赤色蛍光体材料は、フッ化物蛍光体材料または窒化物蛍光体材料を含む、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００９２】
［付記１６］
前記フッ化物蛍光体材料は、（Ａ）Ａ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｂ）Ｅ２［ＭＦ６］：Ｍｎ４＋，（Ｃ）Ｂａ０．６５Ｚｒ０．３５Ｆ２．７０：  Ｍｎ４＋，（Ｄ）Ａ３［ＺｒＦ７］：Ｍｎ４＋，の少なくとも一つを含み、Ａは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ４，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｍは、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｅは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、
付記１５に記載の発光装置。
【００９３】
［付記１７］
前記フッ化物蛍光体材料は、（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ２Ｏ３・ｙＭｇＦ２・ｃＣａＦ２・（１−ｂ）ＧｅＯ２・（ｂ／２）Ｍｔ２Ｏ３：ｚＭｎ４＋を含み、２．０≦ｘ≦４．０，０＜ｙ＜１．５，０＜ｚ＜０．０５，０≦ａ＜０．５，０＜ｂ＜０．５，０≦ｃ＜１．５，ｙ＋ｃ＜１．５であり、Ｍｔは、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎからなる群から選択される、
付記１５に記載の発光装置。
【００９４】
［付記１８］
前記第２フォトルミネッセント層は、さらに、青色量子ドット材料を含む、
付記２〜５いずれか１項に記載の発光装置。
【００９５】
［付記１９］
フリップチップＬＥＤ半導体素子をフォトルミネッセント構造体に積層する工程と、
防湿反射構造体を、前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面および前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆うように、形成する工程と、
を含み、
前記フォトルミネッセント構造体は、第１フォトルミネッセント層、透光性分離層、第２フォトルミネッセント層、および、透光性防湿層、を含み、
前記第１フォトルミネッセント層は、第１ポリマーマトリクス材料、および、該第１ポリマーマトリクス材料内に分散される低励起エネルギーレベル蛍光体材料、を含み、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆うように配置され、
前記透光性分離層は、前記第１フォトルミネッセント層上に配置され、
前記第２フォトルミネッセント層は、第２ポリマーマトリクス材料、および、該第２ポリマーマトリクス材料内に分散される高励起エネルギーレベル量子ドット材料を含み、前記透光性分離層上に配置され、
前記透光性防湿層は、前記第２フォトルミネッセント層上に配置され、
前記防湿反射構造体は、前記フォトルミネッセント構造体のフォトルミネッセントサイド面、および、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆い、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の下部電極面を覆わず、
前記フリップチップＬＥＤ半導体素子は、一次光を供給するように構成され、該一次光は青色光、藍色光、紫色光、または紫外光であり、前記第１フォトルミネッセント層の前記低励起エネルギーレベル蛍光体材料は、該一次光の一部を低エネルギーレベルの可視光に変換するように構成され、該一次光の未変換部の強度が、前記高励起エネルギーレベル量子ドット材料が持ちこたえることができる光強度以下である、
発光装置の製造方法。
【００９６】
［付記２０］
前記フォトルミネッセント構造体を形成する工程をさらに含み、
該フォトルミネッセント構造体を形成する工程は、
前記透光性防湿層を準備する工程、
前記透光性防湿層上に前記第２フォトルミネッセント層を形成する工程、
前記第２フォトルミネッセント層上に前記透光性分離層を形成する工程、および、
前記透光性分離層上に前記第１フォトルミネッセント層を形成する工程、
を含む、
付記１９に記載の発光装置の製造方法。
【００９７】
［付記２１］
前記フォトルミネッセント構造体を形成する工程をさらに含み、
該フォトルミネッセント構造体を形成する工程は、
前記透光性防湿層を準備し、該透光性防湿層上に前記第２フォトルミネッセント層を形成する工程、
前記透光性分離層を準備し、該透光性分離層上に前記第１フォトルミネッセント層を形成する工程、および、
前記第２フォトルミネッセント層を前記透光性分離層に積層する工程、
を含む、
付記１９に記載の発光装置の製造方法。
【００９８】
［付記２２］
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第２フォトルミネッセント層に隣接する透光性熱拡散層を含み、
前記透光性熱拡散層は、前記透光性分離層または前記透光性防湿層の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する、
付記１９に記載の発光装置の製造方法。
【００９９】
［付記２３］
前記フォトルミネッセント構造体は、さらに、前記第１フォトルミネッセント層上に形成された透光性スペーサ層を含み、
前記透光性スペーサ層は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子上面に対向し、覆う、
付記１９〜２２いずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【０１００】
［付記２４］
前記第１フォトルミネッセント層上に素子端面スペーサ構造体を形成し、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面を覆う工程をさらに含み、
前記素子端面スペーサ構造体は、前記フリップチップＬＥＤ半導体素子の素子端面に対して傾く傾斜サイドスペーサ面を含み、
前記防湿反射構造体を形成する際に、該防湿反射構造体は、前記素子端面スペーサ構造体の前記傾斜サイドスペーサ面を覆う、
付記１９〜２２いずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
2019061230.tif 000006
【図２Ｂ】
2019061230.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019061230.tif 000013
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【外国語明細書】
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