(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光半導体構造を実質的に均一な厚さの層として形成される蛍光体により被覆する方法であって、
導電性領域を有するサブマウントを設け、
発光半導体構造を前記導電性領域に電気的に結合し、
第１のバイアス電圧を溶液内の帯電した蛍光体粒子に印加し、
第２のバイアス電圧を前記導電性領域に印加し、前記発光半導体構造の少なくとも一つの表面上に前記蛍光体粒子を実質的に均一な厚さの層として被覆する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記発光半導体構造が、導電性の基板を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蛍光体粒子が前記溶液から前記導電性領域へ障害なく進むことができるように、該溶液を配置させることを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
導電性領域及び前記発光半導体構造を前記溶液内に浸すことを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記導電性領域の形成が、
隙間によって分離された、絶縁材料からなる第１の層のストリップを前記サブマウント上に付着させ、
前記絶縁材料からなる第１の層及び前記隙間の上に、窓によって分離される導電性の負極層及び導電性の正極層を形成し、
前記窓、前記導電性の負極層、及び前記導電性の正極層を絶縁材料からなる第２の層で被覆し、電気接続のために前記負極層及び前記正極層の被覆されていない部分を残し、
前記被覆されていない部分を非導電性の材料で覆う、
ことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記結合することが、
前記負極層及び前記正極層上に導電性の接続手段を形成し、
前記発光半導体構造を前記導電性の接続手段に結合させる、
ことを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
絶縁材料からなる前記第１の層及び前記第２の層が、ＡｌnＯm、ＳｉＯx、ポリイミド、及びポリメタクリル酸メチルの少なくとも一つを含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性の材料が、フォトレジストを含む請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記蛍光体粒子が、硫化ストロンチウム化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記蛍光体粒子が、ガドリニウム、セリウム、及びプラセオジムの少なくとも一つがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記蛍光体粒子が、ストロンチウム・チオガレート化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記蛍光体粒子が、有機発光性色素を含むポリマーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記蛍光体粒子が、前記発光半導体構造により放出される光によって活性化され、混ざり合って人間の眼に白く見える波長の光を生成するためのものである請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性領域への前記蛍光体粒子の粘着を固定するために、前記溶液が少なくとも１．４の屈折率を有する透明の結合材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶液が前記蛍光体粒子を帯電させる帯電剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記導電性領域上に付着された前記蛍光体粒子のマトリクス内に、該蛍光体粒子の前記導電性領域への粘着を助け、少なくとも１．４の屈折率を有する透明の結合材料を注入することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記発光半導体構造が、
非導電性の基板と、透明の導電性材料からなる層と、
を含み、
前記導電性材料が、
テープ上にウェーハをマウントし、
前記ウェーハを複数の発光半導体構造に切断し、
隣接する発光半導体構造間に隙間を生成して、前記各々の発光半導体構造を隣接する発光半導体構造から分離させ、
前記導電性材料を前記複数の発光半導体構造の上に付着させる、
