(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作中、第１のスペクトル分布の第１の光を発する複数の第１の光源と、
第１の光入射面を有する第１の導光体と
を含む発光装置であって、
前記第１の導光体は、前記第１の光入射面において前記第１のスペクトル分布の前記第１の光を受け取り、前記第１のスペクトル分布の前記第１の光の少なくとも一部を、第２のスペクトル分布の第２の光に変換し、前記第２の光を前記第１の光入射面に誘導し、
前記発光装置は、さらに、前記第１の光入射面から光を出射するための第１の光取り出し要素を含み、前記第１の光取り出し要素は、前記第１の光入射面が延在する面上の所定の位置において、前記第１の光入射面内又は上に配置され、
前記第１の光取り出し要素は、前記第１の光入射面の中心において、当該第１の光入射面内又は上に配置され、
前記第１の光取り出し要素の面積は、前記第１の光入射面の面積の１／２未満、前記第１の光入射面の面積の１／１０未満、又は前記第１の光入射面の面積の１／１００未満である、発光装置。
【請求項２】
前記第１の光入射面は、周縁を有し、前記第１の光取り出し要素は、前記第１の光入射面の特定の位置に配置され、前記特定の位置は、前記周縁に対して垂直な距離であって、前記周縁に対して垂直な距離の全てに等しい重みが付与されている前記周縁に対して垂直な距離のいずれもが最大となる位置にある、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１の導光体は、さらに、第２の面において前記第１のスペクトル分布の前記第１の光を受け取り、前記第２の面は、前記第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する、請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１の光取り出し要素は、前記第１の光入射面の一部の粗面化、回折要素、屈折要素、反射要素、散乱要素、前記第１の光入射面内に設けられた凹部、前記第１の光入射面上に設けられた凸部、ルミネッセント要素、ピクセル化されたルミネッセント要素、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の光入射面から光を出射するための前記第１の光取り出し要素は、異なる光学特性を有する少なくとも２つの領域を含み、前記少なくとも２つの領域は、前記第１の光入射面に対して平行な方向、又は前記第１の光入射面に対して実質的に垂直な方向に、互いに隣接して配置される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
第２の面から光を出射するための１つの第２の光取り出し要素をさらに含み、前記第２の光取り出し要素は、前記第１の光取り出し要素と反対側の前記第１の導光体の前記第２の面内に又は上に配置され、前記第２の面は、前記第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記第１の導光体の１つ又は複数のさらなる面のうちの少なくとも１つの上に配置された第１の反射要素、
前記第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する面に配置された第２の反射要素、及び
前記第１の光入射面の一部に配置された少なくとも１つの第３の反射要素
のうちの１つ又は複数をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
動作中、第３のスペクトル分布の第３の光を発する複数の第２の光源と、
第２の光入射面を有する第２の導光体と
をさらに含み、
前記第２の導光体は、前記第２の光入射面において前記第３のスペクトル分布の前記第３の光を受け取り、前記第３のスペクトル分布の前記第３の光の少なくとも一部を第４のスペクトル分布の第４の光に変換し、前記第４の光を前記第２の光入射面に誘導し、
前記発光装置は、さらに、前記第２の光入射面から光を出射するための第３の光取り出し要素を含み、前記第３の光取り出し要素は、前記第２の光入射面が延在する面の所定の位置において、前記第２の光入射面内に又は上に配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記第３の光取り出し要素は、前記第２の光入射面が延在する面の中心において、前記第２の光入射面内に又は上に配置される、請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第２の光入射面は周縁を有し、前記第３の光取り出し要素は、前記第２の光入射面上の特定の位置に配置され、前記特定の位置は、前記周縁に対して垂直な距離であって、前記周縁に対して垂直な距離の全てに等しい重みが付与されている前記周縁に対して垂直な距離のいずれもが最大となる位置にある、請求項８又は９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第１の導光体及び前記第２の導光体は、前記第１の光入射面の面及び前記第２の光入射面の面が互いに反対側を向くよう互いに対して配置される、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記第１の光取り出し要素及び前記第３の光取り出し要素は、前記第１及び第２の導光体の周りに少なくとも部分的に延在する１つの共通の光取り出し要素として設けられる、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１３】
デジタル投影、自動車照明、ステージライト、店舗用照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置を含むランプ、照明器具、又は照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源、及び導光体を有する発光装置に関する。本発明は、さらに、かかる発光装置を含むランプ、照明器具、又は照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スポットライト、ステージライト、自動車照明、及びデジタル光投射を含む様々なアプリケーションにとって、高強度光源、特に白色高強度光源は関心の対象である。かかる目的のために、透明度が高い発光材料内で短い波長の光を長い波長の光に変換するいわゆる集光器を利用することができる。かかる透明な発光材料内でより長い波長を発生させるために、発光材料はＬＥＤによって照射される。変換された光は発光材料内を誘導されて表面から取り出され、強度ゲイン及び輝度ゲインをもたらす。
【０００３】
文献ＷＯ２０１２／０５６３８２Ａ１は、一実施形態において、導波路、１つの光源、及び複数の光取り出し手段（light outcoupling means）を含む照明デバイスを開示する。導波路は、導波路の上に又は中に配置された発光材料を有し、よって、光源からの光を発光材料の発光に変換するよう構成され得る。
【０００４】
より多くの光を取り込むことによって、導光体をより長くすることによって、及びルミネッセント集光器を照射するのに使用されるＬＥＤの数を増やすことによって、光出力を増大させることができる。しかし、発光材料内の自己吸収、及びＬＥＤに起因する出射光の増加の結果として、導光体が大きいほど、特に長いほど、多くの光が失われ、導光体、よって発光装置から発せられる光の強度ゲインが低下する。したがって、発光装置のスケーラビリティが著しく低減される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、この問題を克服し、発光装置内で異なる方向に伝播している光が結合されることによって向上されたスケーラビリティが得られ、かつ、比較的大きい及び／又は長い導光体を含む発光装置であっても、高強度出力が得られ、光損失が低減され又は排除されさえする発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によれば、上記及び他の目的は、動作中、第１のスペクトル分布の第１の光を発する複数の第１の光源と、第１の光入射面を有する第１の導光体とを含む発光装置であって、第１の導光体は、第１の光入射面において第１のスペクトル分布の第１の光を受け取り、第１のスペクトル分布の第１の光の少なくとも一部を、第２のスペクトル分布の第２の光に変換し、第２の光を第１の光入射面に誘導し、発光装置は、さらに、第１の光入射面から光を出射するための第１の光取り出し要素を含み、第１の光取り出し要素は、第１の光入射面が延在する面上の所定の位置において、第１の光入射面内に又は上に配置される、発光装置によって達成される。
【０００７】
複数の第１の光源を設けることによって、光出力の強度及び輝度を著しく向上させることができる。
【０００８】
