(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
色点可変発光装置であって、
波長変換素子と非波長変換素子とを有する部材であり、前記波長変換素子は、第１の波長の光を第２の波長の光へと変換して前記第２の波長の光を放つように構成され、前記非波長変換素子は、前記第１の波長の光を方向転換するように構成される、部材と、
制御可能光学素子を有する光源であり、前記波長変換素子の部分と前記非波長変換素子の部分との双方を第１の波長の光で照らすように構成された光源と、
前記制御可能光学素子を制御するように構成されたコントローラと
を有し、
前記制御可能光学素子は、前記光源によって照らされる前記波長変換素子の前記部分と前記非波長変換素子の前記部分との空間的広がりを変化させるように構成される、
発光装置。
【請求項２】
前記制御可能光学素子は、前記波長変換素子の部分と前記非波長変換素子の部分との双方を照らす前記第１の波長の光の角度分布を変化させるように構成される、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記制御可能光学素子はダイアフラムを有する、請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記制御可能光学素子は、前記波長変換素子及び前記非波長変換素子における照射スポットを変化させるように構成される、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記制御可能光学素子は、前記光源の焦点を変化させるように構成される、請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記部材は、前記波長変換素子及び前記非波長変換素子によって構築された単一ユニットである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記非波長変換素子は、前記第１の波長の光によって照らされたときに前記第１の波長の光を散乱させるように構成された散乱素子を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記散乱素子は、ランバート光分布で前記第１の波長の光を散乱させるように構成される、請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記非波長変換素子は、前記第１の波長の光によって照らされたときに前記第１の波長の光を屈折させるように構成された屈折及び／又は回折素子を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記非波長変換素子は、前記第１の波長の光によって照らされたときに前記第１の波長の光を反射するように構成された反射素子を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記波長変換素子は、材料のドープされた部分を有し、前記非波長変換素子は、前記材料のドープされていない部分を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記波長変換素子及び／又は前記非波長変換素子は、Ｃｅでドープされた、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）を有する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記散乱素子は、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ  Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を含む材料の群から選択された材料を有し、又は、前記散乱素子は、空気含有物若しくは表面構造又はこれらの組み合わせを有する、請求項７又は８に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記反射素子は、銀、アルミニウム、窒化ホウ素、微孔形成されたポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、又はこれらの組み合わせ、を含む材料の群から選択された材料を有する、請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１５】
光の色点を変化させる方法であって、
波長変換素子と非波長変換素子とを有する部材を配設することであり、前記波長変換素子は、第１の波長の光を第２の波長の光へと変換して前記第２の波長の光を放射するように構成され、前記非波長変換素子は、前記第１の波長の光を方向転換するように構成される、配設することと、
前記部材の前記波長変換素子の部分と前記非波長変換素子の部分との双方を、制御可能光学素子を有する光源からの第１の波長の光で照らすことと、
