(57)【要約】  オーバーモールドされたレンズ及び特定のファブリケーション技術が、ＬＥＤ構造体のために記述されている。一つの実施例では、薄いＹＡＧ蛍光体プレートが、サブマウントウェーハ上にマウントされた青いＬＥＤにわたって形成され付着される。それからクリアなレンズが、単一モールドプロセスの間、各ＬＥＤ構造体にわたってモールドされる。それからＬＥＤがウェーハから分離される。モールドされたレンズは、暖かい白色光を生成するために赤い蛍光体を含む。他の実施例では、蛍光体プレートが先ず一時的にバックプレート上にマウントされ、赤い蛍光体を含むレンズが蛍光体プレートにわたってモールドされる。オーバーモールドされたレンズを持つプレートは、バックプレートから除去され、活性化ＬＥＤの上部に付着される。それからクリアなレンズは各ＬＥＤ構造体にわたってモールドされる。モールドされた蛍光体がロードされたレンズの形状は、色対角度の均一性を改善するようにデザインされる。複数のダイは、単一のレンズにより封入される。他の実施例では、既製のコリメートレンズが、オーバーモールドされたレンズの平坦な上部に接着される。
2010519757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色又はＵＶ光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）をサブマウント上に供給するステップと、実質的に平坦な蛍光体層を供給するステップと、中間レンズに対応するくぼみを持つモールドを供給するステップと、蛍光体を含む液体レンズ材料で前記くぼみを充填するステップと、充填する前記ステップの後、少なくとも前記蛍光体層を前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬けるステップと、前記蛍光体層にわたって蛍光体がロードされたレンズを形成するために前記液体レンズ材料を硬化するステップと、前記ＬＥＤにわたって前記蛍光体層を供給するステップとを有するＬＥＤ構造体を形成するための方法。
【請求項２】
前記蛍光体層は、少なくとも前記蛍光体層を前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップの前に、前記ＬＥＤに付着される蛍光体プレートであり、少なくとも前記蛍光体層を前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップが、前記ＬＥＤ及び前記蛍光体プレートを封入するために前記ＬＥＤと前記ＬＥＤに付着された前記蛍光体プレートとを前記液体レンズ材料に漬けるステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蛍光体層は、少なくとも前記蛍光体層を前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップの後に、前記ＬＥＤに付着される蛍光体プレートであり、前記蛍光体層を含む前記蛍光体層がロードされたレンズは、前記蛍光体層がロードされたレンズが形成された後に前記ＬＥＤに付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記蛍光体プレートを含む前記蛍光体層がロードされたレンズが、前記ＬＥＤに隣接する蛍光体プレートを持つＬＥＤに付着される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記蛍光体プレートを含む前記蛍光体層がロードされたレンズが、前記ＬＥＤに隣接するレンズを持つＬＥＤに付着される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
モールドくぼみ内の液体レンズ材料に前記蛍光体層がロードされたレンズ及び前記ＬＥＤを漬けることによって、前記蛍光体層がロードされたレンズ及び前記ＬＥＤにわたってクリアなレンズをモールドし、その後前記液体レンズ材料を硬化するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記蛍光体層がＹＡＧ蛍光体を含み、前記蛍光体層がロードされたレンズ内の前記蛍光体が赤の蛍光体を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記蛍光体層が前記液体レンズ材料に漬けられたときにバックプレートに付着される蛍光体プレートである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＬＥＤに付着された前記蛍光体層を持つ前記ＬＥＤの色温度対視野角を決定し、その後前記色温度対視野角の均一性を増大するために前記モールドくぼみを形作るステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記蛍光体層は、少なくとも前記蛍光体層を前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップの前に、前記ＬＥＤを共形的にコーティングする蛍光体層である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ、前記蛍光体層及び前記蛍光体がロードされたレンズからの光の組み合わせが白色光を作る、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＬＥＤは複数の同質のＬＥＤと並んでサブマウントにマウントされている請求項１に記載の方法であって、少なくとも前記蛍光体層を前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップは、前記サブマウントの全てのＬＥＤがモールドのくぼみ内の前記液体レンズ材料に同時に漬けられるステップを有する、方法。
【請求項１３】
青い光又はＵＶ光を放射するサブマウント上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤの上に横たわる実質的に平坦な蛍光体層と、前記蛍光体層にわたってモールドされた蛍光体がロードされたレンズと、前記ＬＥＤ及び蛍光体がロードされたレンズにわたってモールドされた、蛍光体を含まないクリアなレンズとを有するＬＥＤ構造体。
【請求項１４】
前記蛍光体層は前記ＬＥＤに付着された蛍光体プレートである、請求項１３に記載の構造体。
【請求項１５】
前記蛍光体がロードされたレンズは、前記ＬＥＤに隣接する蛍光体層を持つＬＥＤに付着される、請求項１３に記載の構造体。
【請求項１６】
前記蛍光体層がＹＡＧ蛍光体を含み、前記蛍光体層がロードされたレンズ内の前記蛍光体が赤の蛍光体を有する、請求項１３に記載の構造体。
【請求項１７】
前記蛍光体層との組み合わせの前記ＬＥＤは、色温度対視野角の特性を持ち、前記蛍光体がロードされたレンズが前記色温度対視野角の均一性を増大させるように形状される、請求項１３に記載の構造体。
【請求項１８】
前記蛍光体層は、前記ＬＥＤを共形的にコーティングする蛍光体層である、請求項１３に記載の構造体。
【請求項１９】
前記ＬＥＤ、前記蛍光体層及び前記蛍光体がロードされたレンズからの光の組み合わせが白色光を作る、請求項１３に記載の構造体。
【請求項２０】
青色又はＵＶ光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）をサブマウント上に供給するステップと、中間レンズに対応するくぼみを持つモールドを供給するステップ、蛍光体を含む液体レンズ材料で前記くぼみを充填するステップ、充填する前記ステップの後、前記ＬＥＤを前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬けるステップ、前記ＬＥＤにわたる蛍光体がロードされたレンズを形成するために前記液体レンズ材料を硬化するステップ、及び前記蛍光体がロードされたレンズにわたってクリアなレンズをモールドするステップを有する処理により前記ＬＥＤにわたって前記蛍光体がロードされたレンズをモールドするステップとを有する、ＬＥＤ構造体を形成する方法。
【請求項２１】
前記蛍光体がロードされたレンズが第１の蛍光体を含む第１の蛍光体がロードされたレンズである、請求項２０に記載の方法であって、第１の蛍光体がロードされたレンズにわたって第２の蛍光体がロードされたレンズをモールドするステップを更に有し、第２の蛍光体がロードされたレンズが第１の蛍光体とは異なる第２の蛍光体を含む、方法。
【請求項２２】
第１の蛍光体がロードされたレンズを持つ前記ＬＥＤの色温度対視野角を決定し、その後前記色温度対視野角の均一性を増大するため、第２の蛍光体がロードされたレンズをモールドするステップを更に有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
青い光又はＵＶ光を放射するサブマウント上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤにわたって第１の蛍光体を含むモールドされた第１の蛍光体がロードされたレンズと、第１の蛍光体がロードされたレンズにわたって第２の蛍光体を含むモールドされた第２の蛍光体がロードされたレンズと、第２の蛍光体がロードされたレンズにわたって蛍光体を含まないモールドされたクリアなレンズとを有するＬＥＤ構造体。
【請求項２４】
第１の蛍光体が第２の蛍光体とは異なる、請求項２３に記載の構造体。
【請求項２５】
第１の蛍光体がロードされたレンズとの組み合わせの前記ＬＥＤが色温度対視野角の特性を持ち、第２の蛍光体がロードされたレンズが前記色温度対視野角の均一性を増大するように形状される、請求項２３に記載の構造体。
【請求項２６】
サブマウントにマウントされる一つ以上の半導体ダイと並んだ前記サブマウント上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤ及び前記一つ以上の半導体ダイにわたってモールドされた単一のレンズとを有するＬＥＤ構造体。
【請求項２７】
前記ＬＥＤ及び前記一つ以上の半導体ダイの上に横たわるモールドされた蛍光体がロードされたレンズを有し、前記単一のレンズが前記蛍光体がロードされたレンズにわたってモールドされている、請求項２６に記載の構造体。
【請求項２８】
前記一つ以上の半導体ダイが一つ以上のＬＥＤを有する、請求項２６に記載の構造体。
【請求項２９】
前記一つ以上の半導体ダイが異なる色を放射する複数のＬＥＤを有する、請求項２６に記載の構造体。
【請求項３０】
前記一つ以上の半導体ダイが一時的な電圧抑制器を有する、請求項２６に記載の構造体。
【請求項３１】
前記一つ以上の半導体ダイがフォトダイオードを有する、請求項２６に記載の構造体。
【請求項３２】
前記ＬＥＤ及び前記一つ以上の半導体ダイにわたってモールドされた単一のレンズが中心軸に対して対称的でない、請求項２６に記載の構造体。
【請求項３３】
前記単一のレンズは、前記ＬＥＤ及び前記一つ以上の半導体ダイを封入する、請求項２６に記載の構造体。
【請求項３４】
基板上にマウントされた発光ダイオード（ＬＥＤ）と、実質的に平坦な上部を持ち、前記ＬＥＤにわたってモールドされ前記ＬＥＤを封入する第１のレンズと、第１のレンズの実質的に平坦な上部に付着された既製の第２のレンズとを有する、ＬＥＤ構造体。
【請求項３５】
第２のレンズが、コリメートレンズである、請求項３４に記載の構造体。
【請求項３６】
第２のレンズが、フレネルレンズである、請求項３４に記載の構造体。
【請求項３７】
第１のレンズは、壁部の上部が第２のレンズの上部と実質的に同じ面にあるように、実質的に平坦な上部を囲む当該壁部を持つ、請求項３４に記載の構造体。
【請求項３８】
前記壁部が、前記ＬＥＤから離れるような前記第２のレンズの側面からの光を反射するように角度をつけられた、請求項３７に記載の構造体。
【請求項３９】
第２のレンズの面が前記ＬＥＤの面と略同じサイズである、請求項３４に記載の構造体。
【請求項４０】
第１のレンズが蛍光体を含み、前記ＬＥＤからの光は、前記蛍光体を活性化し、前記蛍光体により生成された光と混合する、請求項３４に記載の構造体。