第１の光入射面から光を出射するための第１の光取り出し要素を設けることによって、特に、第１の光入射面内又は上、第１の光入射面が延在する面上の所定の位置に第１の光取り出し要素を配置することによって、全ての又はほとんどの光が光取り出し要素を介して導光体から出射されるので、導光体内を異なる方向に伝播する光、特に、各光源から発せられた光を結合することができる。さらに、このようにすることで、所与の用途の要求に応じて、例えば、所望の方向に光を出射するために及び／又は発光装置から出射される光を所望のスポットサイズにするために、導光体からの光の出射の正確な位置を選択することができる。これにより、発光装置は、著しく向上されたスケーラビリティを有する。
【０００９】
入射光の少なくとも一部を異なるスペクトル分布の変換光に変換可能な導光体を設けることによって、非常に多くの変換光が導光体内に留まり、１つの面から取り出され得る導光体が提供され、結果として、特に高い強度ゲインが得られる。また、これは発光装置のスケーラビリティの向上にも寄与する。
【００１０】
光取り出し要素を光源から光が入射する面と同じ面の付近に又は上に設けることによって、特に小型の発光装置が得られる。
【００１１】
一実施形態では、第１の光取り出し要素は、第１の光入射面が延在する面の中心において、第１の光入射面内又は上に配置される。
【００１２】
一実施形態では、第１の光入射面は、周縁を有し、第１の光取り出し要素は、第１の光入射面の特定の位置に配置され、特定の位置は、周縁に対して垂直な距離が可能な限り最大な位置であり、周縁に対して垂直な全ての距離に等しい重みが付与される。
【００１３】
上記２つの実施形態は、特に単純な構造及び特に高いスケーラビリティを有する発光装置を提供する。
【００１４】
一実施形態では、第１の導光体は、さらに、第２の面において第１のスペクトル分布の第１の光を受け取り、第２の面は、第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する。
【００１５】
このようにすることで、より多くの光を第１の導光体内に入射させることができ、光出力の強度のさらなる向上がもたらされる。
【００１６】
一実施形態では、第１の光取り出し要素は、第１の光入射面の一部の粗面化、回折要素、屈折要素、反射要素、散乱要素、第１の光入射面内に設けられた凹部、第１の光入射面上に設けられた凸部、ルミネッセント要素、ピクセル化されたルミネッセント要素、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。
【００１７】
第１の光入射面の一部の粗面化、回折要素、屈折要素、反射要素、散乱要素、第１の光入射面内に設けられた凹部、第１の光入射面上に設けられた凸部、ルミネッセント要素、ピクセル化されたルミネッセント要素、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される形態の光取り出し要素を設けることによって、光取り出し要素によって光出口面から効率的に光を出射する特に単純な構造を有する発光装置が提供される。
【００１８】
ルミネッセント要素又はピクセル化されたルミネッセント要素の形態の光取り出し要素を設けることによって、特に、白色光等の１つの色以外の色も有する発光装置の光出力を提供するために、光取り出し要素によって光出口面から出射される光の色が制御可能な発光装置が提供される。
【００１９】
一実施形態では、第１の光入射面から光を出射するための第１の光取り出し要素は、異なる光学特性を有する少なくとも２つの領域を含み、少なくとも２つの領域は、第１の光入射面に対して平行な方向、又は第１の光入射面に対して実質的に垂直な方向に、互いに隣接して配置される。
【００２０】
したがって、異なる光学特性を有する、例えば、異なる波長変換材料を含む２つの領域を設けることによって、光出力の特性をさらに調整することができる。
【００２１】
一実施形態では、発光装置は、第２の面から光を出射するための１つの第２の光取り出し要素をさらに含み、第２の光取り出し要素は、第１の光取り出し要素と反対側の第１の導光体の第２の面内に又は上に配置され、第２の面は、第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する。
【００２２】
上記実施形態は、光が２つ以上の方向に同時に出射される発光装置を提供する。
【００２３】
第２の光取り出し要素を第１の光入射面に対して平行かつ反対側の面に配置することによって、特に、第１の光取り出し要素と反対側の位置に配置することによって、第２の光取り出し要素は、第１の光取り出し要素によって導光体内に反射された光を出射するために使用され得る。この構成は、第１の光取り出し要素が反射性の場合に特に有利である。
【００２４】
一部の実施形態では、さらなる面が１つの光取り出し要素を有する。例えば、バー又はロッドが４つの長さ方向の面を有し、それぞれに光取り出し要素が配置されてもよい。他の実施形態では、４つの光取り出し構造は、導光体の周囲に延在する連続的な光取り出し要素として構成される。他の実施形態では、導光体は円柱状であり、連続的な円形光取り出し要素が円柱を囲う。
【００２５】
一部の実施形態では、第１の光取り出し要素の面積は、第１の光入射面の面積の１／２未満、第１の光入射面の面積の１／１０未満、又は第１の光入射面の面積の１／１００未満である。
【００２６】
第１の光取り出し要素の面積を小さくすることによって、特に、光が第１の光取り出し要素からのみ導光体から出るため、光出力の強度を一層上昇させることができる。
【００２７】
一実施形態では、発光装置は、第１の導光体の１つ又は複数のさらなる面のうちの少なくとも１つの付近に又は上に配置された第１の反射要素、第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する面に配置された第２の反射要素、及び第１の光入射面の一部に配置された少なくとも１つの第３の反射要素のうちの１つ又は複数をさらに含む。
【００２８】
導光体のさらなる面、特に、所望の光出口面に対して平行かつ反対側の更なる面に配置された第１の反射要素を有する発光装置の導光体を提供することによって、この第１の反射要素に衝突する光線は、導光体を介して導光体の所望の光出口面に反射され、光出口面から出射することができる。
【００２９】
発光装置の導光体が、第１の光入射面に配置された少なくとも１つの第３の反射要素を有することは、上記効果をさらに高める。
【００３０】
これにより、所望の光出口面を介して出射する光の強度が向上される。
【００３１】
第１の光入射面に対して平行かつ反対側に延在する面に配置された第２の反射要素を設けることによって、この第２の反射要素に衝突する光線は、第１の光取り出し要素が付近に又は上に配置される反対側の面に向かうよう導光体内に反射される。これにより、第１の光取り出し要素において導光体から出る光の強度を一層高めることができる。
【００３２】
このようにすることで、光出口面以外の導光体の面から失われる光の量を著しく減らすことができる。したがって、発光装置によって出射される光の強度を著しく向上させることができる。また、第１の光取り出し要素における高い面強度が得られ、例えば光バルブプロジェクター等のプロジェクター、スポットライト、自動車ヘッドライト等の用途において特に有利な高い光出力が得られる。
【００３３】
一実施形態では、発光装置は、動作中、第３のスペクトル分布の第３の光を発する複数の第２の光源と、第２の光入射面を有する第２の導光体とをさらに含み、第２の導光体は、第２の光入射面において第３のスペクトル分布の第３の光を受け取り、第３のスペクトル分布の第３の光の少なくとも一部を第４のスペクトル分布の第４の光に変換し、第４の光を第２の光入射面に誘導し、発光装置は、さらに、第２の光入射面から光を出射するための第３の光取り出し要素を含み、第３の光取り出し要素は、第２の光入射面が延在する面の所定の位置において、第２の光入射面内に又は上に配置される。
【００３４】
一実施形態では、第３の光取り出し要素は、第２の光入射面が延在する面の中心において、第２の光入射面内に又は上に配置される。
【００３５】
一実施形態では、第２の光入射面は周縁を有し、第３の光取り出し要素は、第２の光入射面上の特定の位置に配置され、特定の位置は、周縁に対して垂直な距離が可能な限り最大な位置であり、周縁に対して垂直な全ての距離に等しい重みが付与される。
【００３６】
一実施形態では、第１の導光体及び第２の導光体は、第１の光入射面の面及び第２の光入射面の面が互いに反対側を向くよう互いに対して配置される。これは、少なくとも２つの方向に光を出射する発光装置を提供する。
【００３７】
一実施形態では、第１の光取り出し要素及び第３の光取り出し要素は、１つの共通の光取り出し要素として設けられる。他の実施形態では、共通の光取り出し要素は、第１及び第２の導光体の周りに少なくとも部分的に延在する。
