(57)【要約】  基板スケール処理を用いたＬＥＤデバイスの製造方法は、表面領域を有する基板部材を提供する工程を含む。前記表面領域上に、反射層が配置される。前記反射面の反射率は少なくとも８５％であり、導電性領域のアレイが前記反射面上に空間的に配置される。前記アレイ領域それぞれに、ＬＥＤデバイスが固定される。
2013519233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板スケール処理を用いてＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
表面領域を有する基板部材を提供する工程と、
前記表面領域上に反射面を形成する工程であって、前記反射面は、反射率が少なくとも８５％である点によって特徴付けられる工程と、
前記反射面上に空間を開けて配置された領域のアレイを形成する工程と、
複数のＬＥＤデバイスを設ける工程であって、前記複数のＬＥＤデバイスは、前記領域のアレイのうち対応する領域上に個々に配置される工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記基板部材はシリコン基板を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反射面は銀またはアルミニウム材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記領域のアレイは、Ｎ個×Ｍ個のアレイを含み、Ｎは少なくとも整数の２であり、Ｍは少なくとも整数の１である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各ＬＥＤデバイスは、バルク基板材料から形成されたガリウムおよび窒素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のＬＥＤデバイスそれぞれを、波長変換材料を含む封入材料で封入する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記波長変換材料は、蛍光体、半導体および発光材料のうち少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反射面を形成する工程は、前記表面領域上に銀材料またはアルミニウムを堆積させる工程を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記反射面を形成する工程は、
前記表面領域上に反射金属材料を形成する工程と、
前記金属材料上に少なくとも１つの誘電材料を形成する工程と、
誘電材料上に複数の導電性アレイ領域を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反射面を形成する工程は、
前記基板表面領域上に誘電材料を形成する工程と、
前記誘電材料上に、複数の導電性反射アレイ領域を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記反射面を形成する工程は、
前記基板表面領域上に誘電材料を形成する工程と、
前記誘電材料上に複数の導電性アレイ領域を形成する工程と、
電気絶縁性を有するが光学的に反射性を持つ層を誘電材料または導電性アレイ領域の一部上に形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
発光ダイオード装置であって、
表面領域を有する基板部材と、
前記表面領域上に設けられた反射層であって、第１の反射率レベルを有する反射層と、
前記反射層上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられた領域のアレイと、
前記領域のアレイのうち対応する領域上に配置された複数のＬＥＤデバイスと、
を含む、装置。
【請求項１３】
前記領域のアレイはそれぞれ、導電性パターンを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記反射層および前記絶縁層の反射率の合計は９３％を超える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記基板の導電率は４０Ｗ／（ｍ−Ｋ）を超える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記絶縁層は窒化シリコン(ＳｉＮ)材料を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
ＬＥＤ装置であって、
表面領域を有する基板と、
前記表面領域上に設けられた反射層であって、第１の反射率レベルによって特徴付けられる反射層と、
前記反射層上の絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された導電性領域のアレイと、
複数のＬＥＤデバイスであって、前記アレイ領域それぞれの上に個々に配置されるＬＥＤデバイスと、
前記複数のＬＥＤデバイス上に設けられたカバー部材と、
を含む、装置。
【請求項１８】
前記導電性領域のアレイに接続された整流回路をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記整流回路に電気的に結合されたレジスタをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記複数のＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ組および第２のＬＥＤ組を含み、前記ＬＥＤ組はそれぞれ、直列接続された複数のＬＥＤデバイスを含み、前記第１のＬＥＤ組および前記第２のＬＥＤ組は相互に平行に構成される、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本願の譲受人に譲渡された米国仮特許出願第６１／３０１，１９３号（出願日：２０１１年２月３日）に対する優先権を主張する。本明細書中、同文献をあらゆる目的のために援用する。
【０００２】
発明の背景
本発明は、照明技術に関する。本発明の実施形態は、蛍光体の利用によってバルクガリウムおよび窒素含有材料から製造されたＬＥＤデバイスアレイまたは他の材料上に製造されたＬＥＤデバイスアレイをパッケージする技術を含む。本発明は、白色照明、多色照明、一般照明、装飾照明、自動車用ランプおよび航空機用ランプ、街灯、植物成長用照明、表示灯、フラットパネルディスプレイ用の照明および他の光電子デバイスに適用することができる。
【０００３】
１８００年代後半において、トーマスエジソンが電球を発明した。従来の電球の場合、タングステンフィラメントがガラス球中に封入され、ガラス球がベースに密封され、ベースがソケットにはめ込まれている。前記ソケットは、電源に接続される。残念なことに、従来の電球の場合、用いられるエネルギーのうち９０％を越えるエネルギーが、熱エネルギーとして消散する。さらに、従来の電球の場合、タングステンフィラメントの蒸発に起因して、最終的に故障する。
【０００４】
蛍光灯において用いられる管構造には、希ガスと通常は水銀が充填される。一対の電極が、バラストを通じて交流電源へと接続される。前記水銀が励起されると、紫外線を放出する。蛍光体は、紫外線によって励起されて、白色の光を放出する。固体照明は、半導体材料によって作られる発光ダイオード（ＬＥＤ）に依存する。赤色ＬＥＤにおいては、アルミニウムインジウムガリウムリン化物またはＡｌＩｎＧａＰ半導体材料が用いられる。中村修二により、窒化インジウムガリウム(ＩｎＧａＮ)を使った青色発光ＬＥＤが発明された。この青色ＬＥＤをきっかけにして、例えば固体白色照明などの革新および他の開発に繋がった。窒化インジウムガリウム(ＩｎＧａＮ)を材料とした青色発光デバイス、紫色発光デバイスまたは紫外線発光デバイスは蛍光体と共に用いられることで、白色ＬＥＤが可能となる。
【０００５】
発明の簡単な概要
本発明は、基板スケール処理を用いたＬＥＤデバイスの製造方法を提供する。前記方法は、表面を有する基板を提供する工程と、反射率が少なくとも８５％である反射面を形成する工程とを含む。前記方法は、ＬＥＤデバイスが形成された前記反射面上に空間的に配置された複数のアレイ領域を形成する工程をさらに含む。所望であれば、前記反射層上に電気的絶縁層を形成し、前記ＬＥＤ上にカバーを追加することができる。
【０００６】
別の実施形態において、本発明は、それぞれに複数のＬＥＤを有する複数の光チップの製造方法を提供する。シリコン材料は、研磨表面領域を有する。前記表面領域上に反射材料が形成され、その後、前記反射材料上に電気絶縁材料が形成される。各アレイ領域に導電性接点を有する複数のアレイ領域が形成される。そして、前記導電性接点上にＬＥＤが配置される。その後、前記ＬＥＤを包囲するように封入材料が追加される。
【０００７】
別の特定の実施形態において、ＬＥＤモジュールは、リードフレーム部材と、表面領域を有する基板とを含む。前記基板は、前記リードフレーム部材に接続される。前記基板部材において、第１の反射率レベルを有する反射層が前記表面領域上に設けられる。さらに、前記装置において、前記反射層上に電気絶縁層が設けられる。前記装置はまた、前記絶縁層上に配置されたアレイ領域を含み、前記アレイ領域は相互に電気的に接続される。前記アレイ領域上にＬＥＤが配置される。ＬＥＤデバイスアレイは、電流密度が少なくとも５０アンペア／平方センチメートルとなるように構成することができる。
【０００８】
別の実施形態において、前記モジュールは、第１の波長範囲、第２の波長範囲および第３の波長範囲それぞれに合わせて構成された波長変換材料を有する波長領域を含む。前記第１の波長範囲、第２の波長範囲および第３の波長範囲はそれぞれ、所定の波長発光スペクトルの電磁放射を出力するように構成される。
【０００９】
別の実施形態において、ＬＥＤモジュールは、表面領域を備えた基板を含む。前記表面領域上に反射面が配置される。導電性パターンが前記反射材料上に形成され、ＬＥＤが前記導電性パターンに取り付けられる。発光材料が前記ＬＥＤ波長によって励起されると、第１の色の光を提供する。ＬＥＤ上のカバー部材は実質的に透明であり、第２の色である。前記第１の色および第２の色が組み合わさって、第３の色の光が得られる。
【００１０】
本デバイスおよび方法により、より効率の良い向上した照明技術を提供する。本方法と、本方法によって得られる構造とは、従来のプロセス技術を用いてより容易に実行することができる。ある特定の実施形態において、青色ＬＥＤデバイスから出射される電磁放射は、波長範囲が約４４０ナノメートル〜約４９５ナノメートルであり、緑色ＬＥＤから出射される電磁放射は、波長範囲が約４９５ナノメートル〜約５９０ナノメートルであり、赤色ＬＥＤから出射される電磁放射は、波長範囲が約５９０ナノメートル〜約６６０ナノメートルである。ある好適な実施形態において、本方法および装置は、紫色（３８０〜４４０ナノメートル）の電磁放射および組み合わせに合わせて構成されたＬＥＤデバイスを用いる。用途に応じて、三色よりも多くの色を用いて、所望の色および質の光を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】は、発光ダイオードを示す図である。
【００１２】
【図１Ｂ】は、ＬＥＤ装置の平面図である。
【００１３】
【図１Ｃ】は、別の発光ダイオード装置を示す。
【００１４】
【図１Ｄ】は、ＬＥＤ装置の平面図である。
【００１５】
【図１Ｅ】は、別の発光ダイオード装置を示す。
【００１６】
【図２】は、アレイ状に配置されたＬＥＤデバイスのＬＥＤパッケージを製造するプロセスを示す。
