特表2016-540364(P2016-540364A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特表2016-540364スペクトル変換要素を備える発光デバイス
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(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】特表2016-540364(P2016-540364A)
(43)【公表日】2016年12月22日
(54)【発明の名称】スペクトル変換要素を備える発光デバイス
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20160101AFI20161125BHJP
   F21V 29/76 20150101ALI20161125BHJP
   F21V 29/502 20150101ALI20161125BHJP
   H01L 33/50 20100101ALI20161125BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20161125BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20161125BHJP
   F21Y 115/15 20160101ALN20161125BHJP
   F21Y 115/30 20160101ALN20161125BHJP
【FI】
   F21S2/00 431
   F21V29/76
   F21V29/502 100
   H01L33/50
   G02B5/20
   F21Y115:10
   F21Y115:15
   F21Y115:30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】29
(21)【出願番号】特願2016-553722(P2016-553722)
(86)(22)【出願日】2014年11月5日
(85)【翻訳文提出日】2016年6月14日
(86)【国際出願番号】EP2014073750
(87)【国際公開番号】WO2015074867
(87)【国際公開日】20150528
(31)【優先権主張番号】13193552.0
(32)【優先日】2013年11月19日
(33)【優先権主張国】EP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】516043960
【氏名又は名称】フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ
(74)【代理人】
【識別番号】110001690
【氏名又は名称】特許業務法人M&Sパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】ヒクメット リファット アタ ムスタファ
(72)【発明者】
【氏名】バン ボメル ティエス
(72)【発明者】
【氏名】デ ブール ダーク コーネリス ゲルハルドゥス
【テーマコード(参考)】
2H148
3K244
5F142
【Fターム(参考)】
2H148AA00
2H148AA19
2H148AA23
3K244AA05
3K244BA07
3K244BA48
3K244BA50
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3K244CA03
3K244DA01
3K244DA02
3K244DA03
3K244EA02
3K244EA13
3K244EA16
3K244EB05
3K244EC21
5F142DA15
5F142DA73
5F142DA74
5F142DB12
5F142DB38
5F142DB40
5F142DB42
5F142DB44
5F142EA31
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5F142GA01
5F142GA21
5F142GA28
5F142GA29
(57)【要約】
発光デバイスであって、動作時、第1の分光分布を有する第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、22、23、24、25、211と、第1の光入力表面31と、第1の光出口表面32と、少なくとも1つの第1の更なる表面33、34、35、36と、を含む第1の光ガイド3であって、第1の光ガイドが、第1の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の光を第1の光出口表面に案内し、第1の分光分布を有する第1の光を第1の光出口表面から取り出すように適合された第1の光ガイドと、第1の光ガイドの第1の光出口表面に配置された少なくとも1つの蛍光素子90であって、少なくとも1つの蛍光素子が、第2の光入力表面91と、第2の光出口表面92と、少なくとも1つの第2の更なる表面93、94、95、96と、を含み、蛍光素子が、第2の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の分光分布を有する第1の光の少なくとも一部を第2の分光分布を有する第2の光14に変換し、第2の光を第2の光出口表面に案内し、第2の分光分布を有する第2の光を第2の光出口表面から取り出すように適合された蛍光素子と、を含み、発光デバイスは、第2の光入力表面92とは逆を向いている蛍光素子の表面に又は表面上に配置された少なくとも1つの第1のヒートシンク要素70を更に含む、発光デバイス。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
