(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の第１の表面を提供する工程と、
蛍光体粒子の全てが、隣接する前記蛍光体粒子から完全に分離することがないように、前記第１の表面に少なくとも１層の蛍光体粒子層を形成する工程と、
前記蛍光体粒子層に第１の結合剤層を形成することで前記蛍光体粒子層を固定する工程と、
前記固定された蛍光体粒子層を他の対象物の第２の表面に転移させる工程と、
を備え、
前記第１の結合剤層は、レンズ輪郭を有し且つ前記蛍光体粒子層と接触していない表面を有することを特徴とする均一膜層構造の形成方法。
【請求項２】
前記第１の表面は、粘性を有する第２の結合剤層で提供される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の結合剤層は、結合剤粒子の層である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の表面に静電気を形成し、そして
前記第１の表面を移動させて、前記蛍光体粒子に接近させて前記蛍光体粒子を引き付けることで、前記蛍光体粒子層を形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１の表面を提供する工程と、
前記第１の表面に蛍光体粉末及び結合剤材料を含む蛍光体粒子の層を少なくとも１層形成する工程と、
前記蛍光体粒子を結合する工程と、
前記蛍光体粒子層に第１の結合剤層を形成する工程と、
前記結合剤材料及び前記第１の結合剤層を加熱することで前記蛍光体粒子層を固定する工程と、
を備え、
前記第１の結合剤層は、前記蛍光体粒子層と接触していないレンズ輪郭を有する表面を有することを特徴とする均一膜層構造の形成方法。
【請求項６】
前記蛍光体粒子は、前記蛍光体粉末と前記結合剤材料との混合物であり、又は前記結合剤材料で前記蛍光体粉末を封止して形成されたものであり、前記結合剤材料は前記蛍光体粒子を結合するために加熱され、前記蛍光体粉末は前記蛍光体粒子が結合された前記蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占める請求項５に記載の均一膜層構造の形成方法。
【請求項７】
前記第１の表面は、粘性を有する第２の結合剤層で提供される請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の表面に静電気を形成し、そして
前記第１の表面を移動させて、前記蛍光体粒子に接近させて前記蛍光体粒子を引き付けることで、前記蛍光体粒子層を形成する請求項５ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記蛍光体粒子が結合された前記蛍光体粒子層を第２の表面に転移させる工程をさらに備える請求項５ないし８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均一膜層構造の形成方法に関し、特にＬＥＤ発光波長を変換する均一膜層構造及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
本願は、本願と同一の出願人が２００９年１２月２６日に出願した米国特許第６１／２８４，７９２号仮出願の優先権を主張し、その優先出願の全文が全ての目的のために参考として本文に組み込まれている。本願は、本願と同一の出願人が、２００９年１０月５日に出願した米国特許第１２／５８７，２９０号、２００９年１０月５日に出願した米国特許第１２／５８７，２８１号、２００９年１０月５日に出願した米国特許第１２／５８７，２９１号にも関連しており、それら全ての全文が全ての目的のために参考として本文に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、材料加工及び光学設備技術に関するものである。より詳しくは、本発明に係る実施例は、光学装置、例えばＬＥＤ装置におけるレンズの蛍光体層に適用可能である、均一材料層を形成するための方法及びシステムを提供する。ここで「蛍光体」とは、任意の発光材料を指し、ある波長の光を吸収し、それとは異なる波長の光を発射するものである。ここで、「蛍光体」及び「波長変換材料」という用語は、同義的に使用される。
【０００４】
蛍光体材料は、白色光を生成するＬＥＤパッケージ、又は青色ポンプＬＥＤｓ（ｂｌｕｅ  ｐｕｍｐ  ＬＥＤｓ）によるさまざまな色光（例えば蛍光体によって変換された緑色又は赤色）に広く使用されている。青色ＬＥＤチップ又はパッケージ部材上に蛍光体材料を堆積させる従来の方法としては、以下のものがある。
