(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次放射源（１）と発光変換モジュール（２）とを備えた半導体光源において、
当該半導体光源の動作中、前記１次放射源（１）は電磁放射である１次放射（５）を放出し、該１次放射（５）の少なくとも一部が前記発光変換モジュール（２）に入力結合され、
前記発光変換モジュール（２）は、該発光変換モジュール（２）に入力結合された前記１次放射（５）の少なくとも一部を少なくとも１つの蛍光体によって波長変換して２次放射（１５）を生成する発光変換エレメント（６）を含み、
前記発光変換モジュール（２）は、前記１次放射源（１）から離隔されて、冷却体（３）に配置されており、
前記発光変換モジュール（２）は、該発光変換エレメント（６）を透過して該発光変換エレメント（６）に吸収されない前記１次放射（５）を該発光変換エレメント（６）に反射し戻し、かつ／または、前記２次放射（１５）を該発光変換モジュール（２）の光出力結合面（６０１）の方向に反射する反射面（７，７１，７２）を有し、
散乱されない１次放射（５）が、前記反射面（７，７１，７２）の対向領域における多重反射により、前記発光変換エレメント（６）の中間領域を横切って導かれるようにしたことを特徴とする、半導体光源。
【請求項２】
前記散乱されない１次放射（５）は、前記発光変換エレメント（６）の中間領域を横切ってジグザクに導かれる、請求項１記載の半導体光源。
【請求項３】
前記発光変換エレメント（６）を通過するたびに前記１次放射（５）の一部が吸収され、２次放射に波長変換される、請求項１または２記載の半導体光源。
【請求項４】
前記１次放射源（１）は、前記発光変換モジュール（２）と同じ冷却体（３）に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項５】
前記発光変換エレメント（６）の形状は、実質的に平坦な層であるかまたはプレートであり、前記層またはプレートの表面は、前記光出力結合面を形成する第１の主面（６０１）と、該第１の主面に対向し前記冷却体の方を向いている第２の主面（６０２）と、少なくとも１つの側面（６０３）とを有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項６】
前記発光変換モジュール（２）は少なくとも１つの冷却エレメント（１３）を有し、
前記冷却エレメント（１３）は前記発光変換エレメント（６）内に突出するか、または該発光変換エレメント（６）を貫通し、前記冷却体（３）に熱伝導結合されている、請求項５記載の半導体光源。
【請求項７】
前記反射面（７，７１，７２）は前記側面（６０３）を局所的または完全に被覆する、請求項５または６記載の半導体光源。
【請求項８】
前記反射面（７，７１，７２）は前記第２の主面（６０２）を少なくとも局所的に被覆する、請求項５から７までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項９】
前記１次放射源（１）の１次放射（５）は前記第１の主面（６０１）または前記側面（６０３）を通って前記発光変換エレメント（６）に入力結合される、請求項５から８までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１０】
前記１次放射源（１）の１次放射（５）は前記側面（６０３）を通って前記発光変換エレメント（６）に入力結合され、該１次放射（５）は該発光変換エレメント（６）に入力結合される際に、該１次放射（５）に対して高い透過率を有しかつ前記第２の放射（１５）に対して高い反射率を有する波長選択性の入力結合鏡（１２）を透過する、請求項５から８までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１１】
前記冷却体（３）は前記発光変換エレメント（６）を包囲する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１２】
前記発光変換エレメント（６）の少なくとも一部は前記冷却体（３）の凹入部（３１）内に配置され、前記凹入部（３１）の表面の少なくとも一部が前記反射面（７，７１，７２）を形成するか、または該反射面（７，７１，７２）の一部を形成する、請求項１１記載の半導体光源。
【請求項１３】
前記２次放射（１５）は、前記１次放射（５）の少なくとも一部に対して高い反射率を有しかつ該２次放射（１５）に対して高い透過率を有する波長選択性の出力結合鏡（８）を透過して、前記発光変換モジュール（２）から出力結合される、請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１４】
前記１次放射（５）は光学的エレメント（１０）を使用して前記発光変換モジュール（２）に入力結合される、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１５】
前記光学的エレメント（１０）は、前記１次放射（５）の少なくとも一部に対して高い反射率を有しかつ前記２次放射（１５）に対して高い透過率を有する波長選択性の出力結合鏡（８）を有し、前記２次放射（１５）は前記波長選択性の出力結合鏡（８）を通って前記発光変換モジュール（２）から出力結合される、請求項１４記載の半導体光源。
【請求項１６】
前記１次放射（５）は、前記発光変換エレメント（６）の側面（６０３）を通って入力結合領域（２１）に入力結合される、請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１７】
前記反射層（７）の部分領域（７２）は、前記発光変換エレメント（６）の側面（６０３）を入力結合領域（２１）まで完全に被覆する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の半導体光源。
【請求項１８】
前記入力結合領域（２１）は、光出力結合面（６０１）の上方から見て前記発光変換エレメント（６）の縁部領域に配置されている、請求項１６又は１７記載の半導体光源。
【請求項１９】
前記多重反射は、前記光出力結合面（６０１）に対して平行な平面において行われる、請求項１から１８までのいずれか１項記載の半導体光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７０４６６０８．２号および第１０２００８０１２３１６．１号の優先権を主張するものであり、その開示内容は引用によって本願の開示内容に含まれるものとする。
【０００２】
本願は、１次放射源と発光変換エレメントとを備えた半導体光源に関する。
【０００３】
たとえばＵＳ６０６６８６１から、１次放射源と発光変換エレメントとを備えた半導体光源が公知である。このような半導体光源では、発光変換エレメントからの損失熱の放熱が十分でないことが多い。それゆえこのような半導体光源では、発光変換エレメントに１次放射源が高いエネルギー密度で照射されることにより、該発光変換エレメントの温度上昇が通常は比較的大きくなり、該発光変換エレメントの波長変換の効率が阻害されてしまう。
【０００４】
ＥＰ１７３４３０２Ａ１に、発光変換エレメントに熱伝導エレメントが設けられた半導体光源が開示されている。
【０００５】
