(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含み、該ＬＥＤ半導体ダイの縁面は該ＬＥＤ半導体ダイの上面と下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配設され、さらに、
フォトルミネセンス構造体を含み、該フォトルミネセンス構造体は、上面、該フォトルミネセンス構造体の上面に対向する下面、および該フォトルミネセンス構造体の上面と下面との間に延びる縁面を有し、該フォトルミネセンス構造体の下面は前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、該フォトルミネセンス構造体は、フォトルミネセンス層、および該フォトルミネセンス層上に配設された上澄み光透過層を有し、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面および前記フォトルミネセンス構造体の縁面を覆う反射性構造体を含む発光素子において、
該発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記フォトルミネセンス構造体の上面の表面積は、該フォトルミネセンス構造体の下面の表面積よりも大きく、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面の２対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、前記第1の水平方向に対して垂直である該フォトルミネセンス構造体の１対の側縁部は傾斜し、前記第2の水平方向に対して垂直である前記フォトルミネセンス構造体の他の１対の側縁部は垂直であり、
前記第１の水平方向に沿う視野角は、前記第２の水平方向に沿う視野角よりも大きいことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記フォトルミネセンス構造体の上澄み光透過層はさらにマイクロレンズアレイ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光素子はさらにサブマウント基板を含み、前記ＬＥＤ半導体ダイは該サブマウント基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射性構造体は少なくとも光透過性樹脂材料および光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記光透過性樹脂材料は、ポリフタルアミド、ポリシクロへキシレン−ジメンチレンテレフタレート、エポキシ成形化合物またはシリコーン樹脂のうち少なくとも１つを含み、前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含み、該ＬＥＤ半導体ダイの縁面は該ＬＥＤ半導体ダイの上面と下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配設され、さらに、
フォトルミネセンス構造体を含み、該フォトルミネセンス構造体は、上面、該フォトルミネセンス構造体の上面に対向する下面、および該フォトルミネセンス構造体の上面と下面との間に延びる縁面を有し、該フォトルミネセンス構造体の下面は前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、該フォトルミネセンス構造体は、フォトルミネセンス層、および該フォトルミネセンス層上に配設された上澄み光透過層を有し、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆うと共に、前記フォトルミネセンス構造体の縁面を部分的に覆う反射性構造体を含む発光素子において、
該発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面は、前記反射性構造体によって覆われた２対の側縁部を含み、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記フォトルミネセンス構造体の下面の表面積は、前記ＬＥＤ半導体ダイの上面の表面積よりも大きく、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は２対の側縁部を含み、前記第２の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の一方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の他方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われていないことを特徴とする発光素子。
【請求項７】
前記フォトルミネセンス構造体の上澄み光透過層はさらにマイクロレンズアレイ層を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光素子はさらにサブマウント基板を含み、前記ＬＥＤ半導体ダイは該サブマウント基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項９】
前記反射性構造体は少なくとも光透過性樹脂材料および光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項６項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記光透過性樹脂材料は、ポリフタルアミド、ポリシクロへキシレン−ジメンチレンテレフタレート、エポキシ成形化合物またはシリコーン樹脂のうち少なくとも１つを含み、前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項１１】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含み、該ＬＥＤ半導体ダイの縁面は該ＬＥＤ半導体ダイの上面と下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配設され、さらに、
フォトルミネセンス構造体を含み、該フォトルミネセンス構造体は、上面、該フォトルミネセンス構造体の上面に対向する下面、および該フォトルミネセンス構造体の上面と下面との間に延びる縁面を有し、該フォトルミネセンス構造体の下面は前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、該フォトルミネセンス構造体は、フォトルミネセンス層、および該フォトルミネセンス層上に配設された上澄み光透過層を有し、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面および前記フォトルミネセンス構造体の縁面を部分的に覆う反射性構造体を含む発光素子において、
該発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２対の側縁部は前記フォトルミネセンス構造体によって覆われ、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は２対の側縁部を含み、前記第２の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の一方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の他方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われていないことを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
前記発光素子はさらに、前記フォトルミネセンス構造体の下側に配設された反射性下層を含み、該反射性下層は少なくとも光透過性樹脂材料および光散乱粒子を含み、前記反射性下層は前記フォトルミネセンス構造体の下面に隣接して、前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記フォトルミネセンス構造体のフォトルミネセンス層は、前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆う上部位と、該ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆う縁部位と、前記フォトルミネセンス層の縁部位から外方に延びる延長部位とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記フォトルミネセンス構造体の上澄み光透過層はさらにマイクロレンズアレイ層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光素子はさらにサブマウント基板を含み、前記ＬＥＤ半導体ダイは該サブマウント基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記反射性構造体は少なくとも光透過性樹脂材料および光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１１項に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記光透過性樹脂材料は、ポリフタルアミド、ポリシクロへキシレン−ジメンチレンテレフタレート、エポキシ成形化合物またはシリコーン樹脂のうち少なくとも１つを含み、前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１８】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含み、該ＬＥＤ半導体ダイの縁面は該ＬＥＤ半導体ダイの上面と下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配設され、さらに、
フォトルミネセンス構造体を含み、該フォトルミネセンス構造体は、上面、該フォトルミネセンス構造体の上面に対向する下面、および該フォトルミネセンス構造体の上面と下面との間に延びる縁面を有し、該フォトルミネセンス構造体は前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆うと共に、前記ＬＥＤ半導体ダイの前記縁面を部分的に覆い、該フォトルミネセンス構造体は、フォトルミネセンス層、および該フォトルミネセンス層上に配設された上澄み光透過層を有し、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を部分的に覆うと共に、前記フォトルミネセンス構造体の縁面を部分的に覆う反射性構造体を含む発光素子において、
該発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面は２対の側縁部を含み、前記第１の水平方向に対して垂直な前記ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記フォトルミネセンス構造体によって覆われ、前記第２の水平方向に対して垂直な前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は２対の側縁部を含み、前記第２の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の一方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の他方の対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われていないことを特徴とする発光素子。
【請求項１９】
前記フォトルミネセンス構造体の上澄み光透過層はさらにマイクロレンズアレイ層を含むことを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記発光素子はさらにサブマウント基板を含み、前記ＬＥＤ半導体ダイは該サブマウント基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記反射性構造体は少なくとも光透過性樹脂材料および光散乱粒子を含むことを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記光透過性樹脂材料は、ポリフタルアミド、ポリシクロへキシレン−ジメンチレンテレフタレート、エポキシ成形化合物またはシリコーン樹脂のうち少なくとも１つを含み、前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子。
【請求項２３】
フォトルミネセンス層および上澄み光透過層を含むフォトルミネセンス構造体をＬＥＤ半導体ダイ上に配置し、該フォトルミネセンス層は前記上澄み光透過層と前記ＬＥＤ半導体ダイの上面との間に挟まれ、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面および前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を反射性構造体で被覆することを含む発光素子の製造方法において、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記フォトルミネセンス構造体の前記縁面は、前記反射性構造体で覆われる４つの側端を有し、
前記ＬＥＤ半導体ダイへの前記フォトルミネセンス構造体への配置は、更に、
