JP6864082B2 - 感温性の低屈折率粒子層を備えた白色に見える半導体発光デバイス - Google Patents

感温性の低屈折率粒子層を備えた白色に見える半導体発光デバイス Download PDF

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Description

本出願は、２０１６年９月１日に出願された米国仮特許出願第６２／３８２，４２６号、２０１６年１２月１３日に出願された欧州特許出願第１６２０３７５６．８号、及び２０１７年８月２８日に出願された米国特許出願第１５／６８８，６１１号に対する優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／３８２，４２６号、欧州特許出願第１６２０３７５６．８号、及び米国特許出願第１５／６８８，６１１号をここに援用する。
本開示は、ＬＥＤ照明プロダクトに関し、より具体的には、感温性の（温度センシティブな）低屈折率粒子層を用いた、白色に見えるＬＥＤの技術に関する。
今日の照明ニーズの多くは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて満たされている。実際に、ＬＥＤは広範な用途にわたって目にするようになっている。一般に、青色発光ＬＥＤが使用され、それが、より高いエネルギー（例えば、近青色）の光子をより低いエネルギー（例えば、近赤色）の光子へとダウンコンバートするように作用する黄色又は橙色又は赤色の蛍光体で被覆される。一部の用途では、黄色及び／又は橙色及び／又は赤色の蛍光体が裸眼で見えてしまい、それが化粧的外観を損ねてしまい得る。特定の用途（例えば、カメラのフラッシュユニット、携帯電話フラッシュユニット、自動車ヘッドランプなど）では、蛍光体が意図的に、不所望な蛍光体の色が見えないように入射光を十分に拡散させる別の層で覆われている。一部のケースでは、追加の拡散層が蛍光体を完全に覆う場合であっても、それを通して黄色／橙色／赤色が“ちら見え”してしまう。ちら見えを抑制するための１つのアプローチは、拡散層をもっと厚くする又はもっと密にするものである。あるポイントで、拡散層の厚さ又は密度が、黄色又は橙色の蛍光体の視認可能なちら見えがないのに十分な入射光の散乱を生み出す。
残念ながら、拡散層をもっと厚くする且つ／或いはもっと密にすることはまた、ＬＥＤデバイスの動作効率を低下させる。より具体的には、ちら見えを抑制又は排除するのに十分に拡散させるいっそう厚い且つ／或いはいっそう密な拡散構造の伝来的使用（例えば、散乱層厚さ、散乱粒子密度など）はまた、動作時にＬＥＤからの光を拡散、散乱又は吸収し、それ故に光生成の効率を低下させるという望ましくない影響を有する。
改善が望まれる。
ここに開示される白色に見える半導体発光デバイスの特定の実施形態によれば、方法及び装置が開示される。デバイスは、特別に策定されたオフ状態白色外観層をＬＥＤ装置に組み込む。オフ状態白色外観層は、オン状態における高い効率のために調整される。本開示は、感温性の（温度センシティブな）低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを形成及び使用するのに使用される技術の詳細な説明を提供する。当該技術は、伝来的アプローチに伴う技術的問題を解決するための関連技術を進展させる。
一態様に置いて、半導体発光デバイスを有する構造体は、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内に配置された波長変換層を含む。当該構造体はまた、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内に配置された光散乱層を含み、該光散乱層は、第１の温度で第１の屈折率を持つバインディング材料と、第１の温度で第２の屈折率を持つ或る濃度の散乱剤とを有する。一態様において、第１の温度における散乱剤の屈折率は、同じ温度におけるバインディング材料の屈折率よりも低い。
技術的実施形態の態様、目的、及び利点の更なる詳細が、ここ並びに以下の説明、図面、及び特許請求の範囲にて記述される。
以下に説明する図面は、単に例示目的でのものである。図面は、本開示の範囲を限定することを意図していない。図に示される同様の参照符号は、様々な実施形態における同じ部分を示す。
一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤの設計による発光デバイス構造を示している。 粒子濃度が上昇するにつれての発光効率の低下を示す粒子濃度−効率プロットである。 一実施形態に従った、屈折率の不一致の関数として増大される散乱を示す白色外観調整チャートである。 一実施形態に従った、粒子濃度の関数として反射率を示す白色外観調整チャートである。 一実施形態に従った、白色外観の関数として低下する効率を示す効率トレードオフ調整チャートである。 一実施形態に従った、動作温度範囲にわたって透明性を呈する材料の選択を示す材料選択チャートである。 一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを設計するための低屈折率粒子選択技術を示すフローチャートである。 一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを設計するための相変化材料選択技術を示すフローチャートである。 一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いることによる、白色に見えるＬＥＤから透明ＬＥＤへのパワーサイクル遷移を有するカメラ写真フラッシュ用途におけるＬＥＤの使用を示す遷移図である。 一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を有する白色に見えるＬＥＤを使用するときのＬＥＤ装置構築技術を示すフローチャートである。 一実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を有する白色に見えるＬＥＤを使用するときの半導体発光デバイス構築技術を示すフローチャートである。 一実施形態に従った、シリコーン混合物中のフュームドシリカ粒子によって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果を示している。 一実施形態に従った、シリコーン混合物中の相変化ビーズによって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果を示している。 一実施形態に従った、シリコーン混合物中の多孔質シリカビーズによって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果を示している。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、一部の実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤの設計による発光デバイス構造を示している。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、一部の実施形態に従った、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤの設計による発光デバイス構造を示している。 図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本開示の実施形態の様々な構成での使用及び／又はここに記載される環境での使用に適した照明器具を示している。 図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本開示の実施形態の様々な構成での使用及び／又はここに記載される環境での使用に適した照明器具を示している。 図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本開示の実施形態の様々な構成での使用及び／又はここに記載される環境での使用に適した照明器具を示している。
