(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源と、前記光源から放射光を受け取り、前記放射光を少なくとも部分的に変換し、変換光を生成する波長変換素子と、開口部を持つ不透明な支持構造体とを有する装置であって、
前記波長変換素子が、前記波長変換素子によって生成された前記変換光が前記開口部を通して放射されるように前記開口部と位置合わせされ、前記波長変換素子及び前記支持構造体の重なり合う部分において前記支持構造体に取り付けられ、前記重なり合う部分が反射性であり、
前記波長変換素子の側面が反射コーティングで覆われる装置。 
【請求項２】
前記波長変換素子が、自己支持剛体材料である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記波長変換素子が、発光セラミックである請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記開口部が、前記支持構造体を通る穴である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記支持構造体が、前記開口部を規定する反射層で覆われる透明材料から形成される請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記開口部に結合される光学素子を更に有する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光学素子が、前記開口部を介して前記波長変換素子に取り付けられる請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光学素子が、前記支持構造体及び前記開口部と一体的に形成される請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記開口部を位置合わせのために用いて前記支持構造体に取り付けられる光学素子を更に有する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記光源が少なくとも１つの発光ダイオードを有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
基板を更に有し、前記少なくとも１つの発光ダイオードが、前記基板に結合され、前記支持構造体が、前記基板に結合される請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ヒートシンクを更に有し、前記少なくとも１つの発光ダイオードが、前記ヒートシンクに結合され、前記支持構造体が、前記ヒートシンクに結合される請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記支持構造体が、前記波長変換素子を、前記波長変換素子が前記光源と物理的に接触しないように保持する請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記支持構造体が、前記波長変換素子を、前記波長変換素子が前記光源と物理的に接触するように保持する請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記波長変換素子上に反射防止コーティングを更に有し、前記反射防止コーティングが、前記波長変換素子と前記光源との間に位置する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
光を放射する少なくとも１つの発光ダイオードを含む光源と、前記光源から放射光を受け取り、前記放射光を少なくとも部分的に変換し、変換光を生成する発光セラミックと、開口部を持つ不透明な支持構造体とを有する装置であって、
前記発光セラミックが、前記発光セラミックによって生成された前記変換光が前記開口部を通して放射されるように前記開口部と位置合わせされ、前記発光セラミック及び前記支持構造体の重なり合う部分において前記支持構造体に取り付けられ、前記重なり合う部分が反射性であり、
前記発光セラミックの側面が反射コーティングで覆われる装置。
【請求項１７】
前記開口部が、前記支持構造体を通る穴である請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記支持構造体が、前記開口部を規定する反射層で覆われる透明材料から形成される請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記開口部に結合される光学素子を更に有する請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記光学素子が、前記開口部を介して前記発光セラミックに取り付けられる請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記光学素子が、前記支持構造体及び前記開口部と一体的に形成される請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記開口部を位置合わせのために用いて前記支持構造体に取り付けられる光学素子を更に有する請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記支持構造体が、前記発光セラミックを、前記発光セラミックが前記光源と物理的に接触しないように保持する請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
