(57)【要約】【課題】ＬＥＤ半導体装置に高演色性を提供しつつも要求される発光変換物質の量を減少させることによって製造費用を減少させるＬＥＤ半導体装置の製造方法、半導体ＬＥＤ装置、および半導体ＬＥＤを含むシステムを提供することにある。【解決手段】ＬＥＤ半導体装置の製造方法、ＬＥＤ半導体装置において、ＬＥＤ２０がパッケージ基板１０上に提供される。第１密封層５０がＬＥＤ２０上に提供され、第１密封層５０が第１アニーリングされる。発光変換物質層６０が第１アニーリングされた第１密封物質層６０上に提供され、第１密封層５０および発光変換物質層６０を第２アニーリングする。【選択図】図１Ｄ
2009272628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＬＥＤを提供し、
前記ＬＥＤ上に第１密封層を提供し、
前記第１密封層を第１アニーリングし、
前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に発光変換物質層を提供し、
前記発光変換物質層および前記第１密封層を第２アニーリングすることを含むＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記発光変換物質層は、発光変換物質で主に構成された請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に前記発光変換物質層を提供することは、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さで前記発光変換物質を提供することを含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１密封層の前記第１アニーリングの工程条件を調節することによって前記発光変換物質層の厚さを調節することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１密封層に物理的な圧力を印加することによって前記発光変換物質層の厚さを調節することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１アニーリングは、第１工程条件下で行い、
前記第２アニーリングは、第２工程条件下で行い、
前記第２工程条件は、前記第１工程条件と独立的である請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記発光変換物質層上に第２密封層を提供することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１密封層は、前記ＬＥＤから放出された波長の光学エネルギーに対して実質的に透過性を有する請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に前記発光変換物質層を提供した後、前記発光変換物質層の一部を選択的に除去することをさらに含み、
前記選択的除去は、前記第１アニーリングされた前記第１密封層に付着されていない前記発光変換物質層部分を除去することである請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記発光変換物質層上にフィルタを提供することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記発光変換層上に少なくとも１つのレンズを提供することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ＬＥＤ上に前記第１密封層を提供することは、前記基板上に前記第１密封層を提供することをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ上に前記第１密封層を提供することは、
前記ＬＥＤおよび前記基板上に第１密封層を提供し、前記ＬＥＤ上にのみ前記第１密封層が残留するように前記第１密封層をパターニングすることをさらに含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記発光変換物質層の発光変換物質は、蛍光物質を含む請求項１に記載のＬＥＤ半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板上に提供されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤ上に提供された第１密封層と、
前記第１密封層上に提供された発光変換物質で主に構成された発光変換物質層であって、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さを有する発光変換物質層と、を含むＬＥＤ半導体装置。
【請求項１６】
ＬＥＤ活性信号を発生させるコントローラと
前記コントローラから前記ＬＥＤ活性信号を受信する複数のＬＥＤ半導体装置を含むシステムであって、
前記ＬＥＤ半導体装置各々は、
基板上に提供されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤ上に提供された第１密封層と、
前記第１密封層上に提供された発光変換物質で主に構成された発光変換物質層であって、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さを有する発光変換物質層を含むＬＥＤ半導体装置を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ半導体装置の製造方法、ＬＥＤ半導体装置、ＬＥＤ半導体装置を含むシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ）は、最近、電子装置に広く使われている。発光ダイオードは、蛍光ランプ、白熱電球、およびハロゲンランプを含む従来の光源に比べて高出力光を放出することができ、より効率的な電力消費、より高い信頼性、より大きい耐久性および寿命を提供することができる。また、発光ダイオードは、相対的にサイズが小さいため、に小型フォームファクタ（ｓｍａｌｌ  ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）で配置される。
【０００３】
従来のＬＥＤにおいて、順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ  ｂｉａｓ）がｐ−ｎ接合に印加されると、ｐタイプの半導体物質内に正孔がｎタイプの半導体物質内にある電子と再組み合わせるようにした。再組み合わせの結果、光学エネルギーはｐ−ｎ接合のバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）に相応する波長を有する光を放出する。
【０００４】
多くのＬＥＤ装置の場合、白色光を発生させることが共通に要求されている。このような要求を達成するために多くの接近方法が研究されている。一つの方法において、赤色、緑色、および青色光を発生させるＬＥＤまたは青色および黄色光を発生させるＬＥＤが一つのパッケージ内に組み合わせられ、白色光を発生させる。この方法は、限定された領域内に複数のＬＥＤのパッケージング、電気的連結、組み立てが要求されるため、複雑な製造工程およびバルキーパッケージング（ｂｕｌｋｙ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ）が要求される。
【０００５】
他の方法は、青色ＬＥＤの出力が黄色蛍光物質上に流入され、蛍光反応の結果、白色光を生成する。また、他の方法は、ＵＶ  ＬＥＤの出力が赤色、緑色、および青色蛍光粒子を含む蛍光物質上に流入され、蛍光反応の結果、白色光を作り出す。このような方法は、蛍光物質の濃度に主に依存するため、白色光の光量調節が難しいこともある。例えば、従来の方法において、蛍光物質はパッケージ内のＬＥＤを密封する樹脂物質と混合される。このような方式は、樹脂物質とひとまず混合されると蛍光物質の濃度を調節しにくいため、演色性が低く、信頼性が低下する問題点が生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国特許公開２００７−０９８１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の装置および方法と関連された制限を克服し、これに焦点を合わせた発光素子、前記発光素子を備えるパッケージおよびシステム、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。特に、本発明による装置、システム、および方法は、ＬＥＤ装置に高演色性を提供しつつも要求される発光変換物質の量を減少させることによって製造費用を減少させる。特に、ＬＥＤ装置の投光性および変換効率は、光学エネルギーの波長変換が生じる装置内に存在する発光変換物質の厚さを調節することによって最適化される。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
＜解決手段１＞
本発明の請求項１に対応する解決手段１によるＬＥＤ半導体装置の製造方法は、基板上にＬＥＤを提供し、前記ＬＥＤ上に第１密封層を提供し、前記第１密封層を第１アニーリングし、前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に発光変換物質層を提供し、前記発光変換物質層および前記第１密封層を第２アニーリングすることを含む。
