(57)【要約】本発明は、分離構造（３８）および複数の変換ゾーン（３４）を備えた変換要素（１４）に関する。各変換ゾーン（３４）は、少なくとも部分的に分離構造（３８）の一部によって囲まれており、各変換ゾーン（３４）は、電磁一次放射（４０）の少なくとも一部分を、より長い波長の二次放射（４２）に変換するように設計されている。さらに、本発明は、変換要素（１４）を製造する方法に関する。【選択図】図３
2016529538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離構造（３８）および多数の変換領域（３４）を備えた変換要素（１４）であって、
前記変換領域（３４）のそれぞれが、少なくとも部分的に前記分離構造（３８）の一部によって囲まれており、
前記変換領域（３４）のそれぞれが、電磁一次放射（４０）の少なくとも一部分を、より長い波長を有する二次放射（４２）に変換するように設計されている、
変換要素（１４）。
【請求項２】
前記分離構造（３８）が、前記一次放射（４０）もしくは前記二次放射（４２）またはその両方に対して非透過性である、
請求項１に記載の変換要素（１４）。
【請求項３】
前記変換要素（１４）が、好ましい方向（ｙ）に垂直な方向（ｘ，ｚ）において、前記一次放射（４０）もしくは前記二次放射（４２）またはその両方に対して非透過性である、
請求項１または請求項２に記載の変換要素（１４）。
【請求項４】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な平面のそれぞれにおいて、前記変換領域（３４）のそれぞれが、少なくとも部分的に前記分離構造（３８）の一部によって囲まれている、
請求項３に記載の変換要素（１４）。
【請求項５】
前記変換領域（３４）のそれぞれにおいて、前記好ましい方向（ｙ）に垂直な断面が、前記好ましい方向（ｙ）に沿って一定である、
請求項３または請求項４に記載の変換要素（１４）。
【請求項６】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な前記変換領域（３４）の前記断面が、多角形の形状を有する、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項７】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な平面において、前記変換領域（３４）が２次元格子状に配置されている、
請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項８】
前記分離構造（３８）が多数の分離壁を備えており、２つの隣り合う前記変換領域（３４）の間のそれぞれに前記分離壁が配置されている、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項９】
前記変換領域（３４）が反射層の上に配置されている、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項１０】
前記分離構造（３８）が、金属を含む、または金属からなる、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の変換要素（１４）を備えたヘッドライト（２００）。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の変換要素（１４）を備えた照明装置（３００）であって、
前記照明装置（３００）が、前記変換要素（１４）から距離をおいて配置されている少なくとも１つのレーザ光源をさらに備えている、
照明装置（３００）。
【請求項１３】
変換要素（１４）を製造する方法であって、以下の方法ステップ、すなわち、
−  多数の積層要素（２６）を形成するステップであって、それぞれの前記積層要素（２６）の主延在面（２８）に垂直な少なくとも１つの断面領域において、前記積層要素（２６）のうちの少なくともいくつかの積層要素の断面が、実質的に曲線形状であり、前記断面領域と前記主延在面（２８）とが交差する直線の両側に交互に延在している、ステップと、
−  前記積層要素（２６）のうちの少なくともいくつかの積層要素の２つの表面に変換材料を塗布するステップと、
−  前記積層要素（２６）の前記主延在面（２８）に垂直に延びる法線方向（ｚ）に沿って、前記多数の積層要素（２６）を積み重ねるステップと、
−  積層体（３２）が形成されるように前記多数の積層要素（２６）を結合するステップと、
−  前記積層体（３２）を、平行な切断面（３６）において切断するステップと、
を有する方法。
【請求項１４】
それぞれの前記主延在面（２８）に垂直な方向における前記積層要素（２６）のそれぞれの高さが、前記主延在面（２８）における最大範囲の１０％未満である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記切断面（３６）が前記法線（ｚ）に平行である、
請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分離構造を備えた変換要素と、本変換要素を製造する方法とを開示する。
【背景技術】
【０００２】