前記４つの側端のうち２つの側端は傾斜し、他の２つの側端は垂直となるように、前記フォトルミネセンス構造体の前記縁面を形成する工程と、
前記ＬＥＤ半導体ダイの前記上面に接着するように前記フォトルミネセンス構造体を配置する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は、打抜き、成形または鋸引きによって形成されることを特徴とする請求項２３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記反射性構造体による前記フォトルミネセンス構造体の縁面の被覆はさらに、
該反射性構造体を個別分離して前記発光素子を形成することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２６】
フォトルミネセンス層および上澄み光透過層を含むフォトルミネセンス構造体をＬＥＤ半導体ダイ上に配置し、該フォトルミネセンス層は前記上澄み光透過層と前記ＬＥＤ半導体ダイの上面との間に挟まれ、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面の一部および前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を反射性構造体で被覆することを含む発光素子の製造方法において、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイ上へのフォトルミネセンス構造体の配設はさらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの１組の電極が上を向いた状態で該フォトルミネセンス構造体上に該ＬＥＤ半導体ダイを配置し、
前記フォトルミネセンス構造体を前記第１の水平方向に沿って切断し、該フォトルミネセンス構造体の一部を除去することを含み、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は２対の側縁部を含み、該フォトルミネセンス構造体の該縁面の被覆はさらに、
互いに対向し前記第２の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の一方の対の側縁部を前記反射性構造体で被覆し、
互いに対向し前記第１の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の他方の対の側縁部は前記反射性構造体で覆わずに露出させることを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記方法はさらに、
前記反射性構造体を前記第１の水平方向に沿って個別分離し、
前記フォトルミネセンス構造体および該反射性構造体を前記第２の水平方向に沿って個別分離することを含むことを特徴とする請求項２６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項２８】
フォトルミネセンス層および上澄み光透過層を含むフォトルミネセンス構造体をＬＥＤ半導体ダイ上に配置し、該フォトルミネセンス層は前記上澄み光透過層と前記ＬＥＤ半導体ダイの上面との間に挟まれ、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面の一部を反射性構造体で被覆することを含む発光素子の製造方法において、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイ上へのフォトルミネセンス構造体の配設はさらに、
該ＬＥＤ半導体ダイの上面および前記縁面上に前記フォトルミネセンス層を形成し、
該フォトルミネセンス層上に前記上澄み光透過層を形成して前記フォトルミネセンス構造体を形成し、
該フォトルミネセンス構造体を前記第１の水平方向に沿って切断することを含み、
前記フォトルミネセンス構造体の縁面は２対の側縁部を含み、該フォトルミネセンス構造体の該縁面の被覆はさらに、
互いに対向し前記第２の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の一方の対の側縁部を前記反射性構造体で被覆し、
互いに対向し前記第１の水平方向に対して垂直な前記フォトルミネセンス構造体の他方の対の側縁部は前記反射性構造体で覆わずに露出させることを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記発光素子の製造方法はさらに、
前記反射性構造体を前記第１の水平方向に沿って個別分離し、
前記フォトルミネセンス構造体および該反射性構造体を前記第２の水平方向に沿って個別分離することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記ＬＥＤ半導体ダイの上面および前記縁面上へのフォトルミネセンス層の形成はさらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の少なくとも一部を覆う反射性下層を形成し、
前記フォトルミネセンス層を該反射性下層上に形成することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３１】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイを含み、前記縁面は、該ＬＥＤ半導体ダイの上面と該ＬＥＤ半導体ダイの下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配置され、さらに、
光透過構造体を含み、該光透過構造体は、上面、該光透過構造体の上面に対向する下面、および該光透過構造体の上面と前記下面との間に延びる縁面を有し、該光透過構造体は、前記ＬＥＤ半導体ダイの発光したスペクトルに対して光学的に実質的に透明な有機または無機の材料を含有し、前記光透過構造体の下面は、前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆うとともに前記光透過構造体の縁面を覆う反射性構造体を含み、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記光透過構造体の上面の表面積は、該光透過構造体の下面の表面積よりも大きく、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記光透過構造体の縁面の２対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、前記第1の水平方向に対して垂直である該光透過構造体の１対の側縁部は傾斜し、前記第2の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の他の１対の側縁部は垂直であり、
前記第１の水平方向に沿う視野角は、前記第２の水平方向に沿う視野角よりも大きいことを特徴とする発光素子。
【請求項３２】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイを含み、前記縁面は、該ＬＥＤ半導体ダイの上面と該ＬＥＤ半導体ダイの下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配置され、さらに、
光透過構造体を含み、該光透過構造体は、上面、該光透過構造体の上面に対向する下面、および該光透過構造体の上面と前記下面との間に延びる縁面を有し、該光透過構造体は、前記ＬＥＤ半導体ダイの発光したスペクトルに対して光学的に実質的に透明な有機または無機の材料を含有し、前記光透過構造体の下面は、前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、さらに、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆うとともに前記光透過構造体の縁面を部分的に覆う反射性構造体を含み、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記光透過構造体の下面の表面積は、該光透過構造体の上面の表面積よりも大きく、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２対の側縁部は前記反射性構造体によって覆われ、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記光透過構造体の縁面は２対の側縁部を有し、前記第2の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の他の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われていないことを特徴とする発光素子。
【請求項３３】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイを含み、前記縁面は、該ＬＥＤ半導体ダイの上面と該ＬＥＤ半導体ダイの下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配置され、さらに、
光透過構造体を含み、該光透過構造体は、上面、該光透過構造体の上面に対向する下面、および該光透過構造体の上面と前記下面との間に延びる縁面を有し、該光透過構造体は、前記ＬＥＤ半導体ダイの発光したスペクトルに対して光学的に実質的に透明な有機または無機の材料を含有し、前記光透過構造体は、前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆い、さらに、
前記光透過構造体の縁面を部分的に覆う反射性構造体を含み、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２対の側縁部は前記光透過構造体によって覆われ、該ＬＥＤ半導体ダイの一方の対の側縁部は前記第１の水平方向に対して垂直であり、前記ＬＥＤ半導体ダイの他方の対の側縁部は前記第２の水平方向に対して垂直であり、
前記光透過構造体の縁面は２対の側縁部を有し、前記第2の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の他の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われていないことを特徴とする発光素子。
【請求項３４】
上面、該上面に対向する下面、縁面、および１組の電極を有するフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイを含み、前記縁面は、該ＬＥＤ半導体ダイの上面と該ＬＥＤ半導体ダイの下面との間に延び、前記１組の電極は該ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配置され、さらに、
光透過構造体を含み、該光透過構造体は、上面、該光透過構造体の上面に対向する下面、および該光透過構造体の上面と前記下面との間に延びる縁面を有し、該光透過構造体は、前記ＬＥＤ半導体ダイの発光したスペクトルに対して光学的に実質的に透明な有機または無機の材料を含有し、前記光透過構造体は前記ＬＥＤ半導体ダイの上面を覆うと共に、前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面を覆い、
前記光透過構造体の縁面を部分的に覆うと共に前記ＬＥＤ半導体ダイの前記縁面を部分的に覆う反射性構造体を含み、
前記発光素子の長さおよび幅に沿ってそれぞれ、第１の水平方向および該第１の水平方向に対して垂直な第２の水平方向が規定され、
前記ＬＥＤ半導体ダイの縁面は２対の側縁部を有し、前記第１の水平方向に対して垂直である前記ＬＥＤ半導体ダイの１対の側縁部は光透過構造体に覆われ、前記第２の水平方向に対して垂直である他の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われ、
前記光透過構造体の縁面は２対の側縁部を有し、前記第2の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われ、前記第１の水平方向に対して垂直である前記光透過構造体の他の１対の側縁部は前記反射性構造体により覆われていないことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の引用参照】
【０００１】
本願は、２０１６年１月２８日出願の台湾特許出願第１０５１０２６５８号、ならびに当該台湾特許出願の優先権を主張する２０１６年２月３日出願の中国特許出願第２０１６１００７５８２４．４号に対する利益および優先権を主張するものであり、両出願の開示全体を参照により本願に取り込む。
【背景】
【０００２】
技術分野
本開示は、発光素子およびその製造方法に関するものであり、特に、動作時に電磁放射を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含むチップスケールパッケージ発光素子に関する。
関連技術の説明
【０００３】
ＬＥＤは、信号灯、バックライト装置、一般照明器具、携帯機器、自動車用照明などを含む様々な応用分野において広く使用されている。一般的に、ＬＥＤ半導体ダイを例えばリードフレームなどのパッケージ構造内に配設して、パッケージＬＥＤ素子を形成する。さらに、これに蛍光体などのフォトルミネセンス材を配して被覆し、蛍光体変換された白色ＬＥＤ素子を形成してもよい。
【０００４】
