発光装置
発光装置は第１波長範囲の光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ（「横方向」または「縦方向」伝導）および前記チップを格納するためのパッケージを含む。前記パッケージは、その上に前記ＬＥＤチップが取り付けられる熱伝導性基板（銅）、およびその中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーを含む。前記穴は、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がその中にそれぞれのチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように構成される。各々のリセスは少なくとも１つの蛍光体材料と透明材料の混合物で少なくとも部分的に充填される。「横方向」伝導性ＬＥＤチップを有する装置中では、ＰＣＢが前記基板上に取り付けられ、かつ各々のチップが前記基板に直接取り付けられるように構成される複数の貫通穴を含む。「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを有する装置においては、前記ＬＥＤチップはダイヤモンド状炭素膜上に取り付けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参考として、それらの内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年５月１７日に出願された、Hwa SUらによる「Light Emitting Device」と題される米国特許出願第１２／７８１，１９４号、および２００９年５月２０日に出願された、Hwa SUらによる「Light Emitting Device」と題される米国特許仮出願第６１／１８０，０６５号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、発光装置および、特にそのような装置のためのパッケージ配置に関する。具体的には、限定的にではないが、本発明は、目的とする放出生成物色を発生するための１つ以上の蛍光体（フォトルミネセンス）材料を含む発光装置に関する。さらに、本発明の実施態様は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく高放出強度（すなわち光束５００ルーメンを超える）を伴う一般照明用の白色光発生装置に関係するが、それに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
白色光放出ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は当技術分野において既知であり、かつ比較的最近の技術革新である。ＬＥＤが電磁スペクトル中の青色／紫外線部分を放出するようになってようやく、ＬＥＤに基づく白色光源の開発が実用的になった。たとえば、米国特許第５，９９８，９２５号で教示されるように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出される放射の一部分を吸収し、かつ異なる色（波長）の放射を再放出する、１つ以上のフォトルミネセンス材料である蛍光体材料を含む。一般的に、前記ＬＥＤチップは青色光を発生し、かつ前記蛍光体材料は前記青色光のある割合を吸収し、かつ黄色光または緑色と赤色光、緑色と黄色光、または黄色と赤色光の組み合わせを再放出する。前記ＬＥＤによって発生された前記青色光の、前記蛍光体材料によって吸収されず、前記蛍光体材料によって放出される光と組み合わされる部分は、人間の目にはほとんど白色に見える光を与える。
【０００４】
現在、従来の白熱電球、ハロゲン反射型電球、および蛍光灯のエネルギー効率の良い代替として高輝度白色ＬＥＤを使用することついて、多くの関心がある。ＬＥＤを利用する照明装置のほとんどは、複数のＬＥＤが前記従来の光源構成要素に取って代わる配置を含む。現存するそのような発光装置、具体的には一般的に光束５００ルーメン以上（すなわち一般的に５Ｗ〜１０Ｗの入力電力）の放出を必要とする一般照明を目的とする白色光放出装置がかかえる１つの問題点は、温度管理、および、具体的にはそのような装置によって発生する熱を十分放散させることである。さらなる問題点は、相関色温度（ＣＣＴ）および／または前記装置によって放出される光の光束における重大な変化を引き起こしうる、蛍光体材料の経時的な熱的劣化である。一般的には、前記パッケージ装置は、熱を放散させるためにヒートシンクまたは他の大型サーマルマスの上に取り付けられる。しかしながら、前記パッケージの熱抵抗のために、前記ＬＥＤチップ（ダイ）から、多くの場合たとえば高温ポリマーまたはセラミックのような電気的絶縁材料で組み立てられている前記パッケージを通して、十分に熱を移動させることが困難となる。
【０００５】
白色ＬＥＤパッケージの１つの実施例はChouらへの米国同時係属出願特許公開番号第２００９／２９４７８０Ａ１号（２００９年１２月３日に公開された）に開示されている。図１にそのようなパッケージの概略断面図を示す。前記白色光放出装置１０は、たとえば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）パッケージのような高温パッケージ１４内に入れられた、青色（すなわち波長約４００〜４８０nm）面発光ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１２の正方形アレイを含む。前記パッケージ１４は、上部表面に、その各々がそれぞれのＬＥＤチップ１２を受け入れるように構成される円形のリセス（カップ溝）１６の正方形アレイを有する。前記パッケージ１４は、各々のリセス１６の底部に電気接点パッドおよび熱伝導性の取り付けパッド２０の輪郭を形成する導電性トラック１８のパターンをさらに含む。前記取り付けパッド２０は、前記パッケージの基部上で、熱伝導性ビア２４のアレイによって対応する取り付けパッド２２と熱的に接続している。前記パッケージ１４はさらに、前記装置に電力を供給するために、電気的コネクタ２６、２８を前記パッケージの基部上に含む。各々のＬＥＤチップ１２は、たとえば熱伝導接着剤または共晶はんだを用いてそれぞれのリセス１６の取り付けパッド２０に取り付けられる。ＬＥＤチップ１２の上部表面上の電極接点は、ボンドワイヤ３０で、前記リセスの底部の対応する電気接点パッドと電気的に接続し、かつ各々のリセス１６は、前記ＬＥＤチップ１２の露出した表面が蛍光体／ポリマー材料の混合物で被覆されていることを保証するために、一般的には粉状蛍光体材料３４が詰まっているシリコーンである透明ポリマー材料３２で完全に充填されている。前記装置の放出強度（光束）を改善するために、各々のリセスが反射体を含むように、前記リセスの壁は傾斜している。そのような装置のパッケージの電気的および熱的（すなわち熱抵抗は一般的に８〜１０℃／Ｗ）挙動は両方とも良好であるが、そのようなパッケージの組立てが比較的高価であるため、コスト効率良く適用することには限界がある。
【０００６】
他のパッケージ配置は、前記ＬＥＤチップをメタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に直接取り付け、かつその後前記ＬＥＤチップを蛍光体封入材で封入することを含む。そのような構成は多くの場合チップオンボード（ＣＯＢ）配置と称される。公知のごとく、ＭＣＰＣＢは、一般的にアルミニウムの熱伝導性の基部、電気的非伝導性／熱伝導性の絶縁層、および一般的に銅でできている導電性回路層を含む層状構造を含む。回路層上に取り付けられる構成要素から前記基部に熱を伝えられるように、前記絶縁層は極めて薄い。Liらへの「Light emitting devices with phosphor wavelength conversion and methods of manufacture thereof」と題される米国同時係属出願特許番号第１２／６８９，４４９号（２０１０年１月１９日に出願された）に開示されているように、前記蛍光体封入材は前記ＬＥＤチップ上で成形される実質的にはコンフォーマルコーティングの形態でありうる。もう一つの方法として、Liらへの「Light emitting devices with phosphor wavelength conversion」と題される米国同時係属出願特許番号第１２／６３９，６８８号（２００９年１２月１６日に出願された）に開示されているように、前記蛍光体材料を、蒸気／気体に気密の密閉容器を形成するために前記ＬＥＤチップを覆って取り付けられる光透過性半球形シェルの内表面上に供給することができる。たとえばモールディングで、前記ＬＥＤチップを覆って形成される半球形レンズ内に前記蛍光体材料を組み込むことも公知である。ＭＣＰＣＢの熱抵抗は優れていて、１．５℃／Ｗまで低く抑えることができるが、そのようなパッケージ配列、具体的には個々のＬＥＤチップに蛍光体材料を当てるコストは、高度に競争の激しいコストに敏感な一般照明分野の中では極めて高価である。さらには、そのようなパッケージ配列では、安定したＣＣＴを有する装置を製造することが困難でありうる。
【０００７】
ＬＥＤチップのアレイをＭＣＰＣＢ上に取り付け、その後前記ＬＥＤチップのアレイ全体を、ＬＥＤのアレイを囲むようにＭＣＰＣＢに取り付けられた外側のフレーム（たとえば円形の環状フレーム）の中に含まれる蛍光体の被覆で封入することも提案されてきた。単一リセスを伴うパッケージを組立てることは容易であるが、そのような配置は、隣接するチップ間の領域を充填する追加の蛍光体材料を必要とし、かつそのような蛍光体材料は面発光ＬＥＤチップが光を発生するのにほとんどあるいは全く寄与しない。前記追加の蛍光体材料は光を吸収しえて装置の全体の光の放出を低減しうると考えられる。初期の実験では、いくつかのＬＥＤチップを格納する単一リセスを伴うパッケージは、同数のＬＥＤチップが各々対応する空洞に格納される（たとえば７０〜８０lm／Ｗ）パッケージと比較して、より低い発光効率（たとえば５０〜５５lm／Ｗ）を有することを示唆する。さらに、単一リセスが多数のＬＥＤチップを格納する装置内では、前記蛍光体材料の熱的劣化がより激しい可能性があると考えられる。
【０００８】
ＭＣＰＣＢに匹敵する熱抵抗を有し、かつ１つ以上の蛍光体材料が容易に適用できる、より安価な発光装置パッケージへの必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、良好な熱特性、具体的には、少なくとも５００ルーメンの光束の光を発生するＬＥＤチップに適した低い熱抵抗を有する発光装置のパッケージ配置を提供しようとして生じた。
【００１０】
本発明に従う発光装置は第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および前記チップを格納するパッケージを含み、前記パッケージがその上に前記ＬＥＤチップが取り付けられる熱伝導性基板、および各々の穴が前記ＬＥＤのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーを含み、前記穴が、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板に連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように構成される、発光装置である。有利には、前記パッケージは約５℃／Ｗ未満の、より好ましくは約２℃／Ｗ未満の熱抵抗を有する。
【００１１】
前記装置が目的とする光の色または選択された相関色温度（ＣＣＴ）を伴う白色光を発生するために、各々のリセスを少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填することができる。前記少なくとも１つの蛍光体材料は、前記ＬＥＤチップによって放出される光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内に主波長を有する光を放出するように構成される。一般的に、前記装置の前記放出生成物は白色を呈し、かつ第１および第２波長範囲内の光の組み合わせを含む。もう一つの方法として、前記装置の前記放出生成物は少なくとも１つの蛍光体材料によって発生された光を含むことができる。各々のＬＥＤチップにそれぞれのリセスを当てることは、ＬＥＤチップのアレイを格納するために単一リセスを用いる公知のパッケージと比較した場合、必要な蛍光体材料の量が削減できる利点を与える。さらには、そのようなパッケージは公知のパッケージと比較して輝度が改善されていることが判っている。一般的に、前記カバーは基本的に平面で、かつ好都合なことに、たとえばドクターブレード、スキージまたはその同類のような柔軟性のあるブレードを用いて、前記蛍光体／ポリマー混合物を空洞カバーの表面上に塗る（引き延ばす）ことにより前記リセスを充填することができる。そのような方法の利点は、秤量された量の蛍光体を各々のリセス中に分配する必要性を解消することでコストが削減できる。
【００１２】
組立てに関しては、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができて、かつその後それぞれのリセス内の基板に取り付けることができる。もう一つの方法として、前記基板に前記ＬＥＤチップを取り付け、かつ電気的に接続することができて、かつその後前記カバーを前記基板に取り付けることができる。そのような構造のために、チップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いて、基本的に平面の基板上に前記ＬＥＤチップの取り付けおよび接続を行うことができる。
【００１３】
前記パッケージの前記熱抵抗を最少にし、かつ熱の放散を最大にするために、前記基板は可能な限り高い熱伝導率を有して、それは好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度である。前記基板は、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金のような他の金属または合金、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができるが、好ましくは金属、有利には銅または銅合金である。
【００１４】
有利には、前記カバーはまた良好な熱伝導体であり、かつ少なくとも１５０Wm-1K-1でかつ好ましくは少なくとも２００Wm-1K-1の熱伝導率を有する材料でできている。そのようなカバーは蛍光体材料の放熱を行わせ、かつ蛍光体材料の潜在的な熱的劣化を低減することができる。前記カバーは、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金のような他の金属または合金、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができるが、好ましくは金属、有利には銅または銅合金を含む。
【００１５】
