JP2013522915A - 増強したサーマルシンキングを有する発光ダイオード及び関連する動作方法 - Google Patents

増強したサーマルシンキングを有する発光ダイオード及び関連する動作方法 Download PDF

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Abstract

固体照明デバイス及び関連する熱シンキングの方法が、以下に記載されている。一実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスは、サーマルシンクと、サーマルシンクに熱的に結合されたＬＥＤダイと、ＬＥＤダイから隔置された蛍光体とを含む。ＬＥＤデバイスはまた、蛍光体とサーマルシンクとに直接接触している熱伝導経路を含む。熱伝導経路は、蛍光体からサーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成されている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、固体照明（ＳＳＬ）デバイス及び関連する動作方法に関する。特に、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び関連するサーマルシンキングの方法に関する。
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ)、デジタルカメラ、ＭＰ３プレイヤー、及び他の携帯型電子デバイスは、背景照明にＳＳＬデバイス（例えば、白色光ＬＥＤ）を使用する。ＳＳＬデバイスはまた、サイネージ及び一般照明のためにも使用される。しかしながら、ＬＥＤが典型的に一つの特定の波長だけを放射するために、真の白色光ＬＥＤは入手可能ではない。ヒトの目が白色を知覚するためには、波長の混合が必要とされる。
ＬＥＤで白色光を模倣するための従来の技術の１つとしては、発光材料上にコンバータ材料（例えば、蛍光体）を蒸着させることが挙げられる。例えば、図１Ａに示されるように、従来のＬＥＤデバイス１０は、ＬＥＤダイ４を搭載する支持材２と、ＬＥＤダイ４上に蒸着されたコンバータ材料６とを含む。ＬＥＤダイ４は、１つ以上の発光成分を含むことができる。例えば、図１Ｂに示されたように、ＬＥＤダイ４は、一連の互いの上に堆積される、シリコン基材１２と、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料１４と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）材料１６（及び／又はＧａＮ多重量子井戸）と、Ｐ型ＧａＮ材料１８とを含む。ＬＥＤダイ４はまた、Ｐ型Ｎ材料１８上の第一接触２０と、Ｎ型ＧａＮ材料１４上の第二接触２２とを含む。図１Ａ及び１Ｂの双方を参照すると、動作において、ＬＥＤダイ４のＩｎＧａＮ材料１６は青色光を放射し、これがコンバータ材料６を刺激し、所望の周波数にて光（例えば黄色光）を放射するようにする。青色放射と黄色放射の組み合わせが適切に調和される場合、ヒトの目には白色のように見える。
ＬＥＤデバイス１０の一つの動作上の困難は、動作中にＬＥＤダイ４が、著しい量の熱を生成することである。発生した熱は、コンバータ材料６の温度を上昇させて、これによって、ＬＥＤダイ４から放射された光を変換するためのコンバータ材料６の効率を低減させる（この現象は一般的に「サーマルクエンチング」と呼ばれる）。結果的に、組み合わされた放射は、灰白色に見え、電子デバイスの色忠実度を低減させ得る。したがって、ＬＥＤデバイスのためのサーマルシンキング構造でのいくつかの改善が望ましい。
従来技術によるＬＥＤデバイスの概略断面図である。 従来技術によるＬＥＤダイの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の単一層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の単一層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の単一層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の単一層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の複数の層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による伝導材料の複数の層を有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による複数のＬＥＤダイを有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による複数のＬＥＤダイを有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。 本技術の実施形態による複数のＬＥＤダイを有するＬＥＤデバイスの概略断面図である。
