(57)【要約】  動作時に第１のスペクトル分布を有する第１の光１３を放出するように適合された少なくとも１つの第１の光源２１と、動作時に第２のスペクトル分布を有する第２の光１４を放出するように適合された少なくとも１つの第２の光源２２と、少なくとも１つの第１の光入射面４１、少なくとも１つの第２の光入射面４６、及び第１の光出射面４２を備える光ガイド４であって、少なくとも１つの第１の光入射面と第１の光出射面とが互いに対してゼロではない角度で延びる、光ガイド４と、第１の光出射面に隣接して配置されたルミネセンス要素７７とを備える発光デバイスであって、光ガイドが、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の少なくとも一部を、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７に変換し、第２の光１４を案内し、且つ第３の光１７の少なくとも一部及び第２の光１４の少なくとも一部を第１の光出射面４２から導出するように適合され、ルミネセンス要素が、第２の光１４の少なくとも一部を、第４のスペクトル分布を有する第４の光１８に変換するように適合される、発光デバイスである。
2017516267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作時に４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出する少なくとも１つの第１の光源と、
動作時に３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第２のスペクトル分布を有する第２の光を放出する少なくとも１つの第２の光源と、
少なくとも１つの第１の光入射面、少なくとも１つの第２の光入射面、及び第１の光出射面を備える光ガイドであって、前記少なくとも１つの第１の光入射面と第１の光出射面とが互いに対してゼロではない角度で延びる、前記光ガイドとを備える、発光デバイスであって、
前記光ガイドが、第１のスペクトル分布を有する第１の光を前記少なくとも１つの第１の光入射面で受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第３のスペクトル分布を有する第３の光に変換し、第３のスペクトル分布を有する第３の光を第１の光出射面に案内し、且つ第３のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出し、
前記光ガイドが、第２のスペクトル分布を有する第２の光を前記少なくとも１つの第２の光入射面で受光し、第２のスペクトル分布を有する第２の光を第１の光出射面に案内し、且つ第２のスペクトル分布を有する第２の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出するように更に構成され、
前記発光デバイスは、第１の光出射面に隣接して配置されたルミネセンス要素を更に備え、前記ルミネセンス要素が、第２のスペクトル分布を有する第２の光の少なくとも一部を、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第４のスペクトル分布を有する第４の光に変換する、発光デバイス。
【請求項２】
前記光ガイドは、少なくとも２つの第１の光入射面を備え、前記少なくとも２つの第１の光入射面がそれぞれ、第１の光出射面に対してゼロでない角度で延び、
前記光ガイドは、第１のスペクトル分布を有する第１の光を、前記少なくとも２つの第１の光入射面のそれぞれで受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第３のスペクトル分布を有する第３の光に変換し、第３のスペクトル分布を有する第３の光を第１の光出射面に案内し、且つ第３のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
第２の光入射面に配置された結合要素を更に備え、前記結合要素が、第２のスペクトル分布を有する第２の光を前記光ガイドに導入させる、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
第１の光入射面に配置された第１の光学要素を更に備え、第１の光学要素は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、且つ４８０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項５】
第２の光入射面に配置された第２の光学要素を更に備え、第２の光学要素は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、且つ４３０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の光源が、前記少なくとも１つの第１の光入射面と光学接触して配置される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第２の光源が、第２の光入射面と光学接触して配置される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記ルミネセンス要素は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内での最大吸光度が、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内での最大吸光度の１０倍、３０倍、又は５０倍である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記光ガイドは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内で０．０２未満、０．１５未満、０．１未満、又は０．０１未満の吸光度を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記光ガイドは、前記少なくとも１つの第１の光源に対向する表面上に又は表面に反射器及び／又は反射構成要素が存在するとき、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内で０．５を超える、０．７を超える、０．８を超える、又は０．９を超える吸光度を有し、前記少なくとも１つの第１の光源に対向する側に前記反射構成要素が存在しない場合、前記光ガイドは、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内で１を超える、１．２を超える、又は１．５を超える吸光度を有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記光ガイドは、ルミネセンス材料、集光材料、ガーネット、及びそれらの任意の組合せの１つである、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記光ガイドは、ルミネセンス材料、集光材料、１−０．２％の範囲の濃度を持つセリウムを含むガーネット、及びそれらの任意の組み合わせの１つである、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の光源は、ＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤである、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第２の光源は、ＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤである、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の発光デバイスを備えるランプ、照明器具、又は照明システムであって、デジタル投影、自動車照明、ステージ照明、店舗照明、家庭照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバ照明、ディスプレイシステム、警告照明システム、医療照明用途、顕微鏡照明、分析機器用の照明、装飾照明用途の１つ又は複数で使用される、ランプ、照明器具、又は照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作時に第１のスペクトル分布を有する光を放出するように適合された光源と、第１のスペクトル分布を有する光を第２のスペクトル分布を有する光に変換するように適合された光ガイドとを備える発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度光源、特に白色の高強度光源は、スポット、ヘッドランプ、ステージ照明、及びデジタル光投影を含めた様々な用途で興味深いものである。そのような目的で、非常に透明なルミネセンス材料においてより短い波長の光がより長い波長に変換される、いわゆる「ルミネセンス集光器」を利用することが可能である。そのような透明なルミネセンス材料は、ルミネセンス材料内でより長い波長を生み出すためにＬＥＤによって照光される。ルミネセンス材料内を導波される変換後の光は表面から抽出され、強度利得、即ち輝度の増加をもたらす。
