発光ダイオード装置及びその製作方法
【課題】電力変換効率の低い補助電力供給モジュールの使用を減少することで、電力割当装置全体の電力変換効率を向上させる。
【解決手段】電力割当装置は第一スイッチ素子と制御装置とを含む。第一スイッチ素子は、複数の電力供給モジュールのうち変換効率が相対的に高い電力供給モジュールの出力端と、変換効率が相対的に低い電力供給モジュールの出力端にそれぞれ結合される第一接続端と第二接続端を備え、導通または切断状態により変換効率が相対的に高い電力供給モジュールから出力された電力を所定数量の負荷に同時に割り当てる。制御装置は第一スイッチ素子に結合され、制御信号を生成して第一スイッチ素子の導通または切断状態を制御する。
【解決手段】電力割当装置は第一スイッチ素子と制御装置とを含む。第一スイッチ素子は、複数の電力供給モジュールのうち変換効率が相対的に高い電力供給モジュールの出力端と、変換効率が相対的に低い電力供給モジュールの出力端にそれぞれ結合される第一接続端と第二接続端を備え、導通または切断状態により変換効率が相対的に高い電力供給モジュールから出力された電力を所定数量の負荷に同時に割り当てる。制御装置は第一スイッチ素子に結合され、制御信号を生成して第一スイッチ素子の導通または切断状態を制御する。
【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）装置及びその製作方法に関し、特にＬＥＤに多孔質材料層を形成し、この多孔質材料層にある複数の孔にナノ結晶を埋め込むようなＬＥＤ装置の製作方法、及びこの方法で製作されたナノ結晶を有するＬＥＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白色ＬＥＤが全世界的に注目されている新製品となっている。白色ＬＥＤは小型で熱放射をせず、低電力消費で寿命が長く、良好な反応速度と環境にやさしいなどの特長を持ち、従来の白熱電球で克服しがたい問題を解決し、２１世紀の照明器具として欧米の科学者に期待されている。
【０００３】
従来の白色ＬＥＤ装置の製作技術は概ね３種類に分けられる。第一は赤、青、緑のＬＥＤを設け、各ＬＥＤの通過電流をそれぞれ制御して白色光を生成する技術であり、第二は黄色と青色ＬＥＤを設け、各ＬＥＤの通過電流をそれぞれ制御して白色光を生成する技術である。しかしこれらの方法はいずれも、色の異なる複数のＬＥＤを同時に利用して白色光を生成するとき、そのいずれかが劣化すれば白色光が得られなくなるという欠点を有する。また、複数のＬＥＤを同時に使用するのはコストが高く、制御回路が複雑であるのみならず、白色ＬＥＤ装置のサイズを有効に縮小できない。これは実際の応用にとって不利である。
【０００４】
第三は単色ＬＥＤを利用して特定の蛍光材料を励起する技術である。例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）青紫色ＬＥＤによる青色光を利用して、黄色光を発する蛍光粉を励起し、この青色光と黄色光を混色して白色光を生成する。これは、前記方法の欠点を解消するのみならず、駆動回路の設計と製品の生産を容易にし、電力消費とコストを削減できるので、現在の白色ＬＥＤの製作に多用される。しかし、蛍光粉の粒径は一般に数ｍｍ以上に達するので、蛍光粉により入射した可視光が遮蔽されたり散乱し、発光効率が低下せざるを得ない。この問題を改善するために、ＬＥＤとナノ級の蛍光粉を組み合わせた応用例が多数公開されている。例えばアメリカ特許ＵＳ６，８９０，７７７では、ナノ級の量子ドットをコロイド溶液に混入してＬＥＤに塗布し、量子ドットを含む蛍光層を製作してＬＥＤに設ける方法を開示している。同特許によれば、蛍光層が発する蛍光の色は、量子ドットの大きさによって変わる。また、アメリカ特許ＵＳ７，３４２，２６０ Ｂ２では、量子ドットの材料の改善に着目し、ＬＥＤの表面にＺｎＸ量子ドットを塗布する方法を開示している。なお、多層量子ドットと短波長チップを組み合わせて、蛍光層のスペクトルを制御する応用例も、２００６年にアメリカ特許出願公開ＵＳ２００６／０１１３８９５ Ａ１により公開されている。
【０００５】
前掲技術に掲げられるナノ級の量子ドットとＬＥＤを組み合わせた応用例は光の散乱問題を改善できるが、量子ドットがナノ粒子の特性により凝集しやすいという問題がある。特に現行の蛍光粉と量子ドットの塗布方法はいずれも、蛍光粉または量子ドットをコロイド溶液に混入してから注射や回転塗布などの方式でＬＥＤに塗布するため、コロイド溶液の中の蛍光粉または量子ドットは大きさがまちまちな凝集物になり、均一に分散できない。したがって、前記方法で製作された蛍光層は、蛍光粉の均一性を容易に制御できず、ＬＥＤ装置が発する白色光は均一な分布が得られない。特に、実装技術の進歩に伴い、ＬＥＤアレイを回路基板に直接実装した大型ＬＥＤモジュールが増え、複数のＬＥＤを一枚の基板に設けた応用例では、蛍光粉または量子ドットの塗布は均一性が得られにくいので、ＬＥＤの色分布の不均一問題は一層深刻になる。
【０００６】
したがって、ＬＥＤの色均一性と発光効率の向上は、業界において開発の目標とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的のひとつは、ナノ結晶の均一性を有効に向上させ、ＬＥＤ装置の色均一性と発光効率を高め、光の散乱を減少させるためのＬＥＤ装置及びその製作方法。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前掲目的を達成するために、本発明の実施例では発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製作方法を提供する。当該方法によれば、まず基板と、基板に設けられる少なくとも１つのＬＥＤを設ける。次に当該ＬＥＤの表面に複数の孔を有する多孔質材料層を形成する。最後に当該各孔に複数のナノ結晶を埋め込み、ＬＥＤの表面に蛍光層を形成する。
【０００９】
前掲目的を達成するために、本発明ではＬＥＤ装置を提供する。当該ＬＥＤ装置は、少なくとも１つのＬＥＤと、多孔質材料層と、複数のナノ結晶とを含む。当該多孔質材料層はＬＥＤの表面に設けられ、複数の孔を有する。当該少なくとも１つのナノ結晶は当該各孔の中にそれぞれ設けられ、その粒径は当該各孔の孔径より小さい。
【００１０】
本発明は多孔質材料層の孔配列構造を先に形成してから、各孔にナノ結晶を埋め込むことで、蛍光層におけるナノ結晶分布の均一性を制御する。したがって、本発明によるＬＥＤから発せられた光とナノ結晶から発せられた蛍光を混合して得た白色光または他色の光は均一に分散し、多数のチップまたはチップアレイが回路基板に直接実装された構造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図２】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図３】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図４】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図５】本発明による矩形配列を呈する第一孔を表す説明図である。
【図６】本発明による第一蛍光層の垂直断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）から観察した画像である。