動作時、第1の分光分布を有する第1の光を放出する複数の第1の固体光源と、
第1の光入力表面、第1の光出口表面、及び少なくとも1つの第1の更なる表面を含む第1の光ガイドであって、第1の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の光を第1の光出口表面に案内し、第1の分光分布を有する第1の光を第1の光出口表面から取り出し、前記複数の第1の光源が第1の光ガイドの第1の光入力表面に隣接し且つ光学接触して配置されている、第1の光ガイドと、
第1の光ガイドの第1の光出口表面に配置された少なくとも1つの蛍光素子であって、前記少なくとも1つの蛍光素子は、第2の光入力表面と、第2の光出口表面と、少なくとも1つの第2の更なる表面と、を含み、第2の光入力表面と第2の光出口表面とが互いに対しゼロとは異なる角度で延在し、前記少なくとも1つの蛍光素子は、第2の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の分光分布を有する第1の光の少なくとも一部を第2の分光分布を有する第2の光に変換し、第2の光を第2の光出口表面に案内し、第2の分光分布を有する第2の光を第2の光出口表面から取り出す、前記少なくとも1つの蛍光素子とを含む、発光デバイスであって、
前記発光デバイスが、第2の光入力表面に対向し且つ平行な前記少なくとも1つの蛍光素子の表面に又は表面上に配置された少なくとも1つの第1のヒートシンク要素を更に含む、発光デバイス。
【請求項2】
第1の光ガイドは、第1の屈折率を有し、前記少なくとも1つの蛍光素子が第2の屈折率をを有し、前記少なくとも1つの蛍光素子の第2の屈折率が第1の光ガイドの第1の屈折率よりも大きい、請求項1に記載の発光デバイス。
【請求項3】
光を第1の光ガイドから取り出し、前記少なくとも1つの蛍光素子に取り込み、第1の光ガイドと前記少なくとも1つの蛍光素子との間に配置されているカップリング要素を更に含む、請求項1又は2に記載の発光デバイス。
【請求項4】
第1の光ガイドは第1の屈折率を有し、前記少なくとも1つの蛍光素子は第2の屈折率を有し、前記カップリング要素は第3の屈折率を有し、前記カップリング要素の第3の屈折率は、前記少なくとも1つの蛍光素子の第2の屈折率及び第1の光ガイドの第1の屈折率の少なくとも1つよりも小さい、請求項3に記載の発光デバイス。
【請求項5】
複数の光源が、第1の光ガイドの少なくとも1つの第1の更なる表面に隣接し且つ光学接触して配置されている、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】
第1の光入力表面と第1の光出口表面とは互いに対してゼロとは異なる角度で延在する、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】
第1の光ガイドは、入射光を、入射光の分光分布とは異なる分光分布を有する変換済みの光に変換する、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】
第1の光ガイドの少なくとも1つの第1の更なる表面に設けられる少なくとも1つの更なる光源を更に有する、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】
前記少なくとも1つのヒートシンク要素は、1W/(K*m)超、10W/(K*m)超又は20W/(K*m)超の熱伝導率を有する材料で作製される、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】
前記少なくとも1つの蛍光素子の少なくとも1つの第1の更なる表面の1つに配置された少なくとも1つの更なるヒートシンク要素を更に含む、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】
第1の光ガイドは、前記少なくとも1つの蛍光素子の少なくとも2つの表面に隣接して延在する、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】
第1の光ガイドから光を取り出す少なくとも1つのカップリング要素を更に含み、前記カップリング要素は、前記少なくとも1つの蛍光素子とは逆を向いている第1の光ガイドの表面に配置されている、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】
動作時、第3の分光分布を有する第3の光を放出する少なくとも1つの第2の光源と、
第3の光入力表面及び第3の光出口表面を含む第2の光ガイドとを更に含み、
第2の光ガイドが、第3の分光分布を有する第3の光を第3の光入力表面で受け取り、第3の光を第3の光出口表面に案内し、第3の分光分布を有する第3の光を第3の光出口表面から取り出し、
前記蛍光素子は、第2の光ガイドの第3の光出口表面から取り出された第3の分光分布を有する第3の光を受け取り、第3の光を第2の光出口表面に案内し、第3の分光分布を有する第3の光を第2の光出口表面から取り出す、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】
