(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短波長放射光を放出するための放射光源と、
前記放射光源によって放出された前記短波長放射光の少なくともいくらかを受光し、ダウンコンバートし、そして前記受光され、ダウンコンバートされた放射光の一部を逆方向転送するダウンコンバージョン材料と、
前記ダウンコンバージョン材料および前記放射光源に近接した光学素子であって、該光学素子は、前記放射光源を少なくとも部分的に囲み、前記ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光の、または前記放射光源からの放射光の少なくとも１つを、前記光学素子の外に、前記光学素子の少なくとも１つの側壁の第１の部分を通して透過するように構成され、前記光学素子の端は、前記ダウンコンバージョン材料に隣接している、光学素子と、
前記光学素子から透過された光の少なくともいくらかを反射するために、前記光学素子を少なくとも部分的に囲む第１の反射面と、
前記放射光源によって放出された前記放射光の少なくともいくらかを反射するために、前記放射光源を少なくとも部分的に囲む第２の反射面、前記第２の反射面は、前記光学素子の前記少なくとも１つの側壁の第２の部分である、と
を含む発光装置。
【請求項２】
前記光学素子に近接する凹部をさらに含み、
前記放射光源が前記凹部に配置される請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第２の反射面が前記凹部の一部を形成する請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第２の反射面が前記第１の反射面に近接する請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の反射面および前記第２の反射面が支持体構造上に配置される請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記放射光源が前記支持体構造上に配置される請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記支持体構造がヒートシンクである請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
少なくとも前記放射光源と前記光学素子との間の空間に配置されたシーラントをさらに含む請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
少なくとも前記第２の反射面と前記放射光源との間に配置されたシーラントをさらに含む請求項１に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第１の反射面が、少なくとも１つの曲率半径を有する反射鏡カップを構成する請求項１に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第１の反射面が、少なくとも第１の曲率半径および第２の曲率半径を有する反射鏡カップを構成する請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／８５９６３３号に対する優先権の利益を主張するものであり、その内容は引用することによって本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）および共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）を含む固体照明を有する固体発光素子は非常に有用である。なぜならば、それらは、従来の白熱および蛍光照明を超えて、潜在的により低い製造費用および長期間の耐久性の利益を提供するからである。初期費用が従来の照明の初期費用よりも大きい場合であっても、長使用（点灯）時間および低消費電力のため、固体発光素子は実用的な費用利益をしばしば提供する。大規模な半導体製造技法を使用することができるので、固体照明の多くを非常に低い費用で作製することができる。
【０００３】
家庭の表示灯ならびに、視聴覚機器、電気通信装置および自動車用の計器表示である消費者器具などの用途に加えて、ＬＥＤは屋内および屋外の情報表示装置におけるかなりの用途に適している。
【０００４】
短波長（たとえば、青色または紫色（ＵＶ））の放射光を放出する効率のよいＬＥＤの開発にともない、ＬＥＤの一次放出の一部のより長い波長へのダウンコンバージョン（すなわち、蛍光変換）を通して白色光を生成するＬＥＤを作製することが実現可能となった。ＬＥＤの一次放出のより長い波長への変換は、普通、一次放出のダウンコンバージョンと呼ばれる。一次放出の変換されない部分は、より長い波長の光と混ざって白色光を生成する。
【０００５】
ＬＥＤの一次放出の一部の蛍光変換は、ＬＥＤ照明の中のＬＥＤを収容する反射鏡カップを満たすために使用されるエポキシ樹脂の中に蛍光体層を配置することによって達成される。蛍光体は、エポキシ樹脂を硬化させる前にエポキシ樹脂の中に混合された粉体の形態である。蛍光体粉を含む未硬化エポキシ樹脂スラリは、その後、ＬＥＤに堆積され、そして、続いて硬化される。
【０００６】
硬化されたエポキシ樹脂内の蛍光体粒子は、大体、不規則に配向し、エポキシ樹脂中に散在する。ＬＥＤによって放出された一次光の一部は、蛍光体粒子に衝突することなくエポキシ樹脂を通過し、そして、ＬＥＤチップによって放出された一次放射光の別の一部は蛍光体粒子と衝突して、より長い波長の放射光を蛍光体粒子に放出させる。一次短波長放射光と蛍光体−放出放射光とが混ざることにより白色光を生成する。
【０００７】
技術蛍光−変換型ＬＥＤ（ｐｃ−ＬＥＤ）技法の今日の状態は、可視スペクトルでは効率が悪い。単一ｐｃ−白色ＬＥＤからの光出力は、可視スペクトルで約１０％の効率である典型的な家庭用の白熱照明の光出力よりも低い。典型的な白熱照明の出力密度に匹敵する光出力を有するＬＥＤ素子は、より大きなＬＥＤチップまたは複数のＬＥＤチップを有する設計を必要とする。さらに、ＬＥＤ素子それ自体の温度上昇を扱うために、直接エネルギーを吸収して冷却する形態を組み入れなければならない。その上とくに、１００℃よりも高い温度に加熱された場合、ＬＥＤ素子はより効率が悪くなり、その結果、可視スペクトルにおける戻りが減退する。本来の蛍光変換効率は、いくつかの蛍光体では、温度が約９０℃の閾値以上に上がると、劇的に下がる。
【０００８】
従来のＬＥＤチップは、ドームまたはエポキシドームと呼ばれているエポキシ樹脂によって封止される。封止されたＬＥＤからの光は、空気などの伝達媒体を通過する前に、ドームの封止物質を通過する。そのドームの封止物質は、少なくとも２つの機能を果たす。第１は、光線の束の制御を可能にする。すなわち、それは、ＬＥＤチップから目標へと通過する一筋の光線の方向を制御するのを助ける。第２は、それは、ＬＥＤと空気との間の光伝達の効率を上昇させる。封止媒体の屈折率の値は、ＬＥＤチップの屈折率と空気の屈折率との間であるため、ドームの封止物質は、少なくともこれらの２つの機能をある程度果たす。従来のＬＥＤチップでは、ドームの高さを２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内としてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００５／１０７４２０号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−４９８５７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、短波長放射光を放出する放射光源を有する発光装置である。ダウンコンバージョン材料は、前記放射光源から放出された前記短波長放射光の少なくともいくらかを受光してダウンコンバートし、そして、受光し、ダウンコンバートされた放射光の一部を逆方向転送する。前記ダウンコンバージョン材料に近接する光学素子は、前記放射光源を少なくとも部分的に囲む。前記光学素子は、逆方向転送された放射光の少なくともいくらかを引き出すために構成される。シーラントは前記放射光源と前記光学素子との間の空間を実質的に密閉する。
【００１１】
本発明の別の態様は、短波長放射光を放出するための複数の放射光源を有する発光装置である。ダウンコンバージョン材料は、前記複数の放射光源の少なくとも１つからの前記短波長放射光の少なくともいくらかを受光してダウンコンバートし、そして、受光し、ダウンコンバートされた放射光の一部を逆方向転送する。前記ダウンコンバージョン材料に近接する光学素子は、前記複数の放射光源を少なくとも部分的に囲み、そして、前記ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光の少なくともいくらかを引き出すために構成される。シーラントは前記複数の放射光源と前記光学素子との間の空間を実質的に密閉する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、短波長放射光を放出するための複数の放射光源を有する発光装置である。複数のダウンコンバージョン材料層は、前記放射光源のそれぞれ１つから放出された前記短波長放射光の少なくともいくらかをそれぞれ受光してダウンコンバートし、そして、それぞれ受光し、ダウンコンバートされた放射光のそれぞれ一部を逆方向転送する。複数の光学素子が存在する。それぞれの光学素子は、それぞれのダウンコンバージョン材料層に近接する。前記光学素子のそれぞれ１つは、前記放射光源のそれぞれ１つを少なくとも部分的に囲む。それぞれの光学素子は、それぞれのダウンコンバージョン材料層から逆方向転送された放射光、またはそれぞれの前記放射光源からの放射光の少なくともいくらかを引き出すためにそれぞれ構成される。複数のシーラントはそれぞれの放射光源とそれぞれの光学素子との間のそれぞれの空間を実質的に密閉する。
