JP2020501187A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

第１表面２１を備えるルミネッセント要素２と、ルミネッセント要素の第１表面に構成された少なくとも１つの冷却要素３と、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から距離ｄの間隔を置いて構成されるように冷却要素３とルミネッセント要素の第１表面２１との間に構成された複数のスペーサ要素５と、を備える発光デバイス１。少なくとも１つの冷却要素３は、クランプ力、生産工程中に受ける力、及びルミネッセント要素２の内部を伝搬する光及び／又は熱、のうちのいずれか１つ以上によって誘起されたルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有し、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、少なくとも１つの冷却要素３とルミネッセント要素２とを共に押し付けるために力Ｆが加えられている。

Description

本発明は、第１表面を備えるルミネッセント要素と、ルミネッセント要素の第１表面に構成された少なくとも１つの冷却要素と、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から距離ｄの間隔を置いて構成されるように冷却要素とルミネッセント要素の第１表面との間に構成された複数のスペーサ要素とを備えた、発光デバイスに関する。

ＬＥＤからの青色光によって照射される、光沢のある細長い矩形のルミネッセント要素は、発光デバイスの分野では良く知られている。このようなルミネッセント要素の内部で、青色光は緑色光又は赤色光に変換される。特定の指向性コーン内の光子は、ルミネッセント要素の側面によって内部全反射（ＴＩＲ）を受け、出射窓（又は出射窓とは反対側の表面上のミラー）に伝搬し、所望の画像化又は照明目的のために使用され得る。

青色光の、より長い波長の光への変換は、ストークスシフトに起因して、発熱に関連する。光に対してＴＩＲを維持しながら、ルミネッセント要素から熱を取り出して輸送しなければならない。これは、ＴＩＲ表面と冷却プレートの表面との間に、小さいがゼロではない距離を維持することによって実施することができる。

国際公開第２０１４／２０２７２６（Ａ１）号は、透明なヒートシンク要素及びルミネッセント光ガイドを備える発光デバイスについて記載している。一実施形態に関連して、透明なヒートシンク要素とルミネッセント光ガイドとの間に間隙を設けてもよいことが述べられている。間隙は、例えば、２００μｍ未満、１００μｍ未満、又は５０μｍ未満のサイズを有し得る。間隙は、スペーサ要素によって維持された空隙であってもよく、又は光学的に透過性かつ熱的に非透過性の材料、例えば比較的低い熱伝導率を有する光学的に透明な接着剤で部分的に又は完全に充填されてもよい。

しかし、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離が熱抵抗の約５０％に寄与するため、距離の大きさは重要である。特に、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離が、ＴＩＲに関連して生成されたエバネッセント波が冷却板に向かって光損失を引き起こさないほどに十分大きいが、しかし、それが熱抵抗に過度に寄与するほどには過度に大きくないことが重要である。工業的環境において、この正確な距離を維持することは困難な課題であることが判明している。

本発明の目的は、この問題を克服し、ルミネッセント要素及び冷却要素を備える発光デバイスを提供することであって、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離が、ＴＩＲに関連して生成されたエバネッセント波が冷却板に向かって光損失を引き起こさないほどに十分大きく維持されているが、しかし、それが熱抵抗に過度に寄与するほどには大きすぎない。

更なる目的は、工業的環境において、この正確な距離を維持することが可能になる発光デバイスを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、第１表面を備えるルミネッセント要素と、ルミネッセント要素の第１表面に構成された少なくとも１つの冷却要素と、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から距離ｄの間隔を置いて構成されるように冷却要素とルミネッセント要素の第１表面との間に構成された複数のスペーサ要素とを備え、少なくとも１つの冷却要素は、ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンス（compliance）を有し、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素とを共に押し付ける力が加えられている、発光デバイスによって実現される。

発光デバイスに、ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有する少なくとも１つの冷却要素を設けることにより、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離が、ＴＩＲに関連して生成されたエバネッセント波が冷却板に向かって光損失を引き起こさないように、常に十分大きく維持され得るように、発光デバイスが設けられる。

少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素とを共に押し付ける力を加えることにより、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離が、熱抵抗に過度に寄与しないように、常に制限されたままでもあり得るように、発光デバイスが設けられる。これにより、冷却効果は損なわれない。

