(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射入力面と放射出口面とを有する導波路を含むルミネセンスコンセントレータであって、幅が前記放射入力面及び反対面によって規定され、前記導波路は放射変換器濃度で前記導波路内に分散される放射変換器要素を含み、前記導波路は単結晶又はセラミックを含む、ルミネセンスコンセントレータと、
固体光源放射線によって前記導波路の前記放射入力面を照射する固体光源と、
を含み、
前記放射変換器要素が前記固体光源放射線の少なくとも一部を吸収し、放射変換器要素放射線に変換し、前記放射変換器濃度が、前記導波路の前記幅にわたり前記固体光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより少なくとも３倍高くなるように選択されており、
前記放射変換器要素は、放射励起スペクトルと放射発光スペクトルとを含み、前記放射励起スペクトルと前記放射発光スペクトルとの重複エリアは前記放射発光スペクトルの２〜５０％の範囲内である、
照明デバイス。
【請求項２】
前記放射変換器濃度が、前記導波路の前記幅にわたり前記固体光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより４〜８倍高い範囲から選択されている、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記固体光源放射線は、前記放射変換器濃度が最大励起強度の７０〜１００％の範囲内にある励起強度を有する波長におけるものである、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記放射励起スペクトルと前記放射発光スペクトルとの前記重複エリアが前記放射励起スペクトルの前記放射発光スペクトルの５〜２５％の範囲にある、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記放射入力面が放射入力面積を有し、前記放射出口面が放射出口面積を有し、前記放射入力面積が前記放射出口面積より少なくとも２倍大きく、前記放射出口面が１〜１００ｍｍ２の範囲から選択された放射出口面積を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
０．５〜１００ｍｍの範囲から選択された幅を有し、前記固体光源が前記導波路と物理的に接触していない、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明デバイス。
【請求項７】
前記ルミネセンスコンセントレータの冷却を容易にするように構成されたヒートシンクを更に有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記導波路がＡ３Ｂ５Ｏ１２タイプのセリウムドープのガーネットを含み、前記固体光源が、ＵＶ及び青色固体光源放射線のうちの１つ以上により前記導波路の前記放射入力面を照射する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明デバイス。
【請求項９】
Ａが、Ａの全量に対して０．０１〜２モル％の範囲内のＣｅと少なくとも９０モル％のＬｕという割合で、Ｃｅと、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕのうちの１つ以上とを含み、Ｂが、Ｂの全量に対して少なくとも５０モル％のＡｌという割合で、Ａｌ、Ｇａ、及びＳｃのうちの１つ以上を含む、請求項８に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
固体光源放射線により前記導波路の前記放射入力面を照射する複数の固体光源を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
可視光を提供する照明ユニットであって、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明デバイスを少なくとも１つ含む、照明ユニット。
【請求項１２】
可視光を提供する自動車照明ユニットであって、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明デバイスを少なくとも１つ含む、自動車照明ユニット。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明デバイスを少なくとも１つ含む、デジタルプロジェクタユニット。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記照明デバイスが緑色光又は赤色光を提供する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１５】
緑色光を提供する少なくとも第１の照明デバイスと、赤色光を提供する少なくとも第２の照明デバイスとを含む、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルミネセンスコンセントレータ（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）に関する。また、本発明は、このようなルミネセンスコンセントレータを含むデジタルプロジェクタユニット（ｄｉｇｉｔａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  ｕｎｉｔ）又はこのようなルミネセンスコンセントレータを含む自動車照明ユニット（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｕｎｉｔ）等の用途にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ルミネセンスコンセントレータは当技術分野において既知のものである。例えば、ＵＳ７９８２，２２９は、とりわけ、２２０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲内の光を発する少なくとも１つのＬＥＤと、光学接触なしに少なくとも１つのＬＥＤに向かって配置され、少なくとも１つのＬＥＤからの光を少なくとも部分的に３００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲内の光に変換する少なくとも１つの変換構造物（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とを含む発光素子であって、少なくとも１つの変換構造物が１．５〜３の屈折率ｎを有し、比率Ａ：Ｅが２：１〜５００００：１であり、少なくとも１つの変換構造物が、少なくとも１つのＬＥＤによって発せられた光が変換構造物に入ることができる少なくとも１つの入射面（ｅｎｔｒａｎｃｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）と、光が少なくとも１つの変換構造物から出ることができる少なくとも１つの出口面（ｅｘｉｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）とを含み、少なくとも１つの入射面のそれぞれが入射面積（ｅｎｔｒａｎｃｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）を有し、入射面積にはＡ１・・・Ａｎという番号が付けられ、少なくとも１つの出口面のそれぞれが出口面積（ｅｘｉｔ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）を有し、出口面積にはＥ１・・・Ｅｎという番号が付けられ、少なくとも１つの入射面積のそれぞれの合計がＡ＝Ａ１＋Ａ２・・・＋Ａｎになり、少なくとも１つの出口面積のそれぞれの合計がＥ＝Ｅ１＋Ｅ２・・・＋ＥｎになるようにＡ及びＥが定義されることを特徴とする、発光素子について記述している。
【０００３】
ＵＳ２０１１／００２５９５１は、光源からの実質的にすべての入力光を吸収し、それを所望の出力スペクトルに変換するのに十分な量より高いか又はそれに等しい濃度の光ルミネセンス材料で染色された複数のディスクリートユニット（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｕｎｉｔ）と、ディスクリートユニットの周りに配置されたコーティング材料とを含むスペクトル変換デバイス（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）であって、コーティング材料が複数のディスクリートユニットを結合してマトリックスを形成し、複数のディスクリートユニットが光源の上に位置決めされた時に、透明なディスクリートユニットを通過する入力光が変換されず、ドープされたディスクリートユニットを通過する入力光が赤色及び緑色の波長に変換され、更に発せされた入力光並びに変換された赤色及び緑色の光が所望の出力スペクトルに対応して１つ以上の色を発生する、スペクトル変換デバイスについて記述している。フラットパネルイメージディスプレイで使用される関連の方法及び関連の装置も提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高輝度光源は、ルミネセンスコンセントレータと組み合わせてＬＥＤを使用して作成することができる。ルミネセンスコンセントレータから外部導出できる光は、事例によっては、最大で変換された光の約１８％である。このため、本発明の一態様は、好ましくは上記の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に未然に防ぐコンセントレータを含む代替照明デバイスを提供することである。本発明の一態様は、好ましくは上記の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に未然に防ぐこのようなコンセントレータを含む自動車照明ユニット等の代替照明ユニットを提供することである。本発明の更に他の態様は、好ましくは上記の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に未然に防ぐこのようなコンセントレータを含むデジタルプロジェクタを提供することである。
【０００５】
このようなルミネセンスコンセントレータのために、例えば、セラミック材料、単結晶、又は光透過型ポリマーを使用することができる。セラミック変換器は、効率的になるように極めて透明でなければならない（光はコンセントレータロッド等のコンセントレータの端部まで特に全反射（ＴＩＲ）状態で存続しなければならず、凹凸によって偏向してはならない）。このようなコンセントレータは、入射光を変換された光に変換するルミネセンス要素（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）（本明細書では放射変換器要素（ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）として示される）を含む。変換された光は、コンセントレータから、特に例えばコンセントレータロッドの端面から回収される。ルミネセンス要素は、光源からの放射線（ＵＶ及び／又は青色等）を発光（緑色、黄色、橙色、又は赤色等）に変換し、従って、光源からの放射線（固体光源放射線）をその他の放射線（放射変換器要素放射線）に変換するので、変換器或いは「波長変換器」又は「放射変換器」として示される。放射変換器要素の発光は本明細書では放射変換器要素放射線としても示される。
【０００６】
