(57)【要約】  光子放出デバイス（１００）が、放射線を発生するための複数の固体放射線源（１０４）を含む。固体放射線源は、アレイパターンで配置することができる。対応するアレイパターンで配列された集光装置（１２０）が、対応する固体放射線源から放射線を受ける。集中された放射線は複数の光導波路（１３０）によって受け取られる。この複数の光導波路（１３０）もまた対応するアレイパターンで配列されている。各光導波路は、放射線を受けるための第１の端部（１３２）と、放射線を出力するための第２の端部（１３３）とを含む。支持構造（１５０）が、第１の端部と第２の端部との間で複数の光導波路を安定化するために設けられる。光子放出デバイスは、道路照明、スポットライティング、バックライティング、画像投影、および放射線活性化硬化を含むさまざまな用途における放電ランプデバイスの取替品を提供することができる。
2007513378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を発生させるための複数の固体放射線源と、
複数の集光装置であって、各集光装置が、前記固体放射線源の対応する１つから放射線を受ける、複数の集光装置と、
複数の光導波路であって、前記複数の光導波路の各々が、第１の端部および第２の端部を含み、各第１の端部が、対応する集光装置から集中された放射線を受ける、複数の光導波路と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記複数の光導波路を安定化するための支持構造とを含む光子放出デバイス。
【請求項２】
前記複数の固体放射線源が複数のＬＥＤダイを含む、請求項１に記載の光子放出デバイス。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤダイへの電気的接続をもたらすための相互接続回路層であって、前記ＬＥＤダイがその上に接合される、相互接続回路層と、
ヒートシンクと、
前記相互接続回路層を前記ヒートシンクに熱結合するための熱伝導性接着剤とをさらに含む、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項４】
前記相互接続回路層が、上に電気相互接続回路がパターン化された金属層と、誘電体層とを含む、請求項３に記載の光子放出デバイス。
【請求項５】
前記複数の導波路が複数のポリマー導波路を含む、請求項１に記載の光子放出デバイス。
【請求項６】
前記複数の導波路が複数の光ファイバを含み、前記デバイスが、前記複数のファイバの第１の端部を規定されたパターンで支持するためのファイバアレイコネクタをさらに含む、請求項１に記載の光子放出デバイス。
【請求項７】
前記支持構造がハウジングを含み、前記ハウジングが、前記ファイバアレイコネクタの周囲を囲むための第１の開口と、前記ファイバの第２の端部の少なくとも第１の部分を囲むための第２の開口とを含む、請求項６に記載の光子放出デバイス。
【請求項８】
前記ハウジングが、前記ファイバの第２の端部の第２の部分を支持するための第３の開口をさらに含む、請求項７に記載の光子放出デバイス。
【請求項９】
前記ファイバの第２の端部の少なくとも第１の部分を囲み固定するためのバンディングをさらに含む、請求項７に記載の光子放出デバイス。
【請求項１０】
前記バンディングが、前記複数のファイバの第２の端部の少なくとも第１の部分を選択されたパターンで固定するポリマー材料を含む、請求項９に記載の光子放出デバイス。
【請求項１１】
前記ファイバアレイコネクタが、前記複数の光ファイバの第１の端部を所定のパターンでグループ化し、前記バンディングが、前記複数の光ファイバが前記複数の光ファイバの長さに沿って交差しないように、前記複数の光ファイバの第２の端部の第１の部分を固定する、請求項９に記載の光子放出デバイス。
【請求項１２】
前記第１の部分の第２の端部が、第１の方向に出力照明をもたらし、前記第２の部分の第２の端部が、前記第１の方向と異なる第２の方向に出力照明をもたらす、請求項８に記載の光子放出デバイス。
【請求項１３】
前記ハウジングが、前記複数の光ファイバのための歪み緩和をもたらす、請求項７に記載の光子放出デバイス。
【請求項１４】
前記第２の開口が前記第１の開口より小さい、請求項７に記載の光子放出デバイス。
【請求項１５】
前記支持構造が、前記ファイバの少なくとも一部の周りにおよび間に配置された成形エポキシを含む、請求項６に記載の光子放出デバイス。
【請求項１６】
前記複数の光ファイバが、コアおよびクラッディングを有するポリマー被覆クラッドシリカファイバを含み、前記ファイバのコア直径が約２５０マイクロメートルから約１０００マイクロメートルである、請求項８に記載の光子放出デバイス。
【請求項１７】
前記複数の導波路が複数の光ファイバを含み、
前記複数の光ファイバの第１の端部を規定されたパターンで支持するためのファイバアレイコネクタと、
集光装置のアレイを支持するためのシートであって、前記集光装置が非画像形成反射カプラを含む、シートとをさらに含む、請求項３に記載の光子放出デバイス。
【請求項１８】
照明デバイスの長さに沿って長手方向に配置された第１の整列ピンをさらに含み、前記相互接続回路層、前記ヒートシンク、前記ファイバアレイコネクタ、および前記シートが、各々、前記第１の整列ピンを受けるための第１の整列穴を含む、請求項１７に記載の光子放出デバイス。
【請求項１９】
前記ファイバアレイコネクタの第１の表面が、複数の長手方向に配置された突出部を含み、前記シートの第１の表面が、前記突出部と係合可能に接合可能な、対応する複数の長手方向に配設された窪みを含む、請求項１７に記載の光子放出デバイス。
【請求項２０】
前記複数のファイバの一部が、成形された第２の端部を有し、前記成形された第２の端部から放出された光が、成形されていない第２の端部を通って放出された光と異なる光経路に沿って向けられる、請求項６に記載の光子放出デバイス。
【請求項２１】
第２の端部の第２の部分が、成形された第２の端部を有し、前記成形された第２の端部から放出された光が、成形されていない第２の端部を通って放出された光と異なる光経路に沿って向けられる、請求項８に記載の光子放出デバイス。
【請求項２２】
前記光導波路第２の端部からの光放射線を、選択された光分配パターンで集め分配するための光学素子をさらに含む、請求項１に記載の光子放出デバイス。
【請求項２３】
各ＬＥＤダイが、その最も近い隣のものから、前記ＬＥＤダイの幅より長い間隔で離隔して配置される、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項２４】
前記間隔長さが６個分のＬＥＤダイの幅以上である、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項２５】
前記複数のＬＥＤダイへの電気的接続をもたらすための相互接続回路層であって、前記複数のＬＥＤダイが第１のグループ内および第２のグループ内で配列され、ＬＥＤダイの第１のグループ内が前記相互接続回路層の第１の部分に接続され、ＬＥＤダイの第２のグループ内が前記相互接続回路層の第２の部分に接続される、相互接続回路層をさらに含む、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項２６】
前記複数のＬＥＤダイがＬＥＤダイの第３のグループ内でさらに配列され、ＬＥＤダイの第３のグループが前記相互接続回路層の第３の部分に接続される、請求項２５に記載の光子放出デバイス。
【請求項２７】
ＬＥＤダイの第１のグループの少なくとも１つのＬＥＤダイの第１の出力強度が、ＬＥＤダイの第２のグループの少なくとも１つのＬＥＤダイの第２の出力強度と別個に制御可能である、請求項２５に記載の光子放出デバイス。
