JP2022510037A - マトリクスアレイを作製するための二段階蛍光体堆積 - Google Patents

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Abstract

垂直な行及び列のマトリクスアレイ（２００）内に配置された近接し、かつ間隔を空けて配置されるｐｃＬＥＤ（１００）を製造する方法であって、当該方法は、蛍光体（８０３、９０５）が堆積されるアレイ内の位置（５０４）が互いに隣接しないように、蛍光体（８０３、９０５）が市松模様のマトリクスアレイ内の交互の位置（ピクセル）に堆積される、第一の蛍光体堆積工程を含む。第二の蛍光体堆積工程では、第一の堆積工程で蛍光体が堆積されなかったその交互の位置に蛍光体が堆積される。２つの蛍光体堆積工程の間に、反射器構造又は散乱構造（６０６）を、蛍光体ピクセルの側壁上に作製して、得られたアレイ中のｐｃＬＥＤを互いに光学的に分離することができる。

Description

本発明は、一般に、蛍光体変換発光ダイオードに関する。
半導体発光ダイオードやレーザーダイオード（以下、ＬＥＤ）は、現在入手可能な最も効率的な光源の一つである。ＬＥＤの発光スペクトルは、通常、装置の構造やＬＥＤが構成される半導体材料の組成によって決まる波長において、単一の狭いピークを示す。ＬＥＤは、装置の構造と材料系を適当に選択することで、紫外、可視又は赤外の波長で動作するように設計することができる。
ＬＥＤは、ＬＥＤが放出する光を吸収し、それに応じてより長い波長の光を放出する１つ以上の波長変換材料（本明細書では一般に「蛍光体」という）と組み合わせることができる。このような蛍光体変換ＬＥＤ（「ｐｃＬＥＤ」）では、ＬＥＤが放出する光のうち蛍光体に吸収される割合は、ＬＥＤが放出する光の光路内の蛍光体材料の量、例えば、ＬＥＤ上又は周囲に配置された蛍光体層内の蛍光体材料の濃度及びその層の厚さに依存する。
蛍光体変換ＬＥＤは、ＬＥＤが放出する光の全てが１つ以上の蛍光体に吸収されるように設計されることができるが、その場合、ｐｃＬＥＤからの放出は全て蛍光体由来である。このような場合、蛍光体は、例えば、ＬＥＤによって直接効率的に生成されない狭いスペクトル領域の光を放出するように選択することができる。
あるいは、ＬＥＤが放出する光の一部のみが蛍光体に吸収されるようにｐｃＬＥＤを設計することができ、その場合、ｐｃＬＥＤからの放出は、ＬＥＤが放出する光と蛍光体が放出する光の混合物となる。ＬＥＤ、蛍光体、及び蛍光体組成物を適当に選択することで、このようなｐｃＬＥＤを、例えば、所望の色温度及び所望の演色特性を備える白色光を放出するように設計することができる。
特許文献１は、発光ダイオードのマトリクスアレイと、発光ダイオードの少なくとも部分に面して配置される複数のフォトルミネッセントパッドとを含む、光電子装置を製造するプロセスを開示する。特許文献２は、基板に複数の開口部を形成し、開口部に蛍光体を堆積させて、ピクセル化蛍光体構造を製造するプロセスを開示する。特許文献３は、蛍光体部分の間に分布ブラッグ反射器構造を備える表示装置を開示する。
国際公開第２０１８／１２２５２０号 国際公開第９５／３０２３６号 米国特許出願公開第２０１７／２００７６５号明細書
本明細書では、垂直な行と列のマトリクスアレイに配置された、近接し、かつ、間隔を空けて配置されるｐｃＬＥＤを製造する方法を開示する。当該蛍光体は、ＬＥＤのアレイ上に直接堆積させてよい。あるいは、当該蛍光体は、ＬＥＤのアレイに対応するマトリクスアレイの担体基板上に堆積され、後にＬＥＤに転写されてよい。
いずれの場合も、第一の蛍光体堆積工程では、アレイ内において蛍光体が堆積される位置が互いに隣接しないように、マトリクスアレイ内の交互の位置（ピクセル）に蛍光体を市松模様に堆積する。この第一の堆積工程では、アレイの半分、あるいは約半分の位置に蛍光体が堆積される。第二の蛍光体堆積工程では、当該第一の堆積工程で蛍光体が堆積されなかった交互の位置に蛍光体を堆積する。２つの蛍光体堆積工程の間に、蛍光体ピクセルの側壁に反射器構造を作製し、場合によっては、得られたアレイ中で、ｐｃＬＥＤを互いに光学的に分離することもできる。
この方法の利点は、反射器構造を堆積する場合、通常は当該マトリクスアレイ内に高アスペクト比の構造が存在しないため、堆積が容易であることである。もう一つの利点は、ピクセル間の間隔が、反射器の厚さに等しいことであり、これは非常に薄い場合であってもあてはまる。反射器の厚さは、例えば、約１０ミクロン以下、約５ミクロン以下、約３ミクロン以下、又は約０．２ミクロン以下であってよい。
