(57)【要約】    発光装置は、発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ及び前記ＬＥＤダイ上の光学要素を含む。前記光学要素は、レンズ、ウィンドウ要素及び前記レンズ及び前記ウィンドウ要素の間に設けられた境界での結合部を含む。前記ウィンドウ要素は波長変換要素又は場合により平面プレートであり得る。前記ウィンドウ要素は前記レンズに直接結合されるか又は融合され得る。又は前記ウィンドウ要素は前記レンズへ１以上の中間的結合層により結合され得る。前記ウィンドウ要素及びレンズの間の結合部は、前記ウィンドウ要素、レンズ又はその両方と類似する屈折率を有する。
2013505571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置であり、前記発光装置は：
発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ；
レンズ；
ウィンドウ要素；及び
前記レンズと前記ウィンドウ要素の間に設けられる境界での結合部を含み、前記ウィンドウ要素が前記レンズに結合される、発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であり：
前記レンズが第１の１．５以上の屈折率（ＲＩ）を持ち；
前記ウィンドウ要素が第２の１．４以上の屈折率（ＲＩ）を持ち；及び
前記結合部が、前記第１又は前記第２のＲＩと実質的に一致するＲＩ、前記第１及び前記第２のＲＩの中間的なＲＩ、又は前記第１又は前記第２のＲＩよりも大きいＲＩである第３のＲＩを含む、発光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光装置であり、さらに、前記ウィンドウ要素と前記ＬＥＤダイの間に設けられる境界で結合層を含み、前記ウィンドウ要素が前記ＬＥＤダイと結合する、発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置であり：
前記ＬＥＤダイが第１の屈折率（ＲＩ）を持ち；
前記ウィンドウ要素が１．４以上の第２のＲＩとを持ち；及び
前記結合部が、前記第１又は前記第２のＲＩと実質的に一致するＲＩ、前記第１及び前記第２のＲＩの中間的なＲＩ、又は前記第１又は前記第２のＲＩよりも大きいＲＩである第３のＲＩを含む、発光装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発光装置であり、前記ウィンドウ要素が前記レンズに一体化されている、発光装置。
【請求項６】
請求項１に記載の発光装置であり、前記ウィンドウ要素が場合により平面プレート又は波長変換要素である、発光装置。
【請求項７】
請求項１に記載の発光装置であり、前記レンズはシーリング持つキャビティを定め、かつ前記ウィンドウ要素は前記シーリングへ結合される、発光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発光装置であり、前記発光装置がさらに：
前記キャビティ内の前記ウィンドウ要素及び前記ＬＥＤダイの間の第１のシリコーン；及び
前記ＬＥＤダイを少なくとも部分的に囲む第２のシリコーンを含み、前記第２のシリコーンが反射性又は散乱性粒子を含む、発光装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発光装置であり、前記ウィンドウ要素の底部及びトップ表面の１つが前記レンズの表面と実質的に同一面である、発光装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の発光装置であり、さらに、前記ウィンドウ要素、前記レンズ、前記ＬＥＤダイの１以上と熱的に接続されるヒートシンク、前記ＬＥＤダイのための支持体、前記ＬＥＤダイのためのサブマウント及び前記ＬＥＤダイのためのハウジングを含む、発光装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の発光装置であり、前記結合部が結合層を含み、前記結合層がシリコーンタイプ又はシリケートタイプのバインダを含み、前記シリコーンタイプのバインダが、高屈折率のナノ粒子で充填され、前記シリコーンタイプバインダがメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン又はフェニルポリシロキサン、又はそれらの混合物であり、前記シリケートタイプのバインダが硬化の際に、シリケート、メチルシリケート、フェニルシリケート又はこれらの混合物を形成するタイプである、発光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発光装置であり、前記高屈折率ナノ粒子は、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ガリウム酸化物、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、五酸化タンタル、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、イットリウムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、イットリア安定化ジルコニウム酸化物又はそれらの混合物の１つである、発光装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の発光装置であり、前記結合部が結合層を含み、前記結合層が１以上のカルコゲニドガラス、カルコハロゲン化物ガラス、酸化物、金属酸化物、希土類金属酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、金属、イットリウムアルミニウムガーネット、リン化合物、ヒ素化合物、アンチモン化合物及び有機化合物の１以上を含む、反応装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の発光装置であり、前記結合部は結合層を持ち、前記結合層が、アルミニウム酸化物、アンチモン酸化物、ヒ素酸化物、ビスマス酸化物、ホウ素酸化物、塩化鉛、臭化鉛、鉛酸化物、リチウム酸化物、リン酸化物、フッ化カリウム、酸化カリウム、シリコン酸化物、ナトリウム酸化物、テルル酸化物、タリウム酸化物、タングステン酸化物、フッ化亜鉛及び亜鉛酸化物の１以上を含む、発光装置。  
【請求項１５】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層がシリコーンタイプ又はシリケートタイプのバインダを含み、前記シリコーンタイプのバインダが、高屈折率のナノ粒子で充填され、前記シリコーンタイプバインダがメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン又はフェニルポリシロキサン、又はそれらの混合物であり、前記シリケートタイプのバインダが硬化の際に、シリケート、メチルシリケート、フェニルシリケート又はこれらの混合物を形成するタイプである、発光装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の発光装置であり、前記高屈折率ナノ粒子が、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ガリウム酸化物、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、五酸化タンタル、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、イットリウムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、イットリア安定化ジルコニウム酸化物又はそれらの混合物の１つである、発光装置。
【請求項１７】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層が１以上のカルコゲニドガラス、カルコハロゲン化物ガラス、酸化物、金属酸化物、希土類金属酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、金属、イットリウムアルミニウムガーネット、リン化合物、ヒ素化合物、アンチモン化合物及び有機化合物の１以上を含む、反応装置。
【請求項１８】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層が、アルミニウム酸化物、アンチモン酸化物、ヒ素酸化物、ビスマス酸化物、ホウ素酸化物、塩化鉛、臭化鉛、鉛酸化物、リチウム酸化物、リン酸化物、フッ化カリウム、酸化カリウム、シリコン酸化物、ナトリウム酸化物、テルル酸化物、タリウム酸化物、タングステン酸化物、フッ化亜鉛及び亜鉛酸化物の１以上を含む、発光装置。  
【請求項１９】
発光装置を製造するための方法であり、前記方法は：
ウィンドウ要素及びレンズの間に設けられる境界で結合部を形成し；及び
前記ウィンドウ要素と前記レンズを発光デバイス（ＬＥＤ）の近くに設ける、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であり、さらに、前記ウィンドウ要素及び前記ＬＥＤダイとの間に設けられる境界で結合層を適用し、前記ウィンドウ要素が前記ＬＥＤダイの表面へ結合される、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であり：
前記結合形成が、前記レンズが硬化する間に前記ウィンドウ要素を前記レンズの前記表面上に配置し；及び
前記ウィンドウ要素が場合により平坦プレート又は波長変換要素である、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であり：
前記結合形成が前記ウィンドウ要素上に前記レンズをモールディングすることを含み；及び
前記ウィンドウ要素は場合により平坦プレート又は波長変換要素である、方法。
【請求項２３】
光学要素であり、前記光学要素は：
レンズ；
ウィンドウ要素；及び
前記ウィンドウ要素及び前記レンズの間に設けられる境界での結合層を含み、前記結合層は１以上の、アルミニウム酸化物、アンチモン酸化物、ヒ素酸化物、ビスマス酸化物、ホウ素酸化物、塩化鉛、臭化鉛、鉛酸化物、リチウム酸化物、リン酸化物、フッ化カリウム、酸化カリウム、シリコン酸化物、ナトリウム酸化物、テルル酸化物、タリウム酸化物、タングステン酸化物、フッ化亜鉛及び亜鉛酸化物の１以上を含む、光学要素。
【請求項２４】
発光装置であり、前記発光装置が：
発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ；
光学要素；及び
前記ＬＥＤ及び前記光学要素の間に設けられる境界での結合部及び前記光学要素の前記ＬＥＤダイへの結合部を含み、前記結合層が１以上のカリウム又は鉛のフッ化物、塩化物及び臭化物である、発光装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の発光装置であり、前記光学要素がレンズ又はウィンドウ要素の少なくとも１つを含む、発光装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の発光装置であり、前記光学要素がレンズに結合されたウィンドウ要素を含む、発光装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の発光装置であり、前記光学要素が一体化したウィンドウ要素及びレンズを含む、発光装置。
