(57)【要約】  主波長の光を放射するように配置された少なくとも１つの発光素子３、及び少なくとも１つの発光素子３から離れて配置された波長変換素子５を有する発光モジュール１が提供される。波長変換素子５は、主波長の光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換するように配置される。更に、モジュール１は、発光素子３から離れた側の面上に表面構造１１を有する第１の光学コンポーネント７を含む。小さい角度で第１の光学コンポーネント７に入射する光線は反射され、大きい角度で第１の光学コンポーネント７に入射する光線は、透過されて、第１の光学コンポーネント７の法線の方へ曲げられる。本発明は、それが、コンパクトで効率的な光指向モジュールを提供するという点で有利である。
2015500568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主波長の光を放射するように配置された少なくとも１つの発光素子であって、前記少なくとも１つの発光素子のそれぞれが、発光エリアを有する発光素子と、
前記少なくとも１つの発光素子の最も小さい発光エリアの少なくとも幅の距離だけ前記少なくとも１つの発光素子から離れて配置された波長変換素子であって、主波長の光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換するように配置された波長変換素子と、
第１の光学コンポーネントであって、前記波長変換素子が、前記少なくとも１つの発光素子と第１の光学コンポーネントとの間に位置するように配置された第１の光学コンポーネントと、
を含む発光モジュールであって、
前記第１の光学コンポーネントが、前記少なくとも１つの発光素子から離れた側の面上に表面構造を有し、
前記第１の光学コンポーネントの法線を中心とする所定の入射円錐の内側に入る角度で前記第１の光学コンポーネントに入射する光線が反射されるように、且つ前記所定の入射円錐の外側に入る角度で前記第１の光学コンポーネントに入射する光線が、前記発光モジュールの光学軸を中心とする放射円錐の内側に入るために少なくとも部分的に透過されて前記法線の方へ曲げられるように、前記表面構造が配置される発光モジュール。
【請求項２】
前記波長変換素子が前記放射円錐の外側に入る視角から目に見えないように、前記放射円錐の外側に入る角度で、前記発光素子から離れた側の面で第１の光学コンポーネントに入射する周囲光の光線を、前記第１の光学コンポーネントが反射するように、前記表面構造が更に配置される、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記表面構造が、複数の構造を含み、各構造が、第１の方向に前記第１の光学コンポーネントを横切って延び、各構造の断面が、前記第１の方向に沿って一定の形状を有する、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記複数の構造が、前記第１の方向に延びる隆起部を含む、請求項３に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記波長変換素子から離れた側の前記第１の光学コンポーネントの面に配置された第２の光学コンポーネントを更に含み、前記第２の光学コンポーネントが、前記波長変換素子から離れた側の面上に表面構造を有する、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記第１及び第２の光学コンポーネントの前記表面構造が、第１の方向及び第２の方向に延びる隆起部をそれぞれ含み、前記第１及び第２の光学コンポーネントの前記隆起部が、互いに対して或る角度で配置される、請求項５に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記波長変換素子が、湾曲形状を有し、前記第１の光学コンポーネントが、前記波長変換素子上に配置される、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記表面構造が、二次元パターンに配置された複数の構造を含む、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記複数の構造が、ピラミッド構造又はプリズム構造を含む、請求項８に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記第１の光学コンポーネントに、前記入射円錐の内側に入る角度で入射する光線から生じる反射光線が、前記入射光線に対して或る距離シフトされるように、前記表面構造が更に配置され、前記入射光線に対する前記距離が、前記発光素子の少なくとも１つにおける前記発光エリアの幾何学的範囲より大きい、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項１１】