【請求項２８】
前記複数の光導波路が複数の光ファイバを含み、ＬＥＤダイの第１のグループからの発光が、光ファイバの第１のグループと光学的に連絡し、ＬＥＤダイの第２のグループからの発光が、光ファイバの第２のグループと光学的に連絡する、請求項２７に記載の光子放出デバイス。
【請求項２９】
光ファイバの第２のグループの第２の端部が、光ファイバの第１のグループの第２の端部によって放出される放射線の第１の方向と異なる第２の方向に放射線を放出する、請求項２８に記載の光子放出デバイス。
【請求項３０】
ＬＥＤダイの第１のグループが赤色発光ＬＥＤダイを含み、ＬＥＤダイの第２のグループが青色発光ＬＥＤダイを含み、ＬＥＤダイの第３のグループが緑色発光ＬＥＤダイを含む、請求項２６に記載の光子放出デバイス。
【請求項３１】
前記ファイバアレイコネクタが、レセプタクルに係合するように構成される、請求項６に記載の光子放出デバイス。
【請求項３２】
前記複数のＬＥＤダイの少なくとも一部が紫外発光ＬＥＤダイを含む、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項３３】
各ＬＥＤダイが、各ＬＥＤダイの出力発光を異なる着色光に変換するために、蛍光体材料と光学的に連絡する、請求項２に記載の光子放出デバイス。
【請求項３４】
請求項１に記載の光子放出デバイスを含む車両ヘッドライト。
【請求項３５】
請求項１に記載の光子放出デバイスを含む歯科用硬化装置。
【請求項３６】
請求項１に記載の光子放出デバイスを含む投影システム。
【請求項３７】
請求項１に記載の光子放出デバイスを含むＬＣＤディスプレイであって、前記光子放出デバイスがバックライティングのために適合される、ＬＣＤディスプレイ。
【請求項３８】
光放射線を発生するための複数のＬＥＤダイと、
複数の集光装置であって、各集光装置が、前記ＬＥＤダイの対応する１つから照明を受ける、複数の集光装置と、
複数の光ファイバであって、前記複数の光ファイバの各々が、第１の端部および第２の端部を含み、各第１の端部が、対応する集光装置から集中された照明を受ける、複数の光ファイバと、
前記複数のＬＥＤダイの１つ以上のグループを選択的に駆動するための、固体光源に結合された制御装置とを含む固体光源を含む光子放出システム。
【請求項３９】
前記複数のＬＥＤダイへの電気的接続をもたらすための、前記制御装置に電気的に結合された相互接続回路層と、
ヒートシンクと、
前記相互接続回路層を前記ヒートシンクに熱結合するための熱伝導性接着剤とをさらに含む、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４０】
前記固体光源が、
前記複数の光ファイバの第１の端部を規定されたパターンで支持するためのファイバアレイコネクタと、
集光装置のアレイを支持するためのシートとをさらに含む、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４１】
前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記複数の光導波路を安定化するための、前記ファイバアレイコネクタの周囲を囲むための第１の開口と、第２の開口とを有する支持構造をさらに含む、請求項４０に記載の光子放出システム。
【請求項４２】
前記ＬＥＤダイアレイが、赤色発光ＬＥＤダイの第１のグループと、青色発光ＬＥＤダイの第２のグループと、緑色発光ＬＥＤダイの第３のグループとを含む、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４３】
前記制御装置が、トリガ信号に応答して第１のＬＥＤダイチャネルを選択的に駆動する、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４４】
前記制御装置が、第２のＬＥＤダイチャネルからの低減された発光出力を補償するために、増加された駆動電流を第１のＬＥＤダイチャネルに送る、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４５】
前記制御装置が、高温に応答して、増加された駆動電流を第１のＬＥＤダイチャネルに送る、請求項３８に記載の光子放出システム。
【請求項４６】
選択された照明パターンを発生するための、第１の車両コンパートメント内に配置された固体光源を含む車両ヘッドライト照明システムであって、前記固体光源によって発生された熱が、前記第１のコンパートメントから離れた位置に分配される、車両ヘッドライト照明システム。
【請求項４７】
前記選択された照明パターンが操作可能である、請求項４６に記載の車両ヘッドライト照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明または光デバイス、および照明または光システムに関する。より詳細には、本発明は、現在の高強度指向性光源および技術に取って代わることができる固体光デバイスおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムはさまざまな用途に使用されている。住宅、医療、歯科、および産業用途は、しばしば、光が利用可能にされることを必要とする。同様に、航空機、船舶、および自動車用途は、しばしば、高強度照明ビームを必要とする。
【０００３】
従来のライティングシステムは、電力供給されるフィラメントまたはアークランプを使用しており、これらは、時には、発生させた照明をビームに向けるために合焦レンズおよび／または反射表面を含む。白熱バルブまたは放電バルブなどの、電力供給されるフィラメントまたはアークランプに基いた従来の光源は、熱および光の両方を３６０度に放射する。したがって、車両ヘッドライト用途の場合、従来のヘッドライトに使用される反射／集束／収集光学系は、高強度（および高熱）放電バルブによって引起される絶え間ない加熱作用に耐えるように設計しおよび／または特別に処理しなければならない。さらに、これらの従来のヘッドライトは、産業要件に基づいた照明出力パターンを与えるために、精巧な反射光学系を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いくつかの現在の代替方法は、一組の高パワーＬＥＤを光源として使用する。そのような源によって発された光は、合焦光学系の助けによって、大きいコアのプラスチック光ファイバなどの１つの光導波路内に向けられ、それは、光を１つまたは複数の源から離れた位置に伝達する。さらに別の方法において、１つのファイバを個別の光ファイバの束と取替えることができる。これらの現在のシステムは非効率であり、いくつかの場合、光の約７０％の損失が生じる。多数のファイバシステムにおいて、これらの損失は、束のファイバ間の暗い隙間空間、および光をファイバ束内に向ける効率によることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の実施形態によれば、光子放出デバイスが、放射線を発生させるための複数の固体放射線源を含む。固体放射線源は、アレイパターンで配置することができる。対応するアレイパターンで配列された集光装置が、対応する固体放射線源から放射線を受ける。集中された放射線は複数の光導波路によって受け取られる。この複数の光導波路もまた対応するアレイパターンで配列されている。各光導波路は、放射線を受けるための第１の端部と、放射線を出力するための第２の端部とを含む。支持構造が、第１の端部と第２の端部との間で複数の光導波路を安定化するために設けられる。
【０００６】
