(57)【要約】  光学素子を加熱するステップを含む方法が開示される。加熱された光学素子に光学材料が塗布され、加熱された光学素子内の熱エネルギーにより硬化した共形層が設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を加熱するステップと、
前記加熱された光学素子の上に光学材料を塗布するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学材料を、前記光学素子に塗布されたときに硬化させるステップ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３】
前記光学材料は発光材料を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光学材料は結合剤をさらに含み、前記光学材料を硬化させるステップは、前記結合剤を硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光学材料は結合剤及び溶媒をさらに含み、前記光学材料を硬化させるステップは、前記結合剤を硬化させるステップ及び前記溶媒を蒸発させるステップを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記光学素子はＬＥＤ構造体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】
前記光学材料を塗布するステップは、
溶液中に懸濁された光学材料を含む発光溶液を、加圧気体流を用いて霧状にするステップと、
前記霧状発光溶液を、前記加圧気体流を用いて、前記加熱された光学素子の上に噴霧するステップと
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】
前記発光溶液を噴霧するステップは、空気加圧噴霧システムにより前記発光溶液を噴霧するステップ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】
前記発光溶液は、揮発性溶媒及び結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含み、前記方法は、前記加熱されたＬＥＤ構造体内の熱エネルギーによって前記発光溶液から前記揮発性溶媒を蒸発させて、前記波長変換粒子を含む共形層を前記ＬＥＤ構造体の上に設けるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記発光溶液は、不揮発性溶媒及び結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含み、前記方法は、前記加熱されたＬＥＤ構造体内の熱エネルギーによって前記不揮発性溶媒及び／又は前記結合剤を硬化させて、前記波長変換粒子を含む共形層を前記ＬＥＤ構造体の上に設けるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学素子は、頂面及び前記頂面上のワイヤボンドパッドを有するＬＥＤチップを含み、前記方法は、前記ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、前記光学材料を前記加熱された光学素子の上に塗布する前に、ワイヤを前記ワイヤボンドパッドに接合するステップ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１２】
前記光学素子はＬＥＤウェハを含み、前記方法は、前記光学材料を前記加熱されたＬＥＤウェハの上に塗布した後で、前記ＬＥＤウェハを複数のＬＥＤチップに個別化するステップ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１３】
前記光学素子はＬＥＤ構造体を含み、
前記ＬＥＤ構造体に通電して該ＬＥＤ構造体に光を放射させるステップと、
前記放射された光を用いて前記ＬＥＤ構造体の光学特性を検査するステップと、
前記ＬＥＤ構造体の前記光学特性が所定のビンニング閾値内に入らないことに応じて、揮発性溶媒及び結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含んだ追加の光学材料を前記加熱されたＬＥＤ構造体のうえに塗布するステップと
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１４】
前記光学素子は、頂面及び前記頂面上のワイヤボンドパッドを有するＬＥＤチップを含み、前記方法は、前記ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、溶媒及び結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含む前記光学材料を前記加熱されたＬＥＤチップに塗布する前に、前記ＬＥＤチップをＬＥＤパッケージの光学キャビティ内に取り付けるステップ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１５】
前記加熱されたＬＥＤチップからの熱エネルギーによって前記結合剤材料を硬化させるステップと、
前記光学キャビティ内に前記ＬＥＤチップを覆って封入材を定量充填し、それにより前記波長変換材料及び前記硬化した結合剤材料を含む前記ＬＥＤチップを前記封入材で被覆するステップと
をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光学素子はＬＥＤウェハを含み、前記方法は、前記ＬＥＤウェハの表面上に複数の犠牲パターンを形成するステップをさらに含み、前記加熱されたＬＥＤ構造体の上に前記光学材料を塗布するステップは、前記犠牲パターンの上及び前記犠牲パターン間の前記ＬＥＤウェハの露出表面の上に、霧状発光溶液を噴霧するステップ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】
前記複数の犠牲パターンを形成する前に、前記ＬＥＤウェハの前記表面上に複数の電気コンタクトを形成するステップをさらに含み、
前記複数の犠牲パターンを形成するステップは、前記複数の犠牲パターンの少なくとも一部分を前記複数の電気コンタクトの上に形成するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記犠牲パターン、及び前記塗布された光学材料の前記犠牲パターン上の部分を除去して、前記複数の電気コンタクトを露出させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記光学素子を加熱するステップは、前記光学素子を摂氏約９０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記光学素子を加熱するステップは、前記光学材料を前記加熱された光学素子の上に塗布する前に、前記光学素子に熱を加えるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記光学素子を加熱するステップは、前記光学材料を前記加熱された光学素子の上に塗布しながら、前記光学素子に熱を加えるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記加熱された光学素子の上に前記光学材料を塗布するステップは、霧状発光溶液の第１の層を加熱されたＬＥＤ構造体の上に噴霧し、次いで霧状発光溶液の第２の層を前記霧状発光溶液の第１の層の上に噴霧するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記霧状発光溶液の前記第１の層を、前記霧状発光溶液の前記第２の層を噴霧する前に硬化させることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記霧状発光溶液は、前記第１の層に噴霧される第１の発光溶液と、前記第２の層に噴霧される第２の発光溶液とを含み、
前記第１の発光溶液が前記第２の発光溶液とは異なる、
ことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記光学材料を塗布するステップは、
溶液中に懸濁された光学材料を含む発光溶液を、加圧気体流を用いて霧状にするステップと、
前記霧状発光溶液を、前記加圧気体流を用いて、前記加熱された光学素子の上に噴霧するステップと
を含み、
前記霧状発光溶液を前記加熱された光学素子の上に噴霧するステップは、前記加熱された光学素子の表面に対して複数の角度で前記加熱された光学素子に向かって噴霧するように位置決めされた複数の噴射ヘッドを用いて、前記霧状発光溶液を前記加熱された光学素子の上に噴霧するステップを含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
光学材料を塗布する前及び／又は塗布する間に前記光学材料を撹拌するステップ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２７】
活性領域を備えた半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤの直接上の共形層と、
を備え、
前記共形層は、蛍光体粒子と、前記ＬＥＤに前記共形層が塗布された時点で前記ＬＥＤ内の熱エネルギーによって硬化する結合剤材料とを含む、
ことを特徴とする発光構造体。
【請求項２８】
前記共形層は、前記蛍光体粒子、溶媒及び前記結合剤を含んだ霧状発光溶液を含み、前記霧状発光溶液は、前記霧状発光溶液を前記ＬＥＤの熱エネルギーによって硬化させるように加熱された、前記ＬＥＤの上に直接噴霧されることを特徴とする、請求項２６に記載の発光構造体。
【請求項２９】
前記共形層は、前記ＬＥＤの直接上の第１の共形層と、前記第１の共形層の上の第２の共形層とを含むことを特徴とする、請求項２７に記載の発光構造体。
【請求項３０】
前記第１の共形層は第１の蛍光体粒子を含み、前記第２の共形層は第２の蛍光体粒子を含むことを特徴とする、請求項２９に記載の発光構造体。
【請求項３１】
前記第１の蛍光体粒子は第１の主波長の光を放射するように構成され、前記第２の蛍光体粒子は第２の主波長の光を放射するように構成されることを特徴とする、請求項３０に記載の発光構造体。
【請求項３２】
前記第１の主波長が前記第２の主波長と同じであることを特徴とする、請求項３１に記載の発光構造体。
【請求項３３】
前記第１の主波長が前記第２の主波長とは異なることを特徴とする、請求項３１に記載の発光構造体。
【請求項３４】
光拡散体粒子を含んだ第３の共形層を前記第３の共形層の上にさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の発光構造体。
【請求項３５】
前記半導体発光ダイオードはＬＥＤチップを含むことを特徴とする、請求項２７に記載の発光構造体。
【請求項３６】
放射された光と相互作用するためのデバイスを形成する方法であって、
光学素子を加熱するステップと、
前記加熱された光学素子の上に光学材料の第１の共形層を塗布するステップと、
前記光学素子の発光特性を検査するステップと、
前記光学素子の前記発光特性が不合格であることに応じて、前記光学素子の上に光学材料の第２の共形層を塗布するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
前記第１の共形層を塗布するステップは、
溶液中に懸濁された光学材料を含む発光溶液を、加圧気体流を用いて霧状にするステップと、
前記霧状発光溶液を、前記加圧気体流を用いて、前記加熱された光学素子の上に噴霧して、前記加熱された光学素子の熱エネルギーによって硬化する光学材料の第１の共形層を設けるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記光学素子はＬＥＤ構造体を含み、
前記発光特性を検査するステップの前に、前記加熱されたＬＥＤ構造体を冷却させるステップと、
