(57)【要約】  本発明は、第１の波長の光１１０を第２の波長の光１１２に変換して第２の波長の光１１２を放出し、また、第１の波長の光１１０を反射する要素１０４と、第１の波長の光１１０を反射し、第２の波長の光１１２を透過させるリフレクタ１０６と、反射される第１の波長の光１１０が要素１０４に向かって方向付けられるように、第１の波長の光１１０をリフレクタ１０６へと放出する光源１０２と、リフレクタ１０６によって反射された第１の波長の光１１０を要素１０４上に集束させ、要素１０４から放出された光及び反射された光を集光するレンズ１０８とを含み、要素１０４は、レンズ１０８の集束角内の角度分布１１６で第２の波長の光１１２を放出し、要素１０４は更に、リフレクタ１０６によってカバーされる領域１２２外の角度分布で反射される第１の波長の光１１０の一部分１２０が、リフレクタ１０６によってカバーされる領域１２２内の角度分布で反射される第１の波長の光１１０の一部分１２４よりも大きいような強度分布で、且つ、レンズ１０８の集束角内に実質的にある角度分布１１８で、第１の波長の光１１０を反射する発光装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を第２の波長の光に変換して前記第２の波長の光を放出し、また、前記第１の波長の光を反射する要素と、
前記第１の波長の光を反射するリフレクタと、
反射される前記第１の波長の光が前記要素に向かって方向付けられるように、前記第１の波長の光を前記リフレクタへと放出する光源と、
前記リフレクタによって反射された前記第１の波長の光を前記要素上に集束させ、前記要素から放出された光及び反射された光を集光するレンズと、
を含み、
前記要素は、前記レンズの集束角内の角度分布で前記第２の波長の光を放出し、
前記要素は更に、前記リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される前記第１の波長の光の一部分が、前記リフレクタによってカバーされる前記領域内の角度分布で反射される前記第１の波長の光の一部分よりも大きいような強度分布で、且つ、前記レンズの前記集束角内に実質的にある角度分布で、前記第１の波長の光を反射する、発光装置。
【請求項２】
前記リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される前記第１の波長の光の一部分は、前記リフレクタによってカバーされる前記領域内の角度分布で反射される前記第１の波長の光の一部分よりも、少なくとも５０％大きい又はより好適には７０％大きい及び更に好適には９０％大きい、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記要素は、波長変換部材と反射部材とを含む、請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記要素は更に、回折格子を含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射部材は、回折格子を含む、請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記反射部材は、傾斜面を含む、請求項３に記載の発光装置。
【請求項７】
前記反射部材は、散乱要素を含む、請求項３に記載の発光装置。
【請求項８】
前記波長変換部材は、前記レンズに向く前面を有し、前記前面は、前記前面から外側に向く湾曲部を含む、請求項３乃至７の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記波長変換部材は、散乱要素を含む、請求項３に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記要素は、前記レンズの焦点面内で移動可能である、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とが混合部材内で混合されるように、前記要素から生じる光及び前記レンズによって集光された光を混合する前記混合部材を更に含む、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】
前記混合部材は、光ファイバである、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記要素から生じ、前記レンズによって集光された光を、光が前記レンズから出た後に、前記混合部材に集束させる追加のレンズを更に含む、請求項１１又は１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記光源は、単色光源である、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記光源は、レーザダイオード及び／又は発光ダイオードを含む、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光用の高輝度源は、スポット、舞台照明、ヘッドライト及びデジタルライトプロジェクションを含む様々な応用にとって興味深い。このために、第１の波長の光を第２の波長の光に変換する波長変換部材を含むいわゆる集光器を使用することが可能である。一般に、波長変換部材は、より短い波長の光のかなりの部分をより長い波長を有する光に変換する。波長変換部材は更に、ロッドとして成形され、当該ロッドは、光源によって照らされて、当該ロッド内により長い波長を有する光が生成される。変換された光は、例えば全反射によってロッド内に運ばれ、ロッドの両側の１つから抽出され、これは、ロッドから放出された変換された光の強度利得につながる。しかし、このような集光器ベースの光源は、幾分非効率的であり、特定の応用に必要な高輝度を得ることが難しい。ロッドから放出される光の色点とも呼ばれるスペクトル組成を調整することも難しい。