【００３８】
これらの実施形態は、特に、発光装置にさらなる導光体を加えることによって発光面積が単純に増加され得るため、一層高い強度又は輝度の光を発し、一層向上されたスケーラビリティを有する発光装置を提供する。さらに、これらの実施形態は、発光装置、及び／又は、発光装置によって出射される光線の色、サイズ、及び形状の異なる幾何学的構成を取得するために使用可能なさらなるパラメータを提供する。
【００３９】
本発明は、さらに、デジタル投影、自動車照明、ステージライト、店舗用照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、いずれかの請求項に記載の発光装置を含むランプ、照明器具、又は照明システムに関する。
【００４０】
本発明は、特許請求の範囲に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関連することに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明の上記及び他の側面をより詳細に説明する。
【００４２】
【図１】図１は、フィルタリングされた光出力を供給するためのフィルタ、及びフィルタリングされた光出力を追加光源からの光と結合するためのダイクロイック光学素子を光出口面において有する導光体の側面図を示す。
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａ‐２Ｂは、導光体の面に隣接して配置されたヒートシンク要素を有する導光体の２つの異なる実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明に係る発光装置の実施形態の斜視図を示す。
【図４】図４は、図３に係る発光装置の線Ｘ−Ｘ沿いの断面図を示す。
【図５Ａ−５Ｇ】図５Ａ‐５Ｇは、発光装置の導光体から光を出射するための異なる光取り出し要素を特徴とする、本発明に係る発光装置の異なる実施形態の端面図を示す。
【図６】図６は、本発明に係る発光装置の実施形態の端面図を示す。
【図７】図７は、本発明に係る発光装置の実施形態の端面図を示す。
【図８】図８は、本発明に係る発光装置の実施形態の端面図を示す。
【図９】図９は、本発明に係る発光装置の実施形態の斜視図を示す。
【図１０】図１０は、図９に係る発光装置の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ沿いの断面図を示す。
【００４３】
図中、層、要素、及び領域のサイズは説明の目的上強調されており、本発明の実施形態の一般的な構造を説明するために提供されている。同様な参照番号は一貫して同様な要素を指し、例えば、本発明に係る発光装置は一般的に１によって表される一方、その具体的な異なる実施形態は、一般的な参照番号に０１、０２、０３．．．を加えて表される。以下に記載される本発明に係る発光装置の実施形態のいずれかに付与され得る様々な特徴及び要素を示す図１〜図２Ｂでは、通常、これらの図に特有の要素を除く全ての要素に「００」が加えられている。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の現在好適な実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は多様な形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解されるべきではない。これらの実施形態は徹底さ及び完全さのために提供され、本発明の範囲を十分に当業者に伝える。
【００４５】
まず、本発明に係る発光装置の様々な要素及び特徴の用途、適切な光源及び適切な材料についての一般論を記す。このために、以下に詳述される本発明に係る発光装置の実施形態のいずれかに付与され得る様々な特徴及び要素が、図１、２Ａ及び２Ｂを参照しながら説明される。本発明に係る発光装置の具体的な実施形態は、図３〜１０を参照しながら詳細に説明される。
【００４６】
本発明に係る発光装置は、限定はされないが、ランプ、照明モジュール、照明器具、スポットライト、フラッシュライト、プロジェクター、デジタル投影機、自動車のヘッドライト又はテールランプ等の自動車照明、アリーナ照明、劇場照明、及び建築照明を含む用途に使用することができる。
【００４７】
後述される本発明に係る実施形態を構成する光源は、動作中、第１のスペクトル分布の光を発するよう構成される。この光はその後、導光体又は導波路内に結合される。導光体又は導波路は第１のスペクトル分布の光を別のスペクトル分布に変換し、光を出口面に誘導し得る。原則的に、光源は任意の種類の点光源であり得るが、一実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、複数のＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤ、又はＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤのアレイ等の固体光源である。原則的に、ＬＥＤは任意の色のＬＥＤであり得るが、一実施形態では、３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲と規定される青色域の光源光を生成する青色光源である。他の実施形態では、光源はＵＶ又は紫色光源、すなわち、４２０ｎｍ未満の波長範囲の光を発する光源である。ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤが複数又はアレイの場合、原則的に、ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤは、限定はされないが、ＵＶ、青色、緑色、黄色、又は赤色等、２つ以上の異なる色のＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤであり得る。
【００４８】
光源は赤色光源、すなわち、例えば６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲の光を発する光源であり得る。このような赤色光源は、例えば、直接赤色光を発し又は光源光を赤色光に変換するのに適した蛍光体を有する上記のいずれかのタイプの光源であり得る。この実施形態は、光源光を赤外（ＩＲ）光、すなわち、約８００ｎｍより高い波長を有する光であって、適切な実施形態では８１０〜８５０ｎｍの範囲内のピーク強度を有する光に変換するよう構成された導光体と組み合わせられると、好適である。一実施形態では、かかる導光体はＩＲ発光蛍光体を含む。これらの特性を備える発光装置は、暗視システムでの使用に特に有利であるが、任意の上記用途に使用され得る。
【００４９】
他の例は、４８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲内の光を発し、当該光をルミネッセンスロッド又は導光体に入射させる第１の赤色光源と、青色、ＵＶ、又は紫色光、すなわち４８０ｎｍ未満の波長の光を発し、同様に出射光をルミネッセンス導光体又はロッドに入射させる第２の光源との組み合わせである。第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって４８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲に変換され、ルミネッセンス導光体又はロッドに入射した第１の光源の光は変換されない。言い換えれば、第２の光源はＵＶ、紫色、又は青色光を発し、後にルミネッセンス集光器によって緑色−黄色−橙色−赤色スペクトル領域内の光に変換される。他の実施形態では、第１の光源は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の光を発し、第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲に変換される。他の実施形態では、第１の光源は、６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲内の光を発し、第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲に変換される。一実施形態では、第１の光源の光は、第２の光源の光がルミネッセンス導光体又はロッドに入射する面とは異なる面、例えば、光出口面と対向する面を介してルミネッセンス導光体又はロッドに入射する。これらの実施形態は、上昇された輝度で赤色光範囲内の光を発するルミネッセンス導光体又はロッドを提供する。
【００５０】