ことを含む方法によって付着される請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記導電性材料からなる層の導電性が、前記蛍光体粒子の導電性と前記発光半導体構造の導電性の間である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記導電性材料が、酸化アンチモン・スズを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記層の厚さが、およそ５０ｎｍである請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
導電性材料からなる層を前記発光半導体構造の表面上及び前記サブマウント上に付着させ、
非導電性材料で被覆することにより、前記導電層の一部分上への蛍光体の付着を防ぐ、
ことを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記付着させることが、酸化アンチモン・スズを含む溶液で前記発光半導体構造の表面を濡らすことを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
発光半導体構造を実質的に均一な層として形成される蛍光体により被覆する方法であって、
第１のバイアス電圧に接続された正極及び負極を有する発光半導体構造を設け、
帯電した蛍光体の溶液に第２のバイアス電圧を印加し、
前記発光半導体構造を前記溶液内に浸し、前記発光半導体構造を実質的に均一な厚さの層として形成される前記蛍光体粒子により被覆する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記蛍光体で被覆される前記発光半導体構造の少なくとも一つの表面上に、導電性材料からなる層を形成することを更に含む請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本出願は、本出願と同日に出願され、引用によりここに組み入れらた、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｄａｖｉｄ  ＣｏｌｌｉｎｓIII他による「蛍光変換発光デバイス」という名称の米国特許出願連続番号第ＸＸＸ号（代理人整理番号Ｍ−１１５０７ＵＳ）に関連する。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に発光デバイスに関し、より具体的には、蛍光体で被覆された発光半導体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、入ってくる電気エネルギー流を、出ていく電磁放出流に変換するｐ−ｎ接合デバイスである。ＬＥＤは、電磁スペクトルの紫外線、可視、或いは赤外線領域において電磁放出を放出する。ＬＥＤによって放出された光は、およそ２０から４０ｎｍ幅のスペクトルにわたって分布され、結晶組成のような設計細部によって定められるピーク発光波長を有する。ピーク発光波長のゆえに、単一のＬＥＤｐ−ｎ接合は、可視スペクトルのほぼ全波長範囲のスペクトル分布から構成される白色光を発することができない。
【０００３】
図１は、ＬＥＤ及び蛍光体を含む白色光発光デバイスの例を示す。青色光を発するＬＥＤは、見かけ上白色の光を発する発光デバイスを製造するために、蛍光体（発光性物質）と共に使用される。例えば、米国特許第５，８１３，７５３号及び第５，９９８，９２５号は、青色ＬＥＤが反射性のカップ内に配置され、蛍光体を含む物質に囲まれる発光デバイスを開示している。図１の例示的なデバイスにおいて、ＬＥＤチップ１０が発する青色光の一部分と、青色光の部分的吸収の結果として蛍光体が発する赤色及び緑色の光が、混ざり合って白色光を生成することができる。
【０００４】
通常、図1に示されるデバイスのような光源により生成された白色光は、色が均一ではない。例えば、生成された白色光は、有色リングで囲まれたものとなることがある。この非均一性は、ＬＥＤチップ１０を取り囲む蛍光体含有物質の厚さの違いによるものである。この厚さの違いは、空間的に不均一な、青色光の吸収と赤色及び緑色の光の放出を引き起こす。具体的には、蛍光体含有物質が厚い領域は、蛍光体含有物質が薄い領域よりも、より多くの青色光を吸収し、より多くの赤色及び緑色の光を放出する。従って、厚い領域からの光は、黄色く見え、或いは赤みを帯び且つ緑がかった染みを示す傾向があり、薄い領域からの光は、青みを帯びて見える傾向がある。図１に示されるように、経路ｂに放出された光は、経路ａに放出された光よりも、蛍光体を通ってずっと遠くへ進む。光が蛍光体粒子にぶつかると、その光は、吸収されるか、異なる波長で再放出されるか、或いは蛍光体によって散乱されるかのいずれかである。蛍光体を有する層を通って長い距離を進む光は、より吸収、及び再放出されやすい。逆に、蛍光体を有する層を通って短い距離を進む光は、吸収及び再放出されることなく、デバイスから散乱されやすい。