(57)【要約】  青色光と黄色光とを合成することによって白色光が生成される。黄色光は、入射する実質的に全ての青色光を黄色光に変換する変換器２から生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の色位置を調整するための、特に白色光を生成するための装置であって、
青色光（１）の励起光源と、
前記励起光源からの青色光（１）を黄色光に変換するための変換器（２）と、
前記励起光源に対し適切な角度に及び照明方向に、前記変換器をレミッション形状に位置合わせするための前記変換器（２）の支持体（４）と、
入射光の比率に対し反射光の比率を調整するための、前記変換器（２）の表面上のコーティング（３）と、
を備え、
前記変換器の表面から前記支持体まで測定される前記変換器（２）の厚み（ｄ）は、入射する実質的に全ての青色光が黄色光に変換されるように選択される、光の前記色位置を調整するための、特に白色光を生成するための装置。
【請求項２】
前記光学コーティング（３）は、４３０ｍｍ〜４６０ｍｍの範囲の波長の入射光に対し、Ｒ＝０．１〜Ｒ＝０．３の範囲の反射率を有し、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲の波長の出射変換光に対し、Ｒ＜０．０５の範囲の反射率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学コーティングは二色性層である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光学コーティングは薄い金属層である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記コーティングは散乱層（３０）である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記散乱層（３０）は薄い塗膜からなる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記散乱層の下の前記変換器上に反射防止層が施される、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記光学コーティング（３）の層組成及び厚みは、反射される青色光に対する入射率を調整するための調整器として選択される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
白色光を生成するために色位置を調整するための装置であって、
青色光（１）の励起源と、
入射する青色光を放射される黄色光に変換するための変換器（２）と、
前記励起光源に対し適切な角度に及び照明方向に、前記変換器をレミッション形状に位置合わせするための前記変換器（２）の支持体（４）と、
を備え、
前記変換器の表面から前記支持体まで測定される前記変換器（２）の厚み（ｄ）は、入射する実質的に全ての青色光が黄色光に変換されるように選択され、
前記入射光に対する反射される青色光の比率は、光学的により薄い媒体から光学的により密な媒体への光の遷移則によって決まる、白色光を生成するために前記色位置を調整するための装置。
【請求項１０】
前記光は、前記変換器材料に応じて、前記変換器（２）の前記表面の面法線に対し６０度〜７５度の角度範囲の入射光ビームを含むように選択される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記表面に対し垂直に偏向された光の場合に３５度〜７０度の角度範囲が選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記支持体（４）は、回転可能な楔型のプレートを備え、該楔型のプレートの回転によって前記変換器（２）の前記表面に対する前記光の入射角を変更することができるようにされる、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記変換器（２）はＣｅ：ＹＡＧセラミックである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記変換器（２）はＣｅ：ＴＡＧセラミックである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記変換器（２）はＣｅ：ＬｕＡＧセラミックである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、青色光と、青色光を黄色光に変換するための変換器とを用いて、これらのスペクトル成分を組み合わせることによって白色光を生成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は以下において広く知られている。
（国際公開第２００４／１０５６４７号、日本国特開２００９−１０５１２５号、米国特許出願第７，６５４，７１２号、米国特許出願公開第２００７／１８９３５２号、米国特許出願第７，７５８，２２４号、米国特許出願第７，４３３，１１５号、米国特許出願第７，３５６，０５４号及び独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０２８９４９号。）生成される照明光における青色光成分の黄色光成分に対する比率は、励起光源から入射した青色光を照明光の成分として黄色光に変換する変換媒体に応じて決まる。色度図の白色領域内に到達するには、変換器の様々なパラメーターが精密に合致しなくてはならない。これらのパラメーターには、変換器材料のドーピング、変換器材料における光散乱、及び変換器の厚みが含まれる。そのようなパラメーターの精密な調整によってのみ、白色光を得るための青色光対黄色光の正確なスペクトル比を達成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００４／１０５６４７号
