JP7101785B2 - 光バリアを有する蛍光体 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード（LED）に関する。そして、より特定的には、横方向の光バリア（light barriers）を有するセラミック蛍光体に関する。
本出願は、2017年12月22日に出願された米国仮特許出願第62/609,588号、2018年12月19日に出願された米国特許出願第16/226,487号、および2018年12月20日に出願された米国特許出願第16/228,586号について優先権を主張するものであり、これらは、あたかも完全に明らかにされているかのように、参照により包含されている。
横方向の光バリア（lateral light barriers）を有する小さくアドレス指定可能なLED画素システム（pixel systems）を製造することは困難であり得る。蛍光体の側壁を吸収体（absorber）、分布ブラッグ反射体（DBR）、または他の光アイソレーション材料を用いてコーティングすることは、部分的なソリューションを提供することができるが、500ミクロン以下のオーダーのサイズの画素を有するセグメント化されたLEDシステムにおいて実施することは不可能であり、または、コストが高いものであるだろう。
現在、エミッタセグメント（emitter segments）間の光クロストークは、一般に、各LEDセグメントを分離するための側壁反射器（sidewall reflector）または吸収体を使用することによって制御されている。しかしながら、500ミクロン未満、または、さらに300ミクロン未満のLEDといった、非常に小さい画素サイズのLEDについては、蛍光体セグメントが接近して配置されており、そして、吸収体、DBR、または他の光アイソレーション材料に係る側壁コーティングの適用は困難である。
一つの実施形態において、デバイスは、蛍光体材料と、セラミック、ガラス、または有機バインダ（organic binder）のうち少なくとも１つとを含む蛍光体層を含み得る。複数のエアギャップが、光の透過をブロックするように、蛍光体層の特定の領域、範囲、または内壁の中に配置され得る。
別の実施形態において、LEDパッケージは、蛍光体材料と、セラミック、ガラス、または有機バインダのうち少なくとも１つとを含む蛍光体層を含み、かつ、蛍光体層を通じた横方向の光の透過を低減するように内部に配置された複数のエアギャップを有している。発光ダイオード(LED)アレイは、蛍光体層に取り付けることができ、アレイ内の各LEDはエミッタ画素を含んでいる。蛍光体層は、複数のLEDエミッタ画素にわたり連続的に延在するように、サイズ化され、かつ、位置決めされ得る。
いくつかの実施例において、蛍光体層は、積層されたlayered）薄膜を含んでいる。他の実施例において、複数のエアギャップのうち少なくともいくつかは、出て行くか又は入って来る横方向の光透過をブロックする蛍光体層の領域の周囲に連続した壁を画定している。
発光ダイオード(LED)アレイは、画素間レーン（interpixel lanes）を画定することができる。そして、蛍光体層における複数のエアギャップのうち少なくともいくつかは、画素間レーンにわたり垂直方向に延在するように配置されている。
いくつかの実施例において、複数のエアギャップは、さらに、蛍光体層内に連続した、不連続な、部分的な開口チャネル、およびエッチングされたピンホールのうち少なくとも１つを含む。エアギャップは、また、放射状、直線状、長方形、正方形、または六角形のうち少なくとも１つである、２次元のパターン化された横方向の光バリアを画定するように配置することもできる。いくつかの実施形態において、複数のエアギャップは、蛍光体層の底部から頂部まで延在する２次元のパターン化された横方向の光バリアを画定する。
別の実施例において、セラミック蛍光体層を作成する方法は、混合物を形成するように、セラミック粉末前駆体（precursor）、セラミックバインダ、蛍光体材料、および溶剤を組み合わせるステップを含む。混合物は、膜（film）を形成するように、基板上にコーティングされる。コーティングされた混合物の選択された領域においてエアギャップ形成を生じさせるための条件は、膜から材料を変形または除去することか、または、犠牲材料（sacrificial material）、焼結ロッド、およびビーズのうち少なくとも１つを膜に追加すること（adding）、のうち少なくとも１つによって構成される。この膜を加熱して、選択された領域においてエアギャップを有するセラミック蛍光体を形成することができる。
別の実施形態において、横方向の光バリアを有するセラミック蛍光体層を作成する方法は、セラミック粉末前駆体、セラミックバインダ、溶剤、およびポリマービーズまたはロッドを混合するステップと、薄膜を形成するために基板上へスロットダイコーティングする（slotting die coating）ステップと、より厚い層を形成するために多極シート（multipole sheets）を積層するステップとを含む。エアポケットを形成するように、ロッドおよびビーズ、または、他の犠牲材料が焼結され、そして、層を切断または研磨することによって蛍光体セラミックを仕上げることができる。
図1Aは、拡大図を伴うLEDアレイの上面図である。 図1Bは、トレンチを有するLEDアレイの断面図である。 図1Cは、トレンチを有する別のLEDアレイの斜視図である。 図1Dは、図1Aを参照して、１平方mmであるエミッタのマトリクス(縮尺通りには描かれていない)を有するLEDの一つの例を示している。 図1Eは、図1Aを参照して、１平方mmであるエミッタのマトリクス(縮尺通りには描かれていない)を有するLEDの一つの例を示している。 図1Fは、図1A、1D、1Eのアレイからの個々のエミッタを、断面図で、示している。 図1Gは、図1A、1D、1Eのアレイからの個々のエミッタの別の実施形態を、断面図、で示している。 図1Hは、図1Gの例示的な装置の上面図および側面図を示している。 図1Iは、図1Gの例示的な装置の上面図および側面図を示している。 図1Jは、横方向の光バリアを有するセラミック蛍光体層を作成する方法を示している。 図1Kは、エアギャップを有するセラミック蛍光体層を作成する一般的な方法を示している。 図2Aは、一つの実施形態において、LEDアレイがLEDデバイス取り付け領域において基板に取り付けられている、電子回路基板の上面図である。 図2Bは、回路基板の２つの表面上に電子部品が取り付けられている、２チャンネル統合LED照明システムの一つの実施形態に係るダイヤグラムである。 図2Cは、車両のヘッドランプシステムの一つの例である。 図3は、照明システムの一つの例を示している。
異なる光照明システム及び／又は発光ダイオード（「LED」）実装の実施例が、添付の図面を参照して、より詳細に以降で説明される。これらの実施例は、相互に排他的なものではなく、そして、一つの実施例において見出される特徴は、追加的な実装を達成するように、１つまたはそれ以上の他の実施例において見出される特徴と組み合わされ得る。従って、添付の図面において示される実施例は、説明目的のためだけに提供されるものであり、そして、それらは本開示を決して限定するように意図されたものではないことが理解されるだろう。同様な参照符号は、全体を通して同様な要素（elements）を参照するものである。