本開示の一部の実施形態は、白色光生成の効率を低下させることなく、白色に見えるＬＥＤプロダクトを届けるという問題に対処する。一部の実施形態は、オン状態における高い効率のために調整された、特別に策定されたオフ状態白色外観層を、ＬＥＤ装置に追加することに関するアプローチに向けられる。添付の図面及びここでの説明は、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを作製及び使用することに関する構造、デバイス、システム、及び方法の例を提示する。
概説
ここに開示されるのは、室温で白色の外観を有するが、伝来的技術を使用するときに観察される深刻な効率の損失を被らない発光デバイスを形成するための技術である。材料の特定の組み合わせが、拡散層又は散乱層を形成するために使用される。それら材料は、それらの屈折率に基づいて選択される。より具体的には、或る温度範囲にわたってそれらの屈折率がどのように変化するかに基づいて、材料が選択される。
白色発光ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤの活性領域から放たれる光の経路内に波長変換層を配置することによって形成される（図１参照）。ちら見えを排除するよう、波長変換層を覆う追加の層が形成される。この追加の層に、選択された材料の散乱効果によってそれがオフ状態で白色又は近白色として見えるように、特定の組み合わせの材料を使用することができる。このような層は、ちら見えを排除して観察者に（例えば、室温で裸眼に）白色に見えるように、比較的厚く及び／又は比較的密である必要があり得る。より大きい厚さをこの追加の層に付与することは、ちら見えが抑制されるという望ましい効果をもたらすが、より大きい厚さをこの層に付与することはまた、ＬＥＤの光出力及び全体的な効率を低下させ、これは望ましくない効果である。一部のケースでは、キャリアに比較的高い濃度の散乱粒子を装填することによって、追加の層は、ちら見えをなおも回避することができながら比較的薄くされることができる。比較的薄い層が使用されるとき、ＬＥＤアプリケーション設計は、粒子濃度が増加するときの光出力効率への一次的影響に対処しなければならない（図２参照）。この一次的影響に関してＬＥＤを設計することは、白色の外観が望まれることを考慮すると、いっそう複雑になる。ＬＥＤ装置の主観的に白色の外観とそのＬＥＤ効率とが反相関していることを考慮すると、設計トレードオフが生じ、それ故に、動作温度で高い効率を持つ白色に見える半導体発光デバイスを設計する際に伴う幾つかのトレードオフのうちの１つを提示する。
散乱性対透明性（Scattering vs. Transparency）の調整
異なる屈折率を持つ２つ以上の材料を通って光が移動するとき、光は散乱される。それら２つ以上の材料が、一致する又は実質的に一致する屈折率を持つ場合、光は、より少ない散乱で２つの材料を通り抜ける。屈折率の差が大きいほど、より大きい散乱を生み出す（例えば、より白い外観を生み出す）。屈折率の差が小さいほど、より少ない散乱を生み出す（より高い透明性）。より具体的には、２つの材料の屈折率間の差が大きいほど、散乱効果が大きい。従って、多くの場合、低屈折率の粒子が選択されて同じシリコーンキャリア内に装填されるとした場合よりも散乱効果が高い（図３Ａ参照）（例えば、より納得のいく白色の外観に寄与する）というだけで、比較的高屈折率の粒子と比較的低屈折率のシリコーンキャリアとの単純な選択が為される。また、物体が“白色”であるという人間の脳−目の判定は、少なくとも部分的に、その物体の反射率に関係するので、しばしば、低屈折率粒子が選択されるとした場合よりも反射率が高い（図３Ｂ参照）というだけで、前述の高屈折率粒子という単純な選択が為される。受け入れ可能な又は所望の散乱効果（例えば、オフ状態白色外観）と効率目標との間の前述のトレードオフは調整されることができる（図４参照）。
驚くべきことに、一部の実施形態は、比較的低い屈折率の粒子を用いて形成される。これは、たとえ、低めの屈折率の粒子の使用が、高めの屈折率の粒子を用いて達成されるのと同じ程度の散乱を達成するために、キャリア内に比較的高い濃度の粒子を必要とすることになるとしてもである。
温度変化で屈折率を変化させる現象
一部の材料は、比較的狭い温度変化（例えば、０℃と２５０℃との間）でその屈折率に大きい変化を示す。逆に、一部の材料は、同じ温度範囲にわたってその屈折率に小さい変化しか示さない。ＬＥＤ用途の場合、関心ある温度範囲は約２０℃（室温付近）から約２５０℃（ＬＥＤ動作温度）までである。その温度範囲にわたって僅かにしか変化しない第１の材料と、同じ温度範囲で大きく変化する第２の材料とを考える。それら２つの材料が組み合わされるとき、その温度範囲で、それぞれの屈折率の差が大きく変化することになる。さらに、比較的低い温度（例えば、室温）では屈折率が大きく異なり、比較的高い温度（例えば、動作温度）では屈折率がほんのわずかしか異ならないような、２つの材料の選択を考える。そのような構成において、組み合わされた材料は、室温では（散乱のために）白色に見え、動作温度では透明に見える。
観察
多くの材料の屈折率は、或る範囲の温度にわたって変化する。一部の材料は、或る温度範囲にわたってその屈折率に比較的大きい変化を示し（例えば、より高い温度に伴ってマトリクスが膨張する材料）、一部の材料は、或る温度範囲にわたってその屈折率に比較的小さい変化を示す。特に興味があるのは、温度が上昇するにつれて多くのシリコーンがその屈折率に大きい低下を示すことが観察されることである。更に観察されるのは、関心ある温度範囲にわたってその屈折率に有意な変化を示さない数多くの低屈折率粒子が存在することである。図５は、ＬＥＤ動作温度の全範囲について透明な範囲（例えば、シリコーンと低屈折率粒子との間に小さい又はゼロの屈折率差が存在するところ）を示すことによって、前述の観察を組み合わせている。図５の更なる調査が以下の観察につながり、すなわち、室温では、シリコーンと低屈折率粒子との間で屈折率に比較的大きい差が存在し、それ故に、例えば室温でオフ状態にあるときなど、粒子を装填されたシリコーンで入射光が反射するときに散乱をもたらすという観察につながる。
数多くのシリコーン及び数多くの低屈折率粒子が存在する。図６Ａは、粒子とシリコーンキャリアとの数多くの選択及び組み合わせを説明する選択技術を表している。先験的に知られた動作温度及びオフ状態で白色に見える色についてのそれぞれの要件を有する特定のＬＥＤ用途への適用可能性について、複数対（ペア）の材料（例えば、シリコーンと散乱粒子）を検討することができる（図６Ａ参照）。