【図７】本発明による第一蛍光層の第一ナノ結晶密度の、第一蛍光層の厚さに応じた分布を表す説明図である。
【図８】本発明の実施例２によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図９】本発明の実施例３によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施例４によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施例５によるＬＥＤ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
かかる装置及び方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。
【００１３】
図１から図４を参照する。図１から図４は本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図であり、そのうち図４は本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の断面図である。図１に示すように、本発明によるＬＥＤ装置の製作方法ではまず、基板１０と、基板１０に設置する少なくとも１つのＬＥＤ１２を設ける。基板１０は回路基板、リードフレーム、またはシリコン基板など用途の異なる基板であり、ＬＥＤ１２を載せるために用いられる。もっとも、本発明による基板はＬＥＤを載せるのに限らない。ＬＥＤ１２はウェハーに作られた未分割のものでも可能なので、ウェハー上のＬＥＤ１２にかける後続の工程を容易にするために、基板１０を台座または積載板として働かせることもできる。また、ＬＥＤ１２は例えば各色の光を発するＬＥＤであり、その発光の波長範囲は望ましくは３８０〜５００ｎｍである（例えば窒化インジウムガリウム青色ＬＥＤ）。もっとも本発明はこれに限らない。
【００１４】
次に図２に示すように、ＬＥＤ１２の表面にコロイド溶液１４を塗布し、ＬＥＤ１２の表面にコロイド薄膜１６を形成する。コロイド溶液１４は塗布される前に、以下の方法で製作される。まずゾルゲル法で複数の無機材料と複数の有機材料を混合して混合溶液を形成し、この混合溶液を約６０〜９０℃に加熱した後、更に６０〜１２０分間加熱し、室温の中で２〜７時間放置すれば、所要のコロイド溶液が得られる。
【００１５】
本実施例によれば、前記無機材料は水、塩酸（ＨＣｌ）、エタノール、及びテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を含み、前記有機材料は臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）、ポリオキシエチレンセチルエーテルＢｒｉｊ−５６、及びトリブロック共重合体プルロニックＰ−１２３、Ｐ１２３を含み、コロイド溶液１４を形成する各成分のモル数比は略、ＴＥＯＳ：（Ｐ１２３、ＣＴＡＢ、Ｂｒｉｊ−５６）：水：塩酸：エタノール＝１：０．００８〜０．０３：３．５〜５：０．００３〜０．０３：１０〜３４である。もっとも本発明は前記材料とモル数比に限らない。また、図２に示すように、本実施例によるコロイド溶液１４を塗布する方法は回転塗布法（図２の矢印参照）であり、回転速度は約２２００回転／分とされ塗布時間は３０秒とされる。もっとも本発明はこれに限らず、回転速度と塗布時間によりコロイド薄膜１６の均一性と厚さを制御することができる。また、本発明による塗布方法は回転塗布法に限らず、スプレー法、スクリーン印刷法、または金型固定法を利用し、液体または流体を均一に塗布することもできる。なお、本実施例によるＬＥＤ１２は、ダイボンディング法または共晶接合法など金属ワイヤを要しない方式で、ＬＥＤ１２の導電パッド（図示せず）と基板１０上の電極（図示せず）を接続する。もっとも本発明はこれに限らず、ＬＥＤ１２の表面にコロイド溶液１４を塗布する前に、ワイヤボンディング方式でＬＥＤ１２表面の導電パッドを金属導線を介して基板上の電極（図示せず）に接続することもできる。
【００１６】
その後、図３に示すように乾燥プロセスを行い、例えばコロイド薄膜１６の塗布されたＬＥＤを２５〜６０℃の温度で２〜７時間放置する。その後、ベーキングプロセスを行う。ベーキングプロセスは約９０〜１５０℃の温度で１〜５時間実行され、コロイド薄膜１６のうちシンナーの部分を取り除き、複数の第一孔１８を有する第一多孔質材料層２０をＬＥＤ１２の表面に生成する。第一多孔質材料層２０の材料は低透水性のシリコン酸化物、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）またはシリカなど安定性の高い材料である。波長４００〜７００ｎｍの光について第一多孔質材料層２０の光透過率は９０％より大きい。注意すべきは、本実施例による各第一孔１８の孔径は、乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を制御して所要の値が得られ、その値はいずれも２００ｎｍより小さい。なお、図３に示すように、第一孔１８の形状は望ましくは柱状であり、第一孔１８はいずれもＬＥＤ１２の表面１２と平行で、その垂直断面は三角形の配列を呈する。もっとも、本発明による第一孔はこのような配列形状に限らない。図５を参照する。図５は本発明による矩形配列を呈する第一孔を表す説明図である。図５に示すように、第一孔Ｉ８の垂直断面の配列形状は正方形などの矩形であってもよい。
【００１７】
続いて図４に示すように、高密度プラズマ化学的気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）工程を行い、成長工程用の成長チャンバー２２にシラン（ＳｉＨ４）と水素を通し、各第一孔１８に気相成長法で複数の第一ナノ結晶２４を埋め込み、第一多孔質材料層２０と第一ナノ結晶２４を第一蛍光層２２６として作成する。ＨＤＰＣＶＤ工程の温度条件は１００〜５００℃とされ、圧力は５〜５０ミリトルとされ、プラズマ電力は１００〜５００Ｗとされる。また、水素が継続的に成長チャンバーに導入されるのに対して、シランは間歇的に成長チャンバーに導入される。シランの導入は、０．５〜３秒の導入と１〜５秒の中止が繰り返されるように行われる。そうすれば第一多孔質材料層２０の各第一孔１８の中に第一ナノ結晶２４が形成される。また、本実施例において第一多孔質材料層２０の厚さは約２００ｎｍとされる。このような厚さにより、導入気体は第一多孔質材料層２０の構造間隙を通して第一多孔質材料層２０の各第一孔１８に進入し、各第一孔１８に第一ナノ結晶２４を生成することができる。もっとも本発明はこれに限らず、気体が第一孔１８に進入できるような厚さであればよい。また、第一多孔質材料層２０に埋め込む第一ナノ結晶２４の数量は、第一多孔質材料層２０の厚さを調整することで制御できる。
【００１８】