【０００３】
そのような光源は、スポット照明及びステージ照明等の用途で興味深いものである。しかし、そのような光源は、緑色、黄色、及び橙色の光を生成するためには効率的に使用され得るが、そのような光源によって良く混合された白色光を生成するのは難しい。
【０００４】
国際公開第２０１２／０５６３８２Ａ１号は、一実施形態において、複数の導波路と２つの光源とを備える照明デバイスを述べている。導波路は、導波路内に配置されたルミネセンス材料を具備する。各導波路のルミネセンス材料は互いに異なっていることができ、光源からの光をルミネセンス材料の発光に変換するように構成される。
【０００５】
しかし、そのような照明デバイスを用いる場合、光源及びルミネセンス材料の発光からの光の混合、即ち光の様々な色の混合は効率が悪く不完全であり、更に、エタンデュが増加される。
【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、この問題を克服し、様々な色の光を効率的に且つ完璧に混合することを可能にして、高品質の白色光及び低いエタンデュが提供され得る代替構成を有する発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、動作時に４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出するように適合された少なくとも１つの第１の光源と、動作時に３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第２のスペクトル分布を有する第２の光を放出するように適合された少なくとも１つの第２の光源と、少なくとも１つの第１の光入射面、少なくとも１つの第２の光入射面、及び第１の光出射面を備える光ガイドであって、少なくとも１つの第１の光入射面と第１の光出射面とが互いに対してゼロではない角度で延びる、光ガイドとを備える発光デバイスであって、光ガイドが、第１のスペクトル分布を有する第１の光を少なくとも１つの第１の光入射面で受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第３のスペクトル分布を有する第３の光に変換し、第３のスペクトル分布を有する第３の光を第１の光出射面に案内し、且つ第３のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出するように適合され、光ガイドが、第２のスペクトル分布を有する第２の光を少なくとも１つの第２の光入射面で受光し、第２のスペクトル分布を有する第２の光を第１の光出射面に案内し、且つ第２のスペクトル分布を有する第２の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出するように更に構成され、発光デバイスが、第１の光出射面に隣接して配置されたルミネセンス要素を更に備え、ルミネセンス要素が、第２のスペクトル分布を有する第２の光の少なくとも一部を、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第４のスペクトル分布を有する第４の光に変換するように適合される、発光デバイスによって達成される。
【０００８】
動作時に４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第１のスペクトル分布を有する第１の光を放出するように適合された少なくとも１つの第１の光源と、動作時に３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第２のスペクトル分布を有する第２の光を放出するように適合された少なくとも１つの第２の光源とを提供することによって、及び光ガイドの第１の光出射面に隣接して配置され、且つ第２のスペクトル分布を有する第２の光の少なくとも一部を、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第４のスペクトル分布を有する第４の光に変換するように適合されたルミネセンス要素であって、残りの光／スペクトル分布がルミネセンス要素による変換なく透過される、ルミネセンス要素を提供することによって、様々な色の光の効率的且つ完璧な混合と、それにより高品質の白色光及び低いエタンデュとが得られる発光デバイスが提供される。
【０００９】
導入されていない光の少なくとも一部を変換して、異なるスペクトル分布を有する変換後の光にするように適合された光ガイドを更に提供することによって、特に多量の変換後の光が光ガイドに留まり、その光が表面の１つから抽出され得、これが更に特に高い強度利得をもたらす、光ガイドが提供される。
【００１０】
また、第１の光入射面に対してゼロではない角度で延びる第１の光出射面を提供することによって、より多くの光が光ガイドに導入され、且つより多くの光が全反射（ＴＩＲ：Total Internal Reflection）によってそれぞれの光出射面に向けて案内される、発光デバイスが得られる。これは更に、第１の光出射面以外の表面を通って光ガイドから出ることによって失われる光の量を大幅に減少させ、且つ従って第１の光出射面を通して放出される光の強度を増加させる。
【００１１】
一実施形態では、光ガイドは、少なくとも２つの第１の光入射面を備え、少なくとも２つの第１の光入射面がそれぞれ、第１の光出射面に対してゼロでない角度で延び、光ガイドが、第１のスペクトル分布を有する第１の光を、少なくとも２つの第１の光入射面のそれぞれで受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のピーク波長を含む第３のスペクトル分布を有する第３の光に変換し、第３のスペクトル分布を有する第３の光を第１の光出射面に案内し、且つ第３のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第１の光出射面から導出するように適合される。
【００１２】
それにより、更に多くの第１の光源を用いて光ガイドをポンプすることが可能であり、これが更に光出力の利得を増加させ、且つ従って強度の利得を増加させ、更に発光デバイスによって放出される光の特に高い輝度をもたらす、発光デバイスが提供される。
【００１３】
一実施形態では、発光デバイスは、第２の光入射面に配置された結合要素を更に備え、結合要素が、第２のスペクトル分布を有する第２の光を光ガイドに導入するように適合される。
【００１４】
そのような結合要素を提供することによって、少なくとも１つの第２の光源によって放出される第２の光が、特に効率的な態様で且つ特に低い結合損失で又は場合によっては結合損失なしで光ガイドに導入され得る、発光デバイスが提供される。
【００１５】
一実施形態では、発光デバイスは、第１の光入射面に配置された第１の光学要素を更に備え、第１の光学要素は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、且つ４８０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射するように適合される。
【００１６】
そのような第１の光学要素を提供することによって、光ガイドに導入される第１の光に特に良く定義された第１のスペクトル分布が与えられる、発光デバイスが提供される。これは、光ガイドにおける第１の光の特に高い度合いの変換、及びルミネセンス要素における変換された第１の光、即ち第３の光の特に高い度合いの透過を提供し、且つ従って、更に、発光デバイスによって放出される光の特に良く定義されたスペクトル分布と、特に高品質の白色光とを提供する。
【００１７】
一実施形態では、発光デバイスは、第２の光入射面に配置された第２の光学要素を更に備え、第２の光学要素は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、且つ４３０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射するように適合される。
【００１８】
そのような第２の光学要素を提供することによって、光ガイドに導入される第２の光に特に良く定義された第２のスペクトル分布が与えられる、発光デバイスが提供される。これは更に、光ガイド内での第２の光の特に高い度合いの透過、及びルミネセンス要素内での第２の光の特に高い度合いの変換を提供し、且つ従って、更に、発光デバイスによって放出される光の特に良く定義されたスペクトル分布と、特に高品質の白色光とを提供する。
【００１９】
一実施形態では、少なくとも１つの第１の光源が、少なくとも１つの第１の光入射面と光学接触して配置される。
【００２０】
一実施形態では、少なくとも１つの第２の光源が、第２の光入射面と光学接触して配置される。
【００２１】
それにより、それぞれ第１の光源及び第２の光源によって放出された光が、特に効率的な態様で且つ特に低い結合損失で又は場合によっては結合損失なしで、光ガイドの第１の光入射面及び第２の光入射面でそれぞれ受光され得る、発光デバイスが提供される。
【００２２】
