(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-27
(54)【発明の名称】光源変換器
(51)【国際特許分類】
F21V 9/32 20180101AFI20220720BHJP
F21V 9/38 20180101ALI20220720BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20220720BHJP
F21V 3/08 20180101ALI20220720BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20220720BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20220720BHJP
【ＦＩ】
F21V9/32
F21V9/38
F21S2/00 311
F21V3/08
G02B5/20
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021559522
(86)(22)【出願日】2020-04-16
(85)【翻訳文提出日】2021-09-22
(86)【国際出願番号】 US2020028505
(87)【国際公開番号】W WO2020214810
(87)【国際公開日】2020-10-22
(31)【優先権主張番号】62/834,677
(32)【優先日】2019-04-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521438445
【氏名又は名称】ラズライト ホールディングス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100188329
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 義行
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】マリンスキー，イルヤ
(72)【発明者】
【氏名】マリンスキー，ユージーン
(72)【発明者】
【氏名】ダドリー，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】ベルジンスカス，ライミス
(72)【発明者】
【氏名】フェイン，ホワード
(72)【発明者】
【氏名】アギレラ，ジャクリーン
【テーマコード（参考）】
2H148
【Ｆターム（参考）】
2H148AA07
2H148AA11
2H148AA19
2H148AA22
(57)【要約】
光源変換器は、光源に光学的に結合された不均一変換コアを含む。変換コアは、複数の層、近位端、遠位端、および近位端と遠位端との間に伸長する長さで構成された伝送媒体を有する。光源変換器は更に、伝送媒体の複数の層の各々に容積的に浮遊する複数の蛍光体粒子を含む。変換コアの近位端に近接した複数の層の１つにおける複数の蛍光体粒子の密度は、伝送媒体の遠位端に近接した複数の層の他の１つにおける複数の蛍光体粒子の密度と異なる。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の層、近位端、遠位端、および前記近位端と前記遠位端との間に伸長する長さで構成された伝送媒体を有し、光源に光学的に結合された不均一変換コアと、前記伝送媒体の前記複数の層の各々において容積的に浮遊する複数の蛍光体粒子であって、前記変換コアの前記近位端に近接した前記複数の層の１つにおける前記複数の蛍光体粒子の密度が、前記伝送媒体の前記遠位端に近接した前記複数の層の他の１つにおける前記複数の蛍光体粒子の密度と異なる、複数の蛍光体粒子と
を備える光源変換器。
【請求項2】
前記複数の蛍光体粒子は、２つ以上の蛍光体粒子割合、組成、サイズ、および／または化学的性質を含む、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項3】
前記伝送媒体の前記長さにわたる前記２つ以上の蛍光体粒子割合は、約０％～約１００％である、請求項２に記載の光源変換器。
【請求項4】
前記伝送媒体の前記長さにわたる前記２つ以上の蛍光体粒子割合は、約０．１％～約２５％である、請求項２に記載の光源変換器。
【請求項5】
前記複数の蛍光体粒子は、２つ以上の蛍光体種類を含む、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項6】
前記２つ以上の蛍光体粒子の割合、化学的性質、サイズ、および組成の１または複数は、前記光源からの光の吸収帯を連続的に広げるように構成される、請求項５に記載の光源変換器。
【請求項7】
前記複数の蛍光体粒子の前記容積的浮遊は、勾配蛍光体コアを形成する、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項8】
前記勾配蛍光体コアは、連続的または非連続的勾配蛍光体コアである、請求項７に記載の光源変換器。
【請求項9】
前記複数の層の各々の厚さは、約３０ミクロンから伝送媒体の全長より約３０ミクロン少ない（厚さ）までである、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項10】
前記複数の蛍光体粒子の前記密度は、前記近位端から前記遠位端まで増加または減少する、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項11】
前記伝送媒体は、特定の可視波長の光が前記伝送媒体を妨げられずに通過することを可能にするように構成された半透明材料または複数の材料で構成される、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項12】
前記伝送媒体は、ポリプロピレン、ガラス、アクリル、セラミック、ポリカーボネート、光学ポリマ、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン、オレフィン、コポリマ、ゲル、ハイドロゲル、ガラス質、結晶質、および／または過冷却液体で構成される、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項13】
前記伝送媒体は、ポリプロピレン、ガラス、アクリル、セラミック、および／またはポリカーボネートで構成される、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項14】
前記変換コアは、特定の波長の光の拡散、吸収、および／または方向転換によって前記光源からの光の光学特性を修正するように構成される、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項15】
前記複数の蛍光体粒子の各々は、前記複数の層内で概ね所定の位置を有する、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項16】
前記複数の蛍光体粒子は、前記変換コアの前記長さに沿った各断面にわたり互いに概ね均一に離間し、各断面は、前記変換コアの前記長さに対し垂直である、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項17】
前記光源は、レーザである、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項18】
前記複数の層の各々は、各々が副層内で同じ蛍光体粒子密度および／または蛍光体粒子化学的性質を有する多数の副層で構成される、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項19】
前記複数の層の各々は、前記複数の層の各々の長さにわたり同じ蛍光体粒子密度および／または蛍光体粒子化学的性質を有する、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項20】