【請求項２８】
請求項２４の発光装置であり、前記光学要素が少なくとも１つのアルミニウム酸窒化物、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ガリウムリン、ガラス、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、サファイア、シリコンカーバイド及び、ヒ素、ビスマス、ゲルマニウム、鉛、テルル、タリウム、チタン、タングステン又は亜鉛の酸化物、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸ストロンチウム、イットリウムアルミニウムガーネット又は亜鉛硫化物を含む、発光装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の発光装置であり、さらに、前記ＬＥＤダイを少なくとも部分的に囲む反射性側部コーティングを含む、発光装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の発光装置であり、前記反射性側部コーティングが、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸化物、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、セレン化亜鉛、硫化亜鉛及びテルル化亜鉛、の少なくとも１つを含む、発光装置。
【請求項３１】
ガドリニウムガリウムガーネット、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコン酸窒化物、シリコンアルミニウム酸窒化物、チタン酸ストロンチウム及び酸化チタンの少なくとも１つを含む、光学要素。
【請求項３２】
請求項３１に記載の光学要素であり、前記光学要素は、レンズ及びウィンドウ要素を少なくとも１つ有する、光学要素。
【請求項３３】
請求項３１に記載の光学要素であり、さらに、前記光学要素に近くに発光デバイス（ＬＥＤ）を含む、光学要素。
【請求項３４】
光学要素を含む発光装置であり、前記光学要素が、ガドリニウムガリウムガーネット、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコン酸窒化物、シリコンアルミニウム酸窒化物、チタン酸ストロンチウム及び酸化チタンの少なくとも１つを含む、発光装置。
【請求項３５】
発光デバイス（ＬＥＤ）ダイのための反射性コーティングであり、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸化物、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、セレン化亜鉛、硫化亜鉛及びテルル化亜鉛、の少なくとも１つを含む、反射性コーティング。
【請求項３６】
請求項３５に記載の反射性コーティングであり、前記反射性コーティングが前記ＬＥＤダイを少なくとも部分的にカバーするか又は囲まれている、反射性コーティング。
【請求項３７】
発光装置のための結合層であり、カリウム又は鉛のフッ化物、塩化物及び臭化物の１以上を含む、結合層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光デバイス（ＬＥＤ）を持つ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の１以上の実施態様は、エネルギー省によって授与された契約番号（Ｃｏｎｔｒａｃｔ  ｎｏ．）ＤＥ−ＦＣ２６−０８ＮＴ０１５８３において米国政府から援助を受けてなされた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。図１には、発光装置１００の断面図が示されている。発光装置１００は発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ１０２及び前記ＬＥＤダイ上に蛍光体層１０４を含む。ＬＥＤダイ１０２は支持体１０６上に設けられている。支持体１０６は導電性トレース及びリードを含み、これらはＬＥＤダイ１０２を外部部品と接続する。支持体１０６はまた、ヒートシンクを含み、発光装置１からの熱を放出させる。
【０００３】
レンズ１０８がＬＥＤダイ１０２及び蛍光体層１０４の上の支持体１０６に設けられ、前記レンズ内の埋包体１１０が前記ＬＥＤダイ及び蛍光体層をシールしている。光、熱及び／又は湿気に暴露されると、レンズ１０８及び／又は埋包体１１０は、ハイパワーの短波長の青又は紫外（ＵＶ）ＬＥＤ操作の下で黄色又は茶色に変色する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ウィンドウ要素を組み込んだモールドレンズを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１以上の実施態様において、発光装置は、発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ及び前記ＬＥＤダイの上又は近くに光学要素を含む。前記光学要素は、レンズ、ウィンドウ要素及び前記レンズと前記ウィンドウ要素間の境界に結合部を含む。前記ウィンドウ要素は、波長変換要素又は光学的に平坦なプレートであってよい。前記ウィンドウ要素は前記レンズに直接結合又は融合され得る。又は前記ウィンドウ要素は前記レンズに１以上の中間結合層により結合され得る。前記ウィンドウ要素及びレンズ間の結合部は、前記ウィンドウ要素、レンズ又はこれらの両方に類似の屈折率を持ち得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、従来技術の発光装置の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施態様の発光装置の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施態様の発光装置の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施態様の発光装置の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施態様の発光装置の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施態様の発光装置の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の実施態様の発光装置の断面図である。
【図５】図５は、本開示の１以上の実施態様でのレンズ及びウィンドウ要素間の結合部を形成するプロセスで使用される装置を示す。
【図６】図６は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図７】図７は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図８】図８は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図９】図９は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図１１】図１１は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図１２】図１２は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図１３】図１３は、本開示の実施態様でのウィンドウ要素を持つ種々のレンズの断面を示す。
【図１４】図１４は、本開示の実施態様での発光装置の断面を示す。
【図１５】図１５は、本開示の実施態様での発光装置の断面を示す。
【図１６】図１６は、本開示の１以上の実施態様でのウィンドウ要素上の結合層を形成するプロセスで使用され得る装置を示す。
【図１７】図１７は、本開示の１以上の実施態様での図１６の装置で形成され得る結合層を持つウィンドウ要素を示す。
【図１８】図１８は、本開示の１以上の実施態様でのレンズの上に結合層を形成するためのプロセスで使用され得る装置を示す。
【図１９】図１９は、本開示の１以上の実施態様での図１８の装置で形成され得る結合層を持つレンズ示す。
【図２０】図２０は、本開示の１以上の実施態様でのフレネルレンズ形状での溝を含むレンズの断面図である。  異なる図面において同じ参照符号は類似又は同一の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図２Ａは本開示の１以上の実施態様による発光装置２００の断面図である。発光装置２００は、支持体２０４上に設けられるＬＥＤダイ２０２を含む。
【０００８】
ＬＥＤダイ２０２はｎ−タイプ層、前記ｎ−タイプ層の近くの発光層（通常は「活性領域」と参照される）、前記発光層の近くのｐ−タイプ層及び前記ｐ−タイプ層の近くの導電性反射層を含む。１以上の実施態様において、例えばインジウムスズ酸化物、アルミニウムドープ亜鉛酸化物及び亜鉛ドープインジウム酸化物などの導電性透明接触層が使用されてもよい。前記実施態様により、前記ｎ−タイプ層及びｐ−タイプ層へのｎ−タイプ及びｐ−タイプ金属が、「フリップチップ」配置においては前記ＬＥＤダイ２０２と同じ側に設けられ得る。前記半導体層は、前記基板を除去してエピタキシャル層のみを残し得る基板上にエピタキシャル成長させ得る。
【０００９】
支持体２０４は、電気リードを持つハウジング２０６、前記ハウジング内のヒートシンク２０８及び前記ヒートシンク上に設けられるサブマウント２１０を含む。ＬＥＤダイ２０２はサブマウント２１０上に接触要素２１２、例えばハンダ、金又は金ースズ交互結合体を介して設けられる。サブマウント２１０は、スルービアを持つ基板を含み得る。又はＬＥＤダイ２０２の金属パターンのサブマウント上での再分配を含み得る。
結合ワイヤは、サブマウント２１０上の結合ワイヤパッドにより前記ハウジング２０６の前記電気リーソへ接続され、それにより電気シグナルを発光装置２００と外部部品との間に通すことを可能とする。
【００１０】
アンダーフィルがＬＥＤダイ２０２とサブマウント２１０間に適用され得る。前記アンダーフィルは機械的な支持を与え、かつＬＥＤダイ２０２とサブマウント２１０間のボイドを汚染からシールすることができる。前記アンダーフィルは、前記ＬＥＤダイ２０２の側部からの全てのエッジ発光を阻止することができる。前記アンダーフィル材料は優れた熱伝導性を持ち、熱膨張係数（ＣＴＥ）が、前記ＬＥＤダイ２０２、サブマウント２１０及び接触要素２１２の少なくとも１つとほぼ一致するものであり得る。さらに、前記アンダーフィル材料は、レンズ２１４、ウィンドウ要素２２２、以下に説明する第１のシリコーン２３０及び第２のシリコーン３１４、結合層３３０及び以下に説明する保護側部コーティング３３２の少なくとも１つとほぼ一致するＣＴＥを持ち得る。ＣＴＥは、１以上の実施態様では５００％以下の範囲内で、１以上の実施態様では１００％以下の範囲内で、１以上の実施態様では５０％以内の範囲で又１以上の実施態様では３０％以内の範囲で一致され得る。前記アンダーフィル材料は、エポキシ又はシリコーンであり得る。また充填物質を含むこともできる。
【００１１】
さらなる情報は、米国特許番号７４６２５０２、７４１９８３９、７２７９３４５、７０６４３５５、７０５３４１９及び６９４６３０９に、また米国特許出願公開第２００５０２４７９４４号に記載されており、これらは参照されて本明細書の一部となる。