前記制御可能光学素子をコントローラで制御することであり、前記部材によって放射及び／又は方向転換される光の色点が変化されるように、前記制御可能光学素子が、前記光源によって照らされる前記波長変換素子の前記部分と前記非波長変換素子の前記部分との空間的広がりを変化させるように制御される、制御することと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色点可変発光装置、及び光の色点を変化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光を放つ近年のエネルギー効率の良い光源モジュールは、しばしば、青色スペクトル域の光を供する発光ダイオードＬＥＤと、青色光の少なくとも一部を緑黄色スペクトル域へと変換するように構成された波長変換素子とに基づいている。このような光源モジュールによって提供される白色光の色点（カラーポイント）は、これら２つのスペクトル寄与の比率、すなわち、青色光と黄緑色光との比率によって決定される。光源モジュールの色点は、例えば、青色光のパワー、波長変換素子の厚さ、材料及び／又は構造によって、所与の値に設定され得る。従って、波長変換素子との相互作用によって変換される光の量を調整することが可能である。代わりに、例えば後方反射鏡などの追加の光コンポーネントを使用して、２つのスペクトル寄与の比率、すなわち、青色光と黄緑色光との比率を変化させることもある。しかしながら、光源モジュールから放たれる光の色点を制御することは、波長変換素子の変換効率が動作条件（最も重要なのは駆動電流及び周囲温度である）によって影響されるので、難題であることが多い。
【０００３】
光源モジュールは、波長変換材料から放たれる黄緑色光のビームに対して付加的なものである別個の青色光のビームを有し得る。これら２つのビームからの光を組み合わせることは、光源モジュールから放射される白色光の色点のチューニングを可能にする。このアプローチは普遍的であるが、光源モジュールのアーキテクチャに追加の複雑さを導入し、光学設計をいっそう複雑にする。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つの目的は、上述の問題の一部を少なくとも部分的に克服すること、及び放射光の色点の改善された制御を提供することである。
【０００５】
本発明の一態様によれば、この目的及びその他の目的が、色点可変発光装置を提供することによって達成される。色点可変発光装置は、波長変換素子と非波長変換素子とを有する部材であり、波長変換素子は、第１の波長の光を第２の波長の光へと変換して第２の波長の光を放つように構成され、非波長変換素子は、第１の波長の光を方向転換するように構成される、部材と、制御可能光学素子を有する光源であり、波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との双方を第１の波長の光で照らすように構成された光源と、制御可能光学素子を制御するように構成されたコントローラとを有する。制御可能光学素子は、光源によって照らされる波長変換素子の上記部分と非波長変換素子の上記部分との空間的広がりを変化させるように構成される。
【０００６】
１つの利点は、色点可変発光装置から放射される光の色点、すなわち、スペクトル組成が、効果的に調整され得ることである。換言すれば、波長変換素子及び非波長変換素子のそれぞれの部分を照らす光の量が変化されるように、すなわち、可変にされるように、制御可能光学素子を調節することによって、放射される光の色点が所望の値に設定され得る。それにより、放射光の色点を調整するための、単純な、小型の、コスト効率の良い構成が達成される。
【０００７】
光を変換する波長変換素子の効率は、例えば、その温度に依存することがあり、それ故に、波長変換部材から放たれる光のパワーが、温度変化の結果として変化することがある。これは、色点可変発光装置の色点に影響を及ぼし得る。しかしながら、照らされる波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との比率における変化は、放射光の所望の色点が維持され得るように、色点可変発光装置から放射される光のスペクトル組成を元に戻し得る。
【０００８】
光学素子なる用語は、光の性質が変化されるように光に作用する要素として理解されるべきである。光学素子は、例えば、光の方向及び／又は光の伝播経路を変化させ得る。光学素子は更に、光の空間的広がりに影響を及ぼし得る。光学素子は、例えば、レンズ、プリズム、回折格子、ミラー、ダイアフラム、アニュラ、及び／又はスリットを有し得る。
【０００９】
波長変換素子なる用語は、第１の波長又は第１の波長域の光を第２の波長又は第２の波長域の光に変換する任意の要素として理解されるべきである。波長変換は、発光、蛍光発光及び／又は燐光発光によるものとすることができ、照射光の波長に対する、変換された放射光の波長におけるストークスシフトの発生をもたらす。
【００１０】
