(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、前記光電子デバイスは、
前記光電子デバイスの動作時に熱を生成する光生成素子と、
そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光に変換することにより、デバイスを冷却しかつそのような光により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料と、を含む光電子発光アセンブリ。
【請求項２】
前記アップコンバージョン発光材料が反ストークス蛍燐光体を含む、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項３】
前記アップコンバージョン発光材料が、式Ｌ：Ｍ（式中、Ｌは、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、オキシフッ化イットリウム、オキシ塩化イットリウム、オキシ硫化イットリウム、またはオキシ塩化イッテルビウムであり、かつＭは、イッテルビウム、エルビウム、およびツリウムのうちの１つ以上である）で示される材料を含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項４】
前記アップコンバージョン発光材料が、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｙｂ，Ｔｍ、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＦ3：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ2Ｏ3−ＹＯＦ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＯＣｌ：Ｅｒ，Ｙｂ、およびＹｂＯＣｌ：Ｅｒからなる群から選択される材料を含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５】
前記アップコンバージョン発光材料が、伝導熱伝達により、熱を生成する前記光生成素子から熱入力を受け取るように構成される、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６】
前記アップコンバージョン発光材料が、放射熱伝達により前記熱発生構造体から熱入力を受け取るように構成される、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項７】
熱を生成する前記光生成素子が発光ダイオードを含む、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項８】
前記発光ダイオードがＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料で形成される、請求項７に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項９】
前記発光ダイオードから一次放射線を受け取ってそれに応答して光出力を放出するように構成されたダウンコンバージョン発光材料をさらに含む、請求項８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１０】
熱を生成する前記光生成素子が前記ダウンコンバージョン発光材料を含む、請求項９に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１１】
熱を生成する前記光生成素子がＬＥＤダイおよびダウンコンバージョン発光材料を含む、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１２】
前記アップコンバージョン発光材料が、前記デバイスの少なくとも一部分上にコーティングされたそれを含む層の形態で存在する、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１３】
前記アップコンバージョン発光材料が、熱を生成する前記光生成素子の少なくとも一部分上にコーティングされたそれを含む層の形態で存在する、請求項１に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１４】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、前記光電子デバイスは、
前記光電子デバイスの動作時に熱を発生する光生成素子と、
そのような熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に、デバイスの熱エネルギーを低減するようにおよび／または可視スペクトル域の光を生成するように構成されたアップコンバージョン材料と、を有する光電子発光アセンブリ。
【請求項１５】
発光ダイオードを含む、請求項１４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１６】
熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱エネルギー、アップコンバートされた光、および／または前記光電子発光アセンブリの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を含む、請求項１４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１７】
ダウンコンバージョン材料をさらに含み、前記第２のアップコンバージョン材料が、前記ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答する、請求項１６に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項１８】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、前記光電子デバイスは、
前記光電子発光アセンブリとエネルギー相互作用するようにまたは前記光電子発光アセンブリ内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを含む、熱を生成する光生成素子を有する、光電子発光アセンブリ。
【請求項１９】
前記アップコンバージョン材料が、前記ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する、請求項１８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２０】
前記アップコンバージョン材料が反ストークス蛍燐光体を含み、かつ前記ダウンコンバージョン材料がストークス蛍燐光体を含む、請求項１８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２１】
前記光電子デバイスの動作時に発生するダウンコンバージョンエネルギーが熱エネルギーを光エネルギーにアップコンバートする、請求項１８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２２】
前記ダウンコンバージョン材料が前記光電子デバイスの能動領域から放出されたエネルギーに応答してダウンコンバートされた光を生成する、請求項１８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２３】
アップコンバートおよびダウンコンバートされた可視スペクトル域の光が前記光電子デバイスの動作時に発生する、請求項１９に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２４】