多数の半導体チップまたはピクセルを備えた照明システム、特に、自動車のアダプティブフロントライティングの発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘッドライトにおいては、半導体チップ間またはピクセル間のクロストークが発生しうる。これらのシステムにおいては、一般に放射の変換が行われ、この変換は、すべての半導体チップまたはピクセルを覆う一体的な変換体薄層によって、または半導体チップそれぞれの変換体薄層によって、もたらされる。いずれの場合にも、発光ダイオードまたはピクセルの動作時、隣接する変換領域も同時に光を放出し、これにより、照らす対象の面（例えば道路上）において所望の輝度分布から逸脱する。この光学的クロストークによって、所望の光分布の輪郭がぼやける。一例として、対向車が近づいているとき、照らされている領域と照らされていない領域とがはっきり分かれていることが望ましく、その結果として、自動車の運転者にとって道路が最適に照らされる一方で、対向車の運転手にとってもまぶしくない。これに対して、光分布の輪郭がぼやける場合、対向車の運転手がまぶしくないように、より広い減光を行わなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の１つの目的は、光学的クロストークを防止する変換要素を開示することである。
【０００４】
従来技術による変換体薄層を有する光源の場合、特に、投影用途におけるＬＡＲＰ（レーザ励起遠隔蛍光体：laser-activated remote phosphor）をベースとする光源の場合、さらなる問題として、変換体薄層において極めて多くの熱が発生する。このことは、システムの寿命に悪影響を及ぼす。したがって、従来技術によるＬＡＲＰシステムにおいては、リング形状の変換体トラック（converter track）を有する回転ホイールが使用される。
【０００５】
したがって、本発明のさらなる目的は、熱を効率的に放散させることのできる変換要素を開示することである。結果として、動作時における変換要素の温度を下げることができ、システムの寿命を延ばすことができる。機械的可動部や能動冷却を省くことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的は、特許請求項１による変換要素と、特許請求項１３による方法によって、達成される。本発明の主題の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に開示されており、以下の説明および図面からさらに明らかになる。
【０００７】
少なくとも一実施形態によると、本変換要素は、分離構造および多数の変換領域を備えており、変換領域それぞれが、少なくとも部分的に、または完全に、分離構造の一部によって囲まれており、変換領域それぞれが、電磁一次放射の少なくとも一部分を、より長い波長を有する二次放射に変換するように設計されている。分離構造は、一次放射もしくは二次放射またはその両方に対して非透過性であることが好ましい。すべての変換領域が同じ変換材料を含むことが好ましい。一例として、すべての変換領域を、同じ変換材料によって満たすことができる。
【０００８】
少なくとも一実施形態によると、それぞれの変換領域を部分的または完全に囲んでいる分離構造の各部分それぞれが、２つの部分要素を備えており、２つの部分要素は、互いに固定されている、例えば接着接合されている、はんだ付けされている、溶接されている、接合工程によって圧力下で熱的に結合されている、またはこれらの任意の組合せである。好ましくは、分離構造は、波状輪郭を有する多数の帯状要素を備えており、これらの帯状要素は、互いに固定されている、例えば、接着接合されている、はんだ付けされている、溶接されている、接合工程によって圧力下で熱的に結合されている、またはこれらの任意の組合せである。変換領域は、帯状要素における凹部の領域に形成されていることが好ましい。帯状要素の縁部は、個片化の痕跡を有することができる。
【０００９】
少なくとも一実施形態によると、本変換要素は、好ましい方向に垂直な方向においては、一次放射もしくは二次放射またはその両方に対して非透過性である。好ましくは、変換要素は、実質的に、好ましい方向に垂直な方向に延在しており、変換要素は、好ましい方向においては、少なくとも部分的に、一次放射もしくは二次放射またはその両方に対して透過性である。分離構造は、好ましい方向に実質的に平行に延在していることが好ましい。
【００１０】
以下の説明において、好ましい方向に垂直な平面とは、少なくとも一部分が変換要素内に延在している、好ましい方向に垂直な平面を意味するものとする。好ましい方向に垂直な平面それぞれにおいて、各変換領域が少なくとも部分的に分離構造の一部によって囲まれていることが好ましい。好ましい方向に垂直な平面それぞれにおいて、各変換領域の周囲全体が分離構造の一部によって囲まれていることが好ましい。
【００１１】
少なくとも一実施形態によると、変換領域それぞれにおいて、好ましい方向に垂直な断面は、好ましい方向に沿って一定である。すなわち、好ましい方向に垂直な平面における変換領域の断面は、好ましい方向に沿って同じままであり、変化しない。このようにすることで、好ましい方向に垂直に延びる方向にのみ構造を有する変換要素が形成される。好ましい方向に垂直な変換領域の断面は、多角形の形状、例えば六角形、四角形、特に、台形の形状を有することができる。
【００１２】
少なくとも一実施形態によると、好ましい方向に垂直な平面において、多数の変換領域が２次元格子状に配置されている。特に、好ましい方向に垂直なすべての平面において、変換領域を２次元格子状に配置することができる。２次元格子は、特に、六角格子または矩形格子（特に、正方格子）とすることができる。規則的な２次元格子の格子定数は、好ましくは０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内である。