後述される本発明に係る実施形態の導光体は、一般的に、互いに直交する方向に延びる高さＨ、幅Ｗ、及び長さＬを有する棒状又はバー状の導光体であり、一部の実施形態では、透明、又は透明且つ発光性である。高さＨは、１０＜ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。幅Ｗは、＜１０ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。長さＬは、幅Ｗ及び高さＨより大きく、少なくとも幅Ｗの２倍又は高さＨの２倍であり、少なくとも幅Ｗの３倍又は高さＨの３倍であり得る。高さＨ：幅Ｗの縦横比は、典型的には１：１（例えば、一般的な光源用途の場合）、又は１：２、１：３、若しくは１：４（例えば、ヘッドライト等の特殊な光源用途の場合）、又は４：３、１６：１０、１６：９、若しくは２５６：１３５（例えば、ディスプレイ用途の場合）である。
【００５１】
一般的に、導光体は、光入力面及び光出口面を有する。集約された高輝度の光出力を達成するために、光出口面の面積は、光入力面の面積より小さくてもよい。光出口面は任意の形状を有し得るが、一実施形態では、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形、又は六角形である。
【００５２】
一部の実施形態では、透明導光体は、その上にＬＥＤ等の複数の光源がエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板は、例えばサファイア基板等の単結晶基板である。これらの実施形態では、光源の透明成長基板は集光導光体である。
【００５３】
一般的に棒状又はバー状の導光体は、任意の断面形状を有し得るが、一部の実施形態では、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形、又は六角形の断面を有する。
【００５４】
本発明の実施形態に係る後述される導光体に適した材料は、ｎ＝１．７の屈折率を有するサファイア、多結晶アルミナ、及び／又はＹＡＧ、ＬｕＡＧ等のアンドープ透明ガーネットである。この材料の（例えば、ガラスに対する）追加の利点は、良好な熱伝導性を有し、局所的な加熱を低減することである。他の適切な材料は、限定はされないが、ガラス、石英、及び透明なポリマーを含む。他の実施形態では、導光体材料は鉛ガラスである。鉛ガラスは、通常のカリガラスのカルシウム分を鉛が置換するガラスの一種であり、これにより、屈折率を高くすることができる。通常のガラスの屈折率はｎ＝１．５であるが、鉛を添加することで、１．７までの屈折率が得られる。
【００５５】
本発明の実施形態に係る後述される導光体は、光を別のスペクトル分布に変換するための適切な発光材料を含み得る。適切な発光材料は、ドープＹＡＧ、ＬｕＡＧ等の無機蛍光体、有機蛍光体、有機蛍光色素、及び、後述される本発明の実施形態の目的に非常に適した量子ドットを含む。
【００５６】
量子ドットは、一般的にわずか数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体材料の小さな結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を発する。したがって、ドットのサイズを調整することにより、特定の色を作り出すことができる。可視域で発光する既知の量子ドットのほとんどは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）等のシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）をベースとする。リン化インジウム（ＩｎＰ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）等、カドミウムを含まない量子ドットを使用することも可能である。量子ドットは非常に狭い発光帯を呈し、よって飽和色を呈する。更に、量子ドットのサイズを調整することによって、発光色を容易に調節することができる。当該分野で知られる任意の種類の量子ドットが、後述される本発明の実施形態において使用され得る。しかし、環境に関する安全及び懸念の理由から、カドミウムを含まない量子ドット、又は、少なくともカドミウム含有量が非常に少ない量子ドットを使用することが好ましい可能性がある。
【００５７】
有機蛍光色素を使用することもできる。スペクトルピーク位置が適合し得るよう、分子構造が設計することができる。適切な有機蛍光色素材料の例は、ペリレン誘導体をベースとする有機発光材料、例えば、ＢＡＳＦによってＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）という品名で販売されている化合物である。適切な化合物の例は、限定はされないが、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｒｅｄ  Ｆ３０５、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｏｒａｎｇｅ  Ｆ２４０、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｙｅｌｌｏｗ  Ｆ０８３、及びＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ１７０を含む。
【００５８】
発光材料は無機蛍光体であってもよい。無機蛍光物質の例は、限定はされないが、セリウム（Ｃｅ）ドープＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）を含む。ＣｅドープＹＡＧは黄色がかった光を発し、一方、ＣｅドープＬｕＡＧは黄緑色がかった光を発する。赤色光を発する他の無機蛍光物質の例は、限定はされないが、ＥＣＡＳ及びＢＳＳＮを含み、ここで、ＥＣＡＳはＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕｘであり（０＜ｘ≦１、好ましくは０＜ｘ≦０．２）、ＢＳＳＮはＢａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚである（Ｍ＝Ｓｒ又はＣａ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦４、且つ０．０００５≦ｚ≦０．０５、好ましくは０≦ｘ≦０．２）。
【００５９】
後述される本発明の一部の実施形態では、発光材料は、基本的に、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）３（Ｍ＜ＩＶ＞（１−ｚ）Ｍ＜Ｖ＞ｚ）５Ｏ１２（Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞はＧａ、Ｓｃ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦１）、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）２Ｏ３（Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１）、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｓ（１−ｚ）Ｓｅｚ（Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦０．０１、０≦ｙ≦０．０５、０≦ｚ≦１）、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｏ（Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１）、（Ｍ＜Ｉ＞（２−ｘ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞２）Ｏ７（Ｍ＜Ｉ＞はＬａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦１）、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞（１−ｙ）Ｍ＜ＩＶ＞ｙ）Ｏ３（Ｍ＜Ｉ＞はＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ；Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１）、又はこれらの混合を含むグループから選択される材料からなる。
【００６０】
発光導光体は、青色域、緑色域、又は赤色域内の中心発光波長を有し得る。青色域は３８０〜４９５ｎｍと定められ、緑色域は４９５〜５９０ｎｍと定められ、赤色域は５９０〜８００ｎｍと定められる。
【００６１】
上記蛍光体に代えて又は加えて実施形態において使用され得る蛍光体の選択肢を、最大発光波長と共に下表１に示す。
【表１】
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【００６２】
