(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置であって、
表面領域を有する取付部材と、
前記表面領域の第１領域の上部に設けられた少なくとも１つのＬＥＤデバイスと、
少なくとも前記表面領域の第２領域の上部に配置された波長変換材料と、
前記少なくとも１つのＬＥＤデバイス上及び前記波長変換材料の層上に設けられた波長選択表面であって、前記波長選択表面は、前記少なくとも１つのＬＥＤデバイスの直接放射光のうち少なくとも３０％を反射するように構成されると共に、前記波長変換材料と前記ＬＥＤデバイスからの直接放射との間の相互作用に起因する選択された波長の変換発光を透過させるように構成されている波長選択表面と、
を含み、
前記少なくとも１つのＬＥＤデバイスの各々と前記波長変換材料とは互いに離間している光学装置。
【請求項２】
前記波長材料の厚さは１００μm未満である請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記表面領域の反射率は、前記直接発光波長のうち１つ以上において５０％を越える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記波長変換材料は波長変換粒子を含み、前記波長変換粒子は、平均粒子間距離が前記波長変換材料全ての平均粒径のおよそ１０倍未満である点において特徴付けられる、請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記波長選択表面はフィルタを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記波長選択表面はダイクロイック光学部材を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
前記波長変換材料は、第１の波長変換材料および第２の波長変換材料を含み、前記第１の波長変換材料および第２の波長変換材料は、ピクセル化パターン状に配置される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
前記波長変換材料は、第１の波長変換材料を含み、前記第１の波長変換材料は、第２の波長変換材料の上に積層される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記波長変換材料は、第１の波長変換材料を含み、前記第１の波長変換材料は、第２の波長変換材料と混合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記波長変換材料は、第１の波長変換材料および第２の波長変換材料を含み、前記第１の波長変換材料および前記第２の波長変換材料は、少なくとも、量子ドット材料、蛍光体材料または有機材料のうち、いずれか一つとして使われる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記波長変換材料は、量子ドット材料、蛍光体材料および有機材料のうち１つを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのＬＥＤデバイスは、ガリウムおよび窒素含有基板上に作製される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記ガリウムおよび窒素含有基板は、半極性配向または非極性配向によって特徴付けられる、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記波長選択表面は波長変換材料を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記波長選択表面は一つ以上の蛍光体材料を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１６】
さらに電源を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記波長変換材料は層を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１８】
さらにランプを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１９】
さらにＭＲ１６ベースを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項２０】
さらに、集積回路、センサーまたは、微小機械加工電子機械システムのうち、少なくとも、いずれか一つを含む、請求項１に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、同一出願人による米国仮特許手段第６１／３０１，１８３号（出願日：２０１０年２月３日）に対する優先権を主張する。本明細書中、同文献をあらゆる目的のために援用する。また、同一出願人による特許出願シリアル番号第１２／８８７，２０７号、第１２／９１４，７８９号、第６１／２５７，３０３号、第６１／２５６，９３４号および第６１／２４１，４５９号も参考のため援用する。
【０００２】
発明の背景
本発明は、主に照明に関する。本発明は、ＬＥＤデバイスから電磁放射（例えば、紫外線、紫色、青色、青色および黄色、または青色および緑色）を伝送するための技術を提供する。前記デバイスは、反射モードにおいて発光する蛍光体を用いて、バルク半極性材料または非極性材料上において作製することができる。他の実施形態において、出発材料は、極性窒化ガリウム含有材料を含み得る。本発明は、白色照明、多色照明、一般照明、装飾照明、自動車用ランプおよび航空機用ランプ、街灯、植物成長用照明、表示灯、フラットパネルディスプレイおよび他の光電子デバイス用の照明に適用することができる。
【０００３】
１８００年代後半において、トーマスエジソンが電球を発明した。「エジソン電球」と一般的に呼ばれる従来の電球の場合、タングステンフィラメントがガラス球中に封入され、ガラス球がベース中に密封され、ベースがソケットにねじ込まれている。前記ソケットは、電源に接続される。従来の電球は、幅広く用いられている。残念なことに、従来の電球の場合、用いられるエネルギーのうち９０％を越えるエネルギーが、熱エネルギーとして消散する。さらに、従来の電球の場合、タングステンフィラメントの蒸発に起因して、最終的に故障する。
【０００４】
蛍光灯において用いられる管構造には、希ガス（典型的には水銀）が充填される。一対の電極が、前記管へと連結され、また、バラストを通じて交流電源へと接続される。前記水銀蒸気が励起されると、蛍光灯はＵＶ光を放出する。前記管は、蛍光体によってコーティングされる。前記蛍光体は、紫外線によって励起される。より最近では、蛍光灯は、標準ソケット内に接続されたベース構造に取りつけられる。
【０００５】
固体照明技術も、用いられている。固体照明は、発光ダイオード（ＬＥＤと総称される）の製造において、半導体材料に依存する。先ず、赤色ＬＥＤが実証され、商用化された。赤色ＬＥＤにおいては、アルミニウムインジウムガリウムリン、、すなわちＡｌＩｎＧａＰ半導体材料が用いられる。最近では、Ｓｈｕｊｉ
Ｎａｋａｍｕｒａにより、青色発光ＬＥＤの青色範囲のＬＥＤ発光を製造するためのＩｎＧａＮ材料の使用が開発された。この青色ＬＥＤをきっかけにして、固体照明および青色レーザーダイオードなどの革新に繋がり、青色レーザーダイオードにより、ブルーレイ（登録商標）ＤＶＤプレーヤおよび他の開発が可能となった。他の色のＬＥＤも提案されている。
【０００６】
ＧａＮに基づいた、高輝度ＵＶＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが提案および実証されており、一定の成功を収めている。効率は紫外線において最高となることが多く、発光波長が青色または緑色へと上昇するのにつれて下降する。残念なことに、高輝度かつ高効率のＧａＮ緑色ＬＥＤの達成が困難となっている。典型的なＧａＮＬＥＤの場合、発光効率は、一般照明用途の場合と同様に、電流密度の上昇と共に下降する。これは、「ロールオーバー」として知られている現象である。さらに、ＬＥＤを用いたパッケージにおいても制約がある。すなわち、このようなパッケージの場合、熱効率が低いことが多い。他の制約を挙げると、低い歩留まり、低効率および信頼性の問題がある。このように、固体照明技術は既に高く成功を収めているものの、その可能性を最大限に利用するためには、改善の余地がある。
【０００７】
発明の簡単な概要