その結果、蛍光体を通る短い経路長に対応するデバイスの領域からは、より多くの青色光が放出され、蛍光体を通る長い経路長に対応するデバイスの領域からは、より多くの赤色及び緑色の光すなわち琥珀色の光が放出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２は、白色光の不均一性の問題に対処するための例示的な試みを示す。この特定の試みには、蛍光体含有カプセル材料の集合体をパッケージ内に配置すること、或いは寸法を大きくしたパッケージ内の青色光ＬＥＤの光出口経路に介在するように、蛍光体が装填された光学素子の集合体を配置することが含まれる。例えば、引用によりここに組み入れる、Ｌｏｗｅｒｙに付与された、「蛍光体ＬＥＤデバイスの多重カプセル封入」という名称の米国特許第５，９５９，３１６号は、均一な厚さの蛍光体含有物質を付着させる前に、ＬＥＤ上及びＬＥＤの周りに透明なスペーサを付着させることを提案する。しかしながら、液体又はペースト（液体中で分散された固体）の状態で付着されることが多い蛍光体含有物質の形状及び厚さは、その表面張力のために、制御することが困難になる。さらに、蛍光体層６をＬＥＤチップ１０から分離しなければならない。その結果、発光デバイスの効果的な寸法、すなわちＬＥＤチップと蛍光体層が組み合わされた寸法は、ＬＥＤチップだけの寸法よりかなり大きい。光源から放出された光を制御するために使用される光学部品が、光源の寸法と共に幾何学的に大きくなる場合があるので、Ｌｏｗｅｒｙにより提案された大きな光源の寸法は、実行に際して困難に遭遇する可能性がある。従来方法の実行の問題を伴うことなく、ＬＥＤから均一の白色光を生成する方法が必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、均一な白色光を生成するために、ＬＥＤチップのような発光半導体構造を蛍光体層でコンフォーマルに被覆する方法を提供する。この方法は、発光半導体構造をサブマウントに電気的に結合すること、該サブマウントに第１のバイアス電圧をかけること、及び帯電した蛍光体粒子の溶液に第２のバイアス電圧をかけることを含む。２つの電圧によって生じた電界は、蛍光体粒子を導電性の表面上に付着させる。例えば、サブマウント及び該サブマウントに結合された発光半導体構造を、蛍光体粒子の溶液に浸すことができる。いくつかの実施形態において、溶液はまた、蛍光体粒子を導電性の表面、及び互いにしっかりと粘着するのを助ける結合材料、及び／又は蛍光体粒子を帯電させることを助ける帯電剤も含む。
【０００７】
発光半導体構造が導電性の基板を含むものであれば、全ての面を帯電した蛍光体粒子に接触させる前に、サブマウント面を絶縁層で被覆することによって、蛍光体層の付着を発光デバイスの表面に制限することができる。発光半導体構造が非導電性の層を含む場合には、絶縁層が選択的に付着される前に、蛍光体の付着が所望される表面上に導電層を生成することができる。発光半導体構造がサブマウントに結合された後、導電層を生成することができる。或いは、発光半導体構造の表面上における導電層の生成は、発光半導体構造をサブマウントに結合する前に、発光半導体構造製造工程の一部として完了することができる。導電層を生成し、選択的に絶縁層を付着させた後、サブマウント及び発光半導体構造の表面は、蛍光体粒子の溶液に曝される。
電気泳動付着により、電気的にバイアスがかけられ、蛍光体粒子の溶液に接触された全ての導電性の表面上に均一な厚さの蛍光体層が生成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで用いられる「ＬＥＤチップ」及び「発光半導体構造」は、半導体層のスタックを指し、デバイスを通る電流を発生させるようにバイアスがかけられると光を放出する活性領域、及び該スタックに付着したコンタクトを含む。半導体層が成長する基板が存在する場合には、「ＬＥＤチップ」は該基板を含む。「蛍光体」は、ある波長の光を吸収し、異なる波長の光を放出するあらゆる発光性の物質を指し、「発光デバイス」は、例えば蛍光層のような、放出された光が通る層で被覆されたＬＥＤチップを指す。ここで用いられる「サブマウント」は、ＬＥＤチップのエピタキシアル層が成長される基板ではなく第２の支持基板を指す。サブマウント２８は、ＥＳＤ保護クランプダイオード及びメタライズ層のような集積デバイスを有するミクロ機械加工されたケイ素ウエーハとすることができるが、それに限定されるものではない。