【特許文献２】特開２００９−１０５１２５号
【特許文献３】米国特許出願第７，６５４，７１２号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／１８９３５２号
【特許文献５】米国特許出願第７，７５８，２２４号
【特許文献６】米国特許出願第７，４３３，１１５号
【特許文献７】米国特許出願第７，３５６，０５４号
【特許文献８】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０２８９４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、変換器の厚み、変換器材料のドーピング、変換器における光散乱等の材料パラメーターにおける、より大きな許容誤差を可能にし、変換のみでは白色スペクトル領域を達成することができない変換器材料の使用を可能にする、光の色位置を調整するための装置を提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成され、実施形態及び変更形態は、従属請求項の更なる特徴によって定義される。
【０００６】
特に、青色光の励起光源と、実質的に全ての入射青色光を黄色光に変換するための変換器とが提供される。支持体又は担体は、励起光源に対し及び照明方向において、変換器の表面をレミッション形状（remission geometry）に位置合わせする。変換器において、入射する実質的に全ての青色光を黄色光に変換するために、変換器の厚みは適切な大きさに選択される。色度図において、変換光及び非変換光の合成の結果生じる所望の色位置を調整するために、変換器の表面に光学コーティングが設けられる。このようにして、白色光は変換器の材料パラメーターと無関係に、反射される青色光及びレミッションされる黄色光から混合することができる。
【０００７】
青色光と黄色光との適切な混合比を得るために、光学コーティングは、４３０ｍｍ〜４６０ｍｍの範囲の波長の入射光に対し、Ｒ＝０．１〜Ｒ＝０．３の範囲の反射率を有し、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲の波長の出射変換光に対し、Ｒ＜０．０５、より好ましくはＲ＜０．０１の範囲の反射率を有することができる。このため、本発明のこの実施形態において、青色光の７０％〜９０％が変換器に入射し、変換器において黄色光（及び熱）に実質的に完全に変換される。一方、光学コーティングは、変換光を実質的に完全に透過することが可能であり、それによって、生成された黄色光は放射される照明光の成分を形成することになり、これは青色と黄色との合成に起因して白色に見えることになる。二色性層又は薄い金属層を光学コーティングとして用いることができる。
【０００８】
一方、散乱層、例えば薄い塗膜と連動することも可能である。通常、そのような層の利点は、反射される励起光の一部分が、鏡面的ではなく拡散的に反射される、すなわち後方散乱されることである。このようにして、反射される励起光の角度分布は変換光とより良好に合成される。一方、２つの光成分の分離が光学系において不利ではない、又は望ましくさえある場合、二色性層又は金属層における鏡面反射も同様に好都合であることができる。散乱層を用いる場合に、例えば鏡面部分によって望ましくない光学効果が生じるために、又は変換光の比率が散乱光の比率を低減することなく増大するために、変換器の光学的により密な媒体への界面における鏡面反射が完全に望ましくない場合、励起光及び変換光のための反射防止層（Ｒ＜０．０５、より好ましくはＲ＜０．０１）をまず変換器に施し、その上に散乱層を施す。
【０００９】
散乱層に起因して、変換器から出射する光も不可避的に変換器に後方散乱される。しかしながら、変換器における変換光の吸収長は長いので、後方散乱光のほとんどが再び変換器から出る。
【００１０】
光学コーティングの層組成及び厚みは、入射光と反射される青色光との比を調整するための調整器として用いられる。
【００１１】
本出願における反射率Ｒの具体的な値は、励起光の波長及び変換光のスペクトル及び変換器の効率に応じて決まる。
【００１２】
本発明の目的は、変換器の表面に対する励起光源の適切な角度を求める際に変換器媒体の屈折率を考慮に入れることによって、変換器の表面上の光学コーティングを用いることなく解決することもできる。光が斜めの角度で変換器の表面に入射する場合、一部分が反射され、別の部分が変換器媒体に入射する。励起光の入射部分は、ほぼ完全に黄色光に変換され、レミッション形状に従って照明方向に変換器から出る。そこで、変換された黄色光は励起光源からの反射された青色光と合成され、最終的に白色光の外観が生成される。
【００１３】
本発明の更なる詳細は、図面及び特許請求の範囲により、例示的な実施形態の説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】二色性表層を有する変換器及びその変換器の支持体を通る断面図である。
【図２】薄い金属表層を有する別の変換器及びその変換器の支持体を通る断面図である。