【００１２】
光学要素はＬＥＤダイ２０２の上又は近くに位置される。本開示の１以上の実施態様では、光学要素は、ＬＥＤダイ２０２からの光を抽出する高屈折率レンズ２１４を含む。レンズ２１４はシーリング２１８を持つキャビティ２１６を含む。レンズ２１４は、通常のシリコーンレンズよりも大きい屈折率（ＲＩ）を持つ。レンズ２１４はＬＥＤダイ２０２による発光波長でＲＩが１．５以上（例えば１．７以上）であり得る。レンズ２１４は、その形状及びサイズが、ＬＥＤダイ２０２からレンズを通る光がほぼ垂直入射でレンズ出口表面２２０と交差し得るものであり、それにより前記レンズ出力表面と前記環境媒体（例えば空気）との間の境界での全内部反射を低減させることで光出力を増加させることとなる。
【００１３】
レンズ２１４は半球レンズやフレネルレンズであり得る。レンズ２１４はまた、光コンセントレータであって、これは、全内部反射装置及び、反射性金属、誘電材料でコーティングされた壁を持つか、又は入射光を反射するか再方向付けるための反射コーティングを持つ光学要素を含む。反射コーティングの例は、ニューヨークのＭｕｎｓｅｌｌ  Ｃｏｌｏｒ  ＳｅｒｖｉｃｅｓのＷｈｉｔｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｃｏａｔｉｎｇが挙げられる。
【００１４】
レンズ２１４は、光学ガラス、高屈折率ガラス、サファイア、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、アルミナ、ガリウムリンなどの第ＩＩＩ−Ｖ族半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛及びテルル化亜鉛などの第ＩＩ−ＶＩ族半導体、第ＩＶ族半導体及び化合物、金属酸化物、金属フッ化物、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、ビスマス、カルシウム、銅、ガリウム、ゲルマニウム、ランタン、鉛、ニオブ、リン、テルル、タリウム、チタン、タングステン、亜鉛又はジルコニウムの全ての酸化物、多結晶性酸化アルミニウム（透明アルミナ）、アルミニウム酸窒化物（ＡＩＯＮ）、立方晶ジルコニア（ＣＺ）、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、チタン酸ストロンチウム、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、スピネル、ＳｃｈｏｔｔガラスＬａＦＮ２１、ＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ２、ＬａＦ３、ＬａＦ１０、ＮＺＫ７、ＮＬＡＦ２１、ＬａＳＦＮ１８、ＳＦ５９又はＬａＳＦ３、ＯｈａｒａガラスＳＬＡＭ６０又はＳＬＡＨ５１、又はこれらの全ての組み合わせ、から製造され得る。Ｓｃｈｏｔｔガラスは、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｄｕｒｙｅａ、Ｐａ．から、Ｏｈａｒａガラスは、Ｏｈａｒａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｍｅｒｖｉｌｌｅ、Ｎ．Ｊから入手可能である。
【００１５】
レンズ２１４はＬＥＤダイ２０２による発光波長の光を他の波長へ変換する発光物質を含むことができる。１以上の実施態様で、レンズ２１４のレンズ出口表面２２０上のコーティングは前記発光物質を含む。前記発光物質には、従来の発光粒子、有機半導体、第ＩＩ−ＶＩ族又は第ＩＩＩ−Ｖ族半導体、第ＩＩ−ＶＩ又は第ＩＩＩ−Ｖ族半導体量子ドット又なナノ結晶、色素、ポリマー又は発光性のガリウム窒化物（ＧａＮ）などの物質が含まれ得る。又は、レンズ出口表面２２０近くのレンズ２１４の領域が、発光物質でドープされてもよい。又は、レンズ２１４が波長変換領域を含むこともできる。レンズ２１４は、単層又は多層のいずれかの反射防止コーティング（ＡＲ）を、レンズ出口表面２２０上に前記出口表面での反射をさらに抑制するために含むことができる。
【００１６】
レンズ２１４はまた、ウィンドウ要素２２２、結合層２１９、結合層３３０、結合層１４０２及び結合層１４１０のために以下列記する材料の全ての材料を含むことができる。
【００１７】
さらなる情報は、米国特許番号７２７９３４５、７０６４３５５、７０５３４１９、７００９２１３、７４６２５０２及び７４１９８３９に記載されており、これらの内容は参照されて本明細書の一部となる。
【００１８】
本開示において１以上の実施態様で、前記光学要素は、ＬＥＤダイ２０２の発光スペクトルを変更し、平坦な光学表面を与えるウィンドウ要素２２２を含む。ウィンドウ要素２２２はレンズ２１４のシーリング２１８に直接結合されるか融合されて一体要素を形成し得る。ウィンドウ要素２２２は、例えばモールドプロセスの際にレンズ２１４のシーリング２１８に直接結合されるか融合され得る。ウィンドウ要素２２２は、レンズ２１４が、例えば金型中で冷却又は硬化されることで固体又は硬化する前かその間にシーリング２１８上に設けられ得る。ウィンドウ要素２２２はまた、前記レンズを、例えば金型中の前記ウィンドウ要素の下又は上にモールドすることでシーリング２１８でレンズ２１４内に埋め込まれることができる。
【００１９】
又は図２Ｂは、ウィンドウ要素２２２が、例えば図１６から１９に基づいて以下説明されるプロセスにおいて結合層２１９を持つレンズ２１４に結合され得る、ことを示す。結合層２１９は、結合層３３０について以下挙げられる物質を含み得る。即ち、塩化鉛、臭化鉛、フッ化カリウム、フッ化亜鉛、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、ビスマス、ホウ素、鉛、リチウム、リン、カリウム、シリコン、ナトリウム、テルル、タリウム、タングステン又は亜鉛の酸化物又はこれらのあらゆる組み合わせである。
【００２０】
ウィンドウ要素２２２は、ＬＥＤダイ２０２による発光波長でＲＩが１．５以上（例えば１．７以上）を持ち得る。ウィンドウ要素２２２とレンズ２１４間の設けられる前記境界面での前記結合部は、前記ウィンドウ要素及び前記レンズのいずれか又は両方のＲＩがと実質的に一致するＲＩ、前記ウィンドウ要素とレンズのＲＩの中間的なＲＩ、又は前記ウィンドウ要素又はレンズのＲＩよりも大きいＲＩを持ち得る。前記ＲＩは、それらが、１以上の実施態様では１００％以下の範囲で、１以上の実施態様では５０％以下の範囲で、１以上の実施態様では２５％以下の範囲で、さらに１以上の実施態様では１０％以下の範囲で実質的に一致する。例えば、前記結合部のＲＩ及びウィンドウ要素２２２のＲＩ又はレンズ２１４のＲＩが、お互いに＋０．０５の範囲内であり得る。本開示の１以上の実施態様では、ウィンドウ要素２２２を持つレンズ２１４は支持体２０４上に設けられＬＥＤダイ２０２を封止する。
【００２１】
ウィンドウ要素２２２は、レンズ２１４及び結合層２１９、３３０、１４０２及び１４１０について説明した物質又はそれらの組み合わせから形成され得る。例えば、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、多結晶性アルミナ（透明アルミナ）、アルミニウム窒化物、立方晶ジリコニア、ダイヤモンド、ガリウム窒化物、ガリウムリン、サファイナ、シリコンカーバイド、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、スピネル、硫化亜鉛又はテルル、鉛、タングステン又は亜鉛の酸化物が挙げられる。
【００２２】
ウィンドウ要素２２２はレンズ２１４のＣＴＥとほぼ一致するＣＴＥを持ち、これにより前記ウィンドウ要素内の応力を緩和し、ウィンドウ要素が加熱・冷却される場合にレンズから剥離することを防止する。ＣＴＥはお互いに、１以上の実施態様では１００％以内の範囲で、１以上の実施態様では５０％以内の範囲で、１以上の実施態様では３０％以内の範囲で一致し得る。
【００２３】
本開示の１以上の実施態様で、ウィンドウ要素２２２は波長変換要素であり、ＬＥＤダイ２０２の発光スペクトルを変換して１以上の望ましい色を与える。波長変換要素の厚さはＬＥＤダイ２０２で生成される光の波長に応じて制御され得る。これにより高い再現性のある関連する色温度が得られる結果となる。
【００２４】
前記波長変換要素は１つの光を生成する１つのセラミック発光プレートであるか、複数の異なる色の光を生成するセラミックプレートのスタックであってよい。セラミック発光プレートは「発光セラミックス」と称されるが、発光体のセラミックスラブであってよい。セラミック発光プレートはＬＥＤダイ２０２の発光波長でＲＩが１．４以上（例えば１．７以上）のＲＩを持ち得る。セラミック発光プレートはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋であり得る。
【００２５】
前記セラミック発光プレートは、一般式（Ｃａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＢａｙＭｇｚ）１−ｎ（Ａｌ１−ａ＋ｂＢａ）Ｓ１−ｂＮ３−ｂＯｂ：ＲＥｎで表される希土類元素活性化酸窒化アルミノケイ酸塩であり、ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、０＜ｂ≦１及び０．００２≦ｎ≦０．２であり、ＲＥはユーロピウム（ＩＩ）又はセリウム（ＩＩＩ）から選択される。前記セラミック発光プレートの発光体はまた、一般式ＥＡ２−ｚＳｉ５−ａＢａＮ８−ａＯａ：Ｌｎｚで表される酸窒化アルミノケイ酸塩であり、ここで、０＜ｚ≦１及び０＜ａ＜５であり、ＥＡは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択され、かつＡｌ、Ｇａ及びＩｎから選択される少なくとも１つの元素Ｂを含み、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、プラセオジウム及びそれらの混合物を含む群から選択されるランタニドにより活性化される。
【００２６】
前記セラミック発光プレートはまた、アルミニウムガーネット発光体であって一般式（Ｌｕ１−ｘ−ｙ−ａ−ｂＹｘＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：ＣｅａＰｒｂで表されるものであり得る。ここで０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２及び０＜ｂ≦０．１であり、例えば黄色−緑色領域で発光するＬｕ３Ａｌ５０１２：Ｃｅ３＋及びＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋である。他の緑、黄色及び赤色発光体はまた、適切に次の物を含み得る。即ち（Ｓｒ１−ａ−ｂＣａｂＢａｃ）ＳｉｘＮｙＯｚ：Ｅｕａ２＋（ａ＝０．００２−０．２、ｂ＝０．０−０．２５、ｃ＝０．０−０．２５、ｘ＝１．５−２．５、ｙ＝１．５−２．５、ｚ＝１．５−２．５）であって例えばＳｒＳｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ１−ｕ−ｖ−ｘＭｇｕＣａｖＢａｘ）（Ｇａ２−ｙ−ｚＡｌｙＩｎｚＳ４）：Ｅｕ２＋であって例えばＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；Ｓｒ１−ｘＢａｘＳｉＯ４：Ｅｕ２＋及び（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）Ｓ：Ｅｕ２＋であってここで０＜ｘ≦０．１であり例えばＣａＳ：Ｅｕ２＋及びＳｒＳ：Ｅｕ２＋が挙げられる。他の適切な発光体には、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋及び（Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｚｎ）（Ａｌ、Ｂ、Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｉ、Ｇｅ）Ｎ３：Ｅｕ２＋が挙げられる。