本明細書で使用する場合、用語「コンプライアンス」は、力が印加された場合に弾性変形を受ける材料の特性、換言すれば剛性の反対、を意味することを意図している。

本明細書で使用する場合、用語「直接相互接触」は、２つの要素間にいかなる追加要素も含まない、２つの要素間の物理的接触を意味することを意図している。

一実施形態では、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、加えられた力により、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素とが共に押し付けられる。

一実施形態では、冷却要素とルミネッセント要素とを共に押し付ける力は予め定められた力であり、及び／又は、ルミネッセント要素を共に押し付ける力は、時間の経過と共に一定であるか若しくは一定に維持されているか、又は実質的に一定であるか若しくは一定に維持されている。

一実施形態では、少なくとも１つの冷却要素は、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有する。

ルミネッセント要素の反りは、例えば、クランプ力、生産工程中に受ける力、及びルミネッセント要素の内部を伝搬する光及び／又は熱、のうちのいずれか１つ以上によって誘起されたものであってもよい。

それに加えて、そのような発光デバイスによって、工業的環境において、この正確な距離の維持が可能となり、かつその実現が更に容易になる。

一実施形態では、少なくとも１つの冷却要素のうちのルミネッセント要素に面した部分のみがコンプライアンスを有し、それにより、冷却要素は、特に、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も相互接触しないように、ルミネッセント要素の内部を伝搬する光及び／又は熱によってルミネッセント要素内で誘起されたルミネッセント要素の反りに追従するように適合されている。

それにより、冷却要素の他の部分が、より耐久性のある材料であり、及び／又は頑強な構造を有して作製され得るので、より単純かつより堅牢な構造を有する発光デバイスが提供される。

一実施形態では、複数のスペーサ要素は、少なくとも１つの冷却要素上に設けられた表面構造、及び別個のスペーサ要素のうちの１つである。

表面構造体の形態のスペーサ要素は、より少ない構成要素を備える発光デバイスを提供し、したがって生産において、より安価である。そのような表面構造は、一実施形態では、スペーサ要素を形成する突出部の形態の表面構造体の正確かつ所望のサイズ及び形状が現れるように、冷却要素の表面を凹ませることによって、単純かつ安価な方法で設けることができる。このような表面構造はまた、ルミネッセント要素を通って光及び／又は熱が伝搬され、冷却要素に向かって熱が伝達される場合に、発光デバイス内でスペーサ要素の位置において優勢な温度範囲と本質的に両立するという利点も有する。また、細長い形状は、より多くの光を吸収し、一方で強い力に耐えることができる可能性がある。これに対して、別個の要素の形態のスペーサ要素は、より広い範囲の材料及び種類のスペーサ要素の選択を可能にする利点を有し、それにより反射率及び熱伝導性などの、より多くの要因が考慮され得る。

一実施形態では、複数のスペーサ要素は、ナノスフェアの形態のビーズである。

ナノスフェアは、ルミネッセント要素の表面に適用するのに特に単純であるという利点を有し、したがって、生産が単純な発光デバイスが提供される。ナノスフェアはまた、安定した位置を維持すると共に、表面に平行な面積を最小化するので、機械的機能と光学的／光損失機能との間の良好な妥協点をもたらす。

一実施形態では、ナノスフェアは、シリカナノスフェア、単分散シリカナノスフェア、又は銀被覆ナノスフェアである。

Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２ナノスフェアは、商業的に正確な寸法で入手可能である。これらの材料は白色であり、これはスペーサ密度が高い場合に幾分は有利であり得る。他の材料も好適であり得る。

これらのタイプのナノスフェアは、ルミネッセント要素を通って光及び／又は熱が伝搬され、冷却要素に向かって熱が伝達される場合に、発光デバイス内でスペーサ要素の位置において優勢な温度範囲と両立するという利点を有する。銀被覆ナノスフェアは、多くの光を反射し、したがって、より高密度のスペーサ要素の使用を可能にするという更なる利点を有する。また、銀被覆ナノスフェアに対して、黒化を防止するために、任意選択の保護層、例えばＳｉＯ_２を加えてもよく、そうしなければ空気中のＨ_２Ｓの存在に起因して黒化が生じ得る。

一実施形態では、複数のスペーサ要素の最小密度は、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も相互接触しないような、少なくとも１つの冷却要素のコンプライアンスに応じて選択される。