ここにおいては、種々の要素を説明するために、第１、第２、第３、等の用語が使用され得るが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきものではないことが理解されるだろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用され得る。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１要素を第２要素と称し、そして、第２要素を第１要素と称することができる。ここにおいて使用されるように、用語「及び／又は（“and/or”）」は、関連するリストされたアイテムのうち１つまたはそれ以上の任意のもの及び全ての組み合わせを含み得る。
層、領域、または基板といった要素が、別の要素の「上（“on”）」にある、または、「上へ（“onto”）」延在しているものとして参照される場合、それは、他の要素の直接的に上に存在するか又は直接的に上へ延在してよく、もしくは、介在要素（intervening elements）が存在して得ることが理解されるだろう。対照的に、要素が、別の要素の「直接上（“directly on”）」にある、または、「直接上へ（“directly onto”）」延在しているものとして参照される場合には、介在要素は存在し得ない。要素が、別の要素に対して「接続されている（“connected”）」または「結合されている（“coupled”）」ものとして参照される場合、それは、他の要素に対して直接接続され、または、直接結合されてよく、かつ／あるいは、１つまたはそれ以上の介在要素を介して他の要素に対して接続または結合され得ることも、また、理解されるだろう。対照的に、要素が「直接接続されている（“directly connected”）」または「直接結合されている（“directly coupled”）」ものとして参照される場合には、その要素と他の要素との間に介在要素は存在しないことが理解されるだろう。これらの用語は、図中に示される任意の方向に加えて、要素の異なる方向を包含するように意図されていることが理解されるだろう。
「下（“below”）」、「上（“above”）」、「上方（“upper”）」、「下方（“lower”）」、「水平（“horizontal”）」、または「垂直（“vertical”）」といった、相対的な用語は、ここにおいて、図に示すような１つの要素、層、または領域と別の要素、層、または領域との関係を説明するために使用することができる。これらの用語は、図に示される方向に加えて、装置の異なる方向を包含するように意図されていることが理解されるだろう。
半導体発光デバイス(LED)、もしくは、紫外線（UV）または赤外線（IR）光パワーを放射するデバイスといった、光パワー発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。これらのデバイス(以下「LED」という)は、発光ダイオード、共振キャビティ発光ダイオード、垂直キャビティレーザダイオード、エッジ発光レーザ、等を含み得る。そのコンパクトなサイズ及びより低い電力要求のおかげで、例えば、LEDは、多くの異なるアプリケーションについて魅力的な候補になり得る。例えば、それらは、カメラおよび携帯電話といった、ハンドヘルドのバッテリ駆動デバイスのための光源(例えば、フラッシュ光およびカメラフラッシュ)として使用され得る。それらは、また、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（HUD）照明、園芸照明、街路照明、ビデオ照明、一般照明（例えば、家、店舗、オフィスおよびスタジオ照明、劇場／ステージ照明、および建築照明）、拡張現実（AR）照明、ディスプレイのバックライトとしての、仮想現実（VR）照明、およびIR分光に対しても使用され得る。単一のLEDは、白熱光源よりも少ない明るさを提供し得るものであり、そして、従って、より多くの明るさが必要とされ、または要求されるアプリケーションについて、マルチ接合デバイスまたはLEDのアレイ(モノリシックLEDアレイ、マイクロLEDアレイ、等といった)が使用され得る。
以下に説明されるような、セラミック蛍光体システム内に横方向の光バリアを形成するための方法および構造は、側壁またはセグメント間のレーン反射器および吸収器（absorber）と併せて、または、代替として、もしくは、改良として使用することができる。
開示される技術的事項（subject matter）の実施形態に従って、LEDアレイ(例えば、マイクロLEDアレイ)は、図1A、図1B、及び／又は図1Cに示されるように、画素のアレイを含み得る。LEDアレイは、LEDアレイセグメントの精密な制御を必要とするものといった、任意のアプリケーションについて使用することができる。LEDアレイ内の画素は、個々にアドレス可能であり、グループ／サブセット内でアドレス可能であり、または、アドレス指定不能であってよい。図1Aには、画素111を有するLEDアレイ110の上面図が示されている。LEDアレイ110の3×3部分の拡大図も、また、図1Aに示されている。3×3部分の拡大図に示されるように、LEDアレイ110は、概ね100μm以下(例えば、40μm)の幅ｗ１を有する画素111を含み得る。画素間のレーン113は、概ね20μm以下(例えば、5μm)の幅ｗ２によって隔てられ得る。レーン113は、図1Bおよび図1Cに示され、かつ、ここにおいてさらに開示されるように、画素間にエアギャップを提供し、または、他の材料を含み得る。１つの画素111の中心から隣接する画素111の中心までの距離ｄ１は、概ね120μm以下(例えば、45μm)であり得る。ここにおいて提供される幅および距離は単なる例示に過ぎず、そして、実際の幅及び／又は寸法は変動し得ることが理解されるだろう。
図1A、図1B、および図1Cには、対称行列に配置された矩形の画素が示されているが、任意の形状および配置の画素が、ここにおいて開示される実施形態に対して適用され得ることが理解されるだろう。例えば、図1AのLEDアレイ110は、100×100マトリクス、200×50マトリクス、対称マトリクス、非対称マトリクス、等といった、任意の適用可能な配置における10,000を超える画素を含み得る。また、画素、マトリクス、及び／又は、基板の複数のセットは、ここにおいて開示される実施形態を実装するように、任意の適用可能なフォーマットにおいて構成され得ることも理解されるだろう。
図1Bは、一つの例示的なLEDアレイ1000の断面図を示している。示されるように、画素1010、1020、および1030は、分離部1041及び／又はn型接点1040が、画素を相互に分離するように、LEDアレイ内の３つの異なる画素に対応している。一つの実施形態に従って、画素間の間隔（space）は、エアギャップによって占有されてよい。示されるように、画素1010は、エピタキシャル層1011から除去され得る、例えば、サファイア基板といった、任意の適用可能な基板上で成長され得る、エピタキシャル層1011を含んでいる。接点1015から遠位の成長層の表面は、実質的に平面であってよく、または、パターン化されてよい。p型領域1012が、p接点1017に近接して配置されてよい。活性領域1021が、n型領域およびp型領域1012に隣接して配置されてよい。代替的に、活性領域1021は、半導体層またはn型領域と、p型領域1012との間にあってよく、そして、活性領域1021が光ビームを放射するように、電流を受け取ることができる。p接点1017は、SiO2層1013および1014、並びに、めっき金属(例えば、めっき銅)層1016と接触していてよい。n型接点1040は、Cuといった、適用可能な金属を含み得る。金属層1016は、接点として機能し得る反射層1015と接触してよい。
