上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス
【課題】ＬＥＤデバイスの要素をその劣化から保護すべく熱を消散させる改善された能力を有する新規のＬＥＤデバイスを提供すること
【解決手段】上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)が提供される。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、基板本体(102,602)と該基板本体上のＬＥＤ(104,604)とを含み、また、前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)を含む。ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法もまた提供される。
【解決手段】上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)が提供される。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、基板本体(102,602)と該基板本体上のＬＥＤ(104,604)とを含み、また、前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)を含む。ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法もまた提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、光出力を生成するのに有用なものである。ＬＥＤデバイスは、白熱電球又は蛍光灯よりも一層効率よく可視光という形の光子の放出へと電気を変換することが可能であり、及び１つ又は２つ以上の所定の波長又は波長帯域で発光するよう構成することができるものである。ＬＥＤは、ＬＥＤからの光出力のための初期集束を提供するよう構成された凹状の基部ハウジング内に配置することが可能である。ＬＥＤには、該ＬＥＤにバイアス電圧を供給するための電気回路と連絡した状態にするアノード及びカソード接続部を配設することができる。該ＬＥＤは、外部の汚染物質及び物理的な損傷又は脱落からＬＥＤを保護することを意図した構造体内にカプセル化することができ、該構造体は、ＬＥＤからの光出力を更に集束させるためのレンズ系の一部を形成することが可能である。ＬＥＤが載置される基板は、該ＬＥＤからの熱を消散させる働きをすることができるメタライズ部分を該ＬＥＤの下方に含むことが可能である。
【０００３】
光出力と共にＬＥＤデバイスは熱も生成する。上記で概略的に述べたＬＥＤデバイスの典型的な設計上の特徴にもかかわらず、ＬＥＤデバイスは、該デバイス内で生じた熱の蓄積により生じる損傷を一般に受けやすいものである。メタライズＬＥＤ基板は、ＬＥＤデバイス内に包含させて熱を消散させるよう働くことができる有用な設計上の要素ではあるが、かかる要素は、該デバイス内に適度な中程度の温度を維持するのには適さないことが多い。熱の過度の蓄積は、ＬＥＤデバイスの組成物（ＬＥＤ用のカプセル材等）の劣化を生じさせ得るものとなる。エポキシ及びシリコーンポリマーは、ＬＥＤカプセル材の形成に一般に使用されるものであり、一般に低熱伝導体であり、動作中にＬＥＤデバイス内でよく生じる高温に対して十分な耐性を有さないものである。これらのポリマーは、かかる高温により生じる熱劣化を受けると、光透過率の大幅な低下を来たし得るものである。この低下した光透過率は、ＬＥＤデバイスから出力させることが意図された波長の光の、該ＬＥＤデバイスによる内部吸収を増大させ得るものとなる。この光吸収は、近紫外波長で顕著となり、該波長に応じてＬＥＤデバイスからの光出力品質及び光強度の低下が生じ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結果的に、ＬＥＤデバイスの要素をその劣化から保護するために熱を消散させる改善された能力を有する新規のＬＥＤデバイスを提供することが必要とされ続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上面熱消散手段を含むＬＥＤデバイス（上面熱消散手段をを有するＬＥＤデバイス）について説明する。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、基板本体、及び該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスはまた、該基板本体上に電気的及び熱的に伝導性（以下「電気及び熱伝導性」と称す）の熱消散手段を有する。一例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、該電気及び熱伝導性の熱消散手段の上に透光性の本体を含むことが可能である。
【０００６】
もう１つの例として、ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法が提供される。該方法は、基板本体、該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び該基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを形成し、該ＬＥＤにより生成された熱を前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を介して消散させる、という各ステップを含む。
【０００７】
本発明の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を検証することにより当業者には自明であり又は自明となろう。かかる更なるシステム、方法、特徴、及び利点が、本詳細な説明内に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、及び添付図面により保護されることが意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、以下の図面を参照することで一層良好に理解できよう。図面中の構成要素は、必ずしも実際の縮尺にはなっておらず、本発明の原理を例示するよう強調されている。更に、同図面では、同様の符号は異なる図にわたり対応する部品を示している。
【０００９】
以下の様々な実施形態についての説明で参照する図面は、本開示の一部をなし、本発明を実施することが可能な特定の実施形態を例示したものである。他の実施形態を利用することが可能であり、及び本発明の範囲から逸脱することなく構造上の変化を加えることが可能である。
【００１０】
図１は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の一実施形態を示す平面図である。図２は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の2-2断面図である。図３は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの3-3低面図である。図４は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス内の透光性の本体と２つの電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を示す4-4底面図である。
【００１１】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104が上部に配設された基板本体102を含む。一例として、該基板本体は、凹状キャビティ106を含むことが可能であり、該凹状キャビティ106内で基板本体102上にＬＥＤ104を配設することが可能である。本書全体にわたって使用する用語「凹状」は、例えば、ボウル形状又はカップ形状といったキャビティを意味し又は称したものである。一例として、基板本体102は、図３に示されているように、矩形の横方向の側面108,110,112,114を有することが可能である。別の例では、基板本体102の側面は全体的に、５角形、長方形、円形、又は楕円形といった他の形状を形成することが可能である。
【００１２】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、カソード電極116及びアノード電極118を含むことが可能である。カソード電極116は、凹状キャビティ106の裏当てとなる伝導性フレーム120と一体的に形成され、ギャップ122は、カソード電極116及びアノード電極118を互いに電気的に絶縁させることが可能なものである。伝導性フレーム120は、一例として、ＬＥＤ104により生成された光をほぼ矢印124の方向に集束させるよう光学的に反射させることができるものとすることが可能である。例えば、伝導性フレーム120に銀を含む組成物又はニッケル及び金を含む組成物をメッキすることが可能である。更なる実施形態では、カソード電極116は、表面実装（ＳＭＴ）パッド126を含むことが可能である。一例として、アノード電極118は、ＳＭＴパッド128を含むことが可能である。ＳＭＴパッド126,128のそれぞれの基板本体102に対する位置は変更することが可能である、ということが理解されよう。カソード電極116は接続部分130を含み、アノード電極118は接続部分132を含むことが可能である。カソード電極116の接続部分130及びアノード電極118の接続部分132は、基板本体102の側面110,108に対してそれぞれ完全に又は部分的に同一平面をなすよう配置することが可能であり又はそのように配置しないことが可能である、ということが理解されよう。別の実施形態では、カソード電極116の部分134及びアノード電極118の部分136の各々は、基板本体102の上面140上に配置することが可能である。カソード電極116は、伝導性フレーム120とＳＭＴパッド126との間を通過する内部部分140を含むことが可能である。
【００１３】
代替的な例（図示せず）では、カソード電極116及びアノード電極118は、基板本体102の側面108,110,112,114の何れからも出ることなく、該基板本体102を通ってその底面142へと通過することが可能である。
【００１４】
別の実施形態（図示せず）として、凹状キャビティ106を省略し、ＬＥＤ104を基板本体102の上面138上に配設することが可能である。
【００１５】
ＬＥＤ104は、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144及びＮ型ドーピングされた半導体本体146を含むことが可能である。一例として、ＬＥＤ104の形状は、図１に示すように、矩形の角柱とすることが可能である。別の例では、ＬＥＤ104の形状は、立方体、円筒、又は他の所定の外形を有することが可能である。一例として、凹状キャビティ106内に２つ以上のＬＥＤ104を配設することが可能である。一実施形態では凹状キャビティ106内に複数のＬＥＤ104のアレイを配設することが可能である。
【００１６】
本書全体を通して使用する用語「本体」は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスのあらゆる形態の一塊りの主な構成要素（例えば、任意の適当な寸法を有しあらゆる方法で形成された、１つの層、複数の層、コーティング、成形体、又はブロック）を広義に意味し、また包含するものである、ということが当業者には理解されよう。
【００１７】
Ｐ型ドーピングされた半導体本体144をベース導体本体148と電気的に連絡した状態にし、及びＮ型ドーピングされた半導体本体146を上部導体本体150と電気的に連絡した状態にすることが可能である。該ベース導体本体148及び上部導体本体150は、それぞれ、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144及びＮ型ドーピングされた半導体本体146に電流が流入し、またそれらから電流が流出することを可能にする。
【００１８】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の代替的な構造の一例では、半導体本体146をＰ型ドーピングされたものとし、半導体本体144をＮ型ドーピングされたものとすることが可能である、ということが理解されよう。かかる代替的な構造のＬＥＤ104を通る電流の流れは、逆方向にすることが可能であり、このため、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、アノード電極116及びカソード電極118を含むことが可能である。別の例として、カソード電極116を、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144と電気的に連絡した状態にある比較的高電位の第１の端子電極116に置換し、及びアノード電極118を、Ｎ型ドーピングされた半導体本体146と電気的に連絡した状態にある比較的低電位の第２の端子電極118に置換することが可能である。
【００１９】
基板本体102の周囲152は、図３に示すように正方形にすることが可能である。代替的には（図示しないが）、基板本体102の周囲152は、例えば、円形、楕円形、五角形、又は六角形とすることが可能である。ＳＭＴパッド126,128は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを支持することができる隣接する材料（プリント回路基板等）（図示せず）へと消散させるべくＬＥＤ104からその外部へ熱を伝えるものである。一例では（図示せず）、凹状キャビティ106の裏当てとなる伝導性フレーム120の底面154を基板本体102の底面142に隣接して露出させて、ＬＥＤ104からその外部へと熱が伝わるようにすることが可能である。
【００２０】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104、カソード電極116の部分134、アノード電極118の部分136、及び基板本体102の上面138上に配置された、透光性本体156を更に含むことが可能である。本書全体にわたり、「透光性」とは、主な本体が所定の光学的な透過率を有する組成物から形成することが可能であることを意味している。一例として、透光性本体156の光学的な透過率は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の意図する最終的な用途に応じて選定することが可能である。一実施形態として、透光性本体156は、ＬＥＤ104により発せられた光の１つ又は２つ以上の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100が、白色光を生成するための装置で利用される蛍光変換（phosphor-conversion）デバイスである一例では、透光性本体156は、以下で詳述するように、ＬＥＤ104により発せられた光の波長と蛍光体により発せられた光の波長とについて高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。
【００２１】
電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、透光性本体156と一体的に形成し、及びアノード電極118の部分136上でそれと面するように部分的に位置合わせしてそれと隔置することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、上部導体本体150上でそれと面するように部分的に位置合わせした状態で隔置されている。熱伝導性の熱消散手段160は、透光性本体156と一体的に形成することが可能であり、カソード電極116の部分134上でそれと面するよう部分的に位置合わせした状態で隔置されている。一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、基板本体102の上面138に面する透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160の形状は、図１、図２、及び図４に示す例とは異ならせることが可能であることが理解されよう。
【００２２】
一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、透光性の組成物から形成することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160を金属又は金属合金等の不透明な組成物から形成することが可能である。かかる不透明の組成物が用いられる場合の一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158の矢印164で示すトレース幅、及び熱伝導性の熱消散手段160の矢印166で示すトレース幅を最小限にして、透光性本体156を介したＬＥＤからの光放射の通過を最大限にすることが可能である。図示しない別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160を、透光性本体156の底面162内に部分的に又は完全に埋設することが可能である。
【００２３】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体168は、アノード電極118の部分136と電気及び熱伝導性の熱消散手段158とに接触した状態で形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体170は、上部導体本体150又は半導体本体146又はその両者と電気及び熱伝導性の熱消散手段158とに接触した状態で形成することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、その一端が、電気及び熱伝導性の本体170と電気的及び熱的に連絡した状態にあり、その他端が、電気及び熱伝導性の本体168と電気的及び熱的に連絡した状態にある。電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、上部導体本体150又は半導体本体146又はその両者とアノード電極118との間の電気的な接続を提供する。
【００２４】
電気及び熱伝導性の本体170は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158を介した熱の消散のための経路を提供する。別の実施形態として（図示しないが）、電気及び熱伝導性の本体170は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158内、又は透光性本体156内、又はその両者内に、埋設することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の本体170は、上部導体本体150内、又は半導体本体146内、又はその両者内に埋設することが可能である。