前述の説明では、動作温度で透明性を達成することに関して、屈折率マッチングの効果が支配的である。動作温度で粒子の屈折率マッチングを達成するような材料の効果的な選択は、動作温度で透明性を達成するとともに、より低い温度で反射性を達成するための１つの技術にすぎない。動作温度で透明性を達成するとともに、より低い温度で反射性を達成するための、他の一技術は、固体から液体への及びその逆への相変化を受けるときに屈折率の変化を示す相変化材料を使用するものである。相変化材料の選択が実行可能である（図６Ｂ参照）。より具体的には、先験的に知られた動作温度及びオフ状態で白色に見える色についてのそれぞれの要件を有する特定のＬＥＤ用途への適用可能性について、複数対（ペア）の材料（例えば、シリコーンと相変化材料）を検討することができる。材料ペアは、一組の所与の設計要求と、意図するＬＥＤ用途の寿命及び動作条件でそれらの設計要求を達成することの重要性とに基づいて選択される。
様々な実施形態が、図面を参照してここに記述される。留意すべきことには、図面は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、また、同様の構造又は機能の要素が、図面全体を通して、似通った参照符号によって表されるときがある。これまた留意すべきことには、図面は、開示される実施形態の説明を容易にすることのみを意図しており、全ての可能な実施形態の網羅的な取り扱いを代表するものではなく、また、請求項の範囲について何らかの限定を課すことを意図したものではない。さらに、例示される実施形態は、何らかの特定の環境における使用の全ての態様又は利点を表現する必要のないものである。特定の実施形態に関連して記載される態様又は利点は、必ずしもその実施形態に限定されるものではなく、そのように示されていないとしても、その他の実施形態においても実施されることができる。本明細書全体にわたっての“一部の実施形態”又は“他の実施形態”への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれるとして言及するものである。故に、本明細書全体を通じて様々な箇所に“一部の実施形態において”又は“他の実施形態において”という言い回しが現れることは、必ずしも、１つ以上の同じ実施形態に言及しているわけではない。
定義
本明細書で使用される用語の一部を、容易な参照のために以下に定義する。提示される用語及びそれらそれぞれの定義は、これらの定義に厳密に限定されるものではなく、用語は更に、本開示内での用語の使用によって定義され得る。用語“例示的”は、ここでは、例、実例、又は例示としての役割を果たすことを意味するために使用される。本明細書で“例示的”と記載されている任意の態様又は設計は、必ずしも他の態様又は設計に対して好ましい又は有利と解釈されるべきではない。むしろ、例示的なる用語の使用は、概念を具体的に提示することを意図している。本出願及び添付の請求項において使用されるとき、用語“又は”は、排他的な“又は”ではなく、包括的な“又は”を意味することを意図している。すなわち、別段の指定がない限り、又は文脈から明らかでない限り、“ＸはＡ又はＢを使用する”は、自然な包括的な並べ替えのいずれかを意味することを意図している。すなわち、ＸがＡを使用し、ＸがＢを使用し、又はＸがＡ及びＢの双方を使用する場合、以上の場合のいずれの下でも“ＸはＡ又はＢを使用する”が満足される。ここで使用されるとき、Ａ又はＢの少なくとも１つは、Ａの少なくとも１つ、又はＢの少なくとも１つ、又はＡ及びＢの双方の少なくとも１つを意味する。換言すれば、この言い回しは選言的である。本出願及び添付の請求項で使用される冠詞“ａ”及び“ａｎ”は、別段の指定がない限り、又は単数形に向けられることが文脈から明らかでない限り、概して、“１つ以上”を意味するように解釈されるべきである。
以下、特定の実施形態を詳細に参照する。開示される実施形態は、請求項を限定するようには意図していない。
実施形態例の説明
図１は、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤの設計による発光デバイス構造１００を示している。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、発光デバイス構造１００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
発光デバイス構造は、間に活性領域１０５を形成するようにｎ型半導体材料１０４の層の上にｐ型半導体材料１０６の層を配置することによって形成された半導体発光デバイス１２０を含んでいる。活性領域はドーピング材料（例えば、エピタキシャル成長された活性領域層）を含み得る。ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料との間に電位が印加されるときに光が生成される。多くの状況において、生成される光は実質的に単色（例えば、赤色、青色、紫色）である。一部のＬＥＤ用途（例えば、照明プロダクト）では、より広いスペクトルの発光（例えば、白色光）が望まれる。従って、一部のＬＥＤ設計は、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内に波長変換層１１８を配置する。ＬＥＤの活性領域から放たれた単色光が、或る範囲の既知のダウンコンバート技術（例えば、蛍光体、量子ドットなどの使用）のうちの１つ以上を用いてダウンコンバートされる。そのようなダウンコンバート技術の使用（例えば、蛍光体の使用）の１つの影響は、波長変換層１１８の色が裸眼で検出され得ることである。一部の用途では、ちら見えする色の視認性は非常に望ましくない。従って、例えば発光デバイス構造１００に対応する設計などの設計は、ちら見えを減少又は排除するように白色層１０２を含んでいる。
この白色層を構成及び形成するために、それらのうちの一部をここで説明する様々な技術が使用され得る。例えば、白色層は、例えばシリコーンなどのバインダ中の光散乱及び／又は反射粒子を用いて混成されて光散乱層を形成することができ、そして、それが、半導体発光デバイス１２０によって放たれる光の経路内に配置される。後述するように、光散乱層は、バインディング材料全体に分散された散乱剤を含み得る。入射光１１６が光散乱層に突き当たるとき、入射光の一部が、白色に見える光１１４として反射され返す。一部のケースでは、入射光は光散乱層を通り抜け、波長変換層の材料に突き当たってダウンコンバートされ、そして、そのダウンコンバートされた光の一部が、観察者の方に反射され返して、色付きのちら見え光１１５を生じさせる。
半導体発光デバイスによって熱及び光の双方が生成される
半導体発光デバイス１２０を有する前述の構造は、基板１０８上に成長されることができ、そして、該基板が、ＬＥＤの動作中に生成される熱の少なくとも一部を分散させるように作用する熱伝導体１１０に固定され得る。この熱伝導体は、ＬＥＤから発する光に対して不透明であることがあり、故に、相当量の光及び熱が動作中の半導体発光デバイス１２０の頂面から発することをもたらす。ＬＥＤの動作によって生成された光子は、波長変換層中を通る。光子の一部が、ダウンコンバートされるか否かにかかわらず、透明なシリコーンドーム１１２を超えて逃げ出て、光を生じさせる。しかしながら、ＬＥＤの動作によって生成された光子の一部は、活性領域の周りの構造を通り抜けず、その代わりに周囲構造の組成物のマトリクス内に捕獲され、光ではなく熱を生じさせる。構造内で熱が生成されると、熱伝導体１１０の存在にもかかわらず、温度が上昇する。従って、ＬＥＤの動作中に波長変換層及び白色層の温度が上昇する。この温度は、ＬＥＤがオフ状態にあるときに周囲温度（例えば、室温）へと戻る。