前記複数の層のうちの少なくとも２つの層は、蛍光体粒子割合、蛍光体粒子密度、蛍光体粒子組成、蛍光体粒子サイズ、および／または蛍光体粒子化学的性質において異なる、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項21】
前記複数の層の各々の厚さは、約０．０１ｍｍ～約２５ｍｍである、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項22】
前記複数の蛍光体粒子の前記容積的浮遊は、非線形、単調性、または多調性の浮遊を含む非連続的容積的浮遊である、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項23】
前記光源は、第１の放射スペクトルを出力し、前記変換コアは、前記第１のスペクトルとは異なる第２の放射スペクトルを出力する、請求項１に記載の光源変換器。
【請求項24】
レーザ光源と、近位端、遠位端、前記近位端と前記遠位端との間に伸長する長さ、および、透明もしくは半透明材料または複数の材料と複数の層とで構成された伝送媒体を有する、前記レーザ光源に光学的に結合された不均一変換コアと、
前記伝送媒体の前記複数の層の各々において容積的に浮遊する複数の蛍光体粒子であって、各層は更に一連の副層に配列され、前記蛍光体粒子の各々は、前記一連の副層およびより厚い層または層グループ内で概ね所定の位置を有し、前記変換コアの前記近位端に近接した前記複数の蛍光体粒子の密度は、前記変換コアの前記遠位端に近接した前記複数の蛍光体粒子の密度と異なり、勾配蛍光体コアを形成する、複数の蛍光体粒子と
を備え、
前記勾配蛍光体コアは、前記変換コアの前記長さに沿って前記レーザ光源からの光吸収スペクトルを連続的に広げ、放出するように構成される、光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる、２０１９年４月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／８３４，６７７号の利益を主張するものである。
本出願は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる、２０１９年４月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／８３４，６７７号の利益を主張するものである。
【0002】
本発明は、一般に、光学デバイスと共に用いるための光源変換器に関し、より具体的には、容積式蛍光体コアを有する光学デバイスと共に用いるための光源変換器に関する。
【背景技術】
【0003】
１９２０年代における最初の固体照明（ＳＳＬ）デバイスの発明以来、当時の光源への代用品としてのそれらの使用は、集中的に推し進められた。１９６０年代、最初の高明度ＳＳＬデバイスが発明され、産業および消費者分野におけるそれらの光源としての使用は急激に上昇した。ＳＳＬデバイス研究の次の主要な目標は、白色光を生み出す新たな方法を発見することであり、この方法は主に、狭帯域の赤色、青色、および緑色（ＲＧＢ）光源の混合によって実現された。この種の混合は、たとえば色精度および色温度の再現など、広域スペクトルの「白色」光と比べて、予想される多数の問題点を提示する。
【0004】
ＳＳＬデバイスの進化における次の段階は、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が発明され、その後、蛍光体被膜の薄層と組み合わせられた１９９０年代に出現した。この蛍光体被膜の層は、ダイオードから放出された青色光と相互作用し、その後、入射青色光の波長よりも長い波長にピークを有する広域スペクトル発光に光を変換し得る。無変換青色光と変換光との混合は、それまでの個別のＲＧＢ混合方法よりも大幅に良好な広域スペクトル「白色」光の再現性をもたらす。
【0005】
レーザは、電磁放射の誘導放出に基づいて光増幅によって光を放出する。レーザは概して、それらの空間的コヒーレンスによって他の光源と区別される。空間的コヒーレンスは一般に、レーザの出力が、回折限界である細い光線であることによって表される。またレーザは、時間的コヒーレンスも有し、これによりレーザは、狭域スペクトルで光を放出し、その結果、単色の光を放出することができる。レーザは、必要な空間的または時間的コヒーレンスの光が、より簡単な技術を用いて生成され得ない状況で、長く用いられてきた。
【0006】
従来、完全にＳＳＬデバイス内で蛍光体変換機能を実現する唯一の方法は、発光源を蛍光体材料の薄層で被膜することであった。後の研究が示したように、入射青色光の大部分は、蛍光体被膜に反射することにより変換されず、使用可能な光の大量損失および全体効率の低下を招いた。これに対する対応策が遠隔蛍光体であり、この方法では、蛍光体変換材料は発光源から一定の距離だけオフセットされる。発光源から短距離を置いて変換材料を配置することにより、誤った反射の可能性が低減し、同一のＳＳＬデバイスからより高い変換効率が生じた。遠隔蛍光体は一般に、蛍光体の非常に薄い層で被膜された透明媒体で作られたレンズまたはキャップであり、発光源から離して配置された。
【0007】
遠隔蛍光体は、発光源が蛍光体で直接被膜された旧式ＳＳＬデバイスに対する改善であったが、変換材料の薄層を連動させることにより、いくつかの問題点が提示され得る。これらの問題点は、蛍光体が飽和する前に変換され得る放出光の量における制限、発光源の表面積と露光され得る蛍光体の量との直接的な相関関係、薄い表面への温度の集中、および変換システムの全体効率を含み得る。
【0008】
したがって、大量の放出光を異なる波長に効率的に変換することができる光変換器の必要性が存在する。
【発明の概要】
【0009】
１つの実施形態において、光源に光学的に結合された不均一な変換コアを含む光源変換器が存在し、変換コアは、複数の層、近位端、遠位端、および近位端と遠位端との間に伸長する長さで構成された伝送媒体を有する。光源変換器は更に、伝送媒体の複数の層の各々に容積的に浮遊する複数の蛍光体粒子を含み、変換コアの近位端に近接した複数の層の１つにおける複数の蛍光体粒子の密度は、伝送媒体の遠位端に近接した複数の層の他の１つにおける複数の蛍光体粒子の密度と異なる。
【0010】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子は、２つ以上の蛍光体粒子割合、組成、および／または化学的性質を含む。伝送媒体の長さにわたる２つ以上の蛍光体粒子割合は、約０％～約１００％または約０．１％～約２５％であってよい。
【0011】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子は、２つ以上の蛍光体種類を含む。２つ以上の蛍光体粒子の割合、化学的性質、および組成の１または複数は、光源からの光の吸収帯を連続的に広げるように構成され得る。
【0012】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子の容積的浮遊は、勾配蛍光体コアを形成する。勾配蛍光体コアは、連続的または非連続的勾配蛍光体コアであってよい。
【0013】
１つの実施形態において、複数の層の各々の厚さは、約３０ミクロンから伝送媒体の全長より約３０ミクロン少ない（厚さ）までの範囲である。複数の層の各々の厚さは、約０．０１ｍｍ～約２５ｍｍであってよい。
【0014】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子の密度は、近位端から遠位端に向かって増加または減少する。
【0015】
１つの実施形態において、伝送媒体は、特定の可視波長の光が伝送媒体を妨げられずに通過することを可能にするように構成された半透明材料で構成される。伝送媒体は、ポリプロピレン、ガラス、アクリル、セラミック、ポリカーボネート、光学ポリマ、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン、オレフィン、コポリマ、ゲル、ハイドロゲル、ガラス質、結晶質、および／または過冷却液体で構成され得る。
