(57)【要約】【課題】  ＬＥＤダイの上の蛍光体又は量子ドット層を気密シールするＬＥＤモジュールを提供する。【解決手段】  ＬＥＤモジュールは、第１の熱伝導率を有する基板と、該基板上にマウントされた少なくとも１つのＬＥＤダイとを含む。例えばバインダ内の蛍光体又は量子ドットなどの波長変換材料は、非常に低い熱伝導率を有し、比較的大きい体積及び低い濃度を有するようにＬＥＤダイの上に形成され、それにより、蛍光体又は量子ドットがＬＥＤダイからの熱を殆ど伝導しないようにされる。高い熱伝導率を有する透明な頂部プレートが、波長変換材料の上に位置付けられ、波長変換材料を取り囲んで頂部プレートと前記基板との間に気密シールが形成される。ＬＥＤダイは、前記基板又は頂部プレートの何れかのキャビティ内に置かれる。斯くして、波長変換材料の温度が、ＬＥＤダイの温度より十分低く保たれる。この封止はウエハレベルプロセスで行われる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱伝導率を有する基板と、
前記基板上の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードを取り囲む波長変換材料であり、当該波長変換材料は、バインダ内に分散された量子ドットを有し、前記第１の熱伝導率よりも実質的に低い第２の熱伝導率を有し、且つ前記発光ダイオードの総体積よりも実質的に大きい総体積を有する、波長変換材料と、
前記波長変換材料上に又は隣接して位置付けられ、前記第２の熱伝導率よりも高い第３の熱伝導率を有する透明プレートと、
前記透明プレートと前記基板との間に気密シールを形成する密封材と、
を有し、
前記発光ダイオードは、前記基板又は前記透明プレートの何れか内のキャビティの中に置かれている、
発光デバイス。
【請求項２】
前記キャビティは前記基板内にある、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記キャビティは前記透明プレート内にある、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記透明プレートはガラスを有し、前記密封材は、溶融されて前記透明プレートを前記基板に取り付けるガラスを有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記密封材は金属はんだ材料を有し、前記発光ダイオードは、同じ金属はんだ材料から形成された導電接合で、前記基板上の電極に接合されている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記透明プレートは、前記発光ダイオードによって又は前記波長変換材料によって放射された光を向け直すフィーチャを有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
動作時に、前記発光ダイオードによって生成される熱が、前記基板、前記密封材、及び前記透明プレートを通じての熱伝導によって少なくとも部分的に除去され、前記波長変換材料の温度が、前記発光ダイオードの温度よりも低い、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記透明プレートは、前記透明プレートの外縁周りに平坦な側壁端部を有し、
前記基板は、前記基板の外縁周りに平坦な側壁端部を有し、
前記透明プレートの前記平坦な側壁端部が前記基板の前記平坦な側壁端部と一致する、
請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記波長変換材料が前記キャビティを充填している、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記キャビティは前記基板内にあり、
動作時に、前記発光ダイオードによって生成される熱が、前記基板、前記密封材、及び前記透明プレートを通じての熱伝導によって少なくとも部分的に除去され、前記波長変換材料の温度が、前記発光ダイオードの温度よりも低い、