【０００９】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの各々は、本発明による電気泳動蛍光体付着工程を適用することができるＬＥＤチップ１０の例示的な構成を示す。ＬＥＤチップ１０は、基板１４上に形成されたｎ型領域１６を含む。基板１４は、サファイア、無ドープの炭化ケイ素（ＳｉＣ）、無ドープのIII族窒化物、又は無ドープのIII−VI族物質のような非導電性の材料を含むことができる。或いは、基板１４は、ドープされたＳｉＣ、ドープされたIII族窒化物、又はドープされたII−VI族物質のような導電性の材料を含むことができる。活性領域１８が、ｎ型領域１６上に形成され、ｐ型領域２２が活性領域１８上に形成される。ｎ型領域１６、活性領域１８、及びｐ型領域２２は、典型的には、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有する材料の多重層構造であり、ホウ素及びタリウムのようなIII族元素を更に含むことができる。窒素を、燐、ヒ素、アンチモン、又はビスマスに置き換えることもできる。いくつかの実施形態において、ｎ型領域１６、活性領域１８、及びｐ型領域２２を、II−VI族物質から構成することができ、ｐ型領域２２、活性領域１８、及びｎ型領域１６の一部が、エッチングにより除去されて、ｎ型領域１６の一部が露出する。ｐ−コンタクト２０ｂが、ｐ型領域２２上に付着され、ｎ型コンタクト２０が、ｎ型領域１６の露出部分の上に付着される。ＬＥＤチップ１０は、結合手段５２によりサブマウント２８にマウントされる。結合手段５２は、はんだ、金、又はアルミニウムのバンプのような、あらゆる粘着性又は金属のバンプとすることができ、提供された例においては、金属バンプ５２と呼ばれる。ＬＥＤチップ１０は、メタライズ層によって遮られ、又は反射層によって遮られる、サブマウント２８に付着された面を除く全ての表面を通って、光を放出させるようにする。
【００１０】
図３Ａは、本発明の選択的電気泳動付着工程を適用することができる例示的なＬＥＤチップ１０を示す。図３Ａに示されるＬＥＤチップ１０は、少なくとも、基板１４上に成長されるｎ型領域１６、ｐ型領域２２、及び活性領域１８のエピタキシアル層と、該ＬＥＤチップ１０の同じ側に共に配置されるｎ型コンタクト２０ａ及びｐ型コンタクト２０ｂとを有する。電流がｐ型コンタクト２０ｂからｎ型コンタクト２０ａへと流れるエピタキシアル層は、基板１４に付着される。いくつかの実施形態において、基板１４は、サブマウント２８を含む。電流は、導電性のエピタキシアル層を横方向に流れる。光の取出しを増すために、ｐ型コンタクト２０ｂを半透明の材料で形成することができる。
【００１１】
図３Ｂは、本発明の電気泳動付着工程を適用することができる別の構成のＬＥＤチップ１０を示す。図３Ａに示される構成と同様に、ｎ−コンタクト２０ａ及びｐ−コンタクト２０ｂは、ＬＥＤチップ１０の同じ側に配置される。電流は、ｎ型領域１６及びｎ−コンタクト２０ａを通って縦方向に流れる前に、ｐ−コンタクト２０ｂからｐ型領域２２へ横方向に流れる。いくつかの実施形態は、サブマウント２８に近接するＬＥＤチップ１０の表面に付着された反射層２４を含み、ＬＥＤチップ１０からサブマウント２８へ向かって進むフォトンの向きを変える。
【００１２】
図３Ｃは、本発明の選択的電気泳動付着工程を適用することができる異なる構成のＬＥＤチップ１０を示す。図３ＣのＬＥＤチップ１０は、図３Ａ及び図３Ｂの構成とは違って、ＬＥＤチップ１０の半導体層の両側に付着されたコンタクト２０ａ及びｐ−コンタクト２０ｂを有する。電流は、２つのコンタクト間の半導体層を通って縦方向に流れる。図３Ｃの構成の基板１４は、ｎドープされたＳｉＣのような導電性の材料を含む。図３ＣではＬＥＤチップ１０を立方体に示しているが、例えば、引用によりここに組み入れられた、「チップ形成を介する半導体発光デバイスからの光の取出し」という名称の、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｒ．  Ｋｒａｍｅｓ他に付与された米国特許第６，２２９，１６０号において開示された逆角錐体構造のような、すべての形状のＬＥＤチップに、本発明を適用することができる。ＬＥＤチップ１０は、サブマウント２８上にマウントされる。
【００１３】
図４Ａから図４Ｅの各々は、導電性の基板を含むＬＥＤチップ１０をコンフォーマルに被覆する選択的電気泳動の蛍光体付着工程の段階を示す。本発明に適した蛍光体の例には、硫化ストロンチウム化合物、ガドリニウム、セリウム、或いはプラセオジムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット化合物、ストロンチウム・チオガレート化合物、及び、種々の有機発光色素を含有するポリマーのマイクロビードが含まれるが、これらに限定されるものではない。選択的電気泳動付着工程を、サブマウント上のＬＥＤの列、或いは個別のＬＥＤと共に実行することができる。図面を明瞭にするために、図４Ａから図４Ｅは、ウェーハの２つのＬＥＤチップを示しており、各々のＬＥＤチップ１０は、図３Ｂに示される構成を有するものである。
