(57)【要約】  発光デバイス１は、複数の固体光源２１，２２，２３と、互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入力面３１及び第１の光出口面３２を有する透明基板３であって、第１の光入力面３１において複数の固体光源２１，２２，２３によって出射された光１３を受け取り、当該光１３を第１の光出口面３２に誘導し、第１の光出口面３２の外部に導出する、透明基板３とを含み、複数の固体光源２１，２２，２３の活性層は、透明基板３２の第１の光入力面３１と物理的に直接接触し、第１の光入力面は、第１の光出口面よりも大きい表面積を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体光源と、
互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入力面及び第１の光出口面を含む透明基板であって、前記透明基板は、前記第１の光入力面において前記複数の固体光源によって出射された光を受け取り、当該光を前記第１の光出口面に誘導し、前記第１の光出口面の外部に導出する、透明基板と
を含み、
前記複数の固体光源の活性層は、前記透明基板の前記第１の光入力面と物理的に直接接触し、前記第１の光入力面は、前記第１の光出口面よりも大きい表面積を有する、発光デバイス。
【請求項２】
前記第１の光入力面の面積は、前記第１の光出口面の表面積の４倍、１０倍、又は３０倍である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記透明基板は、透明成長基板である、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記透明基板は、単結晶基板である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記第１の光入力面において、前記透明基板の結晶構造は、前記複数の光源の前記活性層の結晶構造と合致する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記透明基板は、前記第１の光出口面の外部に光を導出するために前記第１の光出口面に配置された結合デバイスを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記複数の光源は、第１のスペクトル分布の光を発する第１の固体光源と、前記第１のスペクトル分布とは異なる第２のスペクトル分布の光を発する第２の固体光源とをそれぞれ少なくとも１つずつ含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記透明基板は、前記第１の光出口面に配置されたルミネッセンス要素及び／又は光学デバイスを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記透明基板は、前記複数の固体光源によって発せられた光の少なくとも一部を異なるスペクトル分布の光に変換する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
第２の光入力面及び第２の光出口面を有する導光体をさらに含み、
前記導光体は、前記透明基板の前記第１の光出口面の外部に導出された光を前記第２の光入力面において受け取り、受け取られた光を前記第２の光出口面に誘導して、前記第２の光出口面の外部に導出し、
前記導光体は、前記透明基板を少なくとも部分的に包囲する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記透明基板は、前記導光体内に埋め込まれている、請求項１０に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記導光体は、さらに、前記透明基板から受け取られた光の少なくとも一部を異なるスペクトル分布の光に変換する、請求項１０又は１１に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記導光体は、透明材料、発光材料、ガーネット、ドーピングされたガーネット、及びこれらの任意の組み合わせのうちのいずれかを含む、請求項１０、１１、又は１２に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光デバイスを含むランプ、照明器具、及び照明システムであって、デジタルプロジェクション、自動車照明、ステージライト、店内照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、ディスプレイシステム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、ランプ、照明器具、及び照明システム。
【請求項１５】
発光デバイスを製造するための方法であって、
互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入力面及び第１の光出口面を有する透明基板を提供するステップであって、前記透明基板は、前記第１の光入力面において受け取られた光を前記第１の光出口面に誘導して前記第１の光出口面の外部に導出し、前記第１の光入力面は前記第１の光出口面よりも大きい表面積を有する、ステップと、
前記透明基板の前記第１の光入力面上で複数の固体光源の活性層を成長させるステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源と、透明基板とを含む発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ７，７３７，４６０Ｂ２は、サファイア基板の一方の主表面上に形成されたＬＥＤチップを含む白色ＬＥＤチップを開示する。サファイア基板の他方の主表面上には、光取り出しフィルムが配置される。２つの主表面は互いに反対側かつ平行に延在する。さらに、光取り出しフィルムに関して基板の反対側に、白色光を生成するための蛍光部材が配置され得る。
【０００３】
スポットライト、ステージ照明、自動車照明、及びデジタル（フロント）プロジェクション等の様々なアプリケーションにとって、高輝度光源は関心の対象である。この目的のために、透明度が高い発光材料内でより短い波長の光がより長い波長に変換される、いわゆる集光器（light concentrator）を利用することができる。
【０００４】
しかし、上記発光デバイスでは、再吸収、散乱、及び蛍光体の過熱に起因する熱消光等の様々な作用が、システムの効率性を大きく低下させ得る。
【０００５】
ＥＰ２３４６１０１Ａ１は、デバイス実装基板上に実装された半導体発光デバイスによって発せられた光の波長を、光波長変換セラミックが変換する発光モジュールを開示する。光波長変換セラミックは、光波長変換範囲において、少なくとも４０％のフルスペクトル透過率を有する。反射フィルムが光波長変換セラミックの表面上に配置される。光波長変換セラミックを通過した光の発光面積は、半導体発光デバイスの発光面積よりも小さくなるよう狭められる。反射フィルムは、半導体発光デバイスの発光面に対して略平行に光が出射されるよう光を誘導する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一課題は、上記問題を克服し、再吸収、散乱、及び熱消光が低減又は排除さえされ、よってシステムの効率性が向上された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の側面によれば、上記及び他の課題が、複数の固体光源と、互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入力面及び第１の光出口面を含む透明基板であって、第１の光入力面において複数の固体光源によって出射された光を受け取り、当該光を第１の光出口面に誘導し、第１の光出口面の外部に導出する、透明基板とを含み、複数の固体光源の活性層は、透明基板の第１の光入力面と物理的に直接接触し、第１の光入力面は、第１の光出口面よりも大きい表面積を有する、発光デバイスによって達成される。
【０００８】
光を誘導する透明基板を設けることにより、複数の固体光源によって発せられ、透明基板内に導入された光の大部分が第１の光出口面に誘導される発光デバイスが提供される。さらに、基板内での吸収／散乱損失が大きく低減される。
【０００９】
互いに対してゼロではない角度で、特に互いに対して垂直に延在するよう、透明基板の第１の光入力面及び第２の光入力面を設けることにより、より多くの光が透明基板内に導入され、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）によって最適な大量の光が第１の光出口面に誘導される発光デバイスが提供される。また、これは、光出口面以外の表面を介して透明基板から出射することによる光損失の量をさらに少なくし、よって第１の光出口面を介して出射される光の強度をさらに高める。