先述のように、ちら見えを抑制するための１つのアプローチは、拡散層をもっと厚くする又はもっと密にするものである。あるポイントで、拡散層の厚さ又は密度が、蛍光体の塊の色の視認可能なちら見えがないのに十分な入射光の散乱を生み出す。拡散層（例えば、図示の白色層１０２）の厚さ又は密度が増すにつれて、光生成効率が低下する。従って、オン状態での半導体発光デバイスの光生成効率と、オフ状態で白色の外観を生み出すために使用される拡散層の厚さ又は密度との間に、トレードオフが存在する。
図２は、粒子濃度が上昇するにつれての発光効率の低下を示す粒子濃度−効率プロット２００である。このカーブの形状は、粒子濃度が上昇するにつれてＬＥＤ効率が低下することを描くものとして示されている。粒子濃度と、結果として得られるＬＥＤ効率という、これら２つの相互に相関する変数のみを考えると、半導体発光デバイスの光生成効率と、オフ状態において白色の外観を生み出すために使用される拡散層の密度又は厚さとの間に、トレードオフが存在する。幸いなことに、拡散層の粒子密度又は厚さを変えることは、ＬＥＤ装置の白色外観を支援するための数多くの技術のうちの１つにすぎない。ＬＥＤデバイスの白色外観を調整するために使用されることができる他の技術は、２つの構成材料の屈折率を不一致にすることを通じて入射光の散乱を増大させること、及び増加された粒子装填を通じて反射率を増大させることを含み、それらの効果の一部が、それぞれ、以下の図３Ａ及び図３Ｂに表されている。
図３Ａは、屈折率の不一致の関数として増大される散乱を示す白色外観調整チャート３Ａ００である。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、白色外観調整チャート３Ａ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図３Ａに示す実施形態は、異なる屈折率を持つ２つの構成材料を混合するときの散乱効果への影響を説明するための単なる一例である。カーブ３０２によって示されるケースで与えられるように、（例えば、粒子の形態の）高屈折率材料がシリコーンキャリア内に装填される。カーブ３０４によって示される別のケースで与えられるように、（例えば、粒子の形態の）低屈折率材料がシリコーンキャリア内に装填される。その他の変数は等しく保持されるとして、シリコーン中に装填された高めの屈折率の粒子は、同じシリコーン中に装填された低めの屈折率の粒子と比較して、より高い散乱効果をもたらすことになる。白色の外観を達成するために散乱を増やすことに加えて、白色の外観の達成を容易にするように反射率を調整することができる。更に後述するように、この現象の単純な観察は、白色層を形成するときに、より高い屈折率の粒子をシリコーン中に装填するという設計者選択につながる。
図３Ｂは、粒子濃度の関数として反射率を示す白色外観調整チャート３Ｂ００である。図示のように、特定の所望反射率について、高めの屈折率の粒子を使用することで、低めの屈折率の粒子の選択と比較して、より低い粒子濃度（例えば、潜在的にいっそう効率的な光生成につながり得る）を選択することができる。より具体的には、特定の所望反射率３０９について、高めの屈折率の粒子を使用することで、カーブ３０６に沿った交点３１０で、低めの屈折率の粒子を用いて同じ反射率を達成することに関するカーブ３０８に沿った交点３１２での選択と比較して、より低い粒子濃度を選択することができる。
更に後述するように、この現象の単純な観察は、白色層を形成するときに、より高い屈折率の粒子をシリコーン中に装填するという設計者選択につながる。
図４は、白色外観の関数として低下する効率を示す効率トレードオフ調整チャート４００である。ＬＥＤデバイスの白色外観を達成するための以上の技術のいずれか又は全てを使用して、設計者は、白色外観と効率との間に作られるトレードオフの理解を容易にするように、トードオフ調整チャート４００を構築し得る。図示の例において、納得のいく白色の外観を生み出すのに十分な濃度（白色外観閾値４０４を参照）まで、高屈折率粒子がシリコーン中に装填される。次いで、その濃度が、効率の許容可能な損失に合わせて調整されるまで低下される。この調整は、意図するＬＥＤ用途に依存し得る。調整領域４０６は、例えば材料の選択、選択された材料の相対な割り当て及び／又は濃度、温度範囲などの、幾つかの相関ある変数上で変化し得る。
厳密に一例として、（例えば、写真フラッシュ用途に関し）一部のオフ状態白色外観ＬＥＤは、シリコーンマトリクス中のＴｉＯ２粒子に基づく。少なくとも前述の白色外観（白色外観閾値４０４を参照）を達成するよう、屈折率差が粒径分布と組み合わさって効率的な散乱をもたらす。測定されるように、そのような構成における光出力のペナルティは約１０％（例えば、効率の１０％の損失）であるが、オフ状態にある間、蛍光体色は完全には隠されない。
例えば、より大きい屈折率差を達成するための高屈折率粒子の選択（例えば、散乱を改善するため）、及び／又は低濃度の粒子のみに頼るための高屈折率粒子の選択（例えば、効率を改善するため）などの、数多くの前述の単純な選択のいずれか又は全ては、（１）或る温度範囲にわたっての屈折率の差の変動、及び（２）或る温度範囲にわたっての粒子の装填密度（例えば、濃度）の変動を観察しておらず、且つ／或いはこれらを把握していない。
或る温度範囲にわたっての材料挙動の変化
もし、高屈折率粒子（例えば、ＴｉＯ２粒子）の使用の代わりに、低めの屈折率の粒子（例えば、それらが埋め込まれるシリコーンの屈折率よりも低い）が使用される場合、そのようなものとして、温度に伴うシリコーンの屈折率の変化を利用して散乱を調整することができる。シリコーン中での低めの屈折率の粒子の使用及びそれからの調整は、オフ状態におけるいっそう納得のいく白色の印象、及び／又はオン状態における光損失の低減との間のトレードオフにつながるが、動作温度では、低めの屈折率の粒子とシリコーンとが実質的に屈折率整合されて、透明に近いものとなり、ひいては、効率の損失がないものに近くなる。本出願における低めの屈折率の材料という直感に反した選択に加えて、シリコーンに埋め込まれた相変化材料（例えば、ビーズ）を使用することも可能である。そのようなビーズを用いると、周囲温度と動作温度との間の温度で起こる固液（固体−液体）相転移を利用することができる。固液相転移を経るとき、ビーズはその屈折率の変化を被り、故に、（例えば、相変化材料の融点よりも低い温度で）比較的高い散乱を呈することから、（例えば、相変化材料の融点よりも高い温度で）ほぼ透明な状態へと変化する。
或る温度範囲にわたってのシリコーンの屈折率の変化に関する、及び或る温度範囲にわたる相変化ビーズの屈折率の変化に関する以上の観察は、材料選択チャートにプロットされることができる。