本明細書に記載されている方法で製造された蛍光体変換ＬＥＤは、例えば、ディスプレイに用いられるマイクロＬＥＤアレイ、自動車の照明（例えばヘッドライト）に用いられるＬＥＤアレイ、カメラのフラッシュ光源等に適用することができる。
本発明の他の実施形態、特徴、及び利点は、当業者には、以下の簡単に説明される添付の図面及び本明細書の詳細な説明を参照すれば、より明らかであろう。
例示的なｐｃＬＥＤの概略断面図である。 図２Ａ及び２Ｂは各々、ｐｃＬＥＤのアレイの断面図及び上面概略図である。 図３Ａは、ｐｃＬＥＤのアレイが実装され得る電子回路基板の概略上面図であり、図３Ｂは同様に、図３Ａの電子回路基板上に実装されたｐｃＬＥＤのアレイを示す図である。 図４Ａは、導波管及び投影レンズに関して配置されたｐｃＬＥＤのアレイの概略断面図を示す。図４Ｂは、図４Ａと同様の配置で導波管がない。 本明細書に記載される蛍光体堆積方法で用いられうる、市松模様の構造の例の概略上面図である。 図６Ａ～６Ｉは、本明細書に記載される蛍光体堆積方法の１つの変法によるｐｃＬＥＤアレイの製造の中間段階の例示である。 図７Ａ～７Ｄは、本明細書に記載される蛍光体堆積方法の他の変法によるｐｃＬＥＤアレイの製造の中間段階の例示である。 図８Ａ～８Ｂは、本明細書に記載される蛍光体堆積方法の他の変法によるｐｃＬＥＤアレイの製造の中間段階の例示である。 図９Ａ～９Ｅは、本明細書に記載される蛍光体堆積方法の他の変法によるｐｃＬＥＤアレイの製造の中間段階の例示である。
以下の詳細な説明には、図面が参照され、ここで同一の参照番号は、異なる図全体で同様の要素である。図面は、必ずしも縮尺どおりではないが、選択的な実施形態を示すもので、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書の記載は、本発明の原理を限定するものではなく、例として説明される。
図１は、基板１０４上に配置された半導体ダイオード構造１０２、本明細書ではともに「ＬＥＤ」であり、かつ、当該ＬＥＤ上に配置された蛍光体層１０６を含む、個々のｐｃＬＥＤ１００を例示する。半導体ダイオード構造１０２は、通常、ｎ型層とｐ型層の間に配置された活性領域を含む。当該ダイオード構造に適当な順方向バイアスを印加すると、活性領域から光が放出される。当該放出される光の波長は、当該活性領域の組成及び構造により決定される。
当該ＬＥＤは、例えば、青、紫、又は紫外光を放出するＩＩＩ－窒化物ＬＥＤであってよい。また、他のいかなる適当な材料系から形成され、他のいかなる適当な波長の光を放出するＬＥＤも用いてよい。他の適当な材料系としては、例えば、ＩＩＩ－リン化物材料、ＩＩＩ－ヒ素材料、ＩＩ－ＶＩ族材料などがあげられる。
ｐｃＬＥＤからの所望の光出力に応じて、いかなる適当な蛍光体材料を用いてよい。
図２Ａ～２Ｂは各々、基板２０２上に配置された蛍光体ピクセル１０６を含むｐｃＬＥＤ１００のアレイ２００の断面図及び上面図である。このようなアレイは、いかなる適当な方法で配置されたいかなる適当な数のｐｃＬＥＤを含むことができる。図示された例では、アレイは共有基板上にモノリシックに形成されているように示されるが、代わりに、ｐｃＬＥＤのアレイは、別個のｐｃＬＥＤから形成されてよい。基板２０２は、場合によっては、ＬＥＤを駆動するＣＭＯＳ回路を含んでもよく、いかなる適当な材料から形成されてよい。
図３Ａ～３Ｂに示すように、ｐｃＬＥＤアレイ２００は、電力及び制御モジュール３０２、センサモジュール３０４、及びＬＥＤ取り付け領域３０６を含む電子基板３００に取り付けられてよい。電力及び制御モジュール３０２は、外部ソースからの電力及び制御信号、ならびにセンサモジュール３０４からの信号を受信し、それに基づいて電力及び制御モジュール３０２はＬＥＤの動作を制御することができる。センサモジュール３０４は、例えば温度センサや光センサなど、されたいかなる適当なセンサから信号を受信してもよい。あるいは、ｐｃＬＥＤアレイ２００は、電源・制御モジュール及びセンサモジュールとは別の基板（図示せず）に実装されてよい。