【0016】
１つの実施形態において、伝送媒体は、ポリプロピレン、ガラス、アクリル、セラミック、および／またはポリカーボネートで構成される。
【0017】
１つの実施形態において、変換コアは、特定の波長の光の拡散、吸収、および／または方向転換によって、光源からの光の光学特性を修正するように構成される。
【0018】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子の各々は、複数の層内で概ね所定の位置を有する。複数の蛍光体粒子は、変換コアの長さに沿った各断面にわたり互いに概ね均等に離間してよく、各断面は、変換コアの長さに対し垂直である。
【0019】
１つの実施形態において、複数の層の各々は、各々が副層内で同じ蛍光体粒子密度および／または蛍光体粒子化学的性質を有する多数の副層で構成される。複数の層の各々は、複数の層の各々の長さにわたり同じ蛍光体粒子密度および／または蛍光体粒子化学的性質を有してよい。
【0020】
１つの実施形態において、光源はレーザである。光源は、第１の放射スペクトルを出力してよく、変換コアは、第１のスペクトルとは異なる第２の放射スペクトルを出力してよい。
【0021】
１つの実施形態において、複数の層のうちの少なくとも２つの層は、蛍光体粒子割合、蛍光体粒子密度、蛍光体粒子組成、および／または蛍光体粒子化学的性質において異なる。
【0022】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子の容積的浮遊は、非線形、単調性、または多調性の浮遊を含む非連続的容積的浮遊である。
【0023】
本発明の他の実施形態は、レーザ光源を含む光学デバイスを提供する。光学デバイスは、レーザ光源に光学的に結合された不均一な変換コアを含んでよく、変換コアは、近位端、遠位端、近位端と遠位端との間に伸長する長さ、および透明または半透明材料と複数の層とで構成された伝送媒体を有する。光学デバイスは更に、伝送媒体の複数の層の各々に容積的に浮遊する複数の蛍光体粒子を含んでよく、各層は更に、一連の副層に配列され、蛍光体粒子の各々は、一連の副層およびより厚い層または層グループ内で概ね所定の位置を有し、変換コアの近位端に近接した複数の蛍光体粒子の密度は、変換コアの遠位端に近接した複数の蛍光体粒子の密度とは異なり、勾配蛍光体コアを形成する。勾配蛍光体コアは、変換コアの長さに沿ってレーザ光源からの光吸収スペクトルを連続的に広げるように構成され得る。
【0024】
上記概要、ならびに以下に示す光源変換器の実施形態の詳細な説明は、典型的な実施形態の添付図面と関連して閲読すると、より適切に理解される。ただし、本発明は、示された構成および手段そのものに限定されないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】均一容積式蛍光体変換コアを有する従来の光源変換器の概略図である。
【図2A】本発明の典型的な実施形態に係る、容積式蛍光体変換コアおよび連続的密度勾配を有する光源変換器を有する光源の概略図である。
【図2B】本発明の典型的な実施形態に係る、容積式蛍光体変換コアおよび連続的密度勾配を有する光源変換器の概略図である。
【図3】本発明の典型的な実施形態に係る、容積式蛍光体変換コアおよび非連続的密度勾配を有する光源変換器の概略図である。
【図4】本発明の典型的な実施形態に係る、容積式蛍光体変換コアおよび非連続的密度勾配を有する光源変換器の概略図である。
【図5】本発明の典型的な実施形態に係る、２つの異なる蛍光体種類を有する、容積式蛍光体変換コアおよび連続的密度勾配を有する光源変換器の概略図である。
【図6】本発明の典型的な実施形態に係る、２つの異なる蛍光体種類を有する、容積式蛍光体変換コアおよび非連続的密度勾配を有する光源変換器の概略図である。
【図7】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体の左側から右側に向かって非連続的勾配で粒子密度が増加し（かつ蛍光体の種類もまた伝送媒体の左から右へ向かって４段階に変化する）、不均一勾配容積式蛍光体変換コアを有する、伝送媒体内の一連の層として蛍光体粒子の意図的な分布を有する光源変換器の概略図である。
【図8】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度をｙ軸方向に示し、容積式蛍光体変換コアの長さをｘ軸方向に示すグラフである。
【図9】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度をｙ軸方向に示し、容積式蛍光体変換コアの長さをｘ軸方向に示すグラフである。
【図10】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度をｙ軸方向に示し、容積式蛍光体変換コアの長さをｘ軸方向に示すグラフである。
【図11】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度をｙ軸方向に示し、容積式蛍光体変換コアの長さをｘ軸方向に示すグラフである。
【図12】本発明の典型的な実施形態に係る、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度をｙ軸方向に示し、容積式蛍光体変換コアの長さをｘ軸方向に示すグラフである。
【図13】層および副層の配列を示す、光源変換器の概略図である。
【図14A】容積式蛍光体変換コア内の典型的な径方向配列の蛍光体粒子密度を示す、光源変換器の概略図である。
【図14B】容積式蛍光体変換コア内の典型的な径方向配列の蛍光体粒子密度を示す、光源変換器の概略図である。
【図14C】容積式蛍光体変換コア内の典型的な径方向配列の蛍光体粒子密度を示す、光源変換器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の実施形態は、蛍光体粒子の容量パーセントが異なり得るキャリア媒体に蛍光化合物を容積的に配置するための方法を提供し得る。遠隔表面上に薄く均一に分布する被膜を用いる現在のシステムに対し、容積式勾配蛍光体コアの利点は数多くあり、本明細書で説明される。容積式蛍光体コアの利点は、専用の光学系を用いることなく、著しく多い量の蛍光化合物が入射光に露光し得る点であり得る。入射光に露光する表面積を増加させることなく大量の蛍光体が変換プロセスにおいて利用可能であることにより、後続する光出力のための光源に関する比較的小さな全体サイズを可能にしながら、システムの効率が大幅に増加し得る。
【0027】
現在の薄被膜方法と比較して、キャリア媒体内に勾配分布で蛍光化合物を配置することによる利点が生じる。勾配分布を用いることにより、変換された出力光の特性のより精密な制御が可能になり得る。勾配分布から生じる精密な制御は、限定ではないがたとえば、良好な色再現性、制御性の高い色温度、制御性の高いピーク波長、良好な温度操作、狭帯域入射光と広帯域放出光との良好な混合、温度安定性の高いシステム、および高効率な変換プロセスといった、出力光の態様を支援し得る。
【0028】
本発明の実施形態は、キャリア媒体内での蛍光体材料の段階的（非連続的）勾配または滑らかな（連続的）勾配分布を提供し得る。そのような分布は、限定ではないが、線形、非線形、単調性、多調性などであってよい。勾配分布は、限定ではないがたとえば約３０ミクロンからコアの全長より約３０ミクロン少ない（厚さ）までの範囲である分布層の厚さにおける変化にもなり得る。この種の勾配は、層を生成する製造プロセスを用いて実現され得る。各層は、多数の副層で構成され得る。各副層は、同様または同一の蛍光体粒子密度および組成で構成され得る。この製造プロセスは、限定ではないがたとえば積層、水熱合成、焼結、融着、堆積、ゾルゲルプロセス、ゲル燃焼、拡散接合、化学沈殿、共沈、固体／湿式化学合成、および／または接着などの様々な方法によって層を生成および結合してよい。