特に、図1Bに示されるように、n型接点1040は、画素1010、1020、および1030の間に形成されるトレンチ1130の中へデポジット（deposited）されてよく、そして、エピタキシャル層を越えて延在してよい。分離部1041は、変換器材料（convertor material）1050の全て又は一部を（図示されるように）分離し得る。LEDアレイは、そうした分離部1041を伴わずに実装されてよく、または、分離部104が、エアギャップに対応してよいことが理解されるだろう。分離部1041は、n型接点1040の延長であってもよく、その結果、分離部1041が、n型接点1040と同じ材料(例えば、銅)から形成されている。代替的に、分離部1041は、n型接点1040とは異なる材料から形成されてよい。一つの実施形態に従って、分離部1041は、反射性材料を含んでよい。分離部1041及び／又はn型接点1040における材料は、例えば、メッシュ構造を適用すること、といった任意の適用可能な方法でデポジットされてよい。n型接点1040及び／又は分離部1041のデポジション（deposition）を含み、または可能にするものである。変換器材料1050は、図2Aの波長変換層205と類似する特徴／特性を有してよい。ここにおいて説明されるように、１つまたはそれ以上の追加層が、分離部1041をコーティングしてよい。そうした層は、反射層、散乱層、吸収層、または任意の他の適用可能な層であってよい。１つまたはそれ以上のパッシベーション層1019は、エピタキシャル層1011からn接点1040を完全又は部分的に分離し得る。
エピタキシャル層1011は、励起されたときに光子を放射する任意の適用可能な材料から形成されてよく、サファイア、SiC、GaN、シリコーン（Silicone）を含んでいる。そして、より特定的には、これらに限定されるわけではないが、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSbを含む、III－V族半導体、これらに限定されるわけではないが、ZnS、ZnSe、CdSe、CdTeを含む、II－VI族半導体、これらに限定されるわけではないが、Ge、Si、SiCを含む、IV族半導体、およびそれらの混合物から形成されてよい。これらの例示的な半導体は、それらが存在するLEDの典型的な発光波長において、概ね2.4から概ね4.1の範囲の屈折率を有し得る。例えば、GaNといった、III族窒化物半導体は、500nmで概ね2.4の屈折率を有し得る。そして、InGaPといった、II族-リン酸化物半導体は、600nmで概ね3.7の屈折率を有し得る。LEDデバイス200に結合される接点は、AuSn、AuGa、AuSi、またはSAC半田といった、半田から形成されてよい。
n型領域は、成長基板上で成長させることができ、そして、異なる組成およびドーパント濃度を含む半導体材料の１つまたはそれ以上の層を含み得る。例えば、バッファまたは核形成層（nucleation layer）といった調製層（preparation layer）、及び／又は、成長基板の除去を促進するように設計された層を含んでいる。これらの層は、n型であっても、または、意図的にドープされていなくてもよく、もしくは、p型デバイス層であってさえよい。層は、発光領域が効率的に光を放射するために望ましい特定の光学的、材料的、または電気的特性について設計され得る。同様に、p型領域1012は、意図的にドープされていない層、またはn型層を含んでいる、異なる組成、厚さ、およびドーパント濃度の複数の層を含み得る。電流は、p-n接合を通じて(例えば、接点を介して)流れるようにされ、そして、画素は、材料のバンドギャップエネルギーによって少なくとも部分的に決定される第１波長の光を発生し得る。画素は、直接的に光を放射し(例えば、正規（regular）または直接放射LED)、または、第２波長の光を出力するように作用するために発光された光の波長をさらに修正するように動作する波長変換層1050の中へ光を放射し得る(例えば、蛍光体変換LED、「PCLED」、等など)。
図1Bは、例示的な構成において画素1010、1020、および1030を有する例示的なLEDアレイ1000を示しているが、LEDアレイ内の画素は、多数の構成のうち任意の１つで提供され得ることが理解されるだろう。例えば、画素は、フリップチップ構造、垂直注入薄膜(vertical injection thin film、VTF)構造、多接合構造、薄膜フリップチップ(thin film flip chip、TFFC)、横方向デバイス（lateral device）、等であってよい。例えば、横方向LED画素は、フリップチップLED画素と類似してよいが、電極を基板またはパッケージに対して直接的に接続するために上下逆さフリップ（flipped）され得ない。TFFCは、また、フリップチップLED画素と類似していてよいが、成長基板を除去させ得る(薄膜半導体層を支持されないままにする)。対照的に、成長基板または他の基板は、フリップチップLEDの一部として含まれてよい。
波長変換層1050は、活性領域1021によって放射された光が１つまたはそれ以上の中間層(例えば、フォトニック層)を通過し得るように、活性領域1021によって放射された光の経路内に存在してよい。実施形態に従って、波長変換層1050は、もしくは、LEDアレイ1000内に存在しなくてもよい。波長変換層1050は、１つの波長の光を吸収して、異なる波長の光を放射する、例えば、透明または半透明のバインダまたはマトリクスにおける蛍光体粒子（phosphor particles）、またはセラミック蛍光体エレメントといった、任意の発光材料を含んでよい。波長変換層1050の厚さは、使用される材料、もしくは、LEDアレイ1000または個々の画素1010、1020、および1030が配列されているアプリケーション／波長に基づいて決定されてよい。例えば、波長変換層1050は、概ね20μm、50μm、200μmであってよい。波長変換層1050は、図示されるように、それぞれ個々の画素上で提供されてよく、または、LEDアレイ1000全体の上に配置されてよい。
一次光学系1022は、１つまたはそれ以上の画素1010、1020、及び／又は1030上にあってよく、そして、光が、活性領域101及び／又は波長変換層1050から一次光学系を通過することを可能にし得る。一次光学系を介した光は、一般的に、一次光学系1022を介して放射される光の光度（luminous intensity）が、理想的な拡散ラジエータから観察された場合に、入射光の方向と表面法線との間の角度のコサイン（cosine）に直接的に比例するように、ランベルト分布（Lambertia distribution）パターンに基づいて放射され得る。一次光学系1022の１つまたはそれ以上の特性は、ランベルト分布パターンとは異なる光分布パターンを生成するように修正され得ることが理解されるだろう。