【００２７】
セラミック発光プレートは又、一般式（Ｓｒ１−ａ−ｂＣａｂＢａｃＭｇｄＺｎｅ）ＳｉｘＮｙＯｚ：Ｅｕａ２＋を持ち、ここで０．００２≦ａ≦０．２、０．０≦ｂ≦０．２５、０．０≦ｃ≦０．２５、０．０≦ｄ≦０．２５、０．０≦ｅ≦０．２５、１．５≦ｘ≦２．５、１．５≦ｙ≦２．５及び１．５≦ｚ≦２．５である。セラミック発光プレートは又、一般式ＭｍＡａＢｂＯｏＮｎ：Ｚｚを持ち、ここでＭは１以上の２価元素、元素Ａは１以上の三価元素、元素Ｂは１以上の４価元素を示し、Ｏは酸素を表し、これは場合により存在し前記発光プレートの存在していなくてもよく、Ｎは窒素であり、元素Ｚはアクチベーターであり、ｎ＝２／３ｍ＋ａ＋４／３ｂ−２／３ｏであり、ここでｍ、ａ、ｂは全て１及び０、ｏは０、及びｎは３であり得る。Ｍは、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）及びＺｎ（亜鉛）から選択される１以上の元素であり、元素Ａは、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）及びＧａ（ガリウム）から選択される１以上の元素であり、元素ＢはＳｉ（ケイ素）及び／又はＧｅ（ゲルマニウム）であり、元素Ｚは希土類又は遷移金属から選択される１以上の元素である。
元素Ｚは、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｍ（サマリウム）及びＣｅ（セリウム）から選択される少なくとも１つの元素である。元素Ａは、Ａｌ（アルミニウム）、元素ＢはＳｉ（ケイ素）、及び元素ＺはＥｕ（ユーロピウム）であり得る。
【００２８】
セラミック発光プレートは又、式（Ｓｒ１−ａ−ｂＣａｂＢａｃ）ＳｉｘＮｙＯｚ：Ｅｕａで表されるＥｕ２＋活性化Ｓｒ−ＳｉＯＮであり得る。ここでａ＝０．００２〜０．２、ｂ＝０．０〜０．２５、ｃ＝０．０〜０．２５、ｘ＝１．５〜２．５、ｙ＝１．５〜２．５、ｚ＝１．５〜２．５である。
【００２９】
セラミック発光プレートは又、化学的に変性されたＣｅ：ＹＡＧ発光体であり得る。これはＣｅ：ＹＡＧ発光体にプラセオジウム（Ｐｒ）の３価イオンでドープすることで製造される。前記発光プレートは主発光物質及び補助発光物質を含み得る。
主発光物質はＣｅ：ＹＡＧ発光体であり、補助発光体物質はユーロピウム（Ｅｕ）活性化ストロンチウム硫化物（ＳｒＳ）発光体（「Ｅｕ：ＳｒＳ」）である。主発光物質は又、Ｃｅ：ＹＡＧ発光体又は他の適切な黄色発光体であってよく、補助発光物質は又、カルシウム硫化物（ＣａＳ）及びシトロンチ有無硫化物（ＳｒＳ）をユーロピウムで活性化した三元結晶性物質（（ＣａｘＳｒ１−ｘ）Ｓ：Ｅｕ２＋）であり得る。前記主発光物質は又、Ｃｅ：ＹＡＧ発光体又は全ての適切な黄色発光発光体であり、補助発光物質は又、窒化物ケイ酸塩をユーロピウムで活性化したものであり得る。前記窒化物ケイ酸塩補助発光物質は、化学式（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕｚ２＋で表され、ここで０≦ｘ、ｙ≦０．５及び０≦ｚ≦０．１である。
【００３０】
前記セラミック発光プレートは又上に記載された発光体のあらゆるブレンドを含むことができる。
【００３１】
さらなる情報は米特許番号７４６２５０２、７４１９８３９、７５４４３０９、７３６１９３８、７０６１０２４、７０３８３７０、６７１７３５３及び６６８０５６９、さらに米国特許出願公開公報番号２００６０２５５７１０に記載されており、これらの内容は参照されて本明細書の一部となる。
【００３２】
本開示の１以上の実施態様で、ウィンドウ要素２２２はＬＥＤダイ２０２に面する光学的に平坦な表面を持つ光学的に平坦なプレートである。前記光学平坦プレートは、サファイア、ガラス、ダイヤモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）又は全ての透明、半透明又は散乱性セラミックであり得る。１以上の実施態様で、ウィンドウ要素２２２は、レンズ２１４及び結合層２１９、３３０、１４０２及び１４１０について上で上げられた全ての物質であり得る。前記光学的平面プレートは、ＬＥＤダイ２０２による発光波長でＲＩとして１．５以上（例えば１．７以上）のＲＩを持ち得る。
【００３３】
本開示の１以上の実施態様で、前記光学要素は、発光装置２００から熱を抽出するために、場合によりヒートシンク２２４を含むことができる。ヒートシンク２２４は場合によりフィン２２６を持つ（２つのみ符号が付けられている）。ヒートシンク２２４は、例えばレンズ２１４内か上に成形することで一体化され得る。ヒートシンク２２４は、層、プレート、スラブ又はリングであり得る。ヒートシンク２２４が透明、半透明又は散乱性である場合には、それは光学路内にあり得る。例えば、ウィンドウ要素２２２上に直接配置され得る。ヒートシンク２２４は、ダイヤモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、単結晶アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、ガリウム窒化物（ＧａＮ）又はアルミニウムガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）であり得る。またレンズ２１４、ウィンドウ要素２２２の部分又は前記光学要素のいかなる部品であってよい。ヒートシンク２２４が不透明の場合には、光学路になくてもよい。例えばヒートシンクはウィンドウ要素２２２のエッジ部分に接触し得る。ヒートシンク２２４は、シリコン、アルミニウム窒化物（多結晶性、焼成、熱プレス）、銀、アルミニウム、金、ニッケル、バナジウム、銅、タングステンなどの金属、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、熱グリース又はこれらの全ての組み合わせであり得る。ヒートシンク２２４は、生成された光について反射性であり得る。また側部コーティングとして作用し得る。
【００３４】
本開示の１以上の実施態様では、第１のシリコーン２３０がＬＥＤダイ２０２及ウィンドウ要素２２２の１つ又は両方に適用され、前記第１のシリコーンはレンズ２１４が支持体２０４上に設けられた後にそれらの間に設けられる。第１のシリコーン２３０は、ＬＥＤダイ２０２からの光をウィンドウ要素２２２へ抽出する助けとなる。第１のシリコーン２３０は又、レンズ２１４への全ての外部影響からＬＥＤダイ２０２を絶縁するための機械的緩衝材として作用することができる。第１のシリコーン２３０は、ＬＥＤダイ２０２による発光波長でＲＩが１．４以上であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であり得る。
【００３５】
第２のシリコーン２３２は、レンズ２１４が支持体２０４上に設けられた後にキャビティ２１６中の残る空間内に導入される。第２のシリコーン２３２は、エッジ発光を低減させるためにウィンドウ要素２２２のエッジ部分をカバーすることができ、前記ウィンドウ要素が波長変換要素である場合に重要となり得る。第２シリコーン２３２は又、第１のシリコーン２３０及びＬＥＤダイ２０２のエッジ部分をカバーしてエッジ発光を低減し、ＬＥＤダイからの光をウィンドウ要素２２２にチャンネルすることを補助することができる。第２のシリコーン２３２は又、ＬＥＤ２０２及び支持体２０４の間に、別のアンダーフィルの代わりにアンダーフィルとして作用し得る。第２シリコーン２３２は、ＬＥＤダイ２０２による発光波長でＲＩが１．５以上を持つフェニル置換シリコーンであり得る。また第２シリコーン２３２は、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、チタン酸ストロンチウム、酸化チタン、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、セレン化亜鉛、硫化亜鉛及びテルル化亜鉛などの１以上の反射性粒子で充填され得る。シリコーン２３０と２３２の間の境界面は、前記第１のシリコーン内への通過し、前記光学路中又はウィンドウ要素２２２上への汚染を防止するためのバリアとして作用し得る。
【００３６】
１以上の他の実施態様で、発光装置２００は第２のシリコーン２３２を含まない。その代わりに前記全キャビティ２１６は第１のシリコーン２３０で充填される。
【００３７】
１以上の他の実施態様で、発光装置２００は第１シリコーン２３０及び第２のシリコーン２３２を含まない。その代わりに空気ギャップが、ＬＥＤダイ２０２及びウィンドウ要素２２２の間に形成される。第１のシリコーン２３０なしで、オーバーサイズのウィンドウ要素２２２は、ＬＥＤからの発光をできるだけ多く取り込むために使用され得る。前記オーバーサイズのウィンドウ要素２２２は、キャビティシーリング２１８を横断して広がることができ、前記キャビティの側壁をもカバーし得る。
【００３８】
本開示の１以上の実施態様で、前記光学要素はＬＥＤダイ２０２へ結合されるレンズ２０４である。結合層２１９は、レンズ２１４をＬＥＤダイ２０２へ結合するために使用され得る。これについては、上で及び下で取り込まれた参照文献で説明されている。
【００３９】
図３Ａは、本開示の１以上の実施態様での発光装置３００の断面図である。発光装置３００は支持体２０４上に設けられるＬＥＤダイ２０２を含む。光学要素がＬＥＤダイ２０２の上又は近くに配置される。本開示の１以上の実施態様において、前記光学要素はＬＥＤダイ２０２からの光を抽出する高屈折率のレンズ３１４を含む。レンズ３１４は底部表面３１８を持つドーム形状を持ち得る。レンズ３１４は１．５以上（例えば１．７以上）のＲＩを持ち得る。レンズ３１４は、レンズ２１４について上で説明されたすべての物質から製造され得る。レンズ２１４について同様に上で説明したように、レンズ３１４は、ＬＥＤダイ２０２による発光波長の光を他の波長へ変更する発光物質を含むことができる。
【００４０】
本開示の１以上の実施態様で、前記光学要素はウィンドウ要素２２２を含み、レンズ３１４の底部表面に直接接続されるか融合されて一体要素を形成する。ウィンドウ要素２２２は、例えばモールディングプロセスの際にレンズ３１４の底部表面に直接結合又は融合され得る。ウィンドウ要素２２２は、レンズ３１４が、例えば金型内で冷却又は硬化させることで固化又は硬化する前又はその間に底部表面３１８上に設けられ得る。ウィンドウ要素２２２は又、例えば金型中で前記ウィンドウ要素の下又は上に前記レンズをモールディングすることで底部表面３１８でレンズ３１４内に埋め込まれることができる。
【００４１】
又は図３Ｂは、ウィンドウ要素２２２が、図１６〜１９を参照して以下説明される例のプロセスで結合層３１９を持つレンズ３１４に結合し得ることを示す。結合層３１９は又、結合層３３０について以下挙げられるいかなる物質でもよく、例えば塩化鉛、臭化鉛、フッ化カリウム、フッ化亜鉛、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、ホウ素、鉛、リチウム、リン、カリウム、シリコン、ナトリウム、テルル、タリウム、タングステン又は亜鉛、又はそれらの混合物などである。