両方のＬＥＤ電極が、一般的に面発光ＬＥＤの発光面である同一面上に位置する「横方向」伝導構造を有するＬＥＤチップを対象とする１つの配置においては、前記装置は、各々のチップが前記基板に直接取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する前記基板上に取り付けられる電気回路配置をさらに含む。本明細書においては、「直接取り付けられる」とは、介在層なしで直接熱的にやり取りできるように取り付けられることを意味し、そして前記チップを前記基板にはんだ付けすることを含む。各々のＬＥＤチップはたとえばボンドワイヤを用いて電気的に前記回路配置に接続する。前記回路配置は好ましくはたとえばFR-4 PCBのようなプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。このパッケージ配置の１つの具体的な利点は、各々のＬＥＤチップが高熱伝導率の基板と熱的に直接やり取りできるように取り付けられ、かつこのことが公知の解決策に比べて、チップの非常に低い熱抵抗および改善された放熱を実現することである。加えて、前記ＬＥＤチップの電気的接続を実現するために前記チップを覆う回路層を用いることは、前記基板からの完全な電気的絶縁を保証する。このことは、多くの場合１１０Ｖまたは２２０Ｖの高圧交流電流の供給で作動することが求められる、一般照明への使用を目的とした装置にとって有益である。
【００１６】
前記ＬＥＤ電極が前記チップの互いの反対面に位置する「縦方向」伝導構造を有するＬＥＤチップの代替のパッケージ配置においては、前記ＬＥＤチップは前記基板の表面上の回路配置に取り付けられ、かつ電気的に接続する。この配置では、前記ＬＥＤチップは直接前記基板に取り付けられない。前記回路配置は好ましくは、その表面上に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性がある層を含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる。前記熱伝導性層は好ましくは、「無定形炭素」または「非晶質ダイヤモンド」とも称されるダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）を含む。前記ＤＬＣは好ましくは、薄膜（一般的に厚み５〜５０μm）の形態であり、たとえば化学蒸着を用いて前記基板上に堆積させることができる。
【００１７】
放出光を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、前記装置は１つ以上の前記リセスを覆う一般的にはレンズである光学的構成要素をさらに含むことができる。前記レンズは個別の構成要素の形態をとるかまたはアレイの形態に組み込むことができる。
【００１８】
本発明の他の態様に従う発光装置は、熱伝導性基板、複数のＬＥＤチップ、前記回路配置が各々のチップが前記基板上に直接取り付け可能なように構成される複数の貫通穴を有する、前記基板上に取り付けられる電気回路配置、各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含み、各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、発光装置である。
【００１９】
本発明のさらなる態様に従う発光装置は、熱伝導性基板、複数のＬＥＤチップ、その表面上に電気伝導体の配置を有し、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる電気的に絶縁性で熱伝導性がある層を含む回路配置、各々のチップが前記基板上に直接取り付け可能なように構成される複数の貫通穴を有する、前記基板上に取り付けられる電気回路配置、各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含み、各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、発光装置である。
【００２０】
本発明のその上さらなる態様に従って、第１波長範囲の光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップを含む発光装置のためのパッケージが提供され、前記パッケージは、その上に前記ＬＥＤチップが取り付け可能な熱伝導性基板、および各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がそれぞれのチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含む。
【００２１】
本発明の前記パッケージは好ましくは５℃／Ｗ未満、より好ましくは２℃／Ｗ未満の熱抵抗を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明がよりよく理解されるために、本発明の実施態様が添付の図を参照することにより、実施例のみで説明される。
【００２３】
【図１】前記に記載の公知の白色光発光装置の概略断面図である。
【図２ａ】ａ）「横方向」およびｂ）「縦方向」伝導性の面発光ＬＥＤチップ構造の概略図である。
【図２ｂ】ａ）「横方向」およびｂ）「縦方向」伝導性の面発光ＬＥＤチップ構造の概略図である。
【図３】本発明の第１実施態様に従う「横方向」伝導性ＬＥＤを用いた発光装置の概略斜視図である。
【図４】図３に記載の装置の、その構造を図示する部分斜視分解図である。
【図５】図３に記載の発光装置の、Ａ−Ａ線からの概略断面図である。
【図６ａ】本発明に従う発光装置の、駆動電流ａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の各々のＬＥＤチップの表面温度測定値を示す。
【図６ｂ】本発明に従う発光装置の、駆動電流ａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の各々のＬＥＤチップの表面温度測定値を示す。
【図７】本発明の第２実施態様に従う「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを用いた、発光装置の概略斜視図である。
【図８】図６に記載の装置の、その構造を図示する部分斜視分解図である。
【図９】図６に記載の発光装置の、Ａ−Ａ線からの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施態様は、一般的には選択されたＣＣＴを有する白色光である、目的とする光の色を発生させるための１つ以上の蛍光体材料を含む発光装置のパッケージ配置に関係する。本明細書中では、対応する部分を示すために対応する参照番号が用いられる。
【００２５】
パッケージの観点から、ＬＥＤチップ（ダイ）は横方向に電気伝導をするものと、縦方向に電気伝導をするものに大まかに分類されうる。図２ａおよび２ｂはそれぞれ、「横方向」および「縦方向」伝導性の面発光ＧａＮ（窒化ガリウム）ＬＥＤチップ構造の簡略化した概略図である。
【００２６】
周知のごとく、「横方向」伝導性のＬＥＤチップ５０ａは順番に、バックプレート５２ａ、基板５４ａ（一般的にサファイア）、ｎ型ＧａＮ層５６ａおよびｐ型ＧａＮ層５８ａ（図２ａ）を含む。正極（＋）６０ａおよび負極（−）電極接点６２ａがそれぞれｐ型層５８ａおよびｎ型層５６ａの露出した表面上に設置される。前記ＬＥＤチップ５０ａは正極および負極電極接点に電力を供給することにより作動する。図２ａに示すように、「横方向」ＬＥＤチップ構造内で、前記電極接点間で全般的に横方向に電気伝導６４ａが発生する。要約すれば、「横方向」伝導性のＬＥＤチップにおいては、正極および負極電極接点の両方が一般的には光放出面である前記チップの同一面上に位置する。
【００２７】
同様に、「縦方向」伝導性のＬＥＤチップ５０ｂは順番に、正極電極面６０ｂ、導電性基板５４ｂ、ｐ型ＧａＮ層５８ｂおよびｎ型ＧａＮ層５６ｂ（図２ｂ）を含む。「縦方向」伝導構造においては、前記負極電極６２ｂ接点が前記ｎ型層５６ｂの上部表面上に設置され、かつ前記電極接点間で全般的に縦方向に電気伝導６４ｂが発生する従って「縦方向」伝導性のＬＥＤチップにおいては、前記正極および負極電極接点が前記チップの互いに反対面に位置する。
【００２８】
前記の異なる電極接点構成の理由で、「横方向」および「縦方向」伝導性のＬＥＤチップに基づく発光装置ごとに異なるパッケージ配置が必要となる。
【００２９】
「横方向」伝導性のＬＥＤチップを有する発光装置
【００３０】
本発明の第１実施態様に従う発光装置１００が、図３が前記装置の斜視図であり、図４が前記装置の構造を示す斜視分解図であり、かつ図５が図３のＡ−Ａ線からの概略断面図である、図３、４、および５を参照して、説明される。理解を容易にするために、図３および４には蛍光体材料は示されていない。前記発光装置１００は、選択されたＣＣＴ（たとえば５５００Ｋ）およびほぼ６００ルーメン（約１２Ｗ入力電力）程度の光束の白色光を発生するように構成される。
【００３１】
前記装置１００は層状（薄層状）の構造で、かつ熱伝導性基部（基板）１０２、回路層１０４、空洞カバー１０６の３層、およびレンズ１０８のアレイ（図３には前記レンズ１０８が省略されていることに注意せよ）を含む。前記装置は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの、「横方向」伝導性で、たとえば熱電対（図示されていない）のような他の構成要素のために空けてあるセンターポジション１１０を伴う５行・５列の正方形アレイとして配置される、２４個の５００mW青色（すなわち約４００〜約４８０nmの範囲の主波長）面発光ＬＥＤチップ５０ａをさらに含む。前記装置１００はＬＥＤチップ５０ａの正方形アレイを含むものとして示されているが、当然のことながら、本発明の前記装置は、目的とする放出強度（光束）に応じた他のＬＥＤチップ構成（たとえば六方最密配置）およびＬＥＤチップの個数に適用される。
【００３２】
前記熱伝導性基部１０２は、前記基部の下側への熱伝導を最適化するために、一般的にほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の、可能な限り高い熱伝導率を有する材料を含む。一般的に、前記基部１０２は金属を含むことができ、かつ好ましくはその熱伝導率が約４００Wm-1K-1の銅（Ｃｕ）である。もう一つの方法として、前記基部１０２は、銅合金、アルミニウム（約２５０Wm-1K-1）、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金または場合によりたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）（約１７０〜２００Wm-1K-1）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができる。各々のＬＥＤチップ５０ａはそのベースプレート５２ａで、たとえば錫または銀ソルダペーストのソルダペーストを用いて、またはたとえば銀負荷エポキシのような金属負荷エポキシを用いて、たとえば金‐錫共晶はんだではんだ付けをすることにより、前記基部１０２に直接取り付けられ、かつ良好に熱的やり取りができるようになっている。前記ＬＥＤチップ５２ａを前記基部に取り付けるのに他の方法があることは当業者にとっては明白である。本明細書中で「直接取り付けられる」とは、介在層なしで、直接に熱的やり取りができるように取り付けられることを意味する。
【００３３】
前記回路層１０４は好ましくはたとえばFR-4 (Fire Retardant- 4) PCBのようなプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、かつ各々の貫通穴１１２が前記ＬＥＤチップ５０ａのそれぞれの１つに対応するように構成される円形貫通穴１１２の正方形アレイを含む。前記貫通穴１１２のサイズは、前記回路層１０４が前記基部１０２に取り付けられる場合に、基部１０２と連結する各々の貫通穴１１２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ａを格納するための円形リセスの輪郭を形成するように選択される。図４で最もよく見られるように、電気伝導体１１４のパターンが、前記ＬＥＤチップ５０ａを目的とする回路構成中に電気的に接続するための電気回路構成を決める前記ＰＣＢ１０４の上部表面上に設置される。記載された前記実施態様のために、前記回路層は、その中で各々のストリングが６個の連続的に接続されるＬＥＤチップを含む正極（＋）および負極（−）電気接続パッド１１６、１１８間の４本の平行した直列ストリングとして、前記ＬＥＤチップ５０ａが電気的に相互接続されるように構成される。前記電気接続パッドは同様に前記ＰＣＢ１０４の上部表面上に設置される。そのような回路構成は、１９．１〜２０．４Ｖの装置駆動電圧ＶＦに対して、各々のＬＥＤチップに沿った約３．２〜３．４Ｖの順方向電圧降下をもたらす。各々の前記ＬＥＤチップ５０ａ上の前記正極および負極電極接点６０ａ、６２ａは、１つ以上のボンドワイヤ１２０（図５参照）で前記ＰＣＢ上の対応する導体１１４に電気的に接続される。
【００３４】
前記空洞カバー１０６は実質的には平面の形態であり、各々の貫通穴１２２が前記ＬＥＤチップ５０ａのそれぞれの１つに対応するように構成される、円形貫通穴１２２の正方形アレイを有する。一般的に、各々の貫通穴１２２は、前記回路層１０４中の対応する貫通穴１１２と同軸である。前記貫通穴１２２のサイズは、前記空洞カバー１０６が前記回路層１０４上に取り付けられる場合に、各々の貫通穴１２２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ａを囲む浅い円形リセス（カップ溝）およびボンドワイヤ１２０の輪郭を形成するように選択される。前記空洞カバー１０６は好ましくは、一般的には少なくとも１５０Wm-1K-1の、かつ好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の可能な限り高い熱伝導率を有する熱伝導性の材料を含む。前記カバーは電気的絶縁材料または導電性でありえて、かつたとえば、銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金のような金属、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）、炭素系複合材料または高温ポリマー材料のような熱伝導性セラミックを含むことができる。各々の貫通穴１２２の前記壁は傾斜させることができ、かつたとえば銀、アルミニウムまたはクロムの金属被覆層のような光を反射する表面を含むことができる。前記ＬＥＤチップ５０ａを前記基部１０２に取り付け、かつ各々を回路層１０４に電気的に接続した後、前記空洞カバー１０６は前記ＰＣＢに取り付けられる。もう一つの方法として、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができ、その後それぞれのリセス内に取り付けることができる。
【００３５】