前記光電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、前記光電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を含む、請求項１４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項２５】
反ストークス蛍燐光体とストークス蛍燐光体とを含む、光電子デバイスの熱管理に有用な複合材料であって、前記反ストークス蛍燐光体が、前記光電子デバイスの動作に応答して、前記熱を光に変換することにより、前記ストークス蛍燐光体で発生した熱を散逸させるように構成されている複合材料。
【請求項２６】
前記反ストークス蛍燐光体および前記ストークス蛍燐光体のそれぞれが微粒子状形態である、請求項２５に記載の複合材料。
【請求項２７】
前記微粒子形態の反ストークス蛍燐光体およびストークス蛍燐光体が、コーティング組成物として膜形成性担体中に分散される、請求項２６に記載の複合材料。
【請求項２８】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを熱管理する方法であって、前記光電子デバイスは、動作時に熱を生成する光生成素子を有し、
そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光出力に変換することによりデバイスを冷却しかつそのような光出力により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料を用いて熱を吸収することを含む、方法。
【請求項２９】
前記アップコンバージョン発光材料が反ストークス蛍燐光体を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記アップコンバージョン発光材料が、式Ｌ：Ｍ（式中、Ｌは、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、オキシフッ化イットリウム、オキシ塩化イットリウム、オキシ硫化イットリウム、またはオキシ塩化イッテルビウムであり、かつＭは、イッテルビウム、エルビウム、およびツリウムのうちの１つ以上である）で示される材料を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記アップコンバージョン発光材料が、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｙｂ，Ｔｍ、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＦ3：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ2Ｏ3−ＹＯＦ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＯＣｌ：Ｅｒ，Ｙｂ、およびＹｂＯＣｌ：Ｅｒからなる群から選択される材料を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記アップコンバージョン発光材料が、伝導熱伝達または放射熱伝達により、熱を生成する光生成素子から熱入力を受け取るように構成される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記光電子デバイスが、発光ダイオードから一次放射線を受け取ってそれに応答して光出力を放出するように構成されたダウンコンバージョン発光材料を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記熱が前記ダウンコンバージョン発光材料中で発生する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを熱管理する方法であって、前記光電子デバイスは、動作時に熱を生成する光生成素子を有し、
アップコンバージョン材料との相互作用によりデバイスの熱エネルギーを低減することおよび／または前記光生成素子により発生された熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に可視スペクトル域の光を生成することを含む、方法。
【請求項３６】
前記マイクロ電子デバイスが発光ダイオードを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱エネルギー、アップコンバートされた光、および／または前記光電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を組み込むことを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
ダウンコンバージョン材料を前記光電子デバイス中に組み込むことをさらに含み、前記第２のアップコンバージョン材料が、前記ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを熱管理する方法であって、前記光電子デバイスは、熱を生成する光生成素子を有し、
前記デバイス内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを前記デバイス中に組み込むことを含む、方法。
【請求項４０】
前記アップコンバージョン材料が前記ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記アップコンバージョン材料が反ストークス蛍燐光体を含みかつ前記ダウンコンバージョン材料がストークス蛍燐光体を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
アップコンバートおよびダウンコンバートされた可視スペクトル域の光が前記光電子デバイスの動作時に発生する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを作製する方法であって、前記光電子デバイスは、熱を生成する光生成素子を有し、
前記光電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、前記光電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を前記光電子デバイス中に組み込むことを含む、方法。
【請求項４４】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、
前記光電子デバイスは、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含む光生成素子を有し、
前記光電子発光アセンブリは、前記熱を、前記熱線よりも短い波長を有する発光に変換する、発光変換材料を含む熱変換媒体を有する、光電子発光アセンブリ。
【請求項４５】
前記発光が前記光電子発光アセンブリを冷却するのに有効である、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項４６】
前記発光が、前記熱変換媒体の欠如した対応する光電子発光アセンブリと対比して、かなりの程度まで前記光電子発光アセンブリを冷却するのに有効であり、前記熱が、前記光電子発光アセンブリの放射冷却および伝導冷却により散逸される、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項４７】
前記光電子発光アセンブリまたはその構成要素から前記熱変換媒体に伝導および放射の少なくとも１つにより熱が伝達される、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項４８】
前記熱変換媒体が、反ストークス蛍燐光体を含む複数の蛍燐光体材料を含む、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項４９】
可視光源をさらに含み、前記発光変換材料が、前記可視光源により放出された光に応答して、前記発光中に含まれる光を放出する、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５０】