なお、本実施例による第一蛍光層２６は励起時に発する蛍光の波長範囲は４００〜７００ｎｍであり、波長４００〜７００ｎｍの光について第一蛍光層２６の光透過率は８０％より大きい。第一孔１８の中にはＣＴＡＢ、Ｂｒｉｊ−５６、Ｐ１２３などの有機材料が残っているが、２００〜５００℃の環境で水素プラズマ（５０〜３００ｓｃｃｍ）を０．５〜３時間導入して処理すれば除去できる。そうすれば、ＬＥＤ１２の表面に均一に分散する第一ナノ結晶２４を有する第一蛍光層２６が得られ、本実施例によるＬＥＤ装置２８の製作が完成する。本発明による第一蛍光層において第一ナノ結晶が均一に分散しているのを詳述するために、図６と図７を参照する。図６は本発明による第一蛍光層の垂直断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）から観察した画像であり、図７は本発明による第一蛍光層の第一ナノ結晶密度の、第一蛍光層の厚さに応じた分布を表す説明図である。図６に示すように、第一ナノ結晶２４は格子配列を有するナノ結晶であり、第一蛍光層２６の第一多孔質材料層２０は均一に分散する第一ナノ結晶２４を含み、これらの第一ナノ結晶は三角形の配列を呈する。また、図７に示すように、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を利用すれば、第一蛍光層２６の表面から表面下８０ｎｍの箇所まで、第一ナノ結晶２４の数量が一定値であると測定される。言い換えれば、表面からその下８０ｎｍまでの第一蛍光層２６は、均一した第一ナノ結晶２４の分布密度を有する。
【００１９】
続いて図４を参照する。本発明による第一ナノ結晶２４を第一孔１８に埋め込む方法はＨＤＰＣＶＤ法に限らず、常圧化学的気相成長（ＡＰＣＶＤ）法、低圧化学的気相成長（ＬＰＣＶＤ）法、またはプラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）法を利用してもよく、成長温度は１００〜５００℃とされる。本実施例において導入気体がシランと水素であるため、第一孔１８に埋め込まれる第一ナノ結晶２４はシリコンナノ結晶となる。もっとも本発明はシリコンに限らず、他種の気体を導入して所要のナノ結晶を形成することができる。また、第一ナノ結晶２４はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料、官能基または非金属元素である。そのうち半導体材料にはマグネシウム、マンガン、鉄、クロム、セシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、スズ、アルミニウムなど他の元素が混入しており、官能基は酢酸基またはベンゼン環などであり、非金属元素はハロゲン、イオウ、リン、またはゲルマニウムなどの元素である。
【００２０】
注意すべきは、本発明で放射される蛍光の波長は第一多孔質材料層２０の材料と第一孔１８の孔径、及び第一ナノ結晶２４の材料と第一ナノ結晶の大きさによって決められる。第一ナノ結晶２４の大きさは第一孔１８の孔径によって決められるので、所要の蛍光波長に基づき、コロイド薄膜１６にかける乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を調整し、所要の孔径を有する第一孔１８を形成してから、その孔径により気相成長工程で所要の大きさを有する第一ナノ結晶２４を定めれば、所要の蛍光波長を有する第一蛍光層２６が製作できる。また、気相成長工程において、第一孔１８に形成予定の第一ナノ結晶２４は第一多孔質材料層２０と結合し、第一孔１８の中で徐々に形成される。第一ナノ結晶２４の材料と第一多孔質材料層２０により異なる分子間結合が形成され、異なる相互作用力が生成される。また、要求に応じて第一多孔質材料層２０に第一ナノ結晶２４を埋め込めば、所要の第一蛍光層２６が得られる。したがって、第一多孔質材料層２０の材料と第一孔１８の孔径、及び第一ナノ結晶２４の大きさまたは材料を変えれば、波長は調整される。
【００２１】
前述のように、本発明では規則的に配列した孔を有する多孔質材料層をＬＥＤに形成し、この多孔質材料層の孔にナノ結晶材料を埋め込むことで、ナノ結晶を蛍光層に均一に配列させ、ＬＥＤ装置の色均一性を向上させる。また、本発明による多孔質材料層は９０％以上の光透過率を有しながらも、ＬＥＤから発せられた光が従来の蛍光層を透過してコロイドに吸収され、発光効率が低下するという影響を受けないので、ＬＥＤ装置の発光効率を向上させることができる。なお、本発明によるナノ結晶はいずれも粒径が１００ｎｍ以下なので、従来の技術のように、ＬＥＤから発せられた光が蛍光層により散乱する問題は解消される。
【００２２】
まとめて言えば、本発明によるＬＥＤ装置の製作方法は、基板１０と、ＬＥＤ１２と、基板１０とＬＥＤ１２を覆う第一蛍光層２６とを含むＬＥＤ装置２８を製作する。もっとも、本発明によるＬＥＤ装置は単層の蛍光層に限らない。各実施例の異同を比較するために、以下に述べる各実施例において同一の素子には前掲実施例１と同じ番号がつけられ、同様の構造については説明が省略される。
【００２３】
図８を参照する。図８は本発明の実施例２によるＬＥＤ装置の断面図である。図８に示すように、前掲実施例１によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置５０は更に、少なくとも１枚の第二蛍光層５２を含む。第二蛍光層５２は前掲第一蛍光層を形成する工程の条件を調整して、第一蛍光層２６の上に形成されたものである。第二蛍光層５２は複数の第二孔５４を有する第二多孔質材料層５６と、第二孔５４の中にそれぞれ設けられる複数の第二ナノ結晶５８とを含む。注意すべきは、第一孔１８の孔径と異なる第二孔５４の孔径にしたり、または第一多孔質材料層２０の材料と異なる第二多孔質材料層５６の材料を利用すれば、第二蛍光層５２を励起して得た蛍光の波長を第一蛍光層２６を励起して得た蛍光の波長と異ならせ、本実施例によるＬＥＤ装置５０に種々の色温度、色飽和度、及び演色性を有する光を発せしめられる（すなわちＬＥＤ装置５０から発せられた光が種々の波長を有する）。また、第一蛍光層２６の特性を有する蛍光層を厚くするために、本発明では第一蛍光層２６の上に当該第一蛍光層２６と同じ蛍光特性を有する第二蛍光層５２を形成し、所要の蛍光層厚さを調整して蛍光層励起時の蛍光強度を向上させることができる。
【００２４】
なお、本発明は基板に単一のＬＥＤ装置を設けるのに限らず、複数のＬＥＤ装置を基板に設けるのも可能である。図９を参照する。図９は本発明の実施例３によるＬＥＤ装置の断面図である。図９に示すように、前掲実施例２によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置６０は基板１０に設けられる複数のＬＥＤ１２を含む。
【００２５】
また、本発明による蛍光層はＬＥＤ装置の表面に設けるのに限らない。図１０を参照する。図１０は本発明の実施例４によるＬＥＤ装置の断面図である。図１０に示すように、本実施例によるＬＥＤ装置７０は、複数の溝７２を備える基板７４と、各溝７２にそれぞれ設けられる複数のＬＥＤ１２と、溝７２内に設けられ各ＬＥＤ１２を覆う第一透光材料層７８と、第一透光材料層７８の上に設けられ各溝７２を埋め込む第二透光材料層８０と、基板７４と第二透光材料層８０を覆う蛍光層８２とを含む。前掲実施例によるＬＥＤ装置との相違点は、ＬＥＤ１２と蛍光層８２の間に第一透光材料層７８と第二透光材料層８０が設けられているところにある。第一透光材料層７８と第二透光材料層８０は蛍光粉が入った蛍光コロイドまたは透明コロイドである。注意すべきは、蛍光層８２の屈折率が約１．２であるため、第一透光材料層７８の屈折率は１．２〜１．７にしなければならず、そしてＬＥＤ１２から発せられた光が第一透光材料層７８と蛍光層８２の間を通過するときに生じる全反射の光線量を低くするためには、第二透光材料層８０の屈折率は第一透光材料層７８の屈折率より小さくしなければならない。もっとも、本発明による第二透光材料８０は蛍光粉の入った蛍光コロイドに限らず、多孔質材料層とナノ結晶を含む蛍光層を利用しても可能である。