【００１０】
＜解決手段２＞
本発明の請求項２に対応する解決手段２において、前記発光変換物質層は、発光変換物質で主に構成される。なお、「主に構成された」という用語は、発光変換物質を主に含むものの、発光変換物質層６０内に特定の低い百分率の不純物または他の物質が存在することを意味する。
【００１１】
＜解決手段３＞
本発明の請求項３に対応する解決手段３において、第１アニーリングされた前記第１密封層上に前記発光変換物質層を提供することは、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さで前記発光変換物質を提供することを含む。
【００１２】
＜解決手段４＞
本発明の請求項４に対応する解決手段４において、第１密封層の前記第１アニーリングの工程条件を調節することによって前記発光変換物質層の厚さを調節することをさらに含む。
【００１３】
＜解決手段５＞
本発明の請求項５に対応する解決手段５において、第１密封層に物理的な圧力を印加することによって前記発光変換物質層の厚さを調節することをさらに含む。
【００１４】
＜解決手段６＞
本発明の請求項６に対応する解決手段６において、前記第１アニーリングは、第１工程条件下で行い、前記第２アニーリングは第２工程条件下で行い、前記第２工程条件は、前記第１工程条件と独立的である。
【００１５】
＜解決手段７＞
本発明の解決手段７において、前記第１アニーリングの前記第１工程条件は、前記第１密封層をソフト硬化させ、前記第２アニーリングの前記第２工程条件は、前記第１密封層をハード硬化させる。
【００１６】
＜解決手段８＞
本発明の請求項７に対応する解決手段８において、前記発光変換物質層上に第２密封層を提供することをさらに含む。
【００１７】
＜解決手段９＞
本解決手段９において、前記第２密封層は、前記ＬＥＤから放出された波長の光学エネルギーに対して実質的に透過性を有する。
【００１８】
＜解決手段１０＞
本発明の解決手段１０において、前記発光変換物質層上に第２密封層を提供することは、前記発光変換物質層および前記第１密封層を前記第２アニーリングする前に行う。
【００１９】
＜解決手段１１＞
本発明の解決手段１１において、前記発光変換物質層上に第２密封層を提供することは、前記発光変換物質層および前記第１密封層を前記第２アニーリングした後に行う。
【００２０】
＜解決手段１２＞
本発明の請求項８に対応する解決手段１２において、前記第１密封層は、前記ＬＥＤから放出された波長の光学エネルギーに対して実質的に透過性を有する。
【００２１】
＜解決手段１３＞
本発明の請求項９に対応する解決手段１３において、前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に前記発光変換物質層を提供した後、前記発光変換物質層の一部を選択的に除去することをさらに含み、前記選択的除去は、前記第１アニーリングされた前記第１密封層に付着されていない前記発光変換物質層部分を除去することである。
【００２２】
＜解決手段１４＞
本発明の請求項１０に対応する解決手段１４において、前記発光変換物質層上にフィルタを提供することをさらに含む。
【００２３】
＜解決手段１５＞
本発明の請求項１１に対応する解決手段１５において、前記発光変換層上に少なくとも１つのレンズを提供することをさらに含む。
【００２４】
＜解決手段１６＞
本発明の請求項１２に対応する解決手段１６において、前記ＬＥＤ上に前記第１密封層を提供することは、前記基板上に前記第１密封層を提供することをさらに含む。
【００２５】
＜解決手段１７＞
本発明の請求項１３に対応する解決手段１７において、前記ＬＥＤ上に前記第１密封層を提供することは、前記ＬＥＤおよび前記基板上に第１密封層を提供し、前記ＬＥＤ上にのみ前記第１密封層が残留するように前記第１密封層をパターニングすることをさらに含む。
【００２６】
＜解決手段１８＞
本発明の解決手段１８において、前記第１アニーリングされた前記第１密封層上に前記発光変換物質層を提供することは、前記基板上に前記発光変換物質層を提供すること、および前記第１アニーリングされた前記第１密封層および前記基板上に前記発光変換物質層を提供した後、前記発光変換物質層の一部を選択的に除去することをさらに含み、前記選択的除去は、前記第１アニーリングされた前記第１密封層に付着されていない前記発光変換物質層部分を除去することである。
【００２７】
＜解決手段１９＞
本発明の解決手段１９において、前記発光変換物質層および前記基板上に第２密封層を提供することをさらに含む。
【００２８】
＜解決手段２０＞
本発明の解決手段２０において、前記第２密封層を凸形状または凹形状を有するように形成されることをさらに含む。
【００２９】
＜解決手段２１＞
本発明の解決手段２１において、前記第２密封層上にフィルタを提供することをさらに含む。
【００３０】
＜解決手段２２＞
本発明の請求項１４に対応する解決手段２２において、前記発光変換物質層の発光変換物質は、蛍光物質を含む。
【００３１】
＜解決手段２３＞
本発明の請求項１５に対応する解決手段２３において、基板上に提供されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ上に提供された第１密封層と、前記第１密封層上に提供された発光変換物質で主に構成された発光変換物質層であって、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さを有する発光変換物質層と、を含むＬＥＤ半導体装置である。
【００３２】
＜解決手段２４＞
本発明の解決手段２４において、前記発光変換物質層を塗布する前に、前記第１密封層は、第１硬度を有するように第１工程条件下で第１アニーリングされ、前記発光変換物質層の前記厚さは、前記第１硬度によって決定され、前記第１密封層および前記発光変換物質層は、第２工程条件下で第２アニーリングされ、第２工程条件は、第１工程条件と独立的である。
【００３３】
＜解決手段２５＞
本発明の解決手段２５において、前記第１アニーリングの前記第１工程条件は、前記第１密封層をソフト硬化させ、前記第２アニーリングの前記第２工程条件は、前記第１密封物質層をハード硬化させる。
【００３４】
＜解決手段２６＞
本発明の解決手段２６において、前記発光変換物質層の前記厚さは、前記第１密封層の前記第１アニーリングの工程条件を調節することによって決定される。
【００３５】
＜解決手段２７＞
本発明の解決手段２７において、前記発光変換物質層の前記厚さは、前記第１密封層に物理的な圧力を印加することによって決定される。
【００３６】
＜解決手段２８＞
本発明の解決手段２８において、前記発光変換物質層上に提供された第２密封層をさらに含む。
【００３７】
＜解決手段２９＞
本発明の解決手段２９において、前記第２密封層は、前記ＬＥＤから放出された波長の光学エネルギーに対して実質的に透過性を有する。
【００３８】
＜解決手段３０＞
本発明の解決手段３０において、前記第１密封層は、前記ＬＥＤから放出された波長の光学エネルギーに対して実質的に透過性を有する。
【００３９】
＜解決手段３１＞
本発明の解決手段３１において、前記発光変換物質層上に提供されたフィルタをさらに含む。
【００４０】
＜解決手段３２＞
本発明の解決手段３２において、前記発光変換物質層上に配置された少なくとも１つのレンズをさらに含む。
【００４１】
＜解決手段３３＞
本発明の解決手段３３において、前記第１密封層は、前記基板上に追加で配置される。
【００４２】
＜解決手段３４＞
本発明の解決手段３４において、前記第１密封層は、前記ＬＥＤ上にのみ配置され前記基板上には配置されない。
【００４３】
＜解決手段３５＞
本発明の解決手段３５において、前記発光変換物質層および前記基板上に提供された第２密封層をさらに含む。
【００４４】
＜解決手段３６＞
本発明の解決手段３６において、前記第２密封層は、凸形状または凹形状を有するように形成される。
【００４５】
＜解決手段３７＞
本発明の解決手段３７において、前記第２密封層上に配置されたフィルタをさらに含む。
【００４６】
＜解決手段３８＞
本発明の解決手段３８において、前記発光変換物質は、蛍光物質を含む。
【００４７】
＜解決手段３９＞
本発明の解決手段３９において、前記透過度は、約５％〜１０％の間の範囲内にある。
【００４８】
＜解決手段４０＞
本発明の請求項１６に対応する解決手段４０において、ＬＥＤ活性信号を発生させるコントローラと、前記コントローラから前記ＬＥＤ活性信号を受信する複数のＬＥＤ半導体装置を含むシステムであって、前記ＬＥＤ半導体装置各々は、基板上に提供されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ上に提供された第１密封層と、前記第１密封層上に提供された発光変換物質で主に構成された発光変換物質層であって、前記ＬＥＤから放出された光学エネルギーの透過度を決定するように選択された厚さを有する発光変換物質層を含むＬＥＤ半導体装置を含むシステムである。
【００４９】