ＳＳＬデバイス及びサーマルシンキングの関連方法の種々の実施形態が、以下に説明されている。用語「ＬＥＤ」とは、電気エネルギーを、例えば、可視、紫外、及び／又は赤外スペクトル中の電磁放射へと変換する半導体ダイオードを一般的に指す。用語「蛍光体」とは一般的に、エネルギー付加された粒子（例えば、電子及び／又は光子）にさらされた後に、光を放射し続けることができる材料を指す。この分野の技術の当業者であれば、本発明の技術が追加的実施形態を有し得ること、並びに技術が図２Ａ〜４Ｃを参照して以下に説明されたいくつかの実施形態の詳説なしに実施され得ることをまた理解するであろう。
図２Ａは、本技術の実施形態によるＬＥＤデバイス１００の概略断面図である。図２Ａに示さるように、ＬＥＤデバイス１００は、一連の互いに隣接する、基材１０２と、ＬＥＤダイ１０４と、絶縁材料１０６と、伝導材料１０８と、コンバータ材料１１０とを含む。前述したＬＥＤデバイスの構成部品のみが図２Ａに示されているが、他の実施形態では、ＬＥＤデバイス１００はまた、封入材、レンズ、カラーフィルター、及び／又は他の適切な周辺構成部品を含むことができる。
基材１０２は、ＬＥＤダイ１０４及び／又はコンバータ材料１１０から熱を移動させるために、約１．０Ｗ（ｍ．Ｋ）を超える熱伝導度を有するサーマルシンクを含み得る。例えば、ある実施形態では、基材１０２は、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び／又は他の好適な半導体材料を含むことができる。他の実施形態において、基材１０２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ステンレス鋼、並びに／又は他の好適な金属及び／又は金属合金を含み得る。更に他の実施形態では、基材１０２は、ダイヤモンド、ガラス、水晶、炭化ケイ素（ＳｉＣ)、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び／又は他の好適な結晶あるいはセラミック材料を含み得る。
ＬＥＤダイ１０４は、単一のＬＥＤ又は、アレイに配列された複数個のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤダイ１０４は、放射領域１０５を介して、可視スペクトル（例えば、約５６５ｎｍ〜約６６０ｎｍ）、赤外スペクトル（例えば、約６８０ｎｍ〜約９７０ｎｍ）、近赤外スペクトル（例えば、約１０５０ｎｍ〜約１５５０ｎｍ）、及び/又は他の好適なスペクトルにおいて放射するよう構成され得る。一実施形態では、ＬＥＤダイ１０４は、図１Ｂ中に示されたＬＥＤダイ４のものと概ね同様な構造及び機能を有することができる。他の実施形態では、ＬＥＤダイ１０４は、他の好適な構造及び／又は機能を有することができる。
絶縁材料１０６は、コンバータ材料１１０をＬＥＤダイ１０４から熱的に絶縁するために、ＬＥＤダイ１０４を少なくとも部分的に封入することができる。したがって、絶縁材料１０６は、概ね透明であり、低い熱伝導度を有する。例えば、ある実施形態において、絶縁材料１０６は、約０．５Ｗ／（ｍ．Ｋ）未満の熱伝導度を有し得る。他の実施形態では、この絶縁材料１０６は、約０．１５Ｗ／（ｍ．Ｋ）未満の熱伝導度を有し得る。更に他の実施形態では、この絶縁材料１０６は、他の好適な熱伝導度を有することができる。この絶縁材料１０６としては、ポリイミド、溶媒溶解性熱可塑性ポリイミド、他のポリマー、セラミックス、ガラス、及び／又は他の好適な熱的絶縁性材料が挙げられる。
図２Ａに示されるように、伝導材料１０８は、１つの水平部分１０８ｌと、この水平部分１０８ｌから基材１０２に向かって延長し、かつそれに直接接触する２つの垂直部分１０８ｖとを含む。伝導材料１０８は、少なくともＬＥＤダイ１０４の放射スペクトルにおいて、概ね透明であり得る。伝導材料１０８はまた、熱的に伝導性であり得る。例えば、伝導材料１０８は、約１．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）、約１０．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）、約１００．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）を超える熱伝導度、又は他の好適な熱伝導度値を有することができる。
一実施形態では、伝導材料１０８は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ)，フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ)、酸化亜鉛（ＺｎＯ)、及び／又は他の好適な無機透明伝導性酸化物（ＴＣＯｓ）の層を含むことができる。他の実施形態において、伝導材料１０８はまた、透明伝導性ポリマーの有機膜を含み得る。このような透明伝導性ポリマーの例としては、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（４，４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）、及び／又は他のドープされた、或いは無ドープのそれら誘導体が挙げられる。更に他の実施形態では、伝導材料１０８は、他の好適な透明かつ熱伝導性の材料も含むことができる。