図５は、動作温度範囲にわたって透明性を呈する材料の選択を示す材料選択チャート５００である。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、材料選択チャート５００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図５に示す実施形態は単なる一例である。図示のように、シリコーンの屈折率は温度とともに強く変化する（例えば、シリコーン応答５０２を参照）。或る温度範囲にわたってのシリコーンの屈折率の比較的大きい変化は、同じ温度範囲にわたってのその高い膨張係数に密接に関係している。ＬＥＤが動作モードにある（例えば、オン状態にある）とき、蛍光体の上に配置された白色層１０２の温度が上昇することになる。上述のように、シリコーンマトリクスの屈折率は温度とともに強く低下し（その効果はシリコーン応答５０２として示されている）、その一方で、埋め込まれた粒子の屈折率は温度の関数としては殆ど変化しないことになる（この効果は低屈折率粒子応答５０４として示されている）。インデックス粒子応答５０４）。故に、シリコーン応答５０２を持つシリコーンが選択され、そして、低屈折率粒子応答５０４を示す粒子を装填されるとき、動作温度範囲５１０で屈折率が整合されることになり、少なくとも動作温度が透明範囲５０８にあるかそれに近いかである時間中、増大された光出力をもたらす。
逆に、及び図示のように、高屈折率粒子とシリコーンとの組み合わせは、温度が低い室温から高い動作温度へと上昇するにつれて増大する大きな屈折率の差を有する。屈折率の差がますます大きくなる傾向は、シリコーン中の高屈折率粒子の組み合わせからのますます高い散乱につながり、それがひいては、より低いＬＥＤ効率につながる。この傾向は、高屈折率粒子応答５０６とシリコーン応答５０２との間の広くなるギャップによって示されている。
材料選択チャート５００は、半導体発光デバイスの設計において使用されることができる。具体的には、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内に配置された色付き（例えば、赤色、黄色、又は橙色）の波長変換層を所与として、例えば白色層１０２などの光散乱層を、材料選択チャート５００に従って設計することができる。すなわち、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内にその白色層を配置することができる。周囲環境からの入射光が光散乱層で反射され、望ましい納得のいく白色のオフ状態外観を生み出す。
シリコーン応答５０２としてラベルを付されたカーブを参照するに、バインディング材料（例えばシリコーン）が室温で比較的低い屈折率を持ち且つ動作温度でさらに低い屈折率を持つように選択されるようにして、光散乱層が設計される。また、低屈折率粒子応答カーブによって描かれた図示の散乱剤は、同じ室温で低い屈折率を持つとともに、動作温度でさらに低い屈折率を持っている。これら選択された構成要素を有するこのような構造は、約０℃から約４５℃の周囲温度範囲内で白色に見える。さらに、これら選択された構成要素を有するこのような構造は、約１００℃から約２５０℃の温度範囲で動作するときに実質的に透明である。特定の設計においては、相変化材料が、調整された濃度でバインディング材料（例えば、シリコーン）内に配置され、室温で比較的低い屈折率を持ち且つ動作温度でさらに低い屈折率を持つように、相変化材料及びバインディング材料内でのそれぞれの濃度が選定される。
シリコーン中の低屈折率粒子に関する選択及び調整技術、並びにシリコーン中の相変化材料に関する選択及び調整技術を以下に提示する。
図６Ａは、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを設計するための低屈折率粒子選択技術６Ａ００を示すフローチャートである。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、低屈折率粒子選択技術６Ａ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図６Ａに示す実施形態は、低屈折率粒子調整ループ６２２を説明するための単なる一例である。このフローは、何らかの要件（例えば、ＬＥＤ用途要件）を受け取ることで開始し、それらの要件は周囲温度範囲及び動作温度を含む。動作温度は、ＬＥＤの活性領域又はその付近で採られた温度測定結果から導出されてもよい。与えられた温度から、周囲温度と動作温度との間の温度変動が計算される（ステップ６０８）。その屈折率の高い変化勾配を有するシリコーンが、場合によってデータシート及び／又はシリコーンデータベース６１８又はそれらの組み合わせ（例えば、https://refractiveindex.info/、又は例えば信越化学工業社又はダウコーニング社などからのベンダーデータ）を用いて選択される（ステップ６１０）。次に、図示のように、低屈折率粒子が、やはり場合によりデータシート及び／又は粒子データベース６２０又はそれらの組み合わせを用いて選択される（ステップ６１２）。試験からの、又は提供された仕様データからの、経験的データを用いて、動作温度で屈折率が十分に一致するか否かの決定が為される（決定６１４）。そうであれば、決定６１４の“ＹＥＳ”分岐が採られ、そして、室温での散乱が所望の白色度を与えるのに十分であるか否かについての決定が為される（決定６１６）。そうであれば、決定６１６の“ＹＥＳ”分岐が採られ、図示した選択技術６Ａ００が終了する。
決定６１４の“ＮＯ”分岐又は決定６１６の“ＮＯ”分岐が採られる場合、異なる粒子を再選択することによって（決定６０６の“ＹＥＳ”分岐を参照）及び／又は異なるシリコーンを再選択することによって（決定６０４の“ＹＥＳ”分岐を参照）、又はこれら双方によって、調整に取り組むことができる。一部のケースにおいて、決定６０４の“ＮＯ”分岐が採られることがあり、その場合、設計者に所与の要件を緩めさせて（ステップ６０２）、再び低屈折率粒子調整ループに入らせ得る。
多くの利用可能なデータベースにて、数多くの好適な低屈折率粒子を見出すことができる。厳密に例として、例えばフッ化マグネシウム（ｎ＝１．３７）及び多孔質シリカの粒子などの、好適な低屈折率の無機材料が使用され得る。このような無機材料は、高い光曝露でも、又は例えばはんだリフロー工程などの製造プロセス中にも、経時的に光吸収性になることの影響を強くは受けず、それ故に良い例となる。
多くの利用可能なデータベースにて、数多くの好適なシリコーンを見出すことができる。シリコーンの屈折率が３．５×１０−４Ｋ−１から４×１０−４Ｋ−１の勾配に沿って変化するのに対し、例えばＳｉＯ２などの多くの無機材料の屈折率は０．１２×１０−４Ｋ−１の勾配に沿って変化するのみである。
数値例１
蛍光体温度は室温から１２０℃以上まで上昇するとすることができ、故に、シリコーンの屈折率は動作中に０．０４低下すると予期することができる。従って、粒子の屈折率がシリコーンマトリクスの屈折率よりも０．０４低いように選択される場合に、１００℃の上昇が、屈折率の一致につながることになり、そしてそれ故に、層の透明性につながることになる。高屈折率フィラーと比較して減少するオフ状態での散乱は、オフ状態においてそれらの屈折率に比較的大きな差を示す材料の組み合わせを選択することによって（例えば、より急な勾配を示す粒子を用いることによって）、及び／又は、より高い体積分率で粒子をキャリア中に装填することを選ぶことによって、補償されることができる。