一実施形態では、ルミネセンス要素は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内での最大吸光度が、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内でのその最大吸光度の１０倍、３０倍、又は５０倍である。
【００２３】
他の実施形態では、ルミネセンス材料は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内で１を超える、１．２を超える、又は１．５を超える吸光度を有する。
【００２４】
それにより、特に多量の第２の光がルミネセンス要素内で変換され、及び更に、発光デバイスによって放出される光の特に良く定義されたスペクトル分布が得られる。一般に、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内でのルミネセンス要素の吸収の増加は、変換される第２の光を増加させることに留意されたい。
【００２５】
一実施形態では、光ガイドは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内で０．２未満の吸光度を有する。
【００２６】
他の実施形態では、光ガイドは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内で０．１５未満、０．１未満、又は０．０１未満の吸光度を有する。
【００２７】
それにより、特に多量の第２の光が、損失されずに光ガイドを通してルミネセンス要素に透過され、更に、発光デバイスによって放出される光の特に良く定義されたスペクトル分布が得られる。一般に、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内でのルミネセンス要素の吸光度が低い程、透過される第２の光の量は多くなることに留意されたい。
【００２８】
一実施形態では、光ガイドは、少なくとも１つの第１の光源に対向する表面上に又は表面に反射器及び／又は反射構成要素が存在するとき、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内で０．５を超える、０．７を超える、０．８を超える、又は０．９を超える吸光度を有する。
【００２９】
少なくとも１つの第１の光源に対向する側に反射構成要素が存在しない他の実施形態では、光ガイドは、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内で１を超える、１．２を超える、又は１．５を超える吸光度を有する。
【００３０】
それにより、特に多量の第１の光が光ガイド内で変換され、及び更に、発光デバイスによって放出される光の特に良く定義されたスペクトル分布が得られる。一般に、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内での光ガイドの吸収の増加は、変換される第１の光を増加させることに留意されたい。
【００３１】
一実施形態では、光ガイドは、ルミネセンス材料、集光材料、ガーネット、及びそれらの任意の組合せの任意の１つである。
【００３２】
ルミネセンス光ガイドを提供することによって、特に良好であり且つ効率的な光変換特性を有する発光デバイスが提供される。
【００３３】
集光型光ガイドを提供することによって、特に高い輝度を有する光を放出する発光デバイスが提供される。
【００３４】
ガーネット又は別の透明なルミネセンス材料から作製された光ガイドを提供することによって、特に良好であり且つ効率的な光案内特性を有する発光デバイスが提供される。
【００３５】
一実施形態では、少なくとも１つの第１の光源は、ＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤである。
【００３６】
一実施形態では、少なくとも１つの第２の光源は、ＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤである。
【００３７】
本発明は、更に、、デジタル投影、自動車照明、ステージ照明、店舗照明、家庭照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバ照明、ディスプレイシステム、警告照明システム、医療照明用途、顕微鏡照明、分析機器用の照明、装飾照明用途の一つ又は複数で使用される、本発明による発光デバイスを備えるランプ、照明器具、又は照明システムに関する。
【００３８】
本発明は、特許請求の範囲に記載される特徴の全ての可能な組合せに関することに留意されたい。
【００３９】
次に、本発明のこの態様及び他の態様が、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述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】燐光体ホイールを備える発光デバイスの断面図を示す。
【図２】出射面に光学要素を具備する光ガイドの側面図を示す。
【図３】形成された光出射面を提供するように長さ全体にわたって形成された光ガイドの斜視図を示す。
【図４】形成された光出射面を提供するように長さの一部にわたって形成された光ガイドの側面図を示す。
【図５】光ガイド及び追加の光源を備え、フィルタ及びダイクロイック光学要素を具備する照明システムの側面図を示す。
【図６Ａ】光ガイドの表面に隣接して配置されたヒートシンク要素を具備する光ガイドを示す。
【図６Ｂ】光ガイドの表面に隣接して配置されたヒートシンク要素を具備する光ガイドを示す。
【図７】テーパ付き出射面を有する発光デバイスの斜視図を示す。
【図８】本発明による発光デバイスの第１の実施形態の斜視図を示す。
【図９】図８による発光デバイスの上面図を示す。
【図１０】光ガイドによって案内される光の波長の関数として、本発明による発光デバイスの光ガイドの一実施形態の吸光度を示すグラフを示す。
【図１１】本発明による発光デバイスの第２の実施形態の上面図を示す。
【図１２】本発明による発光デバイスの第３の実施形態の上面図を示す。
【図１３】本発明による発光デバイスの第４の実施形態の上面図を示す。
【図１４】本発明による発光デバイスの第５の実施形態の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図面に示されるように、層、要素、及び領域のサイズは、例示目的で誇張されており、従って本発明の実施形態の全般的な構造を例示するために提供されている。同じ参照番号は図面を通して同じ要素を表し、従って、例えば本発明による発光デバイスは全般的に参照番号１で表され、その様々な特定の実施形態は、その全般的な参照番号に０１、０２、０３等を付け加えることによって表される。本発明による発光デバイスの実施形態の任意のものに追加され得る幾つかの特徴及び要素を示す図１〜図７に関して、これらの図の１つに特有の要素以外の全ての要素には「００」が付け加えられている。
【００４２】
ここで、本明細書では以後、本発明の現在好ましい実施形態が示されている添付図面を参照しながら、本発明がより詳細に述べられる。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載する実施形態に限定されるものと解釈されるべきでない。これらの実施形態は、完全性及び完璧性のために提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝える。
【００４３】
以下、本発明による発光デバイスの用途、適切な光源、様々な要素に適切な材料、及び特徴に関する全般的な考慮事項から説明を始める。
【００４４】
その後、図１〜図７を参照して、本発明による発光デバイスの実施形態の任意のものに追加され得る幾つかの特徴及び要素が述べられる。
【００４５】
最後に、図８〜図１４を参照して、本発明による発光デバイスの幾つかの特定の実施形態が詳細に述べられる。
【００４６】
以下に記載する本発明による実施形態の一部である光源は、動作時、第１のスペクトル分布を有する光を放出するように適合される。この光は、その後、光ガイド又は導波路に導入される。光ガイド又は導波路は、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得、その光を出射面に案内する。光源は、原理的には如何なるタイプの点光源であり得るが、一実施形態では固体光源であり、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザダイオード、若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）、複数のＬＥＤ、レーザダイオード、若しくはＯＬＥＤ、又はＬＥＤ、レーザダイオード、若しくはＯＬＥＤのアレイであり得、又はこれらの任意のものの組合せであり得る。複数のＬＥＤ、レーザダイオード、若しくはＯＬＥＤ、又はそのアレイの場合、ＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤは、原理的には、限定はしないがＵＶ、青色、緑色、黄色、又は赤色等、２つ以上の異なる色のＬＥＤ、レーザダイオード、又はＯＬＥＤであり得る。
【００４７】