前記支持構造体が、前記発光セラミックを、前記発光セラミックが前記光源と物理的に接触するように保持する請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
前記発光セラミック上に反射防止コーティングを更に有し、前記反射防止コーティングが、前記発光セラミックと前記光源との間に位置する請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、とりわけ、半導体発光装置などの高放射輝度光源によって生成される光の波長変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの照明用途において、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる照明装置がだんだん一般的になっている。一般に、ＬＥＤは、白色光を生成するために一次発光の蛍光体変換を用いるが、蛍光体は、赤色、緑色及び黄色のようなより多くの飽和色を作成するためにも用いられ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蛍光体をＬＥＤと物理的に接触させる従来の装置には、結合温度範囲が限られるなどの不利な点がある。更に、結合材の選択は、コストに影響を及ぼし得るばかりでなく、例えば、熱的に誘導される機械的応力に起因して、信頼性にも影響を及ぼし得る。したがって、改善が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例によれば、照明装置は、１つ以上の発光ダイオードなどの光源と、不透明な支持構造体に取り付けられる波長変換素子とを含む。前記支持構造体は、開口部を含み、前記波長変換素子は、変換光が前記開口部を通して放射されるように前記開口部と位置合わせされる。前記波長変換素子は、発光セラミックなどの硬い構造体であってもよく、前記開口部は、前記支持構造体を通る穴であってもよい。前記支持構造体は、前記波長変換素子を、前記波長変換素子が前記光源から物理的に分離されるように保持してもよく、又は他の例においては、前記支持構造体は、前記波長変換素子を前記光源と物理的に接触させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の或る実施例による照明装置の側面図である。
【図２】図１に示されている照明装置と同様の照明装置であるが、光源と物理的に接触する波長変換素子を備える照明装置の側面図である。
【図３】図１に示されている照明装置と同様の照明装置であるが、支持構造体の開口部に取り付けられる光学素子を備える照明装置の側面図である。
【図４】支持構造体の開口部を位置合わせとして用いて照明装置に取り付けられる外部光学素子を図示する。
【図５】拡張基板に取り付けられる支持構造体を備える、図１に示されている照明装置と同様の照明装置を図示する。
【図６】ヒートシンクに取り付けられる支持構造体を備える、図１に示されている照明装置と同様の照明装置を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施例によれば、照明装置の波長変換素子は、開口部であって、変換された光が前記開口部を通して放射されてもよく、必要に応じて、ポンプ光の一部が前記開口部を通して放射されてもよい開口部を含む構造体によって物理的に支持される。
【０００７】
図１は、本発明の或る実施例による照明装置１００を図示する側面図である。照明装置１００は光源１０２を含む。前記光源１０２は、例えば、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０４などの半導体発光装置、又はキセノンランプ若しくは水銀ランプなどの短波長光を生成することができる他のタイプの光源であり得る。ＬＥＤ１０４は、例えば、青色又は紫外線（ＵＶ）ＬＥＤであり、本開示と同じ譲受人を持つ、２００３年８月２９日に出願されたFrank Wal他による"Package for a Semiconductor Light Emitting Device"という題名の米国シリアル番号第10/652,348号、公開公報第2005/0045901号に記載されているタイプのような高放射輝度装置であってもよい。この文献は、参照により本願明細書に盛り込まれる。ＬＥＤ１０４の角度放射パターンは、ランバート放射パターンであり得る、又は格子構造などのフォトニック結晶を用いて制御され得る。発光ダイオード１０４は、サブマウント１０６に取り付けられるように図示されている。前記サブマウント１０６は、例えば、セラミック又はシリコンであってもよく、ＬＥＤ１０４のための必要な電気的接触を含み得る。サブマウント１０６は、ヒートシンク１０８に取り付けられてもよい。必要に応じて、サブマウント１０６及びヒートシンク１０８以外の支持構造体が用いられてもよい。
【０００８】