【００１３】
本発明の別の態様は、発光装置の製造方法である。ダウンコンバージョン材料は、ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光、または短波長放射光源から放出された放射光の少なくとも１つを引き出すように構成された光学素子の第１の部分上に配置される。前記光学素子の第２の部分には開口部が形成される。シーラントは、前記光学素子の前記第２の部分の面上に配置される。前記放射光源は、前記開口部に差し込まれ、内部で前記放射光源の少なくとも１つの面が前記シーラントと接触することになる。前記光学素子は支持体上に配置される。
【００１４】
本発明の別の態様は発光装置の別の製造方法である。ダウンコンバージョン材料は、前記ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光、または短波長放射光源から放出された放射光の少なくとも１つを引き出すように構成された光学素子の第１の部分上に配置される。前記光学素子の第２の部分には開口部が形成される。シーラントは、前記開口部の内部にある前記光学素子の前記第２の部分の面上に配置される。前記放射光源は支持体上に配置される。前記光学素子が前記放射光源を少なくとも部分的に囲むために、前記光学素子は前記支持体におよび前記放射光源を覆って配置される。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、短波長放射光を放出するための放射光源を有する発光装置である。ダウンコンバージョン材料は、前記放射光源によって放出された前記短波長放射光の少なくともいくらかを受光してダウンコンバートし、そして、受光し、ダウンコンバートされた放射光の一部を逆方向転送する。前記ダウンコンバージョン材料および前記放射光源に近接する光学素子は、逆方向転送された放射光または前記放射光源からの放射光の少なくとも１つを該光学素子から引き出すように構成される。前記光学素子から引き出された光の少なくともいくらかを反射するために、第１の反射面は、前記光学素子を少なくとも部分的に囲む。前記放射光源によって放出された前記放射光の少なくともいくらかを反射するために、第２の反射面は、前記放射光源を少なくとも部分的に囲む。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、短波長放射光を放出するための複数の放射光源を有する発光装置である。ダウンコンバージョン材料は、前記複数の放射光源の少なくとも１つからの前記短波長放射光の少なくともいくらかを受光してダウンコンバートし、そして、受光し、ダウンコンバートされた放射光の一部を逆方向転送する。前記ダウンコンバージョン材料に近接する光学素子は、前記複数の放射光源を少なくとも部分的に囲み、そして、前記ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光の少なくともいくらかを引き出すように構成される。シーラントは、前記複数の放射光源と前記光学素子との間の空間を実質的に密閉する。
【００１７】
本発明の別の態様は、第１の反射鏡カップと第２の反射鏡カップとを有する発光装置の別の製造方法である。ダウンコンバージョン材料は、該ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光、または短波長放射光源から放出された放射光放射光の１つを引き出すように構成された光学素子の第１の部分上に配置される。前記放射光源の第１の面は、前記第２の反射鏡カップによって形成された凹部の第１の面に配置される。第１のシーラントは、少なくとも前記放射光源の第２の面と前記凹部の第２の面との間に配置される。第２のシーラントは、少なくとも前記放射光源の第３の面に配置される。前記光学素子は、前記第１の反射鏡カップの内部および前記第２のシーラントと接触して配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
図面は一定の縮尺で描かれてなく、ある特徴部分の相対的な大きさは、説明を容易にするために誇張されていると理解されるであろう。
【図１】図１は、ＬＥＤチップなどの短−波長放射光源からの例示的放射光線がダウンコンバージョン材料の層に衝突する場合に結果として生ずる可能性のある例示的放射光線を説明するダイアグラムである。
【図２】図２は、短波長放射光源から離れているダウンコンバージョン材料を利用する光学素子の部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の例示的態様による発光装置の部分断面図である。
【図４】図４は、開口部の例示的態様を有する、図３で説明した光学素子の部分的断面図である。
【図５】図５は、開口部のもう１つの態様を有する、図３で説明した光学素子の部分断面図である。
【図６】図６は、ダウンコンバージョン材料に近接するレンズの例示的態様を有する本発明の一態様の部分断面である。
【図７】図７は、ダウンコンバージョン材料に近接するレンズを有さない本発明のもう１つの態様の部分断面図である。
【図８】図８は、ダウンコンバージョン材料に近接するレンズのもう１つの態様を有する本発明の別のもう１つの態様の部分断面図である。
【図９】図９は、ダウンコンバージョン材料に近接するレンズのさらに別のもう１つの態様を有する本発明のさらに別のもう１つの態様の部分断面図である。
【図１０】図１０は、複数の短波長放射光源を使用する本発明の別の態様である。
【図１１】図１１は、複数の短波長放射光源を有する本発明の別の態様である。
【図１２】図１２は、複数の短波長放射光源を有する本発明のさらに別の態様である。
【図１３】図１３は、放射光源および光学素子に近接する複数の反射面を有する本発明のさらにいっそう別の態様である。
【図１４】図１４は、図３〜１２に関して記載された本発明の態様のいずれかを製造するために使用される方法の例示的態様を説明する。
【図１５】図１５は、図３〜１２に関して記載された本発明の態様のいずれかを製造する方法の別の態様を説明する。
【図１６】図１６は、図１３に関して記載された本発明の態様を製造するために使用される方法の例示的態様を説明する。
【図１７】図１７は、本発明のさらに別の態様による光学素子の部分断面図である。
【図１８】図１８は、図１７で説明した別の態様の部分断面図である。
【図１９】図１９は、本発明のさらに別の態様の部分断面図である。
【図２０】図２０は、図１９で説明した本発明の別の部分断面図である。
【図２１】図２１は、図１７〜２０で説明した態様のいずれかを製造する方法の好例
【図２２】図２２は、図１７〜２０で説明する態様のいずれかを製造する方法の別の態様を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ＬＥＤチップ２００２などの短−波長放射光源からの例示的放射光線２０００がダウンコンバージョン材料２００４層に衝突する場合に、結果として生ずる可能性のある例示的放射光線を説明するダイアグラムである。ＬＥＤチップ２００２などの短−波長放射光源からダウンコンバージョン材料層２００４への例示的短−波長放射光２０００の衝突は、４つの成分：ダウンコンバージョン材料層２００４から反射して逆方向転送された短−波長放射光２００６、ダウンコンバージョン材料層２００４を通過して順方向転送された短−波長放射光２００８、ダウンコンバージョン材料層２００４を通過して順方向転送されたダウンコンバート放射光２０１０、およびダウンコンバージョン材料層２００４から反射して逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２を生成する。その４つの成分は混ざることができ、白色光を生成する。
【００２０】
４つの成分のうちの２成分２０１０と２０１２は、それぞれ２つの副成分を含む。順方向転送されたダウンコンバート放射光の副成分のうちの１つは、放出放射光２０１４、すなわち、ダウンコンバージョン材料層２００４に衝突する短−波長放射光よりも長い波長を有するダウンコンバート放射光であってもよい。短−波長放射光２０００が、ダウンコンバージョン材料２００４を通過するときにダウンコンバージョン材料２００４の粒子と衝突することによって、順方向転送されたダウンコンバート放射光における放出放射光の副成分２０１４を生成することができる。順方向転送されたダウンコンバート放射光の第２の副成分は、順方向に散乱され放出放射光２０１６、すなわち、ダウンコンバージョン材料層２００４に衝突する短−波長放射光２０００よりも長い波長を有する他のダウンコンバート放射光であってもよい。短−波長放射光２０００が、ダウンコンバージョン材料２００４の粒子と衝突し、さらにダウンコンバージョン材料２００４を通過する前にダウンコンバージョン材料２００４の粒子の後方および前方へ反射することによって、順方向転送されたダウンコンバート放射光２０１０における順方向に散乱され放出放射光の副成分２０１６を生成することができる。
【００２１】
逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２の副成分の１つは、放出放射光２０２０、すなわち、ダウンコンバージョン材料層２００４に衝突する短−波長放射光２０００よりも長い波長を有するダウンコンバート放射光であってもよい。短−波長放射光２０００が、ダウンコンバージョン材料２００４から反射するときにダウンコンバージョン材料２００４の粒子と衝突することによって、逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２の放出放射光の副成分２０１８を生成することができる。逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２の第２の副成分は、逆方向に散乱した放出放射光２０２０、すなわち、ダウンコンバージョン材料層２００４に衝突する短−波長放射光２０００よりも長い波長を有する他のダウンコンバート放射光であってもよい。短−波長放射光２０００が、ダウンコンバージョン材料２００４の粒子と衝突し、さらに、ダウンコンバージョン材料２００４を反射する前に、ダウンコンバージョン材料２００４の粒子の後方および前方へ反射することによって、逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２の逆方向に散乱した放出放射光の副成分２０２０を生成することができる。
【００２２】
上述した様々な成分の混合によって白色光を生成することができる。順方向転送の方向（すなわち、ダウンコンバージョン材料層を通過する放射光２００８，２０１４，２０１６，２０１０の方向）では、順方向転送された短−波長放射光２００８と、順方向転送されたダウンコンバート放射光２０１０の副成分２０１４，２０１６のどちらかまたは両方との混合によって白色光を生成することができる。換言すれば、順方向転送の方向では、順方向転送された短−波長光２００８と、通過する放出放射光２０１４および／または通過する順方向に散乱した放出放射光２０１６との混合によって白色光を生成することができる。
【００２３】
逆方向転送の方向（すなわち、ダウンコンバージョン材料層を反射する放射光２００６，２０１８，２０２０，２０１２の方向）では、逆方向転送された短−波長放射光２００６と、逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２の副成分２０１８，２０２０のどちらかまたは両方との混合によって白色光を生成することができる。換言すれば、逆方向転送の方向では、逆方向転送された短−波長光２００６と、反射する放出放射光２０１８および／または反射する逆方向に散乱した放出放射光２０２０との混合によって白色光を生成することができる。
【００２４】
順方向転送された短−波長放射光２００８の波長は、ＬＥＤチップ２００２などの放射光源によって放出された放射光２０００の波長とほとんど同じであってもよい。逆方向転送された短−波長放射光２００６の波長は、放射光源２００２によって放出された放射光２０００の波長とほとんど同じであってもよい。順方向転送された短波長放射光２００８の波長は逆方向転送された短−波長放射光２００６の波長とほとんど同じであってもよい。例示的態様では、放射光源２００２は、５５０ｎｍ未満、より好ましくは約２００ｎｍから５５０ｎｍ未満までの範囲内の波長を示す放射光を放出することができる。したがって、順方向転送された短−波長放射光２００８の波長および逆方向転送された短−波長放射光２００６の波長は、５５０ｎｍ未満、より好ましくは約２００ｎｍから５５０ｎｍ未満までの範囲内であってもよい。
【００２５】
順方向転送されたダウンコンバート放射光２０１０（その副成分２０１４，２０２０を有する）の波長および逆方向転送されたダウンコンバート放射光２０１２（その副成分２０１８，２０２０を有する）の波長は、ダウンコンバージョン材料２００４の励起スペクトルよりも長いいずれの波長であってもよい。例示的態様では、ダウンコンバージョン材料２００４の励起スペクトルは約３００ｎｍ〜約５５０ｎｍの範囲内であってもよい。もう１つの態様では、約３００ｎｍ〜約５５０ｎｍの範囲以外の励起スペクトルを有する他のダウンコンバージョン材料を使用することができる。ダウンコンバージョン材料２００４の励起スペクトルは、短−波長放出放射光源２００２によって生成された放射光の波長よりも長い波長を有する放射光を生成する必要がある。例示的態様では、ダウンコンバージョン材料２００４は、約４９０ｎｍ〜約７５０ｎｍの範囲内の放射光を生成することができる。
【００２６】
発明者は、ダウンコンバージョン蛍光体をＬＥＤダイに接近して配置する場合、蛍光変換型ＬＥＤの性能が悪いほうに影響を受けることを発見している。劣った性能は、主に、ダイを囲んでいる蛍光体媒体が等方性エミッタのように作用し、そして、ダイに向かって逆方向転送された放射光のいくらかの部分が、蛍光体層、ダイおよび反射鏡カップの間を循環するという事実による。結果として、逆方向転送された放射光は接合部温度を上昇させ、したがって、システム効率を低下させ、そして封入剤の黄色化を促進する。これらの要因の全ては、時間とともに光出力を減少させる。
【００２７】
文献には、蛍光体層における光衝突の６０パーセントが逆方向転送であることが示されており、記載されている効果の一因となる（ヤマダ等．，２００３年）。８ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体板の実験室の測定は、放射エネルギーのほぼ６０％が青色ＬＥＤ源の方向に逆転送されたことを立証した。反射された放射エネルギーの絶対量は、他の要因の中で蛍光体被覆密度に依存する。
【００２８】
上記の効果は、ＲＣＬＥＤにおいてより大きいとを予想される。なぜならば、その光出力をさらにいっそう平行にするからである。その結果、システムの性能を改善するために、転送され、放出され、そして反射される構成要素をパッケージングにより捕捉することが試みられている。さらに、発明者は、蛍光体層をダイから離すことを可能とし、放射光がＬＥＤおよびＲＣＬＥＤに帰還するのを防止するパッケージングを作り出した。その結果、反射され、蛍光体層によって放出された放射光のより多くを素子から放出させることによって、そのパッケージングにより素子の性能が増加した。同時に、ＲＣＬＥＤからの放射光は蛍光体層に均一に衝突し、均一な白色光源を得る。さらに、ＬＥＤおよびＲＣＬＥＤの寿命が改善される。
【００２９】
蛍光体がダイに近接して配置される場合の従来の蛍光−変換型白色ＬＥＤでは、蛍光体によって発生した光の６５パーセントを超える光が逆方向転送し、ＬＥＤパッケージ内で失われる。この発見に基づいて、Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎ  ＥｘｔｒａｃｔｉｏｎTM（ＳＰＥTM）と呼ばれている技法が開発された。その技法の外観が、継続中の、２００５年５月５日に出願され、および２００５年１１月１７日に国際公開第２００５／１０７４２０（Ａ２）号パンフレットで公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１５７３６号明細書中に開示されている。
【００３０】
蛍光体−変換型白色ＬＥＤ（ｐｃ−ＬＥＤ）からの光出力を増加させるために、およびより高い発光効率を達成するために、ダウンコンバージョン材料（たとえば、蛍光体または量子ドット）は、離れた位置に移され、そして、適切に調整された光学素子が、ＬＥＤチップおよびダウン−コンバージョン材料層の間に配置される。その上、逆方向転送された光を、全光出力および効率を増加するために、引き出すことができる。この技法は、蛍光体から放出され、逆方向に散乱され、反射された放射光、ならびに別のやり方では失われてしまう反射された短−波長放射光を引き出すことによって、ｐｃ−ＬＥＤの全光出力および発光効率を著しく増加させる。この明細書に記載されている本発明は、たとえば、ＬＥＤチップアレイを使用して、１５０ｌｍ／Ｗで１５００−ルーメンパッケージに達する。もう１つの態様では、ＬＥＤチップアレイは、ＡｌＩｎＮ−ベースまたは他の短波長エミッタであってもよい。
【００３１】
図２は、ＳＰＥTM技法を使用している素子を説明する。それは、１つまたは２つ以上の固体エミッタおよびダウンコンバージョン材料を使用することができる高効率光源を説明する。それは、短波長放射光源から離れているダウンコンバージョン材料を使用した光素子を説明する。ダウンコンバージョン材料は、蛍光体または量子ドットであってもよい。図のように、素子２００は、短波長放射光を放射するための放射光源２０２を有する。放射光源２０２は、実質的に光透過性の実質的に透明な媒体で作られた光学素子２５０によって蛍光体層２０４から分離されている。その実質的に透明な媒体は、たとえば、空気、ガラスまたはアクリル樹脂である。光学素子２５０ならびに本出願において開示されている態様の全ては、円筒形の形状か、または別の曲面、または平面の形状であってもよい。説明のために、光学素子２５０は、壁２５２と２５４を有するものとして示されるが、それは、実質的に透明であり、そして実質的に光透過性の壁である。蛍光体層２０４を、光学素子２５０の部分２０６に近接して、または部分２０６に配置することができる。
【００３２】
蛍光体または量子ドット層２０４が、異なる波長の光の混合を改善するために、追加の散乱粒子（微細な球体などの）を有してもよい。また、それぞれ異なるスペクトル領域の異なる色のダウンコンバートされた放射光を生成するために、蛍光体または量子ドット層２０４は単一蛍光体（もしくは量子ドット）または複数蛍光体（もしくは量子ドット）のものであってもよい。あるいは、色混合を改善するために、散乱粒子を伴った層のみを、ダウンコンバージョン材料層２０４の上、または下、または上および下に配置することができる。
【００３３】
蛍光体層２０４を上に堆積した光学素子２５０の部分２０６は光学素子２５０の端であってもよい。光学素子２５０の別の部分に放射光源２０２を設けることができる。たとえば、光学素子２５０の別の端２０８に放射光源２０２を設けることができる。光学素子２５０をベース２５６に配置することができる。
【００３４】
短波長放射光源２０２を、壁２５２と２５４の間に設けることができる。短波長放射光源２０２および光学素子２５０の両方をベース２５６に置くことができる。
【００３５】
例示的放射光線２１４は、蛍光体層２０４を通過する順方向転送の短波長放射光と、蛍光体層２０４を通過する順方向のダンコンバート放射光とを有する、蛍光体層２０４を通過する放射光を含む。
