発光素子への光学要素の結合
【課題】１以上の発光素子ダイへ光学要素を結合する技術を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの発光素子（ＬＥＤ）ダイがサブマウント上に装着され、次に光学要素がこのＬＥＤダイに熱結合された素子。ＬＥＤダイ１０４は、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に熱結合するのに用いる温度よりも高温の融点を有する接点バンプを通じてサブマウント１０６に電気的に結合される。一実施例では、サブマウントに装着された複数のＬＥＤダイに単一光学要素が結合され、サブマウント１０６と光学要素１０２は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する。代替的に、いくつかの光学要素を使用することもできる。光学要素又はＬＥＤダイは、波長変換材料のコーティングで覆うことができる。一実施例では、素子は、発生した波長を判断するために検査され、望ましい波長が生じるまで波長変換材料の付加的な層が追加される。
【解決手段】少なくとも１つの発光素子（ＬＥＤ）ダイがサブマウント上に装着され、次に光学要素がこのＬＥＤダイに熱結合された素子。ＬＥＤダイ１０４は、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に熱結合するのに用いる温度よりも高温の融点を有する接点バンプを通じてサブマウント１０６に電気的に結合される。一実施例では、サブマウントに装着された複数のＬＥＤダイに単一光学要素が結合され、サブマウント１０６と光学要素１０２は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する。代替的に、いくつかの光学要素を使用することもできる。光学要素又はＬＥＤダイは、波長変換材料のコーティングで覆うことができる。一実施例では、素子は、発生した波長を判断するために検査され、望ましい波長が生じるまで波長変換材料の付加的な層が追加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に発光素子に関し、より詳細には、１以上の発光素子ダイへの光学要素の結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（ＬＥＤ）は、半導体構造を保護し、光抽出効率を高め、かつ放射光の集束を助けるために光学要素で通常覆われる。ＬＥＤを封入するために使用する材料の１つの種類はエポキシである。しかし、エポキシは、低屈折率材料であるので、半導体／低屈折率封入材料境界面での内部全反射に起因する損失の低減には、より高い屈折率の材料ほど有効ではない。更に、エポキシ及び他の有機封入材料は、高温及び／又は短波長で作動するＬＥＤと共に使用される時に黄変作用を通常受ける。その上、エポキシ封入材料は、ＬＥＤ内の半導体材料の熱膨張係数とあまりよく一致しない熱膨張係数を通常有する。その結果、エポキシ封入材料は、加熱又は冷却された時に機械的応力をＬＥＤに加え、ＬＥＤを損傷する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／８４０，４５９号
【特許文献２】米国特許出願番号第０９／８８０，２０４号
【特許文献３】米国特許公告番号第２００２／００３０１９４号
【特許文献４】米国特許出願番号第１０／６３３，０５４号
【特許文献５】米国特許出願番号第０９／６６０，３１７号
【特許文献６】米国特許出願番号第０９／８２３，８４１号
【特許文献７】米国特許第５，５０２，３１６号
【特許文献８】米国特許第５，３７６，５８０号
【特許文献９】米国特許出願番号第１０／８６３，９８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、高められた光抽出効率を有し、黄変及び他の劣化に抵抗性のある改良された光学要素、及びＬＥＤにそのような光学要素を結合する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの発光素子（ＬＥＤ）ダイをサブマウント上に装着し、続いてＬＥＤダイに光学要素を結合することにより素子が生成される。ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイに光学要素を結合するのに使用されるものよりも高い融点を有する半田バンプ又は半田パッドのような接点要素を通じてサブマウントに電気的に結合される。一実施例では、サブマウントに装着された複数のＬＥＤダイに単一光学要素が結合され、サブマウントと光学要素は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する。代替的に、いくつかの光学要素を使用することもできる。ＬＥＤ又は光学要素は、波長変換材料のコーティングで覆うことができる。一実施例において、素子は、発生した波長を判断するために検査され、波長変換材料の厚みは変更され、すなわち、望ましい波長が生じるまで増大又は場合によっては低減される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】サブマウント上に装着されたＬＥＤダイとＬＥＤダイに結合される光学要素とを示す側面図である。
【図１Ｂ】ＬＥＤダイに結合された光学要素を示す図である。
【図２】複数のＬＥＤダイがサブマウントに装着され、別々の光学要素が各ＬＥＤダイに結合されている実施形態を示す図である。
【図３】複数のＬＥＤダイがサブマウントに装着され、単一光学要素がＬＥＤダイに結合されている実施形態を示す図である。
【図４】波長変換材料が光学要素を覆うこのようなＬＥＤ素子を生成する一実施例の流れ図である。
【図５】波長変換材料の層が結合層と光学要素の間に配置されている実施形態を示す図である。
【図６】波長変換材料の層がＬＥＤダイ上に堆積されている実施形態を示す図である。
【図７】基板上に装着されているＬＥＤのアレイを示す図である。
【図８】燐光体変換青色ＬＥＤによって生じる広いスペクトルのグラフである。
【図９】図８に示すスペクトルに関するＣＩＥ色度図である。
【図１０】ほぼ連続なスペクトルを生成するために組み合された、燐光体変換ＬＥＤ及びカラーＬＥＤによって生じたスペクトルのグラフである。
【図１１】カラーＬＥＤの輝度を変化させることによって生成することができるＣＣＴの変動を示すＣＩＥ色度図の一部分である。
【図１２】２９個の燐光体変換ＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤのアレイに関する可変ＣＣＴ値を示す別のＣＩＥ色度図の一部分である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１Ａは、透明光学要素１０２及びサブマウント１０６に装着した発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０４の側面図を示している。光学要素１０２は、本発明の実施形態に従ってＬＥＤ１０４に結合されることになる。図１Ｂは、ＬＥＤダイ１０４に結合した光学要素１０２を示している。
用語「透明」は、「透明光学要素」のように説明した要素が、ＬＥＤの放射波長で、吸収又は散乱による単一パス損失の約５０％未満、好ましくは約１０％未満で光を透過させることを示すのに本明細書で用いられる。ＬＥＤの放射波長は、電磁スペクトルの赤外線、可視、又は紫外線領域にあるであろう。「単一パス損失の５０％未満」及び「単一パス損失の１０％未満」という条件は、透過経路長及び吸光係数の様々な組合せによって達成することができることを当業者は認識するであろう。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂに示すＬＥＤダイ１０４は、ｎ型導電性（ｎ層）の第１の半導体層１０８と、ｐ型導電性（ｐ層）の第２の半導体層１１０とを含む。半導体層１０８及び１１０は、活性領域１１２に電気的に結合される。活性領域１１２は、例えば、層１０８及び１１０の境界面に関連するｐ−ｎダイオード接合である。代替的に、活性領域１１２は、ｎ型又はｐ型にドープされるか又はドープされない１以上の半導体層を含む。ＬＥＤダイ１０４は、半導体層１０８及び１１０にそれぞれ結合するｎ接点１１４及びｐ接点１１６を含む。接点１１４及び接点１１６は、「フリップチップ」配列においてＬＥＤダイ１０４の同じ側に配置される。ｎ層１０８に結合する透明上部基板１１８は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ダイヤモンド、キュービック・ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、ＡｌＮ、スピネル、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、及びＺｎＯのような材料で形成される。
【０００９】
活性領域１１２は、接点１１４と１１６に亘る適切な電圧の印加によって光を放射する。代替的実施例では、層１０８及び１１０の導電型は、それぞれの接点１１４及び１１６と共に反転される。すなわち、層１０８がｐ型層であり、接点１１４がｐ接点であり、層１１０がｎ型層であり、かつ接点１１６がｎ接点である。
半導体層１０８及び１１０並びに活性領域１１２は、以下に限定はしないが、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体、以下に限定はしないが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体、以下に限定はしないが、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むＩＶ族半導体、及びそれらの混合物又は合金で形成することができる。
【００１０】
接点１１４及び１１６は、一実施例においては、以下に限定はしないが、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、タングステン、及びそれらの混合物又は合金を含む金属で形成される金属接点である。
図１Ａ及び図１Ｂは、ＬＥＤダイ１０４の特定の構造を示しているが、本発明は、ＬＥＤダイの構造と無関係である。従って、他の型のＬＥＤ構成を図示の特定の構成の代わりに使用することができる。更に、ＬＥＤ１０４内の半導体層の数及び活性領域１１２の細部構造は異なるものとしてもよい。様々な図に示すＬＥＤダイ１０４の各種の要素の寸法は、正確な比率ではないことに注意すべきである。
【００１１】
ＬＥＤダイ１０４は、半田バンプ、半田パッド、又は半田の層のような他の適切な要素である接点要素１２０を通じてサブマウント１０６に装着される。接点要素１２０は、便宜上本明細書ではバンプ１２０とも称される場合がある。バンプ１２０は、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｚｎ、又は、ＡｕＳｎ、ＳｎＳｂ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＢｉ、ＩｎＳｎ、ＢｉＰｂＳｎ、ＢｉＰｂＣｄ、ＢｉＰｂＩｎ、ＩｎＣｄ、ＢｉＰｂ、ＢｉＰｂ、ＢｉＳｎ、ＩｎＡｇ、ＢｉＣｄ、ＩｎＢｉ、ＩｎＧａを含むそれらの合金、又は、ＬＥＤダイ１０４に光学要素１０２を結合するために使用される温度よりも高い融点を有する他の適切な材料で生成されるが、好ましくはＡｕ又はＡｕＳｎである。一実施例では、バンプ１２０の融点は、２５０℃を超え、好ましくは３００℃を超える。サブマウント１０６は、例えば、シリコン、アルミナ、又はＡｌＮとすることができ、背面接続用のバイアを含むことができる。
【００１２】
ＬＥＤダイ１０４は、例えば熱音波結合を用いて、サブマウント１０６に装着される。例えば、熱音波結合処理中には、バンプ１２０を有するＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に関して希望位置に合せられ、同時にサブマウント１０６が約１５０−１６０℃に加熱される。例えば、約５０−１００ｇｍ／バンプの結合力が結合ツールによってサブマウント１０６に加えられ、同時に超音波振動が印加される。必要に応じて、熱圧着法のような他の処理をＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に結合するために使用することができる。当業技術で公知のように、熱圧着法を用いる時は、より高い温度及びより大きい結合力が通常必要である。
【００１３】
一部の実施形態では、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６と共にアンダーフィルを使用することができる。アンダーフィル材料は、良好な熱伝導性を有することができ、かつＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６にほぼ一致する熱膨張係数を有することができる。別の実施形態では、例えば、シリコーン又は他の適切な材料の保護側面コーティングを、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６の側面に付加することができる。保護側面コーティングは、シーラントとして作用し、汚染及び周囲環境へのＬＥＤ１０４及びバンプ１２０の露出を制限する。
【００１４】
Ａｕ又はＡｕ／Ｓｎからのバンプ１２０の生成に関する更なる情報に関して並びに背面バイアを有するサブマウント及びＡｕ又はＡｕ／Ｓｎバンプを用いるサブマウントへのＬＥＤダイの結合に関しては、本開示と同じ出願人を有し、本明細書において引用により組み込まれている、Ａｓｈｉｍ Ｓ．Ｈａｑｕｅによる２００４年５月５日申請の米国特許出願番号第１０／８４０，４５９号を参照されたい。しかし、ここで理解すべきは、本発明がどの型のサブマウントにも限定されず、必要に応じて何れもの望ましいサブマウント構成を使用することができることである。
【００１５】
ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に装着された後、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４に熱結合される。一実施形態では、結合材料の層が光学要素１０２の底面に付加され、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に結合するのに用いる透明結合層１２２が形成される。一部の実施形態では、透明結合層１２２は、例えば上部基板１１８であるＬＥＤダイ１０４の上面に付加することができる（図１Ａで点線１２２で示すように）。結合層１２２は、サブマウント１０６にＬＥＤダイ１０４が装着される前に又は装着された後にＬＥＤダイ１０４に付加することができる。代替的に、結合層が使用されなくてもよく、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４、例えば、上部基板１１８に直接結合することができる。透明結合層１２２は、例えば、約１０オングストローム（Å）から約１００ミクロン（μｍ）の厚みであり、好ましくは約１０００Åから約１０μｍの厚み、より詳細には約０．５μｍから約５μｍの厚みである。結合材料は、例えば、以下に限定はしないが、スピン法、溶射法、スパッタリング、蒸発法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、又は、例えば、有機メタライズ学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）、液相エピタキシ（ＬＰＥ）、又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）による材料成長を含む従来型の堆積技術によって付加される。一実施形態では、光学要素１０２は、以下でより詳細に説明される波長変換材料１２４で覆うことができる。