これにより、一般的に及び工業環境内の両方において正確な距離を維持することが確保され、同時に、冷却要素の材料及び／又は構造の性質が考慮される。

一実施形態では、複数のスペーサ要素の最大密度は、スペーサ要素によって引き起こされる光損失の量に応じて選択される。

これにより、スペーサ要素の数を制限する一方で、一般的に及び工業環境内の両方において正確な距離を維持することが確保され、同時に、スペーサ要素によって引き起こされる光損失が最小化され、したがって発光デバイスの高い効率が維持される。

一実施形態では、スペーサ要素は、ルミネッセント要素の第１表面上に規則的に分布している。

これにより、正確な距離だけでなく、ルミネッセント要素の第１表面の領域にわたる均一な距離も、一般的に及び工業環境内の両方において維持することが確保され、同時に、スペーサ要素の数を最適化することも可能になる。

一実施形態では、スペーサ要素は、湿式スプレー法、半湿式スプレー法、乾式スプレー法、ウェットエッチング、ドライエッチング、又は陽極処理とそれに続くレーザアブレーション若しくはエングレービングによって冷却要素上に設けられる。これにより、スペーサ要素の均一な又は規則的な分布が、実証済みの、したがって使用が単純なプロセスを用いることによって得ることができる。陽極処理、及びその後に続くレーザアブレーション又はエングレービングはそれに加えて、改善された表面粗さを提供し、最適な熱接触を確保することと、冷却要素とルミネッセント要素との間の光学的接触を回避することとの間で、特に良好なトレードオフを提供する。

一実施形態では、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から間隔を置いて構成された距離ｄは、ルミネッセント要素の第１表面の延長部にわたって均一である。

均一な距離は、一般に、光損失と熱抵抗との間の最良の妥協点である。光強度及び／又は温度及び／又は周囲への熱抵抗が位置に対して大幅に変化する場合にのみ、距離ｄが位置に対して、いくらかの勾配を有することが有利であり得る。

一実施形態では、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から間隔を置いて構成された距離ｄは１μｍ超かつ１０μｍ未満である。

ルミネッセント要素と冷却要素との間の数μｍの距離が、ＴＩＲに関連して生成されたエバネッセント波が冷却板に向かって過度の光損失を引き起こさないほどに十分大きいことが示されている。現時点で技術的に実現可能なルミネッセント要素と冷却要素との間の距離である（推定）６μｍよりも小さい距離が、現時点で実現可能な熱抵抗を改善するであろう。したがって、ルミネッセント要素と冷却要素との間の１μｍ〜１０μｍの距離が、上述の２つの効果の間に最適なトレードオフを提供することが示されている。実際の値は、複数の要因間での綿密なトレードオフであり、例えば１．５〜１．７５μｍ（又は最長の関連する波長の約３波長）と予想されるが、これより低くてもよい。しかし、過度に小さい距離では、特に長波長は短波長よりも、より減衰することになり、これにより画像のいくらかの不均一をもたらし得る。更により短い間隙では、光損失自体がかなり大きくなる。過度に小さい距離では、関連する距離スケールで、両方の表面を十分平坦に作製するためのコストが増加する可能性がある。例えば、クリーンルーム及び関連する処置が必要となる可能性があり、この場合、汚損が間隙の厚さに影響を与える関連要因となり得る。また、過度に大きい距離では、間隙が全熱抵抗の約半分を占める現時点の６μｍ（かなりのばらつきを有する）を上回ると利点はない。

上記を考慮すると、一実施形態では、冷却要素がルミネッセント要素の第１表面から間隔を置いて構成された距離ｄは、したがって、発光デバイスによって発せられる光の波長の２〜３倍に相当する１μｍ超かつ５μｍ未満である。

一実施形態では、少なくとも１つの冷却要素は、冷却要素のコンプライアンスを提供するように適合された壁を備える中空冷却要素であり、中空冷却要素は流体で充填され、流体は、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素とを一緒に押し付けるために加える力を提供するような圧力下にある。

それにより、圧力下にある流体から冷却要素の壁に対して生じた力が冷却要素をルミネッセント要素に向かって円滑に押し付けるような、単純で耐久性のある構造を有する冷却要素を有する発光デバイスは、したがって、ルミネッセント要素の第１表面の全領域にわたって距離ｄが均一に維持される。

一実施形態では、少なくとも１つの冷却要素は、スリット又はフィンを備える冷却要素であり、スリット又はフィンの数及び密度は、冷却要素のコンプライアンスを提供するように選択される。