【請求項４１】
白色光を放射する、請求項３４に記載の構造体。
【請求項４２】
カメラのフラッシュである、請求項４１に記載の構造体。
【請求項４３】
第１のレンズは、シリコンを有する、請求項３４に記載の構造体。
【請求項４４】
サブマウントに発光ダイオード（ＬＥＤ）をマウントするステップであって、前記ＬＥＤ上の少なくとも第１の電極が前記サブマウントの面の少なくとも第２の電極に結合され、空隙が前記ＬＥＤと前記サブマウントの前記面との間に存在する、当該マウントするステップと、前記空隙をアンダーフィル材料で充填するステップと、レンズに対応するくぼみを持つモールドを供給するステップと、前記くぼみを液体レンズ材料で充填するステップと、前記充填するステップの後、前記ＬＥＤ及び前記アンダーフィル材料を前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬けるステップであって、前記アンダーフィル材料は前記液体レンズ材料が前記空隙に入ることを防止する、前記漬けるステップと、前記ＬＥＤ及びアンダーフィル材料を、モールドされたレンズで封入するため前記液体レンズ材料を硬化するステップと、前記モールドされたレンズを持つ前記ＬＥＤを前記モールドから取り除くステップとを有する、ＬＥＤ構造体を形成する方法。
【請求項４５】
透明な基板が前記ＬＥＤの上部の面を形成し、前記アンダーフィル材料の部分は、前記基板を含む前記ＬＥＤの側面に堆積される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
サブマウントに発光ダイオード（ＬＥＤ）を供給するステップと、第１のくぼみを持つ第１のモールドに第１のレンズに対応する形状を供給するステップと、第１のくぼみを第１の液体レンズ材料で充填するステップと、前記充填するステップの後で、前記ＬＥＤを第１のモールドの第１の液体レンズ材料に漬けるステップと、前記ＬＥＤにわたって第１のレンズを形成するために第１の液体レンズ材料を硬化するステップと、第１のレンズを持つ前記ＬＥＤを第１のモールドから除去するステップと、第１レンズをプラズマ処理するステップと、第２のくぼみを持つ第２のモールドに第２のレンズに対応する形状を供給するステップと、第２のくぼみを第２の液体レンズ材料で充填するステップと、第２のくぼみに充填するステップの後に、前記ＬＥＤ及び第１のレンズを第２のモールド内の第２の液体レンズ材料に漬けるステップと、前記ＬＥＤにわたる第２のレンズを形成するために第２の液体レンズ材料を硬化するステップと、第１のレンズ及び第２のレンズを持つ前記ＬＥＤを第２のモールドから除去するステップとを有し、前記プラズマ処理するステップが第１のレンズと第２のレンズとの接着性を増大させる、ＬＥＤ構造体を形成する方法。
【請求項４７】
第１のレンズ材料が第２のレンズ材料と同じである、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
第１のレンズが蛍光体を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記プラズマ処理が、第１のレンズをエッチングするために約２００−６００ワットの間で第１のレンズをプラズマ処理することを有する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
サブマウント上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、プラズマ処理された外面を持つ、前記ＬＥＤにわたってモールドされた第１のレンズと、第１のレンズにわたって直接形成されたモールドされた第２のレンズとを有し、第１のレンズのプラズマ処理された外面が第１のレンズと第２のレンズとの接着性を増大する、ＬＥＤ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
これは、発明者グリゴリティ  バシン等による２００４年１１月１５日出願、米国出願第１０／９９０、２０８号、発明の名称「Ｍｏｌｄｅｄ  Ｌｅｎｓ  Ｏｖｅｒ  ＬＥＤ  Ｄｉｅ」のＣＩＰ出願である発明者グリゴリティ  バシン等による２００５年２月２８日出願、米国出願第１１／０６９、４１８号、発明の名称「Ｏｖｅｒｍｏｌｄｅｄ  Ｌｅｎｓ  Ｏｖｅｒ  ＬＥＤ  Ｄｉｅ」のＣＩＰ出願である、発明者ウィレム  スミッツ、グリゴリティ  バシン等による２００５年３月２９日出願、米国出願第１１／０９３、９６１号、発明の名称「Ｗｉｄｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌｅｎｓ  ｆｏｒ  ＬＥＤ  Ｕｓｅｆｕｌ  ｆｏｒ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ」の一部継続出願（ＣＩＰ）である。
【０００２】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、特にＬＥＤダイの上にレンズを形成するための技術及びレンズ設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤダイは、概してランバートパターンの光を発する。光線を狭くするか又は横の放出パターンを作るためにＬＥＤダイの上にレンズを使用することは、一般的である。表面実装型ＬＥＤ用の一般的タイプのレンズは、ＬＥＤダイが取り付けられるパッケージに結合される、予備モールドされたモールドプラスチックである。一つの斯様なレンズは、フィリップスルミレッズライティングカンパニーに譲渡された米国特許第６，２７４，９２４号に示されていて、ここに参照により組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面実装型ＬＥＤ用のモールドレンズを形成するための技術は、レンズのさまざまなデザインとともに、本願明細書に記載されている。また、レンズ内に色変換蛍光体を供給するためのさまざまな技術が記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
レンズを形成する１つの方法において、１つのＬＥＤダイ又は複数のＬＥＤダイは、支持構造体上にマウントされる。前記支持構造体は、支持構造体上の金属パッドに電気的に接続されたＬＥＤダイを持つ、セラミック基板、シリコン基板又は他のタイプの支持構造体である。支持構造体は、回路基板又はパッケージのヒートシンクにマウントされる、サブマウントでもよい。
【０００６】
モールドは、支持構造体上のＬＥＤダイの位置に対応する当該モールド内にくぼみを持つ。前記くぼみは、シリコーン（硬化すると、堅いレンズ材料を形成する）のような液体（光学的に透明な材料）で満たされる。くぼみの形状は、レンズの形状である。各ＬＥＤダイが関連するくぼみの液体レンズ材料にあるように、モールドとＬＥＤダイ／サポート構造体とが接合される。
【０００７】
モールドは、それから、レンズ材料を（堅くする）硬化させるために加熱される。その後、モールド及び支持構造体は、各ＬＥＤダイにわたって完全なレンズを残して、離される。この一般のプロセスは、オーバーモールドと呼ばれる。空のモールドが封入されるべき対象周辺に入った後、液体材料が高圧で注入される射出成形技術とは対照的に、本発明はこの種の注入を使用せず、ＬＥＤ及びいかなるワイヤー接合もモールドプロセスによって応力を加えられない。また、レンズ材料のごくわずかな浪費しかない。更に、溝が、モールドくぼみ（射出成形のためには必要とされる）の間にない。
【０００８】
オーバーモールド工程は、レンズの重なり合うシェルを作成するために、異なるモールドで繰り返される。レンズは、ＬＥＤ光を、白を含むいかなる色にも変換するための蛍光体のいかなる組合せも含んでもよい。
【０００９】
一つの実施例において、薄いセラミック蛍光体プレートは、熱及び圧力の下、蛍光体粒子を焼結することによって、又は、蛍光体粒子の泥漿を乾燥させることによって形成される。各プレートは、青色ＬＥＤのような付勢ＬＥＤの上部面のサイズと近似する表面を持つ。蛍光体はＹＡＧ蛍光体であり、ここで、ＬＥＤからの青色光とＹＡＧ蛍光体からの緑ー黄色光との組合せは白色光を生じる。プレートはサブマウント・ウェーハにマウントされるＬＥＤを通じて付着され、クリアなレンズは各ＬＥＤ構造体の上でモールドされる。サブマウントは、ＬＥＤ構造体を分離するために離される。
【００１０】
他の実施形態では、ＬＥＤ及びＹＡＧ蛍光体プレートの上のモールドレンズは、より暖かい白色光を生成するために、赤い蛍光体を含む。
【００１１】
他の実施形態では、蛍光体プレートは最初一時的にバックプレートにマウントされ、赤い蛍光体を含むレンズが蛍光体プレートにわたってモールドされる。オーバーモールドされたレンズを持つプレートは、バックプレートから取り外されて、付勢ＬＥＤの上部に付着される。クリアなレンズは、各ＬＥＤ構造体にわたってモールドされる。
【００１２】
蛍光体プレートが平坦であるので、視野角がＬＥＤ／蛍光体の表面に垂直の角度に近づくにつれて、色温度はより熱く（より青く）なる。この色対角度不均一性を補償するため、視野角が変化するにつれて色温度がより均一であるように、赤い蛍光体を含むモールドの形状が定められる。従って、モールドの形状は、特定のＬＥＤ及び使用される蛍光体プレートに依存する。
【００１３】
一つの実施例において、オーバーモールドすることによって外側のレンズを形成するために用いられる硬化したシリコーンは、オーバーモールドすることによって形成されたいかなる内側のレンズよりも非常に硬い。レンズが形成されるとき、又は、ＬＥＤが熱を生じるとき、堅い外側のレンズは外側の要素から守って、きれいなままである一方、より柔らかい内側のレンズは精巧なＬＥＤに応力を与えない。
【００１４】
他の実施例では、複数のＬＥＤ、又は、ＬＥＤ及び他のチップは、例えば静電放電（ＥＳＤ）保護のために、単一のオーバーモールドされたレンズによって封入され、レンズの形状は、封入される特定のチップに基づく。
【００１５】
他の実施形態では、モールドレンズが、ＬＥＤ（レンズがクリアでもよいし、又は、蛍光体が載せられてもよい）にわたって形成される。レンズの上部は、平坦部分を持つ。フレネルレンズ（ほぼＬＥＤと同一サイズ）のような、前もって作っていたコリメータレンズが、オーバーモールドされたレンズの平坦部分に付着される。この種の小さいコリメート光源は、特に携帯電話カメラ・フラッシュとして有効である。
【００１６】
他の実施形態では、柔らかいシリコーン・ゲルが、いかなる空所も満たすために、ＬＥＤとサブマウントとの間のアンダーフィルとして用いられる。前記アンダーフィルは、ＬＥＤの側をオプションとしてコーティングしてもよい。結果としての構造体は、堅いレンズでオーバーモールドされる。前記アンダーフィルは、処理及び動作の間、ＬＥＤダイを支持するのを助けて、熱をサブマウントに伝え、ＬＥＤダイと堅い外側のレンズとの間の応力を低減する。
【００１７】
レンズの多くの他の実施例及びアプリケーションが、記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、支持構造体（例えばサブマウント）にマウントされる４つのＬＥＤダイ及び各ＬＥＤダイ周辺でレンズを形成するためのモールドの側面図である。
【図２】図２は、液体レンズ材料で満たされたモールドのくぼみに挿入されているＬＥＤダイの側面図である。
【図３】図３は、液体が硬化したあと、モールドから取り出したＬＥＤダイ（各ＬＥＤダイを封入しているレンズに結果としてなる）の側面図である。
【図４】図４は、各ＬＥＤダイにわたって形成されたモールドレンズを持つ回路基板又はサブマウント上のＬＥＤダイの斜視図である。
【図５】図５は、回路基板にマウントされ、モールドレンズがＬＥＤダイにわたって形成される、サブマウントにマウントされるフリップチップＬＥＤダイの近接側面図である。
【図６】図６は、ワイヤがＬＥＤダイ上のｎ及びｐ金属を回路基板上の導線に電気的に接続し、モールドレンズがＬＥＤダイにわたって形成され、回路基板にマウントされる、サブマウントにマウントされる非フリップチップＬＥＤダイの近接側面図である。