【0029】
またこの製造プロセスは、同じ蛍光体コア内での複数の蛍光化合物、複数の蛍光体粒子サイズの意図的な使用、ならびに異なる蛍光化合物を異なる濃度で分散することも可能にし得る。これにより、変換された出力光の更に精密な制御がもたらされ得る。またこの製造プロセスは、出力光が各使用事例の要件に適合することを確実にするために、伝送媒体内に浮遊する蛍光体の割合、サイズ、および種類を意図的に選択することも伴う。またこの製造プロセスは、現在所定の割合で蛍光体粒子と混合されているキャリア媒体の一連の薄い副層を、より精密な光出力をもたらすより厚い層または層グループに意図的に配列することも可能にする。個々の副層は、個々の層内の副層間で、同様または同一の蛍光体粒子密度、サイズ、および／または組成を有してよい。各層内の副層において同様の蛍光体粒子密度および組成を有することにより、それぞれの層および伝送媒体全体における蛍光体粒子配列の特定の制御が可能になり得る。最低でも、副層の厚さは、１つの蛍光体粒子の径であってよい。副層の厚さは、使用事例ごとに必要とされる光変換および変調特性に依存する。各層は、数十、数百、数千、または数百万の副層で構成され得る。プロセスを通して、厳しく試験された観測に基づき、蛍光体粒子浮遊の効率および制御を改善し続ける最適ワークフローが確立される。
【0030】
本発明の実施形態は、入射光が変換コア内に入光する側に最低濃度の蛍光体が存在し、入射光が変換コア内に入光する側から遠位に最高濃度の蛍光体が存在し得る、不均一勾配容積式蛍光体変換コアであってよい。本発明の他の実施形態は、変換コア内に最低および最高濃度の蛍光体が存在し得るが、必ずしも入射光に対し最低から最高に向かって配置されない、不均一勾配容積式蛍光体変換コアであってよい。本発明のそのような実施形態は、変換コア内に最低および最高濃度の蛍光体が存在し、蛍光体の濃度がコアの中心軸から径方向分布で変動し得る、不均一勾配容積式蛍光体変換コアであってよい。そのような実施形態は、たとえば、中心において最高濃度であり、コア内で径方向外側に減少する濃度を有してよい。他のそのような実施形態は、たとえば、中心において最低濃度であり、径方向外側に増加する濃度を有してよい。
【0031】
本発明は、狭帯域光を、より長い波長の広域スペクトル光に効率的に変換する改善された方法に関し得る。たとえば、４５０ｎｍのピーク波長を有する狭帯域青色光は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の広域スペクトル光に変換され得る。第２の例において、５１５ｎｍのピーク波長を有する狭帯域緑色光は、９００ｎｍ～３ミクロンの範囲の広域スペクトル光に変換され得る。以下に説明するように、いくつかの実施形態において、勾配容積式蛍光体変換コアが展開されている。
【0032】
図１を参照すると、従来技術において開示される光変換のための従来のアプローチが示される。光変換システム１０は、伝送媒体１０１と、伝送媒体１０１の容積全体に分散した蛍光体粒子１０２の分布とを有する変換コア１００を含んでよい。光源（不図示）は、送信媒体１０１に光学的に結合され、光１０４を放出するように構成されてよく、光１０４は、変換コア１００内に入光し、変換コア１００を通って伝送し得る。
【0033】
１つの実施形態において、光源は、変換プロセスのために用いられ、４５０ｎｍの出力波長および１００ｍＷの光パワー出力を有するレーザである。他の実施形態において、光源は、変換プロセスのために用いられ、５１５ｎｍの出力波長および１５０ｍＷの光パワー出力を有するレーザである。また他の実施形態において、光源は、変換プロセスのために用いられ、４４５ｎｍの出力波長および１０Ｗの光パワー出力を有するレーザである。ただし、光源は、明確に定義された蛍光材料を励起するのに適した波長を有してよく、限定ではないがたとえば２００ｎｍ～４５０ｎｍ、４００ｎｍ～７５０ｎｍ、４５０ｎｍ～９００ｎｍ、８００ｎｍ～１５５０ｎｍ、その他の波長を有するレーザ放射であってよい。
【0034】
図１に示す方法において、変換コア１００の容積全体にわたり蛍光体粒子１０２の均一分布が存在し得る。また、この蛍光体粒子１０２の均一分布は、ランダムかつ非意図的な方法で配列され得るので、入力光１０４の光線が、光変換を最大化するように蛍光体粒子１０２と相互作用するように構成されないことがある。１つの実施形態において、入力光１０４の光線は、蛍光体粒子１０２と相互作用し、その結果、変換光１０６が放出される。他の実施形態において、光１０４は蛍光体粒子１０２と相互作用せず、その結果、無変換光１０８が放出される。このランダムかつ非意図的な粒子配列は、光を伝送媒体に集中させるために、専用の光学系の使用も必要とし得る。また変換コア１００は、反射の可能性を低減するために、光源から短い距離を置いて配置される必要もあり得る。
【0035】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、本発明の第１の典型的な実施形態が示される。１つの実施形態において、伝送媒体２０１と、変換コア２００内で不均一な容積的浮遊状態である複数の蛍光体粒子２０２の分布とを有する変換コア２００を含む光変換システム２０が存在する。１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２を浮遊させる製造プロセスは、複数の蛍光体粒子２０２を、たとえばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのキャリア材と混合することを必要とし得る。たとえば他の光学ポリマ、セラミック、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、オレフィン、コポリマ、ゲル、ハイドロゲル、ガラス質、結晶質、過冷却液体、および、明記されないが同様の特性および説明された特徴を有する蛍光体粒子のためのキャリアとして作用する能力を有する材料を含む他の同様の材料など、他のキャリア材が用いられてよい。キャリア材は、複数の蛍光体粒子２０２が内部に浮遊する伝送媒体２０１を備えてよい。その結果生じるキャリア材と複数の蛍光体粒子２０２との混合物は圧縮され、変換コア２００を形成するために圧縮、接着、および／または接合される個々の副層内に押し出され得る。複数の蛍光体粒子２０２およびたとえばＰＭＭＡまたはセラミック材料などのキャリア材は、一体に混合されたＰＭＭＡまたはセラミックおよび蛍光体粒子２０２の追加の層と更に接合される薄い副層または層グループごとに複数の蛍光体粒子２０２の所望の割合を実現するために変更および制御され得る。
【0036】
図２Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、変換コア２００は任意選択的に、第１の放射スペクトルを有し得る光２０４を放出する光源２３２に結合される。変換コア２００は、デバイス２３０内で用いられ得る。デバイス２３０は、たとえば参照によってその全体が本願に組み込まれる米国特許第１０，６１０，０８９号において開示されるような無線撮像デバイスであってよい。デバイス２３０は、光学素子２３３、光反射体２３５、包装体２３１、およびフィルタ２３７を更に含んでよい。デバイス２３０の光源２３２は、変換コア２００と相互作用し変換光２０６を出力する光２０４を出力してよい。デバイス２３０は、光源２３２と変換コア２００との間に配置され得る光学素子２３３を含んでよい。光学素子２３３は、光２０４を変換コア２００の方へ方向転換させ得る。デバイス２３０は、変換コア２００によって変換された変換光２０６を更に調整するように構成され得る光反射体２３５およびフィルタを含んでよい。光源２３２は、複数の蛍光体粒子２０２と相互作用する光２０４が変換コア２００の層と垂直でありさえすれば、どこに配置されてもよい。
【0037】