それにより、特に単純で耐久性のある構造を有する冷却要素を有する発光デバイスが提供され、スリット又はフィンは必要なコンプライアンスを提供して、印加された力が冷却要素をルミネッセント要素に向かって円滑に押し付け、よってルミネッセント要素の第１表面の全領域にわたって距離ｄを均一に維持することが確保される。

一実施形態では、発光デバイスは更に、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素を一緒に押し付けるために印加される力を印加するように適合された力印加デバイスを備える。

そのような力印加デバイスは、例えば、発光デバイスを保持するクランプ又はばね付勢デバイスであってもよい。それにより、ルミネッセント要素と冷却要素に印加される力は、特に単純かつ直線的に前方に加えられる。

一実施形態では、発光デバイスは、ルミネッセント要素の第１表面とは反対側のルミネッセント要素の第２表面に構成された更なる冷却要素と、更なる冷却要素とルミネッセント要素の第２表面との間に構成された更なる複数のスペーサ要素とを備え、更なる冷却要素は、ルミネッセント要素の第２表面から距離ｄ'の間隔を置いて構成され、更なる冷却要素は、ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有し、少なくとも１つの冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、更なる冷却要素とルミネッセント要素とを共に押し付けるために力が加えられている。

更なる実施形態では、更なる冷却要素は、更なる冷却要素とルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有する。

これにより、上述の及び他の目的を依然として達成しながら、更なる冷却効果が発光デバイスにもたらされる。更に改善された冷却効果のために、３つ以上の冷却要素を有する発光デバイスを提供することも可能であることに留意されたい。

更なる一実施形態では、発光デバイスは更に、動作中に第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出し、ルミネッセント要素の光入射面に、又は光入射面の上に構成されるように適合された複数のＬＥＤを備え、ルミネッセント要素は、光入射面において第１のスペクトル分布を有する第１の光を受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を第２のスペクトル分布を有する第２の光に変換し、第２の光を光出射面に導き、第２のスペクトル分布を有する第２の光を光出射面からアウトカップルするように適合されている。

本発明は更に、本発明による発光デバイスを有する照明デバイス又は照明器具に関する。

本発明は、請求項に記載されている特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものである点に留意されたい。

次に、本発明のこの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
ルミネッセント要素及び１つの冷却要素を備える、本発明による発光デバイスの第１の実施形態の斜視図を示す。 ルミネッセント要素の互いに反対側の表面に構成された２つの冷却要素を備える、図１による発光デバイスの斜視図を示す。 ルミネッセント要素及び１つの冷却要素を備える、本発明による発光デバイスの第２の実施形態の斜視図を示す。 ルミネッセント要素の互いに反対側の表面に構成された２つの冷却要素を備える、図３による発光デバイスの斜視図を示す。 発光デバイスのルミネッセント要素の光入射面に構成された複数のＬＥＤを更に備える、図１による発光デバイスを示す。 本発明による、発光デバイスのルミネッセント要素と冷却要素との間にスペーサ要素を設けるために、陽極処理と、それに続くレーザアブレーションを用いたプロセスの工程を概略的に示す。 図６に示すプロセスによって得られた、本発明による発光デバイスの概略側面図を示す。 図６に示すようなプロセスでレーザアブレーションによって作製され得る様々なパターンを示す。 これらの図で示されるように、層及び領域のサイズは、例示の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提供されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。

ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

図１は、本発明による発光デバイス１の第１の実施形態の斜視図を示す。発光デバイス１は、第１表面２１を有するルミネッセント要素２、及びルミネッセント要素２の第１表面２１に構成された冷却要素３を備える。

ルミネッセント要素２は、示した実施形態では、光沢のある細長い矩形ロッドである。しかし、ルミネッセント要素２の他の形状も実現可能である。ルミネッセント要素２は、ＬＥＤからの青色光によって照射される。図１では、そのようなＬＥＤ７がルミネッセント要素２の下面２３に隣接して構成されるように概略的に示されているが、この位置に限定されるものではない。ルミネッセント要素２の内部で、青色光は緑色光又は赤色光に変換される。特定の指向性コーン内の光は、表面、例えば、ルミネッセント要素２の第１表面２１又は反対側の第２表面２２によって、内部全反射（ＴＩＲ）を受け、ルミネッセント要素２の出射窓（又は出射窓とは反対側の表面上に構成されたミラー）に伝搬し、ビーマの画像形成などの所望の用途に使用され得る。

