燐光体を内部に分散させた透明なプラスチック製シェル（ｓｈｅｌｌ）を具備する透過型光学要素およびその製造方法
【課題】透過型光学要素とは、別に燐光体被覆または燐光体含有封入剤を使用する必要がない発光素子の実装を提供すること。
【解決手段】透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を鋳型に充填し、この溶融液体を凝固させて、燐光体が内部に分散した透過型光学要素を作製することによって、透過型光学要素が製造される。透過型光学要素は、燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックから作製されたシェルを含む。燐光体はシェルの中に均一および／または不均一に分散され得る。
【解決手段】透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を鋳型に充填し、この溶融液体を凝固させて、燐光体が内部に分散した透過型光学要素を作製することによって、透過型光学要素が製造される。透過型光学要素は、燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックから作製されたシェルを含む。燐光体はシェルの中に均一および／または不均一に分散され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子およびその製造方法に関し、さらに詳細には発光素子の実装（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードのような半導体発光素子が多くの応用例に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、半導体発光ダイオードは一般に、ドーム形の透明なプラスチック製シェルで半導体発光ダイオードの少なくとも一部を包囲することによって実装される。
【０００３】
特定の周波数帯域の放出放射を増強し、かつ／または放射の少なくとも一部を別の周波数帯域に変換するために、燐光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）を発光素子に組み込むことがしばしば望ましい。燐光体は、多くの従来技術を使用して発光素子の中に含まれ得る。１つの技術では、燐光体がプラスチック製シェルの内側および／または外側に被覆される。他の技術では、燐光体が、例えば、電気泳動堆積法を用いて半導体発光素子自体の上に被覆される。さらに他の実施形態では、燐光体を含有するエポキシ系などの物質の小滴が、プラスチック製シェルの内側、半導体発光素子の上、および／または素子とシェルとの間に滴下され得る。燐光体被覆を用いるＬＥＤが幾つか開示されている（例えば、特許文献１、２、３、４、５、および６参照）。
【０００４】
実装は、発光素子完成品の経費および／または製造時間の主要部分を構成し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６２５２２５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６０６９４４０号明細書
【特許文献３】米国特許第５８５８２７８号明細書
【特許文献４】米国特許第５８１３７５３号明細書
【特許文献５】米国特許第５２７７８４０号明細書
【特許文献６】米国特許第５９５９３１６号明細書
【特許文献７】米国特許第６２０１２６２号明細書
【特許文献８】米国特許第６１８７６０６号明細書
【特許文献９】米国特許第６１２０６００号明細書
【特許文献１０】米国特許第５９１２４７７号明細書
【特許文献１１】米国特許第５７３９５５４号明細書
【特許文献１２】米国特許第５６３１１９０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５６０４１３５号明細書
【特許文献１４】米国特許第５５２３５８９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５４１６３４２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５３９３９９３号明細書
【特許文献１７】米国特許第５３３８９４４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５２１００５１号明細書
【特許文献１９】米国特許第５０２７１６８号明細書
【特許文献２０】米国特許第４９６６８６２号明細書
【特許文献２１】米国特許第４９１８４９７号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８（Ａ１）号明細書
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４（Ａ１）号明細書
【特許文献２４】米国特許仮出願第６０／４１１９８０号明細書
【特許文献２５】米国特許第１０／６５９１０８号明細書
【特許文献２６】米国特許第４８２６４２４号明細書
【特許文献２７】米国特許第５１１０２７８号明細書
【特許文献２８】米国特許第５８８２５５３号明細書
【特許文献２９】米国特許第５９６８４２２号明細書
【特許文献３０】米国特許第６１５６２４２号明細書
【特許文献３１】米国特許第６３８３４１７号明細書
【特許文献３２】米国特許第４１０７２３８号明細書
【特許文献３３】米国特許第４０４２５５２号明細書
【特許文献３４】米国特許第４１４１９４１号明細書
【特許文献３５】米国特許第４５６２０１８号明細書
【特許文献３６】米国特許第５１４３６６０号明細書
【特許文献３７】米国特許第５３７４６６８号明細書
【特許文献３８】米国特許第５７５３７３０号明細書
【特許文献３９】米国特許第６３９１２３１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の幾つかの実施形態が、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を鋳型に充填し、この溶融液体を凝固させて、燐光体が内部に分散されている透過型光学要素を製造することによって透過型光学要素を形成する。したがって、これらの実施形態は、別に燐光体被覆または燐光体含有封入剤を使用することもできるが、そうする必要はない。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態では、透過型光学要素はドーム（ｄｏｍｅ）であり、それを透過して発光素子が光を放出する。これらの実施形態では、透明のコア（ｃｏｒｅ）もドームの内側に形成され得る。別法として、透明のコアを最初に形成し、次いで、この透明のコアを含むドーム形の鋳型に透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を充填することによって成形を行うことができる。
【０００８】
さらに他の実施形態では、透過型光学要素はキーパッド用キーであり、それを透過して発光素子が光を放出する。さらに他の実施形態では、光学要素がキーパッド用キー面であり、それを透過して発光素子が光を放出する。これらの実施形態では、キーパッド用キー面に装着されるキーパッド用キー壁を形成するために別の工程が設けられ得る。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態に係る透過型光学要素は、燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックを含むシェルを具備する。幾つかの実施形態では、燐光体がシェルの中に均一に分散されている一方で、他の実施形態では、燐光体がシェルの中に非均一に分散されている。
【００１０】
幾つかの実施形態では、シェルはドーム形シェルであり、透過型光学要素は、ドーム形シェルの内側に透明の内方コア（ｉｎｎｅｒ ｃｏｒｅ）をさらに含む。幾つかの実施形態では、透明の内方コアがドーム形シェルを充填して半球光学要素を設ける。さらに他の実施形態では、ドーム形シェルは、光を透明の内方コアの中に放出しかつそれに透過させ、さらにドーム形シェルに透過させて、ドーム形シェルから現出するように構成される半導体発光素子と組合せ可能である。さらに他の実施形態は、半導体発光素子に隣接しかつ透明の内方コアから遠隔の実装基板を追加する。さらに他の実施形態は、発光素子と透明のコアとの間に封入剤を追加する。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、シェルが、キーパッド用キー面と、このキーパッド用キー面から延在する（ｅｘｔｅｎｄ）キーパッド用キー壁とを含むキーパッド用キーシェルである。これらの実施形態の幾つかでは、燐光体がキーパッド用キーシェルの中に均一に分散されている。他の実施形態では、燐光体がキーパッド用キー面の中に均一に分散されているが、キーパッド用キー壁の中には含まれていない。さらに他の実施形態では、燐光体がキーパッド用キー面の中に非均一に分散されるが、キーパッド用キー壁の中には含まれてもまたは含まれていなくてもよい。
【００１２】