【００１７】
【図３】は、アレイ状に配置されたＬＥＤデバイスのＬＥＤパッケージを製造するプロセスを示す。
【００１８】
【図４】は、ＬＥＤパッケージを示す。
【００１９】
【図５】は、ＬＥＤパッケージの３Ｄ図である。
【００２０】
【図６】は、ＬＥＤパッケージの据え付けを示す。
【００２１】
【図７】は、ＬＥＤパッケージの別の据え付けを示す。
【００２２】
【図７Ａ】は、円状ＬＥＤパッケージの別の据え付けを示す。
【００２３】
【図８】は、ＡＣ給電ＬＥＤ光を示す。
【００２４】
【図８Ａ】は、ＡＣ給電ＬＥＤ光の分解図を示す。
【００２５】
【図８Ｂ】は、ＬＥＤ光システムを示す。
【００２６】
【図９】は、ＡＣ給電ＬＥＤ光の組み立てを示す。
【００２７】
【図１０】は、ＬＥＤパッケージの放熱を示す。
【００２８】
【図１１】は、ヒートシンクに取りつけられたＬＥＤパッケージの放熱を示す。
【００２９】
【図１２】は、ＬＥＤアレイを示す回路図である。
【００３０】
【図１２Ａ】は、ＬＥＤアレイの動作を示す。
【００３１】
【図１３】は、ＬＥＤ装置の性能を示す。
【００３２】
【図１４】は、抵抗チューニングを備えたＬＥＤアレイの回路図である。
【００３３】
【図１５】は、ＡＣレジスタを備えたＬＥＤアレイの回路図である。
【００３４】
【図１５Ａ】は、２２０ＶＡＣ電源を用いたＬＥＤアレイの回路図である。
【００３５】
【図１５Ｂ】は、２４ＶＤＣ電源を利用するように構成されたＬＥＤアレイの回路図である。
【００３６】
【図１６】は、ＬＥＤデバイスの色チューニングを示す。
【００３７】
【図１７】は、ＬＥＤデバイス用のカラーフィルタを用いた色チューニングを示す。
【００３８】
【図１８】は、ＬＥＤデバイス用の発光プレートを用いた色チューニングを示す。
【００３９】
【図１９】は、ＬＥＤデバイス用の吸収材料および／または反射材料を用いた色チューニングを示す。
【００４０】
【図２０】は、異なる色のＬＥＤデバイスを用いた色チューニングを示す。
【００４１】
発明の詳細な説明
本明細書中、「ＬＥＤデバイス」とは発光ダイオードを指し、「ＬＥＤパッケージ」とは、レジスタ、ダイオードおよびコンデンサなどの任意の関連電気部品を備えたパッケージ済みＬＥＤデバイスを指す。従来のＬＥＤデバイスの場合、複数のデメリットがある。例えば、高い光出力を達成するためには、ＬＥＤデバイスを共に束ねることが一般的である。しかし、このような配置構成は高コストであり、また構造の大型化にも繋がる。
【００４２】
照明市場における競争で有利に立つには、ＬＥＤの発光コストを低減することが望ましい。このような低減は、出力（すなわち、ルーメン／単位面積）を高めることによって達成することができ、そのためには、デバイスが動作する際の電流密度を高める必要がある。市販のＬＥＤの場合、典型的な動作電流密度は１００Ａ／ｃｍ２よりも低い。窒化ガリウム(ＧａＮ)を材料とするレーザダイオードの場合、動作電流密度は５〜１０ｋＡ／ｃｍ２であり、１００倍まで上昇する。そのため、ＬＥＤ動作電流密度を高めることが可能となり、これにより、発光コストが低減し、一般照明市場においてＬＥＤをより浸透させることが可能となる。しかし、今日市販されているＬＥＤは、サファイア、ＳｉＣまたはシリコンなどの基板上に製造される。そのため、高転位密度の原因となる。高転位密度は、高電流密度におけるＧａＮ光電子デバイスの短寿命化の原因として知られている。このような影響は、レーザダイオードにおいて特に顕著である。さらに、典型的なＩｎＧａＮを材料とするＬＥＤの場合、電流密度の上昇と共に効率が低下する（「電流降下」）。電流降下についての向上策が、バルクＧａＮ基板から作製されたＩｎＧａＮを材料とするＬＥＤにおいて実証されている。また、バルクＧａＮ基板の利用によって低転位密度（＜〜１Ｅ７ｃｍ−２）が可能となった場合、高電流密度において信頼性の高い動作が可能となる。よって、必要とされているのは、照明において有用かつ必要な動作特性（すなわち、高ルーメン密度、良好な熱管理、高い白色光変換効率、高信頼性、および柔軟な出力インターフェース）を提供しつつ、バルクＧａＮの利点を生かすことが可能なＬＥＤデバイスである。
【００４３】
図１Ａは、発光ダイオード装置の図である。ＬＥＤパッケージ１００は、基板１０１と、反射層１０２と、電気絶縁性である絶縁層１０３と、導電性パターン１０４Ａおよび１０４Ｂと、ＬＥＤ１０５とを含む。基板１０１はシリコン製であり、実質的に平坦な表面領域を有する。このような平坦な表面領域は、研磨プロセスによって達成されることが好ましい。あるいは、基板１０１は、シリコン、金属、セラミック、ガラスまたは単結晶ウエハー製であってもよい。ＬＥＤ１０５および任意の発光材料から出射された光は、基板１０１では吸収されるのとは対照的に、反射層１０２では反射される。反射層１０２の反射率は少なくとも８０％であり、典型的には反射率は９２％を越える。
【００４４】
反射層１０２は、銀またはアルミニウムなどの多様な材料から作製することが可能である。一実施形態では、反射率を向上させるために誘電コーティングを銀層またはアルミニウム層へと追加する。典型的には、約３９０ナノメートル〜約８００ナノメートルの波長における反射体１０２の平均反射率は９０％、９５％および９８％を越え、場合によっては９９％を越える。一実施形態において、前記反射層は、複数の金属材料層および誘電層を含む。
【００４５】
反射層１０２と、導電性パターン１０４Ａおよび１０４Ｂとの間に、光学的に透明な電気絶縁層１０３が設けられる。絶縁層１０３は、誘電材料からなる。前記誘電材料は、反射層１０２と、導電性パターン１０４との間の電気絶縁を提供する。誘電コーティングは、場合によっては、前記金属層の反射率を向上させつつ、電気絶縁機能を提供する。
【００４６】
絶縁層１０３は通常は誘電材料製である。多様な実施形態において、Ｓｉ０２、Ａ１Ｎ、Ａ１２０３および／またはＳｉＮまたはこれらの組み合わせを用いることができる。一実施形態において、前記絶縁層は、厚さが１ミクロンを越え、１キロボルトを越える電気絶縁を反射体１０２と導電性パターン１０４との間に提供する。電気絶縁用途に用いられる場合、前記絶縁層の熱伝導率は、少なくとも１Ｗ（ｍ−Ｋ）であることが好ましい。
【００４７】
導電性パターン１０４Ａおよび１０４Ｂは、通常は銀またはアルミニウム製であり、絶縁層１０３上に配置される。図１の側面図において、導電性パターンを２つだけ図示しているが、ＬＥＤパッケージにおいて多数の導電性パターンをアレイ状に配置することも可能である（例えば、図４に示すようなＭ個×Ｎ個の導電性パターンのアレイ）。これらの導電性パターンはそれぞれ、ＬＥＤデバイスへの給電に用いられ、その目的のためにさらなる回路を含み得る。製造プロセスにおいて、これらの導電性パターンは、先ず絶縁層上に形成される際にそれぞれに電気的に絶縁され、その後（例えば、ワイヤーボンディングにより）所望の構成で相互に接続される。ワイヤーボンディングプロセスは、蛍光体材料の蒸着前に行ってもよいし、後に行ってもよい。これらの導電性パターンは好適には反射性であり、例えば少なくとも８０％の反射率を有する。
【００４８】
前記導電性パターン上に配置されたＬＥＤデバイスは、特定の波長の特定のＬＥＤを所望のパターンで配置した構成とすることができる。図中、ＬＥＤ１０５は、導電性パターン１０４Ａへと接続される。導電性パターン１０４Ａは、ＬＥＤ１０５へ給電する回路を含む。ＬＥＤパッケージ１００は、用途に応じて、他のコンポーネントを含み得る。通常、前記ＬＥＤデバイスならびに前記ワイヤーボンドおよび他の回路は例えばシリコーン中に封入され、場合によっては蛍光体と共に封入される。装置１００はまた、前記ＬＥＤ上にカバー部材を含み得、これにより前記ＬＥＤの保護および／または前記ＬＥＤパッケージから出射された光の色の調節が行われる。
【００４９】
前記ＬＥＤパッケージへの給電は、例えば、ＤＣ電源インターフェースまたはＡＣ電源インターフェースを配置するなどの多様な方法で行うことができる。前記ＬＥＤパッケージは、前記ＬＥＤへの給電のためのアクティブドライバ回路または全波整流回路を含み得る。前記ＬＥＤデバイスは、当該電源に整合する順方向電圧を達成できるよう、直列構成または直並列構成で接続することができる。ＬＥＤパッケージ１００は、アレイ状のＬＥＤデバイスによって構成されているため、柔軟に実装することが可能である。前記ＬＥＤパッケージからの光出力量は、ＬＥＤデバイスの数を変更またはＬＥＤチップの寸法を変更することにより調節できる。
【００５０】
図１Ｂは、ＬＥＤ装置の平面図である。図示のように、ＬＥＤデバイスが導電性パッド上に配置される。ＬＥＤデバイスへの給電を行うには、ＬＥＤデバイスの上部を１つの電気接合部へと接続し、前記ＬＥＤデバイスの下部を真下の導電性パッドを通じて別の電気接合部へと接続する。
【００５１】
図１Ｃは、本発明の実施形態による別の発光ダイオード装置を示す。図示のように、ＬＥＤパッケージ１５０は、基板１５１と、任意選択の反射層１５４と、絶縁層１５２と、導電性パターン１５３Ａおよび１５３Ｂと、ＬＥＤ１５５とを含む。基板１５１は、平面状の基板であり、実質的に平坦な表面領域を有する。このような平面状の表面は研磨によって得ることができ、本質的にシリコンから成るのが好ましいが、金属、セラミック、ガラス、結晶性ウエハーなどから構成されてもよい。任意選択の電気的に誘電絶縁層（単数または複数）１５２が、基板１５５上に設けられる。絶縁層１５２により、基板１５１と、導電性パターン１５３との間の電気絶縁が得られる。前記絶縁層は、図１Ａで説明した材料および方法で形成することができる。
【００５２】
図１Ｃが図１Ａと異なる点として、導電性パターン１５３Ｂおよび絶縁層１５２上に反射層１５４が設けられている点がある。反射層１５４は、ＬＥＤ１０５および／または発光材料から出射された光を反射する。反射層１５４は、少なくとも８０％の高反射率を有すると好ましいが、一実施形態において、前記反射層の平均反射率は９７％よりも高い。
【００５３】
反射層１５４は、銀またはアルミニウムなどの多様な種類の材料から構成することができる。また、反射率をさらに向上させるために、前記銀層またはアルミニウム層に誘電コーティングを施してもよい。約３９０ナノメートル〜約８００ナノメートルの波長において、このような反射体１５４の平均反射率は９０％、９５％、９８％を越え、あるいはさらには９９％を越え得る。一実施形態において、前記反射層は、複数の層を含む。前記複数の層は、金属反射層および誘電層を含む。上述したように、ＬＥＤパッケージ１５０は、ワイヤーボンド、封入材料、およびカバーなどの他のコンポーネントを含み得、適切に給電され得る。前記金属反射体の下側には、図１Ｃ中に図示されない電気絶縁層が設けられる。この電気絶縁層は、前記金属反射体層を前記回路層から電気的に絶縁する。別の実施形態において、前記反射層１５４は金属ではなく、ルチルＴｉ０２粒子のアナターゼなどの高反射散乱反射体である。
【００５４】
図１Ｄは、ＬＥＤ装置の平面図であり、ワイヤーボンドを示す。ＬＥＤデバイスへの給電を行うために、ＬＥＤデバイスの上部を１つの電気接合部へと接続し、前記ＬＥＤデバイスの下部を下側の導電性パッドを通じて別の電気接合部へと接続する。
【００５５】
図１Ｅは、本発明の別の実施形態による別の発光ダイオード装置を示す。図示の構造は、上記したものに類似する。しかし、図１Ｅにおいては、基板材料は導電性または半絶縁性であり得る。基板材料が導電性である場合（例えば、抵抗率が１００オーム／ｃｍ未満の場合）、導電性パターンと前記基板材料との間に絶縁層を設ける。一方、基板材料が半絶縁性である場合（例えば、抵抗率が少なくとも１００オーム／ｃｍ）である場合、前記絶縁層は任意選択であり、導電性パターンを前記基板材料上に直接設けてもよい。前記導電性パターンは、絶縁空隙によって相互に電気的に絶縁される。前記絶縁空隙は、空隙であってもよいし、あるいは絶縁材料で充填してもよい。