【００２６】
本発明による蛍光層は基板を覆うのに限らず、溝を埋め込むことも可能である。図１１を参照する。図１１は本発明の実施例５によるＬＥＤ装置の断面図である。図１１に示すように、前掲実施例４によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置１００の蛍光層８２は、各溝７２を埋め込むように第二透光材料層８０の上に設けられている。もっとも、本実施例はこれに限らず、蛍光層８２と第二透光材料層８０の成長位置を変えたり、または蛍光層８２と第二透光材料層８０として多孔質材料層とナノ結晶を含む蛍光層を使用することも可能である。
【００２７】
まとめて言えば、本発明によるＬＥＤ装置及びその製作方法には以下の特長がある。
１．本発明は多孔質材料層の中の孔配列結構を先に形成してから、均一に分散している各孔の中にナノ結晶を埋め込み、それにより蛍光層におけるナノ結晶分布の均一性を制御する。したがって、ＬＥＤから発せられた光とナノ結晶から発せられた蛍光を混合して得た白色光または他色の光は均一に分散でき、多数のチップまたはチップアレイが回路基板に直接実装された構造でも均一な色の光を発せられる。
２．本発明は乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を制御して孔の孔径を制御し、更にこの孔径によりナノ結晶の大きさを制御することで、ナノ結晶が光を吸収した後に放射する蛍光の波長を定める。或いは、多孔質材料層の材料と、ナノ結晶の材料を制御してナノ結晶と多孔質材料層との間の分子間結合を変え、蛍光層に種々の蛍光波長を放射させる。したがって、単層または多層の蛍光層を利用すれば、種々の色温度、色飽和度、及び演色性を有する光を混合することができる。
３．前記多孔質材料層と蛍光層はいずれも高い光透過率を有するので、光が散乱する確率を低くし、光が再び吸収されるのを避けるとともに、発光効率を向上させる効果がある。
【００２８】
以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１０、７４ 基板
１２ ＬＥＤ
１４ コロイド溶液
１６ コロイド薄膜
１８ 第一孔
２０ 第一多孔質材料層
２２ 成長チャンバー
２４ 第一ナノ結晶
２６ 第一蛍光層
２８、５０、６０、７０、１００ ＬＥＤ装置
５２ 第二蛍光層
５４ 第二孔
５６ 第二多孔質材料層
５８ 第二ナノ結晶
７２ 溝
７８ 第一透光材料層
８０ 第二透光材料層
８２ 蛍光層
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）装置及びその製作方法に関し、特にＬＥＤに多孔質材料層を形成し、この多孔質材料層にある複数の孔にナノ結晶を埋め込むようなＬＥＤ装置の製作方法、及びこの方法で製作されたナノ結晶を有するＬＥＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白色ＬＥＤが全世界的に注目されている新製品となっている。白色ＬＥＤは小型で熱放射をせず、低電力消費で寿命が長く、良好な反応速度と環境にやさしいなどの特長を持ち、従来の白熱電球で克服しがたい問題を解決し、２１世紀の照明器具として欧米の科学者に期待されている。
【０００３】
従来の白色ＬＥＤ装置の製作技術は概ね３種類に分けられる。第一は赤、青、緑のＬＥＤを設け、各ＬＥＤの通過電流をそれぞれ制御して白色光を生成する技術であり、第二は黄色と青色ＬＥＤを設け、各ＬＥＤの通過電流をそれぞれ制御して白色光を生成する技術である。しかしこれらの方法はいずれも、色の異なる複数のＬＥＤを同時に利用して白色光を生成するとき、そのいずれかが劣化すれば白色光が得られなくなるという欠点を有する。また、複数のＬＥＤを同時に使用するのはコストが高く、制御回路が複雑であるのみならず、白色ＬＥＤ装置のサイズを有効に縮小できない。これは実際の応用にとって不利である。
【０００４】
第三は単色ＬＥＤを利用して特定の蛍光材料を励起する技術である。例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）青紫色ＬＥＤによる青色光を利用して、黄色光を発する蛍光粉を励起し、この青色光と黄色光を混色して白色光を生成する。これは、前記方法の欠点を解消するのみならず、駆動回路の設計と製品の生産を容易にし、電力消費とコストを削減できるので、現在の白色ＬＥＤの製作に多用される。しかし、蛍光粉の粒径は一般に数ｍｍ以上に達するので、蛍光粉により入射した可視光が遮蔽されたり散乱し、発光効率が低下せざるを得ない。この問題を改善するために、ＬＥＤとナノ級の蛍光粉を組み合わせた応用例が多数公開されている。例えばアメリカ特許ＵＳ６，８９０，７７７では、ナノ級の量子ドットをコロイド溶液に混入してＬＥＤに塗布し、量子ドットを含む蛍光層を製作してＬＥＤに設ける方法を開示している。同特許によれば、蛍光層が発する蛍光の色は、量子ドットの大きさによって変わる。また、アメリカ特許ＵＳ７，３４２，２６０ Ｂ２では、量子ドットの材料の改善に着目し、ＬＥＤの表面にＺｎＸ量子ドットを塗布する方法を開示している。なお、多層量子ドットと短波長チップを組み合わせて、蛍光層のスペクトルを制御する応用例も、２００６年にアメリカ特許出願公開ＵＳ２００６／０１１３８９５ Ａ１により公開されている。
【０００５】
前掲技術に掲げられるナノ級の量子ドットとＬＥＤを組み合わせた応用例は光の散乱問題を改善できるが、量子ドットがナノ粒子の特性により凝集しやすいという問題がある。特に現行の蛍光粉と量子ドットの塗布方法はいずれも、蛍光粉または量子ドットをコロイド溶液に混入してから注射や回転塗布などの方式でＬＥＤに塗布するため、コロイド溶液の中の蛍光粉または量子ドットは大きさがまちまちな凝集物になり、均一に分散できない。したがって、前記方法で製作された蛍光層は、蛍光粉の均一性を容易に制御できず、ＬＥＤ装置が発する白色光は均一な分布が得られない。特に、実装技術の進歩に伴い、ＬＥＤアレイを回路基板に直接実装した大型ＬＥＤモジュールが増え、複数のＬＥＤを一枚の基板に設けた応用例では、蛍光粉または量子ドットの塗布は均一性が得られにくいので、ＬＥＤの色分布の不均一問題は一層深刻になる。
【０００６】
したがって、ＬＥＤの色均一性と発光効率の向上は、業界において開発の目標とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的のひとつは、ナノ結晶の均一性を有効に向上させ、ＬＥＤ装置の色均一性と発光効率を高め、光の散乱を減少させるためのＬＥＤ装置及びその製作方法。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前掲目的を達成するために、本発明の実施例では発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製作方法を提供する。当該方法によれば、まず基板と、基板に設けられる少なくとも１つのＬＥＤを設ける。次に当該ＬＥＤの表面に複数の孔を有する多孔質材料層を形成する。最後に当該各孔に複数のナノ結晶を埋め込み、ＬＥＤの表面に蛍光層を形成する。