青色光の、より長い波長の光への変換は、ストークスシフトに起因して、発熱に関連する。第１表面２１において光に対する内部全反射（ＴＩＲ）を維持しながら、熱を第１表面２１においてルミネッセント要素２から冷却要素３に伝達しなければならない。これは、第１表面２１と、ルミネッセント要素２に面する冷却プレート３の表面３１との間に、小さいがゼロではない距離ｄを維持することによって実施することができる。

したがって、冷却要素３がルミネッセント要素２の第１表面２１から距離ｄの間隔を置いて構成されるように、複数のスペーサ要素５が冷却要素３の表面３１とルミネッセント要素２の第１表面２１との間に設けられ構成されている。

より一般的には、２つの表面を互いに十分に制御された相互距離に維持するために、距離を、直線上にない少なくとも３つの点において制御するか、又は異なる方法で平面を平行に維持する代替手段を講じるべきである。したがって、他の実施形態は、２列のスペーサ要素５を含むか、又は図２に示すように、スペーサ要素５'の半分を残りのスペーサ要素５'からずらして、スペーサ要素をジグザグ形状に構成することを含む。

少なくとも１つの冷却要素３はコンプライアンスを有し、したがって、ルミネッセント要素２の実際の反りに、特に、クランプ力、生産工程中に受ける力、及びルミネッセント要素２の内部を伝搬する光及び／又は熱、のうちのいずれか１つ以上によって、ルミネッセント要素２内で誘起された反りに追従するように適合されている。これにより、冷却要素３とルミネッセント要素２のいずれの部分も、いかなる時点でも互いに接触しない。それに加えて、発光デバイス１には、図１で矢印で示す力Ｆが、少なくとも１つの冷却要素３とルミネッセント要素２とを共に押し付ける方向に加えられている。

図１に示す実施形態では、力Ｆは、冷却要素３を、薄壁３１、３２を有しかつヒートパイプ４を備えた流体容器３の形態の冷却要素又は冷却プレートとして提供することにより得られる。流体容器３内の媒体は所定の圧力下にあり、外側に向いた力Ｆを生成する。その結果生じた、壁３１への力は、壁３１をルミネッセントロッド２に対して円滑に押し付ける。

実際には、ヒートパイプ内の媒体は、ヒートパイプ内の最も温度が低い流体と（限度内で）圧力平衡状態にある。したがって、起動時には圧力は非常に低く、良好な熱接触はない。加熱中は、熱接触を得られるのが遅すぎる場合があり、ロッドは既に過熱され、熱接触を得られる前に破壊する場合がある。したがって、外側に向いた力Ｆを生成するために必要な所定の圧力を得るために、冷却要素３には加圧流体、ポンプ、及び外部ラジエータが設けられている。冷却電力は約２０Ｗであってもよい。好適なこのようなシステムは、コンピュータＣＰＵ用の良く知られた水冷システムに類似させて、場合によっては改善された圧力制御を伴って、例えば好適なベローズなどの形態で作製することができる。

図２は発光デバイス１'の斜視図を示し、ルミネッセント要素２の互いに反対側の表面２１及び２２に構成された２つの冷却要素３及び３'、並びに２つの複数スペーサ要素５及び５'を備える点のみが、図１による発光デバイス１とは異なる。１つの複数スペーサ要素５が、冷却要素３の第１表面３１とルミネッセント要素２の第１表面２１との間に構成され、別の複数スペーサ要素５'が、冷却要素３'の第１表面３１'とルミネッセント要素２の第２表面２２との間に構成されている。したがって、冷却要素３'は、冷却要素２とルミネッセント要素２との間の距離ｄに相当する距離ｄ'を有して、ルミネッセント要素２の第２表面２２から間隔を置いて構成されている。

実施形態に関係なく、スペーサ要素５、５０、及び設けられた場合にはスペーサ要素５'、５０'は、冷却要素３、３０又は３'、３０'上に設けられた、突出部などの表面構造体であってもよく、又は別個のスペーサ要素であってもよい。スペーサ要素は、図に示す非常に概略的な構造に限定されないことに留意されたい。