【００１０】
透明基板と物理的に直接接触するよう複数の固体光源の活性層を設けることにより、固体光源から出射された光のうち特に多くの光が透明基板内に導入されて閉じ込められる発光デバイスが提供される。複数の固体光源の活性層と透明基板との間の物理的な直接接触は、複数の固体光源の活性層及び透明基板の第１の光入力面における格子構造の合致をもたらし得る。言い換えれば、第１の光入力面において、複数の固体光源の活性層の結晶構造は、透明基板の結晶構造と合致し又は実質的に同様であり、これは、透明基板から複数の固体光源の活性層への結晶構造の滑らかな遷移を意味し、例えば、第１の光入力面における散乱損失を低減する。これは、透明基板の第１の光入力面の上に、複数の固体光源の活性層を直接、例えばエピタキシャル成長を使用して成長させて合致する格子構造を形成した結果であり得る。透明基板は、例えば、成長基板及び／又は単結晶基板である。第１の光入力面における複数の固体光源の活性層と透明基板との間の滑らかな遷移のため、かかる基板は、複数の固体光源によって発せられた光の透明基板内への改良された導入を提供する。
【００１１】
さらに、第１の光出口面よりも大きな表面積を第１の光入力面に与えることにより、基板が集光効果を有し、基板の外部に導出される光の強度がさらに高められる発光デバイスが提供される。
【００１２】
上記特徴は、いずれも、発光デバイス内で生じる再吸収、散乱、及び熱消光の低減に大きく寄与し、結果として、高強度の光出力、及び著しく向上されたシステム効率をもたらす。
【００１３】
一部の実施形態では、第１の光入力面の面積は、第１の光出口面の表面積の４倍、１０倍、又は３０倍である。
【００１４】
一実施形態では、複数の固体光源が透明基板とヒートシンクとの間に配置されるように、複数の固体光源がヒートシンク上に配置される。ヒートシンクを設けることにより、光源によって生成された熱が、導光体として機能する透明基板から効率的に放散され得る。
【００１５】
一実施形態では、透明基板はフォトニック結晶構造及び／又は回折構造を有する。基板にフォトニック結晶構造及び／又は回折構造を与えることにより、透明基板の外部に導出される光のピーク強度は、基板の光入力面の法線、よって固体光源の表面の法線とは異なる方向を有する。一部の実施形態では、フォトニック結晶構造及び／又は回折構造は、透明基板の外部に導出される光に、ランバートではなく、より横方向に、一部の実施形態では、基板の光入力面の法線、よって固体光源の表面の法線に対して３３〜４７°の角度範囲内に集約された発光をより多く有する放射パターンを与えるタイプのものである。特に、基板にフォトニック結晶構造を用いることは、固体光源によって発せられる光が、光出口面とは異なる基板の表面の脱出円錐角外に制限されることをもたらす。さらに、フォトニック結晶構造は、発光の角度分布が、固体光源によって覆われる領域上に投射される光の量を最小化するようなものであるよう設計され得る。つまるところ、上記したように、フォトニック結晶構造及び／又は回折構造の使用は、基板の外部に導出される光の強度のさらなる向上に寄与する。
【００１６】
一実施形態では、透明基板は、第１の光出口面の外部に光を導出するために第１の光出口面に配置された結合デバイスを含む。これにより、透明基板の外部への光の導出が顕著により効率的であり、よって光損失がより少なく、強度ゲインがより高い発光デバイスが提供される。
【００１７】
一部の実施形態では、複数の光源は、それぞれ、第１のスペクトル分布の光を発する。他の実施形態では、複数の光源は、第１のスペクトル分布の光を発する第１の固体光源と、第１のスペクトル分布とは異なる第２のスペクトル分布の光を発する第２の固体光源とをそれぞれ少なくとも１つずつ含む。異なるスペクトル分布は透明基板によって受け取られ、第１の光出口面に誘導され、第１の光出口面から出射される。このようにすることで、異なるスペクトル分布の光を発する異なる固体光源を適用することによって得られる所定の有色光が、透明基板の第１の光出口面において出射される。
【００１８】
一実施形態では、透明基板は、サファイア、ドーピングされていないＹＡＧ、ＬｕＡＧ等の透明ガーネット、ガラス、石英、多結晶アルミナ等のセラミック材料、発光材料、蛍光体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される透明材料からなる。これにより、高い透明度及び熱伝導度を有する材料からなる基板を有し、よって複数の固体光源からの光がわずかな光損失で又は一切の損失なく透明基板中を誘導されることを可能にするとともに、優れた熱放散を保証する発光デバイスが提供される。一部の実施形態では、透明材料は高い透明度を有し、言い換えれば、光を散乱しない。
【００１９】
このコンテキストにおいて、透明度が高い材料とは、励起及び発光スペクトル範囲においてほとんど吸光せず、さらに、８０％より高い、９０％より高い、９５％より高い、又は場合によっては９８％より高い直接ビーム透明度を有する（すなわち、２°より大きい角度に散乱される平行ビームの割合が２０％未満、１０％未満、５％未満、又は場合によっては２％未満である）材料を指す。
【００２０】
一実施形態では、透明基板は、第１の光出口面に配置されたルミネッセンス要素及び／又は光学デバイスを有する。第１の光出口面にルミネッセンス要素を設けることにより、あるスペクトル分布を有する光の他のスペクトルを有する光への変換を保証する発光デバイスが提供され、その利点はより詳細に後述される。第１の光出口面に光学デバイスを設けることにより、発光デバイスによって出射される光線のパターン及び形状を、特定の用途又は状況に適合させることができる。例えば、取得される画像パターンは、色又は偏光等によってフィルタリングされ、焦点調整され、成形され、又は面上に投射され得る。適切な光学デバイスは、限定はされないが、レンズ等の屈折又は回折デバイス、カラーフィルタ、反射要素、偏光子、及びピンホール、並びにかかる要素の組み合わせを含む。
【００２１】
一実施形態では、透明基板は、複数の固体光源によって発せられた光の少なくとも一部を異なるスペクトル分布の光に変換する。
【００２２】
これにより、さもなければ導光基板内に維持され得ない光の、異なる波長、特により長い波長の光への変換を保証する発光デバイスが提供される。これにより、かかる光が再利用され、複数の波長が高効率及び高輝度で得られる。また、発光デバイスによって発せられる光のカラーパターンが変更可能な発光デバイスが提供される。さらに、後にいずれかの表面から取り出され得る変換光が特に多く透明基板内に留まり、よって特に高い強度ゲインをもたらす発光デバイスが提供される。
【００２３】
一実施形態では、発光デバイスは、第２の光入力面及び第２の光出口面を有する導光体をさらに含み、導光体は、透明基板の第１の光出口面の外部に導出された光を第２の光入力面において受け取り、受け取られた光を第２の光出口面に誘導して、第２の光出口面の外部に導出し、また、導光体は、透明基板を少なくとも部分的に包囲する。
【００２４】
一実施形態では、透明基板は、導光体内に少なくとも部分的に埋め込まれている。本実施形態では、透明基板は導光体の屈折率に近い屈折率を有し得る。かかる導光体を設けることは、２つ以上の固体光源が設けられる実施形態において特に有利である。導光体を設けることにより、複数の固体光源によって発せられ、透明基板中を誘導された光が特に効率的に導光体内で集められ、まとめて第２の光出口面に誘導され得る発光デバイスが得られる。これは、さらなる強度ゲイン、及び、例えば白色光出力等、より大きな波長範囲の光出力を提供する可能性をもたらす。透明基板を少なくとも部分的に包囲するよう導光体を設けることにより、第１の光出口面からだけではなく、固体光源が配置される第１の光入力面を除く、透明基板の１つ又は複数の他の面からも光が集められ、これは、光損失をより一層減らす。これにより、特に効率的な透明基板からの集光、及び導光体内への光の導入が保証される。
【００２５】
一実施形態では、導光体は、さらに、透明基板から受け取られた光の少なくとも一部を、異なるスペクトル分布の光に変換する。これにより、さもなければ導光体内に維持され得ない光の、異なる波長、特により長い波長への変換を保証する発光デバイスが提供される。これにより、かかる光は、高効率及び高輝度で複数の波長を得るために再利用され得る。また、発光デバイスによって発せられる光のカラーパターンを変更可能な発光デバイスが提供される。さらに、後にいずれかの表面から取り出され得る変換光がより多く透明基板内に留まり、よって特に高い強度ゲインをもたらす発光デバイスが提供される。