図６Ｂは、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを設計するための相変化材料選択技術６Ｂ００を示すフローチャートである。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、相変化材料選択技術６Ｂ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図６Ｂは、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤを設計するための相変化材料選択技術６Ｂ００を示すフローチャートである。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、相変化材料選択技術６Ｂ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図６Ｂに示す実施形態は、相変化ビーズ調整ループ６３０を説明するための単なる一例である。このフローは、何らかの要件（例えば、ＬＥＤ用途要件）を受け取ることで開始し、それらの要件は周囲温度範囲及び動作温度を含む。動作温度は、ＬＥＤの活性領域又はその付近で採られた温度測定結果から導出されてもよい。与えられた温度から、周囲温度と動作温度との間の温度変動が計算される（ステップ６０８）。相変化ビーズが、場合によりデータシート及び／又はビーズデータベース６２９又はそれらの組み合わせを用いて選択される（ステップ６２６）。この選択は、狙い濃度を含み得る。次に、その屈折率の高い変化勾配を有するシリコーンが、場合によってデータシート及び／又はシリコーンデータベース６１８又はそれらの組み合わせを用いて選択される（ステップ６１０）。試験からの、又は提供された仕様データからの、経験的データを用いて、動作温度で屈折率が十分に一致するか否かの決定が為される（決定６１４）。そうであれば、決定６１４の“ＹＥＳ”分岐が採られ、そして、室温での散乱が所望の白色外観度を与えるのに十分であるか否かについての決定が為される（決定６１６）。
決定６１４の“ＮＯ”分岐又は決定６１６の“ＮＯ”分岐が採られる場合、異なるシリコーンを再選択すること（決定６０４）及び／又は異なるビーズを再選択すること（決定６２４）、又はこれら双方によって、調整に取り組むことができる。一部のケースにおいて、決定６２４の“ＮＯ”分岐が採られることがあり、その場合、設計者に所与の要件を緩めさせて（ステップ６０２）、再び低屈折率粒子調整ループに入らせ得る。
数値例２
相変化材料は、ビーズを形成するようにポリマーシェルによってカプセル化されたワックスを含有することが多い。その固体状態の物質では、ワックスは結晶構造を呈し、故に散乱を示す。しかしながら、その液相にある間は、ワックスは透明である。パラフィンワックスは、液体状態において１．４７−１．４８の屈折率を持つ。ビーズが埋め込まれるシリコーンマトリクスとの屈折率整合を達成するために、シリコーンはこの範囲内で選択されなければならない（ステップ６２６）。カプセルシェルはポリマーからなることができ、そしてしばしば、良好な高温安定性を持つものであるメラミン化合物が使用される。シリコーンのような他のポリマー又はシリカのような無機材料も適用可能であり得る。
例を用いて原理を説明するために、４３℃の融点を持つ“ＭＣＰＭ４３Ｄ”（マイクロテックラボラトリー社）として知られている相変化材料を高屈折率シリコーンに埋め込み、スライドガラス上にドロップキャストした。硬化後、広い温度範囲にわたって（例えば、試料を加熱ステージ上に載せることによって）散乱の変化を観察した。試料をレーザ光（約４５０ｎｍ）に曝し、透過光を、試料の３ｃｍ後ろに配置した１ｃｍの開口径を有する積分球を用いて検出した。測定されたように、透過光は、温度が相変化材料の融点を超えた後に大いに増加する。測定されたように、少なくとも高屈折率シリコーンのマトリクスが膨張するにつれてシリコーン屈折率が低下することに起因して、透過光は更なる温度上昇とともに増加し続ける。
低屈折率粒子調整ループ６２２若しくは相変化ビーズ調整ループ６３０のいずれか又は双方を、場合により広い範囲（例えば１００℃から２５０℃超）にわたる定格動作温度を伴う多種多様なＬＥＤ用途のための材料選択技術として使用することができる。
図７は、感温性の低屈折率粒子層を用いることによる、白色に見えるＬＥＤから透明ＬＥＤへのパワーサイクル遷移を有するカメラ写真フラッシュ用途におけるＬＥＤの使用を示す遷移図７００である。
図示のように、カメラ７０２はフラッシュユニットを受け入れており、そして、フラッシュユニットは、室温オフ状態７０４ＷＨＩＴＥ（白色）モードにおいて白色に見えるＬＥＤ装置を受け入れている。動作時（例えば、フラッシュサイクル中）、カメラがフラッシュユニットに電力を供給し、そして、フラッシュユニットをオン状態７０５ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ（透明）モードにパワーサイクルする。
オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、カメラ写真フラッシュ用途の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。このオフ状態白色機能は、写真フラッシュユニットに使用される審美的機能である。オン状態で透明さを呈するこのようなオフ状態白色層は、図１に示したように、色付きの蛍光体の近くに形成及び配置されることができる。白色層１０２は、ＬＥＤがオフに切り換えられているときに、蛍光体の色を隠す。このような設計は、白色層が存在しないと蛍光体堆積物の望ましくない発色が裸眼で見えてしまい得るような、例えば、自動車ヘッドライト、他の自動車照明、及び多種多様なフィラメントランプ又は任意の照明プロダクトなどの、他のＬＥＤ用途における使用に対する更なる潜在的適用可能性を有する。カメラ写真フラッシュ用途及び／又は他のＬＥＤ用途のためのＬＥＤは、任意の既知の装置構築技術を使用して構築されることができ、そのうちの一部を以下の図に示して説明する。
図８Ａは、感温性の低屈折率粒子層を有する白色に見えるＬＥＤを使用するときのＬＥＤ装置構築技術８Ａ００を示すフローチャートである。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、ＬＥＤ装置構築技術８Ａ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図示のように、半導体発光デバイスが用意される（ステップ８０２）。半導体発光デバイスの活性領域に近接して波長変換材料（蛍光体、染料、量子ドットなど）が配置される（ステップ８０４）。半導体発光デバイスの具体的な用法又は用途に基づいて、及び／又は半導体発光デバイスの意図された用法に基づいて、場合により上述の図６Ａ及び６Ｂのフローに従って、１つ以上の低屈折率粒子又はビーズが選択される（ステップ８０５）。選択された１つ以上の低屈折率粒子又はビーズが、キャリア材料と混合されてスラリーを形成し（ステップ８０６）、そして、該スラリーが、波長変換材料の上に付与される（ステップ８０８）。スラリーのキュア又は他の硬化後、ステップ８０８の堆積物が、例えば発光デバイス構造１００の白色層１０２などの散乱層を形成する。一部の実施形態にいて、例えば発光デバイス構造１００の透明シリコーンドーム１１２などのレンズが、活性領域から発する光子の光路内に配置される（ステップ８１０）。
