(57)【要約】  本発明は少なくとも１つの光源１０１と密閉容器とを備えた発光デバイスに関し、容器は第１の領域１０５と、第１の領域１０５と対向して配置された第２の領域１０７とを備え、密閉容器は密閉容器の内面に熱的に結合された熱伝導流体１１１で充満されており、少なくとも１つの光源１０１は、密閉容器の第１の領域の外面１１５に配置されるとともに、密閉容器の内面１１３に熱的に結合されている。
2017524238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源と密閉容器とを備えた発光デバイスであって、前記密閉容器は第１の領域と、前記第１の領域と対向して配置された第２の領域とを備え、前記密閉容器は前記密閉容器の内面に熱的に結合された熱伝導流体で充満されており、前記少なくとも１つの光源は、前記密閉容器の前記第１の領域の外面に配置されるとともに、前記密閉容器の前記内面に熱的に結合されている、発光デバイス。
【請求項２】
前記熱伝導流体が光透過性であり、前記第１の領域及び前記第２の領域の少なくとも一部が光透過性である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記密閉容器が、前記第１の領域としての第１の円形板と、前記第２の領域としての第２の円形板とを備え、前記第２の円形板は前記第１の円筒板からゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて設置されており、前記第１の円形板と前記第２の円形板との間の空間は前記熱伝導流体で充満されている、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記密閉容器が、前記第１の領域としての第１の管状容器と、前記第２の領域としての第２の管状容器とを備え、前記第２の管状容器がゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて前記第１の管状容器を包囲しており、前記第１の管状容器と前記第２の管状容器との間の空間は前記熱伝導流体で充満されている、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記密閉容器が、前記第１の領域としての第１の球状容器と、前記第２の領域としての第２の球状容器とを備え、前記第２の球状容器がゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて前記第１の球状容器を包囲しており、前記第１の球状容器と前記第２の球状容器との間の空間は前記熱伝導流体で充満されている、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記距離が、１乃至１０ｍｍの範囲内、より好適には１乃至７ｍｍの範囲内、さらに好適には２乃至７ｍｍの範囲内、さらに好適には２乃至４ｍｍの範囲内である、請求項３乃至５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
熱伝導性で光学的に透明な前記熱伝導流体が、５・１０８乃至３・１０１０の範囲内、より好適には６・１０９乃至３・１０１０の範囲内、さらに好適には１・１０１０乃至３・１０１０の範囲内のグラスホフ数を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記熱伝導流体及び／又は前記密閉容器の少なくとも一部が、散乱粒子及び無機発光粒子を含む群から選択された粒子又はこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記密閉容器の少なくとも一部が、光透過性有機材料、ガラス材料、光透過性セラミック材料、及びシリコーン材料を含む群から選択された１つ以上の材料で作製されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記密閉容器が、前記発光デバイスの動作中に発せられた光を所定の方向に向ける１つ以上の光学素子を備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記光源が、前記第１の管状容器の長手軸に実質的に平行に設置された少なくとも１列の発光ダイオードを備えており、２つの隣り合う発光ダイオード間の距離が、５乃至１５ｍｍの範囲内、好適には７乃至１３ｍｍの範囲内、より好適には８乃至１２ｍｍの範囲内である、請求項４に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記第１の管状容器の長手軸に実質的に平行に設置された少なくとも３列の発光ダイオードを含む請求項１１に記載の発光デバイスであって、前記３列が前記第１の管状容器の半径に沿って非対称に分配されて配置されている、発光デバイス。
【請求項１３】
密閉容器を備えた請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光デバイスのためのヒートシンクであって、前記密閉容器は第１の光透過性領域と、第１の光透過性領域と対向して配置された第２の光透過性領域とを備え、前記密閉容器は前記密閉容器の内面に熱的に結合された熱伝導の及び光学的に透明の流体で充満されている、ヒートシンク。
【請求項１４】
少なくとも１つの請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光デバイスを備える、ランプ。
【請求項１５】
少なくとも１つの請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光デバイス、又は請求項１４に記載のランプを備える、照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光デバイスに関する。本発明はまた、この発光デバイス用のヒートシンクに関する。本発明はさらに、この発光デバイスを備えたランプに関する。本発明はさらに、この発光デバイス又はこのランプを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランプにおけるＬＥＤ（発光ダイオード）の熱管理の問題は当該技術分野においてよく知られている。ＬＥＤに基づく解決策の効率は１００％に満たない。動作中に発生する熱は、概して用途において温度をもたらし、これはシステムの有効性を低下させ得るとともに、ＬＥＤ及び／又は他の構成要素の寿命を制限し得る。熱を周囲へ伝達するために、ＬＥＤデバイスは一般的に金属製ヒートシンクを用いる。ほとんどのＬＥＤ用途においては、ヒートシンクと発光領域とは２つの別個の素子である。ヒートシンクの大きさは概してランプ外郭部全体よりも小さく、周囲への熱伝達、及びひいては熱性能を制限する。また、ヒートシンクは一般的に、比較的重く且つ比較的高価である。さらに、ヒートシンクは一般的に、光学的に透明でない。
【０００３】
米国特許第８，４５４，１８５号明細書は、外部ランプシェードと、内部中空容器と、内部中空容器と外部ランプシェードとの間の空間内の基板上に設置された複数のＬＥＤとを有する液冷式ＬＥＤランプを開示している。この空間は、ＬＥＤによって発生された熱を外部ランプシェードへと伝える熱伝導液で充満されている。このランプの短所は、電気部品が熱伝導液と直接接触することを防止するために措置が講じられなければならないという点である。また、液体中に存在しているＬＥＤが空間内の液体の循環を制限し得るので、周囲への熱伝達が妨げられるかもしれない。さらに、ＬＥＤに用いられている材料、例えば無機蛍光体、有機蛍光体、又は量子ドットなどの発光材料は、これらの材料が熱伝導流体と接触する場合、劣化しやすいかもしれない。
【０００４】