非波長変換素子なる用語は、第１の波長の光が、波長又は波長域におけるシフトすなわち変化なく、方向を変えられるように、第１の波長の光を散乱、屈折、回折、及び／又は反射する任意の要素として理解されるべきである。
【００１１】
制御可能光学素子は、波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との双方を照らす第１の波長の光の角度分布を変化させるように構成され得る。それにより、追加の光学素子の必要なく、第１の波長及び第２の波長の光の相対的な寄与を変化させる小型のソリューションが得られる。色点可変発光装置によって放射される光の色点の効果的な調整（チューニング）が更に得られる。
【００１２】
上記部材は、波長変換素子及び非波長変換素子によって構築された単一ユニットとし得る。それにより、色点可変発光装置の単純化された組立て及び位置合わせが提供される。
【００１３】
非波長変換素子は、第１の波長の光によって照らされたときに第１の波長の光を散乱させるように構成された散乱素子を有し得る。第１の波長の光の散乱は、色点可変発光装置からの放射光のカラーオーバーアングルばらつき（角度依存の色バラつき）が低減され得るように光を効果的に再分配することを可能にする。従って、色点可変発光装置から放射される光の、空間的にいっそう均一な色点が達成される。
【００１４】
散乱素子は、ランバート光分布で第１の波長の光を散乱させるように構成され得る。それにより、散乱素子は、第１の波長の光が、波長変換素子から放たれる第２の波長の光の角度分布と同様の角度分布で、非波長変換材料を出て行くことをもたらす。それにより、色点可変発光装置からの放射光のカラーオーバーアングルばらつきが低減され得る。従って、空間的にいっそう均一なスペクトル分布を持つ発光が得られる。
【００１５】
非波長変換素子は、第１の波長の光によって照らされたときに第１の波長の光を屈折及び／又は回折させるように構成された屈折及び／又は回折素子を有し得る。それにより、第１の波長の光が空間内で効果的に方向転換され得る。
【００１６】
非波長変換素子は、第１の波長の光によって照らされたときに第１の波長の光を反射するように構成された反射素子を有し得る。それにより、第１の波長の光が空間内で効果的に方向転換され得る。
【００１７】
よって、非波長変換素子から出射する第１の波長の光の角度的な方向及び分布が、屈折、回折、及び／又は反射によって、波長変換素子から放たれる第２の波長の光と一致するように設定され得る。それにより、色点可変発光装置から放射される光の向上された均一性が得られる。
【００１８】
波長変換素子が、材料のドープされた部分を有するとともに、非波長変換素子が、この材料のドープされていない部分を有し得る。非波長変換素子及び波長変換素子を設けるときに同じ材料を用いることにより、色点可変発光装置の単純化された製造が得られる。材料のドーピングは、第１の波長の光が第２の波長の光に変換されるような波長変換素子における光変換を支援するものとして理解されるべきである。材料の所望の部分をドーピングすることにより、光の波長変換が提供される。
【００１９】
波長変換素子及び／又は非波長変換素子は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を有し得る。
【００２０】
波長変換素子は、Ｃｅでドープされた、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）を有し得る。
【００２１】
散乱素子は、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ  Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を含む材料の群から選択された材料を有し、又は、空気含有物若しくは表面構造又はこれらの組み合わせを有し得る。
【００２２】
反射素子は、銀、アルミニウム、窒化ホウ素、微孔（microcellular）形成されたポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、又はこれらの組み合わせ、を含む材料の群から選択された材料を有し得る。
【００２３】
反射素子は更に、散乱素子を含んだ、例えば、セラミックス、ＹＡＧ、サファイア、ガラス、又はシリコーン樹脂などのバインダ材料を有していてもよい。
【００２４】
反射素子は、散乱素子を含んだバインダ材料を有し得る。
【００２５】
光源は、レーザダイオード及び／又は発光ダイオードを有し得る。
【００２６】