熱を発生する前記構成要素が、ダウンコンバージョン発光材料および発光ダイオードの少なくとも１つを含む、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５１】
前記熱変換媒体が、前記熱に応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、前記熱、前記第１のアップコンバージョン材料から前記アップコンバートされた光、および／または前記光電子発光アセンブリの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を含む、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５２】
前記光電子発光アセンブリ内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを含む、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５３】
前記発光変換材料が蛍燐光体からのエネルギーをアップコンバートする、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５４】
発光ダイオードまたは蛍燐光体からのエネルギーをダウンコンバートする発光媒体を含む、請求項４４に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５５】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、
前記光電子デバイスは、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含む光生成素子を有し、
前記光電子デバイスは、前記熱を散逸させるのに有効な発光に、前記熱を変換する熱変換媒体を含む、光電子発光アセンブリ。
【請求項５６】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリであって、
前記光電子デバイスは、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含む光生成素子を有し、
前記光電子発光アセンブリは、熱、外部光源、および／または前記光電子発光アセンブリの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を含む、光電子発光アセンブリ。
【請求項５７】
熱を生成する前記光生成素子が発光ダイオードを含み、かつ前記反ストークス蛍燐光体が前記発光ダイオードから除去される、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５８】
前記発光ダイオードがＧａＮ発光ダイオードを含む、請求項５７に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項５９】
前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が、互いに並置関係にある、請求項５７に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６０】
前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が互いに物理的に分離される、請求項５７に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６１】
熱を生成する前記光生成素子が発光ダイオードを含み、かつ前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が基板上にあり、前記反ストークス蛍燐光体が前記基板上で層の形態をとり、かつ前記発光ダイオードが前記基板から外向きに前記反ストークス蛍燐光体の層を越えて延在する、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６２】
熱を生成する前記光生成素子が発光ダイオードを含み、かつ前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が基板上にあり、前記反ストークス蛍燐光体が前記基板上で層の形態をとり、かつ前記発光ダイオードが、前記反ストークス蛍燐光体の層から物理的に分離された構成要素ＬＥＤを含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６３】
熱を生成する前記光生成素子が複数の発光ダイオードを含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６４】
前記複数の発光ダイオードのそれぞれが同一の色を放出する、請求項６３に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６５】
前記複数の発光ダイオードのそれぞれが白色光放出ダイオードを含む、請求項６３に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６６】
前記複数の発光ダイオードが異なる色を放出する発光ダイオードを含む、請求項６３に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６７】
リフレクター素子、レンズ素子、フィルター素子、およびディフューザー素子からなる群から選択される少なくとも１つの素子をさらに含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６８】
発光ダイオードから放出される光を方向付けるためにリフレクターおよびレンズをさらに含む、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項６９】
前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が基板上にあり、前記反ストークス蛍燐光体が前記基板上で層の形態をとり、かつ前記発光ダイオードが前記基板から外向きに前記反ストークス蛍燐光体の層を越えて延在する、請求項６８に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項７０】
複数の発光ダイオードを含む、請求項６９に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項７１】
熱を生成する前記光生成素子が発光ダイオードを含み、かつ前記発光ダイオードおよび前記反ストークス蛍燐光体が誘電体層により互いに分離される、請求項２に記載の光電子発光アセンブリ。
【請求項７２】
発光ダイオード及びレーザーダイオードのうちの１つを含む光電子デバイスを有する光電子発光アセンブリを熱管理する方法であって、
前記光電子デバイスは、熱を生成する光生成素子を有し、
熱、外部光源、および／または前記光電子発光アセンブリの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を内部に組み込むことを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
[0001]  本発明は、光電子デバイスと、改良された性能を達成すべくアップコンバージョン媒体を用いてそのようなデバイスの操作および／または熱管理を行うための方法および構成と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
[0002]  過剰加熱によりマイクロ電子部品および回路が損傷を受ける可能性がありさらにはデバイス性能が劣化する可能性があるので、熱発生は、電子デバイスでの厄介な問題である。集積回路およびマイクロ電子デバイスで熱を散逸させる現在の手法は、デバイスまたは回路の動作を所望の限度内に確実に保持すべく、ヒートシンク、ファン、冷却媒体、および他の伝熱手段に依拠する。