【００５６】
図２は、アレイ状に配置されたＬＥＤデバイスのＬＥＤパッケージの製造プロセスを示す。ＬＥＤパッケージの製造のための基板材料として、シリコンウエハー基板２０１を用いる。ここで、比較的低コストであることから、８インチのウエハーを選択している（２０１０年前半において１ウエハーあたり約６５ドル）。効率および経済性双方のために、他のサイズのウエハーを用いることも可能である。
【００５７】
シリコン基板２０１に研磨を行い、平面状にする。シリコン基板２０１は高熱伝導率を有し、例えば、バルク熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ−ｋ）を越える。シリコン基板２０１を処理した後、シリコン基板２０１の表面上に反射面を形成する。図２において、基板２０２は、シリコン基板２０１を含む。前記シリコン基板２０１上には、例えば、銀、アルミニウムまたは他のコーティングなどの反射層が施されている。
【００５８】
光学的に透明な電気的絶縁層１０３は、通常は厚さ約０．５ミクロンであり、前記反射層上に形成される。この層については、図１を参照して上述した。導電性パターン層を基板２０３上に形成する。基板２０３上に図示するように、９組の導電性パターンが３×３の構成で形成され、各導電性パターン組は、ＬＥＤデバイスの据え付けのための３６個の導電性領域を含む。これらの導電性パターンは、所望のファウンドリ適合プロセスを用いて形成される。一実施形態において全ての電気接点および導電性パターンが前記シリコンの単一上面上に配置される。そのため、高価なビアが不要となる。前記導電性パターンの形成に用いられる材料およびプロセスは、低コストおよび高性能が得られるように選択される（例えば、２０１０年前半においては、１ウエハーあたり約２５ドル）。前記導電性パターンは、電気接点を提供する金属材料を含み、また高反射性でもある。
【００５９】
例えばシリコーン製のダム構造は、基板２０４上に図示するように、導電性パターンを相互に分離させるために形成される。前記シリコンダムによって囲まれた導電性パターンのそれぞれの寸法は、約６．５ｍｍ×６．５ｍｍである。前記ダムは、例えば、プラスチック、シリコン、金属、セラミック、テフロン（登録商標）などの任意の適切な材料で構成することも可能である。前記ダムの空洞構造により、液状のシリコーン材料が保持される。好適な実施形態において、前記ダムは、５０％を越える鏡面反射率または散乱反射率で光学的に反射する。
【００６０】
図３は、アレイ状に配置されたＬＥＤデバイスのＬＥＤパッケージの製造プロセスを示す。図３は、図２に示すような、部分的に製造されたＬＥＤパッケージを示す。基板３０１上に、ダイおよびワイヤーボンディングを形成して、導電性パターンの回路を接続する。用途に応じて、例えば、ボールボンディング、ウェッジボンディングなどの多様な種類のワイヤーボンディングプロセスを利用することができる。ワイヤーボンドにおいて、例えば、金、銀、銅、アルミニウムおよび／または他の材料などの多様な種類の材料を利用することができる。ワイヤーボンディングプロセスは、前記ダムの形成前に行ってもよいし、あるいは形成後に行ってもよい。
【００６１】
基板３０１上において、ＬＥＤデバイスを前記導電性パターンに接合する。前記ＬＥＤデバイスはそれぞれ、通常約３００マイクロメータ×約３００マイクロメータ未満である。もちろん、例えば、紫外線、紫色および／または青色を発光するＬＥＤであって、バルク窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を用いて形成されたＬＥＤなど、任意の所望の種類のＬＥＤデバイスを用いてもよい。前記ＬＥＤデバイスは、高性能の単色の極性ＬＥＤ、非極性ＬＥＤおよび／または半極性ＬＥＤとして、波長変換材料（単数または複数）と相互作用して、白色光を提供するものであることが好ましい。ＬＥＤダイは、例えば、金錫半田または銀ダイ接着エポキシなどの半田材料を用いて前記導電性パターンへと接合することができる。
【００６２】
一実施形態において、紫色の非極性、半極性または極性ＬＥＤが、青色、緑色および赤色を発光する３つの蛍光体の混合物と共にパッケージされる。別の実施形態において、青色の非極性、半極性または極性のＬＥＤが、緑色および赤色を発光する２つの蛍光体の混合物と共にパッケージされる。さらに別の実施形態において、緑色または黄色の極性、非極性または半極性ＬＥＤが、青色ＬＥＤおよび赤色発光蛍光体と共にパッケージされる。例えば、次の文献に記載されているように、多様な種類の蛍光体材料を利用することができる（米国特許出願第６１／３０１，１８３号、出願日：２０１０年２月３日（弁理士整理番号第０２７３６４−００９９００）、名称：「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｐａｃｋａｇｅ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｌｌｉｕｍ  ａｎｄ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」）。この文献は本明細書中、同文献をあらゆる目的および参考のために援用される。
【００６３】
非極性、半極性または極性のＬＥＤは、バルク窒化ガリウム基板上に形成され得る。前記窒化ガリウム基板は、水素化気相成長または熱アンモニア成長によって当該分野において公知の方法で成長されたブールからスライスされ得る。１つの特定の実施形態において、前記窒化ガリウム基板は、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第６１／０７８７０４号に開示されるように、水素化気相成長および熱アンモニア成長の組み合わせによって作製される。本明細書中、同文献を参考のため援用する。前記ブールは、単結晶種晶上においてｃ方向、ｍ方向、ａ方向または半極性方向に成長させることができる。半極性面は、（ｈｋｉｌ）ミラー指数によって指定することができ、ここでｉ＝−（ｈ＋ｋ）であり、Ｉは非ゼロであり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである。前記窒化ガリウム基板に対し、切断、ラッピング、研磨および化学機械研磨を行うことができる。前記窒化ガリウム基板の配向は、｛１−１００｝ｍ面、｛１１−２０｝ａ面、｛１１−２２｝面、｛２０−２±１｝面、｛１−１０±１｝面、｛１−１０−±２｝面または｛１−１０±３｝面において±５度、±２度、±１度または±０．５度以内でありえる。前記窒化ガリウム基板の大面積表面の面内における転位密度は、１０８ｃｍ−２未満、１０７ｃｍ−２未満、１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、１０４ｃｍ−２未満または１０３ｃｍ−２未満である。前記窒化ガリウム基板のｃ面における転位密度は、１０８ｃｍ−２未満、１０７ｃｍ−２未満、１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、１０４ｃｍ−２未満またはさらには１０３ｃｍ−２未満であり得る。
【００６４】
ホモエピタキシャル非極性または半極性のＬＥＤは、前記窒化ガリウム基板上に当該分野において公知の方法で作製される。当該分野において公知の方法の例として、例えば、米国特許第７，０５３，４１３号中に開示された方法があり、同文献全体は参考のために本明細書に援用される。米国特許第７，３３８，８２８号および第７，２２０，３２４号に開示された方法に従って、少なくとも１つのＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層（ここで、０≦ｘ≦ｌ、０≦ｙ≦ｌ、および０≦ｘ＋ｙ≦１）を前記基板上に堆積させる。そして、これらの文献全体は参考のために本明細書に援用される。前記少なくとも１つのＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層は、有機金属化学蒸着、分子線エピタキシー、水素化気相成長またはこれらの組み合わせによって堆積してもよい。一実施形態において、前記ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層に含まれる活性層に電流が流れると、前記活性層は優先的に発光する。１つの特定の実施形態において、前記活性層は、厚さ約０．５ｎｍ〜約４０ｎｍの単一量子井戸を含む。特定の実施形態において、前記活性層は、厚さ約１ｎｍ〜約５ｎｍの単一量子井戸を含む。他の実施形態において、前記活性層に含まれる単一量子井戸の厚さは、約５ｎｍ〜約１０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１５ｎｍ、約１５ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約２５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約３５ｎｍまたは約３５ｎｍ〜約４０ｎｍである。別の１組の実施形態において、前記活性層は、複数の量子井戸を含む。さらに別の実施形態において、前記活性領域は、厚さ約４０ｎｍ〜約５００ｎｍの二重ヘテロ構造を含む。１つの特定の実施形態において、前記活性層は、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ層を含む（ここで、０≦ｙ≦１）。
【００６５】
インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をｐ型接点としてｐ型接点層上に電子ビーム蒸着し、高速熱アニーリングを行う。約３００×３００μｍ２の大きさのＬＥＤメサを塩素系誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）技術を用いたフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを露出ｎ−ＧａＮ層上に電子ビーム蒸着して、ｎ型接点を形成する。Ｔｉ／Ａｕを前記ＩＴＯ層の一部に電子ビーム蒸着してｐ接点パッドを形成し、前記ウエハーをダイシングして、別個のＬＥＤダイを得る。従来のワイヤーボンディングにより、電気接点を形成する。もちろん、他の変更、改変および代替も可能である。例えば、ＡｇまたはＡｌに基づいた反射ｐ接点において重要であるｐダウン構成が用いられる。
【００６６】