本発明の第２の態様によれば、光の色点を変化させる方法が提供される。当該方法は、波長変換素子と非波長変換素子とを有する部材を配設することであり、波長変換素子は、第１の波長の光を第２の波長の光へと変換して第２の波長の光を放射するように構成され、非波長変換素子は、第１の波長の光を方向転換するように構成される、配設することと、上記部材の波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との双方を、制御可能光学素子を有する光源からの第１の波長の光で照らすことと、制御可能光学素子をコントローラで制御することとを有する。制御可能光学素子は、上記部材によって放射及び／又は方向転換される光の色点が変化されるように、光源によって照らされる波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との空間的広がりを変化させるように制御される。
【００２７】
このような方法の機能及び利益は、色点可変発光装置に関して上述されている。上述の特徴は、適用可能なとき、この第２の態様にも同様に当てはまる。不要な繰り返しを避けるために、上記を参照する。
【００２８】
なお、本発明は、請求項に記載される特徴の全ての可能な組み合わせに関する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
以下、本発明のこの態様及びその他の態様を、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して更に詳細に説明する。
【図１】透過モードで光を放射する色点可変発光装置の側断面図を例示している。
【図２】反射モードの色点可変発光装置の側断面図を例示している。
【図３】光の色点を変化させる方法を例示している。  これらの図に示されるように、層及び領域のサイズは、図示の目的で誇張されており、故に、本発明の実施形態の概略構造を示すために提供されている。全体を通して、似通った参照符号は同様の要素を指している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、現時点で好適な本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明をいっそう十分に説明する。しかしながら、この発明は、数多くの異なる形態で具現化され得るものであり、ここに説明される実施形態に限定されるように解釈されるべきでなく、むしろ、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るものであり、また、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるものである。
【００３１】
図１は、透過モードで光を放射する色点可変発光装置１００の側断面図を例示している。色点可変発光装置１００は、ここから発光装置１００として参照するが、光源１０２と、部材１０４と、コントローラ１０６とを有している。
【００３２】
光源１０２は、効率的な照射を提供するレーザダイオード及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し得る。光源１０２から放たれる光は、単色とすることができ、且つ／或いはコリメートされ得る。
【００３３】
部材１０４は、このケースでは、波長変換素子１０８と非波長変換素子１１０とによって構築された単一のユニットである。
【００３４】
波長変換素子１０８は、第１の波長（又は第１の波長域）の光１１２を第２の波長（又は第２の波長域）の光１１４に変換して、第２の波長の光１１４を放射１１６するように構成される。非波長変換素子１１０は、第１の波長の光１１２を方向転換１１８するように構成される。従って、第１の波長の光１１２と第２の波長の光１１４とが、発光装置１００から放射される。
【００３５】
光源１０２は、制御可能な光学素子１２０を有している。光源１０２は、波長変換素子１０８の部分１２２と非波長変換素子１１０の部分１２４との双方を第１の波長の光１１２で照らすように示されている（図１の一点鎖線の照射コーン１２６によって指し示される角度分布を参照）。第１の波長の光１１２と第２の波長の光１１４との比率が、発光装置１００から放射される光の色点を決定する。換言すれば、発光装置１００から放射される光のスペクトル分布が、照らされるそれぞれの部分１２２、１２４の大きさを調整することによって、所望の値に設定され得る。部分１２２、１２４が大きいほど、より多くの対応する波長の光が発光装置１００によって放射される。
【００３６】
コントローラ１０６は、光源１０２によって照らされる波長変換素子１０８の部分１２２と、非波長変換素子１１０の部分１２４との比率が変化されるように、制御可能光学素子１２０を制御するように構成される。制御可能光学素子１２０は更に、波長変換素子１０８の部分１２２と非波長変換素子１１０の部分１２４との双方を照らす第１の波長の光１１２の角度分布を可変１２１にするように構成される。
【００３７】
この目的のため、図１の（点線の）照射コーン１２８は、非波長変換素子１１０の部分１２５が、一点鎖線の照射コーン１２６によって部分１２４が照らされる状況と比較してサイズ的に縮小される状況を例示している。照射角度が照射コーン１２６から（より小さい）照射コーン１２８へと変化されるとき、第２の波長の光１１４が、発光装置１００によって放射される光全体の、より大きい部分となる。換言すれば、照射コーン１２８は、非波長変換素子１１０によって方向転換され得る第１の波長の光１１２の量を低減させる。
