(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法を提供すること。【解決手段】複数のＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法は、複数の開口を有するテンプレートを接着テープ上に配置するステップと、テンプレートの複数の開口のうちの１つの中に複数のＬＥＤダイをそれぞれ配置するステップとを含む。また、この方法は、テンプレートおよび複数のＬＥＤダイを覆うようにステンシルを配置するステップを含む。ステンシルは、それぞれのＬＥＤダイの上部表面を露出させるように構成された複数の開口を有する。次に、それぞれのＬＥＤダイの上部露出表面上に蛍光体含有材料が配置される。この方法は、ステンシルおよびテンプレートを除去するステップをさらに含む。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法であって、この方法は、
複数の開口を有するテンプレートを接着テープ上に配置するステップと、
前記テンプレートの前記複数の開口のうちの１つの中に複数のＬＥＤダイをそれぞれ配置するステップと、
それぞれの前記ＬＥＤダイの上部表面を露出させるように構成された複数の開口を有するステンシルを、前記テンプレートおよび前記複数のＬＥＤダイを覆うように配置するステップと、
それぞれの前記ＬＥＤダイの前記上部露出表面上に蛍光体含有材料を堆積させるステップと、
前記ステンシルを除去するステップと、
前記テンプレートを除去するステップとから構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接着テープはガラス板上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接着テープは熱リリース・テープである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接着テープはＵＶリリース・テープである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記テンプレート内の前記開口の面積は、前記ＬＥＤダイの寸法にほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記テンプレート内の前記開口の厚さは、前記ＬＥＤダイの厚さに実質上等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステンシルは、前記ＬＥＤダイ上のボンド・パッド領域を覆うように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステンシル内のそれぞれの前記開口内に前記蛍光体含有材料を堆積させるステップは、
前記ステンシルおよび前記ＬＥＤダイ上に前記蛍光体含有材料を堆積させることと、
前記ステンシルの前記上部表面および前記ステンシルの前記上部表面より上へ突出する前記ＬＥＤダイの前記上部表面から前記蛍光体含有材料を除去することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ステンシル内の前記開口の深さは、前記蛍光体含有材料の所望の厚さに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステンシルはテフロンで被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
接着テープに取り付けられた複数の別個のＬＥＤダイを備え、前記ＬＥＤダイがそれぞれ蛍光体含有材料層を有する構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＰＨＯＳＰＨＯＲ  ＯＮ  ＤＩＥ  ＴＯＰ  ＢＹ  ＳＴＥＮＣＩＬ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ」と題する米国特許出願第１３／３３８，９１０２号の優先権を主張し、また本出願の「ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＰＨＯＳＰＨＯＲ  ＯＮ  ＤＩＥ  ＴＯＰ  ＵＳＩＮＧ  ＤＲＹ  ＦＩＬＭ  ＰＨＯＴＯＲＥＳＩＳＴ」と題する米国特許出願第１３／３３８，９３６号に開示された発明と関連する発明である。
【０００２】
本発明は、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、詳細には、光色選択のためのＬＥＤダイ上への蛍光体含有材料の堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