本発明の他の実施形態に係る発光素子は、実装基板と、この実装基板の上の半導体発光素子とを含む。燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックを含むドーム形シェルが、実装基板の上に設けられ、半導体発光素子の少なくとも一部を包囲する。透明の内方コアがドーム形シェルの内側に設けられる。他の実施形態では、封入剤が半導体発光素子と透明の内方コアとの間に設けられる。さらに他の実施形態では、実装基板がその内部に空隙を含み、半導体発光素子の少なくとも一部がその空隙の中にあり、ドーム形シェルは空隙を包囲する実装基板の上にあり、さらに封入剤は空隙の中にある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体発光素子を提供できる本発明の第１の実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図３】キーパッド用キーを提供できる本発明のさらに他の実施形態に係る光学要素を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学要素を製造するために使用可能な成形装置を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る発光素子を製造するために実行可能な動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る発光素子を製造するために実行可能な動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、以下では本発明をさらに完全に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施可能であり、本明細書に説明する実施形態に限定されるものと考えるべきではない。さらに正確に言えば、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全になるように、さらに本発明の範囲を当業者に十分に伝達するために提供されるものである。図面では、層および領域の寸法ならびに相対寸法は、明瞭にするために誇張され得る。全体を通して同様の数字が同様の要素を指す。
層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に」あると言及されるとき、それは他の要素の上に直に存在してもよいし、または介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。導電線の表面のような要素の一部が「外方（ｏｕｔｅｒ）」と言及される場合に、それは当該要素の他の部分よりも素子の外側に近接していることが理解されよう。さらには、本明細書では「下方」というような相対的な用語が、図に例示する基板または基層を基準にして、１つの層または領域が別の層または領域に対する関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図に示す配置に加えて、素子の異なる配置を包含しようとするものであることが理解されよう。最後に、「直に」という用語は、介在要素が存在しないことを意味する。
【００１５】
図１Ａ〜１Ｈは、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図である。これらの光学要素を使用して、半導体発光素子のような発光素子を実装する（ｐａｃｋａｇｅ）ことができる。
【００１６】
図１Ａに示すように、本発明の幾つかの実施形態に係る透過型光学要素が、透明のプラスチックを含むシェル１００を具備する。シェル１００は、その中に分散された燐光体１１０を含む。当業者にはよく知られているように、このシェルは、ポリカーボネート材料および／または透過型光学要素を製造するために使用される他の通常のプラスチック材料を含み得る。さらには、この燐光体は、セリウムドープＹＡＧおよび／または他の通常の燐光体を含めて、任意の通常の燐光体を含み得る。幾つかの特定の実施形態では、燐光体は、セシウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、微小燐光体が使用可能である。燐光体は当業者にはよく知られており、したがって本明細書ではこれ以上説明する必要がない。
【００１７】
図１Ａでは、燐光体１１０がシェル１００内部に均一に分散されている。対照的に、図１Ｂでは、燐光体１２０がシェル内部に非均一に分散されている。燐光体１２０の様々なパターンが形成され、例えば、より高い強度および／または異なる色の領域を設けたり、かつ／または照明時にシェル１００の上に様々な標示（ｉｎｄｉｃｉａ）を現出させ（ｐｒｏｖｉｄｅ）たりすることができる。図１Ａ〜１Ｂでは、シェル１００がドーム形のシェルである。本明細書で使用されるように、「ドーム」および「ドーム形の」という用語は、正規の半球構造ばかりでなく、正規の半球を形成しないで形状が偏心していたり、かつ／または他の特徴、構造、および／もしくは表面を有したりする他の概ね円弧状構造も含めて、概ね円弧状の表面輪郭を有する構造を指す。さらには、以下に説明するように様々な形状を設けることができる。
【００１８】
ここで図１Ｃを参照すると、１つまたは複数の被覆１３０がシェル１００の外面上に設けられ得る。この被覆は、保護被覆、偏光被覆、標示付き被覆、および／または当業者によく知られている光学要素のための他の任意通常の被覆であり得る。図１Ｄでは、１つまたは複数の内方被覆１４０がシェル１００の内表面の上に設けられる。この場合も、任意の通常の被覆または被覆の組合せが使用可能である。
【００１９】
さらには、本発明の他の実施形態が、内部に均一に分散された燐光体１１０および／または非均一に分散された燐光体１２０を含む、シェル１００のための内方および外方被覆を設ける。このような内方および外方被覆を設けることによって、燐光体に対する屈折率整合（ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ）を向上させることができる。したがって、本発明の幾つかの実施形態にしたがって３つの層を射出成形することができる。本発明の他の実施形態は、液体および／または固体ゲルのような屈折率整合媒質をシェル内部に使用して、屈折率整合を補助することができる。内方および外方層を使用すると、屈折率整合の結果として、燐光体含有層の中に閉じ込め得る燐光体の数を削減することができる。
【００２０】
図１Ｅは本発明の他の実施形態を説明するが、そこでは透明の内方コア１５０が、ドーム形のシェル１００の内側に設けられている。幾つかの実施形態では、図１Ｅにも示すように、半球状の光学要素を設けるために、透明の内方コア１５０がドーム形のシェル１００を充填する。透明の内方コア１５０は、均一に透明であっても、かつ／または半透明および／もしくは不透明の領域を内部に含んでもよい。透明の内方コア１５０には、ガラス、プラスチック、および／または他の光結合媒質が含まれ得る。
【００２１】
図１Ｆは本発明の他の実施形態を例示するが、そこでは光１６２を透明な内方コア１５０の中に放出しかつそれに透過させ、さらにドームシェル１００に透過させて、ドーム形シェル１００から現出するように構成されている半導体発光素子１６０と燐光体含有シェル１００とを組み合わせる。半導体発光素子は発光ダイオード、レーザ発光ダイオード、および／または他の素子を含み得るが、他の素子には、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／または他の半導体材料を含み得る１つもしくは複数の半導体層；サファイヤ、ケイ素、炭化ケイ素、または他の超小型電子基板を含み得る基板；ならびに金属および／または他の導電性層を含み得る１つもしくは複数の接点層が含まれ得る。半導体発光素子の設計および製造は当業者にはよく知られている。
【００２２】
例えば、発光要素１６０は、米国ノースカロライナ州ダラム（Ｄｕｒｈａｍ）所在のクリー インコーポレーテッド社（Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．）によって製造および販売されている素子のような炭化ケイ素基板上に形成された窒化ガリウム系ＬＥＤまたはレーザでよい。例えば、本発明で使用するのに適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、参照によりその開示が本明細書に完全に記載されたものとして本明細書に組み込まれる（例えば、特許文献７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、および２１参照）。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、２００３年１月９日に公開された「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という名称の（特許文献２２）ならびに「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という名称の（特許文献２３）に記載されている。さらには、参照によりその開示が本明細書に完全に記載されたものとして本明細書に組み込まれている、２００２年９月１９日に出願された「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という名称の（特許文献２４）に記載されているものなどの燐光体被覆ＬＥＤも、本発明の実施形態において使用するのに同様に適切であり得る。
【００２３】