【０００９】
前掲目的を達成するために、本発明ではＬＥＤ装置を提供する。当該ＬＥＤ装置は、少なくとも１つのＬＥＤと、多孔質材料層と、複数のナノ結晶とを含む。当該多孔質材料層はＬＥＤの表面に設けられ、複数の孔を有する。当該少なくとも１つのナノ結晶は当該各孔の中にそれぞれ設けられ、その粒径は当該各孔の孔径より小さい。
【００１０】
本発明は多孔質材料層の孔配列構造を先に形成してから、各孔にナノ結晶を埋め込むことで、蛍光層におけるナノ結晶分布の均一性を制御する。したがって、本発明によるＬＥＤから発せられた光とナノ結晶から発せられた蛍光を混合して得た白色光または他色の光は均一に分散し、多数のチップまたはチップアレイが回路基板に直接実装された構造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図２】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図３】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図４】本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図である。
【図５】本発明による矩形配列を呈する第一孔を表す説明図である。
【図６】本発明による第一蛍光層の垂直断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）から観察した画像である。
【図７】本発明による第一蛍光層の第一ナノ結晶密度の、第一蛍光層の厚さに応じた分布を表す説明図である。
【図８】本発明の実施例２によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図９】本発明の実施例３によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施例４によるＬＥＤ装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施例５によるＬＥＤ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
かかる装置及び方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。
【００１３】
図１から図４を参照する。図１から図４は本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の製作方法のフローを表す説明図であり、そのうち図４は本発明の実施例１によるＬＥＤ装置の断面図である。図１に示すように、本発明によるＬＥＤ装置の製作方法ではまず、基板１０と、基板１０に設置する少なくとも１つのＬＥＤ１２を設ける。基板１０は回路基板、リードフレーム、またはシリコン基板など用途の異なる基板であり、ＬＥＤ１２を載せるために用いられる。もっとも、本発明による基板はＬＥＤを載せるのに限らない。ＬＥＤ１２はウェハーに作られた未分割のものでも可能なので、ウェハー上のＬＥＤ１２にかける後続の工程を容易にするために、基板１０を台座または積載板として働かせることもできる。また、ＬＥＤ１２は例えば各色の光を発するＬＥＤであり、その発光の波長範囲は望ましくは３８０〜５００ｎｍである（例えば窒化インジウムガリウム青色ＬＥＤ）。もっとも本発明はこれに限らない。
【００１４】
次に図２に示すように、ＬＥＤ１２の表面にコロイド溶液１４を塗布し、ＬＥＤ１２の表面にコロイド薄膜１６を形成する。コロイド溶液１４は塗布される前に、以下の方法で製作される。まずゾルゲル法で複数の無機材料と複数の有機材料を混合して混合溶液を形成し、この混合溶液を約６０〜９０℃に加熱した後、更に６０〜１２０分間加熱し、室温の中で２〜７時間放置すれば、所要のコロイド溶液が得られる。
【００１５】
本実施例によれば、前記無機材料は水、塩酸（ＨＣｌ）、エタノール、及びテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を含み、前記有機材料は臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）、ポリオキシエチレンセチルエーテルＢｒｉｊ−５６、及びトリブロック共重合体プルロニックＰ−１２３、Ｐ１２３を含み、コロイド溶液１４を形成する各成分のモル数比は略、ＴＥＯＳ：（Ｐ１２３、ＣＴＡＢ、Ｂｒｉｊ−５６）：水：塩酸：エタノール＝１：０．００８〜０．０３：３．５〜５：０．００３〜０．０３：１０〜３４である。もっとも本発明は前記材料とモル数比に限らない。また、図２に示すように、本実施例によるコロイド溶液１４を塗布する方法は回転塗布法（図２の矢印参照）であり、回転速度は約２２００回転／分とされ塗布時間は３０秒とされる。もっとも本発明はこれに限らず、回転速度と塗布時間によりコロイド薄膜１６の均一性と厚さを制御することができる。また、本発明による塗布方法は回転塗布法に限らず、スプレー法、スクリーン印刷法、または金型固定法を利用し、液体または流体を均一に塗布することもできる。なお、本実施例によるＬＥＤ１２は、ダイボンディング法または共晶接合法など金属ワイヤを要しない方式で、ＬＥＤ１２の導電パッド（図示せず）と基板１０上の電極（図示せず）を接続する。もっとも本発明はこれに限らず、ＬＥＤ１２の表面にコロイド溶液１４を塗布する前に、ワイヤボンディング方式でＬＥＤ１２表面の導電パッドを金属導線を介して基板上の電極（図示せず）に接続することもできる。
【００１６】
その後、図３に示すように乾燥プロセスを行い、例えばコロイド薄膜１６の塗布されたＬＥＤを２５〜６０℃の温度で２〜７時間放置する。その後、ベーキングプロセスを行う。ベーキングプロセスは約９０〜１５０℃の温度で１〜５時間実行され、コロイド薄膜１６のうちシンナーの部分を取り除き、複数の第一孔１８を有する第一多孔質材料層２０をＬＥＤ１２の表面に生成する。第一多孔質材料層２０の材料は低透水性のシリコン酸化物、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）またはシリカなど安定性の高い材料である。波長４００〜７００ｎｍの光について第一多孔質材料層２０の光透過率は９０％より大きい。注意すべきは、本実施例による各第一孔１８の孔径は、乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を制御して所要の値が得られ、その値はいずれも２００ｎｍより小さい。なお、図３に示すように、第一孔１８の形状は望ましくは柱状であり、第一孔１８はいずれもＬＥＤ１２の表面１２と平行で、その垂直断面は三角形の配列を呈する。もっとも、本発明による第一孔はこのような配列形状に限らない。図５を参照する。図５は本発明による矩形配列を呈する第一孔を表す説明図である。図５に示すように、第一孔Ｉ８の垂直断面の配列形状は正方形などの矩形であってもよい。
【００１７】