【００１６】
一実施例において、透明結合層１２２を形成する結合材料は、ＳＦ５９、ＬａＳＦ３、ＬａＳＦＮ１８、ＳＬＡＨ５１、ＬＡＦ１０、ＮＺＫ７、ＮＬＡＦ２１、ＬＡＳＦＮ３５、ＳＬＡＭ６０、又はそれらの混合物のようなガラスからのものであり、それらは、例えば、米国ペンシルベニア州ドリエー所在のショット・ガラス・テクノロジース・インコーポレーテッド及び米国ニュージャージー州サマービル所在のオハラ・コーポレーションのような製造会社から市販されている。結合層１２２は、例えば、（Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ、Ｂｒ）カルコゲニド又はカルコゲン−ハロゲニド・ガラスのような高屈折率ガラスでも形成することができる。
【００１７】
一実施例において、結合層１２２は、以下に限定はしないが、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＮを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体、以下に限定はしないが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、及びＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体；以下に限定はしないが、Ｓｉ及びＧｅを含むＩＶ族半導体及び化合物：有機半導体；以下に限定はしないが、アンチモン、ビスマス、ホウ素、銅、ニオブ、タングステン、チタン、ニッケル、鉛、テルル、リン、カリウム、ナトリウム、リチウム、亜鉛、ジルコニウム、インジウム、錫、又はクロムの酸化物を含む金属酸化物；以下に限定はしないが、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化亜鉛を含む金属フッ化物；以下に限定はしないが、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇ、及びＳｎを含む金属；イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ホスフィド化合物、アルセニド化合物、アンチモニド化合物、ニトリド化合物、高屈折率有機化合物；及びそれらの混合物又は合金で形成することができる。
【００１８】
ＬＥＤダイ１０４が、ダイ１０４の両側にｎ接点及びｐ接点を有して構成される実施例では、透明結合層１２２又は１２２は、例えば、従来型のホトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターン加工することができ、上面接点が結合材料によってコーティングされないようにして、接点の光学要素１０２上のメタライズ層への電気的接触が可能にされ、メタライズ層は、リードとして機能することができ、そのことは、本明細書において引用により組み込まれている、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による２００１年６月１２日申請の「向上した光抽出効率を有する発光ダイオード」という名称の公告番号２００２／００３０１９４を有する米国特許出願番号第０９／８８０，２０４号に説明されている。
【００１９】
一実施例において、光学要素１０２は、シエンナ・テクノロジース・インコーポレーテッドによる光学ガラス、高屈折率ガラス、ＧａＰ、ＣＺ、ＺｎＳ、ＳｉＣ、サファイア、ダイヤモンド、キュービック・ジルコニア（ＺｒＯ2）、ＡｌＯＮと、米国ニューヨーク州オンタリオ所在のオプチマックス・システムズ・インコーポレーテッドから市販されている多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、スピネル、ショットガラスＬａＦＮ２１、ショットガラスＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ２、ＬａＦ３、及びＬａＦ１０と、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｐ、Ｌａ、Ｎｂ、又はＷの酸化物と、又は、金属の厚い層を除き透明結合層１２２における結合材料として使用するための先に説明した材料の何れかで形成される。
【００２０】
透明光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４から光学要素１０２に入る光が直角入射に近い入射角度で光学要素１０２の表面１０２ａに交差することになる形状及び寸法を有することができる。表面１０２ａと通常空気である周辺媒体との界面での全反射がそれによって低減される。加えて、入射角度の範囲が狭いので、表面１０２ａでのフレネル反射損失は、表面１０２ａへの従来型の反射防止コーティングの付加によって低減することができる。光学要素１０２の形状は、例えば、半球のような球の一部分、ワイヤシュトラス球（切頭球）、又は半球よりも小さい球の一部分である。代替的に、光学要素１０２の形状は、切頭楕円のような楕円の一部分である。ＬＥＤダイ１０４から光学要素１０２に入る光に関する表面１０２ａでの入射角は、光学要素１０２の寸法が増大する時に直角入射により近く接近する。従って、透明光学要素１０２の基部の長さのＬＥＤダイ１０４の表面の長さに対する比率は、１よりも大きいことが好ましく、２よりも大きいことがより好ましい。
【００２１】
ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に装着された後、光学要素１０２がＬＥＤダイ１０４に熱結合される。例えば、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に結合するために、結合層１２２の温度は、ほぼ室温と接点バンプ１２０の融点との間の温度、例えば、約１５０℃から４５０℃、より詳細には、約２００℃から約４００℃に高められ、光学要素１０２及びＬＥＤ１０４は、この結合温度で約１秒から約６時間、好ましくは約３０秒から約３０分の一定期間に亘って約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）から６０００ｐｓｉの圧力で一緒に押圧される。一例として、約７００ｐｓｉから３０００ｐｓｉの圧力を約３から１５分に亘り印加することができる。
【００２２】
ＬＥＤダイ１０４への光学要素１０２の熱結合は、高温での付加を必要とする。高融点、すなわち、熱結合処理で使用されるこの高温よりも高い融点を有するバンプ１２０を用いれば、光学要素１０２がＬＥＤダイ１０４に結合される前にＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に装着することができ、ＬＥＤダイ／サブマウントの接続は損傷されない。光学要素１０２を結合する前でのＬＥＤ１０４へのサブマウント１０６の装着は、ピック・アンド・プレース処理を単純化する。
【００２３】
ＬＥＤダイ１０４への光学要素１０２の結合は、米国特許公告番号第２００２／００３０１９４号、２００３年６月３１日出願のＭｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による「向上した光抽出効率を有する発光素子」という名称の米国特許出願番号第１０／６３３，０５４号、２０００年９月１２日出願のＭｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による「向上した光抽出効率を有する発光ダイオード」という名称の米国特許出願番号第０９／６６０，３１７号、及び２００１年５月３０日出願のＤｏｕｇｌａｓ Ｐｏｃｉｕｓによる「向上した光抽出のための発光素子表面上の光学要素の形成」という名称の公告番号２００２／０１４１００６を有する米国特許出願番号第０９／８２３，８４１号に説明されており、これらは本出願と同じ出願人を有し、本明細書において引用により組み込まれている。更に、上述のＬＥＤダイ１０４に光学要素を結合する処理は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，５０２，３１６号及び第５，３７６，５８０号に開示された素子を用いて実施することができ、この素子は、以前に半導体ウェーハを高温高圧で相互に結合させるために使用されている。これらの開示された素子は、ＬＥＤダイ及び光学要素に適応させるために必要であれば修正することができる。代替的に、上述の結合処理は、従来型の垂直プレスを用いて実施することができる。
【００２４】
熱結合処理が原因で、光学要素１０１とＬＥＤダイ１０４の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致は、加熱又は冷却の時の光学要素１０２にＬＥＤダイ１０４からの分離を引き起こす場合があることに注意すべきである。従って、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４のＣＴＥとほぼ一致するＣＴＥを有する材料で形成されるべきである。加えて、ＣＴＥをほぼ一致させることは、結合層１２２及び光学要素１０２によってＬＥＤダイ１０４内に誘起される応力を低下させる。ＣＴＥが適切に一致すれば、光学要素に結合することができるＬＥＤダイの寸法を熱膨張が制限することはなく、従って、光学要素１０２は、例えば１６mm2まで又はそれ以上の大型ＬＥＤダイ１０４に結合することができる。
【００２５】
図２は、複数のＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃ（集合的にＬＥＤダイ２０４とも称する）がサブマウント２０６に装着されている実施形態を示している。図２においては、ＬＥＤダイ２０４が特定の半導体層を示さずに概略的に表されている。しかし、ＬＥＤダイ２０４は、上記で説明したＬＥＤダイ１０４と同様なものとすることができることを理解すべきである。
ＬＥＤダイ２０４は、上述と同様にサブマウント２０６に各々装着される。ＬＥＤダイ２０４がサブマウント２０６に装着されると、個々の光学要素２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃは、ＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃに上述のような様式でそれぞれ結合される。
【００２６】
必要に応じて、ＬＥＤダイ２０４は、同種のＬＥＤとすることができ、同じ波長の光を発生することができる。別の実施例では、１以上のＬＥＤダイ２０４が様々な波長の光を発生することができ、それらは、混合した時に例えば白色光である望ましい相関色温度（ＣＣＴ）の光を発生させるのに使用することができる。別の光学要素（図２に示されない）を用いて光学要素２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃを覆い、光の混合を助けることができる。
【００２７】
図３は、サブマウント３０６に装着された複数のＬＥＤダイ３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃ（集合的にＬＥＤダイ３０４とも称する）、及びＬＥＤダイ３０４に結合した単一光学要素３０２を含むＬＥＤ素子３００の実施形態である。ＬＥＤダイ３０４は、上記で説明したＬＥＤダイ１０４と同種のものとすることができる。
図３に示すような複数のＬＥＤダイ３０４を有する単一光学要素３０２の使用は、ＬＥＤダイ３０４を相互に接近させてサブマウント３０６に装着することができるという点で有利である。光学構成要素は、それが結合されるＬＥＤダイよりも大きい設置面積を通常有し、従って、別々の光学要素を有するＬＥＤダイの配置は、光学要素の寸法によって制約される。
【００２８】
ＬＥＤダイ３０４がサブマウントに装着された後、ＬＥＤダイ３０４の上面には、例えば、バンプ３２０の高さ及びダイの厚みの相違に基づく僅かな高さの変動がある場合がある。単一光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に熱結合される時に、ＬＥＤダイ３０４の高さにおけるいかなる相違もバンプ３２０の柔軟性によって受容することができる。
ＬＥＤダイ３０４への光学要素３０２の熱結合処理中に、サブマウント３０６の加熱及び冷却に起因してＬＥＤダイ３０４が側方に動く場合がある。Ａｕのようないくつかのバンプ３２０を用いた時、バンプ３２０の柔軟性は、ＬＥＤダイ３２０の側方移動を受容するのには不十分である。従って、光学要素３０２の熱膨張係数（ＣＴＥ302）は、サブマウント３０６の熱膨張係数（ＣＴＥ306）とほぼ一致すべきである。ＣＴＥ302とＣＴＥ306の間にほぼ一致があれば、サブマウント３０６の膨張及び収縮によって生じるＬＥＤダイ３０４のいかなる移動も、光学要素３０２の膨張及び収縮によるものとほぼ一致することになる。これに対して、ＣＴＥ302とＣＴＥ306の間の不一致は、熱結合処理の加熱及び冷却中に、光学要素３０２からのＬＥＤダイ３０４の脱離及びＬＥＤ素子３００に対する他の損傷をもたらす可能性がある。
【００２９】
十分に小型のＬＥＤダイ３０４を用いた時は、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４自体の熱膨張を最小にすることができる。しかし、大型のＬＥＤダイ３０４を用いた時は、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４の熱膨張は大きい場合があり、従って、ＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥもまたサブマウント３０６のＣＴＥに適切に一致させるべきである。
ＬＥＤダイ３０４は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、又は、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰの組合せの素子とすることができる。一実施例において、サブマウント３０６は、ＡｌＮから生成することができ、一方、光学要素３０２は、例えば、オハラ・コーポレーションによるＳＬＡＭ６０、又はショット・グラス・テクノロジース・インコーポレーテッドから市販されているＮＺＫ７から生成することができる。別の実施例では、アルミナのサブマウント３０６を、サファイア、オハラガラスＳＬＡＨ５１、又はショットガラスＮＬＡＦ２１から生成された光学要素３０２と共に使用することができる。一部の実施例では、ＬＥＤダイ３０４とサブマウント３０６の間にバルク充填材３０５を使用することができる。バルク充填材３０５は、例えば、シリコーン又はガラスとすることができる。バルク充填材３０５は、良好な熱伝導性を有することができ、かつサブマウント３０６及びダイ３０４のＣＴＥにほぼ一致させることができる。必要に応じて、保護側面コーティングをバルク充填材３０５の代替として又はそれに加えて付加することができる。