伝導材料１１０は、ＬＥＤダイ１０４及びコンバータ材料１１０からの放射の組み合わせが、白色光を模倣し得るように、刺激下において所望の波長にて放射する組成物を有することができる。例えば、一実施形態では、コンバータ材料１１０は、光ルミネッセンス下、緑色から黄色まで並びに赤色に至るまでの色の範囲の放射のために、特定の濃度でセリウム（III）ドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を含有する蛍りん光体を含み得る。他の実施形態においては、コンバータ材料１１０は、ネオジミウムドープＹＡＧ、ネオジミウム−クロム二重ドープＹＡＧ、エルビウムドープＹＡＧ、イッテルビウムドープＹＡＧ、ネオジミウム−セリウム二重ドープＹＡＧ、ホルミウム−クロム−ツリウム三重ドープのＹＡＧ、ツリウムドープＹＡＧ、クロム（ＩＶ)ドープＹＡＧ、ジスプロジウムドープＹＡＧ、サマリウムドープＹＡＧ、テルビウムドープＹＡＧ、及び／又は他の好適な蛍りん光体組成物を含むことができる。更に他の実施形態では、コンバータ材料１１０は、ユーロピウム蛍光体（例えば、ＣａＳ:Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、ＳｒＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、ＢａＳＯ４：Ｅｕ、及び／又はＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕ）を含むことができる。
組立プロセスの初期段階中に、ＬＥＤダイ１０４は、伝導性エポキシ接着剤（例えば、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮの３Ｍ社によって提供されるモデルＮｏ．ＴＣ−２７０７）、金属製はんだ材料（例えば、金／スズはんだ）、及び／又は他の好適な接着材料（図示せず）で、基材１０２に物理的かつ熱的に結合され得る。絶縁材料１０６は、スピンコーティング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、及び／又は他の好適な技法を介して、ＬＥＤダイ１０４及び基材１０２上に形成されることができる。伝導材料１０８は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ、例えばスパッタリング）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、及び／又は他の好適な技法を介して、絶縁材料１０６上に形成され得る。その後、コンバータ材料１１０は、スピンコーティング法、スクリーンプリンティング法、及び／又は他の好適な技法を介して、伝導材料１０８上に形成され得る。
動作において、電力が外部電力源（図示せず）からＬＥＤダイ１０４に供給される。ＬＥＤダイ１０４は、放射領域１０５から第一波長にて第一放射を生成する。ＬＥＤダイ１０４からの第一放射は、透明な絶縁材料１０６と伝導材料１０８を通過し、コンバータ材料１１０に到達する。次いで、コンバータ材料１１０は、第一放射の刺激下で、第二波長にて第二放射を産生する。次いで、この第二放射が第一放射と組み合わさり、白色光に少なくとも近似する光を生み出す。
ＬＥＤダイ１０４はまた、第一放射を生成すると同時に、熱を発生する。ＬＥＤダイ１０４から発生された熱は、基材１０２を介して少なくとも部分的に伝わり、一方絶縁材料１０６は、ＬＥＤダイ１０４からコンバータ材料１１０へと流れる熱流束を少なくとも減少させる。基材１０２と絶縁材料１０６の組み合わせが、ＬＥＤダイ１０４によって産生された熱からコンバータ材料１１０を部分的に遮蔽（シールド）する可能性があるが、コンバータ材料１１０それ自体がまた、第二放射を生成すると同時に熱を発生させることを、発明者は理解している。例えば、コンバータ材料１１０（例えば、セリウム（ＩＩＩ）ドープＹＡＧ）は、典型的には、熱に変換された残存する投入エネルギーで約７５％〜８０％の変換速度（すなわち、単位投入エネルギー当たりの生成された放射のパーセンテージ）を有する。コンバータ材料１１０から発生した熱が十分に散逸されない場合、まだサーマルクエンチングが生じている可能性がある。
発明者はまた、コンバータ材料１１０は、典型的に低い熱伝導度を有すると理解している。結果として、たとえコンバータ材料１１０が、基材１０２と直接接触していても、コンバータ材料１１０それ自体は、十分な量の熱を基材１０２へと伝えることができないと考えられる。したがって、絶縁材料１０６とコンバータ材料１１０との間に伝導材料１０８を挿置することによって、伝導材料１０８は、少なくとも（１）ＬＥＤダイ１０４によって発生した熱の一部及び（２）コンバータ材料１１０によって発生した熱を、基材１０２に効率的に伝え得る。したがって、コンバータ材料１１０内のサーマルクエンチングのリスクは、低減又は排除もされ得る。
図２Ａに示されるＬＥＤデバイス１００が、絶縁材料１０６とコンバータ材料１１０との間に挿置された伝導材料１０８を有してはいるが、図２Ｂに示されるようなある実施形態では、伝導材料１０８は、絶縁材料１０６から隔置されていることが可能である。この結果、コンバータ材料１１０は、伝導材料１０８と絶縁材料１０６との間に挿置される。