放射変換器要素濃度は、一般に、放射源からの放射線が放射入力面から反対面まで移動する幅にわたって光源からの実質的にすべての放射線が吸収されるように選択される。例えば、１．２ｍｍ幅のセラミックロッドがＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＩＩＩ）を含むと想定すると、Ｃｅ濃度はロッド内で約０．１７５％であり、これは光源の青色放射線の約９８％がコンセントレータロッド内のセリウムイオンによって吸収されることを意味する。実質的により高い濃度は変換効率（青色から緑色へ）を増加しないものと見なされ、コストを増加させるだけである。また、これは、カラーポイントを赤色へ更にシフトすることになる。しかし、驚いたことに、セリウム濃度を実質的に増加すると、コンセントレータの効率が増すことが分かっている。この効率は約１０〜２０％増加できると予想されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、第１の態様では、本発明は、（ｉ）放射入力面（「入力面」）と、放射出口面（「出口面」）とを有する導波路（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）（又は「導光体（ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｅ）」）を含み、幅（Ｗ）が放射入力面及び反対面によって規定され、導波路は放射変換器濃度（「変換器濃度」）によって導波路内に分散される放射変換器要素を含む、ルミネセンスコンセントレータ（「コンセントレータ」）と、（ｉｉ）固体光源放射線によって導波路の放射入力面を照射するように構成された固体光源とを含み、放射変換器要素が光源放射線の少なくとも一部を吸収し、放射変換器要素放射線に変換するように構成され、放射変換器濃度が、特許請求の範囲内で更に定義されるように、導波路の幅（Ｗ）にわたって光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより少なくとも３倍高くなるように選択される、照明デバイスを提供する。
【０００８】
このような照明デバイスにより、実質的により高いコンセントレータ効率を得ることができる。例えば、変換された光の約１８％が放射出口面から漏れ出る構成について言及すると、同じルミネセンスコンセントレータを使用するが、実質的に増加した放射変換器濃度を有する時に、この値を２０〜２４％に増加することができる。一般に使用される放射変換器要素は、励起スペクトルと発光スペクトルとの間に重複部分を有し、再吸収を引き起こす。再吸収後、赤方偏移した再発光が生成される。この等方性発光の一部のみが全反射領域（ＴＩＲ）内に入る。従って、再吸収は散乱プロセスとして記述することができる。散乱とは異なり、再吸収は、光が著しく赤方偏移した場合に停止する。放射変換器濃度が低い場合、ロッドの長さ方向の再吸収が優勢である。元々ＴＩＲ内にあった光は、この再吸収プロセスによりＴＩＲから漏れ出る可能性がある。その上、ＴＩＲ内ではなく一次発光に含まれていた光は、再吸収される可能性が低く、出口面に達する前にロッドから漏れ出ることになる。
【０００９】
しかし、放射変換器濃度が増加されると、その他の方向での再吸収も重要になり、著しいものになる。生成されたが、ＴＩＲコーン内にない一次光は、再吸収を経験し、ＴＩＲコーンに入る第２の機会を与えることになる。長さ方向（以下も参照）では、再吸収は著しく増加せず、一次発光からの距離が減少するだけである（ロッドの（長さが幅より大きい場合の長さ／幅の）縦横比により、濃度がより低い場合でも、長さ方向の再吸収が行われる）。このため、濃度効率は、より高い変換器濃度により予想外に増すことができる。特に、放射変換器濃度は、導波路の幅（Ｗ）にわたって光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高くなり、更に特別に少なくとも３倍高くなり、４〜８倍高い範囲から特に選択される。光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、３倍より低い、特に２倍より低い濃度、或いはこれに反して、約８倍より高い濃度では、効果はより小さくなるか或いは（濃度が高すぎる時に）もう一度減少し始める可能性さえある。例えば、約８倍以上では、カラーポイント変化が不要に大きくなるか、急冷が発生するか、及び／又は量子効率が低下する可能性もある。
【００１０】
吸収は一般にランベルト−ベールの法則に従って行われる。このため、濃度は使用される種（当技術分野で知られているように、減衰器の吸光率ε、材料内の減衰種の濃度ｃ、又は全（吸収及び散乱）断面積σ）及び光路長（又は幅）（ｌ）によって決まる。透過又は吸収条件は比較的容易に決定することができる。固体光源放射の最大放射の波長が規定される。これは一般に商用ＬＥＤ用のＬＥＤ波長として示される。放射変換器要素の場合、この波長での吸収係数は既知のものであるか又は決定することができる。この決定は、導波路材料、特に２つの平行面を有する本体内の放射変換器要素の既知の量を提供することによって単純に実行することができ、透過率を決定することができる。これは、吸光率、消衰係数、及び透過率を決定するための技術分野で知られているものである。透過率又は光の透過性は、特定の波長、この場合は固体光源の最大放射の波長の光を第１の強度（Ｉ０）で材料に対して提供し、材料を通る透過後に測定された当該波長の光の強度（Ｉｔ）を、当該特定の波長で材料に提供された光の当該第１の強度に関連付けることにより決定することができる（Ｅ−２０８  ａｎｄ  Ｅ−４０６  ｏｆ  ｔｈｅ  ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ６９ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  １０８８−１９８９も参照）。従って、第１の強度（Ｉ０）は特に放射入力面の上流の強度であり、強度（Ｉｔ）は特に当該放射入力面の反対面の下流の放射である。このようにして、吸収係数（ε）を導出することができる。次に、どの導波路が使用されるか、即ち、何が関連の幅になるかが定義される。従って、後者は、光が材料を通って移動する距離、即ち、光路長（ｌ）を定義する。その場合、放射変換器要素が導波路内でその濃度で使用可能であり、（事前定義されている距離又は関連の幅（Ｗ）に反対面を有する放射入力面における固体光源の）放射線によって照射される時に、最大放射波長の放射線の９８％が吸収される際の放射変換器要素の濃度を定義するためのすべてのパラメータは知られている。それに基づいて、この濃度の少なくとも３倍が選択され、この少なくとも３倍の濃度の放射変換器要素を有する導波路が提供される。
【００１１】
例えば、透過率が２％（９８％吸収）でなければならないと想定し、放射変換器要素の濃度が１であり、幅又は光路長（ｌ）も１である（単純にするために寸法は互いに調整される）と想定すると、ｌｏｇ（Ｔ）＝−ε＊ｌ＊ｃ（ランベルト−ベールの式）であり、Ｔ＝Ｉｔ／Ｉ０＝０．０２、ｌ＝１、ｃ＝１であるので、この（架空の）放射変換器要素の吸光率は明らかに（ｌｏｇ（０．０２））／（−１＊１）＝１．６９９である。次に、幅の半分の導波路が望ましいと想定すると、この放射変換器要素の９８％吸収のための濃度は（ｌｏｇ（０．０２））／（１．６９９＊０．５）＝２になる。従って、３倍又は４倍等、濃度の少なくとも３倍という条件が選択されると、厚さ０．５を有するこの導波路内のこの放射変換器要素の濃度は濃度２の３倍又は４倍、即ち、６又は８になる（この場合も単純にするために寸法は互いに調整されている）。
【００１２】
更に、励起スペクトル及び発光スペクトルが部分的に重複する場合に最良の結果が得られる。固体光源の放射は放射変換器要素を励起し、その要素は次に変換器要素の放射又は発光を提供する。このため、一実施形態では、放射変換器要素は、スペクトル的に部分的に重複する放射励起スペクトルと放射発光スペクトルとを含む。特に、再吸収プロセスは「無限」ではないことが望ましいので、完全な重複部分（ゼロストークスシフトの場合等）は全く存在しない。このため、特に、励起スペクトルと発光スペクトルとの重複エリアは発光スペクトルの２〜５０％、特に発光スペクトルの５〜２５％の範囲内である。更に特別に、可視波長範囲内の励起スペクトルと発光スペクトルとの重複エリアは（可視波長範囲内の）発光スペクトルの２〜５０％、特に発光スペクトルの５〜２５％の範囲内である。放射変換器要素を提供するために導波路内で使用できる適切な発光材料の一例はＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅである。この場合、最低励起帯と発光帯は部分的に重複する。このため、特に、導波路（材料）内で発光（スペクトル）と励起（スペクトル）との重複部分を示す放射変換器要素が選択される。更に特別に、放射変換器要素は（固体光源放射による励起によって誘発される）発光スペクトル及び（当該発光又は放射変換器要素の放射の）励起スペクトルを有し、発光スペクトルの５〜２５％が励起スペクトルと重複する。スペクトルの重複部分は、特に可視範囲内で励起スペクトル及び発光スペクトルを正規化し、励起曲線の下のエリアと重複する発光曲線の下のエリアを規定することによって決定することができる。励起スペクトルは特に最大発光の波長の励起スペクトルである（即ち、当業者にとって既知の通り、固定波長、特に発光が最大である波長で発光を測定する検出器により励起スペクトルを記録する）。更に、励起スペクトル及び特に発光スペクトルは濃度に（わずかに）依存するので、（何らかの発光は放射入力面から漏れ出る可能性があるので、この面から漏れ出る発光を特にモニターするか又は測定している間）関連の励起スペクトル及び発光スペクトルは本明細書に示されている濃度で導波路内に埋め込まれる放射変換器要素のものである。
【００１３】
従って、導波路は放射変換器要素を更に含む。これは特に、ルミネセンスイオン要素（上記の例のセリウム等）、ルミネセンス分子（色素）、又はルミネセンス電子ドット等である。例については以下に更に定義される。放射変換器要素は、光源の放射線の少なくとも一部を吸収し、この放射を放射変換器要素放射に変換する（即ち、波長変換）。この放射変換器要素放射は、導波路から（特に放射出口面で）漏れ出る。しかし、任意選択で、この放射変換器要素放射線は、導波路内に分散される他の要素によって変換され、これが、二次放射変換器要素放射線とも呼ばれる他のルミネセンスに放射変換器要素放射線を変換する。このような一実施形態では、放射変換器要素は増感剤として使用される。本明細書では、本発明は、導波路から漏れ出ることが望まれている放射を提供する放射変換器要素に関して特に記載されている。当然のことながら、導波路から漏れ出る放射は、望ましい場合、例えば、蛍光体ホイールの添加によって、もう一度変換される。
【００１４】
ルミネセンス変換器は、特に１より大きい縦横比を有する導波路を含み、即ち、長さ（Ｌ）が幅（Ｗ）より大きい。一般に、導波路は、必ずしも正方形、長方形、又は円形の断面を有するわけではないが、ロッド又はバー（ビーム）である。一般に、光源は、本明細書では放射入力面として示されている長い方の面（側方エッジ）のうちの１つを照射するように構成され、放射線は、本明細書では放射出口面として示されている前部の面（前面エッジ）から漏れ出る。特に、一部の実施形態では、固体光源は導波路と物理的に接触していない。物理的接触により不要な外部導出が行われ、その結果、コンセントレータ効率が低減される。更に、一般に、導波路は、２つの実質的に平行な面、即ち、放射入力面とその反対面とを含む。この２つの面は本明細書では導波路の幅を規定する。一般に、これらの面の長さは導波路の長さを規定する。しかし、上記並びに下記でも示されているように、導波路は任意の形状を有し、複数の形状の組み合わせも含む。特に、放射入力面は放射入力面積（Ａ）を有し、放射出口面は放射出口面積（Ｅ）を有し、放射入力面積（Ａ）は放射出口面積（Ｅ）より少なくとも２倍大きく、特に少なくとも５倍大きく、２〜５０，０００の範囲内等、特に５〜５，０００倍大きい。これにより、例えば、複数の固体光源の使用が可能になる（以下も参照）。自動車又はデジタルプロジェクタのように典型的な適用例の場合、小さいが高強度の放射表面が望ましい。これは、単一ＬＥＤでは得ることができないが、本件の照明デバイスによって得ることができる。特に、放射出口面は、１〜１００ｍｍ２の範囲から選択された放射出口面積（Ｅ）を有する。このような寸法により、放射表面は小さいものにすることができ、それにもかかわらず、高い強度を達成することができる。上記で示されているように、導波路は一般に縦横比（長さ／幅として定義される）を有する。これにより、小さい放射出口面であっても、例えば複数の固体光源によって照射される大きい放射入力面が可能になる。特定の一実施形態では、導波路は０．５〜１００ｍｍの範囲から選択された幅（Ｗ）を有する。従って、導波路は、特に、本明細書に示されている面を有する一体型の本体である。
【００１５】