後述される本発明に係る実施形態の導光体は、一般的に、互いに直交する方向に延びる高さＨ、幅Ｗ、及び長さＬを有する棒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。光は概して長さＬの方向に誘導される。高さＨは、１０＜ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。幅Ｗは、＜１０ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。長さＬは、幅Ｗ及び高さＨより大きく、少なくとも幅Ｗの２倍又は高さＨの２倍であり、少なくとも幅Ｗの３倍又は高さＨの３倍であり得る。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、互いに平行で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。
【００４８】
一部の実施形態では、透明導光体は、その上にＬＥＤ等の複数の光源がエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板は、例えばサファイア基板等の単結晶基板である。これらの実施形態では、光源の透明成長基板は集光導光体である。
【００４９】
一般的に棒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り得る。
【００５０】
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使用されてもよい。更に、円柱状の導光体は、例えば互いに反対側に又は垂直に配置された、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。
【００５１】
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し得るよう、長さ方向において折られ、曲げられ、且つ／又は成形されてもよい。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ってもよい。光源は、折られ、曲げられ、且つ／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得る。
【００５２】
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。
【００５３】
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み得る。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を含む。
【００５４】
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。したがって、ドットのサイズを調整することにより、特定の色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得る。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可能性がある。
【００５５】
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が適合し得るよう、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。
【００５６】
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、ここで、ＥＣＡＳはＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕｘであり（０＜ｘ≦１、他の実施形態では０＜ｘ≦０．２）、ＢＳＳＮはＢａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚである（Ｍ＝Ｓｒ又はＣａ、０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦４、且つ０．０００５≦ｚ≦０．０５、他の実施形態では０≦ｘ≦０．２）。
【００５７】
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、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ（Ｍ＜ＩＩ＞がＴｂでない場合）、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞はＧａ、Ｓｃ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、例えば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・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）等；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）、又はこれらの混合を含むグループから選択される材料からなる。
【００５８】
発光性導光体は、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。
【００５９】
上記蛍光体に代えて又は加えて、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】
2017516267.tif 000003
【００６０】
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。一実施形態では、導光体の異なる部分の間、例えば第１の部分と第２の部分との間に、部分的に反射性の要素が配置されてもよい。部分的に反射性の要素は、１つの特定の波長又はスペクトル分布の光を通過させ、異なる別の特定の波長又はスペクトル分布の光を反射するよう構成される。したがって、部分的に反射性の要素は、ダイクロイックミラー等のダイクロイック要素であってもよい。
【００６１】
他の実施形態（図示無し）では、透明な導光体の光入力面において、ＬＥＤ等の複数の光源の上方又は真上に、発光材料を含む複数の波長変換領域が配置される。したがって、光源からの光が発光材料の領域を介して透明な導光体内に導入されるよう、複数の波長変換領域のそれぞれの表面積は、複数の光源のそれぞれの表面積に対応する。変換された光は、その後、導光体の透明部分内に導入され、導光体の光出口面に誘導される。波長変換領域は、光入力面上に配置されてもよく、又は導光体内に形成されてもよい。波長変換領域は、導光体の光入力面の上に又は中に配置された均質層の一部を形成し得る。２つの隣り合う波長変換領域間に延在する均質層の部分は透明であってもよく、また、追加で又は代替的に、波長変換領域と同じ屈折率を有してもよい。異なる波長変換領域は、互いに異なる発光材料を含み得る。光源と発光領域との間の距離は、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、又は０．５ｍｍ未満であり得る。
【００６２】
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。
【００６３】
図１は、後述される本発明の実施形態に係る導光体４０１５を含む発光素子１００１を示す。図１に示される発光素子１００１は、回転可能な蛍光体ホイール１６００を含み、また導光体４０１５と蛍光体ホイール１６００との間に配置された結合素子７７００を更に含む。
【００６４】
発光素子１００１は、更に、ベース又は基板１５００上に配置された複数のＬＥＤ２１００、２２００、２３００の形態の光源を含む。複数のＬＥＤ２１００、２２００、２３００は、導光体４０１５の変換部６１１０をポンピングして、緑色又は青色光等の第３のスペクトル分布を有する光１７００を生成するために使用される。回転軸１６２０まわりに回転方向１６１０に回転している蛍光体ホイール１６００は、第３のスペクトル分布を有する光１７００を赤色及び／又は緑色光等の第２のスペクトル分布を有する光１４００に変換するために使用される。原則的に、光１７００及び光１４００の任意の色の組み合わせが実施可能であることに留意されたい。
【００６５】
蛍光体ホイール１６００の側面方向の断面図を示す図１に示されるように、蛍光体ホイール１６００は透明モードで使用され、すなわち、片側において入射光１７００が蛍光体ホイール１６００に入射し、蛍光体ホイール１６００を通過して、光出口面４２００を形成する反対側から出射される。代わりに、光が蛍光体ホイール１６００に入射する面と同じ面から光が出射されるよう、蛍光体ホイール１６００が反射モード（図示無し）で使用されてもよい。
【００６６】
蛍光体ホイール１６００は、全体に渡り単一の蛍光体を含んでもよい。あるいは、蛍光体ホイール１６００は、光１７００の一部が変換されることなく通過し得るよう、蛍光体を一切含まないセグメントを含んでもよい。このようにすることで、順次他の色を生成することができる。他の変形例では、蛍光体ホイール１６００は、多色光出力を作成するために、例えば黄色、緑色、及び赤色光を発する蛍光体のセグメント等、複数の蛍光体セグメントを含んでもよい。他の変形例では、発光素子１００１は、蛍光体ホイール１６００上にピクセル化された蛍光体−反射体パターンを用いることによって白色光を生成するよう構成されてもよい。