【図７】図７は、ＬＥＤダイにわたって形成される異なるレンズを持つＬＥＤダイの断面図である。
【図８】図８は、ＬＥＤダイにわたって形成される異なるレンズを持つＬＥＤダイの断面図である。
【図９】図９は、ＬＥＤダイにわたって形成される異なるレンズを持つＬＥＤダイの断面図である。
【図１０】図１０は、ＬＥＤダイにわたって形成される異なるレンズを持つＬＥＤダイの断面図である。
【図１１】図１１は、ＬＥＤダイにわたって形成される異なるレンズを持つＬＥＤダイの断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の技術を使用しているＬＥＤダイ上へモールドされるサイド放射レンズの断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の技術を使用しているＬＥＤダイ上へモールドされるコリメータレンズの断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の技術を使用しているＬＥＤダイ上へモールドされたランバートレンズにわたって付着される予備モールドされたサイド放射のレンズの断面図である。
【図１５】図１５は、液晶ディスプレイ用又は図１４のサイド放射のレンズ及びＬＥＤを使用している他のタイプのディスプレイ用のバックライトの断面図である。
【図１６】図１６は、フラッシュとしてモールドレンズを持つＬＥＤを使用するカメラを持つ携帯電話の斜視図である。
【図１７】図１７は、２種類のモールドレンズの断面図である。示されるすべてのレンズは、中心の軸について対称形であるが、本発明は同様に非対称レンズにも適用してもよい。
【図１８】図１８は、２種類のモールドレンズの断面図である。示されるすべてのレンズは、中心の軸について対称形であるが、本発明は同様に非対称レンズにも適用してもよい。
【図１９】図１９は、内側のレンズ上の表面特徴部又は所望の放射パターンを得るための外側シェルレンズを例示する。
【図２０】図２０は、内側のレンズ上の表面特徴部又は所望の放射パターンを得るための外側シェルレンズを例示する。
【図２１】図２１は、内側のレンズ上の表面特徴部又は所望の放射パターンを得るための外側シェルレンズを例示する。
【図２２】図２２は、内側のレンズ上の表面特徴部又は所望の放射パターンを得るための外側シェルレンズを例示する。
【図２３】図２３は、コリメートされた放出パターンのための高い半球形のレンズの使用を例示する。
【図２４】図２４は、ワイヤー接合に対する応力を制限するために、堅い外側のレンズ及び柔らかい内側のレンズの使用を例示する。
【図２５】図２５は、ワイヤー接合に対する応力を制限するために、堅い外側のレンズ及び柔らかい内側のレンズの使用を例示する。
【図２６】図２６は、サイド放射パターンのための様々なタイプの内側又は中間のレンズの上に形成される外側のレンズの使用を例示する。
【図２７】図２７は、サイド放射パターンのための様々なタイプの内側又は中間のレンズの上に形成される外側のレンズの使用を例示する。
【図２８】図２８は、サイド放射パターンのための様々なタイプの内側又は中間のレンズの上に形成される外側のレンズの使用を例示する。
【図２９】図２９は、サイド放射モールドレンズを例示する。
【図３０】図３０は、各々が異なる蛍光体を含む、モールドされたシェルの使用を例示する。
【図３１】図３１は、モールドレンズを形成するための支持基板の上にモールド部分を形成することを例示する。
【図３２】図３２は、所望の放出パターンを達成するためレンズの一部の上に金属反射板を配置させることを例示する。
【図３３】図３３は、バックライトのサイド放射レンズを持つＬＥＤを使用している液晶ディスプレイの側面図である。
【図３４】図３４は、ＲＧＢ光源としてコリメータレンズを持つＬＥＤを使用しているリアプロジェクション・テレビの側面図である。
【図３５】図３５は、従来技術のＬＥＤ放射パターン（ランバート）及びスクリーン上のこれらの重なり合う明るさプロフィールを例示する。
【図３６】図３６は、本発明のレンズを使用しているＬＥＤの広角放射パターン及びスクリーン上のこれらの重なり合う明るさプロフィールを例示する。
【図３７】図３７は、図３６のＬＥＤの放射パターンの詳細を示す。
【図３８】図３８は、ＬＥＤ及び本発明の一実施例に従う広角放射レンズの断面図である。
【図３９】図３９は、図３８のレンズに対する光強度対角度のグラフである。
【図４０】図４０は、ＬＥＤ及び本発明の他の実施例に従う広角放射レンズの断面図である。
【図４１】図４１Ａから４１Ｅは、蛍光体ウェーハをオーバーモールドし、モールドされた蛍光体ウェハースをダイシングして、個々のオーバーモールドされたプレートをＬＥＤダイに取り付けるためのステップを例示する。
【図４２】図４２Ａから４２Ｅは、蛍光体プレートをオーバーモールドし、オーバーモールドされたプレートをＬＥＤダイに取り付けるためのステップを例示する。
【図４３】図４３Ａから４３Ｄは、レンズ材料が暖かい白色光を発生させるために赤い蛍光体を含む、蛍光体プレートを持つＬＥＤをオーバーモールドするためのステップを例示する。
【図４４】図４４Ａから４４Ｃは、平坦な蛍光層（モールドが色対角度においての不均一性を補償する蛍光体を載せたレンズを形成するためにカスタム形状される）を持つＬＥＤを例示する。
【図４５】図４５Ａ及び４５Ｂは、平坦な蛍光層（モールドが色対角度においての不均一性を補償する蛍光体を載せたレンズを形成するためにカスタム形状される）のないＬＥＤを例示する。
【図４６】図４６Ａから４６Ｄは、ＬＥＤダイ及び他のタイプの半導体チップ（例えば一時的電圧抑制器）にわたるレンズをモールドするステップを例示する。
【図４７】図４７Ａから４７Ｃは、異なる色の複数のＬＥＤにわたる単一レンズをモールドするステップを例示する。
【図４８】図４８Ａから４８Ｃは、ＬＥＤにわたるレンズをモールドして、コリメータレンズをオーバーモールドされたレンズの平坦部分に付着するステップを例示する。
【図４９】図４９Ａ及び４９Ｂは、ＬＥＤが堅い外側のレンズによって封入される、ＬＥＤダイの下の空隙を充填するためにシリコーン・ゲル・アンダーフィルの使用を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
さまざまな図の同じ数字を持つラベルをつけられた要素は、同じか又は等価である。
【００２０】
予備事項として、従来のＬＥＤは、成長基板の上に形成される。使用される実施例において、ＬＥＤは、青又は紫外線を生じるためのＧａＮベースのＬＥＤ（例えばＡｌＩｎＧａＮ  ＬＥＤ）である。概して、比較的厚いｎ型ＧａＮ層は、従来の技術を使用してサファイヤ成長基板上で成長する。前記比較的厚いＧａＮ層は、概して、ｎ型クラッド層及び活性層のための低欠陥格子の構造体を供給するように、低温核生成層及び一つ以上の付加的な層を含む。一つ以上のｎ型クラッド層は、厚いＮ形層の上に形成される（活性層、一つ以上のｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層（金属化のため）が続く）。
【００２１】
さまざまな技術は、ｎ―層への電気的アクセスを得るために用いられる。フリップチップ実施例において、Ｐ型層及び活性層の部分は、金属化のためｎ―層を露出させるために、エッチングされる。このようにして、ｐコンタクト及びｎコンタクトは、チップの同じ側にあって、パッケージ（又は、サブマウント）コンタクトパッドに、直接電気的に取り付けられることができる。ｎ―金属コンタクトからの電流は、まず最初に横にｎ―層に広がる。これに対して、垂直注入（非フリップチップ）ＬＥＤでは、ｎ―コンタクトはチップ一方の側に形成され、ｐ―コンタクトはチップの他方側に形成される。ｐ又はｎ―コンタクトのうちの１つに対する電気的コンタクトは、ワイヤ又は金属ブリッジで作られ、他方のコンタクトはパッケージ（又は、サブマウント）コンタクト・パッドに直接結合される。フリップチップＬＥＤが、説明を簡単にするため図１―３の実施例において用いられる。
【００２２】
ＬＥＤ形成の実施例は米国特許第６，６４９，４４０号及び第６，２７４，３９９号に記載され、両方ともフィリップスルミレッズライティングカンパニーに譲渡され、参照により組み込まれる。
【００２３】
他にも、導電基板はＬＥＤ層（概してＰ型層に）に結合され、サファイア基板は除去される。金属パッドに直接導電基板を結合して、一つ以上のＬＥＤダイはサブマウント上の金属パッドに結合され、図５及び６で詳細に記載されている。一つ以上のサブマウントの電極は印刷回路基板に結合され、これは他のＬＥＤに、又はパワー供給源に対する接続のための金属リード線を含む。回路基板は、直列又は並列に種々ＬＥＤを相互接続する。
【００２４】
形成される特定のＬＥＤ及びこれらがサブマウントにマウントされるか否かは、本発明を理解するために重要でない。
【００２５】
図１は、支持構造体１２にマウントされる４つのＬＥＤダイ１０の側面図である。前記支持構造体は、サブマウント（例えば、金属リード線を持つセラミック又はシリコン）、金属ヒート・シンク、印刷回路基板又は他のいかなる構造体でもよい。本実施例では、支持構造体１２は、金属パッド／導線を持つセラミック・サブマウントである。
【００２６】
モールド１４は、各ＬＥＤダイ１０の上のレンズの所望の形状に対応するくぼみ１６を持つ。モールド１４は、好ましくは金属で形成される。非常に薄い非粘着性フィルム１８は、モールド１４の一般的形状を持って、モールド１４の上に配置されるか又は形成される。フィルム１８は、金属にシリコーンを貼り付けることを防止するよく知られた従来材料である。
【００２７】
レンズ材料がモールドに付着されない場合、フィルム１８は必要でない。これは、非粘着性モールド・コーティングを使用して、非粘着性モールド材料を使用して、又は、こびりつかないインタフェースに結果としてなるモールド・プロセスを使用することによって達成される。この種のプロセスは、最小限の付着を得るように特定のプロセス温度を選択するステップを含む。フィルム１８を使用しないことにより、より複雑なレンズが形成されることができる。
【００２８】
図２において、モールドくぼみ１６は、熱硬化性の液体レンズ材料２０で満たされた。レンズ材料２０は、いかなる適切な光学的に透明な材料（例えばシリコーン、エポキシ又は複合型シリコーン／エポキシ）でもよい。ハイブリッドが、熱膨張係数（ＣＴＥ）整合を成し遂げるために用いられてもよい。シリコーン及びエポキシは、レンズとして作用するのと同様に、ＡｌＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤから光抽出を大きく改善するために、十分に高い屈折率（１．４より大きい）を持つ。シリコーンの一つのタイプは、１．７６の屈折率を持つ。
【００２９】
真空封止は支持構造体１２の周辺とモールド１４との間に作成され、これら２つの部分が各々に対して押圧されるので、各ＬＥＤダイ１０が液体レンズ材料２０に挿入され、レンズ材料２０が圧縮下にある。
【００３０】
前記モールドは、レンズ材料２０を堅くするために、しばらく摂氏約１５０度（又は、他の適切な温度）まで加熱される。
【００３１】
その後支持構造体１２は、モールド１４から分離される。フィルム１８は、結果として生じる堅固なレンズをモールド１４から容易に放出させる。フィルム１８は、除去される。
【００３２】
他の実施形態では、図１のＬＥＤダイ１０は、材料（例えば結合剤のシリコーン又は蛍光体粒子）で先ず覆われる。モールドくぼみ１６は、他の材料で満たされる。ダイがモールド内に置かれるとき、モールド材料は覆っている材料にわたって形成される。
【００３３】
図３は、各ＬＥＤダイ１０にわたるモールドレンズ２２を持つ、結果として生じる構造体を例示する。一つの実施例において、前記モールドレンズは、直径１ｍｍと５ｍｍとの間にある。レンズ２２は、任意のサイズ又は形状である。
【００３４】