図２Ｂを参照すると、変換コア２００は、遠位端２２６、近位端２２８、および近位端２２８と遠位端２２６との間に伸長する長さＬを有してよい。変換コア２００の寸法は、ミリメートル単位～メートル単位の範囲内であってよい。いくつかの実施形態において、変換コア２００は、数ミリメートル、数センチメートル、数デシメートル、または数メートルの寸法を有する。たとえば変換コア２００は、１０ｍｍの長さＬ、５ｍｍの幅、および５ｍｍの高さを有してよい。変換コア２００は、１ｍｍ～５０ｍｍ、５ｍｍ～４０ｍｍ、１０ｍｍ～３０ｍｍ、２０ｍｍ～２５ｍｍの長さＬを有してよい。変換コア２００は、１ｍｍ～５０ｍｍ、５ｍｍ～４０ｍｍ、１０ｍｍ～３０ｍｍ、または２０ｍｍ～２５ｍｍの幅を有してよい。変換コア２００は、１ｍｍ～５０ｍｍ、５ｍｍ～４０ｍｍ、１０ｍｍ～３０ｍｍ、または２０ｍｍ～２５ｍｍの高さを有してよい。１つの実施形態において、変換コア２００は、１０ｍｍの長さＬおよび５ｍｍの径を有する円筒である。他の例において、変換コア２００は、たとえば細長い照明管のように、１ｍ超過の長さＬを有する。
【0038】
光２０４は、近位端２２８から変換コア２００内に入光し得る。１つの実施形態において、光２０４は、光２０４を変換光２０６に変換する蛍光体粒子２０２と相互作用し、その結果、変換コア２００から変換光２０６が放出される。変換光２０６は、光２０４の第１の放射スペクトルとは異なる第２の放射スペクトルを有し得る。変換コア２００から放出される変換光２０６は、相互作用の後、異なる波長を表すように湾曲して示され得る。たとえば光２０４は、複数の蛍光体粒子２０２と相互作用することにより、光２０４とは異なる波長を有する変換光２０６を放出し得る。他の実施形態において、光２０４は、複数の蛍光体粒子２０２と相互作用することなく変換コア２００を通って存続し、その結果、無変換光２０８が変換コア２００から放出される。無変換光２０８は、どの蛍光体粒子２０２とも相互作用しない光であり得るので、結果として、無変換光２０８は光２０４と同じ波長を有する。いくつかの実施形態において、無変換光２０８の波長は、光２０４の波長と同じである。
【0039】
変換コア２００は、変換光２０６と無変換光２０８との混合物を生成してよい。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子２０２の分布は、伝送媒体２０１内で容積的に浮遊し、一連の副層に配列され得る。複数の蛍光体粒子２０２は、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに概ね均等に離間してよい。１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２は、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに均等に離間してよい。いくつかの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２は、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに概ね均一に離間してよく、ここで均一とは、複数の蛍光体粒子２０２間の平均間隔が等しいことを意味する。いくつかの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２の約９７％、９５％、９０％、８０％、８５％、または７５％が、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに均一に離間してよい。他の実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２は、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに不均等に離間する。たとえば、複数の蛍光体粒子２０２のいくつかが、層または副層内で塊またはグループであってよく、その結果、複数の蛍光体粒子２０２のサブグループが不均等に離間している。複数の蛍光体粒子２０２の約９７％、約９５％、約９０％、約８０％、約８５％、または約７５％が、変換コア２００の長さＬに沿った各断面にわたり互いに均等に離間してよい。
【0040】
一連の副層は、意図的に、層または層グループに配列されてよく、その各々が、内部に配置され、光源からの光２０４の吸収を連続的に広げるように構成された蛍光体粒子２０２の分布を有する。１つの実施形態において、一連の副層は、光源からの光２０４の吸収を連続的に広げるように意図的に配列され得る。伝送媒体２０１内に浮遊する蛍光体粒子２０２の分布は、伝送媒体２０１の遠位端２２６における蛍光体粒子２０２の大きな割合に比べて、近位端２２８における蛍光体粒子２０２が小さな割合であることによって示されるように、不均一であってよい。いくつかの実施形態において、変換コア２００は、近位端２２８から、遠位端２２６に隣接した蛍光体粒子２０２の密度まで、蛍光体粒子２０２の密度の連続的増加を含む。密度増加率は、所望の出力照明目標に依存し得る。たとえば、変換コア２００は、所望の輝度、色、および／またはシステム全体の効率に基づいて、様々な密度増加率を含んでよい。１つの実施形態において、変換コア２００の遠位端２２６付近の蛍光体粒子２０２の密度、化学的性質、サイズ、組成、および／または割合は、変換コア２００の近位端２２８付近の蛍光体粒子２０２の密度、化学的性質、組成、および／または割合と異なり得る。
【0041】
図２Ａおよび図２Ｂの実施形態は、本明細書で説明するように、図３～７の実施形態と比較可能であり得る。光変換プロセスは、変換コア内の勾配蛍光体粒子における蛍光発光およびストークスシフトのプロセスを用いることによって起こり得る。蛍光体粒子２０２の容積的浮遊は、変換コア２００内の勾配蛍光体コアを形成し得る。１つの実施形態において、蛍光体粒子２０２の特定の意図的な容積的浮遊により、より多くの蛍光体粒子２０２が入射光２０４と相互作用し、光変換に関与する。変換コア２００の各層は、マトリックス構成に配列され得る。光２０４への露光表面積を増加させることなく光変換プロセスに関与する蛍光体粒子２０２の割合を増加させることにより、システム効率が著しく増加し、より小さなサイズの変換コア２００が可能になり得る。
【0042】
１つの実施形態において、伝送媒体２０１内に浮遊する蛍光体粒子２０２の配列、密度、化学的性質、組成、および／または割合により、より多くの蛍光体粒子２０２が光２０４と相互作用し、光変換に関与する。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子２０２の密度または割合は、ＰＭＭＡ溶液または他の特定のキャリア媒体に混合される実際の蛍光体の量によって定義される。蛍光体粒子２０２の様々な化学的性質または組成の組み合わせが用いられてよく、その各々が、所望の結果を実現するために各副層において全体溶質に対する独自の割合を有する。
【0043】
１つの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２は、変換コア２００の長さＬにわたり蛍光体粒子２０２の２つ以上の異なる割合を含む。蛍光体粒子２０２の割合は、光源からの光２０４の光路に沿った点におけるＰＭＭＡ（または他の特定のキャリア媒体）内の蛍光体粒子２０２の実際の混入割合であってよい。ＰＭＭＡまたは他の特定のキャリア媒体内の蛍光体粒子２０２の割合は、所望の出力に基づいて変更され、相違し得る。１つの実施形態において、変換コア２００の長さＬにわたる蛍光体粒子２０２の２つ以上の異なる割合は、約０％～約１００％相違する。たとえば、変換コア２００の長さＬ全体にわたる蛍光体粒子２０２の２つ以上の異なる割合は、０％、５％、１０％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、７５％、８０％、９０％、または１００％相違してよい。他の実施形態において、変換コア２００の長さＬにわたる蛍光体粒子２０２の２つ以上の割合は、約０．１％～約２５％相違する。ただし、変換コア２００の長さＬにわたる蛍光体粒子２０２の２つ以上の割合は、約０．０１％～約２５％、約５％～約９５％、約１０％～約７５％、または約１５％～約５０％相違してよい。蛍光体粒子２０２の２つ以上の割合は、光源からの光２０４の吸収を連続的に広げるように構成され得る。蛍光体粒子２０２の異なる割合は、限定ではないがたとえば低度から高度、高度から低度など、一方向の濃度で分布する必要はない。たとえば、蛍光体粒子２０２の割合は、近位端２２８において約５％であってよく、遠位端２２６において約１５％であってよい。ただし、蛍光体粒子２０２の割合は、近位端２２８において約０％～約１００％、約５％～約９０％、約１５％～約８０％、約２５％～約７０％、または約３５％～６０％、および遠位端２２６において約０％～約１００％、約５％～約９０％、約１５％～約８０％、約２５％～約７０％、または約３５％～６０％であってよい。