【００６７】
一実施形態では、結合素子７７００は、蛍光体ホイール１６００に入射する光１７００をコリメートするのに適した光学素子であるが、例えば上記の結合媒体又は結合構造７７００等の結合媒体又は結合構造であってもよい。発光素子１００１は、更に、追加のレンズ及び／又はコリメータを含み得る。例えば、光源２１００、２２００、２３００によって発せられた光、及び／又は、発光素子１００１によって発せられた光１４００をコリメートするよう、追加の光学素子が配置されてもよい。
【００６８】
図２は、導光体４０２０の光出口面４２００と光接続する光入力ファセット８０６０を備えた光学素子８０１０を含む導光体４０２０を示す。光学素子８０１０は、高い屈折率、一実施形態では導光体４０２０の屈折率以上の屈折率を有する材料からなり、四角形の断面並びに２つのテーパ状の側面８０３０及び８０４０を有する。テーパ状の側面８０３０及び８０４０は、導光体４０２０の光出口面４２００から外側に傾き、光学素子８０１０の光出口ファセット８０５０は、光入力ファセット８０６０及び導光体４０２０の光出口面４２００のどちらよりも大きな表面積を有する。あるいは、光学素子８０１０は３つ以上の、特に４つのテーパ状の側面を有してもよい。変形例では、光学素子８０１０は、円形の断面及び１つの円周状のテーパ状の側面を有する。このような構成によれば、光は傾斜面８０３０及び８０４０において反射され、光出口ファセット８０５０は光入力ファセット８０６０よりも大きいため、光が光出口ファセット８０５０に衝突した場合、脱出する可能性が高い。側面８０３０及び８０４０の形状は曲面でもよく、全ての光が光出口ファセット８０５０から出るよう選択され得る。
【００６９】
また、光学素子は、例えば、導光体の一部を、所定の光学素子が導光体の端部のうちの１つに形成されるよう成形することにより、導光体４０２０から一体的に形成され得る。光学素子は、例えばコリメータの形状、又は台形の断面形状を有し、一実施形態では、台形の外面に反射層を具備する。これにより、より大きなスポットサイズを有するよう受け取られた光を成形すると共に、光出口面以外の面を介する光の損失を最小化することにより、出射光の強度も高めることができる。他の実施形態では、光学素子はレンズアレイ、例えば凸レンズ、凹レンズ、又はこれらの組み合わせの形状を有する。これにより、焦点を合わせられた光、デフォーカスされた光、又はこれらの組み合わせを形成するよう、受け取られた光を成形することができる。レンズアレイの場合、更に、出射光は、アレイの１つ以上のレンズによってそれぞれ形成された２つ以上の別個のビームを有し得る。したがって、より一般的には、導光体は異なるサイズ及び異なる形状を有する部分を含み得る。これにより、極めて単純なやり方で、例えば光出口面のサイズ及び／又は形状を変更することによって、光出口面から任意の１つ以上の発光方向に光が成形され、光出口面から出射される光のビームサイズ及びビーム形状を調整可能な導光体が提供される。したがって、導光体の一部は光学素子として機能する。
【００７０】
また、光学素子は、導光体の光出口面に配置された集光素子（図示無し）であってもよい。集光素子は四角形の断面、及び、集光素子の光出口面が導光体の光出口面よりも大きい表面積を有するよう外側に曲がった２つの面を有する。あるいは、集光素子は、３つ以上の、具体的には４つのテーパ状の側面を有してもよい。集光素子は、放物線状の曲面を有する複合パラボラ集光素子（ＣＰＣ）であってもよい。変形例では、集光素子は円形の断面及び１つの円周状のテーパ状の側面を有する。変形例において、集光素子の屈折率が導光体の屈折率よりも低く（しかし、空気の屈折率よりは高く）選択された場合、依然として相当な量の光を取り出すことができる。これは、高い屈折率を有する材料からなるものと比較して、製造が容易且つ安価な集光素子を可能にする。例えば、導光体がｎ＝１．８の屈折率を有し、集光素子がｎ＝１．５（ガラス）の屈折率を有する場合、係数２の光出力のゲインが達成され得る。ｎ＝１．８の屈折率の集光素子の場合、ゲインは更に約１０％高くなる。実際には、光学素子又は集光素子と、一般的には空気である外部媒体との間の界面においてフレネル反射が存在するため、全ての光は取り出されない。これらのフレネル反射は、適切な反射防止コーティング、すなわち１／４λ誘電体多層膜又はモスアイ構造を使用することによって低減され得る。光出口ファセット上の位置に応じた光出力が不均一な場合、例えばコーティングの厚さを変えることによって、反射防止コーティングのカバレッジが変更され得る。
【００７１】
ＣＰＣの興味深い特徴の１つは、光のエタンデュ（＝ｎ２×面積×立体角（ｎは屈折率））が保存されることである。ＣＰＣの光入力ファセットの形状及びサイズは、導光体の光出口面の形状及びサイズに適合させることができ、この逆も成り立つ。ＣＰＣの大きな利点は、入射光の分布が、所与のアプリケーションの許容可能なエタンデュに最適に適合する光分布に変更されることである。ＣＰＣの光出口ファセットの形状は、適宜、例えば長方形又は円形等であり得る。例えば、デジタルプロジェクターの場合、ビームのサイズ（高さ及び幅）及び発散に対して要件が課される。対応するエタンデュがＣＰＣにおいて保存される。この場合、使用されるディスプレイパネルの所望の高さ／幅の比を有する長方形の光入力及び出口ファセットを有するＣＰＣを使用することは有益であろう。スポットライト用途の場合、要件はより緩和される。ＣＰＣの光出口ファセットは円形であってもよいが、特定の形状の領域を照らすために他の形状（例えば長方形）を有してもよく、又はスクリーン、壁、建物、インフラ等に所望のパターンを投射するためにかかるパターンを有してもよい。ＣＰＣは設計に大きな柔軟性を提供するが、その長さは比較的大きい可能性がある。一般的に、同じ性能を有するより短い光学素子を設計することが可能である。このために、表面形状及び／又は出口面は、例えば、光を集約するためにより湾曲した出口面を有するよう適合させられてもよい。１つの追加の利点は、ＣＰＣは、導光体のサイズがＬＥＤの寸法によって制約され、光出口ファセットのサイズが後続の光学部品によって決定される場合に生じ得る縦横比のミスマッチを克服するために使用できることである。更に、例えば中心付近に又は中心に「穴」を有するミラーを使用して、ＣＰＣの光出口ファセットを部分的に覆うミラー（図示無し）を配置することができる。このようにすることで、ＣＰＣの出口面が狭められ、光の一部がＣＰＣ及び導光体内に反射し返され、光の出射エタンデュが低減される。当然ながら、これはＣＰＣ及び導光体から取り出される光の量を減らす。しかし、例えばＡｌａｎｏｄ  ４２００ＡＧのように、このミラーが高い反射率を有する場合、光は実質的にＣＰＣ及び導光体に再投入され、ＴＩＲによって再循環され得る。これは光の角度分布を変えないが、再循環後、光がＣＰＣ出口面に衝突する位置を変え、よって、光束を増加させる。このようにすることで、通常はシステムのエタンデュを下げるために犠牲にされる光の部分を再取得し、例えば均一性を高めるために使用することができる。システムがデジタル投影アプリケーションに使用される場合、これは特に重要である。異なる態様でミラーを選択することにより、大量の光を犠牲にすることなく、異なるパネルサイズ及び縦横比を使用するシステムに対して同じＣＰＣ及び導光体のセットを使用することができる。このようにすることで、単一のシステムを様々なデジタル投影アプリケーションに使用することができる。
【００７２】
図２を参照して説明された上記構造のうちのいずれかを使用することにより、屈折率が高い導光体材料から空気のような屈折率が低い物質に光を取り出すことに関する問題、特に取り出し効率に関する問題が解決される。
【００７３】
図３及び図４を参照して、特定の形状を有する光分布を提供するための異なる可能性について述べる。図３は、成形された光出口面４２００を提供するために長さ全体に渡り成形された導光体４０４０の斜視図を示す。導光体４０４０は透明な導光体、又は第１のスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換するよう構成された導光体であり得る。導光体４０４０の長さ全体に渡って延びる導光体４０４０の部分４５０１、具体的には、表面４５００に隣接し、光入力面４１００の反対側の部分４５０１が、光出口面４２００における光分布の所望の形状に対応する形状を導光体４０４０に与えるために取り除かれている。当該形状は、光出口面４２００から反対側の面４６００まで、導光体４０４０の長さ全体に渡って延在する。
【００７４】
図４は、成形された光出口面４２００を提供するために導光体４０５０の長さの一部が成形された導光体４０５０の側面図を示す。導光体４０５０は透明な導光体、又は第１のスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換するよう構成された導光体であり得る。導光体４０５０の長さの一部に渡って延在する導光体４０５０の部分４５０１、具体的には、表面４５００に隣接し、光入力面４１００の反対側の部分４５０１が、光出口面４２００における光分布の所望の形状に対応する形状を導光体４０５０に与えるために取り除かれている。当該形状は、光出口面４２００と隣接する導光体４０５０の長さの一部に渡って延在する。