前記表面構造の最も小さい幾何学的寸法が、前記発光素子の少なくとも１つにおける前記発光エリアの幾何学的範囲より大きい、請求項１０に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置の分野に関する。特に、本発明は、発光素子及び発光素子から離れて配置される波長変換素子を含む発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光照明は、青色光の一部を吸収し、且つそれをより長い波長を備えた色に変換する蛍光体層等の波長変換層と組み合わせて青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることによって実現され得る。出力光において、異なる波長が組み合わされ、結果として白色光をもたらす。
【０００３】
しかしながら、このアプローチに関連付けられる多くの問題が存在する。１つの問題は、波長変換層からの出力光が、異なる方向に異なる色組成を有するという事実から生じる。特に、より高い割合の黄色光を典型的に有する大きい角度で放射された光と比較されると、小さい角度で放射された出力光は、より高い割合の青色光を典型的に有する。これは、「黄色リング問題」と呼ばれることもある。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１００６４１７７Ａ号は、ＬＥＤアセンブリの効率を低下させずに黄色リング問題の解決を目指すＬＥＤアセンブリを開示する。このアセンブリは、ＬＥＤダイ、蛍光体層、及びフィルタ層を含む。フィルタ層は、ＬＥＤダイから放射された約４００ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは約４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長を備えた光線が、フィルタ層上の法線に対するそれらの放射角度に依存して、少なくとも部分的に反射されるような態様で開発されている。
【０００５】
波長変換層は、ＬＥＤチップ上に配置されても良い。しかしながら、より高い効率及び熱効果による色ずれの低減を達成するために、波長変換層は、ＬＥＤチップから離れて又は遠隔に配置されることが多い。波長変換層がＬＥＤから離れて位置する結果として、波長変換層のサイズは、ＬＥＤの発光部より大きい。遠隔の波長変換素子を有するＬＥＤ光源の欠点は、コンパクトなシステムで放射光をコリメートすることが、白色ＬＥＤ等のより小さい光源の光をコリメートするより難しいということである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記で論じられた問題を克服又は少なくとも緩和すること、及び改善された発光モジュールを提供することである。特に、黄色リング問題を低減すると同時に、放射光を導くコンパクトで効率的な発光モジュールを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の概念によれば、上記目的及び他の目的は、主波長の光を放射するように配置された少なくとも１つの発光素子であって、少なくとも１つの発光素子のそれぞれが、発光エリアを有する発光素子と、少なくとも１つの発光素子の最も小さい発光エリアの少なくとも幅の距離だけ少なくとも１つの発光素子から離れて配置された波長変換素子であって、主波長の光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換するように配置された波長変換素子と、波長変換素子が、少なくとも１つの発光素子と第１の光学コンポーネントとの間に位置するように配置された第１の光学コンポーネントと、を含む発光モジュールであって、第１の光学コンポーネントが、少なくとも１つの発光素子から離れた側の面上に表面構造を有し、第１の光学コンポーネントの法線を中心とする所定の入射円錐の内側に入る角度で第１の光学コンポーネントに入射する光線が反射されるように、且つ所定の入射円錐の外側に入る角度で第１の光学コンポーネントに入射する光線が、少なくとも部分的に透過され、発光モジュールの光学軸を中心とする放射円錐の内側に入るために法線の方へ曲げられるように、表面構造が配置される発光モジュールによって達成される。
【０００８】