例示的な実施形態において、放射線源は、一群の個別ＬＥＤダイもしくはチップ、またはレーザダイオードである。導波路は、ポリマークラッドシリカファイバなどの光ファイバを含むことができる。複数の光導波路の第１の端部は、放射線源から発された放射線を受ける。複数の光導波路の第２の端部は、照明されたときに１つの放射線照明源を形成するように、束にするか配列することができる。
【０００７】
集光装置は、放射線源から放出された光を結合し集めて、対応する光導波路を通して案内しようとする使用可能な発光をもたらす、反射カプラなどの非画像形成集光装置であることができる。例示的な実施形態において、各集光装置は、対応するＬＥＤダイおよび対応する光導波路の第１の端部と光学的に連絡し、かつ、対応するＬＥＤダイと対応する光導波路の第１の端部との間に配置される。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、光子放出システムが、放射線を発生するための複数の固体放射線源を含む固体光源を含む。固体放射線源は、アレイパターンで配置することができる。対応するアレイパターンで配列された集光装置が、対応する固体放射線源から放射線を受ける。集中された放射線は複数の光導波路によって受け取られる。この複数の光導波路もまた対応するアレイパターンで配列されている。各光導波路は、放射線を受けるための第１の端部と、放射線を出力するための第２の端部とを含む。システムは、１つ以上の個別ＬＥＤダイおよび／または複数のＬＥＤダイのグループを選択的に駆動するための、固体光源に結合された制御装置をさらに含む。
【０００９】
本発明の上記概要は、本発明の各々の示された実施形態またはあらゆる実現を説明することが意図されていない。次の図および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示する。
【００１０】
本発明は、さまざまな修正例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定しないことが意図されることが理解されるべきである。それどころか、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内である修正例、均等物、および代替例をすべて網羅することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１Ａは、例示的な構成における固体光デバイス１００（また、照明デバイスまたは光子放出デバイスとここで呼ばれる）を示す。光デバイス１００は、図１Ｂに分解図で示されている。「光」とは、電磁スペクトルの紫外、可視、および／または赤外部分内の波長を有する電磁放射線を意味する。以下で説明される構造において、光デバイス１００は、従来の高強度放電（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）（ＨＩＤ）バルブのサイズと比較できる全体的なコンパクトなサイズを有することができ、したがって、道路照明、スポットライティング、バックライティング、画像投影、および放射線活性化硬化を含むさまざまな用途における放電ランプデバイスの取替品を提供することができる。
【００１２】
光デバイス１００は、放射線を発生させるための固体放射線源１０４のアレイを含む。放射線は、対応する集光装置のアレイ１２０によって集められ集中される。次に、集中された放射線は、支持構造１５０によって支持される、対応する導波路のアレイ１３０内に入射される。これらの特徴の各々をここでより詳細に説明する。
【００１３】
例示的な実施形態において、固体放射線源１０４は、アレイパターンで配置された複数の別々のＬＥＤダイまたはチップを含む。別々のＬＥＤダイ１０４は、個別に装着され、動作制御のための独立した電気的接続を有する（ＬＥＤがすべて、それらの共通半導体基板によって互いに接続されたＬＥＤアレイではなく）。ＬＥＤダイは、対称的な放射線パターンを生成することができ、電気エネルギーを光に変換するにおいて効率的である。多くのＬＥＤダイが過度に感温性でないので、ＬＥＤダイは、多くのタイプのレーザダイオードと比較して、適度のヒートシンクだけで適切に動作することができる。例示的な実施形態において、各ＬＥＤダイは、その最も近い隣のものから、少なくともＬＥＤダイ幅より長い距離離隔して配置される。さらなる例示的な実施形態において、各ＬＥＤダイは、その最も近い隣のものから、少なくとも６個分のＬＥＤダイの幅より大きい距離離隔して配置される。これらの例示的な実施形態は、以下でさらに詳細に説明されるように、適切な熱管理を提供する。
【００１４】
さらに、ＬＥＤダイ１０４は、−４０°から１２５℃の温度で動作させることができ、約１０，０００時間のほとんどのレーザダイオードの寿命、または５００〜１０００時間のハロゲン自動車ヘッドランプ寿命と比較して、１００，０００時間の範囲内の動作寿命を有することができる。例示的な実施形態において、ＬＥＤダイは、各々、出力強度が約５０ルーメン以上であることができる。別々の高パワーＬＥＤダイは、クリー（Ｃｒｅｅ）（クリーのＩｎＧａＮベースのＸブライト（ＸＢｒｉｇｈｔ）（登録商標）製品など）およびオスラム（Ｏｓｒａｍ）などの会社から市販されているＧａＮベースのＬＥＤダイであることができる。１つの例示的な実施形態において、各々の発光面積が約３００μｍ×３００μｍであるＬＥＤダイ（クリーによって製造された）のアレイを使用して、集中された（小面積、高パワー）光源を提供することができる。矩形または他の多角形形状などの他の発光表面形状も用いることができる。さらに、代替実施形態において、使用されるＬＥＤダイの発光層を、頂面または底面上に配置することができる。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態において、複数の裸の青色のまたは紫外（ＵＶ）ＬＥＤダイを使用することができる。他の例示的な実施形態において、１つ以上のＬＥＤダイを、好ましくは発光表面上で、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などの蛍光体層（図示せず）で、コーティングすることができる。蛍光体層を使用して、ＬＥＤダイの出力を「白色」光に変換することができる。たとえば、青色ＬＥＤダイをＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（または同種のもの）でコーティングすることができる。この例において、ＬＥＤダイからの青色光の一部を蛍光体変換黄色光と混合して、「白色」光を効果的に発生する。別の例において、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）蛍光体の混合物を使用して、ＵＶダイ出力を「白色」光に変換することができる。蛍光体層の配置および構造は、「複数の光源を使用する照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ）」という名称の、共同所有された、同時に出願された出願（米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書および米国特許出願公開第２００４−０１４９９９８−Ａ１号明細書）に詳細に記載されている。
【００１６】
代替実施形態において、赤色、青色、および緑色ＬＥＤダイの集まりを、アレイ内に選択的に配置することができる。結果として生じる発光は、ファイバのアレイ１３０によって集められ、ファイバの出力端部から発された光は、いっせいにともにブレンドされると、観察者によって、着色光または「白色」光として見られる。
【００１７】