中でも、リード付きプラスチックチップキャリア（ＰＬＣＣ）型ＬＥＤ素子は、その発光方向に応じて、トップビューＬＥＤ素子およびサイドビューＬＥＤ素子の２つのカテゴリーに分けることができる。トップビューＬＥＤ素子は、一般照明において用いられるか、または直接型バックライトＬＥＤＴＶ中のバックライト源として用いられ、サイドビューＬＥＤ素子は、ＬＥＤＴＶまたは携帯電話用ディスプレイパネルなどのエッジ照明ディスプレイにおけるバックライト源として用いられる。トップビューＬＥＤまたはサイドビューＬＥＤはどちらも発光面、例えば矩形の発光面を有し、ＬＥＤ素子の光軸は、発光面の平面に対して垂直で発光面の中心を通る垂直軸として規定される。本開示において、例示として、第１の水平方向および第２の水平方向は、第１の水平方向が第２の水平方向に対して垂直であって第１の水平方向および第２の水平方向が両方とも垂直光軸に対して垂直になるように規定される。第１の水平方向はさらに、ＬＥＤ素子の長さ方向に整合するように規定され、第２の水平方向はＬＥＤ素子の幅方向に整合するように規定される。光放射パターンをトップビュー（またはサイドビュー）ＬＥＤ素子の第１の水平方向または第２の水平方向にわたって測定すると、両放射パターンは極めて類似していることが分かる。トップビューＬＥＤ素子またはサイドビューＬＥＤ素子は典型的には、第１の水平方向または第２の水平方向に沿った類似の光放射パターンを有するため、ＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子は対称放射パターンを示す。
【０００５】
放射パターンが対称であるＬＥＤ素子の場合、非対称光源を指定する一部の用途における要求を満たすことができない。例えば、街路灯の場合、「コウモリの翼のような形をした」放射パターンが街路方向に沿って指定されることが多い。別の例として、エッジ照明ＬＥＤＴＶの一部としてバックライト装置に用いられるか、またはポータブル電子機器のディスプレイパネルに用いられるＬＥＤ光源があり、その場合、矩形発光面を備えたＬＥＤ素子が望ましい。より望ましくは、非対称の放射パターンにより、ＬＥＤ素子の長さ方向に沿って大きな視野角の放射パターンが得られ、この視野角放射パターンをバックライト装置用の導光板の方向と整合させることにより、大きな視野角の放射パターンでより均一に配光できる。よって、エッジ照明光源により、導光板内側のダークスポットを減らすことができ、あるいは、内蔵されるＬＥＤ素子の数を削減できる。さらに、このエッジ照明光源をＬＥＤ素子の幅方向に沿って小さな視野角の光放射パターンが得られるように指定し、次にＬＥＤ素子を導光板の厚さ方向に整合して、ＬＥＤ素子の発光した入射光をより高い透過効率で薄い導光板に入射させることも可能であり、これにより光損失が低減する。
【０００６】
一般的に、トップビューＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子またはサイドビューＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子は、３つの構成要素、すなわち、成形工程を用いて形成された反射カップハウジング構造を有するリードフレームと、ＬＥＤ半導体ダイと、蛍光体などのフォトルミネセンス材料を含むフォトルミネセンス構造体とから製造される。非対称放射パターンを特定の照明用途において規定する場合、一般的な解決法として、対称放射パターンのＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子を二次光学レンズと共に用いて放射パターンを整えて、所望の非対称光放射パターンを得る。この場合、製造コストの大幅な増加が避けられない。また二次光学レンズを収容するために余分な空間が必要になり、小型民生用電子機器の最終製品設計において望ましくない。空間上の制約によってＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子の発光する光放射パターンを整える光学レンズを組み込むことができない場合、別の解決法として、リードフレームの非対称反射カップを製造する。例えば、反射カップ構造体の２つの側部を光反射性にして、この方向に沿った放射パターンの視野角が小さくなるようにし、そのカップの２つの側部を光透過性にして、この方向に沿った放射パターンの視野角が大きくなるようにする。しかし、この種の２つの透過性側部を有する非対称反射カップを製造することは、極めて困難である。換言すれば、ＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子を用いた非対称光放射パターンを達成する合理化された低コストの方法が未だに求められている。
【０００７】
ＬＥＤＴＶまたはポータブル電子機器などの民生用電子機器は、より薄型に、またはサイズがより小型化する方向になり続けているため、バックライト源としてのＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子のサイズも小さくする必要がある。このトレンドにおいて、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）型ＬＥＤ素子はフォームファクタが小さいため、その開発に関し、ＬＥＤ業界からの注目が増している。例えば、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、直接バックライトＬＥＤＴＶに用いられる汎用トップビューＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子の代わりとして導入され、その光源の大きさがさらに縮小した。このようにしてより高い光強度を達成でき、これにより、使用するＬＥＤ素子の数を削減できる。また、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のフォームファクタはより小さいため、より小型の二次光学レンズの設計が容易になり、その結果、ＴＶがより薄くなる。
【０００８】
照明配置に応じて、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は以下の２種類、すなわち１）上面発光（上部放射）式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子、および２）５面発光（５面放射）式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子に分類することができる。上部放射式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、反射性材料を組み込んでＬＥＤ半導体ダイの４つの周縁面を覆うように配置することで製造されるため、光ビームが主に上面から、または上面のみから発光する。よって、上部放射式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、視野角がより小さい（約１２０度）ＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子と同様の放射パターンを有する。一方、５面ＣＳＰ型ＬＥＤ素子では、光ビームは上面および４つの周縁面を通って外方向に出射させることができる。そのため、５面放射式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、より大きくなる（約１４０度〜１６０度）。しかし、ＰＬＣＣ型ＬＥＤ素子と同様に、上部放射式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子および５面放射式ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のどちらも対称光放射パターンを有するため、非対称光放射パターンを指定する用途には不向きである。
【０００９】
別のアプローチにおいては、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を二次光学レンズと共に用いて、非対称放射パターンを生成する。しかし、このアプローチの場合、生産コストが大幅に増加するだけでなく、光学レンズを収容するのに余分な空間も必要となるため、フォームファクタの小さいＣＳＰ型ＬＥＤ素子を用いる利点が打ち消される。換言すれば、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を使用して非対称放射パターンを達成する有効な解決法は依然として得られていない。そのため、コンパクトなフォームファクタという利点を維持しつつ非対称光放射パターンを達成するＣＳＰ型ＬＥＤ素子が得られる低コストで有効な解決法の提供が望まれている。
【概要】
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態では、次のようなＣＳＰ型ＬＥＤ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。すなわち、少なくとも１つの特定の方向において（例えば、発光面の第１の水平方向に沿って、または第２の水平方向に沿って）ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角を整形して、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の小さなフォームファクタという利点を維持しつつ非対称放射パターンを得るものである。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本開示のいくつかの実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ半導体ダイ、フォトルミネセンス構造体および反射性構造体を備えている。ＬＥＤ半導体ダイは、上面、上面に実質的に平行で対向する下面、縁面および１組の電極を有するフリップチップＬＥＤ半導体ダイであり、縁面は、上面の外縁と下面の外縁との間に形成されて延び、１組の電極は、ＬＥＤ半導体ダイの下面上に配設されている。フォトルミネセンス構造体は、上面、下面および縁面を有し、フォトルミネセンス構造体の下面は、少なくともＬＥＤ半導体ダイの上面を覆っている。さらに、フォトルミネセンス構造体は、フォトルミネセンス層と、フォトルミネセンス層上に配置された上澄み光透過層とを備えている。１つの好適な実施形態として、フォトルミネセンス構造体がＬＥＤ半導体ダイの上面全体と縁面の２つの側縁部とを選択的に覆っている。具体的には、第１の水平方向に対して垂直なＬＥＤ半導体ダイの縁面の２つの側縁部がフォトルミネセンス構造体によって覆われ、これに対し、第２の水平方向に対して垂直なＬＥＤ半導体ダイの縁面の２つの側縁部は被覆されていない。反射性構造体は、ＬＥＤ半導体ダイの縁面およびフォトルミネセンス構造体の縁面を少なくとも部分的に覆っている。好適な一実施形態として、反射性構造体は、ＬＥＤ半導体ダイの縁面の２つの側縁部と、第２の水平方向に対して垂直なフォトルミネセンス構造体の縁面の２つの側縁部とを選択的に覆い、これに対し、第１の水平方向に対して垂直なＬＥＤ半導体ダイの縁面の２つの側縁部はフォトルミネセンス構造体によって覆われている。この好適な実施形態によれば、第１の水平方向に沿ったＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角は、第２の水平方向に沿った視野角よりも大きいため、非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子が形成される。
【００１２】
上記目的を達成するため、本開示のいくつかの実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の製造方法は、１）ＬＥＤ半導体ダイ上にフォトルミネセンス層および上澄み光透過層を含むフォトルミネセンス構造体を形成し、フォトルミネセンス層を上澄み光透過層とＬＥＤ半導体ダイの上面との間に挟み、２）反射性構造体を形成して、フォトルミネセンス構造体の縁面の少なくとも一部とＬＥＤ半導体ダイの縁面の少なくとも一部を覆うことを含む。
【００１３】
そこで、本開示による実施形態のいくつかの有利な点について以下に述べる。反射性構造体は、ＬＥＤ半導体ダイの縁面の少なくとも一部を覆って、ＬＥＤ半導体ダイの縁面から放射された光ビームを第１の水平方向および／または第２の水平方向に沿って反射させることにより、第１の水平方向および／または第２の水平方向に沿った視野角を狭めて全体として非対称な放射パターンが生じる。
【００１４】
したがって、本開示の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、補助的な光学レンズを使用せずに非対称光放射パターンを得ることができるため、ＣＳＰ型素子のフォームファクタが小さいという利点を維持でき、その結果、より薄い、またはよりコンパクトな電子機器の設計が容易になる。例えば、非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子をエッジ照明ＬＥＤＴＶ、携帯電話またはタブレットコンピュータ機器のバックライト装置に用いる場合、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の大きな視野角をバックライト装置の内側の導光板の面内方向に沿って配することができる。この設計により２つの隣接するＣＳＰ型ＬＥＤ素子間のピッチ長を広くでき、これにより、使用するＣＳＰ型ＬＥＤ素子の数を削減できる。面内方向に沿った視野角が大きくなることにより、導光板の内側のダークスポットも減らすことができる。また他方において、導光板の厚さ方向に沿ってＣＳＰ型ＬＥＤ素子の視野角をより小さくして光ビーム損失を低減させ、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子から導光板に入射する光ビームの透過効率を向上させることができる。また、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子のフォームファクタが小さいため、バックライト装置の縁に沿って空間をさらに縮小できるため、同じ表示面積を維持しつつ、より小さなフレーム設計が可能になる。