本発明の実施形態に係る、後述される導光体は、光を別のスペクトル分布に変換するための適切な発光材料の濃度が異なる領域を含み得る。一実施形態では、透明な導光体は、一方だけが発光材料を有し、他方は透明であり又は発光材料の濃度が比較的低い、互いに隣接する２つの部分を含む。他の実施形態では、導光体は、第２の部分に隣接し、異なる発光材料又は異なる濃度の同じ発光材料を有する、更に別の第３の部分を含む。異なる部分は、一体的に形成され、一片の又は１つの導光体を形成してもよい。一実施形態では、導光体の異なる部分の間、例えば第１の部分と第２の部分との間に、部分的に反射性の要素が配置されてもよい。部分的に反射性の要素は、１つの特定の波長又はスペクトル分布の光を通過させ、異なる別の特定の波長又はスペクトル分布の光を反射するよう構成される。したがって、部分的に反射性の要素は、ダイクロイックミラー等のダイクロイック要素であってもよい。
【００６３】
後述される本発明に係る発光装置の実施形態において、光源が発した光を導光体内に効率的に結合するために、結合構造又は結合媒体が提供されてもよい。結合構造は、例えば、波状の構造を形成する凹凸等の特徴を有する屈折構造であり得る。結合構造の特徴の典型的なサイズは、５μｍ〜５００μｍである。特徴の形状は、例えば、半球状（レンズ）、角柱状、正弦波状、又はランダム（例えば、サンドブラスト）であり得る。適切な形状を選択することによって、導光体内に結合される光の量を調整することができる。屈折構造は、チゼル加工（chiseling）、サンドブラスト等の機械的手段によって作成され得る。あるいは、屈折構造は、例えばポリマー又はゾル−ゲル材料等の適切な材料を用いた複製によって作成され得る。代わりに、結合構造は回折構造であってもよく、回折結合構造の特徴の典型的なサイズは、０．２μｍ〜２μｍである。導光体の内側の回折角θｉｎは、回折格子の式λ／Λ＝ｎｉｎｓｉｎθｉｎ−ｎｏｕｔｓｉｎθｏｕｔによって与えられ、ここで、λはＬＥＤ光の波長であり、Λは格子周期であり、ｎｉｎ及びｎｏｕｔは導光体の内外の屈折率であり、θｉｎ及びθｏｕｔは導光体の内側の回折角及び外側の入射角である。低い屈折率の層及び結合媒体について、同じ屈折率ｎｏｕｔ＝１を仮定すると、全内部反射の条件ｎｉｎｓｉｎθｉｎ＝ｎｏｕｔにより、λ／Λ＝１−ｓｉｎθｏｕｔという条件が求められ、すなわち、垂直入射θｏｕｔ＝０の場合はΛ＝λである。一般的に、全ての他の角度θｏｕｔが導光体内に回折されるわけではない。これは、屈折率ｎｉｎが十分に高い場合にのみ起こる。回折格子の式から、条件ｎｉｎ≧２に対して、Λ＝λの場合、全ての角度が回折される。導光体内に屈折される光をより少なくする、他の周期及び屈折率も使用可能である。更に、一般的に、多くの光が透過される（０次オーダー）。回折される光の量は、格子構造の形状及び高さに依存する。適切なパラメータを選択することにより、導光体内に結合される光の量を調整することができる。このような回折構造は、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラフィによって作成された構造を複製することによって最も容易に作成される。複製は、ソフト・ナノ・インプリント・リソグラフィ等の方法によって行うことができる。結合媒体は、例えば、空気又は任意の他の適切な材料であり得る。
【００６４】
図１は、導光体４０７を有する照明システム、例えばデジタルプロジェクターの側面図を示す。導光体４０７は、出射光１７００が黄色及び／又は橙色の波長範囲内、すなわち、約５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内になるよう入射光１３００を変換するよう構成される。このために、導光体４０７は、例えば、Ｃｅドープ（Ｌｕ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２、又は（Ｙ，Ｔｂ）３Ａｌ５Ｏ１２等のセラミック材料からなる透明なガーネットとして提供され得る。Ｃｅ含有量が多い場合、並びに／又は、例えばＣｅによるＧｄ及び／若しくはＴｂの置換度が高い場合、導光体の発光のスペクトル分布はより高い波長にシフトし得る。一実施形態では、導光体４０７は完全に透明である。
【００６５】
光出口面４２００には光学素子９０９０が設けられる。光学素子９０９０は、導光体４０７０から出射された光１７００をフィルタリングしてフィルタリングされた光１７０１を提供するためのフィルタ９０９１、少なくとも１つの更なる光源９０９３、９０９４、及びフィルタリングされた光１７０１と少なくとも１つの更なる光源９０９３、９０９４からの光とを結合して共通の光出力１４００を供給するよう構成された光学部品９０９２を含む。
【００６６】
フィルタ９０９１は吸光フィルタ又は反射フィルタであり、固定又は切り替え可能であり得る。切り替え可能フィルタは、例えば、所望の光出力に応じてローパス、バンドパス、又はハイパスであり得る反射ダイクロイックミラー及び切り替え可能ミラーを設け、切り替え可能ミラーを光の進行方向で見てダイクロイックミラーの上流に配置することによって得ることができる。更に、２つ以上のフィルタ及び／又はミラーを組み合わせて、所望の光出力を選択することも可能である。図１に示されるフィルタ９０９１は、フィルタ９０９１の切り替え状態に応じて、フィルタリングされていない黄色及び／若しくは橙色光、又はフィルタリングされた光、具体的には、図示の実施形態ではフィルタリングされた赤色光を通過させることができる切り替え可能フィルタである。フィルタリングされた光のスペクトル分布は、採用されるフィルタ９０９１の特性に依存する。図示の光学部品９０９２は、Ｘキューブとも知られるクロスダイクロイックプリズムであってもよく、あるいは、個別のダイクロイックフィルタの適切なセットであってもよい。
【００６７】
図示の実施形態では、２つの更なる光源９０９３及び９０９４が設けられ、更なる光源９０９３は青色光源であり、更なる光源９０９４は緑色光源である。他の色の及び／又はより多くの更なる光源も実施可能である。他のオプションは、フィルタ９０９１によって除去された光を更なる光源として使用することである。
【００６８】
したがって、共通の光出力１４００は、導光体４０７によって出射され、フィルタ９０９１によってフィルタリングされた光１７０１と、２つの更なる光源９０９３及び９０９４によってそれぞれ出射された光との組み合わせである。共通の光出力１４００は、好適には白色光であり得る。
【００６９】
図１に示されるソリューションは、スケーラブルであり、費用対効果が高く、本発明の実施形態に係る発光装置の所与のアプリケーションの要件に応じて容易に適合可能であるという点で有利である。
【００７０】
図２Ａ及び図２Ｂは、導光体４０９０Ａ、４０９０Ｂの光入力面とは異なる１つの表面上に、対応する面から好ましくは約３０μｍ以内の距離に設けられたヒートシンク要素７０００Ａ及び７０００Ｂをそれぞれ有する導光体４０９０Ａ及び導光体４０９０Ｂの側面図をそれぞれ示す。実施形態によらず、各ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、向上された熱放散のためにフィン７１００、７２００、７３００を有するが、フィンはオプションの要素である。実施形態によらず、各ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、導光体の表面形状に適合するよう構成され、よって、導光体との接触領域全体に渡って合致する熱接触を提供するよう構成されたヒートシンク要素である。これにより、導光体の向上された冷却が得られ、ヒートシンク要素の配置に関する既存の許容限界はより致命的でなくなる。
【００７１】
図２Ａは、ヒートシンク要素７０００Ａが複数のヒートシンク部分、ここでは３つのヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、及び７００４を含み、そのうちの１つ以上、ここでは４つ全てが、フィンを備え得ることを示す。当然ながら、ヒートシンク要素７０００Ａが有するヒートシンク部分の数が多い程、ヒートシンク要素７０００は正確に導光体の表面と合致することができる。各ヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、７００４は、導光体との接触領域全体に渡って合致する熱接触を提供するよう構成される。ヒートシンク部分は、導光体の表面から互いに異なる距離に配置されてもよい。更に、ヒートシンク要素７０００Ａは、ヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、及び７００４がそれぞれ取り付け要素７０１０、７０２０、７０３０、及び７０４０によって個別に取り付けられる共通のキャリア７０５０を含む。あるいは、各ヒートシンク部分に各自のキャリアが割り当てられてもよい。これらの要素はオプションであることに留意されたい。