白熱電球は光より熱を発するため、世界ではより効率的な人工の光源が求められている。ＬＥＤは有望な技術であり、交通信号および懐中電灯などの特有の目的ですでに広く導入されている。着色光の場合、所望の出力光色を得るために、ＬＥＤチップと波長変換材料が組み合わされることが多い。たとえば、白色光を発するには、黄色の蛍光体と青色ＬＥＤが組み合わされることが多い。しかし、一般的な照明用のＬＥＤベースのランプの開発は、様々な困難に行き当たっている。中でも、一貫した光色を提供する蛍光体を有するＬＥＤ発光体を大量生産することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第１３／３３８，９１０２号
【特許文献２】米国特許出願第１３／３３８，９３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＬＥＤ発光体は、カップ内に蛍光体含有材料を有する凹状またはカップ構造内にＬＥＤダイを含むことが多い。場合によっては、蛍光体含有材料は、たとえばシリコーン材料によってＬＥＤダイから分離される。これらの従来の方法は、多くの欠点を有する傾向がある。たとえば、従来の方法は、大量の蛍光体を使用することが多く、蛍光体およびシリコーン材料の冷却が貧弱になることがある。その結果、発光体では包装の信頼性が低くなり、光色の角分布が不均一になる可能性がある。ＬＥＤ製造に対する既存の工程を考えると、一貫した色温度を有する白色ＬＥＤを大量生産することは難題であることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、ＬＥＤダイの上部に制御された量の蛍光体含有材料を配置する方法に関する。いくつかの実施形態では、テンプレートの開口内に複数のＬＥＤダイが配置される。たとえば印刷によって、適した粘性の蛍光体含有材料が塗布され、次いでテンプレートをガイドとして使用して余分な材料が除去される。開口の寸法は、蛍光体含有材料をＬＥＤダイの上部露出表面のみに制限し、またテンプレートの高さは、蛍光体含有材料の厚さを制御するのに役立つ。ダイのうち蛍光体含有材料を望まない領域をマスクするために、ステンシルを使用することができる。
【０００７】
本明細書に記載の方法では、従来の技法に比べて多くの利点を実現することができる。これらの方法では従来の機器および工程を使用しており、費用効果の高い大量生産に適している。蛍光体はＬＥＤダイの上部表面のみに配置されるため、蛍光体の使用は低減される。蛍光体材料内で生成される熱は、ＬＥＤダイを通じて放散することができ、より良好な冷却により蛍光体およびシリコーン材料の温度を低減させ、より信頼性が高いパッケージを得ることができる。対照的に、ダイ上部に蛍光体を配置する従来の方法は、シリンジを使用して蛍光体材料の液滴を配置することを伴う。この方法の１つの欠点は、液体混合物が沈降する傾向があり、色ずれをもたらす可能性があることである。本発明による方法では、蛍光体含有材料の混合物を所望の粘性で形成してから、テンプレートに塗布する。
【０００８】
一実施形態によれば、複数のＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法は、複数の開口を有するテンプレートを接着テープ上に配置するステップと、テンプレートの複数の開口のうちの１つの中に複数のＬＥＤダイをそれぞれ配置するステップとを含む。この方法はまた、テンプレートおよび複数のＬＥＤダイを覆うようにステンシルを配置するステップを含む。ステンシルは、それぞれのＬＥＤダイの上部表面を露出させるように構成された複数の開口を有するが、パッドなどを接合するための表面領域は遮蔽することができる。次に、それぞれのＬＥＤダイの上部露出表面上に蛍光体含有材料が配置される。この方法は、ステンシルおよびテンプレートを除去するステップをさらに含む。
【０００９】
上記の方法の特有の実施形態では、接着テープはガラス板上に配置される。接着テープは、熱リリース・テープまたはＵＶリリース・テープとすることができる。いくつかの実施形態では、テンプレート内の開口の面積は、ＬＥＤダイの寸法にほぼ等しい。テンプレート内の開口の厚さは、ＬＥＤダイの厚さに実質上等しい。いくつかの実施形態では、ステンシルは、ＬＥＤダイ上のボンド・パッド領域を覆うように構成される。いくつかの実施形態では、この方法は、ステンシルおよびＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料を堆積させるステップと、ステンシルの上部表面およびステンシルの上部表面より上へ突出するＬＥＤダイの上部表面から蛍光体含有材料を除去するステップとを含む。一実施形態では、ステンシル内の開口の深さは、蛍光体含有材料の所望の厚さに等しい。蛍光体の堆積後にステンシルの除去を可能にするために、ステンシルは、テフロン（登録商標）で被覆することができる。
【００１０】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、以下の本明細書の残り部分の詳細な説明および添付の図面を参照することによって得ることができる。