【０００３】
或いは、所望のスペクトル分布を有する高輝度光は、発光ダイオードＬＥＤ又はレーザといった高輝度光源を使用するシステムによって得ることができる。光源によって放出される高輝度光ビームは、蛍光体要素といった波長変換部材を含む回転ホイールに送られる。回転ホイールの波長変換部材と相互作用する光源からの光の量が、放出された光のスペクトル分布を決定する。しかし、機械的な可動部があることによって、システムの信頼性が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題の少なくとも幾つかを解決し、向上された光出力を有する発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、上記目的及び他の目的は、発光装置を提供することによって達成される。発光装置は、第１の波長の光を第２の波長の光に変換して第２の波長の光を放出し、また、第１の波長の光を反射する要素と、第１の波長の光を反射するリフレクタと、反射される第１の波長の光が要素に向かって方向付けられるように、第１の波長の光をリフレクタへと放出する光源と、リフレクタによって反射された第１の波長の光を要素上に集束させ、要素から放出された光及び反射された光を集光するレンズとを含み、要素は、レンズの集束角内の角度分布で第２の波長の光を放出し、要素は更に、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される第１の波長の光の一部分が、リフレクタによってカバーされる領域内の角度分布で反射される第１の波長の光の一部分よりも大きいような強度分布で、且つ、レンズの集束角内に実質的にある角度分布で、第１の波長の光を反射する。
【０００６】
第１の波長の光の一部分が、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射されることからもたらされる利点は、リフレクタによって遮断される第１の波長の光の量が減少される点である。したがって、発光装置からの光出力が増加される。
【０００７】
もう１つの利点は、発光装置から放出される光のスペクトル組成が変えられる点である。つまり、発光装置から放出される第１の波長の光と第２の波長の光との比率を、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される第１の波長の光の量を設定することによって、所望値に設定できる。これにより、発光装置から放出される光の色点によって説明されるスペクトル組成を、所望値に設定できる。
【０００８】
リフレクタは、ダイクロイックリフレクタである。「ダイクロイックリフレクタ」との用語は、第１の波長の光を選択的に通す一方で、第２の波長の光を反射する反射構造体を含むリフレクタと理解されるべきである。反射構造体は、干渉フィルタを形成するように様々な屈折率を有する光学コーティングの交互層を含む。ダイクロイックリフレクタは更に、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呼ばれる。したがって、ダイクロイックリフレクタは、１つの色の光を選択的に通す一方で、別の色を反射する色フィルタと理解される。
【０００９】
リフレクタは、回折格子である。
【００１０】
リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される第１の波長の光の一部分は、リフレクタによってカバーされる領域内の角度分布で反射される第１の波長の光の一部分よりも、少なくとも５０％大きい又はより好適には７０％大きい及び更に好適には９０％大きい。これにより、第１の波長の光の大部分が、発光装置から放出され、発光装置の光出力が増加される。
【００１１】
要素は、波長変換部材と反射部材とを含む。波長変換部材は、第１の波長の光を第２の波長の光に変換し、第２の波長の光を放出する。反射部材は、第１の波長の光を反射する。これにより、発光装置から効率よく発光される。
【００１２】
要素は更に、回折格子を含む。「回折格子」との用語は、光ビームを所定方向に回折する周期的構造を有する光学要素と理解されるべきである。これにより、要素によって反射及び／又は放出される光が効率よく方向転換される。
【００１３】
反射部材は、回折格子を含む。これにより、回折格子において反射される第１の波長の光が、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される。
【００１４】
反射部材は、傾斜面を含む。傾斜面の伸長部及び角度が、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で反射される、即ち、方向転換される第１の波長の光の量を決定する。