前記ＬＥＤ構造体の前記発光特性が不合格であることに応じて、前記第２の共形層を塗布する前に前記ＬＥＤ構造体を加熱するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記光学材料の第１の共形層は、前記ＬＥＤ構造体によって放射された光に応じて第１の波長を有する光を放射するように構成された第１の蛍光体粒子を含み、前記光学材料の第２の共形層は、前記ＬＥＤ構造体によって放射された光に応じて、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放射するように構成された第２の蛍光体粒子を含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
液体供給ラインと、
前記液体供給ラインに結合され、光学材料の粒子を含有する液体溶媒を前記液体供給ラインに供給するように構成された貯留槽と、
前記液体供給ラインに結合され、前記液体溶媒を前記液体供給ラインから受け取るように構成された噴射ノズルと、
前記噴射ヘッドに結合され、加圧気体を前記噴射ノズルに供給するように構成された気体ラインと、
前記噴射ノズルへの前記液体溶媒の流れを制御するように構成されたコントローラと、
前記液体溶媒が前記ＬＥＤ構造体上に噴霧される前に発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を加熱するように構成された加熱デバイスと、
を備えることを特徴とする堆積システム。
【請求項４１】
前記貯留槽から前記供給ラインへの前記液体溶媒の第２の流れを制御するように構成された質量流コントローラをさらに備え、前記コントローラは前記質量流コントローラを制御するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項４０に記載の堆積システム。
【請求項４２】
前記ＬＥＤ構造体によって出力された光を検出するように構成された光センサをさらに備え、前記コントローラは、前記検出された出力光に応じて、前記噴射ノズルへの前記液体溶媒の前記流れを制御するように構成されることを特徴とする、請求項４０に記載の堆積システム。
【請求項４３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤから放射された光の少なくとも一部分を受け取るように構成された光透過要素と、
前記ＬＥＤ及び／又は前記光透過要素のうちの少なくとも１つに塗布された発光材料とを備え、前記発光材料は、光学材料を含み、前記ＬＥＤ及び／又は前記光透過要素内の熱エネルギーによって、それらに前記発光材料が塗布されたときに硬化されるように構成されることを特徴とする発光構造体。
【請求項４４】
前記光学材料は波長変換材料を含むことを特徴とする、請求項４３に記載の発光構造体。
【請求項４５】
前記波長変換材料は蛍光体粒子を含むことを特徴とする、請求項４４に記載の発光構造体。
【請求項４６】
前記蛍光体粒子は、第１の主波長の光を放射するように構成された第１の蛍光体粒子と、前記第１の主波長とは異なる第２の主波長の光を放射するように構成された第２の蛍光体粒子とを含むことを特徴とする、請求項４４に記載の発光構造体。
【請求項４７】
前記蛍光体粒子は、赤色、緑色、黄色、及び／又は青色を発する蛍光体粒子のうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする、請求項４５に記載の発光構造体。
【請求項４８】
光学素子への光学材料の塗布中に前記光学材料を前記光学素子上で硬化させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
前記光学材料を硬化させるステップは、前記光学素子を加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスのコーティングに関する。具体的には、本発明は、光学素子への光学材料の塗布に関する。具体的な実施形態において、本発明は、発光ダイオードをベースとするデバイスなどの半導体ベースの発光デバイスの光学素子への、蛍光体及び／又は他の粒子などの光学コーティングの塗布に関する。さらに他の実施形態において、本発明は、蛍光体及び／又は他の粒子を光学素子に噴霧することに関する。
関連出願の交互参照
本出願は、２００８年１月１５日出願の米国特許出願番号１２／０１４，４０４号の一部継続出願であり、その開示の全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する半導体デバイスである。無機ＬＥＤは、典型的には、逆にドープされた２つの層の間に形成された半導体材料の活性層を含む。活性領域の両端にバイアスが印加されると、ホール及び／又は電子が活性領域内に注入される。活性領域内でのホールと電子との再結合が、ＬＥＤから放射することができる光を生成する。活性領域は、単一及び／又は２つのへテロ接合、量子井戸、又は対応する障壁層を有する多重量子井戸構造体を含むことができ、さらに他の層を含むことができる。デバイスの構造、及びデバイスを構成する材料が、デバイスによって放射される光の強度及び波長を決定する。最近のＬＥＤ技術の進歩は、白熱光源及びハロゲン光源の効率を超える高効率の固体光源をもたらしており、入力電力に対して、等しいか又はより高い輝度をもたらしている。
【０００３】
従来のＬＥＤは、狭い帯域幅の、本質的に単色の光を発生する。しかしながら、固体光源を用いて白色光のような多色光を発生することが望まれる。従来のＬＥＤから白色光を生成する１つの方法は、異なるＬＥＤからの異なる波長の光を組み合せることである。例えば、白色光は、赤色、緑色及び青色を放射するＬＥＤからの光を組み合せること、又は青色及び琥珀色ＬＥＤからの光を組み合せることによって生成することができる。しかし、この手法は、単一色の光を生成するのに複数のＬＥＤの使用を必要とし、このことが全体のコスト、サイズ、複雑さ及び／又はそれらデバイスが発生する熱を増大させる可能性がある。さらに、異なる色の光を、異なる材料系から作成される異なる種類のＬＥＤから発生させることもできる。異なる種類のＬＥＤを組み合せて白色ランプを形成することは、各々のデバイスが異なる電気的要件を有することがあり、及び／又は、変化する動作条件下で（例えば、温度、電流又は時間とともに）異なる挙動を有することがあるので、コストのかかる製造技術を必要とする可能性があり、且つ、複雑な制御回路を必要とする可能性がある。
【０００４】
青色を放射するＬＥＤからの光は、セリウムドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）のような黄色蛍光体でＬＥＤを囲むことによって白色光に変換されている。蛍光体材料は、ＬＥＤによって発生された青色光の一部を吸収して「ダウンコンバート（周波数逓降）する」。即ち、蛍光体材料は青色光を吸収することに応答して、黄色光などの光を発生する。従って、ＬＥＤによって発生された青色光の一部が黄色光に変換される。しかし、ＬＥＤからの青色光の一部は変換されずに蛍光体を透過する。ＬＥＤ／蛍光体構造体は全体として、青色光及び黄色光の両方を放射し、これらが混合して白色光として知覚される光をもたらす。
【０００５】
ＬＥＤは、ＬＥＤの上に蛍光体含有封入材（例えば、エポキシ樹脂又はシリコーン）を定量充填（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）してＬＥＤを被覆することによって蛍光体層と組み合わされる。しかし、これらの方法では、蛍光体層の形状及び／又は厚さを制御することが困難な場合がある。その結果として、ＬＥＤから異なる角度で放射される光が、異なる量の変換材料を通過する可能性があり、これが、視る角度の関数として不均一な色温度を有するＬＥＤをもたらすことがある。形状及び厚さを制御することは難しいので、同じ又は類似の発光特性を有するＬＥＤを首尾一貫して再現することは困難であり得る。
【０００６】
ＬＥＤをコーティングする別の従来の方法は、ステンシル印刷によるものである。ステンシル印刷の手法においては、複数の発光半導体デバイスが、隣り合うＬＥＤ間に所望の距離をおいて基板上に配置される。ＬＥＤと位置合せされた開口部を有する型板（ステンシル）が準備され、その孔はＬＥＤより僅かに大きくされ、型板はＬＥＤより厚くされる。型板は、各々のＬＥＤが型板内のそれぞれの開口部の中に位置するように、基板上に位置決めされる。次に、ステンシル開口部内に、ＬＥＤを覆うように組成物が堆積され、典型的な組成物は、熱又は光によって硬化可能なシリコーンポリマーの中の蛍光体である。孔が満たされた後、型板が基板から除去され、ステンシル組成物を硬化させて固体にする。
【０００７】
前述の定量充填法と同様に、ステンシル法もまた、蛍光体含有ポリマーの形状及び／又は層厚の制御の困難さを示す。ステンシル組成物が型板の開口部を完全に満たすことができずに、不均一な層を生じることがある。蛍光体含有組成物が型板の開口部に付着することもあり、これにより、ＬＥＤ上に残る組成物の量が減ることがある。これらの問題は、不均一な色温度を有するＬＥＤをもたらす可能性があり、同じ又は類似の発光特性を首尾一貫して再現することが困難なＬＥＤもたらす可能性がある。
【０００８】
ＬＥＤを蛍光体でコーティングするための別の従来の方法は、電気泳動堆積（ＥＰＤ）を利用する。変換材料粒子を電解質に基づく溶液内に懸濁させる。この電解質溶液中に複数のＬＥＤを浸漬する。電源からの一方の電極をＬＥＤに結合し、他方の電極を電解質溶液内に配置する。電源からバイアスが電極間に印加され、これにより電流が溶液を通してＬＥＤに流れる。これが、変換材料をＬＥＤに引き寄せる電場を生成し、ＬＥＤが変換材料で覆われる。
【０００９】
ＬＥＤが変換材料で覆われた後、それらを電解質溶液から取出して、ＬＥＤ及びそれら変換材料を保護樹脂で覆うことができる。これは、付加的ステップをプロセスに追加し、エポキシの塗布前に変換材料（蛍光体粒子）が乱される可能性がある。堆積プロセス中に、電解質溶液内の電場が変動する可能性もあり、そのため、ＬＥＤの各域にわたって異なる濃度の変換材料が堆積する可能性がある。さらに、電解質溶液内の電場は、粒径に従って選択的に作用することがあり、それにより、異なる粒径の混合蛍光体の堆積の困難さが増大する。変換粒子が溶液内で沈降することもあり、そのため、ＬＥＤの各域にわたって異なる変換材料濃度が生じる可能性がある。沈降を防ぐために電解質溶液を撹拌することができるが、これは、既にＬＥＤ上にある粒子を乱す危険性を生じる。
【００１０】
ＬＥＤのさらに別のコーティング法は、インクジェット印刷装置におけるシステムと類似のシステムを用いた液滴堆積を利用する。液状蛍光体含有材料の液滴がプリントヘッドから噴霧される。蛍光体含有液滴が、熱気泡及び／又は圧電結晶振動によってプリントヘッド内に生成された圧力に応答して、プリントヘッド上のノズルから噴射される。しかし、インクジェット・プリントヘッドからの蛍光体含有組成物の流れを制御するためには、プリントヘッドノズルを比較的小さくすることが必要となり得る。実際に、蛍光体粒子がノズル内に捕らえられてプリントヘッドを目詰まりさせることを防止するように、蛍光体粒子のサイズ及び／又は形状を設計することが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