本発明の選択された実施形態において、光学装置が提供される。前記光学装置は、表面領域を有する取付部材と、  前記表面領域の第１領域の上部に設けられた少なくとも１つのＬＥＤデバイスと、少なくとも前記表面領域の第２領域の上部に配置された波長変換材料と、波長選択表面とを含む。前記波長選択表面は、前記ＬＥＤデバイスの実質的直接放射を反射するように構成され、かつ、少なくとも前記波長変換材料および前記ＬＥＤデバイスの直接放射との相互作用に起因する少なくとも１つの選択された波長変換発光を伝送するように構成される。前記ＬＥＤデバイスからの直接反射のうち少なくとも３０％が前記波長選択表面から反射された後、前記波長変換材料との相互作用が行われる。好適には、前記波長材料の厚さは１００μm未満であるが、２００μm未満であってもよい。前記ＬＥＤデバイスの表面領域は、前記波長変換材料の表面よりも高く延びる。前記波長変換材料は好適には、波長変換粒子を含む。前記波長変換粒子は、平均粒子間距離が全ての前記波長変換材料の平均粒径の約１０倍未満である点において、特徴付けられる。
【０００８】
典型的には、前記波長選択表面は、フィルタまたはダイクロイック光学部材である。前記波長変換材料は、第１および第２の波長変換材料として提供され得る。前記第１および第２の波長変換材料は、ピクセル化パターンで配置されるか、共に混合されるか、またはスタック型配置構成として設けられる。前記波長変換材料は、量子ドット、蛍光体材料または有機材料として設けることができる。また、好適には、前記ＬＥＤデバイスは、極性配向、半極性配向または非極性配向を有するガリウムおよび窒素含有基板上に作製される。
【０００９】
別の実施形態において、前記光学装置は、表面領域を有する取付部材と、層状波長変換材料と共に前記表面領域の一部の上部に配置されたＬＥＤデバイスとを含む。波長選択表面は、前記ＬＥＤデバイスの実質的直接放射を反射し、前記ＬＥＤデバイスの直接放射と前記波長変換材料の相互作用に起因する変換発光の選択波長を伝送するように、構成される。第１の高さにおいて前記ＬＥＤ表面積によって形成された第１の体積は、前記ＬＥＤ表面および前記波長選択表面を接続させる。第２の高さにおいて前記層状波長変換材料によって形成された第２の体積は、前記層状波長変換材料および波長選択表面を接続させる。前記第２の体積は前記第１の体積よりも高く、前記第２の領域は実質的に透明であり、実質的に波長変換材料を含まない。
【００１０】
本発明によって提供される光学装置は、表面領域を有する取付部材と、前記表面領域上のＬＥＤデバイスとを含む。前記表面領域の露出部は、前記露出部上に配置された第１の波長変換材料と、前記第１の波長変換材料上に配置された第２の波長変換材料とを有する。波長選択表面は、前記ＬＥＤデバイスからの直接放射を実質的に遮断し、前記波長変換材料との相互作用に起因する反射された発光の選択された波長を伝送する。
【００１１】
別の実施形態において、前記デバイスは、前記ＬＥＤデバイスの近隣に配置された複数の波長変換材料を有する。波長選択表面は、前記波長変換材料との相互作用に起因する選択された波長の放射された発光を伝送しつつ、前記ＬＥＤの直接放射を遮断する。好適には、前記ＬＥＤデバイスが取り付けられる際、前記ＬＥＤデバイスの上面が前記波長変換材料の上面の上方に設けられるように、取付が行われる。前記波長変換材料は、ピクセル化パターンで配置されるか、共に混合されるか、またはスタック型配置構成において相互に上下に設けられ得る。
【００１２】
他の実施形態において、前記取付部材は、前記表面領域の露出部と、前記露出部上に設けられた、一定厚さの延性材料とを有する。前記延性材料は、軟質金属または硬質金属、半導体、ポリマーまたはプラスチック、誘電体またはこれらの組み合わせを含み得る。波長変換材料が、前記延性材料内に部分的または全体的に埋設される。波長選択表面は、前記ＬＥＤデバイスの直接放射を遮断し、前記波長変換材料との相互作用に起因する選択された波長の反射発光を伝送する。前記延性材料および前記波長変換材料は、相互に適切な高さとなるように、配置される。
【００１３】
また、本発明は、光学装置の製造方法を提供する。前記方法は、表面領域を有する取付部材を提供するステップと、例えば電気めっきのようなプロセスまたは蒸着プロセスを用いて、波長変換材料を内部に含むキャリア材料を一定厚さで形成するステップとを含む。その後、前記波長変換材料は好適には、適切なプロセスステップによって露出される。別の実施形態において、前記デバイスは、前記波長変換材料に接続されたマトリックスと、平均バルク熱伝導率とを有する。前記マトリックスは、シリコーン、エポキシまたは他の封入材料を含み得る。前記材料は、有機または無機であり得る。前記マトリックスは、蛍光体などの波長変換材料を含む。
【００１４】
本発明によるデバイスおよび方法は、向上した照明を向上した効率で提供する。前記方法および前記方法によって得られる構造は、変換技術を用いてより容易に実行される。特定の実施形態において、紫色発光ＬＥＤデバイスは、約３８０ナノメートル〜約４４０ナノメートルの波長範囲において、電磁放射を放射することができる。別の実施形態において、青色発光ＬＥＤデバイスは、約４４０ナノメートル〜約４９０ｎｍの波長範囲において、電磁放射を放射することができる。他の実施形態において、複数の発光波長の複数のＬＥＤデバイスが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１は、平坦キャリアおよび切断キャリアを用いた、パッケージ型発光デバイスの簡略化した図である。
【００１６】
図２〜図１２は、反射モード構成を用いた、別のパッケージ型発光デバイスを示す。
【００１７】
図１３〜図１５は、本発明の他の実施形態による、反射モード構成を用いたパッケージ発光デバイスを示す。
【００１８】
図１６〜図２２は、波長変換材料を用いる方法を示す。
【００１９】
発明の詳細な説明
ＧａＮ光電子光学における最近の発展により、極性配向、非極性配向および半極性配向を含むバルクＧａＮ基板上に作製されたデバイスの可能性が判明している。非極性配向および半極性配向においては、強い偏光の不在に起因する電界が、ｃ面（すなわち、極性）ＧａＮ上の従来のデバイスにおいて問題となっており、そのため、発光ＩｎＧａＮ層の放射再結合が大幅に向上している。さらに、電子帯構造の本質および異方性面内歪みに起因して、高極性発光が発生し、その結果、バックライトディスプレイなどの用途において有利となる。
【００２０】
照明分野において特に重要となるのは、非極性ＧａＮ基板および半極性ＧａＮ基板上に作製された発光ダイオード（ＬＥＤ）の発展性である。このようなＩｎＧａＮ発光層を利用したデバイスの場合、より広い動作波長における出力が、紫色領域（３９０〜４３０ｎｍ）、青色領域（４３０〜４９０ｎｍ）、緑色領域（４９０〜５６０ｎｍ）、および黄色領域（５６０〜６００ｎｍ）において記録されている。例えば、ピーク発光波長が４０２ｎｍである紫色ＬＥＤが、ｍ面（１−１００）ＧａＮ基板上において最近作製されており、光抽出向上機能が無いのにも関わらず４５％を越える外部量子効率を示し、高電流密度において優れた性能を示し、ロールオーバーも最小であった。高性能バルクＧａＮＬＥＤにより、今や複数種の白色光源が可能となっている。１つの実行様態において、紫色発光バルクＧａＮＬＥＤが、蛍光体と共にパッケージされる。好適には、前記蛍光体は、青色、緑色および赤色を発光する３つの蛍光体またはこれらの組み合わせの混合物である。
【００２１】
極性ＬＥＤ、非極性ＬＥＤまたは半極性ＬＥＤは、バルク窒化ガリウム基板上に作製され得る。前記窒化ガリウム基板は通常は、ハイドライド気相成長または熱アンモニア成長によって当該分野において公知の方法で成長されたブールからスライスされる。前記窒化ガリウム基板はまた、同一出願人による米国特許出願第６１／０７８，７０４号に開示されるように、ハイドライド気相成長および熱アンモニア成長の組み合わせによって作製され得る。本明細書中、同文献を参考のため援用する。前記ブールは、単結晶種晶上においてｃ方向、ｍ方向、ａ方向または半極性方向に成長させることができる。半極性面は、（ｈｋｉｌ）ミラー指数によって指定することができ、ここでｉ＝−（ｈ＋ｋ）であり、lは非ゼロであり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである。前記窒化ガリウム基板に対し、切断、ラッピング、研磨および化学機械研磨を行うことができる。前記窒化ガリウム基板の配向は、｛１−１００｝ｍ面、｛１１−２０｝ａ面、｛１１−２２｝面、｛２０−２±１｝面、｛１−１０±１｝面、｛１−１０−±２｝面または｛１−１０±３｝面において±５度、±２度、±１度または±０．５度以内であり得る。前記窒化ガリウム基板は好適には、低い転位密度を有する。
【００２２】