【００３８】
それにより、発光装置１００は、照射コーンを変化させることによってその色点が変化され得る光の放射を可能にする。それにより、色点の変化（例えば、周囲温度の変化又は使用中の加熱による部材１０４の温度の変化から生じる）が、照らされる波長変換素子１０８の部分１２２と非波長変換素子の部分１２４、１２５との比率を変化させることによって、効果的に打ち消され得る。温度は、例えば、温度センサによって測定されることができ、また、コントローラ１０６の入力信号とされ得る。
【００３９】
第１の波長の光１１２は、青色光を提供する光スペクトルの青色レンジ内の波長を有し、第２の波長の光１１４は、黄緑色光を提供する光スペクトルの黄緑色レンジ内の波長を有し得る。発光装置１００からの青色光及び黄緑色光が更に、組み合わされるときに白色光を作り出し得る。従って、発光装置１００は、青色光及び黄緑色光の量を調整することによって、所望のスペクトル分布を有する白色光を提供し得る。発光装置１００によって放射される白色光は、例えば、照らされる部分１２４の面積を増大させることによって、より白く見えるようにされ得る。すなわち、非波長変換素子１１０によって方向転換される第１の波長の青色光１１２の量を増加させることによって、光が色的にあまり黄色くないようになる。
【００４０】
より一般的には、白色光の色点は、第１の波長の光１１２と第２の波長の光１１４との比率を調節することによって、所定の値に設定され得る。例えば、約３：１の黄緑及び青のスペクトル寄与は、約３０００Ｋの色点を持つ白色光を提供し得る。従って、このような色点を提供するためには、波長変換素子１０８の部分１２２と比較して、非波長変換素子１１０の相対的に小さい部分１２４のみが照らされる必要がある。それにより、所望の色点を持つ光を放射する小型のチューナブル発光装置１００が提供され得る。
【００４１】
第２の波長の光１１４の量は、波長変換素子１０８の厚さを増大させることによって増加されてもよく、すなわち、より大きい厚さは、波長変換素子１０８の波長変換効率を上昇させ得る。
【００４２】
なお、制御可能光学素子１２０は、光源１０２に一体化されてもよいし、光源１０２の外部であってもよい。
【００４３】
当業者が気付くことには、制御可能光学素子１２０は、光の角度分布を可変１２１にすることによってのみでなく、波長変換素子１０８の部分１２２と非波長変換素子の部分１２４との双方を照らす第１の波長の光１１２の分布を可変１２１にするように構成されてもよい。それぞれの部分１２２、１２４を照らす光の分布は、例えば、虹彩絞りとしても参照されるダイアフラムを利用することにより、部分１２２、１２４上の光の空間的な広がりを変化させることによって可変にされ得る。換言すれば、部材を照らす光のビームのビーム径が、ダイアフラムの開口のサイズを変更することによって変化され得る。その代わりに、部材に到達する第１の波長の光として得られる照射スポットが、制御可能光学素子を変化させることによって、部材上でのその位置を変化させるようにされてもよい。それにより、それぞれの部分１２２及び１２４を照らす光の分布が、部材に対する光源の移動によって変化されることができ、すなわち、照射スポットが部材を横切ってスイープされ得る。
【００４４】
照射スポットのサイズは更に、光の焦点を変化させることによって、又は制御可能光学素子の開口数を変えることによって変化されてもよい。
【００４５】
波長変換素子及び非波長変換素子のそれぞれの部分の露光のバランスをとるために、焦点を可変にすることと、部材上の照射スポットの位置をシフトさせることとの組み合わせが更に使用されてもよい。
【００４６】
光の分布を可変にすることの結果として、波長変換素子の部分を照らす第１の波長の光と、非波長変換素子の部分を照らす第１の波長の光との比率が調整され得る。
【００４７】
コントローラ１０６は、光源１０２とともに単一のユニットを形成してもよい。
【００４８】
波長変換素子１０８は、Ｃｅ又はＬｕでドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を有し得る。ＣｅでドープされたＹＡＧは、可視光スペクトルの黄緑色部分での発光を提供するとともに、青色光で照射されるときに比較的高い変換効率を有する。当業者が気付くことには、第１の波長から第２の波長への波長変換には、他の材料及び／又はドーパントが使用されてもよい。
【００４９】
非波長変換素子１１０は、非波長変換素子１１０の部分１２４、１２５を照らす第１の波長の光１１２が屈折されるように、屈折素子を有し得る。図１において、非波長変換材料は屈折素子１１１である。それにより、非波長変換素子１１０は、第１の波長の光１１２が方向転換１１８されるように屈折を行う。
【００５０】