請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記透明プレートは、前記キャビティの上に位置する開口を有する、請求項１０に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記開口は気密シールされている、請求項１１に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記透明プレートは、前記透明プレートの外縁周りに平坦な側壁端部を有し、
前記基板は、前記基板の外縁周りに平坦な側壁端部を有し、
前記透明プレートの前記平坦な側壁端部が前記基板の前記平坦な側壁端部と一致する、
請求項１１に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、特に、ＬＥＤダイの上の蛍光体又は量子ドット層を気密シールする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤダイを蛍光体又は量子ドット（ＱＤ）で被覆し、次いで、その構造を例えばシリコーン、エポキシ又はその他のポリマーなどの透明ポリマー封止体で封入することが一般的である。蛍光体又はＱＤは青色光を１つ以上のその他の波長に変換し、波長変換層を通して漏出する青色光と、変換された波長とが組み合わさったものが、白色光を含む広範囲の色を作り出し得る。
【０００３】
多くの種類の蛍光体及びＱＤは、空気の影響を受けやすく、加熱されて空気中の水分に晒されるときに劣化させられ得る。
【０００４】
ＬＥＤダイ及び波長変換材料を封入するために従来から使用されているポリマーは、光束（フラックス）及び温度が２Ｗ／ｃｍ２及び８０℃を超えるときには不適切である。高輝度ＬＥＤ用の封止体はまた、ＬＥＤダイから周囲空気に熱を伝導するのに良好な熱伝導率を有していなければならない。従来ポリマーは、高輝度／高温ＬＥＤダイに対して十分な熱伝導率を有していない。
【０００５】
高輝度ＬＥＤダイの上にある蛍光体又はＱＤを気密シールする新たな封止技術であって、ＬＥＤダイと周囲空気との間に良好な熱伝導性を提供する技術が必要である。その技術は、比較的低いコストのみを招くべきであるとともに、高度に信頼できるものであるべきである。好ましくは、高輝度（すなわち、高フラックス）ＬＥＤダイにおいて、その気密シールは、８０℃よりかなり高い温度で、及び２０Ｗ／ｃｍ２に至る光束で、信頼できるもののままであるべきであり、また、蛍光体又は量子ドットの温度は、劣化を避けるために、１３０℃より低く保たれるべきである。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態において、ウエハとして提供される高度に熱伝導性の基板が、キャビティを有するように成形される。基板は、ガラス、セラミック、又はその他の熱伝導材料をし得る。キャビティは反射表面を有し、あるいは基板は透明である。１つ以上の高輝度青色ＬＥＤダイが、それらの電極を、各キャビティ内の対応する電極に接合させ得る。基板は、これらキャビティ電極を、個片化後に当該基板を印刷回路基板又は別の基板にはんだ付けするのに好適なパッドに接続する導電体を含む。
【０００７】
そして、キャビティを完全あるいは部分的に充たすよう、キャビティ内に蛍光体材料又は量子ドット材料が置かれる。蛍光体材料又は量子ドット材料は、透明なバインダに蛍光体粉末又は量子ドットを混ぜることによって形成され得る。
【０００８】
そして、熱伝導性の透明なセラミック又はガラスのプレート（ウエハとして提供される）が、例えば、プレートを基板にレーザ融合すること、プレートを基板にはんだ付けすること、又はキャビティの周りにその他の種類の高温シールを設けることなどによって、基板ウエハの上に取り付けられるとともに、各キャビティを取り囲んで熱伝導気密シールが作り出される。その後、接合された頂部プレートウエハ及び基板ウエハが個片化されて、個々のＬＥＤモジュールが形成される。
【０００９】
ＬＥＤダイはシールと直接的に接触していないので、ＬＥＤダイは、シールを劣化させることなく、高い熱及び高い光束を生成し得る。
【００１０】
他の一実施形態において、ＬＥＤダイが上にマウントされる基板は実質的に平坦であり、透明プレートが、蛍光体又は量子ドットを取り囲むキャビティを有する。そして、各キャビティを取り囲むプレート部分が基板に接合されて、高温シールが形成される。