本発明の課題は、１次放射源と発光変換エレメントとを備えた半導体光源において、‐とりわけ１次放射源から放出される１次放射のエネルギー密度が高い場合に‐発光変換エレメントによって行われる波長変換が特に効率的である半導体光源を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１記載の半導体光源によって解決される。従属請求項に、この半導体光源の有利な実施形態が示されている。特許請求の範囲の開示内容は、参照によって本明細書に明確に含まれるものとする。
【０００７】
半導体光源の動作中に１次電磁放射を放出する１次放射源を備えた半導体光源を提案する。とりわけ前記１次放射源は、１次放射を放出するために構成されたオプトエレクトロニクス半導体チップを有する。１つの実施形態では、オプトエレクトロニクス半導体チップはオプトエレクトロニクス半導体素子に含まれ、たとえば、半導体素子のケーシング内に配置されている。１つの好適な実施形態では、オプトエレクトロニクス半導体チップまたはオプトエレクトロニクス半導体素子は発光ダイオードまたはレーザダイオードである。１つの実施形態では１次放射源は、動作中に１次放射を青色スペクトル領域および／または紫外線スペクトル領域で放出する発光ダイオードまたはレーザダイオードを有する。たとえば１次放射源はＵＶ発光ダイオードを有する。
【０００８】
半導体光源はさらに、１次放射源から放出された１次放射の少なくとも一部が入力結合される発光変換モジュールを有する。有利には、１次放射源から放出された１次放射の大部分が前記発光変換モジュールに入力結合され、とりわけ実質的に該１次放射すべてが該発光変換モジュールに入力結合される。
【０００９】
前記発光変換モジュールは、少なくとも１つの蛍光体によって１次放射を波長変換して２次電磁放射を生成する発光変換エレメントを含む。前記少なくとも１つの蛍光体は、たとえば無機蛍光体である。とりわけ、前記発光変換エレメントが１次放射を吸収することにより、‐たとえば蛍光作用または燐光作用によって‐励起され、２次放射を放出する。
【００１０】
たとえば１次放射は第１の波長領域の電磁放射を含み、２次放射は、該第１の波長領域と異なる第２の波長領域の電磁放射を含む。換言すると、第１の波長領域と第２の波長領域とは重ならないか、または部分的にのみ重なる。
【００１１】
発光変換モジュールは１次放射源から離隔され、冷却体に配置されている。発光変換エレメントと前記冷却体とを熱伝導結合するのが目的に適っている。１つの実施形態では、冷却体は発光変換モジュールを支持するための支持体である。
【００１２】
有利には冷却体は、１次放射が２次放射に変換される際に生成される損失熱を放熱するためのヒートシンクを形成する。たとえば冷却体は、発光変換モジュールに固定されたかまたは形成された金属性の冷却体である。たとえば冷却体は金属プレートを有する。
【００１３】
有利には発光変換モジュールを１次放射源から間隔をおいて冷却体に配置することにより、１次放射が照射されたときに発光変換エレメントに含まれる蛍光体の温度上昇が特に低くなる。通常は、蛍光体温度が上昇することにより、蛍光体が１次放射を波長変換して２次放射を生成する効率が低減してしまう。それゆえ、前記のような半導体光源は有利には、特に高い効率を有する。
【００１４】
１つの実施形態では、冷却体に突起部が設けられ、とりわけ発光変換モジュールと反対側に設けられる。別の実施形態では、冷却体はアクティブな冷却装置を有する。たとえば、冷却体はマイクロチャネル冷却体であり、かつ／または、ペルティエ素子を有する。このようにして、発光変換エレメントからの放熱が有利にはさらに改善される。
【００１５】
半導体光源の１つの実施形態では、１次放射源に別個の冷却体が設けられている。このようにして、発光変換モジュールの冷却は１次放射源の冷却から独立する。
【００１６】
別の実施形態では、１次放射源と発光変換モジュールとは同一の冷却体に配置され、とりわけ、さらに該冷却体に機械的に固定され、該冷却体に熱伝導結合される。１次放射源と発光変換モジュールとで共通の冷却体を使用することにより、有利には半導体光源の構成を特にコンパクトにすることができる。
【００１７】
１つの有利な実施形態では、発光変換モジュールは反射面を有し、該反射面はたとえば、該発光変換モジュールを透過して該発光変換モジュールに吸収されなかった１次放射を発光変換エレメントへ反射し戻す。このようにして有利には、特に大部分の１次放射が発光変換モジュールにおいて波長変換され、２次放射が生成される。
【００１８】
択一的または付加的に、２次放射を発光変換モジュールの光出力結合面の方向に反射するように前記反射面を形成することができる。このようにして有利には、特に高い発光密度が実現され、発光変換モジュールの効率は特に高くなる。
【００１９】
１つの有利な実施形態では、前記反射面または該反射面の少なくとも１つの第１の部分領域を含む反射層が、前記冷却体に対向する前記発光変換エレメントの面に設けられているか、または、該発光変換エレメントに対向する該冷却体の面に設けられている。前記反射層は有利には、１μｍ以下の層厚さを有し、有利には５００ｎｍ以下の層厚さを有し、特に有利には１００ｎｍ以下の層厚さを有する。このような反射層により、有利には、発光変換エレメントと冷却体とが良好に熱伝導結合される。
【００２０】
前記反射層はたとえば、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層を含む。たとえば前記反射層は、このような少なくとも２つの層から成る層列を含む。すなわち、とりわけ金属層と誘電体層とを含む層列を有する。１つの実施形態では前記反射層は、前記発光変換エレメント上に平坦化層として設けられた誘電体層と、該誘電体層上に設けられた鏡面金属層とを有する。
【００２１】
前記発光変換エレメントに反射層が設けられた別の実施形態では、該発光変換エレメントははんだ層によって前記冷却体に固定されている。たとえば反射層は冷却体にはんだ付けされている。このようにして、発光変換エレメントからの放熱が特に高効率になる。
【００２２】
半導体光源の１つの実施形態では、前記発光変換モジュールに入力結合された１次放射は前記反射面で複数回反射される。このようにして有利には、発光変換エレメントにおいて吸収される１次放射の割合が特に大きくなる。とりわけこのようにして、１次放射が分布する前記発光変換エレメントの領域が特に大きくなる。このようにして有利には、発光変換モジュールから光出力結合面を通って放出される２次放射の発光密度分布は特に均質になる。
【００２３】
発光変換エレメントの蛍光体は、複数の蛍光体の混合物とすることができ、このような蛍光体は１つの実施形態では、蛍光体粒子の粉末体の形態で該発光変換エレメントに含まれる。たとえば、蛍光体は電気泳動により、前記反射面上に堆積される。択一的に、蛍光体を印刷法によって堆積することもでき、たとえばインクジェット印刷法、スクリーン印刷法、またはパッド印刷法によって堆積することができる。このようにして、発光変換エレメントを有利には簡単に形成することができる。１つの実施形態では、蛍光体を粉末の形態で含む発光変換エレメントに固定層が設けられる。この固定層は発光変換エレメントを、有利には機械的な損傷から保護し、該固定層はたとえば酸化シリコン層である。
【００２４】