【００３６】
例示的放射光線２１５は、逆方向転送の短波長放射光と、蛍光体層２０４によって放出された、および／または逆方向に散乱された逆方向転送のダウンコンバート反射放射光とを含むことができる。例示的放射光線２１６は、蛍光体層２０４によって逆方向に散乱された放射光を含むことができる。例示的放射光線２１６は、実質的に透明で実質的に光透過性の壁２５２と２５４を通過する放射光線２１５を含む。例示的矢印２１５は、側壁２５２と２５４の真ん中あたりを通過した逆方向転送の放射光を示すが、逆方向転送の放射光は、側壁２５２と２５４に沿って複数位置で側壁２５２と２５４を通過することができると理解されるであろう。光学素子２５０の外への放射光の転送は、光の引き出しと呼ばれている。したがって、放射光線２１５および放射光線２１６は両方とも、蛍光体層２０４から反射した短波長放射光と、蛍光体層２０４から放出しおよび／または散乱したダウンコンバート反射放射光とを有する。放射光線２１５および／２１６のいくらかまたは全てを、可視光として見ることができる。
【００３７】
光学素子２５０の内部から光学素子２５０の外部へ放射光を引き出すために、光学素子２５０を、実質的に透明で、実質的に光透過性の壁２５２と２５４で構成し、設計することができるので、側壁２５２と２５４を通過する放射光の移動（引き出し）が発生する。さらに、光学素子２５０の外部に所望の量の放射光を引き出すために、光学素子２５０幅を様々な幅に変えることができる。変えることのできる幅は、端２０６の幅と端２０８の幅とである。同様に、端２０６と２０８との間の幅も変えることができる。端２０６と２０８との間の幅により、壁２５２と２５４が実質的に平面、曲面であってもよく、または平面の部分と曲面の部分とを有してもよい。
【００３８】
以上論じられた光学素子２５０の特徴部分の寸法は、光学素子が使用される用途に基づいて変更することができる。光線追跡原理および内部全反射（ＴＩＲ）の原理を使用することによって、光学素子２５０の特徴部分の寸法を変更し、そして設定することができる。ＴＩＲの原理を適用した場合、壁２５２と２５４の一方または両方からの放射光の反射率は、９９．９％を超えることができる。ＴＩＲの原理を、本出願に開示されている態様の全てに適用することができる。
【００３９】
光学素子２５０の寸法は、光学素子の用途にしたがって設定することができる。たとえば、光学素子２５０に差し込まれた放射光源２０２からの放射光の総量を最大にするために光学素子の寸法を設定することができる。あるいは、ダウンコンバージョン材料２０４に衝突する放射光源２０２からの放射光の総量を最大にするために光学素子２５０の寸法を設定することができる。また、その代わりに、ダウンコンバージョン材料２０４から逆方向転送された放射光の総量を最大にするために光学素子２５０の寸法を設定することができる。また、その代わりに、壁２５２と２５４を通して引き出される放射光の総量を最大にするために光学素子２５０の寸法を設定することができる。また、その代わりに、それぞれの放射光の以上論じた特徴、光学素子２５０に進入する放射光の総量、ダウンコンバージョン材料に衝突する放射光の総量、ダウンコンバージョンから逆方向転送された放射光の総量および壁２５２と２５４から引き出される放射光の総量を、可能な範囲内で同時に最大にする素子を提供するために、光学素子２５０の寸法を設定することができる。さらに、以上論じた特徴部分のいずれかまたは全てが最大にならないように光学素子２５０の寸法を設定することができる。これらの変形例のいずれかを実施するために光線追跡原理およびＴＩＲ原理を使用することができる。
【００４０】
変更することができる寸法のいくつかは、光学素子の端２０６の直径、光学素子の端２０８の直径、端２０８に対する壁２５２および／もしくは２５４の角度、ならびに壁２５２および／もしくは２５４の形状である。たとえば、壁２５２および／または２５４は、平面、曲面、また平面と曲面とを組み合わせた面であってもよい。光学素子２５０の高さ２６０は３０ｍｍ未満であってもよい。
【００４１】
光学素子２５０の屈折率は、約１．４〜約１．７の範囲内であってもよい。放射光源２０２は、約１．７〜約２．６の範囲内の屈折率を有してもよい。放射光透過性エポキシ樹脂２２０のような材料で放射光源２０２を封止することができる。封止材料を、ドーム２２０と呼ぶことができる。ドーム２００の高さは、約２ｍｍ〜約１０ｍｍであってもよい。光線制御のためにおよび放射光源２０２がＬＥＤである場合などに放射光源の能力を改善するために、ドーム２２０を使用することができる。これらの有利な点を提供するために、ドーム２２０の屈折率は、約１．４〜約１．７の範囲内であってもよい。ドーム２２０が放射光源２０２の出力および光学素子２５０の間の移動を放射光に提供できるようにするために、放射光源の屈折率および光学素子２５０の屈折率の間になるように、ドーム２２０の屈折率を選択することができる。
【００４２】
開口部が光学素子２５０の端２０８に提供される。封止されている放射光源２０２と一緒にドーム２２０を収容するような大きさおよび形状にその開口部を形作ることができる。したがって、ドーム２２０を完全に収容するために、開口部の高さは約２ｍｍ〜約１５ｍｍであってもよい。
【００４３】
図３は、本発明の例示的態様による発光装置の部分断面図である。図３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）または共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）であってもよい短波長放射光源３０２を示す。放射光放出源３０２は、ドームによって封止されていない。放射光放出源３０２を従来のドームなしで製造することもできるし、また、ドームを使用して製造することもでき、ドームを必要に応じて除去することができる。放射光放出源３０２は短波長放射光を放出することができる。放射光源３０２から熱を外へ伝達することができるヒートシンク３０４上に放射光源３０２の一方の面を置くことができる。ヒートシンク３０４の内面３０６は、反射鏡カップを形成するための反射面であってもよい。例示的態様では、反射面３０６の形状を、図示するためにパラボラ型にすることもできるが、凹面形状、長円形状または平坦な形状などのいかなる幾何学的な形状を取ることができる。例示的態様では、ヒートシンク３０４の長さ３７０は約５ｍｍであってもよい。反射面３０６は、光学素子から引き出した光のいくらかをダウンコンバージョン材料３１０へ導くことができ、およびダウンコンバージョン３１０に衝突させないで引き出した光のいくらかをレンズ３４０へ導くことができる。
【００４４】
光学素子３０８をヒートシンク３０４上におよび放射光源３０２を覆って置くことができる。光学素子３０８は、放射光源３０２から離れている光学素子の部分３１６に配置されたダウンコンバージョン材料３１０を利用することができる。ダウンコンバージョン材料３１０は蛍光体または量子ドットであってもよい。実質的に光透過性の実質的に透明な媒体で作ることができる光学素子３０８によって、蛍光体層３１０から放射光源３０２を分離することができる。実質的に透明な媒体は、たとえば、空気、ガラスまたはアクリル樹脂であってもよい。光学素子３０８は実質的に透明で、実質的に光透過性の壁３１２と３１４を有してもよい。
【００４５】
蛍光体または量子ドット層３１０は、異なる波長の光の混合を改善するために、追加の散乱粒子（微細な球体などの）を有してもよい。また、蛍光体または量子ドット層３１０は、それぞれ異なるスペクトル領域内にある異なる色のダウンコンバート放射光を提供するために、単一蛍光体（もしくは量子ドット）または複数蛍光体（もしくは量子ドット）であってもよい。あるいは、色の混合を改善するために、散乱粒子をともなった層のみをダウンコンバージョン材料の上方、または下方、または上方および下方に配置することができる。
【００４６】
蛍光体層３１０を上に堆積することができる光学素子３０８の部分３１６は、光学素子３０８の端であってもよい。光学素子３０８の別の部分に放射光源３０２を設けることができる。たとえば、光学素子３０８の別の端３１８に放射光源３０２を設けることができる。図のように、ヒートシンク３０４であってもよいベース上に光学素子３０８を配置することができる。
【００４７】
光学素子３０８の壁３１２と３１４の間に短波長放射光源３０２を設けることができる。短波長放射光源３０２および光学素子３０８の両方ともをヒートシンク３０４上に置くことができる。
【００４８】
放射光源３０２、光学素子３０８、およびダウンコンバージョン材料３１０の作用および相互関係は、図１および２に記載され、および説明されている対応する要素の作用および相互関係と同じであってもよい。放射光源３０２によって放出された短波長放射光は、蛍光体層３１０を通過し、蛍光体層３１０から放出された順方向転送短波長光および蛍光体層３１０を通過する順方向ダウンコンバート放射光と、逆方向転送短波長光ならびに蛍光体層３１０によって放出および／もしくは逆方向に散乱することができる逆方向ダウンコンバート反射放射光とを有する放射光になる。逆方向転送放射光を、側壁３１２と３１４に沿って複数の位置で側壁３１２と３１４を通過するようにできると理解されるであろう。光学素子３０８の外側への放射光の転送は、光の引き出しと呼ばれる。それゆえ、光学素子３０８から引き出された放射光線は、蛍光体層３１０から反射された短波長放射光ならびに蛍光体層３１０から放出および／もしくは散乱されたダウンコンバート反射放射光を有してもよい。放射光源３０２の上面および側面から放出されたいくらかの短波長放射光は、ダウンコンバージョン材料３１０に衝突することなく光学素子３０８を通り過ぎることができる。いくらかの、または全ての引き出された短波長反射放射光および引き出されたダウンコンバート反射放射光を可視光として見ることができる。