蛍光体及び／又は他の光学材料を塗布するための従来の方法に伴う問題として、高いコスト、複雑さ、凝集、滴下、沈降、層化、及び／又は分離を挙げることができ、これらはそのようにして塗布される光学材料の共形性及び／又は均一性を低下させる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体発光デバイスの光透過構造体、反射体、レンズ及び／又は発光表面、又は放射された光と相互作用する他の基板若しくは要素などの光学素子に対する、蛍光体及び／又は他の粒子などの光学材料の塗布における、光学素子への光学材料の塗布前又は塗布中に光学素子に熱を加えることによる改良に関する。本発明の幾つかの実施形態は、加熱された光学素子、例えば、半導体発光デバイス、又は半導体発光デバイスから離間した他の光学素子などに、光学材料を噴霧することを含む。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態は、光学材料を光学素子に塗布すること、及び、塗布中に光学材料を硬化因子に曝すことを含む。硬化因子は、熱、放射線、光学素子上若しくは光学素子内の材料、又は光学材料の硬化プロセスを加速する他の因子を含むことができる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、光学素子は、被覆率及び／又は均一性などの所望の特性を達成するように光学材料の流れを制御するのに十分な温度に加熱することができる。例えば、光学素子は、接触した光学材料を、光学材料がさらに移動するのを防ぐようにゲル化し、硬化させ、又は固定するのに十分な温度に加熱することができる。光学材料は、蛍光体のような発光材料を含むことができる。幾つかの実施形態は、発光材料が、光学材料をその中に含む溶液、混合物、化合物及び／又は懸濁液を含むことができることを規定する。光学材料を、加熱された光学素子に塗布することができる。幾つかの実施形態において、光学材料及び／又は発光材料は、加熱された光学素子の上に、例えば、加圧流体（気体又は液体）の流れ及び／又は機械的液体送出機構、例えば、特に、ポンプ及び／又はシリンジ式デバイスを用いて、噴霧することができる。幾つかの実施形態において、加圧気体流は、空気加圧噴霧システムを用いて供給することができる。幾つかの実施形態は、光学材料及び／又は発光材料を、直接接触操作、特に、例えば、刷毛、パッド及び／又はローラなどの塗布具の使用、浸漬及び／又は流し込みなどを用いて塗布することができることを規定する。光学材料及び／又は発光材料を加熱された光学素子に塗布することにより、光学材料及び／又は発光材料は、基板上でその内部の熱エネルギーによって急速に硬化することができる。このようにして、何らかの実質的な流動（ｒｕｎｎｉｎｇ）、沈降、分離、層化及び／又は貯留（ｐｏｏｌｉｎｇ）作用が起こり得る前に、硬化を達成することができる。従って、光学素子上の硬化された光学材料層を、所望の形状、蛍光体分布又は共形性の程度を達成するように制御することができる。例えば、光学材料は、光学素子に対して実質的に共形にすること、厚さを均一にすること、及び／又は特定の材料密度を有するようにすることができる。このような特徴は、光学材料及び／又は発光材料を、非平面及び／又は多重平面の基板、構成部品又は材料に塗布するときに特に有効である。
【００１５】
幾つかの実施形態において、発光溶液は、結合剤材料内に懸濁された波長変換粒子及び／又は蛍光体を含む。結合剤材料は、加熱されたＬＥＤ構造体内の熱エネルギーにより硬化してＬＥＤ構造体上に波長変換粒子を含む共形層をもたらすことができる。蛍光体の濃度及び／又は結合剤の粘度に応じて溶媒を加えて材料を十分に希釈して、光学材料の改善された塗布、例えば改善された霧状化などを可能にすることができる。幾つかの実施形態において、溶媒希釈率は、結合剤に対して１０重量％と５０重量％との間である。幾つかの実施形態において、希釈率は、結合剤に対して５０重量％と１５０重量％との間である。溶媒希釈率が高いほど、粒子沈降時間は速くなり得る。塗布時間に応じて、粒子を懸濁状態に維持するためのかき混ぜ、撹拌及び／又は他の混合法を用いることができる。従って、幾つかの実施形態は、発光溶液が、揮発性溶媒及び結合剤材料を含む溶液中に懸濁された波長変換粒子及び／又は蛍光体を含むことを規定する。揮発性溶媒を、加熱された光学素子内の熱エネルギーにより発光溶液から蒸発させて、光学素子上に波長変換粒子を含む層をもたらすことができる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、光学素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を含み、これは、ＬＥＤチップ、ＬＥＤチップの発光面、能動及び／又は受動光学要素、例えば、レンズ、拡散体、誘電体又は保護層又はスペーサ層などの光透過層、基板、パッケージ構造体又は構成部品、ＬＥＤチップ上の光学素子、又は、ＬＥＤチップ若しくは構成部品から離間した光学素子、例えば、離れたレンズ、反射体、拡散体又は光透過要素を含むことができる。濃度は、粒径、所望の光学材料厚、及び／又は、ストークス損失及び光束密度による蛍光体の加熱などの熱的考慮事項の関数として調節することができる。コーティングする光学素子に応じて、所望の結果を達成するように粒子濃度を調節又は変更することができる。例えば、ＬＥＤチップを波長変換材料でコーティングする場合、ＬＥＤチップから離れた光学素子に塗布する場合の波長変換材料の濃度と比べて、結合剤に対してより高濃度の波長変換材料を用いて、ストークス損失による蛍光体の加熱を減らすことができる。蛍光体の加熱は、粒子濃度を増加させて粒子自体の間及び光学素子への熱伝導性を向上させるようにことによって、減らすことができる。幾つかの実施形態において、２０−１５０ミクロンの層厚では４０重量％を上回る濃度、３０−７５ミクロンの層厚では６０重量％を上回る濃度、及び５０ミクロン未満の層厚では７５重量％を上回る濃度とする。光学材料厚が厚いほど、より低濃度の波長変換材料が可能となる。光学素子がＬＥＤチップからより遠くに離間するにつれて、光束密度が減少するため、より低い濃度を用いることができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体は、頂面及び頂面上のワイヤボンドパッドを有するＬＥＤチップを含む。ＬＥＤチップは、例えば、ワイヤボンドをＬＥＤチップ上のパッドに接続することによって電気的に活性にすることができる。幾つかの実施形態は、そのような接続を、ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、発光溶液をＬＥＤチップ上に噴霧する前に形成することができることを規定する。幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体がＬＥＤウェハを含み、加熱されたＬＥＤ構造体に発光溶液を噴霧した後でこれを複数のＬＥＤチップに個別化することができることを規定する。幾つかの実施形態おいて、ＬＥＤチップを個別化の後に加熱して、これに発光溶液を噴霧することができる。幾つかの実施形態は、発光溶液を霧状にして噴霧して、小さくて実質的にばらつきがないサイズの液滴を含んだ噴霧をもたらすことができることを規定する。
【００１８】
幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体に通電してＬＥＤ構造体に光を放射させること、及び、放射された光を用いてＬＥＤ構造体の光学特性を検査することを含む。ＬＥＤ構造体の光学特性が所定のビンニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）閾値内に入らないことに応じて、揮発性溶媒及び加熱ＬＥＤ構造体への結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含んだ追加の発光溶液を、ＬＥＤ構造体上に噴霧することができる。
【００１９】
幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体が、ＬＥＤパッケージ内に取り付けられたＬＥＤチップを含むことを規定する。幾つかの実施形態において、発光材料は、ＬＥＤパッケージ内に取り付けられたＬＥＤチップに塗布することができる。例えば、幾つかの実施形態は、ＬＥＤパッケージが、ＬＥＤチップを中に取り付けることができる光学キャビティを含むことを規定する。発光材料は、ＬＥＤチップ及び／又は光学キャビティの一部分に塗布することができる。幾つかの実施形態は、ＬＥＤチップが、頂面及び頂面上のワイヤボンドパッドを含むことを規定する。ＬＥＤは、ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、揮発性溶媒及び/又は結合剤材料を含む溶液内に懸濁された波長変換粒子を含んだ霧状発光溶液を加熱ＬＥＤチップ上に噴霧する前に、ＬＥＤパッケージの光学キャビティ内に取り付けることができる。本方法は、結合剤材料を加熱ＬＥＤチップからの熱エネルギーによって硬化させること、及び、封入材を光学キャビティ内にＬＥＤチップを覆って定量充填し、それにより、波長変換材料及び／又は硬化した結合剤材料を含むＬＥＤチップを封入材で被覆することをさらに含むことができる。
【００２０】
幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体はＬＥＤウェハを含む。複数の犠牲パターンをＬＥＤウェハの表面上に形成することができ、発光材料は、犠牲パターン及び犠牲パターン間のＬＥＤウェハの露出表面上に塗布される。幾つかの実施形態は、犠牲パターンを形成する前に、複数の電気コンタクトをＬＥＤウェハの表面上に形成することを規定する。幾つかの実施形態において、犠牲パターンを形成することは、犠牲パターンの少なくとも一部分を電気コンタクトの上に形成することを含む。幾つかの実施形態は、犠牲パターン、及び、噴霧された発光溶液の犠牲パターン上の部分を除去して、電気コンタクトを露出させることを含む。
【００２１】
幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体が摂氏７０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体が摂氏９０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体が摂氏１２０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体は、摂氏約７０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体は、摂氏約９０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体は、摂氏約９０度から摂氏約１２０度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態は、発光材料が加熱されたＬＥＤ構造体上に塗布される前に、ＬＥＤ構造体に熱が加えられることを規定する。幾つかの実施形態において、発光材料が加熱されたＬＥＤ構造体上に塗布される間に、ＬＥＤ構造体に熱が加えられる。幾つかの実施形態は、発光材料が加熱されたＬＥＤ構造体上に塗布された後で、ＬＥＤ構造体に熱が加えられることを規定する。
【００２２】
幾つかの実施形態は、発光材料を加熱されたＬＥＤ構造体上に塗布することが、発光材料の第１の層を加熱されたＬＥＤ構造体の上に噴霧し、次いで発光材料の第２の層を発光材料の第１の層の上に噴霧することを含むことを規定する。幾つかの実施形態において、発光材料の第１の層は、発光材料の第２の層が噴霧される前に硬化される。幾つかの実施形態は、発光材料が、第１の層に噴霧される第１の発光材料、及び、第２の層に噴霧される第２の発光材料を含み、第１の発光材料は第２の発光材料とは異なることを規定する。
【００２３】
幾つかの実施形態において、発光材料を加熱されたＬＥＤ構造体上に噴霧することは、加熱されたＬＥＤ構造体の表面に対して複数の角度で加熱されたＬＥＤ構造体に向けて噴霧するように位置決めされた複数のスプレイヘッドを用いて、発光材料を加熱されたＬＥＤ構造体上に噴霧することを含む。
【００２４】
本発明の幾つかの実施形態は、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む発光構造体を含む。この発光構造体は、ＬＥＤの直接上の共形層を含む。この共形層は、蛍光体粒子と、共形層がＬＥＤに塗布された時点でＬＥＤ内の熱エネルギーによって硬化する結合剤材料とを含む。
【００２５】
幾つかの実施形態は、共形層が、蛍光体粒子、溶媒及び結合剤材料を含んだ霧状発光溶液を含み、霧状発光溶液が、霧状発光溶液をＬＥＤの熱エネルギーによって硬化させるように加熱されたＬＥＤの上に直接噴霧されることを規定する。
【００２６】
幾つかの実施形態において、共形層は、ＬＥＤの直接上の第１の共形層と、第１の共形層の上の第２の共形層とを含む。第１の共形層は第１の蛍光体粒子を含み、第２の共形層は第２の蛍光体粒子を含む。幾つかの実施形態において、第１の蛍光体粒子は第１の主波長の光を放射するように構成され、第２の蛍光体粒子は第２の主波長の光を放射するように構成される。幾つかの実施形態は、第１の主波長が第２の主波長と同じであることを規定する。幾つかの実施形態において、第１の主波長は第２の主波長とは異なる。幾つかの実施形態は、光拡散体粒子を含んだ第３の共形層を第３の共形層の上に含む。