各々のリセス（カップ溝）はその後、１つ以上の蛍光体材料および、一般的にはたとえばシリコーンまたはエポキシのような液体ポリマーである光透過性（透明）材料１２４の混合物で充填される。光透過性ポリマー材料の実施例は、Shin-Etsu MicroSi,Incの柔軟性のあるシリコーンKJR-9022およびＧＥの熱硬化性シリコーンRTV615を含むことができる。前記空洞カバー１０６は基本的に平面であるため、好都合なことに、たとえばドクターブレード、スキージまたはその同類のような柔軟性のあるブレードを用いて、前記蛍光体／ポリマー混合物を空洞カバーの表面上に塗る（引き延ばす）ことにより前記リセスを充填することができる。そのような方法の利点は、秤量された量の蛍光体を各々のリセス中に分配する必要性を解消することで、かつそれによりコストが削減できる。もう一つの方法として、秤量された量の蛍光体／ポリマー混合物を各々の空洞に注入することができる。前記蛍光体材料のポリマー材料に対する重量含有率は一般的に１００に対し１０〜５０の範囲内であり、かつ目標とする前記装置の発光色／ＣＣＴに依存する。有利には、前記光透過性ポリマーは、その屈折率ｎが前記ＬＥＤチップ５０ａの屈折率に実行可能な限り近づくように選択される。たとえば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮＬＥＤチップの屈折率ｎは約２．４〜２．５であり、それに対し高屈折率シリコーンは約１．２〜１．５の屈折率ｎを有する。従って、実際には前記ポリマー材料は一般的に１．２以上の屈折率ｎを有する。高屈折率ポリマーの使用は、ある程度屈折率の整合をとることで、前記ＬＥＤチップ５０ａからの光の放出を増加させることができる。前記装置１００からの放出生成物を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、その後それぞれのレンズ１０８を各々のリセス１２２上を覆って取り付けることができる。前記レンズ１０８は光透過性ガラスまたはたとえばシリコーンまたはポリカーボネートのようなポリマー材料で製作され、かつ個別のレンズまたはレンズのアレイの形態をとることができる。
【００３６】
本発明の前記パッケージ配列の具体的な長所は、各々のＬＥＤチップは高熱伝導率の基部と直接熱的にやり取りできるように取り付けられるため、このことが低熱抵抗のパッケージをもたらすことである。加えて、前記ＬＥＤチップを電気的に接続するために前記チップを覆う回路層を用いることは、前記基部からの完全な電気的絶縁を保証する。このことは、多くの場合１１０Ｖ（たとえば北米）または２２０Ｖ（たとえば欧州）の交流電流の供給で作動する事が求められる、一般照明への使用を目的とした装置にとって有益である。加えて、各々のＬＥＤチップにそれぞれのリセス１２２を当てることは、ＬＥＤチップのアレイを格納するために単一リセスを用いる公知のパッケージと比較した場合、必要な蛍光体材料の量が削減できる利点を与える。さらには、本発明者たちは、そのようなパッケージは同量の蛍光体材料および同数のＬＥＤチップを有する公知のパッケージと比較して輝度（発光効率）が向上していることを見出した。加えて、前記カバーが良好な熱伝導体の材料でできている場合には、そのようなカバーは前記蛍光体材料の放熱を促進し、かつ前記蛍光体材料の潜在的な熱的劣化を低減することができる。さらには、別々の空洞カバー１０６を用いることにより、基本的に平面の基板上に前記ＬＥＤチップを取り付けかつ接続させることができて、チップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いることができる。もう一つの方法として、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができ、その後それぞれのリセス内の基板に取り付けることができる。
【００３７】
図６ａおよび６ｂは、順方向駆動電流ＩＦがａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の、「横方向」伝導性のＬＥＤチップを有する本発明に従う６００ルーメン発光装置１００の前記２４個のＬＥＤチップ５０ａの各々の温度（表面温度）測定値である。これらの図の中の数字はＬＥＤチップの表面温度実測値である。表１は、順方向駆動電流ＩＦが４８０mAおよび６００mAの場合の、本発明に従う６００ルーメン発光装置の熱データを示す。前記熱データは、静止空気密閉容器（寸法６００×６００×６００mm）内の６０×６０×３８ｍｍの陽極処理アルミニウムヒートシンク（総表面積約８２，３０２mm2）上に取り付けた装置１００で測定された。
【００３８】
表１中のＴｍｉｎ、ＴｍａｘおよびＴｍｅａｎはそれぞれＬＥＤチップの最少、最大および平均表面温度で、σはＬＥＤチップの表面温度の標準偏差、ＴＣは中心空洞１１０の温度、ΔＴは平均チップ温度Ｔｍｅａｎと周辺温度Ｔａ間の温度差である。表１は前記パッケージの熱抵抗ＲＪＣがほぼ１．２〜１．４℃／Ｗ程度であることを示す。比較のために、セラミック（たとえばＬＴＣＣ）パッケージの一般的な熱抵抗はほぼ８〜１０℃／Ｗ程度であり、かつプラスチックパッケージの熱抵抗はほぼ１５℃／Ｗ程度である。従って、本発明のパッケージはＬＥＤチップがＭＣＰＣＢの表面上に取り付けられたＣＯＢ配置に匹敵する熱抵抗を有する。計算結果では、前記ポリマー封入材の熱抵抗はほぼ２４０℃／Ｗ程度である。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表２および３は、５５００Ｋおよび２７００Ｋの公称ＣＣＴをそれぞれ有する本発明に従う６００ルーメン発光装置の放出データを示す。順方向駆動電流ＩＦが４８０mAおよび６００mAの場合で、装置にレンズ１０８が有る場合と無い場合のデータが示される。
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
「縦方向」伝導性のＬＥＤチップを有する発光装置
【００４４】
本発明の第２実施態様に従う発光装置１００が、図７の前記装置の斜視図、図８の前記装置の構造を示す斜視分解図および、図９の図７のＡ−Ａ線からの概略断面図を参照して説明される。前記発光装置１００は、選択されたＣＣＴおよびほぼ１０００ルーメン程度（入力電力約２１Ｗ）の光束の白色光を発生するように構成される。
【００４５】
上記に記載の装置と共通して、前記装置１００は熱伝導性基部１０２、回路層１０４、空洞カバー１０６の３層、およびレンズ１０８のアレイを含む。前記基部１０２はたとえば金属のような、可能な限り高い熱伝導率を有する材料（一般的にほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度）を含み、かつ好ましくは銅でできている。この実施態様においては、前記回路層１０４は、その上にさらに電気伝導体１１４のパターンが形成される前記基部１０２上に堆積する、電気的に絶縁性で熱伝導性の膜１２６を含む。前記熱伝導性膜１２６は好ましくは、「無定形炭素」または「非晶質ダイヤモンド」としても知られる、周知のごとく金属に匹敵する熱伝導性を有する電気的絶縁体であるダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）を含む。一般的に、前記ＤＬＣ膜１２６はほぼ５〜５０μm程度の厚みであり、かつたとえばＣＶＤ（化学蒸着）を用いて前記基板１０２上に堆積される。前記電気伝導体１１４は好ましくは前記ＤＬＣ膜１２６上に堆積した銅の層１２８を含む。図示された実施例においては、前記装置は、４行・４列の正方形アレイとして配置される、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの１６個の１．３Ｗ青色（すなわち波長約４００〜４８０nm）面発光「縦方向」伝導性発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ５０ｂを含む。
【００４６】
各々のＬＥＤチップ５０ａはその正極電極面６０ｂで、たとえば錫または銀ソルダペーストのソルダペーストを用いて、またはたとえば銀負荷エポキシのような金属負荷エポキシを用いて、たとえば金‐錫共晶はんだではんだ付けをすることにより、それぞれの電気伝導体１１４上に取り付けられ、かつ電気的に接続されている。図７で最もよく見られるように、一般的にその形状が長方形の伝導体である電気伝導体１１４のパターンは、前記膜１２６を通して前記基部１０２への熱放散を最大化するために、各々のＬＥＤチップに可能な限り広い表面積を与えるように構成される。図示された実施例においては、前記ＬＥＤチップ５０ｂは、前記正極（＋）と前記負極（−）電気的接続パッド１１６、１１８間の、その中で各々のストリングが４個の直列接続のＬＥＤチップを含む４本の並列ストリングとして相互接続される。そのような回路構成は、（言い換えると）ほぼ１４．３〜１４．８Ｖ程度の装置駆動電圧ＶＦに対して、各々のＬＥＤチップに沿った約３．５〜３．７Ｖの順方向電圧降下をもたらす。図７および８に示すように、各々のＬＥＤチップ５０ｂの前記負極電極接点６２ｂは、１つ以上のボンドワイヤで対応する導体１１４に電気的に接続されている。
【００４７】
第１実施態様におけるように、前記平面の空洞カバー１０６は、各々の貫通穴１２２が前記ＬＥＤチップ５０ｂのそれぞれの１つに対応するように構成される円形貫通穴１２２の正方形アレイを有する。前記貫通穴１２２のサイズは、前記空洞層１０６が前記回路層１０４に取り付けられる場合に、各々の貫通穴１２２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ｂを囲む円形リセス（カップ溝）の輪郭を形成するように選択される。各々の貫通穴１２２の前記壁は、図示されるように、傾斜させることができ、かつたとえば銀、アルミニウムまたはクロムの金属被覆層のような光を反射する表面を含むことができる。前記傾斜の角度は、光の放出を最大にし、かつ目的とする放出パターンを与えるように選択することができ、一般的には前記カバーの面に対して３０°〜６０°の範囲内にある。各々のＬＥＤチップ５０ｂをそれぞれの導体１１４に取り付け、それぞれを前記回路層１０４に電気的に接続した後、前記空洞層１０６が前記回路層１０４に取り付けられる。前記空洞カバー１０６は好ましくは、一般的にはほぼ少なくとも１５０Wm-1K-1程度で、好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の、可能な限り高い熱伝導率を有する熱伝導性材料を含む。前記空洞カバーは電気的に絶縁性の、または導電性の材料でありえて、たとえば銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金のような金属、たとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）のような熱伝導性セラミック、または炭素系複合材料または高温ポリマー材料を含むことができる。
【００４８】
最終的に、各々のリセス１２２を、１つ以上の蛍光体材料および一般的にはたとえばシリコーンまたはエポキシのようなポリマーである光透過性（透明）材料１２４の混合物で埋め込む（充填する）ことができる。少なくとも１つの前記蛍光体材料のポリマー材料に対する重量含有率は一般的に１００に対し１０〜５０の範囲内であり、かつ目標とする前記装置の発光色／ＣＣＴに依存する。
【００４９】
示されるように、その後、前記装置からの放出生成物を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、それぞれのレンズ１０８を各々のリセス１２２を覆って取り付けることができる。
【００５０】
表４は、「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを有し、３０００Ｋの公称ＣＣＴを有する本発明に従う１０００ルーメン発光装置の放出測定値データを示す。装置にレンズ１０８が有る場合と無い場合のデータが示される。
【００５１】
【表４】
【００５２】
いずれかの実施態様（すなわち「横方向」または「縦方向」伝導性ＬＥＤチップに基づく実施態様）に従う本発明の装置においては、前記ＬＥＤチップが前記回路層に取り付けられ、かつ接続された時点で、前記空洞カバー１０６は好ましくは前記回路層１０４に取り付けられる。前記ＬＥＤチップが一般的に平面の基板に取り付けられていて、自動化されたチップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いることができるために、このことで、前記装置の製作をより容易にすることができる。加えて、別々になった空洞カバーはレンズ取り付けを容易にすることができ、かつ各々の空洞がいくつかのＬＥＤチップを格納する公知の装置と比較して、必要な蛍光体材料の量を同様に削減することができる。さらには、熱伝導性空洞カバーの使用により、前記蛍光体材料の放熱が実現し、かつ前記蛍光体材料の潜在的熱的劣化が低減する。
【００５３】
本発明の装置は任意の粉体状の蛍光体材料に適していて、かつたとえば一般組成Ａ３Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）５またはＡ２Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）４のケイ酸ベースの蛍光体のような無機物または有機物蛍光体を含むことができて、ここでＳｉはケイ素、Ｏは酸素で、Ａはストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、かつＤは塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む。ケイ酸ベースの蛍光体の実施例は、その内容が本明細書に参照として組み込まれる米国同時係属出願特許公開番号第２００７／００２９５２６Ａ１号および米国特許番号第７，３１１，８５８Ｂ２、７，５７５，６９７Ｂ２および７，６０１，２７６Ｂ２号にて開示される。
【００５４】
米国特許番号第７，５７５，６９７Ｂ２号で教示されるように、ユーロピウム（Ｅｕ２＋）活性化ケイ酸ベースの緑色蛍光体は一般式（Ｓｒ，Ａ１）ｘ（Ｓｉ，Ａ２）（Ｏ，Ａ３）２＋ｘ：Ｅｕ２＋を有し、ここでＡ１は少なくとも１つの２＋カチオン、たとえばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、亜鉛（Ｚｎ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、イットリウム（Ｙ）またはセリウム（Ｃｅ）のような１＋および３＋カチオンの組み合わせであり、Ａ２はたとえばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｎまたはリン（Ｐ）のような３＋、４＋または５＋カチオンであり、かつＡ３はたとえばＦ、Ｃｌ、臭素（Ｂｒ）、ＮまたはＳのような１−，２−または３−アニオンである。前記式は前記Ａ１カチオンがＳｒを置き替え、前記Ａ２カチオンがＳｉを置き替え、および前記Ａ３アニオンが酸素を置き替えることを示すように表記されている。