【０００５】
スラリー法：蛍光体粒子をシリコン樹脂、エポキシ樹脂又は溶剤充填材料に散布させることで蛍光体混合物を形成し、例えばスプレーコーティング、浸漬塗布、ディスペンシング又はコップ内の蛍光体、若しくは支持構造に成型する等の各種の技術により該蛍光体混合物をＬＥＤ表面又はパッケージレンズ材料に使用する。
【０００６】
電気泳動堆積（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＥＰＤ）：蛍光体粒子を電気化学溶液に分散させ、ＬＥＤウェハと電気化学溶液とに跨って接続されたバイアス電圧によりＬＥＤウェハに堆積させる。
【０００７】
上述した従来の方法には、ＬＥＤ表面又はＬＥＤパッケージ内部の厚さ均一性にバラツキがあるといった問題がある。スラリー法では、通常、厚さが不均一の粒子層が形成されるため、ＬＥＤの光色が不均一になり、蛍光体変換ＬＥＤの色均一性が悪くなる。さらに、それらの従来方法では、非平坦表面に均一の蛍光体層を形成することが難しい。これら従来の方法で照明応用における要求を満たすことは大きな困難を伴う。
【０００８】
リモート蛍光体（ｒｅｍｏｔｅ  ｐｈｏｓｐｈｏｒ）技術による蛍光体シリコン樹脂のＬＥＤ非平坦パッケージ表面への適用においては、蛍光体塗布の均一性の問題があることが知られている。蛍光体−シリコン樹脂混合物の粘度は、通常、硬化したＬＥＤ封止材のそれよりも高い。このため、蛍光体−シリコン樹脂の曲率はより大きくなり、即ち中央領域の蛍光体層の厚さは外縁よりも大きくなることがある。リモート蛍光体技術の応用において、ＬＥＤ二次光学素子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｏｐｔｉｃｓ）に均一蛍光体コーティングを形成することにも同じ困難が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、発光波長変換用の均一膜層構造を提供し、ＬＥＤの光学性質を改善することは、極めて重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、均一蛍光体粒子層を高い生産率で各種ＬＥＤ封止構造又はＬＥＤチップに堆積させる製造方法を提供する。本発明に係る一部の実施例は、蛍光体をＬＥＤ二次光学素子に塗布することに適用することができる。ここで「蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）」とは、１つの波長の光を吸収し、異なる波長の光を発射する発光材料を指す。
【００１１】
具体的に言えば、本発明は均一膜層構造の形成方法を提供する。対象物の第１の表面を用意する工程と、蛍光体粒子の全てが、隣接する他の蛍光体粒子から完全に分離することがないように、前記第１の表面に少なくとも１層の蛍光体粒子層（ｌａｙｅｒ  ｏｆ  ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を形成する工程と、前記蛍光体粒子層に第１の結合剤層を形成することで前記蛍光体粒子層を固定する工程とを備える。
【００１２】
本発明の一つの実施例において、前記第１の結合剤層は、結合粒子（ｂｉｎｄｅｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）の層である。
【００１３】
また、本発明はもう一つの均一膜層構造の形成方法を提供する。当該方法は、第１の表面を用意する工程と、前記第１の表面に蛍光体粉末及び結合剤材料を含む蛍光体粒子の層を少なくとも１層形成する工程と、それらの蛍光体粒子を結合する工程とを備える。
【００１４】
蛍光体粒子が蛍光体粉末及び結合剤材料を含む態様において、前記蛍光体粒子は、前記蛍光体粉末と結合剤材料との混合物又は前記結合剤材料で蛍光体粉末を封止して形成されたものであり、前記蛍光体粒子を結合する工程は、前記結合剤材料を加熱することで蛍光体粒子を結合することを含む。前記蛍光体粉末は、前記蛍光体粒子が結合された蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占める。また、本発明に係る方法は、前記蛍光体粒子層に第１の結合剤層を形成し、前記結合剤材料及び第１の結合剤層を加熱することで前記蛍光体粒子層を固定することを更に含んでもよい。
【００１５】