個々のｐｃＬＥＤは、場合によっては、蛍光体層に隣接して配置された、又は蛍光体層上に配置されたレンズ又は他の光学要素を組み込んだり、それらと組み合わせたりして配置してよい。このような光学素子は、図には示していないが、「一次光学素子」という場合がある。さらに、図４Ａ～４Ｂに示すように、ｐｃＬＥＤアレイ２００（例えば、電子基板３００に実装される）は、意図されたアプリケーションで用いるため、導波路、レンズ、又はその両方等の二次光学素子と組み合わせて配置されてよい。図４Ａでは、ｐｃＬＥＤ１００によって放出された光は、導波路４０２によって集められ、投影レンズ４０４に向けられる。投影レンズ４０４は、例えば、フレネルレンズであってよい。この配置は、例えば、自動車のヘッドライトでの使用に適しうる。図４Ｂでは、ｐｃＬＥＤ１００によって放出された光は、介在する導波路を用いずに投影レンズ４０４によって直接収集される。この配置は、ｐｃＬＥＤが互いに十分な間隔で配置できる場合に特に適しており、自動車のヘッドライトやカメラのフラッシュアプリケーションでも用いられうる。マイクロＬＥＤディスプレイのアプリケーションでは、例えば、図４Ａ～４Ｂに示したのと同様の光学的配置を用いてよい。一般に、光学素子のいかなる適当な配置は、所望のアプリケーションに応じて、本明細書に記載されたｐｃＬＥＤと組み合わせて用いてよい。
ｐｃＬＥＤアレイの多くの用途では、アレイ内の個々のｐｃＬＥＤから放出される光を区分けするのが望ましい。すなわち、アレイ内の個々のｐｃＬＥＤを光源として動作させる一方で、アレイ内の隣接しあうｐｃＬＥＤは暗いままにしておくことができると有利である。これにより、ディスプレイや照明の制御が容易になる。
また、多くのアプリケーションでは、アレイ内のｐｃＬＥＤを近接配置するのが有利である。例えば、マイクロＬＥＤでは、個々のＬＥＤの間隔を最小限にすることが好ましい。カメラのフラッシュ光源や自動車のヘッドライトに用いられるアレイのｐｃＬＥＤを近接して配置すると、二次光学系の要件が簡素化され、アレイが提供する照明が向上する。
しかしながら、アレイにおいてｐｃＬＥＤが近接配置されると、隣接しあうｐｃＬＥＤ間で光のクロストークが発生する可能性がある。すなわち、あるｐｃＬＥＤから放出された光が散乱して隣接しあうｐｃＬＥＤに入射したり、その他の方法で結合したりして、その他のｐｃＬＥＤから発生したように見えることがあり、光の望ましい区分けが妨げられる。
アレイ内のピクセル間で光学的クロストークが発生する可能性があるため、ＬＥＤのアレイ上に単一の共有蛍光体層を用いることはできない。代わりに、各発光素子の上に蛍光体の個別のピクセルを提供するために蛍光体をパターン化して堆積しつつ、蛍光体のピクセル上の反射側壁と組み合わせる必要がある。
アレイ内のＬＥＤの間隔が１０ミクロンや２０ミクロンと小さい場合、充填又はコーティングされるチャネルのアスペクト比が高いため、湿式化学堆積法や物理堆積法で蛍光体ピクセルに反射側壁を形成することは困難である。ＬＥＤのサイドコートとして用いられる最も一般的な散乱層は、シリコーンに埋め込まれたＴｉＯ２散乱粒子を含む。他にも、アルミニウムや銀等の反射性金属層があげられる。さらに他の選択肢として、高屈折率材料と低屈折率材料の交互層のスタックから形成された多層分布ブラッグ反射器構造（ＤＢＲ）があり、設計によっては非常に高い反射率を得ることができる。このような反射層や構造を蛍光体ピクセルの側壁に確実に均一に塗布するため、側壁にアクセスできるのが望ましい。隣接しあう蛍光体ピクセル間のギャップのアスペクト比が高い場合、反射コーティングの厚さが不均一であることが予想され、その結果、反射特性が不均一で最適化されない。
本明細書では、隣接しあうｐｃＬＥＤの間隔が非常に狭いｐｃＬＥＤアレイの製造に用いられてよい、蛍光体ピクセルの側壁をコーティングする方法を開示する。上記の概要のように、第一の蛍光体堆積工程では、蛍光体ピクセルの半分（又は約半分）のみが、市松模様に堆積される。例えば、ピクセルが偶数個あるマトリクスアレイの場合、第一の蛍光体堆積工程では、蛍光体ピクセルの半分を堆積することができる。また、ピクセルが奇数個のマトリクスアレイでは、蛍光体ピクセルの半分プラスマイナス１を第一の蛍光体堆積工程で堆積してよい。第一の蛍光体堆積工程の後（及び第一の堆積工程で用いられるパターン化された構造又は型の除去）、反射側コートが堆積される。この段階では、反射膜の堆積を妨げるような高アスペクト比の構造はシステム内に存在しない。第二の工程では、残りの蛍光体ピクセルが堆積され、各々が反射側コートを備える蛍光体ピクセルのピクセル化されたマトリクスアレイとなる。