【００１１】
一実施形態において、透明プレートは、個片化後に残る各ＬＥＤモジュールの波長変換材料用の複数の別々のサブキャビティを有し、それにより、１つのキャビティのシールの不具合がその他のキャビティのシールに影響を及ぼさないようにされる。
【００１２】
他の一実施形態において、ＬＥＤダイが上にマウントされる基板は実質的に平坦であり、波長変換材料が、ＬＥＤダイを封入するようにＬＥＤダイを覆って成形され（あるいは、その他の方法で堆積され）、透明プレートが、各ＬＥＤダイを取り囲むキャビティを有する。そして、各キャビティを取り囲むプレート部分が基板に接合されて、高温シールが形成される。
【００１３】
これらの気密シールはウエハレベルプロセス中に形成され、且つ得られたウエハがその後に個片化されて個々のＬＥＤモジュールが作り出されるので、このプロセスは低コストである。頂部プレートの端部（エッジ）は、個片化後に基板の端部と一致することになり、非常にコンパクトなＬＥＤモジュールがもたらされる。
【００１４】
間違いなく、構造内の最も低熱伝導性の材料は、そのバインダを含む波長変換材料である。開示される構造は、波長変換材料が比較的大きい体積及び低濃度の蛍光体を有することを可能にする。この材料の低い熱伝導率がこの材料の加熱を制限する一方で、ＬＥＤダイの熱の大部分が（シール接続を介して）基板及び透明プレートによって放散される。故に、大きい体積の波長変換材料は、低減された熱及び光束を経験し、経時的な蛍光体の劣化を、あったとしても殆ど生じさせない。この利益は、波長変換材料として量子ドットが使用されるときにも等しく当てはまる。波長変換材料は、蛍光体と量子ドットとの組み合わせを含んでいてもよい。
【００１５】
これらの構造は、良好な気密シールを維持しながら、高輝度ＬＥＤであっても、波長変換材料の温度を１３０℃未満に制限する。
【００１６】
その他の実施形態も開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】基板がキャビティを有し、各キャビティが１つ以上のＬＥＤダイを収容した、個片化前のウエハの一部の断面図である。キャビティは波長変換材料で充填され、また、キャビティは平坦な透明プレートによって気密シールされている。
【図２】各キャビティの周りのシールを示す図１のウエハの一部の上面図である（シールは、識別しやすいように、かなり狭く示されている）。
【図３】基板が実質的に平坦であり且つＬＥＤダイを支持し、波長変換材料がＬＥＤダイを封入するように各ＬＥＤダイを覆って成形され、透明プレートがキャビティを有し、且つ、気密シールが各キャビティの周りに形成された、個片化前のウエハの一部の簡略化した断面図である。
【図４】各プレートキャビティの周りのシールを示す図３のウエハの一部の上面図である。
【図５】光エミッションを整形する光学パターンを有した、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート部分の断面図である。この光学パターンは、レンズ、光散乱機構、反射体、光吸収体、又はその他の機構を形成し得る。
【図６】図５のプレート部分の上面図である。
【図７】光エミッションを中央領域に集中させるように単一のＬＥＤの周りに形成される反射リングを例示した、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート部分の断面図である。
【図８】図７のプレート部分の上面図である。
【図９】図９Ａ及び９Ｂは、ＬＥＤダイが基板のキャビティ内にマウントされ、熱を用いて例えば低温ＡｕＳｎはんだで金属接合され、且つ、同じはんだを用いて同時にプレートの気密シールが形成される、ウエハの一部の断面図である。
【図１０】図１０Ａは、図９Ｂの構造内のキャビティがその後どのようにして、波長変換材料が図９Ｂのはんだ加熱工程を回避するように、プレートの開口を介して波長変換材料で充填されるかを例示しており、図１０Ｂは、プレートの開口がその後どのようにして充填されて気密シールが完成されるかを例示している。