デバイス製造の一実施形態において、前記エピタキシャル構造上にｐ接点を堆積させる。この層は、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌまたは任意の他の適切な材料を含み得、金属リフトオフ技術またはエッチ技術によってパターニングすることができる。その後、例えば、ＴｉＷなどの拡散障壁を前記ｐ接点上に堆積させる。その後、前記ウエハーをパターニングし、前記エピタキシャル層を前記活性領域を過ぎた箇所までエッチングして、前記ｎ型材料またはバルク材料を露出させる。このＧａＮエッチングは、通常、プラズマドライエッチングを介して達成されるが、例えば光電気化学エッチングによって行うこともできる。その後、例えば、ＳｉＮｘまたはＳｉ０２などの誘電層の蒸着およびパターニングによってメサ側壁をパッシベートする。その後、誘電体中のビアを介してパッド金属をｐ接点上に堆積およびパターニングする。このパッド金属は、例えばＡｕ、ＡｕＳｎ、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｌ中で終端させることができ、その結果、前記ダイをキャリア基板へと取りつけることが可能となる。その後、前記ウエハーをひっくり返し、ｎ接点を堆積およびパターニングする。ｎ接点パターニングの前に、例えばダイヤモンドラッピングを介して前記バルク基板を肉薄化することができる。最後に、前記ウエハーを単一化して個々のダイスにする。この単一化は、例えばレーザスクライブおよびブレークまたはダイヤモンドブレード鋸切断を用いて行われる。別のフローを構築してもよく、その場合、ｐ接点メタライゼーションの前にメサエッチを行う。同様に、前記ｎ接点を第１の工程として行ってもよいし、あるいは、部分的単一化を前記ｎ−接点工程の前に行ってもよい。光抽出を向上させるために、表面粗面化工程を行ってもよいし、あるいは、前記ｎ−接点側またはダイ側壁を抽出向上機能によってさらにパターニングしてもよい。前記ＬＥＤチップからの熱除去を促進するために、典型的にはｐ側を下方にして前記デバイスを取りつけることで、光生成領域からヒートシンクへの距離を低減させる。
【００６７】
特定の実施形態において、前記１つ以上のエンティティは、青色光、緑色光および赤色光を発光することが可能な波長変換材料の混合物を含む。一例として、前記青色発光波長変換材料は、以下からなる群から選択される：（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）５（Ｐ０４）３（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＯＨ）：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；Ｓｂ３＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＢＰＯ５：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｓｒ、Ｃａ）１０（ＰＯ４）６＊ｎＢ２Ｏ３：Ｅｕ２＋；２ＳｒＯ＊０．８４Ｐ２Ｏ５＊０．１６Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ２＋；Ｓｒ２Ｓｉ３０８＊２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２０７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋（ＳＡＥ）；ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ２＋；およびこれらの混合物。前記緑色波長変換材料は、以下からなる群から選択される：（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ＢＡＭｎ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ）ＢＯ３：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋；Ｃａ８Ｍｇ（Ｓｉ０４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ０４：Ｅｕ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２（Ｍｇ、Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ、ｌｎ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋；（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｌｕ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）８（Ｍｇ、Ｚｎ）（ＳｉＯ４）４Ｃ１２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ＣＡＳＩ）；Ｎａ２Ｇｄ２Ｂ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋；（Ｂａ、Ｓｒ）２（Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ）Ｂ２Ｏ６：Ｋ、Ｃｅ、Ｔｂ；およびこれらの混合物。前記赤色波長変換材料は、以下からなる群から選択される：（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；Ｙ２（Ｏ、Ｓ）３：Ｅｕ３＋；Ｃａ１−ｘＭｏ１−ｙＳｉｙＯ４（ここで、０．０５≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１；（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）５Ｅｕ（Ｗ、Ｍｏ）Ｏ４；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；３．５ＭｇＯ＊０．５ＭｇＦ２＊ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋（ＭＦＧ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇｘＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ここで、1＜ｘ≦２）；（ＲＥ１−ｙＣｅｙ）Ｍｇ２−ｘＬｉｘＳｉ３−ｘＰｘＯ１２（ここで、ＲＥは、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｇｄ、ＹおよびＴｂのうち少なくとも１つであり、０．０００１＜ｘ＜０．１および０．００１＜ｙ＜０．１；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｌａ）２−ｘＥｕｘＷ１−ｙＭｏｙＯ６（ここで、０．５≦ｘ．≦１．０、０．０１≦ｙ≦１．０）；（ＳｒＣａ）１−ｘＥｕｘＳｉ５Ｎ８（ここで、０．０１≦ｘ≦０．３）；ＳｒＺｎＯ２：Ｓｍ＋３；ＭｍＯｎＸ（ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、アルカリ土類金属およびこれらの混合物からなる群から選択され、Ｘはハロゲン（１≦ｍ≦３および１≦ｎ≦４）であり、前記ランタニドドーピングレベルは、０．１〜４０％のスペ��トル重みの範囲であり得、およびＥｕ３＋活性リン酸塩またはホウ酸蛍光体；ならびにこれらの混合物。
【００６８】
図３を参照して、デバイス３０２上において、蛍光体およびシリコーン材料を前記ＬＥＤデバイスおよびワイヤ上に配置する。他の特徴のうち、前記シリコーン材料は、前記ＬＥＤデバイスおよび前記ワイヤを保護する媒体充填物として機能する。さらに、前記シリコーン材料は、前記電気接点およびワイヤの絶縁および密封機能も提供する。他の種類の材料も媒体充填物に利用することができる。例えば、媒体充填物材料を挙げると、エポキシ、ガラス、スピンオンガラス、プラスチック、ドープされたポリマー、金属、または半導体材料（例えば、積層材料および／または複合材料を含む）。上述したように、ワイヤーボンディングおよび蛍光体分配の順序は、変更することができる。特定の実施形態において、蛍光体分配をワイヤーボンディングの前に行う。
【００６９】
実施形態に応じて、ポリマーを含む媒体は初期においては流体状態であり、筺体の内部領域を充填している。特定の実施形態において、前記媒体は、前記ＬＥＤデバイス（単数または複数）を充填および密封することができる。その後、特定の実施形態に従って、前記媒体は硬化され、実質的に安定した状態で充填される。前記媒体は光学的に透明であることが好ましいが、特定の実施形態に従って選択的に透明でありかつ／または半透明にしてもよい。加えて、特定の実施形態によれば、前記媒体は硬化後は実質的に不活性である。好適な実施形態において、前記媒体は吸収能力が低いため、前記ＬＥＤデバイスから発生した電磁放射のうち実質的部分が前記媒体を横断し、１つ以上の第２の波長において前記筺体を通じて出力される。
【００７０】
他の実施形態において、前記媒体をドープまたは処理することで、１つ以上の選択された光波長を選択的にフィルタリング、分散または影響付与することができる。一例として、前記媒体を例えば金属、金属酸化物、誘電体または半導体材料ならびに／あるいはこれらの材料の組み合わせによって処理することができる。
【００７１】
一例として、蛍光体材料を波長変換エンティティの一部として用いる。一実施形態において、多様な種類の材料が、波長変換エンティティを形成する。好適な実施形態において、図示のような波長選択性材料によって吸収された電磁放射を変換する材料により、波長変換エンティティが提供される。特定の実施形態において、前記波長変換エンティティは、一次ＬＥＤ発光によって励起され、第２の波長の電磁放射を出射する。好適には、前記エンティティは、青色発光との相互作用から、実質的に黄色の光を出射する。特定の実施形態において、蛍光体粒子である複数のエンティティの平均寸法は、約１５ミクロン以下である。
【００７２】
一実施形態において、前記ＬＥＤパッケージ上に蛍光体粒子が堆積される。蛍光体粒子は、上記した波長変換材料または当該分野において公知の他の材料のうちいずれかを含み得る。蛍光体粒子１０３の平均粒径分布は、約０．１ミクロン〜約５０ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子の粒径分布は単峰性であり、有効直径のピークは約０．５ミクロン〜約４０ミクロンである。他の実施形態において、蛍光体粒子の粒径分布は、２つの直径において局所的ピークとなる二峰性であり、３つの直径において局所的ピークとなる三峰性であり、または４つ以上の有効直径において局所的ピークとなるマルチモーダルである。
【００７３】
特定の実施形態において、前記エンティティは、（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｌａ）３（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ならびにＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅを含むコロイド量子ドット薄膜から選択された蛍光体または蛍光体混合物を含む。他の実施形態において、前記デバイスは、実質的に赤色の光を発光することが可能な蛍光体を含み得る。
【００７４】