図２Ｃに示されるような他の実施形態では、絶縁材料１０６は、省略されてもよい。この結果、伝導材料１０８が、コンバータ材料１１０とＬＥＤダイ１０４との間に直接的に挿置される。これら実施形態では、ＬＥＤダイ１０４は、オプションとして、伝導材料１０８と直接接触している電気絶縁体１０７を含んでよい。この電気絶縁体１０７としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、及び／又は他の好適な電気絶縁材料が挙げられる。動作において、伝導材料１０８は、（１）ＬＥＤダイ１０４によって発生した熱の一部及び（２）コンバータ材料１１０によって発生した熱の双方を、基材１０２に伝える。
図２Ａ〜２Ｃ中のコンバータ材料１１０は、下に重なる材料（例えば、図２Ａ中の伝導材料１０８）を概ね封入するように示されている。しかしながら、図２Ｄに示されるような他の実施形態では、コンバータ材料１１０は、伝導材料１０８の表面１０９上にだけで形成されてもよい。伝導材料１０８の表面１０９は、ＬＥＤダイ１０４から向きが逸れている。コンバータ材料１１０は、ＬＥＤダイ１０４の放射領域１０５及び／又は他の好適な幅に概ね相当する幅Ｗを有する。他の実施形態では、コンバータ材料１１０は、図３Ａ〜４Ｃを参照して以下により詳細に説明されるような他の構成を有してよい。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の技術の実施形態による、伝導材料の複数の層を有するＬＥＤデバイス２００の概略断面図である。ＬＥＤデバイス２００、及び本明細書に記載される他のＬＥＤデバイスは、図２Ａ〜２Ｄを参照して上述されたものと概ね同様な機能を備えた構造を含むことができる。このように、共通の振る舞い及び構造は、同じ参照番号によって特定される。動作及び構造における著しい違いのみが、以下に説明されている。
図３Ａに示されるように、ＬＥＤデバイス２００が、互いにコンバータ材料１１０によって互いに分離されている第一伝導材料１０８ａと第二伝導材料１０８ｂとを含むことを除いては、ＬＥＤデバイス２００は、図２ＡのＬＥＤデバイス１００と概ね同様の構成部品を含み得る。その結果として、第一伝導材料１０８ａは、コンバータ材料１１０の第一表面１１０ａと直接接触している。第二伝導材料１０８ｂは、コンバータ材料１１０の第二表面１１０ｂと直接接触している。
ある実施形態において、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂは、概ね同様な厚さを備えた同一材料（例えば、ＩＴＯ）を一般的に含むことができる。他の実施形態では、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂは、異なる材料を含むことも可能である。
例えば、第一伝導材料１０８ａがＩＴＯを含み、並びに第二伝導材料１０８ｂがＦＴＯを含む。更に他の実施形態では、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂは、異なる厚さ及び／又は物理的特性を備えた同一材料を含むこともできる。
第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂは、（Ｙ軸として表されたような）コンバータ材料１１０の第一及び第二表面１１０ａ及び１１０ｂに概ね垂直な方向の、コンバータ材料１１０内の温度均一性を改善することができると考えられる。コンバータ材料１１０は、その低熱伝導度のために、操作中にＹ軸に沿った内部温度勾配を有し得ると考えられる。例えば、発生した熱が、コンバータ材料１１０のわずか１つの面（例えば、第一表面１１０ａ）のみから離れて伝導される場合、コンバータ材料１１０の向かい合う面（例えば、第二表面１１０ｂ）は、熱伝導表面よりも高い温度の状態であり得る。結果的に、第二表面１１０ｂに近いコンバータ材料１１０の部分は、なおもサーマルクエンチングを被る可能性がある。したがって、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂによって形成される２つの熱伝導経路に沿って、第一及び第二表面１１０ａ及び１１０ｂの双方から離れて熱を伝導させることによって、Ｙ軸に沿ったコンバータ材料１１０の温度プロファイルが、コンバータ材料１１０のただ１つの表面からの伝導熱よりも一層均一であり得る。
図３Ｂは、コンバータ材料１１０内の更に改善された温度均一性を備えたＬＥＤデバイス２００の概略断面図である。図３Ｂに示されるように、ＬＥＤデバイス２００は、コンバータ材料１１０内の複数のバイアス１１２と、個別に保持される第三伝導材料１０８ｃとを含む。図示された実施形態において、バイアス１１２は、第一及び第二伝導材料１０８ａと１０８ｂとの間に直接に延びる概ね直線状の経路を個々に含む。他の実施形態では、バイアス１１２はまた、蛇状経路、段階的経路、及び／又は他の好適な構成を含むことができる。第一、第二、および第三伝導材料１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃは、同一材料（例えばＩＴＯ）を含んでもよく、或いは異なる材料及び／又は異なる物理的特性を含んでもよい。
