(57)【要約】      （修正有）【課題】後方反射を減少させた蛍光体被覆光抽出構造を有する発光装置を提供する。【解決手段】蛍光体被覆光抽出構造は基板表面４２に蛍光粉体層４１、高分子層４３、４４を沈着させ、高分子層４３内に蛍光粉体層４１の蛍光体粒子を分散させて形成される。具体的には半球レンズ、フレネルレンズ、またはマイクロレンズアレイの表面の上に蛍光体被覆光抽出構造を形成する。また、薄膜蛍光体層を組み込む蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置も開示する。薄膜蛍光体層を組み込むウエハレベルのパッケージングプロセスもまた開示する。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆面を含む光抽出構造と、
少なくとも１つの蛍光粉体層、および該少なくとも１つの蛍光粉体層のための結合剤として機能する少なくとも１つの高分子層を含む、薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体被覆光抽出構造であって、
前記薄膜蛍光体層が、前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される、
蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項２】
前記光抽出構造が、半球状の中空レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの内側凹面に隣接して等角的に配置される、請求項１記載の蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項３】
前記光抽出構造が、半球状の中実レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの底面の、実質的に平坦な面に隣接して等角的に配置される、請求項１記載の蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項４】
前記光抽出構造が、半球状のレンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの外側凸面に隣接して等角的に配置される、請求項１記載の蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項５】
前記光抽出構造が、マイクロレンズアレイであり、前記薄膜蛍光体層が、前記マイクロレンズアレイの外側凸面に隣接して等角的に配置される、請求項１記載の蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの高分子層が、式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の反復単位を含む高分子を含み、式中、Ａｒは、（１）非置換のフェニレン基、（２）ｘが１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘＣｌｘの塩素置換フェニレン基、および（３）ｘ’が１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘ’Ｆｘ’のフッ素置換フェニレン基から選択され、かつ、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は、Ｈ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される、請求項１記載の蛍光体被覆光抽出構造。
【請求項７】
発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層の厚さは１ｎｍ〜１００μｍの範囲であり、
前記薄膜蛍光体層は、
第１の蛍光体粒子を含む第１の蛍光粉体層と、
該第１の蛍光粉体層に隣接する第１の高分子層であって、前記第１の蛍光体粒子の結合剤として機能する第１の高分子層と、を備える、
蛍光体変換された発光装置。
【請求項８】
前記薄膜蛍光体層と前記発光装置との間に配置されたスペーサー層をさらに備える、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項９】
前記薄膜蛍光体層と前記発光装置との間に配置された封入剤層をさらに備える、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１０】
被覆面を含む第１の光抽出構造であって、前記薄膜蛍光体層が前記第１の光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される、第１の光抽出構造と、
前記第１の光抽出構造と前記発光装置との間に配置される、第２の光抽出構造と、
前記発光装置が反射カップに隣接して配置され、光学キャビティが前記反射カップおよび前記薄膜蛍光体層によって画定される、反射カップと、
をさらに備える、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１１】
前記第２の光抽出構造が、粗面を含む半球レンズである、請求項１０記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１２】
前記第２の光抽出構造がマイクロレンズアレイである、請求項１０記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１３】
前記薄膜蛍光体層が、前記第１の高分子層に隣接する第２の高分子層をさらに含み、前記第１の高分子層の屈折率が、前記第２の高分子層の屈折率より大きい、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１４】
前記薄膜蛍光体層が、
前記第１の高分子層に隣接する第２の蛍光粉体層であって、第２の蛍光体粒子を含む、第２の蛍光粉体層と、
前記第２の蛍光粉体層に隣接する第２の高分子層であって、前記第２の蛍光体粒子のための結合剤として機能する、第２の高分子層と、
をさらに備え、
前記第１の蛍光体粒子および前記第２の蛍光体粒子は、異なる色を発光するように構成される、
請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１５】
前記薄膜蛍光体層が、
前記第２の高分子層に隣接する第３の蛍光粉体層であって、第３の蛍光体粒子を含む、第３の蛍光粉体層と、
前記第３の蛍光粉体層に隣接する第３の高分子層であって、前記第３の蛍光体粒子の結合剤として機能する、第３の高分子層と、
をさらに備え、
前記第１の蛍光体粒子、前記第２の蛍光体粒子、および前記第３の蛍光体粒子は、異なる色を発光するように構成される、
請求項１４記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１６】
蛍光体変換された発光装置の相関色温度の変化が、前記発光装置の中心発光軸に対して１４０°の範囲の角度にわたって５００Ｋを超えない、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１７】
フォトニック結晶構造を含む発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍの範囲であり、
前記薄膜蛍光体層は、
蛍光体粒子を含む少なくとも１つの蛍光粉体層と、
該少なくとも１つの蛍光粉体層に隣接する少なくとも１つの高分子層であって、前記蛍光体粒子のための結合剤として機能する少なくとも１つの高分子層と、を含む、
蛍光体変換された発光装置。
【請求項１８】
前記フォトニック結晶構造は、屈折率の実質的に周期的な変化を作り出す誘電材料を含む、請求項１７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１９】
前記誘電材料は、式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の反復単位を含む高分子を含み、式中、Ａｒは、（１）非置換のフェニレン基、（２）ｘが１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘＣｌｘの塩素置換フェニレン基、および（３）ｘ’が１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘ’Ｆｘ’のフッ素置換フェニレン基から選択され、かつ、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は、Ｈ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される、請求項１７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項２０】
サブマウント反射体のアレイを含むパッケージ基板を提供する段階、
前記パッケージ基板のそれぞれの反射カップに発光装置を接続する段階、
蛍光体被覆マイクロレンズアレイを提供する段階、
前記蛍光体被覆マイクロレンズアレイを前記パッケージ基板に接続する段階、および
個別の蛍光体変換された発光装置を形成するために前記パッケージ基板をダイスカットする段階、
を含む、蛍光体変換された発光装置を形成する方法。
【請求項２１】
前記パッケージ基板を提供する段階が、
サブマウントのアレイを含む前記パッケージ基板を提供することと、
前記サブマウント反射体のアレイを形成するために、前記パッケージ基板に隣接して反射層を沈着させることと、を含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記蛍光体被覆マイクロレンズアレイを提供する段階が、
マイクロレンズアレイに隣接して蛍光粉体層を形成することであって、前記蛍光粉体層は、前記マイクロレンズアレイの被覆面に隣接して分散された蛍光体粒子を含む、蛍光粉体層を形成することと、
蒸着を通じて、前記蛍光粉体層に隣接する高分子層を形成することであって、前記高分子層は前記蛍光体粒子のための結合剤として機能する、高分子層を形成することと、を含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
液体ゲルの射出成形を使用して光抽出構造を形成する段階と、
前記光抽出構造の被覆面に隣接して蛍光粉体層を形成する段階であって、前記蛍光粉体層の少なくとも一部の蛍光粉体が前記光抽出構造に埋め込まれる、蛍光粉体層を形成する段階と、
蛍光体埋め込み光抽出構造を形成するために前記液体ゲルを硬化する段階と、
を含む、蛍光埋め込み光抽出構造を形成する方法。
【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、２００８年１１月１３日に出願された米国特許仮出願第６１／１１４，２１５号の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して発光装置に関し、より具体的には、光抽出構造に隣接してまたは半導体発光装置に隣接して薄膜蛍光体層を形成する、薄膜蛍光体沈着プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードを通じた固体照明（ＳＳＬ−ＬＥＤ）には、照明用白色光を生成するために固体の無機半導体発光ダイオードの使用を伴う。計算に使用するための真空管に取って代わった無機半導体トランジスタと同様、ＳＳＬ−ＬＥＤは、従来の白熱灯または蛍光灯で使用される真空管またはガス管に取って代わる可能性を有するディスラプティブ技術である。従来の光源を超えるＳＳＬ−ＬＥＤの利点は、（１）高い効率性および関連する省エネ、（２）良好な演色、（３）小型要因、（４）耐久性、（５）長い稼動寿命および維持に手間がかからない、（６）環境に優しい、および（７）低制作費である。
【０００４】