【００２５】
電気及び熱伝導性の本体168は、アノード電極118及びアノードＳＭＴパッド128を介して熱を消散させるために、上部導体本体150及び半導体本体146、電気及び熱伝導性の本体170、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、及び透光性本体156を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ104からの熱を受容することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、熱を透光性本体156に伝導させて消散させる。
【００２６】
別の例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、該熱消散手段158を、上部導体本体150又は半導体本体146、及びアノード電極118の部分136と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能である。該例では、電気及び熱伝導性の本体170,168を省略することが可能である。
【００２７】
別の例では、１つ又は複数の熱伝導性の本体172を、カソード電極116の部分134並びに電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160と接触した状態で形成することが可能である。熱伝導性の本体172は、ベース導体本体148と接触した状態にある伝導性フレーム120を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ104からの熱を受容することが可能であり、及び熱を熱伝導性の熱消散手段160へ伝導させ、次いで透光性本体156を介して消散させることが可能である。
【００２８】
更なる実施形態として、熱伝導性の熱消散手段160は、該熱消散手段160を、カソード電極116の部分134と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能であり、熱伝導性の本体172を省略することが可能となる。
【００２９】
例えば、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172はそれぞれ、半田バンプ、半田ペーストコーティング、又は異方性導電膜（ＡＣＦ）として形成することが可能である。
【００３０】
一例として、基板本体102の上面138、アノード電極118の部分136、カソード電極116の部分134、伝導性フレーム120、透光性本体156の底面162、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、及び熱伝導性の熱消散手段160は、共にキャビティ174を形成することが可能である。一実施形態では、キャビティ174に完全に又は部分的に充填材本体176を充填することが可能である。該充填材本体176は、透光性のものとすることが可能である。一例では、充填材本体176は、熱伝導性及び電気絶縁性の組成物から形成することが可能であり、該充填材本体176は、ＬＥＤ104により生成された熱を、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、熱伝導性の熱消散手段160、及び透光性本体156へ伝導させるための更なる経路を提供するものとなる。
【００３１】
充填材本体176は、所定の光透過率を有する組成物から形成することが可能である。一例として、充填材本体176は、以下で説明するように、ＬＥＤ104から発せられる光の波長及び蛍光体により発せられる光の波長について高透過率及び低吸収率を有するよう選定された組成物から形成することが可能であり、かかる組成物は、充填材本体176内に分散させること若しくはキャビティ174内に配設することが可能である。一例として、充填材本体176は、エポキシ、シリコーン、又はアクリル樹脂（例えば、ポリメチル・メタクリレート等）、又はかかる樹脂の混合物といった、硬化性ポリマー樹脂から形成することが可能である。一例では、充填材本体176は、例えば、ゾル−ゲルという形で付与することが可能な無機ガラスといった、他の光子透過性の組成物から形成することが可能である。
【００３２】
別の例では、充填材本体176は、例えばＬＥＤ104を取り囲んで配置されて破線180へと延びる第１段階の透光性の充填材本体178と、該破線180の外側におけるキャビティ174の残りの部分内の第２段階の熱伝導性の充填材本体とを含むことが可能である。このため、該第１段階の透光性の充填材本体178はＬＥＤ104を包囲し、キャビティ174の残りの部分内の第２段階の充填材本体は、該第１段階の充填材本体178をを包囲する。一実施形態では、第１段階の透光性の充填材本体178は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と接触することが可能である。一例として、第２段階の充填材本体は、セラミックス、金属酸化物、ケイ酸塩、窒化物、炭酸塩、それらの混合物、及びその他の粒子といった、高い熱伝導性を有する材料を含む、光学的に不透明の組成物から形成することが可能である。
【００３３】
一例では、透光性本体156は、基板本体102の隆起した領域182によって、矢印184で示す距離だけ、カソード電極116の部分134から及びアノード電極118の部分136から隔置させることが可能である。他の例では、該隆起した領域182を省略することが可能である。
【００３４】
凹状キャビティ106は、ＬＥＤ104により発せられる光子のためのリフレクタを形成することが可能である。該リフレクタは、一般にかかる光子を矢印124の方向へ偏向させる。該矢印124は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からの最大光子放射の向きを示している。一例として、凹状キャビティ106のベース内壁186は、円形の外周を有することが可能であり、凹状キャビティ106の側方内壁188もまた円形の外周を有することが可能であり、該外周は、例えば、矢印124の方向に沿って実質的に一様であり又は該方向に延びるものとすることが可能である。しかし、ベース内壁186及び側方内壁188は、他の形状及び向きを有する外周を有することも可能である、ということが当業者には理解されよう。例えば、ベース内壁186は、楕円形、四辺形、又は他の何らかの外形の外周を有することが可能である。一例として、ベース内壁186の外周は、少なくとも１つの対称軸を有することが可能であり、側方内壁188の外周の形状は、ベース内壁186の外周と同様のものとすることが可能である。
【００３５】
一例として、レンズ本体190は、破線192で示す界面で透光性本体156上にそれと接触した状態で形成することが可能である。レンズ本体190は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からの光子放射を更に集束させる働きをすることが可能である。レンズ本体190は、様々な形状を有することが可能であり、例えばフレネルレンズという形をとることが可能である、ということが理解されよう。一実施形態では、レンズ本体190及び透光性本体156は、所定の光透過率を有する組成物から一体的に形成することが可能である。その場合には、破線192で示す界面を省略することが可能である。他の例として、レンズ本体190を拡散（diffused）レンズとすることが可能である。拡散レンズは、例えば、二酸化チタン粒子もしくは二酸化シリコン粒子又は他の金属酸化物の粒子といった光散乱粒子を分散させたものである。
【００３６】
基板本体102は、所定の高い誘電率を有する組成物を含む組成物から形成することが可能である。一例では、該誘電率を十分に高くして、カソード電極116とアノード電極118との間の漏れ電流を最小限にすることが可能である。別の実施形態では、基板本体102を更に、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からＬＥＤ104により生成される熱の消散に貢献するだけの所定の熱伝導率を有する組成物から形成することが可能である。例えば、基板本体102は、アルミナ、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムもしくはシリマナイト、チタン酸バリウムネオジム、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸バリウム、チタン酸バリウム（ＢＴ）、ベリリア、窒化ホウ素、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム（ＣＭＴ）、ガラスセラミックス、コーディエライト／ケイ酸マグネシウムアルミニウム、フォルステライト／ケイ酸マグネシウム、ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮ）、ニオブ酸鉛亜鉛（ＰＺＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ケイ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、ニオブ酸塩又は酸化ニオブ、ポーセリン、石英、サファイア、チタン酸ストロンチウム、シリカ又はシリケート、タンタル酸塩又は酸化タンタル、チタニア又はチタン酸塩、ジルコン、ジルコニア又はジルコン酸塩、チタン酸ジルコニウムスズ、ＦＲ４、ポリイミド、ビスマレイミドトリアジン、又はそれらの混合物を含む組成物から形成することが可能である。
【００３７】
電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、所定の高い熱伝導率を有する組成物から形成することが可能である。一例として、該組成物は更に、ＬＥＤ104により発せられる光の波長で所定の高い光透過率を有することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、導電性の組成物から形成することが可能である。一実施形態では、熱伝導性の熱消散手段160を形成するために選択される組成物は、その高い熱伝導率を選択した結果として、たまたま導電性も有することになる可能性がある。かかる実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と熱伝導性の熱消散手段160との間にギャップ194を介在させることが可能であり、及び透光性本体156を所定の高い誘電率を有する組成物から形成することが可能である。このようにして、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と熱伝導性の熱消散手段160との間の漏れ電流を最小限にすることが可能である。一例では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、例えば、インジウム-スズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、亜鉛スズ酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物、又はそれらの混合物を含む組成物といった、導電性の酸化物組成物から形成することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、金、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、又はそれらの合金を含む組成物といった、金属組成物から形成することが可能である。代替的な実施形態では、熱伝導性の熱消散手段160は、導電性を有さない組成物から形成することが可能である。この実施形態では、ギャップ194を省略することが可能である。
【００３８】
透光性本体156は、ＬＥＤ104により発せられる光の波長で所定の透光性を有する組成物から形成することが可能である。一実施形態では、該組成物は更に、所定の高い熱伝導率を有することが可能である。一例として、透光性本体156は、例えば二酸化シリコンを含むことが可能な無機酸化物といった透光性のセラミックス、又は透光性の高温ポリマー（high temperature polymer）、液晶ポリマー、ポリマーブレンド、又は透光性のセラミック組成物を含む組成物から形成することが可能である。一実施形態として、透光性本体156は、無機ゾル-ゲル組成物からin-situで形成することが可能である。
【００３９】
ＬＥＤ104自体に関しては、発光ダイオードp-n接合は典型的には、ガリウムヒ素、ガリウムヒ素リン、ガリウムナイトライド、又はガリウムリンといった、III族及びV族元素の２つの選択された混合物に基づくものとなる。これらの化合物、及びアルミニウム及びインジウムを含むその他の化合物の相対的な比率、並びにテルリウム及びマグネシウム等のドーパントの添加を慎重に調整することにより、例えば、赤色、橙色、黄色、又は緑色の光を発するＬＥＤを作製することが可能となる。一例として、以下の半導体組成物（「エピタキシャル層／ＬＥＤ基板本体」で示す）を使用して、括弧内に示す対応する出力波長範囲及び色の光子を生成することが可能である：ガリウム−アルミニウム−ヒ素／ガリウムヒ素（860mn、赤外(infrared)）、ガリウム−アルミニウム−ヒ素／ガリウム−アルミニウム−ヒ素（660nm、ウルトラレッド）、アルミニウム−ガリウム−インジウム−リン（633nm、スーパーレッド）、ガリウム−ヒ素／ガリウム−リン（605nm、橙）、ガリウム−ヒ素−リン／ガリウム−リン（585nm、黄）、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド、ガリウム−リン／ガリウム−リン（555nm、純緑(pure green)）、ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（470nm、スーパーブルー）、ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（430nm、青紫）、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（395nm、紫外）。II族及びVI族元素の２つの選択された混合物又はIV族元素の混合物を代替的に使用することが可能である、ということが理解されよう。
【００４０】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の動作のために、カソード電極116のＳＭＴパッド126及びアノード電極118のＳＭＴパッド128は、外部回路（図示せず）の導電性要素と電気的に連絡した状態にすることが可能であり、該導電性要素は、例えば、プリント回路基板等の表面上に配置することが可能なものである。一実施形態では、該導電性要素は、導電性パッドとすることが可能である。動作の一例では、図示しない外部電源によりカソード電極116及びアノード電極118を介してバイアス電流を加えることが可能である。該バイアス電流は、Ｎ型ドーピングされた半導体本体146とＰ型ドーピングされた半導体本体144との界面196を介した電荷キャリアの移動を生じさせることが可能である。Ｎ型ドーピングされた半導体本体146からＰ型ドーピングされた半導体本体144へと電子が流れ、及び逆方向に正孔を生じさせることが可能である。Ｐ型ドーピングされた半導体本体144内に注入される電子が正孔と再結合し、その結果としてＬＥＤ104からの光子のエレクトロルミネセント放出が生じることになる。
【００４１】
更なる例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、充填材本体176の特定領域内に又はその全体にわたって所定のリン組成物が分散された蛍光変換ＬＥＤデバイスとすることが可能である。該所定のリン組成物は、例えば、適当なカプセル材料内に液相で分散させ、次いでキャビティ174内に堆積させることが可能である。
【００４２】
動作の一例では、ＬＥＤ104自体からの一波長でのエレクトロルミネセント放出を蛍光体により部分的に阻止し、その結果として該蛍光体からの誘導ルミネセント放出を生じさせることが可能であり、該誘導ルミネセント放出の波長は、例えば、前記エレクトロルミネセント放出の波長よりも長いものとすることが可能である。次いで、第１の波長でＬＥＤ104により放出される光子と第２の波長で蛍光体により放出される光子とを上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100から相加的に放出させることが可能である。ＬＥＤ104は例えば青色の光子を放出するよう設計することが可能であり、及び蛍光体組成物は黄色の光子を放出するよう設計することが可能であり、それら光子の比を、相加的な出力が人の眼により白色光として知覚されるようなものとすることが可能である、ということが当業者には理解されよう。
【００４３】
一例として、人の眼により白色として解釈される光子放出が選択される場合には、ＬＥＤ104は、青色光を放出するよう設計することが可能である。最も広くて約420nm〜約490nmの範囲内で、又はより詳細には約430nm〜約480nmの範囲内で青色光を放出するガリウムナイトライド（GaN-）又はインジウム−ガリウム−ナイトライド（InGaN-）ベースのＬＥＤ半導体チップを用いることが可能である。用語「GaN-又はInGaN-ベースのＬＥＤ」は、放射線放出領域が、GaN、InGaN、又はそれらナイトライドの一方又は両方を他の関連するナイトライドと共に含み、並びにそれらナイトライドの何れかをベースとする混晶（例えばGa(Al-In)N）を更に含む組成物を含む、ＬＥＤであると理解されるべきである。かかるＬＥＤは、例えば、Shunji Nakamura及びGerhard Fasolの「The Blue Laser Diode」（Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1997, pp.209以下参照）から既知のものである。別の例では、半導体ＬＥＤの代わりにポリマーＬＥＤ又はレーザダイオードを用いることが可能である。用語「発光ダイオード」は、例えば、半導体発光ダイオード、ポリマー発光ダイオード、及びレーザダイオードを包含するものとして定義されていることが理解されよう。
【００４４】