「放射変換器濃度は、導波路の幅（Ｗ）にわたって光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高くなり、更に特別に少なくとも３倍高くなり、４〜８倍高い範囲から特に選択される」という言い回し及び同様な言い回しは特に固体光源と放射変換器要素との組み合わせに言及するものであり、固体光源は特に放射変換器要素励起のために最適化されている。このため、固体光源は、（放射変換器要素放射を提供するために）放射変換器濃度を適切に励起できる波長で最大強度を有する固体光源放射線を提供するように構成される。特に、固体光源は、放射変換器濃度が最大励起（強度）の７０〜１００％の範囲内、特に最大励起の８５〜１００％の範囲内の励起（強度）を有する波長で固体光源放射線を提供するように構成される。例えば、セリウム含有ガーネットが約４００〜５３０ｎｍの最低励起帯を有すると想定すると、７０％の範囲は約４２０〜４９０ｎｍの間で見つけることができる。その場合、固体光源は、４２０〜４９０ｎｍの範囲内の発光又は最大放射線を有するように特に構成される。
【００１６】
「放射変換器要素」という用語は、一実施形態では、２つ以上の異なる放射変換器要素、例えば、ＬｕＡＧ：ＣｅとＹＡＧ：Ｃｅとの組み合わせ又はセリウム含有ガーネットと量子ドットとの組み合わせも指す。前者の例では、放射変換器要素は実際に同じ（セリウム）であるが、化学的環境は異なり、それにより、当技術分野で知られているように、励起スペクトルと発光スペクトルも異なることに留意されたい。２つ以上の異なる放射変換器要素が適用されるこのような事例では、「放射変換器濃度は、導波路の幅（Ｗ）にわたって光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高くなり、更に特別に少なくとも３倍高くなり、４〜８倍高い範囲から特に選択される」という言い回し及び同様な言い回しは特に放射変換器要素（及びその濃度）のうちの少なくとも１つに言及するものである。その他の放射変換器要素は、導波路の幅（Ｗ）において光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高く、更に特別に少なくとも３倍高く、４〜８倍高い範囲から特に選択される濃度で入手可能である場合もあれば、そうではない場合もある。
【００１７】
本明細書に示されているように、「固体光源」という用語は複数の固体光源も指す。一実施形態では、これらは実質的に同一の固体光源であり、即ち、固体光源放射の実質的に同一のスペクトル分布を提供する。しかし、その他の実施形態では、異なる固体光源からなる２つ以上のサブセットが存在してもよく、それぞれのサブセットが１つ以上の固体光源を含み、それぞれのサブセットが固体光源放射（互いに異なるスペクトル分布を有する）を提供するように構成される。このような事例では、「放射変換器濃度は、導波路の幅（Ｗ）において光源放射の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高くなり、更に特別に少なくとも３倍高くなり、４〜８倍高い範囲から特に選択される」という言い回し及び同様な言い回しは特に（ｉ）１つ以上の固体光源からなるサブセットと（ｉｉ）放射変換器要素（及びその濃度）との少なくとも１つの組み合わせに言及するものである。
【００１８】
一部の実施形態では、固体光源は導波路の異なる面を照射するように構成される。このような事例では、照射される面の下流の材料の幅が異なる場合（導波路が、例えば、正方形の断面を全く備えていない場合等）、「放射変換器濃度は、導波路の幅（Ｗ）にわたって光源放射線の９８％を吸収するために必要なものより、少なくとも２倍高くなり、更に特別に少なくとも３倍高くなり、４〜８倍高い範囲から特に選択される」という言い回し及び同様な言い回しは特に（ｉ）固体光源と（ｉｉ）変換器要素と（ｉｉｉ）１つの特定の幅との少なくとも１つの組み合わせに言及するものである。例えば、等しくない第１の幅と第２の厚さとを有する導波路に対して垂直に配置されている２つの光源の照射を想定すると、当該条件は第１の幅の場合のみ適用され、任意選択で第２の厚さの場合にも適用される。しかし、複数の固体光源が適用される場合、それらの光源は任意選択で異なる面で導波路を照射するが、複数の固体光源が間に導波路を有する１８０°の構成で配置されている場合に特にそうであるように、依然として導波路の同じ関連幅に面している。
【００１９】
上記で示されているように、導波路は特に単結晶又はセラミックを含む。このようなシステムにより、所望の透明度を得ることができ、粒界又は欠陥での反射を低減することができる。更に他の実施形態では、導波路はガラス又はポリマーを含む。特に、有機放射変換器要素及び／又は量子ドットベースの放射変換器要素の場合、低融点ガラス等のガラス又はポリマーを使用することが望ましい。放射変換器要素は導波路の上に分散される。このため、放射変換器要素は導波路内に埋め込まれるか、導波路内にドープされるか、導波路内で溶解されるか、又は導波路内で消散される。また、放射変換器要素は、結晶性ホスト等のより大きい構造物の一部でもある。この結晶性ホストは、導波路内で消散される（或いはこのように使用される、以下も参照）。
【００２０】
更に特定の放射変換器要素は以下に記載されているが、特に、導波路はＡ３Ｂ５Ｏ１２タイプのセリウムドープのガーネットを含む。このガーネットは導波路として使用するか、又は、例えば、同様な材料の導波路内に埋め込むことができる。これらのタイプのガーネットは単結晶として提供することができ、高品質のセラミック材料として適切に提供することもできる。放射変換器要素であるセリウムは、これらの材料内の青色及び／又はＵＶ放射による励起時に、ガーネットのタイプ及びセリウム濃度次第で、緑色−橙色のルミネセンスを提供する。このため、特に、セリウムドープのガーネットを有するこれらの実施形態では、固体光源は、ＵＶ及び青色固体光源放射線のうちの１つ以上により導波路の放射入力面を照射するように構成される。特定の一実施形態では（更に以下も参照）、Ａは、特にＡの全量に対して０．０１〜２モル％の範囲内のＣｅと特に少なくとも９０モル％のＬｕという割合で、Ｃｅと、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕのうちの１つ以上とを含み、Ｂは、Ｂの全量に対して少なくとも５０モル％のＡｌという割合で、Ａｌ、Ｇａ、及びＳｃのうちの１つ以上を含む。例えば、セリウムドープのガーネットは、（Ｌｕ１−ｘＣｅｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）Ｂ５Ｏ１２を含み、ｘは０．０００１〜０．０２の範囲内であり、特にｘは０．００１〜０．０１の範囲内であり、０．００１〜０．００５の範囲内であり（即ち、Ａの０．１〜０．５モル％がセリウムを含む）、ｙは０〜０．５の範囲内である。特に、ｙは実質的にゼロであり、即ち、Ｂは実質的にＡｌを含む。これは、効率及びカラーポイント等、所望の光学的性質を備えたルミネセンスを提供する。上記で示されているように、照明デバイスは、固体光源放射線により導波路の放射入力面を照射するように構成された複数の固体光源を含む。固体光源が多くなるほど、放射出口面からの放射線の強度が高くなる。複数の光源は必ずしもすべてが同じタイプの放射線を放射するわけではない。例えば、青色及び／又はＵＶの組み合わせが提供される。また、導波路を混合室として使用し、放射変換器要素を励起できる放射線と、放射変換器要素を実質的に励起しない放射線とを組み合わせることも可能である。例えば、青色で吸収し、緑色に変換する放射変換器要素を想定すると、固体光源は変換のために青色光を提供し、混合するために赤色光を提供する。放射出口面から緑色光と赤色光（事例によっては、何らかの青色光）が取り出される。導波路内で放射（変換されたもの）に混合するための光は、例えば、放射出口面の反対の面で導波路内に導入される。
【００２１】
この照明デバイスは、導波路を冷却するように構成された１つ以上の冷却要素（ｃｏｏｌｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を更に含む。更に、この照明デバイスは、放射出口面以外の１つ以上の面から漏れ出る放射線を反射して導波路内に戻すように特に構成された１つ以上のリフレクタ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含む。特に、放射出口面の反対側の面はこのようなリフレクタを含むが、一実施形態ではそれと物理的に接触していない。更に、この照明デバイスは、固体光源及び／又はルミネセンスコンセントレータの冷却を容易にするように構成されたヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）を含む。ヒートシンクは、銅、アルミニウム、銀、金、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコンシリコンカーバイド、アルミニウムシリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデンカーバイド、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びそのうちの２つ以上のものの組み合わせを含むか又はこれらで構成される。
【００２２】
更に他の一態様では、本発明は、可視光を提供するように構成された照明ユニットを提供し、この照明ユニットは、本明細書で定義される少なくとも１つの照明デバイスを含む。例えば、このような照明ユニットは、光学フィルタ、コリメータ、リフレクタ、波長変換器等のうちの１つ以上のような、その他の光学素子も含む。この照明ユニットは、例えば、ヘッドライトのような自動適用例で使用するための照明ユニットである。このため、本発明は、可視光を提供するように構成された自動車照明ユニットも提供し、この自動車照明ユニットは、本明細書で定義される少なくとも１つの照明デバイス及び／又は本明細書で定義される少なくとも１つの照明デバイスを含むデジタルプロジェクタユニットを含む。特に、この照明デバイスは、（このような適用例では）緑色光又は赤色光を提供するように構成される。特定の一実施形態では、このような照明ユニットは、緑色光を提供するように構成された少なくとも第１の照明デバイスと、赤色光を提供するように構成された少なくとも第２の照明デバイスとを含む。青色光は、例えば、同じ固体光源によって提供されるが、ルミネセンスコンセントレータを使用せずに提供される。このようにして、例えば、白色光が提供される。代替的に又は追加的に、青色放射はコンセントレータによって生成される。このような事例では、固体光源は、特に（近）ＵＶにおいて、４２０ｎｍ以下、４１０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３９０ｎｍ以下等の波長を有する放射を提供するように特に構成され、放射変換器要素は、この放射の少なくとも一部を吸収し、青色放射変換器要素放射に変換するように構成される。
【００２３】
このため、特にこの照明デバイスは、可視放射変換器放射線を提供するように構成される。更に、特にこの照明デバイスは、（固体光源放射線による放射入力面の照射時に）放射出口面の下流の（可視）放射変換器放射線を提供するように構成される。本発明はそれ自体で導波路を更に提供する。
【００２４】
この照明デバイスは、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、ホーム照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投射システム、セルフリットディスプレイシステム、ピクセル化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警戒標識システム、医療照明アプリケーションシステム、インジケータサインシステム、装飾照明システム、ポータブルシステム、自動車アプリケーション、温室照明システム、園芸照明、又はＬＣＤバックライティングの一部であるか或いはそれらに適用される。
【００２５】
「実質的にすべての光」又は「実質的に構成される」等、本明細書における「実質的に」という用語は当業者に理解されるものである。また、「実質的に」という用語は、「全体的に」、「完全に」、「すべて」等を伴う諸実施形態も含む。このため、一部の実施形態では、実質的に形容詞が削除される場合もある。適用可能であれば、「実質的に」という用語は、１００％を含み、９０％以上、９５％以上、特に９９％以上、更に特別に９９．５％以上等にも関係する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、「含む」という用語が「で構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ）」を意味する諸実施形態をも含む。「及び／又は」という用語は、「及び／又は」の前後に述べられている項目のうちの１つ以上に特に関係する。例えば、「項目１及び／又は項目２」という言い回し及び同様な言い回しは項目１及び項目２のうちの１つ以上に関係する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は一実施形態では「で構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」を指すが、他の実施形態では「少なくとも定義された種及び任意選択で１つ以上のその他の種を含む」も指す。