【００３０】
一実施例においては、ＬＥＤダイ３０４は、同じ種類とすることができ、様々な波長又はほぼ同じ波長の光を発生することができる。代替的に、ＬＥＤダイ３０４及び／又は波長変換材料の適切な選択により、例えば、青色、緑色、及び赤色である様々な波長の光を発生させることができる。ＬＥＤダイ３０４が同じ種類である時は、ＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥはほぼ同じであることになる。ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥが光学要素３０２及びサブマウント３０６の熱膨張係数とよく一致することは、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４に対する脱離又は損傷の危険性をできるだけ少なくするために望ましいであろう。
【００３１】
別の実施例では、ＬＥＤダイ３０４は、様々な種類とすることができ、様々な波長の光を発生することができる。様々な種類のＬＥＤダイが使用されると、ダイのＣＴＥが変化する可能性があり、それは、全てのＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥを光学要素３０２及びサブマウント３０６のＣＴＥと一致させることを困難にする。それにも関わらず、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥにできるだけ近いＣＴＥを有する光学要素３０２及びサブマウント３０６の慎重な選択により、熱結合処理中のダイ３０４の脱離又は素子３００に対する他の損傷に関連する問題を最小にすることができる。加えて、例えば、約１mm2未満の面積である比較的小型のＬＥＤダイ３０４の使用により、複数のダイ３０４への単一光学要素３０２の熱結合に関連する問題もまた緩和される。バルク充填材３０５の使用もまた、熱結合処理又は作動中の素子に対する損傷を防止することができる。
【００３２】
図３に示すように、一実施例においては、光学要素３０２は、燐光体コーティングのような波長変換材料３１０によって覆うことができる。一実施形態では、波長変換材料３１０はＹＡＧである。図４は、そのような素子を製造する一実施例の流れ図である。図４に示すように、ＬＥＤダイ３０４がサブマウント３０６に装着され（段階４０２）、光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に結合される（段階４０４）。光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に結合された後、波長変換材料３１０の層は、光学要素３０２の上に堆積される（段階４０６）。次に、素子は、例えば、ＬＥＤダイ３０４の活性領域に亘る電圧の印加及び素子によって発生する光の検出によって試験される。素子が望ましい波長を発生しない時（段階４１０）、波長変換材料の厚みは、例えば、光学要素３０２の上への追加の波長変換材料３１０の堆積又はエッチング又は溶解による波長変換材料の一部の除去によって変更され（段階４１１）、素子が再び試験される（段階４０８）。望ましい波長の光が発生したらこの処理は終了する。
【００３３】
従って、波長変換材料３１０コーティングの厚みは、ＬＥＤダイ３０４によって発生する光に応じて制御され、高度に再現性のある相関色温度がもたらされる。更に、波長変換材料３１０の堆積がＬＥＤダイ３０４によって発生する特定の波長に応じているので、ＬＥＤダイ３０４によって発生する光の波長の変動を適合させることが可能となる。従って、有用な波長範囲外の波長を有する光を発生するとして棄却されるＬＥＤダイ３０４は僅かになることになる。
光学要素を波長変換材料で覆う処理は、図１Ｂ及び図２に示す実施形態にも同様に適用することができることを理解すべきである。
【００３４】
別の実施例では、波長変換材料のコーティングは、ＬＥＤダイと光学要素の間の例えば結合層３２２の内部、その上、又はその下に置かれる。一例として、図５は、サブマウント５０４に装着されて、光学要素５０６に結合層５０８を通じて結合したダイ５０２を示し、波長変換材料５１０は、結合層５０８と光学要素５０６との間に配置される。波長変換材料５１０は、ＬＥＤダイ５０２への光学要素５０６の結合の前又はその間に光学要素５０６の底面に結合層５０９によって結合することができる。波長変換材料５１０は、例えば、燐光体含浸ガラス又は波長変換セラミックとすることができ、この材料は、独立して成形され、次にＬＥＤダイ５０２及び光学要素５０６に結合される。一部の実施形態では、波長変換材料は、ＬＥＤダイ５０２及び光学要素５０６の一方又は両方に直接に結合することができる。一実施形態では、光学要素５０６、ＬＥＤダイ５０２、及び波長変換材料５１０は、同時に一緒に結合させることができる。別の実施形態では、波長変換材料５１０は、例えば結合層５０９が結合層５０８よりも高い結合温度を有する時には、最初に光学要素５０６に結合させることができ、次に、ＬＥＤダイ５０２に結合させることができる。燐光体含浸ガラスのような適切な波長変換材料は、本出願と同じ出願人を有して本明細書において引用により組み込まれている、Ｐａｕｌ Ｓ．Ｍａｒｔｉｎ他による２００４年６月９日申請の「予め作成された波長変換要素を有する半導体発光素子」という名称の米国特許出願番号第１０／８６３，９８０号により詳細に説明されている。
【００３５】
図６は、波長変換材料５２０が光学要素５０６の結合の前に又はその間にＬＥＤダイ５０２に直接（及び、任意的に、ＬＥＤダイ５０２の縁部の上に）結合される以外は図５に示す実施形態と同様の別の実施形態を示している。従って、図６に示すように、波長変換材料５２０は、ＬＥＤダイ５０２と結合層５０９の間に置かれている。必要に応じて、波長変換材料の追加層を上述のような図５及び図６の光学要素５０６の上に堆積させることができる。
別の実施例においては、波長変換材料のコーティングは、ＬＥＤダイの上に、例えば、ガラス、エポキシ、又はシリコーンの外皮上に外皮とＬＥＤダイの間に中空空間がある状態で、遠隔に設置することができる。必要に応じて、中空空間は、シリコーン又はエポキシのような材料で充填することができる。
【００３６】
図７は、基板６０４上に装着されたＬＥＤ６０２のアレイ６００を示している。基板６０４は、ＬＥＤ６０２への電気接触を提供するために使用される電気トレース６０６を含む。ＬＥＤ６０２は、例えば、上述のように生成された燐光体変換方式の素子とすることができる。ＬＥＤ６０２は、様々なＣＣＴを有する白色光を各々が発生することができる。アレイ６００内の様々なＣＣＴを有する白色光を混合することにより、望ましいＣＣＴを有する光を発生させることができる。必要に応じて、ＬＥＤ６０２は、例えば、ガラス、プラスチック、エポキシ、又はシリコーンの透明要素６０８で覆うことができる。透明要素６０８は、例えば、エポキシ又はシリコーンで充填することができ、この要素は、光の抽出及び混合に役立ち、かつＬＥＤ６０２を保護するものである。アレイ６００があらゆる数のＬＥＤ６０２を含むことができ、必要であれば１以上のＬＥＤが非白色光を発生することができることを理解すべきである。更に、必要に応じて、複数のＬＥＤ６０２は、単一光学要素６０３に結合することができ、又は１以上のＬＥＤ６０２は、光学要素６０３を含まなくてもよい。
【００３７】
図７に示すように、個々の又は群のＬＥＤ６０２は、例えば、基板６０４上のトレース６０６に電気的に接続したコントローラ６１０によって独立に制御することができる。ＬＥＤ６０２又はＬＥＤ６０２の群の独立制御により、例えば８５を超える高い演色性を一定の輝度で実現することができる。更に、アレイ６００によって発生する白色点は、例えば、３０００Ｋから６０００Ｋの大きい範囲に亘って調整することができる。一例として、白色光を発生するいくつかの燐光体変換（ＰＣ）青色ＬＥＤを青色、シアン色、アンバー色、及び赤色のような様々な色のＬＥＤと組合せて使用することができ、望ましいＣＣＴを有する光が形成される。図８のグラフに示すように、燐光体変換青色ＬＥＤは、青色領域内のピークと共に緑色領域内に広いスペクトル（７０２）を有する光を発生する。燐光体の厚みは、スペクトルの緑色部分及び青色部分の両方に対してほぼ等しいピーク値が発生するように調整することができる。図９は、図８に示すスペクトルに関するＣＩＥ色度図を示し、黒体線７５４の上方のｘ及びｙ色座標７５２が表されている。言うまでもなく、必要に応じて他の領域にピークを有するスペクトルを発生するＰＣのＬＥＤを使用することもできる。代替的に、必要に応じて様々なスペクトル、すなわち、様々なＣＣＴを有する白色光を発生するＰＣのＬＥＤを一緒に使用することができる。
【００３８】
図７のアレイ６００内のＬＥＤ６０２の大部分は、図８に示すスペクトルを発生するＰＣのＬＥＤとすることができる。図７に示す残りのＬＥＤ６０２は、例えば、青色、シアン色、アンバー色、及び赤色を発生するＬＥＤであるカラーＬＥＤとすることができる。カラーＬＥＤの輝度は、コントローラ６１０によって調整することができる。全パワーＰＣのＬＥＤとカラーＬＥＤとの組合せは、図１０に表されるようなほぼ連続のスペクトルを発生する。図１０は、ＰＣのＬＥＤからのスペクトル７０２が青色、シアン色、アンバー色、及び赤色ＬＥＤからのスペクトル７０４、７０６、７０８、及び７１０と共に結合してスペクトル７２０を形成していることを示すグラフである。図１１に示されているＣＩＥ色度図の一部分に表されるように、カラーＬＥＤの輝度を変化させることにより、黒体線７６４の一部を覆う区域を取得することができる。一例として、２９個のＰＣのＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤを含む一実施形態は、８５から９５の演色性及び３２００Ｋから５８００ＫのＣＣＴを有する８００ルーメンの輝度を発生することができる。図１２は、２９個のＰＣのＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤのアレイに関する可変ＣＣＴを表すＣＩＥ色度図の一部分を示している。言うまでもなく、あらゆる数のＰＣのＬＥＤ及びカラーＬＥＤを使用することができる。
本発明は、説明目的のために特定的な実施形態に関連して示されたが、本発明はこれに限定されない。様々な適応及び修正を本発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。従って、特許請求の精神及び範囲は、以上の説明に限定されるべきではない。
【００３９】
以下に本発明の実施形態を記載する。
（実施形態１）少なくとも１つの発光素子ダイを接点要素を通じてサブマウントに装着する段階と、
光学要素を前記少なくとも１つの発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に結合する段階と、を含み、
前記少なくとも１つの発光素子ダイへの前記光学要素の結合は、該光学要素と該少なくとも１つの発光素子ダイとの間に配置された結合層によって達成される、ことを特徴とする方法。
（実施形態２）前記結合層は、無機材料を含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態３）結合する段階は、
前記光学要素、前記結合層、前記発光素子ダイ、及び前記サブマウントの温度を前記接点要素の融点よりも低い温度まで昇温させる段階と、
前記光学要素及び前記発光素子ダイを一緒に押圧するように圧力を印加し、それによって前記結合層を通じて該光学要素を該発光素子ダイに結合する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態４）前記温度は、前記発光素子ダイと前記サブマウントを装着するのに使用される温度よりも高い温度に昇温されることを特徴とする実施形態３に記載の方法。
（実施形態５）前記接点要素は、前記発光素子ダイの底面及び前記サブマウントの上面の少なくとも一方に置かれ、該接点要素は、該発光素子ダイと該サブマウントの間の電気接触を提供することを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態６）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態５に記載の方法。
（実施形態７）前記少なくとも１つの発光素子ダイを前記サブマウントに装着するのに使用される温度は、約２５０℃未満であることを特徴とする実施形態４に記載の方法。
（実施形態８）前記光学要素を前記少なくとも１つの発光素子ダイに結合するのに使用される温度は、約４００℃未満であることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態９）前記光学要素と前記発光素子ダイの間の前記結合層は、テルルの酸化物、タングステンの酸化物、鉛の酸化物、及び亜鉛の酸化物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１０）前記光学要素と前記発光素子ダイの間の前記結合層は、ナトリウムの酸化物、カリウムの酸化物、リチウムの酸化物、及び亜鉛のフッ化物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１１）複数の発光素子ダイが、前記サブマウントに装着されることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１２）１つの光学要素が、前記複数の発光素子ダイに結合されることを特徴とする実施形態１１に記載の方法。
（実施形態１３）ほぼ一致する熱膨張係数を有するように前記サブマウント及び前記１つの光学要素を選択する段階を更に含むことを特徴とする実施形態１２に記載の方法。
（実施形態１４）別々の光学要素が、前記複数の発光素子ダイの各々に結合されることを特徴とする実施形態１１に記載の方法。
（実施形態１５）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階を更に含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１６）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階は、
前記光学要素の上に前記変換材料の層を堆積させる段階と、
順方向バイアス電流を前記発光素子ダイに印加した時に素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
望ましい波長の光が発生するまで、前記波長変換材料の層の厚みを繰返し変更し、前記素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態１５に記載の方法。
（実施形態１７）前記少なくとも１つの発光素子ダイと前記光学要素の間に、該発光素子ダイに該光学要素を結合する前に、波長変換材料の層を配置する段階を更に含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１８）前記波長変換材料の層は、前記光学要素の底面及び前記発光素子ダイの上面の少なくとも一方に結合されることを特徴とする実施形態１７に記載の方法。