図４は、支持構造体１２がＬＥＤダイ（各々がモールドレンズ２２を持つ）のアレイを支持する、結果として生じる構造体の斜視図である。使用されるモールドは、対応するアレイのくぼみを持つ。支持構造体１２がセラミック又はシリコン・サブマウントであったならば、各ＬＥＤ（その下に横たわるサブマウント部を持つ）は、個々のＬＥＤダイを形成するため、のこ引きするか、又はサブマウント１２を割ることによって分離されることができる。あるいは、支持構造体１２が、ＬＥＤのサブグループを支持するため分離され／小立方体にされるか、又は分離されず／小立方体にされずに使われる。
【００３５】
レンズ２２は、ＬＥＤダイからの光抽出を改善し、所望の放射パターンをつくるために光を屈折させるだけでなく、レンズもまたダイを汚染物質から保護して、機械的強度を加えて、何らかのワイヤー接合を保護するためにＬＥＤダイを封入する。
【００３６】
図５は、何らかの適切な材料（例えばセラミック又はシリコン）で形成されるサブマウント２４上の単一のフリップチップＬＥＤダイ１０の一つの実施例の簡略近接図である。一つの実施例において、サブマウント２４は図１―４の支持構造体１２として働き、図５のダイ／サブマウントは、のこ引きすることによって図４の構造体から分離された。図５のＬＥＤダイ１０は、底部のｐ―コンタクト層２６、ｐ―金属コンタクト２７、Ｐ型層２８、発光活性層３０、Ｎ形層３２、及びＮ形層３２とコンタクトするｎ―金属コンタクト３１を持つ。サブマウント２４上の金属パッドは、これらコンタクト２７及び３１に直接金属接着される。サブマウント２４を通るバイア穴は、サブマウント２４の底面上の金属パッドに、終端として接続し、これは回路基板４５上の金属リード線４０及び４４に結合される。金属リード線４０及び４４は、他のＬＥＤに、又は、パワー供給源に接続される。回路基板４５は、絶縁層の上に横たわる金属リード線４０及び４４を持つ金属プレート（例えば、アルミニウム）である。モールドレンズ２２（図１―３の技術を使用して形成される）は、ＬＥＤダイ１０を封入する。
【００３７】
図５のＬＥＤダイ１０は、ワイヤが一番上のｎ―層３２をサブマウント２４上の金属パッドに接続して、非―フリップ―チップ・ダイでもよい。レンズ２２は、前記ワイヤを封入する。
【００３８】
一つの実施例において、回路基板４５自体は、図１―３の支持構造体１２である。この種の実施例は、図６に示される。図６は、ワイヤ３８によって回路基板４５上の金属リード線４０に接続される一番上のｎ―金属コンタクト３４を持つ非フリップチップＬＥＤダイ１０の簡略近接図である。ＬＥＤダイ１０はサブマウント３６にマウントされ、これは図６の実施例においては金属スラブである。ワイヤ４２は、Ｐ型層２６／２８を回路基板４５上の金属リード線４４に電気的に接続する。レンズ２２は、ワイヤ及びサブマウント３６を完全に封入して示されるが、他の実施例では、全てのサブマウント又は全てのワイヤは、封入される必要はない。
【００３９】
一般の従来技術の封入方法は、保護コーティングでスピンすることである。しかしながら、ＬＥＤダイの上のカプセルの材料の厚みにむらがあるので、この封入プロセスは蛍光コーティングをＬＥＤダイに加えることには不適当である。また、この種の封入方法は、レンズを形成しない。ＬＥＤダイにわたって蛍光体を供給することの一般的技術は、シリコーン／蛍光体組成物でＬＥＤダイを囲んでいる反射カップを満たすことである。しかしながら、その技術は、様々な厚さで蛍光層を形成し、適切なレンズを形成しない。レンズが要求される場合、付加的なプロセスは、プラスチックモールドレンズを更に作製し、ＬＥＤダイにわたって当該レンズを付着しなければならない。
【００４０】
図７―１１は、上記の技術を使用して形成されるさまざまなレンズを例示する。
【００４１】
図７は、何らかの適切な方法を使用して蛍光体６０で被覆されたＬＥＤダイ１０を例示する。斯様な方法は電気泳動によってなされ、米国特許第６，５７６，４８８号に記載されている。これは、フィリップスルミレッズライティングカンパニーに譲渡され、参照によりここに組み込まれる。適切な蛍光体は、よく知られている。レンズ２２は、上記の技術を使用して形成される。蛍光体６０は、ＬＥＤ放射（例えば、青又は紫外線）によって付勢され、異なる波長（例えば緑、黄色又は赤）の光を発する。蛍光体放射は、単独で、又は、ＬＥＤ放射に関連して、白色光を生じる。
【００４２】
蛍光体でＬＥＤをコーティングするためのプロセスは、時間がかかる。蛍光体でＬＥＤダイをコーティングするためのプロセスを排除するために、蛍光体粉は、図８に示されるように、レンズ６２に埋められるよう液体シリコーンで混合される。
【００４３】
図９に示されるように、ＬＥＤダイの上の蛍光体材料の注意深く制御された厚みを供給するために、内側のレンズ６４は上記の技術を使用して形成され、別々のモールドステップ（より深く及びより広いくぼみを持つモールドを使用して）が、直接内側のレンズ６４にわたって何らかの厚みの外側の蛍光体／シリコーン・シェル６６を形成するために使用される。
【００４４】
図１０は、更に光線を形づくるために他のモールドを使用して、蛍光体／シリコーン・シェル６６にわたって形成される外側のレンズ６８を例示する。
【００４５】
図１１は、クリアなシリコーン・シェル７６、７８及び８０の上に横たわる、赤・緑・青―放射蛍光体のシェル７０、７２及び７４を例示する。この場合、ＬＥＤダイ１０は紫外線を放射し、赤・緑・青放射の組合せは白色光を生じる。すべてのシェルが、上記の方法で作られる。
【００４６】
レンズの多くの他の形状は、上記のモールド技術を用いて形成できる。図１２は、ＬＥＤ１０、サブマウント２４及びモールドされたサイド放射レンズ８４の断面図である。一つの実施例において、レンズ８４は非常に可撓性の高い材料（例えばシリコーン）で形成され、モールドから取り除けるほど撓む。レンズが単純な形状でないとき、分離フィルム１８（図１）は概して用いられないだろう。
【００４７】
図１３は、ＬＥＤ１０、サブマウント２４及びモールドされたコリメータレンズ８６の断面図である。レンズ８６は、変形可能なモールドを使用して、又は、モールドから引き離されるときに圧縮し、モールドから放出された後にそのモールドされた形状に拡大するソフトレンズ材料を用いて作ることができる。
【００４８】
図１４は、予備モールドされたレンズ８８が、モールドされたランバートレンズ２２にわたってどのように付着されるかについて説明する。図１４の実施例において、レンズ２２は、先に述べた方法で形成される。レンズ２２は、ＬＥＤ１０を封入して、汚染物質から保護するのに役立つ。予備モールドされたサイド放射レンズ８８は、ＵＶ硬化可能な接着剤又は機械式クランプを使用してレンズ２２の上に付着される。このレンズ形成技術は、従来の技術に勝る利点を持つ。従来の技術において、予備モールドされたレンズ（例えば、サイド放射レンズ）は、ＬＥＤダイの上に接着剤で付着され、いかなるすきまもシリコーンを注入することによって満たされる。従来のプロセスは、他にも理由があるが、レンズ配置及びギャップ充填ステップのため分離されたダイ／サブマウントを注意深く配置することを実行するのが難しい。図１４の本発明の技術を使用して、ＬＥＤ（図４）の大きなアレイは、各々の上にモールドレンズを形成することによって同時に封入されることができる。続いて、ＬＥＤが前記アレイにまだある間（図４）、又は、分離された後に、予備モールドされたレンズ８８は各モールドレンズ２２の上に付着されることができる。
【００４９】
加えて、従来のレンズとは異なり、前記モールドレンズは、非常に小さく（例えば、１―２ｍｍの直径）作成できる。このように、非常に小さい、完全に封入されたＬＥＤが形成できる。この種のＬＥＤは非常に低いプロフィールを有するように作られ、これは特定のアプリケーションのために有益である。
【００５０】
図１４は、サブマウント２４がマウントされる回路基板４５も示す。この回路基板４５は、当該基板にＬＥＤ／サブマウント２４のアレイをマウントした。
【００５１】
図１５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の又はバックライトを使用する他のディスプレイ用のバックライトの断面図である。一般の用途は、テレビ、モニタ、携帯電話等である。ＬＥＤは、白色光を発生させる赤・緑・青である。ＬＥＤは二次元アレイを形成する。ここに示した例では、各ＬＥＤ構造体は図１４に示されるものであるが、いかなる適切なレンズが用いられてもよい。バックライト・ボックスの底部及び側壁９０は、白反射拡散材料で好ましくは被覆されている。光のスポットがバックライトによって各ＬＥＤの上に直接放射されるのを防止するため、白い拡散板ドット９２が、各ＬＥＤの直接上にある。ドット９２は、透明な又は拡散ＰＭＭＡシート９４で支えられる。サイド放射レンズ８８によって放射される光は、バックライトの下部に加えられ、上部拡散板９６を出る前にバックライトの上部に更に加えられる。ＬＥＤの線形アレイは、細い回路基板４５にマウントされる。
【００５２】
図１６は、モールドレンズ２２がカメラのフラッシュとして用いられる、ＬＥＤ１０を例示する。図１６のカメラは、移動電話９８の一部である。移動電話９８は、カラースクリーン１００（記載されたＬＥＤを使用しているバックライトを有する）及びキーパッド１０２を含む。
【００５３】
図１０で述べられたように、外側のレンズは更に光線を形づくるために内側シェルにわたって形成される。さまざまなシェルの要件に依存して、異なるシェル材料が用いられてもよい。図１７―３０は、オーバーモールドプロセスに関連して用いられるさまざまなレンズ及び材料の例を例示する。
【００５４】
図１７及び１８は、上記のモールド技術を使用して形成される内側シェルのためのモールドレンズの２つの形状を例示する。多くのＬＥＤ１０は、同一の支持構造体１２にマウントされる。前述したように、支持構造体１２は、金属トレース及びコンタクト・パッドを持つセラミック又はシリコン・サブマウントである。多くのＬＥＤは同じ支持構造体１２にマウントされ、必然ではないが、同じ支持構造体１２上のすべてのＬＥＤは概して同一の態様で処理される。例えば、支持構造体が大きく、全てのＬＥＤアレイに対する光パターンが特定された場合、各ＬＥＤレンズは特定の全体的光パターンを供給するために異なってもよい。
【００５５】
アンダーフィル材料は、ＬＥＤの下でいかなるエアギャップも防止し、とりわけ、熱伝導を改善するために、支持基板１２とＬＥＤダイ１０の底部との間のいかなるギャップを埋めるために注入される。
【００５６】
図１７は、内側モールドレンズ２２が通常、ランバート放射線パターンのため半球状である図３―６に関して説明されてきたものである。図１８の内側モールドレンズ１０６は、通常、丸い端部を持つ矩形である。外側のレンズによって供給される放射パターンに依存して、内側モールドレンズ２２又は１０６のうちの１つが、より適切である。内側モールドレンズの他の形状も、適切である。各レンズの上から見下ろした図は、通常、円を描く。
【００５７】
図１９は、所望の放射パターンを達成するために光を屈折させるパターンを持つレンズ外面の図１８の構造体を例示する。前記外面パターンは、内側モールドレンズにおいて直接形成される（モールド自体によって）か、又は、前記外面パターンは、内側モールドレンズ上へオーバーモールドされるか若しくは接着剤（例えば、シリコーン、エポキシ等）によって付着される外側のレンズにおいて形成される。パターン１０８は回折格子である一方、パターン１１０は光を屈折させるためにバイナリの階段を使用する。実施例において、パターンは、図２０に示される放射パターンを持つ一般的なサイド放射レンズを形成する。図２０において、ピークの強度は、５０―８０度内で発生し、０度の強度より著しく大きい。
【００５８】
内側のレンズの要件は、外側のレンズの要件と通常異なる。例えば、内側のレンズは、支持構造体に対する良好な粘着力を持つが、時間とともに黄色くすなわち不透明にならず、高い屈折率（１．４より大きい）を持ち、ＬＥＤへのワイヤを破壊するか応力を加えず、高いＬＥＤ温度に耐えて、互換性を持つ熱係数を持つべきである。内側のレンズは、ＬＥＤ又はいずれのワイヤにも応力を供給しないように、堅くはない（例えば、シリコーン）。対照的に、外側のレンズ材料は、一般に所望のパターンでパターン化されることが可能で、内側のレンズに付着することを必要とするだけである。外側のレンズはオーバーモールドされるか又は予備モールドされて、接着剤で内側のレンズに付着される。外側のレンズに対する材料はＵＶ硬化可能である一方、内側のレンズに対する材料は熱的に硬化される。熱硬化は、ＵＶ硬化より長くかかる。