ホモエピタキシャル極性、非極性または半極性のＬＥＤが、前記窒化ガリウム基板上に当該分野において公知の方法で作製される。当該分野において公知の方法の例として、例えば、米国特許第７，０５３，４１３号中に開示された方法がある。同文献全体を参考のため援用する。米国特許第７，３３８，８２８号および第７，２２０，３２４号に開示された方法に従って、少なくとも１つのＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、および０≦ｘ＋ｙ≦１）を前記基板上に堆積させる。同文献全体を参考のため援用する。前記少なくとも１つのＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層の堆積は、有機金属化学蒸着、分子線エピタキシー、ハイドライド気相成長またはこれらの組み合わせによって行うことができる。前記ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層に含まれる活性層に電流が流れると、前記活性層は優先的に発光する。前記活性層は、厚さ約０．５ｎｍ〜約４０ｎｍの単一量子井戸であり得る。別の実施形態において、前記活性層は、複数の量子井戸または二重ヘテロ構造であり、厚さは約４０ｎｍ〜約５００ｎｍである。１つの特定の実施形態において、前記活性層は、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ層（ここで、０≦ｙ≦１）を含む。
【００２３】
本発明によって提供されるパッケージおよびデバイスは、取付部材上に配置された少なくとも１つのＬＥＤを含む。他の実施形態において、出発材料は、極性窒化ガリウム含有材料などを含み得る（例えば、サファイア、窒化アルミニウム、ケイ素、炭化ケイ素、および他の基板）。本パッケージおよびデバイスは好適には、白色光を発光する蛍光体と組み合わせられる。
【００２４】
図１は、平坦キャリアパッケージ発光デバイス１００と、凹型またはカップパッケージ型発光デバイス１１０とを示す。本発明は、平坦キャリアパッケージ１００内に構成されたパッケージ型発光デバイスを提供する。図示のように、前記デバイスは、表面領域を有する取付部材を有する。前記取付部材は、適切な材料によって構成される（例えば、セラミック、半導体（例えば、ケイ素）、金属（アルミニウム、４２アロイまたは銅）、プラスチック、誘電体）。前記基板は、リードフレーム部材、キャリアまたは他の構造として提供することができる。図面中、これらを「基板」と総称する。
【００２５】
前記取付部材は、前記ＬＥＤを保持する。前記取付部材は、多様な形状、サイズおよび構成にすることができる。前記取付部材の表面領域は通常は実質的に平坦であるが、前記表面領域内に１つ以上の若干の変更を加えてもよく、例えば、前記表面をカップ形状またはテラス形状あるいは平坦形状およびカップ形状の組み合わせにしてもよい。さらに、前記表面領域は、概して平滑表面、メッキまたはコーティングを有する。このようなメッキまたはコーティングは、金、銀、白金、アルミニウム、金属を載置した誘電体、または上側の半導体材料への接合に適した他の材料でよい。
【００２６】
再度図１を参照して、前記光学装置は、前記表面領域上に配置されたＬＥＤ(Light
Emitting Diode)を有する。ＬＥＤデバイスは任意の種類のＬＥＤでよいが、好適な実施形態においては、好適には半極性ＧａＮ含有基板または非極性ＧａＮ含有基板上に作製されるが、極性ガリウムおよび窒素含有材料上に作製することも可能である。好適には、前記ＬＥＤは、極性電磁放射を出射する。前記ＬＥＤデバイスは、前記基板に取りつけられた第１ポテンシャルと、ＬＥＤデバイスに接合されたワイヤまたはリードに接続された第２ポテンシャルとに接続される。
【００２７】
前記ＬＥＤデバイスは、青色発光ＬＥＤデバイスであり得、前記実質的に偏光された発光は、約４４０ナノメートル〜約４９０ナノメートルの波長からの青色光である。特定の実施形態において、｛１−１００｝ｍ面バルク基板または｛１０−１−１｝半極性バルク基板を前記半極性青色ＬＥＤのために用いる。前記基板は平坦表面を有し、前記表面の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さは約０．１ｎｍであり、貫通転位密度は５×１０６ｃｍ−２であり、キャリア濃度は約１×１０１７ｃｍ−３である。エピタキシャル層は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって大気圧において前記基板上に堆積される。グループＶ前駆体（アンモニア）の流速と、グループIII前駆体（トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）の流速との間の成長時における比は、約３０００〜約１２０００である。第１に、ｎ型（ケイ素ドープ）ＧａＮの接触層を厚さ約５ミクロンおよびドーピングレベル約２×１０１８ｃｍ−３で前記基板上に堆積させる。次に、非ドープＩｎＧａＮ／ＧａＮ多量子井戸（ＭＱＷ）を活性層として堆積させる。前記ＭＱＷ超格子は６個の期間を有し、８ｎｍのＩｎＧａＮおよび３７．５ｎｍのＧａＮバリア層が交互に積層された層を含む。次に、１０ｎｍ非ドープＡｌＧａＮ電子遮断層を堆積させる。最後に、厚さ約２００ｎｍおよびホール濃度約７×１０１７ｃｍ−３になるまで、ｐ型ＧａＮ接触層を堆積させる。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をｐ型接点としてｐ型接点層上に電子ビーム蒸着し、高速熱アニーリングを行う。約３００×３００μｍ２の大きさのＬＥＤメサを、塩素系誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）技術を用いたフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを露出ｎ−ＧａＮ層上に電子ビーム蒸着して、ｎ型接点を形成する。Ｔｉ／Ａｕを前記ＩＴＯ層の一部に電子ビーム蒸着してｐ接点パッドを形成し、前記ウエハーをダイシングして、別個のＬＥＤダイを得る。従来のワイヤーボンディングにより、電気接点を形成する。
【００２８】
特定の実施形態において、前記光学装置において、前記ＬＥＤから分離された前記表面領域の露出部上に、１００ミクロン以下の厚さの材料を形成する。前記材料は、波長変換材料を含む。前記波長変換材料は、波長選択反射体から反射された電磁放射を変換する。典型的には、前記材料は、ＬＥＤ発光によって励起され、第２の波長を電磁放射を発光する。好適な実施形態において、前記材料は、青色光との相互作用から、実質的に緑色、黄色、および／または赤色の光を発光する。
【００２９】
前記エンティティは好適には、（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｌａ）３（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ならびにＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅを含むコロイド量子ドット薄膜から選択された蛍光体または蛍光体混合物を含む。他の実施形態において、前記デバイスは、実質的に赤色の光を発光することが可能な蛍光体を含む。このような蛍光体は、以下のうち１つ以上から選択される：（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；Ｙ２（Ｏ、Ｓ）３：Ｅｕ３＋；Ｃａ１−ｘＭｏ１−ｙＳｉｙＯ４（ここで、０．０５≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１；（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）５Ｅｕ（Ｗ、Ｍｏ）Ｏ４；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；３．５ＭｇＯ＊０．５ＭｇＦ２＊ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋（ＭＦＧ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇｘＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ここで、Ｋｘ≦２）；（ＲＥ１−ｙＣｅｙ）Ｍｇ２−ｘＬｉｘＳｉ３−ｘＰｘＯ１２（ここで、ＲＥは、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｇｄ、ＹおよびＴｂのうち少なくとも１つであり、０．０００１≦ｘ≦０．１および０．００１≦ｙ≦０．１；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｌａ）２−ｘＥｕｘＷ１−ｙＭｏｙＯ６（ここで、０．５≦ｘ．≦１．０、０．０１≦ｙ≦１．０）；（ＳｒＣａ）１−ｘＥｕｘＳｉ５Ｎ８（ここで、０．０１≦ｘ≦０．３）；ＳｒＺｎＯ２：Ｓｍ＋３；ＭｍＯｎＸ（ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、アルカリ土類金属およびこれらの混合物からなる群から選択され、Ｘはハロゲン（１≦ｍ≦３および１≦ｎ≦４）であり、前記ランタニドドーピングレベルは、０．１〜４０％のスペクトル重みの範囲であり得、およびＥｕ３＋活性リン酸塩またはホウ酸蛍光体；ならびにこれらの混合物。