したがって、提案されているシステムは、（部分的に）光学特性を犠牲にしてのみ解決され得る熱管理の問題を免れないものと思われる。反対に、光学特性を最適化するときには、熱管理が課題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、好適にはさらに上述の欠点のうち１つ以上を少なくとも部分的に除去する代替的な発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、少なくとも１つの光源と密閉容器とを備えた本発明による発光デバイスによって達せられるものであって、密閉容器は第１の領域と、第１の領域と対向して配置された第２の領域とを備え、容器は密閉容器の内面に熱的に結合された熱伝導流体で充満されており、少なくとも１つの光源は、密閉容器の第１の領域の外面に配置されるとともに、密閉容器の内面に熱的に結合されている。容器内の液体は、光源によって発生された熱を吸収し、発光デバイスの外面全体に熱を拡散するためのヒートスプレッダとして作用している。ＬＥＤに近接した流体中の相対的熱点と容器の第２の領域に近接した流体中の相対的冷点との間の流体における温度差から生じる浮力に起因して、流体は発光デバイスの動作中に容器の内部を移動し、周囲への熱伝達を向上させる。その結果、熱伝導流体を有する容器は、ＬＥＤによって発生された熱を周囲へ伝達するためのヒートシンクとして作用するであろう。ＬＥＤが容器の内部に設置されていないので、流体の移動がＬＥＤによって妨げられない。このようにすれば、容器の相対的に大きな表面積を介して熱を周囲へと放出することができる。また、ＬＥＤが流体と直接接触せず、これは短絡の危険性を低減する。さらなる金属製ヒートシンク、例えば一般的に用いられる金属製ヒートシンクは不要であるため、電磁場、Ｘ線、又はガンマ線との相互作用の危険性が小さくなる。さらに、ほとんどの流体はヒートシンクに一般的に用いられる材料よりも低い密度を有するため、流体の適切な選択によって、発光デバイスの重量を軽減することが可能である。
【０００７】
米国特許出願公開第２００９／０１５４１６４号明細書は、２つの対向する端部が開いている円筒形状の外殻と、外殻の２つの対向する端部の一方に収容されたレンズと、外殻の２つの対向する端部の他方に取り付けられたシンクベースとを含む水中灯を開示している。外殻と、シンクベースと、レンズとの間には内部空間が定義される。光発生素子が、内部空間内に設置されるとともに、シンクベースに熱着される。ランプは２つの開口を有しており、それらを通って水が内部空間内に流入する。ＬＥＤの熱は、主にシンクベースに伝達され、さらに複数のフィンへと伝えられる。
【０００８】
独国特許第５４１９５２号明細書は、反射層を有する冷却キュベット内に埋め込まれた光源を備えた投射照明用の照明デバイスを開示している。光は冷却キュベット内に結合され、射出窓へと反射される。冷却キュベットは、冷却キュベット全体に冷却流体の流れを提供するための開口を有している。ランプは、冷却流体による冷却を提供するべく、冷却キュベット内に埋め込まれる。
【０００９】
本発明の一実施形態は、熱伝導流体が光透過性（すなわち「光透過性流体」）であることと、第１の領域及び第２の領域の少なくとも一部が光透過性であることとを特徴とする。光源によって発生された光の少なくとも一部は、第２の領域を介して発光デバイスから出射する前に、流体を通過し得る。発光デバイスの光学設計にとって、より自由が得られる。流体及び／又は容器は、光のビーム成形又は他の照明効果の創出に用いられてもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態は、容器が、第１の領域としての第１の円形板と、第２の領域としての第２の円形板とを備え、第２の円形板は第１の円筒板からゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて設置されており、第１の円形板と第２の円形板との間の空間は熱伝導流体で充満されていることを特徴とする。この実施形態においては、光は、比較的複雑な構造の金属製ヒートシンクを必要とすることなく、比較的大きな領域によって発生され得る。
【００１１】
本発明の一実施形態は、容器が、第１の領域としての第１の管状容器と、第２の領域としての第２の管状容器とを備え、第２の管状容器がゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて第１の管状容器を包囲しており、第１の管状容器と第２の管状容器との間の空間は熱伝導流体で充満されていることを特徴とする。この実施形態においては、光源によって発生された熱が液体に伝達され、浮力に起因して、局所的に加熱された流体が移動し始める。その結果、最終的には、円筒状容器の内部での流体の全体的な循環が、機械的作動（所謂熱サイフォン効果）を用いることなくもたらされる。第１及び第２の容器の筒状の形状は発光デバイスの機械的強度を高め、これは比較的大きなヒートシンクを必要とするであろう比較的高出力を有する発光デバイスにとって重要であり得る。
【００１２】
本発明の一実施形態は、容器が、第１の領域としての第１の球状容器と、第２の領域としての第２の球状容器とを備え、第２の球状容器がゼロミリメートルよりも大きな距離をおいて第１の球状容器を包囲しており、第１の球状容器と第２の球状容器との間の空間は熱伝導流体で充満されていることを特徴とする。この実施形態においては、実質的に全方向に光を発生するデバイスが得られる。また、そのようなデバイスは、レトロフィットランプ（ｒｅｔｒｏｆｉｔ  ｌａｍｐ）において使用可能である。第１及び第２の容器の球状の形状は発光デバイスの機械的強度を高め、これは比較的大きなヒートシンクを必要とするであろう比較的高出力を有する発光デバイスにとって重要であり得る。
【００１３】
本発明の一実施形態は、距離ｄ１が、１乃至１０ｍｍの範囲内、より好適には１乃至７ｍｍの範囲内、さらに好適には２乃至７ｍｍの範囲内、さらに好適には２乃至４ｍｍの範囲内であることを特徴とする。比較的薄い流体の層は比較的軽量の発光デバイスをもたらす。また、比較的薄い流体の層は、発光デバイスの光学特性にとって有益であり得る一方で、依然として熱の輸送に十分な能力を提供する。
【００１４】
本発明の一実施形態は、熱伝導性で光学的に透明な流体が、５・１０８乃至３・１０１０の範囲内、より好適には６・１０９乃至３・１０１０の範囲内、さらに好適には１・１０１０乃至３・１０１０の範囲内のグラスホフ数を有することを特徴とする。グラスホフ数（Ｇｒ）とは、流体に作用する浮力と粘性力との比率に近似する、流体力学及び熱伝達における既知の無次元数である。この実施形態による流体は、発光デバイスの動作中に加熱されたとき、比較的容易に循環を開始するとともに、熱の輸送に比較的良好な特性を有する。概して、流体のグラスホフ数が高いほど、流体は本発明における適用にとって良好な特性を有する。
【００１５】
本発明の一実施形態は、熱伝導流体が、シリコンオイル、メタノール、エタノール、アセトン、水、フッ素化脂肪族有機化合物、芳香族有機化合物、及びジメチルポリシロキサンを含む群から選択されることを特徴とする。これらの流体は、その比較的大きな熱膨張係数により、熱サイフォン効果の創出に特に適している。
【００１６】
本発明の一実施形態は、容器の少なくとも一部が、光透過性有機材料、ガラス材料、光透過性セラミック材料、及びシリコーン材料を含む群から選択された１つ以上の材料で作製されていることを特徴とする。これらの材料は光透過性であり、発光デバイスの光学設計にとって十分な自由を有することを可能にする。
【００１７】
本発明の一実施形態は、光源が少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする。ＬＥＤにおける熱は比較的少量で生成され、このようにすれば、熱は比較的大きな領域の全体に拡張可能である。ＬＥＤは、例えば単一のＬＥＤ、複数のＬＥＤ、複数のＬＥＤを備えた細長片、又はチップオンボードＬＥＤ光源として存在し得る。
【００１８】
本発明の一実施形態は、光源が、第１の管状容器の長手軸に実質的に平行に設置された少なくとも１列の発光ダイオードを備えており、２つの隣り合う発光ダイオード間の距離が、５乃至１５ｍｍの範囲内、好適には７乃至１３ｍｍの範囲内、より好適には８乃至１２ｍｍの範囲内であることを特徴とする。この実施形態は、例えば、ＴＬ取り替え（レトロフィット）管（ＴＬ  ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  （ｒｅｔｒｏｆｉｔ）  ｔｕｂｅ）として使用され得る細長のデバイスを創出することを可能にする。互いに十分に近接したＬＥＤを有することによって、ＬＥＤにより近接した点と比較して低い光出力を有し得るＬＥＤ間の点を減少させることで、光出力の均一性が高められる。