本発明の一つの実施例において、前記対象物の第１の表面は、粘性のある第２の結合剤層により提供される。本発明のもう一つの実施例において、前記第１の結合剤層は、例えばパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）からなる防湿層である。
【００１６】
本発明の一つの実施例において、本発明に係る方法は、固定された蛍光体粒子層を他の対象物の第２の表面の上又は上方に転移させる工程、若しくは硬化した蛍光体粒子層を他の対象物の第２の表面の上又は上方に転移させる工程をさらに備えてもよい。前記第２の表面は、ＬＥＤレンズ、二次光学素子、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤチップ又はＬＥＤウェハの表面であってもよい。
【００１７】
本発明の一つの実施例において、前記第１の結合剤層は、前記蛍光体粒子層と接触していないレンズ輪郭を有する表面を有してもよい。蛍光体粒子が蛍光体粉末及び結合剤材料を含む態様において、前記蛍光体粒子層に第１の結合剤層を形成すると、前記第１の結合剤層は、レンズ輪郭を有し且つ前記蛍光体粒子層と接触していない表面を有する。
【００１８】
本発明は、発光波長変換用の均一膜層構造をさらに提供する。その構造は、第１の結合剤層と、前記第１の結合剤層に形成され固定された蛍光体粒子の層とを備え、それらの蛍光体粒子は、蛍光体粉末及び結合剤材料を含み、前記蛍光体粉末は、前記蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占める。
【００１９】
前記第１の結合剤層は、例えばパリレンからなる防湿層である。
【００２０】
本発明の一つの実施例において、前記構造は、前記第１の結合剤層を介して前記蛍光体粒子層に接続されるキャリアを更に備える。前記結合剤層は、前記キャリアと前記蛍光体粒子層との間に位置する。前記キャリアは、ＬＥＤレンズ、二次光学素子、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤチップ又はＬＥＤウェハである。
【００２１】
本発明の一つの実施例において、前記第１の結合剤層は、レンズ輪郭を有し且つ蛍光体粒子層と接触していない表面を有する。
【００２２】
従来の方法では、蛍光体は、通常、シリコン樹脂又は液体に分散された後、ＬＥＤ表面又はパッケージに配置されるため、蛍光体粒子をシリコン樹脂又は液体に均一に分散させることができず、或いは蛍光体粒子が均一に分散されたシリコン樹脂又は液体がＬＥＤ素子又はパッケージに塗布された後、蛍光体粒子の分布均一性を制御することができず、形成された蛍光体粒子層において蛍光体粒子の一部が集まって独立に存在して、結果として、ＬＥＤ製品の光色点が不均一となり、蛍光体変換ＬＥＤの色均一性が悪くなる。本発明の実施例は、ＬＥＤパッケージ表面、二次光学素子の表面、ＬＥＤチップの表面又はＬＥＤ表面に実質的に均一な膜層構造を形成する方法とシステムを提供し、これにより、上述した従来の問題点を解決することができ、以下の工程の一つまたは複数を達成できる。
【００２３】
（１）第１の表面に均一な蛍光体粒子層を形成する。
（２）硬化させる工程において第１の表面における粒子の移動を最小化する。
（３）蛍光体粒子層を例えばＬＥＤパッケージ表面又はＬＥＤ表面など所要の表面に転移させる。前記転移は、成型プロセス（ｍｏｌｄｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）や、封止表面に接着剤層で付着させるか或いは例えば表面に正方向の圧力である等方的な力を印加し、押圧工具表面に形成された粒子分布の歪みの原因となるせん断力を除去することにより行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図１Ａは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法の第１の実施例の模式図である。
図１Ｂは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法の第１の実施例の模式図である。
図１Ｂ’は、結合粒子層である第１の結合剤層の模式図である。
図２は、本発明に係る均一膜層構造の形成方法の第２の実施例の模式図である。
図３Ａは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法及びその構造の第３の実施例の模式図である。
図３Ｂは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法及びその構造の第３の実施例の模式図である。