代替実施形態において、ＬＥＤダイアレイを、従来、「白色」光を含む可視領域内の出力を提供することができる面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）（ＶＣＳＥＬ）アレイと取替えることができる。
【００１８】
図１Ｂに示されているように、ＬＥＤダイ１０４からの発光は、対応するアレイパターンで配置された複数の集光装置１２０によって受けられる。例示的な実施形態において、各集光装置は、ＬＥＤダイ１０４の対応する１つから放射線を受ける。例示的な実施形態において、集光装置１２０は、アレイ内に配置された非画像形成集光装置（反射光カプラとも呼ばれる）を含む。集光装置１２０の反射表面の形状は、パワー密度を維持するために、源１０４の各々によって発された放射線の実質的な部分を捕捉するように設計される。
【００１９】
さらに、放射線の実質的な部分が導波路１３０によって使用可能に捕捉され、それらを通って案内されるように、集中された出力を、受光導波路の受容角度基準と実質的に一致するように設計することができる。例示的な実施形態において、非画像形成集光装置のアレイ１２０の各非画像形成集光装置は、二次元（２−Ｄ）表面に適合する内部反射表面を有し、内部反射表面の少なくとも第２の部分が三次元（３−Ｄ）表面に適合する。このおよび他の反射表面設計は、同時に出願された、「反射光カプラ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）」という名称の、同一所有者による同時係属中の特許出願（米国特許出願第１０／７２６，２４４号明細書）に詳細に記載されている。
【００２０】
アレイ１２０内の各集光装置は、たとえば、射出成形、トランスファ成形、微細複製、スタンピング、パンチング、または熱形成によって形成することができる。集光装置１２０を形成することができる（単独でまたは集光装置のアレイの一部として）基板またはシートは、金属、プラスチック、熱可塑性材料、または多層光学フィルム（ＭＯＦ）（ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｓｔ．  Ｐａｕｌ，  ＭＮ）から入手可能な向上鏡面反射体（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（ＥＳＲ）フィルムなど）などのさまざまな材料を含むことができる。集光装置１２０を形成するために使用される基板材料は、その反射性を増加させるために、銀、アルミニウム、または無機薄膜の反射多層スタックなどの反射コーティングでコーティングするか、単に研磨することができる。
【００２１】
さらに、集光装置のアレイを、ＬＥＤダイの下、周り、または上に配向することができるように、集光装置基板を配置することができる。例示的な実施形態において、集光装置基板は、ＬＥＤアレイ上にまたはＬＥＤアレイに近接して配置され、アレイ１２０の各集光装置を、各ＬＥＤダイ１０４の上で摺動するように形成することができ、集光装置の下部開口部１２３（図４を参照のこと）は、ＬＥＤダイ１０４の周囲の周りの密な嵌合をもたらす。代替集光装置設計は、ＬＥＤダイが支持された基板上の反射コーティングの付加的な使用を含む。
【００２２】
図１Ｂの示された実施形態の態様は、各放射線源と、対応する集光装置と、対応する導波路との間の１対１の対応である。各集光装置表面は、いくつかの実施形態において蛍光体コーティングＬＥＤダイを含む対応するＬＥＤダイからの等方性発光を、対応する受光導波路の受容角度基準を満たすビームに変換するように設計される。上述されたように、この集光装置表面設計は、ＬＥＤダイから発された光のパワー密度を維持するのを助ける。
【００２３】
図１Ｂを再び参照すると、集中された出力放射線は、光ファイバのアレイとして図１Ｂに示された複数の光導波路１３０によって受け取られ、各導波路は、入力端部１３２と、出力端部１３３とを有する。この例示的な実施形態は、大きいコア（たとえば、４００μｍから１０００μｍ）のポリマークラッドシリカファイバ（ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから入手可能な、商品名ＴＥＣＳ（登録商標）で販売されるものなど）のアレイ１３０を含む。さらなる例示的な実施形態において、光ファイバ１３０の各々は、コア直径が約６００μｍから６５０μｍのポリマークラッドシリカファイバを含むことができる。例示的な実施形態において、ファイバの長手方向の長さは、長さが約１から５インチ（２．５ｃｍ〜１２．５ｃｍ）であることができる。例示的なファイバが非常に可撓性であるので、この短い距離は、依然として、ファイバを、出力端部において密なパターン化された束で配置する能力を提供する。さらに、短い長さは、従来のＨＩＤランプのサイズと比較できるサイズを有する非常にコンパクトなデバイスを提供する。当然、ファイバ長さは、動作において有害な影響を引起すことなく、他の用途において増加させることができる。
【００２４】
たとえばＬＥＤダイ源の出力波長のようなパラメータによって、従来のまたは特殊化ガラスファイバなどの他のタイプの光ファイバも、本発明の実施形態によって使用することができる。たとえば、プラスチックファイバが、濃青色またはＵＶ光源を伴う用途でソラリゼーションおよび／またはブリーチングを起こしやすいことがある。
【００２５】
あるいは、本明細書を与えられた当業者には明らかなように、平面導波路、ポリマー導波路、可撓性ポリマー導波路などの他の導波路タイプも、本教示に従って使用することができる。
【００２６】
いったん、ＬＥＤダイによって発された光が、集光装置によって集められ、受光ファイバ内に再び向けられると、ファイバを使用して、全内部反射による低光学損失で、光を特定の位置に輸送することができる。しかし、受光ファイバは、光を輸送するのに役立つだけでなく、密に詰められたファイバ束など、ファイバを、ＬＥＤダイアレイのより広い間隔から、出力開口における１つまたは複数のより密な間隔に変えることによって、（比較的）分散されたＬＥＤアレイからの光を、非常に小さい領域に効果的に集中させることができる。また、例示的な受光ファイバコアおよびクラッディングの光学設計は、入力端部および出力端部におけるファイバの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）（ＮＡ）によって、束にされた端部から現れる光ビームを成形することを提供する。ここで説明されるように、受光ファイバは、光集中およびビーム成形、ならびに光輸送を行う。
【００２７】
光ファイバ１３２は、光ファイバの出力端部１３３の１つ以上の上のファイバレンズをさらに含むことができる。同様に、光ファイバ１３０の受光端部１３２は、各々、ファイバレンズをさらに含むことができる。ファイバレンズ製造および実現例は、同一所有者による同時係属中の米国特許出願公開第２００４／０１１２８７７−Ａ１号明細書および米国特許出願第１０／６７０，６３０号明細書に記載されている。
【００２８】
アレイ１３０の各光ファイバの第１の端部を支持するために、ファイバアレイコネクタ１３４を使用することができる。例示的な実施形態において、ファイバアレイコネクタ１３４は、成形プラスチック材料などの剛性材料を含み、複数の開口が、集光装置１２０のパターンに対応するパターンを有する。各開口は、アレイ１３０の光ファイバの入力端部１３２を受け、それへの直接の接合を提供することができる。
【００２９】