【図１１】波長変換材料を収容した縦型シリンダを形成する複数のシール済みキャビティを有した、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート部分の上面図である。
【図１２】波長変換材料がプレートのキャビティを充填し、且つプレートが、更なる波長を生成するオプションの蛍光体層によって覆われた、図１１の直線１２−１２に沿って眺めた、図１１のプレートを用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュールの断面図である。
【図１３】プレートのキャビティが、波長変換材料で充填された横型シリンダであり、これが個片化後に封止されることを除いて、図１１と同様である。
【図１４】波長変換材料がキャビティを充填し、且つプレートが、キャビティの端部を封止するように封入体（蛍光体粒子を含有する）によって覆われた、図１３の直線１４−１４に沿って眺めた、図１３のプレートを用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュールの断面図である。
【図１５】毛細管作用によって波長変換材料で充填されているセラミック又はガラスからなる中空ストリップの上面図である。他の例では、サブプレートが、波長変換材料で充填される横型キャビティを含んでいてもよい。
【図１６】ＬＥＤダイを収容するキャビティを有する基板に後に接合される頂部プレートにストリップ又はサブプレートが接合される、図１５の直線１６−１６に沿って眺めた、図１５のストリップ又はサブプレートを用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュールの断面図である。この接合が気密シールを作り出す。必要な場合、後に、横型キャビティの端部が封入体で気密シールされる。  同じ又は同様である要素には同じ参照符号を付している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、個片化前のウエハ１０の一部を例示している。ウエハ１０は、基板２０及び透明プレート３０を含んでいる。基板２０は高熱伝導率材料で形成される。基板２０は、例えば、サファイア、スピネル、又は多結晶アルミナなどの透明セラミックで形成され得る。基板２０はまた、セラミック粉末が成形されて加圧下で焼結される成形セラミック材料を含め、何らかのその他の透明あるいは非透明なセラミック材料で形成されてもよい。他の実施形態において、基板２０はガラスセラミックとし得る。他の一実施形態において、基板２０は、エラストマー体に包み込まれた金属リードフレームであってもよい。
【００１９】
図１において、基板２０は、キャビティ２２を有するようにモールド成形あるいは機械加工されている。基板２０が光吸収性の材料で形成される場合、キャビティ２２の壁が反射膜（好ましくは、可視光に対して少なくとも９０％の反射性）で被覆され得る。基板２０が、例えばホワイトセラミック材料などの反射性の材料で形成されるのであってもよい。選択的に、この膜又は基板２０の反射性は、例えばＵＶ光といった、可視光以外のものに対してであってもよい。
【００２０】
各キャビティ２２の底は、個片化されたＬＥＤモジュールを印刷回路基板（ＰＣＢ）又はその他の基板にはんだ付けするために基板２０上の従来からの底部金属パッド（図示せず）に電気接続される従来からの電極（図示せず）を有する。それらキャビティ電極は、例えばフリップチップＬＥＤや縦型ＬＥＤなど、使用される具体的なＬＥＤダイの電極に対応するように位置付けられる。基板２０は、ビアを含むように成形されることができ、そして、キャビティ２２内に様々な電極を形成するように、ビアを充填するように、また基板２０の底面に金属パッドを形成するように、従来からの技術を用いて、金属が堆積されてパターニングされる。これらの電極は、ＬＥＤダイ２４と基板２０との間の熱伝導路を提供する。また、電気的に絶縁された金属の熱パッドを、ＬＥＤダイ２４の底面に配置して、キャビティ２２内の金属の熱パッドに接合してもよい。
【００２１】
基板２０が、例えば多孔質表面など、乏しい密着性をもたらす頂面を有する場合、より良い気密シールを基板２０と頂部プレート（後述）との間に達成するために、基板２０の表面に例えばシーラント層などの頂部層が配設され得る。
【００２２】