レンズ1065および導波路（waveguide）1062のうち一方または両方を含む二次光学系は、画素1010、1020、及び／又は1030を備え得る。二次光学系が、複数の画素を有する図1Bに示される実施例に従って説明されているが、二次光学系は、単一画素に対して提供され得ることが理解されるだろう。二次光学系は、入射光を拡散するため(発散光学系)、または、入射光を平行ビームへと集めるため(コリメート光学系)に使用され得る。導波路1062は、誘電体材料、メタライゼーション層、等を用いてコーティングされてよく、そして、入射光を反射または再方向付け（redirect）するように提供されてよい。代替的な実施形態において、照明システムは、波長変換層1050、一次光学系1022、導波路1062、およびレンズ1065のうち１つまたはそれ以上を含まなくてもよい。
レンズ1065は、これらに限定されるわけではないが、SiC、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、等、または、それらの組み合わせといった、任意の適用可能な透明材料から形成されてよい。レンズ1065は、レンズ1065からの出力ビームが所望の測光仕様（photometric specification）を効率的に満たすように、レンズ1065へと入力される光ビームを修正するために使用され得る。加えて、レンズ1065は、１つまたはそれ以上の美的目的を果たすことができる。複数のLEDデバイス200Bの点灯（lit）及び／又は非点灯（unlit）の外観を決定することによる、といったものである。
図1Cは、LEDアレイ1100の三次元ビューの断面図を示している。図示されるように、LEDアレイ1100内の画素は、n接点1140を形成するように充填されているトレンチによって分離され得る。画素は、基板1114上で成長されてよく、そして、p接点1113、p-GaN半導体層1112、活性領域1111、およびn-Gan半導体層1110を含んでよい。この構造は、一つの例としてだけ提供されるものであり、そして、ここにおいて提供される開示を実施するために、１つまたはそれ以上の半導体層または他の適用可能な層が追加、除去され、もしくは、部分的に追加または除去され得ることが理解されるだろう。変換器材料1117は、半導体層1110(または他の適用可能な層)上にデポジションされてよい。
パッシベーション層1115は、トレンチ1130内に形成されてよく、そして、n接点1140(例えば、銅接点)が、図示されるように、トレンチ1130内にデポジションされ得る。パッシベーション層1115は、半導体の１つまたはそれ以上の層からn接点1140の少なくとも一部を分離し得る。実装形態に従って、n-接点1140、または他の適用可能な材料が、画素間で完全または部分的な光学的アイソレーションを提供するように、トレンチ内のn-接点1140、または他の適用可能な材料は、変換器材料1117の中へに延伸してよい。
図1Dは、図1Aを参照して、１平方mmであるエミッタのマトリクス(縮尺通りには描かれていない)を有するLEDの一つの例を示している。図1Dでは、１平方mm内のエミッタの3×3行列が図示されている。各エミッタは、エミッタ間に50ミクロンの間隔を伴い概ね300ミクロンである。エミッタの中心とエミッタの中心との間隔は、概ね350ミクロンである。
図1Eは、図1Aを参照して、１平方mmであるエミッタのマトリクス(縮尺通りには描かれていない)を有するLEDの一つの例を示している。図1Eでは、１平方mm内のエミッタの10×10マトリクス(マトリクスの一部分だけが表わされている)が図示されている。各エミッタは、エミッタ間に20ミクロンの間隔を伴い概ね80ミクロンである。エミッタの中心とエミッタの中心との間隔は、概ね100ミクロンである。
エミッタのサイズが、500ミクロン未満まで減少し、かつ、図1A、図1D、図1Eに示されたサイズ、または、300ミクロン未満および100ミクロン未満である他の構成、もしくは数十ミクロンまで減少する構成において示されるサイズまで減少し、例えば、そして、エミッタ間の間隔が減少し続けると、従来のソリューションにおいて使用される、吸収体を有する被覆蛍光体側壁（coating phosphor sidewalls）、分布ブラッグ反射体（DBR）、または、他の光アイソレーション材料は、必要な分離を提供することができない。
図1Fは、図1A、図1D、図1Eのアレイから個々のエミッタ1を、断面図において、示している。エミッタ1は、活性領域3および基板4をサポートしている半田層2を含む。基板4に隣接しており、かつ、活性領域3の遠位にあるのはパターン層5である。
半田層2は、AuSnまたは他の金属材料から形成すされてよく、そして、一般的に、プリント回路基板（PCB）といった、基板に対する金属接点を提供する。図示されるように、半田層2は、概ね50ミクロン(示されるように47ミクロン)の厚さであってよい。
活性領域3または半導体層は、pGaNの層の形態をとることができる。この活性領域3は、エミッタ活性領域である。当業者によって理解されるように、GaNは、発光ダイオードにおいて一般的に使用されるバイナリーIII/V族ダイレクトバンドギャップ半導体（binary III/V direct bandgap semiconductor）である。GaNは、3.4eVの広いバンドギャップを伴う結晶構造を有しており、オプトエレクトロニクス、高電力、かつ、高周波数デバイスにおけるアプリケーションについて最適な材料となっている。GaNは、シリコン(Si)または酸素を用いてドープされてn型GaNを生成し、そして、本実施例において使用されるように、マグネシウム(Mg)を用いてドープされてp型GaNを作成することができる。基板4は、GaNから形成され得る。基板4および活性領域3は、結合されて概ね6ミクロンであって、基板4が概ね5ミクロンであり、かつ、活性領域3が概ね1ミクロンである。
パターン層5は、パターン化されたサファイア基板（PSS）層の形態をとることができる。パターン層5は、サファイア基板表面上に様々な幾何学的形状および寸法の周期的構造を提供することができる。円錐、ドーム、ピラミッド、およびピラー、等といった、様々な形状の周期的構造を有するこれらのサファイアウェーハは、PSSと呼ばれている。PSSは、パターン化されたサファイア基板を参照するものであり、そこでは、GaNが抽出を促進するためのパターンを用いてサファイア基板上に成長される。図示された構成においては、サファイアが除去され、GaN 4表面にパターン5を登録されたまま残している。
パターン層5に隣接しており、かつ、基板4に対して遠位にあるのは、パターン化蛍光体（patterned phosphor）層6である。このパターン化蛍光体層6は、概ね30ミクロンの厚さである。サファイアは、この構造において存在せず、パターン化蛍光体層6は基板4上に直接的にマウントされている。パターン化蛍光体層5は、DBR 7を含んでよい。光アイソレーションは、パターン化蛍光体層6の全体を通じて垂直方向に延在するように配置された垂直方向に延在する光バリアデバイス、並びに、パターン化蛍光体層6および基板4に対して、または、その中に別々に取り付けられるDBR 7によって、部分的に提供されてよい。他の実施形態は、エミッタ間の光アイソレーションを改善するために、垂直方向に延在する光バリア要素の中にDBR、吸収体、およびメタライゼーション（metallization）の様々な組み合わせを含んでよい。
図1Gは、図1A、図1D、図1Eのアレイから個々のエミッタ10に係る別の実施形態を、断面図において、示している。この実施形態において、エミッタ10は、基板14を含んでいる。基板14は、例えば、シリコン（silicon）またはセラミック基板であってよい。この基板14に隣接して、エミッタ領域13(図1Gにおいて４つのエミッタと共に示されている)があり、各エミッタ領域13はDBR 17によって囲まれている。エミッタ13は、例えば、GaN半導体エミッタであってよい。エミッタ13に隣接し、かつ、基板14より遠位に、パターン化蛍光体領域16がある。
