(57)【要約】【課題】反射損失をできるだけ低く保持し、長期にわたる安定性を持ち、簡単な構造を持ったソリッドステート光源を提供しようとする。【解決手段】ソリッドステート光源を、光エネルギーを放出するように設計されたソリッドステートエミッタと、放出された光エネルギーを異なる振動数スペクトルに変換するためのガラス又はガラスセラミックスからなる光変換媒体と、光を空気のような周囲媒体に減結合させる結合媒体とから成るものとし、光変換媒体の屈折率ｎCSをソリッドステートエミッタの屈折率ｎHLの関数として選び、０．７・(ｎHL2)1/3から１．３・(ｎHL2)1/3の範囲内にあるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギーを放出するように設計され、好ましくは発光ダイオードを持って光エネルギーを放出するように設計されたソリッドステートエミッタ（１２）と、放出された光エネルギーを異なる振動数スペクトルに変換するためのガラス又はガラスセラミックス製の発光性光変換媒体（１８）と、その光エネルギーを空気のような周囲媒体に減結合させるための結合媒体（２０）とからなるソリッドステート光源であって、上記の光変換媒体は、ソリッドステートエミッタ（１２）の屈折率ｎHLの関数として、０．７・(ｎHL2)1/3から１．３・(ｎHL2)1/3の範囲内、好ましくは０．８・(ｎHL2)1/3から１．２・(ｎHL2)1/3の範囲内、最も好ましくは０．９・(ｎHL2)1/3から１．１・(ｎHL2)1/3の範囲内で選ばれた屈折率ｎCSを持っていることを特徴とする、ソリッドステート光源。
【請求項２】
前記結合媒体（２０）がガラス、ガラスセラミックス材料又はプラスチック材料であることを特徴とする、請求項１に記載のソリッドステート光源。
【請求項３】
前記の結合媒体（２０）が、ソリッドステートエミッタ（１２）の屈折率ｎHLの関数として、０．７・(ｎHL)1/3から１．３・(ｎHL)1/3の範囲内、好ましくは０．８・(ｎHL)1/3から１．２・(ｎHL)1/3の範囲内、最も好ましくは０．９・(ｎHL)1/3から１．１・(ｎHL)1/3の範囲内で選ばれた屈折率ｎOOを持っていることを特徴とする、請求項２に記載のソリッドステート光源。
【請求項４】
前記の光変換媒体（１８）が、青色光線帯域又は紫外線帯域の光エネルギーを白色光に変換するように設計されていることを特徴とする、請求項１−３の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項５】
前記の光変換媒体（１８）が、ソリッドステートエミッタ（１２）の熱膨張係数に適応する熱膨張係数を持っていることを特徴とする、請求項１−４の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項６】
前記の光変換媒体（１８）の熱膨張係数が、少なくとも２．５・１０-6／Ｋ、好ましくは少なくとも２．９・１０-6／Ｋ、好ましくは最大で６・１０-6／Ｋであることを特徴とする、請求項５に記載のソリッドステート光源。
【請求項７】
前記の結合媒体（２０）の熱膨張係数が少なくとも２．５・１０-6／Ｋ、好ましくは最大で６・１０-6／Ｋであることを特徴とする、請求項１−６の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項８】
前記の光変換媒体（１８）が少なくとも１種類の希土類金属、とくに蛍光性又は発光性のＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｍ又はＳｍでドープされた光学的に透明な基材からなることを特徴とする、請求項１−７の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項９】
前記の基材がランタンホスフェートガラス、フルオロホスフェートガラス、弗素クラウンガラス、ランタンガラス、それらから作られたガラスセラミックス材料、リチウムアルミノシリケートガラスセラミックス材料、又は大量のイットリウムを含むガラスセラミックス材料であることを特徴とする、請求項８に記載のソリッドステート光源。
【請求項１０】
前記の基材が刺激波長で一層強い吸収を支持する材料を用いて、とくにＢｉ又はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒのような非鉄金属を用いて、さらに追加してドープされていることを特徴とする、請求項８又は９に記載のソリッドステート光源。
【請求項１１】
前記のビスマス又は非鉄金属を用いての追加のドーピングが、全部で約３から１００ｐｐｍに達していることを特徴とする、請求項１０に記載のソリッドステート光源。
【請求項１２】