【００１３】
少なくとも一実施形態によると、変換領域は、空間的に互いに分離されている。特に、それぞれ隣り合う２つの変換領域は、連続的ではなく互いに分かれて形成されている。
【００１４】
少なくとも一実施形態によると、分離構造は、多数の分離壁を備えており、２つの隣り合う変換領域の間それぞれに分離壁が配置されている。多数の分離壁それぞれは、好ましい方向に沿って延在していることが好ましい。このようにすることで、好ましい方向に沿って断面が一定である変換領域が形成される。
【００１５】
少なくとも一実施形態によると、多数の変換領域は、反射層の上に配置されている。この場合、反射層は、分離構造と一体に形成することができる。反射層は、好ましい方向に垂直に延在していることが好ましい。反射層は、金属または金属化合物から形成される鏡面反射コーティングとすることができる。しかしながら、反射層を、拡散反射性として、または誘電体多層膜として具体化することも考えられる。
【００１６】
少なくとも一実施形態によると、分離構造は、金属を含む、または金属からなる。金属は、低すぎない融点を有する慣習的な高温金属（例えばチタンやタングステン）であることが好ましい。結果として、放射の変換時に発生する熱を効率的に放散させることのできる熱負荷容量の高い（thermally loadable）変換要素が形成される。本変換要素の熱抵抗は、従来技術による変換要素と比較して低い。特に、本変換要素の熱抵抗は、分離構造のない対応する変換要素の熱抵抗よりも大幅に低い。
【００１７】
少なくとも一実施形態によると、本変換要素は、薄膜の形において具体化されている。好ましい方向に沿った薄膜の厚さは、好ましくは０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内である。好ましい方向に垂直な方向における薄膜の最大寸法は、好ましくは０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内である。
【００１８】
少なくとも一実施形態によると、本変換要素は、キャリア上に配置されている。キャリアは、ヒートシンクとして形成されていることが好ましい。特に、変換要素は、ヒートシンクとして具体化されているキャリアに直接接触している。これにより、動作時、変換要素を良好に冷却することが可能となり、したがって、変換効率が低下しない、またはわずかに低下するのみである。ヒートシンクは、一例として、ＣｕまたはＡｌから形成する、あるいはＺｎ、Ｍｇ、またはＡｌを含む軽金属ダイカスト部品によって形成することができる。
【００１９】
少なくとも一実施形態によると、一次放射は、変換されず、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲内の波長（ＹＡＧ蛍光体を励起するのに特に適している）を有する。これに代えて、一次放射を変換することができ、この場合、より短い波長を有する放射（例えば紫外放射、または４００ｎｍ〜４１０ｎｍの波長を有する放射）によって変換体を励起し、これにより変換体が青色可視領域において再放出する。ＬＡＲＰシステムの場合、（変換されていない）一次放射を、短波長レーザによって生成することができ、一次放射は、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内、好ましくは３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内の波長を有する。
【００２０】
少なくとも一実施形態によると、動作時、一次放射および二次放射からなる混合色放射が、変換領域から放出される。一例として、動作時に変換領域から白色光が放出されるように、青色光の少なくとも一部分を、変換要素によって、緑色光、赤色光、黄色光のうちの少なくとも１種類の光に変換することができる。オプションとして、動作時に変換領域から二次放射のみを放出させることができる。
【００２１】
本変換要素は、透過モードで使用する目的で形成することができる。すなわち、動作時、一次放射が変換要素の一方の面に入射し、変換によって生成された二次放射と、変換されていない一次放射とが、変換要素の反対側の面から放出される。透過モードでの使用は、特にヘッドライトにおける用途の場合に有利であり得る。
【００２２】
オプションとして、本変換要素を、反射モードで使用する目的で形成することもできる。すなわち、動作時、一次放射が変換要素の第１の面に入射し、変換によって生成された二次放射と、変換されていない一次放射とが、変換要素の同じ第１の面から放出される。このモードは、変換要素内での反射プロセス、散乱プロセス、および変換プロセスのみによって達成することができる。しかしながら、オプションとして、変換要素の第１の面とは反対側の面に反射器を配置することもでき、反射器は、一次放射もしくは二次放射またはその両方を反射して変換要素内に戻す。オプションとして、反射器は、追加の層として具体化する、または分離構造と一体に具体化することができる。反射モードでの使用は、特に、ＬＡＲＰ用途の場合に有利であり得る。
【００２３】
ＬＡＲＰ用途の場合、好ましい方向に垂直な方向における変換要素の表面積は、好ましくは０．１ｍｍ２〜２０ｍｍ２の範囲内、特に好ましくは０．５ｍｍ２〜２ｍｍ２の範囲内である。自動車のヘッドライトにおける用途の場合には、好ましい方向に垂直な方向における変換要素の表面積は、好ましくは０．１ｍｍ２〜１０ｍｍ２の範囲内、特に好ましくは０．５ｍｍ２〜５ｍｍ２の範囲内である。