別の実施形態では、発光変換エレメントは単結晶の形態の蛍光体を含むか、または多結晶セラミック材料の形態の蛍光体を含む。セラミック材料を含む発光変換エレメント用の蛍光体はたとえば、該発光変換エレメントの製造時に所望の形態にされ、たとえばプレス成形工程によって所望の形態にされ、その後に焼結によってセラミックに変換される。
【００２５】
たとえばシリコン樹脂またはエポキシド樹脂等のマトリクス材料中に拡散された蛍光体を含む発光変換エレメントの熱伝導性はしばしば不十分であることが多いので、本発明の半導体光源に適するには条件が課せられる。発光変換エレメントの熱伝導性は、粉末状の蛍光体、単結晶および／またはセラミック材料の形態の蛍光体によって特に高くなり、このような実施形態により、発光変換エレメントから損失熱が特に高効率で放熱される。
【００２６】
単結晶またはセラミック材料の形態の蛍光体は、特に高い熱伝導性を有する。
【００２７】
１つの実施形態では、発光変換エレメントの形態は実質的に平坦な層であるか、または、有利には面平行であるプレートである。たとえば、層ないしはプレートの表面は、光出力結合面となる第１の主面を有し、とりわけさらに、該第１の主面に対向する第２の主面を有する。この第２の主面は、有利には第１の主面に平行である。さらに前記層またはプレートの表面は、少なくとも１つの側面を有する。この側面はとりわけ第１の主面と第２の主面とを接続する。
【００２８】
平坦な層または面平行なプレートとは本願では、‐該平坦な層または面平行なプレートに存在する可能性のある粗さおよび／またはパターニングは除外して‐真っ直ぐに延在する層またはプレートを指す。換言すると、平坦な層または面平行なプレートは湾曲部または屈曲部を有さず、とりわけ実質的に、１つの平面に対して平行である。換言すると前記平坦な層または面平行なプレートは、前記第１の主面および／または前記第２の主面に対して実質的に平行な主延在平面を有する。前記層またはプレートの表面が粗面化および／またはパターニングされているのが意図的でない場合でも、該層またはプレートの表面は通常は数学的な意味での平坦または扁平ではなく、むしろ該表面は、たとえば多数の粒子から構成され、第１の主面および第２の主面のプロフィールは‐存在する可能性のある粗さおよび／またはパターニングは除外して‐平均的にのみ実質的に平坦または面平行である。
【００２９】
１つの実施形態では、反射面または該反射面の第２の部分領域は、前記少なくとも１つの側面を局所的または完全に被覆する。
【００３０】
別の実施形態では、第２の主面は冷却体に対向する。前記第２の主面はたとえば局所的に反射面によって被覆されるか、または反射面の第１の部分領域によって被覆される。とりわけ前記反射面または該反射面の第１の部分領域は、発光変換エレメントの第２の主面と冷却体との間に配置される。
【００３１】
１つの実施形態では、１次放射源の１次放射は第１の主面を通って発光変換エレメントに入力結合される。この実施形態では、前記発光変換エレメントの光出力結合面は１次放射を入力結合するための光入力結合面としても使用される。
【００３２】
この実施形態の発展形態では、第１の主面は粗面部および／またはパターニングを有し、たとえば細溝状、節状および／または角錐状の突起および／または凹入部を有する。たとえばこのようにして、扁平な角度で発光変換エレメントの第１の主面に入射する１次放射の入力結合が改善される。
【００３３】
１つの実施形態では半導体光源は、１次放射源から放出された１次放射と発光変換モジュールから放出された２次放射とを含むかまたは該１次放射と該２次放射とから成る混合放射を放出するように構成される。このような実施形態では、粗面化および／またはパターニングされた第１の主面によって、半導体光源から放出された１次放射と２次放射とが良好に混合される。
【００３４】
別の実施形態では、１次放射源の１次放射は側面を通って、または複数の側面のうち少なくとも１つを通って、発光変換エレメントに入力結合される。とりわけ１次放射源は、この実施形態では発光変換モジュールの側方に配置される。１つの実施形態では１つまたは複数の側面は、１次放射が発光変換エレメントに入力結合される際に通る入力結合領域まで完全に反射面によって被覆されている。
【００３５】
この実施形態では、光出力結合面を通って放出される電磁放射が１次放射源によって遮蔽されるおそれ、および／または、１次放射を発光変換エレメントに入力結合させるために使用される光学的エレメントによって遮蔽されるおそれが特に低くなる。このような実施形態では、反射面において多重反射を特に簡単に実現することができる。
【００３６】
前記入力結合領域はたとえば、第１の主面を上方から見た場合に発光変換エレメントの縁部領域に含まれ、有利にはとりわけ、発光変換エレメントのコーナ領域に含まれる。発光モジュールに入力結合される１次放射の一部は、有利には反射面において多重反射することにより、前記発光変換エレメントの前記縁部領域に対向する別の縁部領域へ導かれ、‐たとえば、コーナ領域に対角線上に対向する別のコーナ領域等である別のコーナ領域へ導かれる。このようにして有利には、発光変換エレメントの前記縁部領域、前記別の縁部領域および両縁部領域間に位置する中間領域に１次放射が照射される。
【００３７】
たとえば発光変換エレメントは、第１の主面を上方から見た場合に方形の形状を有し、入力結合領域において１次放射が伝搬する伝搬方向は、該第１の主面を上方から見た場合、該方形の辺に対して角度βを成す。この角度βは０°＜β＜９０°であり、有利には１°≦β≦４５°であり、たとえば５°≦β≦２５°である。
【００３８】
１次放射の線束が平行な線束でない場合、「伝搬方向」という概念はとりわけ、該１次放射が前記発光変換エレメントに入射する前に入力結合領域において伝搬するビーム円錐の中心軸を指す。
【００３９】
前記角度は有利には、発光変換エレメントに入力結合された散乱されない１次放射が反射層において最初に鏡面反射した後に入力結合領域へ反射し戻されないように選択される。
【００４０】
この実施形態の１つの発展形態では、１次放射は波長選択性入力結合鏡を通って発光変換モジュールに入力結合される。前記波長選択性入力結合鏡は１次放射に対して大きな透過率を有し、とりわけ、第１の波長領域において大きな透過率を有する。さらに入力結合鏡は、２次放射に対して大きな反射率を有し、とりわけ第２の波長領域において大きな反射率を有する。
【００４１】
入力結合鏡はたとえば、反射面を有さない側面の入力結合領域を被覆する。有利には波長選択性入力結合鏡は、側面の入力結合領域の方向に放出された２次放射の成分を偏向し、該２次放射の成分は少なくとも部分的に、光出力結合面を通って放出される。
【００４２】
半導体光源の別の実施形態では、２次放射は発光変換モジュールから波長選択性出力結合鏡を通って出力結合される。前記波長選択性出力結合鏡は、１次放射に対して大きな反射率を有するか、または１次放射の一スペクトル成分に対して大きな反射率を有し、たとえば該波長選択性出力結合鏡は第１の波長領域において大きな反射率を有する。さらに前記波長選択性出力結合鏡は、２次放射に対して大きな透過率を有する。すなわち第２の波長領域において大きな透過率を有する。
【００４３】
好適には前記波長選択性出力結合鏡は、発光変換エレメントの光出力結合面に隣接し、とりわけ前記第２の主面と反対側で隣接する。換言すると前記出力結合鏡は、前記発光変換モジュールの放射方向で見て光出力結合面に後置されている。有利には前記出力結合鏡は、１次放射の変換されなかった成分を前記発光変換エレメント内に反射し戻し、このことによって変換効率は有利には特に高くなる。