【００７２】
図２Ｂは、ヒートシンク要素７０００Ｂが配置される導光体４０９０Ｂの表面形状に合致するよう構成された底部７０６０をヒートシンク要素７０００Ｂが有することを示す。底部７０６０は柔軟であり、例えば、銅層等の熱伝導性の金属層であり得る。ヒートシンク要素７０００Ｂは、更に、ヒートシンク要素７０００Ｂの向上された柔軟性及び適合性のために、ヒートシンク要素７０００Ｂの底部要素７０６０と残りの部分との間に配置された熱伝導層７０７０を含む。熱伝導層７０７０は、例えば、熱伝導性の流体又はペーストであってもよい。一実施形態では、熱伝導層７０７０は高い反射率を有し及び／又は高い反射率のコーティングを有する。ヒートシンク要素７０００Ｂは、更に、向上された熱放散のために流体フローを生成するために、ヒートシンク要素７０００Ｂ内に配置された流体リザーバ７０８０を含む。変形例では、流体リザーバ７０８０は、ヒートシンク要素７０００Ｂの外部に配置されてもよく、例えば、ヒートシンク要素７０００Ｂの外周の一部又は全体に沿って延在してもよい。流体フローは、ポンプによって強められてもよい。伝導層７０７０及び流体リザーバ７０８０はオプションの要素であることに留意されたい。
【００７３】
実施形態によらず、ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ＡｌＳｉＣ、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、ＡｌＳｉＣ、銅タングステン合金、銅モリブデンカーバイド、カーボン、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２つ以上の組み合わせから選択される材料から形成され得る。更に、上記実施形態の特徴を兼ね備えたヒートシンク要素も実施可能である。また、上記実施形態のいずれかに係るヒートシンク要素を導光体４０９０Ａ又は４０９０Ｂの２つ以上の表面に配置することも可能である。
【００７４】
最後に、上記ヒートシンク要素の設置は、赤色波長範囲内の光を発し、且つ／又は、例えばＩＲ発光蛍光体を備えることによって赤外線波長範囲内の光を発するよう構成された光源を採用する発光装置の実施形態に特に適することに留意されたい。
【００７５】
図３は、本発明の第１の一般的実施形態に係る発光装置１の斜視図を示し、図４は、図３に係る発光装置の線Ｘ−Ｘ沿いの発光装置１の断面図を示す。発光装置１は、一般的に、図３ではそのうちの一部しか見えない複数の第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、第１の導光体３、及び、図３では見えない、導光体から光を出射するための１つの光取り出し要素９を含む。
【００７６】
本明細書に記載される光源は、好ましくは固体光源で、例えばＬＥＤであり、適切な種類のＬＥＤが上記されている。複数の第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８は、好ましくは、全てが同じスペクトル分布の光を発するが、他の実施形態では、２つ以上の異なるスペクトル分布の光を発してもよい。
【００７７】
第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８は、好ましくは銅、鉄、又はアルミニウム等の金属からなるヒートシンクの形態のベース又は基板１５上に配置される。ヒートシンクは、改良された熱放散のためにフィンを含み得る（不図示）。他の実施形態では、ベース又は基板はヒートシンクでなくともよいことに留意されたい。ヒートシンクを設けることにより、光源によって生成された熱を導光体から効率的に放散させることができる。これは、発光装置の取得可能な最大出力光強度を上昇させ、また、導光体内の過剰な熱による発光装置の光学性能への悪影響を低減し又は排除さえする。しかし、ヒートシンクは必須の要素ではなく、よって、他の実施形態では省かれ得る。
【００７８】
図示されるように、本実施形態では、第１の光源は、それぞれが合計９つの第１の光源を有する２つの３ｘ３アレイに配置される。図３に示される第１の光源２１−２８は長方形である。しかし、第１の光源は正方形でもよい。原則的に、例えば１０、２０、又は３０個の第１の光源等、任意の他の数の第１の光源が存在し得ることに留意されたい。
【００７９】
第１の導光体３は、第１の光入射面３１及び第２の面３２がそれぞれ第１の導光体３の下面及び上面となるよう、互いに対して平行な第１の光入射面３１及び第２の面３２を有する概して正方形のプレートとして図示されている。第１の導光体３は、さらに、側面３３、３４、３５、３６を有する。第１の導光体３は、バー状若しくはロッド状、十字、複数の十字、ディスク状、若しくは多角形の形状を有し、又は例えば長方形、円形、若しくは多角形のプレートとして成形されてもよい。第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８は、第１の導光体３の第１の光入射面３１と隣接し、光接触するよう配置される。
【００８０】
さらに、第１の導光体３は、透明材料、発光材料、ガーネット、集光材料、又はこれらの組み合わせを含み、適切な材料及びガーネットが上記されている。いずれにせよ、第１の導光体３は、あるスペクトル分布の光を異なる又は部分的に重複するスペクトル分布の光に変換可能な導光体である。したがって、第１の導光体が互いに光接触する２つの部分を含み、一方の部分は透明であり、他方の部分は、あるスペクトル分布の光を異なる又は部分的に重複するスペクトル分布の光に変換可能であってもよい。
【００８１】
したがって、一部の実施形態では、第１の導光体３は、あるスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換可能な材料を含む透明導光体である。あるスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換可能な材料は、第１の導光体３の表面上に配置されてもよく、一部の実施形態では、第１の導光体３の内部に埋め込まれる。
【００８２】
発光装置１は、さらに、導光体から光を出射するための第１の光取り出し要素９を含む。一般的に、第１の光取り出し要素は、導光体内又はその表面上の所定の位置に配置される。本発明によれば、第１の光取り出し要素９は、第１の光入射面３１の上に配置される。したがって、本発明によれば、第１の光入射面３１は、第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８によって発せられた光を受け取ることにより、部分的に光入射面領域として機能し、第１の光取り出し要素９を介して光を出射することにより、部分的に光出口面領域として機能する。言い換えれば、光入射面及び光出射面は、導光体の同じ面又は表面のセグメント又は領域である。
【００８３】
本発明によれば、第１の光取り出し要素９は、第１の光取り出し要素９が配置される表面の面の中心に配置される。より具体的には、第１の光取り出し要素９が配置される面は、周縁８１を有し、第１の光取り出し要素９は、この面上の点Ｐに配置され、点Ｐは、周縁８１に対して垂直な距離が可能な限り最大な位置に配置され、ここで、周縁８１に対して垂直な全ての距離に等しい重みが与えられる。
【００８４】
しかし、第１の光取り出し要素９の位置は、図４に示される位置には限定されず、原則的に、第１の導光体３の表面上の任意の所定位置に配置され得る。さらに、第１の光取り出し要素９は、原則的に、図７Ａ〜図７Ｇを参照して後述される種類のうちのいずれであってもよい。
【００８５】
図４を参照して、本発明に係る発光装置は、概して次のように機能する。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３が、複数の第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８の各光源によって発せられる。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、その後、第１の光入射面３１の一部において第１の導光体３の内部に入射する。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の少なくとも一部は、第１の導光体３によって、第２のスペクトル分布を有する第２の光１４に変換される。導光体は、第１の光１３の大部分が吸収され、少量の第１の光１３のみが導光体内で導光されるよう設計される。これは、第１の光１３の進行方向において十分高い吸収度を有する変換材料を導光体内に設けることによって達成され、かかる材料の適切な例が上記されている。最後に、第２のスペクトル分布を有する第２の光１４が、第１の光取り出し要素９によって第１の導光体３から、したがって発光装置１によって出射される。第２の光１４は、波長変換後、導光体内に等方的に出射される。導光体の材料の屈折率は、導光体の表面から光が出射するための臨界角を定める。例えば、導光体の材料の屈折率の値が１．８の場合、臨界角は約３３°（ｓｉｎ（臨界角）＝１／（屈折率）によって）であり、第２の光の約６％が導光体の各面から脱出又は出射する。したがって、導光体の最適な屈折率を選択することにより、第２の光１４の大部分が導光体内を導光される。発光領域は第１の光取り出し要素９のサイズに制限され、これにより、集光効果が得られる。