光アイソレーションを達成するために、図1Fおよび図1Gのパターン化蛍光体領域16、または層は、ルミラミック（Lumiramic）といった、セラミック蛍光体の形態をとることができる。例えば、GaN取り付け面23と蛍光体発光面22との間で垂直に延在する内部光バリア21を有するように形成されたものである。光バリア21は、組成的に別個の材料、薄膜、または金属反射体であってよい。ルミラミックは、図1Fのパターン蛍光体層6について使用され得る。光バリア21は、各GaNメサの上に配置されたセグメント化蛍光体、または複数のGaNメサにわたり延在する連続蛍光体層中に形成されてもよい。
代替的に、光バリア21はエアギャップを設けることによって形成され得る。エアギャップは、連続的、不連続的、または部分的な開口チャネル、または蛍光体を通してエッチングされたピンホールを画定する。チャネルまたはピンホールが、構造化され、部分的に構造化され、またはランダムに定義されてよい。放射状、直線状、長方形、正方形、六角形、または他の適切に成形された壁または構造が画定され得る。高指数（high index）及び／又は低指数（low index）粒子が導入され得る。例えば、蛍光体セラミック前駆体および光バリア／反射体／散乱体から構成される２つまたはそれぞれ以上の層膜が繰り返し折り畳まれ、スライスされ、そして、焼成されて、横方向の光の伝播を低減するような配向性の蛍光体セラミックを形成することができる。
蛍光体セラミック内の光バリア21は、GaNエミッタを覆う（overlaying）蛍光体の領域内で位置合わせされ、蛍光体セラミック内の光バリア21は、画素の周囲に沿ってGaNエミッタを覆う蛍光体の領域内で位置合わせされ、かつ／あるいは、蛍光体セラミック内の光バリア21は、画素間レーン(例えば、GaNメサ間)と位置合わせすることによって、GaNエミッタを覆う蛍光体の領域外で位置合わせされている。連続した蛍光体セラミック層が複数のGaNメサを横切って延在する他の実施形態においては、側壁DBR層がGaNに適用され、連続した蛍光体において垂直方向に延在する光バリア21要素(この場合にはエアギャップ散乱壁)が後に続く。
垂直方向に延在する光バリア21要素は、蛍光体の製造中に(例えば、光バリアおよび蛍光体セラミック前駆体を含む二重層（bilayer）を繰り返し折り畳むことによって)、セラミックの製造後、または、GaNへの取り付け後で、後述するように、形成することができる。光バリア21は、レーザ穿孔（drilling）またはウォータージェット穿孔を使用して形成され得る。
図1Hは、図1Gの例示的な装置30の上面図および側面図を示している。デバイス30は、エミッタ13を有しており、かつ、基板14を含んでいる。基板14は、例えば、シリコンまたはセラミック基板であってよい。この基板14に隣接して、エミッタ領域13(図1Gにおいて４つのエミッタと共に示されている)があり、各エミッタ領域13は、金属、誘電体、または拡散反射体を用いて側面コーティング38によって囲まれている。エミッタ13は、例えば、GaN半導体エミッタであってよい。エミッタ13に隣接し、かつ、基板14より遠位には、パターン化蛍光体領域36がある。GaN画素の周りの金属コーティング37は、画素を描くように示されている。蛍光体領域36は、穴（hole）の形態をとる多数の垂直光バリア31を含んでいる。層36は、エッチングなどによって、穴31のランダムな配置を用いて構成されてよい。そうした穴31は、円筒状であり、そして、層36を通って垂直に延びてよい。穴31は、球形であってよく、そして、層36内に埋め込まれてよい。穴31の直径は、50から400nmまで変動してよく、そして、穴間距離は、0から300nmまでの範囲内で変化してよい。円形断面を有する穴31に加えて、矩形断面を有する穴(図示せず)が使用されてよい。層の中へ深く延びるピラミッド穴(図示せず)のアレイも、また、使用され得る。空気穴31は、反射／吸収された光を増強するために、金属散乱要素および誘電体を用いて埋め戻され（back-filled）てよい。図1Hの上面図に示されるように、穴31は、層36全体にわたりランダムに間隔をあけて配置されている。
図1Iは、図1Gの例示的な装置40の上面図および側面図を示している。デバイス40は、エミッタ13を有し、かつ、基板14を含んでいる。基板14は、例えば、シリコンまたはセラミック基板であってよい。この基板14に隣接して、エミッタ領域13(図1Gに４つのエミッタと共に示されている)があり、各エミッタ領域13は、金属、誘電体、または拡散反射体を有する側面コーティング38によって囲まれている。エミッタ13は、例えば、GaN半導体エミッタであってよい。エミッタ13に隣接し、かつ、基板14の遠位には、パターン化蛍光体領域46がある。GaN画素の周りの金属コーティング37は、画素を描くように示されている。蛍光体領域46は、多くの垂直光バリア41を含んでいる。垂直光バリア41は、画素エッジ(中心の２画素)を画定することができ、一方で、他のものは、各画素(エッジ画素)上の蛍光体層46内に形成された垂直光バリア41を提供する。図1Iに示されるように、金属コーティング37の画素エッジと整列された垂直バリア46が存在する。これにより、蛍光体変換器のx-y平面内の導波（wave-guiding）ではなく、z方向における導波が可能となり、近隣間における画素分離が増加する。フォトニック結晶およびメタマテリアルといった、規則的な構造（ordered structures）が使用されてよい。フォトニック結晶は、少なくとも３層の単位セル（unit cells）を有する垂直穴の四角形、三角形、および六角形のパターンを提供することができる。各単位セルは、100から400nmで変化する穴の直径を有してよく、単位セルサイズが300から600nmまで変化している。図1Iの上面図に示されるように、垂直バリア41は、36の格子パターンを提供する。
図1Jは、横方向の光バリアを有するセラミック蛍光体層を作成する方法50を示している。そうした層を作成する方法50は、ステップ51において、セラミック粉末前駆体、セラミックバインダ、溶媒、および、PMMAといった、高分子ビーズまたはロッドの添加物を混合するステップを含む。方法50は、また、ステップ52において、薄膜を形成するように、基板上に混合物をスロットダイコーティングするステップを含む。方法50は、また、ステップ53において、蛍光体セラミックに適したより厚い層を形成するように、複数のシートを積層するステップを含む。溶媒の最初のベーキングの後で、方法50は、ステップ54において、空気ポケットを形成するように、ポリマービーズまたはロッドを焼結する（sintering）ステップを含む。これらのビーズまたはロッドのパターン化および整列は、セラミック蛍光体膜における適切な光散乱の調製を手助けすることができる。方法50は、また、ステップ55において、LED使用のために適切にサイズ化されたプレートレット（platelet）および配向を生成するように、切断及び／又は研磨することによって蛍光体膜を完成させるステップも含む。