【００３０】
量子ドット材料は、ある種の半導体と、希土類元素ドープ酸化物ナノ結晶とを含む。前記希土類元素ドープ酸化物ナノ結晶のサイズおよび化学的性質により、前記量子ドット材料の発光特性が決定される。前記半導体量子ドットの典型的な化学的性質は、以下の周知のものを含む：（ＺｎｘＣｄｌ−ｘ）Ｓｅ［ｘ＝０．．１］、（Ｚｎｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｓｅ［ｘ＝０．．１］、Ａｌ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）［ｘ＝０．．１］、（Ｚｎｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｔｅ［ｘ＝０．．１］、Ｔｉ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）［ｘ＝０．．１］、Ｉｎ（ＡｓｘＰｌ−ｘ）［ｘ＝０．．１］、（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）Ｓｂ［ｘ＝０．．１］、（Ｈｇｘ、Ｃｄｌ−ｘ）Ｔｅ［ｘ＝０．．１］閃亜鉛鉱半導体結晶構造。希土類元素ドープ酸化物ナノ結晶の公開例を挙げると、Ｙ２０３：Ｓｍ３＋、（Ｙ、Ｇｄ）２０３：Ｅｕ３＋、Ｙ２０３：Ｂｉ、Ｙ２０３：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｙ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｌｕ２Ｓｉ０５：Ｃｅ、Ｙ３Ａ１５）１２：Ｃｅがあるが、他の単純な酸化物またはオルトケイ酸塩を除外するものではない。これらの材料のうち多くは、有毒であると考えられている前記ＣｄおよびＴｅ含有材料の適切な代替材料として、積極的に検討されている。
【００３１】
本明細書中の目的のために、蛍光体中に２つ以上のドーパントイオン（すなわち、上記蛍光体中のコロンに従うイオン）が含まれている場合、当該蛍光体中には少なくとも１つの前記材料内のドーパントイオンが含まれることを意味する（ただし、必ずしも全てではない）すなわち、当業者であれば理解するように、この種の表記によれば、前記蛍光体は、上記配合中においてドーパントとして指定されたイオンのうち任意のものまたは全てを含み得る。
【００３２】
別の実施形態において、前記発光ダイオードデバイスは、少なくとも１つの紫色発光ＬＥＤデバイスと、実質的に白色光を発光することが可能なエンティティとを含む。前記紫色発光ＬＥＤデバイスは、約３８０ナノメートル〜約４４０ナノメートルの範囲において電磁放射を出射することができる。特定の実施形態において、前記非極性紫色ＬＥＤのために、（１−１００）ｍ面バルク基板が設けられる。前記基板は、平坦な表面を有する。前記平坦な表面の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さは約０．１ｎｍであり、貫通転位密度は５×１０６ｃｍ−２であり、キャリア濃度は約１×１０１７ｃｍ−３である。前記基板上にエピタキシャル層が有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって大気圧で堆積される。グループＶ前駆体（アンモニア）と、グループIII前駆体（トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）との間の成長時における流速比は、約３０００〜約１２０００である。第１に、ｎ型（ケイ素ドープ）ＧａＮの接触層を厚さ約５ミクロンおよびドーピングレベル約２×１０１８ｃｍ−３で前記基板上に堆積させる。次に、非ドープＩｎＧａＮ／ＧａＮ多量子井戸（ＭＱＷ）を活性層として堆積させる。前記ＭＱＷ超格子は６個の期間を有し、１６ｎｍのＩｎＧａＮおよび１８ｎｍのＧａＮバリア層が交互に積層された層を含む。次に、１０ｎｍ非ドープＡｌＧａＮ電子遮断層を堆積させる。最後に、厚さが約１６０ｎｍおよびホール濃度が約７×１０１７ｃｍ−３になるまで、ｐ型ＧａＮ接触層を堆積させる。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をｐ型接点としてｐ型接点層上に電子ビーム蒸着し、高速熱アニーリングを行う。約３００×３００μｍ２の大きさのＬＥＤメサを、塩素系誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）技術を用いたフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを露出ｎ−ＧａＮ層上に電子ビーム蒸着して、ｎ型接点を形成する。Ｔｉ／Ａｕを前記ＩＴＯ層の一部に電子ビーム蒸着してｐ接点パッドを形成し、前記ウエハーをダイシングして、別個のＬＥＤダイを得る。従来のワイヤーボンディングにより、電気接点を形成する。特定の実施形態に従って、他の色のＬＥＤｓを利用または組み合わせることも可能である。類似の実施形態において、前記ＬＥＤは、極性バルクＧａＮ配向上に作製される。
【００３３】
特定の実施形態において、前記エンティティは、実質的青色光、実質的緑色光および実質的に赤色光を発光することが可能な蛍光体の混合物を含む。一例として、前記青色発光蛍光体は、以下からなる群から選択される：（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）５（Ｐ０４）３（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＯＨ）：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；Ｓｂ３＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＢＰＯ５：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｓｒ、Ｃａ）１０（ＰＯ４）６＊ｎＢ２Ｏ３：Ｅｕ２＋；２ＳｒＯ＊０．８４Ｐ２Ｏ５＊０．１６Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ２＋；Ｓｒ２Ｓｉ３０８＊２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２０７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋（ＳＡＥ）；ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ２＋；およびこれらの混合物。前記緑色蛍光体は、以下からなる群から選択される：（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ＢＡＭｎ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ）ＢＯ３：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋；Ｃａ８Ｍｇ（Ｓｉ０４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ０４：Ｅｕ２＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２（Ｍｇ、Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ、ｌｎ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋；（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｌｕ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）８（Ｍｇ、Ｚｎ）（ＳｉＯ４）４Ｃ１２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ＣＡＳＩ）；Ｎａ２Ｇｄ２Ｂ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋；（Ｂａ、Ｓｒ）２（Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ）Ｂ２Ｏ６：Ｋ、Ｃｅ、Ｔｂ；およびこれらの混合物。