所定の入射円錐は、第１の光学コンポーネントの法線を中心とする仮想円錐である。法線は、光線の入射ポイントにおける第１の光学コンポーネントの法線として解釈されるべきである。所定の円錐は、所定の角度より小さい角度で入射する光線が、第１の光学コンポーネントによって反射され、且つ所定の角度より大きい角度で入射する光線が、第１の光学コンポーネントによって少なくとも部分的に透過され曲げられるように、各入射面に対して所定の角度を決める。所定の角度より大きい角度に対して、光線が、部分的に透過され表面構造で部分的に反射される角度の遷移間隔が存在することが注目されるべきである。これは、反射から透過への遷移が連続的な遷移であるからである。
【０００９】
所定の入射円錐は、一般にベース又は断面の任意の形状を有しても良い。ベース又は断面の形状は、第１の光学コンポーネントの表面構造のジオメトリに依存する。
【００１０】
放射円錐は、発光モジュールの光学軸を中心とする円錐である。放射円錐は、一般に任意の断面形状を有しても良く、形状は、第１の光学コンポーネント及びその表面構造のジオメトリによって決定される。放射円錐は、発光モジュールから出力される光ビームの形状に対応する。
【００１１】
発明者らは、表面構造を有する第１の光学コンポーネントを設けることによって、モジュールから放射された光が、コンパクトで効率的な態様で導かれることを理解した。より正確には、第１の光学コンポーネントは、光の一部を波長変換素子の方へ戻し、光の一部は、吸収及び変換又は散乱される第２の機会を得る。特に、所定の入射円錐の内側で第１の光学コンポーネントに当たる光、即ち小さい角度で第１の光学コンポーネント上に当たる光は、反射され、従って波長変換素子の方へ戻される。かかる光は、典型的には主波長である。このように、主波長の光の一部が波長変換素子によって再利用されるので、波長変換素子の波長変換層は、より薄く、又はより低い濃度の波長変換材料で作製されても良い。その結果、発光モジュールの効率は、改善される。何故なら、波長変換層がより薄くされた場合に、光透過性が向上するからである。更に、黄色リング問題は、小さい角度で発光モジュールによって放射される出力光における主波長の光の割合が低減されるので、解決又は緩和される。
【００１２】
更に、第１の光学コンポーネントの表面構造故に、入射円錐の外側に入る角度、即ち大きい角度で第１の光学コンポーネントに入射する光ビームは、透過され、且つ放射円錐の内側に入るように法線の方へ曲げられる。従って、第１の光学コンポーネントは、放射光を放射円錐に導き、且つ放射光を放射円錐へと制限する働きをする。第１の光学コンポーネントは、波長変換素子とほぼ同じサイズを有しても良い。従って、発光モジュールは、コンパクトなサイズで作製され得る。これは、出力光を制限するためにコリメート光学系が用いられる従来の光指向モジュール又はスポットライトと対照的である。エタンデュの保存則故に、かかるコリメート光学系は、波長変換素子より著しく大きい直径を有する必要がある。
【００１３】
本発明は、より少ない散乱粒子しか波長変換素子に追加される必要がない、又は散乱粒子が全く波長変換素子に追加される必要がないという点で更に有利である。通常、黄色リング問題を減じるために、散乱粒子が、順方向における主波長の光の透過を低減するために波長変換素子に追加される。上記で説明されたように、第１の光学素子を設けることによって、順方向における主波長の光の割合が低減され、従って追加散乱粒子の必要が低減される。
【００１４】
更に、波長変換層がより薄くされ得るので、波長変換材料用のコストが低減され得る。
【００１５】
更に、第１の光学コンポーネントが、ビームを放射円錐に導くために剪断光線角度（shearing ray angle）で放射される光を遮断するので、グレアが低減される。
【００１６】
波長変換素子が放射円錐の外側に入る視角から目に見えないように、放射円錐の外側に入る角度で、発光素子から離れた側の面で第１の光学コンポーネントに入射する周囲光の光線を第１の光学コンポーネントが反射するように、表面構造は配置されても良い。そうでなければ、波長変換素子は、発光モジュールがオフにされた場合に、望ましくない外観を有する場合がある。例えば、波長変換素子は、それがＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体を含む場合に、黄色の外観を有する場合がある。従って、波長変換素子が、斜めの視角から見られ得ないことは有利である。
【００１７】
表面構造の形状を変更することによって、出力光のビーム形状は変更され得る。一実施形態において、表面構造は、複数の構造を含み、各構造は、第１の方向で第１の光学コンポーネントを横切って延び、各構造の断面は、第１の方向に沿って一定の形状を有する。例えば、複数の構造は、第１の方向に延びる隆起部を含んでも良い。