一実施形態において、ＬＥＤダイ２４は、青色光を発する高輝度ＬＥＤダイである。そのようなＬＥＤダイ２４は比較的高い熱を発生し、それらの熱は、伝導を介して、基板２０と、基板２０が後にマウントされるＰＣＢとによって拡散（スプレッド）され除去される必要がある。横方向に、そして基板２０を通して縦方向に上向きに伝導される熱は、基板２０の上方の周囲空気も伝導及び／又は対流によって熱を除去し得るように、上に位置する構造によって阻止されないことが好ましい。
【００２３】
図１においては、更なる輝度のために各キャビティ２２内に４つのＬＥＤダイ２４がマウントされているが、この断面図ではキャビティ２２当たり２つのみが示されている。
【００２４】
キャビティ２２は、その後、波長変換材料２６で充填あるいは部分充填される。この材料２６は典型的に、バインダ内の蛍光体粉末、又はキャリア（担体）内に分散された量子ドットであろう。量子ドット用のキャリアのこともバインダと称することとする。サブミクロンサイズを有するものである量子ドットは、沈殿せずにバインダ内でかなりよく分散されたままである。この透明結合材料は、例えばシリコーンなどのポリマーとし得る。多くの種類の蛍光体及び量子ドットは高い熱とともに劣化し、故に、本発明の１つの目的は、波長変換材料の加熱を制限しながら、熱がＬＥＤダイから除去されることを可能にする構造を提供することである。
【００２５】
各キャビティ２２の容積は、各ＬＥＤダイ２４の体積より遥かに大きい。故に、波長変換材料２６の体積は比較的大きく、蛍光体粒子又は量子ドットが低い濃度を有することを可能にする。波長変換材料（そのバインダを含む）の熱伝導率は、基板２０の熱伝導率より何桁か低い（例えば、３０Ｗ／ｍＫに対して０．１−０．２Ｗ／ｍＫ）。故に、波長変換材料２６の大きい体積及び低い熱伝導率は、蛍光体粒子又は量子ドットに伝導される熱を制限する。換言すれば、材料２６の中での熱の拡散長は非常に小さい。従って、蛍光体粒子又は量子ドットは、それらが波長変換材料２６の全体に分布される場合、ＬＥＤダイ２４によって生成される高い熱にかかわらずに有意に劣化しない。
【００２６】
さらに、量子ドットが例えばカドミウムなどの毒性元素を含有する場合、ＲｏＨＳ（特定有害物質使用制限）指令は、コンプライアンスを満たすように量子ドット膜内のカドミウム金属の希釈を要求している。これは、所望の色発光（例えば、所望の暖白色の色点）を維持しながら、バインダの体積を増やして量子ドット濃度を低減させることによって達成されることができる。
【００２７】
波長変換材料２６の頂部と、キャビティ２２の頂部との間の如何なる空所も、空洞部分及び付随する反射効果を回避するために、透明バインダ材料で充填され得る。
【００２８】
次に、平坦な透明なセラミック、ガラス、又はエラストマーのプレート３０が設けられる。その他の材料も好適であり得る。プレート３０は、基板２０ウエハと略同じサイズである。一実施形態において、このプレートは、光吸収を最小化するように約１００ミクロン厚であり、周囲空気への高熱伝導率の経路を作り出す。
【００２９】
プレート３０上及び／又は基板２０上に、各キャビティ２２を取り囲むように、例えばスクリーン印刷によってなどで、透明な密封（シーラント）材３２が置かれる。密封材３２は、熱がプレート３０へ、そして周囲空気へと伝導されるように、良好な熱伝導性を有するとともに広い領域を覆うべきである。密封材３２は、低温ガラス、ガラスフリット、金属、金属酸化物、高熱伝導性エポキシ、又は気密シールを形成可能なその他の好適材料とし得る。一実施形態において、密封材３２は、レーザアニール、レーザ加熱、オーブン加熱、又は光キュアによって加熱あるいは硬化されて、気密シールを作り出す。密封材３２及び他の材料は、動作中の剥離を回避するよう、同等の熱膨張係数を有するように選択されるべきである。
【００３０】
この密封プロセスは、キャビティ２２から空気を除去するために真空中で実行されることができ、プレート３０に下向きの圧力が印加され得る。
【００３１】
得られたウエハがその後、個々のＬＥＤモジュールを形成するように、例えばソーイングによってなどで、直線３４に沿って個片化される。青色光と波長変換材料２６によって生成される光との組み合わせにより、実質的に如何なる色の光も作り出し得る。