【００１９】
本発明の一実施形態は、第１の管状容器の長手軸に実質的に平行に設置された少なくとも３列の発光ダイオードと、その３列が第１の管状容器の半径に沿って非対称に分配されて配置されていることとを特徴とする。この実施形態においては、より均一な光出力が得られ、これはデバイスの動作中に浮力によって引き起こされる容器内部の液体の良好な循環にとって有益である。
【００２０】
本発明の一実施形態は、熱伝導流体及び／又は容器の少なくとも一部が、散乱粒子及び無機発光粒子を含む群から選択された粒子又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする。散乱粒子の使用は、発光デバイスの光学特性を修正すること、及び例えば発光デバイスによって発生された光を拡散させることを可能にする。無機発光粒子の使用は、所望の色温度の白色光を発生させるため又は有色光を創出するために、光源によって発せられる光の少なくとも一部の色を変化させることを可能にする。発光粒子は光源自体の上に直接設置されるのではないため、光源による発光材料の加熱が防止される。また、光変換中に発光粒子によって発生される熱は、液体及び／又は容器に伝達され得る。
【００２１】
本発明の一実施形態は、容器が、デバイスの動作中に発せられた光を所定の方向に向ける１つ以上の光学素子を備えることを特徴とする。光学素子の使用は、例えばスポットライトや屋外照明として又は投影システムにおける使用のためなど、所望の用途に従って発光デバイスにより発生された光のビーム成形を可能にする。
【００２２】
本発明によれば、ヒートシンクは密閉容器を備え、この密閉容器は、第１の領域と、第１の領域と対向して配置された第２の領域とを備えており、密閉容器は、密閉容器の内面に熱的に結合された熱伝導流体で充満されている。ヒートシンクは、比較的大きな領域の全体に熱を拡散することができる一方で、同時に光学設計における自由を提供する。このヒートシンクは、金属製ヒートシンクよりも潜在的に軽量である。
【００２３】
本発明によれば、ランプは、少なくとも１つの本発明による発光デバイスを備える。本発明によれば、照明器具は、少なくとも１つの本発明による発光デバイス、又は本発明によるランプを備える。本発明は、光学設計における十分な自由を有する比較的軽量のランプ又は照明器具を創出することを可能にする。
【００２４】
特に、密閉容器の材料は、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリアクリル酸メチル（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（プレキシグラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）又はパースペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ））、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、シリコーン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、（ＰＥＴＧ）（グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、及びＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマ）から成る群から選択されたものなど、光透過性有機材料担体（ｉｇｈｔ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｓｕｐｐｏｒｔ）から成る群から選択された１つ以上の材料を含んでいてもよい。しかしながら、別の一実施形態においては、容器の材料は無機材料を含んでいてもよい。好適な無機材料は、ガラス、（溶融）石英、透過性セラミック材料、及びシリコーンから成る群から選択される。また、無機部分と有機部分との両方を備えたハイブリッド材料も適用され得る。第１の外被の材料及び／又は第２の外被の材料のための材料として特に好適なのは、ＰＭＭＡ、透明ＰＣ、又はガラスである。したがって、容器は、ガラス、透光性セラミック、及び光透過性ポリマから成る群から独立に選択された材料を含む。
【００２５】
本発明の一実施形態は、密閉容器の材料が、光源によって発生された光に関して、５０乃至１００％の範囲内、特に７０乃至１００％の範囲内の光透過率を有することを特徴とする。光源が可視光を発生している場合、このようにすれば、容器は光源からの可視光を透過する。本明細書において、「可視光」という用語は特に、３８０乃至７８０ｎｍの範囲から選択された波長を有する光に係る。透過又は光透過性は、特定の波長の光を第１の強度で材料に提供すること、及び、材料を透過した後で測定された波長の光の強度を特定の波長で材料に提供された光の第１の強度に関連付けることによって決定され得る（ＣＲＣ化学・物理学ハンドブック、第６９版、１０８８乃至１９８９ページのＥ−２０８及びＥ−４０６も参照）。
【００２６】
本発明の一実施形態は、熱伝導流体が、水、シリコンオイル、メタノール、エタノール、アセトン、フッ素化脂肪族有機化合物、芳香族有機化合物、及びシリコーン、又はこれらの化合物のうち２つ以上の混合物を含み得ることを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態は、熱伝導性流体の光屈折率（ｎ流体）と、容器の材料の少なくとも一部の光屈折率（ｎ容器）とが、ヒートシンク及び発光デバイスの光学特性を修正するために互いに同調されることを特徴とする。例えば、容器の少なくとも一部は、１乃至５の範囲内の光屈折率を有する材料を含む。熱伝導性で光透過性の流体に用いられる材料は、１乃至５の範囲内の光屈折率を有する。
【００２８】
本発明の一実施形態は、流体の光屈折率が容器の少なくとも一部の材料の光屈折率と同程度である（ｎ流体≒ｎ容器）ことを特徴とする。光が流体と、続いて容器の第２の領域とを伝播し、次いで発光デバイスから出射する場合、光は容器の第２の領域の材料によって実質的に屈折されず、発光デバイスは散乱光を発生し得る。本発明のさらなる一実施形態は、流体の光屈折率が容器の少なくとも一部の光屈折率よりも大きい（ｎ流体＞ｎ容器）ことを特徴とする。光が流体と、続いて容器の第２の領域とを伝播し、次いで発光デバイスから出射する場合、光は容器の第２の領域の材料によって実質的に屈折され、発光デバイスはビーム形状の光を発生し得る。ビーム成形の量はｎ流体とｎ容器との比率によって決定され、ｎ流体＞ｎ容器については、比率が高くなると、ビーム成形の量が増加する。本発明の別のさらなる一実施形態は、流体の光屈折率が容器の少なくとも一部の光屈折率よりも小さい（ｎ流体＜ｎ容器）ことを特徴とする。光が流体と、続いて容器の第２の領域とを伝播し、次いで発光デバイスから出射する場合には、光の主要部分が容器の第２の領域で反射して戻り、次いで容器の第１の領域を介して発光デバイスから射出し得る。反射光量はｎ流体とｎ容器との比率によって決定され、ｎ流体＜ｎ容器については、比率が低くなると、反射光量が増加する。熱伝導性流体の光屈折率と容器の少なくとも一部の屈折率とを同調させることによって、ヒートシンク及び発光デバイスの光学特性は変更され得る。「光源」という用語は、１つの光源に係ってもよく、又は２乃至２０個の光源など複数の光源に係ってもよいが、具体的な実施形態においては、１０乃至１０００個など、もっと多くの光源が適用され得る。光源は１つの固体光源であってもよく、又は複数の固体光源であってもよい。固体光源は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又はポリマ発光ダイオード（ＰＬＥＤ）であってもよい。２つ以上の光源が適用されるときには、任意選択的にはこれらが独立に制御されてもよく、又は光源のサブセットが独立に制御されてもよい。光源は、可視光又はＵＶ光を、直接的に、あるいはＬＥＤダイ上のドーム内、ＬＥＤダイ上又はその付近の発光層（箔など）内など固体光源内に特に統合された光変換器と協力して、発生するように構成されている。光源は、白熱灯、高密度放電ランプ、又は低圧放電ランプも含み得る。