図４は、蛍光体粒子層を所要の第２の表面の上又は上方に転移させる方法を示す。
図５Ａは、金型により蛍光体粒子層を転移させることを示す模式図である。
図５Ｂは、金型により蛍光体粒子層を転移させることを示す模式図である。
図５Ｃは、金型により蛍光体粒子層を転移させることを示す模式図である。
図６Ａは、蛍光体粒子層を各種の表面に転移させることを示す模式図である。
図６Ｂは、蛍光体粒子層を各種の表面に転移させることを示す模式図である。
図６Ｃは、蛍光体粒子層を各種の表面に転移させることを示す模式図である。
図７は、大量生産に用いられる第１の表面のアレイの模式図である。
図８Ａは、２つの表面の間に等方的な圧力を印加する方法及び装置の断面図である。
図８Ｂは、２つの表面の間に等方的な圧力を印加する方法及び装置の断面図である。
図９Ａは、スラリー法で形成された蛍光体分布との比較による本発明の実施例による蛍光体粒子の充填構造を示す。
図９Ｂは、スラリー法で形成された蛍光体分布との比較による本発明の実施例による蛍光体粒子の充填構造を示す。
図９Ｃは、スラリー法で形成された蛍光体分布との比較による本発明の実施例による蛍光体粒子の充填構造を示す。
図９Ｄは、スラリー法で形成された蛍光体分布との比較による本発明の実施例による蛍光体粒子の充填構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、具体的な実施例を用いて本発明の内容を説明する。この技術分野において通常知識を有する者は、本明細書の記載内容によって簡単に本発明の利点や効果を理解できる。本発明は、その他の異なる実施例によって応用を加えることが可能であり、本明細書の記載内容も、異なる観点や応用に基づき、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な修正や変更が可能である。
【００２６】
（第１の実施例）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法の第１の実施例を示す。この方法は、金型の第１の表面１０１に蛍光体粒子が蛍光体粉末からなる蛍光体粒子層１０を少なくとも１層形成する工程と、蛍光体粒子層１０に第１の結合剤層１２を形成することで蛍光体粒子層１０を固定する工程と、を含む。
【００２７】
蛍光体は、光波長、例えばＬＥＤからの光源を変換又は変更するためのものである。通常、この目的のための蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）材料、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＡＧ）材料、ＺｎＳｅＳ＋材料及びシリコンアルミニウムオキシナイトライド（ＳｉＡｌＯＮ）材料（例えばα−ＳｉＡｌＯＮ）等がある。しかしながら、本発明に係る実施例によれば、入射光の波長を変換又は変更するいかなる材料も蛍光体材料として使用可能である。ここで「蛍光体」とは、光の波長を異なる波長に変換又は変更する能力を有するすべての材料を指し、異なる波長の変換又は波長の変更に係る材料の混合物又は結合物を含む。なお、第１の実施例において、蛍光体粒子は、粉末状の蛍光体自体を指す。
【００２８】
実質的に均一な蛍光体粒子層１０の形成は、高品質の光変換を達成するための重要な鍵である。第１の実施例において、図１Ａに示すように、静電気の充電プロセスにより例えば金型である第１の表面１０１に実質的に均一な蛍光体粒子層１０を堆積させる。静電気の充電プロセスによる均一な蛍光体層の形成についての詳細は、参考として本明細書に組み込まれている米国特許第１２／５８７，２９０号を参照されたい。一つの例として、第１の表面１０１に静電気を形成し、第１の表面１０１を蛍光体粒子に接近させてそれを引き付けることで蛍光体粒子層１０を形成する。一つの実施例において、静電気充電プロセスは、スラリー環境における従来の電気化学充電プロセスとは異なり、非液体の環境において実行される。この方法のいくつかの実施例では、当該堆積プロセスは、粒子及び結合剤を液体懸濁液に分布させることを維持する必要がなく、このような問題から免れる。代わりに、いくつかの実施例では、粒子粉末及び結合剤材料は、別々に金型の第１の表面に形成及び／又は適用される。
【００２９】