第2の光ガイドは、第3の分光分布を有する第3の光の少なくとも一部を第4の分光分布を有する第4の光に変換し、第4の光を第3の光出口表面に案内し、第4の分光分布を有する第4の光を第3の光出口表面から取り出す、請求項13に記載の発光デバイス。
【請求項15】
デジタルプロジェクション、自動車照明、舞台照明、店舗照明、家庭用照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告照明システム、医療照明用途、装飾照明用途の1つ以上で使用される、請求項1乃至12の何れか一項に記載の発光デバイスを含む、ランプ、照明器具又はシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも1つの光源及び光ガイドを有する発光デバイスに関する。本発明は、更に、そのような発光デバイスを含むランプ、照明器具又は照明システムに関する。
【背景技術】
【0002】
高強度の光源、特に、白色高強度の光源は、スポット光、舞台照明、自動車照明及びデジタル光プロジェクションを含む種々の用途において関心が高い。そのような目的のため、並びに高強度点を有する所望の光形状、配光及び色分布を得るため、高度に透明な蛍光材料内で短波長の光がより長い波長に変換されるいわゆる集光器を利用することが可能である。このような透明蛍光材料はLEDによって照明され、蛍光材料内でより長い波長を生成する。蛍光材料内で導波される変換済みの光は表面から抽出され、高輝度点を生じる。
【0003】
文書、国際公開第2012/056382A1号は、一実施形態において、導波管及び光源を含む照明デバイスについて記載する。導波管には、導波管上又は内に配置された蛍光材料が提供されてもよく、これにより、光源からの光を蛍光材料放出へと変換するように構成されてもよい。
【0004】
この構成に伴う課題は、温度を比較的低く維持しつつ光ガイドに十分な光を導くことに関する。従来技術の構成では、出来るだけ多くの光を取り込むために、LED、及び幾つかの構成では、高密度実装LED、例えば、30個、40個又は更には50個のLEDが光ガイドから近接した距離に配置される。LEDが光ガイドに接近し過ぎた結果、LEDの熱による光ガイドの加熱に繋がり、光ガイド及びLED両方の光学性能を低下させる。
【0005】
独国特許出願公開第102008012316A1号は、共通のヒートシンク上に双方ともが配置された半導体光源及び蛍光コンバータ要素を開示する。半導体光源によって放出される光が光ガイドを通じて蛍光コンバータ要素に案内される。
【0006】
欧州特許出願公開第2202444A1号は、蛍光体モジュールに向かって光を放出するLEDモジュールを開示する。蛍光体モジュールは、LEDモジュールの最も近い透明層及び透明層に直に隣接する蛍光体層を含む。蛍光体モジュールは、更に、ヒートシンクを含んでもよい。
【0007】
国際公開第2012/006128A2号は、励起光源と、多チャネル熱放散(multi-channel heat dissipation)を備えた波長変換部品とを用いる高ルーメン出力及び輝度の照明モジュールを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、この課題を克服すること、発光デバイスを用いることで、光ガイドの温度を比較的低く維持しつつも多量の光が光ガイドへと導かれて取り込まれる発光デバイスを提供すること、並びに光ガイド及び発光デバイスのLED両方の光学性能を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、第1の分光分布を有する第1の光を放出するように適合された複数の第1の固体光源と、第1の光入力表面と、第1の光出口表面と、少なくとも1つの第1の更なる表面と、を含む第1の光ガイドであって、第1の光ガイドが、第1の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の光を第1の光出口表面に案内し、第1の分光分布を有する第1の光を第1の光出口表面から取り出すように適合される、第1の光ガイドと、を含み、複数の光源が第1の光ガイドの第1の光入力表面に隣接し且つ光学接触して配置されており、第1の光ガイドの第1の光出口表面に配置された少なくとも1つの蛍光素子であって、少なくとも1つの蛍光素子が、第2の光入力表面と、第2の光出口表面と、少なくとも1つの第2の更なる表面と、を含み、第2の光入力表面と第2の光出口表面とが互いに対しゼロとは異なる角度で延在し、蛍光素子は、第2の光入力表面において第1の分光分布を有する第1の光を受け取り、第1の分光分布を有する第1の光の少なくとも一部を第2の分光分布を有する第2の光に変換し、第2の光を第2の光出口表面に案内し、第2の分光分布を有する第2の光を第2の光出口表面から取り出すように適合された、少なくとも1つの蛍光素子を含み、発光デバイスが、第2の光入力表面に対向し且つ平行な蛍光素子の表面に又は表面上に配置された少なくとも1つの第1のヒートシンク要素を更に含む、発光デバイスによって達成される。
【0010】
取り込まれた光の少なくとも一部を、異なる分光分布を有する変換済みの光に変換し、この光を出口表面に案内するように適合された蛍光素子を設けることによって、発光デバイスが設けられ、この発光デバイスによって、特に多量の変換済みの光が蛍光素子内に留まり、表面の1つから抽出されることが可能であり、これにより更には、特に高い強度増加に繋がる。