【００５９】
通常、内側のレンズ材料に対する硬度の範囲はＳｈｏｒｅ００５―９０である一方、外側シェルに対する硬度の範囲はＳｈｏｒｅＡ３０以上である。
【００６０】
図２１は、図２０のものと類似して、一般にサイド放射光パターンを作るためのレンズの外面上に形成されるフレネル・レンズパターン１１２を例示する。図１９について述べたように、前記外面は、内側モールドレンズの外面又は外側シェルの外面である。これは、本願明細書において記載されているすべてのパターンにあてはまる。
【００６１】
図２２は、平行にしている光パターン又は他の光パターンを作成するために、外側のレンズ面上の角錐１１４又は円錐形１１６のパターンを例示する。
【００６２】
図２３は、平行にしているパターンをつくるための高いドーム外側のレンズ１１８を例示する。
【００６３】
図１９及び２１―２３の表面パターンは、何らかの光パターンを作成するように構成される（例えば、表面角度を変えることによって）。ホログラフィック構造体、ＴＩＲ及び他のパターンが、形成されてもよい。平行にしている光パターンは、リアプロジェクション・テレビに典型的に用いられる一方、サイド放射光パターンは液晶画面をバックライトで照らすために典型的に用いられる。
【００６４】
図２４は、ＬＥＤ１０に結合した導線１２６に応力を与えないように、内側モールドレンズ１２４として、柔らかい材料（例えばシリコーン・ゲル）の使用を例示する。ゲルは、概して、ＵＶ硬化される。外側のレンズ１２８は、モールドされるか又は予備モールドされ、接着剤で付着される。外側のレンズ１２８は、概して耐久性、粒子に対する抵抗等に対して非常に堅い。外側のレンズ１２８は、シリコーン、エポキシ―シリコーン、エポキシ、シリコーンエラストマ、硬質ゴム、他のポリマー又は他の材料である。外側のレンズは、ＵＶ硬化であるか又は熱的に硬化される。
【００６５】
図２５は、異なる放射パターン又は低いプロフィールのため形が相違する内側モールドレンズ１２９（図１８のような）を持つ以外、図２４と類似している。レンズ１２９は、柔らかいシリコーン・ゲルである。外側のレンズ１３０は、更に放射パターンを形づくって、柔らかい内側のレンズ１２９を保護する。
【００６６】
すべての図のＬＥＤは、フリップチップ又はワイヤ結合のタイプである。
【００６７】
図２６は、内側のレンズのために必要とされる特性を持った柔らかい内側モールドレンズ１３２、インタフェースレイヤとして働き、構造安定性のための堅い中間シェル１３４及びサイド放射光パターンを作るための外側のレンズ１３６を持つＬＥＤ構造体を例示する。外側のレンズ１３６は、モールドプロセスを容易にするために柔らかい。あるいは、外側のレンズ１３６は、予備モールドされて、接着剤で中間のシェル１３４に付着される。中間のシェル１３４の使用は、基本的に内側のレンズ材料から独立した、外側のレンズ材料の選択をする。
【００６８】
図２７は、外側のレンズ１３８が中間のシェル１３４又は内側のレンズ１３２のいずれかの部分上にどのように形成されるかについて説明する。
【００６９】
図２８は、内側のレンズ１４４の材料上に直接の外側のレンズ１４２の形成を例示する。
【００７０】
図２９は、内側のレンズ１３２にわたってモールドされるサイド放射レンズ１４５の他の形状を例示する。レンズ１４５は、内側のレンズなしで直接ＬＥＤダイ１０にわたってモールドされる。
【００７１】
図３０は、各シェル１４６、１４７及び１４８が異なる蛍光体材料（例えば赤を放射している蛍光体、緑を放射している蛍光体及び青を放射している蛍光体）を含むＬＥＤを例示する。ＬＥＤダイ１０は、ＵＶを放射する。蛍光体粒子間のギャップによって、外側シェルの蛍光体を付勢するために内側シェルをＵＶが通過することができる。あるいは、赤い蛍光体及び緑の蛍光体シェルだけが用いられ、ＬＥＤダイ１０は青色光を放射する。赤、緑及び青色光の組合せは、白色光を発生させる。とりわけ、シェルの厚み、蛍光体粒子の密度及び蛍光体カラーのオーダーは、所望の光を得るように調整されることができる。レンズの何れの形状も、使われてもよい。
【００７２】
図３１は、支持構造体１２自体の上でのモールドパターン１４９の使用を例示する。高いインデックス材料（例えば、ポリマー）又は反射材料（例えば、アルミニウム又は銀）は、支持構造体１２上にパターンをモールドするか、図１に示される方法と類似の方法を使用するか、金属化プロセスを使用するか、又は他の適切なプロセスを使用することにより形作られる。モールドパターン１４９が、レンズ１５０を形成している他の材料のためのモールドとして使われる。一つの実施例において、レンズ１５０の材料は、支持構造体１２の上に形成されたモールドに堆積して、硬化される液体（例えば、シリコーン）である。その後表面は、平坦化される。結果として生じるレンズは、反射器カップのような壁に衝突する光を反射／屈折することにより光を平行にする。
【００７３】
図３２は、ＬＥＤ１０によって放射される光を反射するためにそのサイド周辺でスパッタされた金属１５１を持つモールドレンズ２２を示す。反射光は、ＬＥＤ１０によって散乱し、最終的に一番上の開口部を通って放射される。金属１５１は、いかなる反射材料（例えばアルミニウム又は銀）でもよい。前記金属は、その代わり、サイド―放射パターンを作るために、レンズ２２の上にスパッタ堆積されてもよい。レンズ２２は、所望の光放射パターンをつくるために、何れの形状で作られてもよい。
【００７４】
図３３は、液晶画面１５４を持つ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１５２（白色光を作るために赤・緑・青ＬＥＤ１６０からの光を混合するため、制御可能なＲＧＢピクセル、拡散板１５６及びバックライト１５８を持つ）の側面図である。バックライト１５８は、拡散的に反射するボックスである。ＬＥＤ１６０は、上記の技術のいずれかを使用して作られるサイド放射レンズを持つ。
【００７５】
図３４は、特定の視野角の範囲内で画像を明るくするためのフロントレンズ１６４、一組の赤・緑・青ＬＥＤ１６６、カラーＴＶ画像を作るためにＲＧＢ光を調整して焦束するための変調器／光学系１７０、及び反射器１７２を持つリアプロジェクション・テレビ１６２の側面図である。前記変調器は、制御可能な鏡のアレイ、液晶表示パネル又は他の適切な装置である。ＬＥＤ１６６は、上記の技術のいずれかを使用して作られるコリメータレンズを持つ。
【００７６】
上述のように、第１のレンズ又は第２のレンズは、サイド放射パターンを作るように設計できる。複数のＬＥＤからの光が液晶表示パネル用、装飾的な照明用又は他の用途のために均一なバックライトを作るときのような、複数のＬＥＤからの光が混合されるとき、この種のサイド放射パターンは特に役立つ。
【００７７】
図３５に示すように、レンズなしで、又は、半球状のレンズだけを持って、バックプレーン１８２にマウントされたＬＥＤ１８０は、概してランバート・パターン１８３の光を放射する。ＬＥＤ１８０のアレイは、拡散性スクリーン１８４のバックを照射する。スクリーン１８４は、図３３のＬＣＤバックライトの拡散板１５６である。各ＬＥＤの拡散された輝度プロフィール１８５及びその半値全幅（ＦＷＨＭ）も示される。前記ＬＥＤが一緒に十分近くに配置されない限り、スクリーン１８４の前の全体的光出力は、目立つ明るいスポットを持つだろう。従って、この種のバックライトはＬＥＤの比較的高い密度を必要とし、高価なバックライトに結果としてなる。
【００７８】
出願人は、特にバックライトに役立つ図３６―３８に示される広角放射レンズを発明した。図３６では、広角放射レンズを持つＬＥＤ１８８は、バックプレーン１９０にマウントされて示される。図３７に示すように、各ＬＥＤダイに対するピークの光放射（Ｉｐｅａｋ）は、中心の軸（垂直の）を離れて、５０―８０度以内に発生する。７０―８０度の間の範囲が好ましい。中心の軸に沿った光放射（Ｉ０）がピーク放射の５％―３３％であるように、レンズが設計される。したがって、各ＬＥＤに対する輝度プロフィール１９２は、図３５の輝度プロフィール１８５と比較して、より広げられる。従って、拡散性スクリーン１８４から同じ光出力均一性を成し遂げる一方、図３６のバックライトのＬＥＤ１８８ピッチは、図３５のＬＥＤ１８０ピッチより大きくできる。これは、より高価でないバックライトに結果としてなる。
【００７９】
輝度プロフィールは、概して中心の尖端で漏斗形レンズで現れるもののような急激な移行を持つべきではない。
【００８０】
中心軸の強度と５０―８０度ピークの強度との最適比は、アプリケーション（例えばバックライトの特定の輝度を成し遂げるために必要なＬＥＤのピッチ）に依存する。ピークの強度は中心の軸に沿った強度の少なくとも３倍であり、図３７の実施例では、前記比は４―８倍の間にある。
【００８１】
図３８は、上記の特徴を持つ広角放射レンズの一つの実施例の断面図である。図１―６について述べたように、ＬＥＤダイ１９４はセラミック、シリコン又は他の材料でできている基板又はサブマウント１９６にマウントされ、第１のレンズ１９８は図１―６について述べたようにＬＥＤダイ１９４にわたってモールドされる。複数のダイは、単一の大規模なサブマウントにマウントされてもよい。レンズ１９８は、何れかの適切な材料（例えばシリコーン）で形成される。
【００８２】
サブマウント１９６は、分離され、はんだリフロー・テクニック又は他の適切な技術によってバックプレーン１９０（ＰＣＢ）にマウントされる。
【００８３】
第２のレンズ２０２は、所望の広角放射特徴を持つように予備モールドされる。第２のレンズは、射出成形されるか機械加工されたプラスチック又は他の材料である。この種の材料は、ＣＯＣ、ＣＯＰ、ＰＭＭＡ、エポキシ、シリコーン、ガラス又は何れかの他の適切な材料を含む。第２のレンズ２０２は、第１のレンズ１９８の上に横たわって、また、支持のためのバックプレーン１９０と接触するようにマウントされる。エアギャップ２０４（又は、他の低い屈折率材料のすきま）は、側面の方へ光を曲げる内部屈折インタフェースを作る。空気との第２のレンズ２０２の外面のインタフェースは、５０―８０度以内のピーク強度を達成するために、更に光を曲げる。第２のレンズ２０２は、第１のレンズ１９８と直接接触してもよいが、しかしながら、第２のレンズ２０２の形状は、同じ広角放射パターンを達成するために変えられるだろう。
【００８４】
他の実施形態では、第２のレンズ２０２は、接触し、バックプレーン１９０よりもむしろサブマウント１９６によって支持される。
【００８５】
第２のレンズ２０２は、エポキシのような接着剤でバックプレーン又はサブマウントに固定されるか又はスナップ・タブ接続で付着される。
【００８６】
前記バックプレーンより上の第１のレンズ１９８及びＬＥＤの高さが取付パラメータで僅かに変化するので、バックプレーンを基準に第２のレンズ２０２を固定することと比較して、サブマウントを基準に第２のレンズ２０２を固定することによって、光放射についてわずかにより良好な制御が成し遂げられる。
【００８７】
非球面のドーム内部エアギャップを持つ非球面第２のレンズ２０２は、容易にモールドされる単純なデザインである。レンズ２０２は、アンダーカット面で上方へ光を反射するためにバックプレーン１９０の近くで下向きになるので、光はバックプレーン１９０の方の下方へ放射されない。これは、光リングを回避して、バックライトの光出力を増大させる。
【００８８】
図３９は、図３８のＬＥＤに対する光度対角度を示す。ピークの強度はほぼ７２度であり、中心軸に沿った強度はピークの強度のほぼ１０％である。
【００８９】
他の実施形態では、図１９、２１及び２２について述べたように、第２のレンズ２０２の表面は、所望の放射パターンを達成するため更に光を屈折させる微細構造を含む。
【００９０】