従来のＬＥＤは、一般的に狭スペクトル放射で単色光を発生させ、それ故に一般的に照明用白色光を提供するための広域スペクトル放射に欠ける。ＬＥＤから白色光を発生させるために、ＬＥＤの放射再結合がもたらす狭帯域放射は、広帯域白色光スペクトルに転換される。かかる広帯域白色光スペクトルは、３つの一般的なアプローチで発生させることができる。第１のアプローチは、下方変換（down-converted）された波長で可視光線を放射する多色蛍光体を励起するために紫外線（「ＵＶ」）ＬＥＤを使用する波長変換アプローチである。第２のアプローチは、異なる色の光を発生させる複数のＬＥＤそれぞれを結合する混色アプローチである。第３のアプローチは、上述の２つのアプローチの混成である。商業的に利用可能な白色ＬＥＤの電流発生は、主としてこの混成アプローチに基づいている。具体的には、青色ＩｎＧａＮベースのＬＥＤから放射される第１の光が、淡黄色ＹＡＧ、つまりＣｅ３＋−ベースの無機蛍光体から放射される下方変換された第２の光と混合される。部分的に透過した青色および再放射された黄色光の組み合わせは、寒色（緑−青）白色光の外観を与える。それ故に、蛍光体被覆技術は、波長変換アプローチまたは混成アプローチのいずれかを使用する白色ＬＥＤを伴う。
【０００５】
蛍光体被覆の先行アプローチは次の通りである。図１Ａに示す第１のアプローチは、例えばポリプロピレン、ポリカーボネート、エキポシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の液体高分子システムで混合される蛍光体粒子、または粒子１の使用を伴うスラリー法である。混合蛍光体スラリーは、ＬＥＤチップ２上に施され、または囲み、液体高分子システムは乾燥され、または取り除かれる。蛍光体スラリーと共にＬＥＤチップ２は、図１Ａで示すように、反射カップ３内で施され得る。スラリー法は、便利な蛍光体施与法であるが、このスラリー法で製造される結果ＬＥＤの発色の均一性は、一般的に満足のいくものではなく、他の角度から見ると着色輪が見られ得る。これらの欠点は、（１）ＬＥＤチップを囲む蛍光体含有材料の厚さの変化は、発光がパッケージを脱出する前に、光学経路の種々の波長につながり得、（２）蛍光体含有材料の不均一蛍光体分散（重力および浮力効果による）は、液体高分子硬化プロセス中、より大きい蛍光体粒子を下の方に移動させる、結果を招く。さらに、ＬＥＤチップに取り囲むように施された蛍光粉体の量の変化によって、白色コーディネートは装置によって異なる傾向がある。この色の変化は、次に、その白色コーディネートに関連して装置それぞれを選別することで色の変化を管理しようとする白色ＬＥＤの色選別プロセス、いわゆるカラービニングを複雑にする。
【０００６】
発光の均一性を測定するために、相関色温度（「ＣＣＴ」）の変化を使用することができる。発光装置の色温度は、理論的な加熱された黒体放射体と色相を比較することで決定することができる。絶対温度に関して表された温度は、加熱された黒体放射体が発光装置の色相に合致する場合、その装置の色温度となる。白熱光源は黒体放射体の存在に近くなりうるが、多くの他の発光装置は、黒体曲線の形で放射線を放出せず、それゆえにＣＣＴが割り当てられる。発光装置のＣＣＴは、装置の認識された色と最も近似に合致する黒体放射体の色温度である。絶対温度が高くなるほど、光はより「寒色」に、またはより青色になる。絶対温度が低くなるほど、光はより「暖色」に、またはより黄色になる。異なる光の放射角でＣＣＴを測定することおよび異なる発光装置にわたってこの変化を比較することで、生成される光の均一性を定量化することができる。スラリー法によって黄色蛍光体を施された青色ＬＥＤチップは、ＬＥＤの中心発光軸から±７０°の光の放射角に関し、約５，８００Ｋ〜約７，２００Ｋの１，４００Ｋの範囲で変化する典型的なＣＣＴを有することができる。着色輪の存在のために、ＣＣＴは、一般的に、周辺より中心軸またはその近くで高温になり、放出された光はより黄色くなる傾向がある。
【０００７】
第２の蛍光体被覆法は、図１Ｂで示す蛍光体変換された白色ＬＥＤの製作のための電気泳動沈着（「ＥＰＤ」）法である。ＥＰＤの場合、蛍光体は、液体懸濁液を形成するための液体溶媒内に適切な量の電解液を加えることで帯電され、電界によってバイアスをかけられる。そして、帯電された蛍光体粒子の表面は、逆の極性の電極に移動し、電極上で被覆される。蛍光体粒子のＥＰＤは、より高い均一性の白色光を生成することができ、着色輪の発生回数が低下した相対的に均一な厚さの蛍光体層４を作り出す。より高い発色均一性を達成する一方で、ＥＰＤ法は、概して非導電性の表面上に直接蛍光体を沈着させる能力に欠けている。商業生産では、蛍光体層は、一般的にいわゆる近接蛍光体構造にしたがって、ＬＥＤチップ５上に直接被覆されている。近接蛍光体層が全白色光放射の約６０％をＬＥＤチップ５へ向かって戻してしまう可能性があり、高い損失が起こる可能性があるので、この構造は光散乱の点で非効率になる傾向がある。別のＥＰＤ法の欠点は、特定の蛍光体は溶媒による分解の影響を受けやすく、それによってＥＰＤ法の一般的適用性が限られることである。
【０００８】
より近年、図２で示すように、別のアプローチは、蛍光体粒子の表面が柔らかくなり溶け始めるまで、高圧で蛍光体粒子を加熱することで、発光セラミックプレート６を形成することを伴う。部分的に溶けた粒子はくっつき合って、粒子の堅い塊を含むセラミックプレート６を形成することができる。発光セラミックプレート６は、一セットの電極８上に配置されるＬＥＤチップ７によって放出される光の経路に配置される。頑健性、温度への感度の低下、およびチップ間の色の変化の低下の点で利点を提供する一方で、結果的なパッケージ効率がこの近接蛍光体構造のために不満足なものとなる可能性がある。
【０００９】
散乱効率（しばしばパッケージ効率とも称される）は、商業的に利用可能な白色ＬＥＤで一般的に４０％〜６０％であり、例えばＬＥＤチップ、リードフレーム、またはサブマウント等の内部パッケージ成分による光吸収によって効率損失が起こる。図３は青色ＬＥＤチップ３２を装備した黄色蛍光体３１で蛍光体変換された白色ＬＥＤの例を示し、第１の青色光３４は白色を発生させるために黄色の第２の光３５と色混合される。光損失の主な発生源は、ＬＥＤチップ３２による光吸収に起因する。ＬＥＤチップ３２は、一般的に高屈折率の材料から形成されるので、光子は、一旦光子がＬＥＤチップ３２に当たり中に入ると、全反射（「ＴＩＲ」）によってＬＥＤチップ３２内に閉じ込められる傾向がある。別の光損失の潜在的な発生源は、ＬＥＤパッケージの反射鏡３３の欠陥に起因する。
【００１０】
図３で示す幾つかの状況は、光を、高い吸収力のＬＥＤチップ３２に向かわせる可能性がある。まず、ＬＥＤチップ３２から放射される第１の光３６は、蛍光粉体３１または反射鏡３３によってチップ３２に後方反射される可能性がある。第２に、蛍光粉体３１から放射される下方変換された第２の光３７は、ＬＥＤチップ３２の方へ後方放射する可能性がある。第３に、第１の光および第２の光の両方３８が、空気とＬＥＤパッケージとの界面でＴＩＲによってチップ３２の方へ後方放射する可能性がある。パッケージから光が脱出する可能性を向上させるために、半球レンズ３９は、空気とパッケージとの界面でのＴＩＲの発生回数を減らすために使用され得る。ＬＥＤチップ３２に当たる後方散乱光の発生回数を減らすために、蛍光粉体３１は、望ましくはチップ表面上に直接に配設されるべきではなく、むしろＬＥＤチップ３２から一定の距離に配設されるべきである。さらに、より薄い蛍光体層は、蛍光粉体３１による第２の光の後方散乱の発生回数を減らすことになる。
【００１１】
この背景に対し、本明細書に記載される薄膜蛍光体沈着プロセスならびに関連装置およびシステムを発展させる必要性が生じた。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の特定の実施形態は、薄膜蛍光体層を組み込む高効率性白色発光装置の生産に関する。例えばＬＥＤ等の発光半導体装置は一般的に高屈折率材料で形成されるので、望ましくは、ＬＥＤパッケージ内で光のＴＩＲを低下させるように光抽出構造が組み込まれる。光抽出構造は、例えば半球レンズ、マイクロレンズアレイ、またはフレネルレンズの使用を伴いうる。光抽出構造は、一般的に非導電性である、光学的に透明または半透明な材料から形成される。ＥＰＤとは対照的に、本出願で開示する薄膜蛍光体層の沈着方法は、非導電性の表面ならびに導電性の表面上に直接に等角薄膜蛍光体層を形成するのに使用され得る。平坦な面ならびに例えば凸面または凹面等の非平坦な面上に、等角薄膜蛍光体層を沈着させ得る。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態は、光抽出レンズ構造上に等角薄膜蛍光体層を配置することによって高効率性蛍光体変換発光装置を生産することに関する。具体的には、１つの実施形態は、例えばエポキシ、シリコーン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリカーボネート、ガラス、または水晶材料で形成される半球レンズ等の、非導電性の光抽出レンズ構造上で薄膜蛍光体層を直接に沈着させることによって蛍光体被覆レンズを生産することを伴う。薄膜蛍光体層で被覆されたレンズ構造は、高効率性遠隔蛍光体構造を生じるようにＬＥＤに接続することができる。空隙は、光抽出効率を上げるためにこの遠隔蛍光体構造に含まれ得る。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態は、マイクロレンズアレイ上に薄膜蛍光体層を沈着させることによって蛍光体マイクロレンズを生産することに関する。蛍光体被覆マイクロレンズアレイは、高効率性蛍光体変換された発光装置を形成するために発光装置上に積層することができる。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態は、フレネルレンズ上に薄膜蛍光体層を沈着させることで蛍光体被覆フレネルレンズを生産することに関する。蛍光体被覆フレネルレンズは、高効率性蛍光体変換された発光装置を形成するために発光装置上に積層することができる。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態は、発光装置の光学経路上で実質的に平面の薄膜蛍光体層を配置することに関する。例えば液晶画面（「ＬＣＤ」）の背面照明等の特定のＬＥＤ応用では、発光装置から放射される小面積の光線を伴う。この観点から、本発明の幾つかの実施形態は、発光装置の実質的に平面の表面上に配置される、実質的に平面の薄膜蛍光体層を生産することに関する。具体的な１つの実施形態は、発光装置の表面上に直接に薄膜蛍光体層を配置することを伴う。別の実施形態は、光学的に透明または半透明の平面のスペーサー層を間に配置させて、発光装置上に薄膜蛍光体層を配置することを伴う。
【００１７】
本発明の幾つかの実施形態に関連して、フォトニック結晶アレイ構造は、小面積の光線を生成する発光装置のための光抽出機構として効果的である。特に、特定の実施形態は、例えば二次元のフォトニック結晶アレイ構造等のフォトニック結晶アレイ構造の表面上に実質的に平面の薄膜蛍光体層を配置することで高効率性蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置を生産することを伴う。
【００１８】
本発明の具体的な１つの実施形態は、（１）被覆面を含む光抽出構造、および（２）少なくとも１つの蛍光粉体層と、少なくとも１つの蛍光粉体層のための結合剤として機能する少なくとも１つの高分子層とを含む、薄膜蛍光体層を含み、前記薄膜蛍光体層が、前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される、蛍光体被覆光抽出構造。
【００１９】
本発明の別の具体的な１つの実施形態は、（１）発光装置と、（２）発光装置の光学経路に配置された薄膜蛍光体層と、を含む蛍光体変換された発光装置に関し、薄膜蛍光体層の厚さは１ｎｍ〜１００μｍの範囲であって、薄膜蛍光体層は、（ａ）第１の蛍光体粒子を含む第１の蛍光粉体層と、（ｂ）第１の蛍光体粒子の結合剤として機能する第１の高分子層である、第１の蛍光粉体層に隣接する第１の高分子層と、を含む。
【００２０】
本発明の別の具体的な１つの実施形態は、蛍光体変換された発光装置を形成する方法に関し、（１）反射カップのアレイでありうるサブマウント反射体のアレイを含むパッケージ基板を提供することと、（２）パッケージ基板のサブマウント反射体それぞれに発光装置を接続することと、（３）蛍光体被覆マイクロレンズアレイを提供することと、（４）パッケージ基板に、蛍光体被覆マイクロレンズアレイを接続することと、（５）個々に蛍光体変換された発光装置を形成するためにパッケージ基板をダイスカットすることと、を含む。
【００２１】