ＬＥＤ104により発せられる幾分かの青色の光子によって励起させる蛍光体組成物の選択はまた、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の選択された最終用途によって決定される。例えば、人の眼によって白色光として解釈される光子放出が選択される場合には、選択される蛍光体は、黄色の光を発するよう設計することが可能である。例えば国際照明委員会（International Commission for Illumination）により発行された色度図で示されているように、適当な波長及び適当な比で組み合わせられると、青色及び黄色の光子が一緒になって人の眼には白色光として見えることが可能である。これに関連して、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）は一般的なホスト組成物であり、通常は１つ又は２つ以上の希土類元素又は組成物がドーピングされる。セリウムは、白色光放出用途に用いられるＹＡＧ蛍光体における一般的な希土類ドーパントである。
【００４５】
一例として、選択された蛍光体組成物は、イットリウム、ルテチウム、セレン、ランタン、ガドリニウム、サマリウム、又はテルビウムといった少なくとも１つの元素を含む、セリウムがドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネットとすることが可能である。該セリウムがドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネットはまた、アルミニウム、ガリウム、又はインジウムといった少なくとも１つの元素を含むことが可能である。一例として、選択された蛍光体は、セリウムがドーピングされたガーネット構造A3B5O12を有することが可能である。ここで、第１の要素Aは、イットリウム(Y)、ルテチウム(Lu)、セレン(Se)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)、サマリウム(Sm)、又はテルビウム(Tb)といった少なくとも１つの元素を示し、第２の要素Bは、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、又はインジウム(In)といった少なくとも１つの元素を示している。これらの蛍光体は、ＬＥＤ104からの青色光により励起させることが可能であり、次いで500nmを超えて最大約585nmまでの範囲へとシフトされた波長の光を放出することが可能である。一例として、約550nm〜約585nmの範囲内にある最大放出波長を有する蛍光体を用いることが可能である。セリウム駆動型のTbガーネット蛍光組成物の場合、最大放出波長は約550nmとなる。ホスト格子内の比較的少量のTbは、セリウム駆動型の蛍光組成物の特性を改善するという目的を達成することが可能なものであり、一方、特にセリウム駆動型の蛍光組成物の放出波長をシフトさせるために、より多くのTbを追加することが可能である。このため、Tbの割合が高い場合には、5000K未満の低い色温度を有する白色蛍光変換ＬＥＤデバイスに良く適したものとなる。蛍光変換ＬＥＤデバイスで使用するための蛍光体に関する背景情報については、例えば、公開されたＰＣＴ文書WO 98/05088、WO 97/50132、WO 98/12757、及びWO 97/50132を参照されたい。
【００４６】
一例として、約430nm〜約480nmの範囲内の最大放出波長を有するガリウムナイトライド又はインジウムガリウムナイトライドをベースとする青色発光ＬＥＤ104は、約526nm〜約585nmの範囲内の最大放出波長を有するCeタイプのＹＡＧの蛍光組成物を励起させるために使用することが可能である。
【００４７】
様々な例を説明してきたが、その場合、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104により発せられた電界発光により生じた青色光子を、蛍光要素の青色光子刺激による発光から生じた黄色光子と組み合わせて、白色の外観を有する光出力が提供されるよう設計することが可能なものである。しかし、異なる色構成（chromatic schemes）で動作する上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、白色であるように見え又は他の色を有するように見える光を生成するよう設計することも可能である、ということが理解されよう。白色に見える光は、ＬＥＤ104の電界発光及び光子刺激による蛍光発光により生成される２つ又は３つ以上の色の多数の組み合わせにより実現することが可能である。白色の外観を有する光の生成方法の一例は、２つの補色を適切な出力比で混合することである。
【００４８】
図５は、図１ないし図４に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100を作製するためのプロセス500の一実施形態を示すフローチャートである。該プロセスはステップ502で開始し、ステップ504で基板本体102が配設される。基板本体102は、凹状キャビティ106を含み、及びアノード及びカソード電極118,116を含むことが可能である。該カソード電極116は、一体化された伝導性フレーム120を有することが可能である。該カソード及びアノード電極116,118は、ＬＥＤ104を外部回路（図示せず）と電気的に連絡した状態にするために構成される。一例として、AIN（AN242）基板本体を使用することが可能である。一実施形態では、カソード電極116及びアノード電極118をＳＭＴパッド126,128にそれぞれ電気的に接続する超細密ブラインドバイアを、紫外線ＹＡＧレーザ及び直接銅堆積（direct copper build-up）プロセスを使用して形成することが可能である。該直接銅堆積プロセスは、一例として、電気メッキ又は無電解メッキ又はその他の堆積技術によって行うことが可能である。
【００４９】
ステップ506で、ＬＥＤ104が基板本体上に配設される。一例として、ＬＥＤ104は、ベース内壁186上の凹状キャビティ106内に配設することが可能である。ＬＥＤ104は、事前に作製されたものとすることが可能であり、又はin-situで形成することが可能である。ＬＥＤ104は、一例として、ベース内壁186上の一点であってベース内壁186が側方内壁188と交わる全ての点からほぼ等距離に位置する一点に配置することが可能である。ＬＥＤ104は、例えば、液層エピタキシー、気相エピタキシー、有機金属エピタキシャル化学蒸着、又は分子線エピタキシーといった、様々な既知の技術を用いて作製することが可能である。ＬＥＤ104は、一例として、銀エポキシ樹脂を使用し次いでそれを硬化させることによりベース内壁186に取り付けることが可能である。別の実施形態では、ＬＥＤ104は、例えば、ＬＥＤ104を共晶内に固定するためのリフローステップを含む金−スズ共晶組成物により取り付けることが可能である。
【００５０】
ステップ508で、透光性本体156を含むことが可能であり及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158を含む、上面熱消散手段が配設される。一実施形態では、透光性本体156と一体的に形成され、又は別個に形成された後に透光性本体156と結合された、レンズ本体190も、ステップ508で形成することが可能である。別の例として、レンズ本体190は、プロセス500における別のポイントで透光性本体156に対して形成し又は取り付けることが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、例えば、透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。一例では、熱伝導性の熱消散手段160も、透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。
【００５１】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体168を、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時にアノード電極118の部分136と接触させるように配置して、電気及び熱伝導性の熱消散手段158上に形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体170も、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時に上部導体本体150又はＮ型ドーピングされた半導体本体146又はそれら両者と接触させるように配置して、電気及び熱伝導性の熱消散手段158上に形成することが可能である。
【００５２】
別の実施形態では、１つ又は複数の熱伝導性の本体172を、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時にカソード電極116の部分134と接触させるように配置して、熱伝導性の熱消散手段160上に形成することが可能である。
【００５３】
一例として、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172を、金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、又は合金を含む組成物といった、導電性金属から形成することが可能である。一実施形態では、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172は、例えば半田といった導電性金属組成物のビーズ（beads）から形成することが可能である。別の例として、半田ビーズの代わりに、金−スズ共晶パッドを用いることも可能である。
【００５４】
一実施形態では、アノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134は、ニッケル−スズ及びスズ−銅−ニッケル金属間化合物層（ＩＭＣ）層を含むことが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、銅から形成することが可能であり、及び銅−スズＩＭＣ層を含むことが可能である。一例として、63/37（重量/重量）スズ−鉛合金から形成され、又は鉛フリー合金といった他の半田合金から形成された半田ボールを、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160上に堆積させ、及びＩＭＣ層間に配置してアノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134に対してそれぞれを電気的及び熱的に一体化させることが可能である。
【００５５】
ステップ510で、透光性本体156及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158を含む上面熱消散手段を、基板本体102上に位置合わせしてそれと共に組み付けて、該電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160がアノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134に対して隔置され位置合わせされるようにし、及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160が電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172と連絡した状態になるようにする。半田ビーズを用いる場合には、次いで半田リフローにより半田ビーズの制御された崩壊を生じさせて、基板本体102と連絡した状態にあり及びそれと近接した状態にある上面熱消散手段を残すことが可能である。半田ビーズの代わりに金−スズ共晶パッドを用いる場合には、それを融解させて同様のリフロー及び制御された崩壊を生じさせることが可能である。
【００５６】
ステップ512で、ＬＥＤ104がカプセル化される。一実施形態では、キャビティ174内に充填材本体176を形成することが可能である。一例として、ＬＥＤ104上のキャビティ174に充填材本体176を完全に充填して、該充填材本体176が、透光性本体156の底面162上の電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160と接触した状態にすることが可能である。別の実施形態では、凹状キャビティ106の外部へと延びるキャビティの体積の一部に部分的に又は完全に他の組成物（比較的大きな熱伝達能力を有する組成物等）を充填することが可能である。充填材本体176は、例えば既述のカプセル材組成物から形成することが可能である。一例では、カプセル材組成物は、既述のような蛍光体を含むことが可能である。別の一例では、蛍光体を含むカプセル材組成物を凹状キャビティ106の選択された領域に充填し、及び蛍光体なしのカプセル材を凹状キャビティ106の他の選択された領域に充填することが可能である。カプセル材は、例えばキャビティ174内に液体カプセル材組成物を注入することにより、形成することが可能である。一例では、次いで該液体カプセル材組成物を熱触媒硬化（heat-catalyzed curing）により固体状態に変換することが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の１つに多数のカプセル材領域が含まれる場合には、最初のカプセル材を硬化させた後に裏込め（back filling）を行うことが可能である。該プロセスは、次いでステップ514で終了する。このプロセスは、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100のアレイを一体的なアレイとして形成するために用いることが可能であり、次いで該アレイを、例えば鋸引き又はレーザスクライビングにより切り離すことが可能である。本プロセス500の各ステップの順番は変更することが可能であることが理解されよう。
【００５７】
図６は、変更された構造と図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100と同じ平面図とを有する上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の一実施形態を示す2-2断面図である。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、ＬＥＤ604が上部に配設された基板本体602を含む。一例として、該基板本体602は、凹状キャビティ606を含むことが可能であり、該凹状キャビティ606内で基板本体602上にＬＥＤを配設することが可能である。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、カソード電極608及びアノード電極610を含むことが可能である。カソード電極608は、凹状キャビティ606の裏当てとなる伝導性フレーム612と一体的に形成され、ギャップ614は、カソード電極608及びアノード電極610を互いに電気的に絶縁させることが可能である。伝導性フレーム120は、一例として、ＬＥＤ604により生成された光をほぼ矢印616の方向に集束させるよう光学的に反射させることができるものとすることが可能である。
【００５８】
カソード電極608は、ＳＭＴパッド618を含むことが可能である。一例として、アノード電極610は、ＳＭＴパッド620を含むことが可能である。ＳＭＴパッド618,620のそれぞれの基板本体602に対する位置は変更することが可能である、ということが理解されよう。カソード電極608は、ＬＥＤ604をＳＭＴパッド618と連絡した状態にする基板本体602内に埋設された接続部分622を含み、アノード電極618は、ＬＥＤ604をＳＭＴパッド620と連絡した状態にする基板本体602内に埋設された接続部分624を含むことが可能である。別の実施形態では、カソード電極608の部分626及びアノード電極610の部分628の各々は、基板本体602の上面630上に配置することが可能である。カソード電極608は、伝導性フレーム612とＳＭＴパッド618との間を通過する内部部分632を含むことが可能である。
【００５９】
別の例（図示せず）として、凹状キャビティ606を省略し、ＬＥＤ604を基板本体602の上面630上に配設することが可能である。
【００６０】
ＬＥＤ604は、Ｐ型ドーピングされた半導体本体634及びＮ型ドーピングされた半導体本体636を含むことが可能である。ＬＥＤ604の形状は、図１に示すＬＥＤ104に関して上述したものと同様に、矩形の角柱、立方体、円筒、又は他の所定の外形を有することが可能である。一実施形態では、凹状キャビティ606内に２つ以上のＬＥＤ604を配設することが可能である。
【００６１】
Ｐ型ドーピングされた半導体本体634をベース導体本体638と電気的に連絡した状態にし、及びＮ型ドーピングされた半導体本体636を上部導体本体640と電気的に連絡した状態にすることが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の代替的な構造の一例では、半導体本体636をＰ型ドーピングされたものとし、半導体本体634をＮ型ドーピングされたものとすることが可能である、ということが理解されよう。別の例として、カソード電極608を、Ｐ型ドーピングされた半導体本体634と電気的に連絡した状態にある比較的高電位の第１の端子電極608に置換し、及びアノード電極610を、Ｎ型ドーピングされた半導体本体636と電気的に連絡した状態にある比較的低電位の第２の端子電極610に置換することが可能である。
【００６２】
基板本体602の周囲は、基板本体102の周囲152に関して上述したものと同様に、例えば、正方形、円形、楕円形、五角形、又は六角形とすることが可能である。一例では（図示しないが）、伝導性フレーム612の底面642は、凹状キャビティ606の裏当てとなる伝導性フレーム612の底面642を基板本体602の底面644に隣接して露出させて、ＬＥＤ604からその外部へと熱が伝わるようにすることが可能である。
【００６３】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、ＬＥＤ604、カソード電極608の部分626、アノード電極610の部分628、及び基板本体602の上面上に配置された、透光性本体646を更に含むことが可能である。該透光性本体646は、ＬＥＤ604により発せられた光の１つ又は２つ以上の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能であり、及び上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600が蛍光変換デバイスである一例では、蛍光体により発せられた光の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。