【００４４】
１次放射が半導体光源から出力結合されるのが望ましくない場合‐たとえば第１の波長領域が紫外放射を含む場合‐、この１次放射を前記出力結合鏡によって低減するか、または完全に抑圧することができる。１つの実施形態では、波長選択性出力結合鏡は１次放射のうち不所望のスペクトル成分のみを留め、たとえば短波長成分を留め、該１次放射のうち所望のスペクトル成分を透過し、たとえば比較的長波長の成分を透過する。
【００４５】
別の実施形態では発光変換モジュールは、発光変換エレメント内に突出するかまたは該発光変換エレメントを貫通する少なくとも１つの冷却エレメントを有し、たとえば冷却フィンを有し、該冷却エレメントは冷却体に熱伝導結合されている。たとえば冷却エレメントは、第１の主面に対して横方向または垂直に延在し、前記発光変換エレメントの少なくとも一部を貫通する。とりわけ冷却エレメントは、第２の主面から第１の主面までの方向に延在する。有利には、冷却エレメントは第２の主面から第１の主面まで延在するか、または第１の主面を超えて延在する。前記少なくとも１つの冷却エレメントによって、発光変換エレメントからの放熱がさらに改善される。
【００４６】
たとえば冷却エレメントは、前記発光変換モジュールの冷却体に対向する側で前記反射面に接する。１つの実施形態では、冷却エレメントは択一的または付加的に、発光変換エレメントの１つまたは複数の側面を被覆する反射面の領域に接する。
【００４７】
１つの実施形態では、発光変換モジュールは複数の冷却フィンを有し、該複数の冷却フィンはとりわけ櫛形に配置されている。たとえば冷却フィンは、第１の主面を上方から見た場合、相互に平行に延在する。
【００４８】
１つの実施形態では発光変換エレメントは、第１の主面を上方から見た場合、方形の形状を有する。発光変換モジュールはたとえば複数の冷却エレメントを有し、該複数の冷却エレメントは、前記方形の相互に対向する２つの辺に対して平行に延在する。各冷却フィンは、前記方形の他の２つの辺のうち１つに接しており、該他の２つの辺から間隔をおいて終了する。冷却エレメントの配置は有利には、散乱されない１次放射が発光変換エレメント内で通る放射経路に冷却エレメントが存在しないように選択される。
【００４９】
前記少なくとも１つの冷却エレメントは択一的に、１次放射および／または２次放射を鏡面反射または拡散反射するように構成することができる。こうするために、冷却エレメントは１つの実施形態では、少なくとも局所的に反射性の表面を有する。
【００５０】
別の実施形態では、１次放射は光学的エレメントによって発光変換モジュールに入力結合される。たとえば光学的エレメントはミラーであり、たとえば平面鏡、空洞鏡または凹面鏡であるか、または集光レンズ、分散レンズ、導光ロッドまたはガラスファイバである。１次放射を発光変換エレメントに入力結合させるために、複数のこのような光学的エレメントを含む光学的ユニットを構成することもできる。
【００５１】
このような実施形態の１つの変形形態では、１次放射または該１次放射の一スペクトル成分に対して大きな反射率を有し２次放射に対して大きな透過率を有する波長選択性出力結合鏡は、同時に前記光学的エレメントにもなる。この実施形態では、波長選択性出力結合鏡はとりわけ湾曲されており、かつ／または、光出力結合面に対して斜めに配置されている。好適には、前記波長選択性出力結合鏡に１次放射源が照射される。
【００５２】
１次放射源および発光変換モジュールの幾何学的な配置と、出力結合鏡の湾曲および／または該出力結合鏡と光出力結合面との間の角度はとりわけ、１次放射源から放出された１次放射が波長選択性出力結合鏡によって発光変換エレメント内に導かれ、とりわけ偏向されるように選択される。２次放射の偏向は、有利には実質的に行われない。
【００５３】
たとえば、１次放射の伝搬方向と光出力結合面とはほぼ平行である。波長選択性出力結合鏡はたとえば、光出力結合面に対して３０°〜６０°の角度に配置されており、有利には約４５°の角度に配置されている。
【００５４】
別の実施形態では、１次放射源は１次放射を発散線束で放出し、光出力結合鏡は該発散線束を少なくとも近似的に平行化するように湾曲される。この実施形態では、前記波長選択性出力結合鏡はとりわけ、空洞鏡の形態を有する。有利には前記波長選択性出力結合鏡は、平行化された線束が少なくとも近似的に垂直に光出力結合面に当たるように形成される。
【００５５】
同時に前記光学的エレメントにもなる前記波長選択性出力結合鏡には、１つの実施形態では複数の１次放射源が照射される。たとえば前記波長選択性出力結合鏡は、それぞれが少なくとも１つの１次放射源によって照射される複数のセグメントを有する。たとえば前記波長選択性出力結合鏡は、Ｖ字形の断面を有する。択一的に、前記波長選択性出力結合鏡は角錐または角錐台の形状を有することができる。「Ｖ」字形または角錐形の尖端は、とりわけ光出力結合面に向けられる。このことと関連して、角錐台の場合には「角錐の尖端」は、該角錐台を完全にする角錐の尖端である。「Ｖ」字形または角錐形／角錐台形の中心軸は、たとえば光出力結合面に対して垂直であるか、または実質的に垂直である。
【００５６】
半導体光源のさらに別の実施形態では、冷却体は発光変換エレメントを包囲する。たとえば、冷却体の一部分は発光変換エレメントの側面に対向する。たとえば、発光変換エレメントを収容するために、冷却体はＬ字形、Ｖ字形またはＵ字形の構造で‐たとえば切欠で‐形成される。有利には、発光変換エレメントは少なくとも部分的に、冷却体の凹入部内に形成されるかまたは配置される。
【００５７】
たとえば、前記反射面または該反射面の少なくとも一部は、前記冷却体の構造または凹入部の表面によって形成されるか、または該構造または凹入部の表面の部分領域によって形成される。１つの実施形態では１次放射源は、冷却体の別の凹入部内に配置されるか、または、冷却体の別のＬ字形構造、Ｖ字形構造またはＵ字形構造内に配置される。このような構成では、有利には発光変換エレメントからの放熱は特に良好になる。さらに、半導体光源の特にコンパクトな構成が実現される。
【００５８】
本発明の半導体光源のさらなる利点および有利な実施形態を、図１〜７に示した実施例に則して以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図２】第２の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図３Ａ】第３の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実施例による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。
【図３Ｃ】第３の実施例の変形形態による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。
【図４】第４の実施例による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。
【図５】第５の実施例による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。