本発明の別の具体的な１つの実施形態は、蛍光体変換された発光装置の形成方法に関する。該方法は、（１）結合剤材料としてパリレンベースの高分子を含む薄膜蛍光体層である、半球レンズに隣接する薄膜蛍光体層を形成することと、（２）発光装置に蛍光体被覆半球レンズを接続することと、を含む。
【００２２】
本発明の別の具体的な１つの実施形態は、蛍光体変換された発光装置の形成方法に関する。該方法は、（１）結合剤材料としてパリレンベースの高分子を含む薄膜蛍光体層である、マイクロレンズアレイに隣接する薄膜蛍光体層を形成することと、（２）発光装置に蛍光体被覆マイクロレンズアレイを接続することと、を含む。
【００２３】
本発明のさらに具体的な１つの実施形態は、蛍光体変換された発光装置の形成方法に関する。該方法は、（１）パリレンベースの高分子を含む薄膜蛍光体層を形成することと、（２）フォトニック結晶発光装置に薄膜蛍光体層を接続することと、を含む。
【００２４】
本発明の他の局面および実施形態も考慮される。前述の概要および以下の詳細な説明は、任意の具体的な実施形態に本発明を限定することを意図するものではなく、単に本発明の幾つかの実施形態を記述するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の幾つかの実施形態の本質および目的をより理解するために、添付図と併せて考慮される次の詳細な説明が参照されるべきである。
【００２６】
【図１Ａ】スラリー法を使用して形成された先行白色ＬＥＤのカップ内近接蛍光体の構成を示す。
【図１Ｂ】ＥＰＤを使用して形成された先行白色ＬＥＤの近接蛍光体構造を示す。
【図２】発光セラミックプレートの積層によって形成された先行白色ＬＥＤの近接蛍光体構造を示す。
【図３】蛍光体粒子による光散乱、材料の界面でのＴＩＲ、および発光装置の表面での光吸収を含む、典型的な光損失源を示す。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、等角薄膜蛍光体沈着プロセスを使用して形成された単色薄膜蛍光体膜スタックを示す。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、等角薄膜蛍光体沈着プロセスを使用して形成された多色薄膜蛍光体複合膜スタックを示す。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、中空半球状の光抽出レンズの内側凹面上に沈着された、薄膜等角蛍光体膜スタックを示す。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、中実半球状の光抽出レンズの底面に沈着された、薄膜等角蛍光体膜スタックを示す。
【図５Ｃ】本発明の１つの実施形態に関する、半球状の光抽出レンズの外側凸面に沈着された、薄膜等角蛍光体膜スタックを示す。
【図６】本発明の１つの実施形態に関する、複数の、中空半球レンズの内側凹面に等角的に沈着された薄膜蛍光体層を被覆するバッチ処理を示す。
【図７Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、等角薄膜蛍光体沈着プロセスを使用して生産された半球レンズ構造の内側凹面上の薄膜蛍光体層で蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図７Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、半球レンズ構造の底面に配置された薄膜蛍光体層で生産された、蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図７Ｃ】本発明の１つの実施形態に関する、等角薄膜蛍光体沈着プロセスを使用して生産された外側凸状半球レンズ構造に配置された薄膜蛍光体層で蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図８Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置を囲む拡散レンズを有する図７Ａの蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図８Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置を囲む拡散レンズを有する図７Ｂの蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図８Ｃ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置を囲む拡散レンズを有する図７Ｃの蛍光体変換されたＬＥＤを示す。
【図９Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、薄膜蛍光体層で被覆されたマイクロレンズアレイを示す。
【図９Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、半導体基板上に積層された蛍光体被覆マイクロレンズアレイを示す。
【図９Ｃ】本発明の１つの実施形態に関する、別々の蛍光体変換された装置用にダイスカットされた、蛍光体被覆マイクロレンズアレイで積層された半導体基板を示す。
【図１０Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置の表面上に配置された薄膜蛍光体層を示す。
【図１０Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、平面のスペーサー層の間の発光装置上に配置された薄膜蛍光体層を示す。
【図１０Ｃ】本発明の１つの実施形態に関する、ＬＥＤパッケージ上に配置された薄膜蛍光体層を示す。
【図１１】本発明の１つの実施形態に関する、蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置を示す。
【図１２Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置の、ウエハレベルの、バッチパッケージ処理を示す。
【図１２Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置の、ウエハレベルの、バッチパッケージ処理を示す。
【図１３Ａ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置の、ウエハレベルの、バッチパッケージ処理を示す。
【図１３Ｂ】本発明の１つの実施形態に関する、発光装置の、ウエハレベルの、バッチパッケージ処理を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
定義
次の定義は、本発明の幾つかの実施形態について記載される幾つかの局面に適用される。この定義は、本明細書で同様のことに拡大されてよい。
【００２８】
本明細書で使用される、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形用語は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形の指示対象を含む。それ故に、例えば、層と言った場合、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数の層を含む。
【００２９】
本明細書で使用される、「セット」という用語は、１つ以上の成分の集合を指す。それ故に、例えば、１セットの層と言った場合、１層または複数の層を含む。１セットの成分はまた、そのセットを構成する物と言うこともできる。１セットの成分は、同じであることもあるし、異なることもある。幾つかの事例では、１セットの成分は、１つ以上の共通の特徴を共有することができる。
【００３０】
本明細書で使用される、「隣接する」という用語は、近いまたは接していることを指す。隣接する成分は、互いに間隔が空いている可能性があり、また実際にまたは直接に互いに接触している可能性がある。幾つかの事例では、隣接する成分は、互いに接続している可能性があり、また互いに一体的に形成されている可能性がある。
【００３１】
本明細書で使用される、「接続する」、「接続された」、および「接続」という用語は、機能的な連結、または連係を指す。接続された成分は、直接に互いに連結している可能性があり、例えばまた別の成分のセット等を通じて、互いに間接的に連結している可能性がある。
【００３２】
本明細書で使用される、「実質的に」および「実質的な」という用語は、かなりの程度または規模を指す。事象または状況と連動して使用される時、本用語は、事象または状況が確かに発生する事例ならびに、例えば典型的な本明細書に記載する製造作業の許容範囲を説明するような、事象または状況がほぼ概算値で発生する事例を指しうる。
【００３３】
本明細書で使用される、「導電性の」および「導電性」という用語は、電流を運搬する能力を指し、「非導電性の」および「非導電性」という用語は、電流を運ぶ能力の欠如を指す。導電性の材料は、一般的に電流にほとんどまたは全く抵抗を示さない材料に相当するが、非導電性の材料は、一般的に内部に電流がほとんどまたは全く流れる傾向がない材料に相当する。導電性（または非導電性）の一つの尺度は、ジーメンス毎メートル（「Ｓ・ｍ−１」）に関するものである。一般的に、導電性の材料は、例えば少なくとも約１０５Ｓ・ｍ−１または少なくとも約１０６Ｓ・ｍ−１等の、約１０４Ｓ・ｍ−１より高い導電性を有するが、非導電性の材料は、例えば約１０３Ｓ・ｍ−１以下または約１０２Ｓ・ｍ−１以下などの、約１０４Ｓ・ｍ−１より低い導電性を有する。材料の導電性（または非導電性）は、しばしば温度で変化する可能性がある。そうでないことを特定しない限り、材料の導電性（または非導電性）は、室温で定義される。
【００３４】
本明細書でフォトルミネッセンスについて使用される、「量子効率」という用語は、入力光子の数に対する出力光子の数の比率を指す。
【００３５】
本明細書で使用される、「サイズ」という用語は、特徴的な寸法を指す。球形の粒子の場合には、粒子のサイズは粒子の直径を指しうる。非球形の粒子の場合には、粒子のサイズは粒子の種々の直交直径の平均を指しうる。それ故に、例えば、球形の粒子のサイズは、粒子の主軸および短径の平均を指しうる。特定のサイズを有する粒子のセットに言及する時は、粒子はそのサイズ周辺のサイズの分布を有する可能性があることを企図する。それ故に、本明細書で使用されるように、粒子のセットのサイズは、例えば平均サイズ、中央値サイズ、または最大サイズのように、サイズの分布の一般的なサイズを指しうる。
【００３６】
本明細書で使用されるように、「アルカン」という用語は、飽和炭化水素分子を指す。特定の用途においては、アルカンは１〜１００個の炭素原子を含むことができる。「低級アルカン」という用語は、例えば１〜１０個の炭素原子のような、１〜２０個の炭素原子を含むアルカンを指し、「上級アルカン」という用語は、例えば２１〜１００個の炭素原子のような、２０個より多い炭素原子を含むアルカンを指す。「分岐アルカン」という用語は、１つ以上の分岐を含むアルカンを指し、「非分岐アルカン」という用語は、直鎖のアルカンを指す。「シクロアルカン」という用語は、１つ以上の環構造を含むアルカンを指す。「ヘテロアルカン」という用語は、１つ以上の、例えば、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｏ、およびＰのようなヘテロ原子に置き換えられた１つ以上のその炭素原子を有するアルカンを指す。「置換されたアルカン」という用語は、例えばハロ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、カルボキシ基、チオ基、アルキルチオ基、シアン基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、シリル基、およびシロキシ基のような、１つ以上の置換基によって置き換えられた１つ以上の水素原子を有するアルカンを指し、「非置換のアルカン」という用語は、かかる置換基が欠如したアルカンを指す。上述の用語の組み合わせは、任意の特徴の組み合わせを有するアルカンを指すために使用され得る。例えば、「分岐低級アルカン」という用語は、１〜２０個の炭素原子および１つ以上の分岐を含むアルカンを指すのに使用され得る。アルカンの例は、メタン、エタン、プロパン、サイクロプロペイン、ブタン、２−メチルプロパン、シクロブタン、および、それらの荷電、ヘテロ、または置換の形態を含む。