ＬＥＤおよび／またはレーザは、基板を透過して発光が行われるように動作すべく構成可能である。このような実施形態では、上で引用した開示のように（特許文献２３参照）、基板は素子の光出力を高めるようにパターン形成可能である。
【００２４】
図１Ｇは、本発明の他の実施形態を示す断面図である。図１Ｇに示すように、実装基板１７０が設けられ、発光素子１６０が実装基板１７０と透明な内方コア１５０との間にあるようになっている。図１Ｇにも示すように、幾つかの実施形態では、実装基板１７０は、内部に空隙１７２を含み、発光素子１６０の少なくとも一部が空隙１７２の中にある。
【００２５】
最後に、図１Ｈが本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、空隙１７０には、エポキシ系および／または他の光結合媒質（例えば、ケイ素）のような封入剤１８０が充填され得る。封入剤１８０は、発光素子１６０から透明な内方コア１５０までの光結合を向上させることができる。本発明の幾つかの実施形態に使用可能な実装基板１７０の設計および製造が、本発明の譲受人に譲り受けられたNegleyの「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods for Fabricating Same」という名称の同時出願（特許文献２５）（整理番号５３０８―３１１）に記載されており、その開示は本明細書に完全に記載されたものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｈの実施形態を別個の実施形態として例示したが、図１Ａ〜１Ｈの様々な要素を様々な組合せおよび要素の副次的な組合せで一緒に使用可能であることが当業者には理解されよう。したがって、例えば、内方および外方被覆１４０および１３０、均一分布燐光体１１０および非均一分布燐光体１２０、発光素子１６０、実装基板１７０、空隙１７２、内方コア１５０、および封入剤１８０の組合せが一緒に使用可能である。したがって、本発明は、図１Ａ〜１Ｈに示されている別個の実施形態に限定されるべきではない。
【００２７】
図２Ａは、本発明の他の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。図２に示すように、これらの実施形態は、燐光体および／または他の化学物質が混入されている光学的に透明な材料から作製可能な外方シェル２００を具備する。内方コア２５０は、プラスチックまたはガラスのような光学的に透明な材料から作製可能であり、実装基板２７０中の封入収容空隙２７２に配置される。外方シェル２００および内方コア２５０は、発光ダイオード２６０のための複合レンズを形成する。
【００２８】
図２Ｂは、本発明のさらに他の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。図２Ｂに示すように、これらの実施形態は内方シェル２０２を具備し、それは燐光体および／または他の化学物質が混入されたポリマーのような光学的に透明な材料から作製可能である。外方シェル２５２は、プラスチックまたはガラスのような光学的に透明な材料から作製可能である。図２Ａの場合と同様に、発光ダイオード２６０のための複合レンズを形成するために封入空隙２７２および実装基板２７０を設けることができる。
【００２９】
図３Ａ〜３Ｆは、本発明のさらに他の実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図であり、これらの実施形態を使用して、例えば、携帯電話、自動車のダッシュボード、携帯用コンピュータ、および照明付きキーパッドを具備する他の通常の機器で使用可能なキーパッド用キーを形成することができる。ここで図３Ａを参照すると、透過型光学要素が、発燐光体３１０を内部に分散させたキーパッド用キー面３００を具備するキーパッド用キーシェルを含む。図３Ａでは、燐光体３１０が内部に均一に分散されている一方で、図３Ｂでは、燐光体３２０が内部に非均一に分散されている。非均一分散は、異なる光強度、異なる色、および上で説明した標示を設ける。
【００３０】
図３Ｃでは、キーパッド用キーは、キーパッド用キー面３００から延在するキーパッド用キー壁３３０も具備する。図３Ｃでは、燐光体３１０がキーパッド用キー面３００およびキーパッド用キー壁３３０の中に均一に分布している。図３Ｄでは、燐光体３２０’がキーパッド用キー面３００の上に均一に分布しているが、キーパッド用キー壁３３０の中には含まれていない。図３Ｅでは、燐光体３２０がキーパッド用キー面３００の中で非均一に分布しているが、キーパッド用キー壁３３０の中には含まれていない。
【００３１】
図３Ｆは、筐体３７０の中に装着されたキーパッド用キー面３００およびキーパッド用キー壁３３０を具備するキーパッド用キーを例示するが、それは、キーパッド用キー面３００および／または壁３３０を透過して光３６２を放出するために、筐体とキーとの間に半導体発光素子のような発光素子３６０を含む。光導波路を使用して半導体発光素子３６０をキーから遠隔に位置決めできることが理解されよう。図３Ａ〜３Ｆに示した様々な要素の組合せおよび／または副次的な組合せを使用して、例えば、均一および／または非均一分布の燐光体３１０、３２０、３２０’をキー面および／またはキー壁３３０の中に使用可能であることも理解されよう。したがって、本発明は、図３Ａ〜３Ｆに個別に示す要素の様々な組合せに限定されるべきではない。
【００３２】
図４は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学素子を形成するための装置を示す模式図である。特に、図４は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を形成するために使用できる射出成形装置を例示する。図４に示すように、射出成形装置がホッパ４１０または他の貯留装置を具備し、その中に透明のプラスチックおよび／または燐光体添加剤４５０が供給される。透明のプラスチックおよび／または燐光体添加剤は、ペレット、粉体、および／または固形で供給可能である。当業者にはよく知られているように、溶剤、結合剤などのような他の添加剤も含まれ得る。射出機４２０は、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を溶解したり、かつ／またはこれらの材料を溶解状態に維持したりするために使用される加熱器およびスクリュー機構を具備して、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を供給することができる。射出機４２０は、ノズル４３０を介して溶融液体を鋳型４４０の中に射出する。鋳型４４０は内部に適切な流路４６０を具備し、それを使用してドームまたはキーパッド用キーのような光学要素の形状を画成することができる。光学要素の射出成形は当業者によく知られ、かつ開示されており（例えば、特許文献２６、２７、２８、２９、３０、および３１参照）、本明細書ではこれ以上説明する必要がない。流し込み成形技術（ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）も使用可能であり、その場合には、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体が雌型の中に供給され、次いでそれが雄型に結合されて（または逆の様態で）光学要素を成形することも理解されよう。光学要素の流し込み成形は幾つも開示されており（例えば、特許文献３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、および３９参照）、本明細書ではこれ以上説明する必要がない。
【００３３】
図５は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を製造するために使用可能な工程を示すフローチャートである。図５に示すように、ブロック５１０で、図４の鋳型４４０のような鋳型に透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体が充填される。ブロック５２０で、溶融液体を凝固させて燐光体が内部に分散した光学要素を製造する。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子を製造するために実行可能な工程を示すフローチャートである。図６に示すように、ブロック６１０で、燐光体が内部に分散された透明のプラスチックを含む、図１Ａのドーム形シェル１００のようなシェルが、射出成形、流し込み成形、および／または他の通常の技術を使用して成形される。ブロック６２０で、図１Ｅのコア１５０のようなコアが形成される。幾つかの実施形態では、コア１５０がドーム形シェル１００の内側に配置されるかまたは形成される一方で、他の実施形態では、透明なコア１５０を包囲するドーム形シェル１００を形成するために、この透明のコアを形成し、次いで、透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を透明のコア１５０を含む鋳型に充填することによって、ブロック６２０がブロック６１０に先行することが理解されよう。
【００３５】
さらに図６を参照すると、図１Ｇの素子１６０のような半導体発光素子が、実装基板１７０のような実装基板の上に配置される。ブロック６４０で、図１Ｈの封入剤１８０のような封入剤が、実装基板１７０、発光素子１６０、および／またはコア１５０に使用される。最後に、ブロック６５０で、エポキシ系、スナップ嵌め、および／または他の通常の実装技術を使用して、シェルが実装基板に結合される（ｍａｔｅ）。