【００６４】
電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、透光性本体646と一体的に形成し、及びアノード電極610の部分628上でそれと面するように部分的に位置合わせしてそれと隔置することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段648はまた、上部導体本体640上でそれと面するように部分的に位置合わせした状態で隔置されている。熱伝導性の熱消散手段650は、透光性本体646と一体的に形成することが可能であり、カソード電極608の部分626上でそれと面するよう部分的に位置合わせした状態で隔置されている。一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、基板本体602の上面630に面する透光性本体646の底面652内に部分的に又は完全に埋設することが可能である。別の実施形態（図示せず）では、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、透光性本体646の底面652上に形成することが可能である。
【００６５】
一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、図２に示した電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160に関して上述したものと同様に、透光性の組成物、又は金属若しくは金属合金等の不透明な組成物から形成することが可能である。かかる不透明の組成物が用いられる場合の一例として、図２及び図４に関して上述したように、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650のトレース幅（図示せず）を最小限にすることが可能である。
【００６６】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体654は、アノード電極610の部分628と電気及び熱伝導性の熱消散手段648とに接触した状態で形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体656は、上部導体本体640又は半導体本体636又はその両者と、電気及び熱伝導性の熱消散手段648とに接触した状態で形成することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、上部導体本体640又は半導体本体636又はその両者とアノード電極610との間の電気的な接続を提供する。電気及び熱伝導性の本体656は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648を介した熱の消散のための経路を提供する。
【００６７】
別の実施形態として（図示せず）、電気及び熱伝導性の本体656は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648内、又は透光性本体646内、又はその両者内に、埋設することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の本体656は、上部導体本体640内、又は半導体本体636内、又はその両者内に埋設することが可能である。
【００６８】
別の例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、該熱消散手段648を、上部導体本体640又は半導体本体636、及びアノード電極610の部分628と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能である。該例では、電気及び熱伝導性の本体656,654を省略することが可能である。
【００６９】
別の例では、１つ又は複数の熱伝導性の本体658を、カソード電極608の部分626及び熱伝導性の熱消散手段650と接触した状態で形成することが可能である。熱伝導性の本体658は、ベース導体本体638と接触した状態にある伝導性フレーム612を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ604からの熱を受容することが可能であり、及び熱を熱伝導性の熱消散手段650へ伝導させ、次いで透光性本体646を介して消散させることが可能である。
【００７０】
更なる実施形態として、熱伝導性の熱消散手段650は、該熱消散手段650を、カソード電極608の部分626と直接に熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能であり、電気及び熱伝導性の本体658を省略することが可能となる。
【００７１】
例えば、電気及び熱伝導性の本体654,656及び熱伝導性の本体658はそれぞれ、半田バンプ、半田ペーストコーティング、又は異方性導電膜（ＡＣＦ）として形成することが可能である。
【００７２】
一例として、基板本体602の上面630、アノード電極610の部分628、カソード電極608の部分626、伝導性フレーム612、透光性本体646の底面626、電気及び熱伝導性の熱消散手段648、及び熱伝導性の熱消散手段650は、共にキャビティ660を形成することが可能である。一実施形態では、キャビティ660に完全に又は部分的に充填材本体662を充填することが可能である。一例では、充填材本体662は、熱伝導性及び電気絶縁性の組成物から形成することが可能であり、該充填材本体662は、ＬＥＤ604により生成された熱を、電気及び熱伝導性の熱消散手段648、熱伝導性の熱消散手段650、及び透光性本体646へ伝導させるための更なる経路を提供するものとなる。
【００７３】
充填材本体662は、図２に示した充填材本体176に関して上述したように所定の光透過率を有する組成物から形成することが可能である。別の例では、充填材本体662は、例えばＬＥＤ604を取り囲んで配置されて破線666へと延びる第１段階の透光性の充填材本体664と、該破線666の外側におけるキャビティ660の残りの部分内の第２段階の熱伝導性の充填材本体とを含むことが可能である。一実施形態では、第１段階の透光性の充填材本体664は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648と接触することが可能である。
【００７４】
一例では、透光性本体646は、基板本体602の隆起した領域670によって、カソード電極608の部分626から、及びアノード電極610の部分628から、隔置させることが可能である。他の例では、該隆起した領域670を省略することが可能である。
【００７５】
凹状キャビティ606は、ＬＥＤ604により発せられる光子のためのリフレクタを形成することが可能である。凹状キャビティ606は、図２に示したベース内壁186及び側方内壁188に関して上述したように選択された形状を有するベース内壁及び側方内壁を含むことが可能である。
【００７６】
一例として、レンズ本体672は、破線674で示す界面で透光性本体646上にそれと接触した状態で形成することが可能である。該レンズ本体672は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600からの光子放射を更に集束させる働きをすることが可能である。一実施形態では、レンズ本体672及び透光性本体646は、所定の光透過率を有する組成物から一体的に形成することが可能である。他の例として、レンズ本体672を拡散レンズとすることが可能であり、該拡散レンズは図２に関連して説明したように光散乱粒子を分散させたものとすることが可能である。
【００７７】
基板本体602は、図２に示した基板本体102に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。
【００７８】
電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、それぞれ、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。一実施形態では、熱伝導性の熱消散手段650を導電性のものとすることが可能であり、電気及び熱伝導性の熱消散手段648と熱伝導性の熱消散手段650との間にギャップ676を介在させることが可能であり、及び透光性本体646を所定の高い誘電率を有する組成物から形成することが可能である。
【００７９】
透光性本体646は、図２に示した透光性本体156に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。ＬＥＤ604は、図２に示したＬＥＤ104に関して上述したものと同様に選択することが可能である。
【００８０】
更なる例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100に関して上述したものと同様に、充填材本体662の特定の領域内に又はその全体にわたって所定のリン組成物が分散された蛍光変換ＬＥＤデバイスとすることが可能である。
【００８１】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、図５のステップ504が、基板本体602内に埋設されてＬＥＤ604をＳＭＴパッド618と連絡した状態にする接続部分622を含むカソード電極608と、基板本体602内に埋設されてＬＥＤ604をＳＭＴパッド620と連絡した状態にする接続部分624を含むアノード電極610とを含む、基板本体602を配設するステップを含むことを除き、図５に図示し及び上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100に関して上述したプロセスにより作製することが可能である。
【００８２】
上記説明では、様々なＳＭＴ及びスルーホール構造を有するＬＥＤデバイスについて言及したが、本発明は、図示した構造に限定されるものではないことが理解されよう。他の電極構成やＬＥＤからその外部に向かって及び透光性本体へと熱を伝達するのに適した異なる形状及び配置を有する熱伝導性の本体及び電気及び熱伝導性の本体を含む他のＬＥＤデバイス構造が含まれる。幾つかの例は、白色の外観を有する出力光を生成するために黄色の蛍光体からのルミネセンス発光を刺激するために青色光子を発するＬＥＤを使用するが、本発明は、かかるデバイスに限定されるものではない。上述した構造により提供される熱消散機能による利益を得ることができるあらゆるＬＥＤデバイスを、本書で説明し及び図示した上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスとして利用することが可能である。
【００８３】
更に、多数の実施形態に関する上記説明は、本発明の例示及び解説を目的として提示したものである、ということが理解されよう。この説明は、全てを網羅するものではなく、また本開示の厳密な形態に本発明を制限するものではない。修正及び変更は、上記説明に鑑みて行うことが可能であり、また本発明を実施することで獲得することが可能である。特許請求の範囲及びその等価物は、本発明の範囲を画定するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの2-2断面図である。
【図３】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの3-3低面図である。
【図４】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス内の透光性の本体と２つの電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を示す4-4底面図である。
【図５】図１ないし図４に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを作製するためのプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。
【図６】変更された構造と図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100と同じ平面図とを有するもう１つの上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の実施形態を示す2-2断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
100 上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス
102 基板本体
104 ＬＥＤ
106 凹状キャビティ
116 カソード電極
118 アノード電極
120 伝導性フレーム
122 ギャップ
126,128 ＳＭＴパッド
130,132 接続部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、光出力を生成するのに有用なものである。ＬＥＤデバイスは、白熱電球又は蛍光灯よりも一層効率よく可視光という形の光子の放出へと電気を変換することが可能であり、及び１つ又は２つ以上の所定の波長又は波長帯域で発光するよう構成することができるものである。ＬＥＤは、ＬＥＤからの光出力のための初期集束を提供するよう構成された凹状の基部ハウジング内に配置することが可能である。ＬＥＤには、該ＬＥＤにバイアス電圧を供給するための電気回路と連絡した状態にするアノード及びカソード接続部を配設することができる。該ＬＥＤは、外部の汚染物質及び物理的な損傷又は脱落からＬＥＤを保護することを意図した構造体内にカプセル化することができ、該構造体は、ＬＥＤからの光出力を更に集束させるためのレンズ系の一部を形成することが可能である。ＬＥＤが載置される基板は、該ＬＥＤからの熱を消散させる働きをすることができるメタライズ部分を該ＬＥＤの下方に含むことが可能である。
【０００３】
光出力と共にＬＥＤデバイスは熱も生成する。上記で概略的に述べたＬＥＤデバイスの典型的な設計上の特徴にもかかわらず、ＬＥＤデバイスは、該デバイス内で生じた熱の蓄積により生じる損傷を一般に受けやすいものである。メタライズＬＥＤ基板は、ＬＥＤデバイス内に包含させて熱を消散させるよう働くことができる有用な設計上の要素ではあるが、かかる要素は、該デバイス内に適度な中程度の温度を維持するのには適さないことが多い。熱の過度の蓄積は、ＬＥＤデバイスの組成物（ＬＥＤ用のカプセル材等）の劣化を生じさせ得るものとなる。エポキシ及びシリコーンポリマーは、ＬＥＤカプセル材の形成に一般に使用されるものであり、一般に低熱伝導体であり、動作中にＬＥＤデバイス内でよく生じる高温に対して十分な耐性を有さないものである。これらのポリマーは、かかる高温により生じる熱劣化を受けると、光透過率の大幅な低下を来たし得るものである。この低下した光透過率は、ＬＥＤデバイスから出力させることが意図された波長の光の、該ＬＥＤデバイスによる内部吸収を増大させ得るものとなる。この光吸収は、近紫外波長で顕著となり、該波長に応じてＬＥＤデバイスからの光出力品質及び光強度の低下が生じ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結果的に、ＬＥＤデバイスの要素をその劣化から保護するために熱を消散させる改善された能力を有する新規のＬＥＤデバイスを提供することが必要とされ続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上面熱消散手段を含むＬＥＤデバイス（上面熱消散手段をを有するＬＥＤデバイス）について説明する。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、基板本体、及び該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスはまた、該基板本体上に電気的及び熱的に伝導性（以下「電気及び熱伝導性」と称す）の熱消散手段を有する。一例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスは、該電気及び熱伝導性の熱消散手段の上に透光性の本体を含むことが可能である。
【０００６】
もう１つの例として、ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法が提供される。該方法は、基板本体、該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び該基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを形成し、該ＬＥＤにより生成された熱を前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を介して消散させる、という各ステップを含む。
【０００７】
本発明の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を検証することにより当業者には自明であり又は自明となろう。かかる更なるシステム、方法、特徴、及び利点が、本詳細な説明内に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、及び添付図面により保護されることが意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、以下の図面を参照することで一層良好に理解できよう。図面中の構成要素は、必ずしも実際の縮尺にはなっておらず、本発明の原理を例示するよう強調されている。更に、同図面では、同様の符号は異なる図にわたり対応する部品を示している。
【０００９】
以下の様々な実施形態についての説明で参照する図面は、本開示の一部をなし、本発明を実施することが可能な特定の実施形態を例示したものである。他の実施形態を利用することが可能であり、及び本発明の範囲から逸脱することなく構造上の変化を加えることが可能である。
【００１０】
図１は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の一実施形態を示す平面図である。図２は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の2-2断面図である。図３は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの3-3低面図である。図４は、図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス内の透光性の本体と２つの電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を示す4-4底面図である。