【００１８】
発光モジュールは、波長変換素子から離れた側の第１の光学コンポーネントの面に配置された第２の光学コンポーネントを更に含んでも良く、第２の光学コンポーネントは、波長変換素子から離れた側の面上に表面構造を有する。これは、出力ビーム形状の可能な変形形態の数が、２つ以上の光学コンポーネントを有することによって増加されるという点で有利である。
【００１９】
例えば、第１及び第２の光学コンポーネントの表面構造は、第１の方向及び第２の方向に延びる隆起部をそれぞれ含んでも良く、第１及び第２の光学コンポーネントの隆起部は、互いに対して或る角度で配置される。第１及び第２の光学コンポーネント間の角度を変更することによって、出力ビームの形状、即ち放射円錐の形状は、変更され得る。例えば、２つの光学コンポーネントの隆起部が、互いに対して直角に配置される場合に、ほぼ正方形の断面を有する出力ビームが、取得され得る。
【００２０】
波長変換素子は、湾曲形状を有しても良く、第１の光学コンポーネントは、波長変換素子上に配置されても良い。従って、波長変換素子が湾曲形状を有する場合に、出力ビームにおける光線の角度を制限することも可能である。
【００２１】
表面構造は、二次元パターンに配置された複数の構造を更に含んでも良い。例えば、複数の構造は、ピラミッド構造又はプリズム構造を含んでも良い。これは、出力ビームの形状が、１つの光学コンポーネントのみを使用することによって変更され得るという点で有利である。
【００２２】
発光モジュールの効率を更に向上させるために、表面構造は、入射円錐の内側に入る角度で、第１の光学コンポーネントに入射する光線から生じる反射光線が、入射光線に対して或る距離シフトされるように、更に配置されても良く、入射光線に対する距離は、発光素子の少なくとも１つにおける発光エリアの幾何学的範囲より大きい。かかる配置を用いれば、反射光線は、それらが部分的に吸収されるであろう発光素子の発光エリアへ逆に導かれない。それによって、効率は、向上される。例えば、表面構造の最も小さい幾何学的寸法は、発光素子の少なくとも１つにおける発光エリアの幾何学的範囲より大きくても良い。
【００２３】
本発明は、特許請求の範囲において挙げられる特徴の全ての可能な組み合わせに関係することに留意されたい。
【００２４】
ここで、本発明の上記態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付の図面に関連してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による発光モジュールの斜視図及び部分分解図である。更に、発光モジュールによって供給されるビーム形状が示されている。
【図２】本発明の実施形態による光学コンポーネントを通る光線の経路の実例である。
【図３】本発明の実施形態による光学コンポーネントの斜視図及びかかる光学コンポーネントを含む発光モジュールによって供給されるビーム形状である。
【図４】本発明の実施形態による波長変換素子、第１及び第２の光学コンポーネントの斜視図及び分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図に示されているように、層及び領域のサイズは、例示目的のために誇張され、従って本発明の実施形態の一般的構造を示すために提供される。同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を指す。
【００２７】
ここで、本発明は、本発明の現在の好ましい実施形態が示されている添付の図面に関連して以下でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されても良く、本明細書で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はない。寧ろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝える。
【００２８】
図１は、発光モジュール１を示す。発光モジュール１は、少なくとも１つの発光素子３を含む。図示の例においては、４つの発光素子３が示されている。発光モジュール１は、発光素子３から離れて配置された波長変換素子５を更に含む。第１の光学素子７が、発光素子３から離れた側の光変換素子５の面上に又は面から少し離れて設けられる。従って、波長変換素子５は、発光素子３と第１の光学素子７との間に配置される。更に、第２の光学素子９が、波長変換素子５から離れた側の第１の光学コンポーネント７の面に設けられても良い。
【００２９】