【００２６】
一実施形態では、導光体は、透明材料、発光材料、ガーネット、ドーピングされたガーネット、及びこれらの任意の組み合わせのうちのいずれかを含む。これにより、特に良好な波長変換特性を有する導光体を有する発光デバイスが提供される。
【００２７】
本発明は、さらに、本発明に係る発光デバイスを含むランプ、照明器具、又は照明システムであって、デジタルプロジェクション、自動車照明、ステージライト、店内照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、ディスプレイシステム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、ランプ、照明器具、又は照明システムに関する。
【００２８】
本発明は、さらに、発光デバイスを製造するための方法であって、
互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入力面及び第１の光出口面を有する透明基板を提供するステップであって、透明基板は、第１の光入力面において受け取られた光を第１の光出口面に誘導して第１の光出口面の外部に導出し、第１の光入力面は第１の光出口面よりも大きい表面積を有する、ステップと、
透明基板の第１の光入力面上で複数の光源の活性層を成長させるステップと
を含む、方法に関する。
【００２９】
本発明は、特許請求の範囲に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関することに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下、本発明の上記及び他の側面を、本発明の実施形態を示す添付図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００３１】
【図１】図１は、蛍光体ホイールを含む発光デバイスの断面図を示す。
【図２】図２は、出口面に光学デバイスを有する導光体の側面図を示す。
【図３】図３は、成形された光出口面を提供するようその長さ全体に渡って成形された導光体の斜視図を示す。
【図４】図４は、成形された光出口面を提供するようその長さの一部に渡って成形された導光体の側面図を示す。
【図５】図５は、導光体及び追加の光源を有し、フィルタ及びダイクロイック光学デバイスが設けられた照明システムの側面図を示す。
【図６】図６は、テーパ状の出口面を有する発光デバイスの斜視図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明に係る発光デバイスの第１の実施形態の斜視図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに係る発光デバイスの断面図を示す。
【図８】図８は、本発明に係る発光デバイスの第２の実施形態の側面図を示す。
【図９】図９は、本発明に係る、導光体を含む発光デバイスの第３の実施形態の斜視図を示す。
【図１０】図１０は、本発明に係る、導光体を含む発光デバイスの第４の実施形態の側面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明に係る発光デバイスの第５の実施形態の側面図を示す。
【００３２】
図中、層、要素、及び領域のサイズは説明の目的上強調されており、本発明の実施形態の一般的な構造を説明するために提供されている。同様な参照番号は一貫して同様な要素を指し、例えば、本発明に係る発光デバイスは一般的に１によって表される一方、その具体的な異なる実施形態は、一般的な参照番号に０１、０２、０３．．．を加えて表される。本発明に係る発光デバイスの実施形態のいずれかに付与され得る様々な特徴及び要素を示す図１〜図６では、これらの図に特有の要素を除く全ての要素に「００」が加えられている。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の現在の好適な実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は多様な形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解されるべきではない。これらの実施形態は徹底さ及び完全さのために提供され、本発明の範囲を十分に当業者に伝える。
【００３４】
まず、本発明に係る発光デバイスの様々な要素及び特徴の用途、適切な光源及び適切な材料についての一般論を記す。このために、以下に詳述される本発明に係る発光デバイスの実施形態のいずれかに付与され得る様々な特徴及び要素が、図１〜図６を参照しながら説明される。本発明に係る発光デバイスの具体的な実施形態は、図７Ａ、図７Ｂ〜図１１を参照しながら詳細に説明される。
【００３５】
本発明に係る発光デバイスは、限定はされないが、ランプ、照明モジュール、照明器具、スポットライト、フラッシュライト、プロジェクター、デジタル投影機、自動車のヘッドライト又はテールランプ等の自動車照明、アリーナ照明、劇場照明、及び建築照明を含む用途に使用することができる。
【００３６】
後述される本発明に係る実施形態を構成する光源は、動作中、第１のスペクトル分布の光を発するよう構成される。この光はその後、導光体又は導波路内に導入される。導光体又は導波路は第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、光を出口面に誘導し得る。原則的に、光源は任意の種類の点光源であり得るが、一実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、複数のＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤ、又はＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤのアレイ、又はこれらの任意の組み合わせ等の固体光源である。原則的に、ＬＥＤは任意の色のＬＥＤ又はこれらの組み合わせであり得るが、一実施形態では、３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲と規定される青色域の光源光を生成する青色光源である。他の実施形態では、光源はＵＶ又は紫色光源、すなわち、４２０ｎｍ未満の波長範囲の光を発する光源である。ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤが複数又はアレイの場合、原則的に、ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤは、限定はされないが、ＵＶ、青色、緑色、黄色、又は赤色等、２つ以上の異なる色のＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤであり得る。
【００３７】
光源は赤色光源、すなわち、例えば６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲の光を発する光源であり得る。このような赤色光源は、例えば、直接赤色光を発し又は光源光を赤色光に変換するのに適した蛍光体を有する上記のいずれかのタイプの光源であり得る。これは、光源光を赤外（ＩＲ）光、すなわち、約８００ｎｍより高い波長を有する光であって、適切な実施形態では８１０〜８５０ｎｍの範囲内のピーク強度を有する光に変換するよう構成された導光体と組み合わせられると、好適である。かかる導光体は例えばＩＲ発光蛍光体を含む。これらの特性を備える発光デバイスは、暗視システムでの使用に特に有利であるが、任意の上記用途に使用され得る。
【００３８】
他の例は、４８０ｎｍ−８００ｎｍの波長範囲内の光を発し、当該光を透明又は発光ロッド又は導光体内に導入する第１の赤色光源と、青色又はＵＶ若しくは紫色光、すなわち４８０ｎｍ未満の波長の光を発し、同様に、出射光を透明又は発光導光体又はロッド内に導入する第２の光源との組み合わせである。発光ロッド又は導光体内で、第２の光源の光は発光導光体又はロッドによって４８０ｎｍ−８００ｎｍの波長範囲に変換され、発光導光体又はロッド内に導入された第１の光源の光は変換されない。言い換えれば、第２の光源はＵＶ、紫色、又は青色光を発し、その後、発光集光器によって緑色−黄色−橙色−赤色スペクトル領域の光に変換される。他の例では、第１の光源は５００ｎｍ−６００ｎｍの波長範囲の光を発し、第２の光源の光は発光導光体又はロッドによって５００ｎｍ−６００ｎｍの波長範囲に変換される。他の例では、第１の光源は６００ｎｍ−７５０ｎｍの波長範囲の光を発し、第２の光源の光は発光導光体又はロッドによって６００ｎｍ−７５０ｎｍの波長範囲に変換される。