【図６Ａ】第６の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの実施例による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。
【図７】第７の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図８】第８の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【図９】第９の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【００６０】
実施例および図面において同一または同機能の構成要素には、同一の参照符号を付している。図面およびこれらの図面に示した要素の互いの大きさの比率は基本的に、比率通りであると見なすべきではない。たとえば、より見やすくかつ／またはより分かりやすくするために、層等の個々の要素を過度に大きくかつ／または厚く図示している場合がある。
【００６１】
図１に、第１の実施例の半導体光源の断面を概略的に示す。前記半導体光源は、１次放射源１と発光変換モジュール２とを有する。前記発光変換モジュール２は冷却体３に配置されている。前記１次放射源１は第１の実施例では別の冷却体４に配置されている。
【００６２】
１次放射源１はたとえばレーザダイオードチップであり、該レーザダイオードチップはたとえば、第１の波長領域にある１次放射５を放出し、たとえば青色スペクトル領域または紫外スペクトル領域内にある１次放射５を放出する。前記レーザダイオードチップから放出される放射出力はたとえば１Ｗ以上である。
【００６３】
前記発光変換モジュール２は、無機蛍光体を含む発光変換エレメント６を有する。蛍光体によって発光変換エレメント６は、１次放射を第１の波長領域から、該第１の波長領域と異なる第２の波長領域内の２次電磁放射に変換する。前記蛍光体は１次放射５によって励起され、とりわけ蛍光および／または燐光を生じる。
【００６４】
前記蛍光体はたとえば、ガーネット蛍光体と、アルミン酸蛍光体と、オルトシリケート蛍光体と、窒化物系蛍光体と、アルカリ土類硫化物蛍光体と、チオガレート蛍光体とを含む群のうち少なくとも１つの成分から選択される。前記ガーネット蛍光体はたとえば、希土類材料がドープされたイットリウム‐アルミニウム‐ガーネット（ＹＡＧ）を含み‐たとえばＹＡＧ；Ｃｅを含み‐、前記窒化物系蛍光体はたとえばニトリドシリケートおよび酸窒化物等である。
【００６５】
近紫外放射を含む第１の波長領域には、たとえば酸化物ベースの蛍光体が適しており、たとえばユーロピウムがドープされたアルミン酸バリウム‐マグネシウムが適しており、たとえばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋が適している。また択一的または付加的に、ユーロピウムがドープされたアルミン酸ストロンチウム‐マグネシウム、例えばＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋が適しており、また、ストロンチウム、バリウム、またはカルシウムを含有する式（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋のクロロアパタイトも適している。アルミン酸バリウム、例えばＢａ３Ａｌ２８Ｏ４５：Ｅｕ２＋を使用することもできる。前記の化合物はすべて、近紫外線でポンピングされると、青色波長領域の光を放出する。緑色を放出する蛍光体は例えばＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋である。緑色〜黄緑色を放出する蛍光体はたとえば、ユーロピウムまたはマンガンがドープされたクロロシリケート、一般式ＡＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋またはＡＧａ２Ｓ４：Ｃｅ２＋のチオガレートである。前記クロロシリケートはたとえば、式Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋またはＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２Ｍｎ２＋のクロロシリケートであり、前記チオガレートの一般式においてＡはとりわけ、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫およびマグネシウムの群から選択される。さらに、赤色を放出する蛍光体および変換材料としてたとえば、一般式（Ａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋のアルカリ土類置換硫酸ストロンチウムを使用することができる。このアルカリ土類置換硫酸ストロンチウムの一般式では、Ａ＝アルカリ土類金属イオンである。
【００６６】
たとえば赤色スペクトル領域を放出する蛍光体としては、窒化物系蛍光体も適している。たとえば窒化物系蛍光体は、たとえばＢａ，ＣａまたはＳｒ等のアルカリ土類金属Ｍを含むたとえばＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋等のニトリドシリケートである。択一的または付加的に、希土類金属がドープされた窒化アルミニウムシリコン蛍光体を使用することができ、たとえば、
ＭＡｌＳｉＮ３：ＳＥを使用することができる。この式ではＭはとりわけ、たとえばＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等のアルカリ土類金属を表し、ＳＥは希土類を表す。とりわけ緑色スペクトル領域には、たとえば酸窒化物が適しており、たとえばＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋が適している。ここで、Ｍはたとえば、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ等のアルカリ土類金属を表す。
【００６７】
この実施例で使用される半導体光源と、半導体光源の別の構成に使用される半導体光源には、オルトシリケート蛍光体が特に適しており、たとえば一般式Ｍ２ＳｉＯ４：ＳＥを有するオルトシリケート蛍光体が特に適している。ここで、Ｍはたとえば、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等のアルカリ土類金属を表し、ＳＥはたとえばユーロピウム（Ｅｕ２＋）等の希土類を表す。オルトシリケート蛍光体は通常、特に高い効率を有する。確かにオルトシリケート蛍光体の場合には、蛍光体の放出特性が温度変動によって阻害され、とりわけ温度上昇によって阻害される可能性が大きいが、本願による半導体光源では、このような可能性は有利には低減されるか、または除去される。オルトシリケート蛍光体はたとえば電磁放射を、緑色および／または黄色および／または黄色／橙色のスペクトル領域に変換する。
【００６８】
１つの実施形態では、発光変換エレメント６に蛍光体混合物が含まれる。この蛍光体混合物は、たとえばストロンチウム‐クロロアパタイト、アルミン酸ストロンチウムおよびニトリドシリケートを含み、たとえば、４７質量％のストロンチウムクロロアパタイト、４８質量％のアルミン酸ストロンチウムおよび５質量％のニトリドシリケートを含む。このような蛍光体混合物は、好適な実施形態では白色光を放出するように構成され、とりわけ４０５ｎｍの第１の波長の１次放射５によって励起された場合に白色光を放出するように構成されている。この白色光はたとえば、ＣＩＥ表色系でｘ＝０．３５４およびｙ＝０．３８６の色座標を有する。