量子ドット材料は、ある種の半導体と、希土類元素ドープ酸化物ナノ結晶とを含み、そのサイズおよび化学的性質により、量子ドット材料の発光特性が決定される。前記半導体量子ドットの典型的な化学的性質は、以下の周知のものを含む：（ＺｎｘＣｄｌ−ｘ）Ｓｅ[ｘ＝０．．１]、（Ｚｎｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｓｅ[ｘ＝０．．１]、Ａｌ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）[ｘ＝０．．１]、（Ｚｎｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｔｅ[ｘ＝０．．１]、Ｔｉ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）[ｘ＝０．．１]、Ｉｎ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）[ｘ＝０．．１]、（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）Ｓｂ[ｘ＝０．．１]、（Ｈｇｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｔｅ[ｘ＝０．．１]閃亜鉛鉱半導体結晶構造。希土類元素ドープ酸化物ナノ結晶の公開例を挙げると、Ｙ２０３：Ｓｍ３＋、（Ｙ、Ｇｄ）２０３：Ｅｕ３＋、Ｙ２０３：Ｂｉ、Ｙ２０３：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｙ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｌｕ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｙ３Ａ１５）１２：Ｃｅがあるが、他の単純酸化物またはオルトケイ酸塩を除外するものではない。これらの材料のうち多くは、有毒であると考えられている前記ＣｄおよびＴｅ含有材料の適切な代替材料として積極的に検討されている。
【００７５】
このような蛍光体は、以下のうち１つ以上から選択される：（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；Ｙ２（Ｏ、Ｓ）３：Ｅｕ３＋；Ｃａ１−ｘＭｏ１−ｙＳｉｙＯ４（ここで、０．０５≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１；（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）５Ｅｕ（Ｗ、Ｍｏ）Ｏ４；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；３．５ＭｇＯ＊０．５ＭｇＦ２＊ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋（ＭＦＧ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇｘＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ここで、1<ｘ≦２）；（ＲＥ１−ｙＣｅｙ）Ｍｇ２−ｘＬｉｘＳｉ３−ｘＰｘＯ１２（ここで、ＲＥは、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｇｄ、ＹおよびＴｂのうち少なくとも１つであり、０．０００１＜ｘ＜０．１および０．００１＜ｙ＜０．１；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｌａ）２−ｘＥｕｘＷ１−ｙＭｏｙＯ６（ここで、０．５≦ｘ．≦１．０、０．０１≦ｙ≦１．０）；（ＳｒＣａ）１−ｘＥｕｘＳｉ５Ｎ８（ここで、０．０１≦ｘ≦０．３）；ＳｒＺｎＯ２：Ｓｍ＋３；ＭｍＯｎＸ（ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、アルカリ土類金属およびこれらの混合物からなる群から選択され、Ｘはハロゲン（１≦ｍ≦３および１≦ｎ≦４）であり、前記ランタニドドーピングレベルは、０．１〜４０％のスペクトル重みの範囲であり得、およびＥｕ３＋活性リン酸塩またはホウ酸蛍光体；ならびにこれらの混合物。
【００７６】
前記波長変換材料は、セラミックであってもよいし、堆積薄膜であってもよいし、あるいは、別箇の粒子蛍光体、セラミックまたは単結晶半導体プレート下方変換材料、有機または無機下方変換器、ナノ粒子、または一次エネルギーの１つ以上の光子を吸収する他の任意の材料であってもよく、これにより、二次エネルギーの１つ以上の光子を出射する（「波長変換」）。一例として、前記波長変換材料を以下に挙げる：
（Ｓｒ、Ｃａ）１０（ＰＯ４）６＊ＤＢ２Ｏ３：Ｅｕ２＋（ここでは、０＜ｎ１）
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）５（ＰＯ４）３（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＯＨ）：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＢＰＯ５：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８＊２ＳｒＣ１２：Ｅｕ２＋
（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
ＢａＡ１８Ｏ１３：Ｅｕ２＋
２ＳｒＯ＊０．８４Ｐ２Ｏ５＊０．１６Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ２＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋
（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ）ＢＯ３：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２（Ｍｇ、Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）２Ｓ１＿ｘＯ４＿２ｘ：Ｅｕ２＋（ここでは、０＜ｘ＝０．２）
（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ、ｍ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋
（Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ）２＿ｕ＿ｖＣｅｖＣａｌ＋ｕＬｉｗＭｇ２＿ｗＰｗ（Ｓｉ、Ｇｅ）３＿ｗ０１２＿ｕ／２（ここで、−Ｏ．ＳＳｕ＾ｌ；０＜ｖ£Ｑ．１；およびＯＳｗ＾０．２
（Ｃａ、Ｓｒ）８（Ｍｇ、Ｚｎ）（Ｓｉ０４）４Ｃ１２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
Ｎａ２Ｇｄ２Ｂ２０７：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋
（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ｖＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋
（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｌｕ）３（Ｓｃ、Ａｌ、Ｇａ）５＿ｎＯ１２＿３／２ｎ：Ｃｅ３＋（ここでは、０＾０＾０．５）
ＺｎＳ：Ｃｕ＋、Ｃｌ〜
ＺｎＳ：Ｃｕ＋、Ａｌ３＋
ＺｎＳ：Ａｇ＋、Ａｌ３＋
ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋
ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ｎＳｉｎＮｎ：Ｅｕ２＋（ここでは、２ｎ＋４＝３ｎ）
Ｃａ３（ＳｉＯ４）Ｃｌ２：Ｅｕ２＋
ＺｎＳ：Ａｇ＋、Ｃｌ〜
（Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ）２＿ｎＣａｎＳｉ４Ｎ６＋ｎＣ１＿ｎ：Ｃｅ３＋、（ここでは、ＯＳｎ＾０．５）
Ｅｕ２＋および／またはＣｅ３＋でドープされた、（Ｌｕ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｙ）ａｌｐｈａ−ＳｉＡｌＯＮ
（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）ＳｉＯ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋
【００７７】
本出願の目的のため、蛍光体中に２つ以上のドーパントイオン（すなわち、上記蛍光体中のコロンに従うイオン）が含まれている場合、当該蛍光体中には少なくとも１つの（ただし、必ずしも全てではない）前記材料内のドーパントイオンが含まれることを意味することが理解される。すなわち、当業者であれば理解するように、この種の表記によれば、前記蛍光体は、上記配合中においてドーパントとして指定されたイオンのうち任意のものまたは全てを含み得る。
【００７８】
色バランスのために、蛍光体材料にシリコーン材料を付加することができる。上記したように、高性能の青色ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤパッケージの光源として用いられる。例えば、前記蛍光体材料からの黄色および前記ＬＥＤからの青色を組み合わせることにより、一般照明に用いられることの多い白色光が得られる。多様な実施形態において、青色ＬＥＤデバイスの色バランスに基づいて、一定量蛍光体材料が選択される。蛍光体材料をシリコーン材料と混合することで、ＬＥＤパッケージに合った白色光を得ることができる。
【００７９】
好適な実施形態において、前記波長変換材料は、約３００ミクロンの熱シンク内である。前記熱シンクは表面領域を含み、前記熱シンクの熱伝導率は、約１５ワット／ｍケルビン、１００ワット／ｍケルビン、２００ワット／ｍケルビン、３００ワット／ｍケルビン以上である。
【００８０】
一実施形態において、前記波長変換材料は、平均粒子間距離が前記波長変換材料の平均粒径の２倍未満である点において特徴つけられ、また、平均粒子間距離が前記波長変換材料の平均粒径の３倍未満である点において特徴つけられ、また、平均粒子間距離が前記波長変換材料の平均粒径または他の寸法の５倍未満である点において特徴つけられる。より好適な実施形態において、波長選択性表面が提供される。好適な実施形態において、前記波長選択性表面は、透明材料である（例えば、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）スタック、回折格子、選択的波長を散乱するように調整された粒子層、光子結晶構造、特定波長におけるプラズモン共鳴向上のために調整されたナノ粒子層、ダイクロイックフィルタなど）が、その他でもよい。
【００８１】
上記において、蛍光体材料または蛍光体のような材料であるエンティティについて主に記載してきたが、他の「エネルギー変換発光材料」（例えば、蛍光体、半導体、半導体ナノ粒子（「量子ドット」）、有機発光材料など）ならびにこれらの組み合わせも利用可能であることが認識される。前記エネルギー変換発光材料は一般的には、波長変換材料（単数）および／または波長変換材料(複数)である。
【００８２】
一実施形態において、部分的に処理されたデバイス３０３上に示されているように、基板上にカバー部材が設けられる。このカバー部材は実質的に透明であるため、ＬＥＤデバイスからの光を透過させることができる。例えば、ポリマー材料やガラス材料などの多様な種類の材料を前記カバー部材のために用いることができる。特定の実施形態において、前記カバー部材は、カラーバランスを提供するカラーである。一実施形態において、ＬＥＤデバイスの色温度を測定する。この色温度に基づいて、ＬＥＤデバイスから前記カバー部材を通じて発光される光の色バランスが一般照明に適した白色に実質的になるように、特定の色および／または色パターンを前記カバー部材に合わせて選択する。
【００８３】