第三伝導材料１０８ｃは、（Ｘ軸によって表されたような）第一及び第二表面１１０ａ及び１１０ｂに概ね平行である別の方向の温度勾配を平均化させることによって、コンバータ材料１１０内の温度均一性を更に改善させることができると考えられる。コンバータ材料１１０は、その低熱伝導度のために、動作中に、上述したようなＹ軸に沿う内部温度勾配だけではなく、Ｘ軸に沿う内部温度勾配をまた有し得ると考えられる。結果として、コンバータ材料１１０の一部分は、水平方向に隔置されたその別の部分が正常に操作されている場合に、サーマルクエンチングをなおも経験していることになる。したがって、Ｘ軸に沿って複数のバイアス１１２を採用することによって、第三伝導材料１０８ｃは、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂによって形成されたものに概ね垂直な別の熱伝導経路を形成し得る。このように、Ｘ軸に沿ったコンバータ材料１１０の温度プロファイルは、このような伝導経路が不在の場合よりもなお一層均一であり得る。
図３Ａ及び３Ｂには、１つだけのコンバータ材料１１０が示されているが、ある実施形態では、ＬＥＤデバイス２００はまた、一連の互いの上に形成された、第一伝導材料１０８a、コンバータ材料１１０、および第二伝導材料１０８ｂの複数の繰り返しパターンを含むことができる。他の実施形態では、この繰り返しパターンは、（図３Ｂに示されたように）第三伝導材料１０８ｃを更に含むことができる。更に他の実施形態においては、ＬＥＤデバイス２００は、図４Ａ〜４Ｃを参照して以下により詳細に説明されているような、１個以上のＬＥＤダイ１０４を含んでもよい。
図４Ａ〜４Ｃは、本技術の実施形態による、複数個のＬＥＤダイを備えたＬＥＤデバイス３００の概略断面図である。説明の便宜上、２個のＬＥＤダイが図４Ａ〜４Ｃに示されてはいるが、ＬＥＤデバイス３００は、特定の用途のために、３個、４個、又は任意の他の所望の数のＬＥＤダイを含んでよい。
図４Ａに示されるように、ＬＥＤデバイス３００は、並列配置で、基材１０２によって支持された第一ＬＥＤダイ１０４ａと、第二ＬＥＤダイ１０４ｂとを含む。第一絶縁材料１０６ａと第一伝導材料１０８ａとが、第一ＬＥＤダイ１０４ａ上に形成されている。第二絶縁材料１０６ｂと第二伝導材料１０８ｂとが、第二ＬＥＤダイ１０４ｂ上に形成されている。図示された実施形態では、第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂは、構造及び機能において概ね同様であり得る。他の実施形態では、第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂは、異なる構造及び／又は機能を有してもよい。
ＬＥＤデバイス３００はまた、第一及び第二伝導材料１０８ａ及び１０８ｂを封入しているコンバータ材料１１０を含んでもよい。したがって、コンバータ材料１１０は、第一ＬＥＤダイ１０４ａに概ね相当する第一部分１１０ａと、第二ＬＥＤダイ１０４ｂに概ね相当する第二部分１１０ｂと、第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂの間の第三部分１１０ｃとを含むことができる。組立中には、ダム１１４（明確にするために仮想線で表示されている）が、基材１０２に対して配置され得、ダム１１４と基材１０２との間の空間を埋めるために、コンバータ材料１１０が、スピンコーティングされるか、注入されるか、及び／又は別の方法が適用され得る。他の実施形態では、コンバータ材料１１０は、ダム１１４の存在下又は不在下で、他の好適な技法を介して形成されてもよい。
オプションとして、ＬＥＤデバイス３００はまた、コンバータ材料１１０の第三部分１１０ｃ内に開口１１５を含んでよい。開口１１５は、基材１０２と直接接触している伝導材料１１７を保持し得る。組立中に、光蝕刻法を介して伝導材料１１０をパターン付けし、乾式エッチング、湿式エッチング、及び／又は他の好適な材料除去技術を介して、第三部分１１０ｃから伝導材料１１０の一部を除去することによって、オプションの開口１１５が形成され得る。更に他の実施形態では、開口１１５が省略されてもよい。
図４Ｂは、伝導材料１０８が第一及び第二絶縁材料１０６ａ及び１０６ｂの双方を封入するようなＬＥＤデバイス３００の別の実施形態を図示している。結果的に、伝導材料１０８は、第一ＬＥＤダイ１０４ａに概ね相当する第一部分１０８ａと、第二ＬＥＤダイ１０４ｂに概ね相当する第二部分１０８ｂと、第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂの間に第三部分１０８ｃとを含む。
図４Ｃは、絶縁材料１０６が第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂを封入しているようなＬＥＤデバイス３００の追加的実施形態を図示している。この結果、絶縁材料１０６は、第一ＬＥＤダイ１０４ａに概ね相当する第一部分１０６ａと、第二ＬＥＤダイ１０４ｂに概ね相当する第二部分１０６ｂと、第一及び第二ＬＥＤダイ１０４ａ及び１０４ｂの間に第三部分１０６ｃを含むことになる。