図４０は、全内反射（ＴＩＲ）部２０８を持つレンズ２０６を持つＬＥＤ１９４の断面図である。ＴＩＲ部２０８は、漏斗形である。ＴＩＲ部２０８によって、大部分の光は、内部的に反射されるために上方へ放射され、サイド部２１０を通って放射される。この種のデザインは、５０―８０度の範囲内でピークの強度を依然供給し、中心軸に沿った強度でピークの強度５―３３％の間にある一方、中心軸に沿った強度を低減するために役立つ。何れのレンズの実施例も、図３３のバックライトで使用される。
【００９１】
図３８、４０及び他の図の第２のレンズは、モールドされた第１のレンズなしでＬＥＤダイにわたって用いられてもよい。しかしながら、モールドされた第１のレンズの使用は、ＬＥＤを保護するために好ましい。第２のレンズの直径は、概して４―１０ｍｍの間の範囲である。
【００９２】
図４１Ａから４１Ｅは、セラミック蛍光体プレートをオーバーモールドして、オーバーモールドされたプレートをＬＥＤダイに取り付けるためのステップを例示する。蛍光体プレートは、その厚み（例えば、５０―３００ミクロン）及び蛍光体密度が慎重に制御されるので、正確な特徴を持つことができる。蛍光体が青色光（例えば、４４０ナノメートル―４６０ナノメートル）によって付勢されるとき、蛍光体はより長い波長光を放射する。蛍光体プレートが青色ＬＥＤにわたって付着されるとき、あるパーセンテージの青色光がプレートを通過し、当該青色光は蛍光体によって生成される光と混合される。
【００９３】
１シートのセラミック蛍光体を形成する１つの態様は、熱及び圧力を使用して蛍光体粉の粒を焼結することである。プレートを通過する前記あるパーセンテージの青色ＬＥＤ光は、蛍光体の密度及びプレートの厚みに依存し、これは正確に制御されることができる。蛍光体の薄シートを形成する他の態様は、薄シートの蛍光体の泥漿を形成し、続いて泥漿を乾燥させることである。この種のセラミック蛍光体プレートを形成することは、ゲールト・ミューラーその他による米国特許出願公開公報第２００５０２６９５８２号（「Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｃｅｒａｍｉｃ  ｆｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ」というタイトル）に記載されていて、ここに参照により組み込まれる。
【００９４】
青色ＬＥＤで使用するためのポピュラーな蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（約２％のセリウムでドープされたイットリウムアルミニウムガーネット）であり、これは市販されている。
【００９５】
図４１Ａは、力で、又は、溶媒で容易に離すことができる何らかの適切な接着剤を使用して、バックプレート２１２に一時的にマウントされるセラミック蛍光体プレート・ウェーハ２１１を例示する。バックプレート２１２は、後のステップで、硬化したシリコーンの固着を妨げるテフロン・コーティングを持つ。ウェーハは、典型的には矩形であるが、他の形状もあり得る。ウェーハは、何百個ものＬＥＤ用の蛍光体プレートを形成するために、後でのこ引きされる。この例では、ウェーハ２１１はＹＡＧ蛍光体５０―３００ミクロン厚であり、これは、青色ＬＥＤからの青い光で付勢されるとき、緑−黄色光を放射する。高い色温度（例えば、４０００―６０００Ｋ）を持つので、結果として生じる白色光は通常、きついとみなされる。以下に述べるように、赤い蛍光体は色温度を低下させるために用いられ、これは従来から、より暖かい白色光を発生させると呼ばれる。
【００９６】
図４１Ｂにおいて、モールド２１４のくぼみ２１３は、赤い蛍光体粒子２１６を含む液体シリコーン２１５で満たされる。従来の非粘着性分離フィルム（図示せず）は、共形的にモールドをコーティングし、後でモールドされたシリコーンが強く引っ張ることなしで除去されることを可能にする。何れのタイプのオートメーション化した液体ディスペンサも、シリコーン／蛍光体混合を施与するために用いられる。赤い蛍光体の例としては、ＢａＳＳＮ、ＣａＳ及びｅ−ＣａＳを含み、これらはよく知られている。赤い蛍光体粒子の最適密度及びくぼみ２１３の形状は、赤い蛍光体によって供給される色温度の所望の低下によって決定される。他の蛍光体粒子（例えばＹＡＧ、緑、オレンジ、青等）も、特定の色温度を達成するために、必要に応じてシリコーン２１５にある。一つの実施例において、使用されたシリコーン２１５は、硬化後も比較的柔らかいので、ＬＥＤ構造体の動作の間、ＬＥＤ及び結果として生じる蛍光体プレートに対してほとんど応力がない。他の実施例では、シリコーン２１５は、外側のレンズを形成するために後に用いられるシリコーンと同一か、又は等価である。
【００９７】
バックプレート２１２及びモールド２１４は、シリコーン２１５に蛍光体ウェーハ２１１を漬けるように接合される。バックプレート２１２及びモールド２１４は、一緒に固定され、真空が構造体周辺でつくられ、シリコーン２１５が圧縮下にある。液体シリコーンの何れの気泡も、このオーバーモールドステップの間に、空にされる。シリコーン２１５は、熱又はＵＶによって硬化される。バックプレート２１２及びモールド２１４は、分離フィルムによって補助されて、分離される。
【００９８】
結果として生じるモールドされた蛍光体ウェーハは、各蛍光体プレートがほぼＬＥＤの寸法である、個々のモールドされた当該蛍光体プレートを形成するためにのこ引きされる。蛍光体がロードされたシリコーンは、蛍光体プレートにわたってレンズを形成する。一つの実施例において、モールドされた蛍光体ウェーハは、のこ引きプロセスの間、バックプレート２１２に保持され、のこ刃はウェーハを通って切るだけである。これは、自動選択配置マシンにより、プレートを選択取り上げて配置することをより容易にする。他の実施形態では、モールドされたウェーハは、バックプレート２１２から取り除かれて、その後のこ引きされる。
【００９９】
図４１Ｃにおいて、自動選択及び場所アームは、バックプレート２１２から各モールドされた蛍光体プレート２１８（蛍光体がロードされたシリコーン２２１を持つＹＡＧプレート２２０）を取り外して、モールドされた蛍光体プレート２１８をサブマウント２２６（このステージのウェーハ）にマウントされる青色ＬＥＤ２２４の一番上の表面に付着する。サブマウント２２６は、図４に示されるアレイと類似の二次元アレイの何百もの青色ＬＥＤ２２４を含む。サブマウント２２６は、概してセラミックであり、パワー供給源に取付けのためのＬＥＤごとに、金属トレース及び電極を含む。ＬＥＤ２２４との蛍光体プレート２１８の粘着は、低融解温度ガラス、シリコーン、エポキシ、他の透明な接着剤又は熱及び圧力によってもよい。
【０１００】
一つの実施例において、後で詳しく述べられるように、モールドくぼみ２１３の形状は、色温度一対ＬＥＤ／プレートの組合せによって放射される光の角度の不均一性を補償するために、コンピュータ・モデリングにより決定される。
【０１０１】
図４１Ｄにおいて、クリアなシリコーン・レンズ２３４は、構造物全体を封入するために、ＬＥＤ２２４及びモールドされた蛍光体プレート２１８にわたってモールドされる。図１―４及び他の図に関して記載されているプロセスは、外側のレンズ２３４を形成するのに用いられる。モールドされた外側のレンズ２３４は、ＬＥＤの光抽出を改善し、所望の光放射パターンを達成し、蛍光体プレート２１８が離層するのを防止する。
【０１０２】
他の実施形態では、外側のレンズ２３４は、蛍光体がロードされたシリコーン２２１より堅い。これは、ＬＥＤ及び相互接続における応力を減らす一方、塵粒子に対して耐性を示す滑らかな外面と同様に、保護のための機械的に強い外側のレンズに結果としてなる。
【０１０３】
サブマウント２２６は、ＬＥＤ構造体を単一化するために小立方体にされる。上記例のＬＥＤは、例えば３０００―４０００Ｋ以内の暖かい白色光を放射する。何れの他の蛍光体も、シリコーンの蛍光体及び蛍光体プレートのために用いられる。
【０１０４】
色温度は、テストの後それらの色特性に従って、モールドされた蛍光体プレート２１８をビニングすることによって、更に制御されることができる。サブマウント２２６上のＬＥＤ２２４は、テストされ、それらの色特性にしたがって、分類される。ビニングされたモールドされた蛍光体プレート２１８は、目標色温度を達成するため特定のＬＥＤに対して選択される。
【０１０５】
図４１Ｅは、ＬＥＤ２２４に付着されるオーバーモールドされた蛍光体プレート２１８の他の実施例を例示する。図４１Ｅにおいて、モールドされた蛍光体プレート２１８は、シリコーン又は熱を使用して、シリコーン側でＬＥＤ２２４に付着される。
【０１０６】
蛍光体プレートがモールドされる前に小立方体にされることを除いては、図４２Ａから４２Ｅは、図４１Ａから４１Ｅと類似している。蛍光体シートは、付勢ＬＥＤとほぼ同一サイズの蛍光体プレートをつくるために、先ずのこ引きされるか割られる。
【０１０７】
図４２Ａは、力で、又は、溶媒で容易に剥がすことができる何らかの適切な接着剤を使用して、バックプレート２２２に一時的にマウントされているセラミック蛍光体プレート２２８の二次元アレイを例示する。バックプレート２２２及び蛍光体プレートの特徴は、図４１Ａ〜４１Ｅと同じでもよい。
【０１０８】
図４２Ｂにおいて、モールド２３０のくぼみ２２９は、赤い蛍光体粒子２３２を含む液体シリコーン２３１で満たされる。従来の非粘着性分離フィルム（図示せず）は、共形的にモールドをコーティングして、後で、モールドされたシリコーンが強く引っ張ることなく除去されることを可能にする。蛍光体、シリコーン及びモールドの特徴は、上記のものと類似している。
【０１０９】
バックプレート２２２及びモールド２３０は、プレート２２８をシリコーン２３１に漬けるように接合される。バックプレート２２２及びモールド２３０は一緒に固定され、真空は構造体周辺でつくられ、シリコーン２３１は圧縮下にある。シリコーン２３１は、熱又はＵＶによって硬化される。バックプレート２２２及びモールド２３０は、分離フィルムによって補助されて、分離される。
【０１１０】
図４２Ｃにおいて、自動選択及び場所アームは、バックプレート２２２から各モールドされたプレート２３４を取り外し、サブマウント・ウェーハ２３８にマウントされる青色ＬＥＤ２３６の一番上の表面にモールドされたプレート２３４を付着する。サブマウント２３８は、図４に示されるアレイと類似の二次元アレイの何百もの青色ＬＥＤ２３６を含む。サブマウント２３８は、概してセラミックであり、ＬＥＤごとにパワー供給源に取付けのための金属トレース及び電極を含む。ＬＥＤ２３６との蛍光体プレート２２８の粘着は、低融解温度ガラス、シリコーン、エポキシ、他の透明な接着剤又は熱及び圧力によってもよい。
【０１１１】
一つの実施例において、後で詳しく述べられるように、モールドくぼみ２２９の形状は、色温度対ＬＥＤ／プレートの組合せによって放射される光の角度の不均一性を補償するために、コンピュータ・モデリングによって決定される。
【０１１２】
図４２Ｄにおいて、クリアなシリコーン・レンズ２４４は、構造物全体を封入するために、ＬＥＤ２３６及びモールドされたプレート２３４にわたってモールドされる。図１―４及び他の図に関して記述されているプロセスは、外側のレンズ２４４を形成するのに用いられる。
【０１１３】
サブマウント２３８は、ＬＥＤ構造体を単一化するために小立方体にされる。上記例のＬＥＤは、例えば３０００―４０００Ｋ以内の暖かい白色光を発する。何れの他の蛍光体も、シリコーンの蛍光体及び蛍光体プレートのために用いられることができる。ビニングされて整合させることの効果は、図４１Ａ〜４１Ｅに関して説明された。
【０１１４】
図４２Ｅは、ＬＥＤダイに付着されるオーバーモールドされた蛍光体プレート２３４の他の実施例を例示する。図４２Ｅにおいて、モールドされたプレート２３４は、シリコーン又は熱を使用して、レンズ側にＬＥＤ２３６を付着される。選択取り出し及び配置プロセスを単純化するために、モールドされたプレートがモールド２３０にまだある間に、バックプレート２２２（図４２Ｂ）はモールドされたプレートから分離される。選択取り出し及び配置アームは、露出したプレートに付着して、モールド２３０からモールドされたプレートを取り外して、それをＬＥＤ２３６上に配置する。