（実施形態１９）前記光学要素は、波長変換材料を含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態２０）前記発光素子ダイは、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【００４０】
（実施形態２１）第１の熱膨張係数を有するサブマウントを準備する段階と、
複数の発光素子ダイを準備する段階と、
前記サブマウントに前記複数の発光素子ダイを装着する段階と、
前記第１の熱膨張係数とほぼ同じ第２の熱膨張係数を有する光学要素を準備する段階と、
前記複数の発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に、前記光学要素を結合する段階と、を含むことを特徴とする方法。
（実施形態２２）前記複数の発光素子ダイを前記サブマウントに装着する段階は、熱圧着法及び熱音波結合法の一方を用いて実施されることを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
（実施形態２３）前記光学要素を前記複数の発光素子ダイに結合する段階は、該光学要素、該発光素子ダイ、及び前記サブマウントの温度を該複数の発光素子ダイと該サブマウントを装着するのに使用される温度よりも高い温度に昇温させる段階と、該光学要素及び該発光素子ダイを一緒に押圧するように圧力を印加する段階とを含むことを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
（実施形態２４）前記発光素子ダイ及び前記サブマウントの少なくとも一方は、該発光素子ダイと該サブマウントの間の電気接触を提供する接点要素を含み、
前記光学要素を前記複数の発光素子ダイに結合する温度は、前記接点要素の融点よりも低い、ことを特徴とする実施形態２３に記載の方法。
（実施形態２５）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態２４に記載の方法。
（実施形態２６）前記複数の発光素子ダイの熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数とほぼ同じであることを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
（実施形態２７）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階を更に含むことを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
（実施形態２８）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階は、
前記光学要素の上に前記変換材料の層を堆積させる段階と、
順方向バイアス電流を前記発光素子ダイに印加した時に素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
望ましい波長の光が発生するまで、前記波長変換材料の層の厚みを繰返し変更し、前記素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態２７に記載の方法。
（実施形態２９）前記発光素子ダイの各々は、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
【００４１】
（実施形態３０）サブマウントと、
前記サブマウントに装着された複数の発光素子ダイと、
前記複数の発光素子ダイの各々の表面に結合した単一光学要素と、
を含むことを特徴とする装置。
（実施形態３１）前記サブマウントの上面及び前記発光素子ダイの底面の少なくとも一方に置かれた接点要素を更に含み、該発光素子ダイは、該接点要素を通じて該サブマウントに電気的に結合されることを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３２）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成されることを特徴とする実施形態３１に記載の装置。
（実施形態３３）前記光学要素の上の波長変換材料のコーティングを更に含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３４）前記光学要素と少なくとも複数の前記発光素子ダイとの間の波長変換材料の層を更に含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３５）前記サブマウント及び前記光学要素は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する材料で形成されることを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３６）前記発光素子ダイは、前記サブマウントの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有することを特徴とする実施形態３５に記載の装置。
（実施形態３７）前記光学要素と前記発光素子ダイの各々との間の結合材料の層を更に含み、該結合層は、無機材料を含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３８）前記発光素子ダイの各々は、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
【００４２】
（実施形態３９）少なくとも１つの発光素子ダイを接点要素を用いて第１の温度でサブマウントに装着する段階と、
前記少なくとも１つの発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に、前記第１の温度よりも高い第２の温度で光学要素を結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
（実施形態４０）前記発光素子ダイは、熱音波法によって前記サブマウントに装着されることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４１）前記第２の温度は、約１５０℃から４５０℃の間であることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４２）前記接点要素は、第３の温度で溶融し、
前記第２の温度は、前記第３の温度よりも低い、
ことを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４３）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
【００４３】
（実施形態４４）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、テルルの酸化物を含む結合層と、
前記発光素子に電気的に接続したサブマウントと、
を含むことを特徴とする素子。
（実施形態４５）前記サブマウントは、セラミックを含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４６）前記サブマウントは、ＡｌＮ、アルミナ、及びＳｉの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４７）前記サブマウントを前記発光素子に電気的に接続する接点要素を更に含み、
前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成される、
ことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４８）前記光学要素は、サファイア、ＳｉＣ、酸窒化アルミニウム、ジルコニア酸化物、ＧａＮ、ＡｌＮ、スピネル、ＧａＰ、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び透明アルミナの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４９）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び亜鉛の酸化物の群から選択された材料を含む結合層と、
を含むことを特徴とする素子。
（実施形態５０）前記発光素子に電気的に接続したサブマウントを更に含むことを特徴とする実施形態４９に記載の素子。
（実施形態５１）前記サブマウントは、セラミックを含むことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５２）前記サブマウントは、ＡｌＮ、アルミナ、及びＳｉの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５３）前記サブマウントを前記発光素子に電気的に接続する接点要素を更に含み、
前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成される、
ことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５４）前記光学要素は、サファイア、ＳｉＣ、酸窒化アルミニウム、ジルコニア酸化物、ＧａＮ、ＡｌＮ、スピネル、ＧａＰ、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び透明アルミナの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４９に記載の素子。
【００４４】
（実施形態５５）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子を準備する段階と、
光学要素を準備する段階と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された結合層によって達成される、該半導体発光素子を該光学要素に結合する段階と、を含み、
前記結合層は、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び亜鉛の酸化物の群から選択された材料を含む、ことを特徴とする方法。
（実施形態５６）前記発光素子を前記光学要素に結合するのに使用される温度は、約２００℃から４００℃の間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５７）前記光学要素及び発光素子が結合温度にある時間は、約３０秒から３０分の間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５８）前記発光素子を前記光学要素に結合するのに使用される圧力は、約７００から３０００ｐｓｉの間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５９）前記半導体発光素子を前記光学要素に結合する前に該半導体発光素子をサブマウントに結合する段階を更に含むことを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
【００４５】
（実施形態６０）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、カルコゲニド及びカルコゲン−ハロゲニド・ガラスの群から選択された材料を含む結合層と、
を含むことを特徴とする素子。
【符号の説明】
【００４６】
１０２ 透明光学要素
１０４ 発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ
１０６ サブマウント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に発光素子に関し、より詳細には、１以上の発光素子ダイへの光学要素の結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（ＬＥＤ）は、半導体構造を保護し、光抽出効率を高め、かつ放射光の集束を助けるために光学要素で通常覆われる。ＬＥＤを封入するために使用する材料の１つの種類はエポキシである。しかし、エポキシは、低屈折率材料であるので、半導体／低屈折率封入材料境界面での内部全反射に起因する損失の低減には、より高い屈折率の材料ほど有効ではない。更に、エポキシ及び他の有機封入材料は、高温及び／又は短波長で作動するＬＥＤと共に使用される時に黄変作用を通常受ける。その上、エポキシ封入材料は、ＬＥＤ内の半導体材料の熱膨張係数とあまりよく一致しない熱膨張係数を通常有する。その結果、エポキシ封入材料は、加熱又は冷却された時に機械的応力をＬＥＤに加え、ＬＥＤを損傷する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／８４０，４５９号
【特許文献２】米国特許出願番号第０９／８８０，２０４号
【特許文献３】米国特許公告番号第２００２／００３０１９４号
【特許文献４】米国特許出願番号第１０／６３３，０５４号
【特許文献５】米国特許出願番号第０９／６６０，３１７号
【特許文献６】米国特許出願番号第０９／８２３，８４１号
【特許文献７】米国特許第５，５０２，３１６号
【特許文献８】米国特許第５，３７６，５８０号
【特許文献９】米国特許出願番号第１０／８６３，９８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、高められた光抽出効率を有し、黄変及び他の劣化に抵抗性のある改良された光学要素、及びＬＥＤにそのような光学要素を結合する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの発光素子（ＬＥＤ）ダイをサブマウント上に装着し、続いてＬＥＤダイに光学要素を結合することにより素子が生成される。ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイに光学要素を結合するのに使用されるものよりも高い融点を有する半田バンプ又は半田パッドのような接点要素を通じてサブマウントに電気的に結合される。一実施例では、サブマウントに装着された複数のＬＥＤダイに単一光学要素が結合され、サブマウントと光学要素は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する。代替的に、いくつかの光学要素を使用することもできる。ＬＥＤ又は光学要素は、波長変換材料のコーティングで覆うことができる。一実施例において、素子は、発生した波長を判断するために検査され、波長変換材料の厚みは変更され、すなわち、望ましい波長が生じるまで増大又は場合によっては低減される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】サブマウント上に装着されたＬＥＤダイとＬＥＤダイに結合される光学要素とを示す側面図である。
【図１Ｂ】ＬＥＤダイに結合された光学要素を示す図である。
【図２】複数のＬＥＤダイがサブマウントに装着され、別々の光学要素が各ＬＥＤダイに結合されている実施形態を示す図である。