以上より、本発明の技術の特定な実施形態が、例示のために本明細書で記載されてきたが、本開示から逸脱することなく、種々の変形がなされ得ることを理解されたい。例えば、ＬＥＤデバイス３００が、１個の伝導材料１０８を有するものとして図４Ａ〜４Ｃには示されてはいるが、ある実施形態において、例えば図３Ａ及び３Ｂを参照して上述されたように、ＬＥＤデバイス３００はまた、２個又はそれ以上の伝導材料を含んでもよい。更には、一実施形態の多くの構成要素が、他の実施形態の構成要素に加えて、或いはそれらの代わりに、他の実施形態と組み合わされ得る。したがって、本開示は、添付された特許請求の範囲によって限定されるものを除いては、限定されるものとみなされない。

Claims (29)

  1. 約１．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）を超える熱伝導度を備える基材と、
    前記基材によって支持されるＬＥＤダイであり、前記基材に熱的に結合されているＬＥＤダイと、
    前記ＬＥＤダイ上の絶縁材料であり、少なくとも部分的に透明である絶縁材料と、
    前記絶縁材料とは隔置されているコンバータ材料であり、蛍りん光体を含むコンバータ材料と、
    前記コンバータ材料と前記基材との双方に直接接触している伝導材料であり、約１．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）を超える熱伝導度を有する伝導材料と、
    を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス。
  2. 前記基材が、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ)、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ステンレス鋼（Ｆｅ）、ダイヤモンド（Ｃ）、ガラス（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくとも１つを含み、
    前記ＬＥＤダイが、一連の互いの上に堆積された、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）材料、及びＰ型ＧａＮ材料を含み、
    前記絶縁材料が、ポリイミド、溶媒溶解性熱可塑性ポリイミド、セラミック材料、及びガラスのうちの少なくとも１つを含み、前記絶縁材料が、約０．１５Ｗ／（ｍ．Ｋ）未満の熱伝導度を有し、
    前記伝導材料が、セリウム（III）ドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）ネオジミウムドープＹＡＧ、ネオジミウム−クロム二重ドープＹＡＧ、エルビウムドープＹＡＧ、イッテルビウムドープＹＡＧ、ネオジミウム−セリウム二重ドープＹＡＧ、ホルミウム−クロム−ツリウム三重ドープＹＡＧ、ツリウムドープＹＡＧ、クロム（ＩＶ)ドープＹＡＧ、ジスプロジウムドープＹＡＧ、サマリウムドープＹＡＧ、及びテルビウムドープＹＡＧ、ＣａＳ:Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、ＳｒＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、ＢａＳＯ４：Ｅｕ、及びＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕのうちの少なくとも１つを含み、
    前記伝導材料が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１つを含み、並びに、
    前記伝導材料が、前記ＬＥＤダイに概ね相当する水平部分と、前記水平部分から前記基材に向かって延び、かつ前記基材と直接接触する少なくとも１つの垂直部分とを含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  3. 前記伝導材料が、前記コンバータ材料と前記絶縁材料との間にある、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  4. 前記コンバータ材料が、前記伝導材料と前記絶縁材料との間にある、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  5. 前記伝導材料が、前記ＬＥＤダイに概ね相当する水平部分と、前記水平部分から前記基材に向かって延び、かつ前記基材と直接接触する２つの向かい合う垂直部分とを含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  6. 前記伝導材料が、前記ＬＥＤダイに概ね相当する水平部分と、前記水平部分から前記基材に向かって延び、かつ前記基材と直接接触する２つの向かい合う垂直部分を含み、