本発明のその他具体的な内容は詳細な説明および図に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の複数の実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態により、発光変換物質をソフト硬化した密封層に塗布するために提供された物理力を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第４実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の第５実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第５実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第５実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６Ｄ】本発明の第５実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の第６実施形態を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第７実施形態を示す断面図である。
【図７Ｃ】本発明の第８実施形態を示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の第９実施形態〜第１２実施形態によるＬＥＤ構造物パッケージの斜視図である。
【図８Ｂ】本発明の第９実施形態による図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第１０実施形態による図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図８Ｄ】本発明の第１１実施形態による図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図９Ａ】本発明の第１２実施形態によるＬＥＤパッケージモジュールの断面図である。
【図９Ｂ】本発明の第１３実施形態によるＬＥＤパッケージモジュールの断面図である。
【図１０Ａ】本発明の第１４実施形態によるＬＥＤアレイパッケージモジュールの平面図である。
【図１０Ｂ】本発明の第１４実施形態によるＬＥＤアレイパッケージモジュールの斜視図である。
【図１０Ｃ】本発明の第１５実施形態によるＬＥＤアレイパッケージモジュールの斜視図である。
【図１１】本発明の第１６実施形態〜第１９実施形態による表示パネル装置のＬＥＤシステムの分解した断面図である。
【図１２Ａ】本発明の第１６実施形態によるＬＥＤシステムを示す説明図である。
【図１２Ｂ】本発明の第１７実施形態によるＬＥＤシステムを示す説明図である。
【図１２Ｃ】本発明の第１８実施形態によるＬＥＤシステムを示す説明図である。
【図１２Ｄ】本発明の第１９実施形態によるＬＥＤシステムを示す説明図である。
【図１３】本発明の第１６実施形態〜第１９実施形態によるＬＥＤシステムのブロック図である。
【図１４Ａ】本発明により製造したサンプル例から得た実験結果に対し、蛍光変換効率を蛍光体層の厚さの関数で示す説明図である。
【図１４Ｂ】本発明により製造したサンプル例から得た実験結果に対し、蛍光変換効率を、緑色蛍光変換層を塗布した以後のＵＶ波長の出力の関数で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。なお、明細書全体にかけて、同一の参照符号は同一の構成要素を指すものとする。
【００５２】
第１、第２等が、多様な素子、構成要素および／またはセクションを説明するために使用される。しかしながら、これら素子、構成要素および／またはセクションは、これらの用語によって制限されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの素子、構成要素、またはセクションを他の素子、構成要素、またはセクションと区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子、第１構成要素、または第１セクションは、本発明の技術的思想内で第２素子、第２構成要素、または第２セクションであり得ることはもちろんである。明細書全体において「および／または」は、言及されたアイテムの各々および一つ以上のすべての組合せを含む。
【００５３】
一つの素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）が、他の素子と「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」または「カップリングされた（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と記載されるときは、他の素子と直接連結またはカップリングされた場合、あるいは中間に他の素子を介在させた場合のすべてを含む。これに対し、一つの素子が異なる素子と「直接接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」または「直接カップリングされた（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と記載されるときは、間に他の素子を介在させないことを表わす。素子間の関係を説明するために使われた他の用語も同一の方式で解釈しなければならない。例えば、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「直接の間「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ」、隣接した（ａｄｉａｃｅｎｔ）」と「直接隣接した（ｄａｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」、といった具合である。一つの素子が他の素子「上部」と記載される場合は、他の素子の上部、または下部、および他の素子と直接カップリングすることができたり、介在した素子が存在したり、素子が空間またはギャップにより離隔されたりすることができる。
【００５４】
本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において単数形は、文言で特別に言及しない限り、複数形をも含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及した構成要素、段階、動作、および／または素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作、および／または素子の存在または追加を排除しない。
【００５５】
他に定義されなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解され得る意味において使用されるものである。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明確に特別に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。
【００５６】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の第１実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。図２は、本発明の複数の実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
【００５７】
図１Ａおよび図２のステップ５０２を参照すると、本発明の第１実施例によるＬＥＤ半導体装置は、開口部またはスロット１２を含むパッケージ基板１０を備える。パッケージ基板１０は、パッケージの中央部にＬＥＤ２０を位置させるためのサブマウント３０を選択的に含み得る。ＬＥＤ２０は、サブマウント３０に実装されるか、他の実施形態においては、パッケージ基板１０に直接実装されることもある。多様な実施形態において、ＬＥＤは例えば、紫外線または青色波長から光学エネルギーが発生できるように配置することができる。図１Ａに示すように、スロット１２は、前記パッケージの光放出効率が向上するように傾斜側壁１２ａを有するように配置することができる。
【００５８】
図１Ｂ、および図２のステップ５０４を参照すると、第１密封層５０、すなわち樹脂層、がスロット１２内に提供される。本実施形態において、第１密封層５０は、少なくともＬＥＤ２０を覆ったりコーティングしたりする深さまたは高さで提供することができる。第１密封層５０は、ＬＥＤ２０により放出された波長の光学エネルギーに対し透過性を有する物質を含み得る。多様な実施形態において、第１密封層５０は、その下部に配置されたＬＥＤ２０を保護するのに適合したエポキシ樹脂、シリコン樹脂、硬質シリコン樹脂、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、およびこれらのうち少なくとも２以上の混合物を含み得る。
【００５９】