図1Kは、エアギャップを有するセラミック蛍光体層を作成する一般的な方法60を示している。この方法は、セラミック粉末前駆体、セラミックバインダ、蛍光体材料、および溶媒を、混合物を形成するように組み合わせることによってセラミック蛍光体層を作成するステップを含む(ステップ61)。混合物は、膜を形成するように、基板上にコーティングされる(ステップ62)。コーティングされた混合物の選択された領域にエアギャップ形成を生成するための条件は、膜から材料を変形すること又は除去すること、もしくは、犠牲材料、焼結ロッド、およびビーズの少なくとも１つを膜に追加することのうち少なくとも１つによって構成される(ステップ63)。膜が加熱され、選択された領域にエアギャップを有するセラミック蛍光体を形成することができる(ステップ64)。
図1Jおよび図1Kは、横方向の光バリアを有するセラミック蛍光体層を形成するための方法50および60のステップをそれぞれに示している。当業者であれば、より多く又はより少ないステップが含まれ得ることを理解するであろう。加えて、任意のステップが、同時に実行されるように組み合わせされてよい。これらのステップの順序は、また、任意の１つまたはそれ以上のステップが、図1Jおよび図1Kにおいて説明されたものとは異なる順序で実行されるように変更することもできる。
図1A－図1Kに記載されているデバイスは、以下に説明されるデバイスおよび電子機器で使用され得る。例えば、図1A－図1Kにおけるデバイスは、以下に記載されるLEDアレイ410であってよい。
図2Aは、一つの実施形態におけるLEDデバイス取り付け領域318において基板に取り付けられたLEDアレイ410を有する電子回路基板の上面図である。電子回路基板は、LEDアレイ410と共にLEDシステム400Aを表している。加えて、電力モジュール312は、Vin 497で電圧入力、および、トレース418B上で接続性および制御モジュール316からの制御信号を受け取り、そして、トレース418A上で駆動信号をLEDアレイ410へ提供する。LEDアレイ410は、電力モジュール312からの駆動信号を介してオンおよびオフにされる。図2Aに示される実施形態において、接続性および制御モジュール316は、トレース418C上でセンサモジュール314からセンサ信号を受け取る。
図2Bは、回路基板499の２つの表面にマウントされた電子部品を有する２チャンネル統合LED照明システムの一つの実施形態を示している。図2Bに示されるように、LED照明システム400Bは、調光信号（dimmer signal）およびAC電力信号を受け取るための入力を有する第１表面445A、および、その上に取り付けられたAC/DCコンバータ回路412を含む。LEDシステム400Bは、調光インターフェイス回路415を有する第２表面445B、DC-DCコンバータ回路440Aおよび440B、マイクロコントローラ472を有する接続性および制御モジュール416(この例では無線モジュール)、および、その上に取り付けられたLEDアレイ410を含む。LEDアレイ410は、２つの独立したチャネル411Aおよび411Bによって駆動される。代替的な実施形態においては、LEDアレイに駆動信号を提供するために単一チャネルが使用され、または、LEDアレイに駆動信号を提供するために任意の数の複数チャネルが使用され得る。
LEDアレイ410は、２つのグループのLEDデバイスを含み得る。一つの例示的な実施形態において、グループAのLEDデバイスは第１チャネル411Aに電気的に結合され、そして、グループBのLEDデバイスは第２チャネル411Bに電気的に結合されている。２つのDC-DCコンバータ440Aおよび440Bそれぞれは、LEDアレイ410内のLEDAおよびBそれぞれのグループを駆動するために、それぞれに、単一のチャネル411Aおよび411Bを介して、それぞれの駆動電流を提供することができる。１つのLEDグループ内LEDは、第２LEDグループのLEDとは異なる色点を有する光を放射するように構成され得る。LEDアレイ410によって放射される光の合成色点の制御は、個々のDC/DCコンバータ回路440Aおよび440Bによって単一のチャネル411Aおよび411Bを介して、それぞれに、適用される電流及び／又はデューティサイクルを制御することによって、範囲内に調整され得る。図2Bに示される実施形態は、(図2Aに記載されるように)センサモジュールを含まないが、代替的な実施形態は、センサモジュールを含んでよい。
図示されたLED照明システム400Bは、LEDアレイ410およびLEDアレイ410を動作させるための回路が単一の電子回路基板上に設けられた統合システムである。回路基板499の同じ表面上のモジュール間の接続は、例えば、電圧、電流、および、モジュール間の制御信号を交換するために、トレース431、432、433、434、および435といった、表面または表面下（sub-surface）の相互接続、または、メタライゼーション(図示なし)によって、電気的に結合され得る。回路基板499の対向する表面上のモジュール間の接続は、ビアおよびメタライゼーション(図示なし)といった、基板相互接続を通じて電気的に結合され得る。
実施形態に従って、駆動回路および制御回路とは別の電子回路基板上にLEDアレイが存在するLEDシステムが提供され得る。他の実施形態に従って、LEDシステムは、駆動回路とは別の電子回路基板上にいくつかの電子部品と共にLEDアレイを有し得る。例えば、LEDシステムは、LEDアレイとは別の電子回路基板上に配置された電力変換モジュールおよびLEDモジュールを含み得る。
実施形態に従って、LEDシステムは、マルチチャネルLEDドライバ回路を含んでよい。例えば、LEDモジュールは、埋め込まれたLED較正および設定データ、および、例えば、３つのグループのLEDを含み得る。当業者であれば、任意の数のLEDグループが１つまたはそれ以上のアプリケーションと一貫して使用され得ることを認識するだろう。各グループ内の個々のLEDは、直列または並列に配置され、そして、異なる色点を有する光が提供され得る。例えば、暖白色光が第１LEDグループによって提供され、冷白色光が第２LEDグループによって提供され、昼白色光が第３グループによって提供され得る。
図2Cは、データバス304を含み、車両電源302を含む車両ヘッドランプシステム300の一つの例を示している。センサモジュール307は、環境条件(例えば、周囲の光条件、温度、時間、雨、霧など)、車両条件(駐車中、動作中、速度、方向)、他の車両、歩行者、オブジェクトの存在/位置などに関するデータを提供するために、データバス304に接続されてもよい。センサモジュール307は、図2Aのセンサモジュール314と類似または同一であってよい。AC/DCコンバータ305は、車両電源302に接続され得る。
図2CのAC/DCコンバータ312は、図2BのAC/DCコンバータ412と類似または同一であってよく、そして、車両電源302からAC電力を受け取ることができる。AC-DCコンバータ412について図2Bにおいて説明されるように、AC電力をDC電力へ変換することができる。車両ヘッドランプシステム300は、AC/DCコンバータ305、接続性および制御モジュール306、及び／又は、センサモジュール307によって提供されるか、またはそれらに基づく１つまたはそれ以上の入力を受け取るアクティブヘッドランプ330を含み得る。一つの例として、センサモジュール307は、歩行者が上手く照明されないように、歩行者の存在を検出することができ、これは、運転者が歩行者を見る可能性を低下させ得る。そうしたセンサ入力に基づいて、接続性および制御モジュール306は、アクティブヘッドランプ330内に収容されたLEDアレイ内のLEDのサブセットを出力データが動作化するように、AC/DCコンバータ305から供給される電力を使用して、アクティブヘッドランプ330にデータを出力することができる。LEDアレイ内のLEDのサブセットは、動作化されると、センサモジュール307が歩行者の存在を感知した方向に光を放射することができる。LEDのこれらのサブセットは、センサモジュール207が、車両ヘッドランプシステムを含む車両の経路内にもはや歩行者がいないことを確認する更新データを提供した後で、非動作化され、または、そうでなければ、それらの光ビーム方向が変更され得る。