【００１４】
図４Ａは、サブマウント２８が絶縁層６０で被覆される電気泳動付着工程の段階を示す。いくつかの実施形態においては、絶縁層６０は、サブマウント２８の一部とすることができる。Ａｇ又はＡｌの層のようなコンタクト層６２が、絶縁層６０上に付着され、金属バンプ５２が、コンタクト層６２上に形成される。金属バンプ５２は、例えば、金、はんだ、或いはアルミニウムで形成することができる。コンタクト層６２は、金属バンプ５２、及び陽極コンタクトを陰極コンタクトから分離しておくために必要な間隙を除き、サブマウント２８のほぼ全ての表面を覆う。
【００１５】
図４Ｂは、陽極コンタクトと陰極コンタクトの間の隙間、及びコンタクト層６２の一部分の上に、第２の絶縁層６６が付着される段階を示す。第２の絶縁層６６に被覆されていないコンタクト層６２の部分は、コンタクト窓６８を形成する。コンタクト窓６８は、例えば、ワイヤボンディングを使用することによって他の電気デバイスへ相互接続するために用いられる。絶縁層は、透明であってもよい。絶縁層６０及び６６に適した材料の例には、ＡｌnＯm、ＳｉＯx、Ｓｉ3Ｎ4、ポリイミド又はポリメタクリル酸メチルのような有機材料、或いはその組合せが含まれる。
図４Ｃは、従来の方法のいずれかを用いて別々の工程で製造された例示的な列のＬＥＤチップ１０が、金属バンプ５２上に配置され、かつ該金属バンプに結合される段階を示す。放出された光の多くの部分をサブマウント２８に付着された面から離れる方向に向けるように、ＬＥＤチップ１０のｎ−コンタクト２０ａ及びｐ−コンタクト２０ｂを反射構造として製造することができ、より多くの光がＬＥＤチップ１０を回避することが可能になる。ＬＥＤチップ１０をサブマウント２８に固定するために、はんだ付けのような熱的及び電気的に伝導性の付着方法のいずれかを使用することができる。
図４Ｄは、フォトレジスト７０及びマスク（図示せず）がサブマウントに適用される段階を示す。このマスク（図示せず）は、パターン形成されて、全てのＬＥＤチップの表面、及びサブマウントの他の全ての表面を取り除き、フォトレジスト７０の絶縁層に覆われた電気コンタクト窓６８だけを残す。フォトレジスト７０が選択的に取り除かれた後、ＬＥＤチップの表面１０及びＬＥＤチップ１０に接していない金属バンプ５２の一部だけが、サブマウント２８上の電導性の面となる。
【００１６】
図４Ｅは、蛍光体粒子が導電性の面の上に電気泳動で付着される段階を示す。Ｖbiasにより示されるように、異なるバイアスをサブマウント２８及び電極８２にかけることができる。電極８２及び全ての導電性の面は、帯電した蛍光体粒子の溶液８４に浸される。図４Ｅは、電極８２が、溶液８４を保持するコンテナから物理的に分離されるように示しているが、電極８２は、蛍光体粒子を帯電させる全ての手段を含むものであり、コンテナのような別の部品と一体にすることが可能である。溶液８４は、蛍光体粒子に加えて、結合材料及び／又は帯電剤を含むことができる。例示的な溶液８４は、イソプロピルアルコールと水（溶剤として）、帯電剤及び結合剤として窒化アルミニウム、及び蛍光体粒子としてドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット化合物を含むものがある。バイアス電圧によって生成された電界により、蛍光体粒子は溶液８４から矢印８６により示される方向に押し出される。蛍光体を含有する溶液８４は、サブマウント２８上の絶縁層、及びＬＥＤチップ１０と接触するようになるが、蛍光体粒子は、導電性の面の上にのみ付着する。電気コンタクト窓６８がフォトレジスト７０により絶縁されており、サブマウントが第２の絶縁層６６によって絶縁されているので、蛍光体はＬＥＤチップ１０の光射出面を除いては付着されない。付着の後、フォトレジスト層７０は、酸素プラズマ剥離のような従来の方法、又はアセトンのような従来の湿式剥離装置によって剥離され、精密、選択的、及びコンフォーマルに被覆された蛍光体ＬＥＤチップの列を残す。
【００１７】
図５は、本発明の電気泳動蛍光体付着工程のための、非導電性の基板を有するＬＥＤチップ１０を準備する工程３０を示す。工程３０は、電気泳動蛍光体付着工程とは別の、独立した工程である。段階３２の間、ＬＥＤダイスから成るウェーハ３４がテープ３６にマウントされる。ウェーハ３４の複数のチップのどれか一つでも、ＬＥＤチップ１０とすることができる。段階３８において、ウエーハは、個別のＬＥＤチップ１０に切断され、各々のＬＥＤチップは、テープ３６上にまだマウントされている間に隙間４０によって隣接するＬＥＤチップから分離される。隙間４０は十分に大きいので、テープ３６に隣接した面を除いた全てのＬＥＤチップ１０の面の被覆が可能となる。隙間４０をＬＥＤチップ１０の幅の１０分の１より小さくすることができる。段階４２において、テープ３６上のＬＥＤチップの全ての露出面が、酸化アンチモンスズのような低導電性の材料（例えば、Ｒ＜１００Ω−ｃｍ）で被覆される。段階４２は、例えば、酸化アンチモンスズ及び界面活性剤を含む水溶液中にチップを軽く浸すことを含む。低導電性の材料は、乾式導電性フィルム８８（図６Ｃを参照せよ）に変わる。