図示の発光モジュール１は、ダウンライトモジュールである。しかしながら、本発明は、ダウンライトモジュールに限定されず、ＬＥＤ電球及びＬＥＤ管ルミネッセンスライト（ＬＥＤ  ＴＬライト）等の他のタイプの光モジュールでもまた使用され得る。
【００３０】
発光素子３は、主波長の光を放射するように配置される。発光素子３のそれぞれは、発光エリアを有する。例えば、発光素子３は、ＬＥＤであっても良い。主波長は、色スペクトルの青色部分における波長であっても良い。図示の例において、発光素子３は、発光モジュール１のボックス１３の底部に配置される。ボックス１３は、壁及び底板に入射する光が（拡散又は鏡面）反射されるように、反射面を有する壁及び底板を有しても良い。
【００３１】
波長変換素子５は、発光素子３によって放射された主波長の光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換するように配置される。第２の波長は、典型的には、主波長より長い波長を有する色に対応する。例えば、第２の波長は、緑色、黄色、及び／又は赤色光に対応しても良い。結果として、波長変換素子５を通過した光は、主波長及び第２の波長を有する光の混合である。従って、結果としての光が、好ましくは白色光として知覚されるように、出力光において異なる波長が組み合わされる。
【００３２】
波長変換素子５は、キャリア上に配置された蛍光体層等の蛍光体コンポーネントであっても良い。原則として、波長変換素子５は、発光素子３の上に配置されても良い。しかしながら、波長変換素子５を発光素子３から離れて配置することによって、より高い効率及び熱効果による色ずれの低減等の幾つかの利点が達成され得る。距離は、例えば、少なくとも、発光素子３における最も小さい発光エリアの幅であっても良い。波長変換素子５が、発光素子３から離れて配置される場合に、それは、時には遠隔コンポーネントと呼ばれる。特に、波長変換素子５がキャリア上の蛍光体層である場合に、キャリアは、遠隔蛍光体コンポーネントと呼ばれても良い。波長変換素子５のサイズは、典型的には、発光素子３の発光エリアより大きい。これは、幾つかの理由故である。第１に、波長変換素子５は、光が分岐する起点となる発光素子３から離れて配置され、従って波長変換素子５は、発光素子３の発光エリアより大きいことが好ましい。第２に、発光モジュール１が幾つかの発光素子３を含んだ場合に、波長変換素子５は、発光素子３の全てを覆うのが好ましい。
【００３３】
波長変換素子５から出て来る光は、実質的に拡散性である。これは、波長変換素子５における、蛍光体粒子等の波長変換粒子が、全ての方向に光を放射するからである。第１及び第２の光学コンポーネント７及び９は、フォイルの形態をしていても良いが、発光モジュール１の光ビームを成形するために設けられる。これは、発光素子３から離れた側の面上に表面構造１１を有する第１及び第２の光学コンポーネント７及び９によって達成され得る。横方向における第１及び第２の光学コンポーネント７及び９のサイズは、波長変換素子５のサイズと等しくても同等であっても良い。このように、発光モジュール１は、コンパクトなスポットライトになる。
【００３４】
第１の光学コンポーネント７の図示された表面構造１１は、第１の方向Ｄ１において第１の光学コンポーネント７を横切ってそれぞれ延びる複数の表面構造を含む。同様に、第２の光学コンポーネント９の表面構造１１は、第２の方向Ｄ２において第２の光学コンポーネント９を横切ってそれぞれ延びる複数の表面構造を含む。表面構造１１の断面は、それぞれ第１及び第２の方向に沿って一定の形状を有する。ここで、構造１１は、第１及び第２の方向Ｄ１及びＤ２にそれぞれ延びる隆起部又は屋根構造の形態をしている。構造１１は、高さが１００μｍ未満であっても良い。隆起部又は屋根構造の頂角は、約９０°であっても良い。
【００３５】
代替実施形態において、構造は、発光素子３の発光エリアよりサイズが大きくても良い。例えば、表面構造１１の最も小さい幾何学的寸法は、発光素子３の少なくとも１つにおける幾何学的範囲より大きくても良い。その場合、表面構造１１は、表面構造１１によって反射された入射光線が、入射光線に対して或る距離だけシフトされるように配置される。更に、反射光線がシフトされる距離は、発光素子３の発光部の幾何学的範囲より大きい。結果として、反射光線は、それが部分的に吸収される場合がある放射発光素子３へと逆に導かれない。これは、発光モジュール１の効率が改善されるという点で有利である。
【００３６】
第１及び第２の光学コンポーネント７及び９の表面構造１１は、互いに対して或る角度で配置されても良い。特に、第１及び第２の方向Ｄ１及びＤ２にそれぞれ延びる隆起部は、互いに対して或る角度で配置されても良い。例えば、角度は、９０°であっても良い。かかるセットアップを用いれば、波長変換素子５からの元は拡散性でランバート形状の照明は、±２０°のビームに制限される。