図3は、アプリケーションプラットフォーム560、LEDシステム552と556、および光学系554と558を含む、例示的なシステム550を示している。LEDシステム552は、矢印561aと561bとの間に示されている光ビーム561を生成する。LEDシステム556は、矢印562aと562bとの間に光ビーム562を生成し得る。図3に示される実施形態において、LEDシステム552から放射された光は、二次光学系554を通過し、そして、LEDシステム556から放射された光は、二次光学系556を通過する。代替的な実施形態において、光ビーム561および562は、どの二次光学系も通過しない。二次光学系は、１つまたはそれ以上の光ガイドであってよく、または、含んでよい。１つまたはそれ以上の光ガイドは、エッジ照明（edge lit）であってよく、または、光ガイドの内部エッジを画定する内部開口を有してよい。LEDシステム552及び／又は556は、１つまたはそれ以上の光ガイドの内部エッジ(内部開口光ガイド)または外部エッジ(エッジ照明光ガイド)の中へ光を注入するように、１つまたはそれ以上の光ガイドの内部開口に挿入され得る。LEDシステム552及び／又は556内のLEDは、光ガイドの一部であるベースの周囲に配置されてよい。一つの実施形態に従って、ベースは熱伝導性であってよい。一つの実施形態に従って、ベースは、光ガイド上に配置された熱放散要素に対して結合されてよい。熱放散要素は、熱伝導性ベースを介してLEDによって生成された熱を受け取り、そして、受け取った熱を放散するように構成され得る。１つまたはそれ以上の光ガイドは、LEDシステム552および556によって放射される光を、例えば、勾配、面取り分布、狭い分布、広い分布、角度分布、等を用いて、所望の方法で成形することを可能にする。
例示的な実施形態において、システム550は、移動電話のカメラフラッシュシステム、屋内または商業照明、街路照明といった屋外照明、自動車、医療装置、AR/VR装置、およびロボット装置であり得る。図2Aに示されるLEDシステム400Aおよび図2Cに示される車両ヘッドランプシステム300は、例示的な実施形態におけるLEDシステム552および556を示している。
アプリケーションプラットフォーム560は、ここにおいて説明されるように、ライン565または他の適用可能な入力を介して、電力バスを通じてLEDシステム552及び／又は556に電力を供給することができる。さらに、アプリケーションプラットフォーム560は、LEDシステム552およびLEDシステム556のオペレーションのために、ライン565を介して入力信号を提供することができ、この入力は、ユーザ入力／プリファレンス、検知された読み（reading）、予めプログラムされ又は自律的に決定された出力、等に基づいてよい。１つまたはそれ以上のセンサは、アプリケーションプラットフォーム560のハウジングの内部または外部にあってよい。代替的に、または加えて、図2AのLEDシステム400に示されるように、各LEDシステム552および556は、それ自体のセンサモジュール、接続性および制御モジュール、電力モジュール、及び／又は、LEDデバイスを含んでよい。
実施形態において、アプリケーションプラットフォーム560センサ、及び／又は、LEDシステム552及び／又は556センサは、視覚データ(例えば、LIDARデータ、IRデータ、カメラを介して収集されたデータ、等)、音声データ、距離ベースのデータ、移動データ、環境データ、等、または、それらの組み合わせといった、データを収集することができる。データは、オブジェクト、個人、車両、等といった、物理的アイテムまたはエンティティと関連付けされ得る。例えば、検知装置は、先進的ドライバ支援システム／自律車両（ADAS/AV）ベースのアプリケーションのためのオブジェクト近接データを収集することができ、これは、物理的アイテムまたはエンティティの検知に基づいて、検知および後続の動作を優先付けすることができる。データは、例えば、IR信号といった、LEDシステム552及び／又は556によって光信号を放射すること、および、放射された光信号に基づいてデータを収集することに基づいて収集され得る。データは、データ収集のために光信号を放射するコンポーネントとは異なるコンポーネントによって収集され得る。実施例を続けると、検知装置は、自動車上に配置され、そして、垂直共振器表面発光レーザ（VCSEL）を使用してビームを放射することができる。１つまたはそれ以上のセンサは、放射されたビームまたは他の任意の適用可能な入力に対する応答を感知することができる。
一つの例示的な実施形態において、アプリケーションプラットフォーム560は、自動車を表し、そして、LEDシステム552およびLEDシステム556は、自動車ヘッドライトを表し得る。様々な実施形態において、システム550は、操作可能な光を提供するようにLEDが選択的に動作化され得る、操作可能な光ビームを有する自動車を表すことができる。例えば、形状またはパターンを画定または投影し、または、道路の選択された部分だけを照明するために、LEDのアレイが使用され得る。一つの例示的な実施形態において、LEDシステム552及び／又は556内の赤外線カメラまたは検出器画素は、照明を必要とするシーンの部分(道路、歩行者横断、等)を識別するセンサ(例えば、図2Aおよび図2Cのセンサモジュール314に類似するもの)であってよい。
ここにおいて開示されるような発光アレイまたはマイクロLEDアレイは、光分布に係るきめの細かい強度、空間的、および時間的な制御から恩恵を受ける広範囲なアプリケーションをサポートすることができる。このことは、これらに限定されるわけではないが、ブロックまたは個々のLEDから放射された光の正確な空間的パターン化を含み得る。アプリケーションに応じて、放射された光は、スペクトル的に別個であり、時間にわたり適応的であり、かつ／あるいは、環境的に応答性であってよい。いくつかの実施形態において、発光アレイは、様々な強度、空間的、または時間的パターンで事前にプログラムされた光分布を提供することができる。放射された光は、受け取られたセンサデータに少なくとも部分的に基づいてよく、そして、光無線通信のために使用され得る。関連する光学系は、単一または複数のLEDレベルにおいて異なってよい。一つの例示的な発光アレイは、関連する共通光学系を有する高強度LEDに係る共通に制御された中央ブロックを有するデバイスを含んでよく、一方、エッジに配置されたLEDは、個々の光学系を有してよい。発光LEDアレイによってサポートされる一般的なアプリケーションは、ビデオ照明、自動車ヘッドライト、建築および領域照明、街路照明、並びに情報ディスプレイを含む。