【０００３】
[0003]  光電子デバイスでは、一般に、電子デバイスと同一の熱管理問題が起こりやすく、伝導、放射、対流、および／または直接的な機械的冷却を介して熱を散逸させる対応する手法が利用されている。
【０００４】
[0004]  光電子デバイスは、アップコンバージョン発光媒体を利用して一次放射線入力をより高い周波数の放射線出力に変換することが可能である。例としては、画像化、ビデオ処理、光データ記憶、副搬送波変調などの多種多様な用途で使用される、高調波光電子ミキサー、光電子フォトディテクターデバイス、プレーナー導波路増幅器、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）デバイスなどが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]  そのようなデバイスが受ける熱関連の劣化および損傷を回避するだけでなく、利用された熱管理技術の結果としてそのようなデバイスからの出力の増大を達成するように、光電子デバイスの熱管理が達成されれば、きわめて有利であろう。現在および予想される将来のランプ設計で発光ダイオード（ＬＥＤ）の温度が上昇する状況下では、そのような技術革新の必要性が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
[0006]  本発明は、マイクロ電子デバイス、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光電子デバイスと、改良された性能を達成すべくそのようなデバイスの操作および／または熱管理を行うための方法および構成と、に関する。
【０００７】
[0007]  本発明は、広義の一態様では、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、そのような熱を、そのような熱よりも短い波長を有する発光に、変換する熱変換媒体たとえば発光変換材料を含む、デバイスに関する。
【０００８】
[0008]  他の広義の態様では、本発明は、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、熱を、熱を散逸させるのに有効な発光に、変換する熱変換媒体を含む、デバイスに関する。
【０００９】
[0009]  本発明の他の態様は、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、熱、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を含む、デバイスに関する。
【００１０】
[0010]  さらなる態様では本発明は、デバイスの動作時に熱を生成する熱発生構造体と、そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光に変換することにより、デバイスを冷却しかつそのような光により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料と、を含むマイクロ電子デバイスに関する。
【００１１】
[0011]  他の態様では、本発明は、デバイスの動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスと、そのような熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に、デバイスの熱エネルギーを低減するようにおよび／または可視スペクトル域の光を生成するように構成されたアップコンバージョン材料と、に関する。
【００１２】
[0012]  本発明のさらなる態様は、熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱エネルギー、アップコンバートされた光、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を含むマイクロ電子デバイスに関する。
【００１３】
[0013]  本発明の他の態様は、デバイス内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを含むマイクロ電子デバイスに関する。
【００１４】
[0014]  さらに他の態様では、本発明は、マイクロ電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、マイクロ電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を含むマイクロ電子デバイスに関する。
【００１５】
[0015]  本発明の他の態様は、反ストークス蛍燐光体とストークス蛍燐光体とを含む複合材料に関する。
【００１６】
[0016]  広義の方法態様では、本発明は、マイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、熱、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を内部に組み込むことを含む、方法に関する。
【００１７】
[0017]  さらなる態様では、本発明は、動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光出力に変換することによりデバイスを冷却しかつそのような光出力により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料を用いて熱を吸収することを含む、方法に関する。
【００１８】
[0018]  他の方法態様では、本発明は、デバイスの動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、アップコンバージョン材料との相互作用によりデバイスの熱エネルギーを低減することおよび／またはデバイスにより発生された熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に可視スペクトル域の光を生成することを含む、方法に関する。
【００１９】
[0019]  本発明のさらなる方法態様は、マイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱エネルギー、第１のアップコンバージョン材料からアップコンバートされた光、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を組み込むことを含む、方法に関する。
【００２０】
[0020]  本発明の他のさらなる態様は、マイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、熱エネルギー、第１のアップコンバージョン材料からアップコンバートされた光、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を内部に組み込むことを含む、方法に関する。
【００２１】
[0021]  本発明の他の態様は、マイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、デバイス内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを組み込むことを含む、方法に関する。
【００２２】
[0022]  本発明のさらなる態様は、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、マイクロ電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、マイクロ電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を前記マイクロ電子デバイス中に組み込むことを含む、方法に関する。