非波長変換素子１１０の寸法、幾何学形状及び／又は屈折率が、第１の波長の光１１２が発光装置１００から放射される角度的な方向及び／又は空間的な位置を決定し得る。従って、非波長変換素子１１０の材料並びに例えば厚さなどの寸法及び例えばファセット傾斜などの幾何学形状の選択が、発光装置１００から放射される第１の波長の光１１２の空間分布を設定し得る。
【００５１】
非波長変換素子１１０は、例えば可視スペクトルにおいて少なくとも１．８といった、空気よりも高い屈折率を持つイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を有することができ、第１の波長の光１１２がＹＡＧ材料中を伝達されるときに効果的に屈折されるようにされ得る。
【００５２】
非波長変換素子１１０は、散乱素子１３０を有し得る。図１において、複数の散乱素子１３０が示されている。散乱素子１３０は、第１の波長の光１１２が散乱素子１３０に入射するときに、第１の波長の光１１２を散乱するように構成される。
【００５３】
散乱素子１３０は、散乱素子１３０を取り囲む非波長変換材料１１０の屈折率とは異なる屈折率を持ち得る。屈折率の差は、光の効果的な散乱を可能にし、それ故に、第１の波長の光１１２が、散乱素子１３０によって効果的に再分布され得る。図１の散乱素子１３０は、非波長変換素子１１０内にランダムに分布されている。当業者が気付くことには、非波長変換素子１１０内の散乱素子１３０のその他の分布も可能であり、また、散乱素子１３０の位置は、散乱される光の量及び光が散乱される角度に影響を及ぼし得る。
【００５４】
一般に、散乱素子の分布は、波長変換素子から放たれる光の角度的な放射分布を模倣する及び／又はそれに合致するように変えられ得る。
【００５５】
散乱素子１３０のサイズ及び形状は更に、光の散乱に影響し得る。球の散乱は、例えばＭｉｅ理論によって記述されることができ、当業者が理解することには、所与の波長に関して、例えば散乱素子１３０及びその周囲の屈折率などの光パラメータ、及び散乱素子のサイズが、散乱素子１３０の散乱効率に影響を及ぼし得る。これらのパラメータの適切な選択により、所与の波長の散乱が改善され得る。
【００５６】
散乱素子１３０は、例えば、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ  Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を含む材料の群から選択された材料を有することができ、又は、空気含有物若しくは表面構造、又はこれらの組み合わせを有する。
【００５７】
当業者が気付くことには、例えばＰＣＡの場合、散乱はセラミックのバルク内で起こり、すなわち、多結晶粒界間の屈折率変化上で起こる。この意味において、散乱素子１３０と非波長変換部材１１０とが１つの塊（ボディ）を構成する。
【００５８】
散乱素子は、空気含有物を有していてもよい。
【００５９】
散乱素子は、表面構造を有していてもよい。表面構造は、光が非波長変換材料の表面で散乱及び／又は屈折されるように粗面化された非波長変換素子の表面とし得る。散乱素子は更に、散乱による効果的な光の再分布をもたらす例えば半球構造又はその他の微細構造の表面パターンを有していてもよい。
【００６０】
波長変換素子１０８は、光の効率的な波長変換を提供するＬｕｍｉｒａｍｉｃ（登録商標）、すなわち、Ｃｅ（ＩＩＩ）ドープされたイットリウムガドリニウムアルミニウムガーネット（Ｙ，ＧｄＡＧ：Ｃｅ）の多結晶セラミックプレートを有し得る。
【００６１】
波長変換素子１０８は、Ｃｅでドープされた、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）を有していてもよい。
【００６２】
図２は、反射モードで光を放射する色点可変発光装置２００の側断面図を例示している。色点可変発光装置２００は、ここから発光装置２００として参照するが、図１に関しても述べたように、光源１０２と、部材２０４と、コントローラ１０６とを有している。
【００６３】
部材２０４は、このケースでは、波長変換素子２０８と非波長変換素子２１０とによって構築された単一のユニットである。波長変換素子２０８は、第１の波長の光１１２を第２の波長の光１１４に変換して、第２の波長の光１１４を放射２１６するように構成される。非波長変換素子２１０は、第１の波長の光１１２を方向転換２１８するように構成される。従って、第１の波長の光１１２と第２の波長の光１１４とが、発光装置２００から放射される。
【００６４】
上述のように、光源１０２は、制御可能な光学素子１２０を有している。光源１０２は、波長変換素子２０８の部分１２２と非波長変換素子２１０の部分１２４との双方を第１の波長の光１１２で照らす（図２の照射コーン１２６及び１２８によって指し示される角度分布を参照）。光源１０２のその他の特徴及び利益について、簡潔さのために再び開示はせず、図１を参照する。
【００６５】