【００２９】
さらに別の一実施形態においては、ランプは、固体光源の少なくとも２つのサブセットを含む。任意選択的には、この２つ以上のサブセットは、（（遠隔）コントローラによって）個別に制御されてもよい。
【００３０】
「上流」及び「下流」という用語は、光発生手段（ここでは特に光源）からの光の伝播に関するアイテム又は特徴の配置に係るものであり、光発生手段からの光線内の第１の位置に対して、光発生手段により近い光線内の第２の位置が「上流」であり、光発生手段からより遠い光線内の第３の位置が「下流」である。
【００３１】
「熱伝導流体」という用語は、熱を伝えることのできる液体又は気体を意味する。「光透過性流体」という用語は、光源によって発生された光について、５０乃至１００％の範囲内、特に７０乃至１００％の範囲内の光透過率を有する液体又は気体を意味する。
【００３２】
無機発光粒子は１つ以上の発光材料を含み得る。発光材料の例は、例えば以下のものである：Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ただしＭはＣａ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択され、さらに特には、ＭはＳｒ及びＢａから成る群から選択される；ＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋、ただしＭはＣａ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択され、さらに特には、ＭはＳｒ及びＢａから成る群から選択される；Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋発光材料、ただしＭはＳｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕから成る群から選択され、ＡはＡｌ及びＧａから成る群から選択される。好適には、Ｍは少なくともＹ及びＬｕのうち１つ以上を含み、Ａは少なくともＡｌを含む。代替的な実施形態においては、量子ドットベースの材料が発光材料として用いられる。例えば、量子ドットを含むポリママトリクス材料で充満されたマクロ多孔性シリカ又はアルミナ粒子が用いられ得る。量子ドットは、特にＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、及びＨｇＺｎＳＴｅ（から成る群から選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）から成る群から選択された、さらに特にはＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、及びＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳから成る群から選択された、ＩＩ−ＶＩ量子ドットであってもよい。マクロ多孔性シリカ又はアルミナ粒子は、酸素及び／又は熱伝導流体への量子ドットの曝露を低減するために、例えば原子層堆積を介して提供された無機塗料で覆われていてもよい。
【００３３】
発光デバイス、ランプ、又は照明器具は、例えばオフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム（ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、店舗照明システム、家庭用照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明ディスプレイシステム、画素化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータサインシステム、装飾用照明システム、携帯用システム、自動車用アプリケーション、温室照明システム、園芸用照明、若しくはＬＣＤバックライトの一部であってもよいし、又はこれらに適用されてもよい。また、発光デバイス、ランプ、又は照明器具は、例えば空気浄化システム若しくは水浄化システムの一部であってもよいし、又はこれらに適用されてもよい。
【００３４】
特に、適用分野は：消費者向けランプ（例えば蝋燭、電球、スポットライト、レトロフィットＴＬランプ）；専門家向けランプ（とりわけ街路灯ランプ）；消費者向け照明器具（屋内）；専門家向け照明器具（例えば屋内スポット、屋外照明器具）；街路灯：統合型の増幅照明器具設計（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ａｍｐ−ｌｕｍｉｎａｉｒｅ  ｄｅｓｉｇｎｓ）；特殊照明：極限環境（例えばアンモニア濃度のある豚小屋、殺菌ランプ、原子力発電所などＸ線又はガンマ線を有する環境のための照明器具）、又は水中照明（ガラスは防水性であり、有機成長を防止するために容易に塗工可能である）；などである。
【００３５】
本明細書における「実質的にすべての光」又は「実質的に成る」などの「実質的に」という用語は、当業者には理解されるであろう。「実質的に」という用語は、「全体的に」、「完全に」、「すべて」等を用いる実施形態も含み得る。したがって、実施形態においては、この形容詞は実質的には除去されてもよい。適用可能な場合には、「実質的に」という用語は、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらに特には、１００％を含め、９９．５％以上にも係り得る。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、「備える」という用語が「から成る」を意味する実施形態も包含する。「及び／又は」という用語は、特に、「及び／又は」の前及び後に言及されたアイテムのうち１つ以上に係る。例えば、「アイテム１及び／又はアイテム２」という言い回し及び類似の言い回しは、アイテム１及びアイテム２のうち１つ以上に係り得る。「備える」という用語は、ある実施形態においては「から成る」ことを指すが、別の実施形態においては「少なくとも定義された種を、且つ任意選択的には１つ以上の他の種を含む」ことを指す。
【００３６】
また、明細書及び請求項における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素間の区別のために用いられているのであり、必ずしも連続的又は経時的な順序を表すためのものではない。そのように用いられている用語は、適切な状況下では交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示されたもの以外のシーケンスでの動作が可能であることが理解されるべきである。
【００３７】
本明細書におけるデバイスは、とりわけ動作中について記載されている。当業者には明らかであるように、本発明は、動作方法や動作中のデバイスに限定されるものではない。
【００３８】
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく説明するものであること、及び、当業者であれば添付の特許請求の範囲を逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計可能であろうことに留意されたい。請求項において、括弧に挟まれた参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える」という動詞及びその活用の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する「ａ」、「ａｎ」という冠詞は、複数のそのような要素の存在を排除しない。いくつかの手段を列挙しているデバイスの請求項においては、それらの手段のうちいくつかは、ハードウェアの同一のアイテムによって具現化され得る。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。
【００３９】