【図３】複数のＬＥＤダイがサブマウントに装着され、単一光学要素がＬＥＤダイに結合されている実施形態を示す図である。
【図４】波長変換材料が光学要素を覆うこのようなＬＥＤ素子を生成する一実施例の流れ図である。
【図５】波長変換材料の層が結合層と光学要素の間に配置されている実施形態を示す図である。
【図６】波長変換材料の層がＬＥＤダイ上に堆積されている実施形態を示す図である。
【図７】基板上に装着されているＬＥＤのアレイを示す図である。
【図８】燐光体変換青色ＬＥＤによって生じる広いスペクトルのグラフである。
【図９】図８に示すスペクトルに関するＣＩＥ色度図である。
【図１０】ほぼ連続なスペクトルを生成するために組み合された、燐光体変換ＬＥＤ及びカラーＬＥＤによって生じたスペクトルのグラフである。
【図１１】カラーＬＥＤの輝度を変化させることによって生成することができるＣＣＴの変動を示すＣＩＥ色度図の一部分である。
【図１２】２９個の燐光体変換ＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤのアレイに関する可変ＣＣＴ値を示す別のＣＩＥ色度図の一部分である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１Ａは、透明光学要素１０２及びサブマウント１０６に装着した発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０４の側面図を示している。光学要素１０２は、本発明の実施形態に従ってＬＥＤ１０４に結合されることになる。図１Ｂは、ＬＥＤダイ１０４に結合した光学要素１０２を示している。
用語「透明」は、「透明光学要素」のように説明した要素が、ＬＥＤの放射波長で、吸収又は散乱による単一パス損失の約５０％未満、好ましくは約１０％未満で光を透過させることを示すのに本明細書で用いられる。ＬＥＤの放射波長は、電磁スペクトルの赤外線、可視、又は紫外線領域にあるであろう。「単一パス損失の５０％未満」及び「単一パス損失の１０％未満」という条件は、透過経路長及び吸光係数の様々な組合せによって達成することができることを当業者は認識するであろう。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂに示すＬＥＤダイ１０４は、ｎ型導電性（ｎ層）の第１の半導体層１０８と、ｐ型導電性（ｐ層）の第２の半導体層１１０とを含む。半導体層１０８及び１１０は、活性領域１１２に電気的に結合される。活性領域１１２は、例えば、層１０８及び１１０の境界面に関連するｐ−ｎダイオード接合である。代替的に、活性領域１１２は、ｎ型又はｐ型にドープされるか又はドープされない１以上の半導体層を含む。ＬＥＤダイ１０４は、半導体層１０８及び１１０にそれぞれ結合するｎ接点１１４及びｐ接点１１６を含む。接点１１４及び接点１１６は、「フリップチップ」配列においてＬＥＤダイ１０４の同じ側に配置される。ｎ層１０８に結合する透明上部基板１１８は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ダイヤモンド、キュービック・ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、ＡｌＮ、スピネル、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、及びＺｎＯのような材料で形成される。
【０００９】
活性領域１１２は、接点１１４と１１６に亘る適切な電圧の印加によって光を放射する。代替的実施例では、層１０８及び１１０の導電型は、それぞれの接点１１４及び１１６と共に反転される。すなわち、層１０８がｐ型層であり、接点１１４がｐ接点であり、層１１０がｎ型層であり、かつ接点１１６がｎ接点である。
半導体層１０８及び１１０並びに活性領域１１２は、以下に限定はしないが、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体、以下に限定はしないが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体、以下に限定はしないが、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むＩＶ族半導体、及びそれらの混合物又は合金で形成することができる。
【００１０】
接点１１４及び１１６は、一実施例においては、以下に限定はしないが、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、タングステン、及びそれらの混合物又は合金を含む金属で形成される金属接点である。
図１Ａ及び図１Ｂは、ＬＥＤダイ１０４の特定の構造を示しているが、本発明は、ＬＥＤダイの構造と無関係である。従って、他の型のＬＥＤ構成を図示の特定の構成の代わりに使用することができる。更に、ＬＥＤ１０４内の半導体層の数及び活性領域１１２の細部構造は異なるものとしてもよい。様々な図に示すＬＥＤダイ１０４の各種の要素の寸法は、正確な比率ではないことに注意すべきである。
【００１１】
ＬＥＤダイ１０４は、半田バンプ、半田パッド、又は半田の層のような他の適切な要素である接点要素１２０を通じてサブマウント１０６に装着される。接点要素１２０は、便宜上本明細書ではバンプ１２０とも称される場合がある。バンプ１２０は、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｚｎ、又は、ＡｕＳｎ、ＳｎＳｂ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＢｉ、ＩｎＳｎ、ＢｉＰｂＳｎ、ＢｉＰｂＣｄ、ＢｉＰｂＩｎ、ＩｎＣｄ、ＢｉＰｂ、ＢｉＰｂ、ＢｉＳｎ、ＩｎＡｇ、ＢｉＣｄ、ＩｎＢｉ、ＩｎＧａを含むそれらの合金、又は、ＬＥＤダイ１０４に光学要素１０２を結合するために使用される温度よりも高い融点を有する他の適切な材料で生成されるが、好ましくはＡｕ又はＡｕＳｎである。一実施例では、バンプ１２０の融点は、２５０℃を超え、好ましくは３００℃を超える。サブマウント１０６は、例えば、シリコン、アルミナ、又はＡｌＮとすることができ、背面接続用のバイアを含むことができる。
【００１２】
ＬＥＤダイ１０４は、例えば熱音波結合を用いて、サブマウント１０６に装着される。例えば、熱音波結合処理中には、バンプ１２０を有するＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に関して希望位置に合せられ、同時にサブマウント１０６が約１５０−１６０℃に加熱される。例えば、約５０−１００ｇｍ／バンプの結合力が結合ツールによってサブマウント１０６に加えられ、同時に超音波振動が印加される。必要に応じて、熱圧着法のような他の処理をＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に結合するために使用することができる。当業技術で公知のように、熱圧着法を用いる時は、より高い温度及びより大きい結合力が通常必要である。
【００１３】
一部の実施形態では、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６と共にアンダーフィルを使用することができる。アンダーフィル材料は、良好な熱伝導性を有することができ、かつＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６にほぼ一致する熱膨張係数を有することができる。別の実施形態では、例えば、シリコーン又は他の適切な材料の保護側面コーティングを、ＬＥＤダイ１０４及びサブマウント１０６の側面に付加することができる。保護側面コーティングは、シーラントとして作用し、汚染及び周囲環境へのＬＥＤ１０４及びバンプ１２０の露出を制限する。
【００１４】
Ａｕ又はＡｕ／Ｓｎからのバンプ１２０の生成に関する更なる情報に関して並びに背面バイアを有するサブマウント及びＡｕ又はＡｕ／Ｓｎバンプを用いるサブマウントへのＬＥＤダイの結合に関しては、本開示と同じ出願人を有し、本明細書において引用により組み込まれている、Ａｓｈｉｍ Ｓ．Ｈａｑｕｅによる２００４年５月５日申請の米国特許出願番号第１０／８４０，４５９号を参照されたい。しかし、ここで理解すべきは、本発明がどの型のサブマウントにも限定されず、必要に応じて何れもの望ましいサブマウント構成を使用することができることである。
【００１５】
ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に装着された後、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４に熱結合される。一実施形態では、結合材料の層が光学要素１０２の底面に付加され、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に結合するのに用いる透明結合層１２２が形成される。一部の実施形態では、透明結合層１２２は、例えば上部基板１１８であるＬＥＤダイ１０４の上面に付加することができる（図１Ａで点線１２２で示すように）。結合層１２２は、サブマウント１０６にＬＥＤダイ１０４が装着される前に又は装着された後にＬＥＤダイ１０４に付加することができる。代替的に、結合層が使用されなくてもよく、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４、例えば、上部基板１１８に直接結合することができる。透明結合層１２２は、例えば、約１０オングストローム（Å）から約１００ミクロン（μｍ）の厚みであり、好ましくは約１０００Åから約１０μｍの厚み、より詳細には約０．５μｍから約５μｍの厚みである。結合材料は、例えば、以下に限定はしないが、スピン法、溶射法、スパッタリング、蒸発法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、又は、例えば、有機メタライズ学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）、液相エピタキシ（ＬＰＥ）、又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）による材料成長を含む従来型の堆積技術によって付加される。一実施形態では、光学要素１０２は、以下でより詳細に説明される波長変換材料１２４で覆うことができる。
【００１６】
一実施例において、透明結合層１２２を形成する結合材料は、ＳＦ５９、ＬａＳＦ３、ＬａＳＦＮ１８、ＳＬＡＨ５１、ＬＡＦ１０、ＮＺＫ７、ＮＬＡＦ２１、ＬＡＳＦＮ３５、ＳＬＡＭ６０、又はそれらの混合物のようなガラスからのものであり、それらは、例えば、米国ペンシルベニア州ドリエー所在のショット・ガラス・テクノロジース・インコーポレーテッド及び米国ニュージャージー州サマービル所在のオハラ・コーポレーションのような製造会社から市販されている。結合層１２２は、例えば、（Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ、Ｂｒ）カルコゲニド又はカルコゲン−ハロゲニド・ガラスのような高屈折率ガラスでも形成することができる。
【００１７】
一実施例において、結合層１２２は、以下に限定はしないが、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＮを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体、以下に限定はしないが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、及びＣｄＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族半導体；以下に限定はしないが、Ｓｉ及びＧｅを含むＩＶ族半導体及び化合物：有機半導体；以下に限定はしないが、アンチモン、ビスマス、ホウ素、銅、ニオブ、タングステン、チタン、ニッケル、鉛、テルル、リン、カリウム、ナトリウム、リチウム、亜鉛、ジルコニウム、インジウム、錫、又はクロムの酸化物を含む金属酸化物；以下に限定はしないが、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化亜鉛を含む金属フッ化物；以下に限定はしないが、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇ、及びＳｎを含む金属；イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ホスフィド化合物、アルセニド化合物、アンチモニド化合物、ニトリド化合物、高屈折率有機化合物；及びそれらの混合物又は合金で形成することができる。
【００１８】
ＬＥＤダイ１０４が、ダイ１０４の両側にｎ接点及びｐ接点を有して構成される実施例では、透明結合層１２２又は１２２は、例えば、従来型のホトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターン加工することができ、上面接点が結合材料によってコーティングされないようにして、接点の光学要素１０２上のメタライズ層への電気的接触が可能にされ、メタライズ層は、リードとして機能することができ、そのことは、本明細書において引用により組み込まれている、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による２００１年６月１２日申請の「向上した光抽出効率を有する発光ダイオード」という名称の公告番号２００２／００３０１９４を有する米国特許出願番号第０９／８８０，２０４号に説明されている。
【００１９】
一実施例において、光学要素１０２は、シエンナ・テクノロジース・インコーポレーテッドによる光学ガラス、高屈折率ガラス、ＧａＰ、ＣＺ、ＺｎＳ、ＳｉＣ、サファイア、ダイヤモンド、キュービック・ジルコニア（ＺｒＯ2）、ＡｌＯＮと、米国ニューヨーク州オンタリオ所在のオプチマックス・システムズ・インコーポレーテッドから市販されている多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、スピネル、ショットガラスＬａＦＮ２１、ショットガラスＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ２、ＬａＦ３、及びＬａＦ１０と、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｐ、Ｌａ、Ｎｂ、又はＷの酸化物と、又は、金属の厚い層を除き透明結合層１２２における結合材料として使用するための先に説明した材料の何れかで形成される。
【００２０】
透明光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４から光学要素１０２に入る光が直角入射に近い入射角度で光学要素１０２の表面１０２ａに交差することになる形状及び寸法を有することができる。表面１０２ａと通常空気である周辺媒体との界面での全反射がそれによって低減される。加えて、入射角度の範囲が狭いので、表面１０２ａでのフレネル反射損失は、表面１０２ａへの従来型の反射防止コーティングの付加によって低減することができる。光学要素１０２の形状は、例えば、半球のような球の一部分、ワイヤシュトラス球（切頭球）、又は半球よりも小さい球の一部分である。代替的に、光学要素１０２の形状は、切頭楕円のような楕円の一部分である。ＬＥＤダイ１０４から光学要素１０２に入る光に関する表面１０２ａでの入射角は、光学要素１０２の寸法が増大する時に直角入射により近く接近する。従って、透明光学要素１０２の基部の長さのＬＥＤダイ１０４の表面の長さに対する比率は、１よりも大きいことが好ましく、２よりも大きいことがより好ましい。