図１に示す実施形態と類似して、冷却要素３'とルミネッセント要素２とを共に押し付ける力Ｆは、冷却要素３'を、薄壁３１、３２を有しかつヒートパイプ４を備えた流体容器３'の形態の冷却要素又は冷却プレートとして提供することにより得られる。流体容器３'内の媒体は所定の圧力下にあり、外側に向いた力Ｆを生成する。その結果、壁３１'に対して与えられた力は、壁３１'をルミネッセントロッド２に対して円滑に押し付ける。

ここで図３を参照すると、ルミネッセント要素２０及び冷却要素３０を備える、本発明による発光デバイス１０の第２の実施形態の斜視図が示される。冷却要素３０がルミネッセント要素２０の第１表面２１０から距離ｄの間隔を置いて構成されるように、冷却要素３０の表面３１０とルミネッセント要素２０の第１表面２１０との間に複数のスペーサ要素５０が設けられ構成されている。

冷却要素３０は表面３１０上に、交互の順序で構成された複数のフィン６２及びスリット６１が設けられている。複数のフィン６２とスリット６１は、冷却要素３０にコンプライアンスを付与している。したがって、冷却要素３０はルミネッセント要素２０の実際の反りに、特に、ルミネッセント要素２０の内部を伝搬する光及び／又は熱によってルミネッセント要素２０内で誘起された反りに追従するように適合されている。これにより、冷却要素３０とルミネッセント要素２０のいずれの部分も、いかなる時点でも互いに接触していない。それに加えて、発光デバイス１０には、図３で矢印で示す力Ｆが、少なくとも１つの冷却要素３０とルミネッセント要素２０とを共に押し付ける方向に加えられている。

図３に示す実施形態では、力Ｆは、非常に概略的に示したクランプ８、９の形態の力印加デバイスを発光デバイスに設けることによって得られる。クランプ８、９の部分８によって冷却要素の壁３２０上に生成された力Ｆと、クランプ８、９の部分９によってルミネッセント要素２０の表面２２０上に生成された力Ｆが、表面３１０をルミネッセントロッド２０に対して円滑に押し付ける。

力は、好ましくは、ばねなどの複数の弾性要素によって、全体の力を分割した複数の力として印加される。これは、例として、カンチレバーの積層体若しくは樹状体、板ばねのセット、又はつる巻きばねのセットとして実現することができる。これらの力は、ルミネッセント要素の反りに確実に追従するように、表面領域全体にわたって分布させるべきである。

図４は発光デバイス１０'の斜視図を示し、ルミネッセント要素２０の互いに反対側の表面２１０及び２２０に構成された２つの冷却要素３０及び３０'、並びに２つの複数スペーサ要素５及び５'を備える点のみが、図３による発光デバイス１０とは異なる。１つの複数スペーサ要素５が、冷却要素３０の第１表面３１０とルミネッセント要素２０の第１表面２１０との間に構成され、別の複数スペーサ要素５'が、冷却要素３０'の第１表面３１０'とルミネッセント要素２０の第２表面２２０との間に構成されている。したがって、冷却要素３０'は、冷却要素２０とルミネッセント要素２０との間の距離ｄに相当する距離ｄ'を有して、ルミネッセント要素２０の第２表面２２０から間隔を置いて構成されている。

図３に示す実施形態と類似して、冷却要素３'とルミネッセント要素２とを共に押し付ける力Ｆは、発光デバイスに力印加デバイスを設けることによって得られ、図４では簡略化のために力印加デバイスは示していない。冷却要素３０の壁３２０上に構成された力印加デバイスの一部によって生成された力Ｆと、冷却要素３０'の表面３２０'上にある力印加デバイスの他の部分によって生成された力Ｆとが、対応する冷却要素３０及び３０'の対応する壁３１０及び３１０'を、ルミネッセントロッド２０の反対側の表面２１０及び２２０に対して円滑に押し付ける。

それに加えて、図２及び図４にそれぞれ示すような、ルミネッセント要素２又は２０、及び反対側に構成された２つの冷却要素３及び３'又は３０及び３０'を有する実施形態では、熱サイクルに起因して、ルミネッセント要素の端部表面２３、２４又は２３０、２４０（それぞれ、図２及び図４）のうちの１つに、力Ｆに垂直な又はほとんど垂直な方向に作用する小さな力（図示せず）ゆえに、更にルミネッセント要素と冷却要素の界面でのマイクロスリップ／マクロスリップの存在ゆえに、ルミネッセント要素は冷却要素の間の位置から外れる傾向がある。マイクロスリップ／マクロスリップはまた、冷却要素の表面上への金属粒子の取り込み及び／又はこれら表面内のひっかき傷を引き起こし、光吸収及び光アウトカップルにそれぞれ起因して効率低下を引き起こす。これらの効果を防止するために、冷却要素とルミネッセント要素との間の界面の表面は、したがって平滑かつ硬質でなければならない。