【００２７】
幾つかの実施形態において、半導体発光ダイオードはＬＥＤチップを含む。
【００２８】
本発明の幾つかの実施形態は、半導体発光デバイスを形成する方法を含み、該方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を加熱すること、及び、溶液中に懸濁された光学材料を含む発光材料を、加圧気体流を用いて霧状にすることを含む。方法は、発光材料を加熱されたＬＥＤ構造体上に加圧気体流を用いて噴霧して、加熱されたＬＥＤ構造体の熱エネルギーによって硬化する光学材料の第１の共形層をもたらすこと、及び、ＬＥＤ構造体の発光特性を検査することを含む。幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造体の発光特性が不合格であることに応じて、ＬＥＤ構造体上に光学材料の第２の共形層を塗布すること、及び／又は、同じ及び／又は異なる蛍光体及び／又は発光材料、又は例えば散乱粒子のような他の光学材料の付加的な塗布を規定する。幾つかの実施形態は、発光特性を検査する前に、加熱されたＬＥＤ構造体を冷却させること、及び、第２の共形層を塗布する前に、ＬＥＤ構造体を加熱することを含む。
【００２９】
幾つかの実施形態において、光学材料の第１の共形層は、ＬＥＤ構造体によって放射された光に応じて第１の波長を有する光を放射するように構成された第１の蛍光体粒子を含み、光学材料の第２の共形層は、ＬＥＤ構造体によって放射された光に応じて、第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放射するように構成された第２の蛍光体粒子を含む。
【００３０】
本発明の幾つかの実施形態は堆積システムを含み、該堆積システムは、液体供給ラインと、液体供給ラインに結合されて光学材料の粒子を含む液体溶媒を液体供給ラインに供給するように構成された貯留槽と、液体供給ラインに結合されて液体供給ラインから液体溶媒を受け取るように構成された噴射ノズルとを含む。システムは、噴射ヘッドに結合されて加圧気体を噴射ノズルに供給するように構成された気体ラインと、噴射ノズルへの液体溶媒流を制御するように構成されたコントローラと、液体溶媒が該ＬＥＤ構造体上に噴霧される前に発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を加熱するように構成された加熱デバイスとを含むことができる。
【００３１】
幾つかの実施形態は、貯留槽から供給ラインへの液体溶媒の第２の流れを制御するように構成された質量流コントローラを含むことができ、コントローラは、質量流コントローラを制御するようにさらに構成される。光センサを、ＬＥＤ構造体によって出力された光を検出するように構成することができる。幾つかの実施形態において、コントローラは、検出された出力光に応じて、噴射ノズルへの液体溶媒流を制御するように構成される。
【００３２】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を与えるために含められ、本出願に組み込まれてその一部分を構成するものであり、本発明の特定の実施形態を例証する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の幾つかの実施形態による、ＬＥＤ構造体の上に光学材料の共形層を塗布するための操作を示す流れ図である。
【図２Ａ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｂ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｃ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｄ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｅ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｆ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｇ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｈ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｉ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｊ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｋ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図２Ｌ】幾つかの実施形態による、取り付けられたＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図３Ａ】幾つかの実施形態による、異なるそれぞれのＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図３Ｂ】幾つかの実施形態による、異なるそれぞれのＬＥＤチップに対する光学材料の塗布を示す。
【図４】本発明の幾つかの実施形態による操作を示す流れ図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態による、光学素子及び／又は基板を光学材料でコーティングするための加圧堆積システムを示す略図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態による噴射ノズルを示す。
【図７】本発明の幾つかの実施形態による、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を光学材料でコーティングするためのバッチ式堆積システムを示す略図である。
【図８Ａ】幾つかの実施形態による、ＬＥＤウェハに対する光学材料の塗布を示す。
【図８Ｂ】幾つかの実施形態による、ＬＥＤウェハに対する光学材料の塗布を示す。
【図８Ｃ】幾つかの実施形態による、ＬＥＤウェハに対する光学材料の塗布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、以下で本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書で説明する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分且つ完全となるように、そして当業者に対して本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。全体を通して、類似の番号は類似の要素を指す。
【００３５】
本明細書において、第１の、第２の、などの用語が種々の要素を記述するのに用いられることがあるが、これらの要素はそれらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためだけに用いられる。例えば、本発明の範囲から逸脱せずに第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で用いる場合、用語「及び／又は」は、１つ又はそれ以上の関連リスト項目のいずれか又は全ての組合せを含む。
【００３６】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明の限定を意図したものではない。本明細書で用いる場合、単数形の不定冠詞「ａ」、「ａｎ」及び定冠詞「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形を同様に含むことを意図したものである。さらに、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含んだ（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び／又は「含んだ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で用いられる場合、記述された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことを理解されたい。
【００３７】
特に別に定義されない限り、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって普通に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、本明細書で用いられる用語は、本明細書の文脈及び関連技術におけるそれらの意味と矛盾しない意味を有すること、及び、本明細書において明確に定義されない限り理想的な又は過度に形式的な意味に解釈されるべきではないことを理解されたい。
【００３８】
層、領域又は基板などの要素が別の要素の「上に」ある、又は「上へと」延びると言及されるとき、それは他の要素の直接上にあるか又は直接上へと延びてもよく、又は、介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素の「直接上に」にある、又は「直接上へと」延びると言及されるとき、介在要素は存在しない。同様に、ある要素が別の要素に「接続される」又は「結合される」と言及されるとき、それは別の要素に直接接続されるか又は結合されてもよく、又は、介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と言及されるとき、介在要素は存在しない。
【００３９】
相対語、例えば「下に」若しくは「上に」、又は「より上に」若しくは「より下に」、又は「水平の」若しくは「横方向の」、又は「垂直の」などは、本明細書において、図に示される１つの要素、層又は領域の、別の要素、層又は領域に対する関係を記述するのに用いられる場合がある。これらの用語は、図に描かれた配置に加えて、異なるデバイスの向きを包含することを意図したものであることを理解されたい。
【００４０】
本明細書において、本発明の理想的な実施形態（及び中間構造体）の略図である断面図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図中の層及び領域の厚さは明瞭にするために誇張されていることがある。さらに、例えば、製造技術及び／又は許容差の結果として図の形状からの変化が予想される。従って、本発明の実施形態は、ここで示される領域の特定の形状に限定されると理解されるべきではなく、例えば、製造から生じる形状のずれを含む。
【００４１】
本発明の幾つかの実施形態は、光学素子に対する光学材料の塗布、及び、塗布中に光学材料を硬化因子に曝すことに関する。硬化因子は、熱、放射線、光学素子上若しくは光学素子内の材料、又は光学材料の硬化プロセスを加速する他の因子を含むことができる。光学材料は、特に、波長変換材料、発光材料、散乱粒子及び光フィルタを含むことができる。本明細書で論じる粒子は、小直径及び／又は大直径の粒子を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態は、小粒子が約５ミクロン又はそれ以下の平均粒径であり得ること、及び、ナノ粒子を含むことができることを規定する。大直径粒子は、約１５ミクロン又はそれ以上、例えば、１７ミクロン又はそれ以上の平均粒径を有することができる。
【００４２】
次に図１を参照すると、これは、本発明の幾つかの実施形態による、光学素子の上に光学材料の共形層を塗布する操作を示す流れ図である。光学素子は、ＬＥＤ構造体、例えば、特に、ＬＥＤチップ、デバイス及び／又は複数ＬＥＤチップのウェハなどを含むことができる。幾つかの実施形態において、光学素子又はデバイスは、特に、光透過性構造体、反射構造体、及び／又は支持構造体を含むことができる。例えば、光学素子又はデバイスは、特に、平面、非平面、２次元、３次元のレンズ、反射体、発光体（ｅｍｉｔｔｅｒ）パッケージ、１次及び／又は２次光学素子を含むことができる。幾つかの実施形態は、光学素子又はデバイスが、発光構造体から離れた、発光効果をもたらす例えば蛍光体材料のような光学材料が上に塗布された透明支持体を含むことができることを規定する。光学素子は、加熱デバイスによって加熱される（ブロック２３０）。加熱デバイスは、電気抵抗及び／又は誘導加熱部品、及び／又は燃焼関連加熱部品を含むことができる。幾つかの実施形態は、光学素子が加熱され、加熱操作後に次の処理が行われることを規定する。加熱デバイスは、続いて説明される操作を通して全域にわたって熱を供給するように構成することができる。幾つかの実施形態において、第１の加熱デバイスが光学素子の初期加熱をもたらすことができ、第２の加熱デバイスが加熱操作を維持することができる。幾つかの実施形態において、光学素子を、摂氏約９０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱することができる。
【００４３】
光学材料が、加熱された光学素子に塗布される（ブロック２３２）。幾つかの実施形態は、溶液内に懸濁された光学材料を含む発光溶液を、加圧気体流を用いて霧状にすることができることを規定する。霧状の発光溶液は、加圧気体流を用いて、加熱されたＬＥＤ構造体の上に噴霧することができる。光学材料は、空気加圧噴霧システムを用いて噴霧することができる。
【００４４】
光学材料は、揮発性溶媒及び結合剤材料を含んだ溶液内に懸濁された波長変換粒子を含むことができる。幾つかの実施形態は、揮発性液体を、加熱された光学素子内の熱エネルギーによって蒸発させることを規定する。このようにして、光学素子の上に波長変換粒子の共形層を設けることができる。幾つかの実施形態は、溶液が不揮発性液体を含むことを規定する。そのような実施形態においては、不揮発性液体を、加熱された光学素子内の熱エネルギーによって硬化させることができる。
【００４５】
光学素子は、頂面とその頂面上のワイヤパッドとを有するＬＥＤチップを含むことができる。ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、発光溶液をＬＥＤチップ上へと噴霧する前に、ワイヤをワイヤパッドに接合することができる。幾つかの実施形態は、光学素子がＬＥＤウェハを含み、ウェハが、共形層を設けた後で複数のＬＥＤチップに個別化されることを規定する。
【００４６】
例えばＬＥＤウェハのような大きな面積に噴霧する場合、ノズル５０（図２Ａ）の速度及び高さを調節して、その面積にわたって均一な被覆率を達成することができる。幾つかの実施形態は、光学材料の塗布の前に、ノズル５０（図２Ａ）の加速を用いて、共形層の均一性をもたらすことができることを規定する。幾つかの実施形態において、同一操作で複数のＬＥＤウェハに光学材料を塗布して、均一性をさらに向上させ、且つ、加速部の間の光学材料の無駄を減らすことができる。さらに、プロセス温度を変化させることにより、塗布後の流れ時間を制御して所望の被覆率を達成することができる。
【００４７】
幾つかの実施形態において、同じ及び／又は異なる光学材料を有する複数の光学材料共形層を塗布することができる。各々の共形層は加熱ＬＥＤ構造体上にひとたび堆積されると迅速に硬化することができるので、その後に次の層を直接塗布することができる。しかし、幾つかの実施形態は、層と層の間でＬＥＤ構造体を冷却させ、次いで、次に塗布される共形層のために再び加熱することができることを規定する。
【００４８】
霧状発光溶液を、異なる及び／又は複数の角度、方向及び／又は配向で塗布して、共形層の均一性に影響を及ぼすことができる。
【００４９】
次に、図２Ａ−図２Ｌを参照すると、ＬＥＤ構造体に対する光学材料の塗布が示される。図２Ａ−図２Ｌの実施形態において、基板６０の上に取り付けられたＬＥＤチップ又はダイ７０に、光学材料５４が塗布される。しかし、前述のように、光学材料５４は、同様の方法で裸の（即ち、取り付けられていない）ＬＥＤダイに及び又はＬＥＤウェハに塗布することができる。従って、幾つかの実施形態において、光学材料５４は、レンズ９４及び／又は反射体カップ６２に塗布することができる。ＬＥＤウェハは、ＬＥＤ活性層を形成する薄いエピタキシャル層が上に形成され又は取り付けられたウェハ基板を含む。従って、ＬＥＤウェハは、エピタキシャル層を上に成長させた成長基板、及び／又はエピタキシャル層が上に転写された支持基板を含むことができる。
【００５０】
図２Ａを参照すると、加熱デバイス３７は、ＬＥＤチップ７０に熱を供給することができる。幾つかの実施形態は、ノズル５０が、加熱されたＬＥＤチップ７０に光学材料５４を噴霧して共形層８０をもたらすように構成されることを規定する。同様に、図２Ｂを参照すると、ＬＥＤチップ７０のウェハを加熱することができ、その上に光学材料５４を塗布して共形層８０をもたらすことができる。ＬＥＤチップ７０は、光学材料が塗布された後で個別化することができる。
【００５１】
図２Ｃに示すように、ＬＥＤチップ７０は基板６０の上に取り付けられる。ＬＥＤチップ７０は、ボンディングパッド及び／又はサブマウント（図示せず）のような中間構造体によって基板６０の上に取り付けることができる。幾つかの実施形態において、ＬＥＤチップ７０は、基板６０の上に配置された反射体カップ６２によって定められる光学キャビティ６４の中に取り付けることができる。反射体カップ６２は、ＬＥＤチップ７０に面する角度付けられた反射表面６６を含み、ＬＥＤチップ７０によって放射された光を、光学キャビティ６４から離れる方向に反射するように構成される。反射体カップ６２は、上方に延びる側壁６２Ａをさらに含み、これがレンズ９４を収容して保持するチャネルを定める（図２Ｄ）。
【００５２】
反射体カップ６２は、随意のものであることが認識されよう。例えば、ＬＥＤチップ７０は、ＬＥＤチップ７０の周囲に何らかの反射体を用いずに、基板６０、プリント回路基板又は他の支持部材の上に取り付けることができる。さらに、反射体カップ６２及び基板６０を統合して一体構造にすることができる。基板６０はまた、リードフレームを含むことができ、パッケージ本体は、ＬＥＤチップ７０を囲んで光学キャビティ６４を定めるリードフレームの上に形成することができる。従って、ＬＥＤチップ７０は、多くの異なる型式のパッケージング内に取り付けることができ、本発明は、図に示した特定のパッケージング構成に限定されない。
【００５３】
さらに図２Ｃを参照すると、ＬＥＤチップ７０はワイヤボンドパッド７２を含むことができ、ワイヤボンドパッド７２から、基板６０上又は他箇所の対応するコンタクトパッド（図示せず）に至るワイヤボンド接続７４を形成することができる。しかし、ＬＥＤチップ７０は、アノードコンタクト及びカソードコンタクトの両方をチップの同じ側に有する水平ＬＥＤチップとすることができ、フリップチップ様式で基板６０に取り付けることができるので、幾つかの実施形態においては、ＬＥＤチップに対していかなるボンドワイヤ接続も作らなくてもよいことが理解されるであろう。
【００５４】
図５、図６及び図２Ｃを参照すると、加圧堆積システム１００のコントローラ２０は、供給ライン３６内の液体を噴射ノズル５０に供給するようにさせることができる。例えば、コントローラ２０は、ＭＦＣ３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃ並びにバルブ４０を開き、ＭＦＣ３４Ｄを閉じることができる。所望の濃度の蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子のような光学材料５４を、ＭＦＣ３４Ｃ、３４Ｄを制御することによって供給ライン３６へと供給することができる。以前の材料塗布で残った、供給ライン３６内の何らかの残留材料は、溶媒、結合剤及び蛍光体材料の堆積の前に一掃することができる。
【００５５】
加熱デバイス３７は、熱３９を加えて、ＬＥＤチップ７０、基板６０、反射体カップ６２及びワイヤボンドパッド７２の温度を上昇させることができる。供給ライン３６内の液体がＬＥＤチップ７０上へと噴霧され、霧状の結合剤、溶媒及び蛍光体材料の薄層（共形層）８０がその上に形成される。加熱されたＬＥＤチップ７０及び基板６０からの熱エネルギーは、塗布された結合剤、溶媒及び蛍光体を迅速に硬化させることができる。幾つかの実施形態において、迅速硬化はスナップ硬化と呼ぶことができる。塗布された結合剤、溶媒及び蛍光体をスナップ硬化させることにより、実質的に均一な蛍光体の共形層をＬＥＤチップ７０及び基板６０の上に設けることができる。前述のように、液体結合剤材料はシリコーン及び／又はエポキシのような材料を含むことができる。幾つかの実施形態は、液体溶媒が、アルコール及び／又は上で列挙した揮発性溶媒のいずれかのような揮発性液体溶媒を含むことができることを規定する。
【００５６】
加熱された基板６０及びＬＥＤチップ７０の熱エネルギーによって、揮発性溶媒液体はその後、蒸発し、結合剤材料内に光学材料（例えば、蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子）を残して共形層８０をもたらすことができる。しかし、場合により、不揮発性液体、例えばシリコーン及び／又はエポキシ樹脂を蛍光体／拡散体粒子のキャリア液体として用いることができ、この場合、不揮発性液体を加熱された基板６０及びＬＥＤチップ７０の熱エネルギーによって硬化させて、ＬＥＤチップ７０を覆うように光学材料の共形層８０を設けることができる。
【００５７】
図２Ｄを参照すると、ＬＥＤチップ７０を結合剤材料及び蛍光体材料の共形層８０で噴霧コーティングした後、シリコーン及び／又はエポキシのような封入材９２を、光学キャビティ６４を少なくとも部分的に満たすように定量充填することができ、ガラス又はシリコーンレンズのようなレンズ９４を、ＬＥＤチップ７０の上方に配置することができる。封入材９２を硬化させることでレンズ９４を構造体に固定し、その一方で、反射体カップ６２の垂直壁部分６２Ａは、封入材９２が加熱／冷却サイクルと共に膨張及び収縮する際にレンズが移動することを許容する。
【００５８】
幾つかの実施形態において、加熱されたＬＥＤチップ７０及び基板６０の上の共形層８０の噴霧コーティングは、同じ及び／又は異なる光学材料を用いて複数回実施することができる。例えば、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第１の蛍光体を含む層８０Ａをサブマウント６０の上のＬＥＤチップ上にコーティングすることができる。同じ又は別の、蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子などの光学材料層８０Ｂを、上記の方法で層８０Ａの上に形成することができる。同じ及び／又は別の、蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子などの光学材料の他層を、引き続き上記の方法で層８０Ｂの上に形成することができる。図３Ｂはさらに、ＬＥＤチップが非平面表面、例えば、とくに斜面を含む場合に、（１つ又は複数の）共形層８０の塗布が特に有益であり得ることを示す。加熱されたＬＥＤチップ７０及び基板６０からの熱エネルギーは、塗布された結合剤、溶媒及び蛍光体を迅速に硬化させることができる。幾つかの実施形態において、迅速硬化はスナップ硬化と呼ぶことができる。塗布された結合剤、溶媒及び蛍光体をスナップ硬化することにより、実質的に均一な蛍光体の共形層をＬＥＤチップ７０及び基板６０の上に設けることができる。
【００５９】
図２Ｅを参照すると、幾つかの実施形態は、供給ライン３６内の液体をＬＥＤチップ７０及び反射体カップ６２などの周囲の構造体上へと噴霧して、それらの上に共形層８０を形成することを規定する。さらに、図２Ｆを参照すると、幾つかの実施形態において、共形層８０は、レンズ９４の外及び／又は内表面に形成することができ、その場合、レンズ９４は、塗布されたときに共形層８０を硬化させるように、加熱される。図２Ｇを参照すると、この図は、共形層８０を２次元構造体、例えば、レンズ９４又は他の透過及び／又は反射光学素子などに塗布することができることを示す。図２Ｈを簡単に参照すると、この図は、共形層８０を、加熱されたレンズ９４及び加熱されたＬＥＤチップ７０に塗布することができることを示す。
【００６０】