【００１１】
図１乃至図９は、本発明の一実施形態による蛍光体堆積方法を実施する方法を示す横断面図である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による蛍光体堆積方法を実施する基板を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による蛍光体堆積方法を実施する格子テンプレートを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による蛍光体堆積方法を実施する格子テンプレートを示す図である。
【図４】テンプレートの格子開口内へＬＥＤチップを配置する工程を示す図である。
【図５】テンプレートおよびＬＥＤチップを覆うように配置されたステンシルを示す図である。
【図６】ステンシルを覆うように堆積させた蛍光体含有混合物を示す図である。
【図７】ガラス板と、ガラス板を覆うテンプレートと、テンプレート内の開口内に配置されたＬＥＤチップと、ステンシルとを含み、蛍光体含有混合物がステンシル内の開口を充填してＬＥＤチップの上部露出表面を覆う中間構造を硬化させることを示す図である。
【図８】ステンシルが除去された状態で図７の構造を示す図である。
【図９】接着テープに取り付けられた複数の別個のＬＥＤダイを含み、それぞれのＬＥＤダイが蛍光体含有材料層を有する構造を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による複数のＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法を要約する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明では、上記に挙げた一連の図面を参照する。これらの図は単なる一例であり、本明細書の特許請求の範囲の範囲を過度に限定するものではない。図示および記載の様々な態様に関連して、他の変更形態、修正形態、および代替形態が当業者には理解されるであろう。
【００１４】
図１は、蛍光体堆積方法を実施する基板の上面図および横断面図を示す。接着テープ１１０がガラス板１２０上に配置される。一実施形態では、テープは片面接着テープとすることができ、ポリエステル製の熱リリースまたはＵＶリリース・テープとすることができる。たとえば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐ．から市販のテープを使用することができる。テープ１１０はガラス基板を覆うように引き延ばされ、ダブルリング・クリップで定位置に保持される。図１では、板１２０を円形のガラス板として示すが、別の適した形状の絶縁性の固体から作られた板を使用することもできる。図１に示すように、テープ１１０は、ダブルリング・クリップ１２２によってガラス基板１２０に固定される。
【００１５】
次に図２に示すように、テープ１１０の上部接着側に格子テンプレート１３０が配置される。図２の例では、格子テンプレートは、６×６のアレイ状で構成された開口を含む。しかし、適用分野に応じて、格子テンプレートは他の格子パターン、たとえば３０×３０を有することができる。いくつかの実施形態では、格子テンプレートは、正方形の開口を有する金属板である。開口はＬＥＤチップの寸法よりわずかに大きく、また板の厚さはチップの厚さと同じである。テンプレート１３０の特有の例を図３に示すが、寸法０．９ｍｍ×０．９ｍｍのＬＥＤチップに対する開口１３２の寸法は０．９５ｍｍ×０．９５ｍｍである。この例では、開口間の間隔は０．５ｍｍであり、板の厚さは０．１７ｍｍである。当然ながら、これら寸法の変更は自由である。
【００１６】
図４では、格子開口内へ個々のＬＥＤチップ１４０が配置される。たとえば、ピックアンドプレース式の工具を使用し、格子を基準として使用して格子開口内へ個々のＬＥＤチップを配置することができる。
【００１７】
図５では、テンプレートおよびテンプレートの開口内のＬＥＤチップを覆うように、ステンシル１５０が配置される。ＬＥＤチップを覆うステンシル開口のパターンを１５２として示しており、このパターンは、ボンド・パッド位置１４４を除くＬＥＤチップ１４０の上部領域を露出させる。後述するように、ＬＥＤチップの上部表面の露出領域は、蛍光体被覆を受け取ることができる状態である。この例では、ステンシル１５０は、金属または絶縁材料から作ることができ、テフロンで被覆される。ステンシル１５０内の開口は、テープ上のチップ位置に対応する。この開口は、チップの寸法よりわずかに小さい。板の厚さは約２ミル（蛍光体層の厚さ）である。ステンシルを使用して蛍光体／シリコーンを印刷する前に、ステンシルを粘着防止溶液、たとえばＬＳ−２２３３で被覆することができる。
【００１８】