【００３７】
本明細書で使用されるとき、「アルキル基」という用語は、アルカンの一価形態を指す。例えば、アルキル基は、ある分子の別の基に結合することを許された外れた水素原子の１つを伴うアルカンとして想定され得る。「低級アルキル基」という用語は、低級アルカンの一価形態を指し、「高級アルキル基」という用語は、高級アルカンの一価形態を指す。「分岐アルキル基」という用語は、分岐アルカンの一価形態を指し、「非分岐アルキル基」という用語は、非分岐アルカンの一価形態を指す。「シクロアルキル基」という用語は、シクロアルカンの一価形態を指し、「ヘテロアルキル基」という用語は、ヘテロアルカンの一価形態を指す。「置換アルキル基」という用語は、置換アルカンの一価形態を指し、「非置換のアルキル基」という用語は、非置換のアルカンの一価形態を指す。アルキル基の例は、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、シクロブチル、および、それらの荷電、ヘテロ、または置換の形態を含む。
【００３８】
本明細書で使用されるとき、「アレーン」という用語は、芳香族炭化水素分子を指す。特定の用途においては、アレーンは、５〜１００個の炭素原子を含むことができる。「低級アレーン」という用語は、例えば５〜１４個の炭素原子のような、５〜２０個の炭素原子を含むアレーンを指し、「上級アレーン」という用語は、例えば２１〜１００個の炭素原子のような、２０個より多い炭素原子を含むアレーンを指す。「単環アレーン」という用語は、１つの芳香族環構造を含むアレーンを指し、「多環アレーン」という用語は、例えば、炭素間単結合で結合されたまたは共に融合させた２つ以上の芳香族環構造のような、１つより多い芳香族環構造を含むアレーンを指す。「ヘテロアレーン」という用語は、１つ以上の、例えば、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｏ、およびＰのようなヘテロ原子に置き換えられた１つ以上のその炭素原子を有するアレーンを指す。「置換されたアレーン」という用語は、例えばアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、イミニル基、ハロ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、カルボキシ基、チオ基、アルキルチオ基、シアン基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、シリル基、およびシロキシ基のような、１つ以上の置換基によって置き換えられた１つ以上の水素原子を有するアレーンを指し、「非置換のアレーン」という用語は、かかる置換基が欠如したアレーンを指す。上述の用語の組み合わせは、任意の特徴の組み合わせを有するアレーンを指すのに使用され得る。例えば、「単環低級アルケン」という用語は、５〜２０個の炭素原子および１つの芳香族環構造を含むアレーンを指すのに使用され得る。アレーンの例は、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン、イソキノリン、および、それらの荷電、ヘテロ、または置換の形態を含む。
【００３９】
本明細書で使用されるとき、「アリール基」という用語は、アレーンの一価形態を指す。例えば、アリール基は、ある分子の別の基に結合することを許された外れた水素原子の１つを伴うアレーンとして想定され得る。「低級アリール基」という用語は、低級アレーンの一価形態を指し、「高級アリール基」という用語は、高級アレーンの一価形態を指す。「単環アリール基」という用語は、単環アレーンの一価形態を指し、「多環アリール基」という用語は、多環アレーンの一価形態を指す。「ヘテロアリール基」という用語は、ヘテロアレーンの一価形態を指す。「置換アリール基」という用語は、置換アレーンの一価形態を指し、「非置換のアリール基」という用語は、非置換のアレーンの一価形態を指す。アリール基の例は、例えばフェニル、ビフェニリル、ナフチル、ピリジニル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、キノリル、イソキノリル、および、それらの荷電、ヘテロ、または置換の形態を含む。
【００４０】
本明細書で使用されるとき、「アリーレン基」という用語は、アレーンの二価形態を指す。例えば、アリーレン基は、ある分子の１つ以上の追加の基に結合することを許された外れた水素原子の２つを伴うアレーンとして想定され得る。「低級アリーレン基」という用語は、低級アレーンの二価形態を指し、「高級アリーレン基」という用語は、高級アレーンの二価形態を指す。「単環アリーレン基」という用語は、単環アレーンの二価形態を指し、「多環アリーレン基」という用語は、多環アレーンの二価形態を指す。「ヘテロアリーレン基」という用語は、ヘテロアレーンの二価形態を指す。「置換アリーレン基」という用語は、置換アレーンの二価形態を指し、「非置換のアリーレン基」という用語は、非置換のアレーンの二価形態を指す。アリーレン基の例は、例えばフェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、ピリジニレン、ピリダジニレン、ピリミジニレン、ピラジニレン、キノリレン、イソキノリレン、および、それらの荷電、ヘテロ、または置換形態を含む。
【００４１】
等角薄膜蛍光体沈着プロセス
本発明の特定の実施形態は、ＬＥＤ等の発光装置の光学経路に等角的に配置され得る実質的に均一の厚さの薄膜蛍光体層の形成に関するものであり、それによってほとんどまたは全く着色環がない実質的に均一な白色光を生成する。この薄膜蛍光体層は、（１）基板表面に実質的に均一に沈着された蛍光粉体層を形成すること、および（２）緩く詰めこまれた蛍光体粒子の隙間を埋めるために高分子結合剤層を形成すること、を伴う改良された沈着方法で調製され、それによって実質的に連続的な薄膜蛍光体層を形成することができる。正確に蛍光粉体の量を管理した、より薄い層が、光学経路に配置され得、それによって光散乱損失を低下させるので、薄膜蛍光体層の蛍光体変換効率が著しく改良され得る。薄膜蛍光体層の色の均一性も、蛍光体粒子が実質的に均一に沈着するために、著しく改良され得る。均一な、薄膜蛍光体層を形成する一方法は、蛍光体粒子の沈着中に蛍光体粒子内に静電荷を導入することである。蛍光体粒子蛍光体粒子内の静電荷は、分散を自己平衡して調整することができ、それによって蛍光体粒子の実質的に均一な分散を促進させる。均一な薄膜蛍光体層を形成する別の方法は、沈着室内のシャワーヘッド機構等の蛍光体施与機構を通じて、または例えば基板を保持する回転板などの回転基板保持機構を通じて行われる。改良された効率性および色均一性に加えて、薄膜蛍光体層の温度安定性が著しく改良され得る、というのも、高分子結合剤層が、少なくとも約３００℃以上まで熱的に安定でありうるからである。
【００４２】
有利なことに、白色濃度は、蛍光粉体の配送機構を通じて、正確に量を管理された沈着蛍光体粒子で被覆処理をすることで、厳格なカラーコーディネートに維持され得る。白色演色は、例えば赤色蛍光体層の沈着、緑色色蛍光体層の沈着と、青色蛍光体層の沈着等の、多色蛍光体の層ごとの逐次沈着で、正確に調節され得る。多色蛍光体の比率は、結果としてできた混成の多色蛍光体膜スタックで正確に管理され得る。それ故に、蛍光体薄膜処理で製造された白色ＬＥＤのカラーコーディネートおよびＣＣＴは、正確に管理され得る。同様に、これはビニング処理を著しく簡素化（またはさらに回避）することができる。
【００４３】
本発明の幾つかの実施形態では、多色蛍光体膜スタックの吸収量を調節することで軽く変更された青色ＬＥＤチップによって、むらのない白色カラーコーディネートが達成され得る。この色補正方法は、異なる組成物または蛍光体含有物の量を使用して青色ＬＥＤチップの色変化を補正することができる。かかる手段では、白色ＬＥＤ収率は、白色ＬＥＤを使用するディスプレイ背面照明等の、色への感度が高い応用を著しく増加させられ得る。
【００４４】
本発明の１つの実施形態では、薄膜蛍光体被覆方法は、バッチ蛍光体被覆処理である。1回の被覆作業で複数の発光装置に薄膜蛍光体を沈着させ得る。本発明の別の実施形態では、1回の被覆作業で複数のＬＥＤレンズに薄膜蛍光体を沈着させ得る。半導体チップ製造と似て、発光装置ごとの製造費用を著しく低下させることができ、バッチ処理ごとに製造処理能力を上昇させることができる。薄膜蛍光体層を形成する沈着プロセスは、真空室で実施されるのが望ましい。しかし沈着プロセスは、窒素等の不活性ガスで充満した沈着室で、または大気環境で、実施することもできることが理解されよう。
【００４５】
ＥＰＤとは対照的に、薄膜蛍光体層の沈着は、非導電性の面上に直接に等角薄膜蛍光体層を形成するのに使用され得る。等角薄膜蛍光体は、ＬＥＤレンズの凸面または凹面等の非平坦な面上にも沈着され得る。
【００４６】
改良された処理に従って、種々の蛍光体が使用され得る。一般的に、蛍光体は発光性材料から形成され、すなわちエネルギー励起に応じて光を放射する物である。発光は原子および分子の励起電子状態からの緩和に基づいて発生し得、一般的には、例えば化学発光、電界発光、フォトルミネッセンス、熱発光、摩擦ルミネッセンスおよびそれらの組み合わせを含み得る。例えばフォトルミネッセンスの場合では、蛍光発光およびリン光を含み得、励起電子状態は、光の吸収等の光励起に基づいて生成され得る。改良された処理に従う有用な蛍光体は、Ｃｅ３＋およびＥｕ２＋等の活性化イオンでドープされた種々の無機母材を含み、ガーネット（例、（Ｙ１−ａＧｄａ）３（Ａｌ１−ｂＧａｂ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋かつａ、ｂ≦０．２またはＹＡＧ：Ｃｅ３＋）、ケイ酸塩、オルトケイ酸塩、硫化物、および窒化物を含む。ガーネットおよびオルトケイ酸塩は、黄色放射蛍光体として使用され得、窒化物は赤色放射蛍光体として使用され得る。しかし、有機色素を含む、波長−変換効率材料の種々の他のタイプが使用され得ることが理解されよう。望ましくは、蛍光体および波長−変換効率物質の他のタイプは、少なくとも約４０パーセント、少なくとも約５０パーセント、少なくとも約６０パーセント、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約８０パーセントおよび最大で約９０パーセント以上等の、約３０パーセントより高い量子効率で、フォトルミネッセンスを示すことができる。
【００４７】
一般的に、改良された処理に従って使用された蛍光体は、粉体形状、すなわち粒子の１セットとして提供される。発色の均一性を高めるために、粒子は約１０ｎｍ〜約３０μｍ、約１００ｎｍ〜約３０μｍ、約５００ｎｍ〜約３０μｍ、または約１μｍ〜約３０μｍ等の、約１ｎｍ〜約１００μｍの範囲のサイズを有するのが望ましい。
【００４８】
蛍光体沈着プロセスに従って、蛍光粉体が帯電している場合、蛍光粉体は慣性効果、ブラウン効果、熱泳動、または電界によって基板表面上に運搬され、沈着され得る。基板表面に実質的に均一に分散された蛍光粉体層を形成する一アプローチは、清潔で乾燥した空気、または窒素等の不活性ガス等の１セットの搬送ガスで、蛍光体小型容器から蛍光粉体を同伴し、搬送し、動員し、または運搬してから、真空室、不活性ガス室、または大気室でシャワーヘッド機構を通じて、蛍光粉体を噴霧するものである。幾つかの実施形態では、蛍光粉体が、蛍光体運搬処理中に同一の正または負の静電荷でイオン化されることが望ましい。帯電した蛍光粉体が噴霧され、基板表面上に沈着される時、構成蛍光体粒子は、実質的に均一に分散され、蛍光体粒子内の静電力の自己均衡によってもたらされる蛍光粉体層を形成する。具体的には、蛍光粉体の静電噴霧は、以下を伴う。
１）蛍光粉体は、蛍光粉体小型容器または他の蛍光粉体源から不活性搬送ガスによって運搬される。蛍光粉体流量は、ノズル装置または他の流量管理機構によって正確に管理され得る。
２）蛍光粉体は、同一の静電荷でイオン化される。蛍光粉体をイオン化する作業は、実質的に均一に蛍光粉体を基板表面上に沈着させることが望ましい。しかし、この粉体イオン化作業は、選択的であり、特定の実施形態で省略され得ることが理解されよう。