【００１５】
反射部材は、散乱要素を含む。これにより、要素によって反射される光が効率よく方向転換される。反射部材は更に、要素によって放出された光を反射する。
【００１６】
波長変換部材は、レンズに向く前面を有する。前面は、前面から外側に向く湾曲部を含む。これにより、波長変換部材の前面において反射される第１の波長の光は、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布が達成されるように方向転換される。
【００１７】
波長変換部材は、散乱要素を含む。これにより、要素によって反射及び／又は放出される光が効率よく方向転換される。
【００１８】
要素は、レンズの焦点面内で移動可能である。これにより、発光装置によってそれぞれ反射又は放出される第１の波長の光及び第２の波長の光の量が変えられる。レンズの焦点面に対して要素の位置を変えることによって、照射される要素の様々な表面領域と相互作用する変換／反射光の比率が変えられる。これにより、放出された光のスペクトル組成、即ち、色点を、発光装置によって放出される光のエタンデュを変えることなく変えることができる。
【００１９】
発光装置は更に、混合部材を含む。混合部材は、第１の波長の光と第２の波長の光とが混合部材内で混合されるように、要素から生じる光及びレンズによって集光された光を混合する。これにより、空間的により均一なスペクトル分布を有する光を放出する発光装置が実現される。
【００２０】
混合部材は、光ファイバである。
【００２１】
混合部材は、透明ロッドである。発光装置は更に、要素から生じ、レンズによって集光された光を、当該光がレンズから出た後に、混合部材に集束させる追加のレンズを含む。これにより、光は、より効率よく混合チャンバ内へと結合される。
【００２２】
光源は、単色光源である。
【００２３】
光源は、レーザダイオード及び／又は発光ダイオードＬＥＤを含む。
【００２４】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の説明を検討すると明らかになろう。当業者は、本発明の様々な特徴が、本発明の範囲から逸脱することなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作るように組み合わされてもよいと理解する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の上記及び他の態様は、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
【００２６】
【図１】図１は、発光装置の横断側面図を示す。
【図２】図２は、発光装置の要素の横断側面図を示す。
【図３】図３は、発光装置の要素の横断側面図を示す。
【図４】図４は、発光装置の要素の横断側面図を示す。
【００２７】
図に示されるように、層及び領域のサイズは、説明を目的として拡大されているため、本発明の実施形態の一般構造を示すために提供されている。同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、本発明の現在好適な実施形態が示される添付図面を参照して以下により詳細に説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形で具体化されてよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、完璧さ及び完全さのために提供され、また、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるものである。
【００２９】
図１は、発光装置１００の横断側面図を示す。
【００３０】
発光装置１００は、光源１０２と、要素１０４と、リフレクタ１０６と、レンズ１０８とを含む。図１乃至図４に関連して説明される実施形態では、リフレクタは、ダイクロイックリフレクタ１０６である。しかし、当業者は、リフレクタは、他の実施形態では、ミラー又は回折格子であってもよいと理解する。
【００３１】
光源１０２は、第１の波長の光１１０を放出する。コリメーティングレンズ１０３が、光源１０２の後に配置され、第１の波長のコリメートされた光ビームが、ダイクロイックリフレクタ１０６に提供される。
【００３２】
或いは、レンズを使用する代わりに、コリメーティング機能は、パラボラリフレクタといった湾曲リフレクタによって実現可能である。この場合、光源は、パラボラリフレクタの焦点に配置される。
【００３３】
要素１０４は、第１の波長の光１１０を、第２の波長の光１１２に変換する。要素１０４は更に、第２の波長の光１１２を放出する。要素１０４は更に、第１の波長の光１１０を反射する。ダイクロイックリフレクタ１０６は、第１の波長の光１１０を反射する。ダイクロイックリフレクタ１０６は、第２の波長の光１１２を透過させる。
【００３４】
図１では、光源１０２からダイクロイックリフレクタ１０６へと放出される第１の波長の光１１０は、要素１０４に向かって反射され方向付けられる。レンズ１０８は、第１の波長の光１１０を、要素１０４に集束させる。レンズ１０８は更に、要素１０４から放出及び反射された光を集光する。
【００３５】