例示的な実施形態において、ＬＥＤダイ１０４のための熱管理、およびＬＥＤダイ１０４への電気的接続をもたらすために、剛性または可撓性の相互接続回路層を使用することができる。図１Ｂに示されているように、相互接続回路層は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌ，  ＭＮ）から入手可能な３Ｍ（登録商標）フレキシブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）（またはフレックス（Ｆｌｅｘ））回路（Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）などの多層構造を含むことができる。たとえば、多層相互接続層は、たとえば銅または他の熱伝導性材料から製造された金属装着基板１１２と、電気絶縁誘電体層１１４と、パターン化導電層１１３とを含むことができ、ＬＥＤダイは導電層１１３の接合パッド（図示せず）に作動的に接続される。電気絶縁誘電体層１１４は、たとえば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリスルホン、またはＦＲ４エポキシコンポジットを含む、さまざまな適切な材料を含むことができる。導電性熱伝導性層１１３は、たとえば、銅、ニッケル、金、アルミニウム、スズ、鉛、およびそれらの組合せを含む、さまざまな適切な材料を含むことができる。
【００３０】
例示的な実施形態において、および以下でより詳細に説明されるように、ピクセル化放射線出力を提供するために、ＬＥＤダイ１０４の１つ以上のグループが、互いに相互接続されるが、ＬＥＤダイの他のグルーピングから離れる。ビア（図示せず）を使用して、誘電体層１１４を通って延在することができる。金属装着基板１１２は、ヒートシンクまたは熱消散アセンブリ１４０上に装着することができる。基板１１２は、電気絶縁性熱伝導性材料の層１１６によって、ヒートシンク１４０から分離することができる。例示的な実施形態において、ヒートシンク１４０は、動作の間、ＬＥＤダイアレイから離して熱をさらに引くために、一連の熱伝導体ピンをさらに含むことができる。
【００３１】
１つの例示的な実施形態において、各裸のＬＥＤダイ１０４は、金属／回路層１１３上に直接、誘電体表面１１４の窪んだ部分内に存在することができる。相互接続回路の実現例が、「照明アセンブリ（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」という名称の、現在係属中の、共同所有された出願（米国特許出願第１０／７２７，２２０号明細書）に記載されている。
【００３２】
別の実施形態において、より剛性のＦＲ４エポキシベースのプリント配線板構造を、電気相互接続のために使用することができる。さらに別の実施形態において、ＬＥＤダイアレイを接続するために、必要に応じて、適切な基板上に導電性エポキシまたは導電性インクをパターン化することによって、低コスト回路を準備することができる。
【００３３】
固体光デバイス１００は、支持構造をさらに含む。図１Ｂの例示的な実施形態において、支持構造は、入力開口１５２と、出力開口１５４とを有するハウジング１５０として構成される。ハウジング１５０は、たとえば、成形プロセスによって形成することができる。ハウジング１５０は、入力端部と出力端部との間で導波路のアレイ１３０のための歪み緩和をもたらし、外部源からの導波路１３０への損傷を防止することができる。さらに、ハウジング１５０は、以下でより詳細に説明されるような、車両用途に好ましい剛性支持体を提供することができる。任意に、支持構造は、導波路１３０の第２の端部の周囲部分と接触して配置されたバンディング１５６をさらに含むことができる。バンディング１５６は、以下でさらに詳細に説明されるように、導波路１３０の出力端部１３４を選択された出力パターンで分配するのを助けることができる。
【００３４】
さらに、ファイバアレイコネクタ１３４は、ハウジング１５０の入力開口１５２を受けるためのリッジまたは窪みを含むことができる。ハウジング１５０をファイバアレイコネクタ１３４に接合するか他の態様で取付けることができるが、例示的な実施形態において、ハウジング１５０はファイバアレイコネクタ１３４上でスナップ嵌合される。
【００３５】
例示的な構成方法において、ファイバは、最初、ファイバアレイコネクタ内に装填され、コネクタに接合される。取付具（図示せず）を使用して、ファイバを、整ったグルーピングを有するように列でグループ化することができる。取付具は、各ファイバを入力端部から出力端部まで繰返し可能に位置決めする多数のパーティションを含むことができる。さらに、取付具は、ファイバが、互いに上に交差せず、出力端部のための予測可能な位置を有するように設計することができる。出力端部を固定するために、剛性または可撓性バンディング、たとえばセラミックまたはポリマー材料を使用して、ファイバの位置を所望の出力パターン内に固定することができる。
【００３６】
さらに、例示的な実施形態において、支持構造は、ファイバおよびバンディングの上で摺動することができ、かつファイバアレイコネクタに固定することができるハウジングを含むことができる。バンディングを、従来の接着剤または接合素子の使用によって、ハウジングの出力開口内に固定することができる。あるいは、支持構造は、ファイバ束全体にわたってファイバ束の周りに形成された封入材料を含むことができる。
【００３７】
あるいは、支持構造１５０は、導波路１３０の一部に塗布することができる、バインディングエポキシなどの接着剤材料を含むことができ、接着剤が硬化すると、導波路が所望のパターンで固定される。導波路が光ファイバである例示的な実施形態において、バインディングエポキシは、また、研磨のため、ファイバの出力端部のための支持を提供するのに有用である。バインディングエポキシまたは接着剤は、一時的なまたは永久的な硬化を有することができる。
【００３８】
ファイバアレイコネクタ１３４、集光装置アレイ１２０、相互接続回路層１１０、およびヒートシンク１４０をともに整列させるために使用することができる１つ以上の整列ピン１６０によって、全体的な整列をもたらすことができる。整列ピン１６０を受けるために、デバイス１００の上述のパーツの各々に、図２に示された整列穴１６２などの一連の整列穴を形成することができる。相互接続回路層に対する集光装置アレイ１２０の整列を、基準（ｆｉｄｕｃｉａｌｓ）（図示せず）の使用によって行うことができる。
【００３９】
図２は、固体光デバイス１００のフットプリントを示す。この例示的な構成において、６０（６０）のＬＥＤダイ１０４のアレイを、実質的に矩形のアレイパターンで、ヒートシンク１４０に熱結合された相互接続回路層１１０上に設けることができる。当然、本発明によれば、ＬＥＤダイのアレイは、実質的により多いまたはより少ない数のＬＥＤダイ１０４を含むことができる。しかし、各ＬＥＤダイの幅が約３００マイクロメートルであり、各ＬＥＤダイ１０４を、その最も近い隣のものから、ＬＥＤダイ幅を超える間隔で配置することができるので、本発明の固体光源は、高い総パワー密度、コンパクトなフットプリント面積（約１ｉｎ2から４ｉｎ2、または６．５ｃｍ2から２６ｃｍ2）、および適切な熱制御を提供することができる。出力端部のフットプリントは、入力端部におけるフットプリントより小さいか、同じか、大きいことができる。たとえば、例示的な実施形態において、ファイバの出力端部１３３（図１Ｂを参照のこと）のフットプリントは、さらにコンパクトな、すなわち、約０．１ｉｎ2から１ｉｎ2（０．６５ｃｍ2から６．５ｃｍ2）程度であることができる。
【００４０】