【００４９】
内側の光学素子３０８から外側の光学素子３０８へ放射光を引き出すために、光学素子３０８を、実質的に透明で実質的に光透過性の壁３１２と３１４で構成および設計することができるので、側壁３１２と３１４を通過する放射光の転送（引き出し）が発生する。さらに、光学素子３０８の外へ放射光の所望の量を引き出すために、光学素子３０８の多様な幅を変更することができる。変更できる幅は、端３１６の幅および端３１８の幅である。同様に、端３１６と３１８との間の幅を変更することもできる。端３１６と３１８との間の壁３１２と３１４の幅の変更は、壁３１２と３１４の形状を変更することによって作り出すことができる。壁３１２と３１４は、実質的に平面、曲面または平面と曲面部分との組み合わせであってもよい。
【００５０】
以上論じられた光学素子３０８の特徴部分の寸法は、光学素子が使用される用途に基づいて変更することができる。光線追跡原理および内部全反射（ＴＩＲ）の原理を使用することによって、光学素子３０８の特徴部分の寸法を変更し、そして設定することができる。ＴＩＲの原理を適用した場合、壁３１２と３１４の一方または両方からの放射光の反射率は、９９．９％を超えることができる。ＴＩＲの原理を、本出願に開示されている態様の全てに適用することができる。
【００５１】
ダウンコンバージョン材料３１０のほかに光学素子３０８の寸法を、光学素子の利用にしたがって設定または調整することができる。たとえば、光学素子３０８に差し込まれた放射光源３０２からの放射光の総量を最大にするために光学素子の寸法を設定することができる。あるいは、ダウンコンバージョン材料３１０に衝突する放射光源３０２からの放射光の総量を最大にするために光学素子３０８の寸法を設定することができる。また、その代わりに、壁３１２と３１４を通して引き出される放射光の総量を最大にするために光学素子３０８の寸法を設定することができる。
【００５２】
また、最大にされない放射光特徴部分を生成するために、光学素子３０８の他の態様の寸法およびダウンコンバージョン材料３１０を設定または調整することができると理解されるであろう。これらの他の態様では、ダウンコンバージョン材料３１０に衝突し、ダウンコンバージョン材料３１０から逆方向転送され、および壁３１２と３１４を通して引き出された、光学素子３０８に入り込む放射光の１つまたは２つ以上の総量は、光学素子の使用に基づいて、それぞれの最大レベルに満たない１つまたは２つ以上のレベルの多様性に合わせて調節される。費用の必要性と、対光学素子の特定の使用のための光引き出しの必要な効率との関係に基づいて光学素子３０８の寸法を変更することができる。
【００５３】
これらの選択すべきもののいずれかを実行するために、光線追跡原理および内部全反射（ＴＩＲ）の原理を使用することができる。
【００５４】
変更することのできる寸法のいくつかは、光学素子の端３１６の直径、光学素子の端３１８の直径、端３１８に対する壁３１２および／または３１４の角度、壁３１２および／または３１４の形状である。たとえば、壁３１２および／または３１４を、平面にしたり、曲面にしたり、平面と曲面とを組み合わせたものにしたりすることができる。例示的態様では、光学素子３０８の高さ３６０は約３ｍｍであってもよい。
【００５５】
図４は、開口部の例示的態様を有する、図３で説明した光学素子の部分断面図である。すなわち、具体的にいえば、図４は、開口部３２０の例示的態様を有する光学素子３０８の部分断面図である。図４は、光学素子３０８および光学素子３０８の端３１６上のダウンコンバージョン材料３１０を示す。図４は、光学素子３０８の端３１８内の開口部３２０を示す。放射光源３０２を収容するような大きさおよび形状にその開口部を形作ることができ、その結果、光学素子３０８は、放射光源３０２を少なくとも部分的に囲む。なぜならば、放射光源３０２の実質量が開口部３２０内になるからである。図３および図４で説明した例示的態様で示すように、放射光源３０２が開口部３２０の内部にある場合、実質的に放射光源３０２の全てを光学素子３０８で囲むことができる。光学素子３０８で囲むことのできない放射光源３０２の唯一の部分は、ヒートシンク３０４に置かれている部分である。図３および図４に示すように放射光源３０２が光学素子３０８の開口部の内部に置いた場合、放射光源３０２は、光学素子３０８の内部に完全に埋められていると言えるかもしれない。例示的態様では、放射光源３０２の寸法を縦約１ｍｍ、横約1ｍｍ、高さ約０．３ｍｍにすることができ、開口部３２０の直径は約２ｍｍであってもよい。ドームなしで放射光源を使用することにより、光学素子３０８の高さ３６０は、たとえば図２に示す光学素子２５０の高さ２６０よりも小さくてもよい。
【００５６】
光学素子の開口部は多様な形状を有してもよいことを理解されるであろう。図４に示すように、たとえば、開口部３２０が曲面の形状を有してもよい。図５は、開口部のもう１つの態様を有する、図３で説明した光学素子の部分断面図である。図５に示すもう１つの態様では、開口部３２２は、放射光源３０８の形状とさらにほぼ同じにした形状であってもよい。たとえば、図５に示すように、光学素子３０８の開口部３２２の形状は台形であってもよい。例示的態様では、開口部３２２の寸法は、放射光源３０２の直径に等しいかまたはいくぶん大きくてもよい。図５の矢印５０が指示するように、台形形状の開口部３２２を有する光学素子３０８を放射光源３０２の上面に配置し、そして、放射光源３０２を囲むことができる。開口部３２２などの開口部を使用する場合、および光学素子３０８を放射光源３０２の上面に配置する場合、図３は、光学素子３０８の開口部３２２の内部の放射光源３０８を説明することができる。図３および図５に示すように、光学素子３０８の開口部は、放射光源３０２の形状にぴったり合うような形状であってもよい。もう１つの態様では、どちらの形状をした開口部を使用したかに関係なく、ヒートシンク３０４に、またはヒートシンクを使用しない場合他の支持するベースに、置くことができる放射光源３０２の側面を除いて、光学素子３０８の内部に放射光源３０２を完全に埋めることができ、そして、光学素子３０８によって実質的に囲むことができる。
【００５７】
光学素子３０８の屈折率は、約１．４〜約１．７の範囲内であってもよい。放射光源３０２は約１．７〜約２．６の範囲内の屈折率を有してもよい。図４を参照すると、放射光源３０２と光学素子３０８の内側との間に、空間３２４、３２６と３２８などの空気の空間を存在させることができる。図４を参照すると、放射光源３０２の角３３０と開口部３２０の内部の光学素子３０８の近接点との間、ならびに放射光源３０２の角３３２と開口部３２０の内部の光学素子３０８の近接点との間に、空気の空間（不図示）を存在させることができる。図３および図５を参照すると、放射光源および開口部のそれぞれの形状に関係なく、放射光源３０２の側面と開口部の内部の光学素子３０８の内側との間に、空気の空間を存在させることができる。放射光源３０２から光学素子３０８へ通過する放射光を転送させるために、シーラントを放射光源３０２と光学素子３０８との間の空間を満たすように配置することができる。したがって、シーラントを、光学素子の内部のいかなる形状の放射光源およびいかなる形状の開口部に対する空間に配置することができる。シーラントは、それぞれの放射光源から光学素子へ通過する放射光を転送させることができる。
【００５８】
例示的態様では、放射光源３０２から光学素子３０８への放射伝達の効率を最大にするために、それぞれの空間に可能な限りシーラントを満たすことができる。それぞれの空間が完全に満たされていない場合、放射光源３０２から光学素子３０８への放射伝達の効率を減少させることができる。また、光学素子３０８を放射光源３０２に結合させる結合物質として、シーラントを使用することができる。光学素子３０８と放射光源３０２との間の結合をよりよくすると、放射光源３０２から光学素子３０８への放射伝達がより効率的になる。
【００５９】
例示的態様では、シーラント材料は、実質的に光を伝えることができ、必要な屈折率を有し、空間を実質的に封止するのに十分柔軟であるシリコンゲル、エポキシ樹脂、重合体またはその他のシーラントであってもよい。シーラント材料は、放射光源３０２の屈折率と光学素子３０８の屈折率との間の範囲内の屈折率を有する。たとえば、シーラントの屈折率は、約１．５〜約２．３の範囲内であってもよい。例示的態様では、これらに限定されないが空間３２０，３２４と３２６を有する空間の全てを実質的に満たすことを実現するのに十分なシーラントを使用すべきである。ドームなしで放射光源を使用すること、および放射光源と光学素子との間の界面としてゲルなどのシーラントを使用することにより、ドームで封止された放射光源を使用する光学素子より実質的に短い光学素子を設計することができる。たとえば、図２を参照すると、装置２００の高さ２６０は、約２０ｍｍであってもよい。その一方、図３を参照すると、装置３００の高さ３６０は、約３ｍｍであってもよい。ドームの代わりにシーラントを使用することは、それゆえ、ＳＰＥTM技法の特徴部分を具体化する発光装置の設計および製造で非常に多くの自由度をユーザに与える。たとえば、多かれ少なかれシーラントを使用することによって、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲内の高さを有する発光装置を製造することができる。
【００６０】