【0044】
いくつかの実施形態において、複数の蛍光体粒子２０２が、変換コア２００の伝送媒体２０１内に配置される。伝送媒体２０１は、特定の可視波長の光が伝送媒体２０１を妨げられずに通過することを可能にするように構成された透明または半透明材料で構成され得る。伝送媒体２０１は、ポリプロピレン、ガラス、アクリル、セラミック、ポリカーボネート、または他の任意の透明材料で構成され得る。たとえば、伝送媒体２０１は、透明多層セラミック材料で構成され得る。透明多層セラミック材料の特性は、変換光２０６の色を変えるために変更され得る。たとえば、透明多層セラミック材料の層の厚さは、白色光を生成するように調節され得る。いくつかの実施形態において、伝送媒体２０１の透明多層セラミック材料は、変換光２０６の特性を調節するために変更され得る、ＡｌＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、ＰＲ３＋、ＮＤ３＋、ＣＲ４＋、ＹＢ３＋、Ｄｙ３＋、Ｇｄ３＋、および／またはＣｅ３＋を含む。
【0045】
伝送媒体２０１は、蛍光体粒子２０２が様々な温度で配合されることが可能な材料であってよい。伝送媒体２０１は、特定の波長の光の拡散、吸収、および／または方向転換を含む、光源からの光２０４の光学特性を修正するように構成され得る。伝送媒体２０１は、多層または配合材料で構成され得る。１つの実施形態において、伝送媒体２０１の多数の層の個々の層の厚さは、約３０ミクロンから変換コア２００の全長より約３０ミクロン少ない（厚さ）までの範囲である。他の実施形態において、伝送媒体の多数の層の個々の層の厚さは、約０．０１ｍｍ～約２５ｍｍの範囲である。伝送媒体２０１を通過する光２０４の伝送メカニズムは、直射、軸上または軸外れ、散乱、および／または正反射であってよい。光２０４は、色、輝度、平均波長、ピーク波長などを含むいくつかの異なる方法で修正され得る。たとえば、光２０４を修正するために様々な光学素子が用いられ得る。いくつかの実施形態において、光２０４の特性を修正するためにレンズが用いられる。いくつかの実施形態において、レンズは、光変換システム２０内で用いられない。
【0046】
図３を参照すると、第２の典型的な実施形態が示される。いくつかの実施形態において、光変換システム３０は、光変換システム２０に関連する。光変換システム３０は、遠位端３２６、近位端３２８、伝送媒体３０１、および蛍光体粒子３０２および３１０を有する不均一な変換コア３００を含んでよい。変換コア３００は、複数の蛍光体粒子３１０の分布を有する左側コア３１４、複数の蛍光体粒子３０２の分布を有する右側コア３１６、および層境界面３１２を含んでよい。左側コア３１４および右側コア３１６は、光３０４を放出する光源に光学的に結合され得る。層境界面３１２は、左側コア３１４と右側コア３１６との間に配置され得る。
【0047】
光変換システム３０の伝送媒体３０１は、層で構成されてよく、これは更に個々の副層で構成され得る。たとえば、図３に示すように、光変換システム３０は、層３１８－１および層３１８－２で構成され得る。層３１８－Ｎは、示される層のいずれか１つ（たとえば層３１８－１、層３１８－２など）を指し得る。層３１８－１は更に、個々の副層、副層３２０－Ｎで構成され得る。副層３２０－Ｎは、示される個々の副層のいずれか（たとえば副層３２０－１、副層３２０－２、副層３２０－３、副層３２０－４、副層３２０－５、および／または副層３２０－６）を指し得る。同様に、層３１８－２もまた、個々の副層（不図示）で構成され得る。１つの実施形態において、層３１８－１および層３１８－２は、各々が６つの個々の副層で構成され得る。個々の副層３２０－Ｎの厚さは、たとえば１つの蛍光体粒子の径であってよい。よって、層３１８－Ｎの厚さは、個々の副層３２０－Ｎの厚さによって定められ得る。たとえば、層３１８－Ｎの厚さは、全ての副層３２０－Ｎの厚さの和であってよい。上述したように、層３１８－１内の副層３２０－Ｎにおいて同様の密度および組成の蛍光体粒子３１０を有することにより、それぞれの層３１８－Ｎおよび伝送媒体３０１における蛍光体粒子３１０の配列の特定の制御が可能であり得る。蛍光体粒子３１０の特定の配列は、図２Ｂ、図４～７、および図１４Ａ～１４Ｃにも同様に適用可能であり得る。
【0048】
１つの実施形態において、光３０４は、左側コア３１４を介して変換コア３００の伝送媒体３０１内に入光し得る。光３０４は、蛍光体粒子３１０、３０２と相互作用してよく、その結果、変換コア３００から変換光３０６が放出される。右側コア３１６に容積的に浮遊する蛍光体粒子３０２は、一連の副層に意図的に配列され得る。一連の副層は、光３０４の吸収を連続的に広げるように構成されたより厚い層または層グループに意図的に配列され得る。図１および図２と比較すると、図３は、変換コア３００から放出される変換光３０６によって示される増加したレベルの光変換、および、伝送媒体３０１の遠位端３２６から放出される無変換光３０８の描写における減少を示し得る。図１と比較した場合の無変換光３０８の量の減少は、勾配蛍光体コアの形成、および／または蛍光体粒子３１０、３０２の密度における非連続的増加勾配に起因し得る。
【0049】
１つの実施形態において、左側コア３１４および右側コア３１６において容積的に浮遊する蛍光体粒子３０２、３１０の分布は、不均一である。たとえば、右側コア３１６に容積的に浮遊し得る蛍光体粒子３０２の大きな割合と比べて、小さな割合の蛍光体粒子３１０が左側コア３１４に容積的に浮遊し得る。いくつかの実施形態において、変換コア３００は、左側コア３１４における蛍光体粒子３１０の密度から右側コア３１６における蛍光体粒子３０２の密度への非連続的増加勾配を含む。また、層境界面３１２において、またはそれと隣接して、蛍光体粒子３０２、３１０の密度の急な増加が存在し得る。
【0050】
いくつかの実施形態において、蛍光体粒子３０２、３１０の容積的浮遊は、変換コア３００の伝送媒体３０１内に勾配を形成する。１つの実施形態において、蛍光体粒子３０２、３１０の容積的浮遊により、より多くの蛍光体粒子３０２、３１０が入射光３０４と相互作用し、光変換に関与する。入射光３０４への露光表面積を増加させることなく、かつ専用の光学系を必要とせず、光変換プロセスに関与する蛍光体粒子３０２、３１０の割合を増加させることにより、比較的小さな全体サイズを可能にしながら、光変換システム３０の効率が著しく増加し得る。１つの実施形態において、伝送媒体３０１に浮遊する蛍光体粒子３０２、３１０の配列、密度、化学的性質、組成、および／または割合により、より多くの蛍光体粒子３０２、３１０が光３０４と相互作用し、光変換に関与する。
【0051】