レンズ１０８は、レンズ１０８の焦点において光のコリメーションを提供するコリメーティングレンズと呼ばれる。即ち、実質的に平行な光線１１４が、レンズ１０８から出る。レンズ１０３及びレンズ１０８は、ここでは、平凸レンズとして示されるが、当業者は、他のレンズ又はミラー及びレンズ又はミラーシステムが使用されてもよいことを理解する。
【００３６】
要素１０４は、第２の波長の光１１２を、レンズ１０８の集束角内の角度分布１１６で放出する。これにより、第２の波長の光１１２は、レンズ１０８によって集光され、レンズ１０８から、コリメート光１１４として送られ、したがって、第２の波長の光１１２が、発光装置１００から放出される。
【００３７】
要素１０４は更に、第１の波長の光１１０を、実質的にレンズ１０８の集束角内の角度分布１１８で反射する。要素１０４は更に、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域１２２外の角度分布１１８で反射される第１の波長の光１１０の部分１２０が、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域１２２内の角度分布で反射される第１の波長の光１１０の部分１２４よりも大きいような強度分布で第１の波長の光１１０を反射する。これにより、発光装置１００は、光出力が増加される。ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域１２２外の角度分布で反射される第１の波長の光１１０の部分１２０を増加させることによって、発光装置１００から、より多くの第１の波長の光１１０が放出される。
【００３８】
発光装置１００から放出される第１の波長の光１１０と第２の波長の光１１２の比率が、発光装置１００から放出される光のスペクトル分布を決定する。つまり、発光装置１００から放出される光の色点は、光の部分１２０及び１２４を調整することによって所望値に設定することができる。
【００３９】
発光装置１００は、混合要素１２６を含む。混合要素１２６は、混合要素１２６に入る光１２８を混合する。混合チャンバに入る光１２８は、要素１０４から生じ、空間的に変化するスペクトル組成を含む。即ち、第１の波長の光１１０及び第２の波長の光１１２は、空間において分離されている。混合要素１２６に入る光１２８は、例えば複数の反射及び／又は回折によって空間的に混合される。したがって、混合要素１２６から出る光１３０は、混合チャンバ１２６に入る光１２８よりも空間的に均一なスペクトル分布を有する。これにより、空間的により均一な光出力を提供する発光装置１００が得られる。
【００４０】
光源１０２は、例えば青色光を放出するといったように単色光源である。
【００４１】
第１の波長の光１１０は、青色光であり、第２の波長の光１１２は、黄色光といったように、第１の波長よりも長い波長を有する。青色光及び黄色光の組み合わせが、白色光を生成する。発光装置１００は、混合要素１２６で青色光及び黄色光を混合することによって、より均一なスペクトル分布を有する白色光１３０を提供する。発光装置１００によって放出される白色光は、次に、より白く見えるようにされるか、又は、そうでなければ、異なる相関色温度を有する。即ち、第１の波長の光である青色光１１０の量を増やすことによって、黄色味が少ない光にされる。
【００４２】
より一般的に、白色光の色点は、第１の波長の光１１０と第２の波長の光１１２との比率を調節することによって、所定値に設定される。
【００４３】
混合部材１２６は、光ファイバである。これにより、単純で、費用効果的で、フレキシブルな混合部材１２６が実現される。混合要素１２６に入る光１２８は更に、全反射によって光ファイバのコア内を効率よく伝搬する。
【００４４】
或いは、混合部材は、透明ロッドである。
【００４５】
ロッド又は光ファイバの横断面は、非円形であってよく、光混合を向上させるために、例えば四角形、六角形又は八角形の横断面を有する。
【００４６】
発光装置１００は更に、追加のレンズ１３２を含み、当該追加のレンズ１３２は、要素１０４から生じ、追加のレンズ１３２によって混合部材１２６内へと収集される光を集束させる。これにより、混合部材１２６への光のより効率的な結合が得られ、発光装置１００からの光出力が増加される。
【００４７】
図２は、発光装置１００内の配置に適している要素２０２の横断側面図を示す。要素２０２は、波長変換部材２０４と反射部材２０６とを含む。
【００４８】
波長変換部材２０４は、第１の波長の光１１０を、第２の波長の光１１２に変換する。波長変換部材２０４は更に、第２の波長の光１１２を放出する（２０８）。
【００４９】
反射部材２０６は、反射面２１０を含む。反射部材２０６は、第１の波長の光１１０を反射する（２１２）。これにより、光が効率よく再分配され、発光装置からの発光が増加される。
【００５０】
反射部材２０６は、傾斜面２１４を含む。傾斜面２１４の伸長部が、反射される、即ち、方向転換される（２１２）第１の波長の光１１０の量を決定する。伸長部が大きいほど、要素２０２上に集束される第１の波長の光１１０のより大きい部分が傾斜面２１４によって反射される。
【００５１】