【００３６】
使用され得る封入剤１８０の量を削減または最少化するために、内方コア１５０がレンズ全体を充填することが望まれ得る。当業者によく知られているように、封入剤１８０は、実装基板１７０および／または内方コア１１０とは異なる熱膨張係数を有し得る。ブロック６４０で使用される封入剤１８０の量を削減または最少化することによって、これらの熱的不整合（ｔｈｅｒｍａｌ ｍｉｓｍａｔｃｈｅｓ）の影響を低減または最小化することができる。
【００３７】
幾つかの別法による実施態様では、図５および／または図６のブロックにおいて留意した機能／働きは、フローチャートで留意した順序から逸脱し得ることにも留意されるべきである。例えば、連続的に示した２つのブロックが、関与する機能／働きに応じて、実際には実質的に同時に実行可能であるし、またはこれらのブロックが逆の順序で実行することも可能である。
【００３８】
したがって、本発明の幾つかの実施形態は、成形または流し込み成形技術を使用して、レンズのような複合的な光学要素を形成することができる。例えば、電話用のキーパッドには、２色キーを形成するように、またはより安価なプラスチックを使用して機械的安定性を与える一方で、外観を改善するためのみにより高価な材料の薄層を使用して費用を削減するように、２工程射出成形法を使用することができる。幾つかの実施形態では、射出成形を使用して内表面または外表面の上に成形材料中に分散させた燐光体層を配置し、次いで、残った容積中において成形または流し込み工程を完了して、望ましい光学要素を形成することができる。これらの光学要素は、幾つかの実施形態では、キーまたはドームの背後の青色発光ダイオードを白色光に変換することができる。
【００３９】
本発明の他の実施形態が、燐光体を使用して光を均一に分散させたり、かつ／または光を所望のパターンで分散させたりすることができる。例えば、通常の発光素子は光を「コウモリの翼状」放射パターンで放出可能であり、その場合には、軸方向（０°）または側面（例えば、約４０°よりも大きな角度）に較べて、約４０°の軸外し角のような軸外し角でより大きな光強度が備わる。他の発光ダイオードは、「ランバートの」放射パターンを与え、その場合には、最大強度が約４０°の軸外しまでの中心域内に集中し、次いで角度が大きくなると急激に低下する。さらに他の通常の素子は、側面発光（ｓｉｄｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）放射パターンを与えることが可能であり、その場合には、軸から９０°のような大きな角度で最大の光強度が備わり、軸に近づいていく角度が小さくなると急激に低下する。対照的に、本発明の幾つかの実施形態では、相関色温度(Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ)（ＣＣＴ）の角度依存性のような、光出力の角度依存放射パターンを発光素子から低減または排除することができる。したがって、光強度およびレンズの全表面からのｘ、ｙ色度値／座標が、幾つかの実施形態では相対的に一定に留まり得る。これは、スポットライト効果が望ましくない部屋のような照明応用例に使用されるときに有利であり得る。
【００４０】
上で説明した本発明の幾つかの実施形態に係る射出成形過程は、レンジング（ｌｅｎｓｉｎｇ）および白色変換のような、多重特徴を備える単一光学要素を形成することが可能である。さらには、幾つかの実施形態に係る２工程成形または流し込み成形技術を使用することによって、燐光体層をその望ましい構成に成形して、視角に関する色温度の角度依存性を低減または最小化することができる。
【００４１】
本図面および明細書では、本発明の実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているが、それらは包括的かつ説明的な意味においてのみ使用されており、限定を目的とするものではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子およびその製造方法に関し、さらに詳細には発光素子の実装（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードのような半導体発光素子が多くの応用例に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、半導体発光ダイオードは一般に、ドーム形の透明なプラスチック製シェルで半導体発光ダイオードの少なくとも一部を包囲することによって実装される。
【０００３】
特定の周波数帯域の放出放射を増強し、かつ／または放射の少なくとも一部を別の周波数帯域に変換するために、燐光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）を発光素子に組み込むことがしばしば望ましい。燐光体は、多くの従来技術を使用して発光素子の中に含まれ得る。１つの技術では、燐光体がプラスチック製シェルの内側および／または外側に被覆される。他の技術では、燐光体が、例えば、電気泳動堆積法を用いて半導体発光素子自体の上に被覆される。さらに他の実施形態では、燐光体を含有するエポキシ系などの物質の小滴が、プラスチック製シェルの内側、半導体発光素子の上、および／または素子とシェルとの間に滴下され得る。燐光体被覆を用いるＬＥＤが幾つか開示されている（例えば、特許文献１、２、３、４、５、および６参照）。
【０００４】
実装は、発光素子完成品の経費および／または製造時間の主要部分を構成し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６２５２２５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６０６９４４０号明細書
【特許文献３】米国特許第５８５８２７８号明細書
【特許文献４】米国特許第５８１３７５３号明細書
【特許文献５】米国特許第５２７７８４０号明細書
【特許文献６】米国特許第５９５９３１６号明細書
【特許文献７】米国特許第６２０１２６２号明細書
【特許文献８】米国特許第６１８７６０６号明細書
【特許文献９】米国特許第６１２０６００号明細書
【特許文献１０】米国特許第５９１２４７７号明細書
【特許文献１１】米国特許第５７３９５５４号明細書
【特許文献１２】米国特許第５６３１１９０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５６０４１３５号明細書
【特許文献１４】米国特許第５５２３５８９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５４１６３４２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５３９３９９３号明細書
【特許文献１７】米国特許第５３３８９４４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５２１００５１号明細書
【特許文献１９】米国特許第５０２７１６８号明細書
【特許文献２０】米国特許第４９６６８６２号明細書
【特許文献２１】米国特許第４９１８４９７号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８（Ａ１）号明細書
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４（Ａ１）号明細書
【特許文献２４】米国特許仮出願第６０／４１１９８０号明細書
【特許文献２５】米国特許第１０／６５９１０８号明細書
【特許文献２６】米国特許第４８２６４２４号明細書
【特許文献２７】米国特許第５１１０２７８号明細書
【特許文献２８】米国特許第５８８２５５３号明細書
【特許文献２９】米国特許第５９６８４２２号明細書
【特許文献３０】米国特許第６１５６２４２号明細書
【特許文献３１】米国特許第６３８３４１７号明細書
【特許文献３２】米国特許第４１０７２３８号明細書
【特許文献３３】米国特許第４０４２５５２号明細書
【特許文献３４】米国特許第４１４１９４１号明細書
【特許文献３５】米国特許第４５６２０１８号明細書
【特許文献３６】米国特許第５１４３６６０号明細書
【特許文献３７】米国特許第５３７４６６８号明細書
【特許文献３８】米国特許第５７５３７３０号明細書
【特許文献３９】米国特許第６３９１２３１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の幾つかの実施形態が、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を鋳型に充填し、この溶融液体を凝固させて、燐光体が内部に分散されている透過型光学要素を製造することによって透過型光学要素を形成する。したがって、これらの実施形態は、別に燐光体被覆または燐光体含有封入剤を使用することもできるが、そうする必要はない。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態では、透過型光学要素はドーム（ｄｏｍｅ）であり、それを透過して発光素子が光を放出する。これらの実施形態では、透明のコア（ｃｏｒｅ）もドームの内側に形成され得る。別法として、透明のコアを最初に形成し、次いで、この透明のコアを含むドーム形の鋳型に透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を充填することによって成形を行うことができる。