【００２６】
更に、説明及び特許請求の範囲内の第１、第２、第３等の用語は、同様な要素同士を区別するために使用され、必ずしも順次的又は時系列的な順序を記述するためのものではない。このように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載されている本発明の諸実施形態は本明細書に記載又は例示されているもの以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００２７】
本明細書のデバイスはとりわけ動作中に記載されている。当業者にとって明白であるように、本発明は動作方法又は動作中のデバイスに限定されない。
【００２８】
前述の諸実施形態は本発明を限定するのではなく例示するものであり、当業者であれば、特許請求の範囲を逸脱せずに多くの代替実施形態を設計できることに留意されたい。特許請求の範囲では、括弧内に置かれている参照符号は請求項を限定するものとして解釈してはならない。「含む（ｔｏ  ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という動詞及びその活用形の使用は請求項に記載されているもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。ある要素のすぐ前の「ａ」又は「ａｎ」という冠詞は複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、幾つかの別個の要素を含むハードウェアにより、しかも適切にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。幾つかの手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段のうちの幾つかを１つの同じハードウェア項目によって実施することができる。特定の手段が互いに異なる従属クレームに列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。
【００２９】
本発明は、説明に記載されているか及び／又は添付図面に示されている特徴付けの特徴のうちの１つ以上を含む装置に更に適用される。本発明は、説明に記載されているか及び／又は添付図面に示されている特徴付けの特徴のうちの１つ以上を含む方法又はプロセスに更に関係する。
【００３０】
本特許に述べられている様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わせることができる。更に、特徴のうちの幾つかは、１件以上の分割出願の基礎を形成することができる。
【００３１】
次に、対応する参照記号が対応する部分を示している添付の概略図面を参照しながら、例としてのみ、本発明の諸実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】出口蛍光体を有し、特に導波路がコンセントレータとして構成される発光素子の立体斜視図を示す。
【図２】導光体及び追加の光源を有し、フィルタ及びダイクロイック光学素子が設けられた照明システムの側面図を示す。
【図３Ａ】導光体の光出口面に隣接して配置された偏光子が設けられた導光体を示す。
【図３Ｂ】導光体の光出口面に隣接して配置された偏光子が設けられた導光体を示す。
【図３Ｃ】導光体の光出口面に隣接して配置された偏光子が設けられた導光体を示す。
【図３Ｄ】導光体の光出口面に隣接して配置された偏光子が設けられた導光体を示す。
【図４】テーパ状の出口面を有する発光素子の斜視図を示す。
【図５Ａ】幾つかの実施形態を概略的に描写する。
【図５Ｂ】幾つかの実施形態を概略的に描写する。
【図６Ａ】本発明の幾つかの態様を概略的に描写する。
【図６Ｂ】本発明の幾つかの態様を概略的に描写する。
【図６Ｃ】本発明の幾つかの態様を概略的に描写する。
【図６Ｄ】本発明の幾つかの態様を概略的に描写する。
【００３３】
これらの図面は必ずしも一定の縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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、本発明に係る発光素子は一般的に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素子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４では、通常、これらの図に特有の要素を除くすべての要素に「００」が加えられている。
【００３５】
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。
【００３６】
まず、本発明に係る発光素子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素子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について、図１〜図４を参照しながら説明する。本発明に係る発光素子の具体的な実施形態については、図５Ａ〜図６Ｄを参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
本発明に係る発光素子は、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、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。
【００３８】
後述される本発明に係る実施形態の一部である光源は、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導入される。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、光を出口面に誘導する。原則的に、光源は任意の種類の点光源であるが、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、或いはこれらのいずれかの組み合わせ等の固体光源である。原則的に、ＬＥＤは任意の色のＬＥＤ又はこれらの組み合わせであるが、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、即ち、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である。
【００３９】
特に、光源は、少なくとも２００〜４９０ｎｍの範囲から選択された波長の光（光源光、特に固体光源放射線）を動作中に発する光源、特に少なくとも４００〜４９０ｎｍの範囲から、更に特別に４４０〜４９０ｎｍの範囲内で選択された波長の光を動作中に発する光源である。この光は放射変換器要素によって部分的に使用される（以下も更に参照）。このため、特定の一実施形態では、光源は青色光を生成するように構成される。代替的に又は追加的に、（固体）光源は、２００〜６００ｎｍ、特に３００〜５５０ｎｍ、３００〜５００ｎｍの範囲から選択された波長の放射線を提供するように構成される。特に、青色及び／又は緑色放射線を提供するように構成される光源は赤色発光材料を励起するためにも使用される。特定の一実施形態では、光源は固体ＬＥＤ光源（ＬＥＤ又はレーザーダイオード等）を含む。「光源」という用語は、２〜２０個の（固体）ＬＥＤ光源等の複数の光源にも関係するが、もっと多くの光源も適用可能である。このため、ＬＥＤという用語は複数のＬＥＤも指す。光源は本明細書では特に固体光源として示される（上記も参照）。
【００４０】
後述される本発明に係る実施形態の導光体は、一般的に、互いに垂直な方向に延びる高さＨ、幅Ｗ、及び長さＬを有するロッド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。一般的に、光は、長さＬ方向に誘導される。高さＨは、幾つかの実施形態では＜１０ｍｍ、その他の実施形態では＜５ｍｍ、更に他の実施形態では＜２ｍｍである。幅Ｗは、一部の実施形態では＜１０ｍｍ、その他の実施形態では＜５ｍｍ、更に他の実施形態では＜２ｍｍである。長さＬは、一部の実施形態では幅Ｗ及び高さＨより大きく、その他の実施形態では少なくとも幅Ｗの２倍又は高さＨの２倍であり、更に他の実施形態では少なくとも幅Ｗの３倍又は高さＨの３倍である。このため、縦横比（長さ／幅）は２に等しいか又はそれより大きい等、特に１より大きい。他の指示がない限り、「縦横比」という用語は長さ／幅の比率を指す。
【００４１】
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。一般的に、導光体は、平行な面内に配置されない光入力面及び光出口面を有し、一部の実施形態では、光入力面は光出口面に対して垂直である。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。
【００４２】
透明な導光体は、一部の実施形態では、その上に複数の光源、例えば、ＬＥＤをエピタキシャル成長させた透明な基板を含む。この基板は一部の実施形態では、例えば、サファイア基板等の単結晶基板である。光源の透明な成長基板はこれらの実施形態では集光導光体である。
【００４３】
一般的にロッド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。導光体は一般的に直方体であるが、光入力面がいくらか台形の形状を有する、直方体以外の形状を有してもよい。このようにすることで、光束を更に大きくすることができ、これは、用途によっては有益である。このため、事例によっては、「幅」という用語は、円形断面を有する導波路の場合等、直径も指す。
【００４４】
また、導光体は、円柱状のロッドであってもよい。一部の実施形態では、光源が発した光を効率的に導光体に内部導入するために、円柱状のロッドは、光源が配置され得る１つの平面をロッドの長さ方向沿いに有する。また、平面は、ヒートシンクを配置するためにも使用される。更に、円柱状の導光体は、例えば互いに反対側に又は互いに垂直に配置された、２つの平面を有してもよい。一部の実施形態では、平面は、円柱状のロッドの長さ方向の一部にわたって延在する。
【００４５】
また、後述される本発明に係る実施形態の導光体は、導光体が真っ直ぐな線形のバー又はロッドではなく、例えば、９０°若しくは１８０°屈曲による丸みのある角部、Ｕ字形、円形若しくは楕円形、環若しくは複数の環を有する立体的ならせん形状を有するよう、長さ方向において折られ、曲げられ、及び／又は成形される。これは、概して光が誘導される全長が比較的長く、比較的高いルーメン出力を与えるとともに、比較的小さいスペースに配置可能なコンパクトな導光体を提供する。例えば、導光体の長さ方向沿いの成形を提供するために、導光体の発光部分は剛性である一方、導光体の透明部分は可撓性である。光源は、折られ、曲げられ、及び／又は成形された導光体の長さ沿いの任意の位置に配置される。
【００４６】
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＝１．７〜１．８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。
【００４７】
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む。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等を含む。
【００４８】
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。従って、ドットのサイズを調整することにより、特定の色の光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。