【００２１】
ＬＥＤダイ１０４がサブマウント１０６に装着された後、光学要素１０２がＬＥＤダイ１０４に熱結合される。例えば、光学要素１０２をＬＥＤダイ１０４に結合するために、結合層１２２の温度は、ほぼ室温と接点バンプ１２０の融点との間の温度、例えば、約１５０℃から４５０℃、より詳細には、約２００℃から約４００℃に高められ、光学要素１０２及びＬＥＤ１０４は、この結合温度で約１秒から約６時間、好ましくは約３０秒から約３０分の一定期間に亘って約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）から６０００ｐｓｉの圧力で一緒に押圧される。一例として、約７００ｐｓｉから３０００ｐｓｉの圧力を約３から１５分に亘り印加することができる。
【００２２】
ＬＥＤダイ１０４への光学要素１０２の熱結合は、高温での付加を必要とする。高融点、すなわち、熱結合処理で使用されるこの高温よりも高い融点を有するバンプ１２０を用いれば、光学要素１０２がＬＥＤダイ１０４に結合される前にＬＥＤダイ１０４をサブマウント１０６に装着することができ、ＬＥＤダイ／サブマウントの接続は損傷されない。光学要素１０２を結合する前でのＬＥＤ１０４へのサブマウント１０６の装着は、ピック・アンド・プレース処理を単純化する。
【００２３】
ＬＥＤダイ１０４への光学要素１０２の結合は、米国特許公告番号第２００２／００３０１９４号、２００３年６月３１日出願のＭｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による「向上した光抽出効率を有する発光素子」という名称の米国特許出願番号第１０／６３３，０５４号、２０００年９月１２日出願のＭｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃａｍｒａｓ他による「向上した光抽出効率を有する発光ダイオード」という名称の米国特許出願番号第０９／６６０，３１７号、及び２００１年５月３０日出願のＤｏｕｇｌａｓ Ｐｏｃｉｕｓによる「向上した光抽出のための発光素子表面上の光学要素の形成」という名称の公告番号２００２／０１４１００６を有する米国特許出願番号第０９／８２３，８４１号に説明されており、これらは本出願と同じ出願人を有し、本明細書において引用により組み込まれている。更に、上述のＬＥＤダイ１０４に光学要素を結合する処理は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，５０２，３１６号及び第５，３７６，５８０号に開示された素子を用いて実施することができ、この素子は、以前に半導体ウェーハを高温高圧で相互に結合させるために使用されている。これらの開示された素子は、ＬＥＤダイ及び光学要素に適応させるために必要であれば修正することができる。代替的に、上述の結合処理は、従来型の垂直プレスを用いて実施することができる。
【００２４】
熱結合処理が原因で、光学要素１０１とＬＥＤダイ１０４の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致は、加熱又は冷却の時の光学要素１０２にＬＥＤダイ１０４からの分離を引き起こす場合があることに注意すべきである。従って、光学要素１０２は、ＬＥＤダイ１０４のＣＴＥとほぼ一致するＣＴＥを有する材料で形成されるべきである。加えて、ＣＴＥをほぼ一致させることは、結合層１２２及び光学要素１０２によってＬＥＤダイ１０４内に誘起される応力を低下させる。ＣＴＥが適切に一致すれば、光学要素に結合することができるＬＥＤダイの寸法を熱膨張が制限することはなく、従って、光学要素１０２は、例えば１６mm2まで又はそれ以上の大型ＬＥＤダイ１０４に結合することができる。
【００２５】
図２は、複数のＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃ（集合的にＬＥＤダイ２０４とも称する）がサブマウント２０６に装着されている実施形態を示している。図２においては、ＬＥＤダイ２０４が特定の半導体層を示さずに概略的に表されている。しかし、ＬＥＤダイ２０４は、上記で説明したＬＥＤダイ１０４と同様なものとすることができることを理解すべきである。
ＬＥＤダイ２０４は、上述と同様にサブマウント２０６に各々装着される。ＬＥＤダイ２０４がサブマウント２０６に装着されると、個々の光学要素２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃは、ＬＥＤダイ２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃに上述のような様式でそれぞれ結合される。
【００２６】
必要に応じて、ＬＥＤダイ２０４は、同種のＬＥＤとすることができ、同じ波長の光を発生することができる。別の実施例では、１以上のＬＥＤダイ２０４が様々な波長の光を発生することができ、それらは、混合した時に例えば白色光である望ましい相関色温度（ＣＣＴ）の光を発生させるのに使用することができる。別の光学要素（図２に示されない）を用いて光学要素２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃを覆い、光の混合を助けることができる。
【００２７】
図３は、サブマウント３０６に装着された複数のＬＥＤダイ３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃ（集合的にＬＥＤダイ３０４とも称する）、及びＬＥＤダイ３０４に結合した単一光学要素３０２を含むＬＥＤ素子３００の実施形態である。ＬＥＤダイ３０４は、上記で説明したＬＥＤダイ１０４と同種のものとすることができる。
図３に示すような複数のＬＥＤダイ３０４を有する単一光学要素３０２の使用は、ＬＥＤダイ３０４を相互に接近させてサブマウント３０６に装着することができるという点で有利である。光学構成要素は、それが結合されるＬＥＤダイよりも大きい設置面積を通常有し、従って、別々の光学要素を有するＬＥＤダイの配置は、光学要素の寸法によって制約される。
【００２８】
ＬＥＤダイ３０４がサブマウントに装着された後、ＬＥＤダイ３０４の上面には、例えば、バンプ３２０の高さ及びダイの厚みの相違に基づく僅かな高さの変動がある場合がある。単一光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に熱結合される時に、ＬＥＤダイ３０４の高さにおけるいかなる相違もバンプ３２０の柔軟性によって受容することができる。
ＬＥＤダイ３０４への光学要素３０２の熱結合処理中に、サブマウント３０６の加熱及び冷却に起因してＬＥＤダイ３０４が側方に動く場合がある。Ａｕのようないくつかのバンプ３２０を用いた時、バンプ３２０の柔軟性は、ＬＥＤダイ３２０の側方移動を受容するのには不十分である。従って、光学要素３０２の熱膨張係数（ＣＴＥ302）は、サブマウント３０６の熱膨張係数（ＣＴＥ306）とほぼ一致すべきである。ＣＴＥ302とＣＴＥ306の間にほぼ一致があれば、サブマウント３０６の膨張及び収縮によって生じるＬＥＤダイ３０４のいかなる移動も、光学要素３０２の膨張及び収縮によるものとほぼ一致することになる。これに対して、ＣＴＥ302とＣＴＥ306の間の不一致は、熱結合処理の加熱及び冷却中に、光学要素３０２からのＬＥＤダイ３０４の脱離及びＬＥＤ素子３００に対する他の損傷をもたらす可能性がある。
【００２９】
十分に小型のＬＥＤダイ３０４を用いた時は、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４自体の熱膨張を最小にすることができる。しかし、大型のＬＥＤダイ３０４を用いた時は、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４の熱膨張は大きい場合があり、従って、ＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥもまたサブマウント３０６のＣＴＥに適切に一致させるべきである。
ＬＥＤダイ３０４は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、又は、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰの組合せの素子とすることができる。一実施例において、サブマウント３０６は、ＡｌＮから生成することができ、一方、光学要素３０２は、例えば、オハラ・コーポレーションによるＳＬＡＭ６０、又はショット・グラス・テクノロジース・インコーポレーテッドから市販されているＮＺＫ７から生成することができる。別の実施例では、アルミナのサブマウント３０６を、サファイア、オハラガラスＳＬＡＨ５１、又はショットガラスＮＬＡＦ２１から生成された光学要素３０２と共に使用することができる。一部の実施例では、ＬＥＤダイ３０４とサブマウント３０６の間にバルク充填材３０５を使用することができる。バルク充填材３０５は、例えば、シリコーン又はガラスとすることができる。バルク充填材３０５は、良好な熱伝導性を有することができ、かつサブマウント３０６及びダイ３０４のＣＴＥにほぼ一致させることができる。必要に応じて、保護側面コーティングをバルク充填材３０５の代替として又はそれに加えて付加することができる。
【００３０】
一実施例においては、ＬＥＤダイ３０４は、同じ種類とすることができ、様々な波長又はほぼ同じ波長の光を発生することができる。代替的に、ＬＥＤダイ３０４及び／又は波長変換材料の適切な選択により、例えば、青色、緑色、及び赤色である様々な波長の光を発生させることができる。ＬＥＤダイ３０４が同じ種類である時は、ＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥはほぼ同じであることになる。ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥが光学要素３０２及びサブマウント３０６の熱膨張係数とよく一致することは、熱結合処理中のＬＥＤダイ３０４に対する脱離又は損傷の危険性をできるだけ少なくするために望ましいであろう。
【００３１】
別の実施例では、ＬＥＤダイ３０４は、様々な種類とすることができ、様々な波長の光を発生することができる。様々な種類のＬＥＤダイが使用されると、ダイのＣＴＥが変化する可能性があり、それは、全てのＬＥＤダイ３０４に関するＣＴＥを光学要素３０２及びサブマウント３０６のＣＴＥと一致させることを困難にする。それにも関わらず、ＬＥＤダイ３０４のＣＴＥにできるだけ近いＣＴＥを有する光学要素３０２及びサブマウント３０６の慎重な選択により、熱結合処理中のダイ３０４の脱離又は素子３００に対する他の損傷に関連する問題を最小にすることができる。加えて、例えば、約１mm2未満の面積である比較的小型のＬＥＤダイ３０４の使用により、複数のダイ３０４への単一光学要素３０２の熱結合に関連する問題もまた緩和される。バルク充填材３０５の使用もまた、熱結合処理又は作動中の素子に対する損傷を防止することができる。
【００３２】
図３に示すように、一実施例においては、光学要素３０２は、燐光体コーティングのような波長変換材料３１０によって覆うことができる。一実施形態では、波長変換材料３１０はＹＡＧである。図４は、そのような素子を製造する一実施例の流れ図である。図４に示すように、ＬＥＤダイ３０４がサブマウント３０６に装着され（段階４０２）、光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に結合される（段階４０４）。光学要素３０２がＬＥＤダイ３０４に結合された後、波長変換材料３１０の層は、光学要素３０２の上に堆積される（段階４０６）。次に、素子は、例えば、ＬＥＤダイ３０４の活性領域に亘る電圧の印加及び素子によって発生する光の検出によって試験される。素子が望ましい波長を発生しない時（段階４１０）、波長変換材料の厚みは、例えば、光学要素３０２の上への追加の波長変換材料３１０の堆積又はエッチング又は溶解による波長変換材料の一部の除去によって変更され（段階４１１）、素子が再び試験される（段階４０８）。望ましい波長の光が発生したらこの処理は終了する。
【００３３】
従って、波長変換材料３１０コーティングの厚みは、ＬＥＤダイ３０４によって発生する光に応じて制御され、高度に再現性のある相関色温度がもたらされる。更に、波長変換材料３１０の堆積がＬＥＤダイ３０４によって発生する特定の波長に応じているので、ＬＥＤダイ３０４によって発生する光の波長の変動を適合させることが可能となる。従って、有用な波長範囲外の波長を有する光を発生するとして棄却されるＬＥＤダイ３０４は僅かになることになる。
光学要素を波長変換材料で覆う処理は、図１Ｂ及び図２に示す実施形態にも同様に適用することができることを理解すべきである。
【００３４】
別の実施例では、波長変換材料のコーティングは、ＬＥＤダイと光学要素の間の例えば結合層３２２の内部、その上、又はその下に置かれる。一例として、図５は、サブマウント５０４に装着されて、光学要素５０６に結合層５０８を通じて結合したダイ５０２を示し、波長変換材料５１０は、結合層５０８と光学要素５０６との間に配置される。波長変換材料５１０は、ＬＥＤダイ５０２への光学要素５０６の結合の前又はその間に光学要素５０６の底面に結合層５０９によって結合することができる。波長変換材料５１０は、例えば、燐光体含浸ガラス又は波長変換セラミックとすることができ、この材料は、独立して成形され、次にＬＥＤダイ５０２及び光学要素５０６に結合される。一部の実施形態では、波長変換材料は、ＬＥＤダイ５０２及び光学要素５０６の一方又は両方に直接に結合することができる。一実施形態では、光学要素５０６、ＬＥＤダイ５０２、及び波長変換材料５１０は、同時に一緒に結合させることができる。別の実施形態では、波長変換材料５１０は、例えば結合層５０９が結合層５０８よりも高い結合温度を有する時には、最初に光学要素５０６に結合させることができ、次に、ＬＥＤダイ５０２に結合させることができる。燐光体含浸ガラスのような適切な波長変換材料は、本出願と同じ出願人を有して本明細書において引用により組み込まれている、Ｐａｕｌ Ｓ．Ｍａｒｔｉｎ他による２００４年６月９日申請の「予め作成された波長変換要素を有する半導体発光素子」という名称の米国特許出願番号第１０／８６３，９８０号により詳細に説明されている。
【００３５】
図６は、波長変換材料５２０が光学要素５０６の結合の前に又はその間にＬＥＤダイ５０２に直接（及び、任意的に、ＬＥＤダイ５０２の縁部の上に）結合される以外は図５に示す実施形態と同様の別の実施形態を示している。従って、図６に示すように、波長変換材料５２０は、ＬＥＤダイ５０２と結合層５０９の間に置かれている。必要に応じて、波長変換材料の追加層を上述のような図５及び図６の光学要素５０６の上に堆積させることができる。