傾斜面２１４の角度２１８、即ち、傾斜が、要素２０２において光が反射される角度分布を決定する。角度２１８は、要素２０２によって反射される（２１２）光の角度分布が、発光装置１００のダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域外の角度分布を有するように選択される。
【００５２】
例えば角度２１８は、レンズ１０８の集束角及び焦点距離又はダイクロイックリフレクタ１０６の伸長部に応じて、２５°乃至７５°の範囲内にある。なお、要素２０２によって放出される（２０８）及び／又は反射される（２１２）第１の波長の光１１０の量と第２の波長の光１１２の量とは、波長変換部材２０４及び反射部材２０６それぞれに達する第１の波長の光１１０の量に依存する。
【００５３】
要素２０２は、レンズ１０８に対して可動である（２２０）。レンズ１０８に対して要素２０２の位置を変えることによって、照射される要素の様々な表面領域と相互作用する変換／反射光の比率が変えられる。例えば反射部材２０６の反射面２１０に達する第１の波長の光１１０の部分が大きければ、反射される（２１２）第１の波長の光１１０の量は多くなる。結果として、発光装置１００によって、より多くの量の第１の波長の光１１０が放出される。したがって、発光装置によってそれぞれ反射又は放出される第１の波長の光１１０及び第２の波長の光１１２の量は、要素２０２を動かすことによって変えられる。
【００５４】
要素２０２は、第１の波長の光の集束効率を更に向上させるために、ビームの中心に対して軸外のダイクロイックリフレクタの位置と組み合わせられる。
【００５５】
或いは、要素は、波長変換部材が、両側にあるその隣接反射部材内に、方向転換される光の角度再分配のための傾斜面を有する反射部材を有するように、左右対称に作られる。要素は更に、この左右対称構成において、ダイクロイックミラーの軸上位置に配置される。
【００５６】
図３は、発光装置１００内の配置に適している要素３０２の横断側面図を示す。要素３０２は、波長変換部材２０４と反射部材３０６とを含む。
【００５７】
反射部材３０４は、波長変換部材２０４を取り囲むように示されているが、反射部材３０４は、波長変換部材２０４を囲む領域の一部のみをカバーしてもよい。
【００５８】
反射部材３０４は、回折格子３０６を含む。これにより、回折格子において反射される（３０８）第１の波長の光１１０は、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域外の角度分布で反射される。これにより、要素によって反射される光が効率よく方向転換される。
【００５９】
波長変換部材２０４は、第１の波長の光１１０を第２の波長の光１１２に変換し、第２の波長の光１１２を放出する（３１０）。回折格子３０６は、分散要素として作用し、反射された光の方向は、光が回折格子に入射する角度、回折格子３０６の格子周期及び入射光の波長、即ち、第１の波長に依存する。例えば回折格子の式によって、格子間隔と、光の入射及び回折ビームの角度との関係が知られているので、回折格子の回折角をデザインすることは当業者には知られている。
【００６０】
回折格子３０６は、ブレーズド回折格子である。ブレーズド回折格子は、所与の回折次数において反射効率を増加させる。つまり、所望の回折次数において光出力が向上される一方で、他の次数における残りの光出力は低下される。効率が向上される角度方向は、ブレーズ角と、格子が最適化される、即ち、ブレーズされる波長と、所与の回折次数とによって与えられる。したがって、ブレーズド回折格子の適切なデザインは、光が、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域外の角度分布で効率よく反射されるように、所与の回折次数における要素３０２の光の反射率を向上させる。これにより、発光装置１００からの光出力が増加される。
【００６１】
要素３０２は、波長変換部材の下に配置される回折格子３０７を含む。回折格子３０７は、ブレーズド回折格子である。
【００６２】
回折格子３０７は、波長変換部材２０４によって変換されていない（図示されていない）第１の波長を有する光を反射する。回折格子３０７の構造は、回折格子３０６と同様であり、簡潔さのために更には説明しない。しかし、第１の波長の光１１０の波長は、屈折率の変化によって、波長変換部材２０４内にある場合はシフトすることに留意されたい。したがって、格子３０６及び３０７は、例えば異なる格子間隔及びブレーズ角を有するといったようにそれらのデザインにおいて異なる。
【００６３】
なお、要素３０２は、回折格子３０７及び／又は回折格子３０６を含む。
【００６４】
波長変換部材２０４の上部が、波長変換部材２０４に達する第１の波長の光の一部を効率よく反射及び方向転換する回折格子（図示せず）に成形される。したがって、波長変換部材２０４は、第１の波長の光１１０の一部分を反射し、第１の波長の光１１０の別の部分を、第２の波長の光１１２に変換する。これにより、波長変換部材２０４から出る第１の波長の光の強度は増加される。
【００６５】
反射部材は、散乱要素（図示せず）を含む。これにより、要素によって反射される光が効率よく方向転換される。反射部材は更に、要素によって放出される光を反射してもよい。
【００６６】