図４を参照すると、本発明の第３の典型的な実施形態が示される。いくつかの実施形態において、光変換システム４０は、光変換システム２０、３０に関連する。光変換システム４０は、遠位端４２６、近位端４２８、伝送媒体４０１、および蛍光体粒子４０２、４１０を有する容積式不均一変換コア４００を含んでよい。変換コア４００は、左側コア４１４、左中コア４１６、右中コア４１８、右側コア４２０、および層境界面４２２、４１２、および４２４で構成され得る。層境界面４２２は、左側コア４１４と左中コア４１６との間に配置され得る。層境界面４１２は、左中コア４１６と右中コア４１８との間に配置され得る。層境界面４２４は、右中コア４１８と右側コア４２０との間に配置され得る。
【0052】
変換コア４００の左側コア４１４、左中コア４１６、右中コア４１８、および右側コア４２０の各々は、蛍光体粒子４０２、４１０の特定の密度、組成、割合、および／または化学的性質によって区別され得る。左側コア４１４は、複数の蛍光体粒子４１０の独自の意図的な分布を有してよく、右側コア４２０は、複数の蛍光体粒子４０２の独自の意図的な分布を有してよい。いくつかの実施形態において、複数の蛍光体粒子４０２の分布は、複数の蛍光体粒子４１０の分布と異なる。他の実施形態において、複数の蛍光体粒子４０２の分布は、複数の蛍光体粒子４１０の分布と同じである。
【0053】
伝送媒体４０１は、光４０４を放出する光源に光学的に結合され得る。光４０４は、左側コア４１４から変換コア４００の伝送媒体４０１内に入光し得る。１つの実施形態において、光４０４は、変換コア４００全体にわたり蛍光体粒子４１０、４０２と相互作用してよく、その結果、光４０４は、変換コア４００から放出される変換光４０６に変換される。蛍光体粒子４１０、４０２の分布は、伝送媒体４０１内の一連の副層に意図的に配列され得る。一連の副層は、光源からの光４０４の吸収を連続的に広げるように構成されたより厚い層または層グループに意図的に配列され得る。図１および図２Ｂと比較すると、図４は、増加したレベルの光変換を示す。たとえば、図４は、増加した量の変換光４０６を示し、変換コア４００の遠位端４２６から放出される無変換光の描写はない。これは、たとえば、勾配蛍光体コアの形成、および／または蛍光体粒子４０２、４１０の密度の非連続的増加勾配に起因し得る。
【0054】
変換コア４００の伝送媒体４０１内に容積的に浮遊する蛍光体粒子４０２、４１０の分布は、右側コア４２０における蛍光体粒子４０２の大きな割合と比べて、左側コア４１４における蛍光体粒子４１０が小さな割合であることによって示されるように、不均一であってよい。蛍光体粒子４１０の密度において、左側コア４１４から左中コア４１６および右中コア４１８を通って右側コア４２０までの非連続的増加勾配が存在し得る。また、層境界面４２２、４１２、および４２４において、またはそれらに隣接して、蛍光体粒子４０２、４１０の密度の急な増加も存在し得る。
【0055】
図５を参照すると、本発明の第４の典型的な実施形態が示される。いくつかの実施形態において、光変換システム５０は、光変換システム２０、３０、４０に関連する。光変換システム５０は、遠位端５２６、近位端５２８、伝送媒体５０１、および蛍光体粒子５０２、５１０を有する容積式不均一変換コア５００を含んでよい。蛍光体粒子５０２、５１０は、伝送媒体５０１内に容積的に配置されてよく、伝送媒体５０１全体にわたり、第１の種類の複数の蛍光体粒子５１０の分布および第２の種類の複数の蛍光体粒子５０２の分布を有してよい。変換コア５００は、光５０４を放出する光源に光学的に結合されてよく、左側コア５１４および右側コア５２０を含んでよい。光５０４は、左側コア５１４から変換コア５００の伝送媒体５０１内に入光し得る。１つの実施形態において、光５０４は、蛍光体粒子５０２、５１０と相互作用し、その結果、光５０４は、変換光５０６に変換され、変換コア５００から放出される。
【0056】
蛍光体粒子５０２、５１０の分布は、伝送媒体５０１内の一連の副層に意図的に配列され得る。一連の副層は、光５０４の吸収を連続的に広げるように構成されたより厚い層または層グループに意図的に配列され得る。図１および図２Ｂと比較すると、図５は、変換コア５００から放出される変換光５０６によって示される増加したレベルの光変換を示してよく、また、変換コア５００の遠位端５２６から放出される光の描写がないことも示し得る。これは、たとえば、２つの異なる種類の蛍光体粒子５０２、５１０の使用、勾配蛍光体コアの形成、および／または蛍光体粒子５０２、５１０の密度の連続的増加勾配に起因し得る。
【0057】
変換コア５００内に容積的に浮遊する蛍光体粒子５０２、５１０の分布は、変換コア５００の右側コア５２０内に容積的に浮遊する第２の種類の蛍光体粒子５０２の大きな割合と比べて、変換コア５００の左側コア５１４内に容積的に浮遊する第１の種類の蛍光体粒子５１０が小さな割合であることによって示されるように、不均一であってよい。近位端５２８に隣接した第１の種類の蛍光体粒子５１０の密度から遠位端５２６に隣接した第２の種類の蛍光体粒子５０２の密度への連続的増加勾配が存在し得る。
【0058】
蛍光体粒子５０２、５１０の容積的浮遊は、変換コア５００において勾配蛍光体コアを形成し得る。１つの実施形態において、蛍光体粒子５０２、５１０の容積的浮遊により、より多くの蛍光体粒子が光５０４と相互作用し、光変換に関与し得る。光５０４への露光表面積を増加させることなく、光変換プロセスに関与する蛍光体粒子５０２、５１０の割合を増加させることにより、後続する光出力のための光源に関する比較的小さな全体サイズを可能にしながら、光変換システム５０の効率が著しく増加し得る。１つの実施形態において、変換コア５００の伝送媒体５０１内に浮遊する蛍光体粒子５０２、５１０の配列、密度、化学的性質、組成、および／または割合により、より多くの蛍光体粒子５０２、５１０が光５０４と相互作用し、光変換に関与し得る。
【0059】
図６を参照すると、本発明の第５の典型的な実施形態が示される。いくつかの実施形態において、光変換システム６０は、光変換システム２０、３０、４０、５０に関連する。光変換システム６０は、近位端２６２、近位端６２８、伝送媒体６０１、および蛍光体粒子６０２、６１０を有する不均一変換コア６００を含んでよい。変換コア６００は、左側コア６１４、右側コア６１６、層境界面６１２、左側コア６１４内に分散した第１の種類の複数の蛍光体粒子６１０、および右側コア６１６内に分散した第２の種類の複数の蛍光体粒子６０２を含んでよい。変換コア６００は、光６０４を放出する光源に光学的に結合され得る。光６０４は、左側コア６１４から変換コア６００の伝送媒体６０１内に入光し得る。１つの実施形態において、光６０４は、蛍光体粒子６０２、６１０と相互作用してよく、その結果、変換コア６００から変換光６０６が放出される。
【0060】
蛍光体粒子６０２、６１０の分布は、伝送媒体６０１における一連の副層に意図的に配列され得る。一連の副層は、光６０４の吸収を連続的に広げるように構成されたより厚い層または層グループに意図的に配列され得る。図１および図２Ｂと比較すると、図６は、変換コア６００から放出される変換光６０６によって示される増加したレベルの光変換を示してよく、変換コア６００の遠位端６２６から放出される光の描写はない。これは、たとえば、２つの異なる種類の蛍光体粒子６０２、６１０の使用、勾配蛍光体コアの形成、および／または蛍光体粒子６０２、６１０の密度の非連続的増加勾配に起因し得る。
【0061】
変換コア６００内に容積的に浮遊する蛍光体粒子６０２、６１０の分布は、変換コア６００の右側コア６１６内に容積的に浮遊する第２の種類の蛍光体粒子６０２の大きな割合と比べて変換コア６００の左側コア６１４内に容積的に浮遊する第１の種類の蛍光体粒子６１０が小さな割合であることから示されるように、不均一であってよい。近位端６２８における第１の種類の蛍光体粒子６１０の密度から遠位端６２６に隣接した第２の種類の蛍光体粒子６０２の密度への非連続的増加勾配が存在し得る。また、層境界面６１２における蛍光体粒子６０２、６１０の密度の急な増加も存在し得る。
【0062】