戻って図３を参照すると、光学素子３０８およびダウンコンバージョン材料３１０の上面および上方にレンズ３４０を配置することができる。コンバージョン材料３１０から順方向転送された光および反射器３０６によって反射された光を集めるために、レンズ３４０を使用することができる。また、光学素子３０８上およびダウンコンバージョン材料３１０上にレンズ３４０を配置する場合に形成される空間３４２に含まれる空気の屈折率を補償することができる屈折率をレンズ３４０は有する。レンズ３４０は球面レンズにすることができ、または必要に応じて光を向けることができるその他の形状であってもよい。接着材を使用したダウンコンバージョン材料にレンズ３４０を取り付けることができる。もう１つの態様では、レンズ３４０をまた、ヒートシンク３０４に取り付けることができる。さらに別の態様では、レンズ３４０をダウンコンバージョン材料３１０および反射鏡カップ３０６に取り付けることができる。
【００６１】
図６〜９は、図３〜５に示された装置のもう１つの態様を説明する。これらの態様のそれぞれでは、光学素子３０８、ダウンコンバージョン材料３１０、放射光源３０２および開口部（図６〜９では不図示）は、図３〜５のいずれかに関して論じたように、同様である。図６は、光学素子３０８の上面にマイクロレンズアレイ３４２およびダウンコンバージョン材料をともなった薄膜を有する装置を説明する。この態様では、ダウンコンバージョン材料のみに、ヒートシンク３０４のみに、またはダウンコンバージョン材料３１０およびヒートシンク３０４の両方に、レンズアレイ３４２を取り付けることができる。図７は、光学素子３０８およびダウンコンバージョン材料３１０の上面にレンズが少しもない装置を説明する。図８は、ダウンコンバージョン材料層３１０のみに取り付けることができるレンズ３４４を説明する。この態様のレンズ３４４は、図３〜５と７に関して説明および記述されたレンズのいずれであってもよい。図９は、この出願で説明および記述されたいずれかのレンズであってもよいレンズ３４６および反射面３５０と３５２をともなったヒートシンク３４８を説明する。ヒートシンク３４８の反射面３５０と３５２は、パラボラまたは長円形状を有さなくてもよい。その代わり、反射面３５０と３５２の一方または両方は平面形状を有するようにしてもよい。
【００６２】
図１０は、本発明の別の態様を説明する。この態様は、複数の短波長放射光源を有する。図１０は、図５で説明したように、ダウンコンバージョン材料３１０および開口部３２２をともなった光学素子３０８を説明する。これらの態様は、図５で説明した、対応する要素と同様の大きさを有する。しかし、図５に示すような単一短波長放射光源３０２の代わりに、図１０で説明する態様は、ヒートシンク３０４に置かれた３つの短波長放射光源４００，４０２，４０４を有してもよい。短波長放射光源４００，４０２，４０４のいずれもドームで封止しなくてもよい。図１０の開口部３２２の大きさは図５の開口部３２２と同じ大きさであるので、放射光源４００，４０２，４０４のうちの１つまたは２つ以上の大きさは、図５に示す放射光源３０２の大きさよりも小さくてもよい。例示的態様では、放射光源４００，４０２，４０４のうちの１つまたは２つ以上は、縦０．３ｍｍ、横０．３ｍｍ、高さ０．３ｍｍであってもよい。図１０は、ヒートシンク３０４に配置されている３つの放射光源を示すが、２つの短波長放射光源を使用できること、または開口部３２２内に合う限り４つ以上の短波長放射光源を使用できることを理解されるであろう。放射光源の少なくとも１つと開口部３２２の内面との間に、シーラントを使用することができる。本発明のこの態様のための、およびこの出願において開示されている発明の全ての態様のためのシーラントは、図３〜５に関して論じられた同じシーラントであってもよい。
【００６３】
図１１は、複数の短波長放射光源を有する本発明の別の態様を説明する。図１１では、３つの短波長放射光源３０２Ａ，３０２Ｂ，３０３Ｃのそれぞれは、図５で説明した短波長放射光源３０２と同じ大きさであってもよい。放射光源３０２Ａ，３０２Ｂと３０３Ｃのいずれもドームで封止しない。これらの３つの放射光源を収容するために、光学素子４０８の端であってもよい部分４１６にダウンコンバージョン材料４１０を有する光学素子４０８は、図３、５と１０で説明した光学素子３０８のより大きなバージョンのものであってもよい。例示的態様では、図１１で説明する開口部４２２の大きさは約６ｍｍであってもよい。さらに、ヒートシンク４１２の大きさは、図３、５と１０で説明するヒートシンク３０４のより大きなバージョンのものであってもよい。例示的態様では、ヒートシンク４１２の長さ４７０は約１０ｍｍであってもよい。図１１は、ヒートシンク４１２に配置された３つの短波長放射光源３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃを示すが、２つの短波長放射光源を使用できること、または４つ以上の短波長放射光源を使用できることを理解されるであろう。放射光源の数が、図１１で説明されている態様と異なる場合、それらを収容するために開口部４２２の大きさおよびヒートシンク４１２の大きさを変更することができる。本出願の別の態様と同様に、光学素子３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃのそれぞれと、開口部４２２の内側の光学素子４０８の面との間の全ての空間（不図示）を密閉するためにシーラントを使用することができる。
【００６４】
図１２は、複数の短波長放射光源を有する、本発明のさらに別の態様を説明する。図１２では、３つの別個のヒートシンク部分５０２，５０４，５０６を有する単一ヒートシンク５００が示されている。それぞれのヒートシンク部分は、反射鏡カップ５０８，５１０，５１２を形成するそれ自身のそれぞれの反射面、および短波長放射光源５１４，５１６，５１８として認められるそれ自身のそれぞれの短波長放射光源を有する。この態様では、それぞれのダウンコンバージョン材料５２８，５３０，５３２およびそれぞれの開口部５３４，５３６，５３８を有するそれぞれの光学素子５２２，５２４と５２６を使用することができる。本出願の中で開示された他の態様の全てと同様に、放射光源５１４，５１６，５１８のいずれもドームを有さない。その代わり、それぞれの放射光源のそれぞれと光学素子５２２，５２４，５２６のそれぞれの開口部５３４，５３６，５３８の内面のそれぞれとの間の空間（不図示）にシーラントを使用することができる。図１２は、３つの放射光源および他の匹敵する要素を示すが、２つの放射光源を使用できること、または４つ以上の放射光源を使用できることを理解されるであろう。放射光源の数が図１２で説明した態様で示されたものと異なる場合、放射光源の数を合わせるために、光学素子の数もまた異なるようにすることができる。
【００６５】
本出願において説明した全ての態様にとって、レンズの様々な構造および該レンズの様々な取り付けは、図５〜９で説明した態様に関して説明されおよび明らかにされているように、同様であってもよいこともまた理解されるであろう。
【００６６】
図１４は、図３〜１２に関連して記載された発明の態様のいずれかを製造するために使用することができる方法の例示的態様を説明する。短波長放射光を放出するための放射光源、放射光源によって放出された短波長放射光の少なくともいくらかを受光するダウンコンバージョン材料、ならびにダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光および／もしくは短波長放射光源から放出された放射光を引き出すために構成された光学素子を有する発光装置を製造するために本方法を使用することができる。ブロック７００に示すように、ダウンコンバージョン材料は、光学素子の第１の部分上に配置される。前もって説明したように、光学素子の第１の部分は光学素子の第１の端であってもよい。ブロック７０２に示すように、装置は光学素子の第２の部分で形成される。光学素子の第２の部分は光学素子の第２の端であってもよい。ブロック７０２に示す開口部を形成する工程は、ブロック７００に示すダウンコンバージョン材料を配置する工程の前で実行することができる。ブロック７０４は、シーラントが、面が開口部の内側であるところの光学素子の第２の部分の面上に配置されることを示す。シーラントが開口部の内面に配置された後、ブロック７０６は、開口部の中へ放射光源を配置することができることを示す。放射光源が開口部の中へ配置された場合、放射光源の少なくとも１面をシーラントに接触させることができる。
【００６７】
放射光源が開口部の中へ配置された後、ブロック７０８および７１０に示すように、光学素子と放射光源との間の少なくとも第１および第２の空間を密閉することができる。放射光源と開口部の内側との間の空間を密閉した後、開口部の内側に放射光源をともなった光学素子を、ブロック７１２に指示するように、支持体上に配置することができる。指示部はヒートシンクであってもよい。ブロック７０８と７１０に説明されている工程をブロック７１２に説明されている工程の後に実行できることは理解されるであろう。放射光源と開口部の内側との空間が密閉され、素子が支持体に配置された後、ブロック７１４に示すように、ダウンコンバージョン材料付近にレンズを配置することができる。
【００６８】
図１５は、図３〜１２に関連して記述された発明の態様のいずれかを製造する別の方法を説明する。この方法では、ブロック８００，８０２と８０４に示す工程は、ブロック７００，７０２と７０４に示す工程と同様である。シーラントが開口部の内側面に配置された後、ブロック８０６に示すように、ヒートシンクであってもよい支持体に放射光源を配置することができる。ブロック８０６に示すように、支持体上に放射光源を配置する工程を、ブロック８００，８０２と８０４に説明された工程の前に実行できることは理解されるであろう。支持体に放射光源を配置した後、ブロック８０８に示すように、開口部の内部で面上にシーラントをともなった光学素子は、支持体上および放射光源を覆って配置される。この工程を完了したとき、またブロック８０８に示すように、光学素子は実質的に放射光源を囲むことができる。ブロック８１０に示すように、この点で、光学素子と放射光源との間の複数の空間を密閉することができる。ブロック８１２に示すように、その後、レンズをダウンコンバージョン材料に近接して配置することができる。たとえば、上記レンズを使用しないところの図７で示す態様を製造する場合、ブロック８１２に説明した工程およびブロック７１４に説明した工程を実行しなくてもよいことを理解されるであろう。