【００５５】
米国特許番号第３１１，８５８Ｂ２号は式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋ Ｄを有するケイ酸ベースの黄色−緑色蛍光体を開示し、ここでＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎまたはカドミウム（Ｃｄ）を含む二価金属の少なくとも１つであり、かつＤはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ヨウ素（Ｉ）、Ｐ、ＳおよびＮを含むドーパントである。前記ドーパントＤは約０．０１〜２０モルパーセントの量で前記蛍光体の中に存在することができ、かつ前記蛍光体の結晶格子中に組み込まれるために、前記ドーパントの少なくともいくらかは酸素アニオンと置き換わる。前記蛍光体は（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＭｙ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを含むことができて、ここでＭはＣａ、Ｍｇ、ＺｎまたはＣｄを含み、かつ０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１である。
【００５６】
米国特許番号第７，６０１，２７６Ｂ２号は、（Ｍ１）２ＳｉＯ４のそれと実質的には同じ結晶構造を有する第１相を有し、（Ｍ２）３ＳｉＯ５のそれと実質的には同じ結晶構造を有する第２相を有する、２つの相のケイ酸ベースの蛍光体を教示し、ここで、Ｍ１およびＭ２は各々Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａまたはＺｎを含む。少なくとも１つの相は二価のユーロピウム（Ｅｕ２＋）で活性化され、前記相の少なくとも１つはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＳまたはＮを含むドーパントＤを含む。前記ドーパント原子の少なくともいくつかが前記ホストケイ酸結晶の酸素原子格子サイト上に位置すると考えられる。
【００５７】
米国特許公開番号第２００７／００２９５２６Ａ１号は、ＭはＢａ、Ｍｇ、ＣａまたはＺｎを含む二価金属の少なくとも１つであり、０＜ｘ＜０．５、２．６＜ｙ＜３．３および０．００１＜ｚ＜０．５である、式（Ｓｒ１−ｘＭｘ）ｙＥｕｚＳｉＯ５を有するケイ酸ベースのオレンジ色蛍光体を開示する。前記蛍光体は、約５６５nmを超えるピーク発光波長を有する可視光を放出するように構成される。
【００５８】
前記蛍光体は同様に、その各々の内容が本明細書に参照として組み込まれる、たとえば米国同時係属出願特許公開番号第２００６／０１５８０９０Ａ１号および米国特許番号第７，３９０，４３７Ｂ２号で教示されるような、アルミン酸塩ベースの材料、または米国同時係属出願特許公開番号第２００８／０１１１４７２Ａ１号で教示されるケイ酸アルミニウム蛍光体を含むことができる。
【００５９】
Ｗａｎｇらへの米国特許公開番号第２００６／０１５８０９０Ａ１号は、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、マンガン（Ｍｎ）、Ｚｎ、銅（Ｃｕ）、Ｃｄ、サマリウム（Ｓｍ）またはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも１つであり、かつ０．１＜ｘ＜０．９および０．５≦ｙ≦１２である、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミン酸塩ベースの緑色蛍光体を教示する。
【００６０】
米国特許番号第７，３９０，４３７Ｂ２号は、ＭはＢａまたはＳｒの二価金属の少なくとも１つである式（Ｍ１-ｘＥｕｘ）２-ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］を有するアルミン酸塩ベースの青色蛍光体を開示する。１つの組成においては、前記蛍光体は約２８０nm〜４２０nmの範囲の波長の放射を吸収し、かつ約４２０nm〜５６０nmの範囲の波長を有する可視光を放出するように構成され、かつ０．０５＜ｘ＜０．５または０．２＜ｘ＜０．５、３≦ｙ≦１２および０．８≦ｚ≦１．２である。前記蛍光体は、たとえばＣｌ、ＢｒまたはＩのようなハロゲンドーパントＨでさらにドープ処理することができ、一般組成（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］：Ｈを有すことができる。
【００６１】
Ｌｉｕらへの米国特許公開番号第２００８／０１１１４７２Ａ１号は、ＭはＢａ、ＭｇまたはＣａから選択される０≦ｘ≦０．４の範囲の量の少なくとも１つの二価金属であり、ＴはＹ、ランタン（Ｌａ）、Ｃｅ、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、Ｓｍ、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、Ｔｍ、イッテルビウム（Ｙｔ）、ルテチウム（Ｌｕ）、トリウム（Ｔｈ）、プロトアクチニウム（Ｐａ）またはウラン（Ｕ）から選択される、０≦ｙ≦０．４でｚおよびｍは０≦ｚ≦０．２および０．００１≦ｍ≦０．５の範囲の量の三価金属である、一般式（Ｓｒ１−ｘ−ｙＭｘＴｙ）３−ｍＥｕｍ（Ｓｉ１−ｚＡｌｚ）Ｏ５の二価および三価金属が混合されるカチオンを有するケイ酸アルミニウムのオレンジ−赤色蛍光体を教示する。前記蛍光体は前記ハロゲンが前記ケイ酸結晶中の酸素格子サイト上に存在するように構成される。
【００６２】
前記蛍光体は同様に、たとえばその各々の内容が本明細書に参照として組み込まれる「Nitride-based red-emitting phosphors in RGB (red-green-blue) lighting systems」と題された２００９年１１月１９日に公開された米国同時係属出願特許公開番号第２００９／０２８３７２１Ａ１号および２００９年１２月７日に出願された出願番号第１２／６３２，５５０号で教示されるような、窒化物ベースの赤色蛍光体材料を含むことができる。米国特許公開番号第２００９／０２８３７２１Ａ１号および出願番号第１２／６３２，５５０号は式ＭｍＭａＭｂＤ３ｗＮ［（２／３）ｍ＋ｚ＋ａ＋（４／３）ｂ−ｗ］Ｚｘを有する窒化物ベースの赤色蛍光体を教示し、ここで、
Ｍｍはベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄまたは水銀（Ｈｇ）から選択される二価の元素で、
ＭａはＢ、Ａｌ、Ｇａ、インジウム（Ｉｎ）、Ｙ、セレン（Ｓｅ）、Ｐ、ヒ素（Ａｓ）、Ｌａ、Ｓｍ、アンチモン（Ｓｂ）またはＢｉから選択される三価の元素で、
ＭｂはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、錫（Ｓｎ）、Ｎｉ、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、チタニウム（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）から選択される四価の元素で、
ＤはＦ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩから選択されるハロゲンで、
Ｚはユーロピウム（Ｅｕ）、Ｃｅ、マンガン（Ｍｎ）、Ｔｂまたはサマリウム（Ｓｍ）から選択される活性剤で、かつ
Ｎは０．０１≦ｍ≦１．５、０．０１≦ａ≦１．５、０．０１≦ｂ≦１．５、０．０００１≦ｗ≦０．６および０．０００１≦ｚ≦０．５の量の窒素である。前記蛍光体は、約６４０nmを超えるピーク発光波長を有する可視光を放出するように構成される。
【００６３】
当然のことながら、前記蛍光体は本明細書に記載される実施例に限定されないで、たとえば窒化物および／または硫酸塩蛍光体材料、酸窒化物およびオキシ硫酸蛍光体またはガーネット材料（ＹＡＧ）のような有機物または無機物の両方の蛍光体材料を含む任意の蛍光体材料を含むことができる。
【００６４】
さらに当然のことながら、本発明は記載された特定の実施態様に制限されないで本発明の範囲内で変更を加えることができる。たとえば、本発明に従う装置はたとえば炭化珪素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような他のＬＥＤチップ、または青色または紫外線光を放出する窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）ベースのＬＥＤチップを含むことができる。
【００６５】
さらには、前記第１実施態様に従う前記パッケージを同様に、各々のＬＥＤチップの前記電極面を並列回路構成内で一緒に接続する必要のある「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを格納するために用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参考として、それらの内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年５月１７日に出願された、Hwa SUらによる「Light Emitting Device」と題される米国特許出願第１２／７８１，１９４号、および２００９年５月２０日に出願された、Hwa SUらによる「Light Emitting Device」と題される米国特許仮出願第６１／１８０，０６５号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、発光装置および、特にそのような装置のためのパッケージ配置に関する。具体的には、限定的にではないが、本発明は、目的とする放出生成物色を発生するための１つ以上の蛍光体（フォトルミネセンス）材料を含む発光装置に関する。さらに、本発明の実施態様は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく高放出強度（すなわち光束５００ルーメンを超える）を伴う一般照明用の白色光発生装置に関係するが、それに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
白色光放出ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は当技術分野において既知であり、かつ比較的最近の技術革新である。ＬＥＤが電磁スペクトル中の青色／紫外線部分を放出するようになってようやく、ＬＥＤに基づく白色光源の開発が実用的になった。たとえば、米国特許第５，９９８，９２５号で教示されるように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出される放射の一部分を吸収し、かつ異なる色（波長）の放射を再放出する、１つ以上のフォトルミネセンス材料である蛍光体材料を含む。一般的に、前記ＬＥＤチップは青色光を発生し、かつ前記蛍光体材料は前記青色光のある割合を吸収し、かつ黄色光または緑色と赤色光、緑色と黄色光、または黄色と赤色光の組み合わせを再放出する。前記ＬＥＤによって発生された前記青色光の、前記蛍光体材料によって吸収されず、前記蛍光体材料によって放出される光と組み合わされる部分は、人間の目にはほとんど白色に見える光を与える。
【０００４】
現在、従来の白熱電球、ハロゲン反射型電球、および蛍光灯のエネルギー効率の良い代替として高輝度白色ＬＥＤを使用することついて、多くの関心がある。ＬＥＤを利用する照明装置のほとんどは、複数のＬＥＤが前記従来の光源構成要素に取って代わる配置を含む。現存するそのような発光装置、具体的には一般的に光束５００ルーメン以上（すなわち一般的に５Ｗ〜１０Ｗの入力電力）の放出を必要とする一般照明を目的とする白色光放出装置がかかえる１つの問題点は、温度管理、および、具体的にはそのような装置によって発生する熱を十分放散させることである。さらなる問題点は、相関色温度（ＣＣＴ）および／または前記装置によって放出される光の光束における重大な変化を引き起こしうる、蛍光体材料の経時的な熱的劣化である。一般的には、前記パッケージ装置は、熱を放散させるためにヒートシンクまたは他の大型サーマルマスの上に取り付けられる。しかしながら、前記パッケージの熱抵抗のために、前記ＬＥＤチップ（ダイ）から、多くの場合たとえば高温ポリマーまたはセラミックのような電気的絶縁材料で組み立てられている前記パッケージを通して、十分に熱を移動させることが困難となる。
【０００５】
白色ＬＥＤパッケージの１つの実施例はChouらへの米国同時係属出願特許公開番号第２００９／２９４７８０Ａ１号（２００９年１２月３日に公開された）に開示されている。図１にそのようなパッケージの概略断面図を示す。前記白色光放出装置１０は、たとえば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）パッケージのような高温パッケージ１４内に入れられた、青色（すなわち波長約４００〜４８０nm）面発光ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１２の正方形アレイを含む。前記パッケージ１４は、上部表面に、その各々がそれぞれのＬＥＤチップ１２を受け入れるように構成される円形のリセス（カップ溝）１６の正方形アレイを有する。前記パッケージ１４は、各々のリセス１６の底部に電気接点パッドおよび熱伝導性の取り付けパッド２０の輪郭を形成する導電性トラック１８のパターンをさらに含む。前記取り付けパッド２０は、前記パッケージの基部上で、熱伝導性ビア２４のアレイによって対応する取り付けパッド２２と熱的に接続している。前記パッケージ１４はさらに、前記装置に電力を供給するために、電気的コネクタ２６、２８を前記パッケージの基部上に含む。各々のＬＥＤチップ１２は、たとえば熱伝導接着剤または共晶はんだを用いてそれぞれのリセス１６の取り付けパッド２０に取り付けられる。ＬＥＤチップ１２の上部表面上の電極接点は、ボンドワイヤ３０で、前記リセスの底部の対応する電気接点パッドと電気的に接続し、かつ各々のリセス１６は、前記ＬＥＤチップ１２の露出した表面が蛍光体／ポリマー材料の混合物で被覆されていることを保証するために、一般的には粉状蛍光体材料３４が詰まっているシリコーンである透明ポリマー材料３２で完全に充填されている。前記装置の放出強度（光束）を改善するために、各々のリセスが反射体を含むように、前記リセスの壁は傾斜している。そのような装置のパッケージの電気的および熱的（すなわち熱抵抗は一般的に８〜１０℃／Ｗ）挙動は両方とも良好であるが、そのようなパッケージの組立てが比較的高価であるため、コスト効率良く適用することには限界がある。
【０００６】