【００２４】
本変換要素を、多数のピクセルを有する光源と組み合わせて使用する場合、好ましくは１つの変換領域それぞれを１つのピクセルに割り当てる。オプションとして、複数の変換領域を１つのピクセルに割り当てることもできる。本変換要素は、個別にアドレッシング可能な（addressable）ピクセルを有する光源と組み合わせて使用することができ、ピクセルの数は、好ましくは１０〜１０，０００個、特に好ましくは１００〜２，５００個である。さらに、本変換要素は、例えば自動車のヘッドライトにおいて、多数の発光ダイオード（例：５〜１０個の発光ダイオード）と組み合わせて使用することができ、発光ダイオードは、それぞれが多数のピクセル（好ましくは１０〜１０，０００個のピクセル、特に好ましくは１００〜２，５００個のピクセル）を備えていることができる。
【００２５】
さらには、上述したように具体化されている変換要素を備えたヘッドライトを開示する。さらには、上述したように具体化されている変換要素を備えた照明装置を開示し、この照明装置は、変換要素から距離をおいて配置されている少なくとも１つのレーザ光源をさらに備えている。少なくとも１つのレーザ光源は、レーザダイオード、またはレーザダイオードのアレイとすることができる。この照明装置は、特に、ＬＡＲＰ装置とすることができる。
【００２６】
さらには、上述したように具体化されている変換要素を製造する方法を開示する。本方法は、以下の方法ステップ、すなわち、多数の積層要素を形成するステップであって、積層要素の主延在面に垂直な少なくとも１つの断面領域において、積層要素のうちの少なくともいくつかの積層要素の断面が、実質的に曲線形状であり、断面領域と主延在面とが交差する直線の両側に交互に延在している、ステップと、積層要素のうちの少なくともいくつかの積層要素の２つの表面に変換材料を塗布するステップと、積層要素の主延在面に垂直に延びる法線方向に沿って、多数の積層要素を積み重ねるステップと、積層体が形成されるように多数の積層要素を結合するステップと、積層体を、平行な切断面において切断するステップと、を含む。
【００２７】
この場合、曲線形状の断面は、実質的に曲線をたどり、曲線に垂直な方向の範囲が、曲線に沿った方向の範囲よりも相当に小さい断面、を意味するものと理解されたい。曲線に垂直な方向の、断面の範囲（すなわち積層要素の厚さ）は、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内であることが好ましい。積層要素の厚さは、第一に、積層要素にエンボス加工を容易に施すことができるように、第二に、作製する変換要素をその好ましい方向において透過性であるようにする対象の放射が、作製する分離構造によって吸収されすぎることがないように、十分に薄く選択することが好ましい。
【００２８】
この場合、曲線とは、１次元の任意の経路を意味するものと理解されたい。したがって、曲線は、曲がった曲線に限定されず、特に、直線部分からなる経路も含む。
【００２９】
この場合、曲線形状の断面が直線の両側に交互に延在している、とは、断面を形成する曲線が直線と繰り返し交差し、したがって、曲線が、直線の第１の側に延びる多数の第１の部分と、直線の第２の側に延びる多数の第２の部分の両方を備えており、第１の部分と第２の部分とが曲線に沿って交互に配置されていることを意味するものと理解されたい。主延在面に垂直な断面領域において積層要素の断面が実質的に曲線形状であり、断面領域と主延在面とが交差する直線の両側に交互に延在していることによって、積層要素（およびしたがって作製する分離構造の各部分）の輪郭が波状となる。波状の輪郭は、丸み部分を有する、角度のついた部分を有する、またはエッジ処理する（edged）ことができる。
【００３０】
少なくとも一実施形態によると、それぞれの主延在面に垂直な方向における各積層要素の高さは、主延在面における最大範囲の１０％未満、特に好ましくは５％未満である。したがって、積層要素は、実質的に板状であるが、それぞれの経路において、その主延在面からある程度はずれることができ、波状の輪郭をたどる。それぞれの主延在面に垂直な方向における積層要素の高さは、好ましくは０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内である。それぞれの主延在面の方向における積層要素の最大範囲は、好ましくは０．１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内である。
【００３１】
少なくとも一実施形態によると、切断面は、法線方向に平行である。切断面は、作製する変換要素の好ましい方向に垂直に延在していることが好ましい。変換材料は、例えば、沈降法（sedimentation）、電気泳動法、ブレード塗布法、または噴射法によって、表面に塗布することができる。この場合、変換材料は、ペースト状として、例えば、液体前駆体（例：シリコーンオイル、または他の何らかのシリコーンベースの前駆体）の中の染料粒子（dye grains）の懸濁液として、存在させることができる。変換材料の強度を有利に高める目的で、前駆体は架橋性であることが好ましい。一例として、前駆体を熱架橋させることができ、この工程においてゴム状の材料となる。オプションとして、変換材料を、シリコーンエラストマからなるマトリックス中の染料粒子の形において存在させることができる。
【００３２】