【００７５】
光出口面の他の形状を提供するために、導光体の他の部分又は２つ以上の部分が取り除かれてもよい。このようにすることで、光出口面の任意の実施可能な形状を得ることができる。また、導光体を部分的に又は全体として異なる形状を有する複数の部分に分割し、より複雑な形状を得ることもできる。導光体から取り除かれる１つ又は複数の部分は、例えば鋸切断又は切削等によって取り除かれた後、１つ又は複数の部分の除去後に露出した面を研磨されてもよい。他の変形例では、光出口面に穴を設けるために、例えばドリル加工によって導光体の中央部が取り除かれてもよい。
【００７６】
他の実施形態では、導光体の光出口面の部分に表面処理、例えば粗面化を施し、一方、光出口面の残りの部分を滑らかなままにすることによって、特定の形状を有する光分布を得ることができる。この実施形態では、導光体の部分を除去する必要はない。同様に、特定の形状を有する光分布を得るために、上記可能性の任意の組み合わせが実施可能である。
【００７７】
図５は、導光体４０７０を有する照明システム、例えばデジタルプロジェクターの側面図を示す。導光体４０７０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を変換するよう構成される。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。
【００７８】
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からの光とを導入して共通の光出力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５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。
【００７９】
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。
【００８０】
図５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。
【００８１】
図６Ａ及び図６Ｂは、導光体４０９０Ａ、４０９０Ｂの光入力面とは異なる１つの表面上に、対応する面から約３０μｍ以内の距離に設けられ得るヒートシンク要素７０００Ａ及び７０００Ｂをそれぞれ有する導光体４０９０Ａ及び導光体４０９０Ｂの側面図をそれぞれ示す。実施形態によらず、各ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、向上された熱放散のためにフィン７１００、７２００、７３００を有するが、フィンはオプションの要素である。実施形態によらず、各ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、導光体の表面形状に適合するよう構成され、よって、導光体との接触領域全体に渡って合致する熱接触を提供するよう構成される。これにより、拡大された熱接触面積、よって導光体の向上された冷却が得られ、ヒートシンク要素の配置に関する既存の許容限界はより致命的でなくなる。
【００８２】
図６Ａは、ヒートシンク要素７０００Ａが複数のヒートシンク部分、ここでは３つのヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、及び７００４を含み、そのうちの１つ以上、ここでは４つ全てが、フィンを備え得ることを示す。当然ながら、ヒートシンク要素７０００Ａが有するヒートシンク部分の数が多い程、ヒートシンク要素７０００は正確に導光体の表面と合致することができる。各ヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、７００４は、導光体との接触領域全体に渡って合致する熱接触を提供するよう構成される。ヒートシンク部分は、導光体の表面から互いに異なる距離に配置されてもよい。更に、ヒートシンク要素７０００Ａは、ヒートシンク部分７００１、７００２、７００３、及び７００４がそれぞれ取り付け要素７０１０、７０２０、７０３０、及び７０４０によって個別に取り付けられる共通のキャリア７０５０を含む。あるいは、各ヒートシンク部分に各自のキャリアが割り当てられてもよい。これらの要素はオプションであることに留意されたい。
【００８３】
図６Ｂは、ヒートシンク要素７０００Ｂが配置される導光体４０９０Ｂの表面形状に合致するよう構成された底部７０６０をヒートシンク要素７０００Ｂが有することを示す。底部７０６０は柔軟であり、例えば、銅層等の熱伝導性の金属層であり得る。ヒートシンク要素７０００Ｂは、更に、ヒートシンク要素７０００Ｂの向上された柔軟性及び適合性のために、ヒートシンク要素７０００Ｂの底部要素７０６０と残りの部分との間に配置された熱伝導層７０７０を含む。熱伝導層７０７０は、例えば、熱伝導性の流体又はペーストであってもよい。一実施形態では、熱伝導層７０７０は高い反射率を有し及び／又は高い反射率のコーティングを有する。ヒートシンク要素７０００Ｂは、更に、向上された熱放散のために流体フローを生成するために、ヒートシンク要素７０００Ｂ内に配置された流体リザーバ７０８０を含む。変形例では、流体リザーバ７０８０は、ヒートシンク要素７０００Ｂの外部に配置されてもよく、例えば、ヒートシンク要素７０００Ｂの外周の一部又は全体に沿って延在してもよい。流体フローは、ポンプによって強められてもよい。伝導層７０７０及び流体リザーバ７０８０はオプションの要素であることに留意されたい。
【００８４】
実施形態によらず、ヒートシンク要素７０００Ａ、７０００Ｂは、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ＡｌＳｉＣ、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、ＡｌＳｉＣ、銅タングステン合金、銅モリブデンカーバイド、カーボン、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２つ以上の組み合わせから選択される材料から形成され得る。更に、上記実施形態の特徴を兼ね備えたヒートシンク要素も実施可能である。また、上記実施形態のいずれかに係るヒートシンク要素を導光体４０９０Ａ又は４０９０Ｂの２つ以上の表面に配置することも可能である。
【００８５】
幾つかの実施形態（図示せず）では、以下に記載する本発明の実施形態による光ガイドは、光出射面に隣接して配置された偏光要素を備える。それにより、高い輝度及び高い効率を有する偏光源が提供され得る。実施形態に関係なく、偏光要素は、反射性の直線偏光子及び反射性の円偏光子の任意の１つであり得る。ワイヤグリッド偏光子や複屈折層を備えるポリマー層のスタックをベースとする反射性の偏光子が、反射性の直線偏光子の例である。円偏光子は、いわゆるコレステリック液晶相で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のみを透過するいわゆるコレステリック偏光子を作製することで提供され得る。反射性の偏光子の代替として又は追加として、偏光ビームスプリッタも採用され得る。更に、散乱偏光子も使用され得る。別の実施形態では、例えばガラス等の材料から作製された楔形状の偏光要素によって、反射による偏光が使用され得、ここで、光は、ブリュースター角に近い角度で入射する。更なる別の実施形態では、偏光要素は、国際公開第２００７／０３６８７７Ａ２号に記載されているようないわゆる偏光バックライトであり得る。更なる別の実施形態では、偏光要素は、偏光構造であり得る。更なる他の実施形態では、偏光要素９００１は、光ガイドの光出射面に対して角度を付けて配置され、例えば光出射面に対して４５°の角度で配置されるが、原理的には任意の角度が実現可能である。
【００８６】
図７に示されるように、以下に記載する本発明の実施形態による光ガイド４０９５の光出射面４２００は、４つの内方向にテーパを付けられた壁と、光出射面とは反対側の更なる表面４６００に平行に延びる中央平坦部とを更に設けられ得る。本明細書で使用される「テーパ壁」は、光出射面４２００の残りの部分に対しても、光出射面に隣接して延びる光ガイドの表面に対してもゼロ度ではない角度で配置された光出射面４２００の壁セグメントを意味する。壁は、内方向にテーパを付けられ、これは、光ガイドの断面が出射面に向けて徐々に縮小していることを意味する。一実施形態では、ミラー要素７４００が、光出射面のテーパ壁に配置されて、その壁と光学接触する。従って、ミラー要素７４００は、４つのセグメント７４１０、７４２０、７４３０を具備し、これらのセグメントが、光出射面４２００のテーパ壁のそれぞれに対応し、壁を覆う。光出射面４２００の中央平坦部に対応する貫通開口７５２０が、光出射面４２００の透明部分を画定し、そこを通して光が出射して、光ガイド４０９５から放出され得る。このようにして、ミラー要素７４００に当たる光線が角度方向を変えて、より多くの光線が光出射面４２００に向けられ、角度方向の変化によるＴＩＲにより光ガイド４０９５内部に従来は残っていた光線が、ここで臨界反射角よりも小さい角度で光出射面４２００に当たり、その結果、光出射面４２００の貫通開口７５２０を通って光ガイドから出ることがある、光ガイドが提供される。それにより、光ガイド４０９５の光出射面４２００を通して発光デバイスによって放出される光の強度が更に増加される。ミラー要素が内方向に傾けられているため、光線は、そのミラー要素で反射された後に方向を変え、ミラー要素の透明部分を通って光ガイドから出ることがある。従って、この構成は、テーパ壁からの反射によって、光出射面４２００の中央平坦部、従って第２のミラー要素７４００の貫通穴７５２０に向けた光の案内を改良する。