図８Ｂは、感温性の低屈折率粒子層を有する白色に見えるＬＥＤを使用するときの半導体発光デバイス構築技術８Ｂ００を示すフローチャートである。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、半導体発光デバイス構築技術８Ｂ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図示のフローは、半導体発光デバイスを用意するステップ８２０で開始する。多くの場合、白色光又は少なくとも多色光がＬＥＤ用途に望まれる。従って、ステップ８３０が、半導体発光デバイスによって放たれる光の経路内に波長変換材料を付与する役割を果たす。多くの場合、オフ状態で白色の外観がＬＥＤ用途に望まれる。従って、グループ８４０をなすステップの実行が、上述の波長変換材料の堆積物を覆って配置されることが可能な散乱層を提供する役割を果たす。より具体的には、キャリアの選択（ステップ８５０）及び散乱剤の選択（ステップ８６０）を並列的又は縦列的に実行して、グループ８４０で選択された材料で形成された散乱層が、堆積された波長変換材料を覆う（ステップ８７０）ことができるようにすることができる。
図９Ａは、シリコーン混合物中のフュームドシリカ（例えば、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（登録商標）Ｍ５、キャボット社）粒子によって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果９Ａ００を示している。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、性能測定結果９Ａ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
性能測定結果を収集するために使用した実験的セットアップ中に、シリカ粒子を含む幾つかの材料を用いて白色層の例を準備した。このようなシリカ粒子は、ミクロンサイズの粒子であって高い内部気孔率を有する球形シリカとして商業的に入手可能である。この材料を高屈折率シリコーン（例えば、ＯＥ−７６６２、ダウコーニング社）に埋め込んだ。スライドガラス上に層を堆積させ、１５０℃で２時間キュアした。試料を加熱ステージに載せた設定で、或る温度範囲にわたる散乱の変化を試験した。試料をレーザ光（４５０ｎｍ）に曝し、透過光を、試料の３ｃｍ後ろに配置した１ｃｍの開口径を有する積分球を用いて検出した。温度の関数として記録したデータが図９Ａに与えられている。Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（登録商標）の場合、室温と２５０°Ｃとの間で約２．５倍の透過率の上昇が見出されている。さらに、全ての増分的な温度上昇又は温度低下が、（図示のように）透過強度における直接的に相関した変化によって一致されており、故に、ここに開示された技術の動作原理を実証している。
上述の図９Ａにて実証されている動作原理は、相変化ビーズを使用するときにも実証されることができる。
図９Ｂは、シリコーン混合物中の相変化ビーズによって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果９Ｂ００を示している。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、性能測定結果９Ｂ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
図９Ｂのカーブは、異なる温度で測定した透過青色光の変化を示している。図示のように、積分強度として測定される光透過率が、少なくとも約５０℃から約１１０℃の範囲全体にわたって、上昇する温度の関数として上昇する。より具体的には、室温と約５０℃との間で、積分強度の顕著な増加が起こり、この増加は相変化に起因し得る。さらに高い温度（例えば、約１１０℃よりも高い）では、昇温下でのマトリクス膨張の関数としてのシリコーンキャリアの屈折率の低下に主に起因して、光透過がなおも更に増加する。このプロセスは可逆的であり、試料装置は高温耐性がある。具体的には、２５０℃に至る加熱の後であっても、試料は、室温に戻る冷却後に、以前に測定された散乱レベルに戻る。
上述のシリカ粒子及び上述の相変化ビーズは単なる例である。特定の他の材料は温度変化に対してより大きな応答をし、特定の他の材料はＬＥＤ用途ごとに、相対的にいっそう効果的であったり、相対的にあまり効果的でなかったりする。
図９Ｃは、シリコーン混合物中のＴｒｉｓｏｐｅｒｌ（登録商標） Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ粒子によって形成された白色外観層を有する半導体発光デバイスの性能測定結果９Ｃ００を示している。オプションとして、ここに記載される実施形態の何らかの環境及び／又は何らかの状況では、性能測定結果９Ｃ００の１つ以上のバリエーション又はその何らかの態様が実装され得る。
この資料のオフ状態の白色外観層は、納得のいく白色である。積分強度によって測定されたように、室温から２５０℃への加熱を受けて透過率が３０倍上昇する。他のＬＥＤ用途、特に、動作温度が２５０℃よりも低いＬＥＤ用途に関して、これまでに開示された技術は、（例えば、他の動作温度で透過を最適化するために）シリコーンの屈折率をより低い値に調整することを容易にする。
厳密に追加の例として、シリコーンと散乱粒子との組み合わせは、データシートから、又はデータベースから、又は選択テーブルから選択されることができ、その選択テーブルの一例を以下の表１に示す。
Figure 0006864082
本開示の更なる実施形態
更なる実用的用途例
図１０Ａは、感温性の低屈折率粒子層を用いた白色に見えるＬＥＤの設計による発光デバイス構造１０００を示している。この実施形態では、白色層は、波長変換層の頂面部分のみを覆っている。波長変換層の側面は反射構造（例えば、第１の反射構造１００２１及び第２の反射構造１００２２）に当接している。この実施形態は単に、波長変換材料からの色のちら見えを減衰又は除去するように波長変換材料に近接して配置された白色層を含む１つの更なる実施形態に過ぎない。厳密にそのような一例として、活性領域の側面に波長変換材料が堆積されてもよい。白色層は、如何なる形状にも形成されることができ、及び／又は如何なるキャビティをも充填することができ、及び／又は如何なる他のＬＥＤ構造ともインテグレートされることができる（場合により、硬化した白色層を波長変換タイルに接着又は他の方法で物理的に取り付けることによるインテグレーションを含む）。