さらには、オプションとして、変換材料を、セラミックを形成する以降の処理工程におけるスリップとして存在させることができる。この場合、最初に液体中でスリップを攪拌し、次いで乾燥させる。結果としてスラリー状の材料が形成され、この材料を、公知のセラミック工程によって、予備硬化、加圧、加熱、および焼結することができる。
【００３３】
少なくとも一実施形態によると、塗布した後、変換材料を硬化または予備硬化させる。好ましくは、塗布した後、最初に変換材料を予備硬化させるのみとし、積層要素を結合した後に初めて硬化させる。これによって達成されることとして、積層要素を結合するときにも変換材料が依然として柔らかく、したがって、凹凸を相殺することができ、隙間が生じることなく変換材料を互いに結合することができる。
【００３４】
変換材料は、マトリックス材料に埋め込むことのできる蛍光体を含むことが好ましい。マトリックス材料は、塗布後に積層要素と蛍光体とを良好に密着させることができる。
【００３５】
蛍光体の材料としては、一例として以下の材料、すなわち、希土類金属をドープしたガーネット、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属硫化物、希土類金属をドープしたチオガレート、希土類金属をドープしたアルミン酸塩、希土類金属をドープしたオルト珪酸塩、希土類金属をドープしたクロロシリケート、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属系窒化ケイ素、希土類金属をドープした酸窒化物、希土類金属をドープしたアルミニウム酸窒化物、のうちの少なくとも１種類が適切である。
【００３６】
蛍光体は、ドープされたガーネット、例えば、ＣｅまたはＴｂで活性化されたガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅなど）から形成されていることが好ましい。
【００３７】
少なくとも一実施形態によると、積層要素のうちの少なくともいくつかの積層要素の波状輪郭における凹部を、変換材料を塗布することによって満たす。これによって達成されることとして、塗布後、積層要素は実質的に平面形状を有し、したがって互いに良好に結合することができる。好ましくは、波状輪郭に凹部が存在しない領域には、変換材料を塗布しない、または、この領域に塗布した変換材料を凹部内に広げ、したがって、波状輪郭に凹部が存在しない領域に変換材料を塗布した後、この領域においては積層要素に変換材料が存在しない。
【００３８】
少なくとも一実施形態によると、積層要素のうちの少なく１つは、平面状の板の形状を有する。この場合、変換材料を塗布する方法ステップにおいて、平面状の板の形状を有する積層要素には変換材料を塗布しないことが好ましい。平面状の板の形状を有する積層要素は、別の積層要素に塗布された変換材料によって形成される変換領域を互いに分離する役割を果たす。この場合、波状輪郭を有する積層要素（その結果として、作製する分離構造の各部分も波状に形成される）と、平面状の板の形状を有する積層要素とが、積層体内に交互に配置されていることが好ましい。結果として、例えば、凹部が台形断面を有する場合、台形断面を有する変換領域を形成することができる。
【００３９】
少なくとも一実施形態によると、隣り合う積層要素は、相互に対応する位置に凹部を有し、したがって、隣り合う積層要素が結合されるとき、凹部が変換材料によって満たされた領域が重なり合うように位置し、連続的な変換領域を形成する。同様に、隣り合う積層要素が、相互に対応する位置に凹部を有さないようにすることができ、したがって、隣り合う積層要素が結合されるとき、凹部を満たすときに変換材料が塗布されなかった領域が重なり合うように位置し、変換材料が存在しない隣り合う積層要素の領域が、互いに結合される。
【００４０】
少なくとも一実施形態によると、積層要素すべてが、実質的に同じ形状を有する。この場合、積層要素を２つの異なる向きに配置することが好ましく、２つの向きは、法線方向に沿って交互に現れることが好ましい。これによって達成されることとして、積み重ねるときに、隣り合う積層要素の主延在面の異なる側における凹部が重なり合って配置される。
【００４１】
噴射法によって変換材料を塗布する場合、このステップはインクジェット印刷法として実施することができ、この方法では、積層要素の上にプリントヘッドを移動させ、積層要素における凹部を変換材料によって満たす。
【００４２】
変換材料を塗布するときには、変換材料に隙間が生じることなく、連続的かつ同じ高さに塗布されるように、注意する必要がある。結果として、変換要素の熱抵抗が下がる。
【００４３】
少なくとも一実施形態によると、分離構造は、ハニカム構造または管状構造を形成している。分離構造の各部分は、異なる変換領域の間の放射の横クロストークを防止する遮蔽壁（バッフル）として機能する。この機能は、分離構造の各部分がミラーまたは吸収体としての役割を果たすことによって、純粋に光学的に達成される。分離構造の各部分は、変換領域と比較して極めて薄いことが好ましく、したがって分離構造の各部分は、理想的には、これら自体が同時に写りこむことなく、光学的クロストークを防止する役割のみを果たす。
【００４４】
少なくとも一実施形態によると、積層要素を形成する方法ステップは、高温金属（例えばチタンやタングステン）からなる板状のシートを形成し、例えばエンボス加工によって、上述した形状にする方法ステップ、を含む。このステップは、例えばスタンピング法において行うことができ、この方法では、２枚の原版（master）の間にシートを配置し、加圧および加熱することによって所望の形状にする。
【００４５】