【００４２】
既に説明したように、ウィンドウ要素２２２は、ＬＥＤダイ２０２の発光波長で１．５以上のＲＩ（例えば１．７以上）を持ち得る。ウィンドウ要素２２２とレンズ３１４間の設けられる境界での前記結合部は、前記ウィンドウ要素及び前記レンズのいずれか又は両方のＲＩと実質的に一致するＲＩ、前記ウィンドウ要素及び前記レンズとの中間的なＲＩ、又は前記ウィンドウ要素又はレンズのＲＩよりも大きいＲＩと実質的に一致するＲＩを持つ。前記ＲＩは、それらが１以上の実施態様で１００％以下の範囲内、１以上の実施態様で５０％以下の範囲内、１以上の実施態様で２５％以下の範囲内、１以上の実施態様で１０％以下の範囲内であれば、実質的に一致する。例えば、前記結合部のＲＩ及び前記ウィンドウ要素２２２又はレンズ３１４のＲＩはお互いに＋０．０５の範囲内であり得る。
【００４３】
レンズ３１４を持つウィンドウ要素２２２はその後、前記ウィンドウ要素及びＬＥＤダイの間に結合層３３０を用いてＬＥＤダイ２０２へ結合される。結合層３３０は、ウィンドウ要素２２２とＬＥＤダイ２０２間に堅い結合部を形成し得る。
【００４４】
結合層３３０は、レンズ２１４、結合層２１９、ウィンドウ要素２２２、結合層１４０２及び結合層１４１０について挙げられるいかなる材料からでも形成され得る。
【００４５】
結合層３３０は又次の物、即ち、第ＩＩＩ−Ｖ属半導体であって、限定されるものではないが、ガリウムヒ素化物、ガリウム窒化化物、ガリウムリン及びインジウムガリウムリンを含む；第ＩＩ−ＶＩ属半導体であって、限定されるものではないが、カドミウムヒ素化物、カドミウム硫化物、カドミウムテルル化物、亜鉛硫化物、全ヒ素化物及び亜鉛テルル化物を含む；第ＩＶ属半導体及び化合物であって、限定されるものではないが、ゲルマニウム、シリコン及びシリコンカーバイドが含まれる；有機半導体、酸化物、金属酸化物及び希土類酸化物であって、限定されるものではないがアルミニウム、アンチモン、ヒ素、ビスマス、ホウ素、カドミウム、セリウム、クロミウム、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、インジウムスズ、鉛、リチウム、モリブデン、ネオジム、ニッケル、ニオブ、リン、カリウム、シリコン、ナトリウム、テルル、タリウム、チタン、タングステン、亜鉛又はジルコニウムが含まれる；ビスマス酸塩化物などの酸塩化物；フッ化物、塩化物及び臭化物、であって、限定されるものではないが、カルシウム、鉛、マグネシウム、カリウム、ナトリウム及び亜鉛のフッ化物及び臭化物が含まれる；金属であって、限定されるものではないが、インジウム、マグネシウムスズ及び亜鉛が含まれる；イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、リン化合物、ヒ素化合物、アンチモン化合物、窒化物化合物、高屈折率有機化合物；及びこれらの混合物又は合金、を含み得る。
【００４６】
結合層３３０は、ＬＥＤダイ２０２の活性領域による発光波長を変換して他の波長に変換する発光物質が含まれ得る。前記発光物質は、従来の発光粒子、有機半導体、第ＩＩーＶＩ又は第ＩＩＩーＶ族半導体、第ＩＩ−ＶＩ又は第ＩＩＩーＶ半導体量子ドット又はナノ結晶、色素、ポリマー及び発光するＧａＮなどの物質を含み得る。結合層３３０が従来の発光粒子を含む場合、前記結合層は、通常約５ミクロンから約５０ミクロンの粒子サイズを有する粒子に対応するに十分な厚さとするべきである。
【００４７】
結合層３３０は、例えばエポキシドなどの有機物系接着剤を実質的に含まないことがあり得るが、かかる接着剤の屈折率が低い傾向にあるからである。
【００４８】
結合層３３０は又、低ＲＩ結合材料から形成され得る。即ち、ＬＥＤダイ２０２の発光波長で、約１．５未満のＲＩを持つ結合材料などである。例えば、フッ化マグネシウムがそのような結合材料である。低屈折率光学ガラス、エポキシド及びシリコーンが又、適切な低屈折率の結合材料であり得る。
【００４９】
結合層３３０は又、ＳｃｈｏｔｔガラスＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ１０、ＮＺＫ７、ＮＬＡＦ２１、ＬａＳＦＮ１８、ＳＦ５９又はＬａＳＦ３、又はＯｈａｒａガラスＳＬＡＨ５１又はＳＬＡＭ６０又はそれらの混合物などのガラス結合材料から形成され得る。結合層３３０は又、例えば（Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、ＣＩ、Ｉ、Ｂｒ）カルコゲニド又はカルコゲンハロゲン化物などの高屈折率ガラスから形成され得る。望ましい場合にはガラスやポリマーなどの低屈折率材料が使用され得る。シリコーン又はシロキサンなどの高及び低屈折率樹脂の両方が、信越化学株式会社、東京日本から入手可能である。シロキサン主鎖の側鎖は、前記シロキサンの屈折率を変更するために変成され得る。
【００５０】
ウィンドウ要素２２２はＬＥＤダイ２０２がサブマウント２１０上に設けられた後でＬＥＤダイ２０２へ熱的に結合され得る。例えばＬＥＤダイ２０２へウィンドウ要素２２２を結合するために、結合層３３０の温度が約室温と前記接触要素２１２の溶融温度の間の温度、例えば約１５０℃から４５０℃、より具体的には約２００℃から４００℃に昇温される。ウィンドウ要素２２２とＬＥＤダイ２０２は、約１秒から約６時間、例えば約３０秒から約３０分間前記結合温度で共に、約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）から約６０００ｐｓｉの圧力でプレスされる。例示すると、約７００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの圧力が、約３から１５分間適用される。圧力は冷却の間にも適用され得る。望ましい場合には、他の結合プロセスも使用され得る。
【００５１】
留意すべきは、前記熱結合プロセスにより、ウィンドウ要素２２２のＣＴＥとＬＥＤダイ２０２のＣＴＥの不一致が、前記ウィンドウ要素が加熱冷却の際に、前記ＬＥＤダイから剥離又は脱離させる恐れがある、ということである。従ってウィンドウ要素２２２及びＫＥＤダイ２０２はほぼ一致するＣＴＥを有するべきである。
【００５２】
保護側部コーティング332が、エッジ部分からの発光を低減させるためにウィンドウ要素２２２、結合層３３０及びＬＥＤダイ２０２のエッジ部分に適用される。側部コーティングは、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、チタン酸ストロンチウム、酸化チタン、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、セレン化亜鉛、硫化亜鉛又はテルル化亜鉛、熱グリース又は、アルミニウム、クロム、金、ニッケル、パラジウム、白金、銀、バナジウムの金属膜又はこれらの組み合わせ膜、などの散乱性粒子を含むシリコーンであり得る。
【００５３】
本開示の１以上の実施態様で、場合により前記光学要素は、場合によりフィンを持つヒートシンク２２４を含み得る。ヒートシンク２２４はウィンドウ要素２２２と熱的に結合して前記ウィンドウ要素から熱を抽出する。前記光学要素の材料に依存してそれはヒートシンクとして作用し得る。
【００５４】
本開示の１以上の実施態様では、前記光学要素は前記ＬＥＤ２０２に結合されたレンズ３１４である。結合層３１９又は３３３はレンズ３１４をＬＥＤダイ２０２に結合するために使用され得る。他の実施態様で、前記光学要素はＬＥＤダイ２２２に結合された前記ウィンドウ要素２２２である。結合層３３０はウィンドウ要素２２２をＬＥＤダイ２０２に結合するために使用され得る。
【００５５】
さらなる情報は、米国特許番号７２７９３４５、７０６４３５５、７０５３４１９、７００９２１３、７４６２５０２、７４１９８３９、６９８７６１３、５５０２３１６及び５３７６５８０に記載されており、これらの内容は参照されて本明細書の一部となる。
【００５６】
図４Ａは、本開示の１以上の実施態様での発光装置４００の断面図である。発光装置４００は支持体２０４上に設けられるＬＥＤダイ２０２を含む。光学要素がＬＥＤダイ２０２の上又は近くに設けられている。本開示の１以上の実施態様では、前記光学要素はＬＥＤダイ２０２からの光を抽出する高屈折率レンズ４１４を含む。レンズ４１４は底部表面４１８を持つ固体のドーム形状を持つ。レンズ４１４はＲＩとして１．５以上を持ち得る。レンズ４１４は、上でレンズ２１４について説明した全ての材料から製造され得る。レンズ２１４について上で説明したことと同様に、レンズ４１４は発光体を含み、ＬＥＤダイ２０２による発光波長の光を他の波長の光へ変換することができる。
【００５７】
本開示の１以上の実施態様では、前記光学要素はレンズ４１４に直接結合されているか融合されているウィンドウ要素２２２を含む。ウィンドウ要素２２２は又、レンズ４１４内に切り込まれ、前記ウィンドウ要素が前記レンズの底部表面４１８と同一平面となる。ウィンドウ要素２２２は、例えばモールディングプロセスにおいてレンズ４１４と直接結合させるか、融合させることができる。ウィンドウ要素２２２は、例えばレンズ４１４が金型中で冷却又は硬化させて固化又は硬化する前又は間に底部表面４１８内に切り込まれ得る。ウィンドウ要素２２２は又、例えばレンズ４１８が金型中で前記ウィンドウ要素の下又は上にモールディングされることで底部表面４１８内に切り込まれ得る。切り込みは又、ウィンドウ要素２２２のためにレンジ４１４内に予め形成され、前記エンズが加熱されて前記ウィンドウ要素と直接結合されるか又は融合され得る。
【００５８】
又は図４Ｂには、ウィンドウ要素２２２が、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層４１９を持つレンズ４１４へ結合され得る、ことを示す。結合層４１９は結合層３３０について上で挙げた全ての材料を含むことができ、例えば塩化鉛、臭化鉛、フッ化カリウム、フッ化亜鉛、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、ビスマス、ホウ素、鉛、リチウム、リン、カリウム、シリコン、ナトリウム、テルル、タリウム、タングステン又は亜鉛の酸化物又はそれらの混合物が挙げられる。ウィンドウ要素２２２とレンズ４１４間の結合部は、前記ウィンドウ要素とレンズのＲＩとしてと実質的に一致するＲＩ、前記ウィンドウ要素とレンズのＲＩの中間的なＲＩ、又は前記ウィンドウ要素又はレンズのＲＩよりも大きいＲＩを持つ。
【００５９】
レンズ４１４を持つウィンドウ要素２２２は、前記ウィンドウ要素とＬＥＤダイ間の結合層３３０を用いて結合される。
【００６０】
本開示の１以上の実施態様で、場合により前記光学要素は、場合によりフィンを持つヒート−シンク２２４を含み得る。
ヒートシンク２２４はウィンドウ要素２２２と熱的に結合され前記にウィンドウ要素から熱を抽出することができる。ヒートシンク２２４は、ウィンドウ要素２２２が結合されると同時、前又は後でレンズ４１４に成形され得る。前記光学要素の材料に依存して、これはヒートシンクとして作用することができる。
【００６１】