【００３７】
使用中に、発光モジュール１から出て来る光は、モジュールの光学軸Ａを中心とする円錐形ビーム１５に制限される。円錐形ビーム１５は、放射円錐と呼ばれても良い。第１及び第２の光学コンポーネント７及び９の表面構造間の角度をそれぞれ変更することによって、光円錐１５の形状は変更され得る。特に、光円錐１５の断面１７の形状又は光円錐１５の偏心は、この角度を変えることによって変更され得る。この断面１７又は偏心は、表面の方へ導かれた場合に、発光モジュール１によってもたらされる照明スポットの形状に対応する。例えば、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９の隆起部を互いに対して直角に配置することによって、光円錐１５の断面１７は、正方形のような形状を有する。この位置から角度を増減させると、断面１７の寸法は、断面１７が一方向に増加するように変化する。一実施形態において、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９の少なくとも１つは、回転自在に実装されても良い。その場合、発光モジュール１のユーザが、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９の少なくとも１つを回転させることによって、ビームの形状を調整し得る。
【００３８】
ここで、発光モジュール１及び特に光学素子７の機能が、図１及び図２に関連して説明される。
【００３９】
発光素子３は、主波長の光を放射する。波長変換素子５を通過する場合に、放射光の一部は、第２の波長の光に変換される。第２の波長に変換された放射光の一部は、波長変換素子５によって全ての方向に再放射される。その結果、波長変換素子５から出て来る主波長の光は、典型的には、発光モジュール１の光学軸Ａに近いか又は光学軸Ａに対して小さい角度内の方向を有する。従って、低角度で第１の光学コンポーネント７に当たる光における主波長の光の割合は、大きい角度で当たる光における主波長の光の割合より高い。同様に、波長変換素子５から出て来る第２の波長の光は、ランダムな方向を有し、従って典型的には主波長の光より大きい角度で第１の光学コンポーネント７に当たる。その結果、第１の光学コンポーネント７によって反射される主波長の光の割合は、反射される変換光の割合より高い。
【００４０】
図２に示されているように、第１の光学コンポーネント７の法線Ｎに対して所定の角度より小さい角度で第１の光学コンポーネント７に入射する光線１９は、表面構造１１によって反射される。法線Ｎは、光線１９が第１の光学コンポーネント７に入るポイントにおける、第１の光学コンポーネント７の表面の法線である。この例において、法線Ｎは、発光モジュール１の光学軸Ａに対応する。所定の角度は、入射光線１９が表面構造１１による全反射を受ける最大入射角に対応する。従って、所定の角度は、表面構造１１の形状に、且つガラス、石英、ＰＭＭＡ、ＰＣ等、第１の光学コンポーネント７を形成する材料の屈折率に依存する。
【００４１】
更に、法線Ｎに対して所定の角度より大きい入射角を有する光線２１は、透過されて法線Ｎの方へ曲げられる。これは、第１の光学コンポーネント７と周囲空気との間の屈折率の差による。
【００４２】
より一般的には、第１の光学コンポーネント７が三次元の物体であること、及び光が、任意の角度から第１の光学コンポーネント７に当たり得ることを考慮すると、上記で論じられた所定の角度は、法線Ｎを中心とする所定の入射円錐２５によって取り替えられる。より正確には、所定の入射円錐２５の内側に入る、第１の光学コンポーネント７に入射する光線は、第１の光学コンポーネント７によって反射される。更に、所定の入射円錐２５の外側に入る、第１の光学コンポーネント７に入射する光線は、少なくとも部分的に透過されて法線Ｎの方へ曲げられる。所定の入射円錐２５が、必ずしも円形断面を有する必要がなくてはならず、代わりに断面が、任意の形状を有しても良いことが注目される。所定の入射円錐２５の断面の形状は、第１の光学コンポーネント７の構造の形状と関連付けられる。特に、所定の入射円錐２５の形状は、光線が構造１１による全反射を受ける入射角と関連付けられる。
【００４３】
上記で論じられたように、第１の光学コンポーネント７によって反射される主波長の光の割合は、反射される変換光の割合より高い。反射光は、波長変換素子５に逆に再び向けられ、そこで再吸収され、変換又は散乱される。従って、主波長の光の一部は、再利用される。即ち、それは、波長変換素子５による吸収及び変換のための第２の機会を得る。これは、蛍光体粒子等の波長変換粒子のより薄い又は低い濃度の層が使用され得るという点で有利である。これは、今度は、波長変換粒子のより薄い層故に光透過が増加されるので、光効率が改善されることを意味する。