【０００８】
さらに他の実施形態では、透過型光学要素はキーパッド用キーであり、それを透過して発光素子が光を放出する。さらに他の実施形態では、光学要素がキーパッド用キー面であり、それを透過して発光素子が光を放出する。これらの実施形態では、キーパッド用キー面に装着されるキーパッド用キー壁を形成するために別の工程が設けられ得る。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態に係る透過型光学要素は、燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックを含むシェルを具備する。幾つかの実施形態では、燐光体がシェルの中に均一に分散されている一方で、他の実施形態では、燐光体がシェルの中に非均一に分散されている。
【００１０】
幾つかの実施形態では、シェルはドーム形シェルであり、透過型光学要素は、ドーム形シェルの内側に透明の内方コア（ｉｎｎｅｒ ｃｏｒｅ）をさらに含む。幾つかの実施形態では、透明の内方コアがドーム形シェルを充填して半球光学要素を設ける。さらに他の実施形態では、ドーム形シェルは、光を透明の内方コアの中に放出しかつそれに透過させ、さらにドーム形シェルに透過させて、ドーム形シェルから現出するように構成される半導体発光素子と組合せ可能である。さらに他の実施形態は、半導体発光素子に隣接しかつ透明の内方コアから遠隔の実装基板を追加する。さらに他の実施形態は、発光素子と透明のコアとの間に封入剤を追加する。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、シェルが、キーパッド用キー面と、このキーパッド用キー面から延在する（ｅｘｔｅｎｄ）キーパッド用キー壁とを含むキーパッド用キーシェルである。これらの実施形態の幾つかでは、燐光体がキーパッド用キーシェルの中に均一に分散されている。他の実施形態では、燐光体がキーパッド用キー面の中に均一に分散されているが、キーパッド用キー壁の中には含まれていない。さらに他の実施形態では、燐光体がキーパッド用キー面の中に非均一に分散されるが、キーパッド用キー壁の中には含まれてもまたは含まれていなくてもよい。
【００１２】
本発明の他の実施形態に係る発光素子は、実装基板と、この実装基板の上の半導体発光素子とを含む。燐光体が内部に分散されている透明のプラスチックを含むドーム形シェルが、実装基板の上に設けられ、半導体発光素子の少なくとも一部を包囲する。透明の内方コアがドーム形シェルの内側に設けられる。他の実施形態では、封入剤が半導体発光素子と透明の内方コアとの間に設けられる。さらに他の実施形態では、実装基板がその内部に空隙を含み、半導体発光素子の少なくとも一部がその空隙の中にあり、ドーム形シェルは空隙を包囲する実装基板の上にあり、さらに封入剤は空隙の中にある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体発光素子を提供できる本発明の第１の実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図３】キーパッド用キーを提供できる本発明のさらに他の実施形態に係る光学要素を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学要素を製造するために使用可能な成形装置を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る発光素子を製造するために実行可能な動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る発光素子を製造するために実行可能な動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、以下では本発明をさらに完全に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施可能であり、本明細書に説明する実施形態に限定されるものと考えるべきではない。さらに正確に言えば、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全になるように、さらに本発明の範囲を当業者に十分に伝達するために提供されるものである。図面では、層および領域の寸法ならびに相対寸法は、明瞭にするために誇張され得る。全体を通して同様の数字が同様の要素を指す。
層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に」あると言及されるとき、それは他の要素の上に直に存在してもよいし、または介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。導電線の表面のような要素の一部が「外方（ｏｕｔｅｒ）」と言及される場合に、それは当該要素の他の部分よりも素子の外側に近接していることが理解されよう。さらには、本明細書では「下方」というような相対的な用語が、図に例示する基板または基層を基準にして、１つの層または領域が別の層または領域に対する関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図に示す配置に加えて、素子の異なる配置を包含しようとするものであることが理解されよう。最後に、「直に」という用語は、介在要素が存在しないことを意味する。
【００１５】
図１Ａ〜１Ｈは、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図である。これらの光学要素を使用して、半導体発光素子のような発光素子を実装する（ｐａｃｋａｇｅ）ことができる。
【００１６】
図１Ａに示すように、本発明の幾つかの実施形態に係る透過型光学要素が、透明のプラスチックを含むシェル１００を具備する。シェル１００は、その中に分散された燐光体１１０を含む。当業者にはよく知られているように、このシェルは、ポリカーボネート材料および／または透過型光学要素を製造するために使用される他の通常のプラスチック材料を含み得る。さらには、この燐光体は、セリウムドープＹＡＧおよび／または他の通常の燐光体を含めて、任意の通常の燐光体を含み得る。幾つかの特定の実施形態では、燐光体は、セシウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、微小燐光体が使用可能である。燐光体は当業者にはよく知られており、したがって本明細書ではこれ以上説明する必要がない。
【００１７】
図１Ａでは、燐光体１１０がシェル１００内部に均一に分散されている。対照的に、図１Ｂでは、燐光体１２０がシェル内部に非均一に分散されている。燐光体１２０の様々なパターンが形成され、例えば、より高い強度および／または異なる色の領域を設けたり、かつ／または照明時にシェル１００の上に様々な標示（ｉｎｄｉｃｉａ）を現出させ（ｐｒｏｖｉｄｅ）たりすることができる。図１Ａ〜１Ｂでは、シェル１００がドーム形のシェルである。本明細書で使用されるように、「ドーム」および「ドーム形の」という用語は、正規の半球構造ばかりでなく、正規の半球を形成しないで形状が偏心していたり、かつ／または他の特徴、構造、および／もしくは表面を有したりする他の概ね円弧状構造も含めて、概ね円弧状の表面輪郭を有する構造を指す。さらには、以下に説明するように様々な形状を設けることができる。
【００１８】
ここで図１Ｃを参照すると、１つまたは複数の被覆１３０がシェル１００の外面上に設けられ得る。この被覆は、保護被覆、偏光被覆、標示付き被覆、および／または当業者によく知られている光学要素のための他の任意通常の被覆であり得る。図１Ｄでは、１つまたは複数の内方被覆１４０がシェル１００の内表面の上に設けられる。この場合も、任意の通常の被覆または被覆の組合せが使用可能である。
【００１９】
さらには、本発明の他の実施形態が、内部に均一に分散された燐光体１１０および／または非均一に分散された燐光体１２０を含む、シェル１００のための内方および外方被覆を設ける。このような内方および外方被覆を設けることによって、燐光体に対する屈折率整合（ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ）を向上させることができる。したがって、本発明の幾つかの実施形態にしたがって３つの層を射出成形することができる。本発明の他の実施形態は、液体および／または固体ゲルのような屈折率整合媒質をシェル内部に使用して、屈折率整合を補助することができる。内方および外方層を使用すると、屈折率整合の結果として、燐光体含有層の中に閉じ込め得る燐光体の数を削減することができる。
【００２０】
図１Ｅは本発明の他の実施形態を説明するが、そこでは透明の内方コア１５０が、ドーム形のシェル１００の内側に設けられている。幾つかの実施形態では、図１Ｅにも示すように、半球状の光学要素を設けるために、透明の内方コア１５０がドーム形のシェル１００を充填する。透明の内方コア１５０は、均一に透明であっても、かつ／または半透明および／もしくは不透明の領域を内部に含んでもよい。透明の内方コア１５０には、ガラス、プラスチック、および／または他の光結合媒質が含まれ得る。
【００２１】