図７を参照すると、本発明の第６の典型的な実施形態が示される。いくつかの実施形態において、光変換システム７０は、光変換システム２０、３０、４０、５０、６０に関連する。光変換システム７０は、変換コア７００が近位端７３２、遠位端７３０、伝送媒体７０１、および蛍光体粒子７０２、７１０、７２８、７２６を含んでよい。変換コア７００は、第１の種類の蛍光体粒子７１０を有する左側コア７１４、第２の種類の蛍光体粒子７２６を有する左中コア７１６、第３の種類の蛍光体粒子７２８を有する右中コア７１８、第４の種類の蛍光体粒子を有する右側コア７２０、および層境界面７２２、７１２、および７２４を含んでよい。層境界面７２２は、左側コア７１４と左中コア７１６との間に配置され得る。層境界面７１２は、左中コア７１６と右中コア７１８との間に配置され得る。層境界面７２４は、右中コア７１８と右側コア７２０との間に配置され得る。
【0063】
変換コア７００の左側コア７１４、左中コア７１６、右中コア７１８、および右側コア７２０の各々は、特定の密度、組成、割合、および／または化学的性質によって区別され得る。変換コア７００は、光７０４を放出する光源に光学的に結合され得る。光７０４は、左側コア７１４から変換コア７００の伝送媒体７０１内に入光し得る。１つの実施形態において、光７０４は、蛍光体粒子７０２、７２６、７２８、７１０と相互作用してよく、その結果、変換光７０６が放出される。蛍光体粒子７０２、７２６、７２８、７１０の分布は、伝送媒体７０１内の一連の副層に意図的に配列され得る。一連の副層は、光７０４の吸収を連続的に広げるように構成されたより厚い層または層グループに意図的に配列され得る。図１および図２Ｂと比較すると、図７は、変換コア７００から放出される変換光７０６によって示される増加したレベルの光変換を示してよく、変換コア７００の遠位端７３０から放出される無変換光の描写はない。これは、たとえば、４つの異なる種類の蛍光体粒子７０２、７１０、７２６、７２８の使用、勾配蛍光体コアの形成、および／または蛍光体粒子７０２、７１０、７２６、７２８の密度の連続的増加勾配に起因し得る。
【0064】
変換コア７００の伝送媒体７０１内に容積的に浮遊する蛍光体粒子７０２、７１０、７２６、７２８の分布は、変換コア７００の右側コア７２０内に容積的に浮遊する第４の種類の蛍光体粒子７０２の大きな割合と比べて変換コア７００の左側コア７１４内に容積的に浮遊する第１の種類の蛍光体粒子７１０が小さな割合であることから示されるように、不均一であってよい。左側コア７１４における第１の種類の蛍光体粒子７１０の密度から、第２の種類の蛍光体粒子７２６を有する左中コア７１６、第３の種類の蛍光体粒子７２８を有する右中コア７１８を通って、右側コア７２０に隣接した第４の種類の蛍光体粒子７０２の密度への非連続的増加勾配が存在し得る。また、層境界面７１２、７２２、および７２４における蛍光体粒子７０２、７１０、７２６、７２８の急激な増加も存在し得る。
【0065】
図８を参照すると、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度と、容積式蛍光体変換コアの長さとの関係を示すグラフが示される。密度は、単一の非連続的非線形勾配で増加し得る。この非連続的増加は、段階的グラフによって示され得る。
【0066】
図９を参照すると、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度と、容積式蛍光体変換コアの長さとの関係を示すグラフが示され、密度は、単一の連続的非線形勾配で増加し得る。
【0067】
図１０を参照すると、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度と、容積式蛍光体変換コアの長さとの関係を示すグラフが示され、密度は、多数の非連続的非線形勾配で増加し得る。この非連続的増加は、段階的グラフによって示され得る。
【0068】
図１１を参照すると、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度と、容積式蛍光体変換コアの長さとの関係を示すグラフが示され、密度は、多数の連続的非線形勾配で増加し得る。
【0069】
図１２を参照すると、伝送媒体全体に分散した蛍光体粒子の密度と、容積式蛍光体変換コアの長さとの関係を示すグラフが示され、密度は、単一の連続的線形勾配で増加し得る。
【0070】
図１３を参照すると、層および副層の典型的な配列を示す、光変換システムの概略図が示される。たとえば、層１ １３００－１は個々の副層で構成され、層２ １３００－２は個々の副層で構成され、層３ １３００－３は個々の副層で構成され得る。各層１３００－１、１３００－２、１３００－３の個々の副層は、同様または同一の蛍光体粒子密度および組成を有してよい。最低でも、副層の厚さは、単一の蛍光体粒子の径であってよい。ただし、副層の厚さは、２つの蛍光体粒子、３つの蛍光体粒子、４つの蛍光体粒子、または４より多い数の蛍光体粒子の径であってよい。副層の厚さは、使用事例ごとに必要とされる光変換および変調特性に依存する。各層は、数十、数百、数千、または数百万の副層で構成され得る。
【0071】
図１４Ａ～１４Ｃを参照すると、容積式蛍光体変換コア内の蛍光体粒子密度の典型的な径方向配列を示す、光変換システムの概略図が示される。図１４Ａ～１４Ｃにおいて、より高い蛍光体粒子密度は、より高密度の影で表現され得る。たとえば、図１４Ａにおける１つの実施形態において、蛍光体粒子分布は、個々の層が、中央から径方向外側に蛍光体粒子の密度が増加する勾配蛍光体分布１４０１を有し得るように配列され得る。図１４Ｂにおける他の実施形態において、個々の層は、中央から径方向外側に蛍光体粒子の密度が減少する、または蛍光体粒子の密度変化に関して連続的または非連続的であり得る他の任意の配列である勾配蛍光体分布１４０２を有してよい。図１４Ｃにおけるまた他の実施形態において、これらの上述した径方向層は、たとえば円筒１４０３などの容積形状に配列されてよく、各径方向層は、前後の層と異なり得る。ここで説明される容積形状は、円筒に限定されず、径方向層は、限定ではないがたとえば角柱、円錐、立方体、または他の任意の立体幾何学などの容積形状で用いられ得る。これらの径方向層を用いて構築される立体幾何学は、全体にわたり径方向１４０４および／または軸方向１４０５に異なる密度を有し得る。
【0072】
当業者には理解されるように、上記で示され説明された典型的な実施形態には、その幅広い発明概念から逸脱することなく、変更が加えられ得る。したがって、本発明は、図示および説明された典型的な実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の主旨および範囲内の修正を包括することが意図されていることが理解される。たとえば、典型的な実施形態の特定の特徴は、本発明の一部であってもなくてもよく、開示される実施形態の様々な特徴は、結合されてよい。本明細書で特に明記されない限り、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という語は、１つの要素に限定されるのではなく、「少なくとも１つ」を意図するものとして読み取らなければならない。
【0073】
理解すべき点として、本発明の図および説明の少なくとも一部は、本発明の明確な理解に関連する要素に焦点を当てるために簡略化されており、明確化のために、当業者が本発明の一部を構成し得ることを理解する他の要素が削除される。ただし、そのような要素は当技術分野において周知であるため、また必ずしも本発明の適切な理解をもたらすものではないため、そのような要素は本明細書に記載されない。
【0074】
また、本発明の方法が、本明細書に記載されるステップの特定の順序に依拠するものでなければ、ステップの特定の順序は、特許請求の範囲を限定するものと解釈されてはならない。本発明の方法に向けられた任意の請求項は、それらのステップの記載された順序での遂行に限定されてはならず、当業者は、ステップが、本発明の主旨および範囲内に留まったまま変更され得ることを容易に理解し得る。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【国際調査報告】