【０１１５】
図４１Ａ―Ｅ及び図４２Ａ―Ｅでは、第１のモールドするステップは、蛍光体プレートを覆うだけである。図４３Ａから４３Ｄは、第１のモールドステップもＬＥＤを封入するプロセスを示す。
【０１１６】
図４３Ａにおいて、蛍光体プレート２２８（例えば、ＹＡＧ）は、サブマウント２３８上のＬＥＤダイ２３６に付着される。
【０１１７】
図４３Ｂにおいて、モールド２５０のくぼみ２４８は、赤い蛍光体粒子２５４を含む液体シリコーン２５２で満たされる。上述したように、他の蛍光体も、用いられてもよい。サブマウント２３８及びモールド２５０は接合され、シリコーン２５２は硬化するために加熱される。結果として生じるシリコーンは、上述の理由のために比較的柔らかいか、又は、外側のレンズを形成するために用いられるシリコーンと同じか類似してもよい。
【０１１８】
図４３Ｃにおいて、サブマウント２３８とモールド２５０とは分離されるので、赤い蛍光体レンズ２５８が各ＬＥＤ及び蛍光体プレートを封入して、暖かい白色光を作る。
【０１１９】
図４３Ｄにおいて、堅いシリコーン・レンズ２６０は、全てのＬＥＤ構造体を封入して保護するため、ここで記載されているモールドプロセスを用いて、各ＬＥＤの上にモールドされる。すべての実施例のように、外側のレンズ２６０は、実質的に何らかの光放射パターン（例えばランバート、サイド放射、コリメート等）をつくるために、モールドによってモールドされる。
【０１２０】
図４４Ａから４４Ｃは、より均一の色温度対視野角をつくるモールドプロセスの使用を例示する。
【０１２１】
図４４Ａにおいて、ＹＡＧ蛍光体２６２の粉は、共形的にＬＥＤ２３６をコーティングし、平坦な蛍光体面に結果としてなる。共形的に蛍光体でＬＥＤをコーティングする１つの態様は、電気泳動的な堆積によってである。電気泳動的な堆積は、デイブ・コリンズ等による米国特許第６，５７６，４８８号「Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ｔｏ  Ｐｒｏｄｕｃｅ  ａ  Ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ―Ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」に記載されていて、ここに参照として組み込まれる。図４４Ｂ及び４４Ｃのプロセスも、例えば図４３Ａに示されるような蛍光体がプレートである時、適用する。図４４Ｂ及び４４Ｃのプロセスも、色温度対角度はより均一であることが望ましい何れのＬＥＤ構造体にも適用する。
【０１２２】
図４４Ａに示される色温度グラフは、０％の視野角での蛍光体で被覆したＬＥＤの色温度が他の視野角でより冷たい（より高いＣＣＴ又はより青い）ことを示す。これは、面に垂直に進むとき、青色光が蛍光体を通る最少の距離で進むからである。結果として、ＬＥＤが異なる角度から見られると、白色光は色を変える。示される色温度の範囲が３０００Ｋから３５００Ｋまであるにもかかわらず、温度は特定の蛍光体及びコーティングの厚みに依存してより高い（例えば、最高６０００Ｋまで）か又は低くなる。
【０１２３】
すべての角度で青色光が蛍光体を通って同じ距離進むように厚みが変化する、蛍光コーティングを正確に形成することは、非常に困難であろう。
【０１２４】
この色対角度不均一性を補償するために、補償蛍光体の実質的に均質の分布を含むモールドレンズが、用いられる。一つの実施例において、赤い蛍光体は、図４３Ｂのモールド２５０と同様、モールドの液体シリコーンにおいて分散される。モールドの寸法は、実際の色温度対修正されるべきＬＥＤの角度特性に基づいてコンピュータ・モデリングによって決定される。通常、モールドは凸面であり、正確な幅、深さ、湾曲及び蛍光体密度はコンピュータ・モデリングにより決定される。蛍光コーティングを持つＬＥＤは、液体シリコーンに入れられ、シリコーンが硬化される。モールドレンズを持つＬＥＤは、モールドから取り外される。
【０１２５】
図４４Ｂは、赤い蛍光体を含む補償モールドレンズ２６４の１つの実施例を例示する。所望の色温度に依存して、他の補償蛍光体が、用いられてもよい。色温度対角度のグラフによって見られるように、平均温度は赤い蛍光体からの付加的な赤い構成要素によって低下され、より均一な色温度対角度をつくりながら、温度デルタ（差）は５００Ｋ（図４４Ａから）から２５０Ｋまで下がる。レンズ２６４は、ＬＥＤに対する応力を低減するために、比較的柔らかいのが好ましい。
【０１２６】
図４４Ｃにおいて、堅いシリコーン・レンズ２６８は、先に述べた技術を使用して、色補償レンズ２６４にわたってモールドされる。
【０１２７】
図４５Ａは平坦で蛍光物質層のないＬＥＤ２３６を例示し、ここで、モールドは色温度対角度の均一性を改良する蛍光体がロードされたレンズ２７２を形成するためのカスタム形状である。コンピュータ・モデリングは、ＬＥＤの色対角度に基づいた蛍光体密度及びモールドの最適形状を決定するために用いられる。通常、レンズ２７２の形状は、青色光を広範囲の角度にわたってレンズのほぼ同じ厚みを通って進ませる。図４５Ａに示されるより、レンズの相対寸法は、非常に大きいだろう。レンズ２７２の蛍光体は、ＹＡＧ及び赤の組合せ又は何らかの他の蛍光体である。レンズの蛍光体分布は、実質的に均質である。複数の重なり合うモールドレンズは、所望の色特性を達成するためにも用いられる。
【０１２８】
堅い外側のレンズ２７６は、より柔らかい補償レンズ２７２にわたってモールドされる。レンズ２７６は、クリアであるか又は蛍光体を含んでもよい。
【０１２９】
図４５Ｂにおいて、内側モールドレンズ２７２はＹＡＧ蛍光体を含み、中間のモールドレンズ２７７は赤い蛍光体を含み、堅い外側のレンズ２７６は蛍光体を含まない。レンズ２７２及び２７７の両方とも、実質的に均質な色温度対角度を供給するために形づくられることができる。他のタイプの蛍光体及び追加の蛍光体がロードされたレンズも、用いられてもよい。場合によっては、色及び色温度対角度に対するより良好な制御が、すべての蛍光体を単一レンズに混入するわけではないことで提供される。クリアな外側のレンズは、一般に光抽出を増大させる。
【０１３０】
図４６Ａから４６Ｄは、ＬＥＤダイ及び他のタイプの半導体チップ（例えば一時的な電圧抑制器（ＴＶＳ）又は光検出器）にわたってレンズをモールドすることを例示する。
【０１３１】
図４６Ａは、ＬＥＤ２８２の電力導線間に接続されるＴＶＳチップ２８４及びＬＥＤ２８２を示す、サブマウント２８０の部分を上から見下ろした図である。サブマウント２８０上の金属トレースは、示されていない。例えば静電放電（ＥＳＤ）により電圧サージがあると、ＴＶＳチップ２８４の回路は、ＬＥＤ２８２をバイパスするためにグランドに一時的な電圧を短絡させる。さもなければ、ＬＥＤ２８２は、損傷を受ける。ＴＶＳ回路は、よく知られている。出願人の知識では、従来技術のＴＶＳ回路は、ＬＥＤのために用いられる一部のレンズで封入されていない。図４６Ａに示されるサブマウント２８０は、ＬＥＤ及びＴＶＳダイの多くの組合せがマウントされるウェーハの一部である。サブマウント・ウェーハは、ＬＥＤ／ＴＶＳ対を単一化するために、後でのこ引きされるだろう。
【０１３２】
図４６Ｂは、サブマウント２８０の側面図である。図４３Ｂ及び他の図に示されるものと類似のモールドは、蛍光体粒子を含む液体シリコーンで満たされるくぼみを持つ。サブマウント・ウェーハ及びモールドが接合されるので、各ＬＥＤ／ＴＶＳの対が単一のくぼみのシリコーン内にあり、当該シリコーンは硬化される。サブマウント・ウェーハはモールドから分離され、図４６Ｃの構造体と結果としてなる。モールドされた蛍光体レンズ２８６は、両方のチップを封入する。使用される蛍光体のタイプ、蛍光体の密度及びレンズ２８６の形状は、所望の色温度特性により決定される。一つの実施例において、レンズ２８６の蛍光体は、青色ＬＥＤ２８２によって付勢されるとき、暖かい白色光を発生させるための赤い蛍光体及びＹＡＧの混合物である。
【０１３３】
図４６Ｄに示すように、２回目のオーバーモールドプロセスは、以前示されたプロセスと同様に、モールドされた蛍光体レンズ２８６にわたってクリアなシリコーン・レンズ２８８を形成するため実行される。他の実施例と同様に、内側のレンズ２８６は、外側のレンズ２８８より好ましくは柔らかい。外側のレンズ２８８は、実質的に何れかの放射パターンを達成するために光の所望の屈折を供給するように形づくられ、更に完全にチップを封入する。ＴＶＳチップ２８４にわたる外側のレンズ２８８の部分は、ＬＥＤの光放射パターンに対するほとんど効果を持たない。実際の実施例において、２つのチップの厚みは、図４６Ｄに示されるものより、外側のレンズの高さとの関係では、典型的に非常に小さい。例えば、ＬＥＤ２８２の厚みは１２０ミクロン（その成長基板を除去して）であり、モールドされた蛍光体レンズ２８６はＬＥＤにわたって１００ミクロンの厚さを持ち、外側のレンズ２８８はモールドされた蛍光体レンズ２８６にわたって１０００ミクロンの厚さを持つ。
【０１３４】
モールドされた蛍光体レンズ２８６のフットプリントは、半球状の外側のレンズのフットプリントのように丸くされる必要はない。蛍光体レンズ２８６のフットプリントは、ちょうどＬＥＤ及びＴＶＳの対をカバーするために直線的である。
【０１３５】
すべての実施例のように、外側のレンズは、何らかの色温度（例えば暖かい白）を達成するために、一つ以上の蛍光体タイプを含んでもよい。
【０１３６】
外側のシリコーン・レンズが内側シリコーン・レンズにわたって単にモールドされるにもかかわらず、内側のレンズの中間のプラズマ処理が２つのレンズの間の接着力を増大させるということがわかった。プラズマ処理は、わずかにレンズをエッチングして、粗くする。内側のレンズに数分（例えば、２―１５分）間の２００ワットのプラズマ・パワーをかけることは、２つのシリコーン・レンズの間の接着力がモールド分離フィルムとの外側のレンズの粘着力より大きいことを確実にするのに十分である。プラズマ・パワーは、ほぼ２００―６００ワットである。プラズマ・ガスは何らかの適切な不活性ガス（例えばアルゴン）であり、プロセスはプラズマをつくることができる何らかの適切な室において実行される。図４６Ｃは、任意のプラズマ２８９のステップを示す。前記プラズマ・ステップは、２つ以上のオーバーモールドされたレンズが形成される何れかの実施例において実行される。外側のレンズとしてクリアなシリコーン・レンズを供給することは、蛍光体がロードされたシリコーンの屈折率より低いその屈折率のため、２４％光出力を増加させることを示した。
【０１３７】
図４６Ａ〜４６Ｄにおいて、ＬＥＤは青、シアン、緑等のような色でよく、複数のＬＥＤは非ＬＥＤチップでオーバーモールドされてもよい。
【０１３８】
図４７Ａから４７Ｃは、異なる色の複数のＬＥＤにわたって単一のレンズをモールドするステップを例示する。図４７Ａは、赤色ＬＥＤ２９２、緑色ＬＥＤ２９３及び青色ＬＥＤ２９４を含むサブマウント２９０の一部を上から見下ろした図である。金属トレースは、示されていない。サブマウント・ウェーハは、各グループがＲＧＢ  ＬＥＤの相対的な輝度レベルに依存して所望の色温度を持つ白色光を作る、多くのグループを含む。
【０１３９】
各色の配置、色及び比率は、制限されない。例えば、ＬＥＤのグループは、白いＬＥＤを含むこともできるか、グループはそれ自身によって、若しくは一つ以上の緑及び青のＬＥＤとともに２―３の赤いＬＥＤを含むか、又は、グループは２つの白いＬＥＤに琥珀のＬＥＤをプラスしたものである。
【０１４０】
図４７Ｂにおいて、モールド２９６は、サブマウント・ウェーハ上のＲＧＢ  ＬＥＤの各グループにわたって単一レンズを形成するように液体シリコーン２９８で満たされるくぼみ２９７を持つ。サブマウント２９０はモールド２９６に対して固定され、前記シリコーンが硬化される。
【０１４１】