【００３９】
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、単結ＧａＮ、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。
【００４０】
本発明の実施形態に係る後述される導光体又は基板は、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。
【００４１】
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。さらに、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。
【００４２】
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、分子構造が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。
【００４３】
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、実施形態によっては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、実施形態によっては０≦ｘ≦０．２）。
【００４４】
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、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、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、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。
【００４５】
他の適切な発光材料は、Ｃｅドープイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、及びルテニウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）である。発光導光体は、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。
【００４６】
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表１に示す。
【表１】
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【００４７】
本発明の実施形態に係る、後述される導光体として機能する透明基板は、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。例えば、透明基板は、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。他の例では、透明基板は、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、さらに別の第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つの透明基板を形成してもよい。一実施形態では、透明基板の異なる部分の間、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。
【００４８】
図１は、導光体又は透明基板４０１５を含み、第１のスペクトル分布を有する入射光を、第１のスペクトル分布とは異なる第２のスペクトル分布を有する光に変換するよう構成された発光デバイス１００１を示す。他の例では、導光体４０１５は、光を異なるスペクトル分布に変換せず、単に入射光を誘導する。図１に示される導光体４０１５は、回転可能な蛍光体ホイール１６００の形態で提供されたさらなる変換部６１２０を有する波長変換構造を含み又はとして構成され、また、第１の変換部６１１０と第２の変換部６１２０又は蛍光体ホイール１６００との間に配置された結合デバイス７７００をさらに含む。
【００４９】
発光デバイス１００１は、さらに、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、図示の実施形態では透明材料からなる第１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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、多色光出力を作り出すために、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、発光デバイス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。
【００５２】
一実施形態では、結合デバイス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デバイスであるが、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。発光デバイス１００１は、さらに、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、発光デバイス１００１によって発せられた光１４００をコリメートするよう、追加の光学デバイスが配置されてもよい。
【００５３】
図２は、透明基板又は導光体４０２０の光出口面４２００と光接続する光入力ファセット８０６０を備えた光学デバイス８０１０を含む導光体４０２０を示す。光学デバイス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、光学デバイス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、光学デバイス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、光学デバイス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。
【００５４】
また、光学デバイスは、例えば、透明基板の一部を、所定の光学デバイスが透明基板又は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。光学デバイスは、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が設けられる。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、光学デバイスはレンズアレイ、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、さらに、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、透明基板又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、極めて単純な方法で、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デバイスとして機能する。
【００５５】
また、光学デバイスは、透明基板又は導光体の光出口面に配置された集光デバイス（図示無し）であってもよい。集光デバイスは四角形の断面、及び、集光デバイス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、集光デバイスは、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。集光デバイスは、放物線状の曲面を有する複合パラボラ集光デバイス（ＣＰＣ）であってもよい。変形例では、集光デバイスは円形の断面及び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、集光デバイス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デバイスを可能にする。例えば、導光体がｎ＝１．８の屈折率を有し、集光デバイスが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の屈折率の集光デバイスの場合、ゲインはさらに約１０％高くなる。実際には、光学デバイス又は集光デバイスと、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λ／４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。