【００８６】
図５Ａ〜図５Ｇは、第１の導光体３から光を出射させるために選択可能な異なる種類の第１の光取り出し要素を示す。
【００８７】
図５Ａに示される発光装置１０２は、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分上に設けられた粗面の形態の第１の光取り出し要素９１０を含む。
【００８８】
図５Ｂに示される発光装置１０３は、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分内に埋め込まれた、好ましくは光の一部の波長のみを反射する散乱要素等である光方向転換要素、回折要素、屈折要素、又は反射要素の形態の第１の光取り出し要素９１１を含む。
【００８９】
図５Ｃに示される発光装置１０４は、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分を成形することによって提供される第１の光取り出し要素９１２を含む。図５Ｃに図示されるように、第１の光取り出し要素９１２は、第１の光入射面３１内の刻み又は窪みの形態で設けられる。他の実施形態では、成形は、第１の光入射面３１上に設けられた突起であってもよい。さらに、窪みであろうと突起であろうと、光取り出し要素９１２の形状は、図５Ｃに示される三角形に限定されず、四角形又は曲線的な形状等、任意の実施可能な形状であってもよい。
【００９０】
図５Ｄに示される発光装置１０５は、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分上に設けられた、取り出された光をさらに波長変換可能な蛍光体を含む第１の光取り出し要素９１３を含む。他の関連する実施形態では、光取り出し要素９１３は、散乱及び部分的波長変換を介して光を取り出すための蛍光体として提供され得る。
【００９１】
図５Ｅに示される発光装置１０６は、第１の光入射面３１に対して平行な方向に互いに隣接するよう配置され、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分上に設けられた２つの異なるルミネッセント要素、好ましくは蛍光体の形態の、異なる光学特性を有する２つの領域９１、９２を含む１つの第１の光取り出し要素を含む。あるいは、２つの領域９１、９２のそれぞれが、原則的に、本明細書に記載される光取り出し要素のうちのいずれか１つと類似する特性及び構成を有する領域であってもよい。
【００９２】
図５Ｆに示される発光装置１０７は、第１の光入射面３１に対して垂直な方向に互いに隣接するよう配置され、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分上に設けられた２つの異なるルミネッセント要素、好ましくは蛍光体の形態の、異なる光学特性を有する２つの領域９１、９２を含む１つの第１の光取り出し要素を含む。この場合、２つの領域９１、９２は重畳領域である。あるいは、２つの領域９１、９２のそれぞれが、原則的に、本明細書に記載される光取り出し要素のうちのいずれか１つと類似する特性及び構成を有する領域であってもよい。
【００９３】
また、第１の光取り出し要素が３つ以上の領域を有してもよい。
【００９４】
図５Ｇに示される発光装置１０８は、第１の導光体３の第１の光入射面３１の所定の部分上に設けられたピクセル化されたルミネッセント要素、好ましくはピクセル化された蛍光体の形態の第１の光取り出し要素９１４を含む。本実施形態は、白色光を発することが望まれる発光装置に特に適する。
【００９５】
具体的な実施形態によらず、第１の光取り出し要素９、又は少なくとも２つの領域のそれぞれは、発光装置によって発せられる光の所望のスポットサイズ及び／又はスポット形状を提供するサイズ及び／又は形状で提供され得る。
【００９６】
図６は、さもなければ、第１の光取り出し要素９が配置された部分以外の面又は部分から失われる光の量を減らし又は排除さえするための第１、第２、及び第３の反射要素７６、７８１、７８２、７９、７３を含む点で、図３及び図４に図示される上記実施形態とは異なる、本発明に係る発光装置１０９の実施形態の端面図を示す。
【００９７】
より具体的には、発光装置１０９は、第１の導光体の１つ又は複数のさらなる面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つの付近に又は上に配置された第１の反射要素７８１、７８２、７６、第２の面３２に配置された第２の反射要素７３、及び第１の光入射面３１の一部に配置された少なくとも１つの第３の反射要素７９を含む。図６では見えないさらなる面３５も、反射要素を有してもよい。
【００９８】
図示されるように、第３の反射要素７９は、第１の光入射面３１と光接触するよう配置され、一方、本実施例では、第１及び第２の反射要素７３、７６、７８１、７８２と、光出口面３２及びさらなる面３３、３４、３６との間に、それぞれギャップが設けられる。かかるギャップは、例えば空気、シリコーン等の光学接着剤、又はガラス材料によって充填され得る。
【００９９】
第１、第２、及び第３の反射要素は、例えば、導光体３の各表面の上に光学接着剤によって接着され、コーティングされ、又は蒸着されたミラープレート、ミラーフォイル、又はミラーコーティング等であり得る。適切な蒸着方法は、限定はされないが、薄膜蒸着、化学蒸着、及び物理蒸着を含む。
【０１００】
第１の反射要素７６、７８１、７８２は、それぞれ、自身が設けられる対応する面３３、３４、３６の表面積を実質的に完全に覆う。第２の反射要素７３は、第２の面３２の表面積を実質的に完全に覆う。第３の反射要素７９は、光源２１−２６及び第１の光取り出し要素９が設けられていない第１の光入射面３１の表面積を実質的に完全に覆う。
【０１０１】
第３の反射要素７９は、例えば、第１の光入射面３１上の、第１の光取り出し要素９の異なる側に配置された２つ以上の反射要素として提供され得る。あるいは、第３の反射要素７９は、光が発光装置１０９から出射されるよう脱出することができる第１の光入射面３１の部分を定める透明部分を有する１つの反射要素を含み、スルーホールは、第１の光取り出し要素９の形状に対応する形状を有する。
【０１０２】
上記反射要素の全てが存在しなければならないわけではなく、本発明の他の実施形態では、上記反射要素のうちの１つ又は一部のみが設けられてもよいことに留意されたい。また、本明細書に記載されるいずれかの実施形態に係る発光装置は、上記反射要素を１つ又は複数有し得る。
【０１０３】
次に、図７を参照すると、本発明に係る発光装置１１０の実施形態の端面図が示されている。発光装置１１０は、２つの点において上述された図３及び図４に示されるものと異なる。
【０１０４】
第１に、第１の光入射面３１に設けられた第１の光源２１及び２２に加えて、第１の光入射面３１と反対側の第１の導光体３の他の面、ここでは第２の面３２に、追加の第１の光源２３、２４が設けられている。したがって、図７に示される実施形態では、第１の光源２１及び２２、並びに追加の第１の光源２３及び２４は、互いに反対かつ平行な面の上に配置され、追加の第１の光源２３及び２４にとって、第２の面３２の一部が光入射面領域となる。言い換えれば、第１の光入射面３１は、第１の光源２１、２２によって発せられる光を受け取ることによって光入射面領域として部分的に機能し、第１の結合構造９を介して光を出射させることによって光出口面領域として部分的に機能し、第２の面３２は、（追加の）第１の光源２３、２４によって発せられる光を受け取ることによって光入射面領域として部分的に機能し、第１の結合構造９３を介して光を出射させることによって光出口面領域として部分的に機能する。
【０１０５】
第１の光源２１、２２、２３、２４は、それぞれベース１５１、１５２、１５３、１５４上に配置される。これにより、第１の導光体３内により多くの光を入射させることができ、第１の導光体３からのより高い強度及び輝度の光出力が得られる。
【０１０６】
第２に、第２の面３２の一部から光を出射させるための第２の光取り出し要素９３が設けられる。第２の光取り出し要素９３は、第１の光入射面３１に対して平行かつ反対な第１の導光体３の面の上、すなわち、図示の実施形態では第２の面３２の上であって、第１の光取り出し要素９の反対側に配置される。これにより、異なる反対側の面の上に配置されたここでは２つの光取り出し要素９、９３によって、第１の導光体３からより多くの光を出射することができ、よって、同様に第１の導光体３からのより高い強度及び輝度の光出力が得られ、また、２つの異なる方向から同時に光を出射することができる。