【００６９】
発光変換エレメント６はここでは、セラミック材料に焼結された蛍光体のプレートによって形成される。このプレートは上方から見ると、方形または正方形の形状を有する。択一的に、上方から見た場合のプレートの形状を、多角形、円形面、楕円形の面とするか、または円形面または楕円形面のセグメントとすることもできる。
【００７０】
発光変換モジュールはさらに反射層７も有し、該反射層７はここでは２つの部分領域７１，７２から構成されている。反射層７の第１の部分領域７１は発光変換エレメント６と冷却体３との間に配置され、ここでは発光変換エレメント６の第２の主面６０２を完全に被覆する。前記反射層７の第２の部分領域７２はここでは、発光変換エレメント６の側面６０３を完全に被覆する。反射層７によって被覆されない発光変換エレメント６の第１の主面６０１は、該発光変換エレメント６の光出力結合面となる。この光出力結合面は第２の主面６０２に対向し、該第２の主面６０２はここでは冷却体３に対向する。少なくとも、反射層の発光変換エレメント６に対向する内側面は反射性に形成され、とりわけ鏡面反射性に形成される。
【００７１】
ここでは反射層７は、誘電体層と金属層とから成る層列である。発光変換エレメント６のセラミック材料には、少なくとも側面６０３および第２の主面６０２において誘電体層が平坦化層として設けられており、たとえば酸化シリコン層が設けられており、とりわけ二酸化シリコン層が設けられており、前記金属層はこの誘電体の平坦化層上に蒸着されている。反射層の層厚さはここでは５０ｎｍ以下である。発光変換エレメント６と反射層７との結合体は、たとえば接着材層によって、または有利にははんだ層によって冷却体３に固定されている。
【００７２】
択一的に、反射層７または少なくとも該反射層７の第１の部分領域７１を冷却体３に形成することもでき、たとえば反射層７の第１の部分領域７１は、冷却体３表面上に蒸着される。このことはとりわけ、発光変換エレメント６がたとえば電気泳動またはプリント工程によって第１の部分領域７１に堆積されている発光変換モジュール２の構成で有利である。
【００７３】
別の実施形態では、反射層７の第２の部分領域は少なくとも１つの反射板または少なくとも１つの反射ベルトを有し、該反射板または該反射ベルトはとりわけ金属を有し、かつ／または鏡面コーティングされている。反射板および／または反射ベルトはたとえば、少なくとも１つの側面６０３に接着されており、たとえばシリコン樹脂によって接着されている。
【００７４】
１次放射源１から放出された１次放射５は、第１の主面６０１に対して角度αで発光変換エレメント６に入力結合される。ここで、１次放射５は蛍光体によって少なくとも部分的に吸収され、発光変換エレメント６は２次放射を放出し、該２次放射は第１の主面６０１を通って出力結合される。
【００７５】
発光変換エレメントから第１の主面６０１の方向ではなく反射層７の方向に放出された２次放射は、少なくとも部分的に反射層７によって第１の主面６０１の方向に反射される。さらに、反射層７はここでは、発光変換エレメント６に入力結合されて第１の主面６０１から第２の主面６０２までの間に蛍光体によって吸収されなかった１次放射５を、該反射層７の第１の部分領域７１および／または第２の部分領域７２において前記発光変換エレメント６へ反射し戻すように設けられている。
【００７６】
前記第１の主面６０１に波長選択性出力結合鏡８が後置されている。１次放射６が発光変換エレメントに入力結合するために第１の主面６０１と波長選択性出力結合鏡８との間の領域をビーム伝導されるように、該波長選択性出力結合鏡８は該第１の主面６０１から離隔されている。
【００７７】
前記光出力結合鏡８は、発光変換エレメント６から放出された２次放射に対して高い透過率を有し、１次放射５に対して高い反射率を有する。このようにしてたとえば、第１の主面６０１で反射された１次放射５は発光変換エレメント６の方向に反射し戻される。さらに、変換されなかった１次放射５が半導体光源から出射するのが望ましくない場合、たとえば１次波長領域がＵＶ光を含む場合にも、前記のような波長選択性出力結合鏡８は有利である。
【００７８】
図２は、第２の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。第１の実施例と異なる点として、１次放射源１の１次放射は第２の実施例では、光学的エレメント１０によって発光変換エレメント６に入力結合される。この光学的エレメント１０は、ここではガラスファイバ等の導光体である。ガラスファイバ１０を使用すれば、１次放射源１の位置を実質的に入力結合角αに依存せずに選択できる。
【００７９】
第１の実施例と異なるもう１つの点は、第１の主面６０１は第２の実施例では粗面化されていることである。たとえば、粗面化された第１の主面６０１において１次放射５の一部が発光変換エレメント６に入力結合され、該１次放射５の別の一部が発光変換エレメントから離れていく方向に散乱される。その際には半導体光源が放出する電磁放射には、１次放射源１の変換されなかった１次放射と、発光変換モジュール２の変換後の２次放射とが含まれる。
【００８０】
ここでは、１次放射５が出力結合されるのが望ましくない場合、このような混合放射ないしは少なくとも２次放射はビーム成形エレメント９を通って出力結合される。このビーム成形エレメント９は、たとえば集光レンズ、レンズシステム、鏡面および／または導光体等である。
【００８１】
図３Ａおよび３Ｂに、第３の実施例の半導体光源を概略的な断面図（図３Ａ）と概略的な平面図（図３Ｂ）とで示す。上記の実施例と異なる点として、この第３の実施例では、１次放射源１は別個の冷却体４に配置されるのではなく、発光変換モジュール２の冷却体と同じ冷却体３に配置される。
【００８２】
さらに１次放射５は、発光変換エレメント６に入力結合する際には、該発光変換エレメントの光出力結合面６０１を通らない。むしろ１次放射５は、入力結合領域２１において側面６０３を通って発光変換エレメント６に入力結合される。前記反射層７の第２の部分領域７２は、発光変換エレメント６の側面６０３を入力結合領域２１まで完全に被覆する。光出力結合面６０１を上方から見ると、入力結合領域２１は発光変換エレメント６の縁部領域に配置されている。
【００８３】
発光変換エレメント６の第１の主面６０１を上方から見ると、該発光変換エレメント６の形状は方形である。第１の主面６０１を上方から見ると、１次放射の伝搬方向は方形の一辺との間に角度βを成す。ここではとりわけ、以下の関係式が成り立つ：
０°＜β＜９０°、有利には１°≦β≦４５°、たとえば５°≦β≦２５°
【００８４】
１次放射の線束が平行な線束でない場合、「伝搬方向」という概念はここでは、該１次放射５が伝搬するビーム円錐の中心軸を指す。１次放射５が発光変換モジュール２に入力結合する前に光学的エレメント１０を通る場合、入力結合領域２１における１次放射の伝搬方向が決定的に重要である。
【００８５】
角度βは有利には、入力結合領域２１において入力結合した後に発光変換エレメント６を通る散乱されない１次放射５が、反射層７の第２の部分領域７２において最初に鏡面反射した後に該入力結合領域２１内に反射し戻されないように選択される。