３）基板表面が非導電性の高分子材料で形成される場合、基板表面は、基板表面上に反対の静電荷でイオン化される。基板表面が導電性の材料で形成される場合、地電位に基板表面を電気的に接続する等の方法で基板表面が接地される。基板表面をイオン化、または接地する作業は、実質的に均一に基板表面に蛍光粉体を沈着させることが望ましい。しかし、この基板表面をイオン化、または接地する作業は、選択的であり、特定の実施形態で省略され得ることが理解されよう。
４）搬送ガスはシャワーヘッド機構を通じて沈着室に帯電した蛍光粉体を同伴し、それによって蛍光粉体をむらなく分散する。シャワーヘッド機構は、実質的に均一に基板表面に蛍光粉体を沈着させることが望ましい。代替として、または共に、基板表面は回転機構を使用して沈着室内で回転され、蛍光粉体は基板表面に実質的に均一に沈着され得る。しかし、この機構は、選択的であり、特定の実施形態で省略され得ることが理解されよう。
５）蛍光粉体は基板表面に等角的に、および実質的に均一に沈着される。１つの実施形態では、基板表面はＬＥＤチップの表面または複数のＬＥＤチップの表面である。別の実施形態では、基板表面は、１つのＬＥＤレンズの表面または複数のＬＥＤレンズの表面せある。別の実施形態では、基板表面はガラスまたは水晶基板の表面である。別の実施形態では、基板表面は一形態のポリ（エチレンテレフタル酸エステル）等の柔軟で透明な膜の表面である。
６）蛍光粉体はイオン化（または脱イオン化）ガスで放電される。イオン化ガスは、蛍光体粉体上の残留静電荷を中和する。この放電作業は、選択的であり、特定の実施形態で省略され得ることが理解されよう。
【００４９】
蛍光体沈着プロセスに従って、蛍光粉体は、次の方法の１つまたは組み合わせで静電荷によってイオン化される。
・静電荷を発生させるために電力が使用されるコロナ帯電
・粉体と何らかの導管表面との間の摩擦で静電荷が発生する摩擦帯電
・電界からの誘導により粉体が荷電される誘導帯電
【００５０】
導電性の基板に、基板表面は、静電気的に帯電した蛍光粉体の沈着で電場電位を維持するために接地され得る。静電荷は蛍光粉体上に、またはＴｒｉｂｏ摩擦帯電で非導電性の基板表面上にも作り出される。特に、２つの異なる材料が接触させられる時、電荷の不均衡を弱めるために、荷電が一方から他方へ移転する可能性がある。電荷移転の大きさおよび方向は、両材料の化学および電気構造を含む、多数の要素に依存しうる。
【００５１】
反対の静電荷は、Ｔｒｉｂｏ摩擦帯電法で、非導電性の基板表面上に作り出され得る。例えば、負電荷は次の方法の１つまたは組み合わせで非導電性の基板表面上に作り出される。
・Ｔｒｉｂｏ摩擦帯電法は、非導電性のエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂表面に吹付けられたテフロン粉末を使用して実行される。テフロン粉末は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂表面から電子を運び去り、表面を負に荷電することができる。
・エポキシ樹脂の表面をナイロンブラシまたは布で拭く。
【００５２】
蛍光体沈着プロセスは次を含む、多くの利点を提供する。
・近くの蛍光体構造および蛍光体変換された白色ＬＥＤのための遠隔の蛍光体構造の両方に適用され得る。
・層ごとの蛍光体沈着プロセスとして実行され得、容易に多色蛍光体薄膜スタックを形成するのに使用され得る。
・沈着プロセスは、全く溶剤無しで乾燥および洗浄処理がされ得る。
・蛍光体の管理された量を沈着中に使用することによって、白色ＬＥＤの色変化およびビニング問題を著しく低下させうる。
・蛍光体粒子内に静電荷を導入することで実質的に均一な蛍光体被覆が得られる。
・沈着中に、高い蛍光体利用率が達成される。
【００５３】
蛍光体沈着プロセスに従って、沈着された蛍光体層は、初めに緩く詰めこまれた粉体層である。次に、高分子薄膜が、蛍光体粒子の隙間を埋め、実質的に連続的な薄膜層を形成するために沈着される。実質的に均一に分散された蛍光体層構造を保存するため、蛍光体粒子の結合剤材料としてこの高分子層を形成するために、化学蒸着（「ＣＶＤ」）処理を使用することが望ましい。高分子層を形成するために、ＣＶＤの代わりに、または共に、別の好適な沈着プロセスが使用され得ることが理解されよう。他の沈着プロセスの例は、熱蒸発、電子ビーム蒸発、または物理的蒸着等の蒸着プロセス、ならびに噴霧被覆、浸漬被覆、ウェブ被覆、湿式被覆、およびスピンコーティングを含む。
【００５４】
好適な高分子の例は、本発明の実施形態にしたがって、薄膜蛍光体層の結合基質を形成するために使用され得る等角被覆高分子族を含む。特に、高分子族は、パリレンベースの高分子族に対応する。一般的に、パリレンベースの高分子ポリ（ｐ−キシリレン）およびその誘導体等の種々のポリキシリレンベースの高分子に対応し、例えば式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の一般的な反復単位を有する高分子を含み、式中、Ａｒは、アリーレン基（例えば、非置換の、部分的に置換された、または完全に置換されたアリーレン基であるフェニレン等）であり、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は同様または異なる可能性がある。具体的な実施形態では、ＡｒはＣ６Ｈ４−ｘＸｘであり、ＸがＣｌまたはＦ等のハロゲンであり、式中、ｘ＝０、１、２、３、または４であり、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’はＨ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される（例えば、Ｃ６Ｈ５−ｘＦｘ、式中、ｘ＝０、１、２、３、４、または５）。１つの具体的な実施形態では、パリレンＮは、式：−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ２−の反復単位を含み、薄膜蛍光体層を形成するための結合剤材料として使用される。別の実施形態では、パリレンＣは、式：−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ３Ｃｌ−ＣＨ２−の反復単位を含み、薄膜蛍光体層を形成するための結合剤材料として使用される。パリレンＣは、パリレンＮとして同一のモノマーから生成され得るが、１塩素原子を１芳香族水素に置換することで修正され得る。別の実施形態では、パリレンＤは、式：−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ２Ｃｌ２−ＣＨ２−の反復単位を含み、薄膜蛍光体層を形成するための結合剤材料として使用される。パリレンＤは、パリレンＮとして同一のモノマーから生成され得るが、２塩素原子を２芳香族水素に置換することで修正され得る。別の実施形態では、パリレンＦと称する部分的にフッ素化されたパリレンベースの高分子が使用され得る。パリレンＦは、式：−ＣＦ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＦ２−の反復単位を含み、例えばＢｒＣＦ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＦ２Ｂｒ等の種々の前駆体から形成され得る。このパリレンベースの高分子は例として提供されるものであり、種々の他の等角被覆高分子が使用され得ることが理解されよう。他の好適な高分子の例は、ポリイミド、フッ化炭素ベースの高分子（例えば、ポリ（テトラフルオロエチレン））、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（２、４−ヘキサジイン−１、６−ジオール）、フッ化炭素／有機シリコン共高分子、ポリ（エチレングリコール）、およびそれらの誘導体を含む。アクリルの熱蒸発も実質的に連続する蛍光体薄膜を形成するのに使用され得る。
【００５５】
種々のパリレンベースの高分子膜および他のタイプの高分子膜は、運搬重合のＣＶＤ技術を通じて形成され得る。運搬重合は一般的に、基板表面から離れた位置で前駆体分子から気相反応中間体を発生させ、気相反応中間体を基板表面に運搬することを伴う。基板表面は重合のための反応中間体の溶解温度以下で保たれ得る。例えば、パリレンＦは、反応中間体＊ＣＦ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＦ２＊（＊は遊離基を意味）を形成するために臭素原子を除去することで前駆体ＢｒＣＦ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＦ２Ｂｒから形成され得る。この反応中間体は、沈着室から遠隔の位置に形成され得、沈着室に運搬されて、重合が生じる基板表面で凝縮され得る。
【００５６】
より一般的には、パリレンベースの高分子膜は、例えば式（ＣＺＺ’Ｙ）ｍ−Ａｒ−（ＣＺ’’Ｚ’’’Ｙ’）ｎを有する種々の前駆体から形成され得、Ａｒはアリーレン基（例えば、非置換の、部分的に置換された、または完全に置換されたアリーレン基であるフェニレン等）であり、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は同様または異なる可能性があり、ＹおよびＹ’同様または異なる可能性があり、高分子膜は遊離基を発生させるために取り外し可能であり、ｍおよびｎがそれぞれ０または正整数に等しく、ｍの合計およびｎが置換に利用できるＡｒ上のｓｐ２−ハイブリッドされた炭素の合計以下である。具体的な実施形態では、ＡｒはＣ６Ｈ４−ｘＸｘであり、ＸがＣｌまたはＦ等のハロゲンであり、ｘ＝０、１、２、３、または４であり、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’はＨ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される（例えば、Ｃ６Ｈ５−ｘＦｘ、式中、ｘ＝０、１、２、３、４、または５）。他の好適な前駆体は、式：｛（ＣＺＺ’）−Ａｒ−（ＣＺ’’Ｚ’’’）｝２を有する二量体を含み、式中、Ａｒはアリーレン基（例えば、非置換の、部分的に置換された、または完全に置換されたアリーレン基であるフェニレン等）Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は同様または異なる可能性がある。具体的な実施形態では、ＡｒはＣ６Ｈ４−ｘＸｘ（ｘ＝０、１、２、３、または４）、ＸがＣｌまたはＦ等のハロゲン、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’はＨ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される（例えば、Ｃ６Ｈ５−ｘＦｘ、式中、ｘ＝０、１、２、３、４、または５）。
【００５７】
ＣＶＤ法で調製されたパリレンベースの高分子膜または別のタイプの高分子膜の一局面は、優れた隙間浸透能力の等角被覆であり、それによって蛍光粉体層内の隙間および空間を実質的に埋めるということである。幾つかの事例では、パリレンＦは隙間充填に１番優れた結果を得ることができ、パリレンＮはパリレンベースの高分子族の中で隙間充填に２番目に優れた結果を得ることができる。パリレンベースの高分子の別の局面は、可視光線スペクトル内で優れた光透過性を有するため、フォトルミネッセンスの蛍光粉体の中でも好適な充填材であることである。パリレンベースの高分子の別の局面は、その屈折率が化学組成を基礎として調整され得ることである。１つの実施形態では、パリレンベースの高分子膜の多層は複合薄膜蛍光体スタックとして形成され得る。この多層構造は、パリレンＮ膜を、蛍光粉体内に結合剤材料として約１．６６の屈折率で沈着させ、パリレンＦ膜を、約１．４の屈折率で沈着させることで形成され得、それによって周囲環境（例えば、大気中）へのパリレンＦ膜の屈折率整合によって光抽出を高める。一般に、この多層構造は、基板表面に隣接して第１の蛍光体層を形成するために第１の蛍光粉体層に結合剤材料として第１の屈折率を有する第１の高分子膜を沈着させ、第１の蛍光体層に隣接して第２の蛍光体層を形成するために第２の蛍光粉体層に結合剤材料として第２の屈折率を有する第２の高分子膜を沈着させ、等々によって形成することができ、ここで、第１の屈折率が第２の屈折率以上であることが理解されよう。
【００５８】