【００６９】
図１３は、複数の反射面が放射光源および光学素子に近接している場合のさらに別の本発明の態様を説明する。発光装置６００を図１３に示す。発光装置６００は、光学素子６０８の端であってもよい光学素子６０８の部分６１６のダウンコンバージョン材料６１０をともなった光学素子６０８を有する。発光装置６００は、また、ヒートシンク６０４上に置かれた短波長放射光源６０２を有してもよい。本出願の他の態様の全てと同様に、短波長放射光源６０２をドームで封止しなくてもよい。ヒートシンク６０４は、反射面６１２と６１４を有する２つの反射鏡カップを形成することができる。第１の反射鏡カップおよび面６１２を第２の反射鏡カップおよび面６１４に近接させることができる。反射面６１２の半径は、反射面６１４の半径と同じでも異なってもよい。さらに、反射面６１２は、それぞれ異なる半径を有してもよい複数の面から成るようにできる。反射面６１２を構成する半径の数は、光学素子６０８の高さに基づくようにできる。
【００７０】
第１の面６１２は、光学素子６０８およびダウンコンバージョン材料６１０を部分的に囲むことができる。本発明のほかの態様に関して論じたように、反射面６１２は、光学素子６０８から引き出した光をダウンコンバージョン材料６１０の方向およびレンズ６４０の方向に向けることができる。
【００７１】
反射面６１４で放射光源６０２を部分的に囲めるようにするために、ヒートシンク６０４の底に放射光源６０２を置くことができる。点６１３と６１５によって描かれている点で第１の反射面６１２を第２の反射面６１４と連結することができる。ヒートシンク６０４の底６０５から点６１３と６１５までの距離は、放射光源６０２の高さと等しい、またはより大きくてもよい。光学素子６０８の端部分６１８の半径は、点６１３と点６１５との間の距離と実質的に等しくてもよい。
【００７２】
実際には、ヒートシンク６０４の底６０５、および反射面６１４によって形成された反射鏡カップによって形成された凹部内に放射光源を置くことができる。反射面は、放射光源６０２の側面から放出された放射光を光学素子６０８内へ向けることができる。反射面６１４によって反射された放射光のいくらかを、光学素子６０８内へ転送することができ、そしてダウンコンバージョン材料６１０に衝突させることができる。
【００７３】
反射面６１４によって反射された放射光のいくらかを、光学素子６０８内へ転送することができ、そして、ダウンコンバージョン材料６１０に衝突することなく壁６２０，６２２を通って光学素子６０８から放出させることができる。ダウンコンバージョン材料６１０に衝突することなく反射面６１４によって反射された放射光のいくらかをレンズ６４０の方に向けることができる。
【００７４】
本発明のこの態様では、光学素子６０８がその端内に開口部を有さない。光学素子６０８の端６１８を、放射光源６０２の上面６０３に配置することができる。反射源６０２と反射面６１４との間の空間６４２，６４４および放射光源６０２と光学素子６０８の端６１８との間の空間６４６にシーラント（不図示）を配置することができる。シーラントは、本発明のほかの態様に関して記載されているのと同じ特性を有することができ、そして同じ目的で使用することができる。
【００７５】
図１３で説明された装置の製造に関する製造方法を今記述する。図１６は、図１３に関して記述された本発明の態様を製造するために使用できる本発明の方法の例示的態様を説明する。
【００７６】
発光装置を製造するこの方法に関して、短波長放射光を放射するための放射光源、放射光源によって放出された短波長放射光の少なくともいくらかを受光するダウンコンバージョン材料、ダウンコンバージョン材料から逆方向転送された放射光および／または短波長放射光源から放出された放射光を引き出すように構成された光学素子が存在する。また、第１の反射鏡カップおよび第２の反射鏡カップが存在する。第２の反射鏡カップは、第１の反射鏡カップと近接し、凹部を形成する。
【００７７】
ブロック９００に示すように、光学素子の第１の部分上にダウンコンバージョン材料を配置する。ブロック９０２に示すように、放射光源の第１の面を凹部の第１の面に配置することができる。この工程を実行した後に、凹部を形成する反射鏡カップで放射光源を部分的に囲むことができる。ブロック９０４に示すように、その後、放射光源の少なくとも第２の面と凹部の第２の面との間に第１のシーラントを配置することができる。ブロック９０６に示すように、その後、放射光源の少なくとも第３の面に第２のシーラントを配置することができる。第１および第２のシーラント材料に関して同じ種類の材料、または異なる種類の材料を使用することができる。ブロック９０８に示すように、その後、第１の反射鏡カップで光学素子を部分的に囲み、第２のシーラントと接触させるために、第１の反射鏡カップ内に光学素子を配置することができる。ブロック９１０に示すように、その後、ダウンコンバージョン材料と近接してレンズを配置することができる。
【００７８】
図１７および図１８に本発明の別の態様を説明する。図１７は、放射光源を覆って、反射器に搭載された光学素子のもう１つの態様の部分断面図である。図１７は、光学素子１００８および光学素子１００８の端１０１６のダウンコンバージョン材料１０１０を示す。図１７は、光学素子１００８の端１０１８内の開口部１０２０を示す。開口部１０２０は、曲がった形状を有するものと描かれているが、開口部１０２０は、放射光源の形状により近く近似する別の形状を有してもよい。たとえば、開口部１０２０は、台形の形状を有してもよい。図１７は、また、反射鏡カップを形成する反射面１０３６を有するヒートシンク１０３４に搭載された放射光源１０３２を説明する。光学素子１００８、開口部１０２０、ダウンコンバージョン材料１０１０、放射光源１０３２、ヒートシンク１０３４および反射鏡カップ１０３６の寸法および特性は、本発明の他の態様に関して本出願に記載されている寸法および特性と同じであってもよい。放射光源１０３２は高さ１０３３を有する。また、本発明の他の態様に関して記述されているのと同じ方法で、放射光源１０３２を覆って、ヒートシンク上に光学素子を搭載することができる。図１８は、放射光源１０３２を覆って、ヒートシンクに搭載された後の光学素子１００８を説明する。
【００７９】
図１７および図１８を参照して、光学素子１００８は、端１０１６と端１０１８との間に側壁１０４０と１０４２を有してもよい。側壁１０４０，１０４２の第１の部分は、実質的に光を伝えることができ、そして、側壁１０４０，１０４２の第２の部分は、実質的に光を伝えることができない。反射材料１０４６Ａを壁１０４０の一部分に塗布することができ、そして、反射材料１０４６Ｂを壁１０４２の一部分に塗布することができる。反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂは高反射塗料であってもよい。例示的態様では、塗料を硫酸バリウムベースの塗料から作製することができ、約９７％の反射率を示すことができる。もう１つの態様では、塗料の代わりに、蒸発したアルミニウムのコーティングまたは波長選択コーティングを使用することができる。
【００８０】
図１８で説明するように、放射光源１０３２の上面１０５０のみならず、放射光源１０３２の側面１０５２と１０５４からもまた短波長放射光源を放出することができる。矢印１０５６と１０５８は、短波長放射光源１０３２の側面１０５２と１０５４からそれぞれ放出された例示的短波長放射光線を指示する。例示的放射光線１０５６と１０５８に加えて、側面１０５２と１０５４からもまた短波長放射光線を放出できることを理解されるであろう。反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂのないとき、光学素子１００８の壁１０４０と１０４２を通して側面１０５２と１０５４からの放射光線は引き出され、反射面１０３６に反射することができる。ダウンコンバージョン材料１０１０に衝突するように、反射面１０３６から反射された放射光のいくらかを向けることができる。反射面１０３６から反射された他の放射光を向けることができない。代わりに、たとえば、ダウンコンバージョン材料１０１０と反射面１０３６との間の空間１０６０と１０６２へ向かい、そして通過するように、反射された放射光のいくらかを向かわせることができる。反射されて空間１０６０と１０６２へ向かい、そして通過した光はいずれも、ダウンコンバージョン材料で白色光に変換されないであろう。
【００８１】
光学素子１００８の底部分に反射物質１０４６を配置した場合、放射光源１０３２の側面１０５２と１０５４から放出された放射光を、反射材料１０４６によってコンバージョン材料へ向け、それに衝突させることができる。図１８は、例示的放射光線１０５６と１０５８が反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂに衝突する場合、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂで反射することができる例示的放射光線１０７０と１０７２を示す。例示的反射された放射光線１０７０と１０７２に加えて、側面１０５２と１０５４から短波長放射光を放出することができ、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂでダウンコンバージョン材料１０１０に向けて反射させることができることを理解されるであろう。
【００８２】