第１の波長の光１１２と第２の波長の光１１４との比率が、発光装置２００から放射される光の色点を決定する。換言すれば、発光装置２００から放射される光のスペクトル分布が、照らされるそれぞれの部分１２２及び１２４の大きさを調整することによって、所望の値に設定され得る。これは、波長変換素子２０８の部分１２２と非波長変換素子２１０の部分１２４との双方を照らす第１の波長の光１１２の角度分布を可変１２１にすることによって達成され得る。
【００６６】
第１の波長の光１１２の効果的な再分布を提供するため、非波長変換素子２１０は反射素子２１１を有している。反射素子２１１は、第１の波長の光１１２によって照らされるときに、第１の波長の光１１２を反射して、それが方向転換２１８されるように構成される。発光装置２００は、それにより、第１の波長の光１１２及び第２の波長の光１１４を放射し得る。
【００６７】
なお、素子２１１は図２において、表面素子として示されているが、当業者が気付くことには、反射はまた、非波長変換材料のバルク内で行われてもよい。
【００６８】
コントローラ１０６は、発光装置２００の色点のチューニングを達成するように構成される。これは、光源１０２によって照らされる波長変換素子の部分１２２と、非波長変換素子の部分１２４との比率が変化されるように、制御可能光学素子１２０を制御することによって達成される。図２の点線の照射コーン１２８も、非波長変換素子２１０の部分１２５が、一点鎖線の照射コーン１２６によって照らされる部分１２４と比較してサイズ的に縮小される状況を例示している。
【００６９】
それにより、第１の波長の光１１２は、より小さい程度で、発光装置２００の反射素子２１１によって反射される。それにより、発光装置２００は、その色点が変化され得る光の放射を可能にする。それにより、色点の変化（例えば、周囲温度の変化又は使用中の加熱による部材の温度の変化から生じる）が、照らされる波長変換素子２０８の部分と非波長変換素子２１０の部分との比率を変化させることによって、効果的に打ち消され得る。例えば、温度センサが、コントローラ１０６に入力信号を送信し得る。
【００７０】
反射素子２１１は、光の鏡面反射を提供する実質的に滑らかな反射面を有し得る。それにより、反射素子２１１に入射する同一の入射角を持つ第１の波長の光１１２が、反射の法則によって記述され得る単一の出射方向へと向け直され得る。反射面は、例えば、アルミニウム又は銀などの金属を有し得る。
【００７１】
反射素子２１１は、光の拡散反射を提供する粗面加工又はパターン加工された反射面を有していてもよい。それにより、反射素子２１１に入射する同一の入射角を持つ第１の波長の光１１２が、様々な方向へと向け直され得る。何故なら、粗面加工又はパターン加工された反射面に入射する第１の波長の光１１２の個々の光線が、異なる向き、すなわち、異なる表面法線を持つ表面部分で反射され得るからである。それにより、個々の光線は、反射の法則に従って反射面で反射され得るが、様々な方向へと散乱し得る。従って、第１の波長の光１１２は、反射素子２１１によって拡散的に散乱及び／又は再分布され得る。
【００７２】
さらに、光は、適切な表面パターニング又は構造化を適用することによって再分布されることができる。
【００７３】
反射素子２１１は、光の効率的な反射を提供する例えば銀又はアルミニウムなどの金属を有し得る。銀又はアルミニウムは鏡面反射を提供し得る。
【００７４】
非波長変換材料２１０が、反射素子２１１を形成してもよい。
【００７５】
反射素子２１１は、微孔形成されたポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）、半透明な多結晶アルミナセラミックス（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、又はこれらの組み合わせを有し得る。このような反射素子２１１は、例えばＹＡＧ、サファイア、シリコーン又はガラスを有する非波長変換素子２１０の表面又は内部に配置され得る。それにより、第１の波長の光１１２がこのような反射素子２１１に入射するときに、第１の波長の光１１２の反射が達成され得る。
【００７６】
反射素子２１１は、第１の波長の光１１２の反射と改善された熱マネジメントとを提供する窒化ホウ素を有していてもよい。
【００７７】
反射素子２１１及び／又は散乱素子１３０が、ランバート光分布で第１の波長の光１１２を散乱させるように構成されてもよい。これは、発光装置１００又は２００によって放射される光の色点におけるカラーオーバーアングルばらつきを軽減するので有利である。換言すれば、高められた角度均一性（これは、遠視野における高められた空間均一性につながる）を持つ分布が、発光装置１００及び２００によって達成され得る。
【００７８】
波長変換素子部材は散乱素子を有していてもよく、散乱素子の特徴及び利益は上述されている。それにより、素子によって反射及び／又は放射される光の効果的な方向転換が得られる。
【００７９】