【００５６】
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デバイス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。さらに、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。
【００５７】
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、屈折率が高い基板又は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。
【００５８】
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透明基板又は導光体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。
【００５９】
図４は、成形された光出口面４２００を提供するために透明基板又は導光体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。
【００６０】
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。
【００６１】
他の実施形態では、透明基板又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。
【００６２】
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。一実施形態では、導光体４０７０は完全に透明である。
【００６３】
光出口面４２００には光学デバイス９０９０が設けられる。光学デバイス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つのさらなる光源９０９３、９０９４、及びフィルタリングされた光１７０１と少なくとも１つのさらなる光源９０９３、９０９４からの光とを結合して共通の光出力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。さらに、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。
【００６４】
図示の実施形態では、２つのさらなる光源９０９３及び９０９４が設けられ、さらなる光源９０９３は青色光源であり、さらなる光源９０９４は緑色光源である。他の色の及び／又はより多くのさらなる光源も実施可能である。さらなる光源のうちの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さら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つのさらなる光源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。
【００６５】
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デバイス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。
【００６６】
図６は、透明基板又は導光体４０９５上の複数の光源２１００を含む発光デバイス１０２０を示す。この例では、複数の光源２１００は、一部の実施形態では銅、鉄、又はアルミニウム等の金属からなるヒートシンク７０００の形態のベース又は基板上に配置される。他の実施形態では、ベース又は基板はヒートシンクでなくともよいことに留意されたい。導光体４０９５は、互いに対してゼロではない角度で、この具体例では垂直に延びる光入力面４１００及び光出口面４２００を有するバー又はロッドとして概して成形されるよう図示されており、光出口面４２００は、導光体４０９５の端面である。光入力面４１００及び光出口面４２００は異なるサイズを有し、一部の実施形態では、光入力面４１００が光出口面４２００より大きい。導光体４０９５は、さらなる面４６００をさらに有し、さらなる面４６００は、光出口面４２００の反対側に平行に延在し、よって同様に導光体４０９５の端面である。導光体４０９５は、さらに、側面４３００、４４００、４５００を有する。導光体４０９５は、板状の形状を有してもよく、例えば正方形又は長方形の板であってもよい。
【００６７】
発光デバイス１０２０は、さらに、導光体４０９５のさらなる面４６００に配置された第１のミラー要素７６００、及び導光体４０９５の光出口面４２００に配置された第２のミラー要素７４００を有する。図示されるように、第１のミラー要素７６００は、光出口面４２００と光接触するよう配置され、第２のミラー要素７６００は、さらなる表面４６００と光接触するよう配置される。代わりに、第１及び第２のミラー要素７６００及び７４００とさらなる面４６００及び光出口面４２００との間の一方又は両方の間に、ギャップが設けられてもよい。かかるギャップは、例えば空気又は光学接着剤によって充填され得る。
【００６８】
導光体４０９５の光出口面４２００は、さらに、４つの内向きテーパ壁、及びさらなる面４６００に対して平行に延在する中央平坦部を有する。本明細書で使用される「テーパ壁」とは、光出口面の残りの部分、及び光出口面に隣接して延びる導光体の表面の両方に対してゼロではない角度で配置された光出口面４２００の壁の部分を指す。当該壁は内向きにテーパ状であり、すなわち、導光体の断面は、出口面に近づくにつれ徐々に小さくなる。本実施形態では、第２のミラー要素７４００は、光出口面４２００のテーパ壁に配置され、光出口面４２００のテーパ壁と光接触する。よって、第２のミラー要素は、光出口面４２００の各テーパ壁に対応し、それらを覆う４つの部分７４１０、７４２０、７４３０、及び７４１０を有する。光出口面４２００の中央平坦部に対応する開口部７５２０は、光が通り抜けて発光デバイス１０２０から外に出射され得る光出口面４２００の透明部分を画定する。
【００６９】
このようにすることで、より多くの光線が光出口面４２００に向けられるよう、第２のミラー要素に衝突した光線が角度方向を変え、また、角度方向の変化により、以前はＴＩＲによって導光体４０９５内に留まっていたであろう光線が、臨界反射角より小さい角度で光出口面４２００に衝突するようになり、よって光出口面４２００の開口部７５２０を介して導光体から出ることができる発光デバイスが提供される。これにより、発光デバイスが導光体４０９５の光出口面４２００から出射する光の強度は、さらに上昇される。具体的には、導光体が矩形のバーの場合、出口面の第２のミラー要素に垂直に衝突し、２つのミラー要素間で跳ね返り続けるため、バーから出ることができない光線が存在する。１つのミラー要素が内側に傾けられた場合、光線はそのミラー要素において反射された後方向を変え、第２のミラー要素の透明部分を通って導光体から出ることができる。したがって、この構成は、テーパ壁の反射により、光出口面４２００の中央平坦部、よって第２のミラー要素７４００内のスルーホール７５２０への改良された導光を提供する。
【００７０】
他の実施形態では、異なる数のテーパ壁、例えば１、２、３、５、又は６つのテーパ壁等、４つより少ない又は多くのテーパ壁が設けられてもよく、また、テーパ壁の全てに第２のミラー要素又は第２のミラー要素の部分が設けられなくてもよい。他の変形例では、テーパ壁のうちの１つ以上は、第２のミラー要素７４００によって覆われなくてもよく、且つ／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てもよい。
【００７１】
図７Ａは、本発明の第１の一般的実施形態に係る発光デバイス１の斜視図を示し、図７Ｂは、図７Ａに係る発光デバイス１の断面図を示す。発光デバイス１は、一般的に複数の固体光源２１と透明基板３とを含む。適切な固体光源の種類が上記されている。以下、単純さのため、全ての固体光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）として図示及び記載される。
【００７２】
図７Ａ及び図７Ｂに示される実施形態では、３つのＬＥＤ２１、２２、及び２３が設けられている。しかし、原則的には任意の数のＬＥＤが設けられ得る。例えば、１０個のＬＥＤ又は１２個のＬＥＤが使用されてもよい。
【００７３】
透明基板３は、概して、互いに対して垂直に延在する第１の光入力面３１及び第１の光出口面を有し、第１の光出口面３２が透明基板３の端面であるバー又はロッドとして成形される。透明基板３は、さらに、第１の光出口面３２の反対側で平行に延在するさらなる表面３６を有し、よって、さらなる表面３６は同様に透明基板３の端面である。透明基板３は、さらに、側面３３、３４、３５を有する。透明基板３はプレート形状でもよく、例えば正方形又は長方形のプレートであってもよい。その場合、複数の光源は正方形の又は二次元のアレイとして配置され得る。