前記の基材が、通常量の清澄剤のほかに、３０から９０重量％のＰ2Ｏ5、好ましくは５０から８０重量％、最も好ましくは６０から７５重量％のＰ2Ｏ5を含んでいるランタンホスフェートガラスであることを特徴とする、請求項８、９、１０又は１１に記載のソリッドステート光源。
【請求項１３】
使用される前記の基材が１から３０重量％のＬａ2Ｏ3、好ましくは５から２０重量％、最も好ましくは８から１７重量％のＬａ2Ｏ3を含んでいるランタンホスフェートガラスであることを特徴とする、請求項８から１２の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項１４】
前記の基材が１から２０重量％のＡｌ2Ｏ3、好ましくは５から１５重量％のＡｌ2Ｏ3を含んでいることを特徴とする、請求項８から１３の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項１５】
前記の基材が１から２０重量％のＲ2Ｏを含んでおり、そこでのＲはアルカリ性金属の群から選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項８から１４の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項１６】
前記の基材が１から２０重量％のＫ2Ｏ、好ましくは５から１５重量％のＫ2Ｏを含んでいることを特徴とする、請求項１５に記載のソリッドステート光源。
【請求項１７】
前記の基材が５から４０重量％のＰ2Ｏ5と、６０から９５重量％のうちの或る割合の弗化物とを含んでいるフルオロホスフェートガラスであることを特徴とする、請求項８から１１の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項１８】
前記の基材が、通常量の清澄剤のほかに、０．５から２重量％のＬａ2Ｏ3と、１０から２０重量％のＢ2Ｏ3と、５から２５重量％のＳｉＯ2と、１０から３０重量％のＳｒＯと、２から１０重量％のＣａＯと、１０から２０重量％のＢａＯと、０．５から３重量％のＬｉ2Ｏと、１から５重量％のＭｇＯと、２０から５０重量％のＦとを含んだ光学ガラスであることを特徴とする、請求項８から１１の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項１９】
前記の基材が、通常量の清澄剤のほかに、３０から６０重量％のＬａ2Ｏ3と、３０から５０重量％のＢ2Ｏ3と、１から５重量％のＳｉＯ2と、１から１５重量％のＺｎＯと、２から１０重量％のＣａＯとを含んでいる光学ガラスであることを特徴とする、請求項８から１１の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項２０】
前記の結合媒体（２０）の外面が構造物にされた表面を備えており、そのような構造物にされた表面の構成要素が、５０ｎｍと２０００ｎｍとの間の大きさを持っていることを特徴とする、請求項１−１９の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項２１】
回折性の光学素子が前記の結合媒体（２０）の外面に付与されていることを特徴とする、請求項２０に記載のソリッドステート光源。
【請求項２２】
前記の基材が、少なくとも成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3を含んだガラス又はガラスセラミックスで構成され、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量に対するＹ2Ｏ3の重量比が、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．３、最も好ましくは少なくとも０．４となっていることを特徴とする、請求項１から８、１０、１１、２０又は２１の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
【請求項２３】
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量に対するＳｉＯ2の最大重量比が、前記の基材に対して０．５を越えないことを特徴とする、請求項２２に記載のソリッドステート光源。
【請求項２４】
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量に対するＡｌ2Ｏ3の最大重量比が、前記の基材に対して０．６、さらに好ましくは０．５５を越えないことを特徴とする、請求項２２又は２３に記載のソリッドステート光源。
【請求項２５】
前記の基材が（酸化物を基準とする重量％で）下記の成分を含んでいることを特徴とする、請求項２２から２４の何れか１つの項に記載のソリッドステート光源。