反射部材は、周期的配列に配置される光学マイクロ構造体を含む。個々の光学マイクロ構造体は、回転対称であり、結果として、反射光は回転対称に分配される。或いは、個々の光学マイクロ構造体は対称性が低くてもよく、これにより、反射光の異方性角度分布が提供される。例えば光学マイクロ構造体は、１つの方向において伸長され、反射光は、大部分は、水平面外の角度に方向付けられる。これは、水平面内に置かれる細長いリフレクタ１０６と組み合わされてよく、これにより、第１の波長の光がリフレクタ１０６の集束範囲外に方向付けられる効果的な構成が提供される。
【００６７】
反射部材は、ホログラフィック光学要素を含む。
【００６８】
波長変換部材は、散乱要素を含む。これにより、要素によって反射及び／又は放出される光が効率よく方向転換される。
【００６９】
散乱材料は、粒子、空気含有物又は波長変換部材及び／若しくは反射部材の表面の構造化を含む。
【００７０】
図４は、発光装置１００内の配置に適している要素４０２の横断側面図を示す。要素４０２は、レンズ１０８に向いた前面４０６を有する波長変換部材４０４を含む。前面４０６は、前面４０６から外側に向く湾曲部４０８を含む。波長変換部材の前面に達する第１の波長の光１１０は反射され、これにより、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域外の角度分布で方向転換される。湾曲部４０８の曲率が、第１の波長の光が反射される角度を決定する。より大きい曲率は、波長変換部材４０４に入射する第１の波長の光１１０のより大きい部分が、ダイクロイックリフレクタ１０６によってカバーされる領域外の角度分布で効率よく反射されることを可能にする。これにより、発光装置１００からの光出力が増加される。方向転換の好適な角度は、レンズ１０８の集束角及び焦点距離、又は、ダイクロイックリフレクタ１０６の伸長部に応じて２５°乃至７５°の範囲内である。
【００７１】
要素４０２は更に、反射部材４１０を含む。反射部材４１０の特徴は、上で説明されている。表面４０８を透過した第１の波長の光１１０と、表面４０８によって反射された第１の波長の光１１０とのバランスを取るために、要素４０２の湾曲部４０８に半透明の波長選択性光学ミラーが被覆される。好適には、波長変換部材は、セラミック蛍光体といった蛍光体材料を含む。セラミック蛍光体は、本発明のために考慮されてよい量子ドットや、高熱伝導性の有機蛍光染料を有するＬｕｍｉｒａｍｉｃ（商標）といったＣｅ又はＬＵドープされたＹＡＣセラミック蛍光体である。
【００７２】
量子ドットは、通常、ほんの数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体物質の小さい結晶である。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放射する。したがって、量子ドットのサイズを適応させることによって、特定の色の光を生成することができる。可視範囲内の発光を有する最も知られている量子ドットは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）といったシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。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）といったカドミウムフリー量子ドットを使用することもできる。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示し、したがって、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応させることによって容易に調整できる。当技術分野において知られている任意のタイプの量子ドットを、本発明に使用してよい。しかし、環境に対する安全及び配慮の理由から、カドミウムフリー量子ドット又は少なくともカドミウム含量が非常に少ない量子ドットを使用することが好適である。
【００７３】
有機蛍光染料を使用してもよい。スペクトルピーク位置が調整可能であるように、分子構造がデザインされる。適切な有機蛍光染料材料の例は、ペリレン誘導体に基づいた有機ルミネッセンス材料であり、例えばＢＡＳＦ社によってＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）の名前で販売されている化合物である。適切な化合物の例は、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を含むがこれらに限定されない。
【００７４】
当然ながら、ルミネッセンス材料は、無機蛍光体であってもよい。無機蛍光体材料の例は、セリウム（Ｃｅ）がドープされたＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）を含むがこれらに限定されない。ＣｅドープされたＹＡＧは、黄色みを帯びた光を放出し、ＣｅドープされたＬｕＡＧは、黄−緑色みを帯びた光を放射する。赤色光を放出する他の無機蛍光体材料の例は、ＥＣＡＳ（ＥＣＡＳ、Ｃａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕｘであり、ただし、０＜ｘ＜１、好適には、０＜ｘ＜０．２）、及び、ＢＳＳＮ（ＢＳＳＮ、Ｂａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚ、ただし、Ｍは、Ｓｒ又はＣａを表し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜４及び０．０００５＜ｚ＜０．０５、好適には、０＜ｘ＜０．２）を含むがこれらに限定されない。