ＣＶＤ法を使用することで、パリレンベースの高分子または別のタイプの高分子は、約１ｎｍ〜約１００μｍ、約１０ｎｍ〜約１００μｍ、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約７５μｍ、約１μｍ〜約３０μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍ等の、約１００μｍまでの数十のオングストロームの範囲の厚さを有する実質的に連続的な膜として形成され得る。幾つかの事例では、膜の厚さは、平均の厚さについて、約１０パーセント未満または約５パーセント未満等の約２０パーセント未満の標準偏差を示し得る。初めに沈着された蛍光粉体層の厚さは、例えば約１０ｎｍ〜約６０μｍ、約１００ｎｍ〜約４０μｍ、または約１００ｎｍ〜約２０μｍ等の約１ｎｍ〜約６０μｍの範囲になり得る。幾つかの事例では、蛍光粉体層の厚さは、平均の厚さについて、約１０パーセント未満または約５パーセント未満等の約２０パーセント未満の標準偏差を示し得る。結果としてできる膜内の蛍光粉体の分散は、膜の範囲にわたって実質的に均一になり得、例えば、重量密度（例えば、単位体積当たりの蛍光体粒子の質量または重量）または数密度（例えば、単位体積当たりの蛍光体粒子数）は、平均の密度について、約１０パーセント未満または約５パーセント未満等の約２０パーセント未満の標準偏差を示し得る。
【００５９】
ＣＶＤ法で調製された薄膜蛍光体層の１つの実施形態を図４Ａに示す。図４Ａにおいて、ＹＡＧ等の単色蛍光粉体層４１は、初めに基板表面４２に沈着されたＣｅ３＋ベースの黄色蛍光である。基板表面４２は光抽出構造の表面でありえ、柔軟なプラスチック基板の場合のように非導電性でありうる。パリレンベースの高分子層４３を沈着させ、別のパリレンベースの高分子層４４を次に沈着させる。パリレンベースの高分子層４３は結合剤または基質として機能し、少なくとも部分的に蛍光粉体層４１に浸透するか、または囲み、パリレンベースの高分子層４３内に蛍光粉体層４１の蛍光体粒子が散らばる。パリレンベースの高分子層４３および４４は同様の材料または異なる材料から形成され得ることが理解されよう。幾つかの事例では、パリレンベースの高分子層４３の屈折率は、パリレンベースの高分子層４４の屈折率より大きい。結果としてできる蛍光体被覆構造４６は、蛍光体変換された発光装置を形成するために発光半導体装置に隣接して積層され、またはそうでなければ配置され得る。
【００６０】
層ごとの蛍光粉体の沈着に従って、ＣＶＤ法を用いて、実質的に均一に分散される多色蛍光体のスタックを形成し得る。図４Ｂに示す１つの実施形態では、青色蛍光粉体、青色蛍光粉体の結合剤材料としてのパリレンベースの高分子、緑色蛍光粉体、緑色蛍光粉体の結合剤材料としてのパリレンベースの高分子、赤色蛍光粉体、および赤色蛍光粉体の結合剤材料としてのパリレンベースの高分子の連続的な沈着によって、多色蛍光体薄膜スタック４５が形成される。結果としてできる蛍光体被覆構造４７は、蛍光体変換された白色発光装置を形成するために発光半導体装置に積層され、またはそうでなければ隣接して配置され得、装置は、これら蛍光体によるそれぞれの色の３つの下方変換された第２の光を放射することができる。それ故に、蛍光体変換された白色発光装置の演色評価数（「ＣＲＩ」）は、例えば、屋内の一般照明応用に使用される時、より暖色の白色光および改良された発色の均一性で、容易に調節され得る。多色薄膜蛍光体スタック４５を組み込む蛍光体変換された白色発光装置の別の応用は、ＬＣＤの背面照明のためのものであり、より広いディスプレイ色域が、赤色、緑色、および青色蛍光体によってそれぞれ放射される赤色、緑色、および青色の光色に対応する３つのピーク波長で得られ得る。
【００６１】
光抽出構造
封入剤層と大気との間の境界での内面反射は、ＬＥＤパッケージ内の光損失の共通源である。封入剤層内の損失を低下させるために、大気／封入剤界面は凸状で、光源の有効径によってある特定の距離だけ光源から離されていることが望ましい。幾つかの事例では、封入剤層はかかる表面で形成され、表面はＬＥＤ等の発光装置および反射体からある特定の距離に配置され、発光装置を離れる大半または全ての光が封入剤層から脱出し得ることを確実にする。この点にそって、半球レンズ、マイクロレンズアレイ、またはフレネルレンズが、光抽出構造またはレンズとして組み込まれ得る。
【００６２】
光抽出レンズ内に散らばった組み込み蛍光粉体は、ＬＥＤパッケージ内でしばしば光散乱損失を生じさせる可能性がある。光散乱効率を上げるために、本発明の特定の実施形態は、光抽出レンズ内の被覆面に沈着された薄膜層としての蛍光体層を形成することに関する。
【００６３】
光抽出レンズ内は、一般的に光学的に透明または半透明材料で形成され、一般的に非導電性である。ＥＰＤとは対照的に、本出願で開示の薄膜蛍光体層の沈着法は、非導電性の表面ならびに、導電性の表面上に直接に等角薄膜蛍光体層を形成するために使用され得る。等角薄膜蛍光体層は、平坦な面、ならびに凸面または凹面等の非平坦な面上に沈着され得る。
【００６４】
発光装置のための蛍光体被覆
蛍光体変換された白色ＬＥＤのための光抽出レンズ構造として、半球形状のレンズが使用され得る。１つの実施形態に関して、半球レンズは薄膜蛍光体層で被覆され、本明細書において蛍光体被覆レンズと称される構造をもたらす。図５Ａで示す蛍光体被覆レンズ５３では、薄膜蛍光体層５２ａは中空半球レンズ５１ａの内側の平坦でない面または非平面上に等角的に沈着される。図５Ａで示すように、内側の平坦でない面は、一般的に湾曲した輪郭を有する内側凹面であり、この内側凹面は、使用中に発光装置に面する空洞を画定する。レンズ５１ａは、エポキシ、シリコーン、ポリ、（メタクリル酸メチル）、ポリカーボネート、ガラス、または水晶等の光学的に透明な材料から形成され得る。別の実施形態では、図５Ｂの蛍光体被覆レンズ５４で示されるように、薄膜蛍光体層５２ｂは、中実半球レンズ５１ｂの実質的に平坦な面または平面である底面に等角的に沈着される。この底面である平坦な面は使用中、発光装置に面する。別の実施形態では、図５Ｃの蛍光体被覆レンズ５５で示されるように、薄膜蛍光体層５２ｃは、半球レンズ５１ｃの外側の平坦でない面に等角的に沈着される。図５Ｃで示すように、外側の平坦でない面は、一般的に湾曲した輪郭を有する外側凸面であり、この外側凸面は使用中、発光装置とは離れた方に面する。図示した実施形態では、半球レンズ５１ｃは中実半球レンズであるが、半球レンズ５１ｃが中空半球レンズである可能性も企図される。図５Ａ〜図５Ｃで示す蛍光層５２ａ、５２ｂ、および５２ｃは単色蛍光層または多色蛍光層となり得ることが理解されよう。図５Ａ〜図５Ｃで示す特定の形状および構成は例として提供されているものであり、種々の他の実施形態が考慮されることも理解されよう。例えば、他の実施形態では、蛍光体被覆レンズ５３および５４がそれぞれの外側凸面上に等角的に沈着される薄膜蛍光体層を含むこともでき、蛍光体被覆レンズ５５がその底面の平坦な面上に等角的に沈着される薄膜蛍光体層を含むこともできる。
【００６５】
蛍光体被覆ＬＥＤレンズの別の実施形態は、本明細書に記載の蛍光体沈着方法にしたがってＬＥＤレンズの表面上に実質的に均一の蛍光粉体層を埋め込むまたは組み込むことを伴う。例えば、蛍光体埋め込みＬＥＤレンズは次のように形成され得る。
・液体シリコーンゲルの射出成形を使用してＬＥＤレンズを形成する。
・依然としてゲル状であるレンズの被覆表面上に実質的に均一な蛍光粉体層を形成する。
・指示された期間中、液体シリコーンゲル表面に蛍光体粒子を沈殿させる。
・蛍光体埋め込みＬＥＤレンズへと凝結させるために液体シリコーンゲルを硬化させる。
【００６６】
図６は、本発明の１つの実施形態にしたがって、複数の中空半球レンズ６２の内側凹面に等角的に沈着された薄膜蛍光体層６１を被覆するバッチ処理を示す。有利なことに、本明細書で記載の薄膜蛍光沈着プロセスは、バッチ処理として実行され、薄膜蛍光体層は実質的に同時にＬＥＤレンズ表面等の所望の基板表面上に沈着され得、それによって製造処理能力を上昇させ、被覆基板ごとの製造費用を下げる。
【００６７】
図７Ａ〜図７Ｃは、蛍光体被覆レンズ（例えば、図５Ａ〜図５Ｃで示される蛍光体被覆レンズ５３、５４および５５）を、好適なリードフレーム、実質的に平坦なサブマウント反射体、またはカップ反射体７２に接続することによって生産され得る、蛍光体変換されたＬＥＤの種々の実施形態を示す。接続は、適切な封入剤またはシリコーン接着剤等の接着剤を使用することで果たされ得る。蛍光体層は、図７Ａ〜図７Ｃで示されるように、発光装置７４からいくらか距離のあるところに配設されているので、蛍光体層から照射された第２の光は、主にサブマウント反射体またはカップ反射体７２に当たり、高い吸収性の発光装置７４に直接に当たる可能性を低下させる。また、蛍光層は薄膜層として製造されるので、結果として得られる散乱効率は、少なくとも約９０％、少なくとも約９２％、または少なくとも約９５％、および約９９％以上まで、著しく向上し得る。さらに、図７Ａ〜図７Ｃに示す蛍光体変換されたＬＥＤは、高い均一性の白色光を放射することができる。特に、ＣＣＴ変化は、１４０°の範囲の光の放射角にわたって（中心発光軸から±７０°）、約１，０００Ｋ以下の大きさ、例えば、約８００Ｋ以下、約５００Ｋ以下、または約３００Ｋ以下、および約２００Ｋ以下まで等になり得る。
【００６８】
図７Ａ〜図７Ｃに示す蛍光体変換されたＬＥＤでは、薄膜蛍光体層と発光装置７４との間に空洞または空隙７１、７３、または７５を形成することが望ましい。蛍光体層からの第２の光が空隙７１、７３、または７５に向かって後方へ放射する時、空隙の屈折率が蛍光体被覆レンズ５３、５４、および５５に対して低い（約１）ために、後方に放射した第２の光は空隙界面でＴＩＲによって光反射する可能性がより高くなる。結果として、空隙７１、７３、または７５は、第２の光を外側に屈折させて、蛍光体変換されたＬＥＤから脱出させ、パッケージ効率をさらに上げる傾向がある。別の好適な低指数材料が、空気の代わりに、または空気と共に、含まれ得ることが理解されよう。
【００６９】
多くの変化が、光抽出レンズ上に被覆された薄膜蛍光体層で、蛍光体変換されたＬＥＤを生産する製造処理において実行され得ることが理解されよう。例えば、光抽出レンズが初めにＬＥＤまたは他の発光装置に接続され得、次に図７Ｃで示すように蛍光体変換されたＬＥＤを生産するために薄膜蛍光体層が光抽出レンズの外側表面上に沈着され得る。
【００７０】
さらに図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、有利には、光学キャビティ（例えば、空隙７１、７３、または７５に対応）を形成し、その境界は、サブマウント反射体またはカップ反射体７２の反射体層、およびカップ反射体７２の上に配置された薄膜蛍光体層によって画定される。光学キャビティのサイズと形状は、発光装置７４から放射される第１の光および薄膜蛍光体層から照射される第２の光が十分混合されるよう設計され得る。有利なことに、図７Ａ〜図７Ｃで示される蛍光体変換されたＬＥＤの照射光パターンは、光学キャビティのサイズと形状によって管理され得る。
【００７１】
蛍光体変換されたＬＥＤの効率性をさらに向上させるために、図８Ａ〜図８Ｃで示されるようなレンズ８１、８３、または８５等のより小さい光学的に透明または半透明の半球レンズが、発光装置７４を囲むように配置される。より小さな半球レンズ８１、８３、または８５は、発光装置７４から第１の光をより多く、例えば約５％〜約４０％まで、抽出するための拡散レンズとして機能することができる。発光装置７４から放射される第１の光の照射パターンを管理するために、ランダムにまたは非ランダムに（パターン化された）粗面等のマイクロメータ単位の特徴を、より小さな半球レンズ８１、８３、または８５の凸面上に形成し得る。より小さな半球レンズ８１、８３、または８５は、発光装置７４上に配置された実質的に平面のマイクロレンズアレイとしても実施され得ることが理解されよう。
【００７２】
発光装置のための蛍光体被覆マイクロレンズ
発光装置上に配設される光抽出構造としてマイクロレンズアレイも使用され得る。１つの実施形態に関して、マイクロレンズアレイは薄膜蛍光体層で被覆され、本明細書で蛍光体被覆マイクロレンズと称する構造をもたらす。図９Ａにおいて、薄膜蛍光体層９２は、等角薄膜蛍光沈着法を使用してマイクロレンズアレイ９１の表面上に等角的に沈着される。図９Ｂにおいて、結果としてできる蛍光体被覆マイクロレンズアレイ９４はＬＥＤ半導体ウエハ９３上に積層されている。図９Ｃにおいて、蛍光体被覆マイクロレンズアレイ９４で積層されたＬＥＤ半導体ウエハ９３は、その後、別々の蛍光体変換されたＬＥＤ ９５ａ、９５ｂ、および９５ｃにダイスカットされ、または分離される。