図５は、この方法で用いられうる例示的な７ｘ７市松模様構造５０２の上面図である。以下でさらに説明するように、当該構造５０２は、例えば、フォトレジストから又はいかなる再利用可能な型として形成されてよい。同様のより大きいか又はより小さいＭｘＮ構造を用いてよく、その場合、ＭとＮは等しくても、又は異なっていてもよい。当該構造５０２は、長方形（例えば、正方形）の開口部５０４を備え、構造のこれらの長方形（例えば、正方形）の特徴として、交互に配置されて、市松模様を形成する。構造５０２のこれらの長方形の特徴は、例えば、フォトレジストのブロック又は型の部分であってよい。当該構造５０２はさらに、構造の長方形の特徴の外側のものに隣接して市松模様の周縁に配置された薄い長方形の開口部５０６を備える。
以下でさらに説明するように、開口部５０４は、第一の蛍光体堆積工程で、蛍光体ピクセルの形成に用いられる。開口部５０６の機能は、第一の蛍光体堆積工程の後に、ミラー構造を堆積することができる表面を提供することである。さもなければ、以下で説明する第二の蛍光体堆積工程で形成される外側のピクセルに外側のミラー構造がなくなるからである。当該開口部５０６に堆積された蛍光体は、光の生成には用いられない。
一例として、構造５０２における正方形の開口部５０４の幅は２００ミクロンであってよく、薄い長方形の開口部５０６の長さは２００ミクロン、幅は５０ミクロンであってよい。構造５０２の市松模様の長方形の特徴は、ピクセル化された蛍光体アレイ上に堆積される反射側面コーティングの幅の２倍、この例では約２倍の１０ミクロンだけ、開口部５０４よりも広く、長い。結果として得られるピクセルサイズと間隔は、例えばフラッシュモジュールに適しうる。例えば、３２×３２ミクロンのミクロンに８ミクロンのストリート（ミクロンの間隔、反射板の幅）、３５×３５ミクロンのミクロンに５ミクロンのストリート、３７×３７ミクロンのミクロンに３ミクロンのストリート等、より小さなサイズも簡易に作製することができる。より大きなピクセルサイズを用いてよい。また、その他の適当なサイズを用いてよい。
図６Ａ～６Ｉは、図５に示す切断線５０３に沿って取った構造５０２の部分断面図である。これらの図を参照すると、この方法の一変形例では、市松模様５０２は、担体６０２上に堆積されたフォトレジストから形成される（図６Ａ）。いかなる適当なフォトレジストが用いられてよく、フォトレジストはいかなる適当な従来方法を用いてパターン化されてよい。担体６０２は、例えば、ガラスシートであってもよく、その他の適当な材料であってよい。
続いて、図６Ｂに示すように、構造５０２の開口部５０４に蛍光体材料を充填して蛍光体ピクセル６０４を形成する。構造５０２の薄い長方形の開口部５０６も、この工程において、蛍光体材料で充填される。当該蛍光体材料は、例えば、いかなる適当なマトリクス材料に分散されたいかなる適当な蛍光体粒子を含んでよい。適当なマトリクス材料としては、例えば、シリコーン、ゾルゲル、及び低融点ガラスがあげられる。蛍光体ピクセルは、いかなる適当な方法、例えば、ブレードコーティング又はスプレーコーティングによって堆積されてよい。過剰な蛍光体材料は、例えば、リンスもしくは拭き取り、又はこれらの組み合わせによって、構造５０２の上部から除去されてよい。その後、蛍光体ピクセル６０４は、蛍光体層に影響を与えることなく構造５０２を形成するフォトレジストを剥離することができるような程度に硬化又は部分的に硬化させることができる。
続いて、図６Ｃに示すように、フォトレジスト形成構造５０２を担体６０２から剥離し、側壁が露出した蛍光体ピクセル６０４を残存させる。当該フォトレジストは、例えば、溶媒を用いて、又はドライエッチングによって、又は他のいかなる適当な方法によって剥離されてよい。
場合によっては、フォトレジストを剥離した後、蛍光体マトリクスをさらに硬化させることができる。また、場合によっては、蛍光体ピクセル上に中間層を堆積させたり、蛍光体ピクセルをプラズマで処理したり、ＵＶ／オゾンに曝したりして、金属の移動を阻止したり、蛍光体ピクセル上の反射層の接着性を向上させたりすることができる。