図１Ｂ、および図２のステップ５０６を参照すると、第１密封層５０を含む前記結果に、第１アニーリング９０を行う。温度、圧力、持続時間を含む第１アニーリング９０条件は、第１密封層５０のソフト硬化を達成できるように選択する。ソフト硬化した状態で、第１密封層５０は、流体状態でもなく、完全に硬化した状態でもない。ただし、蛍光物質のような発光変換物質が後続工程において第１密封層５０の上部表面に塗布される場合、発光変換物質が第１密封層５０内部に実質的に侵入し入ることはないが、発光変換物質が第１密封層５０の上部表面または上部領域に結合するように、第１アニーリング９０により第１密封層５０が充分に硬くなる。例えば、第１密封層５０が１ｍｍ×１ｍｍサイズのトップビュータイプ（ｔｏｐ−ｖｉｅｗ  ｔｙｐｅ）のＬＥＤパッケージ内のシリコンエポキシ物質を含む場合、１５０℃〜２００℃、大気圧で、８０秒〜１２０秒間、第１アニーリングを行うと、第１密封層５０を充分にソフト硬化させることができる。第１アニーリング９０の工程条件は、スロット１２内の第１密封層５０の体積および第１密封層５０の種類によって変化する。一般的に、第１密封材の体積が大きいほどより長いアニーリング時間が要求される。
【００６０】
図１Ｃ、および図２のステップ５０８階を参照すると、発光変換物質６０ａは、前記ソフト硬化した第１密封層５０上に塗布される。本実施形態において、発光変換物質６０ａは、蒸着工程を利用して塗布される粉末形態の物質を含み得る。発光変換物質６０ａの下部がソフト硬化した第１密封層５０の上部表面に結合したり物理的に密着したりするように（ｐｕｓｈｅｄ  ｉｎｔｏ）、機械的な圧力または熱応力のような物理力下で発光変換物質６０ａがソフト硬化した第１密封層５０に塗布され得る。図３は、部材６２から提供された物理力（Ｆ）により、ソフト硬化した第１密封層５０に発光変換物質６０ａを塗布する説明図である。第１密封層５０がソフト硬化した状態で、完全に硬化されていないため、第１密封層５０の上部表面は、発光変換物質６０ａを受容し、発光変換物質６０ａの粒子が第１密封層５０に結合される。
【００６１】
発光変換物質６０ａは、ＬＥＤによって放出された第１波長の第１光学エネルギーを吸収し、吸収された光学エネルギーを第１波長と相異なる第２波長を有する第２光学エネルギーに変換するように動作する。例えば、白色光波長の第２光学エネルギーを発生させるために、ＬＥＤの第１波長は青色であり得、発光変換物質６０ａは黄色蛍光物質を含み得る。前記パッケージの演色評価数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ）を増加させるために、発光変換物質６０ａに赤色（ｒｅｄ）蛍光体を添加することができる。他の例として、ＬＥＤの第１波長が紫外線である場合、ＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）蛍光物質を発光変換物質６０ａに塗布することによって白色光波長の第２光学エネルギーが生じる。
【００６２】
図１Ｄおよび図２のステップ５１０を参照すると、過量の発光変換物質６０ａは、第１密封層５０の上部表面から除去される。本段階は、例えば、上下が反転した位置のパッケージを振ったり振動を与えたりすることによって過量の粒子または物質が重力によって除去されるように行う。他の方法としては、圧力下のガスストリーム（ｇａｓ  ｓｔｒｅａｍ）、例えば、Ａｒ、Ｎｅ、Ｎ2等のガスストリームを発光変換物質６０ａに印加し、第１密封層５０の上部表面から超過物質を除去することができる。結果的に、第１密封層５０の上部表面上に一つの発光変換物質層６０が残留する。発光変換物質６０ａが第１密封層５０の上部表面に塗布され、第１密封層５０を構成する物質と共に混合物で塗布されないため、発光変換物質層６０は、発光変換物質６０ａで主に構成される。本実施形態の発光変換物質６０ａで主に構成された発光変換物質層６０は、発光変換物質層６０が樹脂または第１密封材と直接混合されず、前述したように、ソフト硬化した第１密封層５０の上部表面に一つの層として塗布されるという点からＬＥＤ構造を形成する従来の接近方法と相異なる。「主に構成された」という用語は、発光変換物質を主に含むものの、発光変換物質層６０内に特定の低い百分率の不純物または他の物質が存在することを意味する。
【００６３】
発光変換物質層６０の厚さが前記装置の変換効率を決定することが実験から例証されており、ここで、変換効率は、変換された光学エネルギー（すなわち、第２波長で放出された電力または発光変換物質層６０を通過し、変換された光）とパッケージから放出された光学エネルギーに対する本来の光学エネルギー（すなわち、ＬＥＤによって発生した波長または第１波長で放出された光の電力）との間の電力比を意味する。変換効率がより高いということは、発光変換物質層６０により相対的に多くの光が変換されることを意味し、ＬＥＤによって放出された第１波長の光が変換せずパッケージから放出される光学エネルギーが相対的に少ないということを意味する。
【００６４】
装置の変換効率は、発光変換物質層６０の厚さに直接関連したものと測定され、最適変換効率は、与えられた装置配置により決定され得る。例えば、発光変換物質層６０が非常に薄い場合、第１波長の光学エネルギーが変換せず、発光変換物質層６０を通過するため変換効率が減少する。同様に、発光変換物質層６０が非常に厚い場合、変換波長および第１波長を持って発光変換物質層６０を通過する量が減少するため変換効率が減少する。
【００６５】
類似の理由で、発光変換物質層６０の厚さは、装置の第１波長の光学エネルギーの透過度と直接関連したことが測定され、ここで装置の透過度は、ＬＥＤによって第１波長で放出された光の光学エネルギーと、パッケージから第１波長で放出され、発光変換物質層６０を通過した光の光学エネルギー（すなわち、非変換された光エネルギー）との間の電力比率である。装置の透過度が発光変換物質層６０の厚さと直接関連したことが決定されたので、与えられた装置配置に対する最適の透過度値を決定され得る。例えば、発光変換物質層６０が薄くなるほど前記装置の透過度が大きくなり、発光変換物質層６０が厚くなるほど前記装置の透過度が小さくなる。発光変換物質の厚さは、最大変換効率範囲における適切な透過度の範囲、例えば、約５％〜１０％範囲の透過度を基準とし決定され得る。特定装置において他の透過度の範囲にすることができ、他の透過度の範囲にすることが好ましい場合もある。
【００６６】
本発明の実施形態において、ソフト硬化した第１密封層５０の硬度を調節することによって発光変換物質層６０の厚さを調節して最適化することができる。一般的に、より少し硬化した第１密封層５０は、ソフトであり、発光変換物質６０ａをより多く受容できるため、発光変換物質層６０の厚さを増加させることができる。同様に、より多く硬化した第１密封層５０は、より硬いため、発光変換物質６０ａをより少し受容することができ、発光変換物質層６０の厚さを減少させることができる。第１アニーリング９０の工程条件は、発光変換物質層６０の塗布の際、第１密封層５０の硬度に直接関連しており、したがって、発光変換物質層６０の厚さと直接関連している。
【００６７】
発光変換物質層６０は、比較的薄く、これにはいくつかの長所がある。最初に、比較的薄い発光変換物質層６０の厚さは容易に調節することができ、これは、製造工程においてより高い演色性を有するようにする。次に、比較的薄い厚さは第１密封層５０の上部表面にかけて向上した厚さ均一性を誘発し、与えられた装置によってより均一な色彩が出力されるようにする。最後に、発光変換物質層６０に比較的に少ない量の物質が使用されるため製造するあいだ材料費を縮小することができる。
【００６８】
図１Ｅ、および図２のステップ５１２を参照すると、発光変換物質層６０上に選択的に第２密封層７０、例えば、保護層を形成する。第２密封層７０は、その下部の発光変換物質層６０を外部環境条件、例えば、水分への露出、から保護する役割を果たす。多様な実施形態において、第２密封層７０は、実質的に平らに形成されるか、追加の実施形態と関連して後述する多様な光学構造物を含むように形成され得る。第２密封層７０は、下部の発光変換物質層６０を保護するに適した例えば、第２密封層７０は、エポキシ、シリコン、ウレタン、オキセタン、アクリル、ポリカーボネート、ポリイミド、これら２以上の混合物のうち少なくとも一つを含む発光変換物質層６０により放出された変換光学エネルギーに透過性を有する物質を含み得る。
【００６９】
図１Ｅ、および図２のステップ５１４を参照すると、ソフト硬化した第１密封層５０、発光変換物質層６０、および第２密封層７０を含む前記結果に、第２アニーリング工程９２を行うことができる。温度、圧力、持続時間を含む第２アニーリング９２の工程条件は、ＬＥＤ半導体装置１に対して第１密封層５０のハード硬化（ｈａｒｄ−ｃｕｒｉｎｇ）が達成されるように選択する。ハード硬化した状態で、第１密封層５０は、実質的に完全に硬化する。例えば、第１密封層５０が７ｍｍ×７ｍｍサイズのトップビュータイプ（チップサイズ１ｍｍ×１ｍｍ）ＬＥＤパッケージ内のシリコンエポキシ物質を含む場合、１５０℃〜２００℃、大気圧で、５秒〜３０秒間第２アニーリング９２を行うと、第１密封層５０を充分にハード硬化させることができる。本実施形態において、第２アニーリング工程の持続時間は、第１アニーリング工程の持続時間よりはるかに長いこともある。温度および／または圧力のような他の工程変化の要素は、装置のハード硬化を達成するように調節することができる。第２アニーリング工程の工程条件は、第１密封層５０の種類および体積により変化することができ、一般的に第１密封層５０の体積が大きいほど第２アニーリング段階のアニーリング時間の増加も要求される。