本発明はさらに、明細書に記載され及び／又は添付の図面に示された特徴的特性のうち１つ以上を備えるデバイスに当てはまる。本発明はさらに、明細書に記載され及び／又は添付の図面に示された特徴的特性のうち１つ以上を備える方法又はプロセスに関する。
【００４０】
本特許において議論されている様々な態様は、追加的な利点を提供するために組み合わせることが可能である。また、特徴のうちいくつかは、１つ以上の分割出願の基礎を成すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明による発光デバイスの一実施形態を示す。
【図１Ｂ】本発明による発光デバイスの第１の実施形態を示す。
【図１Ｃ】本発明による発光デバイスの第２の実施形態を示す。
【図１Ｄ】本発明による発光デバイスの第３の実施形態を示す。
【図１Ｅ】本発明による発光デバイスの第４の実施形態を示す。
【図２Ａ】本発明による発光デバイスの一実施形態を示す。
【図２Ｂ】本発明による発光デバイスの第５の実施形態を示す。
【図２Ｃ】本発明による発光デバイスの第６の実施形態を示す。
【図２Ｄ】本発明による発光デバイスの第７の実施形態を示す。
【図２Ｅ】本発明による発光デバイスの第８の実施形態を示す。
【図３Ａ】本発明による発光デバイスの一実施形態を示す。
【図３Ｂ】本発明による発光デバイスの第９の実施形態を示す。
【図３Ｃ】本発明による発光デバイスの第１０の実施形態を示す。
【図４Ａ】本発明による発光デバイスの第１１の実施形態を示す。
【図４Ｂ】本発明による発光デバイスの第１２の実施形態を示す。
【図４Ｃ】本発明による発光デバイスの第１３の実施形態を示す。
【図４Ｄ】本発明による発光デバイスの第１４の実施形態を示す。
【図５】本発明によるランプを示す。
【図６】本発明による照明器具を示す。
【図７】図２Ａ及び図２Ｃによる発光デバイスの熱的挙動についての実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１Ａは発光デバイス１００を示し、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、及び図１Ｅには線Ａ−Ａ’（図１Ａ）に沿った発光デバイス１００の断面図が示されている。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、及び図１Ｅを参照すると、発光デバイス１００は密閉型円筒状容器１０３を備える。円筒状容器１０３は、壁１０９を介して接続された第１の円形板１０５及び第２の円形板１０７によって形成されている。円筒状容器１０３は、第１の円形板１０５ならびに第２の円形板１０７の内面１１３と熱的に接触する熱伝導性で光透過性の流体１１１で充満されている。複数のＬＥＤ１０１が、第１の円形板１０５の外面１１５に設置されるとともに、第１の円形板１０５の壁を介して内面１１３に熱的に結合されている。ＬＥＤ１０１は電気コネクタ１２１に電気的に接続されている。発光デバイス１００の動作時には、ＬＥＤ１０１は、電気コネクタ１２１を介して給電され、光１１７を発生させる。図１Ｂを参照すると、発光デバイス１００の第１の実施形態においては、ＬＥＤ１０１の下流で、光１１７が、第１の円形板１０５及び流体１１１を通過し、発光デバイス１００によって発生された光１１９として、第２の円形板１０７の外面１２１を介して発光デバイス１００から出射する。図１Ｃを参照すると、発光デバイス１００の第２の実施形態においては、ＬＥＤ１０１の下流で、光１１７は、発光デバイス１００によって発生された光として、発光デバイスから出射する。この実施形態に関しては、流体１１１、第１の円形板１０５、及び第２の円形板１０７は光透過性でないか、又は部分的にのみ光透過性である。第１の円形板１０５の外面１１５には、ＬＥＤによって発生された光を第１の円形板１０５から遠ざかるように反射するために、反射膜１２３が存在していてもよい。再び図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃを参照すると、ＬＥＤ１０１によって局所的に発生された熱は、第１の円形板１０５を介して流体１１１に伝えられる。流体１１１はこの熱を、伝導を介してならびに流体１１１中での対流を介して、さらに第２の円形板１０７及び壁１０９へと伝達する。この対流は、ＬＥＤ１０１に近接した流体１１１の相対的熱点と第２の円形板１０７及び壁１０９に近接した流体１１１の相対的冷点との間の流体１１１中における温度差により生じる浮力によって引き起こされる。最終的には、第２の円形板１０７及び壁１０９が、熱をさらに発光デバイス１００の周囲へと伝達するであろう。熱伝導性流体１１１はこのようにして、ＬＥＤ１０１によって発生された熱を、第２の円形板１０７及び壁１０９によって形成される比較的大きな領域の全体に拡散するべく用いられる。流体１１１は光学的に透過性でもあるため、ＬＥＤ１０１によって発生された光１１７は、流体１１１を介して第２の円形板１０７へと伝達され得るとともに、光１１９として発光デバイス１００から出射し得る（図１Ｂを参照）。ＬＥＤ１０１は流体１１１と直接には接触せず、これが発光デバイス１００をより複雑でないものにしている。そうでなければ、短絡及び／又はＬＥＤ１０１において用いられる材料の劣化を防止するために、専用の措置がとられなければならない。第１の円形板と第２の円形板との間の距離ｄ１は３ｍｍである。代替的な実施形態においては、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、又は１０ｍｍという距離ｄ１が選択可能である。ＬＥＤ１０１は、行及び列のマトリクス状に配置される。２つの隣り合うＬＥＤ１０１の間の距離ｄ２は１０ｍｍである。代替的な実施形態においては、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、又は１５ｍｍという距離ｄ２が選択可能である。２つの隣り合うＬＥＤ１０１の間の距離ｄ２は同一であるが、代替的な実施形態においては、２つの隣り合うＬＥＤ１０１の間の距離の変更が適用可能である。代替的な実施形態においては、ＬＥＤ１０１は、行及び列のマトリクス以外のパターン、例えばハニカム構造で配置されてもよい。
【００４３】
図２Ａは発光デバイス２００を示し、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅには線Ｂ−Ｂ’（図２Ａ）に沿った発光デバイス１００の断面図が示されている。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅを参照すると、発光デバイス２００は円筒状容器２０３を備える。円筒状容器２０３は、壁２０９を介して接続された第１の円筒状容器２０５及び第２の円筒状容器２０７によって形成されている。円筒状容器２０３は、第１の円筒状容器２０５ならびに第２の円筒状容器２０７の内面２１３と熱的に接触する熱伝導性で光透過性の流体２１１で充満されている。複数のＬＥＤ２０１が、第１の円筒状容器２０５の外面２１５に設置されるとともに、第１の円筒状容器２０５の壁を介して内面２１３に熱的に結合されている。ＬＥＤ２０１は電気コネクタ２２１に電気的に接続されている。発光デバイス２００の動作時には、ＬＥＤ２０１は、電気コネクタ２２１を介して給電され、光２１７を発生させる。図２Ｂを参照すると、発光デバイス２００の第１の実施形態においては、ＬＥＤ２０１は、ＬＥＤが設置されている第１の円筒状容器２０５の外面領域２１５に向かって光２１７を放射する。光２１７は、流体２１１を通過し、発光デバイス２００によって発生された光２１９として、第２の円筒状容器２０７を介して発光デバイス２００から出射する。図２Ｃ及び図２Ｄを参照すると、発光デバイス２００の第２及び第３の実施形態においてはそれぞれ、ＬＥＤ２０１は、ＬＥＤ２０１が設置されている外面２１５とは反対向きの第１の円筒状容器２０５の外面領域２１５に向かって光２１７を放出する。光２１７は、第１の円筒状容器２０５及び流体２１１を通過し、発光デバイス２００によって発生された光２１９として、第２の円筒状容器２０７を介して発光デバイス２００から出射する。