【００１５】
本開示のその他の態様および実施形態を思索することもできる。上記概要および以下に記載する詳細な説明は、本開示をなんらかの特定の実施形態に限定するものではなく、本開示のいくつかの実施形態について述べるものにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３次元（３Ｄ）模式斜視図である。
【図１Ｂ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。
【図１Ｃ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図１Ｄ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図１Ｅ】および
【図１Ｆ】および
【図１Ｇ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。
【図２Ａ】および
【図２Ｂ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。
【図２Ｃ】および
【図２Ｄ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図３Ａ】および
【図３Ｂ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。
【図３Ｃ】および
【図３Ｄ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図４Ａ】および
【図４Ｂ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す３Ｄ模式斜視図である。
【図４Ｃ】および
【図４Ｄ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図５Ａ】比較用のＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光放射パターンの一例である。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態による非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光放射パターンの一例である。
【図６Ａ】および
【図６Ｂ】および
【図６Ｃ】および
【図６Ｄ】および
【図６Ｅ】および
【図７Ａ】および
【図７Ｂ】および
【図８Ａ】および
【図８Ｂ】および
【図８Ｃ】本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造工程を示す模式図である。
【図９Ａ】および
【図９Ｂ】および
【図１０Ａ】および
【図１０Ｂ】および
【図１０Ｃ】および
【図１１Ａ】および
【図１１Ｂ】および
【図１２Ａ】および
【図１２Ｂ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造工程を示す模式図である。
【図１３】および
【図１４】および
【図１５Ａ】および
【図１５Ｂ】および
【図１６Ａ】および
【図１６Ｂ】および
【図１６Ｃ】および
【図１７Ａ】および
【図１７Ｂ】および
【図１８Ａ】および
【図１８Ｂ】本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造工程を示す模式図である。
【詳細な説明】
【００１７】
定義
本発明のいくつかの実施形態に関して述べる技術態様の一部に、以下の定義を適用する。これらの定義は、本明細書中で同じように拡大してもよい。
【００１８】
本開示中、単数扱いの用語は、非特定と特定とを問わず、文脈上特に指示しない限り複数の対象を含むものとする。したがって、例えば、１つの層に関する説明は、特に明示しない限り複数の層を含むことがある。
【００１９】
本開示中、用語「１組」は、１または複数の構成要素の集まりを意味する。したがって、例えば、１組の層は単一の層または複数の層を含むことがある。また、１組の構成要素とは、その１組のうちの複数の部材を意味することがある。１組のうちの複数の構成要素は同じものでも、または異なるものでもよい。一部の例では、１組の構成要素は１または複数の共通する特性を含んでもよい。
【００２０】
本開示中、用語「隣接する」とは、近くにあるか、または隣り合うことを意味する。隣接する構成要素は、互いに離れて存在してもよく、または互いに実際に、すなわち直接に接触していてもよい。いくつかの例では、隣接する構成要素を互いに接続していてもよく、あるいは一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態の記載では、他の構成要素「に」または他の構成要素の「上に」設けられた構成要素とは、前者の構成要素が後者の構成要素の上に（例えば直接物理的に接触して）直接設けられる場合と、１または複数の介在要素が前者の構成要素と後者の構成要素の間に配設される場合を含んでもよい。いくつかの実施形態の記載では、他の構成要素の「下に」設けられた構成要素とは、前者の構成要素が後者の構成要素の直下に（例えば直接的な物理的接触により）設けられる場合と、１または複数の介在要素が前者の構成要素と後者の構成要素の間に配設される場合を含んでもよい。
【００２１】
本開示中、用語「接続する」、「接続された」および「接続」は、動作上の連結または関連を意味する。接続された構成要素は、互いに直接連結させてもよく、または他の１組の構成要素などによって互いに間接的に連結させてもよい。
【００２２】
本開示中、用語「約」、「実質的に」および「実質的な」は、考慮に入れるべき度合いまたは程度を表す。事象または状況に関連付けて用いられる場合、本用語は、当該事象または状況が間違いなく発生する場合の他に、当該事象または状況がほぼ発生する、例えば本明細書で述べる製造作業の典型的な許容レベルを占めるような近接さの場合を含んでもよい。例えば、数値に関連して使用される場合、本用語は、その数値±10%以内の変動範囲を含んでいてもよく、例えば、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内または±０.０５％以内の変動範囲を含む。用語「実質的に光透過性」という表現は、対象スペクトル波長の範囲に対して少なくとも８０％の光透過率を指すものでよく、例えば、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の透過率を指すものでよい。用語「垂直」または「実質的に垂直」は、相対配向が正確に９０度であることを示すものでよく、また、９０度に対する変動範囲が±５度以内、例えば、±４度以内、±３度以内、±２度以内、±１度以内、±０．５度以内、±０．１度以内、または±０．０５度以内であることを示すものでよい。
【００２３】
本開示中、フォトルミネセンスに関して使用する用語「効率」または「量子効率」は、入力光子数に対する出力光子数の比を指す。
【００２４】
本開示中、用語「大きさ」は特徴的寸法を指す。対象物が球状（例えば粒子）の場合、対象物の大きさとは対象物の直径を意味するものでよい。対象物が非球形の場合、対象物の大きさとは対象物の様々な直交寸法の平均値を指すものでよい。故に、例えば、楕円体の対象物の大きさは、対象物の長軸と短軸の平均値を指すものでよい。特定の大きさを有する１組の対象物について言及する場合、対象物はその特定の大きさの周囲にいくつかの大きさが分布するものと考えられる。このように、本開示中、１組の対象物の大きさは、大きさの平均値、中間値またはピーク値などの大きさ分布の一般的な大きさを指すものでよい。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは本開示の一実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の３Ｄ模式斜視図であり、図１Ｃおよび図１Ｄは模式断面図である。説明上、第１の水平方向Ｄ１および第２の水平方向Ｄ２は、本開示において以下のように規定される。第１の水平方向Ｄ１は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの長さ方向と整合するものと規定され、第２の水平方向Ｄ２は、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直であり、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの幅方向と整合するものと規定される。第１の水平方向Ｄ１および第２の水平方向Ｄ２はどちらも、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの光軸に対して垂直であり、光軸は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの発光面の幾何学的中心（図示せず）を通る垂直軸として規定される。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、ＬＥＤ半導体ダイ１０、フォトルミネセンス構造体２０、および反射性構造体３０を含む。以下に、技術的内容について詳細に述べる。
【００２６】
図１Ｃに示すように、ＬＥＤ半導体ダイ１０は望ましくはフリップチップ型ＬＥＤ半導体ダイであり、上面１１、下面１２、縁面１３および１組の電極１４を有する。上面１１および下面１２は実質的に平行に形成され、互いに対向している。上面１１および下面１２は矩形形状でよく、第１の水平方向Ｄ１が上面１１（または下面１２）の長さ方向に沿って２本の縁線と整合し、第２の水平方向Ｄ２は幅方向に沿って他の２本の縁線と整合する。
【００２７】
縁面１３は、上面１１と下面１２との間に形成されて延び、上面１１の外縁を下面１２の外縁と接続している。換言すれば、縁面１３は、上面１１の外縁および下面１２の外縁に沿って形成されている。縁面１３は、２対の側縁部１３１を含み、第１の対の側縁部１３１ａは、図１Ｄに示すように、互いに向かい合って配置され、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直であり、第２の対の側縁部１３１ｂは、図１Ｃに示すように、互いに向かい合って配置され、第２の水平方向Ｄ２に対して垂直である。
【００２８】
１組の電極１４または複数の電極は、下面１２上に配置されている。電気エネルギー（図示せず）が１組の電極１４を通ってＬＥＤ半導体ダイ１０に印加されることにより、エレクトロルミネセンスが生じる。図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、ＬＥＤ半導体ダイ１０によって生成された光ビームＬは主に上面１１から出射され、光ビームＬの一部は縁面１３から出射される。この図示した実施形態のフリップチップ型半導体ダイ１０においては、上面１１上には電極が配置されていない。
【００２９】
上面２１、下面２２および縁面２３を有するフォトルミネセンス構造体２０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０から出射された光ビームＬの波長を変えることができる。上面２１および下面２２は矩形形状であり、互いに対向して配置されている。上面２１（または下面２２）の２本の縁線は第１の水平方向Ｄ１と整合し、他の２本の縁線は第２の水平方向Ｄ２と整合する。換言すれば、上面２１は、第１の水平方向Ｄ１および第２の水平方向Ｄ２によって画成される平面に対して実質的に平行に形成されている。上面２１および下面２２はどちらも実質的に平行に配置され、Ｄ１およびＤ２によって画成される水平平面に整合している。
【００３０】
縁面２３は、上面２１と下面２２との間に形成されて延び、上面２１の外縁を下面２２の外縁に接続している。換言すれば、縁面２３は、上面２１の外縁および下面２２の外縁に沿って形成されている。縁面２３は、２対の側縁部２３１を含み、第１の対の側縁部２３１ａは、図１Ｄに示すように、互いに向かい合って配置され、第２の１対の側縁部２３１ｂは、図１Ｃに示すように、互いに向かい合って配置されている。
【００３１】
加えて、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１の表面積は、下面２２の表面積よりも大きいため、縁面２３の少なくとも１対の側縁部２３１ａまたは２３１ｂが上面２１または下面２２に対して傾斜している。例えば、上面２１の表面積は、下面２２の表面積の約１．１倍以上でもよく、例えば、約１．２倍以上、約１．３倍以上、約１．４倍以上、または約１．５倍以上でもよい。本実施形態において、第１の対の側縁部２３１ａは、第１の水平方向Ｄ１に対して傾斜し、第２の対の側縁部２３１ｂは、第２の水平方向Ｄ２に対して垂直である。例えば、第１の水平方向Ｄ１に対する側縁部２３１ａの傾斜角度は、約９０度未満でよく、例えば、約８８度以下、約８５度以下、または約８０度以下でよい。
【００３２】
ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの本実施形態において、フォトルミネセンス構造体２０は、フォトルミネセンス層２０１および上澄み光透過層２０２を含み、上澄み光透過層２０２は、フォトルミネセンス層２０１上に形成、配置されている。よって、上澄み光透過層２０２の上面はフォトルミネセンス構造体２０全体の上面２１であり、フォトルミネセンス層２０１の下面は、フォトルミネセンス構造体２０全体の下面２２である。上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１の両方により、光ビームＬの透過が可能になる。よって、その組成材料は、シリコーン樹脂などの実質的に透明な光透過性材料を含むものでよい。フォトルミネセンス層２０１の組成材料はさらに、光透過性材料内に混合されたフォトルミネセンス材料を含んでいてもよい。その結果、ＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した光ビームＬがフォトルミネセンス層２０１を通過すると、光ビームＬの一部はフォトルミネセンス材料によってより長い波長にダウンコンバートされて、上澄み光透過層２０２へ送られる。
【００３３】
フォトルミネセンス層２０１は、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示された方法によって形成可能であり、フォトルミネセンス材料および光透過性材料からなる１つ以上の層が順次堆積されてフォトルミネセンス層２０１を形成する。よって、この方法によって形成されたフォトルミネセンス層２０１は、少なくとも１つの光透過層と少なくとも１つのフォトルミネセンス層（図示せず）が上下に積層された多層構造とすることができる。上記米国特許公開公報の技術的内容全体を参照により本願に取り込む。
【００３４】
上澄み光透過層２０２は、入射する光ビームＬの波長変換機能を果たさないものの、フォトルミネセンス層２０１を汚染または損傷から保護する環境バリア層として機能することができる。加えて、上澄み光透過層２０２はフォトルミネセンス構造体２０の機械的剛性を高めて、フォトルミネセンス構造体２０が簡単に屈曲しないようにしているので、大量生産処理がより容易になる。
【００３５】
ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの構造に関し、フォトルミネセンス構造体２０はＬＥＤ半導体ダイ１０上に配置されているため、フォトルミネセンス構造体２０の下面２２がＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１に接着されて上面１１を覆っている。よって、上面２１およびフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３も、半導体ダイ１０の上面１１の上方に配置されている。換言すれば、フォトルミネセンス構造体２０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１をフォトルミネセンス層２０１によって覆い、それによって上澄み光透過層２０２は上面１１から離隔して配設されている。
【００３６】
反射性構造体３０は、光ビームＬを反射して光ビームＬの出射方向を制限できる。反射性構造体３０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３を少なくとも部分的に覆い、フォトルミネセンス構造体２０の縁面２３を少なくとも部分的に覆っている。例えば、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３の少なくとも１対の側縁部１３１ａまたは１３１ｂが反射性構造体３０によって覆われ、フォトルミネセンス構造体２０の少なくとも１対の側縁部２３１ａまたは２３１ｂが同様に反射性構造体３０によって覆われている。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの本実施形態において、両方の対の側縁部１３１（１３１ａおよび１３１ｂを含む）と、両方の対の側縁部２３１（２３１ａおよび２３１ｂを含む）とは、反射性構造体３０によって実質的に十分に覆われているが、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１は反射性構造体３０によって覆われていない。そのため、光ビームＬは、縁面１３および縁面２３において反射性構造体３０によって反射（または吸収）され、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１から外方へ選択的に逃がすことができる。
【００３７】
望ましくは、反射性構造体３０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３およびフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３を覆って接することで、反射性構造体３０と縁面１３との間に実質的に隙間ができないようにする。同様に、反射性構造体３０と縁面２３との間にも実質的に隙間が無い。よって、反射性構造体３０は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３に沿った内縁面３１を有する。また、反射性構造体３０の内縁面３２は、フォトルミネセンス構造体２０の縁面２３に沿っている。望ましくは、反射性構造体３０の上面３３は、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１と実質的に同じ高さでよい。また、反射性構造体３０は外縁面３４も有し、外縁面３４は垂直である。
【００３８】
一実施形態において、反射性構造体３０は、光散乱粒子を分散させた透明で可鍛性の樹脂材料を用いて製造してもよい。詳細には、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリシクロへキシレン−ジメンチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、またはエポキシ成形化合物（ＥＭＣ）などの可鍛樹脂材料を用いて反射性構造体３０を形成する。別の可鍛樹脂材料の例として、屈折率（ＲＩ）の高い透明シリコーン樹脂（ＲＩは望ましくは約１．４５〜約１．５５である）または屈折率が低いシリコーン樹脂（ＲＩは望ましくは約１．３５〜約１．４５）があろう。透明な可鍛性樹脂材料中に分散される光散乱粒子の例として、ＴｉＯ２、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはこれらの粒子の組み合わせが含まれる。他の酸化物、窒化物、およびセラミック粒子を用いることも可能である。光散乱粒子の粒径は、可視光スペクトル波長の約半分が望ましく、例えば、約１５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲である。反射性構造体３０は、他の電子封入またはパッケージング材料などでもよいことは理解されよう。
【００３９】
上記はＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの各構成要素の技術的記載であり、少なくとも以下の技術的特徴を有する。
【００４０】
図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの実施形態によると、ＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した光ビームＬは、先ずフォトルミネセンス層２０１に入射し、次に上澄み光透過層２０２を通過し、最終的にフォトルミネセンス構造体２０の上面２１から出射される。光ビームＬは、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのフォトルミネセンス層２０１を通過した直後に出射されるのではなく、フォトルミネセンス層２０１を通過する光ビームＬはなおも上澄み光透過層２０２内を通る。すなわち、上澄み光透過層２０２は反射性構造体３０とともに光共振器を画成して、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの本実施形態における放射パターンを形成する。これにより、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの視野角を制限できる。
【００４１】
具体的に述べると、図１Ｄは、第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面における模式断面図である。図１Ｄに示すように１対の側縁部２３１ａが傾斜しているため、光ビームＬは比較的大きな視野角で上面２１から出射できる。一方、図１Ｃは、第２の水平方向Ｄ２に沿った切断面におけるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの模式断面図である。側縁部２３１ｂが実質的に垂直であるため、光ビームＬは上面２１からより小さな視野角で出射できる。そのため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの非対称光放射パターンを達成できる。
【００４２】
上面２１の第１の水平方向Ｄ１に沿った長さは、上面２１の第２の水平方向Ｄ２に沿った幅よりも大きくすることが望ましい。例えば、上面２１の長さは、上面２１の幅の約１．１倍以上でよく、例えば、約１．２倍以上、約１．３倍以上、約１．４倍以上、または約１．５倍以上でよい。この配置構成において、上澄み光透過層２０２の長さを高さ（すなわち厚さ）で除して定義されるアスペクト比は、上澄み光透過層２０２の幅を高さ（すなわち厚さ）で除して定義されるアスペクト比よりも大きい。アスペクト比が大きいほど、視野角も大きくなることが理解されよう。よって、より大きなアスペクト比の効果と、第１の水平方向に沿って傾斜した反射板の効果とを組み合わせて、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの非対称放射パターンを作ると有利である。
【００４３】
上記に鑑みて、第１および第２の水平方向に対して異なる視野角を与えることが可能なＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａが非対称照明での用途に適している。
【００４４】
さらに、図１Ｅに示すように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのフォトルミネセンス構造体２０の代わりに、フォトルミネセンス構造体２０と形状が類似する実質的に透明な光透過層２０２を用いることができる。この構成において、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａは、ＬＥＤ半導体ダイ１０、光透過層２０２および反射性構造体３０を含む一方で、フォトルミネセンス層２０１が省かれるため、ＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した光ビームは、フォトルミネセンス材料に遭遇しないで光透過層２０２を通過する。本実施形態を用いて、単色スペクトル（例えば赤、緑、青、紫外光、赤外光など）の光ビームを非対称放射パターンで発光する単色ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造できる。同様に、このようなフォトルミネセンス材料を含まずに実質的に透明な光透過層を用いる技術には、本開示中に記載の他の実施形態にも適用できる。
【００４５】
図１Ｆに示すように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａはさらに、発光面上にマイクロレンズアレイ層を含んでいてもよい。マイクロレンズアレイ層は、成形方法などを用いて上澄み光透過層２０２を形成する製造工程と同じ工程において同時形成することが望ましい。よって、マイクロレンズアレイ層および上澄み光透過層２０２の両方を単一の製造工程において同時に製造できる。図１Ｆに示すように、上澄み光透過構造体２０２’は、マイクロレンズアレイ層を含み、マイクロレンズアレイ層は、規則的または不規則に配置された複数の微細構造体を含んでもよい。他の変形例として、微細構造体は半球状、角錐状、円錐状、柱状などであってもよく、あるいは粗面でもよい。これにより、上澄み光透過構造体２０２’と周囲環境との界面において全反射して戻る光ビーム量を低減して、マイクロレンズアレイ層を備えた上澄み光透過構造体２０２’は容易に光ビームを外方に逃がすことができる。その結果、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの全体的な光抽出効率および発光効率が向上する。このような上澄み光透過層面上にマイクロレンズアレイ層を組み込む技術は、本開示による他の実施形態にも適用可能である。
【００４６】