【００７０】
図１Ｅ、および図２の５１６およびステップ５１８を参照すると、また他の実施形態において、第２密封層７０を形成する前に第２アニーリング９２を選択的に行うことができる。
【００７１】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。図４を参照すると、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ半導体装置２により放出された光学エネルギーをフィルタリングするために、任意の波長フィルタ８０が放出された光学エネルギーの光学経路内に、例えば、第２密封層７０上に配置される。例えば、波長フィルタ８０は、特定の波長で放出された光学エネルギーを吸収するように配置される。他に例えると、波長フィルタ８０は、ＬＥＤ２０から放出された１次光学エネルギーを吸収し、発光変換物質層６０で変換され放出された２次光学エネルギーを透過するように調節することができる。ＬＥＤがＵＶ波長で第１光学エネルギーを発生させる場合、波長フィルタ８０は、ＵＶ波長のエネルギーを吸収するように配置され、人間が有害なＵＶエネルギーに露出されることを防止することができる。特殊な場合、波長フィルタ８０は、熱を発散するように配置することができる。また他の実施形態において、例えば、信号灯の用途または劇場や舞台の照明に用いるため、有機または無機染料が波長フィルタ８０に塗布されて特定の波長または色相が通過することを妨げたり（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）通過したりすることができる。
【００７２】
（第３実施形態、第４実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の第３実施形態及び第４実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。これら実施形態において、第２密封層７０は、レンズ形状で形成され光学機能を行う。図５Ａに示す第３実施形態において、第２密封層７０は、一つの凸状レンズ形状で形成されＬＥＤ半導体装置３により放出された光学エネルギーを分散させる。図５Ｂに示す第４の実施形態において、第２密封層７０は、複数の凸状レンズの配列で形成されＬＥＤ半導体装置４により放出された光学エネルギーをより多く分散させる。第２密封層７０は、ＬＥＤ半導体装置３，４が所定の光学機能を行うのに適した他の光学素子の形状で形成され得る。
【００７３】
（第５実施形態）
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の第５実施形態によるＬＥＤ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００７４】
図６Ａおよび図２のステップ５０２を参照すると、前述したようにスロットまたはスロット１２を含むパッケージ基板１０を備える。パッケージ基板１０は、パッケージの中央部にＬＥＤ２０を位置させるためのサブマウント３０を選択的に含み得る。ＬＥＤ２０は、サブマウント３０に実装されたり、他の実施形態においては、パッケージ基板１０に直接実装されたりすることもある。多様な実施形態において、ＬＥＤは、例えば、紫外線または青色波長で光学エネルギーを発生できるように配置され得る。図示するようにスロット１２は、前記パッケージの光放出効率が向上するように傾斜側壁１２ａを有するように配置され得る。
【００７５】
続いて、図６Ａ、および図２のステップ５２４を参照すると、第１密封層５２、すなわち樹脂層がスロット１２内に提供されＬＥＤ２０を覆う。本実施形態において、第１密封層５２は、ＬＥＤ２０の上部表面以上の高さまで開口部を充満するように提供されるものではない。本実施形態の第１密封層５２は、ＬＥＤ２０およびＬＥＤ２０を直接囲む領域を完全に覆うように、例えば、図示するように基板またはサブマウント３０の上部に位置する装置の領域を覆うように提供される。本実施形態において、第１密封層５２は、ＬＥＤ２０およびサブマウント３０に選択的に塗布されてパッケージ基板１０には塗布されない。他の実施形態において、第１密封層５２は、パッケージ基板１０、ＬＥＤ２０、およびサブマウント３０を含むスロット１２全体に塗布され、次に、ＬＥＤ２０上にのみ、またはＬＥＤ２０を直接囲む領域を選択的に含み、第１密封層５２が残留するように第１密封層５２をパターニングすることができる。図１Ａ〜図１Ｅを参照して前述したように、第１密封層５２は、ＬＥＤ２０により放出された波長の光学エネルギーに対して透過性を有する物質を含み得る。多様な実施形態において、第１密封層５２は、その下部に配置されたＬＥＤ２０を保護することに適したエポキシ樹脂、シリコン樹脂、硬質シリコン樹脂、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、およびこれらのうち少なくとも２以上の混合物を含み得る。
【００７６】
さらに、図６Ａおよび図２のステップ５０６を参照すると、前述した実施形態と同様に、第１密封層５２を含む前記結果に第１アニーリング９０を行う。温度、圧力、持続時間を含む第１アニーリング９０条件は、第１密封層５２のソフト硬化が達成されるように選択する。ソフト硬化した状態で、第１密封層５２は、流体状態でもなく、完全に硬化した状態でもない。ただし、蛍光物質のような発光変換物質が後続工程において第１密封層５２の上部表面に塗布される場合、発光変換物質が第１密封層５２内部に実質的に侵入し入らないものの、発光変換物質が第１密封層５２の上部表面または上部領域に結合するように、第１アニーリング９０により第１密封層５２が充分に硬くなる。第１アニーリング９０の工程条件は、図１Ａ〜図１Ｅの実施形態で説明したものと同様に決定され得る。
【００７７】
続いて、図６Ｂおよび図２のステップ５０８を参照すると、発光変換物質６０ａは、前記ソフト硬化した第１密封層５２に塗布される。本実施形態において、発光変換物質６０ａは、蒸着工程を利用して塗布される粉末形態の物質を含み得る。図３と関連し、例示するように、発光変換物質６０ａの下部がソフト硬化した第１密封層５２の上部表面に結合したり物理的に密着したりするように（ｐｕｓｈｅｄ  ｉｎｔｏ）、機械的な圧力または熱応力のような物理力下で発光変換物質６０ａがソフト硬化した第１密封層５２に塗布され得る。第１密封層５２がソフト硬化した状態であり、完全に硬化されていないため、第１密封層５２の上部表面は、発光変換物質６０ａを受容し、発光変換物質６０ａの粒子が第１密封層５２に結合される。
【００７８】
図６Ｃ、および図２のステップ５１０を参照すると、過量の発光変換物質６０ａは、図１Ｄと関連し、例えば、説明した方式で第１密封層５２の上部の表面から除去される。結果的に、第１密封層５２の上部の表面上に一つの発光変換物質層６０が残留する。また、図１Ｄの第１実施形態と関連し前述したように、発光変換物質層６０は発光変換物質６０ａで主に構成される。図１Ａ〜図１Ｅの第１実施形態と関連し前述したように、発光変換物質層６０の厚さがＬＥＤ半導体装置の変換効率を決定する。
【００７９】
図６Ｄ、および図２のステップ５１２を参照すると、発光変換物質層６０上に選択的に第２密封層７０、例えば、保護層を形成する。第２密封層７０は、その下部の発光変換物質層６０を外部環境条件、例えば、水分への露出、から保護する役割を果たす。多様な実施形態において、第２密封層７０は、実質的に平らに形成されるか、追加の実施形態と関連し後述する多様な光学構造物を含むように形成され得る。第２密封層７０は、図１Ａ〜図１Ｅの実施形態と関連し、例えば、説明した物質を含み得る。
【００８０】
続いて、図６Ｄおよび図２のステップ５１４を参照すると、ソフト硬化した第１密封層５２、発光変換物質層６０、および第２密封層７０を含む前記結果に第２アニーリング工程９２を行う。温度、圧力、持続時間を含む第２アニーリング９２工程条件は、第１密封層５２のハード硬化が達成されるように選択する。ハード硬化した状態で、ＬＥＤ半導体装置５の第１密封層５２は、実質的に完全に硬化される。図１Ａ〜図１Ｅの第１実施形態で前述した通り、第２アニーリング工程の工程条件は、第１密封層５２の種類および体積により変化することができ、一般的に、第１密封層５２の体積が大きいほど第２アニーリング段階のアニーリング時間の増加も要求される。
【００８１】
図６Ｄおよび図２の５１６およびステップ５１８を参照すると、また他の実施形態において、第２密封層７０を形成する前に、第２アニーリング９２を選択的に行うことができる。
【００８２】
（第６実施形態〜第８実施形態）
図７Ａから図７Ｃは、本発明の第６実施形態〜第８実施形態によるＬＥＤ半導体装置を示す断面図である。これら実施形態において、第２密封層７０はレンズ形状で形成されて光学機能を行う。図示する実施形態において、ＬＥＤ半導体装置６、７、８により放出された光学エネルギーをフィルタリングするために、任意の波長フィルタ８０が放出された光学エネルギーの光学経路内に、例えば、第２密封層７０上に配置され得る。図７Ａに示す本発明の第６実施形態において、第２密封層７０は凹レンズ形状で形成されＬＥＤ半導体装置６により放出された光学エネルギーをフォーカシング（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）する。図７Ｂに示す本発明の第７実施形態において、第２密封層７０は、凸状レンズ形状で形成されＬＥＤ半導体装置７により放出された光学エネルギーを分散させる。図７Ｃに示す本発明の第８実施形態において、第２密封層７０は、高度の凸である（ｈｉｇｈｌｙ  ｃｏｎｖｅｘ）単一レンズ形状で形成されＬＥＤ半導体装置８により放出された光学エネルギーを大きく分散させる。また、図７Ｃに示す第８実施形態において、ＬＥＤ２０およびサブマウント３０は、スロットを有するパッケージ基板の代わりに平らなパッケージ基板１０上に実装され、特定の用途に好ましく用いることができる。