【００１１】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104が上部に配設された基板本体102を含む。一例として、該基板本体は、凹状キャビティ106を含むことが可能であり、該凹状キャビティ106内で基板本体102上にＬＥＤ104を配設することが可能である。本書全体にわたって使用する用語「凹状」は、例えば、ボウル形状又はカップ形状といったキャビティを意味し又は称したものである。一例として、基板本体102は、図３に示されているように、矩形の横方向の側面108,110,112,114を有することが可能である。別の例では、基板本体102の側面は全体的に、５角形、長方形、円形、又は楕円形といった他の形状を形成することが可能である。
【００１２】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、カソード電極116及びアノード電極118を含むことが可能である。カソード電極116は、凹状キャビティ106の裏当てとなる伝導性フレーム120と一体的に形成され、ギャップ122は、カソード電極116及びアノード電極118を互いに電気的に絶縁させることが可能なものである。伝導性フレーム120は、一例として、ＬＥＤ104により生成された光をほぼ矢印124の方向に集束させるよう光学的に反射させることができるものとすることが可能である。例えば、伝導性フレーム120に銀を含む組成物又はニッケル及び金を含む組成物をメッキすることが可能である。更なる実施形態では、カソード電極116は、表面実装（ＳＭＴ）パッド126を含むことが可能である。一例として、アノード電極118は、ＳＭＴパッド128を含むことが可能である。ＳＭＴパッド126,128のそれぞれの基板本体102に対する位置は変更することが可能である、ということが理解されよう。カソード電極116は接続部分130を含み、アノード電極118は接続部分132を含むことが可能である。カソード電極116の接続部分130及びアノード電極118の接続部分132は、基板本体102の側面110,108に対してそれぞれ完全に又は部分的に同一平面をなすよう配置することが可能であり又はそのように配置しないことが可能である、ということが理解されよう。別の実施形態では、カソード電極116の部分134及びアノード電極118の部分136の各々は、基板本体102の上面140上に配置することが可能である。カソード電極116は、伝導性フレーム120とＳＭＴパッド126との間を通過する内部部分140を含むことが可能である。
【００１３】
代替的な例（図示せず）では、カソード電極116及びアノード電極118は、基板本体102の側面108,110,112,114の何れからも出ることなく、該基板本体102を通ってその底面142へと通過することが可能である。
【００１４】
別の実施形態（図示せず）として、凹状キャビティ106を省略し、ＬＥＤ104を基板本体102の上面138上に配設することが可能である。
【００１５】
ＬＥＤ104は、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144及びＮ型ドーピングされた半導体本体146を含むことが可能である。一例として、ＬＥＤ104の形状は、図１に示すように、矩形の角柱とすることが可能である。別の例では、ＬＥＤ104の形状は、立方体、円筒、又は他の所定の外形を有することが可能である。一例として、凹状キャビティ106内に２つ以上のＬＥＤ104を配設することが可能である。一実施形態では凹状キャビティ106内に複数のＬＥＤ104のアレイを配設することが可能である。
【００１６】
本書全体を通して使用する用語「本体」は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスのあらゆる形態の一塊りの主な構成要素（例えば、任意の適当な寸法を有しあらゆる方法で形成された、１つの層、複数の層、コーティング、成形体、又はブロック）を広義に意味し、また包含するものである、ということが当業者には理解されよう。
【００１７】
Ｐ型ドーピングされた半導体本体144をベース導体本体148と電気的に連絡した状態にし、及びＮ型ドーピングされた半導体本体146を上部導体本体150と電気的に連絡した状態にすることが可能である。該ベース導体本体148及び上部導体本体150は、それぞれ、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144及びＮ型ドーピングされた半導体本体146に電流が流入し、またそれらから電流が流出することを可能にする。
【００１８】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の代替的な構造の一例では、半導体本体146をＰ型ドーピングされたものとし、半導体本体144をＮ型ドーピングされたものとすることが可能である、ということが理解されよう。かかる代替的な構造のＬＥＤ104を通る電流の流れは、逆方向にすることが可能であり、このため、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、アノード電極116及びカソード電極118を含むことが可能である。別の例として、カソード電極116を、Ｐ型ドーピングされた半導体本体144と電気的に連絡した状態にある比較的高電位の第１の端子電極116に置換し、及びアノード電極118を、Ｎ型ドーピングされた半導体本体146と電気的に連絡した状態にある比較的低電位の第２の端子電極118に置換することが可能である。
【００１９】
基板本体102の周囲152は、図３に示すように正方形にすることが可能である。代替的には（図示しないが）、基板本体102の周囲152は、例えば、円形、楕円形、五角形、又は六角形とすることが可能である。ＳＭＴパッド126,128は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを支持することができる隣接する材料（プリント回路基板等）（図示せず）へと消散させるべくＬＥＤ104からその外部へ熱を伝えるものである。一例では（図示せず）、凹状キャビティ106の裏当てとなる伝導性フレーム120の底面154を基板本体102の底面142に隣接して露出させて、ＬＥＤ104からその外部へと熱が伝わるようにすることが可能である。
【００２０】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104、カソード電極116の部分134、アノード電極118の部分136、及び基板本体102の上面138上に配置された、透光性本体156を更に含むことが可能である。本書全体にわたり、「透光性」とは、主な本体が所定の光学的な透過率を有する組成物から形成することが可能であることを意味している。一例として、透光性本体156の光学的な透過率は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の意図する最終的な用途に応じて選定することが可能である。一実施形態として、透光性本体156は、ＬＥＤ104により発せられた光の１つ又は２つ以上の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100が、白色光を生成するための装置で利用される蛍光変換（phosphor-conversion）デバイスである一例では、透光性本体156は、以下で詳述するように、ＬＥＤ104により発せられた光の波長と蛍光体により発せられた光の波長とについて高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。
【００２１】
電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、透光性本体156と一体的に形成し、及びアノード電極118の部分136上でそれと面するように部分的に位置合わせしてそれと隔置することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、上部導体本体150上でそれと面するように部分的に位置合わせした状態で隔置されている。熱伝導性の熱消散手段160は、透光性本体156と一体的に形成することが可能であり、カソード電極116の部分134上でそれと面するよう部分的に位置合わせした状態で隔置されている。一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、基板本体102の上面138に面する透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160の形状は、図１、図２、及び図４に示す例とは異ならせることが可能であることが理解されよう。
【００２２】
一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、透光性の組成物から形成することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160を金属又は金属合金等の不透明な組成物から形成することが可能である。かかる不透明の組成物が用いられる場合の一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158の矢印164で示すトレース幅、及び熱伝導性の熱消散手段160の矢印166で示すトレース幅を最小限にして、透光性本体156を介したＬＥＤからの光放射の通過を最大限にすることが可能である。図示しない別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160を、透光性本体156の底面162内に部分的に又は完全に埋設することが可能である。
【００２３】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体168は、アノード電極118の部分136と電気及び熱伝導性の熱消散手段158とに接触した状態で形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体170は、上部導体本体150又は半導体本体146又はその両者と電気及び熱伝導性の熱消散手段158とに接触した状態で形成することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、その一端が、電気及び熱伝導性の本体170と電気的及び熱的に連絡した状態にあり、その他端が、電気及び熱伝導性の本体168と電気的及び熱的に連絡した状態にある。電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、上部導体本体150又は半導体本体146又はその両者とアノード電極118との間の電気的な接続を提供する。
【００２４】
電気及び熱伝導性の本体170は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158を介した熱の消散のための経路を提供する。別の実施形態として（図示しないが）、電気及び熱伝導性の本体170は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158内、又は透光性本体156内、又はその両者内に、埋設することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の本体170は、上部導体本体150内、又は半導体本体146内、又はその両者内に埋設することが可能である。
【００２５】
電気及び熱伝導性の本体168は、アノード電極118及びアノードＳＭＴパッド128を介して熱を消散させるために、上部導体本体150及び半導体本体146、電気及び熱伝導性の本体170、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、及び透光性本体156を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ104からの熱を受容することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、熱を透光性本体156に伝導させて消散させる。
【００２６】
別の例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、該熱消散手段158を、上部導体本体150又は半導体本体146、及びアノード電極118の部分136と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能である。該例では、電気及び熱伝導性の本体170,168を省略することが可能である。
【００２７】
別の例では、１つ又は複数の熱伝導性の本体172を、カソード電極116の部分134並びに電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160と接触した状態で形成することが可能である。熱伝導性の本体172は、ベース導体本体148と接触した状態にある伝導性フレーム120を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ104からの熱を受容することが可能であり、及び熱を熱伝導性の熱消散手段160へ伝導させ、次いで透光性本体156を介して消散させることが可能である。
【００２８】
更なる実施形態として、熱伝導性の熱消散手段160は、該熱消散手段160を、カソード電極116の部分134と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能であり、熱伝導性の本体172を省略することが可能となる。
【００２９】
例えば、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172はそれぞれ、半田バンプ、半田ペーストコーティング、又は異方性導電膜（ＡＣＦ）として形成することが可能である。
【００３０】
一例として、基板本体102の上面138、アノード電極118の部分136、カソード電極116の部分134、伝導性フレーム120、透光性本体156の底面162、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、及び熱伝導性の熱消散手段160は、共にキャビティ174を形成することが可能である。一実施形態では、キャビティ174に完全に又は部分的に充填材本体176を充填することが可能である。該充填材本体176は、透光性のものとすることが可能である。一例では、充填材本体176は、熱伝導性及び電気絶縁性の組成物から形成することが可能であり、該充填材本体176は、ＬＥＤ104により生成された熱を、電気及び熱伝導性の熱消散手段158、熱伝導性の熱消散手段160、及び透光性本体156へ伝導させるための更なる経路を提供するものとなる。
【００３１】
充填材本体176は、所定の光透過率を有する組成物から形成することが可能である。一例として、充填材本体176は、以下で説明するように、ＬＥＤ104から発せられる光の波長及び蛍光体により発せられる光の波長について高透過率及び低吸収率を有するよう選定された組成物から形成することが可能であり、かかる組成物は、充填材本体176内に分散させること若しくはキャビティ174内に配設することが可能である。一例として、充填材本体176は、エポキシ、シリコーン、又はアクリル樹脂（例えば、ポリメチル・メタクリレート等）、又はかかる樹脂の混合物といった、硬化性ポリマー樹脂から形成することが可能である。一例では、充填材本体176は、例えば、ゾル−ゲルという形で付与することが可能な無機ガラスといった、他の光子透過性の組成物から形成することが可能である。
【００３２】
別の例では、充填材本体176は、例えばＬＥＤ104を取り囲んで配置されて破線180へと延びる第１段階の透光性の充填材本体178と、該破線180の外側におけるキャビティ174の残りの部分内の第２段階の熱伝導性の充填材本体とを含むことが可能である。このため、該第１段階の透光性の充填材本体178はＬＥＤ104を包囲し、キャビティ174の残りの部分内の第２段階の充填材本体は、該第１段階の充填材本体178をを包囲する。一実施形態では、第１段階の透光性の充填材本体178は、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と接触することが可能である。一例として、第２段階の充填材本体は、セラミックス、金属酸化物、ケイ酸塩、窒化物、炭酸塩、それらの混合物、及びその他の粒子といった、高い熱伝導性を有する材料を含む、光学的に不透明の組成物から形成することが可能である。
【００３３】
一例では、透光性本体156は、基板本体102の隆起した領域182によって、矢印184で示す距離だけ、カソード電極116の部分134から及びアノード電極118の部分136から隔置させることが可能である。他の例では、該隆起した領域182を省略することが可能である。
【００３４】
凹状キャビティ106は、ＬＥＤ104により発せられる光子のためのリフレクタを形成することが可能である。該リフレクタは、一般にかかる光子を矢印124の方向へ偏向させる。該矢印124は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からの最大光子放射の向きを示している。一例として、凹状キャビティ106のベース内壁186は、円形の外周を有することが可能であり、凹状キャビティ106の側方内壁188もまた円形の外周を有することが可能であり、該外周は、例えば、矢印124の方向に沿って実質的に一様であり又は該方向に延びるものとすることが可能である。しかし、ベース内壁186及び側方内壁188は、他の形状及び向きを有する外周を有することも可能である、ということが当業者には理解されよう。例えば、ベース内壁186は、楕円形、四辺形、又は他の何らかの外形の外周を有することが可能である。一例として、ベース内壁186の外周は、少なくとも１つの対称軸を有することが可能であり、側方内壁188の外周の形状は、ベース内壁186の外周と同様のものとすることが可能である。
【００３５】