再び図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅを参照すると、ＬＥＤ２０１によって局所的に発生された熱は、第１の円筒状容器２０５を介して流体２１１に伝えられる。流体２１１はこの熱を、伝導を介してならびに流体２１１中での対流を介して、さらに第２の円筒状容器２０７及び壁２０９へと伝達する。この対流又は流体２１１の移動は、ＬＥＤ２０１に近接した流体２１１の相対的熱点と第２の円筒状容器２０７及び壁２０９に近接した流体２１１の相対的冷点との間の流体２１１中における温度差により生じる流体の浮力によって引き起こされる。最終的には、第２の円筒状容器２０７及び壁２０９が、熱をさらに発光デバイス２００の周囲へと伝達するであろう。熱伝導性流体２１１はこのようにして、ＬＥＤ１０１によって発生された熱を、第２の円筒状容器２０７及び壁２０９によって形成される比較的大きな領域の全体に拡散するべく用いられる。流体２１１は光学的に透過性でもあるため、ＬＥＤ２０１によって発生された光２１７は、流体２１１を介して第２の円筒状容器２０７へと伝達され得るとともに、光２１９として発光デバイス２００から出射し得る。ＬＥＤ２０１は流体２１１と直接には接触せず、これが発光デバイス２００をより複雑でないものにしている。そうでなければ、短絡を防止するために、専用の措置がとられなければならない。第１の円筒状容器２０５と第２の円筒状容器２０７との間の距離ｄ１は３ｍｍである。代替的な実施形態においては、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、又は１０ｍｍという距離ｄ１が選択可能である。ＬＥＤ２０１は１つの線形配列で配置される。２つの隣り合うＬＥＤ２０１の間の距離ｄ２（図２Ａ乃至図２Ｅには図示しない）は１０ｍｍである。代替的な実施形態においては、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、又は１５ｍｍという距離ｄ２が選択可能である。別の代替的な一実施形態においては、ＬＥＤ２０１はＬＥＤの複数の線形配列を備える。１つのアレイ２０１における２つの隣り合うＬＥＤの間の距離ｄ２（図２Ａ乃至図２Ｅには図示しない）は同一であるが、代替的な実施形態においては、２つの隣り合うＬＥＤ２０１の間で非同一の距離が適用可能である。
【００４４】
図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅを参照すると、ＬＥＤ２０１によって発生された熱は、第１の円筒状容器２０５を介して液体２１１に伝達され、その結果、第１の円筒状容器２０５の内面２１３付近の液体２１１の温度は、これらの箇所で上昇する。浮力に起因して、局所的に加熱された液体２１１は移動し始める。最終的には、この結果、矢印２２３で示されるように、円筒状容器２０３の内部での液体２１１の全体的な循環が、機械的作動（所謂熱サイフォン効果）を用いることなくもたらされる。ＬＥＤ２０１が円筒状容器２０３の内部に設置されていないので、液体２１１の移動はＬＥＤ２０１によって妨げられない。加熱された液体２１１は第２の円筒状容器２０７の壁と接触し、熱は、第２の円筒状容器２０７の壁を介して、発光デバイス２００の周囲へと伝達される。この熱サイフォン効果によって、発光デバイス２００の周囲への除熱がさらに向上される。
【００４５】
図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｅを参照すると、発光デバイス２００は、第１の円筒状容器２０５の長手軸Ｃ−Ｃ’に平行に設置された１列のＬＥＤ２０１を備える。図２Ｄを参照すると、発光デバイスは、第１の円筒状容器の長手軸Ｃ−Ｃ’に平行に設置された３列のＬＥＤ２０１を備える。この３列のＬＥＤは、第１の管状容器２０５の半径に沿って非対称の配向で設置される。すなわち、この実施形態においては、半径に沿った距離ｄ３及びｄ４が距離ｄ５よりも短い。この非対称の配向は、液体２１１における浮力をさらに強め、ひいては発光デバイス２００の周囲への熱伝達を向上させる。
【００４６】
図３Ａは発光デバイス３００を示し、図３Ｂは線Ｄ−Ｄ’（図３Ａ）に沿った発光デバイス３００の断面図を示し、図３Ｃは線Ｅ−Ｅ’（図３Ａ）に沿った発光デバイス３００の代替的な実施形態の断面図を示す。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、発光デバイス３００は球状容器３０３を備える。球状容器３０３は、壁３０９を介して接続された第１の球状容器３０５及び第２の球状容器３０７によって形成されている。球状容器３０３は、第１の球状容器３０５ならびに第２の球状容器３０７の内面３１３と熱的に接触する熱伝導性で光透過性の流体３１１で充満されている。複数のＬＥＤ３０１が、第１の球状容器３０５の外面３１５に設置されるとともに、第１の球状容器３０５の壁を介して内面３１３に熱的に結合されている。ＬＥＤ３０１は電気コネクタ３２１に電気的に接続されている。発光デバイス３００の動作時には、ＬＥＤ３０１は、電気コネクタ３２１を介して給電され、光３１７を発生させる。ＬＥＤ３０１の下流で、光３１７は、第１の球状容器３０５、流体３１１を通過し、発光デバイス３００によって発生された光３１９として、第２の球状容器３０７を介して発光デバイス３００から出射する。ＬＥＤ３０１によって局所的に発生された熱は、第１の球状容器３０５を介して流体３１１に伝えられる。流体３１１はこの熱を、伝導を介してならびに流体３１１中での対流を介して、さらに第２の球状容器３０７及び壁３０９へと伝達する。この対流は、ＬＥＤ３０１に近接した流体３１１の相対的熱点と第２の球状容器３０７及び壁３０９に近接した流体３１１の相対的冷点との間の流体３１１中における温度差により生じる浮力によって引き起こされる。最終的には、第２の球状容器３０７及び壁３０９が、熱をさらに発光デバイス３００の周囲へと伝達するであろう。熱伝導性流体３１１はこのようにして、ＬＥＤ３０１によって発生された熱を、第２の球状容器３０７及び壁３０９によって形成される比較的大きな領域の全体に拡散するべく用いられる。流体３１１は光学的に透過性でもあるため、ＬＥＤ３０１によって発生された光３１７は、流体３１１を介して第２の球状容器３０７へと伝達され得るとともに、光１１９として発光デバイス３００から出射し得る。ＬＥＤ３０１は流体３１１と直接には接触せず、これが発光デバイス３００をより複雑でないものにしている。そうでなければ、短絡及び／又はＬＥＤ３０１において用いられる材料の劣化を防止するために、専用の措置がとられなければならない。第１の球状容器３０５と第２の球状３０７容器との間の距離ｄ１は３ｍｍである。代替的な実施形態においては、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、又は１０ｍｍという距離ｄ１が選択可能である。ＬＥＤ３０１は、第１の球状容器３０５の異なる半径に沿って様々な位置にマトリクス状に配置される。２つの隣り合うＬＥＤ３０１の間の距離ｄ２は１０ｍｍである。代替的な実施形態においては、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、又は１５ｍｍという距離ｄ２が選択可能である。２つの隣り合うＬＥＤ３０１の間の距離ｄ２は同一であるが、代替的な実施形態においては、２つの隣り合うＬＥＤ３０１間の距離の変更が適用可能である。代替的な実施形態においては、ＬＥＤ３０１は、代替的なパターンで配置されてもよい。
【００４７】
図３Ｃを参照すると、発光デバイス３００の代替的な実施形態においては、ＬＥＤ３０１は、球状容器３０３の半径の一部に沿って設置されている。ＬＥＤは非対称の配向で設置されている。すなわち、この実施形態においては、半径に沿った距離ｄ６、ｄ７、及びｄ８は、距離ｄ９よりも短い。距離ｄ６、ｄ７、及びｄ８は実質的に同一であってもよく、又は代替的な実施形態においては異なっていてもよい。この非対称の配向は、液体３１１における浮力をさらに強め、ひいては発光デバイス３００の周囲への熱伝達を向上させる。ＬＥＤ３０１によって発生された熱は、第１の円筒状容器２０５を介して液体２１１へと伝達され、その結果、第１の球状容器３０５の内面３１３付近の液体３１１の温度は、これらの箇所で上昇する。特に、発光デバイス３００が軸Ｄ−Ｄ’（図３Ａ）に沿って水平に配置されている場合には、浮力に起因して、局所的に加熱された液体３１１は移動し始める。最終的には、この結果、矢印３２３で示されるように、球状容器３０３の内部での液体３１１の全体的な循環が、機械的作動（所謂熱サイフォン効果）を用いることなくもたらされる。加熱された液体３１１は第２の円筒状容器３０７の壁と接触し、熱は、第２の円筒状容器３０７の壁を介して、発光デバイス３００の周囲へと伝達される。この熱サイフォン効果によって、発光デバイス３００の周囲への除熱がさらに向上される。ＬＥＤ３０１が球状容器３０３の内部に設置されていないので、液体３１１の移動がＬＥＤ３０１によって妨げられない。