前記赤色蛍光体は、以下からなる群から選択される：（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；Ｙ２（Ｏ、Ｓ）３：Ｅｕ３＋；Ｃａ１−ｘＭｏ１−ｙＳｉｙＯ４（ここで、０．０５≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１；（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）５Ｅｕ（Ｗ、Ｍｏ）Ｏ４；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；３．５ＭｇＯ＊０．５ＭｇＦ２＊ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋（ＭＦＧ）；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇｘＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇｘＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋（ここで、１＜ｘ≦２）；（ＲＥ１−ｙＣｅｙ）Ｍｇ２−ｘＬｉｘＳｉ３−ｘＰｘＯ１２（ここで、ＲＥは、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｇｄ、ＹおよびＴｂのうち少なくとも１つであり、０．０００１＜ｘ＜０．１および０．００１＜ｙ＜０．１；（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｌａ）２−ｘＥｕｘＷ１−ｙＭｏｙＯ６（ここで、０．５＜ｘ．＜１．０、０．０１＜ｙ＜１．０）；（ＳｒＣａ）１−ｘＥｕｘＳｉ５Ｎ８（ここで、０．０１＜ｘ＜０．３）；ＳｒＺｎＯ２：Ｓｍ＋３；ＭｍＯｎＸ（ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、アルカリ土類金属およびこれらの混合物からなる群から選択され、Ｘはハロゲン（１≦ｍ≦３および１≦ｎ≦４）であり、前記ランタニドドーピングレベルは、０．１〜４０％のスペクトル重みの範囲であり得、およびＥｕ３＋活性リン酸塩またはホウ酸蛍光体；ならびにこれらの混合物。
【００３４】
他の「エネルギー変換発光材料」（例えば、蛍光体、半導体、半導体ナノ粒子（「量子ドット」）、有機発光材料など）ならびにこれらの組み合わせも利用可能であることが認識される。前記エネルギー変換発光材料は一般的には、波長変換材料および／または材料である。
【００３５】
一実施形態において、前記パッケージデバイスは、平坦キャリア構成を有し、波長選択性を有する平坦領域を含む筐体を含む。前記筐体は、適切な材料で構成することができる（例えば、光学的に透明なプラスチック、ガラスまたは他の材料）。前記筐体は、適切な形状を有する。適切な形状は、環状、円形、卵形状、台形または他の形状であり得る。図示するように、前記カップキャリア構成を参照して、前記パッケージデバイスは、テラス型またはカップ型キャリア内に設けられる。実施形態に応じて、適切な形状および材料の筐体を、パッケージの内部領域から反射された電磁放射の透過を促進およびさらには最適化するような構成にする。波長選択材料は、前記筐体の表面領域へコーティングとして設けられたフィルタデバイスであり得る。好適な実施形態において、波長選択表面は、透明材料である（例えば、分布Ｂｒａｇｇ反射器（ＤＢＲ）スタック、回折格子、散乱選択性波長にチューニングされた粒子層、光子結晶構造、特定波長におけるプラズモン共鳴向上のためにチューニングされたナノ粒子層、ダイクロイックフィルタなど）。
【００３６】
前記波長変換材料は通常は、約１００ミクロンの熱シンク内である。前記熱シンクは表面領域であり、前記表面領域の熱伝導率は、約１５ワット／ｍケルビン、１００ワット／ｍケルビン、２００ワット／ｍケルビン、３００ワット／ｍケルビンよりも高い。特定の実施形態において、前記波長変換材料の平均粒子間距離は、前記波長変換材料の平均粒径の約２倍未満であるが、さらには前記波長変換材料の平均粒径の３倍、５倍またはさらには１０倍であってもよい。あるいは、前記波長変換材料は、フィルタデバイスとして設けてもよい。
【００３７】
図２〜図１２は、反射モード構成を用いたパッケージ型発光デバイスを示す。前記筐体は、内部領域および外部領域を有する。前記内部領域内において、体積が規定される。前記体積は開口しており、透明材料（例えば、シリコーン）または不活性ガスまたは空気が充填され、これにより、光学経路が前記ＬＥＤデバイスまたはデバイスと前記表面領域との間に得られる。好適な実施形態において、前記光学経路に含まれる経路は、前記波長選択材料から前記波長変換材料へと延びた後、前記波長変換材料を通じて戻る。特定の実施形態において、前記筐体は厚さを有し、前記キャリアのベース領域の周囲に固定される。
【００３８】
典型的には、前記エンティティは、適切な媒体中に懸濁される。このような媒体の例を挙げると、シリコーン、ガラス、スピンオンガラス、プラスチック、ポリマーがあり、ドープ材料、金属材料または半導体材料（例えば、層状材料および／または複合材料）である。実施形態に応じて、ポリマーを含む媒体は初期は流体状態であり、前記筐体の内部領域を満たし、前記ＬＥＤデバイスまたはデバイスを満たして密閉し得る。その後、前記媒体を硬化させると、実質的に安定した状態が達成される。前記媒体は好適には光学的に透明であるが、選択的に透明であってもよい。加えて、前記媒体は硬化後は、通常は実質的に不活性である。好適な実施形態において、前記媒体の吸収能力は低いため、前記ＬＥＤデバイスから発生した電磁放射のうち実質的部分が前記媒体を通過し、所望の波長で前記筐体を通じて提供される。他の実施形態において、前記媒体をドープまたは処理することで、前記選択された波長の光を選択的にフィルタリング、分散または影響付与することができる。一例として、金属、金属酸化物、誘電体または半導体材料および／またはこれらの材料の組み合わせで前記媒体を処理することができる。
【００３９】
前記ＬＥＤデバイスは、多様なパッケージ内に構成することができる（例えば、円筒型、表面実装、電源、ランプ、フリップチップ、星形、アレイ、ストリップ、またはレンズ（シリコーン、ガラス）またはサブマウント（セラミック、ケイ素、金属、複合材料）に依存するジオメトリ）。あるいは、前記パッケージは、これらのパッケージの任意の変更物であってもよい。
【００４０】
他の実施形態において、前記パッケージデバイスは、他の種類の光学デバイスおよび／または電子デバイスを含み得る（例えば、ＯＬＥＤ、レーザー、ナノ粒子光学装置）。所望であれば、前記光学装置は、集積回路、センサー、微小機械加工電子機械システムまたは他のデバイスを含み得る。前記パッケージデバイスは、電源を提供する整流器へと接続することができる。前記整流器は、適切なベースへと接続することができる（例えば、エジソンネジ（例えば、Ｅ２７またはＥ１４）、バイピンベース（例えば、ＭＲ１６またはＧＵ５．３）、またはバヨネットマウント（例えば、ＧＵ１０）。他の実施形態において、前記整流器は、前記パッケージデバイスから空間を空けて配置され得る。
【００４１】
蛍光体粒子によって構成されたスクリーンは、蛍光体の粒径そのものに起因して、最終的画素分解能によって制限される。粒子直径のスケールの厚さを有する蛍光体層を作製することにより、有効な「自然ピクセル化」が可能となり、各粒子がピクセルとなる。すなわち、色付き画素は、単一の蛍光体粒子によって規定される。本発明者らによれば、リサイクリングキャビティ（例えば、選択反射性部材）を適切に設計することで、吸収経路長さを長くすることができ、これにより、このような蛍光体の「モノ層」または「サブモノ層」までにおいても、適切な最終色を得るために必要な蛍光体量が最小化される。この種の単一または複数の粒子スクリーンを用いることで、熱性能、パッケージ光学効率およびＬＥＤデバイスの全体的性能が向上する。このコンセプトを多様に利用することで、蛍光体の混合構成、遠隔構成または層状のプレート状構成を得ることができる。
【００４２】