他のパッケージ配置は、前記ＬＥＤチップをメタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に直接取り付け、かつその後前記ＬＥＤチップを蛍光体封入材で封入することを含む。そのような構成は多くの場合チップオンボード（ＣＯＢ）配置と称される。公知のごとく、ＭＣＰＣＢは、一般的にアルミニウムの熱伝導性の基部、電気的非伝導性／熱伝導性の絶縁層、および一般的に銅でできている導電性回路層を含む層状構造を含む。回路層上に取り付けられる構成要素から前記基部に熱を伝えられるように、前記絶縁層は極めて薄い。Liらへの「Light emitting devices with phosphor wavelength conversion and methods of manufacture thereof」と題される米国同時係属出願特許番号第１２／６８９，４４９号（２０１０年１月１９日に出願された）に開示されているように、前記蛍光体封入材は前記ＬＥＤチップ上で成形される実質的にはコンフォーマルコーティングの形態でありうる。もう一つの方法として、Liらへの「Light emitting devices with phosphor wavelength conversion」と題される米国同時係属出願特許番号第１２／６３９，６８８号（２００９年１２月１６日に出願された）に開示されているように、前記蛍光体材料を、蒸気／気体に気密の密閉容器を形成するために前記ＬＥＤチップを覆って取り付けられる光透過性半球形シェルの内表面上に供給することができる。たとえばモールディングで、前記ＬＥＤチップを覆って形成される半球形レンズ内に前記蛍光体材料を組み込むことも公知である。ＭＣＰＣＢの熱抵抗は優れていて、１．５℃／Ｗまで低く抑えることができるが、そのようなパッケージ配列、具体的には個々のＬＥＤチップに蛍光体材料を当てるコストは、高度に競争の激しいコストに敏感な一般照明分野の中では極めて高価である。さらには、そのようなパッケージ配列では、安定したＣＣＴを有する装置を製造することが困難でありうる。
【０００７】
ＬＥＤチップのアレイをＭＣＰＣＢ上に取り付け、その後前記ＬＥＤチップのアレイ全体を、ＬＥＤのアレイを囲むようにＭＣＰＣＢに取り付けられた外側のフレーム（たとえば円形の環状フレーム）の中に含まれる蛍光体の被覆で封入することも提案されてきた。単一リセスを伴うパッケージを組立てることは容易であるが、そのような配置は、隣接するチップ間の領域を充填する追加の蛍光体材料を必要とし、かつそのような蛍光体材料は面発光ＬＥＤチップが光を発生するのにほとんどあるいは全く寄与しない。前記追加の蛍光体材料は光を吸収しえて装置の全体の光の放出を低減しうると考えられる。初期の実験では、いくつかのＬＥＤチップを格納する単一リセスを伴うパッケージは、同数のＬＥＤチップが各々対応する空洞に格納される（たとえば７０〜８０lm／Ｗ）パッケージと比較して、より低い発光効率（たとえば５０〜５５lm／Ｗ）を有することを示唆する。さらに、単一リセスが多数のＬＥＤチップを格納する装置内では、前記蛍光体材料の熱的劣化がより激しい可能性があると考えられる。
【０００８】
ＭＣＰＣＢに匹敵する熱抵抗を有し、かつ１つ以上の蛍光体材料が容易に適用できる、より安価な発光装置パッケージへの必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、良好な熱特性、具体的には、少なくとも５００ルーメンの光束の光を発生するＬＥＤチップに適した低い熱抵抗を有する発光装置のパッケージ配置を提供しようとして生じた。
【００１０】
本発明に従う発光装置は第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および前記チップを格納するパッケージを含み、前記パッケージがその上に前記ＬＥＤチップが取り付けられる熱伝導性基板、および各々の穴が前記ＬＥＤのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーを含み、前記穴が、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板に連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように構成される、発光装置である。有利には、前記パッケージは約５℃／Ｗ未満の、より好ましくは約２℃／Ｗ未満の熱抵抗を有する。
【００１１】
前記装置が目的とする光の色または選択された相関色温度（ＣＣＴ）を伴う白色光を発生するために、各々のリセスを少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填することができる。前記少なくとも１つの蛍光体材料は、前記ＬＥＤチップによって放出される光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内に主波長を有する光を放出するように構成される。一般的に、前記装置の前記放出生成物は白色を呈し、かつ第１および第２波長範囲内の光の組み合わせを含む。もう一つの方法として、前記装置の前記放出生成物は少なくとも１つの蛍光体材料によって発生された光を含むことができる。各々のＬＥＤチップにそれぞれのリセスを当てることは、ＬＥＤチップのアレイを格納するために単一リセスを用いる公知のパッケージと比較した場合、必要な蛍光体材料の量が削減できる利点を与える。さらには、そのようなパッケージは公知のパッケージと比較して輝度が改善されていることが判っている。一般的に、前記カバーは基本的に平面で、かつ好都合なことに、たとえばドクターブレード、スキージまたはその同類のような柔軟性のあるブレードを用いて、前記蛍光体／ポリマー混合物を空洞カバーの表面上に塗る（引き延ばす）ことにより前記リセスを充填することができる。そのような方法の利点は、秤量された量の蛍光体を各々のリセス中に分配する必要性を解消することでコストが削減できる。
【００１２】
組立てに関しては、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができて、かつその後それぞれのリセス内の基板に取り付けることができる。もう一つの方法として、前記基板に前記ＬＥＤチップを取り付け、かつ電気的に接続することができて、かつその後前記カバーを前記基板に取り付けることができる。そのような構造のために、チップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いて、基本的に平面の基板上に前記ＬＥＤチップの取り付けおよび接続を行うことができる。
【００１３】
前記パッケージの前記熱抵抗を最少にし、かつ熱の放散を最大にするために、前記基板は可能な限り高い熱伝導率を有して、それは好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度である。前記基板は、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金のような他の金属または合金、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができるが、好ましくは金属、有利には銅または銅合金である。
【００１４】
有利には、前記カバーはまた良好な熱伝導体であり、かつ少なくとも１５０Wm-1K-1でかつ好ましくは少なくとも２００Wm-1K-1の熱伝導率を有する材料でできている。そのようなカバーは蛍光体材料の放熱を行わせ、かつ蛍光体材料の潜在的な熱的劣化を低減することができる。前記カバーは、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金のような他の金属または合金、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができるが、好ましくは金属、有利には銅または銅合金を含む。
【００１５】
両方のＬＥＤ電極が、一般的に面発光ＬＥＤの発光面である同一面上に位置する「横方向」伝導構造を有するＬＥＤチップを対象とする１つの配置においては、前記装置は、各々のチップが前記基板に直接取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する前記基板上に取り付けられる電気回路配置をさらに含む。本明細書においては、「直接取り付けられる」とは、介在層なしで直接熱的にやり取りできるように取り付けられることを意味し、そして前記チップを前記基板にはんだ付けすることを含む。各々のＬＥＤチップはたとえばボンドワイヤを用いて電気的に前記回路配置に接続する。前記回路配置は好ましくはたとえばFR-4 PCBのようなプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。このパッケージ配置の１つの具体的な利点は、各々のＬＥＤチップが高熱伝導率の基板と熱的に直接やり取りできるように取り付けられ、かつこのことが公知の解決策に比べて、チップの非常に低い熱抵抗および改善された放熱を実現することである。加えて、前記ＬＥＤチップの電気的接続を実現するために前記チップを覆う回路層を用いることは、前記基板からの完全な電気的絶縁を保証する。このことは、多くの場合１１０Ｖまたは２２０Ｖの高圧交流電流の供給で作動することが求められる、一般照明への使用を目的とした装置にとって有益である。
【００１６】
前記ＬＥＤ電極が前記チップの互いの反対面に位置する「縦方向」伝導構造を有するＬＥＤチップの代替のパッケージ配置においては、前記ＬＥＤチップは前記基板の表面上の回路配置に取り付けられ、かつ電気的に接続する。この配置では、前記ＬＥＤチップは直接前記基板に取り付けられない。前記回路配置は好ましくは、その表面上に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性がある層を含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる。前記熱伝導性層は好ましくは、「無定形炭素」または「非晶質ダイヤモンド」とも称されるダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）を含む。前記ＤＬＣは好ましくは、薄膜（一般的に厚み５〜５０μm）の形態であり、たとえば化学蒸着を用いて前記基板上に堆積させることができる。
【００１７】
放出光を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、前記装置は１つ以上の前記リセスを覆う一般的にはレンズである光学的構成要素をさらに含むことができる。前記レンズは個別の構成要素の形態をとるかまたはアレイの形態に組み込むことができる。
【００１８】
本発明の他の態様に従う発光装置は、熱伝導性基板、複数のＬＥＤチップ、前記回路配置が各々のチップが前記基板上に直接取り付け可能なように構成される複数の貫通穴を有する、前記基板上に取り付けられる電気回路配置、各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含み、各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、発光装置である。
【００１９】
本発明のさらなる態様に従う発光装置は、熱伝導性基板、複数のＬＥＤチップ、その表面上に電気伝導体の配置を有し、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる電気的に絶縁性で熱伝導性がある層を含む回路配置、各々のチップが前記基板上に直接取り付け可能なように構成される複数の貫通穴を有する、前記基板上に取り付けられる電気回路配置、各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含み、各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、発光装置である。
【００２０】
本発明のその上さらなる態様に従って、第１波長範囲の光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップを含む発光装置のためのパッケージが提供され、前記パッケージは、その上に前記ＬＥＤチップが取り付け可能な熱伝導性基板、および各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応し、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がそれぞれのチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成される、複数の貫通穴を有するカバーを含む。
【００２１】
本発明の前記パッケージは好ましくは５℃／Ｗ未満、より好ましくは２℃／Ｗ未満の熱抵抗を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明がよりよく理解されるために、本発明の実施態様が添付の図を参照することにより、実施例のみで説明される。
【００２３】
【図１】前記に記載の公知の白色光発光装置の概略断面図である。
【図２ａ】ａ）「横方向」およびｂ）「縦方向」伝導性の面発光ＬＥＤチップ構造の概略図である。
【図２ｂ】ａ）「横方向」およびｂ）「縦方向」伝導性の面発光ＬＥＤチップ構造の概略図である。
【図３】本発明の第１実施態様に従う「横方向」伝導性ＬＥＤを用いた発光装置の概略斜視図である。
【図４】図３に記載の装置の、その構造を図示する部分斜視分解図である。
【図５】図３に記載の発光装置の、Ａ−Ａ線からの概略断面図である。
【図６ａ】本発明に従う発光装置の、駆動電流ａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の各々のＬＥＤチップの表面温度測定値を示す。
【図６ｂ】本発明に従う発光装置の、駆動電流ａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の各々のＬＥＤチップの表面温度測定値を示す。
【図７】本発明の第２実施態様に従う「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを用いた、発光装置の概略斜視図である。
【図８】図６に記載の装置の、その構造を図示する部分斜視分解図である。
【図９】図６に記載の発光装置の、Ａ−Ａ線からの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施態様は、一般的には選択されたＣＣＴを有する白色光である、目的とする光の色を発生させるための１つ以上の蛍光体材料を含む発光装置のパッケージ配置に関係する。本明細書中では、対応する部分を示すために対応する参照番号が用いられる。
【００２５】
パッケージの観点から、ＬＥＤチップ（ダイ）は横方向に電気伝導をするものと、縦方向に電気伝導をするものに大まかに分類されうる。図２ａおよび２ｂはそれぞれ、「横方向」および「縦方向」伝導性の面発光ＧａＮ（窒化ガリウム）ＬＥＤチップ構造の簡略化した概略図である。
【００２６】