図１Ｆは本発明の他の実施形態を例示するが、そこでは光１６２を透明な内方コア１５０の中に放出しかつそれに透過させ、さらにドームシェル１００に透過させて、ドーム形シェル１００から現出するように構成されている半導体発光素子１６０と燐光体含有シェル１００とを組み合わせる。半導体発光素子は発光ダイオード、レーザ発光ダイオード、および／または他の素子を含み得るが、他の素子には、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／または他の半導体材料を含み得る１つもしくは複数の半導体層；サファイヤ、ケイ素、炭化ケイ素、または他の超小型電子基板を含み得る基板；ならびに金属および／または他の導電性層を含み得る１つもしくは複数の接点層が含まれ得る。半導体発光素子の設計および製造は当業者にはよく知られている。
【００２２】
例えば、発光要素１６０は、米国ノースカロライナ州ダラム（Ｄｕｒｈａｍ）所在のクリー インコーポレーテッド社（Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．）によって製造および販売されている素子のような炭化ケイ素基板上に形成された窒化ガリウム系ＬＥＤまたはレーザでよい。例えば、本発明で使用するのに適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、参照によりその開示が本明細書に完全に記載されたものとして本明細書に組み込まれる（例えば、特許文献７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、および２１参照）。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザが、２００３年１月９日に公開された「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という名称の（特許文献２２）ならびに「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という名称の（特許文献２３）に記載されている。さらには、参照によりその開示が本明細書に完全に記載されたものとして本明細書に組み込まれている、２００２年９月１９日に出願された「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という名称の（特許文献２４）に記載されているものなどの燐光体被覆ＬＥＤも、本発明の実施形態において使用するのに同様に適切であり得る。
【００２３】
ＬＥＤおよび／またはレーザは、基板を透過して発光が行われるように動作すべく構成可能である。このような実施形態では、上で引用した開示のように（特許文献２３参照）、基板は素子の光出力を高めるようにパターン形成可能である。
【００２４】
図１Ｇは、本発明の他の実施形態を示す断面図である。図１Ｇに示すように、実装基板１７０が設けられ、発光素子１６０が実装基板１７０と透明な内方コア１５０との間にあるようになっている。図１Ｇにも示すように、幾つかの実施形態では、実装基板１７０は、内部に空隙１７２を含み、発光素子１６０の少なくとも一部が空隙１７２の中にある。
【００２５】
最後に、図１Ｈが本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、空隙１７０には、エポキシ系および／または他の光結合媒質（例えば、ケイ素）のような封入剤１８０が充填され得る。封入剤１８０は、発光素子１６０から透明な内方コア１５０までの光結合を向上させることができる。本発明の幾つかの実施形態に使用可能な実装基板１７０の設計および製造が、本発明の譲受人に譲り受けられたNegleyの「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods for Fabricating Same」という名称の同時出願（特許文献２５）（整理番号５３０８―３１１）に記載されており、その開示は本明細書に完全に記載されたものとして参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｈの実施形態を別個の実施形態として例示したが、図１Ａ〜１Ｈの様々な要素を様々な組合せおよび要素の副次的な組合せで一緒に使用可能であることが当業者には理解されよう。したがって、例えば、内方および外方被覆１４０および１３０、均一分布燐光体１１０および非均一分布燐光体１２０、発光素子１６０、実装基板１７０、空隙１７２、内方コア１５０、および封入剤１８０の組合せが一緒に使用可能である。したがって、本発明は、図１Ａ〜１Ｈに示されている別個の実施形態に限定されるべきではない。
【００２７】
図２Ａは、本発明の他の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。図２に示すように、これらの実施形態は、燐光体および／または他の化学物質が混入されている光学的に透明な材料から作製可能な外方シェル２００を具備する。内方コア２５０は、プラスチックまたはガラスのような光学的に透明な材料から作製可能であり、実装基板２７０中の封入収容空隙２７２に配置される。外方シェル２００および内方コア２５０は、発光ダイオード２６０のための複合レンズを形成する。
【００２８】
図２Ｂは、本発明のさらに他の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。図２Ｂに示すように、これらの実施形態は内方シェル２０２を具備し、それは燐光体および／または他の化学物質が混入されたポリマーのような光学的に透明な材料から作製可能である。外方シェル２５２は、プラスチックまたはガラスのような光学的に透明な材料から作製可能である。図２Ａの場合と同様に、発光ダイオード２６０のための複合レンズを形成するために封入空隙２７２および実装基板２７０を設けることができる。
【００２９】
図３Ａ〜３Ｆは、本発明のさらに他の実施形態に係る透過型光学要素を示す断面図であり、これらの実施形態を使用して、例えば、携帯電話、自動車のダッシュボード、携帯用コンピュータ、および照明付きキーパッドを具備する他の通常の機器で使用可能なキーパッド用キーを形成することができる。ここで図３Ａを参照すると、透過型光学要素が、発燐光体３１０を内部に分散させたキーパッド用キー面３００を具備するキーパッド用キーシェルを含む。図３Ａでは、燐光体３１０が内部に均一に分散されている一方で、図３Ｂでは、燐光体３２０が内部に非均一に分散されている。非均一分散は、異なる光強度、異なる色、および上で説明した標示を設ける。
【００３０】
図３Ｃでは、キーパッド用キーは、キーパッド用キー面３００から延在するキーパッド用キー壁３３０も具備する。図３Ｃでは、燐光体３１０がキーパッド用キー面３００およびキーパッド用キー壁３３０の中に均一に分布している。図３Ｄでは、燐光体３２０’がキーパッド用キー面３００の上に均一に分布しているが、キーパッド用キー壁３３０の中には含まれていない。図３Ｅでは、燐光体３２０がキーパッド用キー面３００の中で非均一に分布しているが、キーパッド用キー壁３３０の中には含まれていない。
【００３１】
図３Ｆは、筐体３７０の中に装着されたキーパッド用キー面３００およびキーパッド用キー壁３３０を具備するキーパッド用キーを例示するが、それは、キーパッド用キー面３００および／または壁３３０を透過して光３６２を放出するために、筐体とキーとの間に半導体発光素子のような発光素子３６０を含む。光導波路を使用して半導体発光素子３６０をキーから遠隔に位置決めできることが理解されよう。図３Ａ〜３Ｆに示した様々な要素の組合せおよび／または副次的な組合せを使用して、例えば、均一および／または非均一分布の燐光体３１０、３２０、３２０’をキー面および／またはキー壁３３０の中に使用可能であることも理解されよう。したがって、本発明は、図３Ａ〜３Ｆに個別に示す要素の様々な組合せに限定されるべきではない。
【００３２】
図４は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学素子を形成するための装置を示す模式図である。特に、図４は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を形成するために使用できる射出成形装置を例示する。図４に示すように、射出成形装置がホッパ４１０または他の貯留装置を具備し、その中に透明のプラスチックおよび／または燐光体添加剤４５０が供給される。透明のプラスチックおよび／または燐光体添加剤は、ペレット、粉体、および／または固形で供給可能である。当業者にはよく知られているように、溶剤、結合剤などのような他の添加剤も含まれ得る。射出機４２０は、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を溶解したり、かつ／またはこれらの材料を溶解状態に維持したりするために使用される加熱器およびスクリュー機構を具備して、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を供給することができる。射出機４２０は、ノズル４３０を介して溶融液体を鋳型４４０の中に射出する。鋳型４４０は内部に適切な流路４６０を具備し、それを使用してドームまたはキーパッド用キーのような光学要素の形状を画成することができる。光学要素の射出成形は当業者によく知られ、かつ開示されており（例えば、特許文献２６、２７、２８、２９、３０、および３１参照）、本明細書ではこれ以上説明する必要がない。流し込み成形技術（ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）も使用可能であり、その場合には、透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体が雌型の中に供給され、次いでそれが雄型に結合されて（または逆の様態で）光学要素を成形することも理解されよう。光学要素の流し込み成形は幾つも開示されており（例えば、特許文献３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、および３９参照）、本明細書ではこれ以上説明する必要がない。