【図３】別の変換器を通る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、白色光を生成するための装置を概略的に示している。この装置は、青色光のための励起光源１、例えばダイオードレーザーと、変換器２とを備える。変換器２はその表面にコーティング３を有し、担体又は支持体４に取り付けられている。変換器材料は、Ｃｅ：ＹＡＧセラミック材料とすることができる。コーティング３は光学コーティングであり、この光学コーティングには二色性層又は薄い金属層が用いられる。コーティング３は励起光ビームを反射光部分と入射光部分とに分割する。これらの光の部分を画定する目的で、変換器の面に対する入射光の角度は通常、９０度に等しくならないように調整される。入射青色光は変換器２によって黄色光６に変換され、これが増えると、変換器内により深く光が（the more deeply the light）貫入し、光ローブとして出力される。これは図示されていない。変換点は６０に示されている。変換点６０から、変換光は全ての方向に伝播する。本発明によれば、変換器の厚み（ｄ）は、少なくとも、変換器に入射する実質的に全ての光が変換されるような寸法を有するように選択される。
【００１６】
担体又は支持体４は、入射青色光１、及び特に変換された黄色光を反射するために反射性となるように構成される。これは７に示されている。担体又は支持体４の反射性に起因して、変換器材料を節減することができる。
【００１７】
反射される青色光の割合は、コーティング３の成分及び層の厚みによって決まる。反射光は５に示され、放射される黄色光は６に示される。青色光及び黄色光を合成して、装置の照明方向に白色光を生成する。
【００１８】
コーティング３は、適切な角度で適切な部分を反射又は透過するために、その構成が更に変換媒体の屈折率に応じて決まる光学コーティングである。光学コーティング３は、光の放射される黄色成分との合成によって白色光の所望の結果を達成するために、４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲の青色光スペクトルにおいて事前に選択可能な反射率を有する。反射率の適切な値はＲ＝０．２である。光学コーティングの反射率は、変換器における入射角にも応じて決まる。これは、光学コーティングの設計において考慮に入れられる。
【００１９】
変換された黄色光は可能な限り完全に、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍのスペクトル範囲において、かつ変換器の面法線に対し０度〜６０度の角度分布で放射されることになる。光学コーティングは、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍのスペクトル範囲において、０．０５未満の反射率、より好ましくは０．０１未満の反射率を呈するように設計される。
【００２０】
図２は、光の色位置を調整するための装置の一実施形態を示しており、この装置は散乱層３０を備える。他の要素は図１の実施形態の要素に対応する。ここでもまた、変換器の厚み（ｄ）は少なくとも、変換器に入射する本質的に全ての光が変換される程度に大きい。反射される青色光の割合は散乱層３０により定義される。散乱層３０は、例えば、薄い白色塗膜とすることができる。散乱層３０の下に、励起光の望ましくない反射を最小限にする反射防止層が延在することができる。
【００２１】
図３は、本発明の第３の実施形態を示している。上記で説明した実施形態の要素に類似した要素は、同じ参照符号を用いて示されている。青色励起光１は、変換器の面法線に対し或る角度で照射され、したがって漸進的に黄色光に変換され、青色光の一部は担体又は支持部４の反射面に到達し、そこで反射されるが、変換器の表面に到達する前に実質的に完全に吸収される。吸収及び変換される点は６０に示されている。変換光は全ての方向に伝播し、すなわち、６に示すように照明方向にも伝播する。変換光の一部は担体又は支持部４の反射面によっても反射され、照明方向に変換器から出る。
【００２２】
担体又は支持体４は、回転軸４０の回りを回転可能な楔型のプレートとして形成することができる。変換器２がこの回転軸４０の回りを回転する場合、励起光１の入射角は変化する。これによって、励起光源に均一な励起波長が与えられていない場合、変換器の面に対する入射角の精密な調整が可能になり、これは続いて行うこともできる。
【００２３】
反射される青色光５の部分は、より薄い媒体から、光学的により密な媒体への光の遷移時に反射法則によって決まる。変換器２の面に対し、励起光１の入射角を適切に選択することによって、変換光と非変換光との比が調整され、このため、反射される青色光と放射される黄色光との混合比が調整される。このようにして、白色光を生成するように色度図における色位置を調整することが可能である。
【００２４】
例示的な実施形態：
用いられた変換器材料は、１．８３３の屈折率を有するＣｅ：ＹＡＧセラミック材料であった。反射率は０．２となるように選択された。これによって、６８．３度の入射角が与えられる。＋／−１度の入射角のずれによって生じる反射率の変化は＋／−１％（０．１９及び０．２１）のみである。０．０５の屈折率のずれによって生じる反射率の変化も＋／−１％のみである。双方のパラメーターは、多大な技術的努力を伴うことなく、より精密に調整することができる。
【００２５】
０．２ｍｍの厚みの変換器プレートが、非変換率が０．２となるように透過又はレミッションにおいて用いられる場合、変換されない光の割合の＋／−１％の精度を同様にして得るには、その厚みは厳密に＋／−６μｍの範囲内に調整されなくてはならない。
【００２６】
偏光を有する光源が設けられる場合、この光源を用いて、より小さな角度において既に０．２の反射光率を得ることができる。垂直偏光の場合、この条件は５０．６度において既に満たされる。この場合、変換器における光スポットは、非偏光の場合ほど歪まない。この場合、＋／−１．５度の角度精度があれば、０．１９〜０．２１の反射率を保持するのに十分である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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