一例として、レンズ本体190は、破線192で示す界面で透光性本体156上にそれと接触した状態で形成することが可能である。レンズ本体190は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からの光子放射を更に集束させる働きをすることが可能である。レンズ本体190は、様々な形状を有することが可能であり、例えばフレネルレンズという形をとることが可能である、ということが理解されよう。一実施形態では、レンズ本体190及び透光性本体156は、所定の光透過率を有する組成物から一体的に形成することが可能である。その場合には、破線192で示す界面を省略することが可能である。他の例として、レンズ本体190を拡散（diffused）レンズとすることが可能である。拡散レンズは、例えば、二酸化チタン粒子もしくは二酸化シリコン粒子又は他の金属酸化物の粒子といった光散乱粒子を分散させたものである。
【００３６】
基板本体102は、所定の高い誘電率を有する組成物を含む組成物から形成することが可能である。一例では、該誘電率を十分に高くして、カソード電極116とアノード電極118との間の漏れ電流を最小限にすることが可能である。別の実施形態では、基板本体102を更に、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100からＬＥＤ104により生成される熱の消散に貢献するだけの所定の熱伝導率を有する組成物から形成することが可能である。例えば、基板本体102は、アルミナ、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムもしくはシリマナイト、チタン酸バリウムネオジム、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸バリウム、チタン酸バリウム（ＢＴ）、ベリリア、窒化ホウ素、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム（ＣＭＴ）、ガラスセラミックス、コーディエライト／ケイ酸マグネシウムアルミニウム、フォルステライト／ケイ酸マグネシウム、ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮ）、ニオブ酸鉛亜鉛（ＰＺＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ケイ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、ニオブ酸塩又は酸化ニオブ、ポーセリン、石英、サファイア、チタン酸ストロンチウム、シリカ又はシリケート、タンタル酸塩又は酸化タンタル、チタニア又はチタン酸塩、ジルコン、ジルコニア又はジルコン酸塩、チタン酸ジルコニウムスズ、ＦＲ４、ポリイミド、ビスマレイミドトリアジン、又はそれらの混合物を含む組成物から形成することが可能である。
【００３７】
電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、所定の高い熱伝導率を有する組成物から形成することが可能である。一例として、該組成物は更に、ＬＥＤ104により発せられる光の波長で所定の高い光透過率を有することが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158はまた、導電性の組成物から形成することが可能である。一実施形態では、熱伝導性の熱消散手段160を形成するために選択される組成物は、その高い熱伝導率を選択した結果として、たまたま導電性も有することになる可能性がある。かかる実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と熱伝導性の熱消散手段160との間にギャップ194を介在させることが可能であり、及び透光性本体156を所定の高い誘電率を有する組成物から形成することが可能である。このようにして、電気及び熱伝導性の熱消散手段158と熱伝導性の熱消散手段160との間の漏れ電流を最小限にすることが可能である。一例では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、例えば、インジウム-スズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、亜鉛スズ酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物、又はそれらの混合物を含む組成物といった、導電性の酸化物組成物から形成することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、金、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、又はそれらの合金を含む組成物といった、金属組成物から形成することが可能である。代替的な実施形態では、熱伝導性の熱消散手段160は、導電性を有さない組成物から形成することが可能である。この実施形態では、ギャップ194を省略することが可能である。
【００３８】
透光性本体156は、ＬＥＤ104により発せられる光の波長で所定の透光性を有する組成物から形成することが可能である。一実施形態では、該組成物は更に、所定の高い熱伝導率を有することが可能である。一例として、透光性本体156は、例えば二酸化シリコンを含むことが可能な無機酸化物といった透光性のセラミックス、又は透光性の高温ポリマー（high temperature polymer）、液晶ポリマー、ポリマーブレンド、又は透光性のセラミック組成物を含む組成物から形成することが可能である。一実施形態として、透光性本体156は、無機ゾル-ゲル組成物からin-situで形成することが可能である。
【００３９】
ＬＥＤ104自体に関しては、発光ダイオードp-n接合は典型的には、ガリウムヒ素、ガリウムヒ素リン、ガリウムナイトライド、又はガリウムリンといった、III族及びV族元素の２つの選択された混合物に基づくものとなる。これらの化合物、及びアルミニウム及びインジウムを含むその他の化合物の相対的な比率、並びにテルリウム及びマグネシウム等のドーパントの添加を慎重に調整することにより、例えば、赤色、橙色、黄色、又は緑色の光を発するＬＥＤを作製することが可能となる。一例として、以下の半導体組成物（「エピタキシャル層／ＬＥＤ基板本体」で示す）を使用して、括弧内に示す対応する出力波長範囲及び色の光子を生成することが可能である：ガリウム−アルミニウム−ヒ素／ガリウムヒ素（860mn、赤外(infrared)）、ガリウム−アルミニウム−ヒ素／ガリウム−アルミニウム−ヒ素（660nm、ウルトラレッド）、アルミニウム−ガリウム−インジウム−リン（633nm、スーパーレッド）、ガリウム−ヒ素／ガリウム−リン（605nm、橙）、ガリウム−ヒ素−リン／ガリウム−リン（585nm、黄）、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド、ガリウム−リン／ガリウム−リン（555nm、純緑(pure green)）、ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（470nm、スーパーブルー）、ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（430nm、青紫）、インジウム−ガリウム−ナイトライド／シリコン−カーバイド（395nm、紫外）。II族及びVI族元素の２つの選択された混合物又はIV族元素の混合物を代替的に使用することが可能である、ということが理解されよう。
【００４０】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の動作のために、カソード電極116のＳＭＴパッド126及びアノード電極118のＳＭＴパッド128は、外部回路（図示せず）の導電性要素と電気的に連絡した状態にすることが可能であり、該導電性要素は、例えば、プリント回路基板等の表面上に配置することが可能なものである。一実施形態では、該導電性要素は、導電性パッドとすることが可能である。動作の一例では、図示しない外部電源によりカソード電極116及びアノード電極118を介してバイアス電流を加えることが可能である。該バイアス電流は、Ｎ型ドーピングされた半導体本体146とＰ型ドーピングされた半導体本体144との界面196を介した電荷キャリアの移動を生じさせることが可能である。Ｎ型ドーピングされた半導体本体146からＰ型ドーピングされた半導体本体144へと電子が流れ、及び逆方向に正孔を生じさせることが可能である。Ｐ型ドーピングされた半導体本体144内に注入される電子が正孔と再結合し、その結果としてＬＥＤ104からの光子のエレクトロルミネセント放出が生じることになる。
【００４１】
更なる例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、充填材本体176の特定領域内に又はその全体にわたって所定のリン組成物が分散された蛍光変換ＬＥＤデバイスとすることが可能である。該所定のリン組成物は、例えば、適当なカプセル材料内に液相で分散させ、次いでキャビティ174内に堆積させることが可能である。
【００４２】
動作の一例では、ＬＥＤ104自体からの一波長でのエレクトロルミネセント放出を蛍光体により部分的に阻止し、その結果として該蛍光体からの誘導ルミネセント放出を生じさせることが可能であり、該誘導ルミネセント放出の波長は、例えば、前記エレクトロルミネセント放出の波長よりも長いものとすることが可能である。次いで、第１の波長でＬＥＤ104により放出される光子と第２の波長で蛍光体により放出される光子とを上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100から相加的に放出させることが可能である。ＬＥＤ104は例えば青色の光子を放出するよう設計することが可能であり、及び蛍光体組成物は黄色の光子を放出するよう設計することが可能であり、それら光子の比を、相加的な出力が人の眼により白色光として知覚されるようなものとすることが可能である、ということが当業者には理解されよう。
【００４３】
一例として、人の眼により白色として解釈される光子放出が選択される場合には、ＬＥＤ104は、青色光を放出するよう設計することが可能である。最も広くて約420nm〜約490nmの範囲内で、又はより詳細には約430nm〜約480nmの範囲内で青色光を放出するガリウムナイトライド（GaN-）又はインジウム−ガリウム−ナイトライド（InGaN-）ベースのＬＥＤ半導体チップを用いることが可能である。用語「GaN-又はInGaN-ベースのＬＥＤ」は、放射線放出領域が、GaN、InGaN、又はそれらナイトライドの一方又は両方を他の関連するナイトライドと共に含み、並びにそれらナイトライドの何れかをベースとする混晶（例えばGa(Al-In)N）を更に含む組成物を含む、ＬＥＤであると理解されるべきである。かかるＬＥＤは、例えば、Shunji Nakamura及びGerhard Fasolの「The Blue Laser Diode」（Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1997, pp.209以下参照）から既知のものである。別の例では、半導体ＬＥＤの代わりにポリマーＬＥＤ又はレーザダイオードを用いることが可能である。用語「発光ダイオード」は、例えば、半導体発光ダイオード、ポリマー発光ダイオード、及びレーザダイオードを包含するものとして定義されていることが理解されよう。
【００４４】
ＬＥＤ104により発せられる幾分かの青色の光子によって励起させる蛍光体組成物の選択はまた、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の選択された最終用途によって決定される。例えば、人の眼によって白色光として解釈される光子放出が選択される場合には、選択される蛍光体は、黄色の光を発するよう設計することが可能である。例えば国際照明委員会（International Commission for Illumination）により発行された色度図で示されているように、適当な波長及び適当な比で組み合わせられると、青色及び黄色の光子が一緒になって人の眼には白色光として見えることが可能である。これに関連して、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）は一般的なホスト組成物であり、通常は１つ又は２つ以上の希土類元素又は組成物がドーピングされる。セリウムは、白色光放出用途に用いられるＹＡＧ蛍光体における一般的な希土類ドーパントである。
【００４５】
一例として、選択された蛍光体組成物は、イットリウム、ルテチウム、セレン、ランタン、ガドリニウム、サマリウム、又はテルビウムといった少なくとも１つの元素を含む、セリウムがドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネットとすることが可能である。該セリウムがドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネットはまた、アルミニウム、ガリウム、又はインジウムといった少なくとも１つの元素を含むことが可能である。一例として、選択された蛍光体は、セリウムがドーピングされたガーネット構造A3B5O12を有することが可能である。ここで、第１の要素Aは、イットリウム(Y)、ルテチウム(Lu)、セレン(Se)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)、サマリウム(Sm)、又はテルビウム(Tb)といった少なくとも１つの元素を示し、第２の要素Bは、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、又はインジウム(In)といった少なくとも１つの元素を示している。これらの蛍光体は、ＬＥＤ104からの青色光により励起させることが可能であり、次いで500nmを超えて最大約585nmまでの範囲へとシフトされた波長の光を放出することが可能である。一例として、約550nm〜約585nmの範囲内にある最大放出波長を有する蛍光体を用いることが可能である。セリウム駆動型のTbガーネット蛍光組成物の場合、最大放出波長は約550nmとなる。ホスト格子内の比較的少量のTbは、セリウム駆動型の蛍光組成物の特性を改善するという目的を達成することが可能なものであり、一方、特にセリウム駆動型の蛍光組成物の放出波長をシフトさせるために、より多くのTbを追加することが可能である。このため、Tbの割合が高い場合には、5000K未満の低い色温度を有する白色蛍光変換ＬＥＤデバイスに良く適したものとなる。蛍光変換ＬＥＤデバイスで使用するための蛍光体に関する背景情報については、例えば、公開されたＰＣＴ文書WO 98/05088、WO 97/50132、WO 98/12757、及びWO 97/50132を参照されたい。
【００４６】
一例として、約430nm〜約480nmの範囲内の最大放出波長を有するガリウムナイトライド又はインジウムガリウムナイトライドをベースとする青色発光ＬＥＤ104は、約526nm〜約585nmの範囲内の最大放出波長を有するCeタイプのＹＡＧの蛍光組成物を励起させるために使用することが可能である。
【００４７】
様々な例を説明してきたが、その場合、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、ＬＥＤ104により発せられた電界発光により生じた青色光子を、蛍光要素の青色光子刺激による発光から生じた黄色光子と組み合わせて、白色の外観を有する光出力が提供されるよう設計することが可能なものである。しかし、異なる色構成（chromatic schemes）で動作する上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100は、白色であるように見え又は他の色を有するように見える光を生成するよう設計することも可能である、ということが理解されよう。白色に見える光は、ＬＥＤ104の電界発光及び光子刺激による蛍光発光により生成される２つ又は３つ以上の色の多数の組み合わせにより実現することが可能である。白色の外観を有する光の生成方法の一例は、２つの補色を適切な出力比で混合することである。
【００４８】
図５は、図１ないし図４に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100を作製するためのプロセス500の一実施形態を示すフローチャートである。該プロセスはステップ502で開始し、ステップ504で基板本体102が配設される。基板本体102は、凹状キャビティ106を含み、及びアノード及びカソード電極118,116を含むことが可能である。該カソード電極116は、一体化された伝導性フレーム120を有することが可能である。該カソード及びアノード電極116,118は、ＬＥＤ104を外部回路（図示せず）と電気的に連絡した状態にするために構成される。一例として、AIN（AN242）基板本体を使用することが可能である。一実施形態では、カソード電極116及びアノード電極118をＳＭＴパッド126,128にそれぞれ電気的に接続する超細密ブラインドバイアを、紫外線ＹＡＧレーザ及び直接銅堆積（direct copper build-up）プロセスを使用して形成することが可能である。該直接銅堆積プロセスは、一例として、電気メッキ又は無電解メッキ又はその他の堆積技術によって行うことが可能である。
【００４９】
ステップ506で、ＬＥＤ104が基板本体上に配設される。一例として、ＬＥＤ104は、ベース内壁186上の凹状キャビティ106内に配設することが可能である。ＬＥＤ104は、事前に作製されたものとすることが可能であり、又はin-situで形成することが可能である。ＬＥＤ104は、一例として、ベース内壁186上の一点であってベース内壁186が側方内壁188と交わる全ての点からほぼ等距離に位置する一点に配置することが可能である。ＬＥＤ104は、例えば、液層エピタキシー、気相エピタキシー、有機金属エピタキシャル化学蒸着、又は分子線エピタキシーといった、様々な既知の技術を用いて作製することが可能である。ＬＥＤ104は、一例として、銀エポキシ樹脂を使用し次いでそれを硬化させることによりベース内壁186に取り付けることが可能である。別の実施形態では、ＬＥＤ104は、例えば、ＬＥＤ104を共晶内に固定するためのリフローステップを含む金−スズ共晶組成物により取り付けることが可能である。
【００５０】