周知のごとく、「横方向」伝導性のＬＥＤチップ５０ａは順番に、バックプレート５２ａ、基板５４ａ（一般的にサファイア）、ｎ型ＧａＮ層５６ａおよびｐ型ＧａＮ層５８ａ（図２ａ）を含む。正極（＋）６０ａおよび負極（−）電極接点６２ａがそれぞれｐ型層５８ａおよびｎ型層５６ａの露出した表面上に設置される。前記ＬＥＤチップ５０ａは正極および負極電極接点に電力を供給することにより作動する。図２ａに示すように、「横方向」ＬＥＤチップ構造内で、前記電極接点間で全般的に横方向に電気伝導６４ａが発生する。要約すれば、「横方向」伝導性のＬＥＤチップにおいては、正極および負極電極接点の両方が一般的には光放出面である前記チップの同一面上に位置する。
【００２７】
同様に、「縦方向」伝導性のＬＥＤチップ５０ｂは順番に、正極電極面６０ｂ、導電性基板５４ｂ、ｐ型ＧａＮ層５８ｂおよびｎ型ＧａＮ層５６ｂ（図２ｂ）を含む。「縦方向」伝導構造においては、前記負極電極６２ｂ接点が前記ｎ型層５６ｂの上部表面上に設置され、かつ前記電極接点間で全般的に縦方向に電気伝導６４ｂが発生する従って「縦方向」伝導性のＬＥＤチップにおいては、前記正極および負極電極接点が前記チップの互いに反対面に位置する。
【００２８】
前記の異なる電極接点構成の理由で、「横方向」および「縦方向」伝導性のＬＥＤチップに基づく発光装置ごとに異なるパッケージ配置が必要となる。
【００２９】
「横方向」伝導性のＬＥＤチップを有する発光装置
【００３０】
本発明の第１実施態様に従う発光装置１００が、図３が前記装置の斜視図であり、図４が前記装置の構造を示す斜視分解図であり、かつ図５が図３のＡ−Ａ線からの概略断面図である、図３、４、および５を参照して、説明される。理解を容易にするために、図３および４には蛍光体材料は示されていない。前記発光装置１００は、選択されたＣＣＴ（たとえば５５００Ｋ）およびほぼ６００ルーメン（約１２Ｗ入力電力）程度の光束の白色光を発生するように構成される。
【００３１】
前記装置１００は層状（薄層状）の構造で、かつ熱伝導性基部（基板）１０２、回路層１０４、空洞カバー１０６の３層、およびレンズ１０８のアレイ（図３には前記レンズ１０８が省略されていることに注意せよ）を含む。前記装置は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの、「横方向」伝導性で、たとえば熱電対（図示されていない）のような他の構成要素のために空けてあるセンターポジション１１０を伴う５行・５列の正方形アレイとして配置される、２４個の５００mW青色（すなわち約４００〜約４８０nmの範囲の主波長）面発光ＬＥＤチップ５０ａをさらに含む。前記装置１００はＬＥＤチップ５０ａの正方形アレイを含むものとして示されているが、当然のことながら、本発明の前記装置は、目的とする放出強度（光束）に応じた他のＬＥＤチップ構成（たとえば六方最密配置）およびＬＥＤチップの個数に適用される。
【００３２】
前記熱伝導性基部１０２は、前記基部の下側への熱伝導を最適化するために、一般的にほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の、可能な限り高い熱伝導率を有する材料を含む。一般的に、前記基部１０２は金属を含むことができ、かつ好ましくはその熱伝導率が約４００Wm-1K-1の銅（Ｃｕ）である。もう一つの方法として、前記基部１０２は、銅合金、アルミニウム（約２５０Wm-1K-1）、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金または場合によりたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）（約１７０〜２００Wm-1K-1）または炭素系複合材料のような熱伝導性セラミックを含むことができる。各々のＬＥＤチップ５０ａはそのベースプレート５２ａで、たとえば錫または銀ソルダペーストのソルダペーストを用いて、またはたとえば銀負荷エポキシのような金属負荷エポキシを用いて、たとえば金‐錫共晶はんだではんだ付けをすることにより、前記基部１０２に直接取り付けられ、かつ良好に熱的やり取りができるようになっている。前記ＬＥＤチップ５２ａを前記基部に取り付けるのに他の方法があることは当業者にとっては明白である。本明細書中で「直接取り付けられる」とは、介在層なしで、直接に熱的やり取りができるように取り付けられることを意味する。
【００３３】
前記回路層１０４は好ましくはたとえばFR-4 (Fire Retardant- 4) PCBのようなプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、かつ各々の貫通穴１１２が前記ＬＥＤチップ５０ａのそれぞれの１つに対応するように構成される円形貫通穴１１２の正方形アレイを含む。前記貫通穴１１２のサイズは、前記回路層１０４が前記基部１０２に取り付けられる場合に、基部１０２と連結する各々の貫通穴１１２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ａを格納するための円形リセスの輪郭を形成するように選択される。図４で最もよく見られるように、電気伝導体１１４のパターンが、前記ＬＥＤチップ５０ａを目的とする回路構成中に電気的に接続するための電気回路構成を決める前記ＰＣＢ１０４の上部表面上に設置される。記載された前記実施態様のために、前記回路層は、その中で各々のストリングが６個の連続的に接続されるＬＥＤチップを含む正極（＋）および負極（−）電気接続パッド１１６、１１８間の４本の平行した直列ストリングとして、前記ＬＥＤチップ５０ａが電気的に相互接続されるように構成される。前記電気接続パッドは同様に前記ＰＣＢ１０４の上部表面上に設置される。そのような回路構成は、１９．１〜２０．４Ｖの装置駆動電圧ＶＦに対して、各々のＬＥＤチップに沿った約３．２〜３．４Ｖの順方向電圧降下をもたらす。各々の前記ＬＥＤチップ５０ａ上の前記正極および負極電極接点６０ａ、６２ａは、１つ以上のボンドワイヤ１２０（図５参照）で前記ＰＣＢ上の対応する導体１１４に電気的に接続される。
【００３４】
前記空洞カバー１０６は実質的には平面の形態であり、各々の貫通穴１２２が前記ＬＥＤチップ５０ａのそれぞれの１つに対応するように構成される、円形貫通穴１２２の正方形アレイを有する。一般的に、各々の貫通穴１２２は、前記回路層１０４中の対応する貫通穴１１２と同軸である。前記貫通穴１２２のサイズは、前記空洞カバー１０６が前記回路層１０４上に取り付けられる場合に、各々の貫通穴１２２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ａを囲む浅い円形リセス（カップ溝）およびボンドワイヤ１２０の輪郭を形成するように選択される。前記空洞カバー１０６は好ましくは、一般的には少なくとも１５０Wm-1K-1の、かつ好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の可能な限り高い熱伝導率を有する熱伝導性の材料を含む。前記カバーは電気的絶縁材料または導電性でありえて、かつたとえば、銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金のような金属、またはたとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）、炭素系複合材料または高温ポリマー材料のような熱伝導性セラミックを含むことができる。各々の貫通穴１２２の前記壁は傾斜させることができ、かつたとえば銀、アルミニウムまたはクロムの金属被覆層のような光を反射する表面を含むことができる。前記ＬＥＤチップ５０ａを前記基部１０２に取り付け、かつ各々を回路層１０４に電気的に接続した後、前記空洞カバー１０６は前記ＰＣＢに取り付けられる。もう一つの方法として、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができ、その後それぞれのリセス内に取り付けることができる。
【００３５】
各々のリセス（カップ溝）はその後、１つ以上の蛍光体材料および、一般的にはたとえばシリコーンまたはエポキシのような液体ポリマーである光透過性（透明）材料１２４の混合物で充填される。光透過性ポリマー材料の実施例は、Shin-Etsu MicroSi,Incの柔軟性のあるシリコーンKJR-9022およびＧＥの熱硬化性シリコーンRTV615を含むことができる。前記空洞カバー１０６は基本的に平面であるため、好都合なことに、たとえばドクターブレード、スキージまたはその同類のような柔軟性のあるブレードを用いて、前記蛍光体／ポリマー混合物を空洞カバーの表面上に塗る（引き延ばす）ことにより前記リセスを充填することができる。そのような方法の利点は、秤量された量の蛍光体を各々のリセス中に分配する必要性を解消することで、かつそれによりコストが削減できる。もう一つの方法として、秤量された量の蛍光体／ポリマー混合物を各々の空洞に注入することができる。前記蛍光体材料のポリマー材料に対する重量含有率は一般的に１００に対し１０〜５０の範囲内であり、かつ目標とする前記装置の発光色／ＣＣＴに依存する。有利には、前記光透過性ポリマーは、その屈折率ｎが前記ＬＥＤチップ５０ａの屈折率に実行可能な限り近づくように選択される。たとえば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮＬＥＤチップの屈折率ｎは約２．４〜２．５であり、それに対し高屈折率シリコーンは約１．２〜１．５の屈折率ｎを有する。従って、実際には前記ポリマー材料は一般的に１．２以上の屈折率ｎを有する。高屈折率ポリマーの使用は、ある程度屈折率の整合をとることで、前記ＬＥＤチップ５０ａからの光の放出を増加させることができる。前記装置１００からの放出生成物を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、その後それぞれのレンズ１０８を各々のリセス１２２上を覆って取り付けることができる。前記レンズ１０８は光透過性ガラスまたはたとえばシリコーンまたはポリカーボネートのようなポリマー材料で製作され、かつ個別のレンズまたはレンズのアレイの形態をとることができる。
【００３６】
本発明の前記パッケージ配列の具体的な長所は、各々のＬＥＤチップは高熱伝導率の基部と直接熱的にやり取りできるように取り付けられるため、このことが低熱抵抗のパッケージをもたらすことである。加えて、前記ＬＥＤチップを電気的に接続するために前記チップを覆う回路層を用いることは、前記基部からの完全な電気的絶縁を保証する。このことは、多くの場合１１０Ｖ（たとえば北米）または２２０Ｖ（たとえば欧州）の交流電流の供給で作動する事が求められる、一般照明への使用を目的とした装置にとって有益である。加えて、各々のＬＥＤチップにそれぞれのリセス１２２を当てることは、ＬＥＤチップのアレイを格納するために単一リセスを用いる公知のパッケージと比較した場合、必要な蛍光体材料の量が削減できる利点を与える。さらには、本発明者たちは、そのようなパッケージは同量の蛍光体材料および同数のＬＥＤチップを有する公知のパッケージと比較して輝度（発光効率）が向上していることを見出した。加えて、前記カバーが良好な熱伝導体の材料でできている場合には、そのようなカバーは前記蛍光体材料の放熱を促進し、かつ前記蛍光体材料の潜在的な熱的劣化を低減することができる。さらには、別々の空洞カバー１０６を用いることにより、基本的に平面の基板上に前記ＬＥＤチップを取り付けかつ接続させることができて、チップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いることができる。もう一つの方法として、前記カバーを前記基板および前記ＬＥＤチップに取り付けることができ、その後それぞれのリセス内の基板に取り付けることができる。
【００３７】
図６ａおよび６ｂは、順方向駆動電流ＩＦがａ）４８０mAおよびｂ）６００mAの場合の、「横方向」伝導性のＬＥＤチップを有する本発明に従う６００ルーメン発光装置１００の前記２４個のＬＥＤチップ５０ａの各々の温度（表面温度）測定値である。これらの図の中の数字はＬＥＤチップの表面温度実測値である。表１は、順方向駆動電流ＩＦが４８０mAおよび６００mAの場合の、本発明に従う６００ルーメン発光装置の熱データを示す。前記熱データは、静止空気密閉容器（寸法６００×６００×６００mm）内の６０×６０×３８ｍｍの陽極処理アルミニウムヒートシンク（総表面積約８２，３０２mm2）上に取り付けた装置１００で測定された。
【００３８】
表１中のＴｍｉｎ、ＴｍａｘおよびＴｍｅａｎはそれぞれＬＥＤチップの最少、最大および平均表面温度で、σはＬＥＤチップの表面温度の標準偏差、ＴＣは中心空洞１１０の温度、ΔＴは平均チップ温度Ｔｍｅａｎと周辺温度Ｔａ間の温度差である。表１は前記パッケージの熱抵抗ＲＪＣがほぼ１．２〜１．４℃／Ｗ程度であることを示す。比較のために、セラミック（たとえばＬＴＣＣ）パッケージの一般的な熱抵抗はほぼ８〜１０℃／Ｗ程度であり、かつプラスチックパッケージの熱抵抗はほぼ１５℃／Ｗ程度である。従って、本発明のパッケージはＬＥＤチップがＭＣＰＣＢの表面上に取り付けられたＣＯＢ配置に匹敵する熱抵抗を有する。計算結果では、前記ポリマー封入材の熱抵抗はほぼ２４０℃／Ｗ程度である。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表２および３は、５５００Ｋおよび２７００Ｋの公称ＣＣＴをそれぞれ有する本発明に従う６００ルーメン発光装置の放出データを示す。順方向駆動電流ＩＦが４８０mAおよび６００mAの場合で、装置にレンズ１０８が有る場合と無い場合のデータが示される。
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
「縦方向」伝導性のＬＥＤチップを有する発光装置
【００４４】
本発明の第２実施態様に従う発光装置１００が、図７の前記装置の斜視図、図８の前記装置の構造を示す斜視分解図および、図９の図７のＡ−Ａ線からの概略断面図を参照して説明される。前記発光装置１００は、選択されたＣＣＴおよびほぼ１０００ルーメン程度（入力電力約２１Ｗ）の光束の白色光を発生するように構成される。
【００４５】
上記に記載の装置と共通して、前記装置１００は熱伝導性基部１０２、回路層１０４、空洞カバー１０６の３層、およびレンズ１０８のアレイを含む。前記基部１０２はたとえば金属のような、可能な限り高い熱伝導率を有する材料（一般的にほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度）を含み、かつ好ましくは銅でできている。この実施態様においては、前記回路層１０４は、その上にさらに電気伝導体１１４のパターンが形成される前記基部１０２上に堆積する、電気的に絶縁性で熱伝導性の膜１２６を含む。前記熱伝導性膜１２６は好ましくは、「無定形炭素」または「非晶質ダイヤモンド」としても知られる、周知のごとく金属に匹敵する熱伝導性を有する電気的絶縁体であるダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）を含む。一般的に、前記ＤＬＣ膜１２６はほぼ５〜５０μm程度の厚みであり、かつたとえばＣＶＤ（化学蒸着）を用いて前記基板１０２上に堆積される。前記電気伝導体１１４は好ましくは前記ＤＬＣ膜１２６上に堆積した銅の層１２８を含む。図示された実施例においては、前記装置は、４行・４列の正方形アレイとして配置される、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（窒化ガリウムインジウム／窒化ガリウム）ベースの１６個の１．３Ｗ青色（すなわち波長約４００〜４８０nm）面発光「縦方向」伝導性発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ５０ｂを含む。