換言すれば、冷却要素の表面に、その界面において、特定の値の算術平均粗さＲ_ａを設けることが望ましく、ここで算術平均粗さは以下のように与えられる。

Ｒ_ａ＝Σ_ｉ＝１ ^ｎ｜ｙ_ｉ｜

サンプリングされた粗さプロファイルは、ｎ個の順序付けられた、トレースに沿って等間隔に置かれた点を含み、ｙ_ｉは、サンプリングされた粗さプロファイルの平均線からｉ番目のデータ点までの垂直距離である。本発明者は、本発明による発光デバイスでは、熱伝達と光アウトカップルに対する相反する最適表面積は、Ｒａが約０．８の近傍でトレードオフ点を有することを示している。

そのような界面を得るためのプロセス及びその結果を、図６〜図８を参照して以下に更に説明する。

最後に、図５は、動作中に第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出するように適合された複数のＬＥＤ７を更に備える、図１に示すタイプの発光デバイス１を示す。ＬＥＤ７は、ルミネッセント要素２の光入射面２３に、又はその上に構成されている。ＬＥＤ７はそれに加えて、プリント回路基板などの任意選択の基板１１上に構成されていてもよい。

ルミネッセント要素２は、光入射面２３においてＬＥＤ７によって放出された第１のスペクトル分布を有する第１の光を受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を第２のスペクトル分布を有する第２の光に変換し、第２の光を光出射面２４に導き、第２のスペクトル分布を有する第２の光を光出射面２４からアウトカップルするように適合されている。

図６は、本発明による発光デバイスのルミネッセント要素２（図７）と冷却要素３（図７）との間の境界面上に平滑かつ硬質の表面を設け、同時にスペーサ要素５（図７）を設けるための、陽極処理と、それに続く、ここではレーザアブレーションの形態でのエングレービングを実施するプロセスの工程を概略的に示す。

そのようなプロセスの目的は、ルミネッセント要素と冷却要素との間の距離を形成することであり、そのために、被加工物８０のベース層８１上に酸化物層などのコーティング層８２を成長させ、すなわち陽極処理を施し、引き続き、コーティング層８２の部分８４を除去するために、作業方向（矢印８６）に移動するレーザビーム８５を使用したレーザアブレーションによってコーティング層８２を部分的に除去し、それによりマーキング８３を形成する。また、上述のプロセスの結果を示す図７を参照すると、コーティング層８２の残っている部分は、よってスペーサ要素５を形成することになり、したがってルミネッセント要素２と冷却要素３との間に所望の距離ｄが得られる。更なる可能性は、レーザアブレーション又はエングレービングの後に、酸化物層などのコーティング層も追加することである。

アブレーション及びエングレービングは、金属、プラスチック、及びセラミックを含む実質的に全ての材料で実施することができる。両方のプロセスに対して、短い、強力なレーザパルスが使用される。電力密度は十分に高いので、ベース材料又はコーティングが分解又は溶融し、蒸発し、所望のマーキングが後に残る。エングレービングによって達成され得るマーキング深さは、被加工物材料がどのようにレーザを吸収するか、レーザがどのくらいのエネルギーを有するか、及びレーザが標的にどのくらい長く留まり得るかに依存する。「スス」粒子による黒化を防止するために、陽極処理中に着色剤を添加すべきではない。

図６に示し、上述したようなプロセスによって、任意のタイプの構造物を作製することができる。実施例を図８に示しており、白い領域はコーティング層又は酸化物層が残っている部分であり、形状の例として図８の左から右に、それぞれドット、ダッシュ、及びランダムパターンである。

当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。

更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利には使用されることができないことを示すものではない。

Claims (15)