照明装置１００は、支持構造体１１２に取り付けられ、支持構造体１１２によって保持される波長変換素子１１０を含み、前記支持構造体１１２は、開口部１１４を含む。図１には示されていないが、支持構造体１１２は、後述するように、照明装置の様々な部分に、物理的に、取り付けられ得る、又は接続され得る。開口部１１４は、波長変換素子１１０からの順方向放射光（及びＬＥＤ１０４からの、波長変換素子１１０を通過するあらゆるポンプ光）を伝達するよう、波長変換素子１１９の上に配置される或る実施例においては、支持構造体１１２は、開口部１１４が支持構造体１１２を通る穴であるように製造され得る。前記支持構造体１１２は、スタンピング、モールディング又は機械加工よって不透明材料から製造され得る。支持構造体１１２は、一例として、アルミニウム、銅又は他の適切な材料などの金属又は金属合金から製造され得る。波長変換素子１１０は、例えば、エポキシ、ガラス、はんだ又は他の適切な材料によって、支持構造体１１２の重なり合う部分１１６に取り付けられる。別の実施例においては、支持構造体１１２は、例えば、波長変換素子１１０が取り付けられる面１１８を、反射材料で被覆される透明材料、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマ）ガラス、シリコン又は他の適切な材料から製造され得る。このような実施例においては、開口部１１４は、反射材料がないことによって規定される。
【０００９】
波長変換素子１１０を光源１０２に向かい合うように支持構造体１１２に取り付けることによって、照明装置１００の組立体は、簡単にされ、ＬＥＤ１０４を大きな温度逸脱にさらさないようにする。更に、支持構造体１１２は、青色光の漏れを阻止し、波長変換素子１１０は、多数のダイからの光と混ぜ合わせ、場合によっては、見かけ上連続した光源を供給する。
【００１０】
或る実施例においては、波長変換素子１１０からの側面放射光を再利用するために、波長変換素子１１０の側面は、アルミニウム、銀若しくは３ＭのＥＳＲ反射フィルム、又は任意の他の適切な反射材料の層などの反射コーティング１２０で覆われ得る。更に、支持構造体１１２及び／又は結合材の重なり合う部分１１６は、開口部１１４を通して放射されない光の再利用を向上させるために反射性であり得る。
【００１１】
とりわけ、開口部１１４が支持構造体１１２を通る穴として形成される実施例においては、波長変換素子１１０は、硬い材料から形成され得る。波長変換素子１１０は、一例として、本願明細書では時として「発光セラミック」と呼ぶセラミックスラブであってもよい。セラミックスラブは、一般に、自己支持層であり、特定の波長に対して半透明又は透明であり得る。このことは、共形層などの不透明波長変換層と関連する散乱損失を減らし得る。発光セラミック層は、薄膜又は共形蛍光体層よりロバストであり得る。実施例によっては、波長変換素子１１０、例えば結合材中の蛍光体として、発光セラミック以外の材料が用いられ得る。
【００１２】
発光セラミック層にされ得る蛍光体の例は、黄色−緑色領域内の光を放射するLu3Al5O12:Ce3+及びY3Al5O12:Ce3+などの一般式(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:CeaPrbを備え、ここで、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２且つ０＜ｂ≦０．１であるアルミニウムガーネット蛍光体と、赤色領域内の光を放射するSr2Si5N8:Eu2+などの一般式(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-a0a:Euz2+を備え、ここで、０≦ａ＜５、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つ０＜ｚ≦１であるアルミニウムガーネット蛍光体とを含む。適切なY3Al5O12:Ce3+セラミックスラブは、ノースカロライナ州シャーロットのBaikowski International Corporationから購入され得る。例えばSrSi2N2O2:Eu2+を含む(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua2+（ａ＝０．００２乃至０．２、ｂ＝０．０乃至０．２５、ｃ＝０．０乃至０．２５、ｘ＝１．５乃至２．５、ｚ＝１．５乃至２．５）と、例えばSrGa2S4:Eu2+を含む(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+と、Sr1-xBaxSiO4:Eu2+と、例えばCaS:Eu2+及びSrS:Eu2+を含む(Ca1-xSrx)S:Eu2+（０＜ｘ≦１）とを含む他の緑色、黄色及び赤色も適切であり得る。
【００１３】
発光セラミックは、蛍光体粒子の表面が軟化し始め、溶け始めるまで粉末蛍光体を高圧で加熱することによって形成され得る。部分的に溶けた粒子は、くっつき合って粒子の硬いかたまりを形成する。発光セラミックは、光学的に、光学的な不連続性のない単一の大きな蛍光体粒子として振る舞う薄膜とは異なり、異なる蛍光体粒子間の境界面に小さな光学的な不連続性があるような密集している別々の蛍光体粒子として振る舞う。したがって、発光セラミックは、光学的にほぼ均質であり、発光セラミックを形成する蛍光体材料と同じ屈折率を持つ。発光セラミックは、樹脂などの透明材料内に配置される蛍光体層又は共形蛍光体層とは異なり、一般に、蛍光体自体以外の（有機樹脂又はエポキシなどの）結合材を必要とせず、故に、個々の蛍光体粒子間の異なる屈折率の空間又は材料はごくわずかしかない。結果として、発光セラミックは、共形蛍光体層とは異なり、透明又は半透明である。本発明で用いられ得る発光セラミックに関するより多くの情報については、米国特許出願公開公報第2005/0269582号を参照されたい。この文献は、参照により本願明細書に盛り込まれる。