図８Ｂは、このコンセプトを用いた、本発明の実施形態を示す。この場合、反射モード蛍光体層の全体的厚さは、平均粒子高さのオーダーである。蛍光体のパッキング密度を選択することで、粒子間の空間を得ることもでき、粒子が載置された表面の反射性が十分である場合、高変換効率が達成される。もちろん、複数の蛍光体を前記反射モード層内に設けることが可能である（例えば、白色発光ＬＥＤのための、赤色、緑色および／または青色の発光蛍光体）。恩恵を挙げると、最適な粒子熱構成（基板への直接的取付または直接的に近い取付）、蛍光体粒子間のクロストークの最小化によるクロス吸収イベントの最小化、高コストの蛍光体材料の利用の最小化、ｎ個の色のスクリーンを作製するための処理ステップの最小化、および遠視野色分解の最小化がある。
【００４３】
薄い蛍光体層を付与する方法を非限定的に挙げると、スプレーコーティング／静電パウダーコーティング、パウダー帯電経路内のバッフル電極を用いた超音波スプレーコーティング、単一層の粒子自己集合、ディップペンリソグラフィー、モノ層電気泳動蒸着、沈殿、ドライダスティングによるフォトタッキー付与、タッキー付与による静電ピックアップ、ディップコーティングなどがある。
【００４４】
先行技術（例えば、Ｋｒａｍｅｓら、米国特許第７，０２６，６６号）において、一次ＬＥＤからの直接放射のうち３０％を越える、蛍光体変換効率の低減が記載されている。しかし、同文献中に記載の反射モードデバイスの場合、前記ＬＥＤから反射体への直接放射の増加と共に、効率が上昇する。なぜならば、後で失われる光を前記ＬＥＤデバイス内へと後方散乱させるための蛍光体粒子が存在しないからである。これは、反射モードコンセプトの主な利点である。
【００４５】
Ｊｏｈｎｓｏｎ（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ４２、９７８、１９５２）によるｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＳｈｉｏｎｏｙａおよびＹｅｎ、１６、７８７、１９９９）中での記載によれば、蛍光輝度と、蛍光体粒子層数との間には関係が存在する。これは、ハロりん酸パウダーモデリングに基づいた５枚までの粒子層において示されている。輝度は、粒子層数が１０層まで増加するにつれて安定して下降する（４層から１０層までの増加において３０％の下降）。ＬＥＤ用途の典型的粒径が１５〜２０μmであり、推定ピーク蛍光が５層において得られることを考えると、波長変換材料の最大厚さは１００μm以下にすることが望ましい。
【００４６】
反射モードジオメトリは、発光チップ光のうち３０％が先ず波長選択表面に衝突した後に蛍光体変換材料に衝突しなければならないという要求によって部分的に規定される。この反射モードジオメトリにより、前記発光チップの近隣ならびに前記チップと波長選択表面との間の堆積からの高散乱媒質が無くなる。その結果、前記チップ内の後方散乱損失およびパッケージレベルの散乱損失が低下し、これにより、より効率的な光学設計が可能となる。加えて、波長変換光は主に波長変換材料の上面において発生するため、この発生光が光学経路に進入して前記パッケージから出て行く事態が最小化される。前記波長変換材料を取付部材の表面領域上に確実に配置することにより、前記波長変換材料において熱放散のための最適な熱経路が得られ、その結果、可能な最低温度における動作を可能にする適切な熱経路を含まない波長変換材料の設計の場合よりも、前記波長変換材料の動作をより低温およびより高い変換効率で行うことが可能となる。前記波長変換材料層の厚さを１００μm以下に制限することにより、前記波長変換材料そのものの厚さに起因して熱経路に妥協が発生することが無くなる。
【００４７】
本発明者らによれば、試験において、リサイクリング効果が十分に高い場合、蛍光体を極めて肉薄にさえすればよいことが分かった。実際、「モノ層」の蛍光体材料よりも薄い層の場合であっても、高変換を得ることが可能である。その結果、以下のような恩恵が得られる：ａ）必要な蛍光体材料量の低減、ｂ）ヒートシンク効果のより高いより肉薄の層の可能化、およびｃ）「自然なピクセル化」による、カスケーディング効果のより低い下方変換イベント（すなわち、紫色によって青色が上昇し、その結果緑色が上昇し、その結果赤色が上昇するイベント）。
【００４８】
図１３〜図１５は、別のパッケージ型発光デバイスの簡単な図である。このパッケージ型発光デバイスは、本発明の実施形態による反射モード構成を用いる。図１３を参照して、混合反射モードの光学装置が図示されている。ベースおよび／または周囲のパッケージ壁部上に蛍光体を堆積させて、波長変換層（単数または複数）を形成する。特定の実施形態において、ＬＥＤ発光は、波長変換層表面上に方向付けられ、前記変換蛍光体光は、前記パッケージされたＬＥＤから直接出射される。前記デバイスは、波長変換材料（例えば、発生光の出口経路からの粒子）を不要とし、これにより、光出力およびパッケージ抽出を向上させる。さらに、前記蛍光体粒子をパッケージ表面上に配置することで、少なくとも粒子上に発生した熱を移動させるための向上した経路が得られる（ストーク損失および非単一の量子効率）。前記デバイスは好適には、反射表面上に蛍光体粒子を含む（例えば、ＬＥＤにおける再生可能な色発生、ピクセル化、および効率的な熱放散）。前記反射表面は、銀、アルミニウム、または他の組み合わせ、層状材料および／または研磨材料を含み得る。
【００４９】
蒸着プロセスにおいて、本明細書中のいずれかにおいて記述した蛍光体粒子を基板上に堆積させる。蛍光体粒子の粒径分布は、約０．１ミクロン〜約５００ミクロン、または約５ミクロン〜約５０ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子の粒径分布は単峰性であり、有効直径が約０．５ミクロン〜約４００ミクロンであるときにピークとなる。他の実施形態において、蛍光体粒子の粒径分布は二峰性であり、局所的ピークが２つの直径において発生する。蛍光体粒子の粒径分布は三峰性であり、局所的ピークが３つの直径において発生する。あるいは、蛍光体粒子の粒径分布は多峰性であり、局所的ピークが４つ以上の有効直径において発生する。
【００５０】
前記パッケージまたは取付部材は、金属、セラミック、ガラス、単結晶ウエハーなどであり得る。約３８０ナノメートル〜約８００ナノメートルの波長において、前記取付部材の反射率は、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９８％を越え、さらには９９％である。１つの特定の実施形態において、前記取付部材は、銀または他の適切な材料を有する。いくつかの実施形態において、前記蛍光体粒子は、液体（例えば、水）と混合され、これによりスラリーが形成される。他の実施形態において、前記液体は、有機液体を含む（例えば、エタノール、イソプロパノール、メタノール、アセトン、エーテル、ヘキサン）。一実施形態において、前記液体は、加圧二酸化炭素である。
【００５１】
いくつかの実施形態において、例えば噴霧、インクジェット印刷、シルクスクリーン印刷により、スラリーの形態の蛍光体粒子を基板上に堆積させる。その後、前記液体を蒸発させる。他の実施形態において、前記スラリー中の蛍光体粒子を、沈殿、遠心分離、電気泳動などにより基板上に沈殿させる。いくつかの実施形態において、モノ層上の余計な蛍光体粒子を洗浄によって除去する。
【００５２】
ここで図１４を参照して、本発明は、層状波長変換材料を提供する。図示のように、光学装置が設けられる（例えば、表面領域を有する取付部材と、前記表面領域の部分上のＬＥＤデバイスとを有するパッケージＬＥＤ）。前記デバイスはまた、前記表面領域の露出部を含む。前記露出部の一部の上に第１の波長変換材料を堆積させ、前記第１の波長変換材料の一部の上に第２の波長変換材料を堆積させる。波長選択表面は、前記ＬＥＤデバイスの実質的直接放射を遮断し、前記波長変換材料との相互作用に起因して発生した、選択された波長の反射光を透過させる。好適には、波長変換材料を層状にすることにより、変換効率低下の原因となる蛍光体間吸収／再発光プロセスがさらに低下する。
【００５３】
ここで図１５を参照して、ピクセル化波長変換材料が図示されている。デバイスは、表面領域を有する取付部材を有する。前記表面領域上に、ＬＥＤデバイスが配置される。前記表面領域の第２の部分の波長変換材料は、ピクセル化構造で構成される。前記ピクセル化蛍光体構造を、反射モードデバイスのために用いる。ＬＥＤ出射光との相互作用を高めるために、パッケージ上部を被覆する反射体を用いることができ、これにより、ＬＥＤ光を下方に蛍光体層に向かって方向付ける。好適には、前記ピクセル化構造により、上記実施形態の利点だけでなく、低下した蛍光体相互作用および地域色制御の付加が得られる。