少なくとも一実施形態によると、積層要素を、互いに固定する、例えば、接着接合する、もしくは、はんだ付けする、またはその両方を行う。接着接合する場合、例えばシリコーン材料を使用することができる。積層要素を結合するとき、隣り合う積層要素の間に熱接触が生じることが好ましい。結果として、変換要素の低い熱抵抗が達成される。隣り合う積層要素は、レーザ工程によって互いに点溶接する、または接合工程によって圧力下で熱的に結合することができる。
【００４６】
上述したように具体化された変換要素を、積層体を切断する方法ステップによって個片化する。したがって、切断することによって、上述したように具体化された、薄層形状を有する複数の変換要素が得られ、薄層形状を有する変換要素は、それぞれの好ましい方向に実質的に垂直に延在している。切断は、変換材料が完全に硬化した後に実行することが好ましい。切断は、例えば、ソーイングによって実行することができ、オプションとして次いで研削を行うことができる。積層要素は、変換要素の分離構造を形成する。
【００４７】
好ましくは１０〜１，０００個の範囲内、特に好ましくは５０〜２００個の範囲内の積層要素を結合する。積層体は、５〜５００個の変換要素、特に好ましくは２５〜１００個の変換要素に切断することが好ましい。
【００４８】
特に、上述した製造方法は、上述した変換要素を製造するのに適している。したがって、本方法に関連して説明した特徴は、本変換要素にもあてはまり、逆も同様である。
【００４９】
以下では、例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。さらなる利点、有利な実施形態、および発展形態は、以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来技術によるヘッドライト装置の概略断面図を示している。
【図２】例示的な一実施形態による、変換要素を製造するための方法ステップを示している。
【図３】例示的な実施形態による、変換要素を製造するためのさらなる方法ステップを示している。
【図４】例示的な一実施形態によるヘッドライト装置の概略断面図を示している。
【図５】例示的な一実施形態によるＬＡＲＰ照明システムの概略断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、従来技術によるヘッドライト装置の概略断面図を示しており、このヘッドライト装置は、全体を１００として表してある。ヘッドライト装置１００は、多数の光源１２（例えば、半導体チップ、発光ダイオード、ピクセル）を有する発光デバイス１０を備えている。以下の説明において、半導体チップは、例えばレーザダイオードチップまたは発光ダイオードチップとすることができる。これらの光源１２は、規則的な格子状に配置されている。発光デバイス１０は、例えば、発光ダイオードのアレイ、半導体チップのアレイ、またはピクセル型半導体チップとすることができる。発光デバイス１０の動作時、選択された光源１２が一次光を放出するように光源１２を駆動することができる。この例示的な実施形態においては、一次光は青色光である。
【００５２】
ヘッドライト装置１００は、従来技術による変換体薄層１４をさらに備えており、変換体薄層１４は変換要素の役割を果たす。変換体薄層１４は、光軸１６の方向において発光デバイス１０の下流に配置されており、光源１２によって放出された一次光の一部分を二次光に変換する。従来技術による変換体薄層１４は、分離構造を備えていないため、変換体薄層１４の発光領域には、光を放出するように選択された光源１２に直接対応していない領域も含まれ、すなわち変換体薄層１４において光学的クロストークが発生する。
【００５３】
変換体薄層１４によって放出された光１８（変換体薄層によって変換されずに透過した一次光と、変換体薄層１４において変換によって生成された二次光の両方を含む）は、光学系２０（例えばレンズ系または反射器）によって、照らす対象の面（lighting plane）２２（例えば道路）に導かれる。変換体薄層１４における光学的クロストークのため、照らす対象の面２２における照明パターン２４は、所望の照明パターンと比較して輪郭がぼやける。
【００５４】
図２は、例示的な一実施形態による、変換要素を製造するための方法ステップを示している。開始材料として、例えばチタンからなる薄い平面状のシートを使用する。このようなシート２６は、第１の方法ステップａ）において形成し、図２には、シートの主延在面に垂直な平面における断面図において示してある。
【００５５】
次の方法ステップｂ）において、シート２６を波状に構造化する。この例示的な実施形態においては、台形断面を有する凹部３０が、シート２６の主延在面２８より上と下に交互に形成されるように、シート２６を構造化する。図面の平面（主延在面２８に垂直である）におけるシート２６の断面を形成する曲線は、直線部分からなり、図面の平面と主延在面２８とが交差する直線の両側に交互に延びている。
【００５６】
次の方法ステップｃ）において、例えばブレード塗布法によって、凹部３０を変換材料によって満たす。
【００５７】
図３は、例示的な実施形態による、変換要素を製造するためのさらなる方法ステップを示している。１つのさらなる方法ステップにおいては、波状に構造化され凹部３０に変換材料が満たされたシート２６を、法線方向ｚに沿って重なり合うように積み重ね、次いで結合して積層体３２を形成する。この例示的な実施形態においては、シート２６が露出している領域それぞれが重なり合うように位置し、かつ、凹部３０が変換材料によって満たされている領域それぞれが重なり合うように位置するように、シート２６を重なり合うように積み重ねる。すべてのシート２６は実質的に同じ形状を有するが、法線方向ｚに沿って交互に現れる２つの異なる向きに配置する。結果として、変換材料によって満たされており台形断面を有する領域が組み合わされて、六角形断面を有する変換領域３４が形成され、これら変換領域３４それぞれは、断面において、シート２６によって完全に囲まれている。