続いて、図６Ｄに示すように、反射層６０６を蛍光体ピクセル６０４の上面及び側壁に堆積させてよい。有利には、この段階では、隣接しあう蛍光体ピクセルがまだ堆積されていないので、ピクセル６０４の側壁に容易にアクセスできる。反射層６０６は、例えば、シリコーンに埋め込まれたＴｉＯ２粒子等の光散乱材料、１つ以上の反射金属層、又は１つ以上のＤＢＲ構造であってよく、又はそれらを含んでよい。反射性金属層は、例えば、堆積又はスパッタリングによって堆積されてよい。ＤＢＲ構造は、例えば、原子層堆積によって堆積されてもよい。
反射層６０６は、蛍光体ピクセル６０４の側壁上の厚さが、例えば、約０．２ミクロン以下、約３ミクロン以下、約５ミクロン以下、約１０ミクロン以下、又は約２０ミクロン以下であってよい。アルミニウムミラー反射器構造の厚さは、例えば、約０．２ミクロン以下でよい。ＤＢＲ構造の厚さは、例えば、約３ミクロン以下でよい。最終的な蛍光体アレイ構造では、これらの反射側壁の厚さは、蛍光体のピクセル間の間隔でもある。
続いて、図６Ｅに示すように、反射層６０６の堆積後、第二の蛍光体層堆積工程を実施して蛍光体ピクセル６０８を堆積させる。蛍光体ピクセル６０８は、構造５０２（図５に示す）の市松模様の長方形の特徴が以前に位置していた場所に配置される。前の蛍光体堆積工程で薄い長方形の開口部５０６を充填して形成された蛍光体構造により、第二の蛍光体堆積工程で堆積された蛍光体材料のアレイからの流出が防止される。
ピクセル６０８を形成するために第二の堆積工程で堆積された蛍光体材料は、ピクセル６０４の形成に第一の堆積工程で堆積されたものと同じであってよい。あるいは、２つの堆積工程で用いられる蛍光体材料は各々異なってよい。例えば、２つの工程で用いられる蛍光体材料は、同じ蛍光体から構成され、したがって、そのスペクトル特性は同じ又は類似であるが、蛍光体粒子が分散されるマトリクス材料は異なってよい。あるいは、異なる２つの堆積工程で用いられる蛍光体材料は、同じマトリクス材料を用いるが、分光特性が異なる、異なる蛍光体から構成されてよい。例えば、一方の堆積工程では、暖白色の光出力を提供する蛍光体を堆積し、他方の蛍光体堆積工程では、冷白色の光出力を提供する蛍光体を堆積してよい。これにより、暖色系のピクセルと寒色系のピクセルが約半分ずつのマトリクスとなり、例えばカメラのフラッシュ用途に有利に利用できうる。また、２つの別々の堆積工程で用いられる蛍光体材料は、マトリクスと蛍光体でともに異なってよい。
第二の蛍光体堆積工程の後、蛍光体ピクセル６０４の上にある反射層の部分は、例えば化学的又は機械的な手段によって除去され、その結果、図６Ｆに示される蛍光体ピクセルアレイが得られる。
図６Ｇに示すように、図６Ｆに示す蛍光体ピクセルアレイを反転させて、基板６１２上に配置されたＬＥＤ６１０のアレイに接着してよく、蛍光体ピクセルは対応するＬＥＤと整列する。これにより、図６Ｈに示すような構造になる。
その後、担体６０２及び担体６０２上に存在する反射層６０６の一部を、研磨又は研削（ラッピング）によって除去する。これにより、図６Ｉに示すｐｃＬＥＤアレイが得られ、隣接しあう密接な間隔の蛍光体ピクセル６１４が反射側壁６１６によって分離される。
次に、図７Ａ～７Ｄに示す部分断面図を参照すると、蛍光体堆積方法の別の変形例では、フォトレジストパターンの代わりに、例えば図５に示すような開口部がある、場合によっては、再利用可能な型７０２が用いられる。型の開口部に蛍光体材料を充填して蛍光体ピクセル７０４を形成し、型の上面から余分な蛍光体を除去する（図７Ａ）。
型は、例えば、窒化ホウ素から形成されてよく、例えば、フォトレジストの耐性よりも高温で硬化する蛍光体材料と組み合わせて用いてよい。蛍光体材料は、例えば、ＰｉＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｇｌａｓｓ）材料であってよい。代わりに他のいかなる適当な蛍光体材料を用いてよい。例えば、蛍光体材料は、ガラスマトリクスではなく、上記シリコーン又はゾルゲルマトリクスで構成されてよい。
その後、蛍光体画素７０４を硬化させる。ＰｉＧ材料の場合、蛍光体画素７０４は、例えば、約４８０℃で硬化させてよい。蛍光体材料は、図７Ｂに描かれているように、硬化中に収縮することがあるが、必ずしもそうではない。これは、型を過剰に充填することで補填できるかもしれない（例えば、後述する図８Ａを参照）。
その後、型を担体７０６上で反転させ（図７Ｃ）、冷却して型を除去した後に蛍光体ピクセル７０４を基板上に付着させて残すために蛍光体材料を軟化させるさらなる加熱工程の後に、型を除去する。担体は、例えば、ガラスシートであってよく、いかなる適当な材料であってもよい。図７Ｂ～７Ｃに描かれているように蛍光体材料が縮んでしまった場合、型から離脱させるのが難しいかもしれない。