【０１０７】
追加の第１の光源２３、２４は、原則的に第１の導光体３の任意の面に配置され、かつ／又は、追加の第１の光源は、第１の光入射面３１以外の第１の導光体３の２つ以上の面に設けられてもよい。また、原則的に、任意の数の追加の第１の光源が設けられ得る。
【０１０８】
同様に、原則的に、第２の光取り出し要素９３は、第１の導光体３の任意の面に設けられ得ることに留意されたい。さらに、第２の光取り出し要素９３は、第２の面３２以外の第１の導光体３の２つ以上の面に設けられ得る。第２の光取り出し要素９３は、さらに、第１の光取り出し要素９に関して図５Ａ〜図５Ｄを参照して説明した種類のうちの任意のものであり得る。
【０１０９】
次に、図８を参照すると、本発明に係る発光装置１１１の実施形態の端面図が示されている。
【０１１０】
発光装置１１１は、ただ１つの点で、すなわち、第２の光取り出し要素９３を設けることに代えて又は加えて、第１の光取り出し要素９が、部分的に、又は図示されるように完全に第１の導光体３の周りに延在するよう設けられている点で、図７に示された上記実施形態から異なる。
【０１１１】
図７及び図８に係る実施形態によれば、第１の導光体３から２つ以上の表面又は面を介して、よって、２つ以上の方向に光を同時に出射することができる。
【０１１２】
また、図７及び８に係る実施形態では、光取り出し要素９、９３の各側に延在する第１の導光体３の端部は、例えば、図７及び図８に対応する端面図において見たとき、台形の断面を有するよう成形されてもよい。
【０１１３】
本発明に係る上記発光装置の全ての実施形態に関して、２つ以上の導光体、例えば２つ又は３つの導光体を設けてもよい。２つ以上の導光体は任意の所望の構成で配置され、非限定的な例として、最終的な発光装置を上から見たとき、互いに平行に、十字、プラス、弓、Ｔ字、又はＬ字の形状に配置され得る。
【０１１４】
図９は、本発明の実施形態に係る発光装置１１２の斜視図を示す。図１０は、図９に係る発光装置の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ沿いの発光装置１１２の断面図を示す。
【０１１５】
発光装置１１２は、第１のベース１５１、１５２の上に配置された第１の光源２１１、２２１、第１の導光体３、及び上記実施形態のいずれかに係る第１の光取り出し要素９を含む。
【０１１６】
発光装置１１２は、さらに、第２のベース１５３、１５４の上に配置された複数の第２の光源２１２、２２２、第２の導光体４、及び１つの第３の光取り出し要素９４を含む。第２の光源、第２のベース、第２の導光体、及び第３の光取り出し要素は、それぞれ、上記実施形態のいずれかに係る第１の光源、第１のベース、第１の導光体、及び第１の光取り出し要素に対応する種類のものである。
【０１１７】
したがって、発光装置１１２は、基本的に、図３〜図８に関して上記した実施形態のいずれかに係る２つの同一な発光装置１、１０１〜１１１を含む。あるいは、図９に示される種類の発光装置は、図３〜図８に関して上記した実施形態のいずれかに係る２つの異なる発光装置１、１０１〜１１１を含み得る。また、同様に、図３〜図８に関して上記した実施形態のいずれかに係る３つ以上の発光装置１、１０１〜１１１を含む発光装置も可能である。
【０１１８】
第２の導光体４は、概して、第２の光入射面４１を有する正方形のプレートの形状を有するものとして図示されている。第２の導光体４は、さらに、側面４２、４３、４４、４５、４８を含む。第２の導光体４は、バー状若しくはロッド状、又は長方形のプレート等の形状を有してもよい。第２の光源２１２、２２２は、第２の導光体４の第２の光入射面４１と隣接し、光接触するよう配置される。
【０１１９】
第１の導光体３及び第２の導光体４は、第１の光入射面３１の面及び第２の光入射面４１の面が、互いに対して反対側を向くよう、互いに対して配置される。
【０１２０】
また、第２の導光体４は、第１の導光体３の材料と異なる又は同じ透明材料、発光材料、ガーネット、集光材料、又はこれらの組み合わせを含み得る。適切な材料及びガーネットが上記されている。
【０１２１】
しかし、好ましくは、第２の導光体４は、あるスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換可能な材料を含む透明導光体である。あるスペクトル分布の光を他のスペクトル分布の光に変換可能な材料は、第２の導光体４の面上に配置され、実施形態によっては第２の導光体４の内部に埋め込まれ、材料は、第１の導光体３の材料と異なっても同じでもよい。
【０１２２】
したがって、第１及び第３のスペクトル分布、並びに第２及び第４のスペクトル分布は、それぞれ同一の又は異なるスペクトル分布であり得る。
【０１２３】
図９に示されるように、第３の光取り出し要素９４は、第２の光入射面４１上の、第２の光入射面４１が延在する面の中心に配置される。より具体的には、第２の光入射面４１は周縁８２を有し、第３の光取り出し要素９４は、この面上の点Ｐに配置され、点Ｐは、周縁８２に対して垂直な距離が可能な限り最大な位置に配置され、周縁８２に対して垂直な全ての距離に等しい重みが与えられる。
【０１２４】
しかし、第３の光取り出し要素９４の位置は、図９に示される位置には限定されず、原則的に、第２の導光体４の第２の光入射面４１が延在する面の任意の所定位置に配置され得ることに留意されたい。さらに、第３の光取り出し要素９４は、原則的に、図５Ａ〜５Ｇを参照して第１の光取り出し要素９に関して上記した種類のうちの任意のものであり、第３の光取り出し要素９４は、第１の光取り出し要素９と同じ種類又は異なる種類であり得る。
【０１２５】
あるいは、第２の光取り出し要素が、異なる光学特性を有する２つ以上の領域を有してもよい。
【０１２６】
他の実施形態では、第１及び／又は第３の光取り出し要素９、９４が第１の導光体３及び第２の導光体４の一方又は両方の周りに部分的に又は完全に延在してもよく、かつ／又は、第１及び第３の光取り出し要素９、９４は、１つの連続的な光取り出し要素であってもよい。
【０１２７】
図９及び１０に係る発光装置１１２は、概して次のように機能する。複数の第１の光源２１１、２２１の各光源によって、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３が発せられる。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、その後、第１の光入射面３１の一部において第１の導光体３内に入射する。第１のスペクトル分布の第１の光１３の少なくとも一部は、第１の導光体３によって、第２のスペクトル分布の第２の光１４に変換される。最後に、第２のスペクトル分布の第２の光１４は、第１の光取り出し要素９を介して第１の導光体３から、よって発光装置１１２から出射される。発光領域は第１の光取り出し要素９のサイズに制限され、これにより、集光効果が得られる。同時に、複数の第２の光源２１２、２２２の各光源によって第３のスペクトル分布の第３の光１７が発せられる。第１のスペクトル分布の第３の光１７は、その後、第２の光入射面４１の一部において第２の導光体４内に入射する。第３のスペクトル分布の第３の光１７の少なくとも一部は、第２の導光体４によって、第４のスペクトル分布の第４の光１８に変換される。最後に、第４のスペクトル分布の第４の光１８は、第３の光取り出し要素９４を介して第２の導光体４から、よって発光装置１１２から出射される。発光領域は第３の光取り出し要素９４のサイズに制限され、これにより、集光効果が得られる。
【０１２８】
当業者は、本発明が如何ようにも上記実施形態に限定されないことを認識する。反対に、添付の特許請求の範囲の範囲内で、多くの改変形態及び変形形態が実現可能である。
【０１２９】
さらに、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を分析することにより、当業者は、開示の実施形態の変形形態を理解及び実施することができる。請求項中、「含む」等の用語は他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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５Ｇ】
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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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