さらに、波長変換素子２０８の背面側、すなわち、光源に面しない側に、追加の反射素子が配置されてもよい。方向転換された第１の波長の光の向きとは反対の向きに波長変換素子によって発せられた光が、反射されて向け直され得る。それにより、所与の角度分布内で増大された光出力が得られる。このような構成は、それにより、色点可変発光装置によって放射される光の量を増加させ得る。
【００８０】
以上の説明では、部材は、第１の波長の光を第２の波長に変換する１つの波長変換素子を有するように記述されてきた。当業者が気付くことには、波長変換素子は、第１の波長の光を、例えば第２の波長及び第３の波長といった複数の波長に変換してもよい。
【００８１】
部材は更に、複数の波長変換素子を有していてもよく、それらの波長変換部材が、第１の波長の光を異なる波長の光に変換してもよく、例えば、２つの波長変換素子がそれぞれ、光を第２及び第３の波長へと変換する。それにより、色点可変発光装置によって放射される光の色点は、光源によって照らされる２つの波長変換素子それぞれの部分と非波長変換素子の部分との比率を変化させることによって可変にされ得る。
【００８２】
図３は、光の色点を変化させる方法を例示している。方法３００は、波長変換素子と非波長変換素子とを有する部材を配設３０２することであり、波長変換素子は、第１の波長の光を第２の波長の光へと変換して第２の波長の光を放射するように構成され、非波長変換素子は、第１の波長の光を方向転換するように構成される、配設３０２することと、上記部材の波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との双方を、制御可能光学素子を有する光源からの第１の波長の光で照射３０４することと、上記部材によって放射及び／又は方向転換される光の色点が変化されるよう、光源によって照らされる波長変換素子の部分と非波長変換素子の部分との比率が変化させるように、制御可能光学素子をコントローラで制御３０６することとを有する。
【００８３】
光の色点を変化させる方法３００を使用することの機能及び利益は、発光装置１００又は２００に関して上述されている。上述の特徴は、適用可能なとき、方法３００にも同様に当てはまる。不要な繰り返しを避けるために、上記を参照する。
【００８４】
当業者が気付くことには、本発明は決して、上述した好適実施形態に限定されるものではない。それどころか、添付の請求項の範囲内で数多くの変更及び変形が可能である。
【００８５】
例えば、波長変換素子及び非波長変換素子は、部材の別々の部分を構成してもよい。
【００８６】
非波長変換素子は、例えば、光を屈折させて所望の光分布を達成するように構成されたマイクロスケール構造といった、光学構造を有していてもよい。
【００８７】
非波長変換素子はまた、光を回折させて所望の光分布を達成するように構成された回折構造を有していてもよい。
【００８８】
波長変換素子は、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射するように構成されたダイクロイックミラーを有していてもよい。ダイクロイックミラーは、干渉フィルタを形成する交互の異なる屈折率の光学コーティング層を有し得る。ダイクロイックミラーは、ダイクロイックフィルタ、薄膜フィルタ、又は干渉フィルタとしても参照され得る。従って、ダイクロイックリフレクタは、他の色を反射しながら、小さい範囲の色の光を選択的に通すように構成されたカラーフィルタであると理解され得る。
【００８９】
ダイクロイックミラーは、透過モードにおいて、光源に面する波長変換素子の側面に配置され得る。それにより、光源から放たれた第１波長の光は、ダイクロイックミラーを通って波長変換素子に入り得る。ダイクロイックミラーに向かう方向に放たれる変換された第２の波長の光は、ダイクロイックミラーによって反射され得る。それにより、順方向に放射される、すなわち、光源から見たままに放射される第２の波長の光の量が増加される。それにより、発光装置からの光出力が増大され得る。
【００９０】
波長変換素子は、半透明な材料を有していてもよい。半透明なる用語は、光の通過を許すものとして理解されるべきである。従って、半透明は“光の通過を許す”と理解されるべきであり、半透明材料は、クリアすなわち透明であるか、向こう側の物体がはっきりと見えないように光を透過及び拡散させるか、の何れかであり得る。透明は、“見通されることができる”と理解されるべきである。
【００９１】
コントローラ又は制御機能は、予め設定された又は予めプログラムされた制御設定を有することができ、及び／又は、例えば光センサや温度センサなどを介して測定されるなどの入力信号に基づいてもよい。
【００９２】
また、開示した実施形態への変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。複数の特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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