図１Ｇに示すように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａはさらにサブマウント７０を含んでいてもよく、サブマウント７０は、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、印刷回路基板（ＰＣＢ）、またはメタルコア印刷回路基板（ＭＣＰＣＢ）でよい。サブマウント７０は、通常はサブマウント７０の下側に配設される１対のボンディングパッドを介して電気エネルギーを伝導できる回路（図示せず）を有する。よって、サブマウント７０は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの電極に電気的に接続するファンアウトパッドとして機能し、それにより、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの装着とその後の面装着接合工程がモジュールレベルで容易になる。このようなサブマウント７０を用いる技術は、本開示による他の実施形態にも適用可能である。
【００４７】
これまでの説明は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａに関する実施形態の詳細な説明である。本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の他の実施形態の詳細な説明を以下に示す。以下の発光素子の実施形態に見られる特徴および利点の詳細な説明の一部は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの説明と類似するため、省略して説明を簡略にすることを理解されたい。
【００４８】
図２Ａおよび図２Ｂは本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの２種類の３Ｄ模式斜視図であり、図２Ｃおよび図２ＤはＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの２種類の模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１ＢとＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａとの違いは、図２Ｃにおいて第２の水平方向Ｄ２に沿った切断面における断面図に示すように、少なくとも反射性構造体３０が１対の側縁部２３１ｂを選択的に覆う点である。その一方で、反射性構造体３０は、図２Ｄにおいて第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面における断面図に示すように、フォトルミネセンス構造体２０の他の１対の側縁部２３１ａは覆わずに、露出させる。別の違いとして、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂのフォトルミネセンス構造体２０の表面積は、ＬＥＤ半導体ダイ１０よりも大きい。より詳細な技術的内容について、以下に述べる。
【００４９】
図２Ｄに示す第１の水平方向Ｄ１（長さ方向）に沿った切断面から分かるように、フォトルミネセンス構造体２０の下面２２の長さは、半導体ダイ１０の上面１１の長さよりも長い。さらに、図２Ｃに示す第２の水平方向Ｄ２（幅方向）に沿った切断面から分かるように、フォトルミネセンス構造体２０の下面２２の幅は、半導体ダイ１０の上面１１の幅と実質的に同じか、あるいは大きい。望ましくは、フォトルミネセンス構造体２０の下面２２の幅は半導体ダイ１０の上面１１の幅よりも若干大きいため、光ビームがフォトルミネセンス構造体２０を透過せずに直接漏れるのを防止できる。
【００５０】
フォトルミネセンス構造体２０の縁面２３は、対２３１ａおよび別の対２３１ｂを含む２対の側縁部２３１を有する。図２Ｃに示すように、側縁部２３１ｂの対は、第２の水平方向Ｄ２に対して垂直であり、反射性構造体３０によって覆われている。図２Ｄに示すように、他方の側縁部２３１ａの対は、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直であり、反射性構造体３０によって覆われていない。ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３の４つの側縁部１３１ａおよび１３１ｂは、全体的に、反射性構造体３０によって覆われていることは理解されよう。
【００５１】
この配置構成を用いて、光ビームＬがＬＥＤ半導体ダイ１０から発光すると、光ビームＬ（散乱光ビームおよび非散乱光ビームを含む）が１対の側縁部２３１ｂに向かって進んで、反射性構造体３０によって反射して戻るため、視野角はより小さい。これに対し、１対の側縁部２３１ａに向かって進む光ビームＬは、反射性構造体３０によって吸収または反射されるため、視野角がより大きくなる。
【００５２】
上記に鑑みて、第１および第２の水平方向に対して異なる視野角をもたらすことのできるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂは、非対称照明での用途に適している。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａと比較して、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの１対の側縁部２３１ａは第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面における反射性構造体３０によって覆われていないため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂは、第１の水平方向Ｄ１に沿ってより大きな視野角をもたらすことができる。
【００５３】
図３Ａおよび図３Ｂは本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの２種類の３Ｄ模式斜視図であり、図３Ｃおよび図３ＤはＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの２種類の模式断面図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１ＣとＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂとの違いは、少なくとも、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１ＣのＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３のある部分が反射性構造体３０によって覆われない代わりに、フォトルミネセンス構造体２０によって覆われていることである。
【００５４】
詳細には、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、縁面１３は、少なくとも２対の側縁部１３１ａおよび１３１ｂを備えている。ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を被覆することに加え、フォトルミネセンス層２０１はさらに、側縁部１３１ａおよび／または１３１ｂを覆って外方に延びている。よって、フォトルミネセンス層２０１は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を覆う上部位２０５と、側縁部１３１ａおよび／または１３１ｂを覆う縁部位２０６と、第１の水平方向Ｄ１および／または第２の水平方向Ｄ２に沿って縁部位２０６から外方に延びる延長部位２０７とを含むものと考えてもよい。その結果、ＬＥＤ半導体ダイ１０の側縁部１３１ａおよび／または１３１ｂから出射して縁部位２０６および延長部位２０７を第１の水平方向Ｄ１および／または第２の水平方向Ｄ２に沿って透過する光ビームＬは、フォトルミネセンス層２０１により、異なる波長の、より低エネルギーの光ビームにダウンコンバートできる。
【００５５】
第２の水平方向Ｄ２に沿った切断面によると、図３Ｃに示すように、側縁部１３１ｂは先ずフォトルミネセンス構造体２０によって覆われ、フォトルミネセンス構造体２０はさらに反射性構造体３０によって覆われている。望ましくは、側縁部１３１ｂを反射性構造体３０によって直接覆ってもよい（図示せず）。第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面によると、側縁部１３１ａはフォトルミネセンス構造体２０によって覆われているが、フォトルミネセンス構造体２０は反射性構造体３０によって覆れていない。換言すれば、第１の水平方向Ｄ１と整合する切断面に沿って視野角を制限する際、反射性構造体３０は用いられない。
【００５６】
このように、第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面から分かるように、ＬＥＤ半導体ダイ１０内で生成された光ビームＬは側縁部１３１ａを通ってＬＥＤ半導体ダイ１０から直接出射でき、次に、反射性構造体３０によって反射されることなく、フォトルミネセンス構造体２０を通ってＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃから出射できる。よって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃは、第１の水平方向Ｄ１に沿ってより大きな視野角をもたらす。これに対して、第２の水平方向Ｄ２に沿うと、光ビームＬは反射性構造体３０による反射で制限されるため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃはより小さな視野角をもたらす。上記に鑑みると、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃは第１および第２の水平方向に対して異なる視野角をもたらすことが可能なため、非対称照明の用途に適している。
【００５７】
ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂと比較して、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃではさらに、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３が第１の水平方向Ｄ１に沿って反射性構造体３０によって覆われていないため、第１の水平方向Ｄ１に沿ってより大きな視野角を得ることができる。
【００５８】
さらに、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの別の変形例（図示せず）を以下に述べる。第２の水平方向Ｄ２に対して垂直な１対の側縁部１３１ｂの１つの側縁部が反射性構造体３０によって覆われ、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直な別の１対の側縁部１３１ａの１つの側縁部も反射構造３０によって覆われている。よって、第２の水平方向Ｄ２に沿った光ビームＬの放射パターンそのものが非対称となる。同様に、第１の水平方向Ｄ１に沿った放射パターンそのものも非対称である。
【００５９】
図４Ａおよび図４Ｂは本開示の別の実施形態によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄの２種類の３Ｄ模式斜視図であり、図４Ｃおよび図４ＤはＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄの２種類の断面図模式図である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１ＤとＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃとの違いは、少なくとも、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄがさらに反射性下層４０を含み、この層がフォトルミネセンス層２０１の下側に配置されてＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３の少なくとも一部を覆っている点である。望ましくは、反射性下層４０は、フォトルミネセンス層２０１の縁部位２０６および延長部位２０７の両方に接着された上面４１と、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３に接着された内縁面４３とを有する。反射性下層４０の厚さは、ＬＥＤ半導体ダイ１０よりも薄い。
【００６０】
ＬＥＤ半導体ダイ１０の発光した光ビームＬがフォトルミネセンス層２０１内に進むと、光ビームＬの一部がフォトルミネセンス層２０１の延長部位２０７の方へ転向する。そのため、光ビームＬを有効に利用することができず、光ビームのエネルギー損失が生じて、発光効率が低下する。反射性下層４０をフォトルミネセンス層２０１の下側に配置することにより、延長部位２０７へと伝達される光ビームＬを反射性下層４０によって反射させることができ、フォトルミネセンス構造体２０の上面２１および１対の側縁部２３１ａから光ビームＬを強制的に逃がすことができる。よって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄの全体的な発光効率が向上する。
【００６１】
図５Ａおよび図５Ｂは、長さ約１５００μｍ、幅約１２００μｍのＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光放射パターンの光測定結果の例を示す。図５Ａは、比較用の上面発光型ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の光放射パターンの光測定結果を示す。これらの光放射パターンは、第１の水平方向Ｄ１（長さ方向）および第２の水平方向Ｄ２（幅方向）に沿って極めて類似しており、双方とも半値全幅（ＦＷＨＭ）における放射角度が約１２０度であるため、対称放射パターンを有する。図５Ｂは、本開示による非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの光放射パターンの光測定結果を示す。第１の水平方向Ｄ１（長さ方向）に沿った光放射パターンの放射パターンは、第２の水平方向Ｄ２（幅方向）に沿った放射パターンプロファイルと大幅に異なる。測定されたＦＷＨＭは、第１の水平方向Ｄ１に沿って約１３５度であり、第２の水平方向Ｄ２に沿って１２２度であるため、非対称光放射パターンを示す。