【００１８】
図６Ａから図６Ｅの各々は、非導電性の基板を含むＬＥＤチップ１０を使用する電気泳動蛍光体付着工程の段階を示す。ＬＥＤチップ１０が導電性の基板を含むか、或いは非導電性の基板を含むかに関わらず、ＬＥＤチップの結合に先立つサブマウントのウェーハ面の準備は、ほぼ同じである。図６Ａは、図４Ａのように、サブマウント２８を絶縁層６０で被覆すること、コンタクト層６２を付着させて陰極及び陽極を生じさせること、及びコンタクト層６２上に金属バンプ５２を形成することを示している。図６Ｂは、図４Ｂのように、陽極コンタクトと陰極コンタクトとの間の隙間、及びコンタクト層６２の一部分の上に第２の絶縁層６６を付着させること、及びコンタクト窓６８を形成することを示している。
【００１９】
図６Ｃは、ＬＥＤチップ１０が、金属バンプ５２上に配置され、かつ該金属バンプ５２に結合された段階を示す。図４Ｃに示される導電性の基板を有するＬＥＤチップと対照的に、図６ＣのＬＥＤチップ１０は、例えば図５に示される工程３０を用いて導電層８８で被覆される。図６ＣのＬＥＤチップ１０は非導電性の基板を含むので、導電層８８を付着させることは、非導電性の基板を有するＬＥＤチップを、電気泳動蛍光体の付着のために、導電性の基板を有するＬＥＤチップに効果的に変換することになる。
図６Ｄは、コンタクト窓６８が絶縁性のフォトレジスト７０で被覆され、電気泳動段階中に蛍光体がコンタクト窓６８上に付着するのを防ぐ段階を示す。絶縁性のフォトレジスト７０は、初めにコンタクト窓６８及び第２の絶縁層６６上に付着される。パターン形成されたマスクを任意に使用し、表面のいくらかの部分からフォトレジストを選択的に除去して、コンタクト窓６８上にだけフォトレジスト７０を残すことができる。或いは、異なるパターンのマスクを使用し、導電層８８を覆うフォトレジストだけを除去して、フォトレジスト７０で覆われた第２の絶縁層６６及びコンタクト窓６８の両方を残すことができる。
【００２０】
図６Ｅは、導電性の面が蛍光体粒子を含む溶液８４に浸される段階を示す。サブマウント２８及び溶液８４中に沈められた電極８２に、異なるバイアスがかけられる。導電層８８がサブマウント２８と同じバイアスを共有するので、電極８２と導電層８８の間のバイアス差により、蛍光体粒子は溶液８４から押し出され、蛍光体粒子を導電層８８として付着させる。矢印８６は、蛍光体粒子が進む方向を示す。導電層８８で被覆された面以外のほぼ全ての表面が、第２の絶縁層６６又はフォトレジスト７０によって非導電性にされる。その結果、蛍光体の付着は、導電層８８に制限される。
【００２１】
図７Ａから図７Ｆは、非導電性の基板を含むＬＥＤチップ１０上に蛍光体層を電気泳動で付着させる代替的な工程を示す。図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、それぞれ図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃで示された段階を示す。図７Ａにおいて、サブマウント２８が第１の絶縁層６０で被覆され、コンタクト層６２が第１の絶縁層６０の上部に付着されて陽極及び陰極コンタクトを形成し、また、金属バンプ５２がコンタクト層６２上に形成される。図７Ｂにおいて、第２の絶縁層６６がコンタクト層６２上に付着され、コンタクト窓６８を露出されたままにする。図７Ｃにおいて、ＬＥＤチップ１０は、金属バンプ５２上に配置され、かつ該金属バンプ５２に付着される。
【００２２】
図７Ｄは、全ての面が導電層８８で被覆される段階を示す。導電層８８がＬＥＤチップ１０だけを被覆した、図６Ｃに示される段階と対照的に、図７Ｄの導電層８８は、ＬＥＤチップ１０及び第２の絶縁層６６の両方を被覆し、全ての面を導電性にする。
図７Ｅは、蛍光体の付着を望まない導電層の被覆面の選択的な絶縁を示す。蛍光体の付着を望まない面を、例えばパターン形成されたマスクを使用して、絶縁性のフォトレジスト７０で選択的に被覆することができる。パターン形成されたマスクの使用により、フォトレジスト７０に被覆されないＬＥＤチップ１０の表面だけが、導電性のままであることができる。隙間４６は、ＬＥＤチップ１０の側壁を取り囲み、該側壁をフォトレジスト７０から分離し、ＬＥＤチップ１０の側壁に蛍光体が付着することを可能にする。隙間４６は、蛍光体がＬＥＤチップ１０の側壁に達するのに十分な広さの幅を有するが、通常は幅１００μｍより小さい。