ステップ508で、透光性本体156を含むことが可能であり及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158を含む、上面熱消散手段が配設される。一実施形態では、透光性本体156と一体的に形成され、又は別個に形成された後に透光性本体156と結合された、レンズ本体190も、ステップ508で形成することが可能である。別の例として、レンズ本体190は、プロセス500における別のポイントで透光性本体156に対して形成し又は取り付けることが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158は、例えば、透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。一例では、熱伝導性の熱消散手段160も、透光性本体156の底面162上に形成することが可能である。
【００５１】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体168を、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時にアノード電極118の部分136と接触させるように配置して、電気及び熱伝導性の熱消散手段158上に形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体170も、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時に上部導体本体150又はＮ型ドーピングされた半導体本体146又はそれら両者と接触させるように配置して、電気及び熱伝導性の熱消散手段158上に形成することが可能である。
【００５２】
別の実施形態では、１つ又は複数の熱伝導性の本体172を、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の組み立て時にカソード電極116の部分134と接触させるように配置して、熱伝導性の熱消散手段160上に形成することが可能である。
【００５３】
一例として、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172を、金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、又は合金を含む組成物といった、導電性金属から形成することが可能である。一実施形態では、電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172は、例えば半田といった導電性金属組成物のビーズ（beads）から形成することが可能である。別の例として、半田ビーズの代わりに、金−スズ共晶パッドを用いることも可能である。
【００５４】
一実施形態では、アノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134は、ニッケル−スズ及びスズ−銅−ニッケル金属間化合物層（ＩＭＣ）層を含むことが可能である。電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160は、銅から形成することが可能であり、及び銅−スズＩＭＣ層を含むことが可能である。一例として、63/37（重量/重量）スズ−鉛合金から形成され、又は鉛フリー合金といった他の半田合金から形成された半田ボールを、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160上に堆積させ、及びＩＭＣ層間に配置してアノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134に対してそれぞれを電気的及び熱的に一体化させることが可能である。
【００５５】
ステップ510で、透光性本体156及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158を含む上面熱消散手段を、基板本体102上に位置合わせしてそれと共に組み付けて、該電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160がアノード電極118の部分136及びカソード電極116の部分134に対して隔置され位置合わせされるようにし、及び電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160が電気及び熱伝導性の本体168,170及び熱伝導性の本体172と連絡した状態になるようにする。半田ビーズを用いる場合には、次いで半田リフローにより半田ビーズの制御された崩壊を生じさせて、基板本体102と連絡した状態にあり及びそれと近接した状態にある上面熱消散手段を残すことが可能である。半田ビーズの代わりに金−スズ共晶パッドを用いる場合には、それを融解させて同様のリフロー及び制御された崩壊を生じさせることが可能である。
【００５６】
ステップ512で、ＬＥＤ104がカプセル化される。一実施形態では、キャビティ174内に充填材本体176を形成することが可能である。一例として、ＬＥＤ104上のキャビティ174に充填材本体176を完全に充填して、該充填材本体176が、透光性本体156の底面162上の電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160と接触した状態にすることが可能である。別の実施形態では、凹状キャビティ106の外部へと延びるキャビティの体積の一部に部分的に又は完全に他の組成物（比較的大きな熱伝達能力を有する組成物等）を充填することが可能である。充填材本体176は、例えば既述のカプセル材組成物から形成することが可能である。一例では、カプセル材組成物は、既述のような蛍光体を含むことが可能である。別の一例では、蛍光体を含むカプセル材組成物を凹状キャビティ106の選択された領域に充填し、及び蛍光体なしのカプセル材を凹状キャビティ106の他の選択された領域に充填することが可能である。カプセル材は、例えばキャビティ174内に液体カプセル材組成物を注入することにより、形成することが可能である。一例では、次いで該液体カプセル材組成物を熱触媒硬化（heat-catalyzed curing）により固体状態に変換することが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100の１つに多数のカプセル材領域が含まれる場合には、最初のカプセル材を硬化させた後に裏込め（back filling）を行うことが可能である。該プロセスは、次いでステップ514で終了する。このプロセスは、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100のアレイを一体的なアレイとして形成するために用いることが可能であり、次いで該アレイを、例えば鋸引き又はレーザスクライビングにより切り離すことが可能である。本プロセス500の各ステップの順番は変更することが可能であることが理解されよう。
【００５７】
図６は、変更された構造と図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100と同じ平面図とを有する上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の一実施形態を示す2-2断面図である。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、ＬＥＤ604が上部に配設された基板本体602を含む。一例として、該基板本体602は、凹状キャビティ606を含むことが可能であり、該凹状キャビティ606内で基板本体602上にＬＥＤを配設することが可能である。該上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、カソード電極608及びアノード電極610を含むことが可能である。カソード電極608は、凹状キャビティ606の裏当てとなる伝導性フレーム612と一体的に形成され、ギャップ614は、カソード電極608及びアノード電極610を互いに電気的に絶縁させることが可能である。伝導性フレーム120は、一例として、ＬＥＤ604により生成された光をほぼ矢印616の方向に集束させるよう光学的に反射させることができるものとすることが可能である。
【００５８】
カソード電極608は、ＳＭＴパッド618を含むことが可能である。一例として、アノード電極610は、ＳＭＴパッド620を含むことが可能である。ＳＭＴパッド618,620のそれぞれの基板本体602に対する位置は変更することが可能である、ということが理解されよう。カソード電極608は、ＬＥＤ604をＳＭＴパッド618と連絡した状態にする基板本体602内に埋設された接続部分622を含み、アノード電極618は、ＬＥＤ604をＳＭＴパッド620と連絡した状態にする基板本体602内に埋設された接続部分624を含むことが可能である。別の実施形態では、カソード電極608の部分626及びアノード電極610の部分628の各々は、基板本体602の上面630上に配置することが可能である。カソード電極608は、伝導性フレーム612とＳＭＴパッド618との間を通過する内部部分632を含むことが可能である。
【００５９】
別の例（図示せず）として、凹状キャビティ606を省略し、ＬＥＤ604を基板本体602の上面630上に配設することが可能である。
【００６０】
ＬＥＤ604は、Ｐ型ドーピングされた半導体本体634及びＮ型ドーピングされた半導体本体636を含むことが可能である。ＬＥＤ604の形状は、図１に示すＬＥＤ104に関して上述したものと同様に、矩形の角柱、立方体、円筒、又は他の所定の外形を有することが可能である。一実施形態では、凹状キャビティ606内に２つ以上のＬＥＤ604を配設することが可能である。
【００６１】
Ｐ型ドーピングされた半導体本体634をベース導体本体638と電気的に連絡した状態にし、及びＮ型ドーピングされた半導体本体636を上部導体本体640と電気的に連絡した状態にすることが可能である。上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の代替的な構造の一例では、半導体本体636をＰ型ドーピングされたものとし、半導体本体634をＮ型ドーピングされたものとすることが可能である、ということが理解されよう。別の例として、カソード電極608を、Ｐ型ドーピングされた半導体本体634と電気的に連絡した状態にある比較的高電位の第１の端子電極608に置換し、及びアノード電極610を、Ｎ型ドーピングされた半導体本体636と電気的に連絡した状態にある比較的低電位の第２の端子電極610に置換することが可能である。
【００６２】
基板本体602の周囲は、基板本体102の周囲152に関して上述したものと同様に、例えば、正方形、円形、楕円形、五角形、又は六角形とすることが可能である。一例では（図示しないが）、伝導性フレーム612の底面642は、凹状キャビティ606の裏当てとなる伝導性フレーム612の底面642を基板本体602の底面644に隣接して露出させて、ＬＥＤ604からその外部へと熱が伝わるようにすることが可能である。
【００６３】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、ＬＥＤ604、カソード電極608の部分626、アノード電極610の部分628、及び基板本体602の上面上に配置された、透光性本体646を更に含むことが可能である。該透光性本体646は、ＬＥＤ604により発せられた光の１つ又は２つ以上の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能であり、及び上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600が蛍光変換デバイスである一例では、蛍光体により発せられた光の波長について高い透過性と低い吸収性を有するよう選択された組成物から形成することが可能である。
【００６４】
電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、透光性本体646と一体的に形成し、及びアノード電極610の部分628上でそれと面するように部分的に位置合わせしてそれと隔置することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段648はまた、上部導体本体640上でそれと面するように部分的に位置合わせした状態で隔置されている。熱伝導性の熱消散手段650は、透光性本体646と一体的に形成することが可能であり、カソード電極608の部分626上でそれと面するよう部分的に位置合わせした状態で隔置されている。一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、基板本体602の上面630に面する透光性本体646の底面652内に部分的に又は完全に埋設することが可能である。別の実施形態（図示せず）では、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、透光性本体646の底面652上に形成することが可能である。
【００６５】
一例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、図２に示した電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160に関して上述したものと同様に、透光性の組成物、又は金属若しくは金属合金等の不透明な組成物から形成することが可能である。かかる不透明の組成物が用いられる場合の一例として、図２及び図４に関して上述したように、電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650のトレース幅（図示せず）を最小限にすることが可能である。
【００６６】
１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体654は、アノード電極610の部分628と電気及び熱伝導性の熱消散手段648とに接触した状態で形成することが可能である。１つ又は複数の電気及び熱伝導性の本体656は、上部導体本体640又は半導体本体636又はその両者と、電気及び熱伝導性の熱消散手段648とに接触した状態で形成することが可能である。該電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、上部導体本体640又は半導体本体636又はその両者とアノード電極610との間の電気的な接続を提供する。電気及び熱伝導性の本体656は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648を介した熱の消散のための経路を提供する。
【００６７】
別の実施形態として（図示せず）、電気及び熱伝導性の本体656は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648内、又は透光性本体646内、又はその両者内に、埋設することが可能である。別の実施形態では、電気及び熱伝導性の本体656は、上部導体本体640内、又は半導体本体636内、又はその両者内に埋設することが可能である。
【００６８】
別の例として、電気及び熱伝導性の熱消散手段648は、該熱消散手段648を、上部導体本体640又は半導体本体636、及びアノード電極610の部分628と直接に電気的及び熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能である。該例では、電気及び熱伝導性の本体656,654を省略することが可能である。
【００６９】
別の例では、１つ又は複数の熱伝導性の本体658を、カソード電極608の部分626及び熱伝導性の熱消散手段650と接触した状態で形成することが可能である。熱伝導性の本体658は、ベース導体本体638と接触した状態にある伝導性フレーム612を介した経路を含む複数の経路に沿って到来するＬＥＤ604からの熱を受容することが可能であり、及び熱を熱伝導性の熱消散手段650へ伝導させ、次いで透光性本体646を介して消散させることが可能である。
【００７０】
更なる実施形態として、熱伝導性の熱消散手段650は、該熱消散手段650を、カソード電極608の部分626と直接に熱的に連絡した状態にする形状（図示せず）を有することが可能であり、電気及び熱伝導性の本体658を省略することが可能となる。
【００７１】
例えば、電気及び熱伝導性の本体654,656及び熱伝導性の本体658はそれぞれ、半田バンプ、半田ペーストコーティング、又は異方性導電膜（ＡＣＦ）として形成することが可能である。
【００７２】
一例として、基板本体602の上面630、アノード電極610の部分628、カソード電極608の部分626、伝導性フレーム612、透光性本体646の底面626、電気及び熱伝導性の熱消散手段648、及び熱伝導性の熱消散手段650は、共にキャビティ660を形成することが可能である。一実施形態では、キャビティ660に完全に又は部分的に充填材本体662を充填することが可能である。一例では、充填材本体662は、熱伝導性及び電気絶縁性の組成物から形成することが可能であり、該充填材本体662は、ＬＥＤ604により生成された熱を、電気及び熱伝導性の熱消散手段648、熱伝導性の熱消散手段650、及び透光性本体646へ伝導させるための更なる経路を提供するものとなる。
【００７３】
充填材本体662は、図２に示した充填材本体176に関して上述したように所定の光透過率を有する組成物から形成することが可能である。別の例では、充填材本体662は、例えばＬＥＤ604を取り囲んで配置されて破線666へと延びる第１段階の透光性の充填材本体664と、該破線666の外側におけるキャビティ660の残りの部分内の第２段階の熱伝導性の充填材本体とを含むことが可能である。一実施形態では、第１段階の透光性の充填材本体664は、電気及び熱伝導性の熱消散手段648と接触することが可能である。
【００７４】
一例では、透光性本体646は、基板本体602の隆起した領域670によって、カソード電極608の部分626から、及びアノード電極610の部分628から、隔置させることが可能である。他の例では、該隆起した領域670を省略することが可能である。
【００７５】
凹状キャビティ606は、ＬＥＤ604により発せられる光子のためのリフレクタを形成することが可能である。凹状キャビティ606は、図２に示したベース内壁186及び側方内壁188に関して上述したように選択された形状を有するベース内壁及び側方内壁を含むことが可能である。
【００７６】
一例として、レンズ本体672は、破線674で示す界面で透光性本体646上にそれと接触した状態で形成することが可能である。該レンズ本体672は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600からの光子放射を更に集束させる働きをすることが可能である。一実施形態では、レンズ本体672及び透光性本体646は、所定の光透過率を有する組成物から一体的に形成することが可能である。他の例として、レンズ本体672を拡散レンズとすることが可能であり、該拡散レンズは図２に関連して説明したように光散乱粒子を分散させたものとすることが可能である。