【００２３】
[0023]  本発明の他の態様、特徴、および実施形態については、以下の開示および添付の特許請求の範囲からさらに自明なものとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図面の簡単な説明
【図１】発光ダイオードと、発光ダイオードからの一次放射線を受け取るように構成されたダウンコンバージョン発光媒体と、を含む光電子発光アセンブリーの部分断面立面図であり、この光電子発光アセンブリーは、発光ダイオード支持体の側表面上に反ストークス蛍燐光体膜を含む。
【図２】第１のダウンコンバージョン発光媒体と、第２のダウンコンバージョン発光媒体と、反ストークス蛍燐光体膜と、を含む本発明の他の実施形態に係る光電子発光アセンブリーの断面立面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る光電子デバイスの部分断面立面図である。
【図４】反ストークス蛍燐光体の不連続膜領域が表面上に堆積された主要なダウンコンバージョン蛍燐光体本体を含む複合蛍燐光体粒子の斜視図である。
【図５】基板上の反ストークス蛍燐光体の隣接層から上方または外方向に突出する表面実装ＬＥＤを有するＬＥＤモジュールの概略図である。
【図６】反ストークス蛍燐光体の層を表面上に有する基板上に構成要素ＬＥＤを備えたＬＥＤモジュールの概略図である。
【図７】ＬＥＤおよび反ストークス蛍燐光体層が基板上に配設されたＬＥＤ／反ストークス蛍燐光体アセンブリーである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
発明およびその好ましい実施形態の詳細な説明
[0031]  本発明は、マイクロ電子デバイス、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む光電子デバイスと、改良された性能を達成すべくそのようなデバイスの熱管理を行うための方法および構成と、に関する。
【００２６】
[0032]  発光（光放出）材料に関連して本明細書中で用いられる「反ストークス」という用語は、材料の発光のフォトンエネルギーが吸収された入射フォトンエネルギーよりも低いというストークスの第二法則に従わない材料を意味する。これとは対照的に、ストークス材料は、そのような法則に従い、入射放射線を吸収した時、いわゆるストークスシフトを呈し、それに応答してより長い波長でより低いエネルギーのルミネセンスを放出する。
【００２７】
[0033]  たとえば、蛍燐光体などの反ストークス材料は、１５００〜１６１０ｎｍの波長範囲内の放射線に対して感度があり、それに応答して、９５０〜１０７５ｎｍの波長範囲内に光を放出しうる。多くのそのような材料は公知であり、その例としては、エルビウム（Ｅｒ３＋）、イッテルビウム（Ｙｂ３＋）、またはツリウム（Ｔｍ＋３）などの三重イオン化希土類イオンでドープされた材料が挙げられる。そのような材料の１つは、Ｔｍ＋３でドープされたＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ−ＰｂＦ２材料である。他の好適な材料としては、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，Ｔｍ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＦ３：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ２Ｏ３−ＹＯＦ：Ｅｒ，Ｙｂ、およびＹＯＣｌ：Ｅｒ，Ｙｂが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
[0034]  本発明は、一態様では、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、そのような熱を、そのような熱よりも短い波長を有する発光に、変換する熱変換媒体を含む、デバイスに関する。そのような構成により、マイクロ電子デバイスは、マイクロ電子デバイスの放射冷却により熱が散逸される、そのような熱変換媒体の欠如した対応するマイクロ電子デバイスと対比して、かなりの程度まで冷却される。
【００２９】
[0035]  一実施形態では、本発明は、デバイスの動作時に熱を生成する熱発生構造体と、そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光出力に変換することにより、デバイスを冷却しかつより高い周波数のそのような光により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料と、を含むマイクロ電子デバイスを意図する。
【００３０】
[0036]  他の実施形態では、本発明は、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、熱、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を含む、デバイスを意図する。特定の実施形態では、マイクロ電子デバイスは、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの光電子デバイスであり、かつアップコンバージョン材料は、熱エネルギーを低減することおよび／または可視スペクトル域の光を生成することが可能である。
【００３１】
[0037]  他の実施形態では、マイクロ電子デバイスは、複数のアップコンバージョン材料を含むことが可能であり、第１のアップコンバージョン材料は、熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成し、かつ第２のアップコンバージョン材料は、熱エネルギー、第１のアップコンバージョン材料からアップコンバートされた光、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する。このほかのさらなる実施形態では、第２のアップコンバージョン材料は、ダウンコンバージョン材料から生成されたエネルギーに応答可能である。
【００３２】
[0038]  他の態様では、本発明は、反ストークス蛍燐光体などのアップコンバージョン材料とストークス蛍燐光体などのダウンコンバージョン材料とを含むマイクロ電子デバイスに関する。特定の実施形態では、ダウンコンバージョンエネルギーは、熱エネルギーを可視光にアップコンバートし、ダウンコンバージョン蛍燐光体は、マイクロ電子デバイスの能動領域から放出されるエネルギーに応答してダウンコンバートされた光を生成する。
【００３３】
[0039]  特定の他の実施形態では、アップコンバートされた光およびダウンコンバートされた光は、両方とも、可視スペクトル域にあり、コンバージョン材料は、反ストークス蛍燐光体と従来のストークス蛍燐光体とを含む複合材料の形態で提供される。
【００３４】
[0040]  さらなる実施形態では、マイクロ電子デバイスは、マイクロ電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、マイクロ電子デバイスに対して特定の出力光スペクトルを生成する複数のダウンコンバージョン素子および／またはアップコンバージョン素子を含みうる。
【００３５】
[0041]  本発明のさらなる態様は、動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、そのような熱への暴露時にそれに応答して熱を光出力に変換することによりデバイスを冷却しかつそのような光出力により熱を散逸させるアップコンバージョン発光材料を用いて熱を吸収することを含む、方法に関する。
【００３６】
[0042]  本発明は、種々の特定の実施形態では、熱を可視光に変換して光電子デバイスの冷却を行うためのアップコンバージョン発光媒体を使用する。
【００３７】