【００７３】
光抽出マイクロレンズアレイ上に被覆された薄膜蛍光体層で蛍光体変換されたＬＥＤを生産する製造処理において、多くの変化が実施され得ることが理解されよう。例えば、マイクロレンズアレイがまず初めにＬＥＤ上に製造されまたはＬＥＤに積層され、次に蛍光体変換されたＬＥＤを生産するために薄膜蛍光体層をマイクロレンズアレイ表面上に沈着させ得る。また、薄膜蛍光体層は同様に、蛍光体被覆フレネルレンズを生産するためにフレネルレンズ上に被覆され、蛍光体変換されたＬＥＤを形成するためにＬＥＤに接続され得ることが理解されよう。
【００７４】
蛍光体変換された発光装置
本発明の幾つかの実施形態は、ＬＥＤ等の発光装置の光学経路上に、実質的に平面の薄膜蛍光体層を配置することに関する。パッケージされたＬＥＤの光抽出効率を向上させるためには光抽出レンズが望ましくありうるが、これは、パッケージされたＬＥＤから放射される光の速度を向上させることがある。ＬＣＤのためのＬＥＤ背面照明等の、ＬＥＤを光源として組み込む幾つかの実施形態では、ＬＥＤから放射された小面積の光線が伴われる。この点に沿って、本発明の幾つかの実施形態は、ＬＥＤ構造の実質的に平面上に配置された実質的に平面の薄膜蛍光体層を生産することに関する。
【００７５】
１つの具体的な実施形態は、発光装置の表面上に直接に薄膜蛍光体層を配置することを伴う。図１０Ａにおいて、本明細書に記載のように形成された薄膜蛍光体層１０２ａは、発光装置１０１ａの表面の発光側上に配置される。
【００７６】
別の実施形態は、光学的に透明または半透明の平面のスペーサー層を間に伴って、発光装置上に薄膜蛍光体層を配置することを伴う。図１０Ｂに示すように、本明細書に記載のように形成された薄膜蛍光体層１０２ｂは、光学的に透明または半透明のスペーサー層１０３上に配置され、これが次に、発光装置１０１ｂの表面の発光側上に配置される。
【００７７】
別の実施形態では、図１０Ｃに示すように、本明細書に記載のように形成された薄膜蛍光体層１０２ｃは、パッケージされたＬＥＤの実質的に平面の表面の上に配置され、発光装置１０１ｃは、好適なリードフレームまたはカップ反射体内に配置され、かつ、エポキシまたはシリコーン樹脂等の光学的に透明または半透明の封入剤１０４で覆われる。発光装置１０１ｃから放射される第１の光および薄膜蛍光体層１０２ｃから照射される第２の光を混合するために、封入剤１０４の代わりに、または封入剤１０４と共に、空気が詰まった空隙または空洞が含まれ得ることも企図される。空隙の屈折率が低い（約１）ため、後方に放射された第２の光は、パッケージされたＬＥＤから外部に反射して、パッケージ効率をさらに上げる可能性が高くなる。別の好適な低指数材料が、空気の代わりに、または空気と共に、含まれ得ることが理解されよう。
【００７８】
蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置
発光装置は、一般的に高屈折率材料で形成されるので、発光装置内の光のＴＩＲを低下させるために光抽出構造を組み込むことが望ましい。ＬＥＤ効率を向上させる一法は、高指数発光装置から光の抽出を助けることである。典型的なＩｎＧａＮ ＬＥＤでは、多くのエネルギーが、放射モードではなくＬＥＤ内部の導波モードへと放射され得る。ＬＥＤの内部で発生した光は、光がＬＥＤから脱出し得る前に、ＴＩＲを受け、高い確率で光吸収が起こり得る。フォトニック結晶アレイ構造は、小面積で高度に平行な光線を生成するために、ＬＥＤのための光抽出機構として効果的であり得る。また、屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶アレイ構造は、発光装置から導波モードを回折することで光抽出を向上することができる。二次元平面の周期的なフォトニック格子構造のために、光子は、発光装置に対して実質的に垂直な方向に脱出し、小面積の光を発生させることができる。従って、フォトニック結晶発光装置に関しては、凸面または半球レンズ構造は省略され得る。
【００７９】
図１１において、蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置の１つの実施形態の断面図を示しており、基板１１１、ｐ型半導体層１１２、活性層１１３、ｎ型半導体層１１４、光学的に透明または半透明の電極層１１５、および薄膜蛍光体層１１６を含む。薄膜蛍光体層１１６は単色蛍光層または多色蛍光体膜スタックとして実行され得ることが理解されよう。フォトニック結晶構造は、半導体層１１４内にまたはそうでなければ半導体層１１４に隣接して形成され、１セットの空孔、空隙、または空洞１１７は、半導体層１１４からエッチング除去される。空孔１１７は、低屈折率誘電材料で埋められ得る。例えば、いわゆるギャップ充填処理およびパリレンベースの誘電材料を用いて、等角被覆材料で空孔１１７を埋め、これは、気相蒸着によって調製され、一般的に優れた等角被覆特性を示し得る。パリレンベースの高分子の１セットで満たされた半導体層１１４等の固体表面の上に、続いて沈着される層１１５および１１６を形成することは、蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置製造処理において有利であり得る。この点に沿って、蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置の別の実施形態は、空孔構造１１７の代わりに、パリレン−Ｆまたはパリレン−Ｎ等の低屈折率誘電体を使用する。
【００８０】
図１１で示すフォトニック結晶発光装置の１つの潜在的な問題は、半導体層１１４の空孔構造が電流集中を作り出す可能性があることである。半導体層１１４内の電流拡散を促進するために、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）電極等の透明電極１１５を、フォトニック結晶構造上に形成する。そして、蛍光体変換されたフォトニック結晶発光装置を形成するために、実質的に平面の薄膜蛍光体層１１６を透明電極１１５上に配置する。薄膜蛍光体層１１６は、製造済みの薄膜蛍光体層の積層または薄膜蛍光体層１１６のインサイチュー（in-situ）沈着のいずれかによってフォトニック結晶構造上に配置され得ることが、理解されよう。
【００８１】
発光装置のためのウエハレベルパッケージ処理
本発明の別の実施形態は、本明細書に記載の薄膜蛍光体層を組み込む発光装置のためのウエハレベルのバッチパッケージ処理に関する。先行パッケージ処理とは対照的に、ウエハレベルのバッチ処理は、より薄くて、レンズ材料の消費が少なく、より一貫した実行をし、かつ改良された信頼性の、パッケージされた発光装置を生じることができる。さらに有利なことに、より薄くてより均一な蛍光体層が、ウエハレベル処理の一部として配置され得、パッケージされた発光装置は向上された効率性およびより高い信頼性を有し、より少ない発生熱で動作することができる。
【００８２】
図１２Ａで示すように、典型的な２００ｍｍアルミニウム、銅、またはシリコンウエハ基板１２０は、基板毎に１０，０００もの多くのＬＥＤパッケージサブマウント反射体または反射カップを保持し得る。それ故に、ウエハレベルパッケージ処理の総費用は、バッチごとに製造される複数の装置で共有され得る。そのようなものとして、パッケージ費用は総パッケージ費用に関して装置当たりでより少なくなる。
【００８３】
発光装置のためのウエハレベルパッケージ処理の１つの実施形態は、次の作業を含む。
（１）図１２Ａに示すように、カップのアレイまたは窪みと共に、アルミニウム、銅、またはシリコンウエハ基板を使用してパッケージ基板１２０を形成する。反射カップのアレイを生じさせるためにパッケージ基板１２０上に反射体層を沈着させる。カップの底またはカップの壁に良好な反射性を有することが望ましく、それにより後方散乱光が外側に反射され得る。
（２）パッケージ基板１２０の反射カップそれぞれに発光装置を接続する。発光装置の電極は、例えばパッケージ基板１２０に接合された電線であり得る。
（３）図１２Ｂに示すように、蛍光体被覆マイクロレンズアレイ１２２を形成する。
（４）図１３Ａに示すように、蛍光体被覆マイクロレンズアレイ１２２を、パッケージ基板１２０の反射カップそれぞれに接続する。１つの蛍光体被覆マイクロレンズアレイが、複数の反射カップを収容するサイズであって、これがパッケージ基板１２０に接続され得ることも企図される。
（５）蛍光体被覆マイクロレンズアレイ１２２を接続したパッケージ基板１２０を、図１３Ｂに示されるパッケージされたＬＥＤ１３０のような、個々にパッケージされた発光装置を生じさせるためにダイスカットし、または分離する。
【００８４】
図１２Ａ〜図１３Ｂに示すウエハレベルパッケージ処理は例として提供されるものであり、種々の他の実施形態が実行され得ることが理解されよう。
【００８５】
本発明は本明細書の具体的な実施形態を参照して記載されているが、添付の請求項によって定義される本発明の真の精神および範囲から逸脱しない範囲で、当業者によって種々の変更がなされてよく、同等物に代替されてよいことが理解されるべきである。加えて、具体的な状況、材料、問題となる組成物、方法、または処理は、本発明の目的、精神、および範囲に適合するように、多くの修正がなされてよい。全てのかかる修正は、本明細書に添付の請求項の範囲内であることを意図する。特に、本出願で開示の方法は、具体的な指示で実行される具体的な処理を参照して記載されているが、これらの作業は、本発明の教示から逸脱することなく、同等の方法を形成するために組み合わされ、部分的に分離され、または順番を入れ換えられることが理解されよう。したがって、具体的に本明細書に示されていない限り、作業の順番およびグルーピングは本発明を限定するものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月27日(2015.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された光抽出構造であって、被覆面を含む前記光抽出構造と、
前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層は、
蛍光体粒子を含む蛍光粉体層と、
該蛍光粉体層に隣接する第１の高分子層であって、前記蛍光体粒子の結合剤として機能する第１の高分子層と、
前記第１の高分子層に隣接する第２の高分子層と、を備え、ならびに
前記第１の高分子層および第２の高分子層の少なくとも１つが、式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の反復単位を含む高分子を含み、式中、Ａｒは、（１）非置換のフェニレン基、（２）ｘが１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘＣｌｘの塩素置換フェニレン基、および（３）ｘ’が１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘ’Ｆｘ’のフッ素置換フェニレン基から選択され、かつ、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は、Ｈ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される、
蛍光体変換された発光装置。
【請求項２】
前記薄膜蛍光体層と前記発光装置との間に配置されたスペーサー層をさらに備える、請求項１記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項３】
前記光抽出構造が、第１の光抽出構造であり、ならびに前記第１の光抽出構造と前記発光装置との間に配置される、第２の光抽出構造をさらに備える、請求項１記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項４】
前記第２の光抽出構造が、粗面を含む半球レンズである、請求項３記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項５】