【００４４】
第２の光学コンポーネント９は、第１の光学コンポーネント７と類似の機能を有する。特に、第２の光学コンポーネント９はまた、第２の光学コンポーネント９の法線を中心とする所定の入射円錐に関連付けられても良い。第２の光学コンポーネント９に関連付けられる所定の入射円錐が、第１の光学コンポーネント７と関連付けられる所定の入射円錐に対して異なる形状及び／又は向きを有しても良いことが注目されるべきである。第２の光学コンポーネント９の法線に対する所定の入射円錐の内側に入る入射角を有する光線は、第２の光学コンポーネント９によって反射され、所定の入射円錐の外側に入る入射角を有する光線は、透過されて法線の方へ曲げられる。
【００４５】
光が法線Ｎの方へ曲げられる結果として、光は、モジュール１の光学軸Ａを中心とする図１の円錐１５等の円錐に入るように制限される。円錐１５は、放射円錐１５と呼ばれても良い。従って、自らの表面構造１１を備えた第１の光学コンポーネント７及び第２の光学コンポーネント９は、ビームを成形し、それをスポットライトに合焦させる。
【００４６】
上記で説明されたように、発光モジュール１が使用中である場合、即ちオン状態である場合に、それは、光円錐１５に制限される光を放射する。発光モジュール１によって達成される別の利点は、それがオフ状態である場合のその外観に関連付けられる。より正確には、蛍光体を含む波長変換素子を有する従来の発光モジュールは、発光モジュールがオフ状態である場合に、望ましくない黄色の外観を有する。表面構造１１を有する少なくとも１つの光学コンポーネント７及び／又は９を設けることによって、オフ状態における黄色の外観は低減され得る。
【００４７】
第１の光学コンポーネント７又は第２の光学コンポーネント９の表面構造１１は（存在する場合）、第１の光学コンポーネントに入射する周囲光の光線が、発光モジュール１の光学軸を中心とする光円錐１５の外側にその光線の入射角が入る場合に第１の光学コンポーネントによって反射されるように、配置されても良い。従って、かかる入射角に対応する視角に対して、波長変換素子５は目に見えない。より詳細には、周囲光の光線は、光学コンポーネントの裏側、即ち表面構造を有しない光学コンポーネントの側面で反射される。従って、反射は、表面構造１１では起こらない。しかしながら、表面構造１１は、光線が反射される角度で光線がコンポーネントの裏側に当たる原因となる。
【００４８】
これを違う観点で見ると、波長変換素子５から来る光線は、前に説明されたような放射円錐１５に入るように制限される。従って、波長変換素子５から生じる光線は、放射円錐１５の外側には放射されず、従って、波長変換素子５は、放射円錐１５の外側から見ると目に見えない。更に、基本的な光学法則故に、光学的な光路は、逆にされ得る。従って、放射円錐１５の外側から入る周囲光の光線が、波長変換素子５に伝わることは不可能である。
【００４９】
入射円錐に関して上記で論じられたように、光が、第１の光学素子によって部分的に透過され、且つ部分的に反射される入射角の遷移間隔がある。かかる遷移間隔に対応する視角に関して、波長変換素子５は、目に見えるが、放射円錐１５の内側の視角からほど明白ではない。
【００５０】
図１に関連して説明された実施形態において、発光モジュール１は、互いに対して或る角度で配置された２つの光学コンポーネント７及び９を含む。代替として、発光モジュール１は、単一の光学コンポーネントを含んでも良い。更に代替として、発光モジュール１は、３つ以上の光学コンポーネントを含んでも良い。更に、光学コンポーネントにおける構造１１の形状及び配置に関して多くの可能な実施形態が存在する。重要な点は、小さい角度で、即ち所定の入射円錐２５の内側に入る角度で光学コンポーネントに入射する光線が、反射されるように、且つ大きい角度で、即ち所定の入射円錐２５の外側に入る大きい角度で入射する光線が、少なくとも部分的に透過され、光学コンポーネントの法線の方へ曲げられるように、構造１１が配置されることである。
【００５１】
図３は、表面構造１１を有する第１の光学コンポーネント７を示す。第１の光学コンポーネント７は、第１の且つ単一の光学コンポーネントとして発光モジュール１に含まれるように意図されている。表面構造１１は、使用中に発光素子３から離れた側の第１の光学コンポーネント７の面に形成される。
【００５２】