【００５８】
最後の方法ステップにおいては、形成された構造を、法線方向ｚに平行な複数の平面に沿って、例えばソーイングによって分割する。図３では、１つのこのような切断面を３６として表してある。結果として、変換要素としての役割を果たす個々の板状要素が作製される。図３では、これら変換要素の好ましい方向をｙによって示してある。好ましい方向ｙは、切断面３６および法線方向ｚに垂直である。変換要素は、薄層形状であり、実質的に、好ましい方向ｙおよび法線方向ｚに垂直な方向ｘと、法線方向ｚとに延在している。
【００５９】
本変換要素においては、シートは、分離構造を形成する分離壁としての役割を果たし、分離構造は、変換材料が変換するように設計されている対象の一次放射と、動作時に変換の過程において生成される二次放射とに対して非透過性である。結果として、本変換要素は、ｘ方向およびｚ方向においては一次放射および二次放射に対して非透過性であるが、好ましい方向ｙにおいては透過性である。好ましい方向ｙに垂直な平面においては、変換領域それぞれが、シートによって形成されている分離構造によって囲まれている。好ましい方向ｙに垂直な変換領域の断面は、六角形の形状を有し、それぞれ好ましい方向ｙに沿って一定である。シートが規則的に配置されているため、好ましい方向ｙに垂直な平面において、変換領域は六角格子状に配置されている。
【００６０】
オプションとして、シートを積み重ねるとき、それぞれ波状に構造化されている２枚のシートの間それぞれに、平面状のシート（すなわち方法ステップｂ）およびｃ）が実行されなかったシート）を挿入することができる。これらの追加のシートによって、変換材料によって満たされた台形領域が互いに分離されたままとなり、したがって、台形状の変換領域が形成される。さらに、さらなる形状の変換領域を有する（例えば矩形の変換領域を有する）実施形態も考えられる。丸みを帯びた形状（例えば半円や正弦波形状からなる形状）の変換領域も考えられる。しかしながら、部分的に直線である経路を有する図示した形状の利点として、シートを結合するための平面状の支持面が得られる。
【００６１】
この例示的な実施形態においては、各変換要素は、ｘ方向およびｚ方向にのみ構造化されており、好ましい方向ｙに沿ったすべての位置において実質的に同じ断面を有する。しかしながら、変換要素を好ましい方向ｙに沿ってさらに構造化することも考えられる。
【００６２】
図４は、例示的な一実施形態によるヘッドライト装置の概略断面図を示しており、このヘッドライト装置は、全体を２００として表してある。ヘッドライト装置２００は、図１に示した従来技術によるヘッドライト装置１００と実質的に同じ構造を有する。しかしながら、本ヘッドライト装置２００では、変換体薄層１４が、分離構造３８と、分離された変換領域３４とを有する。変換体薄層１４は、光軸１６の方向に一致する好ましい方向においては、光１８に対して透過性である。これに対して、好ましい方向に垂直な方向においては、光１８は分離構造によって吸収または反射される。結果として、変換体薄層１４における光学的クロストークが防止され、照らす対象の面２２における照明パターン２４は、輪郭がはっきりしており、ぼやけていないため、所望の照明パターンにより正確に一致する。
【００６３】
図５は、例示的な一実施形態によるＬＡＲＰ照明システムの概略断面図を示しており、このシステムは、全体を３００として表してある。この照明システムにおいては、分離構造３８と、分離された変換領域３４とを有する変換体薄層１４に、ポンプ光４０が入射する。ポンプ光４０は、変換体薄層１４に焦点が合うようにされている。ポンプ光４０は、例えば、レーザ光源（例：レーザダイオード）によって生成される青色レーザ光とすることができる。
【００６４】
ポンプ光４０は、変換体薄層１４において変換および反射される。変換された光４２は反射体４４に当たり、反射体４４は、この例示的な実施形態においては楕円状に具体化されている。反射体４４は、ポンプ光４０を通過させ、変換された光４２を反射する。このことは、例えば、反射体４４が、ポンプ光４０のための開口部を有する、または適切なコーティングを有することによって、達成することができる。
【００６５】
反射体４４によって反射された光４６は、出口面４８において焦点を結び、したがって、出口面４８において極めて高い輝度が達成される。この位置において波長フィルタリングを行う、または出口面４８に光導波路（例えば光ファイバ）を結合することができる。
【００６６】
金属の分離構造のため、変換体薄層１４は、照明システム３００の動作時に発生する熱を、従来技術による変換体薄層よりも効率的に放散させることができる。結果として、変換体薄層１４は、より高い熱負荷容量を有し、機械的可動部や能動冷却を省くことができる。