【００４８】
図４Ａは発光デバイス４００Ａを示し、図４Ｂは発光デバイス４００Ｂを示す。図４Ｃ及び図４Ｄは、線Ｆ−Ｆ’に沿った発光デバイス４００Ａ、４００Ｂの断面図を示す。図４Ａ、図４Ｃ、及び図４Ｄを参照すると、発光デバイス４００Ａは半円筒状容器４０３Ａを備える。図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄを参照すると、発光デバイス４００Ｂは半球状容器４０３Ｂを備える。図４Ｃを参照すると、容器４０３Ａ及び４０３Ｂは、壁４０９を介して接続された第１の容器４０５及び第２の容器４０７によって形成されている。容器４０３Ａ、４０３Ｂは、第１の容器４０５ならびに第２の容器４０７の内面４１３と熱的に接触する熱伝導流体４１１で充満されている。複数のＬＥＤ４０１が、第１の容器４０５の外面４１５に設置されるとともに、第１の容器４０５の壁を介して内面４１３に熱的に結合されている。ＬＥＤ４０１は電気コネクタ４２１（図４Ａ及び図４Ｂ）に電気的に接続されている。第１の容器４０５の外面４１５には、反射膜４２３が存在している。反射膜４２３は鏡面反射膜である。代替的には、反射膜４２３は拡散反射性であってもよい。発光デバイス４００Ａ、４００Ｂの動作時には、ＬＥＤ４０１は、電気コネクタ４２１を介して給電され、光４１７を発生させる。光４１７は、発光デバイス４００Ａ、４００Ｂから直接射出してもよいし、あるいは、反射膜４２３によって反射され、光ビーム４１９を発生させてもよい。ＬＥＤ４０１によって局所的に発生された熱は、第１の容器４０５の壁を介して流体４１１に伝えられる。流体４１１はこの熱を、伝導を介してならびに流体４１１中での対流を介して、さらに第２の容器４０７及び壁４０９へと伝達する。この対流は、ＬＥＤ４０１に近接した流体４１１の相対的熱点と第２の容器４０７及び壁４０９に近接した流体４１１の相対的冷点との間の流体４１１中における温度差により生じる浮力によって引き起こされる。最終的には、第２の容器４０７及び壁４０９が、熱をさらに発光デバイス４００Ａ、４００Ｂの周囲へと伝達するであろう。熱伝導性流体４１１はこのようにして、ＬＥＤ４０１によって発生された熱を、第２の容器４０７及び壁４０９によって形成される比較的大きな領域の全体に拡散するべく用いられる。ＬＥＤ４０１は流体４１１と直接には接触せず、これが発光デバイス４００Ａ、４００Ｂをより複雑でないものにしている。そうでなければ、短絡及び／又はＬＥＤ４０１において用いられる材料の劣化を防止するために、専用の措置がとられなければならない。第１の容器４０５と第２の容器３０７との間の距離ｄ１は３ｍｍである。代替的な実施形態においては、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、又は１０ｍｍという距離ｄ１が選択可能である。ＬＥＤ４０１は、第１の容器４０５の異なる半径に沿って様々な位置にマトリクス状に配置される。２つの隣り合うＬＥＤ４０１の間の距離ｄ２は１０ｍｍである。代替的な実施形態においては、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、又は１５ｍｍという距離ｄ２が選択可能である。２つの隣り合うＬＥＤ４０１の間の距離ｄ２は同一であるが、代替的な実施形態においては、２つの隣り合うＬＥＤ４０１間の距離の変更が適用可能である。代替的な実施形態においては、ＬＥＤ４０１は、代替的なパターンで配置されてもよい。
【００４９】
図４Ｄを参照すると、発光デバイス４００Ａ、４００Ｂの代替的な実施形態は、ＬＥＤ４０１の代わりに所謂チップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤ光源４２５が光源として存在している点を除き、図４Ａ及び図４Ｃと図４Ｂ及び図４Ｃとにそれぞれ示されているものと同一である。ＣＯＢ  ＬＥＤ光源は典型的には１つの光源として同梱された複数のＬＥＤチップを備える。
【００５０】
図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、及び図４Ｂを参照すると、水が熱伝導流体として用いられている。他の実施形態においては、流体は、シリコンオイル、メタノール、エタノール、アセトン、水、フッ素化脂肪族有機化合物、芳香族有機化合物、及びシリコーン、又はこれらの混合物を含み得る。
【００５１】
代替的な実施形態においては、ハロゲンランプ又は高輝度放電ランプが光源１０１、２０１、３０１、又は４０１として用いられる。
【００５２】
代替的な一実施形態においては、熱伝導性で光透過性の流体は粒子を含む。粒子は、散乱粒子及び無機発光粒子を含む群から選択されるか、又はこれらの組み合わせである。図１Ｂ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図３Ｂ、及び図３Ｂを参照すると、ＬＥＤ１０１、２０１、及び３０１によって発生された光１１７、２１７、及び３１７は、それぞれ流体１１１、２１１、及び３１１を通過し、流体中に存在する散乱粒子（これらの図には示さない）によって散乱される。その結果、散乱された光１１９、２１９、及び３１９が発光デバイス１００、２００、及び３００から出射する。代替的な一実施形態においては、光１１７、２１７、及び３１７は、無機発光粒子によって少なくとも部分的に別の色の光に変換される。さらなる代替的な一実施形態においては、第１の円形板１０５及び／又は第２の円形板１０７の壁（図１Ｂを参照）、第１の円筒状容器２０５及び／又は第２の円筒状容器２０７の壁（図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄを参照）、ならびに第１の球状容器３０５及び／又は第２の球状容器３０７の壁（図３Ｂ及び図３Ｃを参照）は、散乱粒子及び無機発光粒子を含む群から選択された粒子（これらの図には示さない）又はこれらの組み合わせを含む。ＬＥＤ１０１、２０１、及び３０１によって発生された光１１７、２１７、及び３１７は、これらの壁を通過し、壁内に存在する散乱粒子によって散乱される。その結果、散乱された光１１９、２１９、及び３１９が発光デバイス１００、２００、及び３００から出射する。代替的な一実施形態においては、光１１７、２１７、及び３１７は、無機発光粒子によって少なくとも部分的に別の色の光に変換される。散乱粒子は、１乃至１００μｍの範囲内、好適には１乃至１０μｍの範囲内の粒子径を有する。散乱粒子は、ポリマ材料（例えばテフロン（登録商標）（ｔｅｆｌｏｎ）又はＰＭＭＡ）とセラミック材料（例えばシリカ又はアルミナ）の中空球状粒子とを含む材料の群から選択された１つ以上の材料を含む。一実施形態においては、ＬＥＤ１０１、２０１、及び３０１は青色発光ＬＥＤを含み、無機発光粒子は、Ａｌ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋材料と、任意選択的には追加的なＣａＡｌＮ３：Ｅｕ２＋材料とを含む。青色光の一部は、黄色、又は緑色、又は黄色／緑色の光に変換され、これが変換されていない青色光と混合して白色光になる。任意選択的には、温白色光を発生させるために、別の発光材料によって赤色光が加えられる。
【００５３】