従って、本発明に適用される静電気充電プロセスでは、蛍光体粒子充填密度及び層厚さを正確に制御することができる。ある実施例において、塗布プロセスは、同一の表面に繰り返して実施することができ、半球形表面、異なる形状の凹又は凸の表面又は平坦表面に、単一又は複数層の均一な粒子含有発光材料層を形成することができる。従って、高充填密度を有する粒子層が形成されるとともに対象物又は素子の表面に均一に分布される。また、単一層に引き付けられる蛍光体粒子は、複数種類の蛍光体粉末、即ち異なる色の蛍光体粉末を含んでもよい。種類の異なる蛍光体粉末を異なる層に形成してもよい。複数層の蛍光体粒子層の形成は、前記プロセスを繰り返して行われる。また、蛍光体粒子層は、蛍光体粒子及びその他の充填粒子を含んでもよい。
【００３０】
図１Ｂに示すように、蛍光体粒子層１０を形成した後、第１の結合剤層１２により蛍光体粒子層１０を固定し、蛍光体粒子の移動を最小化する。
【００３１】
第１の結合剤層１２は、硬化可能材料、例えばシリコン、エポキシ、ガラス、軟化材料（ｓｏｆｔｅｎｓ）又はＬＥＤ封止に用いられる任意の適当な材料であってよい。ある実施例において、誘電層のような薄膜を、蛍光体粒子層の上に堆積してもよい。例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電子ビーム蒸着又はその他の堆積方法により、例えばＳｉＯ２層である誘電層又はパリレンを堆積させることができる。ある実施例において、堆積された層を、蛍光体粒子層の内部領域、例えば粒子間隙を塗布することができる。別の実施例において、第１の結合剤層は蛍光体粒子層の上に形成され、その後のプロセスにおいて十分な結合力が提供される。
【００３２】
誘電膜を使用して粒子を固定する利点の一つは、堆積膜の屈折率を最大限の光抽出と一致するように調整することが可能である点である。誘電材料の膜は、かなりの多孔性になるため、低処理温度において堆積させることが好ましい。多孔性の誘電膜は、蛍光体粒子を十分保持してその後のプロセスにおける蛍光体粒子の移動を排除するとともに、粒子をＬＥＤ封止材に付着させるための接着剤材料が粒子粉体間隙に浸透して充填されることができる。
【００３３】
他の実施例において、第１の結合剤層１２は、蛍光体粒子層の放熱効率を促進するために高熱伝導性を有してもよい。
【００３４】
他の実施例において、第１の結合剤層１２は、蛍光体又はＬＥＤが湿気／熱の操作条件において劣化することを回避するために、優れた防湿性能を有してもよい。
【００３５】
図１Ｂ’に示すように、第１の結合剤層１２の他の実施例において、第１の結合剤層１２は、結合剤粒子（ｂｉｎｄｅｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）層１２ａである。
【００３６】
シリコン、エポキシ化合物、熱可塑性プラスチック又はガラスといった結合剤粒子は、蛍光体粒子層１０の頂面に引き付けられることができる。結合剤粒子の吸着には、上述した蛍光体粒子層を形成するための静電気充電プロセスを用いてもよい。第１の表面１０１における蛍光体粒子層１０と接触するとき、結合剤粒子１２ａを柔らかくするために、必要に応じて結合剤吸着プロセスにおいて第１の表面１０１を所定の温度に加熱してもよい。
【００３７】
その後、所定の温度において金型の第１の表面上の蛍光体粒子層１０及び結合剤粒子１２ａを硬化させることで蛍光体粒子同士を結合させることができる。
【００３８】
（第２の実施例）
図２は、本発明に係る均一膜層構造の形成方法の第２の実施例を示す。
第２の実施例の前記第１の実施例との相違点は、金型の第１の表面１０１が、粘性を有する第２の結合剤層１４により提供されることである。より具体的には、蛍光体粒子層１０は、第２の結合剤層１４の表面（即ち第１の表面）に形成されて、第１の結合剤層１２と第２の結合剤層１４との間に介在される。第２の結合剤層１４の材質、形成方法及び態様は、前述したものと同じであってよい。
【００３９】
（第３の実施例）
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に係る均一膜層構造の形成方法及びその構造の第３の実施例を示す。この方法は、第１の表面１０１に蛍光体粉末及び結合剤材料を含む蛍光体粒子層１０’を少なくとも１層形成する工程と、蛍光体粒子を結合する工程とを備える。
【００４０】