【００４９】
また、「量子ドット」又は「発光量子ドット」という用語は、異なるタイプの量子ドット、即ち、異なる分光特性を有する量子ドットの組み合わせを指す。ＱＤは、本明細書では「波長変換器ナノ粒子」としても示される。「量子ドット」という用語は、特に、（ＵＶ放射等の適切な放射による励起時に）ＵＶ、可視、及びＩＲのうちの１つ以上においてルミネセンスを示す量子ドットを指す。
【００５０】
本明細書で波長変換器ナノ粒子として示される量子ドット又は発光ナノ粒子は、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、及びＨｇＺｎＳＴｅ（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから選択されたグループＩＩ−ＶＩの化合物半導体量子ドットを含む。他の実施形態では、発光ナノ粒子は、例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、及びＩｎＡｌＰＡｓ（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから選択されたグループＩＩＩ−Ｖの化合物半導体量子ドットである。更に他の一実施形態では、発光ナノ粒子は、例えば、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＳ２、及びＡｇＧａＳｅ２（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから選択されたＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２の黄銅鉱タイプの半導体量子ドットである。更に他の一実施形態では、発光ナノ粒子は、例えば、ＬｉＡｓＳｅ２、ＮａＡｓＳｅ２及びＫＡｓＳｅ２（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから選択されたもの等、Ｉ−Ｖ−ＶＩ２の半導体量子ドット（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）である。更に他の一実施形態では、発光ナノ粒子は、例えば、ＳｂＴｅ等のグループＩＶ−ＶＩの化合物半導体ナノ結晶（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）である。特定の一実施形態では、発光ナノ粒子は、ＩｎＰ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＡｇＩｎＳ２、及びＡｇＩｎＳｅ２（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから選択される。更に他の一実施形態では、発光ナノ粒子は、例えば、ＺｎＳｅ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｍｎ等の内部ドーパントを有する上記の材料から選択されたＩＩ−ＶＩ、ＩＩＩ−Ｖ、Ｉ−ＩＩＩ−Ｖ、及びＩＶ−ＶＩの化合物半導体ナノ結晶（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドットの）グループのうちの１つである。ドーパント元素は、Ｍｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｅｕ、Ｓ、Ｐ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、及びＴｌから選択することができる。本明細書では、発光ナノ粒子ベースの発光材料は、ＣｄＳｅ及びＺｎＳｅ：Ｍｎ等の異なるタイプのＱＤも含む。
【００５１】
ＩＩ−ＶＩ量子ドットを使用することは特に有利であると思われる。このため、一実施形態では、半導体ベースの発光量子ドットは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、及びＨｇＺｎＳＴｅ（からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット）からなるグループから特に選択され、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、及びＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳからなるグループから更に特別に選択されたＩＩ−ＶＩ量子ドットを含む。
【００５２】
一実施形態では、ナノ粒子は、第１の半導体材料を含むコアと、第２の半導体材料を含むシェルとを含む半導体ナノ結晶を含むことができ、シェルはコアの表面の少なくとも一部分の上に配置される。コアとシェルとを含む半導体ナノ結晶は「コア／シェル」半導体ナノ結晶ともいう。上記の材料はいずれも特にコアとして使用される。従って、「からなるグループから選択されたコアを有するコアシェル量子ドット」という言い回しは量子ドット材料の上記のリストのいくつかで適用される。また、「コアシェル」という用語は、ロッド内等に勾配合金シェル又はドットを含む「コアシェルシェル」等も指す。半導体ナノ結晶（コア）シェル材料の例としては、無制限に、赤色（例えば、（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ（コア）シェル）、緑色（例えば、（ＣｄＺｎＳｅ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェル等）、及び青色（例えば、（ＣｄＳ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェル）を含む（半導体に基づく特定の波長変換器ナノ粒子の例については上記も更に参照）。
【００５３】
一実施形態では、半導体ナノ結晶は、好ましくは、例えば、ＷＯ２０１１／０３１８７１に記載されているもの等、それに配位子が付加されている。一実施形態では、配位子は成長プロセス中に使用される配位溶剤から導出することができる。一実施形態では、表面は、オーバーレイヤーを形成するために競合する配位グループの超過に繰り返し曝されることによって改質することができる。
【００５４】
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を調節できるように、分子構造を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。
【００５５】
有機発光材料の関連の例は、例えば、ペリレン（ドイツ、ルートヴィヒスハーフェンの企業ＢＡＳＦからその商標名Ｌｕｍｏｇｅｎで知られている発光材料、即ち、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ２４０  Ｏｒａｎｇｅ、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ３００  Ｒｅｄ、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ３０５  Ｒｅｄ、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ０８３  Ｙｅｌｌｏｗ、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ１７０  Ｙｅｌｌｏｗ、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ８５０  Ｇｒｅｅｎ等）、インド、ムンバイの企業Ｎｅｅｌｉｋｏｎ  Ｆｏｏｄ  Ｄｙｅｓ  ＆  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｔｄ．からのＹｅｌｌｏｗ  １７２、並びに多くの業者から入手可能なクマリン（例えば、Ｃｏｕｍａｒｉｎ  ６、Ｃｏｕｍａｒｉｎ  ７、Ｃｏｕｍａｒｉｎ  ３０、Ｃｏｕｍａｒｉｎ  １５３、Ｂａｓｉｃ  Ｙｅｌｌｏｗ  ５１）、ナフタルイミド（例えば、Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １１、Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １１６）、Ｆｌｕｏｒｏｌ  ７ＧＡ、ピリジン（例えば、ピリジン１）、ピロメテン（Ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ  ５４６、Ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ  ５６７等）、ウラニン、ローダミン（例えば、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ  １１０、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ  Ｂ、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ  ６Ｇ、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ  ３Ｂ、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ  １０１、Ｓｕｌｐｈｏｒｈｏｄａｍｉｎｅ  １０１、Ｓｕｌｐｈｏｒｈｏｄａｍｉｎｅ  ６４０、Ｂａｓｉｃ  Ｖｉｏｌｅｔ  １１、Ｂａｓｉｃ  Ｒｅｄ  ２）、シアニン（例えば、フタロシアニン、ＤＣＭ）、スチルベン（例えば、Ｂｉｓ−ＭＳＢ、ＤＰＳ）等の発光材料である。意図された使用法のために十分高い蛍光量子収率を示す限り、酸性色素、塩基性色素、直接染料、及び分散染料等のその他の幾つかの発光材料を使用してもよい。適用される有機材料のうち、特別に関心のあるものは、例えば、緑色発光用のＢＡＳＦ  Ｌｕｍｏｇｅｎ  ８５０、黄色発光用のＢＡＳＦ  Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ０８３又はＦ１７０、橙色発光用のＢＡＳＦ  Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ２４０、及び赤色発光用のＢＡＳＦ  Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ３００又はＦ３０５を含む。
【００５６】
このような有機発光材料は特にマトリックスに埋め込まれ、それにより導波路を形成する。このマトリックスは、特に、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（メチル）メタクリル酸（Ｐ（Ｍ）ＭＡ）、ポリグリコライド又はポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリヒドロキシ酪酸（ＰＨＢ）、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−３−ヒドロキシバレレート）（ＰＨＢＶ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の芳香族ポリエステル又はそのコポリマーを含み、特に、このマトリックスはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む。更に、以下に解明するように、このマトリックスはマトリックスに埋め込まれた他の発光材料も含む。しかし、ＰＥＴＧ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）、ＰＥ（ポリエチレン）又はＰＰ（ポリプロピレン）もマトリックスとして適用できる。このため、このマトリックスは特にポリマーマトリックスである。
【００５７】
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、ＥＣＡＳはＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕｘであり、ここで、０＜ｘ≦１、その他の実施形態では０＜ｘ≦０．２であり、ＢＳＳＮはＢａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚであり、ここで、ＭはＳｒ又はＣａを表し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦４、且つ０．０００５≦ｚ≦０．０５、一部の実施形態では０≦ｘ≦０．２である。