【００３２】
全てが高熱伝導材料からなる、基板２０、密封材３２、及びプレート３０の組み合わせは、周囲空気へ、及び熱伝導性の印刷回路基板（例えば、金属ボディを有する回路基板）へ熱を伝導することによって、ＬＥＤダイ２４から熱を取り除き、低熱伝導性の波長変換材料２６の殆ど又は全てを、大抵の波長変換材料が劣化を回避するのに十分な１３０℃未満のままであることを可能にする。
【００３３】
密封材３２は高フラックスの青色光から離れており、且つ光が密封材３２に突き当たることをキャビティ２２内の不透明な反射層が阻止するので、密封材３２が高フラックスに耐えることの要件が緩和される。
【００３４】
図２は、図１のウエハ１０の一部の上面図であり、各キャビティ２２の周りの密封材３２の取り得る位置を示している。密封材３２は、その位置を例示するために、典型的な実施形態での縮尺通りではない狭い“ビード”として示されている。他の一実施形態において、プレート３０の表面全体が密封材３２で被覆されることで、基板２０への熱伝導率が高められる。
【００３５】
図３は、基板４２が実質的に平坦であり且つＬＥＤダイ２４を支持した、個片化前のウエハ４０のごく一部の簡略断面図である。ＬＥＤダイ２４は、図１に関して説明したように、基板４２上の対応する電極に電気的且つ熱的に接続される従来からの金属電極（アノード及びカソード）を有する。
【００３６】
基板４２（ウエハとして）が、未硬化の波長変換材料２６で充填されたキャビティを有する型（モールド）に当接するようにされる。波長変換材料２６がＬＥＤダイ２４を封入する。その後、材料２６が硬化され、基板４２が該モールドから離型される。好ましくは、得られる成形材料２６は、比較的厚くて、低熱伝導性の透明バインダ内に低濃度の蛍光体粒子又は量子ドットを有し、それにより、蛍光体粒子又は量子ドットの殆ど又は全てが高い熱を被らないようにされる。
【００３７】
例えばガラス又はセラミックで形成されるものなどの透明プレート４４が、キャビティ４６を有するように成形され、機械加工され、エッチングされ、あるいはその他の方法で形成される。真空下で、プレート４４が密封材３２によって基板４２に封止される。密封材３２は、図１に関して説明したものと同じであってよく、同じ手法で硬化され得る。好ましくは、ＬＥＤダイ２４が動作中に熱を発生するときの剥離を回避するために、成形された材料２６とキャビティ４６の頂部との間の間隙内の空気の量が最小化されるべきである。このウエハは、その後、直線３４に沿って個片化される。
【００３８】
使用される密封材３２、広い領域にわたる密封材３２の広がり、ＬＥＤダイ２４からの熱及び光束の分布、基板４２及びプレート４４の高い熱伝導率、並びに、波長変換材料２６の低い熱伝導率及び大きい体積に起因して、このシールは高い熱及び光束において信頼できるものであり、また、蛍光体又は量子ドットは高い熱を被らない。
【００３９】
全ての実施形態において、基板及び頂部プレートを含む高熱伝導材料は、２０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有するべきである。密封材は非常に薄くし得るので、その熱伝導率はさほど重要ではないが、その熱伝導率は高いことが好ましい。
【００４０】
平坦な基板４２は好ましくはその頂面に、光を上方に反射するよう、鏡面反射性又は拡散反射性とし得る反射層を有する。この反射層は、金属、白色塗料などとし得る。
【００４１】
図４は、図３のウエハ４０のごく一部の上面図であり、各プレートキャビティ４６の周りの密封材３２の位置を示している。密封材３２は、図４に示す典型的な実施形態では、封止の全体的な位置をよりよく示すために、縮尺通りではない狭い“ビード”として示されているが、図３に示したように遥かに大きい領域にわたって広がっている。
【００４２】
図５は、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート５０の断面図である。プレート５０の底面が、例えば図１又は３に示したものなどの基板に封止されることになる。プレート５０の底面は、平坦であってもよいし、キャビティを有していてもよい。図５が意図することは、プレート５０が、例えば、光を散乱し、あるいはレンズを形成し、あるいは光を向け直し、あるいは光を吸収し、あるいは光を反射し得る光学フィーチャ（造形部）５２を含み得ることを例示することである。図５及び６の単純な例では、光学フィーチャ５２は円筒形の窪みである。