【００４６】
各々のＬＥＤチップ５０ａはその正極電極面６０ｂで、たとえば錫または銀ソルダペーストのソルダペーストを用いて、またはたとえば銀負荷エポキシのような金属負荷エポキシを用いて、たとえば金‐錫共晶はんだではんだ付けをすることにより、それぞれの電気伝導体１１４上に取り付けられ、かつ電気的に接続されている。図７で最もよく見られるように、一般的にその形状が長方形の伝導体である電気伝導体１１４のパターンは、前記膜１２６を通して前記基部１０２への熱放散を最大化するために、各々のＬＥＤチップに可能な限り広い表面積を与えるように構成される。図示された実施例においては、前記ＬＥＤチップ５０ｂは、前記正極（＋）と前記負極（−）電気的接続パッド１１６、１１８間の、その中で各々のストリングが４個の直列接続のＬＥＤチップを含む４本の並列ストリングとして相互接続される。そのような回路構成は、（言い換えると）ほぼ１４．３〜１４．８Ｖ程度の装置駆動電圧ＶＦに対して、各々のＬＥＤチップに沿った約３．５〜３．７Ｖの順方向電圧降下をもたらす。図７および８に示すように、各々のＬＥＤチップ５０ｂの前記負極電極接点６２ｂは、１つ以上のボンドワイヤで対応する導体１１４に電気的に接続されている。
【００４７】
第１実施態様におけるように、前記平面の空洞カバー１０６は、各々の貫通穴１２２が前記ＬＥＤチップ５０ｂのそれぞれの１つに対応するように構成される円形貫通穴１２２の正方形アレイを有する。前記貫通穴１２２のサイズは、前記空洞層１０６が前記回路層１０４に取り付けられる場合に、各々の貫通穴１２２がそれぞれのＬＥＤチップ５０ｂを囲む円形リセス（カップ溝）の輪郭を形成するように選択される。各々の貫通穴１２２の前記壁は、図示されるように、傾斜させることができ、かつたとえば銀、アルミニウムまたはクロムの金属被覆層のような光を反射する表面を含むことができる。前記傾斜の角度は、光の放出を最大にし、かつ目的とする放出パターンを与えるように選択することができ、一般的には前記カバーの面に対して３０°〜６０°の範囲内にある。各々のＬＥＤチップ５０ｂをそれぞれの導体１１４に取り付け、それぞれを前記回路層１０４に電気的に接続した後、前記空洞層１０６が前記回路層１０４に取り付けられる。前記空洞カバー１０６は好ましくは、一般的にはほぼ少なくとも１５０Wm-1K-1程度で、好ましくはほぼ少なくとも２００Wm-1K-1程度の、可能な限り高い熱伝導率を有する熱伝導性材料を含む。前記空洞カバーは電気的に絶縁性の、または導電性の材料でありえて、たとえば銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金のような金属、たとえば炭化ケイ素アルミニウム（ＡｌＳｉＣ）のような熱伝導性セラミック、または炭素系複合材料または高温ポリマー材料を含むことができる。
【００４８】
最終的に、各々のリセス１２２を、１つ以上の蛍光体材料および一般的にはたとえばシリコーンまたはエポキシのようなポリマーである光透過性（透明）材料１２４の混合物で埋め込む（充填する）ことができる。少なくとも１つの前記蛍光体材料のポリマー材料に対する重量含有率は一般的に１００に対し１０〜５０の範囲内であり、かつ目標とする前記装置の発光色／ＣＣＴに依存する。
【００４９】
示されるように、その後、前記装置からの放出生成物を集中させるかまたはそうでなければ方向づけるために、それぞれのレンズ１０８を各々のリセス１２２を覆って取り付けることができる。
【００５０】
表４は、「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを有し、３０００Ｋの公称ＣＣＴを有する本発明に従う１０００ルーメン発光装置の放出測定値データを示す。装置にレンズ１０８が有る場合と無い場合のデータが示される。
【００５１】
【表４】
【００５２】
いずれかの実施態様（すなわち「横方向」または「縦方向」伝導性ＬＥＤチップに基づく実施態様）に従う本発明の装置においては、前記ＬＥＤチップが前記回路層に取り付けられ、かつ接続された時点で、前記空洞カバー１０６は好ましくは前記回路層１０４に取り付けられる。前記ＬＥＤチップが一般的に平面の基板に取り付けられていて、自動化されたチップオンボード（ＣＯＢ）組立技術を用いることができるために、このことで、前記装置の製作をより容易にすることができる。加えて、別々になった空洞カバーはレンズ取り付けを容易にすることができ、かつ各々の空洞がいくつかのＬＥＤチップを格納する公知の装置と比較して、必要な蛍光体材料の量を同様に削減することができる。さらには、熱伝導性空洞カバーの使用により、前記蛍光体材料の放熱が実現し、かつ前記蛍光体材料の潜在的熱的劣化が低減する。
【００５３】
本発明の装置は任意の粉体状の蛍光体材料に適していて、かつたとえば一般組成Ａ３Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）５またはＡ２Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）４のケイ酸ベースの蛍光体のような無機物または有機物蛍光体を含むことができて、ここでＳｉはケイ素、Ｏは酸素で、Ａはストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、かつＤは塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む。ケイ酸ベースの蛍光体の実施例は、その内容が本明細書に参照として組み込まれる米国同時係属出願特許公開番号第２００７／００２９５２６Ａ１号および米国特許番号第７，３１１，８５８Ｂ２、７，５７５，６９７Ｂ２および７，６０１，２７６Ｂ２号にて開示される。
【００５４】
米国特許番号第７，５７５，６９７Ｂ２号で教示されるように、ユーロピウム（Ｅｕ２＋）活性化ケイ酸ベースの緑色蛍光体は一般式（Ｓｒ，Ａ１）ｘ（Ｓｉ，Ａ２）（Ｏ，Ａ３）２＋ｘ：Ｅｕ２＋を有し、ここでＡ１は少なくとも１つの２＋カチオン、たとえばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、亜鉛（Ｚｎ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、イットリウム（Ｙ）またはセリウム（Ｃｅ）のような１＋および３＋カチオンの組み合わせであり、Ａ２はたとえばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｎまたはリン（Ｐ）のような３＋、４＋または５＋カチオンであり、かつＡ３はたとえばＦ、Ｃｌ、臭素（Ｂｒ）、ＮまたはＳのような１−，２−または３−アニオンである。前記式は前記Ａ１カチオンがＳｒを置き替え、前記Ａ２カチオンがＳｉを置き替え、および前記Ａ３アニオンが酸素を置き替えることを示すように表記されている。
【００５５】
米国特許番号第３１１，８５８Ｂ２号は式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋ Ｄを有するケイ酸ベースの黄色−緑色蛍光体を開示し、ここでＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎまたはカドミウム（Ｃｄ）を含む二価金属の少なくとも１つであり、かつＤはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ヨウ素（Ｉ）、Ｐ、ＳおよびＮを含むドーパントである。前記ドーパントＤは約０．０１〜２０モルパーセントの量で前記蛍光体の中に存在することができ、かつ前記蛍光体の結晶格子中に組み込まれるために、前記ドーパントの少なくともいくらかは酸素アニオンと置き換わる。前記蛍光体は（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＭｙ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを含むことができて、ここでＭはＣａ、Ｍｇ、ＺｎまたはＣｄを含み、かつ０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１である。
【００５６】
米国特許番号第７，６０１，２７６Ｂ２号は、（Ｍ１）２ＳｉＯ４のそれと実質的には同じ結晶構造を有する第１相を有し、（Ｍ２）３ＳｉＯ５のそれと実質的には同じ結晶構造を有する第２相を有する、２つの相のケイ酸ベースの蛍光体を教示し、ここで、Ｍ１およびＭ２は各々Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａまたはＺｎを含む。少なくとも１つの相は二価のユーロピウム（Ｅｕ２＋）で活性化され、前記相の少なくとも１つはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＳまたはＮを含むドーパントＤを含む。前記ドーパント原子の少なくともいくつかが前記ホストケイ酸結晶の酸素原子格子サイト上に位置すると考えられる。
【００５７】
米国特許公開番号第２００７／００２９５２６Ａ１号は、ＭはＢａ、Ｍｇ、ＣａまたはＺｎを含む二価金属の少なくとも１つであり、０＜ｘ＜０．５、２．６＜ｙ＜３．３および０．００１＜ｚ＜０．５である、式（Ｓｒ１−ｘＭｘ）ｙＥｕｚＳｉＯ５を有するケイ酸ベースのオレンジ色蛍光体を開示する。前記蛍光体は、約５６５nmを超えるピーク発光波長を有する可視光を放出するように構成される。
【００５８】
前記蛍光体は同様に、その各々の内容が本明細書に参照として組み込まれる、たとえば米国同時係属出願特許公開番号第２００６／０１５８０９０Ａ１号および米国特許番号第７，３９０，４３７Ｂ２号で教示されるような、アルミン酸塩ベースの材料、または米国同時係属出願特許公開番号第２００８／０１１１４７２Ａ１号で教示されるケイ酸アルミニウム蛍光体を含むことができる。
【００５９】
Ｗａｎｇらへの米国特許公開番号第２００６／０１５８０９０Ａ１号は、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、マンガン（Ｍｎ）、Ｚｎ、銅（Ｃｕ）、Ｃｄ、サマリウム（Ｓｍ）またはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも１つであり、かつ０．１＜ｘ＜０．９および０．５≦ｙ≦１２である、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミン酸塩ベースの緑色蛍光体を教示する。
【００６０】
米国特許番号第７，３９０，４３７Ｂ２号は、ＭはＢａまたはＳｒの二価金属の少なくとも１つである式（Ｍ１-ｘＥｕｘ）２-ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］を有するアルミン酸塩ベースの青色蛍光体を開示する。１つの組成においては、前記蛍光体は約２８０nm〜４２０nmの範囲の波長の放射を吸収し、かつ約４２０nm〜５６０nmの範囲の波長を有する可視光を放出するように構成され、かつ０．０５＜ｘ＜０．５または０．２＜ｘ＜０．５、３≦ｙ≦１２および０．８≦ｚ≦１．２である。前記蛍光体は、たとえばＣｌ、ＢｒまたはＩのようなハロゲンドーパントＨでさらにドープ処理することができ、一般組成（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］：Ｈを有すことができる。
【００６１】
Ｌｉｕらへの米国特許公開番号第２００８／０１１１４７２Ａ１号は、ＭはＢａ、ＭｇまたはＣａから選択される０≦ｘ≦０．４の範囲の量の少なくとも１つの二価金属であり、ＴはＹ、ランタン（Ｌａ）、Ｃｅ、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、Ｓｍ、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、Ｔｍ、イッテルビウム（Ｙｔ）、ルテチウム（Ｌｕ）、トリウム（Ｔｈ）、プロトアクチニウム（Ｐａ）またはウラン（Ｕ）から選択される、０≦ｙ≦０．４でｚおよびｍは０≦ｚ≦０．２および０．００１≦ｍ≦０．５の範囲の量の三価金属である、一般式（Ｓｒ１−ｘ−ｙＭｘＴｙ）３−ｍＥｕｍ（Ｓｉ１−ｚＡｌｚ）Ｏ５の二価および三価金属が混合されるカチオンを有するケイ酸アルミニウムのオレンジ−赤色蛍光体を教示する。前記蛍光体は前記ハロゲンが前記ケイ酸結晶中の酸素格子サイト上に存在するように構成される。
【００６２】
前記蛍光体は同様に、たとえばその各々の内容が本明細書に参照として組み込まれる「Nitride-based red-emitting phosphors in RGB (red-green-blue) lighting systems」と題された２００９年１１月１９日に公開された米国同時係属出願特許公開番号第２００９／０２８３７２１Ａ１号および２００９年１２月７日に出願された出願番号第１２／６３２，５５０号で教示されるような、窒化物ベースの赤色蛍光体材料を含むことができる。米国特許公開番号第２００９／０２８３７２１Ａ１号および出願番号第１２／６３２，５５０号は式ＭｍＭａＭｂＤ３ｗＮ［（２／３）ｍ＋ｚ＋ａ＋（４／３）ｂ−ｗ］Ｚｘを有する窒化物ベースの赤色蛍光体を教示し、ここで、
Ｍｍはベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄまたは水銀（Ｈｇ）から選択される二価の元素で、
ＭａはＢ、Ａｌ、Ｇａ、インジウム（Ｉｎ）、Ｙ、セレン（Ｓｅ）、Ｐ、ヒ素（Ａｓ）、Ｌａ、Ｓｍ、アンチモン（Ｓｂ）またはＢｉから選択される三価の元素で、
ＭｂはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、錫（Ｓｎ）、Ｎｉ、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、チタニウム（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）から選択される四価の元素で、
ＤはＦ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩから選択されるハロゲンで、
Ｚはユーロピウム（Ｅｕ）、Ｃｅ、マンガン（Ｍｎ）、Ｔｂまたはサマリウム（Ｓｍ）から選択される活性剤で、かつ
Ｎは０．０１≦ｍ≦１．５、０．０１≦ａ≦１．５、０．０１≦ｂ≦１．５、０．０００１≦ｗ≦０．６および０．０００１≦ｚ≦０．５の量の窒素である。前記蛍光体は、約６４０nmを超えるピーク発光波長を有する可視光を放出するように構成される。
【００６３】