    前記コンバータ材料が、前記伝導材料を概ね封入する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  7. 前記伝導材料が、前記ＬＥＤダイに概ね相当する水平部分と、前記水平部分から前記基材に向かって延び、かつ前記基材と直接接触する２つの向かい合う垂直部分を含み、
    前記伝導材料の前記水平部分が、前記ＬＥＤダイから逸れている表面を含み、並びに、
    前記コンバータ材料が、前記伝導材料の前記表面上にあり、前記ＬＥＤダイの放射領域に概ね相当する幅を備える、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  8. 前記伝導材料が、前記コンバータ材料と前記絶縁材料との間にある第一伝導材料であり、
    前記ＬＥＤデバイスが、前記第一伝導材料から隔置され、かつ前記コンバータ材料と直接接触する第二伝導材料を更に含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  9. 前記伝導材料が、前記コンバータ材料と前記絶縁材料との間にある第一伝導材料であり、
    前記ＬＥＤデバイスが、前記第一伝導材料から隔置され、かつ前記コンバータ材料と直接接触する第二伝導材料を更に含み、
    前記コンバータ材料が、前記第一伝導材料から前記第二伝導材料に向かって延長している複数のバイアスを含み、
    前記複数のバイアスが、個別に第三伝導材料を含有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  10. 前記ＬＥＤダイが第一ＬＥＤダイであり、
    前記ＬＥＤデバイスが、前記第一ＬＥＤダイと並列配置で、前記基材によって支持された第二ＬＥＤダイを更に含み、
    前記絶縁材料、前記コンバータ材料、及び前記伝導材料のうちの少なくとも１つが、前記第一及び第二ＬＥＤダイを封入する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
  11. サーマルシンクと、
    前記サーマルシンクと熱的に結合されたＬＥＤダイと、
    前記ＬＥＤダイから隔置された蛍光体と、
    前記蛍光体と前記サーマルシンクとの双方に直接接触した熱伝導経路であり、前記蛍光体から前記サーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成されている熱伝導経路と、を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス。
  12. 前記熱伝導経路の少なくとも一部が、前記蛍光体と前記ＬＥＤダイとの間に直接にある、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  13. 前記熱伝導経路の少なくとも一部が、前記蛍光体と前記ＬＥＤダイとの間に直接にあり、
    前記ＬＥＤダイが、前記熱伝導経路に隣接する電気絶縁体を含む、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  14. 前記熱伝導経路が、第一熱伝導経路であり、並びに、
    前記ＬＥＤデバイスが、前記蛍光体と直接接触している第二伝導経路を更に含み、前記第二熱伝導経路が、前記蛍光体から前記サーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成されている、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  15. 前記熱伝導経路が、第一熱伝導経路であり、
    前記ＬＥＤデバイスが、前記蛍光体と直接接触している第二伝導経路を更に含み、前記第二熱伝導経路が、前記蛍光体から前記サーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成され、
    前記第一及び第二熱伝導経路が、互いに対して概ね平行である、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  16. 前記熱伝導経路が、第一熱伝導経路であり、
    前記ＬＥＤデバイスが、双方ともに前記蛍光体と直接接触している第二伝導経路と第三熱伝導経路を更に含み、前記第二熱伝導経路が、前記蛍光体から前記サーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成され、前記第三熱伝導経路が、前記蛍光体から前記第一及び／又は第二熱伝導経路に向かって熱を伝えるように構成されている、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  17. 前記熱伝導経路が、第一熱伝導経路であり、
    前記ＬＥＤデバイスが、双方ともに前記蛍光体と直接接触している第二伝導経路と第三熱伝導経路を更に含み、前記第二熱伝導経路が、前記蛍光体から前記サーマルシンクに向かって熱を伝えるように構成されていて、並びに前記第三熱伝導経路が、前記蛍りん光体から前記第一及び／又は第二熱伝導経路に向かって熱を伝えるように構成され、
    前記第一及び第二熱伝導経路が、互いに対して概ね平行であり、