【００８３】
（第９実施形態）
図８Ａは、本発明の第１実施形態〜第８実施形態によるＬＥＤ半導体装置を用いた半導体パッケージの斜視図である。図８Ｂ〜図８Ｄは、第９実施形態〜第１１実施形態による図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した図８ＡのＬＥＤ構造物パッケージの断面図である。多様な実施形態は、例示的な目的で図示し、本発明の実施形態は、これに限定されない。
【００８４】
図８Ａを参照すると、ＬＥＤパッケージの第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂは、ＬＥＤ２０に連結されＬＥＤ２０にバイアス電圧または電流を印加しＬＥＤ２０が光学エネルギーを発生させるようにする。第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂは、例えば、熱伝導性物質からなり、ＬＥＤパッケージから熱を除去する役割を果たすことができる。
【００８５】
図８Ｂを参照すると、第９実施形態において、第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂは、絶縁層１１によりパッケージ基板１０から分離される。本実施形態において、サブマウント３０は、第１リード１４ａから絶縁層３１により分離され、第１リード１４ａ上に位置する。ボンディングワイヤー１６ａは、第１リード１４ａとＬＥＤ２０の第１接合部を連結し、ボンディングワイヤー１６ｂは、第２リード１４ｂとＬＥＤ２０の第２接合部を連結する。
【００８６】
（第１０実施形態）
図８Ｃを参照すると、第１０実施形態において、サブマウント３０は、絶縁層３１により第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂから分離され、第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂの両側に実装される。サブマウント３０を貫くように延長された層間ビア３２は、第１リード１４ａをＬＥＤ２０の第１接合部に、第２リード１４ｂをＬＥＤ２０の第２接合部に各々連結する。
【００８７】
（第１１実施形態）
図８Ｄを参照すると、第１１実施形態において、サブマウント３０は、絶縁層３１により第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂから分離され、第１リード１４ａおよび第２リード１４ｂの両側に実装される。層間の表面配線３４は、第１リード１４ａをＬＥＤ２０の第１接合部に、第２リード１４ｂをＬＥＤ２０の第２接合部に各々連結する。図８Ｃおよび図８Ｄの実施形態は、小型パッケージ配置に有用である。
【００８８】
（第１２実施形態）
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の第１２実施形態によるＬＥＤパッケージモジュールの断面図である。多様な実施形態は例示的な目的で図示され、本発明の実施形態は、これに限定されない。
【００８９】
図９Ａを参照すると、本発明の第１２実施形態におけるＬＥＤパッケージ１、例えば、図４および図８Ｂを参照して前述したＬＥＤパッケージは、回路基板３００に実装されＬＥＤパッケージモジュール１０１を提供する。ＬＥＤパッケージ１の第１リード１４ａは、回路基板３００の第１導電体３１０に電気的に連結され、ＬＥＤパッケージ１の第２リード１４ｂは、回路基板３００の第２導電体３２０に電気的に連結される。第１および第２導電体３１０、３２０は、回路基板３００上の主駆動システムに交互に連結され、回路基板３００と信号をやり取りする。
【００９０】
（第１３実施形態）
図９Ｂを参照すると、本発明の第１３実施形態によるＬＥＤパッケージモジュール１０２は、本実施形態の回路基板３００が回路基板３００の第１面上の第１および第２導電体３１０、３２０を回路基板３００の第２面上の第３および第４導電体３１２、３２２を各々連結する第１および第２層間ビア３１６、３２６を含むという点を除いては図９Ａを参照して前述した第１２実施形態のＬＥＤパッケージモジュール１０１と類似している。
【００９１】
（第１４実施形態、第１５実施形態）
図１０Ａは、本発明の第１４実施形態及び第１５実施形態によるＬＥＤアレイパッケージモジュールの平面図である。図１０Ｂおよび図１０Ｃは、本発明の第１４実施形態、及び第１５実施形態によるＬＥＤアレイパッケージモジュールの斜視図である。多様な実施形態は、例示的な目的で図示され、本発明の実施形態は、これに限定されない。
【００９２】
図１０Ａを参照すると、ＬＥＤパッケージアレイ１０３は、第１および第２導電性配線３１０、３２０に各々連結された第１および第２リード１４ａ、１４ｂを有するＬＥＤパッケージ１の列（ｃｏｌｕｍｎ）を含む。本実施形態において、列を共有するＬＥＤパッケージ１は、活性化され光学エネルギーを同時に放出する。これと同様に、各列の第１および第２導電性配線３１０、３２０が共に連結され、すべての列のＬＥＤパッケージが活性化され、同時に光学エネルギーを放出することができる。
【００９３】
図１０Ｂを参照すると、第１４実施形態では、密封材から成るシリンダー型レンズ３４０は、共通基板３００上に形成されたＬＥＤパッケージ１の列に沿ってまたは列を横切って形成され、所定の光学的機能を行うことができる。また、図１０Ｃを参照すると、第１５実施形態では、ＬＥＤパッケージ１は、アレイの列または行（ｒｏｗ）に沿って密封材から成る各々の凸状レンズ３５０が配列され、アレイにまた他の光学機能を提供する。
【００９４】
（第１６実施形態〜第１９実施形態）
図１１は、本発明の第１６実施形態〜第１９実施形態による表示パネル装置のＬＥＤシステムの分解を分解した断面図である。一般的に、このようなタイプのシステムは、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に含まれるエッジ型バックライトユニット（ＢＬＵ：Ｂａｃｋ  Ｌｉｇｈｔ  Ｕｎｉｔ）である。本実施形態において、ＬＥＤパッケージ１またはＬＥＤパッケージアレイは、回路基板３００に実装される。ＬＥＤパッケージ１は、サイドビュータイプ（ｓｉｄｅ−ｖｉｅｗ  ｔｙｐｅ）であり得る。導光板４１０は、アクリル樹脂のような透明プラスチック樹脂からなり得、ＬＥＤパッケージ１から放出された光学エネルギーを液晶パネル４５０側にガイドする役割を果たす。導光板４１０の背面には、導光板４１０内部に入射した光学エネルギーの進行方向を液晶パネル４５０側に変換させるためのパターン４１２ａが印刷されている。反射板４１２は、導光板４１０背面のパターン４１２ａにより反射されない光を再び導光板４１０の出射面側に反射させる。導光板４１０の一側から放出された光学エネルギーは拡散シート４１４に流入され、拡散シート４１４は、光学エネルギーを分散させる。複数のプリズムシート４１６は、放出された光学エネルギーを液晶パネル４５０側に追加でガイドし、光学エネルギーを主に液晶パネル４５０に垂直方向に進行するようにする。
【００９５】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、本発明の第１６実施形態〜第１９実施形態によるＬＥＤシステムを示す説明図である。
【００９６】
（第１６実施形態）
図１２Ａを参照すると、本発明の第１６実施形態によるＬＥＤシステムが図示されている。本実施形態において、プロジェクタシステム５０５は、本明細書に開示されたタイプのＬＥＤパッケージ１を交互に含む光源５１０を含む。放出された光は、コンデンシンレンズ５２０に流入され、カラーフィルター５３０に導入される。レンズ（ｓｈａｒｐｉｎｇ  ｌｅｎｓ）５４０は、導入された光を所定のイメージで調節し、プロジェクションレンズ５８０に反射光を提供する装置であって、例えば、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）５５０のようなイメージ調節装置に光を送る。プロジェクションレンズ５８０は、イメージ調節された光をプロジェクションスクリーン５９０に送る。
【００９７】
（第１７実施形態）
図１２Ｂを参照すると、本発明の第１７実施形態によるＬＥＤシステムが図示されている。本実施形態において、前述したタイプのＬＥＤパッケージ１を含む本実施形態のＬＥＤシステムは、自動車ヘッドライト、補助灯または後尾灯６１０に適用することができる。
【００９８】
（第１８実施形態）
図１２Ｃを参照すると、本発明の第１８実施形態によるＬＥＤシステムが図示されている。本実施形態において、前述したタイプのＬＥＤパッケージ１を含む本実施形態のＬＥＤシステムは、街灯または信号灯システム６２０に適用することができる。