ＳｉＯ2               １０  −４０
Ａｌ2 Ｏ3             １０  −４０
Ｙ2 Ｏ3               ２０  −７０
Ｂ2 Ｏ3               ０    −１５
希土類元素の酸化物    ０．５−１５
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソリッドステート光源に関するものであって、そのソリッドステート光源は光エネルギーを放出するように設計されたソリッドステートエミッタ、好ましくは発光ダイオードを持った前記のエミッタと、放出された光エネルギーを異なる振動数スペクトルに変換するために、ガラス又はガラスセラミックス発光性光変換媒体と、またその光エネルギーを空気のような周囲媒体に減結合させるための結合媒体とからなるものである。
【背景技術】
【０００２】
光工学において光源の効率を改良するために、我々は、従来の白熱光源又は蛍光光源をソリッドステート光源に置き換えるように試みて来た。発光ダイオードの形のソリッドステート光源は非常に狭いスペクトル帯域の光を発するが、他方、照明の目的には白色光が必要とされる。市販されている白色の発光ダイオードは、低波長帯域で二次波長を放出する発光物質（下方変換）を刺激するために、III価の窒化物エミッタを用いている。１つの公知の解決法は、ＹＡＧ：Ｃｅ、広帯域黄色発光物質を刺激するために、青色のＩｎＧａＮ／ＧａＮ発光ダイオードを使用している。これらの発光ダイオードを用いると、それらが発光物質を使用して変換されているので、所定割合の放出された青色光が発光ダイオードチップを覆っている発光層を通り、その結果得られる全体スペクトルは白色光に非常に近い色を取る。青緑色の帯域内と、赤色波長帯域内でのスペクトル部分が全く無いために、結果として得られた色は大抵の場合満足なものとはならない。
【０００３】
もう１つの解決法は、ソリッドステートエミッタの使用にあって、エミッタが紫外線又は近紫外線範囲内で放出し、それが全色発光システムに結合する方式である。これによって、色の点では満足な白色光源を実現することができる（下記非特許文献１を参照）。
この場合、発光粒子はエポキシ樹脂中に埋め込まれており、発光層としてソリッドステートエミッタ上に塗布されている。
【０００４】
しかし、発光物質をエポキシ樹脂中に埋め込むことは、発光ダイオードによって放出される光を所望のスペクトル領域に変換させ、とくに白色光を発生させるのに役立つ前述の発光システムを用いる場合に或る不利を生じる。使用される粒子が散乱損失をもたらすのである。ソリッドステートエミッタ上の粒子の不均一な分布は、角度の関数として変り易い色彩知覚を生じる。さらに、エポキシ樹脂は多くの点で、とくにその光学的及び機械的特性において時が経つと不安定になる。従って、原則として熱安定性と、青色又は紫外線スペクトル帯域の短波放射に対する安定性がまた満足なものでない。さらに、そのような変換層の製造が複雑であり、高価につく。
【０００５】
下記特許文献１は、クレーム１の前文によると、発光ダイオードを記載しており、そこでは発光ダイオードチップから放出された光が、１．４から１．５の屈折率を持った紫外線に安定な光学媒体が満たされているキャビティを通り、その後放出された光をより長い波長のスペクトル帯域に変換するために発光ガラスからなるキャップに到達する。その代わりの具体例では、放出スペクトルの全体が白色であるように見えるように作られた発光物質形状の光学的結合媒体で、チップを包囲しているキャビティが満たされている。この場合、キャップ１８は光学的特性を持つものであって、例えば光学的フレネルレンズ、ニ焦点レンズ、平凸レンズ又は平凹レンズの何れであってもよい。
【０００６】
クレーム１の前文によるもう１つのソリッドステート光源は、下記特許文献２によって公知にされている。
【０００７】
発光ダイオードによって放出される光は、この場合、基材ガラスを希土類元素の酸化物でドーピングしたものからなる発光ガラス体を経て、より長い波長の光に変えられる。希土類元素酸化物でのドーピングは、３０重量％までの割合とすることができる。そのドーピングはＥｕ2Ｏ3又はＣｅＯ2から成ることが好ましい。基材ガラスは、硼珪酸ガラス、アルカリ土類硼珪酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、鉛−珪酸ガラス（光学的フリント）、ソーダ石灰ガラス（クラウンガラス）、アルカリ−アルカリ土類珪酸ガラス、ランタニド硼酸ガラス、又は酸化バリウム珪酸ガラスの何れであってもよい。基材ガラスとして特に好ましいのはフルオロホスフェートガラスである。
【０００８】