【００８７】
代替実施形態では、３つ以下又は５つ以上、例えば１つ、２つ、３つ、５つ、又は６つのテーパ壁等、他の数のテーパ壁が提供され得、同様に、全てのテーパ壁が、ミラー要素又はそのセグメントを提供される必要があるわけではない。他の代替形態では、テーパ壁の１つ又は複数は、ミラー要素７４００によって覆われていないことができ、及び／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得る。
【００８８】
図８は、本発明の第１の実施形態による発光デバイス１の斜視図を示す。図９は、図８による発光デバイス１の上面図を示す。発光デバイス１は、一般に、ＬＥＤ又はレーザダイオード等の少なくとも１つの固体光源をそれぞれ備える複数の第１の光源２１と、ＬＥＤ又はレーザダイオード等の少なくとも１つの固体光源をそれぞれ備える複数の第２の光源２２と、第１の光入射面４１、第２の光入射面４６、及び第１の光出射面４２を有する光ガイド４と、第１の光出射面４２に隣接して配置された、第３の光入射面７７１及び第２の光出射面７７２を有するルミネセンス要素７７とを備える。適切なタイプのＬＥＤ又はレーザダイオードは上述した。
【００８９】
光ガイド４は、ここでは正方形プレートとして形成されて示されているが、ロッドであり得、第１の光入射面４１は、第１の光出射面４２に対してゼロではない角度で延び、第１の光出射面４２と第２の光入射面４６とは、光ガイド４の互いに対向する表面である。即ち、この実施形態では、第１の光出射面４２と第２の光入射面４６とは、光ガイド４の互いに対向する側面であり、第１の光入射面４１は、第１の光出射面４２と第２の光入射面４６との間に延びる光ガイド４の側面である。光ガイド４は、第１の光入射面４１に平行に対向して延びる側面４５と、それぞれ光ガイド４の上面及び底面である更なる表面４３及び４４とを更に備える。
【００９０】
上述したように、第１の光入射面４１と第１の光出射面４２との間の角度が９０°未満である、９０°である、及び９０°を超える実施形態が全て実現可能であることに留意されたい。
【００９１】
また、光ガイド４は、バー若しくはロッド形状であり得、又は長方形プレートとして形成され得る。更に、上述したように、光ガイド４は、原理的には、如何なる実現可能な断面形状を有し得、そのような形状は、限定はしないが、三角形、長方形、正方形、台形、多角形、円形、楕円形、及びそれらの組合せを含む。
【００９２】
第１の光入射面４１が光ガイドの上面又は底面である本発明による発光デバイスの代替構成も実現可能である。同様に、第１の光出射面４２及び第２の光入射面４６がそれぞれ底面及び上面であり、第１の光入射面４１が側面である本発明による発光デバイスの代替構成も実現可能である。
【００９３】
更に、光ガイド４は、ルミネセンス材料、ガーネット、集光材料、又はそれらの組合せを含む。適切な材料及びガーネットは上述した。幾つかの実施形態では、ガーネット材料は、０．１〜２％の濃度を有するセリウムを含み得る。従って、光ガイド４は、ルミネセンス及び／又は集光型光ガイドである。
【００９４】
特に、光ガイド４は、少なくとも、関連の波長範囲内で放出する光源によって放出される光の伝播方向で測定されるときに、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内では高い吸光度、即ち０．７を超える、１を超える、１．２を超える、又は１．５を超える吸光度を有し、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内では低い吸光度、即ち０．２未満、０．１５未満、０．１未満、又は０．０５未満の吸光度を有する材料を含む。
【００９５】
図示される実施形態では、発光デバイス１は、３つの第１の光源２１と、３つの第２の光源２２とを備える。他の実施形態では、別の数、例えば１つ、２つ、若しくは４つの第１の光源２１、及び／又は別の数、例えば１つ、２つ、又は４つの第２の光源２２が提供され得る。更なる他の実施形態では、第１の光源２１のアレイ及び／又は第２の光源２２のアレイが提供され得る。第１の光源２１の数と第２の光源２２の数とは同じ又は異なっていることができる。
【００９６】
第１の光源２１は、例えば光学接着剤によって第１の光入射面４１に直接配置される。同様に、第２の光源２２は、例えば光学接着剤によって第２の光入射面４６に直接配置される。他の実施形態では、光源は、基部又は基板（図示せず）に配置され得る。基部又は基板は、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の形態で提供され得、適切な実施形態は上述した。ヒートシンクは、放熱を改良するためのフィンを備え得る。他の実施形態では、基部又は基板がヒートシンクである必要はないことに留意されたい。また、基部又は基板は必須ではないため、更なる他の実施形態では省略され得る。
【００９７】
ルミネセンス要素７７は、この実施形態では、光ガイド４の第１の光出射面４２に配置される。特に、ルミネセンス要素７７の第３の光入射面７７１は、光ガイド４の第１の光出射面４２に隣接して配置され、ルミネセンス要素の第２の光出射面７７２は、第３の光入射面７７１に平行に対向して延びる。
【００９８】
ルミネセンス要素７７は、少なくとも光が進む方向で測定されるときに、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内では高い吸光度、即ち１を超える、１．２を超える、１．３を超える、又は１．５を超える吸光度を有し、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内では発光するルミネセンス材料を備える。一実施形態では、ルミネセンス材料は、燐光体である。適切なルミネセンス材料及び燐光体は上述した。
【００９９】
特に、ルミネセンス要素７７は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内での最大吸光度が、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内でのその最大吸光度の１０倍、３０倍、又は５０倍である材料を含む。
【０１００】
図８及び図９を参照すると、本発明による発光デバイスは、一般に以下のように動作する。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、少なくとも１つの第１の光源２１のそれぞれによって放出される。次いで、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、第１の光入射面４１で光ガイド４に導入される。第１のスペクトル分布を有する光１３の少なくとも一部が、光ガイド４によって、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７に変換される。第３のスペクトル分布を有する第３の光１７は、第１の光出射面４２に案内され、第１の光出射面４２から導出される。次いで、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７は、第３の光入射面７７１でルミネセンス要素７７に導入され、第２の光出射面７７２に案内され、第２の光出射面７７２から導出される。
【０１０１】
第２のスペクトル分布を有する第２の光１４は、少なくとも１つの第２の光源２２のそれぞれによって放出される。次いで、第２のスペクトル分布を有する第２の光１４は、第２の光入射面４６で光ガイド４に導入され、光ガイド４を通して第１の光出射面４２に案内され、第１の光出射面４２から導出される。次いで、第２の光は、第３の光入射面７７１でルミネセンス要素７７に導入される。第２のスペクトル分布を有する第２の光１４の少なくとも一部が、ルミネセンス要素７７によって、第４のスペクトル分布を有する第４の光１８に変換される。次いで、第４のスペクトル分布を有する第４の光１８は、第２の光出射面７７２に案内され、第２の光出射面７７２から導出する。このようにして、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７と第４のスペクトル分布を有する第４の光１８との合成を含む光出力を有する発光デバイスが提供される。
【０１０２】
実施形態に関係なく、第１のスペクトル分布、即ち第１の光源によって放出される第１の光のスペクトル分布は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内に含まれ、第２のスペクトル分布、即ち第２の光源によって放出される第２の光のスペクトル分布は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内に含まれる。