【００６２】
よって、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、少なくとも以下の利点をもたらす。すなわち、１次光学レンズまたは２次光学レンズを設けなくても非対称光放射パターンが達成可能であるため、非対称光源を指定する一部の用途において全体的な製造コストが減少する。また、光学レンズを組み込む空間も節約できる。さらに、非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子のフォームファクタが小さいため、民生用電子機器の設計をより小型にできる。よって、非対称放射パターンを有するＣＳＰ型ＬＥＤ素子は、エッジ照明ＬＥＤＴＶのバックライト装置の光源またはポータブル電子機器用のディスプレイパネルとして導入することができる。非対称放射パターンではバックライト装置の導光板の長さ方向に沿って大きな視野角放射パターンが得られるため、均一な配光が得られる。よって、エッジ照明光源で導光板内のダークスポットを減少でき、あるいは、２つの隣接するＣＳＰ型ＬＥＤ素子間のピッチ長を長くして、設けるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の数を削減できる。さらに、非対称放射パターンでは導光板の厚さ方向に沿って小さな視野角の光放射パターンを得られるため、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の発光した入射光ビームがより高い透過効率で薄型の導光板に進入することができ、光ビーム損失が低減する。
【００６３】
加えて、ＬＥＤ素子１Ａによって開示された非対称放射パターンを有する単色ＣＳＰ型ＬＥＤ素子を形成するという技術的内容は、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄにも適用可能である。マイクロレンズアレイ層またはサブマウント基板をさらに含むような他の技術的内容も、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄに適用可能である。
【００６４】
次に、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子の多様な実施形態を製造する製造方法について説明する。一般的に、本製造方法は、少なくとも２つの主要な製造段階、すなわち、ＬＥＤ半導体ダイ上にフォトルミネセンス構造体を配設する段階と、フォトルミネセンス構造体の縁面の少なくとも１つの側部および少なくともＬＥＤ半導体ダイの縁面の同じ側部を被覆する段階とを含む。この製造方法の技術的内容について、以下にさらに説明する。
【００６５】
図６Ａ〜図８Ｃは、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの実施形態を製造する製造方法を示す。
【００６６】
フォトルミネセンス構造体２０をＬＥＤ半導体ダイ１０上に配置する製造段階の前に、先ずフォトルミネセンス構造体２０を形成してもよい。詳細には、図６Ａに示すように、先ずフォトルミネセンス層２０１を離型層５０上に形成する。次に、図６Ｂに示すように、上澄み光透過層２０２をフォトルミネセンス層２０１上に積層形成する。図６Ｃに示すように、離型層５０を除去して、上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１で構成されたフォトルミネセンスシート２００が製造される。上述したフォトルミネセンス層２０１および上澄み光透過層２０２の形成は、スプレーコーティング、印刷、分注、成形などによって達成できる。望ましくは、フォトルミネセンス層２０１は、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示された方法によって形成可能である。
【００６７】
この後、フォトルミネセンスシート２００を形成するには、個別分離工程を行ってフォトルミネセンスシート２００を複数のフォトルミネセンス構造体２０に分離し、具体的には、縁面２３の少なくとも１対の傾斜した側縁部２３１ａまたは２３１ｂを有するフォトルミネセンス構造体２０を形成する。個別分離工程の例として、打抜き工程により、フォトルミネセンスシート２００を分離または切り離して、所望の傾斜角の縁面を有する複数のフォトルミネセンス構造体２０を形成する。詳細には、図６Ｄに示すように、フォトルミネセンスシート２００を別の離型層（図示せず）上に裏返しに配置した後、打抜き器具６０によって打ち抜く。打抜き器具６０は、打抜きブレード６１のアレイを含み、打抜きブレード６１は相互に接続され、フォトルミネセンス構造体２０の所望の幾何学的形状、例えば正方形アレイに従って配置される。よって、打ち抜き器具６０を用いた単一の打抜き工程でフォトルミネセンスシート２００から複数のフォトルミネセンス構造体２０を作成できる。図６Ｅに示すように、フォトルミネセンス構造体２０の１対の側縁部２３１ａは傾斜している。打抜き工程の代わりに、鋸引き工程または成形工程を用いることもできる。
【００６８】
さらに、フォトルミネセンス構造体２０の傾斜側縁部２３１ａの傾斜角度は、いくつかの設計要因、例えば、ブレード角度プロファイル、フォトルミネセンス構造体２０の幾何学的寸法、フォトルミネセンスシート２００の弾性または塑性材料特性などによって事前に決定できる。これらの要因を事前に設計することで、傾斜側縁部２３１ａの所望の傾斜角度が得られる。側縁部２３１ａの傾斜角度の特定の技術説明が、米国特許出願公報第１５／２８０，９２７号に開示（台湾特許出願第１０４１３２７１１号としても公開）されているので、同公報の技術的内容全体を参照により本願に取り込む。
【００６９】
フォトルミネセンス構造体２０を形成したら、フォトルミネセンス構造体２０をＬＥＤ半導体ダイ１０上に配置できる。詳細には、図７Ａに示すように、一定のピッチ長を有するＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイとして、複数のＬＥＤ半導体ダイ１０を離型層５０’上に配置する。離型層５０’の実施例として、紫外（ＵＶ）光剥離テープ、熱剥離テープなどがある。ＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイの各１組の電極１４を配置して強く押圧し、柔らかい離型層５０’内に埋設することが望ましい。このようにすることにより、１組の電極１４が後続処理において汚染から保護される。その後、図７Ｂに示すように、フォトルミネセンス構造体２０のアレイをさらにＬＥＤ半導体ダイ１０の事前配置されたアレイの上面１１上に取り付ける。この取付け工程を正確に制御して整合させ、フォトルミネセンス構造体２０の下面２２でＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１を実質的に十分に被覆することが望ましい。フォトルミネセンス構造体２０は、接着材料または接着テープを用いて、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１上に接合できる。これにより、ＬＥＤ半導体ダイ１０およびフォトルミネセンス構造体２０を備えたエレクトロルミネセンス構造体が形成され、フォトルミネセンス層２０１は上澄み光透過層２０２とＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１との間に挟まれている。
【００７０】
次に、エレクトロルミネセンス構造体を囲繞する反射性構造体３０を形成する製造工程について以下に述べる。詳細には、図８Ａに示すように、反射性構造体３０を形成する樹脂材料をＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３およびフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３の周囲に同時に配設して反射性構造体３０を形成する。配置方法の例として、成形工程または分注工程がある。本実施形態において、縁面２３の２対の側縁部２３１および縁面１３の２対の側縁部１３１は、反射性構造体３０によってすべて覆われている。
【００７１】
成形工程を用いて反射性構造体３０を製造する場合、離型層５０’上に事前配置されたエレクトロルミネセンス構造体のアレイを金型（図示せず）内に配置することができ、その後、反射性構造体３０を製造する樹脂材料をモールドに注入して、フォトルミネセンス構造体２０の縁面２３およびＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３の両方を囲繞してもよい。さらに、樹脂材料を硬化させた後に反射性構造体３０を形成する。
【００７２】
分注工程を用いて反射性構造体３０を製造する場合、金型は省いてもよい。分注方法の例として、先ず、反射性構造体３０の製造に用いられる樹脂材料を分注する。例えば、離型層５０’上に事前配置されたエレクトロルミネセンス構造のアレイ間の隙間中に注射器を用いて樹脂材料を直接分注する。次に、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３およびフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３を実質的に十分に覆うまで、分注量を徐々に増加させる。反射体樹脂材料の量を正確に調整すれば、樹脂材料があふれ出てフォトルミネセンス構造体２０の上面２１を汚すのを防げることは、理解されよう。最後に、樹脂材料を硬化させて、反射性構造体３０を形成する。
【００７３】
最後に、反射性構造体３０の形成後に行われる個別分離工程を開示する。反射性構造体３０の形成後、図８Ｂに示すように、離型層５０’を除去して、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａのアレイを得ることができる。図８Ｃに示すようなダイシング工程を用いて、反射性構造体３０を第１の水平方向Ｄ１および第２の水平方向Ｄ２に沿って個別分離して、複数のＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａを得る。
【００７４】
これまでの説明は、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの実施形態を製造する製造方法の詳細な説明である。ＣＳＰ型ＬＥＤ素子の他の実施形態を製造する他の製造方法の詳細な説明を以下に記載する。以下の製造方法に見られる一部の詳細な説明はＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ａの製造方法と同様であるため、説明を省いて簡潔化を図ることを理解されたい。
【００７５】
図９Ａ〜図１２Ｂは、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの実施形態の製造方法の様々な製造段階を示す。
【００７６】
図９Ａに示すように、先ず離型層５０を用意し、噴霧、印刷または成形などの製造工程を用いて、上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１を順次、離型層５０上に配設して積層する。別のアプローチを用いて、上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１を含むフォトルミネセンスシートを先に製造してもよい。その後、フォトルミネセンス層２０１が上を向いた状態で、フォトルミネセンスシートを離型層５０上に配置する。
【００７７】
次に、図９Ｂに示すように、複数のＬＥＤ半導体ダイ１０をアレイとしてフォトルミネセンス層２０１上に配列して、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１が下を向くようにして、フォトルミネセンス層２０１によって被覆する。換言すれば、ＬＥＤ半導体ダイ１０の１組の電極１４は、上向きに配置される。よって、反対向きに配置されピッチ長が一定のＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイが形成される。
【００７８】