第３の実施例において、まずプレコートされた蛍光体粒子を用意する。それらの蛍光体粒子は、蛍光体粉末１０ａと結合剤材料１０ｂとの混合物であり、又は例えばシリコン、エポキシ、熱硬化性若しくは熱可塑性プラスチックである重合体結合剤材料１０ｂが塗布されたものである。蛍光体粒子は回転している懸濁液中において重合体結合剤材料が塗布され、その後乾燥されて粉末になる。代わりに、結合剤塗布プロセスは、重合体と添加物とを結合させて、所要の物理的・化学的特性の混合物が得られるように、重合体成形化合物の形成方法と類似した方法により実行することもできる。この実施例において、蛍光体粒子は、充填物として扱われてもよい。選択されたプロセス技術に応じて、前記蛍光体−重合体混合物は、液体状、ゴム状、片状体、固体状又は粉末状に製造されてもよい。プレコートされた蛍光体粒子の利点の一つは、ＬＥＤチップ表面上又はＬＥＤ封止構造上における蛍光体堆積プロセスの製造過程の容易性であり、既存の金型プロセス技術を使用しても達成することができる点にある。
【００４１】
蛍光体粒子層を形成する工程は、第１の表面１０１に静電気を形成し、そして、第１の表面１０１をプレコートされた蛍光体粒子に接近させてそれを引き付けることで蛍光体粒子層を形成する。当該プレコートされた蛍光体粒子は、静電気が充電されてもされなくてもよく、静電気が充電された第１の表面１０１に引き付けられる。結合剤材料が加熱によって柔らかくされると、蛍光体粉末と結合し、蛍光体粒子を互いに結合することができる。蛍光体粉末は、蛍光体粒子が結合された蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占めている。所定の厚さの蛍光体粒子層を形成した後、第１の表面１０１を所定の温度に加熱することで結合剤材料を硬化させる。そして、蛍光体粒子同士が結合することで、その後のプロセスにおいて粒子の移動を効果的に排除することができる。
【００４２】
第３の実施例において、図３Ｂに示すように、蛍光体粒子層に第１の結合剤層１２を形成する工程をさらに備えてもよい。本発明のある実施例において、第１の結合剤層は、パリレンである。そして結合剤材料１０ｂ及び第１の結合剤層１２を加熱することで蛍光体粒子層１０’を固定する。
【００４３】
また、同様に、前記塗布プロセスは、同一の表面に繰り返して実施することができ、それによって、半球形表面、異なる形状の凹若しくは凸表面又は平坦表面に、均一に粒子を含有する発光材料層を１つ又は複数形成することができる。従って、高充填密度を有する粒子層が形成されるとともに表面に均一に分布される。また、単一層に引き付けられる蛍光体粒子は、異なる種類の蛍光体粉末、即ち異なる色の蛍光体粉末を含んでもよい。異なる種類の蛍光体粉末は、色によって別々の層を形成してもよい。複数層の蛍光体粒子層を形成するため、このプロセスを繰り返して行ってもよい。また、前記蛍光体粒子層は、蛍光体粒子及びその他の充填粒子を含んでもよい。
【００４４】
本発明は、発光波長変換用の均一膜層構造をさらに提供する。この均一膜層構造は、第１の結合剤層１２と、前記第１の結合剤層１２に形成されて固定された蛍光体粒子層１０’とを備え、蛍光体粒子は、蛍光体粉末及び結合剤材料を含み、前記蛍光体粉末は前記蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占める。
【００４５】
（第４の実施例）
本発明による第４の実施例の均一膜構造を形成する方法を説明する図４及び図５を参照して、この方法は、蛍光体粒子層を所要の装置又は対象物の第２の表面の上又は上方に転移させるものである。第４の実施例において、前記第１又は第２の実施例に係る硬化された蛍光体粒子層、又は第３の実施例に係る蛍光体粒子が結合された蛍光体粒子層を、他の装置又は対象物の第２の表面の上又は上方に転移させる。
【００４６】
図４に示すように、所定の圧力下、適切な接着剤層５を用いて、第１の表面１０１を第２の表面１０２に押圧し、第２の表面１０２に蛍光体層を形成し、そして所定の温度で硬化させる。図４に示すように、第２の表面１０２は、ＬＥＤレンズの表面であって、第２の表面１０２に蛍光体粒子層を転移させるレンズである。その全体を、転移レンズ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌｅｎｓ）と称する。また、第２の表面１０２は、二次光学素子、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤダイ又はＬＥＤウェハの表面であってもよい。ＬＥＤレンズの第２の表面１０２及び／又はその他の表面には、例えばパリレンである防湿膜が塗布されてもよい。
【００４７】
蛍光体粒子層が第３の実施例に基づいて形成される場合、接着剤層５は、図３に示す第１の結合剤層１２であってもよい。従って、第１の結合剤層１２は、転移工程においてのみ硬化される必要がある。
【００４８】