【００５４】
図１６〜図２２は、波長変換材料を付加する方法を示す。図１６に示すように、機械的手段（例えば、マンドレル）により、蛍光体粒子を基板の表面領域中に埋設する。前記マンドレルは通常は硬質材料である（例えば、超硬タングステンカーバイド、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドまたはスチール）。前記マンドレルはあるいは、比較的軟質の材料を含む（例えば、ＰＴＦＥまたはＰＦＡテフロン（ＤｕＰｏｎｔ社の登録商標））。前記マンドレル表面中に蛍光体粒子が埋設されている場合、前記マンドレルと基板との間に蛍光体粒子を挟んだ様態で、前記マンドレルを前記基板に押圧することができる。特定の実施形態において、前記マンドレルと前記基板との間の押圧圧力は、約１０５パスカル〜約１０８パスカルであり、前記基板をアニール状態にする。その後、その表面の変形およ蛍光体粒子の埋設を、最低の接触圧力で行うことができる。
【００５５】
他の実施形態において、前記蛍光体粒子を、前記基板上の反射マトリックス中に蒸着により埋設する。前記反射マトリックスは、銀または他の適切な材料を含み得る。このような材料は、延性であり得る。前記蒸着プロセスは無電解析出によって行うことができ、前記基板を活性液またはスラリーで処理した後、蛍光体粒子の堆積を行う。特定の実施形態において、前記活性液またはスラリーは、ＳｎＣｌ２、ＳｎＣｌ４、Ｓｎ＋２、Ｓｎ＋４、コロイドＳｎ（錫）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）またはＡｇ（銀）のうち少なくとも１つを含む。前記蛍光体によって被覆された基板を、めっき液が入った無電解めっき浴中に配置する。前記めっき液は、銀イオン、硝酸塩イオン、シアン化物イオン、酒石酸塩イオン、アンモニア、アルカリ金属イオン、炭酸塩イオンおよび水酸化物イオンのうち少なくとも１つを含む。還元剤（ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、水素化ホウ素、ホルムアルデヒド、次リン酸塩、ヒドラジン、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、糖類または多価アルコール）を前記溶液に付加することができる。
【００５６】
別の特定の実施形態において、前記マトリックスの蒸着プロセスは、図１７に示すような電解析出または電気めっきを含む。前記蛍光体によって被覆された基板を、電気めっき浴中に配置する。前記電気めっき浴は、銀イオン、シアン化物イオン、硝酸イオン、アンモニア、リン酸イオン、アルカリ金属イオンおよび水酸化物イオンのうち少なくとも１つを含む。前記基板を直流源の陰極と電気接触させ、前記直流電源の陽極を、前記基板の近隣において前記電気めっき浴中に配置された銀電極に接続する。前記直流電源の電圧により、約０．０１ミリアンペア／平方センチメートル〜約１アンペア／平方センチメートルまたは約１ミリアンペア／平方センチメートル〜約０．１アンペア／平方センチメートルの電流密度が得られる。
【００５７】
他の実施形態において、前記マトリックス蒸着プロセスの後、基板／蛍光体粒子／マトリックス複合材料に対してエッチングプロセスを行って、前記蛍光体粒子の最外側上に存在する余分なマトリックス材料を除去する。前記エッチングプロセスは、エッチング溶液を用いたウェットプロセスを含む。前記エッチング溶液は、硝酸ＨＮＯ３、硝酸第二鉄Ｆｅ（ＮＯ３）３、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、ＮＨ４ＮＯ３またはＫＩ／Ｉ２ｗ用い得る。前記エッチングの後、洗浄ステップおよび／または濯ぎステップを行い、その後乾燥を行う。
【００５８】
ここで図１８を参照して、本発明は、前記パッケージそのものに埋設された波長変換材料も提供する。一例として、ＬＥＤパッケージのための標準的緑色テープセラミックまたはスクリーン印刷プロセスから開始して、最終テープ層中に蛍光体粒子を付加し、共に燃焼させる。好適には、前記方法により、発光パッケージ層が得られる。前記発光パッケージ層は、前記パッケージそのものを通過する熱経路と共に機械的に安定する。
【００５９】
前記方法は、反射表面上の蛍光体粒子を形成するプロセスを含む。第１の蒸着ステップにおいて、蛍光体粒子１９０３を図１９に示すように取付部材１９０１上に堆積させる。蛍光体粒子１９０３は、本明細書中に記載のもののうちいずれかおよび他の組み合わせを含み得る。好適には、蛍光体粒子１９０３の粒径分布は、約０．１ミクロン〜約５００ミクロンまたは約５ミクロン〜約５０ミクロンである。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子１０３の粒径分布は単峰性であり、有効直径が約０．５ミクロン〜約４００ミクロンであるときにピークとなる。他の実施形態において、蛍光体粒子１０３の粒径分布は二峰性であり、局所的ピークが２つの直径において発生する。蛍光体粒子１０３の粒径分布は三峰性であり、局所的ピークが３つの直径において発生する。あるいは、蛍光体粒子１０３の粒径分布は多峰性であり、局所的ピークが４つ以上の有効直径において発生する。
【００６０】
取付部材１９０１は、金属、セラミック、ガラス、単結晶ウエハーなどを含み得る。約３８０ナノメートル〜約８００ナノメートルの波長において、取付部材１９０１の反射率は、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９８％を越え、さらには９９％である。蛍光体粒子１９０３の前記基板への付加は、上記したプロセスと同じプロセスを用いて行うことができる。
【００６１】
ここで図２２を参照して、プロセスステップは、以下を含む：（１）スラリー分配；（２）シャドウマスク露出；（３）現像；（４）繰り返し（ＲＧＢ）；（５）およびその他。特定の実施形態において、感作バインダ（典型的には、水溶性二クロム酸塩）により、単一の色付きＲ蛍光体、Ｇ蛍光体またはＢ蛍光体を溶液（典型的にはＰＶＡ）中に懸濁させる。前記スラリーは、図示のように表面上に溢れた様態で分配することができる。適切な厚さが確立された後、前記スラリーを乾燥させ、シャドウマスクを通じて光露出（ＵＶ）を行う。前記シャドウマスクは、露出領域（画素）を規定する。現像を挙げると、高温水スプレーによる未露出領域の洗浄除去の後、後続色のための任意の１つ以上のステップの繰り返しがある。ここでも、他の変更、改変および代替が可能である。
【００６２】
本発明の好適な実施形態において、平均蛍光体粒子間距離がずっと小さいため、大幅に高い平均熱伝導率が期待される。さらに、いくつかの実施形態において、このような大幅に高い平均熱伝導率は、典型的なシリコーン／エポキシよりもずっと高い熱伝導率を用いたマトリックスからも得られる。その結果得られるデバイスにおいて、前記波長変換材料および前記マトリックス、前記波長変換材料および前記マトリックスが接続された表面または界面の平均バルク熱伝導率は、５Ｗ／ｍ−Ｋ、１０Ｗ／ｍ−Ｋ、２０Ｗ／ｍ−Ｋ、５０Ｗ／ｍ−Ｋまたはさらには１００Ｗ／ｍ−Ｋよりも高い。
【００６３】
本発明は、所望の平均定常温度の蛍光体粒子を用いたパッケージを提供することができる。すなわち、従来のＬＥＤ用途における蛍光体＋シリコーン／エポキシマトリックス中の蛍光体粒子の平均温度は、前記マトリックスの熱伝導率が低いことに起因して熱放散も低くなるため、１５０℃を越えると推測される。大幅により低い平均定常温度が期待される。これは、蛍光体粒子間頭部伝導／消散に起因し、さらには、いくつかの実施形態において、典型的シリコーン／エポキシよりも熱伝導率がずっと高いマトリックスの利用に起因する。蛍光体粒子の平均定常温度の低下によって得られる恩恵を挙げると、低温における蛍光体変換効率の向上、および温度上昇に起因するマトリックス劣化の低減または排除（可能な破損モードとして、１５０℃を越える温度におけるシリコーン／エポキシ劣化がある）。
【００６４】
前記波長変換材料の波長変換粒子の動作時における平均定常温度は好適には、１５０℃未満であるが、１２５℃、１００℃、７５℃、５０℃未満であってもよく、またはさらには動作時のデバイスパッケージ中の平均ヒートシンク温度である２５℃または５０℃未満であってもよい。
【００６５】
さらに、本パッケージデバイスは、多様な用途において用いることができる。好適な実施形態において、用途は一般照明である（例えば、オフィス、住宅用の建物、屋外照明、スタジアム照明）。あるいは、用途としてディスプレイもある（例えば、コンピューティング用途、テレビ、フラットパネル、マイクロディスプレイ用途）。さらに、用途として、自動車、ゲームなどもある。