【００４３】
図６は、図５に示したプレート５０の上面図であり、光学フィーチャ５２が、プレート５０内の円形の窪みとして示されている。プレート５０はまた、光の大部分が、ほぼ排他的に円形の窪みを通して放出されるように、その他の領域を覆って反射膜５４を含み得る。プレート５０に非平面の頂面を設けることにより、内部反射が抑制される。他の一実施形態において、これらの窪みは、光取り出しを増大させる角度付けられたプリズムである。プレート５０は、円形として示されているが、矩形又は何らかのその他の好適形状であってもよい。
【００４４】
図７は、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート５８の断面図であり、光エミッションを中央領域６２に制限するように単一のＬＥＤダイの周りに形成される反射リング６０を例示している。プレート５８の底面は、上述のように、平坦であってもよいし、キャビティを有していてもよく、また、基板に封止される。リング６０は、堆積されたアルミニウム、銀、又はその他の反射性の材料とし得る。リング６０の底面に突き当たるＬＥＤ光線は、下向きにされ、そして、例えば図３に示した基板４２などの基板の反射表面で上に戻るように反射される。
【００４５】
図８は、図７に示したプレート５８の上面図であり、反射リング６０及び透明な中央領域６２を示している。プレート５８もまた、矩形又は何らかのその他の好適形状であってもよい。
【００４６】
図９Ａ及び９Ｂは、ＬＥＤダイ２４が、基板６８のキャビティ６６内にマウントされ、熱を用いて例えば低温ＡｕＳｎはんだ７０Ａで基板電極に金属接合され、且つ、同じはんだ７０Ｂを用いて同時にプレート７２の気密シールが形成される、ウエハの一部の断面図である。ＬＥＤダイ２４を基板電極に接合するはんだ７０Ａは、基板６８上の従来からのアノード及びカソードの底面パッド７１への電気導通を提供するとともに、基板６８ボディへの熱伝導を提供する。電気的に絶縁された大きい熱パッドも設けられ得る。プレート７２は、はんだ７０Ｂに接合されて基板６８との気密シールを形成する金属リング７４を備えている。
【００４７】
はんだ７０Ｂ及び金属リング７４は、頂部プレート７２と基板６８との間に良好な熱伝導性を持つ幅広シールを提供するよう、図９Ａ及び９Ｂに示したよりも遥かに幅広であってもよい。
【００４８】
図１０Ａは、図９Ｂの基板６８内のキャビティ６６がその後どのようにして、波長変換材料２６が図９Ｂのはんだ７０の加熱工程を回避するように、プレート７２の開口７６を介して（空隙を防止するように）波長変換材料２６で実質的に完全に充填されるかを例示している。波長変換材料２６が、比較的大きい体積を有し、低い熱伝導率を有し、且つ低濃度の蛍光体粒子又は量子ドットを有することで、蛍光体粒子又は量子ドットの温度が制限される。他の一実施形態において、各キャビティ６６に複数の開口７６を用いることで、波長変換材料２６が導入されるときに空気が逃げることが可能になる。同様に、それらの開口７６のうちの一部を真空源に接続することで、変換材料２６をキャビティ６６に“引き”込み得る。
【００４９】
図１０Ｂは、プレート７２の開口７６がその後どのようにして別種類の密封材７８（例えば、シリコーン又はエポキシ）で充填されて気密シールが完成されるかを例示している。
【００５０】
得られたウエハは、その後、例えば図１０Ｂの構造の中央を通るなどして個片化され得る。
【００５１】
図１１は、波長変換材料２６を収容した縦型シリンダを形成する複数のシール済みキャビティ８２を有した、個片化された単一のＬＥＤモジュールに関するプレート８０の上面図である。
【００５２】