あるいは、例えばＰｉＧ材料等の蛍光体材料を型の空隙に堆積させる。蛍光体材料を硬化する前に、基板７０６を型に取り付け、型と基板のアセンブリを図７Ｃに示すような構成に反転させた後、高温硬化工程を行う。例えば約４８０℃で実施される高温硬化工程を減圧下で行い、蛍光体画素７０４の密度と基板７０６への接着性を向上させることができる。
本方法のこの変形例でｐｃＬＥＤアレイを形成する際のその後の工程は、一般に、図６Ｄ～６Ｉに関する説明のとおりでよい。
ここで、図８Ａ～８Ｂに示す部分断面図を参照すると、蛍光体堆積方法の別の変形例では、図７Ａに示すような、場合によっては再利用可能な型７０２を用いるが、型に蛍光体材料８０３を過剰に充填する（図８Ａ）。図８Ｂに示すように、型から除去した後、これにより、蛍光体材料担体８０６によって互いに接続された蛍光体ピクセル８０４を含むモノリシック蛍光体構造が得られる。担体８０６は、図７Ｃに示した担体７０６と同様の機能を果たす。この変形例の方法でｐｃＬＥＤアレイを形成する際のその後の工程は、一般に、図６Ｄ～６Ｉに関する説明のとおりでよい。
蛍光体堆積方法の別の変形例では、基板７０６上に窒化ホウ素グリッドを堆積することで、図５に示すような市松模様が形成される。このような窒化ホウ素グリッドは、例えば、マイクロマシニングによって準備されてよい。あるいは、例えば、窒化ホウ素から形成されたフレームを、基板７０６に取り付けたり、接着させたりしてよい。
フレーム又はグリッドには、ＰｉＧ材料等の蛍光体材料が充填されてよく、その後、フレーム又はグリッドを除去した後に、図７Ｄに示すような基板上の蛍光体ピクセル構成につながる高温硬化工程が行われる。充填工程では、ＰｉＧ材料を液体バインダーと混合し、ペースト又はスラリーを得ることができる。ペーストやスラリーは、例えばキャスティングやディスペンサー等の方法で、フレームやグリッドの開口部に注入し、その後、バインダー添加剤の乾燥や除去の工程を経てもよい。これらの変形例の方法でｐｃＬＥＤアレイを形成するその後の工程は、窒化ホウ素グリッドをフォトレジストパターンの代わりに、図６Ｄ～６Ｉに関して説明したものと概ね同様である。
型又はフレームにＰｉＧ材料を堆積させる変形例では、型又はフレームと基板の熱膨張係数の不一致から生じる機械的ストレスを回避しながらピクセル形状を維持するように選択された温度、例えばガラス軟化又はアニール温度で、ガラス溶融及び固化後に型又はフレームを除去してよい。
次に、図９Ａの部分断面図を参照すると、蛍光体堆積方法の別の変形例では、蛍光体材料がＬＥＤアレイ９００上に直接堆積される。ＬＥＤアレイ９００は、基板９０２上に長方形のアレイ状に配置されたＬＥＤ１００を含む。基板９０２は、相互接続及び接点９０３を介してＬＥＤを駆動するように構成されたＣＭＯＳを含んでよい。
図９Ｂに示すように、市松模様のフォトレジストパターン５０２は、代替のＬＥＤを覆うように、ＬＥＤアレイ９００上に堆積される。フォトレジストの堆積の前に、ＬＥＤアレイ上に不動態化誘電体層を堆積させてよい。
続いて、図９Ｃに示すように、蛍光体材料９０５が市松模様のフォトレジストパターンに堆積される。過剰な蛍光体は、ＬＥＤアレイの上部から除去され、蛍光体ピクセル６０４を対応するＬＥＤ上の所定の位置に残す（図９Ｄ）。その後、本方法の他のバリエーションで説明したのと同様に、フォトレジストパターンを除去して、図９Ｅに示す構造を得ることができる。
本方法のこの変形例におけるｐｃＬＥＤアレイの形成におけるその後の工程は、一般に、図６Ｄ～６Ｉに関する説明のとおりでよい。
フォトレジストパターン５０２を、シリコーンマトリクス中に分散された蛍光体粒子を含む蛍光体材料と組み合わせて用いる蛍光体堆積方法の変形例では、シリコーンマトリクスを、十分に低い温度で硬化させて、シリコーンを十分に硬化させるが、フォトレジストを焼き付けたり損傷させたり、フォトレジストの除去を困難にすることを避けることが好ましい。
このような低温硬化は、例えば、マトリクスに縮合硬化型シリコーン組成物を用いて、気相触媒を用いて硬化させることで促進することができる。縮合硬化型シリコーン組成物は、例えば、オルガノシロキサンブロック共重合体を含んでよい。当該気相触媒は、例えば塩基性触媒やアルカリ性触媒であってよい。Ｓｗｉｅｒらによる米国特許第９，６８８，０３５号に記載されているような超塩基性触媒を用いることができる。