[0043]  より特定的には、光電子デバイスの動作時に発生した廃熱を可視光線に変換するための冷却媒体として反ストークス蛍燐光体を利用することが可能である。反ストークス蛍燐光体としては、長波長線たとえば赤外スペクトル域の２〜３フォトンを吸収し、そのような放射線をアップコンバートして可視光線の単一フォトンを放出する能力を有する材料、さらには可視光フォトンと協同して１つの赤外フォトンを吸収する反ストークス挙動を示す他の材料が挙げられる。この挙動は、ストークスの法則に従う従来の蛍燐光体の応答とは対照的であり、この法則によれば、より長い波長を有するルミネセンスが、より短い波長の励起線により生成される。
【００３８】
[0044]  本発明は、種々の実施形態では、光電子デバイス内で発生した熱を光出力に変換するために反ストークス蛍燐光体を有効に利用しうるという発見に依拠する。この場合、反ストークス蛍燐光体は、熱（たとえば、フォトンおよび／またはフォノンの熱エネルギー）により励起されてそのような光出力を放出する。
【００３９】
[0045]  本発明に係る反ストークス蛍燐光体は、一実施形態では、たとえば、直接的伝導および／または放射熱伝達により、光電子デバイスアセンブリーからの熱入力を受け取って、発光へのそのような熱エネルギーの変換を行うように構成される。
【００４０】
[0046]  そのような構成により、光電子デバイスアセンブリーは、動作時に発生した廃熱が光エネルギーに散逸されるように熱管理される。光エネルギーのそのような補足は、光電子デバイスが発光に適合化されたタイプのものであれば、たとえば、発光ダイオード、ＬＥＤ系ランプアセンブリー、ディスプレイなどであれば、光電子デバイスの出力を増大させるために利用可能であり、それ以外では、デバイス内のフォトン信号ソースとして、デバイスの動作時に発生した熱を除去するための散逸性媒体として、またはデバイス内の熱過剰状態を表すインジケーターシグナルとして利用可能である。
【００４１】
[0047]  このようにして、反ストークス蛍燐光体媒体は、光電子デバイスの動作時の発熱の悪影響の軽減するかまたはなくしさえもする冷却機能を提供する。結果として、従来のサーマルバラスト構造体、ファン、熱交換器が不要となるか、または最低限でもサイズの実質的な減少が可能であるので、デバイスの製造は、単純化される。さらに、電子デバイスアセンブリーへの熱負荷を低減させることにより、それに対応して、そのようなアセンブリーの熱感受性構成要素の耐用寿命が増大されるので、修復または交換が必要になるまで、アセンブリーの継続的動作が可能である。
【００４２】
[0048]  本発明の種々の実施形態に利用される反ストークス蛍燐光体は、任意の好適なタイプのもの、たとえば、電子デバイスアセンブリーから熱エネルギーを吸収して、それを熱散逸光出力に変換するように構成および配置された蛍燐光体である。本発明の広義の実施で有効に利用しうる反ストークス蛍燐光体の例としては、式Ｌ：Ｍ（式中、Ｌは、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、オキシフッ化イットリウム、オキシ塩化イットリウム、オキシ硫化イットリウム、またはオキシ塩化イッテルビウムであり、かつＭは、イッテルビウム、エルビウム、およびツリウムのうちの１つ以上である）で示される反ストークス蛍燐光体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
[0049]  特定の用途で有効に利用しうるそのようなタイプの反ストークス蛍燐光体の特定例としては、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，Ｔｍ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＦ３：Ｅｒ，Ｙｂ、Ｙ２Ｏ３−ＹＯＦ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹＯＣｌ：Ｅｒ，Ｙｂ、ＹｂＯＣｌ：Ｅｒ、およびＴｍ＋３でドープされたＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ−ＢｐＦ２が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
[0050]  反ストークス蛍燐光体材料は、任意の好適な方式で、たとえば、蛍燐光体を粉末形態または他の微粒子形態で溶媒または懸濁媒体と組み合わせて含むスラリーから蛍燐光体の膜を形成し、続いて、溶媒または懸濁媒体の蒸発または他の方式の除去を行って蛍燐光体の表面膜を生成することにより、特定の基板上または特定の構成要素の表面上に堆積させることが可能である。
【００４５】
[0051]  反ストークス蛍燐光体はまた、電気泳動堆積、スクリーン印刷、スパッタリング、化学気相堆積、または他の好適な堆積技術のいずれかを用いて堆積されることも可能である。１つ以上の反ストークス蛍燐光体を１つ以上の従来の蛍燐光体および１つ以上のＬＥＤと共に有効に利用することが可能である。反ストークス蛍燐光体および従来の蛍燐光体を混合物として適用して、マイクロ電子デバイスアセンブリーの特定の表面にコーティングすることが可能であるか、または蛍燐光体を層の形態で適用することが可能である。また、そのような蛍燐光体を支持材料もしくは強化材料または構造体と共にまたはその上で配合することにより、マイクロ電子デバイスアセンブリー中に自立性層または支持蛍燐光体層を形成することも可能である。
【００４６】
[0052]  蛍燐光体の位置、厚さ、密度、および組成は、そのような蛍燐光体により付与される光の熱散逸発生の冷却特性を保持しつつ、所望の光出力を達成すべく変更可能である。蛍燐光体の特別な分布もまた、特定のマイクロ電子デバイスまたはその１つ以上の能動部分のみが蛍燐光体と全く相互作用しないか、その一部もしくは全部と相互作用するように変更可能である。バインダー材、光散乱体、透過性構造体などを蛍燐光体と組み合わせて利用することにより、所望のスペクトル出力を生成することが可能である。
【００４７】
[0053]  本発明の一実施形態では、マイクロ電子デバイス中の熱発生構造体は、ＬＥＤ、たとえば、ＧａＮもしくは他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物で作製されたＬＥＤ、またはマイクロ電子デバイスの動作時に望ましくない熱を発生もしくは受動蓄積する他の材料で形成された構成要素もしくは構造体を含みうる。
【００４８】
[0054]  したがって、本発明は、デバイスの動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスと、そのような熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に、デバイスの熱エネルギーを低減するようにおよび／または可視スペクトル域の光を生成するように構成されたアップコンバージョン材料と、を意図する。マイクロ電子デバイスは、発光ダイオードもしくはレーザーダイオードまたは他の好適なデバイス構造を含みうる。
【００４９】
[0055]  本発明に係るマイクロ電子デバイスは、熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱、第１のアップコンバージョン材料もしくは他のソースからアップコンバートされた光、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を含むように構築可能である。
【００５０】
[0056]  他の選択肢として、マイクロ電子デバイスは、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むデバイスであって、熱、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を含む、デバイスであり得る。
【００５１】