説明の目的のために、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂの厚みを強調していることを理解されるであろう。例示的態様では、図１７および１８で説明された他の要素に比べて、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの厚みを非常に薄くすることができる。例示的態様では、図１７および１８で説明したように、壁１０４０と１０４２の内面に沿って反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂをそれぞれ配置することができる。もう１つの態様では、壁１０４０と１０４２の内部に反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂをそれぞれ埋め込むことができる。別のもう１つの態様では、壁１０４０と１０４２の内面に沿って反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂをそれぞれ配置することができる。
【００８３】
図１７および１８を参照すると、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの長さ１０４７は、それぞれ壁１０４０と１０４２の長さの９０％までであってもよい。図１８に示すように、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの例示的態様は、放射光源１０３２の底１０５１に近接する点から、放射光源１０３２の上面１０５０よりも上で、かつ光学素子１０８０端１０１６よりも下である、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂのそれぞれの終点１０４９Ａ，１０４９Ｂへ延長することができる。もう１つの態様では、反射材料１０４６の長さ１０４７は、放射光源１０３２の高さ１０３３と等しい、より長い、またはより短い反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの一方または両方の終点１０４９Ａ，１０４９Ｂをもたらすことができ、その結果、長さ１０４７に基づいて、側面１０５２と１０５４から放出される放射光の異なる総量がダウンコンバージョン材料１０１０に当たるようにすることができる。すなわち、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂの長さは等しくてもよいか、またはそれらは異なってもよく、そして、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂのそれぞれの長さは対称か、または非対称であってもよい。
【００８４】
この態様では、反射材料１０４６Ａと１０４６Ｂの終点１０４９Ａ，１０４９Ｂと光学素子１００８の端１０１６との間の壁１０４０，１０４２の第１の部分は、実質的に光透過性であってもよい。反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの存在により、放射光源１０３２の底１０５１と終点１０４９Ａ，１０４９Ｂとの間の壁１０４０，１０４２の第２の部分を実質的に光が伝わらなくてもよい。その代わり、壁１０４０，１０４２の第２の部分を実質的に反射するようにしてもよい。
【００８５】
反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂを使用する別の有利な点は、光学素子１００８などの光学素子を製造するための費用を削減できる。光学素子１００８の壁１０４０，１０４２が、長さ全体にわたって実質的に光透過性の場合、ＴＩＲの原理を使用するために、壁１０４０，１０４２を、その長さ全体に沿ってよく研磨しなくてはならない場合がある。反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂを光学素子の底部に塗布する場合、反射壁１０４０と１０４２をその長さ全体に沿ってよく研磨する必要がなくてもよいので、光学素子を製造する費用を削減することができる。その代わり、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂを本当に有する反射壁１０４０，１０４２のそれらの部分のみをよく研磨することが必要である場合がある。図１８を参照すると、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂを反射壁１０４０と１０４２上または反射壁１０４０と１０４２内に配置する場合、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの終点１０４９Ａ，１０４９Ｂから光学素子１００８の端１０１６までのみの反射壁１０４０と１０４２をよく研磨する必要がある場合がある。反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂの長さ１０４７と一致する壁１０４０と１０４２のその残り部分は、終点１０４９Ａ，１０４９Ｂと光学素子１００８の端１０１６との間の面よりも粗い面を有してもよい。光学素子１００８で行うことができる研磨の総量を減少させることは、光学素子１００８の製造の費用を実質的に減少させることができる。
【００８６】
本発明のさらに別の態様を図１９および図２０に説明する。図１９は、本発明のこの態様の部分断面図である。図２０は、本態様の他の要素と連結された光学素子を説明するこの態様の別の部分断面図である。図１９および２０に説明されている態様は、図１７および１８に説明されている態様と実質的に同じである。
【００８７】
図１９および図２０に説明されている態様は、ヒートシンク１０３４のもう１つの態様を有してもよい。図１９および２０では、開口部１０２２のもう１つの形態を説明する。本出願の前の方で説明されているように、開口部のもう１つの形状を使用することができる。この態様では、ヒートシンク１０３４は高くされた部分１０３５を有する。高くされた部分１０３５の高さ１０８５は、ヒートシンク１０３４の高さ１０８７の５０％までであってもよい。高くされた部分１０３５の上面に放射光源１０３２を配置することができる。図２０は、放射光源１０３２の側面から放出され、そして、例示的反射された放射光線１０７０，１０７２のように反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂによってダウンコンバージョン材料１０１０へ向けて反射される例示的放射光線１０５６，１０５８を説明する。以前説明したように、より多くのまたはより少ない放射光線を放射光源１０３２の側面から放出することができ、そして、反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂによりダウンコンバージョン材料１０１０に向けて反射させることができる。
【００８８】
図２０に説明される態様では、開口部は、放射光源１０３２の全体をそして、ヒートシンク１０３４の高くされた部分１０３５の実質的に全体を覆うことができる。さらに、高くされた部分１０３５の側面１０８０，１０８２は、それらの上に反射面を有してもよい。開口部もまた、反射面１０８０，１０８２を覆うことができる。すなわち、放射光源１０３２を開口部内に完全に埋めることができ、そして高くされた部分１０３５を少なくとも部分的に開口部内に埋めることができる。
【００８９】
図２０で説明された態様の有利な点は、放射光源１０３４に向けて逆方向に反射することができる放射光の総量を減少させることであり、なぜならば、放射光源１０３４の側面と反射材料１０４６Ａ，１０４６Ｂとの間の空間の体積は、より大きくてもよいからである。
【００９０】
図２１および２２は、図１７〜２０に説明された態様を製造するために使用することができる方法の例示的、そしてもう１つの態様を説明する。図２１に説明された方法は、ブロック７０１に示す追加の工程の含有をともなった、図１４に説明した同じ方法である。ブロック７０１に示される工程は、光学素子の１つまたは２つ以上の壁に沿って、またはその中に埋め込んで反射材料を配置することを含む。説明されたように、ブロック７００に示される工程の後、ブロック７０２に示される工程の前で、ブロック７０１の工程を実行することができる。しかし、ブロック７００，７０１および７０２に説明された工程をどのような順序でも実行できることは理解されるであろう。
【００９１】
図２２に説明された方法は、ブロック８０１に示す追加の工程の含有をともなった、図１５に説明した同じ方法である。ブロック８０１に示される工程は、光学素子の１つまたは２つ以上の壁に沿って、またはその中に埋め込んで反射材料を配置することを含む。説明されたように、ブロック８００に示される工程の後、ブロック８０２に示される工程の前で、ブロック８０１の工程を実行することができる。しかし、ブロック８００，８０１および８０２に説明された工程をどのような順序でも実行できることは理解されるであろう。
【００９２】
本出願に記述された製造方法の全てにおいて、様々な製造方法のそれぞれで使用された短波長放射光源はドームを有さないことを理解されるであろう。ドームのない短波長放射光源を得るために、ユーザはドームのないそれを獲得することができるか、または、ドームをともなったそれを獲得し、その後、製造方法における追加の工法としてそのドームを除去することができる。
【００９３】
特定の態様を参照して、本明細書で本発明を説明し、記述したが、本発明が、示された詳細に限定されることを意図していない。どちらかというと、請求項の範囲および均等物の射程内で、そして本発明から逸脱しないで、詳細において様々な変形例を作ることは可能である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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