【００９９】
（第１９実施形態）
図１２Ｄを参照すると、本発明の第１９実施形態によるＬＥＤシステムが図示されている。本実施形態において、前述したタイプのＬＥＤパッケージ１を含む本実施形態のＬＥＤシステムは、スポットライトまたはフラッドライト（ｆｌｏｏｄ  ｌｉｇｈｔ）のような照明光源システム６３０に適用することができる。
【０１００】
図１３は、本発明の第１６実施形態〜第１９実施形態によるＬＥＤシステムのブロック図である。図１３を参照すると、ＬＥＤシステムは、例えば多数のＬＥＤ装置７０６を活性化したり不活性化したりするＬＥＤ活性信号を発生させるＬＥＤコントローラ７０２を含む。活性信号７０４は、例えば、ＬＥＤ装置７０６が光学エネルギーを放出するようにＬＥＤ装置７０６にバイアスを提供する駆動信号を含む。本明細書に記載されたタイプのＬＥＤ装置７０６は、例えば、ディスプレイ装置内で個別的に活性化され得たり、例えば、照明装置内においてアレイで配列され集団的に活性化されることができる。ＬＥＤコントローラ７０２は、周知のデータプロセシング構成（ｄａｔａ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）により、メモリを有するプロセシングシステムによってプログラムされてアドレスされ得る。
【０１０１】
（その他の実施形態）
上記複数の実施形態において、ＬＥＤは、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)  （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）  ＬＥＤを含む任意の適したタイプの多数のＬＥＤを含み得る。上記複数の実施形態において、ＬＥＤは、例えば、フリップチップタイプＬＥＤ（ｆｌｉｐ  ｃｈｉｐ  ｔｙｐｅ  ＬＥＤ）、バーチカルタイプＬＥＤ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｔｙｐｅ  ＬＥＤ）、またはラテラルタイプＬＥＤ（ｌａｔｅｒａｌ  ｔｙｐｅ  ＬＥＤ）で配置され得る。また、上記複数の実施形態において、ＬＥＤパッケージは、例えば、トップビュータイプ（ｔｏｐ−ｖｉｅｗ  ｔｙｐｅ）またはサイドビュータイプ（ｓｉｄｅ−ｖｉｅｗ  ｔｙｐｅ）で配置され得る。現在のトップビュータイプＬＥＤパッケージ用ＬＥＤチップは、一般的に、例えば１ｍｍ×１ｍｍサイズのような正方形形状（ｓｑｕａｒｅ−ｓｈａｐｅｄ）を有し、特に光システム（ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、照明、および自動車ヘッドランプに適用され得る。現在のサイドビュータイプＬＥＤパッケージ用ＬＥＤチップは、通常２５０μｍ×６００μｍサイズのような長方形形状（ｒｅｃｔａｎｇｌｅ−ｓｈａｐｅｄ）であり、携帯電話、ＭＰ３プレーヤ、およびナビゲーションシステムのようなモバイルディスプレイシステムでその応用分野を探ることができる。
【０１０２】
ＬＥＤは、例えば、ＵＶまたは青色波長を含む任意の多数の狭幅または広幅波長の光学エネルギーを生成するように配置され得る。例えば、パッケージ基板１０の中央部にＬＥＤを実装することによって均一の色度を得ることができる。
【０１０３】
上記複数の実施形態において、パッケージ基板１０は、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂またはふっ素樹脂のような耐光性を有する有機物質を含む任意の多数の適した物質を含み得る。また、パッケージ基板１０は、例えば、ガラスまたはシリカゲルのような耐光性を有する無機物質を含み得る。パッケージ基板１０は、装置製造工程のあいだに発生した熱に耐えることができるように熱硬化工程によって処理され得る。ＡｌＮまたはＡｌＯのようなフィラー物質がパッケージ基板１０の物質に添加され、第１および第２密封層の後続塗布およびアニーリングのあいだに生じる熱応力を緩和する。他の実施形態において、金属またはセラミック物質がパッケージ基板１０の少なくとも一部に塗布され、前記パッケージの熱発散特性を増加させることができる。
【０１０４】
上記複数の実施形態において、発光変換物質層６０の発光変換物質６０ａは、後述する任意の物質またはこれらの混合物を含み得る。
【０１０５】
（１）Ｅｕ、Ｃｅなどのランタノイド系元素によって主に活力を受ける窒化物系／酸窒化物系物質
すなわち、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，  Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，  ＭＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，  Ｍ1.8Ｓｉ5Ｏ0.2Ｎ8：Ｅｕ，  Ｍ0.9Ｓｉ7Ｏ0.1Ｎ10：Ｅｕ，  ＭＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ
（ここで、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎのうちから選択される少なくとも一つである）
【０１０６】
（２）ランタノイド系、遷移金属系の元素によって主に活力を受けるアルカリ土類のハロゲンリン灰石（Ｍｎなど）。
すなわち、Ｍ5（ＰＯ4）3Ｘ：Ｒ
（ここで、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎであり、Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉであり、Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｅｕである）
【０１０７】
（３）アルカリ土類金属ほう酸ハロゲン蛍光体
すなわち、Ｍ2Ｂ5Ｏ9Ｘ：Ｒ
（ここで、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎであり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉであり、ＲはＥｕ、Ｍｎ、Ｅｕである）
【０１０８】
（４）アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体
すなわち、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｒ，  Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｒ，  ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｒ，  ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｒ，  ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ12：Ｒ，  ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｒ
（ここで、ＲはＥｕ、Ｍｎ、Ｅｕである）
【０１０９】
（５）アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体
すなわち、（ＳｒＢａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ
【０１１０】
（６）アルカリ土類乳化物蛍光体
すなわち、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，  Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，  Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ
【０１１１】
（７）アルカリ土類チオガレート蛍光体
【０１１２】
（８）アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体
【０１１３】
（９）ゲルマン酸塩
【０１１４】
（１０）Ｃｅ、Ｅｕなどのランタノイド系元素によって主に活力を受ける希土類アルミン酸塩、希土ケイ酸塩
すなわち、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ，  （Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ，  Ｙ3（Ａｌ0.8Ｇａ0.2）5Ｏ12：Ｃｅ，  （Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12  ［ＹＡＧ］
または、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ，  Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ
【０１１５】
（１１）  ＺｎＳ：Ｅｕ，  Ｚｎ2ＧｅＯ4：Ｍｎ，  ＭＧａ2Ｓ4：Ｅｕ
（ここで、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎであり、ＸはＦ、Ｃｌである）