当然のことながら、前記蛍光体は本明細書に記載される実施例に限定されないで、たとえば窒化物および／または硫酸塩蛍光体材料、酸窒化物およびオキシ硫酸蛍光体またはガーネット材料（ＹＡＧ）のような有機物または無機物の両方の蛍光体材料を含む任意の蛍光体材料を含むことができる。
【００６４】
さらに当然のことながら、本発明は記載された特定の実施態様に制限されないで本発明の範囲内で変更を加えることができる。たとえば、本発明に従う装置はたとえば炭化珪素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような他のＬＥＤチップ、または青色または紫外線光を放出する窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）ベースのＬＥＤチップを含むことができる。
【００６５】
さらには、前記第１実施態様に従う前記パッケージを同様に、各々のＬＥＤチップの前記電極面を並列回路構成内で一緒に接続する必要のある「縦方向」伝導性ＬＥＤチップを格納するために用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記ＬＥＤチップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）その上に前記ＬＥＤチップが熱的にやり取りできるように取り付けられる熱伝導性の基板、および
ｄ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含む、発光装置。
【請求項２】
前記パッケージが５℃／Ｗ未満および２℃／Ｗ未満からなる群から選択される熱抵抗を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填される各々のリセスをさらに含み、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内に主波長を有する光を放出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置の放出生成物が前記第１および第２波長範囲の光の組み合わせを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記放出生成物が白色光である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基板が少なくとも２００Wm-1K-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記基板が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、熱伝導性セラミック、炭化ケイ素アルミニウムおよび炭素系複合材料からなる群から選択される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記カバーが熱伝導性であり、かつ少なくとも１５０Wm-1K-1および少なくとも２００Wm-1K-1からなる群から選択される熱伝導率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記カバーが銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、熱伝導性セラミック、炭化ケイ素アルミニウムおよび炭素系複合材料からなる群から選択される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板上に取り付けられる電気回路配置をさらに含み、前記回路配置が各々のＬＥＤチップが前記基板に直接取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記回路配置に各々のＬＥＤチップを電気的に接続することをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記回路配置がプリント回路基板を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＬＥＤチップが「横方向」伝導性チップである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記基板上に、その表面に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性の層をさらに含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱伝導性層がダイヤモンド状炭素膜を含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤチップが「縦方向」伝導性チップである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも１つのリセスを覆う光学的構成要素をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記ＬＥＤチップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）その上に前記ＬＥＤチップが直接熱的にやり取りできるように取り付けられる熱伝導性の基板、
ｄ）前記基板上に取り付けられる電気回路配置であって、各々のＬＥＤチップが直接熱的にやり取りできるように前記基板に取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する電気回路配置、
ｅ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含み、かつ
ｆ）各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、
発光装置。
【請求項１９】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記チップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）熱伝導性基板、
ｄ）前記基板上に取り付けられる電気回路配置であって、前記回路配置がその表面に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性の層を含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる電気回路配置、
ｅ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含み、かつ
ｆ）各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、
発光装置。
【請求項２０】
第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップを含む、発光装置のためのパッケージであって、
ａ）その上に前記ＬＥＤチップが取り付け可能な熱伝導性基板、および
ｂ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含む、発光装置のためのパッケージ。
【請求項２１】
前記パッケージが５℃／Ｗ未満および２℃／Ｗ未満からなる群から選択される熱抵抗を有する、請求項２０に記載のパッケージ。
【請求項１】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記ＬＥＤチップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）その上に前記ＬＥＤチップが熱的にやり取りできるように取り付けられる熱伝導性の基板、および
ｄ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含む、発光装置。
【請求項２】
前記パッケージが５℃／Ｗ未満および２℃／Ｗ未満からなる群から選択される熱抵抗を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填される各々のリセスをさらに含み、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内に主波長を有する光を放出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置の放出生成物が前記第１および第２波長範囲の光の組み合わせを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記放出生成物が白色光である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基板が少なくとも２００Wm-1K-1の熱伝導率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記基板が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、熱伝導性セラミック、炭化ケイ素アルミニウムおよび炭素系複合材料からなる群から選択される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記カバーが熱伝導性であり、かつ少なくとも１５０Wm-1K-1および少なくとも２００Wm-1K-1からなる群から選択される熱伝導率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記カバーが銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、熱伝導性セラミック、炭化ケイ素アルミニウムおよび炭素系複合材料からなる群から選択される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板上に取り付けられる電気回路配置をさらに含み、前記回路配置が各々のＬＥＤチップが前記基板に直接取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記回路配置に各々のＬＥＤチップを電気的に接続することをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記回路配置がプリント回路基板を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＬＥＤチップが「横方向」伝導性チップである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記基板上に、その表面に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性の層をさらに含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱伝導性層がダイヤモンド状炭素膜を含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤチップが「縦方向」伝導性チップである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも１つのリセスを覆う光学的構成要素をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記ＬＥＤチップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）その上に前記ＬＥＤチップが直接熱的にやり取りできるように取り付けられる熱伝導性の基板、
ｄ）前記基板上に取り付けられる電気回路配置であって、各々のＬＥＤチップが直接熱的にやり取りできるように前記基板に取り付けられるように構成される複数の貫通穴を有する電気回路配置、
ｅ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含み、かつ
ｆ）各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、
発光装置。
【請求項１９】
ａ）第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップ、および
ｂ）前記チップを格納するためのパッケージ
を含む発光装置であって、
前記パッケージが
ｃ）熱伝導性基板、
ｄ）前記基板上に取り付けられる電気回路配置であって、前記回路配置がその表面に電気伝導体の配置を有する電気的に絶縁性で熱伝導性の層を含み、かつ各々のＬＥＤチップが電気伝導体に取り付けられる電気回路配置、
ｅ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記回路配置に取り付けられる場合に、前記回路配置と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含み、かつ
ｆ）各々のリセスが少なくとも１つの蛍光体材料および光透過性材料の混合物で少なくとも部分的に充填されていて、前記少なくとも１つの蛍光体材料が前記第１波長範囲の光の少なくとも一部を吸収し、かつ第２波長範囲内の主波長を有する光を放出するするように構成される、
発光装置。
【請求項２０】
第１波長範囲内に主波長を有する光を発生するように作動可能な複数のＬＥＤチップを含む、発光装置のためのパッケージであって、
ａ）その上に前記ＬＥＤチップが取り付け可能な熱伝導性基板、および
ｂ）その中で各々の穴が前記ＬＥＤチップのそれぞれの１つに対応する複数の貫通穴を有するカバーであって、前記カバーが前記基板に取り付けられる場合に、前記基板と連結する各々の穴がその中にそれぞれのＬＥＤチップが格納されるリセスの輪郭を形成するように前記穴が構成されるカバー
を含む、発光装置のためのパッケージ。
【請求項２１】
前記パッケージが５℃／Ｗ未満および２℃／Ｗ未満からなる群から選択される熱抵抗を有する、請求項２０に記載のパッケージ。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５２７７７８（Ｐ２０１２−５２７７７８Ａ）
【公表日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１１９７０（Ｐ２０１２−５１１９７０）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３５３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３５３５８
【国際公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３５３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３５３５８
【国際公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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