【００５８】
後述される本発明の一部の実施形態では、発光材料は、（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）３（Ｍ＜ＩＶ＞（１−ｚ）Ｍ＜Ｖ＞ｚ）５Ｏ１２（Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ（Ｍ＜ＩＩ＞がＴｂではない場合）、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞はＣｅドープイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）及びＣｅドープルテニウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）等、Ｇａ、Ｓｃ、又はこれらの混合物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、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ、又はこれらの混合物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）Ｓｅ（Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合物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、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合物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、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合物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、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ、又はこれらの混合物を含むグループから選択され、０＜ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、又はこれらの混合物を含むグループから選択される材料からなる。
【００５９】
幾つかの特定の無機発光材料については以下に述べる。（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ）４：Ｅｕ２＋、チオガレート、特にＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋等、少なくともＳｒ、Ｇａ、及びＳを含むこのような発光材料のうちの１つ以上を含む、緑色発光体に関する幾つかのオプションが可能である。これらのタイプの発光材料は、特に、狭帯域緑色発光体である。
【００６０】
任意選択で又は代替的に、無機発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ガーネット材料）を含み、ＭはＳｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕからなるグループから選択され、ＡはＡｌ及びＧａからなるグループから選択される。好ましくは、Ｍは少なくともＹ及びＬｕのうちの１つ以上を含み、Ａは少なくともＡｌを含む。これらのタイプの材料は最高効率を与えることができる。ガーネットの諸実施形態は特にＭ３Ａ５Ｏ１２ガーネットを含み、Ｍは少なくともイットリウム又はルテチウムを含み、Ａは少なくともアルミニウムを含む。このようなガーネットはセリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、又はセリウムとプラセオジムとの組み合わせでドープされるが、特に少なくともＣｅでドープされる。特に、Ａはアルミニウム（Ａｌ）を含むが、Ａは特にＡｌの約２０％まで、より特別にＡｌの約１０％まで（即ち、Ａイオンは本質的に９０モル％以上のＡｌと１０モル％以下のＧａ、Ｓｃ、及びＩｎのうちの１つ以上で構成される）ガリウム（Ｇａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、及び／又はインジウム（Ｉｎ）を部分的に含み、Ａは特に約１０％までガリウムを含む。他の変形例では、Ａ及びＯは少なくとも部分的にＳｉ及びＮで置換される。元素Ｍは特に、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなるグループから選択される。更に、Ｇｄ及び／又はＴｂは特にＭの約２０％の量まで存在するだけである。特定の一実施形態では、ガーネット発光材料は（Ｙ１−ｘＬｕｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを含み、ｘは０以上であって１以下である。「：Ｃｅ」又は「：Ｃｅ３＋」という用語は、発光材料内の金属イオンの一部（即ち、ゲーネット内では「Ｍ」イオンの一部）がＣｅで置換されることを示している。特にガーネットを含むルテチウムは、特にルテチウムがＭの少なくとも５０％である時に所望のルミネセンスを提供する。追加的に又は代替的に、無機発光材料は、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕからなるグループから選択される１つ以上の材料等、窒化物発光材料を含有する二価ユウロピウム又はオキソナイトライド発光材料を含有する二価ユウロピウムからなるグループから選択される発光材料も含む。これらの化合物では、ユウロピウム（Ｅｕ）は実質的に二価であるか又は二価にすぎず、示されている二価陽イオンのうちの１つ以上を置換する。一般に、Ｅｕは陽イオンの１０％より多い量、それが置換する陽イオンに対して特に約０．５〜１０％の範囲内、より特別に約０．５〜５％の範囲内の量で存在することはない。「：Ｅｕ」又は「：Ｅｕ２＋」という用語は、金属イオンの一部がＥｕによって（これらの例では、Ｅｕ２＋によって）置換されることを示している。例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ内に２％のＥｕが存在すると想定すると、正しい式は（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２）ＡｌＳｉＮ３になる。二価ユウロピウムは、一般に、上記の二価アルカリ土類陽イオン、特にＣａ、Ｓｒ、又はＢａ等の二価アルカリ土類陽イオンを置換する。また、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕという材料はＭＳ：Ｅｕとして示すこともでき、Ｍはバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１つ以上の元素であり、特に、Ｍはこの化合物ではカルシウム、ストロンチウム、又はカルシウムとストロンチウム、より特別にカルシウムを含む。ここで、Ｅｕが導入され、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ以上）を置換する。更に、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕという材料はＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕとして示すこともでき、Ｍはバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１つ以上の元素であり、特に、Ｍはこの化合物ではＳｒ及び／又はＢａを含む。他の特定の一実施形態では、Ｍは、Ｂａ１．５Ｓｒ０．５Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（即ち、７５％のＢａ；２５％のＳｒ）等、Ｓｒ及び／又はＢａからなり（Ｅｕの存在は考慮に入れない）、特に５０〜１００％、特に５０〜９０％のＢａと、５０〜０％、特に５０〜１０％のＳｒからなる。ここで、Ｅｕが導入され、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ以上）を置換する。同様に、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕという材料はＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとして示すこともでき、Ｍはバリウム（Ｂａ）５、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１つ以上の元素であり、特に、Ｍはこの化合物ではカルシウム、ストロンチウム、又はカルシウムとストロンチウム、より特別にカルシウムを含む。ここで、Ｅｕが導入され、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ以上）を置換する。好ましくは、一実施形態では、無機発光材料は（Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、好ましくはＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含む。更に、前者と組み合わせることが可能な他の実施形態では、無機発光材料は（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、好ましくは（Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを含む。「（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）」という用語は、対応する陽イオンがカルシウム、ストロンチウム、又はバリウムによって占有されることを示す。また、この用語は、このような材料において対応する陽イオン箇所がカルシウム、ストロンチウム、及びバリウムからなるグループから選択される陽イオンで占有されることも示す。従って、この材料は、例えば、カルシウムとストロンチウム又はストロンチウムのみ等を含む。
【００６１】
また、無機発光材料は、三価セリウム含有ガーネット（上記を参照）及び三価セリウム含有オキソナイトライドからなるグループから選択される１つ以上の発光材料も含む。オキソナイトライド材料は当技術分野ではしばしばオキシナイトライド材料として示される。
【００６２】
従って、「無機発光材料」という用語は複数の異なる無機発光材料にも関連する。無機発光材料は、特に有機発光材料のようにマトリックスに埋め込まれる等、光変換器によって構成される。
【００６３】
このような構成のうちの２つ以上の組み合わせも可能である（上記も参照）。このため、一実施形態では、量子ドットベースの発光材料等の有機（無機）発光材料がマトリックス内に埋め込まれる（即ち、分散される）。その他の事例では、特に無機発光材料の場合、更に特別にガーネットベースの発光材料の場合、このような材料が（セラミック）導波路に成形され、従って、このように使用される。
【００６４】
上述の材料の多く、特にガーネット材料はセラミック（セラミック本体又はセラミックスラブ）として提供することができる。「セラミック」という用語は特に、少なくとも５００℃、特に少なくとも８００℃、少なくとも１０００℃等で、少なくとも０．５ＭＰａ、特に少なくとも１ＭＰａ、１〜約５００ＭＰａ、少なくとも５ＭＰａ、又は少なくとも１０ＭＰａ等の高圧のもとで、特に単軸又は均衡圧力下で、特に均衡圧力下で、（多結晶）粉末を加熱することによって得られる無機材料に関する。セラミックを得るための特定の方法は熱間静水圧圧縮成形法（ＨＩＰ）であり、このＨＩＰプロセスは、上記で示した温度及び圧力条件下のような、焼結後ＨＩＰ、カプセルＨＩＰ、又は複合焼結ＨＩＰプロセスである。このような方法によって得られるセラミックは、このように使用されるか又は更に加工される（研磨又はもう一度粒子に加工すること等）。セラミックは特に、理論密度（即ち、単結晶の密度）の少なくとも９０％、少なくとも９５％、９７〜１００％の範囲内等の密度を有する。セラミックは依然として多結晶であるが、結晶粒（圧縮された粒子又は圧縮された凝集粒子）間のボリュームは低減又は強固に低減されている。
【００６５】