発光波長を変換する方法で得られた均一膜層構造には、第２の表面１０２のキャリアがさらに含まれる。本発明のある実施例において、このキャリアは、ＬＥＤレンズ、二次光学素子、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤダイ又はＬＥＤウェハである。このキャリアは、第１の結合剤層１２（又は接着剤層５）により蛍光体粒子層１０と結合される。従って、第１の結合剤層１２は、キャリアと蛍光体粒子層１０との間に介在される。本発明のある実施例において、このキャリアは、ＬＥＤレンズであり、当該ＬＥＤレンズには例えばパリレンのような防湿膜が塗布されている。
【００４９】
蛍光体粒子層を他の装置又は素子の第２の表面１０２に転移させるもう一つの方法を説明する図５を参照して、図５Ａ、Ｂ乃至図５Ｃに示すように、第１の表面１０１は、第１の金型５１の表面の１つであってもよい。第１の金型５１と第２の金型５２とが噛み合わせて構成された金型チャンバには、例えばシリコン、エポキシないし熱可塑性プラスチック又はガラスなど、高温で溶けて改質させることができる熱硬化性材料６を充填することができる。第１の金型５１及び第２の金型５２は、金属又は非導電材料により形成されてもよい。
【００５０】
蛍光体粒子層１０（又は１０’）を有する第１の金型５１を第２の金型５２に圧着することにより、蛍光体粒子層１０をレンズ外形を有するチャンバに実装する。圧縮プロセスにおいて、蛍光体粒子層１０が依然として第１の金型５１の表面に保持されているため、蛍光体粒子の分布は、圧縮プロセスにおいて妨害を受けることはない。図５Ｃに示すように、金型を加熱することで熱硬化性材料６を硬化させた後、第１の金型５１及び第２の金型５２を分離させる。分離された後、蛍光体粒子層１０は、例えばレンズである封止体の表面に形成される。図５Ｃに示すレンズは、転移レンズの一つの態様である。
【００５１】
蛍光体粒子層１０が第１の実施例に基づいて形成される場合、図１Ｂ及び図５Ａ乃至図５Ｃの工程を統合して第１の結合剤層を完成させ、レンズ輪郭を有する第１の結合剤層を得ることができる。言い換えれば、第１の結合剤層は、蛍光体粒子層１０と接触していないレンズ輪郭を有する表面を有する。
【００５２】
蛍光体粒子層１０が第３の実施例に基づいて形成される場合、熱硬化性材料６を第１の結合剤層として蛍光体粒子層１０に結合することができる。従って、蛍光体粒子層１０と接触していない第１の結合剤層表面６ａは、レンズ輪郭を有してもよい。発光波長を変換する均一膜層構造において、蛍光体粒子層１０と接触していない第１の結合剤層の表面は、レンズ輪郭を有する。
【００５３】
このプロセス技術を拡大応用することにより、適切な対応する押圧工具で、各種形状の表面、例えば、図６Ａに示すような例えばレンズ又は被覆物の内表面である凹形表面、図６Ｂに示すような例えばレンズ又は被覆物の外表面である凸形表面、図６Ｃに示すような例えば平坦表面又は板体に、蛍光体粒子層を付けることができる。
【００５４】
（第５の実施例）
図７に示すように、第５の実施例における第１の表面１０１は、大量生産用のアレイに構成することができる。本発明に従って、第１の表面１０１の頭部表面は、封止体の表面における蛍光体層に対応する輪郭の形にしてもよい。
【００５５】
（第６の実施例）
第６の実施例として、等方的な圧力を二つの表面の間に印加する方法を提供する。これらの方法は、蛍光体層を曲面に転移させることに利用することができる。２つの表面の間に正方向圧力を提供し且つせん断力をなくすことによって、例えば図１に示す固定された蛍光体粒子層１０を他の湾曲した封止表面に転移させることができる。
【００５６】
図８Ａに示す実施例において、膨張性材料８１が、ホルダー８０の曲形表面層の内側に配置される。頭部８２の外表面は、例えばシリコンのようなホルダー８０内の膨張性材料８１に従って膨脹できる弾性材料である。温度が上昇した場合、膨張性材料８１の体積が膨張し、等方的な力が曲形表面層に印加される。具体的な実施例において、蛍光体粒子層１０は、例えば上述した方法の一つを使用して曲形表面層に形成される。曲形表面層は、例えばレンズ又は封止材料など受け入れ表面に隣接される。膨張性材料の温度が上昇した場合は、蛍光体粒子層が受け入れ表面に押し付けられる。２つの表面の間に印加した圧力により、蛍光体層を受け入れ表面に転移させる。
【００５７】
実施例に応じて、２つの表面の距離は選択可能である。ある実施例において、２つの表面は互いに接触することが可能である。他の実施例において、２つの表面の間には間隔を有してもよい。その間隔は、数ミクロン〜２００ミクロン又はそれ以上であってもよい。どちらの実施例においても、膨張性材料８１は、２つの表面の間に実質的に均一な圧力が生じるように構成される。膨張性材料８１は、例えば膨張可能微小球（Ｅｘｐａｎｃｅｌ）、温度が上昇した場合に膨張するその他の適切な材料又はその組み合わせを含む。