図６では、ステンシルを覆うように蛍光体含有混合物１６０が堆積される。たとえば、混合物は、適正な粘性および揺変性を実現するために、シリコーン（たとえば、Ｋｅｒ２５００）と、蛍光体（たとえば、黄色および赤色の蛍光体）と、希釈溶液（たとえば、ＫＦ−９９４、シクロテトラシロキサン）とを混合することによって準備することができる。ここで、混合物は、従来の液体分注方法で使用される混合物より高い粘性を有することができる。したがって、沈降によって生じる蛍光体混合物の変化を低減させることができる。蛍光体混合物を塗布した後、脱気手順を使用して気泡を除去することができる。次いで混合物をステンシルの上で転がして印刷する。印刷後、余分なシリコーン／蛍光体／希釈剤の混合物がステンシルから除去される。ステンシルの厚さにより、ダイ上部の蛍光体混合物の厚さを制御することができる。
【００１９】
図７は、ガラス板１２０と、ガラス板を覆うテンプレート１３０と、テンプレート内の開口内に配置されたＬＥＤチップ１４０と、ステンシル１５０とを含み、蛍光体含有混合物１６０がステンシル１５０内の開口を充填してＬＥＤチップの上部露出表面を覆う中間構造を示す。この中間構造を、熱板を覆うように配置して、２分間にわたって１２０〜１５０℃でシリコーンを硬化させる。硬化中、ステンシルは、シリコーンが流れてワイア・ボンド・パッドを覆わないように、シリコーン／蛍光体／希釈剤の混合物が乾燥するまで印刷位置で維持される。
【００２０】
図８では、ステンシルが除去される。ステンシルはテフロンおよび粘着防止材料で被覆されているため、乾燥したシリコーン／蛍光体を一緒に取り去ることなく、ステンシルを除去することができる。図９では、テンプレートが除去される。ステンシルの下で熱リリース・テープが使用される場合、ステンシルは、１７０℃でガラス板を加熱した後に除去することができる。ＵＶリリース・テープの場合、構造は裏側からＵＶに露出される。図９に示すように、このとき個々のＬＥＤダイはそれぞれ、蛍光体含有混合物層で覆われている。
【００２１】
図９に示す構造は、接着テープ１１０に取り付けられた複数の別個のＬＥＤダイ１４０を含み、ＬＥＤダイはそれぞれ、ダイ上部に蛍光体含有材料層１６０を有する。このとき、たとえばピックアンドプレース式の工具を使用して、標準的な組立て工程を使用し、蛍光体で被覆されたＬＥＤダイを発光体パッケージ内に設置することができる。
【００２２】
図１０は、本発明の一実施形態による複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ダイ上に蛍光体含有材料層を堆積させる方法を要約する流れ図である。図１０に示すように、この方法は、
−  複数の開口を有するテンプレートを接着テープ上に配置する工程と、
−  テンプレートの複数の開口のうちの１つの中に複数のＬＥＤダイをそれぞれ配置する工程と、
−  それぞれのＬＥＤダイの上部表面を露出させるように構成された複数の開口を有するステンシルを、テンプレートおよび複数のＬＥＤダイを覆うように配置する工程と、
−  それぞれのＬＥＤダイの上部露出表面上に蛍光体含有材料を堆積させる工程と、
−  ステンシルを除去する工程と、
−  テンプレートを除去する工程と
を含む。この方法の一例は、図１乃至図９に関連して上述した。
【００２３】
この方法では、それぞれのＬＥＤダイの上部表面上に蛍光体含有材料を堆積させる工程は、
−  ステンシルおよびＬＥＤダイ上に蛍光体含有材料を堆積させることと、
−  ステンシルの上部表面およびテンプレートの上部表面より上へ突出するＬＥＤダイの上部表面から蛍光体含有材料を除去することとを含む。
【００２４】
本発明の別の実施形態によれば、上記の方法におけるテンプレートとステンシルを組み合わせて１つのテンプレートにすることができる。
【００２５】
上述した方法は、単色のマルチダイ発光体に対するダイの取付けおよびワイア接合ステップ前に蛍光体を堆積させるのに適している。いくつかの実施形態では、蛍光体を印刷した後、各ダイの光色が試験される。反対色（すべてのダイの平均色に対して）の２つ以上のダイを選択し、マルチダイ・パッケージ内に取り付けることができる。
【００２６】
本発明について、特有の実施形態に関して記載したが、本発明は以下の特許請求の範囲の範囲内のすべての修正形態および均等物を包含することが理解されるであろう。
【符号の説明】
【００２７】
１１０  接着テープ
１２０  ガラス板、ガラス基板
１２２  ダブルリング・クリップ
１３０  格子テンプレート
１３２  開口
１４０  ＬＥＤチップ、ＬＥＤダイ
１４４  ボンド・パッド位置
１５０  ステンシル
１５２  パターン
１６０  蛍光体含有混合物、蛍光体含有材料層
【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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