[0057]  より一般的には、デバイスは、動作時に熱を発生するかまたは熱を発生する構成要素を含むマイクロ電子デバイスであって、そのような熱を、そのような熱を散逸させるのに有効な発光に、変換する熱変換媒体を含む、デバイスであり得る。
【００５２】
[0058]  そのようなデバイスは、ダウンコンバージョン材料をさらに含みうる。ただし、第２のアップコンバージョン材料は、ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答する。
【００５３】
[0059]  他の形態として、マイクロ電子デバイスは、デバイス内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料とを含むように、製造可能である。特定の一構成では、アップコンバージョン材料は、ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する。アップコンバージョン材料は、反ストークス蛍燐光体または他の好適なアップコンバージョン材料を含むことが可能であり、ダウンコンバージョン材料は、適切な特性のストークス蛍燐光体または他のダウンコンバージョン材料を含むことが可能である。
【００５４】
[0060]  そのようなマイクロ電子デバイスは、デバイスの動作時に発生するダウンコンバージョンエネルギーが熱エネルギーを光エネルギーにアップコンバートするように、構成可能である。他の変形形態として、ダウンコンバージョン材料は、マイクロ電子デバイスの能動領域から放出されたエネルギーに応答してダウンコンバートされた光を出力するように、構成可能である。他のさらなる変形形態として、マイクロ電子デバイスは、材料の適切な選択により、アップコンバートおよびダウンコンバートされた可視スペクトル域の光がマイクロ電子デバイスの動作時に発生するように、構成可能である。他の変形形態として、アップコンバージョン材料（たとえば、反ストークス蛍燐光体）は、マイクロ電子デバイスの能動領域から放出されたエネルギーおよび熱エネルギーに応答して、アップコンバートされた光を生成するように、構成可能である。
【００５５】
[0061]  マイクロ電子デバイスは、他の実施形態では、反ストークス蛍燐光体とストークス蛍燐光体とを含む複合材料を用いて構成可能である。
【００５６】
[0062]  本発明に係るマイクロ電子デバイスは、他の実施形態では、マイクロ電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、マイクロ電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を含みうる。
【００５７】
[0063]  したがって、本発明は、デバイスの動作時に熱を発生するマイクロ電子デバイスを熱管理する方法であって、アップコンバージョン材料との相互作用によりデバイスの熱エネルギーを低減することおよび／またはデバイスにより発生された熱へのアップコンバージョン材料の暴露時に可視スペクトル域の光を生成することを含む、方法を可能にする。
【００５８】
[0064]  一実施形態では、マイクロ電子デバイスを熱管理する方法は、熱、外部光源、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバートされた光を生成するアップコンバージョン材料を、そのようなデバイスに組み込むことを含む。
【００５９】
[0065]  マイクロ電子デバイスの熱管理は、熱エネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成する第１のアップコンバージョン材料と、熱エネルギー、アップコンバートされた光、および／またはマイクロ電子デバイスの能動領域からのエネルギー、に応答してアップコンバージョン光を生成する第２のアップコンバージョン材料と、を含む複数のアップコンバージョン材料を組み込むことを含みうる。
【００６０】
[0066]  さらに、ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答する第２のアップコンバージョン材料と共に、ダウンコンバージョン材料をマイクロ電子デバイス中に組み込むことが可能である。
【００６１】
[0067]  マイクロ電子デバイスの他の熱管理手法として、デバイス内でエネルギー相互作用するようにそれぞれ構成されたアップコンバージョン材料とダウンコンバージョン材料との両方をデバイス中に組み込むことが可能である。そのような手法では、アップコンバージョン材料は、ダウンコンバージョン材料により生成されたエネルギーに応答してアップコンバートされた光を生成することが可能である。アップコンバージョン材料は、反ストークス蛍燐光体または他の好適な材料もしくは媒体を含むことが可能であり、ダウンコンバージョン材料は、好適なダウンコンバージョン特性を有するストークス蛍燐光体または代替材料を含むことが可能である。
【００６２】
[0068]  マイクロ電子デバイスのそのような熱管理および／または動作管理は、デバイスの動作時に発生したダウンコンバートされたエネルギーを用いて熱エネルギーを光エネルギーにアップコンバートすることを含みうる。他の選択肢としてまたは追加として、ダウンコンバージョン材料は、マイクロ電子デバイスの能動領域から放出されたエネルギーに応答して、ダウンコンバートされた光を生成することが可能であり、特定の実施形態では、マイクロ電子デバイスの動作時に、アップコンバートおよびダウンコンバートされた可視スペクトル域の光を発生可能である。
【００６３】
[0069]  本発明はさらに、その一実施形態では、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、マイクロ電子デバイスの発光領域のいずれかにより放出されたエネルギーに応答して、マイクロ電子デバイスに対して所定の光出力スペクトルを生成する複数のアップコンバージョン素子および／またはダウンコンバージョン素子を前記マイクロ電子デバイス中に組み込むことを含む、方法を意図とする。
【００６４】
[0070]  したがって、当然のことであろうが、本発明に係るマイクロ電子デバイスは、所望の熱管理および／または発光能力を提供するさまざまな特定の構成で製造可能である。
【００６５】
[0071]  次に、図１〜４の添付の図面を参照しながら、本発明の特定の例示的な実施形態について説明する。
【００６６】
[0072]  次に、図面について説明する。図１は、発光ダイオード１２と、発光ダイオードからの一次放射線を受け取るように構成されたダウンコンバージョン発光媒体２０と、を含む光電子発光アセンブリー１０の部分断面立面図であり、この光電子発光アセンブリーは、発光ダイオード支持体２２の側表面上に反ストークス蛍燐光体膜２４を含む。このアセンブリー中のダウンコンバージョン発光媒体２０は、ＬＥＤ１２上に配置されたカバー１８の内表面上の膜として構成される。
【００６７】
[0073]  図示されたＬＥＤアセンブリーは、アセンブリーの出力光を指向的に方向付けるように反射可能であり、ＬＥＤ支持体２２は、反ストークス蛍燐光体材料により達成される冷却作用を最大化するように、垂直ポスト構造体の側表面上さらにそのような支持体のベース部分上に堆積された反ストークス蛍燐光体を有しうる。
【００６８】
[0074]  動作時、ＬＥＤおよび関連構成要素により発生された熱は、支持体２２により反ストークス蛍燐光体膜２４に伝導されて、入力熱エネルギーは発光に変換され、それにより、ＬＥＤアセンブリーの冷却が行われる。ランプアセンブリーのバック表面に接触する冷却フィン、熱電冷却機などを用いることにより、ＬＥＤのさらなる冷却を達成することが可能である。
【００６９】
[0075]  図２は、第１のダウンコンバージョン発光媒体と、第２のダウンコンバージョン発光媒体と、反ストークス蛍燐光体膜と、を含む本発明の他の実施形態に係る光電子発光アセンブリー３０の断面立面図である。
【００７０】