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、フォトルミネセンスシートを第１の水平方向Ｄ１に沿って切断して、上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１の一部を選択的に除去する。切断部の深さを調整することで、離型層５０を完全には切断しないように出来ることは理解されよう。上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１を個別分離し部分的に除去した後は、第２の水平方向Ｄ２に沿った切断面における断面図として図１０Ｃに示すように、得られたフォトルミネセンス構造体２０は、分離されてエレクトロルミネセンス構造体を構成する各線の間に隙間を有している。１対の側縁部２３１ｂが露出している様子が見てとれる。このように、反射性構造体の形成前にフォトルミネセンスシートの一部を選択的に除去する製造工程を用いることが望ましい。さらに、図１０Ｂに示すように、第１の水平方向Ｄ１に沿った断面図は、フォトルミネセンス構造体２０が相互に接続された様子を示す。その後の個別分離工程が容易になるように、またダイシング鋸が偶発的にＬＥＤ半導体ダイ１０を切断してＬＥＤ半導体ダイ１０を損傷する事態を防止するためには、個別分離工程において、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３から、例えば約１μｍ〜約１００μｍの切断マージンを確保することが理解されよう。よって、図１０Ｃに示すように、フォトルミネセンス構造体２０の幅は、ＬＥＤ半導体ダイ１０の幅よりも若干大きい、
【００７９】
次に、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、反射性構造体３０を溝部の内側に配設して、ＬＥＤ半導体ダイ１０の縁面１３およびフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３を被覆する。上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１を個別分離して部分的に除去すると、第２の水平方向Ｄ２に対して垂直な側縁部２３１ｂが露出するため、反射性構造体３０は、図１１Ｂに示すように側縁部２３１ｂに隣接して側縁部２３１ｂを覆うことができる。一方、図１１Ａに示すように、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直な側縁部２３１ａは露出しないため、側縁部２３１ａは反射性構造体３０によって覆われない。
【００８０】
反射性構造体３０の形成後、離型層５０を除去して（図示せず）ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂのアレイからなるシート構造体を得るが、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂのフォトルミネセンス構造体２０および反射性構造体３０は相互に接続されたままである。次に、別の個別分離工程を実行して、接続されたフォトルミネセンス構造体２０および反射性構造体３０を分離する。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、個別分離工程後にＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂを互いに分離する。詳細には、フォトルミネセンス構造体２０を切断せずに、相互に接続された反射性構造体３０を第１の水平方向Ｄ１に沿って切断する一方で、相互に接続された反射性構造体３０およびフォトルミネセンス構造体２０の両方を第２の水平方向Ｄ２に沿って切断する。
【００８１】
これまでの説明は、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｂの実施形態の製造方法の詳細な説明である。本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの実施形態の別の製造方法の詳細な説明を以下に記載する。
【００８２】
図１３〜図１８Ｂは、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃの実施形態を製造する製造方法の一連の製造段階を示す。
【００８３】
先ず、図１３に示すように、複数のＬＥＤ半導体ダイ１０を離型層５０上に配置して、一定のピッチ長を有するＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイを形成する。次いで、図１４に示すように、フォトルミネセンス層２０１を形成して、ＬＥＤ半導体１０の上面１１および縁面１３を被覆し、離型層５０の露出した領域も被覆する。より詳細には、フォトルミネセンス層２０１の形成後、ＬＥＤ半導体ダイ１０の上面１１をフォトルミネセンス層２０１の上部位２０５によって被覆し、縁面１３の側縁部１３１ａおよび１３１ｂをフォトルミネセンス層２０１の縁部位２０６によって被覆し、離型層５０の露出した領域をフォトルミネセンス層２０１の延長部位２０７によって被覆する。望ましくは、フォトルミネセンス層２０１は、米国特許公開公報第ＵＳ２０１０／０１１９８３９号に開示の方法によって形成するとよい。
【００８４】
次に、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、上澄み光透過層２０２をフォトルミネセンス層２０１上に形成して積層する。当該製造段階では、成形工程を用いて上澄み光透過層２０２を形成することができ、その場合、金型内面が複数の微細構造形状の金型を任意で含んでいてもよい。金型内面の微細構造形状は、図１Ｆに示すように、マイクロレンズアレイ層の微細構造の外側面に転写することができる。これにより、マイクロレンズアレイ層を備えた上澄み光透過層２０２’は、成形後に形成できる。
【００８５】
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すように、フォトルミネセンスシートを第１の水平方向Ｄ１に沿って切断して、上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１の一部を選択的に除去する。上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１を個別分離および部分的に除去すると、図１６Ｂに示すように、第１の水平方向Ｄ１に沿った切断面における断面図は、得られたフォトルミネセンス構造体２０が相互に接続されている様子を示し、これに対し、図１６Ｃに示すように、第２の水平方向Ｄ２に沿った切断面における断面図は、フォトルミネセンス構造体２０が分離されて２つの側縁部２３１ｂが露出している様子を示す。
【００８６】
次に、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、反射性構造体３０がフォトルミネセンス構造体２０の縁面２３を覆うように配置されている。上澄み光透過層２０２およびフォトルミネセンス層２０１の選択的除去後は第２の水平方向Ｄ２に対して垂直な側縁部２３１ｂが露出するため、図１７Ｂに示すように、反射性構造体３０が側縁部２３１ｂに隣接し、側縁部２３１ｂを覆うことができる。一方、図１７Ａに示すように、第１の水平方向Ｄ１に対して垂直な側縁部２３１ａは露出しないため、反射性構造体３０によって覆われていない。
【００８７】
反射性構造体３０の形成後、離型層５０を除去（図示せず）して、複数のＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃを含むシート層を得るが、この場合、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃのフォトルミネセンス構造体２０および反射性構造体３０は、依然として相互に接続している。次に、個別分離工程を行って、接続されたフォトルミネセンス構造体２０および反射性構造体３０を分離する。個別分離すると、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、ＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｃが互いに分離する。詳細には、フォトルミネセンス構造体２０を個別分離せずに、相互に接続された反射性構造体３０は第１の水平方向Ｄ１に沿って個別分離し、相互に接続された反射性構造体３０およびフォトルミネセンス構造体２０はどちらも、第２の水平方向Ｄ２に沿って個別分離する。
【００８８】
さらに、図４Ａ〜図４Ｄに示すＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄに対応するＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造する製造シーケンスについて、以下に述べる。本開示による図１３〜図１８Ｂに示す製造方法の実施形態において、先ず、図１３に示すようなＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイを配置する。次に、光散乱粒子を実質的に透明な樹脂材料中に分散させて反射性樹脂材料を形成し、さらに反射性樹脂材料をオクタン、キシレン、酢酸塩、エーテル、トルエンなどの有機溶媒で希釈して、全体的な粘度を低くしてもよい。比較的低粘度の希釈された反射性樹脂材料を、スプレーコーティングなどの製造工程を用いて、ＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイの表面および離型層５０の開口領域上に塗装してもよい。粘度が低いため、希釈された反射性樹脂材料の大部分は、より高い場所（例えば、半導体ダイ１０の上面１１）からより低い場所（例えば、離型層５０の開口領域）へと重力によって流れていき、最終的に離型層５０の開口領域上に均一に分布する。熱硬化処理後、図４Ａ〜図４Ｄに示すように、反射性下層４０を形成することができる。このように、本開示によるＣＳＰ型ＬＥＤ素子１Ｄは図１４〜図１８Ｂに示す製造段階に従って製造することができる。
【００８９】
あるいは、反射性下層４０を分注工程によって形成してもよい。詳細には、を離型層５０上に事前配置されたＬＥＤ半導体ダイ１０のアレイ間の溝に比較的少量の反射性樹脂材料分注すると、反射性樹脂材料は、重力によって均一に分布して離型層５０を覆うようになる。反射性樹脂材料を硬化すると、それに応じて反射性下層４０が形成される。
【００９０】
上記に鑑みると、様々なＣＳＰ型ＬＥＤ素子を製造して少なくとも１つの特定の水平方向において視野角を制限し、全体的な非対称放射パターンを得る製造方法のいくつかの実施形態が開示されている。開示した方法は、バッチ大量生産工程を用いる場合に良好に適している。
【００９１】
上記開示について特定の実施形態を参照して述べてきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に規定する開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々に変更が可能であり、均等物に置換可能であることは理解されよう。加えて、様々な改良を行って、本開示の目的、趣旨および範囲に対する特定の状況、材料、物の組成、方法、または工程に適合させてもよい。このような改良はいずれも、添付の特許請求の範囲内で行うことを意図する。詳細には、本明細書中に開示した方法について、特定の順序で行われる特定の動作を参照して述べてきたが、これらの動作を組み合わせたり、細分化したり、あるいは順序を入れ替えることにより、本開示の教示内容から逸脱することなく均等な方法を構成してもよいことを理解されたい。したがって、本明細書中に特に明記しない限り、動作の順序およびグループ分けは、本開示を限定するものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006386110.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
0006386110.tif 000008
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0006386110.tif 000012
【図３Ａ】
0006386110.tif 000013
【図３Ｂ】
0006386110.tif 000014
【図３Ｃ】
0006386110.tif 000015
【図３Ｄ】
0006386110.tif 000016
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006386110.tif 000018
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0006386110.tif 000020
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
0006386110.tif 000023
【図６Ｂ】
0006386110.tif 000024
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
0006386110.tif 000026
【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
0006386110.tif 000028
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
0006386110.tif 000030
【図８Ｂ】
0006386110.tif 000031
【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
0006386110.tif 000033
【図９Ｂ】
0006386110.tif 000034
【図１０Ａ】
0006386110.tif 000035
【図１０Ｂ】
0006386110.tif 000036
【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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