図２Ｉを参照すると、この図は、ＬＥＤチップの底部で電気的に接続された複数のＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄを示す。例えば、ＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄは、電気的終端のためのワイヤボンドを有しないフリップチップを含むことができる。ＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄは、１つ又はそれ以上の異なる主波長及び／又はそれらの組合せの光を放射するように構成することができる。共形コーティング８０は、レンズ９４の外側及び／又は内側に設けることができる。図２Ｊ、図２Ｋ及び図２Ｌは、本明細書で説明した共形層８０を含むレンズ９４の内側に配置された複数の非ワイヤボンドＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄを示す。幾つかの実施形態は、共形コーティングを、レンズ９４に加えて又はレンズ９４の代わりに、複数のＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄのうちの１つ又はそれ以上に対して塗布することができることを規定する。幾つかの実施形態において、ＬＥＤチップは、ワイヤボンドで結合されたものとすることができる。
【００６１】
レンズ９４への共形層８０の塗布は、ＬＥＤチップ７０Ａ−７０Ｄとの組立後、組立中、及び／又は組立前に実施することができる。例えば、幾つかの実施形態は、複数レンズのアレイを加熱し、次いでそれに光学材料を塗布することができることを規定する。同様に、マイクロモールドに噴霧して光学材料要素を形成することができ、この要素をモールドから取り外してＬＥＤチップなどの光学素子の上に配置することができる。
【００６２】
図３Ａ及び図３Ｂは、異なる光学材料層８０Ａ及び８０Ｂを有する、サブマウント又は基板６０に取り付けられたＬＥＤチップ６０を示す。付加的な又は介在する層も可能である。異なる光学材料層８０Ａ及び８０Ｂは、同じ又は異なる光学材料を含むことができる。例えば、光学材料層８０Ａ及び８０Ｂは、第１及び第２の種類の蛍光体粒子を含むことができる。幾つかの実施形態において、異なるサイズを有する蛍光体粒子が異なる層内に存在することができる。幾つかの実施形態は、付加的な光学材料層が、特に、他の蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子を含むことができることを規定する。
【００６３】
幾つかの実施形態において、光学材料層８０Ａは、入射光を第１の波長（例えば、黄色）に変換するように構成された蛍光体粒子を含むことができ、他方、光学材料層８０Ｂは、入射光を第１の波長とは異なる第２の波長（例えば、赤色）に変換するように構成された蛍光体粒子を含むことができる。従って、パッケージ化ＬＥＤチップ７０から出力される光は、ＬＥＤチップ７０により放射される１次光と、蛍光体層８０Ａ及び蛍光体層８０Ｂによって放射される２次光との混光とすることができる。そのような光は、１種類の蛍光体だけを用いて生成される光に比べて、改善された演色性を有することができる。
【００６４】
幾つかの実施形態において、光学材料層８０Ａ及び光学材料層８０Ｂは、同じ種類の蛍光体を含むことができる。例えば、図３、図４及び図５を参照すると、光学素子、例えばＬＥＤチップ７０のようなＬＥＤ構造体を加熱することができる（ブロック２０２）。幾つかの実施形態は、光学素子が、基板及び／又は光デバイスを含むことができることを規定する。光学材料の共形層８０Ａを、本発明の実施形態による噴霧堆積システム１００を用いて、加熱された光学素子の上に塗布することができる（ブロック２０４）。次いで、溶媒は、加熱された光学素子内の熱エネルギーによって、その溶媒が揮発性であるか又は不揮発性であるかに応じて、迅速に蒸発及び／又は硬化するので、結合剤材料が硬化して、光学材料（例えば、蛍光体粒子）を光学素子（例えば、ＬＥＤチップなど）に付着させることができる（ブロック２０６）。幾つかの実施形態は、次に光学素子を、後で取出してさらに調整するために、例えば室温で保管することができることを規定する。
【００６５】
次に、例えば、発光部のアノード端子とカソード端子との間に電圧を印加することによって、光学素子に通電することができ、共形層８０Ａを含むデバイスの光学特性（例えば、出力、色点、ＣＣＴ）を計測することができる。具体的には、ＬＥＤ構造体の出力（輝度）、色点及び／又は相関色温度（ＣＣＴ）を計測することができる（ブロック２０８）。例えば、ＬＥＤ構造体により出力される光を光センサ３５によって計測することができ、その結果をコントローラ２０に供給することができる。光学素子の検査は、ＬＥＤ構造体が、取り付けられたＬＥＤチップを含む場合には非常に簡単であり得る。ＬＥＤ構造体がＬＥＤウェハを含む場合には、ウェハ上のあらゆるデバイスを検査する代りにウェハ上の代表の領域／デバイスを検査し、テストした位置からの出力光に基づいてウェハ全体を調整することが可能である。
【００６６】
次に、ウェハの光学特性が合格であるかどうかを判断するため、即ち、ウェハが、確立されたビンニング要件を満たすかどうか調べるために、検査が実施される（ブロック２１０）。構造体の光学特性が不合格である場合、ブロック２１２において、そのデバイスを廃棄する（ブロック２１６）か、又はそのデバイスを再加工するかの判断がなされる。しかし、光学特性が満足のゆくものである場合、製造プロセスは次の製造ステップに進む。
【００６７】
デバイスが再加工可能であると判断された場合、その光学素子に対応する出力光は、構造体の色点／ＣＣＴを補正するのに必要な追加の蛍光体の量及び種類を決定することによって調整することができる（ブロック２１４）。第２の共形層８０Ｂを塗布することができる（ブロック２０２）。幾つかの実施形態において、検査は、光学素子がまだ加熱されている間に実施することができる。幾つかの実施形態は、光学素子が、第２の共形層８０Ｂを塗布するために再加熱されることを規定する。第２の共形層８０Ｂは、第１の共形層８０Ａにおいて用いられたのと同じ及び／又は異なる種類の蛍光体を含むことができ、コントローラ２０の命令下にある噴霧堆積システム１００を用いて塗布することができる。
【００６８】
一般に、ブロック２０２−２１４の操作は、共形層８０Ｃ及び８０Ｄにおいて例証されるように、所望の光学特性を達成するまで、必要に応じて繰返すことができる。しかし、過剰量の蛍光体が塗布されると、光学素子からの光の再吸収及び／又は過剰吸収によって発光特性が劣化することがあり、その時点で光学素子はブロック２１０における検査で不合格となり得る。
【００６９】
図５は、発光粒子及び／又は拡散体粒子などの光学材料５４で光学素子１０をコーティングするための加圧堆積システム１００を示す略図である。幾つかの実施形態において、光学素子１０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光構造体を含むことができるが、他方、幾つかの実施形態は、光学素子１０が、特に、光透過構造体、反射構造体、及び／又は支持構造体を含むことを規定する。例えば、光学素子１０は、特に、平面、非平面、２次元、３次元のレンズ、反射体、発光体パッケージ、１次及び／又は２次光学素子を含むことができる。幾つかの実施形態は、光学素子１０が、例えば、発光構造体から離れた、発光効果をもたらす例えば蛍光体材料などのような光学材料５４が上に塗布された透明支持体を含むことができることを規定する。
【００７０】
幾つかの実施形態は、光学材料５４が、システム１００によって光学素子１０に噴霧されることを規定する。幾つかの実施形態は、光学材料５４が、特に、流し込み、浸漬、ロール塗り、刷毛塗り及び／又はスタンピングなどの塗布技術を用いて塗布されることを規定する。加熱デバイス３７が光学素子１０に熱（熱エネルギー）３９を加えて、光学素子１０の温度を、光学材料５４をその上に噴霧する前に上昇させる。図１に示すように、供給ライン３６が、光学材料５４を含有するキャリア液体を噴射ノズル５０に供給する。キャリア液体は、噴射ノズル５０を介して光学素子１０上へと噴霧される。具体的には、以下でより詳しく説明するように、高圧気体供給ライン４４を通して噴射ノズル５０に供給された加圧気体がキャリア液体を霧状にし、光学材料５４を光学素子１０の方向に向け、そこで光学材料５４を堆積させる。幾つかの実施形態は、光学材料５４が霧状の液体であることを規定する。用語「霧状にする」は、本明細書においては、液体を微細な粒子及び／又は微細な霧状にすることを指す一般的な意味で用いられる。光学材料５４を含む共形層は、加熱された光学素子１０に霧状液体が堆積したときの迅速な硬化から設けることができる。例えば、加熱された光学素子１０に塗布された光学材料の硬化時間は、非加熱の光学素子に塗布される光学材料５４の硬化時間よりも実質的に短くなり得る。このようにして、光学材料５４の沈降、分離及び／又は層化を著しく減らすか又は無くすことができる。従って、より良好な層結合、並びに層厚及び組成のより高い均一性を達成することができる。
【００７１】
光学素子１０は、ＬＥＤウェハ、取り付けられたＬＥＤダイ及び／又は取り付けられていない（即ち、裸の）ＬＥＤダイを含むことができる。幾つかの実施形態において、ＬＥＤ構造体は、発光体から受け取った光を透過及び／又は反射するように構成された光透過要素及び／又は反射要素を含むことができる。そのような実施形態において、光透過要素及び／又は反射要素は、加熱され、次いでその上に光学材料５４が堆積されるように構成することができる。光透過要素及び／又は反射要素は、平面（２次元）及び／又は３次元とすることができる。幾つかの実施形態は、光を受け取るために、光透過要素及び／又は反射要素が、ＬＥＤダイに接触するか、ＬＥＤダイの近傍にあるか、及び／又はＬＥＤダイから離間することができることを規定する。従って、本発明の実施形態によるシステム及び方法は、製造プロセスの種々の段階で用いることができる。
【００７２】
幾つかの実施形態において、供給ライン３６内の液体は、有機及び／又は有機−無機複合材料を含む結合剤を含むことができる。幾つかの実施形態は、供給ライン３６内の液体が、例えば、液体シリコーン及び／又は液体エポキシなどの結合剤材料、及び／又は、アルコール、水、アセトン、メタノール、エタノール、ケトン、イソプロパノール、炭化水素溶媒、ヘキサン、エチレングリコール、メチルエチルケトン、キシレン、トルエン、及びそれらの組合せなどのような揮発性又は不揮発性溶媒材料を含むことができることを規定する。幾つかの実施形態において、結合剤は約１．２５を超える屈折率を有することができる。幾つかの実施形態は、結合剤材料の屈折率を約１．５よりも大きくすることができることを規定する。可視スペクトル全域にわたって高い光透過率を有することが望ましい場合がある。幾つかの実施形態において、結合剤は、約４４０ｎｍから約４７０ｎｍまでを含む波長領域において、本明細書で説明する厚さで約９０％又はそれ以上の光透過率を有することができる。幾つかの実施形態において、結合剤は、約４４０ｎｍから約４７０ｎｍまでを含む波長領域において、本明細書で説明する厚さで約９５％又はそれ以上の光透過率を有することができる。幾つかの実施形態において、結合剤は、約４４０ｎｍから約４７０ｎｍまでを含む波長領域において、本明細書で説明する厚さで約９８％又はそれ以上の光透過率を有することができる。幾つかの実施形態において、結合剤は、可視スペクトルにおける緑色、黄色及び／又は赤色などの他の波長に対して、約９０％又はそれ以上、約９５％又はそれ以上、及び／又は、約９８％又はそれ以上の光透過率を有することができる。一般に、揮発性溶媒は、堆積された後、短時間で乾燥又は蒸発する。揮発性又は不揮発性溶媒材料は、ＬＥＤ構造体上へと堆積させる粒子、例えば、特に、発光材料（例えば、蛍光体）の粒子及び／又は二酸化チタンのような光散乱材料の粒子を含むことができる。供給ライン３６内の液体は、それぞれの入力ライン３２Ａ−３２Ｄを介して供給ライン３６に接続された複数の流体貯留槽３０Ａ−３０Ｄの内の１つから供給することができる。入力ライン３２Ａ−３２Ｄを通る液体の流れは、それぞれ電気制御式質量流コントローラ３４Ａ−３４Ｄによって注意深く制御することができる。
【００７３】