【００８６】
Ｌが、入力結合領域２１に属する辺に対して垂直である方形の辺の長さであり、ＢＥが鏡面加工されていない入力結合領域２１の幅であり、ｎＡが発光変換エレメント６外部の入力結合領域２１における屈折率であり、ｎＩが発光変換エレメント６内の屈折率であるとすると、角度βには有利には、β≧ａｒｃｓｉｎ［（ｎＩＢＥ），（２ｎＡＬ）］が適用される。
【００８７】
このようにして、散乱されない１次放射５は、反射面７の第２の部分領域７２において多重反射することにより、発光変換エレメント６の中間領域を横切って縁部領域に対向する別の縁部領域へジグザグに導かれる。このことは図３Ｂ中で矢印によって示されている。発光変換エレメント６を通過するたびに１次放射５の一部が吸収され、２次放射に波長変換される。
【００８８】
このような多重反射により、蛍光体を特に高効率で活用できるようになる。とりわけ、‐たとえば、１次放射が１回しか通過しない発光変換エレメントと比較して‐変換に必要な蛍光体量が低減される。このようにして、半導体光源を特に低コストで製造できるようになる。それと同時に、多重反射によって２次放射が特に良好に空間的に均質になる。
【００８９】
第３の実施例では、１次光源１はベース１１上に配置されている。このベース１１によって、１次放射５の伝搬方向がたとえば発光変換エレメント６の中間平面内にあるように、１次光源１と冷却体３との間隔が適合される。前記中間平面はとりわけ、第１の主面６０１と第２の主面６０２とに平行であり、第１の主面６０１との間隔と、第２の主面６０２との間隔とは等しい。
【００９０】
図３Ｃに示した第３の実施例の変形形態では、入力結合領域２１は波長選択性入力結合鏡１２を有する。波長選択性入力結合鏡１２は、第１の波長領域すなわち１次放射５に対して高い透過率を有し、第２の波長領域すなわち発光変換エレメント６の２次放射に対して高い反射率を有する。前記波長選択性入力結合鏡１２により、発光変換エレメント６の輝度が特に均質になる。
【００９１】
発光変換エレメント６の第１の主面６０１を上方から見ると、該発光変換エレメント６の寸法Ｌは第３の実施例ではたとえば１ｍｍ以上であり、たとえば１〜５０ｍｍの間であり、とりわけ２〜３０ｍｍの間であるのに対し、図３Ｃに示した第３の実施例の変形形態の該発光変換エレメント６の横方向の寸法は０．５ｍｍ以下であり、有利には１００μｍ以下であり、たとえば１０μｍ以下である。
【００９２】
半導体光源はこの変形形態では、良好な近似で点光源を成す。このような点光源は、特に簡単に光学的にシミュレートすることができる。反射層７と冷却体３とをこのように組み合わせることにより、損失熱は発光変換エレメント６から特に良好に排出され、発光変換エレメント６は１次放射５を高いエネルギー密度で入力結合させるのに適するようになり、半導体光源の輝度は特に高くなる。
【００９３】
とりわけ、この実施例による半導体光源または別の構成には、たとえば１次放射５を０．５Ｗ以上の放射出力で放出する１次放射源１が特に適している。１つの実施形態では、このような１次放射源１は１Ｗ以上の放射出力で１次放射５を放出する。とりわけ、横方向の寸法が小さい発光変換エレメントの場合、たとえば横方向の寸法が１００μｍ以下である発光変換エレメント、とりわけ横方向の寸法が１０μｍ以下である発光変換エレメントの場合、放射出力がより小さい１次放射源１も、半導体光源の輝度を高くするのに特に適しており、‐たとえば０．２Ｗ以上または０．１Ｗ以上の放射出力の１次放射源も特に適している。
【００９４】
図４に、本発明の半導体光源の第４の実施例が示されている。第４の実施例による半導体光源の発光変換エレメント２は、第３の実施例による半導体光源と異なる点として、たとえば分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ、distributed bragg reflector）等の波長選択性入力結合鏡１２を有する。前記波長選択性入力結合鏡１２は、図３Ｃに示した第３の実施例の変形形態と同様に、入力結合領域２１に配置される。
【００９５】
さらに、発光変換モジュール２は複数の冷却フィン１３を有する。これらの冷却フィン１３は第２の主面６０２から第１の主面６０１まで、発光変換エレメント６の厚さ全体にわたって延在し、反射層７の第１の部分領域７１に熱伝導結合されている。
【００９６】
第１の複数の冷却フィン１３は、入力結合領域２１を含む側で反射層７の第２の部分領域７２に接している。他の冷却フィン１３は、前記入力結合領域２１を含む側に対向する側で、第２の部分領域７２に接している。冷却フィン１３はここでは、上方から見た場合に発光変換エレメント６によって形成された方形の他の２つの側に対して平行に延在する。その長さはたとえば、これら２つの側の長さＬの半分以下である。
【００９７】
第１の複数の冷却フィン１３と他の冷却フィン１３とは相互にずらされ、開放されたファスナーのように相互に対向している。冷却フィン１３は、伝搬方向で発光変換エレメント６に入力結合される１次放射が反射層７の側方の部分領域７２で鏡面反射した場合に、発光変換エレメント６での散乱および吸収を無視した上で、該１次放射の放射経路に該冷却フィン１３が存在しないように配置される。
【００９８】
図５は、第５の実施例による半導体光源を上方から見た概略的な平面図である。この実施例では、発光変換エレメント６の第１の主面６０１を上方から見た場合に該発光変換エレメント６の形状が楕円セグメントであり、とりわけ、主軸のうち１つに沿って半分に分割された楕円形の面である。
【００９９】
１次放射源１はここでは複数のレーザダイオード１１０を有し、たとえばレーザダイオードバーを有する。レーザダイオード１１０は１次放射５を発散線束で放出し、該発散線束は集光レンズ１０によって集束され、発光変換エレメント６の入力結合領域へ方向づけされる。図５中、１次放射の伝搬方向すなわち線束の中心軸を一点鎖線によって示している。
【０１００】
第３の実施例および第４の実施例と異なり、入力結合領域２１の幅ＢＥはたとえば、１次放射５が発光変換エレメント６に入力結合する際に入射する側面６０３の長さの半分以上である。比較的大きなこの入力結合領域２１は、１次放射源１の複数のレーザダイオード１１０によって、有利には特に均質に照射される。
【０１０１】
図６Ａおよび６Ｂに概略的に断面図（図６Ａ）および平面図（図６Ｂ）で示された第６の実施例の半導体光源では、冷却体３は凹入部３１を有し、該凹入部３１の内側面が反射面７を形成する。凹入部３１の底面が反射面７の第１の部分領域７１となり、該凹入部３１の側壁が、該反射面７の第２の部分領域７２となる。発光変換エレメント６は部分的または完全に凹入部３１内に配置され、有利には該凹入部３１の縁部を超えて突出することはない。
【０１０２】
１次放射源１はここでは、冷却体３の別の凹入部３２内に配置されている。このような配置により１次放射源１は、発光変換エレメント６６を貫通する平面内で１次放射５を放出する。
【０１０３】
凹入部３１，３２は冷却体３の細溝３３によって相互に連通されており、該細溝によって１次放射５は１次放射源１から発光変換モジュール２へ導かれる。細溝３３にたとえば光学的エレメントを配置することができ、ここでは導光ロッド１０を配置することができる。この導光ロッドによって、１次放射５は特に低損失で、発光変換エレメント６へ導かれる。