固体光デバイス１００の側面図が図３に示されている。この例示的な実施形態において、相互接続回路層１１０（その上にＬＥＤダイが装着された）はヒートシンク１４０上に配置され、ヒートシンク１４０は、出力開口１５４と反対の方向に延在する熱消散ピン１４２をさらに含む。さらに、上述されたように、ハウジング１５０は、ファイバアレイコネクタ１３４上へのスナップ嵌合を考慮するために、突出部１５３を含むことができる。集光装置のアレイ１２０は、ファイバアレイコネクタ１３４と相互接続層１１０との間に配置される。この実施形態において、ファイバ１３０は、ファイバアレイコネクタ１３４、およびハウジング１５０の出力開口１５４内に配置されたバンディング１５６によって支持される。
【００４１】
図４により詳細に示されているように、固体光デバイスの例示的な構造が、ファイバアレイの個別の光ファイバ１３１と集中装置アレイの個別の集光装置１２１との間の整列不良を低減するファイバ−集中装置整列機構を含む。特に、ファイバアレイコネクタ１３４は、集光装置アレイ基板の窪み部分１２５に係合する突出部分１３５をさらに含むことができる。したがって、ファイバ１３１はファイバアレイコネクタ１３４の開口内で受けられる。次に、ファイバアレイコネクタは、突出部１３５が窪み１２５によって受けられるように、集光装置基板上に配置される。このように、集光装置１２１の出力開口１２６は、ファイバ１３１の入力端部と実質的に同一平面上であることができる。さらに、この例示的な設計では、ファイバの多数の入力端部を同時に研磨することができ、ファイバ端部は、十分な光学結合のため集光装置に対して位置決めされる。さらに、図４の構造例において、集光装置１２１の受け開口１２３を、対応するＬＥＤダイ１０４の発光表面に近接するように、またはその周囲を囲むように配置することができる。示されていないが、集光装置基板と相互接続回路層との間に配置されたスペーサが、これらの２つの構成要素の間の適切な間隔を設定することができる。次に、集光装置基板を、スペーサに取付けるか、そうでなければ従来の技術を用いて相互接続回路層に接合することができる。
【００４２】
図４は、ＬＥＤダイ１０４を相互接続層１１０に接合するために導電性エポキシ１１５を含む例示的な多層相互接続１１０の断面をさらに示す。第１および第２の導電層１１３、１１１（たとえば、ニッケルおよび金、または他の導電性材料を含むことができる）が、アレイ内の各ＬＥＤダイへの電気トレースをもたらし、誘電体層１１４（たとえば、ポリイミド）が、電気絶縁をもたらすために配置される。基板１１２（たとえば、銅）が、導電層および絶縁層を支持し、ヒートシンク１４０への熱伝導性をもたらして熱を発光の方向から離れて伝導するために設けられる。
【００４３】
ここで説明される原理によれば、固体光デバイスは、同時に１つ以上の方向に、高度に方向性のおよび／または成形された出力発光をもたらすことができる。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、ファイバアレイ１３０の出力端部１３３を、矩形または正方形出力をもたらすようにパターン化することができる。図５Ａ〜図５Ｆは、特定の用途に必要な照明のタイプによって使用することができる、ファイバアレイのための代替の再構成可能な出力端部パターンを示す。
【００４４】
たとえば、図５Ａは六角形出力ファイバパターン１３３Ａを示し、図５Ｂは円形出力ファイバパターン１３３Ｂを示し、図５Ｃはリング形出力ファイバパターン１３３Ｃを示し、図５Ｄは三角形出力ファイバパターン１３３Ｄを示し、図５Ｅは線形出力ファイバパターン１３３Ｅを示す。さらに、図５Ｆに示されているように、代替の例示的な実施形態において、セグメント化出力パターン１３３Ｆをもたらすことができ、多数の別個のファイバ出力グルーピングを、特定の目標照明のために使用することができる。いくつかの用途において、ファイバの出力端部を固定するバンディングを、鉛、スズ、および亜鉛ベースの材料ならびに合金（または同種のもの）などの、可撓性を有する材料から形成することができるので、ファイバ出力パターンは再構成可能であることができる。
【００４５】
図６Ａ〜図６Ｃに示されているように、固体光デバイスの出力は操作可能であることができ、１つ以上の異なった方向を同時にまたは交互に照明することができる。図６Ａは、たとえば、３つの異なったグルーピング２３３Ａ、２３３Ｂ、および２３３Ｃで配列されたファイバ出力端部２３３を示す。たとえば、車両ヘッドライトとして使用される場合、固体光デバイスは、通常の動作下で出力端部２３３Ａを通って前方向に出力照明をもたらすことができる。車両がサイドにターンしている場合、出力ファイバ２３３Ｂに対応するＬＥＤダイを駆動することができ（たとえば、ターン信号インジケータなどのトリガ信号によって、またはステアリングホイールを設定された量ターンすることによって）、付加的な照明を、出力ファイバ２３３Ｂを通ってそのサイド方向にもたらすことができる。同様に、他方のサイドにターンしている場合、出力ファイバ２３３Ｃに対応するＬＥＤダイを活性化することができ、付加的な照明を、その他方のサイド方向にもたらすことができる。
【００４６】
あるいは、操作可能な照明システムを、図５Ｅに示されているような、ファイバの横方向に延在した出力配列を使用して提供することができ、以下で説明されるピクセル化（ｐｉｘｅｌａｔｉｏｎ）制御回路（たとえば、図９Ａおよび図９Ｂを参照のこと）は、たとえば、ターンまたは他の事象の間、照明されたファイバのブロックを一方の側から他方の側まで駆動することができる。このように、用途によって、出力照明をターンの方向の方に（またはそれから離れて）向けることができる。
【００４７】
このように、非機械的方法を用いて、固体光デバイスから操作可能な出力照明をもたらすことができる。あるいは、本明細書を与えられた当業者には明らかなように、より多いまたはより少ないファイバグルーピングを使用することができる。さらに、グルーピングは、同じ固体光源からの高ビーム−低ビーム出力発光など、異なった相対配向を有することができる。
【００４８】
図６Ｂにおいて、異なったファイバグルーピングを安定化し支持するために使用することができる構造が示されている。たとえば、バンディング２５６が光ファイバの出力端部に設けられる。バンディング２５６は、第１の開口２５４、第２の開口２５４Ａ、および第３の開口２５４Ｂを設けることができ、開口２５４Ａおよび２５４Ｂ内に配置されたファイバは、開口２５４内に配置されたファイバと異なった方向に光を出力する。さらに、図６Ｃに示されているように、バンディング２５６は、固体光デバイスのための支持構造の一部として、ハウジング２５０に接続するか、ハウジング２５０と一体的であることができる。
【００４９】
あるいは、図７に示されているように、固体光デバイスは、ファイバ出力端部の１つの束から操作可能な光を発生することができる。たとえば、ファイバ出力端部１３３を、図６Ｂからの出力開口２５４などの同じ位置に設けることができる。この例示的な実施形態において、ファイバ出力端部１２９と識別された、これらの出力端部の一部は、ファイバ出力端部の残り１３３と異なった角度、またはさらには実質的に異なった角度で（たとえば、ファイバ軸に対して１０から５０度だけ）、角度研磨される。結果として生じる発光は、ファイバ端部１３３の出力の方向と異なった方向に向けられる。したがって、図６Ａ〜図６Ｃに関して上述された用途と同様に、車両ヘッドライトとして使用される場合、固体光デバイスは、前方向（出力端部１３３を通って）およびサイド方向（出力ファイバ１２９を通って）の両方において出力照明をもたらすことができる。
【００５０】