図７Ｆは、蛍光体粒子を含む溶液８４中に全ての面を浸すことを示す。サブマウント２８及び電極８２に異なるバイアスがかけられ、矢印８６に示されるように、バイアス差により、蛍光体が溶液８４から導電層８８へと押し出される。隙間４６は、蛍光体粒子がＬＥＤチップ１０の側壁に付着することを可能にし、ＬＥＤチップ１０をコンフォーマルに被覆する。
【００２３】
ＬＥＤ上への蛍光体層の電気泳動付着についてのこれ以上の詳細については、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｄａｖｉｄ  Ｃｏｌｌｉｎｓ  IIIによる、「蛍光変換発光デバイス」という名称の、係属中の米国特許出願連続番号第ＸＸＸ号において説明されており、引用によりここに組み入れる。しかしながら、上で特定された係属中の米国特許出願において開示された電気泳動付着工程は、非導電性の基板を含むＬＥＤチップ１０の選択的及びコンフォーマルな被覆をもたらさない。上で特定された米国特許出願における電子写真工程は、フォトリトグラフィと共に使用し、導電性及び非導電性の領域を選択的に形成する場合にしか、コンフォーマルな被覆を達成することができない。ＬＥＤチップ１０の表面だけを除去するためにパターン形成されたマスクを使用して、絶縁性のフォトレジストで被覆されていないＬＥＤチップ１０の表面上にだけ、蛍光体粒子を付着させることを保証することができる。
【００２４】
手短に上述したように、透明の結合材料を使用して、表面への蛍光体粒子の付着を確実にすることができる。蛍光体層内に入射し、該蛍光体層を通る光透過性を増加させるために、少なくとも1．４の屈折率を有するように結合材料が選択される。電気泳動溶液から透明の結合材料を、蛍光体粉末と共に相互付着させるか、或いは、蛍光体粉末が付着された後に、選択的な付着及び毛管作用によって蛍光体マトリクスを注入することができる。この結合材料は、光学的結合エポキシ（例えばパシフィック・ポリマー・テクノロジーからのＰＴ１００２）のような有機材料、光学的結合ケイ素（例えばＮｙｅ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓにより供給されるケイ素）、無機金属酸化物又はガラスフリット粉末（例えばＰｂＯベースのガラス）、或いはゾル−ゲルとすることができる。結合材料についてのこれ以上の詳細は、Ｍａｒｋ  Ｊ．  Ｈａｍｐｄｅｎ−Ｓｍｉｔｈ他に付与された、「酸素を含む蛍光体粉末、蛍光体粉末を形成するための方法及び同方法を組み込む装置」という名称の、米国特許第６，１８０，０２９号に説明されており、引用によりここに組み入れる。米国特許出願連続番号第ＸＸＸ号（代理人整理番号Ｍ−１１４７３ＵＳ）は、結合材料としてゾル−ゲルの使用について論じており、引用によりここに組み入れる。
【００２５】
図８Ａは、ＬＥＤチップ１０及びコンフォーマル蛍光体層１２を含む発光デバイスを示す。導電層８８が欠如していることは、この特定のＬＥＤチップ１０が導電性の基板を含むものであること、及び、蛍光体層１２が図４Ａから図４Ｅに示される工程によって形成されたことを示す。蛍光体層１２は、最上面にほぼ均一の厚さを有し、サブマウント２８に付着された面を除いたＬＥＤチップ１０の全ての面に隣接する。一つの実施形態において、蛍光体層１２の厚さのいかなる変化も、蛍光体層１２の厚さの１０％より小さく、典型的には蛍光体層１２の厚さの５％より小さい。従って、蛍光体層１２から射出するあらゆる光路の長さはほぼ同じであり、光源から射出される光の色の非均一性が減少する。蛍光体層１２の厚さは、約１５μｍから約１００μｍまでである。
【００２６】
図８Ｂは、図６Ａから図６Ｅまでに示される工程、或いは図７Ａから図７Ｆまでに示される工程のいずれかによって生成された発光デバイスを示す。図８Ｂに示される発光デバイスは、図８Ａの発光デバイスとは違って、非導電性の基板及び蛍光体層１２を有するＬＥＤチップ１０に加えて、導電層８８を含む。蛍光体粉末が付着された後に結合材料が蛍光体層に注入される場合、該蛍光体層１２を被覆する余分な結合層となることがある。
【００２７】
蛍光体層１２は、ＬＥＤチップ１０に十分近いので、発光デバイスの寸法をＬＥＤチップ１０の寸法以上に著しく増加させない。典型的には、蛍光体層１２は、ＬＥＤチップ１０に隣接している。一つの実施形態において、蛍光体層１２の厚さは、例えばＬＥＤの長さなどのＬＥＤの断面寸法の１０パーセントより小さい。ＬＥＤチップ１０の典型的な断面寸法は１ｍｍである。従って、本発明の実施形態により蛍光体が被覆されたＬＥＤは、蛍光体が被覆されていないＬＥＤからの光を制御するために必要とされる光学部品より、実質的に大きな光学部品を必要とはしない。当業者は、用いられる発光半導体構造及び蛍光体粒子の特定の形式に適切なように蛍光体層１２の密度を適合させ得ることを理解するであろう。例えば、蛍光体層１２は、薄い層を達成するために、緊密にパックされた粒子の層を含むことができる。蛍光体層１２の密度を変更するために、二酸化チタン又は二酸化ケイ素のような蛍光体又は粒子を多重に使用することができる。