【０１１６】
（１２）活性物質は、変化または添加することができる。
すなわち、Ｅｕ  →  Ｔｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ
【０１１７】
発光変換物質６０ａは、光学エネルギーの波長変換に非常に適した他の物質も含み得る。
【０１１８】
（実験例）
発光変換物質層の厚さを調節することによってＬＥＤ装置の変換効率値が最適化されるかどうかを測定するための実験を行った。実験例では、発光変換物質で緑色蛍光物質およびＵＶ発光ＬＥＤを含む７ｍｍ×７ｍｍサイズのトップピューＬＥＤパッケージ（１ｍｍ×１ｍｍチップサイズ）を含んだ。ＬＥＤ２０は、パッケージスロット１２を約９０％程度満たす透明シリコン樹脂を含む第１密封層５０内に密封した。１６５℃で１００秒間第１アニーリング９０を行い、第１密封層５０をソフト硬化した。緑色蛍光物質が発光変換物質６０ａとして提供され、過量の発光変換物質６０ａを除去し、発光変換物質層６０を提供し、結果を１６５℃で、５分間、第２アニーリング９２し、ＬＥＤ半導体装置１をハード硬化した。前記方法で各蛍光体の厚さを実験的に測定し、互いに異なる５個のサンプルを備えた。前述したように、発光変換物質６０ａに調節された機械的圧力を印加し、緑色蛍光体厚さを調節した。その結果、表１に図示するように、各々２２６μｍ、２２４μｍ、１９０μｍ、１５３μｍおよび１０８μｍの緑色蛍光体厚さを有するサンプル１〜５が提供された。
【０１１９】
下記表１のデータを参照すると、緑色蛍光層を塗布する前に各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）に対してＵＶ波長におけるＬＥＤの光学エネルギーの出力電力を実験室で測定した。表１を参照すると、サンプル１〜５のＵＶ波長における出力エネルギーが各々１４９ｍＷ、１４５ｍＷ、１４８ｍＷ、１４８ｍＷ、および１４７ｍＷであることが分かる。
【０１２０】
緑色蛍光層を塗布した後、各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）に対してＵＶ波長におけるＬＥＤの光学エネルギーの出力電力を実験室で測定した。表１を参照すると、５個のサンプルのＵＶ波長における出力エネルギーは、各々４．３ｍＷ、４．６ｍＷ、７．５ｍＷ、１１．１ｍＷ、および１４．６ｍＷであることが分かる。
【０１２１】
緑色蛍光層を塗布した後、各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）に対して変換された緑色波長におけるＬＥＤの光学エネルギーの出力電力を実験室で測定した。表１を参照すると、５個のサンプルの緑色波長における出力エネルギーは、各々６７ｍＷ、７４ｍＷ、９１．３ｍＷ、１０６．８ｍＷ、および８８ｍＷであることが分かる。
【０１２２】
各サンプルに対するＬＥＤの変換効率、または本実験例の場合、発光変換物質として蛍光体を用いたので、蛍光変換効率（ＰＣＥ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は次の通りに計算することができる。
【０１２３】
ＰＣＥ＝緑色波長の出力／ＵＶ波長の出力（蛍光体形成前−蛍光体形成後）
【０１２４】
例えば、サンプル１の場合、
ＰＣＥ  ＝  ６７ｍＷ  ／  （１４９ｍＷ−４．３ｍＷ）  ＝  ４６．３％である。
各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）に対するＰＣＥの測定値は、各々４６．３％、５２．７％、６５％、７８％、および６６．５％である。
【０１２５】
また、各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）の透過度は次の通りに測定した。
【０１２６】
透過度  ＝  ＵＶ波長における蛍光体形成後の出力／ＵＶ波長における蛍光体形成前の出力
例えば、サンプル１の場合、
透過度  ＝  ４．３ｍＷ  ／  １４９ｍＷ  ＝  ２．９％
【０１２７】
各サンプル（すなわち、サンプル１〜５）に対する透過度の測定値は、各々２．９％、３．２％、５％、７．５％、および１０％である。
【０１２８】
図１４Ａは、本発明の実施形態により製造したサンプル例から得た実験結果に対し、蛍光変換効率を蛍光体層厚さの関数で示す説明図である。図１４Ｂは、本発明の実施形態により製造したサンプル例から得た実験結果に対し、蛍光変換効率を、緑色蛍光変換層を塗布した後のＵＶ波長の出力の関数で示す概略図である。
【０１２９】
図１４Ａおよび図１４Ｂを参照すると、実験装置に対する最適のＰＣＥは、サンプル４（Ｓ４）の工程条件下で発生することを確認することができる。ＰＣＥの最大値が約８０％程度であるとするとき、ＰＣＥが「最大値より２０％小さい値〜最大値」になる範囲は、６４％〜８０％であることが分かる。ＰＣＥが「最大値より２０％小さい値〜最大値」（すなわち、６４％〜８０％）になる場合にサンプルの蛍光層厚さ（例えば、サンプル３〜５の場合、２００μｍ〜１００μｍ）は、ＬＥＤによって放出されたＵＶ光学エネルギーの約５％〜１０％が透過するようにする。すなわち、ＵＶ波長において５％〜１０％の光学エネルギーが変換されず、緑色蛍光体層を通過する。本装置の変換効率（本実験においてＰＣＥ）は、発光変換物質層（本実験の場合、緑色蛍光体層）の厚さを調節することによって最適化されるという点を例証している。図１４Ｂに示すデータは、下記の表１から抽出したものであってＰＣＥと蛍光変換以後のＵＶ電力が相当な相関関係があるという点を示す。本実験例において、図１４Ｂは、蛍光体層形成後、ＵＶ電力が約１１ｍＷ（透過度が約７．５％）であるとき、ＰＣＥが最大値を有するという点を例証している。
【０１３０】
【表１】
2009272628.tif 000003
【０１３１】
このような方法によって、本発明の実施形態によるＬＥＤ半導体装置、システムおよび方法は、ＬＥＤ半導体装置に高い演色性を提供する一方、要求される発光変換物質の量を減少させることによって製造費用を節減する。特に、ＬＥＤ半導体装置の変換効率および透過度は、装置内に配置され光学エネルギーの波長変換が起きる発光変換物質層の厚さを正確に調節することによって最適化することができる。発光変換物質層の厚さは、下部のＬＥＤを覆うソフト硬化した第１密封層の上部の表面に発光変換物質を塗布し、制御された圧力を塗布された発光変換物質から上部の表面側に選択的に印加することによって正確に調節される。実験結果は、発光変換物質層の厚さや透過度とＬＥＤ装置の変換効率の間に密接な相関関係があるという点を例証している。
【０１３２】
以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得るということを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１３３】
１０：パッケージ基板、１２：スロット、２０：ＬＥＤ、３０：サブマウント、５０：第１密封層、６０：発光変換物質層、７０：第２密封層、８０：波長フィルタ、９０：第１アニーリング、９２：第２アニーリング
【図１Ａ】
2009272628.tif 000004
【図１Ｂ】
2009272628.tif 000005
【図１Ｃ】
2009272628.tif 000006
【図１Ｄ】
2009272628.tif 000007
【図１Ｅ】
2009272628.tif 000008
【図２】
2009272628.tif 000009
【図３】
2009272628.tif 000010
【図４】
2009272628.tif 000011
【図５Ａ】
2009272628.tif 000012
【図５Ｂ】
2009272628.tif 000013
【図６Ａ】
2009272628.tif 000014
【図６Ｂ】
2009272628.tif 000015
【図６Ｃ】
2009272628.tif 000016
【図６Ｄ】
2009272628.tif 000017
【図７Ａ】
2009272628.tif 000018
【図７Ｂ】
2009272628.tif 000019
【図７Ｃ】
2009272628.tif 000020
【図８Ａ】
2009272628.tif 000021
【図８Ｂ】
2009272628.tif 000022
【図８Ｃ】
2009272628.tif 000023
【図８Ｄ】
2009272628.tif 000024
【図９Ａ】
2009272628.tif 000025
【図９Ｂ】
2009272628.tif 000026
【図１０Ａ】
2009272628.tif 000027
【図１０Ｂ】
2009272628.tif 000028
【図１０Ｃ】
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【図１１】
2009272628.tif 000030
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2009272628.tif 000034
【図１３】
2009272628.tif 000035
【図１４Ａ】
2009272628.tif 000036
【図１４Ｂ】
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