図示のような部分的に処理されたデバイス３０３は、９個の部分的に処理されたＬＥＤパッケージを３×３のアレイ構成で含む。前記３×３アレイはひとえに例示のために用いたものであることが理解されるべきである。例えば、６．５×６．５ｍｍの寸法のＬＥＤパッケージの場合、８インチの処理済みウエハーから、６９０のＬＥＤパッケージを得ることができる。前記ＬＥＤパッケージを後で用いるために、前記ＬＥＤパッケージを分離する。利用する特定の製造プロセスに応じて、スクライビング、切断および／または他のプロセスを用いて、前記ＬＥＤパッケージを相互に分離することができる。
【００８４】
図３に示すように、図示のようなＬＥＤデバイス３０４は、処理されたデバイス３０３の一部である。ＬＥＤデバイス３０４の構成部品を挙げると、例えば、基板、反射層、絶縁層、導電性パターンおよび／または回路、相互に電気的に接続されたＬＥＤデバイス、シリコーンダムまたはケーシング、封入材料、およびカバー部材がある。図示のように、前記シリコーンダムおよび前記カバー部材の角部は、パッケージング目的のために部分的に切除されている。
【００８５】
図４は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージを示す。ＬＥＤパッケージ４００は、図４の上面図に示すように、３６個のＬＥＤデバイスのアレイを含む。これら３６個のＬＥＤデバイスは、直列接続され、６×６アレイ構成で配置される。４．２×４．２ｍｍの空洞領域が前記ＬＥＤデバイスに設けられ、隣接する２つのＬＥＤデバイス間の距離は約０．６ｍｍである。例示的な配置構成において、前記ＬＥＤパッケージは、約１１０Ｖのｒｍｓ電圧のＡＣ源によって給電される。前記例示的ＬＥＤパッケージの仕様を下記に示す。
電流／ＬＥＤ（平均）    ０．１２０Ａ
電流密度（平均）       
２００Ａ／ｃｍ２
順方向電圧（平均）             
３．３〜＊３．８Ｖ
ＬＥＤへの給電（平均）１４．７Ｗ
ＥＱＥ                 
５５％
紫色出力               
７．５Ｗ
白色出力               
２．５Ｗ
ルーメン／Ｗｖｉｏｌｅｔ    
１４１
光出力                 
１０６０ルーメン
【００８６】
上記仕様のＬＥＤパッケージは、一般照明に適している。下記に示すように、前記ＬＥＤパッケージは、１１０ＶＡＣ電源によって給電される。例えばドライバー回路が無いので、ＬＥＤパッケージの製造コストが低減される。動作条件および要求に応じて、他の類似の配置構成（例えば、２２０ＶＡＣ電源のためのＬＥＤアレイまたは１２、２４、３６ＶＤＣ電源など）が可能である。
【００８７】
他の実施形態において、前記ＬＥＤパッケージは、例えば、集積回路、センサー、マイクロマシン電子機械システムまたはこれらの任意の組み合わせなど、他の種類の電子デバイスを含み得る。さらに、前記シリコンキャリア基板は、埋設回路を含み得る。一実施形態において、前記ＬＥＤパッケージは、論理デバイス、センサー、メモリまたは処理デバイスを含む回路を含むか、または、この回路に接続される。
【００８８】
図５は、本発明の実施形態によるＬＥＤパッケージの３Ｄ図である。図５に示すようなＬＥＤパッケージは、１０００ルーメンを超える光を提供するように、構成されている。上記したように、下面への接続において電気ビアは不要であるため、ＬＥＤパッケージの製造コストが他の技術よりも低くなる。前記ＬＥＤパッケージは、シリコンチップ製造において用いられるようなファウンドリ適合プロセスにおいて製造される。下記に示すような多様な実施形態において、前記ＬＥＤパッケージのパッケージングにおいて、既存の技術および装置に適合する半導体パッケージング技術が用いられる。例えば、前記ＬＥＤパッケージは、表面実装デバイス（「ＳＭＤ」）として形成することもできるし、あるいは、ねじ、スペードベースおよび他の手段によって固定することが可能なリードフレーム上に形成することもできる。
【００８９】
図６は、本発明の実施形態によるＬＥＤパッケージの取り付けを示す。デバイス６０１上に示すように、クワッドフラットノーリード（ＱＦＮ）銅リードフレームおよび／または様々な種類のリードフレームを用いて作製されたリードフレーム上に、ＬＥＤパッケージを実装する。図６に示すように、前記リードフレームの特定位置をハーフエッチングすることにより、電気的絶縁を提供する。前記ＬＥＤパッケージは、前記リードフレームに取り付けられる。整流器およびレジスタなどの電気部品を前記リードフレーム上に任意選択的に設け、前記ＬＥＤパッケージへと電気的に接続して、前記ＬＥＤパッケージへ電力を供給する。ワイヤーボンドまたは他の電気接続手段を用いて、前記ＬＥＤパッケージを電気部品および／または他の電子部品へと接続する。
【００９０】
デバイス６０２上に示すように、成形材料を用いて、多様な電気部品を前記リードフレーム上に密封する。前記成形材料は、電気絶縁を提供するだけでなく、前記ＬＥＤパッケージおよび前記電気成分双方を保護する。デバイス６０３上に示すように、前記リードフレームの裏には、他の電気デバイスへの接続のためのＳＭＤパッドインターフェースを含む。前記リードフレームはまた、前記ＬＥＤデバイスから発生する熱の放散のための隔離熱パッドも含み得る。前記隔離熱パッドにより、電気的絶縁および熱伝導性が可能になり、これにより、前記ＬＥＤパッケージからの放熱が可能となる。
【００９１】
図７は、本発明の実施形態によるＬＥＤパッケージの別の取り付けを示す。デバイス７０１上に示すように、クワッドフラットノーリード（ＱＦＮ）銅リードフレームおよび／または様々な種類のリードフレームを用いて、ＬＥＤパッケージをリードフレーム上に取り付ける。前記リードフレームの所定位置をハーフエッチングすることで、電気的絶縁を可能にする。前記ＬＥＤパッケージを前記リードフレームに取り付ける。例えば、整流器およびレジスタなどの電気部品を前記リードフレーム上に設け、前記ＬＥＤパッケージへと電気的に接続させることで、前記ＬＥＤパッケージへ給電する。前記ＬＥＤパッケージは、ワイヤーボンドを用いて電気部品および／または他の電子部品へと接続される。図６に示すデバイス６０１とは対照的に、デバイス７０１には、２つの開口部が設けられる。これら２つの開口部は、ねじの収容に用いられる。
【００９２】
デバイス７０２上に示すように、成形材料を用いて、多様な電気部品を前記リードフレーム上に密封する。前記成形材料は、電気絶縁を提供するだけでなく、前記ＬＥＤパッケージおよび前記電気成分双方を保護する。デバイス７０２は、２つの開口部を含む。これら２つの開口部は、前記ＬＥＤパッケージのベースから電気的に絶縁される。これらの開口部は、ねじラグおよび／または他の種類の据え付け手段の収容に用いることができる。前記リードフレームは、前記ＬＥＤデバイスから発生した熱を放散させるための隔離ヒートシンクも含み得る。前記ねじラグにより、前記パッケージへの電気的接続手段が得られる。また、前記ねじラグにより、前記リードフレームのヒートシンク領域を放熱表面（例えば、リードフレーム）上へと機械的に押圧する手段も得られる。
【００９３】
図６および図７に示すデバイスは、前記ＬＥＤパッケージへの電気的インターフェース手段、機械的インターフェース手段および／または熱インターフェース手段のうちのいくつかであることが理解されるべきである。多様な本発明の実施形態によれば、例えば、スナップ式取り付け、ねじ付け、半田付けなどの他の取り付け機構が提供される。
【００９４】
図７中に示すようなデバイス７０１は、四角形状または矩形形状でなくてもよい。図７Ａは、本発明の実施形態による、円状ＬＥＤパッケージの別の取り付けを示す。図７Ａ中に示すように、ＬＥＤデバイスは、円状領域内に配置される。用途に応じて、ＬＥＤデバイスは、他の領域形状に配置してもよい。
【００９５】
図８は、１１０ＶＡＣ電源から１，０００ルーメンを超える光を提供するように構成されたＡＣ給電ＬＥＤ光を示す。ＰＣＢ基板８０３が、ベース８０４上に取り付けられる。ベース８０４により、ＬＥＤパッケージ８０１から発生した熱の放散が支援される。前記ＰＣＢに設けられた穴により、ＬＥＤパッケージ８０１とベース８４との間の直接熱接触が可能となる。ＬＥＤパッケージ８０１は、ＰＣＢ基板８０３に電気的に接続される。電子部８０２Ａおよび８０２Ｂが前記ＰＣＢ基板上に設けられ、ＬＥＤパッケージ８０１へと接続される。電子部８０２Ａおよび８０２Ｂは、電力調整回路を形成する整流器、コンデンサおよびレジスタを含み得る。
【００９６】
図８Ａは、本発明の実施形態によるＡＣ給電ＬＥＤ光アセンブリの分解図である。図示のように、組み立てられたＬＥＤパッケージは、（ＳＭＴプロセス、半田付けまたは熱接着剤により）ＰＣＢ上に取り付けられる。
【００９７】
本発明によるＬＥＤ光は、多様な種類の用途に合わせて実装することが可能であることが理解される。図８Ｂは、本発明の実施形態によるＬＥＤ光システムである。ＬＥＤ光（例えば、ＬＥＤ光８００）は、ＬＥＤ光システム８５０の一部である。ＬＥＤ光システム８５０は、ベース８５２を含む。ベース８５２は、ヒートシンクとしても機能する。ベース部材８５１が、前記ヒートシンクへと接続される。ベース部材８５１は、従来の電球ソケットと適合しており、ＬＥＤ光システム８５０内のＬＥＤパッケージのための電気インターフェースを提供するために用いられる。
【００９８】
図９は、ＬＥＤパッケージの配置構成を示す。左側に示すように、２つのＬＥＤパッケージが共に取り付けられる。これら２つのＬＥＤパッケージはそれぞれ、約１０００ルーメンの光を発光する。これら２つのＬＥＤパッケージへの給電は、２つの１１０Ｖ電源で行ってもよいし、あるいは１つの２２０Ｖ電源で行ってもよい。右側に示すように、４つのＬＥＤパッケージが、４×４個のアレイ構成で配置される。これら４つのＬＥＤパッケージはそれぞれ、約１０００ルーメンの光を発光する。これら４つのＬＥＤパッケージへの給電は、４つの１１０Ｖ電源で行ってもよいし、あるいは２つの２２０Ｖ電源で行ってもよい。本発明の実施形態により、異なる出力要求に合わせて柔軟にＬＥＤパッケージを異なる配置構成にすることが可能となることが理解されるべきである。
【００９９】
図１０は、本発明の実施形態による構造のＬＥＤパッケージの放熱を示す。ＬＥＤパッケージ１０００は、相互に電気的に接続されたＬＥＤデバイスのアレイを含む。ＬＥＤデバイスが給電され発光する際、前記ＬＥＤデバイスからは熱も発生する。詳細には、発光時において前記ＬＥＤパッケージのうち最も高温になる部分は、ＬＥＤデバイスである。また、前記ＬＥＤデバイスに起因して、前記基板および前記ＬＥＤパッケージのベースも加熱され、どちらもＬＥＤデバイスからの熱エネルギーの放散を支援する。
【０１００】
本発明の実施形態に従って設計されたＬＥＤパッケージの場合、従来のＬＥＤ光と比較して、熱エネルギーの放散をより良好に行うことができる。より詳細には、ＬＥＤデバイスはそれぞれ小さな活性領域を有し、また相互に分離されているため、図示のようなＬＥＤパッケージ１０００には放熱のスペースが設けられる。多様な実施形態において、ＬＥＤパッケージ１０００のベースは、ヒートシンクに接続される。図１０に示すように、前記ＬＥＤパッケージの熱抵抗は、１．３Ｃ／Ｗである。これは、従来の単一の大型ダイＬＥＤと比較して、３倍の熱伝導率である。
【０１０１】
図１１は、本発明の実施形態による、レトロフィットランプ用ヒートシンクに取り付けられる例示的ＬＥＤパッケージの放熱を示す。ＬＥＤパッケージ１１０３は、ＬＥＤパッケージ１０００と同様のものであり、相互に電気的に接続されたＬＥＤデバイスのアレイを含む。ＬＥＤデバイスが給電され、発光すると、前記ＬＥＤデバイスからは熱も発生する。例えば、動作時において、前記ＬＥＤデバイスの温度は、約１１５℃まで上昇する。
【０１０２】