【００３３】
図５は、本発明の様々な実施形態に係る透過型光学要素を製造するために使用可能な工程を示すフローチャートである。図５に示すように、ブロック５１０で、図４の鋳型４４０のような鋳型に透明のプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体が充填される。ブロック５２０で、溶融液体を凝固させて燐光体が内部に分散した光学要素を製造する。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子を製造するために実行可能な工程を示すフローチャートである。図６に示すように、ブロック６１０で、燐光体が内部に分散された透明のプラスチックを含む、図１Ａのドーム形シェル１００のようなシェルが、射出成形、流し込み成形、および／または他の通常の技術を使用して成形される。ブロック６２０で、図１Ｅのコア１５０のようなコアが形成される。幾つかの実施形態では、コア１５０がドーム形シェル１００の内側に配置されるかまたは形成される一方で、他の実施形態では、透明なコア１５０を包囲するドーム形シェル１００を形成するために、この透明のコアを形成し、次いで、透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を透明のコア１５０を含む鋳型に充填することによって、ブロック６２０がブロック６１０に先行することが理解されよう。
【００３５】
さらに図６を参照すると、図１Ｇの素子１６０のような半導体発光素子が、実装基板１７０のような実装基板の上に配置される。ブロック６４０で、図１Ｈの封入剤１８０のような封入剤が、実装基板１７０、発光素子１６０、および／またはコア１５０に使用される。最後に、ブロック６５０で、エポキシ系、スナップ嵌め、および／または他の通常の実装技術を使用して、シェルが実装基板に結合される（ｍａｔｅ）。
【００３６】
使用され得る封入剤１８０の量を削減または最少化するために、内方コア１５０がレンズ全体を充填することが望まれ得る。当業者によく知られているように、封入剤１８０は、実装基板１７０および／または内方コア１１０とは異なる熱膨張係数を有し得る。ブロック６４０で使用される封入剤１８０の量を削減または最少化することによって、これらの熱的不整合（ｔｈｅｒｍａｌ ｍｉｓｍａｔｃｈｅｓ）の影響を低減または最小化することができる。
【００３７】
幾つかの別法による実施態様では、図５および／または図６のブロックにおいて留意した機能／働きは、フローチャートで留意した順序から逸脱し得ることにも留意されるべきである。例えば、連続的に示した２つのブロックが、関与する機能／働きに応じて、実際には実質的に同時に実行可能であるし、またはこれらのブロックが逆の順序で実行することも可能である。
【００３８】
したがって、本発明の幾つかの実施形態は、成形または流し込み成形技術を使用して、レンズのような複合的な光学要素を形成することができる。例えば、電話用のキーパッドには、２色キーを形成するように、またはより安価なプラスチックを使用して機械的安定性を与える一方で、外観を改善するためのみにより高価な材料の薄層を使用して費用を削減するように、２工程射出成形法を使用することができる。幾つかの実施形態では、射出成形を使用して内表面または外表面の上に成形材料中に分散させた燐光体層を配置し、次いで、残った容積中において成形または流し込み工程を完了して、望ましい光学要素を形成することができる。これらの光学要素は、幾つかの実施形態では、キーまたはドームの背後の青色発光ダイオードを白色光に変換することができる。
【００３９】
本発明の他の実施形態が、燐光体を使用して光を均一に分散させたり、かつ／または光を所望のパターンで分散させたりすることができる。例えば、通常の発光素子は光を「コウモリの翼状」放射パターンで放出可能であり、その場合には、軸方向（０°）または側面（例えば、約４０°よりも大きな角度）に較べて、約４０°の軸外し角のような軸外し角でより大きな光強度が備わる。他の発光ダイオードは、「ランバートの」放射パターンを与え、その場合には、最大強度が約４０°の軸外しまでの中心域内に集中し、次いで角度が大きくなると急激に低下する。さらに他の通常の素子は、側面発光（ｓｉｄｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）放射パターンを与えることが可能であり、その場合には、軸から９０°のような大きな角度で最大の光強度が備わり、軸に近づいていく角度が小さくなると急激に低下する。対照的に、本発明の幾つかの実施形態では、相関色温度(Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ)（ＣＣＴ）の角度依存性のような、光出力の角度依存放射パターンを発光素子から低減または排除することができる。したがって、光強度およびレンズの全表面からのｘ、ｙ色度値／座標が、幾つかの実施形態では相対的に一定に留まり得る。これは、スポットライト効果が望ましくない部屋のような照明応用例に使用されるときに有利であり得る。
【００４０】
上で説明した本発明の幾つかの実施形態に係る射出成形過程は、レンジング（ｌｅｎｓｉｎｇ）および白色変換のような、多重特徴を備える単一光学要素を形成することが可能である。さらには、幾つかの実施形態に係る２工程成形または流し込み成形技術を使用することによって、燐光体層をその望ましい構成に成形して、視角に関する色温度の角度依存性を低減または最小化することができる。
【００４１】
本図面および明細書では、本発明の実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているが、それらは包括的かつ説明的な意味においてのみ使用されており、限定を目的とするものではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型光学要素を形成する方法であって、
透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体をドーム形鋳型に充填する工程と、
前記溶融液体を凝固させて、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有し、燐光体が内部に分散されている透過型ドーム形シェルを製造する工程と、
前記燐光体が内部に分散されている透過型ドーム形シェルのドーム形内表面上又はドーム形外表面上に、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有する透明なドーム形シェルを形成する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
燐光体が内部に分散されている透明なプラスチックを含む第１のドーム形シェルであって、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有する第１のドーム形シェルと、
ドーム形内表面及びドーム形外表面を有し、前記第１のドーム形シェルの前記ドーム形内表面上又はドーム形外表面上にある第２のドーム形シェルと、
を有する透過型光学要素。
【請求項３】
前記燐光体は、前記第１のドーム形シェルの中に均一に分散されている請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項４】
前記燐光体は、前記第１のドーム形シェルの中に標示を設けるために前記第１のドーム形シェルの中に非均一に分散されている請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項５】
光を前記第１及び第２のドーム形シェルの中に放出しかつ前記第１及び第２のドーム形シェルに透過させて、前記第１及び第２のドーム形シェルから現出するように構成されている半導体発光素子と組み合わせた請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項６】
前記半導体発光素子に隣接する実装基板であって、前記半導体発光素子が前記実装基板と前記第１及び第２のドーム形シェルとの間にあるような前記実装基板とさらに組み合わせた請求項５に記載の透過型光学要素。
【請求項７】
前記半導体発光素子と前記第１及び第２のドーム形シェルとの間にある封入剤とさらに組み合わせた請求項６に記載の透過型光学要素。
【請求項８】
前記第２のドーム形シェルは、前記第１のドーム形シェルの前記ドーム形内表面上にある請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項９】