本明細書で用いる用語「超塩基」は、リチウムジイソプロピルアミド等の非常に塩基性が高い化合物をいう。また、用語「超塩基」は、２つ（又はそれ以上）の塩基を混合した結果、固有の新しい特性を有する新しい塩基性種が生じる塩基も包含する。用語「超塩基」は、必ずしも熱力学的及び／又は動力学的に他の塩基よりも強い塩基を意味するものではない。むしろ、いくつかの変形例では、異なる複数の塩基の特性を組み合わせることで、塩基性の試薬が作られることを意味する。用語「超塩基」は、１，８－ビス（ジメチルアミノ）－ナフタレンに対して、より高い絶対プロトン親和性（ＡＰＡ＝２４５．３ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）及び固有の気相塩基性（ＧＢ＝２３９ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）を有するあらゆる種をも包含する。超塩基の非限定的な例としては、有機超塩基、有機金属超塩基、及び無機超塩基があげられる。
有機超塩基には、窒素含有化合物が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、窒素含有化合物はまた、求核性が低く、かつ、使用条件は比較的穏やかである。窒素含有化合物の非限定的な例としては、ホスファゼン、アミジン、グアニジン、及び多環式ポリアミンが挙げられる。また、有機超塩基には、反応性金属が酸素（非安定化アルコキシド）や窒素（リチウムジイソプロピルアミド等の金属アミド）等のヘテロ原子上の水素と交換された化合物も含まれる。いくつかの実施形態では、超塩基性触媒は、アミジン化合物である。いくつかの実施形態では、用語「超塩基」は、少なくとも２つの窒素原子を有し、水中で測定して約０．５～約１１のｐＫｂを有する有機超塩基をいう。
有機金属超塩基には、有機リチウム及び有機マグネシウム（グリニャール試薬）化合物が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの変形例では、有機金属超塩基は、非求核性にするのに必要な程度で阻害されている。
超塩基としては、有機超塩基、有機金属超塩基、無機超塩基の混合物があげられる。そのような混合超塩基の限定されない例としては、ｎ－ブチリチウムとカリウムｔｅｒｔ－ブトキシドの組み合わせであるＳｃｈｌｏｓｓｅｒ塩基（又はＬｏｃｈｍａｎｎ－Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ塩基）があげられる。ｎ－ブチルスズとカリウムｔｅｒｔ－ブトキシドの組み合わせは、どちらか一方の試薬のみより反応性が高く、ｔｅｒｔ－ブチルカリウムと比較して、明らかに異なる特性がある混合凝集体を形成する。
無機超塩基には、小さくて高電荷のアニオンがある塩状の化合物が含まれる。無機超塩基の非限定的な例としては、窒化リチウムや、水素化カリウムや水素化ナトリウムなどのアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水素化物がある。このような種は、カチオンとアニオンの強い相互作用のために、すべての溶媒に不溶であるが、これらの材料の表面は非常に反応性が高く、スラリーを用いることができる。
いくつかの変形例では、超塩基性触媒は、１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデク－７－エン（ＤＢＵ）、（ＣＡＳ＃６６７４－２２－２）を含む。
超塩基性触媒の使用量は様々であり、限定されない。通常、気相を通して添加される量は、触媒的に有効量であり、選択された超塩基、及びシロキサンポリマー樹脂の蒸気透過特性に応じて変化してよい。超塩基性触媒の量は、通常、固体組成物中の百万分の一（ｐｐｍ）で測定される。特に、触媒レベルは共重合体固形分に関して計算される。硬化性シリコーン組成物に添加される超塩基性触媒の量は、固体組成物中に存在するポリマー樹脂含量（質量）に基づき、０．１～１，０００ｐｐｍ、又はあるいは１～５００ｐｐｍ、又はあるいは１０～１００ｐｐｍの範囲であってよい。