[0076]  光電子発光アセンブリー３０は、アセンブリーの内部空間４３を部分的に取り囲むキャビティーを内部に画定する本体４６を含む。本体４６は、反射表面３６を有し、かつ発光ダイオード３２が配置され電気接触されるマウントポスト３１を含む。ダウンコンバージョン発光媒体３３は、発光ダイオード３２の上に配置され、発光ダイオード３２から一次放射線を受け取るように構成される。第２のダウンコンバージョン発光材料３４は、ＬＥＤ３２およびダウンコンバージョン発光材料３３から光を受け取るようにアセンブリー中に構成される。
【００７１】
[0077]  この実施形態に係る第２のダウンコンバージョン発光材料３４は、内部空間４３を取り囲むように本体４６に嵌合係合する透明レンズ３５上のコーティングとして配設される。他の選択肢として、そのような第２のダウンコンバージョン発光材料は、自立膜として、たとえば、好適なマトリックス材料で補強されて、または光電子発光アセンブリー中の他の構造体上に支持されて、配設可能である。
反ストークス蛍燐光体膜３７は、発光ダイオードマウントポスト３１の側表面に配置される。反射表面３６は、発光ダイオード３２からの一次発光の一部を反ストークス蛍燐光体膜３７上に反射して冷却プロセスを可能にするように機能する反射突出部３８などの特徴部をその上に含む。したがって、この構成は、発光ダイオードマウントポスト３１の少なくとも一部分上にコーティングまたは装着されたアップコンバージョン発光材料を提供し、このポストは、マイクロ電子デバイス中のまたはそこからの熱を除去するように構成された伝熱素子を構成する。
【００７２】
[0079]  図３は、本発明の他の実施形態に係る光電子デバイスの部分断面立面図である。このデバイスでは、図示されるように、発光ダイオード５０は、その後面５４で支持体／電気伝導体５２上に支持され、第２の電気伝導体５６は、そのようなＬＥＤの発光面６０に接触した状態で配置される。
【００７３】
[0080]  ＬＥＤ５０は、ＬＥＤに対して受光関係で構成されかつデバイスからの光を透過するように光透過性シート６６の対向面上に形成されたダウンコンバージョン発光媒体膜６４に入射する一次放射線を放出する。
【００７４】
[0081]  この実施形態では、ＬＥＤ本体内で発生した熱が反ストークス蛍燐光体膜６２に伝導されて反ストークス蛍燐光体膜から放出される光に変換されるように、反ストークス蛍燐光体の外接膜６２をＬＥＤ５０の側表面上に形成した。そのような構成により、ＬＥＤダイは、反ストークス蛍燐光体膜の熱散逸作用により所定の温度で動作するように熱管理される。
【００７５】
[0082]  本発明の他の実施形態では、ＬＥＤまたは他の一次放射線源から一次放射線を受け取るように構成された複合コーティングの場合のように、反ストークス蛍燐光体を従来の（ストークス）蛍燐光体と組み合わせて利用可能である。高エネルギー動作では、従来の蛍燐光体自体は、過剰のエンタルピーを生じて過度に高温になる可能性があるが、その場合、蛍燐光体膜中のそのような熱は、そのような複合膜の反ストークス蛍燐光体構成要素により散逸させることが可能である。そのような目的に合った粒状蛍燐光体を好適な膜形成性担体中に分散することにより、対応するコーティング組成物を形成することが可能である。
【００７６】
[0083]  図４は、反ストークス蛍燐光体の不連続膜領域８４が表面上に堆積された主要なダウンコンバージョン蛍燐光体本体８２を含む複合蛍燐光体粒子８０の斜視図である。これは、たとえば、蛍燐光体膜中の蓄熱に対抗する特定の用途に好適でありうる。そのような複合反ストークス蛍燐光体／ストークス蛍燐光体粒子の代わりに、それぞれの反ストークス蛍燐光体およびストークス蛍燐光体をそれぞれのタイプの個別粒子として互いに混合した状態で利用することが可能である。反ストークス蛍燐光体および従来の蛍燐光体はまた、化学気相堆積などの従来の堆積技術を用いて薄膜として堆積可能である。
【００７７】
[0084]  他の態様では、本発明は、ＬＥＤ構造体、たとえば、反ストークス蛍燐光体がＬＥＤから除去されたＬＥＤモジュールを意図する。たとえば、反ストークス蛍燐光体は、ＬＥＤと並置関係で構成可能であるか、またはＬＥＤをＬＥＤ構成要素から物理的に分離した状態が可能である。
【００７８】
[0085]  図５は、基板上の反ストークス蛍燐光体の隣接層から上方または外方向に突出する表面実装ＬＥＤを有するＬＥＤモジュールの概略図である。図示されるように、ＬＥＤモジュール１００は、基板１０２を含み、基板上では、ＬＥＤ１０４が外方向（図中では上方向に示される）に反ストークス蛍燐光体材料の層１０６を越えて（図中では上方に越えて示される）延在する。
【００７９】
[0086]  図６は、反ストークス蛍燐光体の層１１６を表面上に有する基板１１２上に構成要素ＬＥＤ１１４を備えたＬＥＤモジュール１１０の概略図である。
【００８０】
[0087]  ＬＥＤ／反ストークス蛍燐光体素子を含むそのようなタイプのＬＥＤモジュールでは、モジュールは、１つ以上のＬＥＤを含むことが可能であり、ＬＥＤは、同一または異なる種類のものでありうる。たとえば、ＬＥＤのすべてが白色光放出ＬＥＤでありうる。他の選択肢として、ＬＥＤはさまざまな光の色でありうる。ＬＥＤが実装される構造体または基板は、そのような構成でＬＥＤからの熱を伝導および分散するように適切に選択および構築を行うが可能である。
【００８１】
[0088]  図７は、ＬＥＤ１２４および反ストークス蛍燐光体層１２６が基板上１２２に配設されたＬＥＤ／反ストークス蛍燐光体アセンブリー１２０である。アセンブリーは、外側のリフレクター１２８と、レンズ、フィルター、またはディフューザー１３０と、を含む。図５の場合と同様に、ＬＥＤ１２４のそれぞれは、基板から上方に反ストークス蛍燐光体層の表面を越えて上末端まで延在する。
【００８２】
[0089]  図５〜７に示されるような構成では、反ストークス蛍燐光体は、デバイスの電気的特性に影響を与えないように定置される。たとえば、蛍燐光体層が電気伝導性である場合、それは、モジュール中には配置されないであろう。または、モジュールの適切な動作を確保するために、誘電体層で分離することが可能である。
【００８３】
[0090]  したがって、当然のことであろうが、本発明は、廃熱エネルギーを光出力に変換することによりマイクロ電子デバイスの動作時にそのような熱を散逸させるべくアップコンバージョン発光媒体が使用される広範にわたるさまざまなマイクロ電子デバイスの構造および構成を意図する。
【００８４】
[0091]  主に光電子デバイスの熱管理に適用する場合について本明細書中で本発明を説明してきたが、本発明は、専用の光源素子を利用するマイクロ電子デバイスだけでなく非光学デバイスたとえば熱センサーの冷却にも適用可能であり、その場合、本発明に従って、既存の光源構成要素を最小限に抑えることが可能であるか、さらには発生した熱を光に変換する能力により排除することさえも可能であることはわかるであろう。
【００８５】
本発明の特定の態様、特徴、および例示的実施形態に関連して本発明について本明細書で説明してきたが、当然のことながら、本発明の有用性はそのように限定されるものではなく、多数の他の変更形態、修正形態、および他の実施形態に拡張され、それらを包含する。このことは、本発明の分野の当業者であれば、本明細書の開示に基づいて自明であろう。したがって、これ以降で特許請求される本発明は、広義に解釈され、その趣旨および範囲内にそのような変更形態、修正形態、および他の実施形態をすべて包含すると解釈されるものとする。
【００８６】
関連出願の相互参照
米国特許法第１２０条の規定に基づいて２００７年８月２日出願の米国特許出願第１１／８３２，７８５号の優先権をここに主張する。
【図１】
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【図２】
0005453262.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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