【００５８】
ある実施例において、蛍光体粒子層１０は、膨張性材料８１により押し出される凸形表面に位置する。他の実施例において、蛍光体粒子層１０は、図８Ｂに示す凹形表面に位置し、蛍光体粒子層１０外部に設けられた膨張性材料層により内側へ押されることが可能である。
【００５９】
正方向力を表面に印加することは、粒子が封止表面に付着する場合に押圧工具表面に形成された粒子分布を歪めるせん断力を除去するためである。
【００６０】
図８Ａに示す実施例の１つにおいて、押圧器の頭部８２は、シリコンのような膨張性材料で製造される。ある膨張性容器（ｖｅｓｓｅｌ）は、押圧器の頭部８２内に嵌め込まれる。膨張性容器には、液体又は膨張可能微小球又は液体と膨張可能微小球とともに充填することが可能である。上述のように、蛍光体粒子は、均一層として頭部領域に形成される。ある実施例において、ファイバーガイド青色ＬＥＤを押圧器の頭部内に取り付けることにより、押圧器の頭部に引き付けられる所要の光色点の蛍光体粉末の量をインサイチュ測定することができる。
【００６１】
蛍光体粒子転移期間において、蛍光体粒子を有する工具の頭部を封止表面に押圧し、その間に、工具の頭部は、温度が上昇することで、又は頭部に空気が注入されることで膨張する。一旦頭部が膨張すると、押圧器の頭部は、封止体表面に正方向の等方的力を提供し、硬化プロセスにおいて粒子の移動を排除する。
【００６２】
蛍光体粒子層を他の表面に転移させるために等方的力を提供するのに類似した方法は、適切に設計された膨張頭部を有する各種の表面、例えば図８Ｂに示す凹形表面のための頭部設計に適用することができる。
【００６３】
スラリー法で形成した蛍光体の分布と比較して、本発明の実施例に依る蛍光体粒子の充填構造を説明する図９Ａ乃至図９Ｄを参照して、図９Ａに示す本発明の実施例に依る堆積された蛍光体粒子の充填構造には、蛍光体粒子１８が表面に高度に充填されている。蛍光体粉末は、蛍光体粒子層の体積の７５％以上を占める。これは、蛍光体粒子が図９Ｂに示す蛍光体シリコン混合物のような蛍光体混合物に分布されるスラリー法では、実現することが困難である。図９Ａに示すような高密度に充填された蛍光体により、蛍光体粒子内の光変換により生成された熱の消散を強化することができる。これは、生成された熱が、蛍光体混合物を形成するために、溶剤の充填材が必要であるスラリー法においては粒子間のシリコンを介して行なわれるの対し、相互に接続している粒子を通して消散できることによる。強化された熱の消散は、変換効率を増加するとともに、熱による光減衰を改善することもできる。
【００６４】
本発明の実施例に依る異なる光学特性の複数の蛍光体を含む応用層について、異なる蛍光体は、図９Ｃに示す層構造に堆積させることができ、蛍光体粒子１９は、層構造内において蛍光体粒子１８と分離されている。スラリー法においては、異なる蛍光体粒子は、シリコン層、例えば図９Ｄに示す蛍光体シリコン混合物に分布されている。
【００６５】
本発明の実施例によって、図９Ｃにおける層状構造は、蛍光体粒子の異なる性質の配列を最適化して、蛍光体粒子の異なる光性質の間の光の再吸収を最小化させることによって、光色品質を強化することができ、光変換効率を強化することもできる。
【００６６】
上述した実施例は、本発明の特徴及び機能を例示的に説明するものに過ぎず、本発明の範囲は、これらによって限定されるものではない。この技術分野に精通した者は、本発明の主旨によってなされた全ての修正や変更が、本発明の特許請求の範囲に入るものであることを理解することができる。
【符号の説明】
【００６７】
５  接着剤層
６  熱硬化性材料
６ａ  第１の結合剤層表面
１０、１０’  蛍光体粒子層
１０ａ  蛍光体粉末
１０ｂ  結合剤材料
１２  第１の結合剤層
１２ａ  結合剤粒子
１４  第２の結合剤層
１８、１９  蛍光体粒子
５１  第１の金型
５２  第２の金型
８０  ホルダー
８１  膨張性材料
８２  押圧器の頭部
１０１  第１の表面
１０２  第２の表面
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｂ１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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