【００７７】
基板本体602は、図２に示した基板本体102に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。
【００７８】
電気及び熱伝導性の熱消散手段648及び熱伝導性の熱消散手段650は、それぞれ、電気及び熱伝導性の熱消散手段158及び熱伝導性の熱消散手段160に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。一実施形態では、熱伝導性の熱消散手段650を導電性のものとすることが可能であり、電気及び熱伝導性の熱消散手段648と熱伝導性の熱消散手段650との間にギャップ676を介在させることが可能であり、及び透光性本体646を所定の高い誘電率を有する組成物から形成することが可能である。
【００７９】
透光性本体646は、図２に示した透光性本体156に関して上述したものと同様に選択された組成物から形成することが可能である。ＬＥＤ604は、図２に示したＬＥＤ104に関して上述したものと同様に選択することが可能である。
【００８０】
更なる例として、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100に関して上述したものと同様に、充填材本体662の特定の領域内に又はその全体にわたって所定のリン組成物が分散された蛍光変換ＬＥＤデバイスとすることが可能である。
【００８１】
上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600は、図５のステップ504が、基板本体602内に埋設されてＬＥＤ604をＳＭＴパッド618と連絡した状態にする接続部分622を含むカソード電極608と、基板本体602内に埋設されてＬＥＤ604をＳＭＴパッド620と連絡した状態にする接続部分624を含むアノード電極610とを含む、基板本体602を配設するステップを含むことを除き、図５に図示し及び上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100に関して上述したプロセスにより作製することが可能である。
【００８２】
上記説明では、様々なＳＭＴ及びスルーホール構造を有するＬＥＤデバイスについて言及したが、本発明は、図示した構造に限定されるものではないことが理解されよう。他の電極構成やＬＥＤからその外部に向かって及び透光性本体へと熱を伝達するのに適した異なる形状及び配置を有する熱伝導性の本体及び電気及び熱伝導性の本体を含む他のＬＥＤデバイス構造が含まれる。幾つかの例は、白色の外観を有する出力光を生成するために黄色の蛍光体からのルミネセンス発光を刺激するために青色光子を発するＬＥＤを使用するが、本発明は、かかるデバイスに限定されるものではない。上述した構造により提供される熱消散機能による利益を得ることができるあらゆるＬＥＤデバイスを、本書で説明し及び図示した上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスとして利用することが可能である。
【００８３】
更に、多数の実施形態に関する上記説明は、本発明の例示及び解説を目的として提示したものである、ということが理解されよう。この説明は、全てを網羅するものではなく、また本開示の厳密な形態に本発明を制限するものではない。修正及び変更は、上記説明に鑑みて行うことが可能であり、また本発明を実施することで獲得することが可能である。特許請求の範囲及びその等価物は、本発明の範囲を画定するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの2-2断面図である。
【図３】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスの3-3低面図である。
【図４】図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス内の透光性の本体と２つの電気及び熱伝導性の熱消散手段とを含む上面熱消散手段を示す4-4底面図である。
【図５】図１ないし図４に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイスを作製するためのプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。
【図６】変更された構造と図１に示す上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス100と同じ平面図とを有するもう１つの上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス600の実施形態を示す2-2断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
100 上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス
102 基板本体
104 ＬＥＤ
106 凹状キャビティ
116 カソード電極
118 アノード電極
120 伝導性フレーム
122 ギャップ
126,128 ＳＭＴパッド
130,132 接続部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体(102,602)と、
該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）(104,604)と、
前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)と
を含む、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)。
【請求項２】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段上に透光性本体(156,646)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項３】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が、前記透光性本体と熱的に連絡した状態にある、請求項２に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項４】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が、前記ＬＥＤと電気的及び熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項５】
ＬＥＤアノード(118,610)を含み、前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が該ＬＥＤアノードと電気的及び熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項６】
前記ＬＥＤアノード及び前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある電気及び熱伝導性の本体を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤ及び前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある電気及び熱伝導性の本体(170,656)を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項８】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある表面実装アノードパッド(128,620)を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項９】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を含み、及びＬＥＤカソード(116,608)を含み、前記熱伝導性の熱消散手段が前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤカソード及び前記熱伝導性の熱消散手段と熱的に連絡した状態にある熱伝導性の本体(172,658)を含む、請求項９に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１１】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を含み、及びＬＥＤカソード(116,608)を含み、前記熱伝導性の熱消散手段が前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にある、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１２】
前記基板本体が凹状キャビティ(106,606)を含み、前記ＬＥＤが該凹状キャビティ内で前記基板本体上にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１３】
前記基板本体と前記電気及び熱伝導性の熱消散手段との間に介在する熱伝導性の充填材本体(176,662)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１４】
前記ＬＥＤと前記電気及び熱伝導性の熱消散手段との間に介在する透光性の充填材本体(178,664)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１５】
ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法であって、基板本体(102,602)と、該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）(104,604)と、前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)とを含む上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)を形成し、前記ＬＥＤにより生成された熱を前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を介して消散させる、という各ステップを含む、ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法。
【請求項１６】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段上に透光性本体(156,646)を形成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を前記透光性本体と熱的に連絡した状態にするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を前記ＬＥＤと電気的及び熱的に連絡した状態にするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ＬＥＤアノード(118,610)を形成し、前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を該ＬＥＤアノードと電気的及び熱的に連絡した状態にする、という各ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を形成し、ＬＥＤカソード(116,608)を形成し、前記熱伝導性の熱消散手段を前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にする、という各ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
基板本体(102,602)と、
該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）(104,604)と、
前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)と
を含む、上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)。
【請求項２】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段上に透光性本体(156,646)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項３】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が、前記透光性本体と熱的に連絡した状態にある、請求項２に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項４】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が、前記ＬＥＤと電気的及び熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項５】
ＬＥＤアノード(118,610)を含み、前記電気及び熱伝導性の熱消散手段が該ＬＥＤアノードと電気的及び熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項６】
前記ＬＥＤアノード及び前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある電気及び熱伝導性の本体を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤ及び前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある電気及び熱伝導性の本体(170,656)を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項８】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段と電気的及び熱的に連絡した状態にある表面実装アノードパッド(128,620)を含む、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項９】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を含み、及びＬＥＤカソード(116,608)を含み、前記熱伝導性の熱消散手段が前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤカソード及び前記熱伝導性の熱消散手段と熱的に連絡した状態にある熱伝導性の本体(172,658)を含む、請求項９に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１１】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を含み、及びＬＥＤカソード(116,608)を含み、前記熱伝導性の熱消散手段が前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にある、請求項５に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１２】
前記基板本体が凹状キャビティ(106,606)を含み、前記ＬＥＤが該凹状キャビティ内で前記基板本体上にある、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１３】
前記基板本体と前記電気及び熱伝導性の熱消散手段との間に介在する熱伝導性の充填材本体(176,662)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１４】
前記ＬＥＤと前記電気及び熱伝導性の熱消散手段との間に介在する透光性の充填材本体(178,664)を含む、請求項１に記載の上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス。
【請求項１５】
ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法であって、基板本体(102,602)と、該基板本体上の発光ダイオード（ＬＥＤ）(104,604)と、前記基板本体上の電気及び熱伝導性の熱消散手段(158,648)とを含む上面熱消散手段を有するＬＥＤデバイス(100,600)を形成し、前記ＬＥＤにより生成された熱を前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を介して消散させる、という各ステップを含む、ＬＥＤデバイスから熱を消散させる方法。
【請求項１６】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段上に透光性本体(156,646)を形成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を前記透光性本体と熱的に連絡した状態にするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を前記ＬＥＤと電気的及び熱的に連絡した状態にするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ＬＥＤアノード(118,610)を形成し、前記電気及び熱伝導性の熱消散手段を該ＬＥＤアノードと電気的及び熱的に連絡した状態にする、という各ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板本体上に熱伝導性の熱消散手段(160,650)を形成し、ＬＥＤカソード(116,608)を形成し、前記熱伝導性の熱消散手段を前記ＬＥＤカソードと熱的に連絡した状態にする、という各ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１０８７２（Ｐ２００８−１０８７２Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６７２０１（Ｐ２００７−１６７２０１）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
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