さらなる代替的な一実施形態においては、熱伝導性で光透過性の流体１１１、２１１、及び３１１の光屈折率と、容器１０３、２０３、及び３０３の少なくとも一部の光屈折率とが、互いに同調される。熱伝導性流体の屈折率（ｎ流体）は１乃至５の範囲内である。第１の円形板１０５及び／又は第２の円形板１０７の壁（図１Ｂを参照）、第１の円筒状容器２０５及び／又は第２の円筒状容器２０７の壁（図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄを参照）、及び第１の球状容器３０５及び／又は第２の球状容器３０７の壁（図３Ｂ及び３Ｃを参照）の屈折率（ｎ容器）はそれぞれ１乃至５の範囲内である。ｎ流体の値とｎ容器の値とを互いに同調させることによって、所望の光学効果が達成され得る。流体１１１、２１１、３１１の光屈折率（ｎ流体）は、容器１０３、２０３、３０３の少なくとも一部の材料の光屈折率（ｎ容器）と同程度である（ｎ流体≒ｎ容器）。光１１７、２１７、３１７が流体１１１、２１１、３１１と、続いて容器１０３、２０３、３０３の第２の領域１０７、２０７、３０７とを伝播し、次いで発光デバイス１００、２００、３００から出射する場合、光１１７、２１７、３１７は容器１０３、２０３、３０３の第２の領域１０７、２０７、３０７の材料によって実質的に屈折されず、発光デバイス１００、２００、３００は散乱光を発生し得る。代替的な一実施形態においては、流体の光屈折率は、容器の少なくとも一部の光屈折率よりも大きい（ｎ流体＞ｎ容器）。光が流体１１１、２１１、３１１と、続いて容器１０３、２０３、３０３の第２の領域とを伝播し、次いで発光デバイス１００、２００、３００から出射する場合、光１１７、２１７、３１７は容器１１７、２１７、３１７の第２の領域１０７、２０７、３０７の材料によって実質的に屈折され、発光デバイス１００、２００、３００はビーム形状の光を発生し得る。ビーム成形の量はｎ流体とｎ容器との比率によって決定され、ｎ流体＞ｎ容器については、比率が高くなると、ビーム成形の量が増加する。別の代替的な一実施形態においては、流体の光屈折率は容器の少なくとも一部の光屈折率よりも小さい（ｎ流体＜ｎ容器）。光が流体１１１、２１１、３１１と、続いて容器１０３、２０３、３０３の第２の領域１０７、２０７、３０７とを伝播し、次いで発光デバイス１００、２００、３００から出射する場合には、光１１７、２１７、３１７の主要部分が容器１０３、２０３、３０３の第２の領域１０７、２０７、３０７で反射して戻り、容器１０３、２０３、３０３の第１の領域１０５、２０５、３０５を介して発光デバイス１００、２００、３００から出射し得る。反射光量はｎ流体とｎ容器との比率によって決定され、ｎ流体＜ｎ容器については、比率が低くなると、反射光量が増加する。
【００５４】
さらなる代替的な一実施形態においては、第１の円形板１０５及び／又は第２の円形板１０７の壁（図１Ｂを参照）、第１の円筒状容器２０５及び／又は第２の円筒状容器２０７の壁（図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄ）、ならびに第１の球状容器３０５及び／又は第２の球状容器３０７の壁（図３Ｂ及び図３Ｃを参照）は、１つ以上の光学素子を備える。図２Ｅを参照すると、光学素子２２５が第１の円筒状容器２０５の外面領域２１５に作製されている。光学素子は、光のコリメーションのためのマイクロレンズである。ＬＥＤ２０１は第１の円筒状容器２０５の外面領域２１５に向かって光２１７を放出する。続いて、光はマイクロレンズ２２５によってコリメートされ、コリメートされた光２２７が第２の円筒状容器２０７を介して発光デバイス２００から出射する。代替的には、光学素子２２５は、第１の円筒状容器２０５の材料の屈折率及び／又は流体２１１の屈折率とは異なる屈折率の材料を含む１つ以上の素子を備え得る。
【００５５】
さらなる代替的な一実施形態においては、第１の円形板１０５及び／又は第２の円形板１０７の壁（図１Ｂを参照）、第１の円筒状容器２０５及び／又は第２の円筒状容器２０７の壁（図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄを参照）、及び第１の球状容器３０５及び／又は第２の球状容器３０７の壁（図３Ｂ及び図３Ｃを参照）は、壁の機械的強度を高めるための１つ以上の要素を備える。例えば１５０乃至６００Ｗの範囲内の比較的高出力を有する発光デバイスの場合、冷却領域（例えば図１Ｂを参照するときには内面１１３の領域）は、例えば０．５乃至１ｍ２の範囲内など、比較的大きくなければならない。その結果、比較的大きな静水圧が、第１の円形板１０５及び／又は第２の円形板１０７（図１Ｂを参照）に、そしてひいては円筒状容器１０３にも生じる。図１Ｄを参照すると、第１の円形板１０５及び第２の円形板１０７は、第１の円形板１０５及び第２の円形板１０７の両方に接続された要素１２５を備えている。要素１２５は、直径ｄ１１が２ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内である円筒形の形状を有する。代替的には、これらの要素は異なる形状、例えば三角形又は四角形の形状を有していてもよい。要素１２５は、光透過性の材料を含んでいてもよく、又は代替的には、任意選択的にＴｉＯ２などの反射膜で覆われた金属を含んでいてもよい。要素１２５は発光デバイス１００の機械的強度を高め、また、大きさ（例えば円筒形状の要素１２５の場合には直径）を比較的小さく維持することによって、発光デバイス１００の動作時の流体１１１の対流は僅かにしか妨げられないであろう。図１Ｅを参照すると、代替的な一実施形態においては、第１の円形板１０５及び第２の円形板１０７は、発光デバイス１００の機械的強度を高めるための細長要素１２７を備える。細長要素１２７は、（ｉ）第１の円形板１０５の内面１１３、（ｉｉ）第２の円形板１０７の内面１１３、（ｉｉｉ）第１の円形板１０５の外面１１５、及び（ｉｖ）第２の円形板１０７の外面１２１に設置されている。代替的には、細長要素１２７は、前の文に表示されている（ｉ）乃至（ｉｖ）の群から選択された１つ、２つ、又は３つに従って設置される。細長要素１２７は、面１１３、１１５及び１２１に沿って延びていてもよいし、あるいはその一部のみに沿って延びていてもよい。細長要素は、好適には、例えばポリカーボネート又は別のポリマ材料など、光透過性の材料から作製される。
【００５６】
図５は、図１Ａ乃至図１Ｃ、図２Ａ乃至図２Ｄ、図３Ａ乃至図３Ｃ、又は図４Ａ乃至４Ｄによる１つ以上の発光デバイスを備えたランプ５００を示す。ランプ５００は、特に屋内照明、屋外照明、殺菌目的など、異なる用途に用いられ得る。
【００５７】
図６は、図１Ａ乃至図１Ｃ、図２Ａ乃至図２Ｄ、図３Ａ乃至図３Ｃ、又は図４Ａ乃至図４Ｄによる１つ以上の発光デバイスあるいは図５による１つ以上のランプを備えた照明器具６００を示す。照明器具６００は、特に屋内照明、屋外照明、殺菌目的など、異なる用途に用いられ得る。
【００５８】
図７は、図２Ａ及び図２Ｃによる発光デバイスに関して実施された熱的実験の結果を示す。図７においては、ＬＥＤフットプリントの温度が℃［ＴＳ］で示され、これに対して電力がワット［Ｐ］で示されている。第１及び第２の円筒状容器２０５及び２０７の長さはそれぞれ３００ｍｍであった。長さが２４０ｍｍで２４個のＬＥＤを備えた１つのＬＥＤアレイが使用された。第２の円筒状容器２０７の直径は２０ｍｍであった。第１の円筒状容器２０５の直径は、１４ｍｍ（図５においてはＢと称され、３ｍｍの距離ｄ１に対応）、１６ｍｍ（図６においてはＣと称され、２ｍｍの距離ｄ１に対応）、及び１８ｍｍ（図６においてはＤと称され、１ｍｍの距離ｄ１に対応）で変更された。液体２１１は水から成る。冷却液を備えた容器を使用することなく、単一の円筒状容器が１つのＬＥＤアレイと共に用いられる構成が、図６においてはＡと称される。図６からわかるように、本発明による発光デバイスは、例えば５Ｗの電力では５０℃に対して７０℃というように、同程度の電力Ｐでは、冷却液を備えた容器を有さない発光デバイスと比較して、より低い値のＴＳを有する。その結果、本発明による発光デバイスは、例えば９６℃に等しいＴＳの値については１３Ｗに対して７Ｗというように、所与の最大値のＴＳについてより高い電力で駆動され得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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