【００７４】
第１の光入力面３１及び第１の光出口面３２は、概して、互いに対してゼロではない角度で延びる。本明細書で示される実施形態では、第１の光入力面３１及び第１の光出口面３２は、互いに対して垂直に延びる。また、第１の光入力面３１及び第１の光出口面３２は異なるサイズを有し、第１の光入力面３１が第１の光出口面３２より大きくてもよい。
【００７５】
第１の光出口面３２及びさらなる表面３６が互いに反対側の表面であり、第１の光入力面３１が端面である、本発明に係る発光デバイスの他の構成も実施可能である。
【００７６】
図７Ａ及び図７Ｂに示される透明基板３は透明材料からなり、適切な透明材料が上記されている。しかし、基板３として特に好適な材料は、ドープサファイア又はアンドープサファイアである。あるいは、透明基板３はドープ又はアンドープガーネットから構成されてもよく、適切なガーネットが上記されている。さらに、透明基板３は発光性、集光性、又はこれらの組み合わせであってもよく、適切な材料が上記されている。これにより、特に良好な導光特性及び特に良好な波長変換特性を備えた透明基板を有する発光デバイスが提供される。
【００７７】
透明基板は、第１の光入力面３１と表面３５との間の両者に対して垂直な距離として定義される厚さ又は高さＨを有する。透明基板の幅Ｗは、表面３３と表面３４との間の両者に対して垂直な距離として定義される。透明基板の長さＬは、第１の光出口面３２とさらなる表面３６との間の両者に対して垂直な距離として定義される。
【００７８】
高さＨは一部の実施形態では＜１０ｍｍであり、他の実施形態では＜５ｍｍであり、他の実施形態では＜２ｍｍである。幅Ｗは一部の実施形態では＜１０ｍｍであり、他の実施形態では＜５ｍｍであり、他の実施形態では２ｍｍである。長さＬは一部の実施形態では幅Ｗ及び高さＨより大きく、他の実施形態では幅Ｗ又は高さＨの少なくとも２倍であり、他の実施形態では幅Ｗ又は高さＨの少なくとも３倍である。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。例えば、導光体の高さＨは２ｍｍであり、幅Ｗは４ｍｍであり、長さＬは２０ｍｍである。他の例では、導光体の高さＨは１．５ｍｍであり、幅Ｗは２．４ｍｍであり、長さＬは３０ｍｍである。
【００７９】
一般的に、本発明において使用される透明基板及び導光体は、光入力面及び光出口面を有する。光出口面は任意の形状を有し得るが、一部の実施形態では正方形、長方形、円形、楕円形、五角形、又は六角形の形状を有する。光出口面の他の実施形態が上記されている。
【００８０】
概してロッド状又はバー状の透明基板又は導光体は、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、三角形、五角形、又は六角形の断面形状を有し、他の適切な実施形態が上記されている。
【００８１】
一般的に、本明細書において使用される透明基板又は導光体は直方体であるが、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、光束はさらに強化され、これは一部の用途にとって有利であり得る。
【００８２】
ＬＥＤ２１、２２、２３は、透明基板３内に光を出射するよう、透明基板３の第１の光入力面３１に配置されている。
【００８３】
ＬＥＤ２１、２２、２３は、例えば従来の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又は従来の半導体ＬＥＤ、レーザーダイオード、ＯＬＥＤのアレイ等の任意の実現可能な種類のＬＥＤであり得る。一部の実施形態では、少なくとも１つのＬＥＤは、赤外線、可視、又は紫外線波長範囲内の光を発する。ＬＥＤ２１、２２、２３は、化学的若しくは物理的堆積法、又は液相エピタキシー（ＬＰＥ）等、当該分野において知られる任意の可能な方法で作製され、ＬＥＤ２１、２２、２３の作製又は成長は、透明基板３の上で直接実施される。
【００８４】
ＬＥＤ２１、２２、２３は、例えばＬＥＤの活性層を透明基板３の上で直接成長させ、透明基板の上で直接処理、例えばエッチングすることによって、透明基板３と物理的かつ光学的に直接接触する列として配置される。言い換えれば、透明基板３は、ＬＥＤ、すなわちＬＥＤの活性層がその上に作製される基板である。近隣の又は隣接するＬＥＤ間の分離又はギャップを与えるために、適切な作製技術が適用される。複数のＬＥＤ２１、２２、２３の活性層と透明基板３との間の物理的な直接接触は、複数のＬＥＤ２１、２２、２３の活性層及び透明基板３の第１の光入力面３１における合致する格子構造をもたらす。言い換えれば、複数のＬＥＤの活性層の結晶構造は、第１の光入力面３１における透明基板３の結晶構造と合致し又は実質的に同様であり、これは、透明基板３から複数のＬＥＤ２１、２２、２３の活性層への結晶構造の滑らかな遷移を意味し、これにより、例えば第１の光入力面３１における散乱損失を低減する。上記したように、これは、透明基板３の第１の光入力面３１上で直接複数のＬＥＤ２１、２２、２３の活性層を例えばエピタキシャル成長を使用して成長させ、合致する格子構造をもたらした結果であり得る。透明基板３は、例えば成長基板及び／又は単結晶基板である。第１の光入力面３１における複数のＬＥＤの活性層と透明基板との間の滑らかな遷移のため、これらの基板は、複数のＬＥＤによって発せられた光の透明基板３内への改良された導入を提供する。
【００８５】
一実施形態では、ＬＥＤ２１、２２、２３は、同じスペクトル分布、すなわち第１のスペクトル分布を有する光１３を発する。あるいは、ＬＥＤ２１、２２、２３のうちの２つ以上が異なるスペクトル分布、例えば赤色、緑色、及び青色のスペクトル分布を有する光を発してもよい。他の実施形態では、各ＬＥＤが独自の透明基板上に設けられてもよい。
【００８６】
一部の実施形態では、ＬＥＤ２１、２２、２３は、可視スペクトル内の光を発する。ＬＥＤは、青色範囲内の発光中心波長を有する光を発し得る。また、ＬＥＤは、緑色範囲内の発光中心波長を有する光を発し得る。また、ＬＥＤは、赤色範囲内の発光中心波長を有する光を発し得る。これに関して、青色範囲は３８０ｎｍ−４９５ｎｍの波長として定義され、緑色範囲は４９５ｎｍ−５９０ｎｍの波長として定義され、赤色範囲は５９０ｎｍ−８００ｎｍの波長として定義される。
【００８７】
ＬＥＤ２１、２２、２３は、透明基板３とベース又は基板１５との間に配置されるよう、共通のベース又は基板１５上に配置される。ベース又は基板１５は、一実施形態では金属製の基板であり、ヒートシンクの形態を取り、一部の実施形態では銅、鉄、又はアルミニウム等の金属からなる。ヒートシンクは、向上された熱放散のためにフィンを有し得る。他の実施形態では、ベース又は基板１５は共通のベース若しくは基板又はヒートシンクでなくともよいことに留意されたい。ヒートシンクを提供することにより、光源によって生成された熱は、導光体から効率的に放散され得る。金属製の基板を提供することにより、ＬＥＤからの、よって透明基板からの熱放散が大きく改良され、よって、発光デバイスの最大取得可能出力光強度が大きく上昇され得る。さらに、例えば熱消光に起因する光学性能への悪影響が大きく低減又は排除さえされ、これは、改良された光学性能を備える、信頼性が大きく向上された発光デバイスを提供する。これは発光デバイスの最大取得可能出力光強度の上昇、及び導光体における過熱に起因する発光デバイスの光学デバイスへの悪影響を低減又は排除さえする。しかし、ベース若しくは基板１５又はヒートシンクは不可欠な要素ではなく、他の実施形態では省かれ得る。
【００８８】
一実施形態では、ベース又は基板１５は、１Ｗ／（Ｋ＊ｍ）より高い、１０Ｗ／（Ｋ＊ｍ）より高い、又は場合によっては２０Ｗ／（Ｋ＊ｍ）より高い熱伝導率を有する材料からなる。
【００８９】
発光デバイス１は概して以下のように機能する。ＬＥＤ２１、２２、２３によって第１のスペクトル分布を有する光が発せられ、第１の光入力面３１から入射して透明基板３内を進み、ＴＩＲ（total internal reflection）によって透明基板内で誘導され、第１の光出口面３２において出射する。しかし、原則的には、一部の光は例えば表面３５を通過し得るため、全ての光が光出口面３２を通過する必要はない。
【００９０】
図７Ａ及び図７Ｂに示される透明基板３は、この例では、さらなる表面３６に配置された反射要素７６、第１の光出口面３２に配置された透明基板の外部に光を導出するための要素９、及び第１の光入力面３１に配置された透明基板の内部に光を導入するための結合構造７をさらに含む。これらは全てオプションの要素である。