別の実施例においては、波長変換材料のコーティングは、ＬＥＤダイの上に、例えば、ガラス、エポキシ、又はシリコーンの外皮上に外皮とＬＥＤダイの間に中空空間がある状態で、遠隔に設置することができる。必要に応じて、中空空間は、シリコーン又はエポキシのような材料で充填することができる。
【００３６】
図７は、基板６０４上に装着されたＬＥＤ６０２のアレイ６００を示している。基板６０４は、ＬＥＤ６０２への電気接触を提供するために使用される電気トレース６０６を含む。ＬＥＤ６０２は、例えば、上述のように生成された燐光体変換方式の素子とすることができる。ＬＥＤ６０２は、様々なＣＣＴを有する白色光を各々が発生することができる。アレイ６００内の様々なＣＣＴを有する白色光を混合することにより、望ましいＣＣＴを有する光を発生させることができる。必要に応じて、ＬＥＤ６０２は、例えば、ガラス、プラスチック、エポキシ、又はシリコーンの透明要素６０８で覆うことができる。透明要素６０８は、例えば、エポキシ又はシリコーンで充填することができ、この要素は、光の抽出及び混合に役立ち、かつＬＥＤ６０２を保護するものである。アレイ６００があらゆる数のＬＥＤ６０２を含むことができ、必要であれば１以上のＬＥＤが非白色光を発生することができることを理解すべきである。更に、必要に応じて、複数のＬＥＤ６０２は、単一光学要素６０３に結合することができ、又は１以上のＬＥＤ６０２は、光学要素６０３を含まなくてもよい。
【００３７】
図７に示すように、個々の又は群のＬＥＤ６０２は、例えば、基板６０４上のトレース６０６に電気的に接続したコントローラ６１０によって独立に制御することができる。ＬＥＤ６０２又はＬＥＤ６０２の群の独立制御により、例えば８５を超える高い演色性を一定の輝度で実現することができる。更に、アレイ６００によって発生する白色点は、例えば、３０００Ｋから６０００Ｋの大きい範囲に亘って調整することができる。一例として、白色光を発生するいくつかの燐光体変換（ＰＣ）青色ＬＥＤを青色、シアン色、アンバー色、及び赤色のような様々な色のＬＥＤと組合せて使用することができ、望ましいＣＣＴを有する光が形成される。図８のグラフに示すように、燐光体変換青色ＬＥＤは、青色領域内のピークと共に緑色領域内に広いスペクトル（７０２）を有する光を発生する。燐光体の厚みは、スペクトルの緑色部分及び青色部分の両方に対してほぼ等しいピーク値が発生するように調整することができる。図９は、図８に示すスペクトルに関するＣＩＥ色度図を示し、黒体線７５４の上方のｘ及びｙ色座標７５２が表されている。言うまでもなく、必要に応じて他の領域にピークを有するスペクトルを発生するＰＣのＬＥＤを使用することもできる。代替的に、必要に応じて様々なスペクトル、すなわち、様々なＣＣＴを有する白色光を発生するＰＣのＬＥＤを一緒に使用することができる。
【００３８】
図７のアレイ６００内のＬＥＤ６０２の大部分は、図８に示すスペクトルを発生するＰＣのＬＥＤとすることができる。図７に示す残りのＬＥＤ６０２は、例えば、青色、シアン色、アンバー色、及び赤色を発生するＬＥＤであるカラーＬＥＤとすることができる。カラーＬＥＤの輝度は、コントローラ６１０によって調整することができる。全パワーＰＣのＬＥＤとカラーＬＥＤとの組合せは、図１０に表されるようなほぼ連続のスペクトルを発生する。図１０は、ＰＣのＬＥＤからのスペクトル７０２が青色、シアン色、アンバー色、及び赤色ＬＥＤからのスペクトル７０４、７０６、７０８、及び７１０と共に結合してスペクトル７２０を形成していることを示すグラフである。図１１に示されているＣＩＥ色度図の一部分に表されるように、カラーＬＥＤの輝度を変化させることにより、黒体線７６４の一部を覆う区域を取得することができる。一例として、２９個のＰＣのＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤを含む一実施形態は、８５から９５の演色性及び３２００Ｋから５８００ＫのＣＣＴを有する８００ルーメンの輝度を発生することができる。図１２は、２９個のＰＣのＬＥＤ及び１２個のカラーＬＥＤのアレイに関する可変ＣＣＴを表すＣＩＥ色度図の一部分を示している。言うまでもなく、あらゆる数のＰＣのＬＥＤ及びカラーＬＥＤを使用することができる。
本発明は、説明目的のために特定的な実施形態に関連して示されたが、本発明はこれに限定されない。様々な適応及び修正を本発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。従って、特許請求の精神及び範囲は、以上の説明に限定されるべきではない。
【００３９】
以下に本発明の実施形態を記載する。
（実施形態１）少なくとも１つの発光素子ダイを接点要素を通じてサブマウントに装着する段階と、
光学要素を前記少なくとも１つの発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に結合する段階と、を含み、
前記少なくとも１つの発光素子ダイへの前記光学要素の結合は、該光学要素と該少なくとも１つの発光素子ダイとの間に配置された結合層によって達成される、ことを特徴とする方法。
（実施形態２）前記結合層は、無機材料を含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態３）結合する段階は、
前記光学要素、前記結合層、前記発光素子ダイ、及び前記サブマウントの温度を前記接点要素の融点よりも低い温度まで昇温させる段階と、
前記光学要素及び前記発光素子ダイを一緒に押圧するように圧力を印加し、それによって前記結合層を通じて該光学要素を該発光素子ダイに結合する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態４）前記温度は、前記発光素子ダイと前記サブマウントを装着するのに使用される温度よりも高い温度に昇温されることを特徴とする実施形態３に記載の方法。
（実施形態５）前記接点要素は、前記発光素子ダイの底面及び前記サブマウントの上面の少なくとも一方に置かれ、該接点要素は、該発光素子ダイと該サブマウントの間の電気接触を提供することを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態６）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態５に記載の方法。
（実施形態７）前記少なくとも１つの発光素子ダイを前記サブマウントに装着するのに使用される温度は、約２５０℃未満であることを特徴とする実施形態４に記載の方法。
（実施形態８）前記光学要素を前記少なくとも１つの発光素子ダイに結合するのに使用される温度は、約４００℃未満であることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態９）前記光学要素と前記発光素子ダイの間の前記結合層は、テルルの酸化物、タングステンの酸化物、鉛の酸化物、及び亜鉛の酸化物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１０）前記光学要素と前記発光素子ダイの間の前記結合層は、ナトリウムの酸化物、カリウムの酸化物、リチウムの酸化物、及び亜鉛のフッ化物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１１）複数の発光素子ダイが、前記サブマウントに装着されることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１２）１つの光学要素が、前記複数の発光素子ダイに結合されることを特徴とする実施形態１１に記載の方法。
（実施形態１３）ほぼ一致する熱膨張係数を有するように前記サブマウント及び前記１つの光学要素を選択する段階を更に含むことを特徴とする実施形態１２に記載の方法。
（実施形態１４）別々の光学要素が、前記複数の発光素子ダイの各々に結合されることを特徴とする実施形態１１に記載の方法。
（実施形態１５）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階を更に含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１６）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階は、
前記光学要素の上に前記変換材料の層を堆積させる段階と、
順方向バイアス電流を前記発光素子ダイに印加した時に素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
望ましい波長の光が発生するまで、前記波長変換材料の層の厚みを繰返し変更し、前記素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態１５に記載の方法。
（実施形態１７）前記少なくとも１つの発光素子ダイと前記光学要素の間に、該発光素子ダイに該光学要素を結合する前に、波長変換材料の層を配置する段階を更に含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態１８）前記波長変換材料の層は、前記光学要素の底面及び前記発光素子ダイの上面の少なくとも一方に結合されることを特徴とする実施形態１７に記載の方法。
（実施形態１９）前記光学要素は、波長変換材料を含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
（実施形態２０）前記発光素子ダイは、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【００４０】
（実施形態２１）第１の熱膨張係数を有するサブマウントを準備する段階と、
複数の発光素子ダイを準備する段階と、
前記サブマウントに前記複数の発光素子ダイを装着する段階と、
前記第１の熱膨張係数とほぼ同じ第２の熱膨張係数を有する光学要素を準備する段階と、
前記複数の発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に、前記光学要素を結合する段階と、を含むことを特徴とする方法。
（実施形態２２）前記複数の発光素子ダイを前記サブマウントに装着する段階は、熱圧着法及び熱音波結合法の一方を用いて実施されることを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
（実施形態２３）前記光学要素を前記複数の発光素子ダイに結合する段階は、該光学要素、該発光素子ダイ、及び前記サブマウントの温度を該複数の発光素子ダイと該サブマウントを装着するのに使用される温度よりも高い温度に昇温させる段階と、該光学要素及び該発光素子ダイを一緒に押圧するように圧力を印加する段階とを含むことを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
（実施形態２４）前記発光素子ダイ及び前記サブマウントの少なくとも一方は、該発光素子ダイと該サブマウントの間の電気接触を提供する接点要素を含み、
前記光学要素を前記複数の発光素子ダイに結合する温度は、前記接点要素の融点よりも低い、ことを特徴とする実施形態２３に記載の方法。
（実施形態２５）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態２４に記載の方法。
（実施形態２６）前記複数の発光素子ダイの熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数とほぼ同じであることを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
（実施形態２７）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階を更に含むことを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
（実施形態２８）前記光学要素の上に波長変換材料のコーティングを堆積させる段階は、
前記光学要素の上に前記変換材料の層を堆積させる段階と、
順方向バイアス電流を前記発光素子ダイに印加した時に素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
望ましい波長の光が発生するまで、前記波長変換材料の層の厚みを繰返し変更し、前記素子によって発生する光の波長を判断する段階と、
を含む、ことを特徴とする実施形態２７に記載の方法。
（実施形態２９）前記発光素子ダイの各々は、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態２１に記載の方法。
【００４１】
（実施形態３０）サブマウントと、
前記サブマウントに装着された複数の発光素子ダイと、
前記複数の発光素子ダイの各々の表面に結合した単一光学要素と、
を含むことを特徴とする装置。
（実施形態３１）前記サブマウントの上面及び前記発光素子ダイの底面の少なくとも一方に置かれた接点要素を更に含み、該発光素子ダイは、該接点要素を通じて該サブマウントに電気的に結合されることを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３２）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成されることを特徴とする実施形態３１に記載の装置。
（実施形態３３）前記光学要素の上の波長変換材料のコーティングを更に含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３４）前記光学要素と少なくとも複数の前記発光素子ダイとの間の波長変換材料の層を更に含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３５）前記サブマウント及び前記光学要素は、ほぼ同じ熱膨張係数を有する材料で形成されることを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３６）前記発光素子ダイは、前記サブマウントの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有することを特徴とする実施形態３５に記載の装置。
（実施形態３７）前記光学要素と前記発光素子ダイの各々との間の結合材料の層を更に含み、該結合層は、無機材料を含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
（実施形態３８）前記発光素子ダイの各々は、少なくとも１つが光を放射する活性領域である半導体層のスタックと、該活性領域に亘って電圧を印加するために電気的に結合され、該スタックの同じ側に配置された第１の接点及び第２の接点とを含むことを特徴とする実施形態３０に記載の装置。
【００４２】
（実施形態３９）少なくとも１つの発光素子ダイを接点要素を用いて第１の温度でサブマウントに装着する段階と、
前記少なくとも１つの発光素子ダイに、該発光素子ダイが前記サブマウントに装着された後に、前記第１の温度よりも高い第２の温度で光学要素を結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