前記ＬＥＤパッケージのベースは、前記ＬＥＤデバイスに熱的に結合され、前記ベースの動作温度は、約９５℃である。図１１に示すように、ＬＥＤパッケージ１０３は、放熱のためのヒートシンクを含むハウジング１１０２に熱的に結合される。ハウジング１１０２のヒートシンクは、ＬＥＤパッケージ１１０３へと熱的に結合され、その表面領域から放熱する。前記ヒートシンクの表面領域は、前記ＬＥＤそのものの表面領域よりもずっと大きい。図１１に示すように、前記ＬＥＤデバイスの動作時におけるハウジング１１０２の温度は、約７５℃になる。ハウジング１１０２は、実質的に透明なカバー１１０１を含む。この透明なカバー１１０１により、前記ＬＥＤデバイスから発生した熱の一部をその表面から放散させることが可能となる。本発明の実施形態によるＬＥＤモジュールにより、向上した放熱が可能となる。従来のＬＥＤ光源の場合、信頼性およびユーザビリティのいずれもが高温に起因して制限されることが多いのに対し、本発明によるＬＥＤアレイの場合、ＬＥＤアレイのＬＥＤデバイス間において熱エネルギーが分散するため、熱問題が起こりにくい。
【０１０３】
図１２は、本発明の実施形態によるＬＥＤアレイの回路図である。図１２に示すように、回路１２００は、ＬＥＤ部１２１０および整流部１２２０を含む。ＬＥＤ部１２１０は、直列接続された３６個のＬＥＤデバイスを含む。
【０１０４】
一実施形態において、例えば、高性能の青色ＬＥＤデバイスなどの同じ種類のＬＥＤデバイスがＬＥＤ部１２１０内において接続され、１１０ＶＡＣ源から給電される。図１２に示すような整流部１２２０は、ＬＥＤ部１２１０へのＡＣ電力を整流するために設けられる。整流部１２２０は、従来のＬＥＤ光に通常必要なドライバーモジュールの代わりに用いられる。他の特徴として、整流部１２２０は、ダイオードおよびレジスタを含む簡単な整流回路を用いて実装され、これは製造および実装が比較的低コストである。例えば、図示のようなレジスタ１２２１の抵抗は約１３０オームであり、レジスタ１２２１を用いて、ＬＥＤ部１２１０の出力要求と整合させる。他の電気部品をＡＣ電源に電気的に接続してもよい。特定の実施形態において、整流部１２２０から発生した波形を平滑化するために、コンデンサが設けられる。
【０１０５】
前記ＬＥＤデバイスは、従来のＬＥＤ光設計において通常必要とされる従来のドライバーによっては給電されないことが理解される。本発明においては、ドライバー回路の利用の代わりに、ＬＥＤデバイスへの給電のための整流回路の利用が可能である。整流回路は、典型的にはダイオードおよびレジスタからなり、従来のドライバー回路と比較して実装するのが低コストであることが多い。
力率の向上または動作時における発光の「ちらつき」の低減のために、入力電圧波形を調整するためのコンデンサが設けられてもよい。一例として、電源に整合するＬＥＤデバイス数が選択される（例えば、１１０ＶＡＣ電源の場合、３６個のＬＥＤデバイスが整合する）。直列接続したＬＥＤデバイスのアレイを用いて、以下に羅列するような高レベルの電流密度を利用することが可能である。
電流密度平均           
２００Ａ／ｃｍ２
電流密度ＲＭＳ．       
２７２Ａ／ｃｍ２
電流密度ピーク         
５００Ａ／ｃｍ２
抵抗出力               
１．７Ｗ
【０１０６】
図１２Ａは、本発明の実施形態によるＬＥＤアレイの動作を示す。図１２Ａに示すように、図１２において上記したＬＥＤアレイは、高レベルの電流密度に対応することが可能であるたあめ、高効率動作が可能である。１１０ＶＡＣレベルおよび高電流密度であるため、本発明によるＬＥＤデバイスは、高熱を発生することなく、高レベルのルーメンを出力することができる。本発明の多様な実施形態において、ＬＥＤアレイは、２２０ＶＡＣ、１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、３６ＶＤＣおよび他の電源に対応するように、設計される。用途に応じて、これらの種類の電源に対応できるよう、異なる種類の整流回路を利用することができる。
【０１０７】
図１３は、本ＬＥＤ装置の性能を示す。左側のグラフにおいては、ＬＥＤアレイの相対外部量子効率（ＥＱＥ）は、高電流密度でも高くとどまっている。加えて、前記ＬＥＤアレイは、高電流密度において動作することが可能である。これとは対照的に、従来のＬＥＤ光の場合、通常、相対ＥＱＥは電流密度の上昇と共に急速降下する。
【０１０８】
図１４は、ＬＥＤアレイとレジスタチューニングを示す回路図である。図１４に示すように、レジスタＲ３の抵抗は約１３０オームであり、これをチューニングして所望の順電流を得ることができる。このようにレジスタＲ３をチューニングすることにより、ＬＥＤＶｆおよび抵抗の整合が可能となり、光出力レベルと全体の発光効率との間のトレードオフが可能となる。
【０１０９】
図１５は、本発明の実施形態によるＬＥＤアレイおよびＡＣ抵抗を示す回路図である。レジスタＲ３により、バルク抵抗率からＬＥＤの抵抗が得られる。レジスタＲ３の抵抗は、約１３０オームである。これをＬＥＤデバイスに分散することで、ＬＥＤデバイスの抵抗は約３．７オーム／ＬＥＤとなる
（例えば、３６個のＬＥＤデバイスに１３０オームが分散される）。例えば、ＬＥＤあたりの分散Ｖｆは約０．４４Ｖである。
【０１１０】
図１５Ａは、２２０ＶＡＣ電源を用いるように構成されたＬＥＤアレイを示す回路図である。図示のように、７２個のＬＥＤデバイスが２２０ＶＡＣ電源の電圧に整合するように設けられ、簡単な整流回路が前記ＡＣ電源と前記ＬＥＤデバイスとの間に設けられる。
【０１１１】
図１５Ｂは、本発明の実施形態による２４ＶＤＣ電源を用いるように構成されたＬＥＤアレイを示す回路図である。これらのＬＥＤデバイスは、６個の直列接続ＬＥＤデバイスからなるストリングにグループ分けされ、各ＬＥＤデバイスストリングは、相互に並列接続される。利用されているのはＤＣ電源であるため、これらのＬＥＤデバイスは電源へと直接接続され、整流回路は不要である。図１５Ａおよび図１５Ｂは、任意の数の可能なＬＥＤ直列構成およびＬＥＤ並列構成をひとえに例示的に示す。他の構成を以下に非限定的に挙げる：１×３６、２×１８、３×１２、４×９、６×６。
【０１１２】
図３〜図５に示すＬＥＤパッケージは、多様な本発明の実施形態に従って、所望の色の光を多様な様態で出力することが可能であることが理解される。用途に応じて、ＬＥＤデバイスから発生する色を蛍光体材料を用いて変更することにより、色バランスを達成することができる。用途に応じて、異なる色変更スキームを利用することが可能である。このような色変更スキームは、米国特許出願（「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｐａｃｋａｇｅ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｌｌｉｕｍ  ａｎｄ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ」）（弁理士整理番号第０２７３６４−００９９００ＵＳ号、出願日：本出願と同日）中に記載がある。本明細書中、同文献をあらゆる目的のためおよび参考のために援用する。一実施形態において、蛍光体材料と、ＬＥＤデバイスをＬＥＤパッケージ中に密封する封入材料（例えば、シリコーン材料）とを混合した後、蛍光体色画素をＬＥＤデバイス上に分配することができる。
【０１１３】
図１６は、ＬＥＤデバイスの色の調整を示す。左側のＬＥＤパッケージにおいて、角部に青色があり、縁部に緑色があり、中央に赤色がある。これらの色画素が共に機能することにより、前記ＬＥＤデバイスからの発光色が変化する。これらの色画素は、ＬＥＤデバイスからの発光色を変化させて、一般照明に適している白色に見せるために用いられる。一実施形態において、「空の」画素は後で色調整の際に用いられ、ＬＥＤデバイスからの発光色が測定される。
【０１１４】
多様な実施形態において、色バランスの調節は、純粋色画素の利用、蛍光体材料の混合および／またはＬＥＤデバイス全体上への蛍光体分配の利用により、達成される。色バランスの調整は、前記ＬＥＤパッケージのカバー部材上に色パターンを設けることにより、達成することができる。図１７は、ＬＥＤデバイスのための色フィルタを用いた色調整を示す。
【０１１５】
カバー部材１７００は、色の調整のために用いられる。例えば、カバー部材１７００は、ガラス材料製であり、４０５ｎｍの反射ダイクロイックレンズとして機能する。前記カバー部材は、約４０５ｎｍの波長の光をフィルタリングする反射フィルタとして用いられる。気密シーリング技術を用いて、カバー部材１７００をＬＥＤパッケージへと接続することができる。光吸収および／または光反射を通じて、カバー部材を用いた色の調整を達成することも可能である。
【０１１６】
図１８は、ＬＥＤデバイスのための発光プレートを用いた色の調整を示す。一実施形態において、事前に堆積された蛍光体プレートを前記カバー部材に取り付ける。前記ＬＥＤデバイスを封入する蛍光体材料を硬化させた後、前記ＬＥＤパッケージの色を測定することができる。前記測定された色に基づいて、前記蛍光体プレートの色を決定することができ、この色を用いて、前記ＬＥＤデバイスの色バランスをとることが可能となる。
【０１１７】
別の実施形態において、画素化蛍光体プレートを前記カバーに取り付ける。前記画素化蛍光体プレートは、図１８に示すような色パターンを含む。用途に応じて、前記蛍光体プレートの色パターンは、事前に選択してもよいし、あるいは、前記ＬＥＤデバイスの色バランスの測定結果に基づいてもよい。別の実施形態において、前記カバー部材に取り付けられた吸収プレートを用いて、色補正を行う。例えば、前記吸収プレートは、色吸収材料を含む。
【０１１８】
好適な実施形態において、画素化蛍光体構造は、本反射モードデバイスのために用いられる。ＬＥＤ発光との相互作用を増すために、前記パッケージ上部を被覆する反射体を用いて、ＬＥＤ光を下方向に前記蛍光体層に向かって方向を変える。好適には、前記画素化構造は、上記実施形態の利点のうち１つ以上または全てを含み、蛍光体相互作用の低下および面積色制御を可能にする。
【０１１９】
図１９は、ＬＥＤデバイスのための吸収材料および／または反射材料を用いた色の調整を示す。一実施形態において、事前に堆積された蛍光体プレートを前記カバー部材に取り付ける。図１９に示すように、吸収材料および／または反射材料１９０１をカバー部材１９０２上に堆積させる。吸収材料および／または反射材料１９０１には、プラスチック、インク、ダイ、接着剤、エポキシなどを用いることができる。他の実施形態において、基板上の反射マトリックス上に、蛍光体粒子を蒸着によって埋設する。１つの特定の実施形態において、前記反射マトリックスは、延性がある銀または他の適切な材料を含む。１つの特定の実施形態において、前記蒸着プロセスは無電解析出を含み、前記基板を活性液またはスラリーで処理した後、蛍光体粒子の堆積を行う。
【０１２０】
前記活性液またはスラリーは好適には、ＳｎＣｌ２、ＳｎＣｌ４、Ｓｎ＋２、Ｓｎ＋４、コロイドＳｎ（錫）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）またはＡｇ（銀）のうち少なくとも１つを含む。前記蛍光体で被覆された基板を、めっき液が入った無電解めっき浴中に配置する。前記めっき液は、銀イオン、硝酸塩イオン、シアン化物イオン、酒石酸塩イオン、アンモニア、アルカリ金属イオン、炭酸塩イオンおよび水酸化物イオンのうち少なくとも１つを含む。還元剤（例えば、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、水素化ホウ素、ホルムアルデヒド、次リン酸塩、ヒドラジン、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、糖類または多価アルコール）を前記溶液に追加することができる。