図１３に示された操作可能な照明をもたらすための代替実施形態において、ファイバアレイコネクタ７３４から延在するファイバを、多数のオフセットファイバ束、すなわち、中心束７３０Ａならびにサイド束７３０Ｂおよび７３０Ｃに束にすることができる。ファイバ束の出力端部によって発された光は、非球面レンズなどの多焦点レンズ７５０によって受けられ、それは、出力を、オフセット束から所望の異なった照明領域７５１Ａ、７５１Ｂ、および７５１Ｃ内にさらに向ける。操作可能な照明は、自動的におよび／またはオペレータ制御によって行うことができる。
【００５１】
本発明の例示的な実施形態において、固体光デバイスを、車両ヘッドライト用途におけるような照明源として使用することができる。たとえば、既存のヘッドライトレセプタクルへの取付けを、図８に示されたフランジ１３９の使用によって行うことができる。フランジ１３９は、たとえばファイバアレイコネクタ１３４の周囲部分上に配置することができる。フランジは、そのようなレセプタクルのロッキングスロットに係合するように設計することができる。あるいは、フランジは、ハウジングまたは集光装置基板などの、固体光デバイスの他の構成要素上に形成することができる。
【００５２】
本発明の別の実施形態によれば、図９Ａに示されているように、開口成形および／または動的ビーム移動のために用いることができるピクセル化光制御を考慮する照明システム３００が提供される。システム３００は、上述された固体光源１００と同様に構成された固体光源３０１を含む。制御装置３０４が、配線３０２およびコネクタ３１０を介して固体光源３０１に結合され、コネクタ３１０は、相互接続回路層に接続することができる。電力／電流を固体光源３０１に与えるために、電源３０６が制御装置３０４に結合される。
【００５３】
例示的な実施形態において、制御装置３０４は、固体光源３０１内に収容された個別のＬＥＤダイまたはＬＥＤダイのグループを選択的に活性化するように構成される。さらに、受光導波路がＬＥＤダイと１対１の対応で設けられるので、照明システム３００はピクセル化出力をもたらすことができる。このタイプのピクセル化制御は、異なって着色された（たとえば、ＲＧＢ出力のための赤色、緑色、および青色）または同様に着色された（たとえば、白色）ＬＥＤダイの制御を考慮する。
【００５４】
図９Ｂは、固体光デバイス内に収容されたＬＥＤダイのアレイにピクセル化をもたらすことができる制御回路例３０５を示す。この例において、６０個のＬＥＤダイ（ＬＤ１〜ＬＤ６０）がＬＥＤダイアレイ内に設けられ、これらは、各々２０のＬＥＤダイの３つの大きいグルーピング（３１４Ａ〜３１４Ｃ）にグループ化され、これらは、各々、各々５個のＬＥＤダイのより小さいサブグループまたはチャネル（たとえば、ＬＤ１〜ＬＤ５）にさらに分けられる。全体的に、この例示的な実施形態において、各々５個のＬＥＤダイの１２のチャネルを別々に制御することができる。１つの実現例において、ＲＧＢ出力用途において、ＬＥＤダイの第１のグルーピングが赤色発光ＬＥＤダイを含むことができ、ＬＥＤダイの第２のグルーピングが青色発光ＬＥＤダイを含むことができ、ＬＥＤダイの第３のグルーピングが緑色発光ＬＥＤダイを含むことができる。あるいは、別の実現例において、ＬＥＤダイの第１、第２、および第３のグルーピングは、「白色」発光ＬＥＤダイを含むことができる。
【００５５】
さらに、相互接続回路層は、また、異なったＬＥＤダイグルーピングのための別個の相互接続をもたらすように設計される。異なったタイプのＬＥＤダイグルーピング、およびより大きいまたはより小さい数のＬＥＤダイも、ここで説明される原理に従って使用することができる。この構成では、別個のＲＧＢ  ＬＥＤダイチャネルを駆動して、「白色」または他の着色出力をもたらすことができる。さらに、ＬＥＤダイ劣化によって、特定のダイオードチャネルが故障するか薄暗くなる（ｄｉｍｍｅｄ）場合、隣接したチャネルをより高い電流で駆動することができ、出力照明は変わらないままであるように見える。（比較的）広いＬＥＤダイ間隔、および／または相互接続層の熱管理能力のため、ＬＥＤダイチャネルのいくつかへのより大きい駆動電流は全体的な性能に悪影響を及ぼさない。
【００５６】
さらに、異なったＬＥＤダイチャネルにおけるまたはそれらの近くの温度変化を検知するために、温度センサ（図示せず）を相互接続回路層（または他の適切な位置）上に配置することができる。このように、制御回路３０５を使用して、特定のチャネルの電流の量を変えて、高温によるそのチャネルの光出力の一般的な減少を補償することができる。
【００５７】
より詳細に、回路３０５は電源３０６によって電圧を受ける。電圧は、ブーストコンバータチップ３１２Ａ〜３１２Ｃ、およびそれらの関連したエレクトロニクス（図示せず）によって、調整された出力電流／電圧供給に変換される。このように、電源３０６からの電圧ばらつきを軽減することができ、ＬＥＤダイに供給される電流／電圧は、調整されたレベルに維持される。チップ３１２Ａ〜３１２Ｃは、たとえば、ナショナルセミコンダクター（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）から入手可能なＬＭ２７３３チップを含むことができる。この例示的な実施形態において、駆動電圧／電流パラメータが８０〜１００ｍＡにおいて約２０ボルトであることができ、したがって、ＬＥＤダイアレイ全体について合計約１．０から１．２Ａを与えることができる。次に、駆動電流／電圧は、アレイ内の異なったＬＥＤダイチャネルに供給される。この例において、各ＬＥＤダイは公称上約２０ｍＡのバイアス電流を必要とし、バイアスしきい値は、電流が増加するにつれて増加し、例示的なＧａＮベースのＬＥＤダイアレイについて約４．０Ｖに近づく。当然、異なるＬＥＤダイ効率または組成が、異なるバイアスレベルおよび駆動レベルを必要とするであろう。
【００５８】
さらに、ＬＥＤダイチャネルごとに総最大電流を設定するために、回路３０５に抵抗器／サーミスタチェーン３１６を含めることができる。さらに、対応する数のＬＥＤダイチャネル電子スイッチを含むスイッチセット３１８を設けることができ、各特定のＬＥＤダイチャネルを活性化するために、各ＬＥＤダイチャネルは、接地に（または、ＬＥＤダイチャネルに対するスイッチセット配列によっては、電源に）結合される／切離される。スイッチセット３１８は、特定の用途に必要な照明パラメータに基いて、マイクロコントローラ（図示せず）または遠隔スイッチ（たとえば、ターン信号）によって自動制御することができる。当然、本明細書を与えられた当業者によって理解されるように、この回路アーキテクチャは多くの実現例および順列を可能にする。たとえば、制御回路３０５を、同じ電流ですべてのＬＥＤダイを駆動するように実現することができるか、あるいは、所与のＬＥＤダイチャネルを自動的にまたはコマンドでオン／オフにすることができる。固定抵抗または可変抵抗をスイッチセットのスイッチ脚部に加えることによって、異なる電流を各チャネルに与えることができる。
【００５９】
図１０は、「クール」ヘッドランプ用途に使用される例示的な固体光デバイス４０１の概略図を示す。たとえば、上述された実施形態によって構成することができる固体光デバイス４０１は、自動車または他の車両（図示せず）のヘッドライトコンパートメント４０２内に配置される。光デバイス４０１は、レセプタクルのスロット４３８内で摺動しロックするように構成された、摺動可能に係合するフランジ４３９の使用によって、コンパートメント４０２内に固定することができる。したがって、熱を光出力の方向から離れて引くヒートシンク４４０は、自動車または他の車両の内部エンジンコンパートメントなどの別個のコンパートメント４０４内に配置される。ビーム成形出力照明は、光学素子４１５によって、要件ベースの照明パターンに集め／集束させることができる。光学素子４１５は、現在の安全機構（たとえば、ＮＨＴＳＡ）標準に従う選択された出力パターンを与えるように設計することができる。光学素子例としては、非球面／アナモルフィック光学素子、および／または不連続および／または非分析的（スプライン）光学素子を挙げることができる。