【００６６】
特定の実施形態において、本デバイスは、空間的均一性を達成するように構成される。すなわち、封入物にディフューザーを付加することで、空間的均一性を達成することができる。実施形態に応じて、ディフューザーは、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＢａＳＯ４などを含み得る。これらの材料は、光学的に透明であり、前記封入物と異なる率を有するため、光の反射、屈折および散乱を可能にし、これにより、遠視野パターンがより均一となる。
【００６７】
本明細書中において用いられるように、「ＧａＮ基板」という用語は、グループIIIの窒化物材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ）または出発材料として用いられる他のグループIII含有合金または組成と関連付けられる。このような出発材料を挙げると、極性ＧａＮ基板（すなわち、最大面積表面がノミナルで（ｈｋｌ）面であり、ｈ＝ｋ＝０であり、ｌは非ゼロである基板）、非極性ＧａＮ基板（すなわち、最大面積表面が上記した極性配向から約８０〜１００の角度で（ｈｋｌ）面に向かって方向付けられた基板材料であって、ここでｌ＝０であり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである基板材料）または半極性ＧａＮ基板（すなわち、最大面積表面が上記した極性配向から約＋０．１〜８０度または１１０〜１７９．９度の角度で（ｈｋｌ）面に向かって方向付けられた基板材料であって、ここでｌ＝０であり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである基板材料）。
【００６８】
１つ以上の特定の実施形態において、波長変換材料は、セラミックまたは半導体粒子蛍光体、セラミックまたは半導体プレート蛍光体、有機または無機下方変換器、上方変換器（反ストーク）、ナノ粒子および他の波長変換材料であり得る。以下に、例をいくつか示しておく。
（Ｓｒ、Ｃａ）１０（ＰＯ４）６＊ＤＢ２Ｏ３：Ｅｕ２＋（ｗｈｅｒｅｉｎ０＜ｎ＾ｌ）
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）５（ＰＯ４）３（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＯＨ）：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＢＰＯ５：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８＊２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋
（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ２＋
２ＳｒＯ＊０．８４Ｐ２Ｏ５＊０．１６Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ２＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋
（Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ）ＢＯ３：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２（Ｍｇ、Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）２Ｓｉ１＿ｘＯ４＿２ｘ：Ｅｕ２＋（ｗｈｅｒｅｉｎ０＜ｘ＝０．２）
（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ、ｍ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋
（Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ）２＿ｕ＿ｖＣｅｖＣａ１＋ｕＬｉｗＭｇ２＿ｗＰｗ（Ｓｉ、Ｇｅ）３＿ｗ０１２＿ｕ／２（ここで、−Ｏ．ＳＳｕ＾ｌ；０＜ｖ£Ｑ．ｌ；およびＯＳｗ＾Ｏ．２）
（Ｃａ、Ｓｒ）８（Ｍｇ、Ｚｎ）（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
Ｎａ２Ｇｄ２Ｂ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋
（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ）ＶＯ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋
（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋
（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｌｕ）３（Ｓｃ、Ａｌ、Ｇａ）５＿ｎＯ１２＿３／２ｎ：Ｃｅ３＋（ここで、０＾０＾０．５）
ＺｎＳ：Ｃｕ＋、Ｃｌ〜
ＺｎＳ：Ｃｕ＋、Ａｌ３＋
ＺｎＳ：Ａｇ＋、Ａｌ３＋
ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋
ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋
（Ｙ、Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋
ＣａＷＯ４
（Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋
（Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋
（Ｃａ、Ｍｇ）ｘＳｙＯ：Ｃｅ
（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ｎＳｉｎＮｎ：Ｅｕ２＋（ここで、２ｎ＋４＝３ｎ）
Ｃａ３（ＳｉＯ４）Ｃｌ２：Ｅｕ２＋
ＺｎＳ：Ａｇ＋、Ｃｌ〜
（Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ）２＿ｎＣａｎＳｉ４Ｎ６＋ｎＣ１＿ｎ：Ｃｅ３＋、（ここで、ＯＳｎ＾Ｏ．５）
Ｅｕ２＋および／またはＣｅ３＋でドープされた（Ｌｕ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｙ）アルファ−ＳｉＡｌＯＮ
（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）ＳｉＯ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋
（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋
ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕ２＋
Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋
（ＢａＳｉ）Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋
【００６９】
上記において特定の実施形態について詳述してきたが、多様な改変、別の構成および均等物が可能である。さらに、上記において、１つ以上の蛍光体材料または蛍光体のような材料であり得る１つ以上のエンティティについて主に説明してきたが、他の「エネルギー変換発光材料」も利用可能であることが認識される。「エネルギー変換発光材料」を挙げると、１つ以上の蛍光体、半導体、半導体ナノ粒子（「量子ドット」）、有機発光材料など、ならびにこれらの組み合わせがある。他の実施形態において、前記エネルギー変換発光材料は、波長変換材料および／または材料であり得る。さらに、上記において、直接発光しかつ波長変換材料と相互作用する電磁放射について主に説明してきたが、電磁放射は反射性であってもよく、その場合、電磁放射は、波長変換材料または反射および直接入射の組み合わせと相互作用することが認識される。従って、上記の記載および図示は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するものとしてみなされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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