前記第２の光抽出構造がマイクロレンズアレイである、請求項３記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項６】
前記第１の高分子層の屈折率が、前記第２の高分子層の屈折率より大きい、請求項１記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項７】
発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された光抽出構造であって、被覆面を含む前記光抽出構造と、
前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層は、
蛍光体粒子を含む蛍光粉体層と、
該蛍光粉体層に隣接する高分子層であって、前記蛍光体粒子の結合剤として機能する高分子層と、を備え、ならびに
前記高分子層が、有機シリコン高分子を含む、
蛍光体変換された発光装置。
【請求項８】
前記高分子層の厚さが、少なくとも１μｍである、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項９】
前記光抽出構造が、半球状の中空レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの内側凹面に隣接して等角的に配置される、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１０】
前記光抽出構造が、半球状の中実レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの底面の、実質的に平坦な面に隣接して等角的に配置される、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１１】
前記光抽出構造が、半球状のレンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの外側凸面に隣接して等角的に配置される、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１２】
前記光抽出構造が、マイクロレンズアレイであり、前記薄膜蛍光体層が、前記マイクロレンズアレイの外側凸面に隣接して等角的に配置される、請求項７記載の蛍光体変換された発光装置。
【請求項１３】
発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された光抽出構造であって、被覆面を含む前記光抽出構造と、
前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層は、
蛍光体粒子を含む蛍光粉体層と、
該蛍光粉体層に隣接する第１の高分子層であって、前記蛍光体粒子の結合剤として機能する第１の高分子層と、
前記第１の高分子層に隣接する第２の高分子層と、を備え、ならびに
前記第１の高分子層および第２の高分子層の少なくとも１つが、有機シリコン高分子を含む、
蛍光体変換された発光装置。
【請求項１４】
前記第１の高分子層の屈折率が、前記第２の高分子層の屈折率より大きい、請求項１３記載の蛍光体変換された発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以下に、本発明の基本的な諸特徴および種々の態様を列挙する。
［１］
被覆面を含む光抽出構造と、
少なくとも１つの蛍光粉体層、および該少なくとも１つの蛍光粉体層のための結合剤として機能する少なくとも１つの高分子層を含む、薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体被覆光抽出構造であって、
前記薄膜蛍光体層が、前記光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される、
蛍光体被覆光抽出構造。
［２］
前記光抽出構造が、半球状の中空レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの内側凹面に隣接して等角的に配置される、［１］記載の蛍光体被覆光抽出構造。
［３］
前記光抽出構造が、半球状の中実レンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの底面の、実質的に平坦な面に隣接して等角的に配置される、［１］記載の蛍光体被覆光抽出構造。
［４］
前記光抽出構造が、半球状のレンズであり、前記薄膜蛍光体層が、前記レンズの外側凸面に隣接して等角的に配置される、［１］記載の蛍光体被覆光抽出構造。
［５］
前記光抽出構造が、マイクロレンズアレイであり、前記薄膜蛍光体層が、前記マイクロレンズアレイの外側凸面に隣接して等角的に配置される、［１］記載の蛍光体被覆光抽出構造。
［６］
前記少なくとも１つの高分子層が、式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の反復単位を含む高分子を含み、式中、Ａｒは、（１）非置換のフェニレン基、（２）ｘが１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘＣｌｘの塩素置換フェニレン基、および（３）ｘ’が１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘ’Ｆｘ’のフッ素置換フェニレン基から選択され、かつ、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は、Ｈ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される、［１］記載の蛍光体被覆光抽出構造。
［７］
発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層の厚さは１ｎｍ〜１００μｍの範囲であり、
前記薄膜蛍光体層は、
第１の蛍光体粒子を含む第１の蛍光粉体層と、
該第１の蛍光粉体層に隣接する第１の高分子層であって、前記第１の蛍光体粒子の結合剤として機能する第１の高分子層と、を備える、
蛍光体変換された発光装置。
［８］
前記薄膜蛍光体層と前記発光装置との間に配置されたスペーサー層をさらに備える、［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［９］
前記薄膜蛍光体層と前記発光装置との間に配置された封入剤層をさらに備える、［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１０］
被覆面を含む第１の光抽出構造であって、前記薄膜蛍光体層が前記第１の光抽出構造の前記被覆面に隣接して等角的に配置される、第１の光抽出構造と、
前記第１の光抽出構造と前記発光装置との間に配置される、第２の光抽出構造と、
前記発光装置が反射カップに隣接して配置され、光学キャビティが前記反射カップおよび前記薄膜蛍光体層によって画定される、反射カップと、
をさらに備える、［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１１］
前記第２の光抽出構造が、粗面を含む半球レンズである、［１０］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１２］
前記第２の光抽出構造がマイクロレンズアレイである、［１０］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１３］
前記薄膜蛍光体層が、前記第１の高分子層に隣接する第２の高分子層をさらに含み、前記第１の高分子層の屈折率が、前記第２の高分子層の屈折率より大きい、［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１４］
前記薄膜蛍光体層が、
前記第１の高分子層に隣接する第２の蛍光粉体層であって、第２の蛍光体粒子を含む、第２の蛍光粉体層と、
前記第２の蛍光粉体層に隣接する第２の高分子層であって、前記第２の蛍光体粒子のための結合剤として機能する、第２の高分子層と、
をさらに備え、
前記第１の蛍光体粒子および前記第２の蛍光体粒子は、異なる色を発光するように構成される、
［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１５］
前記薄膜蛍光体層が、
前記第２の高分子層に隣接する第３の蛍光粉体層であって、第３の蛍光体粒子を含む、第３の蛍光粉体層と、
前記第３の蛍光粉体層に隣接する第３の高分子層であって、前記第３の蛍光体粒子の結合剤として機能する、第３の高分子層と、
をさらに備え、
前記第１の蛍光体粒子、前記第２の蛍光体粒子、および前記第３の蛍光体粒子は、異なる色を発光するように構成される、
［１４］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１６］
蛍光体変換された発光装置の相関色温度の変化が、前記発光装置の中心発光軸に対して１４０°の範囲の角度にわたって５００Ｋを超えない、［７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１７］
フォトニック結晶構造を含む発光装置と、
該発光装置の光学経路に配置された薄膜蛍光体層と、
を備える蛍光体変換された発光装置であって、
前記薄膜蛍光体層の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍの範囲であり、
前記薄膜蛍光体層は、
蛍光体粒子を含む少なくとも１つの蛍光粉体層と、
該少なくとも１つの蛍光粉体層に隣接する少なくとも１つの高分子層であって、前記蛍光体粒子のための結合剤として機能する少なくとも１つの高分子層と、を含む、
蛍光体変換された発光装置。
［１８］
前記フォトニック結晶構造は、屈折率の実質的に周期的な変化を作り出す誘電材料を含む、［１７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［１９］
前記誘電材料は、式：−ＣＺＺ’−Ａｒ−ＣＺ’’Ｚ’’’−の反復単位を含む高分子を含み、式中、Ａｒは、（１）非置換のフェニレン基、（２）ｘが１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘＣｌｘの塩素置換フェニレン基、および（３）ｘ’が１〜４の範囲の整数である、式：Ｃ６Ｈ４−ｘ’Ｆｘ’のフッ素置換フェニレン基から選択され、かつ、Ｚ、Ｚ’、Ｚ’’、およびＺ’’’は、Ｈ、Ｆ、アルキル基、およびアリール基から独立的に選択される、［１７］記載の蛍光体変換された発光装置。
［２０］
サブマウント反射体のアレイを含むパッケージ基板を提供する段階、
前記パッケージ基板のそれぞれの反射カップに発光装置を接続する段階、
蛍光体被覆マイクロレンズアレイを提供する段階、
前記蛍光体被覆マイクロレンズアレイを前記パッケージ基板に接続する段階、および
個別の蛍光体変換された発光装置を形成するために前記パッケージ基板をダイスカットする段階、
を含む、蛍光体変換された発光装置を形成する方法。
［２１］
前記パッケージ基板を提供する段階が、
サブマウントのアレイを含む前記パッケージ基板を提供することと、
前記サブマウント反射体のアレイを形成するために、前記パッケージ基板に隣接して反射層を沈着させることと、を含む、［２０］記載の方法。
［２２］
前記蛍光体被覆マイクロレンズアレイを提供する段階が、
マイクロレンズアレイに隣接して蛍光粉体層を形成することであって、前記蛍光粉体層は、前記マイクロレンズアレイの被覆面に隣接して分散された蛍光体粒子を含む、蛍光粉体層を形成することと、
蒸着を通じて、前記蛍光粉体層に隣接する高分子層を形成することであって、前記高分子層は前記蛍光体粒子のための結合剤として機能する、高分子層を形成することと、を含む、［２０］記載の方法。
［２３］
液体ゲルの射出成形を使用して光抽出構造を形成する段階と、
前記光抽出構造の被覆面に隣接して蛍光粉体層を形成する段階であって、前記蛍光粉体層の少なくとも一部の蛍光粉体が前記光抽出構造に埋め込まれる、蛍光粉体層を形成する段階と、
蛍光体埋め込み光抽出構造を形成するために前記液体ゲルを硬化する段階と、
を含む、蛍光埋め込み光抽出構造を形成する方法。
本発明の他の局面および実施形態も考慮される。前述の概要および以下の詳細な説明は、任意の具体的な実施形態に本発明を限定することを意図するものではなく、単に本発明の幾つかの実施形態を記述するものである。