続いて図４に示すように、高密度プラズマ化学的気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）工程を行い、成長工程用の成長チャンバー２２にシラン（ＳｉＨ４）と水素を通し、各第一孔１８に気相成長法で複数の第一ナノ結晶２４を埋め込み、第一多孔質材料層２０と第一ナノ結晶２４を第一蛍光層２２６として作成する。ＨＤＰＣＶＤ工程の温度条件は１００〜５００℃とされ、圧力は５〜５０ミリトルとされ、プラズマ電力は１００〜５００Ｗとされる。また、水素が継続的に成長チャンバーに導入されるのに対して、シランは間歇的に成長チャンバーに導入される。シランの導入は、０．５〜３秒の導入と１〜５秒の中止が繰り返されるように行われる。そうすれば第一多孔質材料層２０の各第一孔１８の中に第一ナノ結晶２４が形成される。また、本実施例において第一多孔質材料層２０の厚さは約２００ｎｍとされる。このような厚さにより、導入気体は第一多孔質材料層２０の構造間隙を通して第一多孔質材料層２０の各第一孔１８に進入し、各第一孔１８に第一ナノ結晶２４を生成することができる。もっとも本発明はこれに限らず、気体が第一孔１８に進入できるような厚さであればよい。また、第一多孔質材料層２０に埋め込む第一ナノ結晶２４の数量は、第一多孔質材料層２０の厚さを調整することで制御できる。
【００１８】
なお、本実施例による第一蛍光層２６は励起時に発する蛍光の波長範囲は４００〜７００ｎｍであり、波長４００〜７００ｎｍの光について第一蛍光層２６の光透過率は８０％より大きい。第一孔１８の中にはＣＴＡＢ、Ｂｒｉｊ−５６、Ｐ１２３などの有機材料が残っているが、２００〜５００℃の環境で水素プラズマ（５０〜３００ｓｃｃｍ）を０．５〜３時間導入して処理すれば除去できる。そうすれば、ＬＥＤ１２の表面に均一に分散する第一ナノ結晶２４を有する第一蛍光層２６が得られ、本実施例によるＬＥＤ装置２８の製作が完成する。本発明による第一蛍光層において第一ナノ結晶が均一に分散しているのを詳述するために、図６と図７を参照する。図６は本発明による第一蛍光層の垂直断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）から観察した画像であり、図７は本発明による第一蛍光層の第一ナノ結晶密度の、第一蛍光層の厚さに応じた分布を表す説明図である。図６に示すように、第一ナノ結晶２４は格子配列を有するナノ結晶であり、第一蛍光層２６の第一多孔質材料層２０は均一に分散する第一ナノ結晶２４を含み、これらの第一ナノ結晶は三角形の配列を呈する。また、図７に示すように、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を利用すれば、第一蛍光層２６の表面から表面下８０ｎｍの箇所まで、第一ナノ結晶２４の数量が一定値であると測定される。言い換えれば、表面からその下８０ｎｍまでの第一蛍光層２６は、均一した第一ナノ結晶２４の分布密度を有する。
【００１９】
続いて図４を参照する。本発明による第一ナノ結晶２４を第一孔１８に埋め込む方法はＨＤＰＣＶＤ法に限らず、常圧化学的気相成長（ＡＰＣＶＤ）法、低圧化学的気相成長（ＬＰＣＶＤ）法、またはプラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）法を利用してもよく、成長温度は１００〜５００℃とされる。本実施例において導入気体がシランと水素であるため、第一孔１８に埋め込まれる第一ナノ結晶２４はシリコンナノ結晶となる。もっとも本発明はシリコンに限らず、他種の気体を導入して所要のナノ結晶を形成することができる。また、第一ナノ結晶２４はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料、官能基または非金属元素である。そのうち半導体材料にはマグネシウム、マンガン、鉄、クロム、セシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、スズ、アルミニウムなど他の元素が混入しており、官能基は酢酸基またはベンゼン環などであり、非金属元素はハロゲン、イオウ、リン、またはゲルマニウムなどの元素である。
【００２０】
注意すべきは、本発明で放射される蛍光の波長は第一多孔質材料層２０の材料と第一孔１８の孔径、及び第一ナノ結晶２４の材料と第一ナノ結晶の大きさによって決められる。第一ナノ結晶２４の大きさは第一孔１８の孔径によって決められるので、所要の蛍光波長に基づき、コロイド薄膜１６にかける乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を調整し、所要の孔径を有する第一孔１８を形成してから、その孔径により気相成長工程で所要の大きさを有する第一ナノ結晶２４を定めれば、所要の蛍光波長を有する第一蛍光層２６が製作できる。また、気相成長工程において、第一孔１８に形成予定の第一ナノ結晶２４は第一多孔質材料層２０と結合し、第一孔１８の中で徐々に形成される。第一ナノ結晶２４の材料と第一多孔質材料層２０により異なる分子間結合が形成され、異なる相互作用力が生成される。また、要求に応じて第一多孔質材料層２０に第一ナノ結晶２４を埋め込めば、所要の第一蛍光層２６が得られる。したがって、第一多孔質材料層２０の材料と第一孔１８の孔径、及び第一ナノ結晶２４の大きさまたは材料を変えれば、波長は調整される。
【００２１】
前述のように、本発明では規則的に配列した孔を有する多孔質材料層をＬＥＤに形成し、この多孔質材料層の孔にナノ結晶材料を埋め込むことで、ナノ結晶を蛍光層に均一に配列させ、ＬＥＤ装置の色均一性を向上させる。また、本発明による多孔質材料層は９０％以上の光透過率を有しながらも、ＬＥＤから発せられた光が従来の蛍光層を透過してコロイドに吸収され、発光効率が低下するという影響を受けないので、ＬＥＤ装置の発光効率を向上させることができる。なお、本発明によるナノ結晶はいずれも粒径が１００ｎｍ以下なので、従来の技術のように、ＬＥＤから発せられた光が蛍光層により散乱する問題は解消される。
【００２２】
まとめて言えば、本発明によるＬＥＤ装置の製作方法は、基板１０と、ＬＥＤ１２と、基板１０とＬＥＤ１２を覆う第一蛍光層２６とを含むＬＥＤ装置２８を製作する。もっとも、本発明によるＬＥＤ装置は単層の蛍光層に限らない。各実施例の異同を比較するために、以下に述べる各実施例において同一の素子には前掲実施例１と同じ番号がつけられ、同様の構造については説明が省略される。
【００２３】
図８を参照する。図８は本発明の実施例２によるＬＥＤ装置の断面図である。図８に示すように、前掲実施例１によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置５０は更に、少なくとも１枚の第二蛍光層５２を含む。第二蛍光層５２は前掲第一蛍光層を形成する工程の条件を調整して、第一蛍光層２６の上に形成されたものである。第二蛍光層５２は複数の第二孔５４を有する第二多孔質材料層５６と、第二孔５４の中にそれぞれ設けられる複数の第二ナノ結晶５８とを含む。注意すべきは、第一孔１８の孔径と異なる第二孔５４の孔径にしたり、または第一多孔質材料層２０の材料と異なる第二多孔質材料層５６の材料を利用すれば、第二蛍光層５２を励起して得た蛍光の波長を第一蛍光層２６を励起して得た蛍光の波長と異ならせ、本実施例によるＬＥＤ装置５０に種々の色温度、色飽和度、及び演色性を有する光を発せしめられる（すなわちＬＥＤ装置５０から発せられた光が種々の波長を有する）。また、第一蛍光層２６の特性を有する蛍光層を厚くするために、本発明では第一蛍光層２６の上に当該第一蛍光層２６と同じ蛍光特性を有する第二蛍光層５２を形成し、所要の蛍光層厚さを調整して蛍光層励起時の蛍光強度を向上させることができる。
【００２４】