図１０Ｂは、発光デバイス構造１０００のバリエーションを示している。この実施形態は、低濃度の黒色の光吸収粒子１００４を含んでおり、これらの粒子が、オン状態の間に感温性低屈折率粒子層を加熱するように作用する。蛍光体層内で熱に変換された光子によって生成された熱が、例えば感温性低屈折率粒子層などの散乱層の中に熱を伝導するのに作用する。図示のように、感温性低屈折率粒子層の中に光吸収粒子１００４を含めることによって、感温性低屈折率粒子層の加熱の速さを改善することができる。特定の用途は、比較的短い期間だけオン状態（例えば、より高い温度）で動作し、故に、感温性低屈折率粒子層は、比較的迅速にその透明状態に転換する必要がある。一具体例として、写真フラッシュ用途は、約２００ｍｓだけの光パルス持続時間を有し、その光パルス時間中に、白色層１０２が、感温性低屈折率粒子層をその透明なオン状態に遷移させる温度まで熱くなる。
本開示の実施形態を使用する更なるシステム
更なる例
図１１Ａは、ダウンライト装置の側面図を示している。図示のように、ダウンライト装置１１０２は、発光デバイスアレイ１１０６を支持する剛性又は半剛性のハウジング１１０４を含んでいる。発光デバイスのアレイは、任意の構成に編成されることができ、例えば図示のように、プリント配線板モジュール１１０８の境界内に配置された線形アレイに編成され得る。一部のダウンライトは、発光デバイスアレイ内のもっと多数（又は少数）のダウンライトエミッタ１１１０で構成され得る。
図１１Ｂは、管状（tube）発光ダイオード（ＴＬＥＤ）装置の側面図を示している。図示のように、ＴＬＥＤ１１２２は、ＴＬＥＤ管の境界１１２４によって形成されるＴＬＥＤ空洞内に収まるように編成された複数のＴＬＥＤエミッタ１１２０の線形アレイを含んでいる。発光デバイスのアレイは、任意の構成に編成されることができ、例えば図示のように、プリント配線板モジュール１１０８の境界内に配置された線形アレイに編成され得る。管状の剛性又は半剛性のハウジング１１２６が、発光デバイスアレイ１１０６を支持するリジッド又はフレキシブル基板１１２８を支持する。リジッド又はフレキシブル基板１１２８は、当該リジッド又はフレキシブル基板の片面又は両面に配置されたプリント配線構造（例えば、トレース、スルーホール、コネクタなど）又はその他の導電構造を含むことができる。
図１１Ｃは、トロファ装置の立面図を示している。図示のように、トロファ装置１１４２は、発光デバイスのアレイを支持する剛性又は半剛性の整形されたハウジング１１４６を含んでいる。発光デバイスのアレイは、任意の構成に編成されることができ、例えば図示のように、整形されたハウジングの境界内に配置されたプリント配線板モジュール１１０８上の構成に編成され得る。一部のトロファは、プリント配線板モジュール上に装着されたもっと多数（又は少数）の発光デバイスで構成され得る。
記載されているのは、特別に策定されたオフ状態白色外観層をＬＥＤ装置に付与することによって審美的に喜ばしいＬＥＤ応用を実装するアプローチである。白色外観層は、オン状態における高い効率のために調整される。
本発明を詳細に記載してきたが、当業者が理解することには、本開示を所与として、ここに記載された発明概念の精神から逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、図示して説明した特定の実施形態に本発明の範囲を限定する意図はない。

Claims (15)

  1. 半導体発光デバイスと、
    前記半導体発光デバイスの少なくとも頂面を覆う波長変換層と、
    前記波長変換層の少なくとも頂面を覆う光散乱層であり、当該光散乱層は、バインディング材料内に配置された相変化材料を含み、前記相変化材料は、前記波長変換層が前記半導体発光デバイスによって加熱されるときに固相から液相へと転移するように構成され、前記相変化材料は、前記液相において、前記固相においてよりも低い屈折率を持ち、前記バインディング材料と前記相変化材料との間の屈折率差が、前記相変化材料が前記液相にあるときに、前記固相にあるときよりも小さい、光散乱層と、
    を有する構造体。
  2. 前記光散乱層は更に、或る濃度の散乱剤を含み、該散乱剤は前記相変化材料とは異なり、
    前記バインディング材料は、第１の温度で第１の屈折率を持ち、
    前記或る濃度の散乱剤は、前記第１の温度で第２の屈折率を持ち、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも低く、前記第１の温度は、０℃から４５℃の第１の範囲内にある、請求項１に記載の構造体。
  3. 前記バインディング材料は、第２の温度で第３の屈折率を持ち、前記第３の屈折率は前記第１の屈折率よりも低い、請求項２に記載の構造体。
  4. 前記第２の温度は、１００℃から２５０℃の第２の範囲内にある、請求項３に記載の構造体。
  5. 前記散乱剤のうちの少なくとも一部は、前記第２の温度で第４の屈折率を持ち、前記第４の屈折率は前記第２の屈折率よりも低い、請求項３に記載の構造体。
  6. 前記相変化材料は、第１の温度で、第２の温度での第２の屈折率よりも高い第１の屈折率を呈し、前記第１の温度は、０℃から４５℃の第１の範囲内にあり、前記第２の温度は、１００℃から２５０℃の第２の範囲内にある、請求項１に記載の構造体。
  7. 前記半導体発光デバイスの第１の側壁に隣接して配置された第１の反射構造、を更に有する請求項１に記載の構造体。
  8. 前記半導体発光デバイスの第２の側壁に隣接して配置された第２の反射構造、を更に有する請求項７に記載の構造体。
  9. 前記光散乱層に埋め込まれた或る濃度の光吸収粒子、を更に有する請求項１に記載の構造体。
  10. 前記光吸収粒子は黒色粒子である、請求項９に記載の構造体。
  11. 半導体発光デバイスを用意することと、
    前記半導体発光デバイスの少なくとも頂面を覆うように波長変換層を配置することと、
    前記波長変換層の少なくとも頂面を覆うように光散乱層を配置することと
    を有し、
    前記光散乱層は、バインディング材料内に配置された相変化材料を含み、前記相変化材料は、前記波長変換層が前記半導体発光デバイスによって加熱されるときに固相から液相へと転移するように構成され、前記相変化材料は、前記液相において、前記固相においてよりも低い屈折率を持ち、前記バインディング材料と前記相変化材料との間の屈折率差が、前記相変化材料が前記液相にあるときに、前記固相にあるときよりも小さい、
    方法。
  12. 前記光散乱層は更に、或る濃度の散乱剤を含み、該散乱剤は前記相変化材料とは異なり、
    前記バインディング材料は、第１の温度で第１の屈折率を持ち、
    前記或る濃度の散乱剤は、前記第１の温度で第２の屈折率を持ち、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも低く、前記第１の温度は、０℃から４５℃の第１の範囲内にある、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記バインディング材料は、第２の温度で第３の屈折率を持ち、前記第３の屈折率は前記第１の屈折率よりも低い、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第２の温度は、１００℃から２５０℃の第２の範囲内にある、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記散乱剤のうちの少なくとも一部は、前記第２の温度で第４の屈折率を持ち、前記第４の屈折率は前記第２の屈折率よりも低い、請求項１３に記載の方法。
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