発光変換物質としてガラス又はガラスセラミックスを使用することにより、均一性の波長と長期にわたる安定性が得られているという点で、２個の最後の文献によって著しい改良がなされたが、公知のシステムはなお欠点を持っている。そくに、そのシステムの異なった成分の界面で起こる反射損失が比較的大きい。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００２５４４９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３１１８２０号明細書
【非特許文献１】Phys. Stud. Sol. (a) 192 No. 2, 237-245（2002, M. R. Krames et al.: "High-Power III-Nitride Emitters for Solid-State Lighting")
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、反射損失をできるだけ低く保持し長期にわたる安定性を持った簡単な構造を示している、改良されたソリッドステート光源を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、初めに記載したタイプのソリッドステート光源を用いて、光変換媒体が屈折率ｎCSを持ち、屈折率ｎCSがソリッドステートエミッタの屈折率ｎHLの関数として選ばれ、０．７・(ｎHL2)1/3から１．３・(ｎHL2)1/3の範囲内にあり、好ましくは０．８・(ｎHL2)1/3から１．２・(ｎHL2)1/3の範囲内にあり、最も好ましくは０．９・（ｎHL2）1/3から１．１・(ｎHL2)1/3の範囲内にある、という事実によって達成される。
【００１１】
こうして、この発明の目的は完全に達成される。
こうして選ばれた変換媒体の屈折率を用いると、ソリッドステートエミッタから光変換媒体への光エネルギーの変化での屈折損失が最も少なくなる。従って、ソリッドステート光源の効率は明らかに増大する。
【００１２】
この発明の好ましいさらなる発展によれば、結合媒体はガラス、ガラスセラミックス材料又はプラスチック材料である。
この場合の結合媒体は、ソリッドステート光源からの束ねられた光の放出を達成するためにレンズとして配置することができる。
【００１３】
この発明の好ましいさらなる発展によると、結合媒体は屈折率ｎOOを持ち、その屈折率ｎOOは、ソリッドステートエミッタの屈折率ｎHLの関数として選ばれ０．７・(ｎHL)1/3から１．３・(ｎHL)1/3の範囲内にあり、好ましくは０．８・(ｎHL)1/3から１．２・(ｎHL)1/3の範囲内にあり、最も好ましくは０．９・(ｎHL)1/3から１．１・(ｎHL)1/3の範囲内にある。
【００１４】
こうして、光変換媒体の屈折率と結合媒体の屈折率との両者はソリッドステートエミッタの屈折率に調整される。このことは、反射損失が回避されるので、とくに高い発光効率を達成させる。
原則として、光変換媒体と結合媒体とが同一であることが想像される。しかし、一般に光を適当に制御するために、別の結合媒体が使用される。
【００１５】
この発明の好ましいさらなる発展によると、光変換媒体は、青色帯域又は紫外線帯域の光エネルギーを白色光に変えるように設計されている。
このことは青色帯域又は紫外線帯域（例えば３５０から４８０ｎｍの帯域）の光を放出する発光ダイオードは白色光を作るのに用いることができる、という利益を与える。
【００１６】
さらに、この発明の具体例によると、光変換媒体は、ソリッドステートエミッタの基板の熱膨張係数に適した熱膨張係数を持っている。
【００１７】
光変換媒体の熱膨張係数は少なくとも２．５・１０-6／Ｋに等しい。その熱膨張係数はソリッドステートエミッタを構成している材料の熱膨張係数に適したものとされ、その熱膨張係数は（１０-6／Ｋを単位として）
ＩｎＮ                ３．８／２．９
ＧａＮ                ３．１７／５．５９
ＧａＰ                ４．６５
ＡｌＮ                ５．２７／４．１５
Ａｌ2 Ｏ3             ５．６／５．０
であることが好ましい。
【００１８】
２つの値が上述のように記載されている場合には、これらの値は異方性材料の熱膨張係数に関するものである。
ソリッドステートエミッタ又はソリッドステートエミッタが付設されている基材と光変換媒体との間の温度差のために起こるストレスは、こうして避けられる。
【００１９】
この発明のもう１つの具体例によると、光変換媒体は、少なくとも１種の希土類元素酸化物の金属、とくに蛍光性又は発光性を持ったＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｍ又はＳｍでドープされた光学的に透明な基材からなるものである。