なお、本発明は基板に単一のＬＥＤ装置を設けるのに限らず、複数のＬＥＤ装置を基板に設けるのも可能である。図９を参照する。図９は本発明の実施例３によるＬＥＤ装置の断面図である。図９に示すように、前掲実施例２によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置６０は基板１０に設けられる複数のＬＥＤ１２を含む。
【００２５】
また、本発明による蛍光層はＬＥＤ装置の表面に設けるのに限らない。図１０を参照する。図１０は本発明の実施例４によるＬＥＤ装置の断面図である。図１０に示すように、本実施例によるＬＥＤ装置７０は、複数の溝７２を備える基板７４と、各溝７２にそれぞれ設けられる複数のＬＥＤ１２と、溝７２内に設けられ各ＬＥＤ１２を覆う第一透光材料層７８と、第一透光材料層７８の上に設けられ各溝７２を埋め込む第二透光材料層８０と、基板７４と第二透光材料層８０を覆う蛍光層８２とを含む。前掲実施例によるＬＥＤ装置との相違点は、ＬＥＤ１２と蛍光層８２の間に第一透光材料層７８と第二透光材料層８０が設けられているところにある。第一透光材料層７８と第二透光材料層８０は蛍光粉が入った蛍光コロイドまたは透明コロイドである。注意すべきは、蛍光層８２の屈折率が約１．２であるため、第一透光材料層７８の屈折率は１．２〜１．７にしなければならず、そしてＬＥＤ１２から発せられた光が第一透光材料層７８と蛍光層８２の間を通過するときに生じる全反射の光線量を低くするためには、第二透光材料層８０の屈折率は第一透光材料層７８の屈折率より小さくしなければならない。もっとも、本発明による第二透光材料８０は蛍光粉の入った蛍光コロイドに限らず、多孔質材料層とナノ結晶を含む蛍光層を利用しても可能である。
【００２６】
本発明による蛍光層は基板を覆うのに限らず、溝を埋め込むことも可能である。図１１を参照する。図１１は本発明の実施例５によるＬＥＤ装置の断面図である。図１１に示すように、前掲実施例４によるＬＥＤ装置に比べて、本実施例によるＬＥＤ装置１００の蛍光層８２は、各溝７２を埋め込むように第二透光材料層８０の上に設けられている。もっとも、本実施例はこれに限らず、蛍光層８２と第二透光材料層８０の成長位置を変えたり、または蛍光層８２と第二透光材料層８０として多孔質材料層とナノ結晶を含む蛍光層を使用することも可能である。
【００２７】
まとめて言えば、本発明によるＬＥＤ装置及びその製作方法には以下の特長がある。
１．本発明は多孔質材料層の中の孔配列結構を先に形成してから、均一に分散している各孔の中にナノ結晶を埋め込み、それにより蛍光層におけるナノ結晶分布の均一性を制御する。したがって、ＬＥＤから発せられた光とナノ結晶から発せられた蛍光を混合して得た白色光または他色の光は均一に分散でき、多数のチップまたはチップアレイが回路基板に直接実装された構造でも均一な色の光を発せられる。
２．本発明は乾燥プロセスとベーキングプロセスの時間と温度条件を制御して孔の孔径を制御し、更にこの孔径によりナノ結晶の大きさを制御することで、ナノ結晶が光を吸収した後に放射する蛍光の波長を定める。或いは、多孔質材料層の材料と、ナノ結晶の材料を制御してナノ結晶と多孔質材料層との間の分子間結合を変え、蛍光層に種々の蛍光波長を放射させる。したがって、単層または多層の蛍光層を利用すれば、種々の色温度、色飽和度、及び演色性を有する光を混合することができる。
３．前記多孔質材料層と蛍光層はいずれも高い光透過率を有するので、光が散乱する確率を低くし、光が再び吸収されるのを避けるとともに、発光効率を向上させる効果がある。
【００２８】
以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１０、７４ 基板
１２ ＬＥＤ
１４ コロイド溶液
１６ コロイド薄膜
１８ 第一孔
２０ 第一多孔質材料層
２２ 成長チャンバー
２４ 第一ナノ結晶
２６ 第一蛍光層
２８、５０、６０、７０、１００ ＬＥＤ装置
５２ 第二蛍光層
５４ 第二孔
５６ 第二多孔質材料層
５８ 第二ナノ結晶
７２ 溝
７８ 第一透光材料層
８０ 第二透光材料層
８２ 蛍光層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製作方法であって、
基板と、基板に設けられる少なくとも１つのＬＥＤを設ける段階と、
前記ＬＥＤの表面に複数の孔を有する多孔質材料層を形成する段階と、
前記各孔に複数のナノ結晶を埋め込み、前記ＬＥＤの表面に蛍光層を形成する段階とを含む、ＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項２】
前記多孔質材料層を形成する段階は、
コロイド溶液を提供する段階と、
前記ＬＥＤの表面に前記コロイド溶液を塗布する段階と、
乾燥プロセスを実行して前記コロイド溶液を前記多孔質材料層にする段階とを含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項３】
前記コロイド溶液を形成する段階は、
複数種の有機材料と複数種の無機材料を混合して混合溶液を形成する段階と、
前記混合溶液を加熱して前記コロイド溶液にする段階とを含む、請求項２に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項４】
前記多孔質材料層の材料はシリコン酸化物を含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項５】
前記各孔にナノ結晶を埋め込む段階は化学的気相成長（ＣＶＤ）工程を利用する、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項６】
前記各孔にナノ結晶を埋め込む段階の温度条件は１００〜５００℃である、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項７】
前記ナノ結晶はシリコン、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料から選ばれる、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項８】
ＬＥＤ装置であって、
少なくとも１つのＬＥＤと、
前記ＬＥＤに設けられ、複数の第一孔を有する第一多孔質材料層と、
前記各第一孔の中に設けられ、前記各第一孔の孔径より小さい粒径を有する複数の第一ナノ結晶とを含む、ＬＥＤ装置。
【請求項９】
前記各第一孔は柱状である、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１０】
前記各第一孔は前記ＬＥＤの表面と平行である、請求項９に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１１】
前記各第一孔の垂直断面は三角形配列を呈する、請求項１０に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１２】
前記各第一孔の垂直断面は矩形配列を呈する、請求項１０に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１３】
前記各第一孔の孔径は２００ｎｍより小さい、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤ装置から発せられた光の波長範囲は３８０〜５００ｎｍである、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１５】