（実施形態４０）前記発光素子ダイは、熱音波法によって前記サブマウントに装着されることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４１）前記第２の温度は、約１５０℃から４５０℃の間であることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４２）前記接点要素は、第３の温度で溶融し、
前記第２の温度は、前記第３の温度よりも低い、
ことを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
（実施形態４３）前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成したバンプ及びパッドのうちの少なくとも１つであることを特徴とする実施形態３９に記載の方法。
【００４３】
（実施形態４４）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、テルルの酸化物を含む結合層と、
前記発光素子に電気的に接続したサブマウントと、
を含むことを特徴とする素子。
（実施形態４５）前記サブマウントは、セラミックを含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４６）前記サブマウントは、ＡｌＮ、アルミナ、及びＳｉの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４７）前記サブマウントを前記発光素子に電気的に接続する接点要素を更に含み、
前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成される、
ことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４８）前記光学要素は、サファイア、ＳｉＣ、酸窒化アルミニウム、ジルコニア酸化物、ＧａＮ、ＡｌＮ、スピネル、ＧａＰ、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び透明アルミナの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４４に記載の素子。
（実施形態４９）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び亜鉛の酸化物の群から選択された材料を含む結合層と、
を含むことを特徴とする素子。
（実施形態５０）前記発光素子に電気的に接続したサブマウントを更に含むことを特徴とする実施形態４９に記載の素子。
（実施形態５１）前記サブマウントは、セラミックを含むことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５２）前記サブマウントは、ＡｌＮ、アルミナ、及びＳｉの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５３）前記サブマウントを前記発光素子に電気的に接続する接点要素を更に含み、
前記接点要素は、Ａｕ及びＡｕＳｎの少なくとも一方を含む材料で形成される、
ことを特徴とする実施形態５０に記載の素子。
（実施形態５４）前記光学要素は、サファイア、ＳｉＣ、酸窒化アルミニウム、ジルコニア酸化物、ＧａＮ、ＡｌＮ、スピネル、ＧａＰ、ＺｎＳ、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び透明アルミナの群から選択された材料を含むことを特徴とする実施形態４９に記載の素子。
【００４４】
（実施形態５５）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子を準備する段階と、
光学要素を準備する段階と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された結合層によって達成される、該半導体発光素子を該光学要素に結合する段階と、を含み、
前記結合層は、テルルの酸化物、鉛の酸化物、タングステンの酸化物、及び亜鉛の酸化物の群から選択された材料を含む、ことを特徴とする方法。
（実施形態５６）前記発光素子を前記光学要素に結合するのに使用される温度は、約２００℃から４００℃の間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５７）前記光学要素及び発光素子が結合温度にある時間は、約３０秒から３０分の間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５８）前記発光素子を前記光学要素に結合するのに使用される圧力は、約７００から３０００ｐｓｉの間であることを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
（実施形態５９）前記半導体発光素子を前記光学要素に結合する前に該半導体発光素子をサブマウントに結合する段階を更に含むことを特徴とする実施形態５５に記載の方法。
【００４５】
（実施形態６０）活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合した光学要素と、
前記光学要素と前記半導体発光素子の間に配置された、カルコゲニド及びカルコゲン−ハロゲニド・ガラスの群から選択された材料を含む結合層と、
を含むことを特徴とする素子。
【符号の説明】
【００４６】
１０２ 透明光学要素
１０４ 発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ
１０６ サブマウント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＬＥＤダイをサブマウントに装着する段階と、
光学要素を前記ＬＥＤダイに結合する段階と、
前記光学要素の上に波長変換層を堆積させる段階と、
前記ＬＥＤダイと前記波長変換層によって生成される光の波長を検出する段階と、
前記波長変換層の厚さを変更する段階と、を含む方法。
【請求項２】
前記波長変換層の厚さを変更する段階は、付加的に波長変換材料を堆積する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記波長変換層の厚さを変更する段階は、波長変換材料を除去する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記除去する段階は、波長変換材料をエッチングする段階を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記除去する段階は、波長変換材料を溶解する段階を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記波長変換層の厚さを変更する段階の後に、前記ＬＥＤダイと前記波長変換層によって生成される光の波長を検出する段階を再び行う、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
発光素子を準備する段階と、
前記発光素子の上に波長変換材料の層を堆積させる段階と、
前記発光素子と前記波長変換材料の組み合わせによって放射された光の波長スペクトルを判断する段階と、
前記発光素子上の波長変換材料の量を変更する段階と、を含む方法。
【請求項８】
望ましい波長スペクトルの光が生成されるまで、前記発光素子と前記波長変換材料の組み合わせによって放射された光の波長スペクトルを判断し、前記発光素子上の波長変換材料の量を変更することを繰り返し行う段階を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
望ましい波長スペクトルの光が発生されることは、望ましい相関色温度が生成されることである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記波長変換材料の量を変更する段階は、波長変換材料を除去する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長変換材料の量を変更する段階は、付加的に波長変換材料を堆積する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記発光素子の上に波長変換材料の層を堆積させる段階は、前記発光素子の上の光学要素に波長変換材料を堆積させる段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記発光素子は発光ダイオードである、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
光を放射する活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合された、補正波長変換部材と、を備え、
前記補正波長変換部材は、最初に前記半導体発光素子に結合された波長変換材料の量とは異なった波長変換材料の量を有し、前記補正波長変換部材の波長変換材料の量が望ましい波長スペクトルを生成するのに十分であるように補正されている、素子。
【請求項１５】
前記望ましい波長スペクトルを生成することは、望ましい相関色温度を生成することである、請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子に最初に結合されたものよりも少ない波長変換材料を有するように補正された波長変換部材からなる、請求項１４に記載の素子。
【請求項１７】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子の上の光学要素に堆積されている、請求項１４に記載の素子。
【請求項１８】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子に最初に結合されたものよりも多い波長変換材料を有するように補正された波長変換部材からなる、請求項１４に記載の素子。
【請求項１９】
前記発光素子は、サブマウント上に装着されている、請求項１４に記載の素子。
【請求項１】
少なくとも１つのＬＥＤダイをサブマウントに装着する段階と、
光学要素を前記ＬＥＤダイに結合する段階と、
前記光学要素の上に波長変換層を堆積させる段階と、
前記ＬＥＤダイと前記波長変換層によって生成される光の波長を検出する段階と、
前記波長変換層の厚さを変更する段階と、を含む方法。
【請求項２】
前記波長変換層の厚さを変更する段階は、付加的に波長変換材料を堆積する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記波長変換層の厚さを変更する段階は、波長変換材料を除去する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記除去する段階は、波長変換材料をエッチングする段階を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記除去する段階は、波長変換材料を溶解する段階を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記波長変換層の厚さを変更する段階の後に、前記ＬＥＤダイと前記波長変換層によって生成される光の波長を検出する段階を再び行う、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
発光素子を準備する段階と、
前記発光素子の上に波長変換材料の層を堆積させる段階と、
前記発光素子と前記波長変換材料の組み合わせによって放射された光の波長スペクトルを判断する段階と、
前記発光素子上の波長変換材料の量を変更する段階と、を含む方法。
【請求項８】
望ましい波長スペクトルの光が生成されるまで、前記発光素子と前記波長変換材料の組み合わせによって放射された光の波長スペクトルを判断し、前記発光素子上の波長変換材料の量を変更することを繰り返し行う段階を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
望ましい波長スペクトルの光が発生されることは、望ましい相関色温度が生成されることである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記波長変換材料の量を変更する段階は、波長変換材料を除去する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長変換材料の量を変更する段階は、付加的に波長変換材料を堆積する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記発光素子の上に波長変換材料の層を堆積させる段階は、前記発光素子の上の光学要素に波長変換材料を堆積させる段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記発光素子は発光ダイオードである、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
光を放射する活性領域を有する半導体層のスタックを含む半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に結合された、補正波長変換部材と、を備え、
前記補正波長変換部材は、最初に前記半導体発光素子に結合された波長変換材料の量とは異なった波長変換材料の量を有し、前記補正波長変換部材の波長変換材料の量が望ましい波長スペクトルを生成するのに十分であるように補正されている、素子。
【請求項１５】
前記望ましい波長スペクトルを生成することは、望ましい相関色温度を生成することである、請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子に最初に結合されたものよりも少ない波長変換材料を有するように補正された波長変換部材からなる、請求項１４に記載の素子。
【請求項１７】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子の上の光学要素に堆積されている、請求項１４に記載の素子。
【請求項１８】
前記補正波長変換部材は、前記半導体発光素子に最初に結合されたものよりも多い波長変換材料を有するように補正された波長変換部材からなる、請求項１４に記載の素子。
【請求項１９】
前記発光素子は、サブマウント上に装着されている、請求項１４に記載の素子。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３８８７１（Ｐ２０１２−２３８８７１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６０３５０（Ｐ２０１２−１６０３５０）
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【分割の表示】特願２００５−３５６９１５（Ｐ２００５−３５６９１５）の分割
【原出願日】平成１７年１１月１１日（２００５．１１．１１）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【分割の表示】特願２００５−３５６９１５（Ｐ２００５−３５６９１５）の分割
【原出願日】平成１７年１１月１１日（２００５．１１．１１）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
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