【００２０】
この発明のさらに別の具体例によると、使用される基材は、ランタンホスフェートガラス、フルオロホスフェートガラス、弗素クラウンガラス、ランタンガラス、それらのものから作られたガラスセラミックス材料、リチウム−アルミノシリケートガラス、セラミックス材料又は大量のイットリウムを含むガラスセラミックス材料である。
【００２１】
この発明の好ましいさらに別の発展によると、基材は、刺激波長で一層強い吸収を支持する材料でさらにドープされる。そのようなドーパントとしてとくに好ましいのは、ビスマス又はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ又はクロムのようなもう１つの非鉄金属である。
希土類元素の酸化物は小さな吸収帯域を持つという事実を考慮に入れて、かりにｄ−軌道金属を用いてドーピングを行うと、こうして紫外線帯域で一層広い吸収を達成することができることは明らかである。
【００２２】
ビスマス又は非鉄金属で付加的にドーピングする割合は、この場合約３から１００ｐｐｍまでである。
この発明の別の具体例によると、基材は３０から９０重量％のＰ2Ｏ5、好ましくは５０から８０重量％、最も好ましくは６０から７５重量％のＰ2Ｏ5と、さらに通常量の清澄剤とを含んだランタンホスフェートガラスである。
【００２３】
この発明の別の具体例によると、使用される基材は１から３０重量％のＬａ2Ｏ3、好ましくは５から２０重量％、最も好ましくは８から１７重量％のＬａ2Ｏ3を含んだランタンホスフェートガラスである。
この発明の別の具体例によると、基材はさらに１から２０重量％のＡｌ2Ｏ3、例えば５から１５重量％のＡｌ2Ｏ3を含んでいてもよい。
【００２４】
この発明の別の具体例によると、基材は１から２０重量％のＲ2Ｏを含んでおり、その場合Ｒはアルカリ土金属の群から選ばれた少なくとも１つの元素である。
具体例のさらなる発展によると、基材は１から２０重量％のＫ2Ｏ、好ましくは５から１５重量％のＫ2Ｏを含んでいる。
この発明の別の具体例によると、基材は５から４０重量％のＰ2Ｏ5を含み、弗化物の割合が６０から９５重量％であるフルオロホスフェートガラスであってもよい。
【００２５】
この発明の別の具体例によると、基材は０．５から２重量％のＬａ2Ｏ3、１０から２０重量％のＢ2Ｏ3、５から２５重量％のＳｉＯ2、１０から３０重量％のＳｒＯ、２から１０重量％のＣａＯ、１０から２０重量％のＢａＯ、０．５から３重量％のＬｉ2Ｏ、１から５重量％のＭｇＯ及び２０から５０重量％のＦ、並びに通常量の清澄剤を含んだ光学ガラスである。
【００２６】
この発明のさらなる発展によると、基材は３０から６０重量％のＬａ2Ｏ3と、３０から５０重量％のＢ2Ｏ3と、１から５重量％のＳｉＯ2と、１から１５重量％のＺｎＯと、２から１０重量％のＣａＯと、さらに通常量の清澄剤を含んだ光学ガラスである。
光変換媒体のこのような組成物は、その中で選択した組成によって、ソリッドステートエミッタの屈折率の関数として望ましい範囲内にある屈折率を持った、非常に安定な光変換媒体が得られることを可能にしている。
【００２７】
この発明の別の具体例によると、５０ｎｍと２０００ｎｍとの間の大きさの要素を持った構造の結合媒体外面が提供される。
この目的のために、結合媒体の外面上に回折光学要素が提供されることが望ましい。
このことは、結合媒体から周囲媒体へ移行時の反射損失を最小にする効果を持っている。
【００２８】
この発明の別の具体例によると、ソリッドステート光源は、少なくとも成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3を含み、Ｙ2Ｏ3と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量との間の重量比が、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．３、最も好ましくは０．４であるようなガラス又はガラスセラミックスの基材からなるものである。
【００２９】
この場合、ＳｉＯ2と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量との間の最大重量比は０．５を越えないことが好ましい。
この場合、Ａｌ2Ｏ3と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の全重量との間の最大重量比は０．６を越えないことが好ましく、０．５５を越えないことがさらに好ましい。
そのような組成物は、適当な熱処理に付されると、希土類元素の酸化物に対してホスト相として働く結晶相を分離させる。