【００７５】
本発明の好適な実施形態によれば、ルミネッセンス材料は、基本的に、（Ｍ＜Ｉ＞１−ｘ−ｙＭ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）３（Ｍ＜ＩＶ＞１−ｚＭ＜ｖ＞ｚ）５Ｏ１２（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞は、Ｇａ、Ｓｃ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ＜Ｉ＞１−ｘ−ｙＭ＜ＩＩ＞ｘ，Ｍ＜ＩＩＩ＞ｙ）２Ｏ３（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ＜Ｉ＞１−ｘ−ｙＭ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｓ１−ｚＳｅｚ（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．０１、０＜ｙ＜０．０５、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ＜Ｉ＞１−ｘ−ｙＭ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｏ（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ＜Ｉ＞２−ｘＭ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞２）Ｏ７（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１である）；（Ｍ＜Ｉ＞１−ｘＭ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞１−ｙＭ＜ＩＶ＞ｙ）Ｏ３（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ；Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ又はこれらの混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；又はこれらの混合物を含む群から選択される材料で作られている。
【００７６】
しかし、特に好適なルミネッセンス材料は、Ｃｅがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３ＡＬ５Ｏ１２）及びルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）である。
【００７７】
蛍光体セラミックの熱伝導性は、好ましくは２よりも大きく、より好ましくは６よりも大きく、最も好ましくは２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１よりも大きい。
【００７８】
反射部材は、アルミニウム又は銀といった正反射又は拡散反射材料を含む。反射部材は更に、窒化ホウ素、又は、反射及び向上された熱伝導性を提供する酸化アルミニウムを含んでもよく、これにより、熱管理が向上される。
【００７９】
上記説明では、リフレクタは、ダイクロイックリフレクタとして開示されている。当業者は、リフレクタは、他の実施形態では、ミラー又は回折格子でもよいと理解する。
【００８０】
当業者は更に、要素が、レンズの集束角内に実質的にある角度分布で、また、リフレクタによってカバーされる領域外の角度分布で放出及び／又は反射される第２の波長の光の部分が、リフレクタによってカバーされる領域内の角度分布で放出及び／又は反射される第２の波長の光の部分よりも大きいような強度分布で、第２の波長の光を放出及び／又は反射すると理解する。
【００８１】
当業者は、本発明は、上記された好適な実施形態に限定されないと理解する。それどころか、添付の請求項の範囲内で、多くの修正及び変更が可能である。例えば要素は、レンズに向く前面を有する波長変換部材を含むが、当該前面は円錐形であってよい。
【００８２】
反射部材は、第２の波長の光を反射する。光源によって生成される第１の波長の光は、波長変換部材によって、第２の波長の光に部分的に変換される。波長変換部材は、第１の波長の光を反射する。
【００８３】
多層構造が、波長変換部材の下に配置される。これにより、複数の反射及び干渉によって、第２の波長の光がレンズによって集束されるように、反射及び方向転換される第２の波長の光の量を増加させることができる。
【００８４】
更に、開示された実施形態の変形態様が、図面、開示内容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、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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