図５に示すように、貯留槽３０Ａ−３０Ｄは、アルコール、水などの揮発性液体溶媒を収容する溶媒貯留槽３０Ａ、及び、液体シリコーン及び／又は液体エポキシなどの液体結合剤材料を収容する結合剤貯留槽３０Ｂを含むことができる。幾つかの実施形態において、溶媒貯留槽３０Ａ及び結合剤貯留槽３０Ｂは、「純粋な」液体、即ち、蛍光体、拡散体又は他の粒子を何も含まない液体、を含むことができる。貯留槽３０Ａ−３０Ｄはまた、ある濃度の蛍光体粒子が懸濁された液体溶媒を収容する蛍光体貯留槽３０Ｃを含むことができる。幾つかの実施形態において、蛍光体貯留槽３０Ｃは、蛍光体粒子が光学素子１０上へと塗布されるときの濃度よりも高い濃度で蛍光体粒子を含むことができる。
【００７４】
貯留槽３０Ａ−３０Ｄはまた、ある濃度の拡散体粒子が懸濁された液体溶媒を収容する拡散体貯留槽３０Ｄを含むことができる。幾つかの実施形態において、拡散体貯留槽３０Ｄは、拡散体粒子が光学素子１０上へと塗布されるときの濃度よりも高い濃度で拡散体粒子を含むことができる。
【００７５】
１つ又はそれ以上の貯留槽３０Ａ−３０Ｄを加圧することができ、その結果、貯留槽３０Ａ−３０Ｄからの流れは、正圧により供給ライン３６の中へと取り込むことができる。具体的には、溶媒貯留槽３０Ａ及び結合剤貯留槽３０Ｂを加圧することができる。幾つかの実施形態において、蛍光体貯留槽３０Ｃ及び／又は拡散体貯留槽３０Ｄは加圧されなくてもよく、その結果、蛍光体貯留槽３０Ｃ及び／又は拡散体貯留槽３０Ｄからの流れは、供給ライン３６を通る流れに起因する負圧によって供給ライン３６内へと誘導される。液体を光学素子上へと噴霧するための力は高圧気体ライン４４によって与えられるので、供給ライン３６内の圧力を高くする必要はない。
【００７６】
供給ライン３６を通る液体流は、電子制御式バルブ４０によって制御することができる。バルブ４０が開いているとき、供給ライン３６内の液体が噴射ノズル５０に供給される。
【００７７】
図６は、本発明の実施形態による噴射ノズル５０をより詳しく示す。図５及び図６を参照すると、気体加圧装置４２によって生成された加圧気体（例えば、加圧空気）を、加圧気体供給ライン４４を通して噴射ノズル５０に供給することができる。加圧気体は、噴射ノズル５０内の液体出口ポート５１に隣接する気体出口ポート５２を通るように誘導される。液体出口ポート５１を通る液体流は、例えば、引込み式ピン５３の位置を制御することによって調節することができる。ピン５３が引っ込められると液体出口ポートが開放される。気体出口ポート５２を出る加圧気体の流れは、液体出口ポート５１に対して負の圧力勾配を生成し、これが液体出口ポート５１から供給される液体を霧状にする。次いで、霧状液体５４は、気体出口ポート５２からの気体流によって光学素子１０まで運ばれ、そこで霧状液体５４の流れがＬＥＤ構造体上に堆積する。
【００７８】
図５にさらに示すように、質量流コントローラ３４Ａ−３４Ｄ、電子制御式流れバルブ４０及び気体加圧装置４２の動作は、コントローラ２０によって、電子制御ライン２２、２４、２６を経由して制御することができる。コントローラ２０は、従来のプログラム可能コントローラとすることができ、及び／又は、システム１００のそれぞれの要素の動作を制御するように構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は汎用マイクロプロセッサ若しくはコントローラ（例えば、コンピュータ）を含むことができる。
【００７９】
さらに図５を参照すると、質量流コントローラ（ＭＦＣ）３４Ａ−３４Ｄ及びバルブ４０の動作を制御することにより、コントローラ２０は、供給ライン３６を通して噴射ノズル５０に供給される液体の組成を制御することができる。具体的には、コントローラ２０は、ＭＦＣ３０Ａ、３０Ｃ及び３０Ｄを閉じ、同時にＭＦＣ３０Ｂ及びバルブ４０を開いて、結合剤液体を噴射ノズル５０に供給することができる。同様に、コントローラ２０は、ＭＦＣ３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄを閉じ、同時にＭＦＣ３０Ａ及びバルブ４０を開いて、溶媒液体のみを噴射ノズル５０に供給することができる。溶媒貯留槽３０Ａからの溶媒材料が流れると、コントローラ２０は、ＭＦＣ３４Ｃ及び／又は３４Ｄに、蛍光体粒子（蛍光体貯留槽３０Ｃの場合）及び／又は拡散体粒子（拡散体貯留槽３０Ｄの場合）を担う液体を供給ライン３６内の流れの中へと放出させることができる。従って、コントローラ２０は、噴射ノズル５０によって光学素子１０上に噴霧される材料の組成を、精密に制御することができる。
【００８０】
図５は、単一の蛍光体貯留槽３０Ｃ及び単一の拡散体貯留槽３０Ｄを示すが、もっと多くの貯留槽を設けて、コントローラ２０によって電気的に制御することができるそれぞれのＭＦＣ及び／又は供給バルブを通して供給ラインに接続することができることが認識されよう。例えば、製品要件に応じて、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、青色蛍光体などのための個別の蛍光体貯留槽を設けることができる。幾つかの実施形態は、一色より多くの蛍光体を、光学素子１０のそれぞれ別個の領域に塗布することができ、又は混合して単一層を形成することができることを規定する。さらに、一種類より多くの拡散体粒子を、異なる拡散体貯留槽を用いて選択的に供給することができる。例えば、第１の組成及び／又は粒径を有する拡散体粒子を光学素子１０の一部分に塗布し、異なる組成及び／又は粒径を有する拡散体粒子を光学素子１０の別の部分に塗布することが望ましい場合がある。１つより多くの蛍光体（例えば、異なる色の）をＬＥＤ構造体の別々の領域に塗布することが望ましい場合がある。さらに、ＬＥＤ構造体の単一の層、領域及び／又は区域内で、異なる色の蛍光体を混合することが望ましい場合がある（図３に類似するが、但し、単一層内に異なる色の蛍光体が存在する）。そのような場合、別個の貯留槽、又は複数の蛍光体を収容する単一の貯留槽のどちらかから同時に塗布された、少なくとも２つの蛍光体が存在し得る。
【００８１】
説明したように、加熱デバイス３７が熱３９を光学素子１０に加えて、光学材料を噴霧する前に光学素子１０の温度を上昇させる。幾つかの実施形態は、加熱デバイスをコントローラ２０によって電子制御ライン２９を介して電子的に制御することができることを規定する。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、噴霧操作中に光学素子１０に熱３９を加えることができる。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、噴霧操作の前に光学素子１０を加熱するために用いることができ、及び／又はコントローラ２０とは独立に動作させることができる。
【００８２】
幾つかの実施形態は、加熱デバイス３７が熱伝導性加熱表面を含み、これを通して熱３９が光学素子１０に伝達されることを規定する。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、例えば、加熱された空気及び／又は気体などの熱伝達媒体を用いて熱３９を光学素子１０に伝達することができる。加熱デバイスの実施形態は、電気抵抗及び／又は伝導及び／又は燃焼に関連する発熱要素を含むことができる。
【００８３】
幾つかの実施形態は、光学素子１０が摂氏７０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態は、光学素子１０が摂氏９０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態は、光学素子１０が摂氏１２０度を超えるまで加熱されることを規定する。幾つかの実施形態において、光学素子１０は、摂氏約７０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態において、光学素子１０は、摂氏約９０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態において、光学素子１０は、摂氏約９０度から摂氏約１２０度までの範囲の温度に加熱される。幾つかの実施形態において、光学素子１０は、摂氏約９０度から摂氏約１５５度までの範囲の温度に加熱される。霧状液体５４が光学素子１０の上に堆積されたとき、加熱された光学素子１０内の熱エネルギーが、霧状液体５４の溶媒部分を迅速に硬化及び／又は蒸発させる。迅速に硬化させること及び／又は溶媒を蒸発させることにより、硬化の前の光学材料の沈降及び／又は再分配を減らすことができる。この点で、塗布された層内の光学材料のより均一な濃度が維持されるので、ＬＥＤ構造体上に光学材料の実質的に共形の層がもたらされる。
【００８４】
図５に示されるシステム１００は、幾つかの部分に分割することができ、例えば、分離した供給ライン３６を設け、及び／又は分離した噴射ノズル５０を設けるようにすることができることがさらに認識されよう。例えば、システムは、光学素子１０に対して第１の方向から及び／又は第１の角度で霧状液体５４を噴霧塗布するための専用の第１の供給ライン３６及びノズル５０、並びに、光学素子１０に対して第２の異なる方向から及び／又は第２の異なる角度で霧状液体５４を噴霧塗布するための専用の第２の供給ライン３６及びノズル５０を有することができる。幾つかの実施形態は、第１及び第２の供給ライン３６及びノズル５０が、同じ霧状液体５４を供給するように構成されることを規定する。幾つかの実施形態において、第１及び第２の供給ライン３６及びノズル５０は、互いに異なる霧状液体を供給するように構成される。従って、種々の実施形態により、貯留槽、供給ライン及び噴射ノズルの多くの異なる組合せが企図される。
【００８５】
混合器４１を設けて、種々の異なる貯留槽３０Ａ−３０Ｄからの供給ライン３６の成分を混合することができる。幾つかの実施形態において、混合器は、供給ライン３６内の材料をそれを通る流れにより混合する静的混合要素を含むことができる。幾つかの実施形態は、供給ライン３６内の材料を撹拌して粒子を懸濁状態に保つ、及び／又は材料全体が実質的に均一に分布する状態に保つ、能動的混合要素を含むことができることを規定する。図示しないが、種々の構成要素のための圧力コントローラを備えることができる。例えば、貯留槽３０Ａ−３０Ｄ及びノズル５０は、特に供給及び／又は送出圧力を制御するための圧力コントローラを含むことができる。さらに、幾つかの実施形態は、貯留槽３０Ａ−３０Ｄ内に静的及び／又は能動的混合要素を含むことができる。例えば、蛍光体貯留槽３０Ｃ及び拡散体貯留槽３０Ｄは、粒子を懸濁状態に維持するための混合要素を用いることができる。
【００８６】
図５はさらに、光学素子１０によって放射された光３７を検出するように構成された光センサ３５を示す。例えば、光センサ３５は、光学素子１０によって放射された光の色点及び／又は強度を検出することができる。検出された光情報は、通信ライン２８を経由してコントローラ３０に供給することができ、以下でより詳しく説明するように、堆積システム１００の動作の制御におけるフィードバック信号として用いることができる。
【００８７】
次に図７を参照すると、これは、本発明の幾つかの実施形態による、光学素子を光学材料で塗布するためのバッチ式堆積システム２００を示す略図である。図５及び図６に関連して上で論じたように、気体加圧装置４２によって生成された加圧気体（例えば、加圧空気）を、加圧気体供給ライン４４を通して噴射ノズル５０に供給することができる。加圧気体は、噴射ノズル５０内の液体出口ポート５１に隣接した気体出口ポート５２を通して誘導される。液体出口ポート５１を通る液体流は、例えば、引込み式ピン５３の位置を制御することによって調節することができる。
【００８８】
シリンジ５７は、光学材料５４のバッチを含むことができる。光学材料５４は、例えば、１つ又はそれ以上の種類の蛍光体粒子、１つ又はそれ以上の種類の拡散体粒子、結合剤、及び／又は、１つ又はそれ以上の溶媒を含むことができる。シリンジ５７には、光学材料を含む混合物、化合物、溶液及び／又は懸濁液を、例えば、光学材料５４を収容するように構成されたカートリッジを用いて仕込むことができる。このようにして、光学材料５４のバッチを塗布操作の直前に準備して、その中の成分の沈降及び／又は層化を減らすことができる。幾つかの実施形態において、シリンジをノズル５０に直接、又はノズル５０の近くに結合して、光学材料５４内の懸濁粒子の沈降を減らすことができる。幾つかの実施形態は、横方向の流体経路が光学材料５４の沈降及び／又は層化を生じさせることがあるので、そのような経路を減らすか又は回避することができることを規定する。幾つかの実施形態において、能動的及び／又は静的混合要素をシリンジ５７と共に及び／又はシリンジ内部に設けて、沈降を軽減する。