構造１１は、複数の三次元構造２３を含む。三次元構造２３は、二次元パターンに配置される。図示の例において、三次元構造２３は、規則的な二次元グリッドパターンに配置される。しかしながら、対称パターン、円対称パターン、又は非対称パターン等の他のタイプの二次元パターンもまた可能である。更に、構造２３は、図１の第１の光学素子の隆起部等の一次元パターンに配置されても良い。
【００５３】
図示された三次元構造２３は、ピラミッドの形をしている。代替として、三次元構造２３は、他のタイプのプリズム又は非プリズム形状を有しても良い。更に、異なる形状の構造２３が組み合わされても良い。例えば、異なる形状を有する構造２３が、第１の光学コンポーネント７の異なる部分に設けられても良い。
【００５４】
構造２３の形状を変更することによって、放射円錐１５、即ち発光モジュール１から出て来る指向性光は、異なる形状を有する。例えば、照明スポットに対応する放射円錐の断面１７は、前に説明されたような円形、楕円、又は矩形形状を得ることが可能である。図３の表面構造を用いれば、発光モジュール１は、発光モジュール１の光学軸Ａに対して約±４０°ビーム角度に光を導くスポットライトである。隆起部構造を有する単一の光学コンポーネント７が使用される場合に、表面構造１１は、一方向に光を曲げるだけであり、結果として楕円照明スポットをもたらす。
【００５５】
図４は、発光モジュール１の一部であるように意図されている波長変換素子５、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９を示す。図１及び図３の実施形態とは対照的に、波長変換素子５は、湾曲形状を有する。第１及び第２の光学コンポーネント７及び９は、波長変換素子５上に接触して配置される。従って、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９もまた、湾曲形状を有する。
【００５６】
光学コンポーネント７及び９は、波長変換素子５から離れた側の面に表面構造を有する。表面構造１１は、前に図１及び図３に関連して説明されたものに従う複数の表面構造を含んでも良い。ここで、表面構造１１は、第１及び第２の光学コンポーネント７及び９を横切って延びる隆起部をそれぞれ含む。
【００５７】
波長変換素子に面する第１の光学コンポーネント７の表面上の各ポイントにおいて、法線Ｎ１及びＮ２等の法線が決められても良い。第１の光学コンポーネントが湾曲面を有するので、異なるポイントにおいて決められた法線は、この場合に平行ではない。例えば、図示された法線Ｎ１及びＮ２は、平行ではない。所定の入射円錐２５は、第１の光学コンポーネント７の表面上の各ポイントにおいて、法線を中心としても良い。図示の例において、所定の入射円錐２５は、法線Ｎ１及びＮ２を中心とする。
【００５８】
表面構造１１の配置故に、第１の光学コンポーネント７に入射する光線は、それが入射円錐の内側又は外側に入るかどうかに依存して、反射されるか、又は透過され湾曲される。より正確には、法線Ｎ１を有するポイントにおいて、且つ法線Ｎ１を中心とする入射円錐２５の内側に入る角度で第１の光学コンポーネント７に入射する光線は、反射される。更に、法線Ｎ１を有するポイントにおいて、且つ入射円錐２５の外側の角度で入射する光線は、透過され法線Ｎ１の方へ曲げられる。同様に、光線が、法線Ｎ２を有するポイントにおいて入射する場合に、光線は、それが法線Ｎ２を中心とする入射円錐の内側に入る場合に反射され、そうでなければ、光線は、透過され法線Ｎ２の方へ曲げられる。
【００５９】
湾曲された波長変換素子５及び１つのみの第１の光学コンポーネントを備えた実施形態が使用され得ることが理解されるべきである。
【００６０】
当業者は、本発明が、上記で説明された好ましい実施形態に決して限定されないことを理解する。それどころか、多くの修正及び変形が、添付の特許請求の範囲内で可能である。例えば、表面構造は、本明細書で説明された以外の形状を有しても良く、３つ以上の光学コンポーネントが存在しても良い。
【００６１】
加えて、開示された実施形態に対する変形形態が、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成される可能性がある。特許請求の範囲において、単語「含む」は、他の要素もステップも排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除しない。或る手段が、相互に異なる従属請求項に挙げら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が、有利に使用され得ないことを意味しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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