【００１４】
波長変換素子１１０の入力面には反射防止コーティング１２２が置かれ、故に、波長変換素子１１０とＬＥＤ１０４との間には反射防止コーティング１２２がある。別の実施例においては、コーティング１２２は、青色ポンプ光を透過し、波長変換素子１１０によって変換された光の領域内の波長を反射するダイクロイックフィルタなどの色分解素子であってもよい。色分解素子１１６は、波長変換素子１１０の、光源１０２に面している入力面１１１に直接付される高角度受理コーティングであってもよい。
【００１５】
図１において図示されているように、支持構造体１１２は、波長変換素子１１０が、（矢印１０３によって大まかに図示されている）光路に沿って光源１０２から物理的に切り離されるように配置され得る。したがって、波長変換素子１１０（及び反射防止コーティング１２２）は、光源１０２と接触していない。波長変換素子１１０（及び反射防止コーティング１２２）と光源１０２との間の媒体は、例えば、空気、ガス又は真空であり得る。したがって、光源１０２によって放射される光は、光源１０２と波長変換素子１１０（及び反射防止コーティング１２２）との間のギャップを通って進まなければならない。光源１０２と波長変換素子１１０との間の物理的分離の長さは、様々であり得るが、或る実施例においては、５０μｍ乃至２５０μｍの範囲内である。或る実施例においては、光源１０２と波長変換素子１１０との間の物理的分離は、光源１０２による波長変換素子１１０の実質的な伝導加熱を防止するのに十分である。別の実施例においては、光源１０２と波長変換素子１１０との間のギャップを埋めるのに、フィルタ、又はシリコーンゲル若しくは他の適切な材料などの結合材が用いられ得る。
【００１６】
図２は、本発明の別の実施例による照明装置１５０を図示する側面図である。照明装置１５０は、所定の素子が同じであるように、図１に示されている照明装置１００とほぼ同じである。しかしながら、図２において図示されているように、照明装置１５０の支持構造体１１２は、波長変換素子１１０と光源１０２との間にギャップがないように、即ち、波長変換素子１１０が、反射防止コーティング１２２を介して光源１０２と物理的に接触するように波長変換素子１１０を保持する。波長変換素子１１０は、最適な光結合のために望ましい場合には光源１０２に結合され得る。
【００１７】
図３は、照明装置２００を図示する側面図である。前記照明装置２００は、所定の素子が同じであるように、図１に示されている照明装置１００とほぼ同じである。しかしながら、照明装置２００は、開口部１１４内にドームレンズなどの光学素子２０２を含む。光学素子２０２は、開口部１１４を介して波長変換素子１１０に取り付けられてもよい。他の例においては、支持構造体１１２が、開口部１１４を規定するよう反射コーティングを備える透明材料である場合には、光学素子２０２は、支持構造体１１２に結合されてもよく、又は支持構造体１１２と一体的に形成されてもよい。照明装置２００の支持構造体１１２は、図２において図示されているように波長変換素子１１０を光源１０２と接触させるよう配置されてもよいことを理解されたい。
【００１８】
開口部１１４を備える支持構造体１１２を用いる利点の１つは、開口部１１４が、照明装置１００に付加的な素子を取り付けるための位置合わせとして用いられることができ、他の例においては、照明装置１００を別の構造体に取り付けるための位置合わせとして用いられることができることである。図４は、一例として、矢印２２２によって図示されているように照明装置１００に取り付けられる光学素子２２０を図示している。光学素子２２０は、開口部１１４に嵌合する大きさに作られる突出部２２４を含む。したがって、開口部１１４は、光学素子２２０のための位置合わせの役割を果たす。勿論、他の光学素子又は非光学素子も開口部１１４を位置合わせのために用い得る。
【００１９】
図５は、図３に示されている照明装置２００と同様であるが、拡張基板３０８に取り付けられる支持構造体３１２を備える照明装置３００の側面図を図示している。図６は、図５と同様であるが、光源１０２のための密閉環境を供給し得る、ヒートシンク３５６に取り付けられる支持構造体３６２を持つ照明装置３５０を備える。
【００２０】
教示目的のために、本発明を、特定の実施例に関連して説明しているが、本発明は、これらの特定の実施例に限定されない。本発明の範囲から逸脱せずに、様々な変更及び修正がなされ得る。それ故、添付の請求項の精神及び範囲は、上記の記載に限定されてはならない。
【図１】
0005439365.tif 000002
【図２】
0005439365.tif 000003
【図３】
0005439365.tif 000004
【図４】
0005439365.tif 000005
【図５】
0005439365.tif 000006
【図６】
0005439365.tif 000007