図１２は、図１１の直線１２−１２に沿って眺めた、図１１のプレート８０を用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュール８４の断面図である。波長変換材料２６は、透明な封止プレート８６によってキャビティ８２内に封止され、透明封止プレート８６はまた、ＬＥＤダイ２４がマウントされた基板９０内の中央キャビティ８８の周りの気密シールを形成し得る。キャビティ８８の外縁の周りに、上述の密封材の何れかが使用され得る。プレート８０は場合により、更なる波長を生成する遠隔蛍光体層９４によって覆われる。これら様々な波長変換材料がＬＥＤダイ２４から離れていることにより、これらの材料は高温を被らず、劣化しない。複数のキャビティ８２のうちの何れか１つの気密シールが破損したとしても、その他のキャビティ８２のシールには影響しない。
【００５３】
図１３は、プレート９８のキャビティ９６が、波長変換材料２６で充填された横型シリンダであり、キャビティ９６の開放端が、例えばシリコーン又はエポキシなどの好適な密封材１００によって封止されることを除いて、図１１と同様である。キャビティ９６は、毛細管作用によって充填され得る。
【００５４】
図１４は、図１３の直線１４−１４に沿って眺めた、図１３のプレート９８を用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュールの断面図である。プレート９８が、図１２に関して説明したのと同じ基板９０と結合されている。基板キャビティ８８を取り囲むプレート９８の外縁が、上述のような気密シールを含んでいる。キャビティ９６の端部の封止は、プレート９８を覆う必要に応じての蛍光体層９４のシリコーンバインダ材料によって為され得る。
【００５５】
図１５は、毛細管作用によって波長変換材料２６で充填されているセラミック又はガラスの中空ストリップ１０４の上面図である。他の例では、サブプレートが、波長変換材料２６で充填される横型キャビティを含んでいてもよい。
【００５６】
図１６は、図１５の直線１６−１６に沿って眺めた、図１５のストリップ１０４又はサブプレートを用いた個片化後の単一のＬＥＤモジュールの断面図であり、ＬＥＤダイ２４を収容するキャビティ８８を有する基板９０に後に封止される頂部プレート１０６にストリップ１０４又はサブプレートが接合される。必要な場合、横型キャビティ１０４の端部が、好適な密封材１０８（図１５）で気密シールされる。必要に応じての蛍光体層９４がプレート１０６を覆って堆積され得る。
【００５７】
図１１−１６においては、単一のＬＥＤモジュールに関する部分が示されている。しかしながら、ウエハレベルプロセス中（個片化前）に頂部プレートを用いて複数のモジュールが封止される場合、頂部プレート及び基板の端部は、図１及び３と同様に、個片化後のＬＥＤモジュールの集合に一致することになる。これは、ＬＥＤモジュールのコストを大いに削減する。
【００５８】
全ての実施形態において、高輝度ＬＥＤであっても、ここに記載した様々な要因の組み合わせにより、ＬＥＤダイによって生成される高い熱及び光束にかかわらず、波長変換材料２６の温度が比較的低く保たれるとともに、密封材が信頼性のある気密シールを提供する。
【００５９】
好ましくは、全ての実施形態において、ＬＥＤダイを動作させることによってＬＥＤモジュールが加熱されるときの剥離を回避するため、キャビティ内に捕捉される空気は存在しない。これは、キャビティを完全に充填すること、又は気密シール工程を真空中で実行することによって遂行され得る。
【００６０】
ウエハとして基板に頂部プレートを封止し、その後にウエハを個片化することにより、典型的に頂部プレートの端部が基板の端部と一致することになる。ウエハプロセスにて気密シールを形成することは、個片化後に各モジュールを封止することより遥かに安価である。従って、ここに記載したプロセスは、ＬＥＤモジュール当たり殆ど追加コストなく実行され得る。
【００６１】
本発明の特定の実施形態を示して説明したが、当業者に明らかなように、より広い観点での本発明を逸脱することなく変形及び変更が為され得るのであり、故に、添付の請求項は、その範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入るそのような変形及び変更の全てを包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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