図５はモールディング装置５００を示し、これは本開示の１以上の実施態様においてウィンドウ要素２２２をレンズ４１４に直接結合するか又は融合するためのモールディングプロセスで使用され得る。装置５００は、下部半金型５０２と上部半金型５０４により熱圧縮金型であり得る。半金型５０２及び５０４はレンズ４１４の望ましい形状に金型キャビティを定める。半金型５０２及び５０４は、前記半金型を整列させるためのガイドピン及びホールを含み得る。加熱／冷却要素５０６（２つのみ符号付されている）が、半金型５０２及び５０４にモールディングプロセスの際に適切な加熱及び冷却を与える。加熱／冷却要素５０６は、半金型５０２及び５０４に一体化されているか、又は別々であってよい。又は半金型５０２及び５０４は、半金型が又加熱要素である場合には前記金型に直接電流を流すことで加熱され得る。
【００６２】
ウィンドウ要素２２２は下部半金型５０２上に置かれ、ガラス片又は粉末５０８が前記ウィンドウ要素上に置かれる。加熱／冷却要素５０６は半金型５０３及び５０４を加熱して、ガラス片又は粉末５０８をウィンドウ要素を損なうことなく形状化するために十分な温度にする。上部半金型５０４を下部半金型５０２の上に置き、前記ガラス片又は粉末５０８に熱と圧力を適用して、前記軟化したガラスが流れて前記金型キャビティの形状となりレンズ４１４を成形する。レンズ４１４が冷却し硬化すると、レンズはウィンドウ要素２２２と結合されるか又は融合される。ウィンドウ要素２２２に加えて、ヒートシンク２２４は又場合により、レンズ４１４に直接結合されるか又は融合され得る。ヒートシンク２２４は、ウィンドウ要素２２２の前、後又は同時に、レンズ４１４と成形され得る。ヒートシンク２２４は又レンズ４１４と接着又は糊付けされ得る。
【００６３】
加熱／冷却要素５０６は徐々に半金型５０３及び５０４を冷却することができる。そのＣＴＥは、１以上の実施態様では１００％以下の範囲で、１以上の実施態様では５０％以内の範囲で、１以上の実施態様では３０％以内の範囲で、お互いに一致することができる。排出ピンがウィンドウ要素２２２を持つレンズ４１４を金型から取り出すために使用され得る。
【００６４】
モールディングプロセスはレンズ４１４について説明されてきたが、半金型５０２及び５０４は異なる形状を持つことができ、上で説明したレンズ２１４及び３１４、及び以下説明されるレンズ６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１１１４、１３１４及び２０１４を成形することができる。記載されたモールディングプロセスの代わりに、他のモールディングプロセス、例えば限定されるものではないが射出成形及び挿入成形などのモールディングプロセスが上に記載されたウィンドウ要素を持つ全てのレンズを成形するために使用され得る。例えば、挿入モールディングは、場合により前記レンズ内に場合によりフィン２２６を持つヒートシンク２２４を組み込むために使用され得る。
【００６５】
図６から１１、１３及び２０には、ウィンドウ要素を持つ種々のレンズが示され、これは、モジュール２００でのレンズ２１４、モジュール３００でのレンズ３１４又はモジュール４００でのレンズ４１４と交換され得る。これらのウィンドウ要素を持つ種々のレンズは又、以下記載される発光装置１４００及び１５００でのレンズ１４１４と交換可能である。
【００６６】
図６は、本開示の１以上の実施態様でのレンズ６１４の断面を示す。レンズ６１４はシーリング６１８を持つキャビティ６１６を持つドーム形状を持つ。ウィンドウ要素２２２はレンズ６１４に直接結合されているか融合されている。又はウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層を持つレンズ６１４へ結合される。レンズ６１４は上で説明されたレンズ２１４と類似するものである。ただし、ウィンドウ要素２２２はシーリング６１８に切り込まれており、前記ウィンドウ要素の底部が実質的に前記シーリングと同一平面である。レンズ６１４は、レンズ２１４について上で説明された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４について上の説明と同様に、レンズ６１４は発光物質及びウィンドウ要素２２２を含む。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ６１４により、他の波長へ変換され得る。組み合わされて生成され及び変換された光は望ましい色を生成する。
【００６７】
図７は本開示の１以上の実施態様でのレンズ７１４の断面を示す。レンズ７１４は底部表面７１８を持つドーム形状を持つ。ウィンドウ要素２２２はレンズ７１４の底部表面７１８へ直接結合されているか又は融合されている。ウィンドウ要素２２２は又前記全底部表面７１８に広がる。又はウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して以下記載されるプロセスで結合層を持つレンズ７１４に結合される。レンズ７１４はレンズ２１４について上で記載された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４についての上の記載と同様に、レンズ７１４は発光物質及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ７１４により他の波長へ変換され得る。組み合わされ生成され及び変換された光は望ましい色を生成することができる。
【００６８】
図８は本開示の１以上の実施態様でのレンズ８１４の断面を示す。レンズ８１４は、光を発光装置８２０へ方向付ける反射表面８１９を持つ化合物放物線コンセントレーター（ＣＰＣ）である。ウィンドウ要素２２２は、レンズ８１４に直接結合されるか又は融合される。又は、ウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して記載されるプロセスで結合層を持つレンズ８１４へ結合される。レンズ８１４はレンズ２１４について上で説明された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４について上の説明と同様に、レンズ８１４は発光物質及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２０２及び／又はレンズ８１４により他の波長へ変換され得る。組み合わされて生成され及び変換された光は、望ましい色を生成することができる。
【００６９】
図９は本開示の１以上の実施態様でのレンズ９１４の断面を示す。レンズ９１４は側部発光レンズのタイプである。ウィンドウ要素２２２はレンズ９１４に直接結合されるか又は融合される。又は、ウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層を持つレンズ９１４へ結合される。ウィンドウ要素２２２はレンズ９１４内に切り込まれ、前記ウィンドウ要素の底部は、示されるように前記レンズの底部表面９１８と同一平面であり得る。又は、ウィンドウ要素２２２は底部表面９１８に結合されかつ突出する。レンズ９１４はレンズ２１４について上で記載された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４についての上の記載と同様に、レンズ９１４は発光物質及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ９１４により他の波長へ変換され得る。組み合わされ生成され及び変換された光は望ましい色を生成できる。
【００７０】
図１０は、本開示の１以上の実施態様でレンズ１０１４の断面を示す。レンズ１０１４は側部発光レンズの他のタイプである。ウィンドウ要素２２２はレンズ１０１４へ直接結合されるか、又は融合される。又はウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して以下記載されるプロセスでの結合層を持つレンズ１０１４と結合される。ウィンドウ要素２２２はレンズ１０１４内へ切り込まれ、前記ウィンドウ要素の底部は示されるように前記レンズの底部表面１０１８と同一平面となり得る。又はウィンドウ要素２２２は底部表面１０１８に結合されかつ飛び出している。レンズ１０１４は、レンズ２１４について上で記載された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４について上の説明と同様に、レンズ１０１４は発光及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ１０１４により他の波長へ変更され得る。
組み合わされ生成されおよび変換された光は望ましい色を生成することができる。
【００７１】
図２０は、本開示の１以上の実施態様でフレネルレンズの形状の溝を含むレンズ２０１４を示す。レンズ２０１４のフレネルパターンは、エッチング、モールディング、埋め込み又は刻印されたパターンである。フレネルパターンは一組の溝を含み、しばしば共中心パターンで配置される。前記フレネルパターンは、全表面２０２０又は上部領域のみ、又は表面２０２０の側部領域のみに形成され得る。
【００７２】
ウィンドウ要素２２２はレンズ２０１４の底部表面２０１８に直接結合されているか又は融合される。又はウィンドウ要素２２２は、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層を持つレンズ２０１４へ結合される。ウィンドウ要素２２２は示されるように底部表面２０１８に結合され及び飛び出ている。又はウィンドウ要素２２２は２０１４内に切り込まれ、ウィンドウ要素の底部が前記レンズの底部表面と同一の平面であり得る。レンズ２０１４は、レンズ２１４について以下記載された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４についての上の説明と同様に、レンズ２０１４は発光物質及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ２０１４により他の波長に変更され得る。組み合わされて生成されかつ変換された光は望ましい色を生成できる。
【００７３】
図１１は、本発明の開示の１以上の実施態様でレンズ１１１４の断面を示す。レンズ１１１４は直角レンズ又はプリズムである。１つのウィンドウ要素２２２（２２２Ａと符号付される）は、プリズム１１１４の１つの脚部に結合されるか又は融合され得る。さらに第２のウィンドウ要素２２２（２２２Ｂと符号付される）は、前記プリズムの他の１つの脚部に結合されるか又は融合され得る。又は１又は両方のウィンドウ要素２２２Ａ及び２２２Ｂは、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層を持つレンズ１１１４へ結合され得る。ウィンドウ要素２２２Ａはプリズム１１１４内に切り込まれ、前記ウィンドウ要素の底部は示されるように前記レンズの表面１１１８Ａと同一平面であり得る。さらにウィンドウ要素２２２Ｂは前記プリズム内に切り込まれ、ウィンドウ要素の底部が示されるように前記レンズの表面１１１８Ｂと同一平面であり得る。又はウィンドウ要素２２２Ａ及びウィンドウ要素２２２Ｂの１つ又は両方が表面１１１８Ａの及び１１１８Ｂから飛び出ている。レンズ１１１４はレンズ２１４について上で説明された全ての材料から製造され得る。レンズ２１４について上の説明と同様に、レンズ１１１４は発光材料及び／又はウィンドウ要素２２２を含み得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２及び／又はレンズ１１１４により他の波長へ変更され得る。組み合わされて生成され及び変更された光は望ましい色を生成することができる。
【００７４】