【００６７】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、特許請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が特許請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００６８】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３１０７２２７．５号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月17日(2015.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離構造（３８）および多数の変換領域（３４）を備えた変換要素（１４）であって、
前記変換領域（３４）のそれぞれが、少なくとも部分的に前記分離構造（３８）の一部によって囲まれており、
前記変換領域（３４）のそれぞれが、電磁一次放射（４０）の少なくとも一部分を、より長い波長を有する二次放射（４２）に変換するように設計されており、
それぞれの変換領域（３４）を部分的または完全に囲んでいる前記分離構造（３８）の各部分が、互いに固定されている２つの部分要素を備えている、
変換要素（１４）。
【請求項２】
前記分離構造（３８）は、波状輪郭を有し、互いに固定されている多数の帯状要素を備えている、
請求項１に記載の変換要素（１４）。
【請求項３】
前記分離構造（３８）が、前記一次放射（４０）もしくは前記二次放射（４２）またはその両方に対して非透過性である、
請求項１または請求項２に記載の変換要素（１４）。
【請求項４】
前記変換要素（１４）が、好ましい方向（ｙ）に垂直な方向（ｘ，ｚ）において、前記一次放射（４０）もしくは前記二次放射（４２）またはその両方に対して非透過性である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項５】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な平面のそれぞれにおいて、前記変換領域（３４）のそれぞれが、少なくとも部分的に前記分離構造（３８）の一部によって囲まれている、
請求項４に記載の変換要素（１４）。
【請求項６】
前記変換領域（３４）のそれぞれにおいて、前記好ましい方向（ｙ）に垂直な断面が、前記好ましい方向（ｙ）に沿って一定である、
請求項４または請求項５に記載の変換要素（１４）。
【請求項７】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な前記変換領域（３４）の前記断面が、多角形の形状を有する、
請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項８】
前記好ましい方向（ｙ）に垂直な平面において、前記変換領域（３４）が２次元格子状に配置されている、
請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項９】
前記分離構造（３８）が多数の分離壁を備えており、２つの隣り合う前記変換領域（３４）の間のそれぞれに前記分離壁が配置されている、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項１０】
前記変換領域（３４）が反射層の上に配置されている、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項１１】
前記分離構造（３８）が、金属を含む、または金属からなる、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の変換要素（１４）。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の変換要素（１４）を備えたヘッドライト（２００）。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の変換要素（１４）を備えた照明装置（３００）であって、
前記照明装置（３００）が、前記変換要素（１４）から距離をおいて配置されている少なくとも１つのレーザ光源をさらに備えている、
照明装置（３００）。
【請求項１４】
変換要素（１４）を製造する方法であって、以下の方法ステップ、すなわち、
−  多数の積層要素（２６）を形成するステップであって、それぞれの前記積層要素（２６）の主延在面（２８）に垂直な少なくとも１つの断面領域において、前記積層要素（２６）のうちの少なくともいくつかの積層要素の断面が、実質的に曲線形状であり、前記断面領域と前記主延在面（２８）とが交差する直線の両側に交互に延在している、ステップと、
−  前記積層要素（２６）のうちの少なくともいくつかの積層要素の２つの表面に変換材料を塗布するステップと、
−  前記積層要素（２６）の前記主延在面（２８）に垂直に延びる法線方向（ｚ）に沿って、前記多数の積層要素（２６）を積み重ねるステップと、
−  積層体（３２）が形成されるように前記多数の積層要素（２６）を結合するステップと、
−  前記積層体（３２）を、平行な切断面（３６）において切断するステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
それぞれの前記主延在面（２８）に垂直な方向における前記積層要素（２６）のそれぞれの高さが、前記主延在面（２８）における最大範囲の１０％未満である、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記切断面（３６）が前記法線方向（ｚ）に平行である、
請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
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