【００２８】
蛍光体を通る経路の長さをほぼ均一に維持し、よって、光源から放出される光の色を均一に維持するために、蛍光体層を、ＬＥＤからの光が通る唯一の蛍光体経路とすべきである。或いは、ＬＥＤチップ１０の境界を越えてＬＥＤチップ１０の断面寸法の１０パーセント又は１０μｍより多くの範囲にわたるように、蛍光体層がサブマウント２８上に広がることになる蛍光体被覆や、反射体カップ又は反射面のような光学部品のいずれの形態も、回避される。
コンフォーマルに被覆された蛍光体変換発光デバイスにおいて、均一な層の厚さのため、蛍光体層を通る光のための放出経路の長さは、１０％より多くは変動しない。従って、光源の全ての放出領域からの出力スペクトルは、ほぼ同じである。発光デバイスの体積は、ＬＥＤチップ１０の体積より、出力スペクトル生成するために必要な蛍光体層の厚さの分だけ大きい。この層の厚さは、典型的には、３０ミクロンより小さい。さらに、マスキングの誤差は、一次のオーダーの乱れをもたらすものでなく、光源の射出蛍光体のパターンを定めるものでもない。従って、マスキング工程に関しては、精密さはあまり必要とされない。
【００２９】
本発明の特定の実施形態を示し説明してきたが、その広い態様において本発明から逸脱することなく変更を加えることができることが、当業者には明らかであろう。よって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に含まれる全てのこのような変更を包含するべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍光体を含む物質内に包み込まれたＬＥＤを示す。
【図２】透明なスペーサによって蛍光体層から隔てられたＬＥＤを示す。
【図３Ａ】本発明の電気泳動付着法を適用することができる異なる構成のＬＥＤを示す。
【図３Ｂ】本発明の電気泳動付着法を適用することができる異なる構成のＬＥＤを示す。
【図３Ｃ】本発明の電気泳動付着法を適用することができる異なる構成のＬＥＤを示す。
【図４Ａ】本発明による電気泳動付着法を用いる、導電性の基板を含むＬＥＤのコンフォーマル被覆を示す。
【図４Ｂ】本発明による電気泳動付着法を用いる、導電性の基板を含むＬＥＤのコンフォーマル被覆を示す。
【図４Ｃ】本発明による電気泳動付着法を用いる、導電性の基板を含むＬＥＤのコンフォーマル被覆を示す。
【図４Ｄ】本発明による電気泳動付着法を用いる、導電性の基板を含むＬＥＤのコンフォーマル被覆を示す。
【図４Ｅ】本発明による電気泳動付着法を用いる、導電性の基板を含むＬＥＤのコンフォーマル被覆を示す。
【図５】本発明による電気泳動付着法に備えた、非導電性の基板で作られたＬＥＤ上への導電層の付着工程を示す。
【図６Ａ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図６Ｂ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図６Ｃ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図６Ｄ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図６Ｅ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ａ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ｂ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ｃ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ｄ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ｅ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図７Ｆ】非導電性の基板を有するＬＥＤを含む代替的な電気泳動蛍光体付着工程を示す。
【図８Ａ】本発明による、蛍光体層でコンフォーマルに被覆された導電性の基板を有するＬＥＤを示す。
【図８Ｂ】本発明による、蛍光体層でコンフォーマルに被覆された非導電性の基板を有するＬＥＤを示す。
【符号の説明】
１０  ＬＥＤチップ
１４  基板
１６  ｎ型領域
１８  活性領域
２０ａ  ｎ−コンタクト
２０ｂ  ｐ−コンタクト
２２  ｐ型領域
２８  サブマウント
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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