【００８９】
流体加圧装置５６を設けて、シリンジ５７内の流体圧力を生成及び／又は制御することができる。幾つかの実施形態は、流体圧力を、気体加圧装置４２によって与えられる気体圧力よりも実質的に低くすることができることを規定する。
【００９０】
図７にさらに示すように、気体加圧装置４２、流体加圧装置５６及び加熱デバイス３７の動作は、コントローラ２０によって電子制御ライン２４、２６及び２９を経由して制御することができる。コントローラ２０は、従来のプログラム可能コントローラとすることができ、及び／又は、システム２００のそれぞれの要素の動作を制御するように構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は汎用マイクロプロセッサ若しくはコントローラ（例えば、コンピュータ）を含むことができる。
【００９１】
さらに図７を参照すると、流体加圧装置５６及び気体加圧装置４２の動作を制御することによって、コントローラ２０は、噴射ノズル５０に供給される液体の流れを制御することができる。
【００９２】
図７は単一のシリンジ５７及びノズル５０を示すが、より多くのシリンジ５７及びノズル５６を設けて、気体加圧装置４２及び流体加圧装置５６に接続することができる。幾つかの実施形態において、付加的な気体加圧装置４２及び流体加圧装置５６は、コントローラ２０によって電子的に制御することができる。
【００９３】
図示したように、加熱デバイス３７が熱３９を光学素子１０に加えて、光学材料を光学素子１０の上に噴霧する前に光学素子１０の温度を上昇させる。幾つかの実施形態は、加熱デバイスをコントローラ２０によって電子制御ライン２９を介して電子的に制御することができることを規定する。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、噴霧操作中に光学素子１０に熱３９を加えることができる。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、噴霧操作の前に光学素子１０を加熱するために用いることができ、及び／又はコントローラ２０とは独立に動作させることができる。
【００９４】
幾つかの実施形態は、加熱デバイス３７が熱伝導性加熱表面を含み、これを通して熱３９が光学素子１０に伝達されることを規定する。幾つかの実施形態において、加熱デバイス３７は、例えば、加熱された空気及び／又は気体などの熱伝達媒体を用いて熱３９を光学素子１０に伝達することができる。加熱デバイスの実施形態は、電気抵抗及び／又は伝導及び／又は燃焼に関連する発熱要素を含むことができる。
【００９５】
図７に示すシステム２００は、幾つかの部分に分割することができ、例えば、分離したシリンジ５７を設け、及び／又は分離した噴射ノズル５０を設けるようにすることができることがさらに認識されよう。従って、種々の実施形態により、シリンジ５７、ノズル５０、流体加圧装置５６及び／又は気体加圧装置４２の多くの異なる組合せが企図される。
【００９６】
図８Ａ−図８Ｃは、幾つかの実施形態による、ＬＥＤウェハのコーティングに関連する操作を示す。図８Ａを参照すると、ＬＥＤウェハ１１０が準備される。上述のように、ＬＥＤウェハは、発光ダイオード構造体を定める複数の薄いエピタキシャル層を含む。エピタキシャル層は、成長基板及び／又は支持基板を含むことができる基板によって支持される。ＬＥＤウェハ１１０のエピタキシャル領域は、例えば、メサ及び／又は注入分離によって、複数の個別のデバイス領域に分割することができる。幾つかの実施形態において、ダイシングストリート（即ち、ウェハがダイシングソーを用いて切断される直線領域）及び／又はケガキ線が既にＬＥＤウェハ１１０内に形成されている場合がある。複数の電気コンタクト１１２がＬＥＤウェハ１１０の上に形成される。具体的には、ＬＥＤウェハ１１０内の各々の個別デバイスは、ウェハの蛍光体が塗布される側の上に少なくとも１つの電気コンタクト１１２を含むことができる。
【００９７】
犠牲パターン１１４が、電気コンタクト１１２の上に形成される。犠牲パターン１１４は、可溶性ポリマー及び／又はガラスのような材料を含むことができ、これらを従来のフォトリソグラフィック技術を用いて塗布し、パターン形成することができる。犠牲パターン１１４は、下層の電気コンタクト１１２と位置合せすることができる。代替的に、犠牲パターン１１４は電気コンタクト１１２の一部分のみを覆い、電気コンタクトのある部分を露出させることができる。幾つかの実施形態において、犠牲パターン１１４は電気コンタクト１１２により幅広にすることができ、その結果、ＬＥＤウェハ１１０の電気コンタクトに隣接する表面１１０Ａの一部分もまた犠牲パターンで覆われる。全部で３つの可能性を図８Ａに示す。
【００９８】
さらに図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、ＬＥＤウェハ１１０は加熱デバイス３７を用いて加熱され、蛍光体粒子及び／又は拡散体粒子などの光学材料の１つ又はそれ以上の共形層８０が、加圧堆積システム１００（図１及び図２）の噴射ノズル５０を用いてＬＥＤウェハ１１０の表面１１０Ａに塗布される。共形層８０は、ＬＥＤウェハ１１０の表面１１０Ａの上及び犠牲パターン１１４の上にコーティングされる。幾つかの実施形態において、層８０はまた、電気コンタクト１１２のＬＥＤ１１０ウェハとは反対側の上部にコーティングすることができる。
【００９９】
ＬＥＤウェハ１１０に噴霧コーティングした後、犠牲パターン１１４を、例えば、犠牲パターン材料用の特定の液体溶媒に曝すことによって除去することができ、その結果、露出した電気コンタクト１１２と、ＬＥＤウェハ１１０の表面上の１つ又はそれ以上の光学材料層９０とを含む、図８Ｃに示すようなＬＥＤウェハ１１０が生成される。特に図示しないが、幾つかの実施形態は、犠牲パターン１１４を、ＬＥＤウェハが噴霧コーティングされた後で除去することができるフィルム及び／又はテープを用いて形成することができることを規定する。
【０１００】
本図面及び本明細書においては、本発明の典型的な実施形態が開示され、特定の用語が用いられたが、それらは一般的且つ記述的意味においてのみ用いられ、限定のために用いられたものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲において述べられる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０：光学素子
２０：コントローラ
２２、２４、２６、２９：電子制御ライン
２８：通信ライン
３０：流体貯留槽
３２：入力ライン
３４：質量流コントローラ（ＭＦＣ）
３５：光センサ
３６：液体供給ライン
３７：加熱デバイス
３９：熱
４０：電子制御式バルブ
４２：気体加圧装置
４４：気体供給ライン
５０：噴射ノズル
５１：液体出口ポート
５２：気体出口ポート
５３：引込み式ピン
５４：光学材料
５６：流体加圧装置
５７：シリンジ
６０：基板
６２：反射体カップ
６４：光学キャビティ
７０：ＬＥＤチップ（ダイ）
７２：ワイヤボンドパッド
７４：ワイヤボンド接続
８０：共形層
９２：封入材
９４：レンズ
１００、２００：堆積システム
１１０：ＬＥＤウェハ
１１２：電気コンタクト
１１４：犠牲パターン
【図１】
2013521652.tif 000003
【図２Ａ】
2013521652.tif 000004
【図２Ｂ】
2013521652.tif 000005
【図２Ｃ】
2013521652.tif 000006
【図２Ｄ】
2013521652.tif 000007
【図２Ｅ】
2013521652.tif 000008
【図２Ｆ】
2013521652.tif 000009
【図２Ｇ】
2013521652.tif 000010
【図２Ｈ】
2013521652.tif 000011
【図２Ｉ】
2013521652.tif 000012
【図２Ｊ】
2013521652.tif 000013
【図２Ｋ】
2013521652.tif 000014
【図２Ｌ】
2013521652.tif 000015
【図３Ａ】
2013521652.tif 000016
【図３Ｂ】
2013521652.tif 000017
【図４】
2013521652.tif 000018
【図５】
2013521652.tif 000019
【図６】
2013521652.tif 000020
【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月31日(2012.10.31)
【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】
光学素子を加熱するステップと、
加熱された前記光学素子の上に光学材料を塗布するステップと、
前記光学材料を、前記光学素子に塗布されたときに硬化させるステップと
を含み、
前記光学材料は発光材料及び結合剤を含み、
前記光学材料を硬化させるステップは、前記結合剤を硬化させるステップをさらに含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学材料は溶媒をさらに含み、前記光学材料を硬化させるステップは、前記溶媒を蒸発させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学素子はＬＥＤ構造体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学素子は、頂面及び前記頂面上のワイヤボンドパッドを有するＬＥＤチップを含み、前記方法は、前記ＬＥＤチップを加熱する前、且つ、前記光学材料を加熱された前記光学素子の上に塗布する前に、ワイヤを前記ワイヤボンドパッドに接合するステップ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】
前記光学素子はＬＥＤウェハを含み、前記方法は、前記光学材料を加熱された前記ＬＥＤウェハの上に塗布した後で、前記ＬＥＤウェハを複数のＬＥＤチップに個別化するステップ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】
前記光学素子はＬＥＤウェハを含み、前記方法は、前記ＬＥＤウェハの表面上に複数の犠牲パターンを形成するステップをさらに含み、加熱された前記ＬＥＤ構造体の上に前記光学材料を塗布するステップは、前記犠牲パターンの上及び前記犠牲パターン間の前記ＬＥＤウェハの露出表面の上に、霧状発光溶液を噴霧するステップ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】
前記複数の犠牲パターンを形成する前に、前記ＬＥＤウェハの前記表面上に複数の電気コンタクトを形成するステップをさらに含み、
前記複数の犠牲パターンを形成するステップは、前記複数の犠牲パターンの少なくとも一部分を前記複数の電気コンタクトの上に形成するステップを含み、
前記犠牲パターン、及び前記塗布された光学材料の前記犠牲パターン上の部分を除去して、前記複数の電気コンタクトを露出させるステップをさらに含む
ことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤから放射された光の少なくとも一部分を受け取るように構成された光透過要素と、
前記ＬＥＤ及び／又は前記光透過要素のうちの少なくとも１つに塗布された発光材料とを備え、前記発光材料は、光学材料を含み、前記ＬＥＤ及び／又は前記光透過要素内の熱エネルギーによって、それらに前記発光材料が塗布されたときに硬化されるように構成されることを特徴とする発光構造体。
【請求項９】
前記波長変換材料は蛍光体粒子を含むことを特徴とする、請求項８に記載の発光構造体。
【請求項１０】
前記蛍光体粒子は、第１の主波長の光を放射するように構成された第１の蛍光体粒子と、前記第１の主波長とは異なる第２の主波長の光を放射するように構成された第２の蛍光体粒子とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の発光構造体。
【国際調査報告】
2013521652.tif 000025