図１２は、本開示の１以上の実施態様でのプリズム１１１４を持つ発光装置１２００を示す。ＬＥＤダイ構造１２０２及び１２０４はそれぞれウィンドウ要素２２２Ａ及び２２２Ｂへのへ結合される。プリズム１１１４は、それぞれのＬＥＤダイ構造１２０２及び１２０４からの光１２０６及び１２０８を組み合わせ、ウィンドウ要素２２２Ａ、及び２２２Ｂが光１２１０を発光する。光１２０６及び１２０８は同じ波長でも、異なる波長でもよい。
【００７５】
図１３は本開示の１以上の実施態様でのレンズ１３１４の断面を示す。第１のウィンドウ要素２２２（２２２Ｃと符号付されている）はレンズ１３１４内に埋め込まれており、第２のウィンドウ要素２２２（２２２Ｄ符号付されている）は前記レンズに直接結合されているか又は融合されている。又はウィンドウ要素２２２Ｄは、例えば図１６から１９を参照して以下説明されるプロセスで結合層を持つレンズ１３１４へ結合される。ウィンドウ要素２２２Ｄはレンズ１３１４内に切り込まれ、前記ウィンドウ要素の底部が示されるように底部表面１３１８と同一平面となり得る。又はウィンドウ要素２２２Ｄは底部表面１３１８から飛び出ている。ウィンドウ要素２２２Ｃは波長変換要素（例えばセラミック発光プレート）であってよく、ウィンドウ要素２２２Ｄは光学的平面プレート又は他の波長変換要素（例えばセラミック発光プレート）であってよい。レンズ１３１４はレンズ２１４について上で説明された全ての材料で製造され得る。ＬＥＤダイ２０２からの光は、ウィンドウ要素２２２Ｃ、２２２Ｄ及び／又はレンズ１３１４により他の波長へ変換され得る。組み合わされ生成された及び変換された光は望ましい色の光を生成することができる。
【００７６】
トップ発光装置、伸長光学コンセントレーター、反射体を有するトップ発光装置、側部発光装置、反射体を有する側部発光装置、非対称的伸長側部発光装置及び光ガイドを有するトップ発光装置などの追加のレンズが、本開示で説明されるウィンドウ要素２２２とともに採用され得る。これらのレンズは米国特許番号７００９２１３及び７２７６７３７に記載され、これらの内容は参照されて本明細書の一部となる。
【００７７】
図１４は、本開示の１以上の実施態様での発光装置１４００の断面を示す。発光装置１４００は支持体２０６上にＬＥＤダイ２０２を含む。光学要素が、ＬＥＤダイ２０２の上又は近くに設けられる。本発開示の１以上の実施態様で、前記光学要素はウィンドウ要素２２２を含み、これはＬＥＤダイ２０２へ結合層１４０２により結合される。結合層１４０２は、シリコーン、エポキシ、ゾルゲル材料、ガラス又は以下説明される結合層１４０１と類似の高屈折率材料であり得る。結合層１４０２は又、結合層３３０について上で説明された材料であり得る。光学側部コーティング１４０４はウィンドウ要素２２２、結合層１４０２及びＬＥＤダイ２０２のエッジ部分に、エッジ発光を低減するために適用され得る。側部コーティング１４０４には、例えばアルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、セレン化亜鉛、硫化亜鉛又はテルル化亜鉛、熱グリース又はアルミニウム、クロム、金、ニッケル、パラジウム、白金、銀又はバナジウム又はそれらの全ての組み合わせによる金属膜などの、反射性又は散乱性の物質で充填されるシリコン、エポキシ、又はゾルゲルが挙げられる。
【００７８】
本開示の１以上の実施態様で、前記光学要素は、ＬＥＤダイ２０２からの光を抽出する高屈折率レンズ１４１４を含む。レンズ１４１４は、発光装置の発光波長で、１．５以上（例えば１．７以上）のＲＩをもち  得る。レンズ１４１４は、ガラス、サファイア、ダイヤモンド、アルミナ又はレンズ２１４につき説明された全ての材料から製造され得る。レンズ１４１４はウィンドウ要素２２２へ高屈折率結合層１４１０で結合される。底部表面１４０８は平坦表面として示されているが、前記底部表面に少なくとも部分的にウィンドウ要素２２２を受け入れる切り込みが設けられてよい。これは、ウィンドウ要素２２２及びレンズ１４１４を結合プロセス中で配置することを助け得る。
【００７９】
高屈折率層１４１０は、ウィンドウ要素２２２及びレンズ１４１４のＲＩと実質的に一致するＲＩ、ウィンドウ要素とレンズのＲＩの中間のＲＩ、又はウィンドウ要素又はレンズよりも大きいＲＩを持ち得る。前記ＲＩは、それらが、１以上の実施態様では１００％以下の範囲内で、１以上の実施態様では５０％以下の範囲内で、１以上の実施態様では２５％以下の範囲内で、１以上の実施態様では１０％以下の範囲内であれば、実質的に一致する。例えば、前記結合部のＲＩ及びウィンドウ要素２２２又はレンズ１４１４のＲＩは、＋０．０５であり得る。
【００８０】
高屈折率結合層１４１０は、粒子サイズ＜１００ｎｍ（例えば＜５０ｎｍ）の適切に分散された高屈折率ナノ粒子が充填されたシリコーン樹脂又はケイ酸塩バインダであり得る。前記ナノ粒子を分散させるために、少量の適切な分散剤が、前記ナノ粒子及び分散媒体との適合剤として使用され得る。前記分散ナノ粒子及びバインダマトリックスの容積比率は、結合層１４１０の屈折率を制御するために調節されることができる。即ち高屈折率ナノ粒子のより高い容積濃度は、前記結合層の有効屈折率を増加させる。前記シリコーン樹脂は、メチルポリシロキサン、フェニルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン又はそれらの混合物であり得る。前記ケイ酸塩バインダは、硬化させることで、ケイ酸塩、メチルケイ酸エステルまたはフェニルケイ酸エステル又はそれらの混合物を形成するタイプであり、ゾルゲルプロセスでの前駆体モノマー及び／又はオリゴマーから誘導され得る。高屈折率ナノ粒子には、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ガリウム酸化物、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、五酸化タンタル、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、イットリウムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、イットリア安定化ジルコニウム酸化物又はそれらの混合物の、高屈折率ナノ粒子が含まれる。
【００８１】
高屈折率の薄層はウィンドウ要素２２２、レンズ１４１４またはそれらの両方に適用され得る。前記高屈折率材料の厚さは数ミクロン（例えば＜１０ミクロン）であり得る。高屈折率結合材料は種々の方法で適用され得る。例えば分散、印刷、スプレーコーティング又はブレードコーティングなどである。高屈折率材料は通常は液状で堆積され、ウィンドウ要素２２２及びレンズ１４１４が結合される時まで液状が維持されるか又は部分的に固化又はゲル化されるか、又は固体であって加熱されると結合できるように粘着性となる。通常は高屈折率材料は反応してゲル状態から硬化樹脂の範囲の固化結合を形成する。
【００８２】
例えば、高屈折率結合材料前駆体は、分散ナノ−ＴｉＣ粒子を含むメチル置換シリコーン樹脂からなり、これは溶液からウィンドウ要素２２２上へスピン又はブレードコーティングされる。前記スピン又はブレードコーティングは大規模に、例えばウィンドウ要素２２２の基板に適用可能であり、これをその後より小さい部分に切断し個々のウィンドウ要素として使用される。前記シリコン樹脂は、室温では固体であるが、７０から１５０℃へ加熱されると粘着性となりレンズ１４１４との接触を結合することができ、これによりウィンドウ要素２２２と接触を可能とする。高屈折率材料はその後より高温度（例えば２００℃）で硬化させて、ウィンドウ要素２２２及びレンズ１４１４の間に高屈折率結合層１４１０を形成する。又は高屈折率材料は液状でウィンドウ要素２２２又はレンズ１４１４上に分散させ、両方の部品を結合させる。前記結合部は高温度、例えば１５０℃で１時間硬化させて高屈折率固体とされる。
【００８３】
前記鋼屈折率結合前期待液中に溶媒が存在してもよい。前記溶媒は、結合に先立ち又は結合プロセスの間に除去されてよい。又は（部分的に）光学接触をさせるために残され、かつさらに蒸発により前記結合から除去されてもよい。レンズ１４１４と支持体２０４の間の残されたギャップはシリコーンなどのアンダーフィル材料１４１２で充填され得る。アンダーフィル材料は、熱伝導性及び／又は反射性を強化するために粒子状の充填物を含み得る。
【００８４】
図１５は本開示の１以上の実施態様での発光装置１５００の断面を示す。発光装置１５００は発光装置１４００と類似するが、側部コーティング１４０４が存在しない。というのはアンダーフィル材料１４１２が屈折率アンダーフィル材料１５１２で置換されているからである。前記アンダーフィル材料は又、ＬＥＤダイ２０２と支持体２０４の間のギャップをも充填し得る。前記反射性アンダーフィル材料は、反射性熱グリース、金属フィルム、反射性又は散乱性粒子、又はこれらの組み合わせが使用され得る。反射性又は散乱性粒子には、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、サファイア、シリコンアルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸化物、チタン酸化物、イットリアアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛又はこれらの組み合わせが含まれる。
【００８５】
レンズ１４１４及び支持体２０４の間のギャップを充填する代わりに、前記レンズ結合の後でアンダーフィル材料１４１２又は１５１２が、前記レンズ結合の前のウィンドウ要素２２２と同じレベル又は同一平面となるまで支持体２０４上に堆積され得る。その場合、高屈折率結合層１４１０の材料は、ウィンドウ要素２２２及びアンダーフィル材料１４１２又は１５１２の全上部表面に適用され得る。
【００８６】
シリコーン又はゾルゲル材料の代わりに、高屈折率結合層１４１０は又、上で説明された結合層３３０と同じ材料であってよい。本開示の１以上の実施態様で、結合層１４１０は、ウィンドウ要素２２２及びレンズ１４１４よりも低い溶融温度を持つ光学ガラスで製造される。前記ガラスはウィンドウ要素２２２の上部、レンズ１４１４の底部又はその両方に形成され得る。前記ガラスは軟化するまで加熱され、圧力が前記結合プロセス及び冷却の間適用される。前記ガラスは、ウィンドウ要素２２２とレンズ１４１４の間に高屈折率結合層１４１０を形成する。
【００８７】
図１６は、本開示の１以上の実施態様で、ウィンドウ要素２２２上に高屈折率結合層を形成するための装置を示す。ウィンドウ要素２２２は、下部半金型１６０２内の支持体により保持され、上部半金型１６０４は前記下部金型上に配置される。半金型１６０２及び１６０４はガイドピンとホールを有し、半金型を正しく配列させる。加熱／冷却要素１６０６（２つのみ不号付されている）は前記モールディングプロセスの際に適切な加熱及び冷却を半金型１６０２及び１６０４を与える。加熱／冷却要素１６０６は、半金型１６０２及び１６０４に一体化されているか、又は別々に設けられ得る。
【００８８】
ガラスが金型入口１６０８からウィンドウ要素２２２の上部及び底部表面上に導入される。ガラスが硬化すると、それはウィンドウ要素２２２と結合し図１７に示されるように結合層１４０２及び１４１０を形成する。ウィンドウ要素２２２はその後加熱され、レンズ１４１４の底部及びＬＥＤダイ２０２の上部へ結合される。結合層１４０２及び１４１０はウィンドウ要素の両側に形成されるが、上のプロセスはウィンドウ要素の１つの側上に１つの結合部を形成するように変更され得る。
【００８９】