プログラマブル発光アレイは、改善された視覚表示のために建物または区域を選択的かつ適応的に照明するように、または、照明コストを低減するために使用され得る。加えて、装飾的な動き（motion）またはビデオ効果のためにメディアファサード（media facades）を投影するように、発光アレイが使用され得る。追跡センサ及び／又はカメラと共に、歩行者の周囲の領域の選択的な照明が可能であり得る。スペクトル的に異なるLEDが、照明の色温度を調節するため、並びに、波長特定的園芸照明をサポートするために使用され得る。
街路照明は、プログラマブル発光アレイの使用から大きな利益を得ることができる重要なアプリケーションである。単一タイプの発光アレイが、種々の街路灯タイプを模倣するように使用され、それにより、例えば、選択されたLEDの適切な動作化または非動作化によって、タイプI直線街路灯とタイプIV半円街路灯との間のスイッチングを可能にしている。加えて、環境条件または使用時間に応じて光線強度または分布を調整することによって、街路照明のコストが低減され得る。例えば、歩行者が存在しないときは、光の強度と分布面積が小さくなる。発光アレイのLEDがスペクトル的に明瞭である場合に、光の色温度は、それぞれの日光、夕暮れ、または夜間の条件に従って調節され得る。
プログラマブル発光LEDは、また、直接または投影ディスプレイを必要とするアプリケーションをサポートするためにも上手く適している。例えば、較正、または警告、緊急、または情報標識を必要とする自動車ヘッドライトは、発光アレイを使用して、全てが、表示または投影され得る。これにより、例えば、自動車ヘッドライトからの光出力の方向性を修正することができる。発光アレイが多数のLEDから構成されているか、または、適切なダイナミック照明マスクを含んでいる場合には、ユーザがガイドする配置を用いてテキスト情報または数値情報が提示され得る。方向性矢印または類似のインジケータも、また、提供され得る。
実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の概念の精神から逸脱することなく、ここにおいて説明された実施形態に対して修正を為し得ることを正しく理解するだろう。従って、本発明の範囲は、図示され、かつ、説明された特定の実施形態に限定されることを意図されてはいない。

Claims (13)

  1. 発光デバイスであって、
    （ａ）上面、該上面に対向して配置された底面、前記上面と前記底面とを接続する側面を有する連続蛍光体層であり、蛍光体材料と、セラミック、ガラス、または有機バインダのうち１つまたはそれ以上とを含む、連続蛍光体層と、
    （ｂ）前記連続蛍光体層内に配置された光バリアを形成する複数のエアーギャップであり、前記側面のうち少なくとも１つへ向かう光の透過を少なくとも部分的にブロックするように配置されており、前記光バリアのうち１つまたはそれ以上は、前記上面から前記底面まで前記連続蛍光体層を通じて完全に延在している、複数のエアーギャップと、
    （ｃ）前記連続蛍光体層の前記底面上に配置され、かつ、蛍光体構造の中へ光を放射するように構成された、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    を含み、
    （ｄ）前記１つまたはそれ以上のＬＥＤは、画素のアレイを形成する複数のＬＥＤを含み、各画素は、１つまたはそれ以上の画素間レーンによって他の画素から分離されており、前記光バリアそれぞれは、対応する画素間レーンにわたり配置されており、かつ、前記複数のエアーギャップは、前記連続蛍光体層の底部から頂部まで延在する２次元のパターン化された横方向の光バリアを画定している、
    発光デバイス。
  2. １つまたはそれ以上の前記光バリアは、部分的にだけ前記連続蛍光体層を通じて延在する、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記連続蛍光体層は、積層薄膜として構成されている、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  4. 前記エアーギャップは、前記連続蛍光体層の中に貫通穴またはポケットを含む、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  5. 前記エアーギャップのうち１つまたはそれ以上は、金属または誘電体の散乱要素を含んでいる、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  6. 前記エアーギャップは、前記連続蛍光体層に沿って規則的なパターンで配置されている、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  7. 前記エアーギャップは、直径が概ね４００ｎｍ未満である、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  8. 各エアーギャップは、別のエアーギャップの概ね３００ｎｍ以内に存在している、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  9. 前記アレイの画素の幅は概ね３００ミクロン未満であり、かつ、画素間レーンの幅は概ね５０ミクロン未満である、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  10. 前記アレイの画素の幅は概ね１００ミクロン未満であり、かつ、画素間レーンの幅は概ね２０ミクロン未満である、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  11. 前記１つまたはそれ以上のＬＥＤそれぞれは、エミッタおよび分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）を含み、ＤＢＲは、前記エミッタの側壁上に配置されており、かつ、前記連続蛍光体層の中へ延在しない、
    請求項１に記載の発光デバイス。
  12. 請求項１に記載の発光デバイスを作成する方法であって、
    前記連続蛍光体層の前記底面上に１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を配置するステップ、
    を含む、方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、
    （Ａ）セラミック粉末前駆体、セラミックバインダ、蛍光体材料、および溶剤を組み合わせるステップであり、混合物を形成するステップと、
    （Ｂ）（ｉ）単層膜、または、（ｉｉ）複数のスロットダイコーティングされた薄膜を含む多層膜のいずれかとして、前記（Ａ）に係る混合物を基板の上へコーティングするステップであり、膜を形成するステップと、
    （Ｃ）（ｉ）前記膜から材料を変形または除去すること、もしくは、（ｉｉ）犠牲材料、焼結ロッドまたはビーズ、もしくは、高分子ロッドまたはビーズのうち１つまたはそれ以上を前記混合物または前記膜に追加すること、のうち１つまたはそれ以上によって、前記（Ｂ）に係る膜の選択された領域内に前記光バリアを形成するための条件を生成するステップと、
    （Ｄ）前記（Ｃ）のステップの後で、前記膜を加熱または焼結するステップであり、前記連続蛍光体層、および、前記連続蛍光体層内に複数の前記光バリアを形成するステップと、
    を含む、方法。
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