【００３０】
この場合に基材物質に対する組成物として適しているのは（酸化物を基礎とする重量％で）
ＳｉＯ2               １０  −４０
Ａｌ2 Ｏ3             １０  −４０
Ｙ2 Ｏ3               ２０  −７０
Ｂ2 Ｏ3               ０    −１５
希土類元素の酸化物    ０．５−１５
である。
【００３１】
上に述べた発明の特徴と、さらに以下に説明しなければならない特徴は、この発明の範囲を逸脱しないで、指摘されているそれぞれの組み合わせのみならず、さらに他の組み合わせ又は単独で使用できることは云うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
この発明のさらなる特徴と利益は、図面を参照して以下に述べるこの発明の好ましい具体例についての記載から明らかとなる。
【００３３】
図１はこの発明に係るソリッドステート光源の模型的な代表例を示し、全体として参照数字１０で示されている。このソリッドステート光源１０は、ソリッドステートエミッタ（チップ）１２を含み、ハウジング１６の基礎上に支えられている。ソリッドステートエミッタ１２は光変換媒体１８内に封入されており、光変換媒体は発光ガラス又は発光ガラスセラミックス材料であってもよい。光変換媒体１８は、この目的のためにソリッドステートエミッタ１２の形状に合った窪みを備えており、その結果、光変換媒体がソリッドステートエミッタ１２上に付設されることができる。その代わりに、ソリッドステートエミッタ１２はハウジングによって両側で直接封入されてもよく、この場合には光変換媒体はソリッドステートエミッタの表面上に薄い板の形状で設置されるだけである。何れの場合も、ハウジング１６の内部は光の放出を向上させるために反射性のものであることが好ましい。光変換媒体１８の上方には結合媒体２０が設けられており、結合媒体は光の案内物として設計されており、その上面は例えば凸レンズとして成形されている。
【００３４】
この発明によると、光変換媒体１８と結合媒体２０の屈折率はソリッドステートエミッタ１２の屈折率にここでは適応するようにされている。この目的で、光変換媒体１８はソリッドステートエミッタの屈折率ｎHLの関数として、好ましくは次式に基づいて選ばれた屈折率ｎCSを与えられる。
【数１】
2007013148.tif 000003
【００３５】
さらに、結合媒体は次式に基づいて選ばれた屈折率ｎOOを持つことが好ましい。
【数２】
2007013148.tif 000004
【００３６】
こうしてこの屈折率をソリッドステートエミッタの基質の屈折率の関数として光変換媒体と結合媒体に適応させることにより、屈折損失を最小にすることができる。
【００３７】
ソリッドステート材料に対する屈折率の例は（６３２ｎｍで）、
ＧａＰに対してｎ＝３．３５
ＧａＮに対してｎ＝２．２０（ｏ）と２．２９（ｅ）
ＡｌＮに対してｎ＝２．１３（ｏ）と２．２０（ｅ）
ＩｎＮに対してｎ＝２．０９
ここで非立方晶の複屈折結晶相に対して（ｏ）は通常光線で照射し、（ｅ）は異常光線を照射した場合である。ソリッドステート光放射ダイオードに対して使用されるようなより短い波長（例えば４６０ｎｍ又は４１０ｎｍ）では、屈折率は一層高くなる。
【００３８】
ソリッドステートエミッタのソリッドステート材料を設置して来た基質材料の例は屈折率が１．７６のコランダム（Ａｌ2Ｏ3）である。
例えばＧａＮがソリッドステートエミッタとして用いられる場合には、約１．６と１．９の間の屈折率を持った光変換媒体によって反射損失を最も小さくすることができる。同時にこの場合には結合媒体の屈折率を約１．１５と１．４との間にあるように選ぶ。
【００３９】
これに対して、かりにソリッドステートエミッタが例えばＧａＰから成るものとすると、使用される光変換媒体は約１．８５と２．２との間の範囲内にある屈折率を持つことが好ましいが、結合媒体に使用される屈折率は約１．３５と１．５との間にあるように選ばなければならない。
【００４０】
しかし、かりにＩｎＰをソリッドステートエミッタとして用いるとすると、その場合には光変換媒体は約２．１より大きく、約２．４より小さい屈折率を持つように選ばなければならない。この場合には、結合媒体に選ばれる材料は約１．４と１．６との間の屈折率を持たなければならない。
【００４１】
光変換媒体１８はガラス又はガラスセラミックスで作られた材料で塊が希土類金属、とくに蛍光又は発光性のＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｍ又はＳｍを使用してドープされた材料である。その材料は青色発光ダイオード又は紫外線領域で放出する発光ダイオードが放出する光を白色光に変えるのにとくによく適している。