放射変換器要素なしの導波路は一般に、単結晶、ポリマー材料、又はセラミック材料のように、非常に透過性（特に透明）になる。この透過率は１００％に近い。しかし、放射変換器要素により、放射線の少なくとも一部は強く吸収され、放射変換器要素によって吸収されたこの放射線の場合、放射変換器要素を含む導波路はほとんど透過性ではない。本明細書では「透過性」という用語は特に、可視波長範囲から選択された波長を有する光について、９０〜１００％、９５〜１００％等の範囲内の光透過率を有する変換器を指す。本明細書では、「可視光」という用語は特に、３８０〜７８０ｎｍの範囲から選択された波長を有する光に関する。透過率は、第１の強度を有する特定の波長の光を垂直放射の下で導波路に提供し、材料を通る透過後に測定した当該波長の光の強度を、当該特定の波長でその材料に提供された光の第１の強度に関連付けることによって決定することができる（Ｅ−２０８  ａｎｄ  Ｅ−４０６  ｏｆ  ｔｈｅ  ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ６９ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  １０８８−１９８９も参照）。導波路は、非常に透明な１つ以上の材料を含むか又は本質的にそれらで構成され、放射変換器要素がない状態で、固体光源放射線について、９０％以上、特に９５％以上、更に特別に９８％以上、更に特別に９９％以上の（導波路の幅Ｗを通る）透過率を有することになる。
【００６６】
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。
【００６７】
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の表１に示す。
【表１】
0006709174.tif 000002
【００６８】
本発明の上記発光の最大は、再吸収のために赤方偏移し得る。
【００６９】
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。斯様な実施形態で使用される場合、幅にわたる平均濃度が適用されてもよい。例えば、第１の層の第１の濃度は２であり、第２の層の濃度は０であり、結果として濃度が１である、２つの層を持つ導波路が考えられる。
【００７０】
後述される本発明に係る発光素子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導入するために、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、導光体内に導入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＝ｎｉｎ・ｓｉｎθｉｎ−ｎｏｕｔ・ｓｉｎθｏｕｔ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）。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、導光体内に導入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。
【００７１】
次に、図１を参照して、第１のスペクトル分布の入射光を第２の異なるスペクトル分布の光に変換するよう構成された導光体４０００を含む発光素子１０００の立体斜視図が示されている。図１に示される導光体４０００は、ＵＶから青色波長変換素子の形態の第１の変換部６１１０、及び、第１の変換部６１１０からの青色光入力に基づき白色光１４００を発するよう構成された蛍光体の形態の第２の変換部６１２０を有する波長変換素子構造６０００を含む又はとして構成される。したがって、図１に示される発光素子１０００は、ＵＶから青色波長域の光を発する複数のＬＥＤ２１００、２２００、２３００の形態の光源を含む。ＬＥＤ２１００、２２００、２３００は、ベース又は基板１５００上に配置される。具体的には、第１の変換部６１１０は、一実施形態ではユウロピウム及び／又はテルビウムである希土類イオンによってドーピングされた多結晶立方晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を含み、第２の変換部６１２０は黄色蛍光体を含む。本実施形態は、光出口面の表面積が、直接発光ＬＥＤからなる光源を構築するのに必要な表面積よりも小さいという利点を有する。これにより、エタンデュにおいて利益を得ることができる。
【００７２】
青色又はＵＶ光源を用いて白色光を生成する方法の代替案は、限定はされないが、以下を含む：ＬＥＤが青色光を発し、第１の変換部６１１０内で緑色／青色光に変換され、その後、赤色蛍光体として設けられた第２の変換部によって白色光に変換される、及びＬＥＤが青色光を発し、第１の変換部６１１０内で緑色光に変換され、その後、赤色及び青色光と混合されて白色ＬＥＤ光源を作り出し、ここで、混合は、前方に拡散体が配置された赤色蛍光体の形態の第２の変換部によって達成される。
【００７３】
他の実施形態では、複数のＬＥＤは、異なるスペクトル分布を持つ放射線を提供するように構成された２つ以上のサブセットを含む。例えば、それぞれ、第１のサブセットは、ＵＶ又は青の放射線を生成するように構成され、第２のサブセットは青又は緑の放射線を生成するように構成される。
【００７４】
さらに、照明デバイスは、導波路とは別個に及び／又は導波路に一体化された、例えば、複合パラボラ集光素子（ＣＰＣ）のような集光素子などの他の光学素子を含んでもよい。
【００７５】
図２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を変換するよう適合される導光体４０７０を備えた照明システム、例えばデジタルプロジェクタユニット１４０の側面図を示す。導光体４０７０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４０７０は完全に透明である。
【００７６】
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。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６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。
【００７７】
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。更なる光源のうちの１つ以上は、後述される本発明の実施形態に係る導光体であってもよい。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。したがって、共通の光出力１４００は、導光体４０７０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。
【００７８】
図２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素子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。本発明は、図２に模式的に示されるデジタルプロジェクタの実施形態に限定されるわけではない。
【００７９】
図３Ａ〜図３Ｄは、各導光体４０１０Ａ、４０１０Ｂ、４０１０Ｃ、４０１０Ｄの光出口面４２００に隣接して配置された偏光子９００１と、光出口面４２００の反対側に延在する導光体４０１０Ａ、４０１０Ｂ、４０１０Ｃ、４０１０Ｄの表面４６００に配置された反射要素７４００とを含む、導光体４０１０Ａ、４０１０Ｂ、４０１０Ｃ、及び４０１０Ｄの側面図をそれぞれ示す。これにより、高い輝度及び高い効率性を有する偏光光源を得ることができる。実施形態によらず、偏光子９００１は、反射直線偏光子及び反射円偏光子のいずれであってもよい。反射直線偏光子の例は、ワイヤーグリッド偏光子、複屈折層を含むポリマー層のスタックに基づく反射偏光子である。円偏光子は、いわゆるコレステリック液晶相のポリマーを使用して、１つの偏光及び特定のスペクトル分布の光しか通過させない、いわゆるコレステリック偏光子を作成することによって得ることができる。反射偏光子に代えて又は追加で、偏光ビームスプリッターを使用してもよい。更に、散乱偏光子を使用してもよい。他の実施形態では、例えば、ブルースター角に近い角度で光が入射するガラス等の材料からなるくさび形の偏光子を使用して、反射による偏光が用いられ得る。他の実施形態では、偏光子９００１は、例えばＷＯ２００７／０３６８７７Ａ２に開示されるような、いわゆる偏光バックライトであってもよい。他の実施形態では、偏光子９００１は偏光構造であってもよい。
【００８０】
図３Ａは、偏光子９００１が導光体４０１０Ａの光出口面４２００上に配置された一実施形態を示す。光源２１００、２２００、２３００は、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３００（他の図では固体光源の放射線１１として示されている）を発し、これは、導光体４０１０Ａ内で第２のスペクトル分布を有する第２の光１４００（他の図では変換素子の放射線２１として示されている）に変換される。偏光子９００１のため、第１の偏光、この場合はｐ偏光１４００ＰＡのみが光出口面４２００を通過して出射され、第２の偏光、この場合はｓ偏光１４００Ｓは反射されて導光体４０１０Ａ内に戻る。反射されたｓ偏光１４００Ｓは、反射要素７４００によって反射される。反射されると、反射されたｓ偏光１４００Ｓの少なくとも一部が、偏光子９００１を通過するｐ偏光１４００ＰＢに変更される。したがって、第１の偏光、この場合はｐ偏光１４００ＰＡ、１４００ＰＢのみを含む光出力が得られる。
【００８１】
更に、この例では、導光体４０１０Ａは、光出口面４２００と反対側の面４６００との間に伸びる表面のいずれかに配置された、図示の実施形態では表面４５００を部分的に覆う１／４λ板９００２を含む。あるいは、１／４λ板は表面４５００を完全に覆ってもよく、又は２つ以上の分離したセグメントを含んでもよい。代替的に又は追加で、１／４λ板は、光出口面４２００と面４６００との間に延びる１つ以上の他の表面に配置されてもよい。他の実施形態では、１／４λ板９００２は、１／４λ板と導光体との間にギャップが生じるよう、導光体と反射要素７４００との間に配置されてもよい。１／４λ板９００２は、第１の偏光を第２の偏光に変換するために、具体的には、円偏光を直線偏光に変換するために使用され得る。しかし、実施形態によらず、１／４λ板９００２はオプションの要素であり、よって、省かれ得ることに留意されたい。
【００８２】
図３Ｂは、偏光子９００１が光出口面４２００に対して角度を付けられて、原則的には任意の角度でよいが、図示されるように光出口面４２００に対して４５°の角度を付けられて配置された一実施形態を示す。更に、重ねられた１／４λ板９００２及び反射要素９００３が光線経路内の偏光子９００１の下流に、偏光子９００１に対して実質的に平行に延在するよう配置されている。これにより、反射された第１の偏光は導光体４０１０Ｂの外部に導出され、偏光子９００１によって第２の偏光に変更される。その後、第２の偏光は反射要素９００３によって方向転換され、１／４λ板９００２によって更に偏光される。
【００８３】
図３Ｃは、図９Ａに示されるものと非常に良く似ているが、代替的な導光体４０１０Ｃが、光出口面４２００の反対側にテーパ状の表面４６００を有する一実施形態を示す。テーパ状の表面４６００は、１／２λ板９００４の形態のインサートによって隔てられた反射要素４７０１、４７０２を有する。
【００８４】
図３Ｄは、２つの導光体４０１０Ｄ及び５０１０が、導光体４０１０Ｄの表面４５００及び導光体５０１０の光入力面５１００が互いに面し、且つ、それらが、導光体４０１０Ｄと５０１０との間に配置され、両者と光接触する更なる偏光子９００５に面するよう重ねられた一実施形態を示す。偏光子９００１は、導光体４０１０Ｄ及び５０１０の光出口面４２００及び５２００上に配置され、反射要素７４００は、光出口面４２００、５２００の反対側の導光体４０１０Ｄ及び５０１０の表面４６００及び５６００上に配置される。更なる偏光子９００５は、偏光子９００１を通過した偏光と直交する偏光を通過させる。１／４λ板９００２は、導光体５０１０の表面５５００の少なくとも一部に設けられ得る。
【００８５】
他の実施形態では、偏光子９００１は、導光体の光出口面４２００に配置された光学素子の一部として提供され得る。ある具体的な実施形態では、その場合、偏光子９００１は、光学素子が取り付けられた状態において光出口面４２００の反対側に位置するよう配置される。一例として、かかる光学素子は、例えば、上記の光学素子、複合パラボラ集光素子（ＣＰＣ）、又は光学素子であってもよい。あるいは、かかる光学素子は、混合室であってもよい。特に、ＣＰＣの場合、１／４λ板は、ＣＰＣの偏光素子９００１の反対側に配置され得る。