【００９１】
反射要素７６は、例えば、表面３３、３４、３５、及び３６を介して生じる光損失を低減するミラープレート、ミラーフォイル、及びミラーコーティングのうちのいずれかであり得る。
【００９２】
ＬＥＤ２１、２２、２３から透明基板３の内部への光の導入は、第１の光入力面３１上又は内に設けられた適切な結合構造７によって改良され得る（図７Ｂ参照）。原則的に、２つ以上の結合構造７が設けられてもよい。
【００９３】
さらに、透明基板の外部に光を導出するための外部結合構造９が設けられてもよい。外部結合構造９は、例えば格子又はフォトニック結晶であり、透明基板３の外部への光の導出を改良するために提供される。一実施形態では、外部結合構造９は、第１の光出口面３２上に配置される。あるいは、外部結合構造９は、第１の光出口面３２に隣接するよう透明構造内に埋め込まれてもよい。
【００９４】
次に、図８を参照すると、本発明に係る発光デバイス１０１の第２の実施形態の側面図が示されている。本実施形態では、発光デバイス１０１は、整列された全部で６つのＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５、２６を含む。
【００９５】
本実施形態では、発光デバイス１０１の透明基板３は、ＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５、２６によって発せられた第１のスペクトル分布の光１３を第２のスペクトル分布の光１４に変換するよう構成される。したがって、本実施形態では、発光デバイス１０１の透明基板３は、発光性の透明基板、又は発光材料若しくは適切なドーパントを含む透明基板である。適切な発光材料及びドーパントが上記されている。図８に示される実施形態では、透明基板３は、第１のスペクトル分布の光１３を第２のスペクトル分布の光１４に変換するためのルミネッセンス要素９０を含み、ルミネッセンス要素９０は第１の光出口面３２に配置される。
【００９６】
他の実施形態では、透光性基板は、ＬＥＤによって発せられた光１３をＵＶから青色に変換する波長変換器として構成され、透明基板からの青色光入力に基づき白色光を出射するよう構成された蛍光体が第１の光出口面３２に設けられる。したがって、複数のＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５、２６は、ＵＶ〜青色波長範囲の光を発する。透明基板は、例えば、ユウロピウム及び／又はテルビウム等の希土類イオンによってドーピングされた多結晶立方晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を含み、一方、第１の光出口面３２における蛍光体は黄色蛍光体である。本実施形態は、光出口面の表面積が、直接発光ＬＥＤからなる光源を構築するのに要求される表面積よりも小さいという点で有利である。これにより、エタンデュの向上が実現され得る。青色又はＵＶ光源を用いて白色光を生成するための代替案は、限定はされないが、青色発光ＬＥＤの光を透明基板内で緑色／青色光に変換し、その後、第１の光出口面において赤色蛍光体によって白色光に変換すること、及び、青色発光ＬＥＤの光を透明基板内で緑色光に変換し、その後、前方に拡散板が配置された赤色蛍光体によって赤色及び青色光と混合して白色ＬＥＤ光源を生成することを含む。
【００９７】
さらに、本実施形態では、透明基板３の第１の光出口面に光学デバイス８１が配置される。適切な光学デバイスは、限定はされないが、例えばレンズ等の屈折又は回折デバイス、カラーフィルタ、反射要素、偏光子、及びピンホール、並びにこのような要素の組み合わせを含む。他の実施形態では、２つ以上の光学デバイスが設けられてもよい。光学デバイス８１の設置は、出射光線の成形、フィルタリング、及び焦点調整のうちの１つ又は複数に寄与し得る。
【００９８】
さらに、本実施形態では、透明基板３の第１の光出口面３２の反対側に延在する平行な表面３６に反射要素７６が配置される。発光デバイス１０１の透明基板３に、例えば所望の光出口面の反対側に延在する平行な表面に配置されたミラーデバイスであり得る反射要素７６を設けることにより、反射要素に入射した光線は、透明基板を通って、光線が透明基板から出射し得る透明基板の所望の光出口面に跳ね返される。これにより、所望の光出口面を通って出射する光の強度が上昇される。また、光出口面以外の透明基板の表面を介する光損失の量が大きく低減される。
【００９９】
他の実施形態では（図示無し）、それぞれが複数の固体光源を備えた２つ以上の透明基板を含む発光デバイスが提供される。
【０１００】
次に、図９を参照すると、本発明に係る発光デバイス１０２の第３の実施形態の斜視図が示されている。
【０１０１】
発光デバイス１０２は、導光体４と、対応する透明基板３０１、３０２、及び３０３上に設けられた３つのＬＥＤ２１１、２１２、２１３とを含む。
【０１０２】
導光体４は、３つの面、すなわち光出口面、並びに光入力面及び光出口面のそれぞれに対して平行かつ反対側に延在する表面において透明基板３０１、３０２、及び３０３を包囲するよう配置される。図示の実施形態では、これは、導光体４の対応する切り欠き又は凹部９１、９２、９３内に透明基板３０１、３０２、３０３を配置することによって実現される。あるいは、透明基板３０１、３０２、及び３０３は導光体４に埋め込まれてもよい。
【０１０３】
他の実施形態では、導光体は４つ以上の面、場合によっては光入力面を除く全ての面３２、３３、３４、３５、３６において透明基板を包囲するよう配置されてもよい。導光体４は、少なくとも１つのＬＥＤによって覆われていない透明基板３の第１の光入力面３１の部分上にのみ延在し得る。
【０１０４】
導光体４は、概して、互いに垂直な第２の光入力面４１及び第２の光出口面４２を有し、第２の光出口面４２が導光体４の端面であるバー又はロッド状の形状を有するよう示されている。導光体４は、さらに、第２の光出口面４２に対して平行かつ反対側に延在するさらなる表面４６を有し、さらなる表面４６は同じく導光体４の端面である。導光体４は、さらに、側面４３、４４、４５を有する。導光体４はプレート状、例えば正方形又は長方形のプレートであってもよい。
【０１０５】
第２の光入力面４１及び第２の光出口面４２は、概して、互いに対してゼロではない角度で延在する。図示の実施形態では、第２の光入力面４１及び第２の光出口面４２は互いに垂直に延在する。また、第２の光入力面４１及び第２の光出口面４２は異なるサイズを有してもよく、一部の実施形態では、第２の光入力面４１は第２の光出口面４２より大きい。
【０１０６】
第２の光出口面４２及びさらなる表面４６が互いに反対側の表面であり、第２の光入力面４１が端面である本発明に係る発光デバイスの他の構成も実施可能である。
【０１０７】
図９に示される導光体４は、透明な導光体である。適切な透明材料が上記されている。あるいは、導光体４はガーネットから構成されてもよく、適切なガーネットが上記されている。また、導光体４は発光性、集光性、又はこれらの組み合わせであってもよく、適切な材料が上記されている。
【０１０８】
次に、図１０を参照すると、図９に示される発光デバイス１０２と非常に類似する、本発明に係る発光デバイス１０３の第４の実施形態の側面図が示されている。
【０１０９】
図１０に示される発光デバイス１０３は、第２の光入力面４１に対して反対側かつ平行に配置された表面４５にルミネッセンス要素、層、又は材料４１０を有する点で、図９に示されるものと異なる。したがって、導光体４は、ここでは、透明基板３０１、３０２、３０３から受け取られた光の少なくとも一部を異なるスペクトル分布の光に変換するよう構成され、変換された光はその後第２の光出口面４２を介して出射される。適切な発光材料が上記されている。
【０１１０】
変形例では、導光体４は、異なる発光材料からなる２つ以上のルミネッセンス要素又は層を有し、透明基板３０１、３０２、３０３から受け取られた光の少なくとも一部を２つ以上の異なるスペクトル分布の光に変換し、又は言い換えれば２つ以上の異なる色を生成し得る。
【０１１１】
次に、図１１を参照すると、本発明に係る発光デバイス１０４の第５の実施形態の側面図が示されている。
【０１１２】
発光デバイス１０４は、上述された、図７Ａ、図７Ｂ、図８（図１１では不図示）、又は図９に示されるタイプの２つの発光デバイス１０２１及び１０２２を有する点で、本明細書に記載される他の実施形態と異なる。
【０１１３】
発光デバイス１０２１及び１０２２は、それぞれの光出口面４２１及び４２２が同じ方向を向き、それぞれの光入力面４１１及び４１２に対して反対側かつ平行に延在するそれぞれの表面４５１及び４５２が互いに隣接し、必ずしもではないが場合によっては互いに接触して配置されるよう構成される。したがって、発光デバイス１０２１及び１０２２は、それぞれの光入力面４１１及び４１２が互いに反対側を向くよう配置される。