    前記第三熱伝導経路が、前記第一及び／又は第二熱伝導経路に概ね垂直である、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  18. 前記ＬＥＤデバイスが、前記熱伝導経路と前記ＬＥＤダイとの間の絶縁材料を更に含み、
    前記絶縁材料が、前記ＬＥＤダイから前記蛍光体に至る熱流に抵抗するよう構成される、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  19. 前記ＬＥＤデバイスが、前記熱伝導経路と前記ＬＥＤダイとの間の絶縁材料を更に含み、
    前記絶縁材料が、絶縁材料を介して前記ＬＥＤダイから前記蛍光体に至る熱流に抵抗するよう構成され、
    前記熱伝導経路がまた、前記熱流の少なくとも一部を前記サーマルシンクに伝えるように構成されている、請求項１１に記載のＬＥＤデバイス。
  20. ＬＥＤダイがサーマルシンクに熱的に結合されるように、前記ＬＥＤダイを前記サーマルシンクに取り付けることと、
    少なくとも部分的に透明である絶縁材料で、前記ＬＥＤダイを封入することと、
    約１．０Ｗ／（ｍ．Ｋ）を超える熱伝導度を有する、伝導材料を前記絶縁材料及び前記サーマルシンク上に蒸着させることと、
    前記ＬＥＤダイの放射領域に概ね相当する、蛍光体を前記伝導材料上に蒸着させること、と、
    を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスの製造方法。
  21. 前記伝導材料を蒸着させることが、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）を介して、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１つを前記絶縁材料上に蒸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記ＬＥＤダイを封入することが、スピンコーティング法又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）を介して、ポリアミド、溶媒溶解性熱可塑性ポリアミド、セラミック材料、及びガラスのうちの少なくとも１つで、前記ＬＥＤダイを封入することを含み、
    前記伝導材料を蒸着させることが、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１つを、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）を介して、前記絶縁材料上に蒸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
  23. 前記伝導材料を蒸着させることが、
    第一伝導材料を前記絶縁材料上に蒸着させることと、
    前記蛍光体を蒸着後に、第二伝導材料を前記蛍光体上に蒸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
  24. 前記伝導材料を蒸着させることが、
    第一伝導材料を前記絶縁材料上に蒸着させることと、
    前記蛍光体を蒸着後に、第二伝導材料を前記蛍光体上に蒸着させることを含み、前記第二伝導材料が、前記第一伝導材料と概ね同一である、請求項２０に記載の方法。
  25. 前記伝導材料を蒸着させることが、
    第一伝導材料を前記絶縁材料上に蒸着させることと、
    前記蛍光体を蒸着後に、第二伝導材料を前記蛍光体上に蒸着させることと、
    前記蛍光体内に、前記第一及び第二伝導材料の間で個別に直接に延びる、複数のバイアスを形成させることと、
    前記複数のバイアスを、第三伝導材料で埋めること、を含む、請求項２０に記載の方法。
  26. サーマルシンクと、
    前記サーマルシンクに熱的に結合され、放射領域を有するＬＥＤダイと、
    前記ＬＥＤダイから隔置されていて、前記ＬＥＤダイの前記放射領域に少なくとも部分的に相当する蛍光体と、
    前記蛍光体から離れて前記サーマルシンクに向かって熱を伝導させる手段と、を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス。
  27. 前記ＬＥＤダイから前記蛍光体に向かう熱流に抵抗するための手段を更に含む、請求項２６に記載のＬＥＤデバイス。
  28. 前記蛍光体が、第一表面と、第一表面に向かい合う第二表面とを含み、
    前記蛍光体から離れて熱を伝導させるための手段が、前記蛍光体の前記第一及び第二表面の双方ともに離れて熱を伝導させるための手段を含む、請求項２６に記載のＬＥＤデバイス。
  29. 前記蛍光体が、第一表面と、第一表面に向かい合う第二表面とを含み、
    前記蛍光体から離れて熱を伝導させるための手段が、前記第一及び第二表面に対して概ね平行な第一方向に沿って、並びに前記第一方向に対して概ね垂直な第二方向に沿って、前記蛍光体から離れて熱を伝導させるための手段を含む、請求項２６に記載のＬＥＤデバイス。
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