【０１０３】
更に、実施形態に関係なく、第１のスペクトル分布は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を含み、第２のスペクトル分布は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内のピーク波長を含み、第３のスペクトル分布は、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のピーク波長を含み、第４のスペクトル分布は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を含む。
【０１０４】
図示される実施形態では、存在する全ての第１の光源が、実質的に同じスペクトル分布を有する光を放出し、存在する全ての第２の光源が、実質的に同じスペクトル分布を有する光を放出する。しかし、代替実施形態では、それぞれ第１及び第２の光源が、２つ以上の異なるスペクトル分布を有する光を放出し得るようにすることも可能である。
【０１０５】
実施形態に関係なく、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３と、第２のスペクトル分布を有する第２の光１４とは、異なるピーク波長を有する実質的に完全に重なり合うスペクトル分布を有し得る。代替として、やはり実施形態に関係なく、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３と第２のスペクトル分布を有する第２の光１４とは、異なるスペクトル分布、例えば部分的に重なり合う又は実質的に重なり合わないスペクトル分布を有し得る。
【０１０６】
図１０は、光ガイド４として使用され得る０．２％のセリウムをドープされたＹＡＧ材料の吸光度を示すグラフを示す。グラフに示されているように、光ガイド材料は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲内で低い吸光度、即ち０．０５未満を有する。４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内では、光ガイド材料は、４６０ｎｍで、０．５を僅かに下回る高い吸光度ピークを有する。最後に、５００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲内では、光ガイドは、実質的にゼロの吸光度を有する。
【０１０７】
次に図１１を見ると、本発明による発光デバイス１０１の第２の実施形態が、図９と同様の上面図で示されている。発光デバイス１０１は、２つの第１の光入射面４１及び４５並びに少なくとも１つの第３の光源２３を備えている点、並びに実質的にロッド又はスティックとして形成されている点で、図８及び図１４に示される発光デバイスと異なる。少なくとも２つの第１の光入射面４１及び４５はそれぞれ、第１の光出射面４２に対してゼロではない角度で延びる。従って、図示される実施形態では、２つの第１の光入射面４１及び４５は、光ガイド４の対向する側面であり、第２の光入射面４６及び第１の光出射面４２は、光ガイド４の端面である。
【０１０８】
２つの第１の光入射面が光ガイド４の隣り合う側面であり、第２の光入射面及び第１の光出射面が光ガイドの端面である実施形態も実現可能である。２つの第１の光入射面が光ガイドの端面であり、第２の光入射面及び第１の光出射面が光ガイド４の対向する側面である実施形態も実現可能である。更に、光ガイド４が３つ以上、例えば３つ又は４つの第１の光入射面を備える実施形態も実現可能である。
【０１０９】
図示される実施形態では、４つの第３の光源２３が提供されている。他の実施形態では、別の数の第３の光源２３、例えば１つ、２つ、又は５つの第３の光源２３が提供され得る。更なる他の実施形態では、第３の光源２３のアレイが提供され得る。動作時、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、少なくとも１つの第３の光源２３のそれぞれによって放出される。また、図示される実施形態では、発光デバイス１０１は、４つの第１の光源２１と１つの第２の光源２２とを備える。
【０１１０】
従って、発光デバイス１０１の光ガイド４は、少なくとも２つの第１の光入射面４１及び４５のそれぞれで第１のスペクトル分布を有する第１の光１３を受光し、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の少なくとも一部を、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７に変換し、第３のスペクトル分布を有する第３の光１７を第１の光出射面４２に案内し、且つ第３のスペクトル分布を有する第３の光１７の少なくとも一部を第１の光出射面４２から導出するように適合される。その他の点では、発光デバイス１０１の光ガイド４は、図８及び図９に関連して上述したのと同様に動作する。
【０１１１】
次に図１２を見ると、本発明による発光デバイス１０２の第３の実施形態が、図１１のものと同様の上面図で示されている。発光デバイス１０２は、複数（ここでは３つ）の第２の光源２２が提供される点、及び光ガイド４の第２の光入射面４６と第２の光源２２との間に結合要素７が配置される点で、図１１に示される発光デバイスと異なる。結合要素７は、第２の光源２２によって放出される第２のスペクトル分布を有する第２の光１４を光ガイド４に導入するように適合される。結合要素７は、例えば光学接着剤であり得、又は屈折構成要素（例えばレンズ若しくはレンズアレイ）、回折格子等の回折構成要素、又は反射層若しくは構造であり得る。他の適切な結合要素は上述した。
【０１１２】
次に図１３を見ると、本発明による発光デバイス１０３の第４の実施形態が、図１１のものと同様の上面図で示されている。発光デバイス１０３は、例えばエアギャップの形態でのギャップ９１が光ガイド４の第２の光入射面４６と第２の光源２２との間に提供される点で、図１１に示されている発光デバイスと異なる。更に、発光デバイス１０３は、第１の光源２１１が例えば光学接着剤９２によって光ガイド４と光学接触して配置され、一方、第１の光源２１２は光ガイド４からある距離だけ離して配置され、例えばエアギャップの形態でのギャップ９０によって光ガイド４から分離されている点で、図１１に示される発光デバイスと異なる。
【０１１３】
別の実施形態では、全ての第１の光源が、例えば光学接着剤によって光ガイド４と光学接触して配置され得る。更に別の実施形態では、全ての第１の光源が、光ガイド４からある距離だけ離して配置され、例えばエアギャップの形態でのギャップによって光ガイド４から分離され得る。
【０１１４】
次に図１４を見ると、本発明による発光デバイス１０４の第５の実施形態が、図１１のものと同様の上面図で示されている。発光デバイス１０４は、第１の光学要素８１が第１の光入射面４１と第１の光源２１との間に提供される点で、図１１に示される発光デバイスと異なる。より特定的には、第１の要素８１は、第１の光入射面４１に、又は第１の光入射面４１上に配置される。第１の光学要素８１は、４３０〜４８０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、４８０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射するように適合される。第１の光学要素８１は、例えば反射防止コーティング又は層であり得る。代替として、第１の光学要素８１は、ダイクロイックフィルタ又はミラー等のダイクロイック光学要素であり得る。
【０１１５】
更に、発光デバイス１０４は、第２の光学要素８２が第２の光入射面４６と第２の光源２２との間に提供される点で、図１１に示される発光デバイスと異なる。より特定的には、第２の光学要素８２は、第２の光入射面４６に、又は第２の光入射面４６上に配置される。第２の光学要素８２は、３５０〜４１０ｎｍの波長範囲内の光を透過し、４３０ｎｍよりも大きい波長を有する光を反射するように適合される。第２の光学要素８２は、例えば反射防止コーティング又は層であり得る。代替として、第２の光学要素８２は、ダイクロイックフィルタ又はミラー等のダイクロイック光学要素であり得る。他の実施形態では、第１の光学要素８１及び第２の光学要素８２の一方のみが提供され得る。
【０１１６】
本発明が、上述した好ましい実施形態に何ら限定されないことを当業者は理解するであろう。逆に、多くの修正形態及び変形形態が、添付の特許請求の範囲の範囲内で可能である。
【０１１７】
特に、本明細書で述べる様々な実施形態の様々な要素及び特徴は、自由に組み合わされ得る。
【０１１８】
更に、開示される実施形態に対する変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から当業者によって理解され、特許請求される本発明を実践する際に実施され得る。特許請求の範囲において、語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されていることのみでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2017516267.tif 000020