【００８６】
図４は、複数のＬＥＤを含む光源２１００と、導光体４０９５とを含む発光素子１０２０を示す。この例では、光源２１００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７０００の形態のベース又は基板上に配置される。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。導光体４０９５は、互いに対してゼロではない角度で、この具体例では垂直に延びる光入力面４１００及び光出口面４２００を有するバー又はロッドとして概して成形されるよう図示されており、光出口面４２００は、導光体４０９５の端面である。光入力面４１００及び光出口面４２００は異なるサイズを有し、好ましくは、光入力面４１００が光出口面４２００より大きい。導光体４０９５は、更なる面４６００を更に有し、更なる面４６００は、光出口面４２００の反対側に平行に延在し、よって同様に導光体４０９５の端面である。導光体４０９５は、更に、側面４３００、４４００、４５００を有する。導光体４０９５は、板状の形状を有してもよく、例えば正方形又は長方形の板であってもよい。
【００８７】
発光素子１０２０は、更に、導光体４０９５の更なる面４６００に配置された第１のミラー要素７６００、及び導光体４０９５の光出口面４２００に配置された第２のミラー要素７４００を有する。図示されるように、第１のミラー要素７６００は、光出口面４２００と光接触するよう配置され、第２のミラー要素７６００は、更なる表面４６００と光接触するよう配置される。代わりに、第１及び第２のミラー要素７６００及び７４００と更なる面４６００及び光出口面４２００との間の一方又は両方の間に、ギャップが設けられてもよい。かかるギャップは、例えば空気又は光学接着剤によって充填され得る。
【００８８】
導光体４０９５の光出口面４２００は、更に、４つの内向きテーパ壁、及び更なる面４６００に対して平行に延在する中央平坦部を有する。本明細書で使用される「テーパ壁」とは、光出口面の残りの部分、及び光出口面に隣接して延びる導光体の表面の両方に対してゼロではない角度で配置された光出口面４２００の壁の部分を指す。当該壁は内向きにテーパ状であり、すなわち、導光体の断面は、出口面に近づくにつれ徐々に小さくなる。本実施形態では、第２のミラー要素７４００は、光出口面４２００のテーパ壁に配置され、光出口面４２００のテーパ壁と光接触する。よって、第２のミラー要素は、光出口面４２００の各テーパ壁に対応し、それらを覆う４つの部分７４１０、７４２０、７４３０、及び７４１０を有する。光出口面４２００の中央平坦部に対応する開口部７５２０は、光が通り抜けて発光素子１０２０から外に出射され得る光出口面４２００の透明部分を画定する。
【００８９】
このようにすることで、より多くの光線が光出口面４２００に向けられるよう、第２のミラー要素に衝突した光線が角度方向を変え、また、角度方向の変化により、以前はＴＩＲによって導光体４０９５内に留まっていたであろう光線が、臨界反射角より小さい角度で光出口面４２００に衝突するようになり、よって光出口面４２００の開口部７５２０を介して導光体から出ることができる発光素子が提供される。これにより、発光素子が導光体４０９５の光出口面４２００から出射する光の強度は、更に上昇される。具体的には、導光体が矩形のバーの場合、出口面の第２のミラー要素に垂直に衝突し、２つのミラー要素間で跳ね返り続けるため、バーから出ることができない光線が存在する。１つのミラー要素が内側に傾けられた場合、光線はそのミラー要素において反射された後方向を変え、第２のミラー要素の透明部分を通って導光体から出ることができる。したがって、この構成は、テーパ壁の反射により、光出口面４２００の中央平坦部、よって第２のミラー要素７４００内のスルーホール７５２０への改良された導光を提供する。
【００９０】
他の実施形態では、異なる数のテーパ壁、例えば１つ、２つ、３つ、５つ、又は６つのテーパ壁等、４つより少ない又は多くのテーパ壁が設けられてもよく、また、テーパ壁の全てに第２のミラー要素又は第２のミラー要素の部分が設けられなくてもよい。他の変形例では、テーパ壁のうちの１つ以上は、第２のミラー要素７４００によって覆われなくてもよく、且つ／又は、中央平坦部は、第２のミラー要素７４００によって部分的に若しくは完全に覆われてもよい。
【００９１】
図５Ａは、参照番号１で示されている照明デバイスの一実施形態を概略的に描写する。照明デバイス１は、放射入力面４１００と放射出口面４２００とを有する導波路４０００を含むルミネセンスコンセントレータ１００を含む。幅Ｗは放射入力面４１００と反対面４５００との間の距離によって規定され、導波路４０００は導波路４０００内に分散された放射変換器要素２０を含む。ここでは、幅Ｗは導波路４０００の厚さ（及び経路長（ｌ）、上記も参照）に等しい。更に、照明デバイス１は、固体光源放射線１１で導波路４０００の放射入力面４１００を照射するように構成された固体光源１０を含む。ここでは、例として、２つの固体光源１０のみが描写されている。Ｃｅ３＋又はＥｕ２＋、有機色素、ＱＤ、又はこれらのうちの２つ以上の組み合わせ等の放射変換器要素２０は、光源放射線１１の少なくとも一部を吸収し、放射変換器要素放射線２１に変換するように構成される。導波路４０００は、例えば、ビーム又はロッドにすることができ、実質的に球状断面を有してもよい。その一実施形態は図５Ｂに概略的に描写されており、入力面４１００及び反対面４５００は実質的に平行に作成され、その他の面は丸いか又は丸みを付けてもよい。しかし、後端４６００（描写せず）及び出口面４２００は一般に平坦部分を有するか又は全体的に実質的に平坦になる（「平面」、上記も参照）。図５Ａでは、放射出口面４２００において導波路４０００から漏れ出る放射線が参照番号１４００で示されている。導波路４０００の長さは参照符号Ｌで示されている。長さ方向（ＬＤ）は、例えば、面４１００及び４５００に平行であり、特に体軸（描写せず）と一致する。図５Ｂでは、長さ方向は図面の平面に対して垂直になり、体軸ＢＡで示される。長さ方向は幅（方向）に対して垂直である。放射源１０からの放射線１１は幅方向（ＷＤ）に平行に移動する。これらの方向ＷＤ及びＬＤも導波路４０００の右側の矢印で示されている。コンセントレータ１００は導波路４０００を含むが、任意選択で、上記で示されているフィルタ、リフレクタ等の更なる要素を含んでもよい。
【００９２】
図６Ａ及び図６Ｂは、活性剤の濃度が低い場合にロッドの長さ方向の再吸収が優勢であることを概略的に示す（図６Ａを参照）。幅方向の再吸収はごくわずかであり、ロッドの高い縦横比により、長さ方向の再吸収が常に発生する。元々、ＴＩＲ内にあった光はこの再吸収プロセスによりＴＩＲから漏れ出る可能性がある。その上、ＴＩＲではなく一次発光内にあった光は再吸収される可能性が低くなり、出口面に達する前にロッドから漏れ出る。ドーパント濃度を高めた場合（図６Ｂを参照）、その他の方向での再吸収も重要になる。生成されたが、ＴＩＲコーン内にない一次光は再吸収を経験し、ＴＩＲコーンに入る第２の機会を与えることになる。長さ方向では再吸収は著しく増加せず、一次発光からの距離が減少するだけである（幅における長さの比として定義されるロッドの縦横比により、濃度が低い場合でも長さ方向の再吸収が行われる）。参照符号ａ１は、全反射領域内に入っておらず、従って、失われる可能性のある放射線を示す（両方の方向において、ＴＩＲコーンはこの概略２Ｄ図面に描写されている）。参照符号ａ２は、長い面４１００及び４５００のＴＩＲ内に入っているが、後部４６００のＴＩＲを備えていない放射を示している。参照符号ａ３は、ＴＩＲ内で出口面２００から出る放射を示している。
【００９３】
図６Ｃを参照しながら何らかの定量化が与えられるが、同図ではセリウム含有ガーネット導波路が想定され、この導波路は屈折率１．８を有する（及び空気は屈折率１を有する）。この場合、臨界角は３３．７°に決定することができる。参照符号ａ４は、すべての面のＴＩＲ内の光を示している。ＴＩＲ内にない放射ａ１は（４＊３３．７）／３６０＝３７．５％と推定することができ、係数４は上部２つのハーフコーン及び下部２つのハーフコーンに基づくものである（従って、ａ１コーン全体の開口角度は２＊３３．７°である）。放射ａ２は（２＊３３．７／３６０）＝１８．７％と推定することができ、放射ａ３は（２＊３３．７／３６０）＝１８．７％と推定することができ、係数２はそれぞれａ２及びａ３の２つのハーフコーンに基づくものである。放射線ａ４は（４＊２２．６／３６０）＝２５％と推定することができ、２２．６という値は２＊（４５°−３３．７°＝１１．３°）に基づくものである。図６Ｃで分かるように、４つのａ４部分が存在し、このため、この値は４倍になる。放射線の約１５％が再吸収を経験する可能性があると想定すると、可能な利得は（コーン「ａ１」内の光）＊（その光のうち、依然として再吸収を経験する可能性を有する割合）＊（再出射光が正しい発光角度を有する確率）によって与えられ、従って、約０．３７５＊０．１５＊（１−０．３７５）＝４％になり、これは相当なものである。
【００９４】
以下の表に幾つかの例を示す。
【表２】
0006709174.tif 000003
【００９５】
量子ドットについて同様の計算を行ったが、１リットルの導波管当たりの量子ドットの濃度に基づくものである。量子ドットの特性値は１ｅ６Ｍ−１ｃｍ−１であり、Ｍは１リットル当たりのモルと定義される。このため、０．１２ｃｍにおける９８％吸収は−ｌｏｇ（０．０２）＝１ｅ６＊０．１２＊［Ｃ］であり、［Ｃ］は濃度を示す。このため、このようなタイプの量子ドットの９８％吸収濃度は１５μＭになる。従って、０．１２ｃｍの厚さを有する導波路内の所望の濃度は少なくとも４５μＭである。
【００９６】
図６Ｄは、ｘ軸にナノメートル（ｎｍ）単位の波長（λ）及びｙ軸に（任意の単位の）正規化強度（Ｎ．Ｉ．）を有する発光曲線及び関連の励起曲線を概略的に描写する。論証のため、吸収曲線は、特に４００〜６００ｎｍ、更に特別に３００〜６００ｎｍという関連の波長範囲内で励起曲線と同一であると定義される。励起曲線又は吸収曲線は参照符号ＥＸで識別される。発光曲線は参照符号ＥＭ、即ち、放射変換器要素放射線２１で識別される。更に、（斜め）破線曲線は固体光源放射線１１である。これらの曲線は正規化されている。放射変換器要素はこの例の３００〜５００という波長範囲のほぼ全体で励起できることは明かである。しかし、最も効率的な励起は最大λＸＭ、即ち、最大励起辺りの範囲内になる。固体光源放射は最大放射λＲＭで最大値を有する。特に、固体光源は、その最大放射λＲＭがλＸＭの７０〜１００％の範囲内になるように選択される。図面では８０〜１００％の範囲が示されている。ここで、本実施形態では、固体光源放射は実質的に完全に励起帯と重複し、最大値λＸＭ及びλＲＭは実質的に互いに重なり合っている。更に、発光帯と励起帯は重複する。ここで、この概略図面では発光帯ＥＭ（放射変換器要素放射線２１）の約１０〜１５％が励起帯と重複する。スペクトルの重複部分は、可視域内の励起スペクトル及び発光スペクトルを１００（又は１等）に正規化し、励起曲線の下のエリアと重複する発光曲線の下のエリアを規定することによって決定される。良好な再吸収のために、このような重複は有益である。重複エリアは（水平）破線であり、参照符号Ｏで示されている。最大発光の波長は参照符号λＭＭで示されている。λＸＭとλＭＭとの波長差はストークスシフトである。
【図１】
0006709174.tif 000004
【図２】
0006709174.tif 000005
【図３Ａ】
0006709174.tif 000006
【図３Ｂ】
0006709174.tif 000007
【図３Ｃ】
0006709174.tif 000008
【図３Ｄ】
0006709174.tif 000009
【図４】
0006709174.tif 000010
【図５Ａ】
0006709174.tif 000011
【図５Ｂ】
0006709174.tif 000012
【図６Ａ】
0006709174.tif 000013
【図６Ｂ】
0006709174.tif 000014
【図６Ｃ】
0006709174.tif 000015
【図６Ｄ】
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