【０１２１】
カバー部材１９０２上に分配された吸収材料および／または反射材料１９０１の色および量は、ＬＥＤデバイスの色バランス測定値に基づく。あるいは、上記したように、１つ以上の色画素化反射体プレートを前記カバー部材に取り付けることで、前記ＬＥＤデバイスの色バランスを調節する。例えば、アルミニウム、金、白金、クロムおよび／または他の材料などの材料を前記画素化反射体プレート上に堆積させることで、色バランスを可能にする。好適な実施形態において、反射体プレートは、青色光を反射することで、光を緑色および／または赤色に近づけるか、または、緑色光を反射することで、光を赤色に近づける。
【０１２２】
図２０は、異なる色のＬＥＤデバイスを用いた色の調整を示す。図２０に示すように、３つのＬＥＤデバイスストリングを並列接続する。各ＬＥＤデバイスストリングは特定の色（赤色、緑色および青色）と関連付けられる。赤色光、緑色光および青色光を混合することにより、白色光の生成が可能となる。各ＬＥＤデバイスストリングの色は、前記ＬＥＤデバイスそのものおよび／またはＬＥＤデバイスの色フィルタリングの結果得ることができる。原色（例えば、ＲＧＢ色）のＬＥＤデバイスに加えて、他の色もＬＥＤデバイスに用いることが可能であることが理解される。
【０１２３】
図２０に示すように、各ＬＥＤデバイスストリングは、同一色のＬＥＤデバイスを複数含む。多様な実施形態によれば、ＬＥＤストリングへと送達される電流量を調節することにより、色バランスを達成することができる。例えば、各ＬＥＤデバイスストリングは、レジスタへと接続される。前記レジスタを調節することにより、ＬＥＤデバイスストリングへと送達される電流量を調節することができ、これにより、特定の色の光の輝度を調節する。別の実施形態において、発光に用いられるＬＥＤストリング内のＬＥＤデバイス数を調節することにより、色バランスを調節することができる。例えば、青色光の量を低減するためには、青色ストリング中の１つ以上のＬＥＤデバイスを短縮またはバイパスすればよい。
【０１２４】
上記において特定の実施形態について詳述してきたが、多様な改変、別の構成および同等物を使用することも可能である。一例として、パッケージされたデバイスは、上記要素および本明細書の範囲外の要素の任意の組み合わせを含み得る。さらに、上記において、１つ以上の蛍光体材料または蛍光体のような材料であり得る１つ以上のエンティティについて主に説明してきたが、他の「エネルギー変換発光材料」も利用可能であることが認識される。「エネルギー変換発光材料」を挙げると、１つ以上の蛍光体、半導体、半導体ナノ粒子（「量子ドット」）、有機発光材料など、ならびにこれらの組み合わせがある。
【０１２５】
エネルギー変換発光材料は、主に波長変換材料および／またはこれらの材料または厚さであり得る。さらに、上記において、直接発光しかつ波長変換材料と相互作用する電磁放射について主に説明してきたが、電磁放射は反射して、波長変換材料と相互作用してもよく、または反射および直接入射の組み合わせでもよいことが認識される。他の実施形態において、本明細書において、１つ以上の特定のガリウムおよび窒素含有表面配向について記載するが、複数の種類の面配向のうち任意のものが利用可能であることが認識される。従って、上記の記載および図示は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するものとしてみなされるべきではない。
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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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７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2013519233.tif 000057
【図１９】
2013519233.tif 000058
【図２０】
2013519233.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【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】
複数のＬＥＤデバイスを含む発光ダイオード装置であって、
表面領域を有する基板部材と、
前記表面領域を覆うように設けた金属反射層と、
一つまたはそれ以上の絶縁層であって、前記金属反射層に対して前記複数のＬＥＤデバイスを電気的に絶縁するための十分な厚さを有する前記一つまたはそれ以上の絶縁層と、
前記一つまたはそれ以上の絶縁層上に配置された複数の電気的導体パッドであって、各々の前記複数のＬＥＤは、前記複数の電気的導体パッドうちの一つの電気的導体パッド上に配置され、前記複数のＬＥＤデバイスは、少なくとも前記複数の電気的導体パッドを通してそれぞれ電気的に結合さるように配置された前記複数の電気的導体パッドと
光学的に一つまたはそれ以上の前記複数のＬＥＤデバイスと結合した封入部材であって、波長変換部材で構成される前記封入部材とで構成されるＬＥＤデバイス装置。
【請求項２】
少なくとも前記複数の電気的導体パッドのいくつかは予め決められたパターンに従って配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記予め決められたパターンはM x Nのアレー状に形成され、ここで、Mは１以上の整数、Nは少なくとも２以上の整数であることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項４】
前記金属反射層と前記一つまたはそれ以上の絶縁層は、総合反射率が、９０％より大きいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記基板部材の熱伝導率は４０W/（ｍ−K）より大きいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記一つまたは、それ以上絶縁層は、窒化シリコン（SiN）材料を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記基板部材はシリコンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記金属反射層は、少なくとも銀反射材料、反射アルミニューム材料、および反射性金属材料のうちの一を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記波長変換材は少なくとも蛍光体、半導体および発光材のうちの一つを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記複数のLEDデバイス上に配置されるカバー部材を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
LED光システムを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記金属反射層は、コーティングを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記一つ、または、それ以上の絶縁層は分布ブラッグ反射器（DBR）スタックを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のLEDデバイスは前記基板部材上に形成されたホモエピタキシャル半極性または非極性のＬＥＤで構成され、かつ、前記基板部材は、ガリウムと窒素材を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
複数のＬＥＤデバイスを含む発光ダイオード装置であって、
表面領域を有する基板部材と、
前記表面領域を覆うように設けられた金属反射層と、
一つまたはそれ以上の絶縁層であって、前記金属反射層を覆うように設けられた誘電体を含み、かつ、前記金属反射層に対して前記複数のＬＥＤデバイスを電気的に絶縁するための十分な厚さをもつように構成された前記一つまたはそれ以上の絶縁層と、
前記一つまたはそれ以上の絶縁層上に配置された複数の電気的導体パッドであって、銀とアルミニュームのうちのから選択された一つの材料で構成された導体パターンの少なくとも一部を含む前記復習の電気的導体パッドとで構成されたＬＥＤデバイスであって、
各々の前記複数のＬＥＤは、前記複数の電気的導体パッドのうちの一つの電気導体バッド上に構成され、前記複数のＬＥＤデバイスは、少なくとも前記複数の電気的導体パッドを通してそれぞれ電気的に結合されているＬＥＤデバイス装置。
【請求項１６】
前記一つまたはそれ以上の絶縁層は、分布ブラッグスタックを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１７】
複数のＬＥＤデバイスを含む発光ダイオード装置であって、
表面領域を有する基板部材と、
前記表面領域を覆うように設けられた金属反射層と、
前記金属反射層を覆うように設けられた誘電体で構成された、一つまたはそれ以上の絶縁層と、
前記一つまたはそれ以上の絶縁層の上部に構成された複数の電気的導体であって、各々の前記複数のＬＥＤデバイスは、前記複数の電気的導体パッドのうちの一つの電気導体バッド上に設けられ、前記複数のＬＥＤデバイスは、少なくとも前記複数の電気的導体パッドを通してそれぞれ電気的に結合されるように構成された前記複数の電気導体パッドとで構成された発光ダイオード装置であって、
前記一つまたはそれ以上の絶縁層は、前記金属反射層と前記電気的導体パッド間の絶縁耐圧が少なくとも１Ｋボルトに耐える十分な厚さを有している発光ダイオード装置装置。
【請求項１８】
前記一つまたはそれ以上の絶縁層は、少なくとも１Ｗ（ｍ−Ｋ）の熱抵抗をもっていることを特徴とする請求項１７記載の発光ダイオード装置。
【請求項１９】
複数のＬＥＤデバイスを含む発光ダイオード装置であって、
表面領域を有する基板部材と、
前記表面領域を覆うように設けられた金属反射層と、
前記金属反射層を覆うように設けられた誘電体を含む、一つまたはそれ以上の絶縁層であって、前記金属反射層に対して前記複数のＬＥＤデバイスを電気的に絶縁するための十分な厚さを有する前記一つまたはそれ以上の絶縁層と、
前記一つまたはそれ以上の絶縁層上に配置された複数の電気的導体パッドであって、前記複数の電気的導体パッドは、すくなくとも、前記絶縁層の上部に形成された電気的導体の一部を形成し、各々の前記複数のＬＥＤデバイスは、前記複数の電気的導体パッドのうちの一つの電気導体バッド上に設けられ、前記複数のＬＥＤデバイスは、少なくとも各々の電気的導体パッドを通してそれぞれ電気的に結合されるように構成された前記複数の電気的導体パッドと、
光学的に前記複数のＬＥＤデバイスと結合した封入部材であって、波長変換部材で構成された前記封入部材と、
前記複数のＬＥＤデバイスを囲み、前記封入部材を包含する格納構造とによって構成された発光ダイオード装置。
【請求項２０】
前記格納構造は、５０％を超える光学的な鏡面反射率、または、散乱反射率を有することを特徴とする請求項１９記載の発光ダイオード装置。
【国際調査報告】
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