シリコーン材料又はシロキサンは、機械的安定性、低温硬化特性（例えば、１５０～１２０℃以下）、及び気相触媒を用いた触媒能を考慮して選択することができる。いくつかの変形例では、オルガノシロキサンのブロック共重合体を用いることができる。Ｄ単位とＴ単位を含むオルガノポリシロキサンであって、Ｄ単位が主に互いに結合してＤ単位が１０～４００個ある線形ブロックを形成し、Ｔ単位が主に互いに結合して「非線形ブロック」という分枝状のポリマー鎖を形成するものを用いてよい。
本開示は例示的であり、限定的ではない。さらなる改変は、本開示に照らして当業者には明らかであり、かつ、添付の請求項の範囲内にあることが意図される。

Claims (12)

  1. 蛍光体変換ＬＥＤのマトリクスアレイを作製する方法であって、以下の：
    マトリクスアレイ内の交互の位置に蛍光体材料を堆積して、蛍光体ピクセルの市松模様を形成する第一の蛍光体堆積工程であって、前記マトリクスアレイ内の蛍光体ピクセルが堆積される位置と、前記マトリクスアレイ内の蛍光体ピクセルが堆積されない位置とが交互に配置され、前記蛍光体ピクセルは、前記アレイにおいて蛍光体ピクセルが堆積されない位置に隣接し、前記位置に面する側壁を備える；
    前記第一の蛍光体堆積工程で堆積された前記蛍光体ピクセルの前記側壁に反射器構造を堆積する工程；かつ、
    前記第一の蛍光体堆積工程で前記マトリクスアレイにおいて蛍光体ピクセルが堆積されなかった前記交互の位置に、蛍光体材料を堆積させて、蛍光体ピクセルを形成する第二の蛍光体堆積工程であって、ここで
    であって、前記第一及び第二の蛍光体堆積工程の後に、結果として得られる蛍光体ピクセルのマトリクスアレイにおける隣接する蛍光体ピクセルが、前記反射構造の１つと接触し、かつ間隔を空けて配置されるように配置され；
    開口部がある型を提供して、前記型を担体に取り付けるか、又は、担体上に開口部があるフォトレジスト構造を形成する工程；
    前記第一の蛍光体堆積工程は、前記型を前記担体に取り付ける前の前記型の前記開口部に、又は前記フォトレジスト構造内に、前記蛍光体材料を堆積して、蛍光体ピクセルの前記市松模様を形成する工程を含み；
    前記反射器構造を堆積する前に、前記型又は前記フォトレジスト構造を除去する工程；
    を含む、方法。
  2. 前記蛍光体ピクセルは、前記反射構造により、約１０ミクロン以下の間隔で離れている、請求項１に記載の方法。
  3. 前記蛍光体ピクセルは、前記反射構造により、約３ミクロン以下の間隔で離れている、請求項１に記載の方法。
  4. 前記蛍光体ピクセルの前記マトリクスアレイを前記担体からＬＥＤのマトリクスアレイに転写して、蛍光体変換ＬＥＤのマトリクスアレイを形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記担体は、ＬＥＤのマトリクスアレイを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第二の堆積工程の後に、前記蛍光体ピクセルの頂部上の前記反射器構造の部分を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記担体及び／又は前記反射器構造の部分を除去する工程を含む、請求項４に記載の方法。
  8. 蛍光体材料は、ガラスマトリクスにおける蛍光体を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記型は、窒化ホウ素から形成される、請求項１に記載の方法。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の方法によって得られた前記蛍光体ピクセルのマトリクスアレイであって、以下の：
    各蛍光体ピクセルは、前記アレイにおいて隣接しあうピクセルに面する側壁を含む、行方向及び列方向に間隔を空けて配置される複数の蛍光体ピクセル；及び
    隣接しあう蛍光体ピクセルの側壁の間に配置される複数の反射器構造；
    を含む、マトリクスアレイであって、ここで、
    隣接しあう前記蛍光体ピクセル間の間隔は、それらの間に配置される反射器構造の厚さに等しく、約３ミクロン以下である、
    マトリクスアレイ。
  11. 前記反射器構造は、分布ブラッグ反射器構造を含む、請求項１０に記載のマトリクスアレイ。
  12. 前記反射器構造が１つ以上の反射性金属層を含む、請求項１０に記載のマトリクスアレイ。
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