【０１０４】
図７は、第７の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。この第７の実施例では、１次放射源１は発光ダイオード１１０をケーシング１２０内に有する。発光ダイオード素子のケーシング１２０は、発光変換モジュール２と同じ冷却体３に取り付けられる。
【０１０５】
１次放射５は発光変換モジュール２まで、導光ロッド１０を使用する第６の実施例と同様に導かれる。しかし第３〜６の実施例との相違点として、１次放射５の伝搬方向は発光変換エレメント６を通らない。その代わりこの実施例では、１次放射５は発光変換モジュール２の導光板１０Ａに入力結合される。導光板１０Ａは発光変換エレメント６の第１の主面６０１と波長選択性出力結合鏡８との間に配置されている。波長選択性出力結合鏡８はたとえばここでは、１次放射の短波長の成分を反射し、たとえば紫外線成分を反射し、可視光スペクトル領域では高い透過率を有する。とりわけ出力結合鏡８は、１次放射５の比較的長波長の成分を透過する。
【０１０６】
反射層７の第２の部分領域７２はここでは、発光変換エレメント６の側面にのみ延在するのではなく、導光板１０Ａの側面にも延在する。このことにより、１次放射５は導光板１０Ａにわたって、または該導光板１０Ａの少なくとも大きな領域にわたって分布される。
【０１０７】
１次放射５は導光板１０Ａ内に散乱される。たとえば導光板１０Ａはこうするために拡散粒子を含む。
【０１０８】
１次放射５の一部は発光変換エレメント６の方向に散乱され、該発光変換エレメント６の第１の主面６０１を介して該発光変換エレメント６に入力結合され、蛍光体によって第２の波長領域の２次放射に波長変換される。１次放射５の別の一部は出力結合鏡８の方向に散乱される。半導体光源はここでは、１次放射５と２次放射とから成る混合光を放出する。たとえば、光出力結合鏡８を透過した１次放射５の成分と２次放射とが相補的な波長領域にあることにより、半導体光源は白色の色印象を生成する光を放出する。
【０１０９】
図８は、第８の実施例による半導体光源の概略的な断面図である。
【０１１０】
半導体光源は冷却体３上に、たとえば第１の実施例と同様の構成で、発光変換モジュール２を有する。
【０１１１】
第１の実施例と異なり、波長選択性出力結合鏡８はここでは、光出力結合面６０１に対して平行ではない。むしろ波長選択性出力結合鏡８は光出力結合面６０１に対して斜めに配置されている。このことにより、１次放射源から放出された１次放射５は波長選択性出力結合鏡８によって偏向され、該１次放射５は少なくとも部分的に光出力結合面６０１に当たり、該光出力結合面６０１を通って発光変換エレメント６に入力結合される。それゆえ、波長選択性出力結合鏡８は同時に、１次放射５を発光変換モジュール２に入力結合させるための光学的エレメント１０にもなる。
【０１１２】
この実施例では、光学的エレメント１０は波長選択性の凹面鏡として形成される。凹面鏡１０の湾曲および方向は、１次放射源１から放出された発散１次放射束５が該凹面鏡１０によって、光出力結合面６０１にほぼ垂直に入射する平行なビーム束に変換されるように選択される。有利には、発光変換エレメント６から放出された２次放射１５は凹面鏡によって反射されない。
【０１１３】
１次放射源１は第８の実施例では、１次放射５を紫外線スペクトル領域で放出する少なくとも１つの発光ダイオードチップを有する。
【０１１４】
図９に、第９の実施例による半導体光源を概略的な断面図で示す。
【０１１５】
発光変換エレメント６はこの実施例では、第６の実施例と同様に（図６Ａおよび６Ｂを参照されたい）冷却体３の凹入部３１内に配置されている。第６の実施例との相違点として、発光変換エレメントはここでは側方で、凹入部３１の側壁７２に完全に包囲されている。
【０１１６】
半導体光源はここでは複数の１次放射源１を有し、たとえば２つの１次放射源１を有する。前記複数の１次放射源１は、たとえば第８の実施例と同様に、たとえば紫外線スペクトル領域において放出が最大になるそれぞれ少なくとも１つの発光ダイオードチップ１１０を有する。ここでは発光ダイオードチップ１１０はそれぞれ、反射器とビーム成形用のレンズとを含む光学的装置を収容する素子ケーシング内に含まれる。１次放射源１はたとえば、発光変換エレメント６が収容された凹入部３１を有する冷却体３の面に固定される。
【０１１７】
それゆえ第７の実施例と同様に、１次放射５の伝搬方向はまずは発光変換エレメント６の方向に向かわず、該発光変換エレメント６に対してずれている。しかし、各１次放射源１にはそれぞれ、波長選択性出力結合鏡８のセグメント８１または８２が対応付けられており、該波長選択性出力結合鏡８は‐前述の実施例と同様に‐１次放射５を発光変換エレメント６の光出力結合面６０１へ偏向する光学的エレメント１０にもなる。出力結合鏡８のセグメント８１，８２はここでは、少なくとも部分的に透光性である位置決めエレメント１０Ｂに埋め込まれている。この位置決めエレメント１０Ｂは有利には透明である。択一的に、これらのセグメント８１，８２を位置決めエレメント１０Ｂの外側面に形成するか、一体成形するか、または固定することもできる。位置決めエレメント１０Ｂによって、波長選択性出力結合鏡８は簡単に発光変換エレメント６に向かって方向付けされる。ここでは位置決めエレメント１０Ｂは、光出力結合面６０１を機械的に保護する機能も有する。
【０１１８】
出力結合鏡８の両セグメント８１，８２は共通のエッジで接しており、出力結合鏡８はＶ字形の断面を有する。「Ｖ」字形の尖端ひいてはセグメント８１，８２の共通のエッジは、光出力結合面６０１に向けられている。光学的エレメント１０のセグメント８１，８２は第９の実施例では平坦な面であり、光出力結合面６０１との間に角度γを成す。この角度はここでは４５°の値を有する。
【０１１９】
波長選択性出力結合鏡８を有する光学的エレメント１０には、たとえばビーム成形エレメント９が取り付けられている。このビーム成形エレメント９は、出力結合鏡８のセグメント８１，８２を透過した２次放射１５を成形するように形成されている。前記ビーム成形エレメントは、１つの実施形態では前記光学的エレメントと組み合わせて形成することができる。
【０１２０】
この実施形態の１つの変形形態では、出力結合鏡８は４つのセグメント８１，８２を有し、該４つのセグメント８１，２８はたとえば、正方形または方形の基面を有する角錐の側面を成す。前記角錐８１，８２の尖端は有利には光出力結合面６０１に向けられており、該尖端の中心軸は有利には、光出力結合面６０１上に垂直に立っている。この実施形態では、半導体光源はたとえば４つの１次放射源１を有し、該４つの１次放射源１はそれぞれ前記セグメントのうち各１つを照射する。
【０１２１】
本発明は、実施例に即した上記説明によって該実施例に限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲および実施例に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような特徴またはそのような組み合わせが特許請求の範囲および／または実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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