図１８は、本開示の１以上の実施態様でのレンズ１４１４の底部上のガラス高屈折率結合材料を形成するためのプロセスのための装置を示す。レンズ１４１４は第１にモールドされ下部半金型１８０２中に置かれ、上部半金型１８０４が下部金型上に置かれる。半金型１８０２及び１８０４はガイドピン及びホールを含み、半金型を適切に配列させる。加熱／冷却要素１８０８（２つのみ符号付けられる）は、前記モールディングプロセスの際に半金型１８０２及び１８０４へ適切に加熱及び冷却を与える。加熱／冷却要素１８０８は、半金型１８０２及び１８０４に一体化されているか、別に設けられ得る。図５に示される装置と同様の、適切な形状を持つ装置が、結合ガラス片又は粉末を用いてレンズ又はウィンドウ要素上に結合ガラス層を形成する。
【００９０】
ガラスは、レンズ１４１４の底部表面上に金型入口１８０６を通じて導入される。ガラスが硬化すると、それは図１９に示されるようにレンズ１４１４と結合層１４１０を形成する。結合層１４１０を持つレンズ１４１４はその後加熱されウィンドウ要素２２２又はＬＥＤダイ２０２へ結合される。
【００９１】
開示された実施態様の構成の種々の他の採用及び組み合わせは、本発明の範囲内である。種々の実施態様は以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
2013505571.tif 000003
【図２Ａ】
2013505571.tif 000004
【図２Ｂ】
2013505571.tif 000005
【図３Ａ】
2013505571.tif 000006
【図３Ｂ】
2013505571.tif 000007
【図４Ａ】
2013505571.tif 000008
【図４Ｂ】
2013505571.tif 000009
【図５】
2013505571.tif 000010
【図６】
2013505571.tif 000011
【図７】
2013505571.tif 000012
【図８】
2013505571.tif 000013
【図９】
2013505571.tif 000014
【図１０】
2013505571.tif 000015
【図１１】
2013505571.tif 000016
【図１２】
2013505571.tif 000017
【図１３】
2013505571.tif 000018
【図１４】
2013505571.tif 000019
【図１５】
2013505571.tif 000020
【図１６】
2013505571.tif 000021
【図１７】
2013505571.tif 000022
【図１８】
2013505571.tif 000023
【図１９】
2013505571.tif 000024
【図２０】
2013505571.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月21日(2012.3.21)
【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】
発光装置であり、前記発光装置は：
発光デバイス（ＬＥＤ）ダイ；
光学的に平坦なプレート又は波長変換要素を含むウィンドウ要素；
前記ウィンドウ要素にモールドされ、前記ウィンドウ要素と一体化されたレンズ；及び
前記レンズと前記ウィンドウ要素の間に設けられる境界での結合部、とを含む発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であり：
前記レンズが第１の１．５以上の屈折率（ＲＩ）を持ち；
前記ウィンドウ要素が第２の１．４以上の屈折率（ＲＩ）を持ち；及び
前記結合部が、前記第１又は前記第２のＲＩと１０％の範囲内で一致するＲＩ、前記第１及び前記第２のＲＩの中間的なＲＩ、又は前記第１又は前記第２のＲＩよりも大きいＲＩである第３のＲＩを含む、発光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光装置であり、さらに、前記ウィンドウ要素と前記ＬＥＤダイの間に設けられる境界で結合層を含み、前記ウィンドウ要素が前記ＬＥＤダイと結合する、発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置であり：
前記ＬＥＤダイが第１の屈折率（ＲＩ）を持ち；
前記ウィンドウ要素が１．４以上の第２のＲＩとを持ち；及び
前記結合部が、前記第１又は前記第２のＲＩと１０％の範囲内で一致するＲＩ、前記第１及び前記第２のＲＩの中間的なＲＩ、又は前記第１又は前記第２のＲＩよりも大きいＲＩである第３のＲＩを含む、発光装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発光装置であり、前記レンズが、シーリングを持つキャビティを定め、前記ウィンドウ要素が前記シーリングに結合され、前記ＬＥＤダイが前記ウィンドウ要素の下の前記キャビティ内に設けられ、前記発光装置がさらに：
前記キャビティ内に前記ウィンドウ要素と前記ＬＥＤダイの間に第１のシリコーン；及び
前記ＬＥＤの周りに少なくとも一部に第２のシリコーンを含み、前記第２のシリコーンが反射性又は散乱性粒子を含む、発光装置。
【請求項６】
請求項１に記載の発光装置であり、さらに、前記ウィンドウ要素、前記レンズ、前記ＬＥＤダイの１以上と熱的に接続されるヒートシンク、前記ＬＥＤダイのための支持体、前記ＬＥＤダイのためのサブマウント及び前記ＬＥＤダイのためのハウジングを含む、発光装置。
【請求項７】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層がシリコーンタイプ又はシリケートタイプのバインダを含み、前記シリコーンタイプのバインダが、高屈折率のナノ粒子で充填され、前記シリコーンタイプバインダがメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン又はフェニルポリシロキサン、又はそれらの混合物であり、前記シリケートタイプのバインダが硬化の際に、シリケート、メチルシリケート、フェニルシリケート又はこれらの混合物を形成するタイプであり、前記高屈折率ナノ粒子が、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム酸窒化物、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ガドリニウム酸化物、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、五酸化タンタル、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、イットリウムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物及びイットリア安定化ジルコニウム酸化物のひとつである、発光装置。
【請求項８】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層が１以上のカルコゲニドガラス、カルコハロゲン化物ガラス、酸化物、金属酸化物、希土類金属酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、金属、イットリウムアルミニウムガーネット、リン化合物、ヒ素化合物、アンチモン化合物及び有機化合物の１以上を含む、反応装置。
【請求項９】
請求項３に記載の発光装置であり、前記結合層が、アルミニウム酸化物、アンチモン酸化物、ヒ素酸化物、ビスマス酸化物、ホウ素酸化物、塩化鉛、臭化鉛、鉛酸化物、リチウム酸化物、リン酸化物、フッ化カリウム、酸化カリウム、シリコン酸化物、ナトリウム酸化物、テルル酸化物、タリウム酸化物、タングステン酸化物、フッ化亜鉛及び亜鉛酸化物の１以上を含む、発光装置。
【請求項１０】
発光装置を製造する方法である、前記方法は：
レンズをウィンドウ要素へモールディングして前記レンズと前記ウィンドウ要素を含む一体要素を成形し、前記レンズと前記ウィンドウ要素の間に設けられた境界で結合部が形成され、かつ前記ウィンドウ要素が光学的に平坦なプレート又は波長変換要素を含み；及び
前記一体の要素が前記発光デバイス（ＬＥＤ）ダイの近くに設けられる、発光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であり、さらに、前記ウィンドウ要素及び前記ＬＥＤダイとの間に設けられる境界で結合層を適用し、前記ウィンドウ要素が前記ＬＥＤダイの表面へ結合される、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であり、前記レンズがシーリングを含み、前記ウィンドウ要素が前記シーリングに結合され、前記ＬＥＤダイが前記ウィンドウ要素の下に設けられ、かつ前記方法が：
前記キャビティ内の前記ウィンドウ要素と前記ＬＥＤダイの間に第１のシリコーンを設け；及び
前記ＬＥＤ懐中電灯ダイの周りに少なくとも一部に第２のシリコーンを設け、前記第２のシリコーンが反射性又は散乱性粒子を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であり：
前記結合層がシリコーンタイプ又はシリケートタイプのバインダを含み、高屈折率ナノ粒子で充填され、前記シリコーンタイプのバインダがメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、フェニルポリシロキサン又はそれらの混合物であり、前記シリケートタイプのバインダが、硬化の際にシリケート、メチルシリケート、フェニルシリケート又はそれらの混合物を形成し；及び
前記高屈折率ナノ粒子が、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム酸窒化物、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、立方晶ジルコニア、ダイヤモンド、ガドリニウムガリウムガーネット、ガドリニウム酸化物、ハフニウム酸化物、インジウム酸化物、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、シリコンアルミニウム酸窒化物、シリコンカーバイド、シリコン酸窒化物、五酸化タンタル、チタン酸化物、イットリウムアルミニウムガーネット、イットリウムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物及びイットリア安定化ジルコニウム酸化物のひとつである、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であり、前記結合層が１以上のカルコゲニドガラス、カルコゲンハロゲン化ガラス、酸化物、金属酸化物、希土類金属酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、金属、イットリウムアルミニウムガーネット、リン化合物、ヒ素化合物、アンチモン化合物及び有機化合物の１以上を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法であり、前記結合層が、アルミニウム酸化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ホウ素酸化物、鉛塩化物、鉛臭化物、鉛酸化物、リチウム酸化物、リン酸化物、フッ化カリウム、カリウム酸化物、シリコン酸化物、ナトリウム酸化物、テルル酸化物、タングステン酸化物、亜鉛フッ化物及び亜鉛酸化物の１以上を含む、方法。
【国際調査報告】
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