1. 第１表面を備えるルミネッセント要素と、
   前記ルミネッセント要素の前記第１表面に構成された少なくとも１つの冷却要素と、
   前記冷却要素が前記ルミネッセント要素の前記第１表面から距離ｄの間隔を置いて構成されるように前記冷却要素と前記ルミネッセント要素の前記第１表面との間に構成された複数のスペーサ要素と、を備える発光デバイスであって、
   前記少なくとも１つの冷却要素は、前記ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有し、
   前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素とを共に押し付ける力が加えられている、
   発光デバイス。
2. 前記少なくとも１つの冷却要素のうちの前記ルミネッセント要素に面した部分のみが前記コンプライアンスを有し、それにより、前記冷却要素は、前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素のいずれの部分も相互接触しないように、前記ルミネッセント要素の内部を伝搬する光及び／又は熱によって前記ルミネッセント要素内で誘起された前記ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されている、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記複数のスペーサ要素は、前記少なくとも１つの冷却要素上に設けられた表面構造、及び別個のスペーサ要素のうちの１つである、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
4. 前記複数のスペーサ要素は、ナノスフェアの形態のビーズである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
5. 前記ナノスフェアは、ＴｉＯ_２ナノスフェア、Ａｌ_２Ｏ_３ナノスフェア、シリカナノスフェア、単分散シリカナノスフェア又は銀被覆ナノスフェアである、請求項４に記載の発光デバイス。
6. 前記冷却要素は、前記冷却要素上に前記複数のスペーサ要素を形成する、突出部の形態の表面構造を提供するように適合された複数の凹みを備えた、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
7. 前記複数のスペーサ要素の最小密度は、前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素のいずれの部分も相互接触しないような、前記少なくとも１つの冷却要素の前記コンプライアンスに応じて選択される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光デバイス。
8. 前記複数のスペーサ要素の最大密度は、前記スペーサ要素によって引き起こされる光損失の量に応じて選択される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
9. 前記スペーサ要素は、前記ルミネッセント要素の前記第１表面上に規則的に分布している、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光デバイス。
10. 前記スペーサ要素は、湿式スプレー法、半湿式スプレー法、乾式スプレー法、ウェットエッチング、ドライエッチング、又は陽極処理とそれに続くレーザアブレーション若しくはエングレービングによって前記冷却要素上に設けられる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
11. 前記冷却要素が前記ルミネッセント要素の前記第１表面から間隔を置いて構成された前記距離ｄは、前記ルミネッセント要素の前記第１表面の延長部にわたって均一であり、及び／又は、前記冷却要素が前記ルミネッセント要素の前記第１表面から間隔を置いて構成された前記距離ｄは、１μｍ超かつ１０μｍ未満、及び１μｍ超かつ５μｍ未満のいずれか１つである、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光デバイス。
12. 前記少なくとも１つの冷却要素は、
    前記冷却要素の前記コンプライアンスを提供するように適合された壁を備える中空冷却要素であって、前記中空冷却要素は流体で充填され、前記流体は、前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素とを一緒に押し付けるために加える前記力を提供するような圧力下にある、中空冷却要素、及び、
    スリット又はフィンを備える冷却要素であって、前記スリット又は前記フィンの数及び密度は、前記冷却要素の前記コンプライアンスを提供するように選択された、冷却要素、
    のうちのいずれか１つである、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光デバイス。
13. 前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素とを一緒に押し付けるために印加される前記力を印加するように適合された力印加デバイスを更に備える、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光デバイス。
14. 前記発光デバイスは、前記ルミネッセント要素の前記第１表面とは反対側の、前記ルミネッセント要素の第２表面に構成された更なる冷却要素と、
    前記更なる冷却要素が前記ルミネッセント要素の前記第２表面から距離ｄ'の間隔を置いて構成されるように前記更なる冷却要素と前記ルミネッセント要素の前記第２表面との間に構成された更なる複数のスペーサ要素とを備え、
    前記更なる冷却要素は前記ルミネッセント要素の反りに追従するように適合されたコンプライアンスを有し、
    前記少なくとも１つの冷却要素と前記ルミネッセント要素のいずれの部分も直接相互接触しないように、前記更なる冷却要素と前記ルミネッセント要素とを共に押し付けるために力が加えられている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
15. 動作中に第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出し、前記ルミネッセント要素の光入射面に又は前記光入射面の上に構成されるように適合された複数のＬＥＤを更に備え、
    前記ルミネッセント要素は、前記光入射面において前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光を受光し、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光の少なくとも一部を第２のスペクトル分布を有する第２の光に変換し、前記第２の光を光出射面に導き、前記第２のスペクトル分布を有する前記第２の光を前記光出射面からアウトカップルするように適合されている、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光デバイス。

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