図４７Ｃにおいて、サブマウント・ウェーハとモールド２９６とは、ＬＥＤのグループにわたるモールドレンズ３００を形成するために分離される。一つの実施例において、レンズ３００は、一つ以上の蛍光体を含む。サブマウント・ウェーハは、その後単一化されるか、又はサブマウント・ウェーハ全体が、ＬＥＤディスプレイユニットを形成する。何れの数及び色のＬＥＤも、単一のオーバーモールドされたレンズによって封入されてもよい。
【０１４２】
図４８Ａから４８Ｃは、ＬＥＤ上のレンズをオーバーモールドし、次にコリメータレンズをオーバーモールドされたレンズの平坦部分に付着するステップを示す。
【０１４３】
図４８Ａにおいて、サブマウント・ウェーハ３１０は、ＬＥＤ３１２のアレイをマウントした。各ＬＥＤダイの底部電極は、金のボール３１４を使用して、サブマウント上の金属コンタクト・パッドに、超音波で接着される。他の結合技術が、用いられることもできる。サブマウント・ウェーハ３１０はモールドに固定され、各ＬＥＤは前に液体シリコーンで満たされたモールドくぼみ内にある。前記くぼみは、図４８Ａに示されるモールドされたシリコーン・レンズ３１６の形状にある。前記シリコーンは、続いて硬化される。サブマウント・ウェーハ３１０は、モールドから分離される。各モールドレンズ３１６は、ＬＥＤを封入して、平坦な一番上の部分を持つ。
【０１４４】
予備モールドされたフレネルレンズ３１８は、シリコーン接着剤３１９（エポキシ）、又は、他の手段によってモールドレンズ３１６の前記平坦な部分に付着される。フレネルレンズ３１８は、光を平行にする非常に微細な特徴を持つ。フレネルレンズがモールド内のパターンによってモールドレンズ３１６に直接形成されることができない理由は、分離フィルム（それは、モールドの上に５０ミクロン層を形成する）が、モールド内の斯様な微細なパターンに輪郭を描くことができないということである。前記モールドが非粘着性物質の中で形成され、リリース層が必要でない場合、フレネルレンズはレンズに直接モールドされる。別々のフレネルレンズ３１８は、軟化されたプラスチック材料を打ち抜くか又は他の手段を使用することによって形成される。一つの実施例において、フレネルレンズ３１８は、円形のフットプリントを持つ。
【０１４５】
モールドレンズ３１６の壁部分３２０は、各フレネルレンズ３１８を囲んで、ほぼ、フレネルレンズ３１８と同じ高さにある。この壁部分３２０は、フレネルレンズ３１８のサイドから放射される何れの光も上方へ反射する角度あるサイドを持つ。加えて、壁部分３２０は、フレネルレンズ３１８がぶつけられることから保護する。モールドレンズに壁部分を供給することは任意であり、モールドレンズは他のレンズを上部で支える何れかの形状でありえる。
【０１４６】
サブマウント・ウェーハ３１０は、コリメートされた光源を単一化するため、のこ線３２２に沿ってのこ引きされる。一つの実施例において、図４８Ａ―Ｃの光源が、図１６の携帯電話カメラのためのミニチュア・フラッシュとして使われる。他のタイプのコリメータレンズが、用いられてもよい。
【０１４７】
図４８Ｂに示すように、モールドレンズも、蛍光体を含んでもよい。図４８Ｂにおいて、ＬＥＤは青色光を放射し、レンズ３３０をモールドするとき、異なるタイプの蛍光体３２６、３２８は液体シリコーンに分散される。一つの実施例において、蛍光体は、白色光を発生させるため、青色光に少なくとも赤及び緑色成分を供給する。一つの実施例において、蛍光体は、暖かい白色光のための赤い蛍光体とＹＡＧ蛍光体とを含む。
【０１４８】
図４８Ｃは、青色ＬＥＤ３１２が蛍光体３３４（例えばＹＡＧ）で整合的に被覆されている実施例を例示する。前記被覆は、電気泳動を使用してなされる。モールドされたシリコーン・レンズ３３６は、暖かい白色光を生じるために、赤い蛍光体３３８を含む。  
【０１４９】
図４９Ａ及び４９Ｂは、ＡｌＩｎＧａＮ  ＬＥＤダイの下で空隙を充填するためにシリコーン・ゲル・アンダーフィルの使用を例示し、ここで、前記ＬＥＤは堅い外側のレンズによって封入される。図４９Ａにおいて、ＬＥＤ３４０は、その成長基板（例えば、サファイヤ）が上方へ向いて、サブマウント３４２にマウントされるので、ＬＥＤ３４０上の金属コンタクト３４４がサブマウント３４２上の金属トレース３４６に接着される。前記金属トレースは、サブマウント３４２の底部上のワイヤ・ボンド・パッド又は表面実装パッドに、ここを終端として接続する。アンダーフィル材料３４８（例えばシリコーン・ゲル）が、ＬＥＤ３４０とサブマウント３４２との間につくられる空隙を充填するために、ＬＥＤ３４０の下に注入される。ゲルは、続いて硬化される。硬化されたゲルは、比較的柔らかいままである。
【０１５０】
エキシマレーザ光線は透明な成長基板に印加され、ＧａＮ  ＬＥＤ面を暖めて、ガリウム及び窒素ガスをつくるために表面でＧａＮを分離する。窒素はサファイア基板をＧａＮ  ＬＥＤから持ち上げるために膨張し、前記サファイア基板は除去される。相当な下方への圧力がこのプロセスの間つくられ、アンダーフィル３４８はＬＥＤの破損を防止するために機械的に薄いＬＥＤ層を支持する。アンダーフィル３４８も、ＬＥＤの動作の間、ＬＥＤからサブマウントまで熱を伝導するのを助ける。
【０１５１】
クリアであるか蛍光体がロードされた、堅いシリコーン・レンズ３５０は、ここに記載されている技術を使用して、ＬＥＤにわたってモールドされる。アンダーフィル３４８は、モールド内の液体の外側のレンズ材料が空所に入るのを防止する。これは、動作中ＬＥＤに対する熱応力を低減し、さもなければ、サブマウントからＬＥＤが離昇することになる。前記アンダーフィルは、光学特性について懸念なく、その機能を実行するために最適化されることができる。
【０１５２】
図４９Ｂは、サファイヤ成長基板３５４がＬＥＤ層上に残される実施例を例示する。ＬＥＤが加熱されて、動作の間、冷却するとき、アンダーフィル３５６は、すべての空所が満たされることを確実にし、ＬＥＤ／基板と堅い外側のモールドレンズ３５８との間の圧力を低減するためにＬＥＤ３４０及び基板３５４の側面に沿って堆積される。更に、アンダーフィルが透明でない場合、側面に沿った前記アンダーフィルはサイド放射を妨害し、これは、蛍光物質層が基板の一番上にある場合、有利である。すべての実施例のように、外側のレンズは、蛍光体がロードされてもよい。
【０１５３】
本願明細書において記載されているすべての実施例において、アンダーフィル・シリコーン・ゲルが、使用されてもよい。更に、紫外線を放射するＬＥＤが本願明細書において記載される青色ＬＥＤの代わりに用いられてもよく、青い蛍光体がモールドレンズにおいて分散されてもよい。
【０１５４】
本発明の具体例が図と共に記載されると共に、改変と変更態様がそのより広い態様の本発明を逸脱しない範囲でなされることは当業者にとって明らかであり、従って、添付の請求の範囲は、すべてそれらの範囲の中で本発明の真の精神及び範囲の内にあるような改変と変更態様とを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４１Ｄ】
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【図４１Ｅ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４２Ｄ】
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【図４２Ｅ】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４３Ｃ】
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【図４３Ｄ】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【図４６Ｄ】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４８Ｃ】
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【図４９Ａ】
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【図４９Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年2月16日(2010.2.16)
【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】
青い光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）をサブマウント上に供給するステップと、黄色の光を放射するＹＡＧ蛍光体を含む実質的に平坦な事前形成された蛍光体プレートを付着するステップと、中間レンズに対応するくぼみを持つモールドを供給するステップと、前記蛍光体プレートを通って漏れる青い光により励起されるとき少なくとも赤い光を生成する蛍光体を含む液体レンズ材料で前記くぼみを充填するステップと、充填する前記ステップの後、少なくとも前記蛍光体プレート及び前記ＬＥＤの一部を前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬けるステップと、前記蛍光体プレート及びＬＥＤにわたって蛍光体がロードされたレンズを形成するために前記液体レンズ材料を硬化するステップとを有し、前記蛍光体プレートを通って漏れる前記ＬＥＤからの青い光と黄色の光との組み合わせが白い光を作る、ＬＥＤ構造体を形成するための方法。
【請求項２】
前記液体レンズ材料が、前記ＬＥＤ及び前記蛍光体プレートを封入する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
モールドくぼみ内の液体レンズ材料に前記蛍光体層がロードされたレンズ及び前記ＬＥＤを漬けることによって、前記蛍光体層がロードされたレンズ及び前記ＬＥＤにわたってクリアなレンズをモールドし、その後前記液体レンズ材料を硬化するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＥＤに付着された前記蛍光体プレートを持つ前記ＬＥＤの色温度対視野角を決定し、その後前記色温度対視野角の均一性を増大するために前記モールドくぼみを形作るステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＥＤ、前記蛍光体プレート及び前記蛍光体がロードされたレンズからの光の組み合わせが白色光を作る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＬＥＤは複数の同質のＬＥＤと並んでサブマウントにマウントされている請求項１に記載の方法であって、少なくとも前記蛍光体プレートを前記モールド内の前記液体レンズ材料に漬ける前記ステップは、前記サブマウントの全てのＬＥＤがモールドのくぼみ内の前記液体レンズ材料に同時に漬けられるステップを有する、方法。
【請求項７】
青い光を放射するサブマウント上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤに付着された黄色の光を放射するＹＡＧ蛍光体を含む実質的に平坦な事前形成された蛍光体プレートと、前記蛍光体プレートを通って漏れる青い光により励起されるとき少なくとも赤い光を生成するＬＥＤ及び前記蛍光体プレートにわたってモールドされた蛍光体がロードされたレンズと、前記ＬＥＤ及び蛍光体がロードされたレンズにわたってモールドされた、蛍光体を含まないクリアなレンズとを有し、前記蛍光体プレートを通って漏れる前記ＬＥＤからの青い光と黄色の光との組み合わせが白い光を作る、ＬＥＤ構造体。
【請求項８】
前記蛍光体プレートとの組み合わせの前記ＬＥＤは、色温度対視野角の特性を持ち、前記蛍光体がロードされたレンズが前記色温度対視野角の均一性を増大させるように形状される、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記ＬＥＤ、前記蛍光体プレート及び前記蛍光体がロードされたレンズからの光の組み合わせが白色光を作る、請求項７に記載の構造体。
【国際調査報告】
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