実装基板と、
前記実装基板の上にある半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の少なくとも一部を包囲する前記実装基板の上にあり、燐光体が内部に分散されている透明なプラスチックを含むドーム形シェルと、
前記ドーム形シェルの外側にある透明な外方シェルと、
前記ドーム形シェルの内側にあるドーム型の透明な内方コアと、
を含む発光素子。
【請求項１０】
前記半導体発光素子と前記透明な内方コアとの間に封入剤をさらに含む請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記実装基板は内部に空隙を含み、前記半導体発光素子の少なくとも一部が前記空隙の中にあり、前記ドーム形シェルは前記空隙を包囲する前記実装基板の上にあり、さらに前記封入剤は前記空隙の中にある請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記燐光体は、前記ドーム形シェルの中に均一に分散されている請求項９−１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記燐光体は、前記ドーム形シェルの中に非均一に分散されている請求項９−１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記透明な内方コアは、前記ドーム形シェルを充填する請求項９−１３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
前記半導体発光素子は、光を前記透明な内方コアの中に放出しかつそれに透過させ、さらに前記ドーム形シェルに透過させて、前記ドーム形シェルから現出するように構成されている請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
請求項９−１５に記載のいずれかの発光素子を形成する方法であって、
前記ドーム形シェルは、
透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体をドーム形鋳型に充填する工程と、
前記溶融液体を凝固させ、燐光体が内部に分散されている前記ドーム形シェルを製造する工程と、
前記ドーム形シェルの内側に透明なコアを形成する工程と、
によって製造される方法。
【請求項１７】
前記ドーム形シェルの外側に透明な外方シェルを形成する工程をさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記透明なコアを形成する工程が前記充填する工程に先行し、前記充填する工程は、前記透明なコアを含むドーム形鋳型に透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を充填する工程を含む請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１】
透過型光学要素を形成する方法であって、
透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体をドーム形鋳型に充填する工程と、
前記溶融液体を凝固させて、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有し、燐光体が内部に分散されている透過型ドーム形シェルを製造する工程と、
前記燐光体が内部に分散されている透過型ドーム形シェルのドーム形内表面上又はドーム形外表面上に、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有する透明なドーム形シェルを形成する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
燐光体が内部に分散されている透明なプラスチックを含む第１のドーム形シェルであって、ドーム形内表面及びドーム形外表面を有する第１のドーム形シェルと、
ドーム形内表面及びドーム形外表面を有し、前記第１のドーム形シェルの前記ドーム形内表面上又はドーム形外表面上にある第２のドーム形シェルと、
を有する透過型光学要素。
【請求項３】
前記燐光体は、前記第１のドーム形シェルの中に均一に分散されている請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項４】
前記燐光体は、前記第１のドーム形シェルの中に標示を設けるために前記第１のドーム形シェルの中に非均一に分散されている請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項５】
光を前記第１及び第２のドーム形シェルの中に放出しかつ前記第１及び第２のドーム形シェルに透過させて、前記第１及び第２のドーム形シェルから現出するように構成されている半導体発光素子と組み合わせた請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項６】
前記半導体発光素子に隣接する実装基板であって、前記半導体発光素子が前記実装基板と前記第１及び第２のドーム形シェルとの間にあるような前記実装基板とさらに組み合わせた請求項５に記載の透過型光学要素。
【請求項７】
前記半導体発光素子と前記第１及び第２のドーム形シェルとの間にある封入剤とさらに組み合わせた請求項６に記載の透過型光学要素。
【請求項８】
前記第２のドーム形シェルは、前記第１のドーム形シェルの前記ドーム形内表面上にある請求項２に記載の透過型光学要素。
【請求項９】
実装基板と、
前記実装基板の上にある半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の少なくとも一部を包囲する前記実装基板の上にあり、燐光体が内部に分散されている透明なプラスチックを含むドーム形シェルと、
前記ドーム形シェルの外側にある透明な外方シェルと、
前記ドーム形シェルの内側にあるドーム型の透明な内方コアと、
を含む発光素子。
【請求項１０】
前記半導体発光素子と前記透明な内方コアとの間に封入剤をさらに含む請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記実装基板は内部に空隙を含み、前記半導体発光素子の少なくとも一部が前記空隙の中にあり、前記ドーム形シェルは前記空隙を包囲する前記実装基板の上にあり、さらに前記封入剤は前記空隙の中にある請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記燐光体は、前記ドーム形シェルの中に均一に分散されている請求項９−１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記燐光体は、前記ドーム形シェルの中に非均一に分散されている請求項９−１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記透明な内方コアは、前記ドーム形シェルを充填する請求項９−１３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
前記半導体発光素子は、光を前記透明な内方コアの中に放出しかつそれに透過させ、さらに前記ドーム形シェルに透過させて、前記ドーム形シェルから現出するように構成されている請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
請求項９−１５に記載のいずれかの発光素子を形成する方法であって、
前記ドーム形シェルは、
透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体をドーム形鋳型に充填する工程と、
前記溶融液体を凝固させ、燐光体が内部に分散されている前記ドーム形シェルを製造する工程と、
前記ドーム形シェルの内側に透明なコアを形成する工程と、
によって製造される方法。
【請求項１７】
前記ドーム形シェルの外側に透明な外方シェルを形成する工程をさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記透明なコアを形成する工程が前記充填する工程に先行し、前記充填する工程は、前記透明なコアを含むドーム形鋳型に透明なプラスチックおよび燐光体添加剤を含む溶融液体を充填する工程を含む請求項１６または１７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２０１１−５１３５３（Ｐ２０１１−５１３５３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８２６９（Ｐ２０１０−２５８２６９）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【分割の表示】特願２００６−５２６０５９（Ｐ２００６−５２６０５９）の分割
【原出願日】平成１６年６月１日（２００４．６．１）
【出願人】（５９２０５４８５６）クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【分割の表示】特願２００６−５２６０５９（Ｐ２００６−５２６０５９）の分割
【原出願日】平成１６年６月１日（２００４．６．１）
【出願人】（５９２０５４８５６）クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]