【０１１４】
発光デバイス１０２１は、導光体４０２と、対応する透明基板３０１、３０２、及び３０３上に設けられた３つのＬＥＤ２１１、２１２、２１３とを含む。同様に、発光デバイス１０２２は、導光体４０３と、対応する透明基板３０４、３０５、及び３０６上に設けられた３つのＬＥＤ２１４、２１５、２１６とを含む。
【０１１５】
一実施形態では、ＬＥＤ２１１、２１２、２１３は、先に定義された青色範囲内の光を発し、一方、ＬＥＤ２１４、２１５、２１６は、先に定義された赤色範囲内の光を発する。したがって、発光デバイス１０４は、単純かつ簡便な方法で１つの発光デバイス内で異なる色の光を発するＬＥＤを組み合わせることを可能にする。
【０１１６】
しかし、ＬＥＤ２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６は同一のスペクトル分布を有する光を発してもよく、又は３つ以上の互いに異なるスペクトル分布を有する光を発してもよい。
【０１１７】
他の例示的な実施形態では、上述された図７Ａ、図７Ｂ、図８、又は図９に示されたタイプの発光デバイス１０２１、１０２２を３つ以上含む発光デバイスも実施可能である。
【０１１８】
また、他の実施形態では、図９−図１１に関連して説明された導光体４、４０１、４０２も、図７Ａ−図８に関連して透明基板３について上記された反射要素、光を導光体の内部又は外部に導入又は導出するための結合構造、及び光学デバイスのうちのいずれか１つ又は複数を含み得る。
【０１１９】
上記された本発明の実施形態に係る発光デバイスは、適切な電気接続によって光源に接続された制御装置によって制御され得る。制御装置は、光源に供給される電流を個別に制御可能であり、これにより、光源の発光強度を個別に制御可能である。一般的に、制御装置は光源に印加される電流、電圧、及び／又は場合によっては電力周波数を制御するよう構成され得る。電気接続は有線接続又は無線接続であり得る。発光デバイスがフルパワーモードで動作する場合、全ての光源が最大強度で光を発する。一実施形態では、光源又はＬＥＤのうちの１つを調光することによって省電力モードが可能にされ、第１の光出口面から最大距離に配置された、すなわち最も遠い他の１つ又は複数の光源が消灯される。このようにして、光出口面から最も遠くに配置された光源又はＬＥＤから調光を始めることにより、改良されたエネルギー節約が達成される。当該光源から発せられる（及び導光体内で少なくとも部分的に変換される）光は、第１の光出口面に到達するまでに導光体中を最大距離通過し、よって例えば吸収によって最大の損失を被るからである。言い換えれば、最も効率的な光源は最後に調光され、第１の光出口面から最短距離に配置された光源である。当該光源から発せられる（及び一部の実施形態では少なくとも部分的に導光体内で変換される）光は、第１の光出口面に到達するまでに導光体中を最短距離通過すればよく、よってより少ない吸収損失を被るからである。一実施形態では、制御装置は光源を１つずつ調光するように構成され、これにより、より高い調光の自由度を提供する。
【０１２０】
他の実施形態では、本発明に係る第１の発光デバイス又は導光体への第１の電源を制御するよう構成され、また、本発明に係る第２の発光デバイス又は導光体への第２の電源を別個に制御するよう構成され、発光デバイスによって発せられた光を合わせて所望のビームパターン又は形状で供給する制御装置が提供される。本明細書で使用される場合、「ビームパターン」との用語は、少なくとも、表面上に投射された場合に観察される光のサイズ及び形状、並びに光の強度及び色のうちの１つ又は複数に関連して表現されるとき、発光装置の全ての導光体によって発せられた光の外観全体に言及するものとする。特に、制御装置は、第１の光源及び第２に光源に印加される電流、電圧、及び／又は場合によっては電力周波数を個別に制御するよう構成される。
【０１２１】
それぞれが別々の光源を有する、導光体とも称される本発明に係る発光デバイスを少なくとも２つ提供し、各導光体の光源への電源を別々に制御するための制御装置を提供することにより、各導光体から発せられる光の強度を個別に変更可能であり、これらの変更が、特定の用途において望まれる正確な強度レベル、特に正確な高強度レベルを提供することに関して非常に高い精度で実行され得る発光装置が提供される。また、これは、発光装置によって発せられる光の全体強度が、高い自由度及び高い精度で単純に変更され得ることを提供する。また、効率的かつ省エネルギーな発光装置が提供される。これは、限定はされないが、自動車照明及びプロジェクターを含む用途における使用に発光装置を特に適合させる。さらに、各導光体の光源への電源を別々に制御するための制御装置を提供することにより、各導光体からの出射光のビームパターンを別々に制御することを可能にし、よって少なくとも第１の光線及び第１の光線とは異なる第２の光線を得ることを可能にする発光装置が提供される。
【０１２２】
一実施形態では、各導光体は、光出口面に設けられた光学デバイスを含む。このようにすることで、発光装置によって得られる高強度画像パターン及び形状が、特定の用途又は状況に適合させられ得る。例えば、得られる画像パターンが、例えば色又は偏光等によってフィルタリングされ、焦点調整され、成形され、又は面上に投射されてもよい。適切な光学デバイスは、限定はされないが、レンズ等の屈折又は回折デバイス、カラーフィルタ、反射要素、偏光子、及びピンホール並びにかかる要素の組み合わせを含む。
【０１２３】
他の実施形態では、制御装置に入力信号を供給するよう構成された１つ又は複数のセンサが提供され、制御装置は、入力信号に応じて第１の光源の第１の電源及び第２の光源の第２の電源を別々に制御するよう構成される。これにより、各導光体からの出射光の強度及び／又はパターンが、最適な照明を実現するために発光装置によって満たされるべき環境の特定の条件及び／若しくは要件、並びに／又は条件及び／若しくは要件の変化（例えば、自動車ヘッドライトの場合、濡れた路面等）を示すパラメータに応じて制御され得る。センサは、例えば、ハンドル角センサ、速度センサ、道路屈曲センサ、ラジアルフォースセンサ、傾斜センサ、ＧＰＳセンサ、光センサ、気象センサ、存在検知センサ、距離測定センサ、温度センサ、湿度センサ、及びカメラを含む群から選択され得る。しかし、原則的に、センサは使用可能な任意の種類のセンサであり得る。また、１つ以外の任意の数、例えば２つ以上のセンサが設けられ得る。
【０１２４】
一例では、１つ又は複数のセンサを備えたかかる発光装置は、自動車のアダプティブ・フロント・ライティングシステムに使用される。このようなアプリケーションでは、センサは、速度等の自動車の状態、及び／又は気象条件、道路の状態、若しくは自然照明条件等の環境の状態を示す信号を提供するセンサであり、制御装置は、自動車及び／又は環境の状態を示す信号を受信し、受信信号に応じて、よって自動車及び環境の状態に応じて光源を制御するよう構成され得る。
【０１２５】
他の例では、１つ又は複数のセンサを備えたかかる発光装置は、プロジェクターに使用される。このようなアプリケーションでは、画像のアスペクト比を適合させなければならない場合があり、よってＬＣＤ又はＤＬＰパネルの一部の画素領域は使用されない。このアプリケーションでは、照明装置は所与の時点において使用されるアスペクト比に対応するビーム形状を提供し、例えばアスペクト比を１６：９から４：３に切り替えるときにビーム形状が変更され得る。
【０１２６】
上記の制御装置を備えた照明装置の実施形態では２つの導光体に言及したが、照明装置が３つ以上の導光体を有してもよい。
【０１２７】
当業者は、本発明が如何ようにも上記実施形態に限定されないことを認識する。反対に、添付の特許請求の範囲の範囲内で、多くの改変形態及び変形形態が実現可能である。
【０１２８】
特に、本明細書に記載される様々な実施形態の様々な要素及び特徴は、自由に組み合わせられ得る。
【０１２９】
さらに、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を分析することにより、当業者は、開示の実施形態の変形形態を理解及び実施することができる。請求項中、「含む」等の用語は他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。
【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６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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