【００６０】
この方法では、ヘッドライトコンパートメント４０２内に配置された複雑な反射光学系の使用を回避することができる。さらに、熱がコンパートメント４０２から離れて引かれるので、コンパートメント４０２内のいかなる残っている光学素子も特別に熱処理する必要がなく、したがって、連続的な高強度熱に曝すことによって引起される潜在的な性能劣化を回避する。さらに、固体光デバイス４０１に、図６Ａ〜図６Ｃにおいて上で示されているような出力ファイバおよび出力開口構造が設けられる場合、従来のＨＩＤランプからの出力を操縦するときに現在使用しなければならない、移動ミラー、バルブ、および／またはレンズ機構を使用する必要なく、操縦可能な出力照明を行うことができる。
【００６１】
ここで説明される固体光デバイスは、また、他の用途に使用することができる。たとえば、図１１は、固体光デバイス５０１（図１Ａおよび図１Ｂ、および／またはここでの他の実施形態に示された構造と同様の構造を有する）が歯科用硬化装置５００内に収容された、概略的な歯科用硬化用途を示す。固体光デバイス５０１は、歯科用硬化装置５００のハンドル部分５１０内に配置することができる。さらに、ＬＥＤダイまたは他の固体光発生源からの出力を受け案内するために使用される出力ファイバは、硬化性材料の上に直接配置することができる光送出アーム５２５を通って延在することができる。この用途において、照明を受ける材料の硬化態様によって、ＵＶおよび／または青色放射線源を使用することができる。
【００６２】
さらなる代替用途において、図１２は、ウェブ硬化ステーションなどの概略的なバルク材料硬化装置を示す。たとえば、接着剤、テープ、またはウェブベースの製造において、接着剤は、しばしば、異なった材料基板に硬化させなければならない青色／ＵＶ硬化性材料である。従来の方法において、高強度放電およびアークランプが、しばしば、硬化プロセスを行うために使用される。しかし、これらの従来の放電ランプは、光および熱を３６０度で放射し、したがって、複雑な熱交換および／または冷却機構を必要とする。あるいは、いくつかの従来の方法において、基板材料およびＵＶ硬化剤を、高強度熱に耐えるように適合させなければならない。
【００６３】
図１２は、従来の硬化システムに見出された加熱問題への解決策を提供し、硬化ステーション６００が固体光デバイス６０４（上述されたそれらの実施形態と同様に構成された）を含み、固体光デバイスの熱消散またはヒートシンク構成要素は、熱交換ユニット６０２内に配置される。上述されたように、固体光デバイスの放射線源によって発生された熱は、適切なＬＥＤダイ間隔、熱伝導性相互接続回路、および／またはヒートシンクによって、光出力の方向から離れて引かれる。
【００６４】
さらに、固体光デバイス６０４は、高度に集中された放射線を放射線硬化性材料に送出することができ、したがって、硬化の不十分な深さによって引起される有害な影響を低減することができる。ＬＥＤダイまたは他の放射線発生源の集中された出力は、歪み緩和ハウジング６３０内に配置された導波路アレイによって集め案内し、基板６５２上に配置された放射線硬化性材料６５０に送出することができる。大量の材料の連続硬化を提供するために、基板６５２を移動プラットフォームまたはコンベヤベルト上に配置することができる。図５Ａ〜図５Ｆに関して上述されたように、たとえば光ファイバなどの導波路の出力端部を、いくつかの異なった再構成可能なパターンで配列することができ、したがって、非常にさまざまな形状、および／または硬化深さ要件を有する材料を硬化するのに特に適した固体光デバイスを製造することができる。
【００６５】
さらに別の用途において、ここで説明される固体光源を投影システムに使用することができる。ピクセル化出力を提供する能力のため、ＬＥＤダイアレイは、ＲＧＢ出力のための異なった出力色ＬＥＤダイを含むことができる。さらに、出力を順次走査のために多重化して、適切な投影画像を提供することができる。さらに、上述された実施形態の固体光デバイスを、ＬＣＤディスプレイのバックライティングのための源として使用することができる。特に、「白色」発光のための蛍光体被覆ダイを使用する場合、ピクセル化白色ＬＥＤダイが、ＬＣＤディスプレイの増加されたコントラスト比を提供することができる。
【００６６】
本発明を例示的な好ましい実施形態に関して説明したが、本発明を、本発明の範囲から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化することができる。したがって、ここで説明され示された実施形態が、例示にすぎず、本発明の範囲を限定するとみなすべきでないことが理解されるべきである。他の変更および修正を、本発明の範囲に従って行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態による光子放出デバイスの斜視図を示す。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態による光子放出デバイスの分解図を示す。
【図２】本発明の実施形態による相互接続回路上に配置された例示的なＬＥＤダイアレイの上面図を示す。
【図３】本発明の実施形態による光子放出源の側面図を示す。
【図４】本発明の実施形態による非画像形成集光装置によって光ファイバに結合された個別のＬＥＤダイの詳細図を示す。
【図５Ａ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図５Ｂ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図５Ｃ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図５Ｄ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図５Ｅ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図５Ｆ】本発明の代替実施形態による代替ファイバ出力パターンを示す。
【図６Ａ】操作可能な出力のための代替ファイバ出力パターンを示す。
【図６Ｂ】それぞれ、本発明の代替実施形態による操作可能な出力のための例示的なバンディングおよび支持構造の実現を示す。
【図６Ｃ】それぞれ、本発明の代替実施形態による操作可能な出力のための例示的なバンディングおよび支持構造の実現を示す。
【図７】本発明の代替実施形態による、ファイバの出力端部の一部が、角度研磨された出力面を有する、操作可能な出力のための別の代替出力パターンを示す。
【図８】本発明の実施形態によるファイバアレイコネクタの代替構造を示す。
【図９Ａ】本発明の別の実施形態によるピクセル化のために適合された光子放出システムを示す。
【図９Ｂ】本発明の別の実施形態によるピクセル化のために適合された例示的な制御装置回路を示す。
【図１０】「クール」ヘッドライトとしてここで使用される光子放出デバイスの例示的な実現を示す。
【図１１】歯科用硬化装置の一部としてここで使用される固体光デバイスの別の例示的な実現を示す。
【図１２】放射線硬化装置の一部としてここで使用される固体光デバイスの別の例示的な実現を示す。
【図１３】操作可能な出力発光の代替実施形態を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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