【００４２】
さらに光変換媒体の熱膨張係数は、この場合ソリッドステートエミッタの熱膨張係数に適合していることが好ましく、ソリッドステートエミッタの熱膨張係数は少なくとも２．５・１０-6／Ｋであることが好ましい。さらに、結合媒体の熱膨張係数は、それに接続されている光変換媒体の熱膨張係数に同様に適合していてもよく、少なくとも２．５・１０-6／Ｋであることが好ましい。
【００４３】
希土類元素の酸化物のドーピングに加えて、刺激波長で一層高い吸収を達成するために、補助的なドーパント例えばＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ及び／又はＢｉを使用することが好ましい。
【００４４】
製造をとくに容易にするために、結合媒体２０はまた重合体で組成することができる。なぜならば、重合体は結合媒体の屈折率をソリッドステートエミッタの屈折率に、希望通り適合させることを容易に達成させるからである。このため、とくに簡単で低価格での製造方法を実現することができる。
【００４５】
結合媒体はガラス又はガラスセラミックスで作られるけれども、結合媒体を望ましい形に直接押圧するために、使用する材料は低温で溶融するように選択する。
結合媒体２０の外面は、回折性の光学素子をさらに備えることが望ましく、例えば光の有効なカップリングアウトを支持するために、マイクロレンズの形をし、５０ｎｍから２０００ｎｍの間の直径を持った回折性の光学素子を備えることが望ましい。
【００４６】
実施例１
Ｃｒ2Ｏ3で単一ドープされ、又は希土類元素酸化物のイオンで複数ドープされた種々のランタンホスフェートガラスタイプの組成物が表１に要約されている。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
実施例２
使用されたフルオロホスフェートガラスタイプは、５から４０重量％のＰ2Ｏ5を含み、また６０から９６重量％の弗化物を含んでいる。このガラスは希土類元素の酸化物で、約０．５から１５重量％の間までドープされる。
【００４９】
実施例３
リチウムアルミニウムガラスセラミックス材料（ＬＡＳセラミックス）が希土類元素の酸化物でドープされる。使用される材料は、とくにSchottからCeran、CLEARTRANS又はROBAXの商標で販売されているＬＡＳガラスセラミックス材料から成るものである。
【００５０】
実施例４
１．７以上の屈折率を持ったランタン含有量の多いガラスを溶融する。このガラスは下記の組成を持っている（酸化物を基礎とする重量％で表わす）。
ＳｉＯ2               ４．３
Ｂ2 Ｏ3             ３４．３
Ａｌ2 Ｏ3             ０．４
ＺｒＯ2               ５．４
Ｌａ2 Ｏ3           ４１．０
ＣａＯ                １．６
ＺｎＯ                ６．０
ＣｄＯ                ６．４
Ｌｉ2 Ｏ              ０．３
Ａｓ2 Ｏ3             ０．３
この場合、酸化ランタンは部分的に希土類元素の酸化物で置き換えることができる。
【００５１】
実施例５
下記の成分を含むガラス（酸化物を基礎とする重量％で表わす）を溶融する。
ＳｉＯ2             ２３．６４
Ｂ2 Ｏ3               ６．３６
Ａｌ2 Ｏ3           ２０．９１
Ｙ2 Ｏ3             ４６．３６
Ｅｕ2 Ｏ3             ２．７３
得られたガラスを白金るつぼに入れ、約１５５０から１６００℃の温度で溶融して均質にする。
【００５２】
その材料を室温まで冷却したあとで、清澄で透明なガラスが得られる。
紫外光（λ＝２４０から４００ｎｍ）で刺激すると、ガラスはそのガラス状態とセラミック化された状態で明るいオレンジ色に輝く。
【００５３】
このガラスは、適当な温度処理によりセラミック化することができ、その過程の間に希土類元素酸化物のイオンに対してホスト相として働く結晶相を分離することができる。
また、この材料は光変換媒体としてとくに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明に係るソリッドステート光源の模型的な代表例を示している。
【図１】
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【外国語明細書】
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【図１】
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