前記第一多孔質材料層と前記第一ナノ結晶は第一蛍光層を構成し、当該第一蛍光層の励起時に発する蛍光の波長範囲は４００〜７００ｎｍである、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤ装置はさらに少なくとも１枚の第二蛍光層を含み、当該第二蛍光層は複数の第二孔を有する第二多孔質材料層と、当該各第二孔の中に設けられる複数の第二ナノ結晶とを含む、請求項１５に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１７】
前記各第二孔は前記各第一孔と異なる、請求項１６に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１８】
前記各第一ナノ結晶は前記各第二ナノ結晶と異なる、請求項１６に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１９】
前記ＬＥＤ装置は更に、前記ＬＥＤと前記第一多孔質材料層の間に設けられ、１．２〜１．７の屈折率を有する第一透光材料層を含む、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ装置は更に、前記第一透光材料層と前記第一多孔質材料層の間に設けられ、前記第一透光材料層より小さい屈折率を有する少なくとも１枚の第二透光材料層を含む、請求項１９に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製作方法であって、
基板と、基板に設けられる少なくとも１つのＬＥＤを設ける段階と、
前記ＬＥＤの表面に複数の孔を有する多孔質材料層を形成する段階と、
前記各孔に複数のナノ結晶を埋め込み、前記ＬＥＤの表面に蛍光層を形成する段階とを含む、ＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項２】
前記多孔質材料層を形成する段階は、
コロイド溶液を提供する段階と、
前記ＬＥＤの表面に前記コロイド溶液を塗布する段階と、
乾燥プロセスを実行して前記コロイド溶液を前記多孔質材料層にする段階とを含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項３】
前記コロイド溶液を形成する段階は、
複数種の有機材料と複数種の無機材料を混合して混合溶液を形成する段階と、
前記混合溶液を加熱して前記コロイド溶液にする段階とを含む、請求項２に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項４】
前記多孔質材料層の材料はシリコン酸化物を含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項５】
前記各孔にナノ結晶を埋め込む段階は化学的気相成長（ＣＶＤ）工程を利用する、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項６】
前記各孔にナノ結晶を埋め込む段階の温度条件は１００〜５００℃である、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項７】
前記ナノ結晶はシリコン、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料から選ばれる、請求項１に記載のＬＥＤ装置の製作方法。
【請求項８】
ＬＥＤ装置であって、
少なくとも１つのＬＥＤと、
前記ＬＥＤに設けられ、複数の第一孔を有する第一多孔質材料層と、
前記各第一孔の中に設けられ、前記各第一孔の孔径より小さい粒径を有する複数の第一ナノ結晶とを含む、ＬＥＤ装置。
【請求項９】
前記各第一孔は柱状である、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１０】
前記各第一孔は前記ＬＥＤの表面と平行である、請求項９に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１１】
前記各第一孔の垂直断面は三角形配列を呈する、請求項１０に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１２】
前記各第一孔の垂直断面は矩形配列を呈する、請求項１０に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１３】
前記各第一孔の孔径は２００ｎｍより小さい、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤ装置から発せられた光の波長範囲は３８０〜５００ｎｍである、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１５】
前記第一多孔質材料層と前記第一ナノ結晶は第一蛍光層を構成し、当該第一蛍光層の励起時に発する蛍光の波長範囲は４００〜７００ｎｍである、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤ装置はさらに少なくとも１枚の第二蛍光層を含み、当該第二蛍光層は複数の第二孔を有する第二多孔質材料層と、当該各第二孔の中に設けられる複数の第二ナノ結晶とを含む、請求項１５に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１７】
前記各第二孔は前記各第一孔と異なる、請求項１６に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１８】
前記各第一ナノ結晶は前記各第二ナノ結晶と異なる、請求項１６に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１９】
前記ＬＥＤ装置は更に、前記ＬＥＤと前記第一多孔質材料層の間に設けられ、１．２〜１．７の屈折率を有する第一透光材料層を含む、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ装置は更に、前記第一透光材料層と前記第一多孔質材料層の間に設けられ、前記第一透光材料層より小さい屈折率を有する少なくとも１枚の第二透光材料層を含む、請求項１９に記載のＬＥＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−８７４６５（Ｐ２０１０−８７４６５Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０３８３３（Ｐ２００９−１０３８３３）
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（５０８１０７７８８）旭麗電子（廣州）有限公司 (21)
【出願人】（５０３４１９６９７）光寶科技股▲分▼有限公司 (42)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（５０８１０７７８８）旭麗電子（廣州）有限公司 (21)
【出願人】（５０３４１９６９７）光寶科技股▲分▼有限公司 (42)
【Ｆターム（参考）】
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