【0011】
第2の光入力表面とは逆を向いている、又は換言すると、第2の光入力表面に対向する蛍光素子の表面に又は表面上に配置された少なくとも1つの第1のヒートシンク要素を設けることによって、更に、光源と蛍光素子との間に配置された第1の光ガイドを設けることによって、光源からの光が蛍光素子へと導かれ得る一方で、光源によって発生した熱の殆どが蛍光素子に伝達されず、蛍光素子の効率的な冷却が保証される。このため、蛍光素子の温度を比較的低く維持しつつも、多量の光が光ガイドへと導かれて取り込まれる発光デバイスが提供される。
【0012】
また、本発明による発光デバイスによって、従来技術に比べて高出力光強度を得るために、より少数の、故に、より低密度実装のLEDが適用されてもよく、これもまた、蛍光素子の温度を比較的低く維持することに寄与する。
【0013】
更に、上記特徴の両方は、光ガイド及び光源両方の最適化された光学性能を備えた発光デバイスの提供に寄与する。
【0014】
一実施形態においては、第1の光ガイドの第1の光出口表面の面積は第1の光入力表面の面積の2分の1である。このようにして、より多くの固体光源が第1の光入力表面に配置されることが可能であり、輝度の増加をもたらす集光の向上が達成され得る。他の実施形態においては、光ガイドの第1の光出口表面の面積は、第1の光入力表面の面積の5分の1又は更には10分の1である。
【0015】
一実施形態においては、第1の光ガイドは、第1の屈折率を有し、少なくとも1つの蛍光素子が第2の屈折率を有し、少なくとも1つの蛍光素子の第2の屈折率が第1の光ガイドの第1の屈折率よりも大きい。
【0016】
このため、第1の光ガイドによって案内される光の殆どは蛍光素子に取り込まれるため、蛍光素子への光の取り込みに伴う光の損失を低減する。これにより更には、発光デバイスによって放出される光の強度、故に、輝度の増加に寄与する。
【0017】
一実施形態においては、発光デバイスは、カップリング要素を更に含む。カップリング要素は、光を第1の光ガイドから取り出し、少なくとも1つの蛍光素子に取り込むように適合され、第1の光ガイドと少なくとも1つの蛍光素子との間に配置されている。
【0018】
この構成において、カップリング要素は導波管から蛍光素子への光の光結合を担う。このため、第1の光ガイドによって案内される光の殆どが蛍光素子に取り込まれる一方で、変換済みの光は、大半の場合、導波管へと漏れず、これにより、蛍光素子への光の取り込みに伴う光の損失を低減する。これは、更には、発光デバイスによって放出される光の強度、故に、輝度の増加に寄与する。
【0019】
一実施形態においては、第1の光ガイドは第1の屈折率を有し、少なくとも1つの蛍光素子は第2の屈折率を有し、カップリング要素は第3の屈折率を有し、カップリング要素の第3の屈折率は、少なくとも1つの蛍光素子の第2の屈折率及び第1の光ガイドの第1の屈折率の少なくとも1つよりも小さい。これにより、変換済みの光の比較的ごく一部のみが蛍光素子から漏れて導波管へと戻る、又は変換済みの光が蛍光素子から漏れて導波管へと戻らないことを確実とする。
【0020】
これらの実施形態は、第1の光ガイドによって案内される光の特に大部分が蛍光素子に取り込まれ、それによって更に、蛍光素子への光の取り込みに伴う光の損失を低減することを確実とする。これにより更には、発光デバイスによって放出される光の強度、故に、輝度の増加に寄与する。
【0021】
一実施形態においては、第1の光ガイドは、1W/(K*m)未満の熱伝導率を有する材料で作製される。
【0022】
それにより、光源によって発生した熱の特にごく一部が、蛍光素子に案内される光の量を妥協することなく蛍光素子に伝達され、故に、蛍光素子の更により効率的な冷却を保証する発光デバイスが設けられる。
【0023】
一実施形態においては、第1の光入力表面と第1の光出口表面とは互いに対してゼロとは異なる角度で延在する。特定の実施形態においては、第1の光入力表面と第1の光出口表面とは互いに対して垂直に延在する。
【0024】
互いに対してゼロとは異なる角度で延在する、特に、互いに対して垂直に延在する光入力表面及び光出口表面を有する光ガイドを備えた発光デバイスを設けることによって、最適に多量の光が全内反射(TIR:total internal reflection)によって各光出口表面に向かって案内される発光デバイスが得られる。これにより更には、第1の光ガイドの、光出口表面以外の表面を通じて失われる光の量が低下し、故に、発光デバイスによって放出される光の強度、故に、輝度が更に増加する。
【0025】
一実施形態においては、第1の光ガイドは、入射光を、入射光の分光分布とは異なる分光分布を有する変換済みの光に変換するように適合されている。
【0026】
このため、少なくとも1つの第1の更なる表面を通じて第1の光ガイドに取り込まれ、第1の光ガイド内を案内される光の少なくとも一部に、蛍光素子内で起こる波長変換の前に第2の波長変換が施されてもよく、発光デバイスの光出力に、従って、より複雑な分光分布がもたらされてもよい発光デバイスが設けられる。
【0027】
発光デバイスの一実施形態においては、更なる複数の光源が、また、第1の光ガイドの少なくとも1つの第1の更なる表面に隣接し且つ光学接触して配置されている。
【0028】
このため、より多くの光が光ガイドに、故に、蛍光素子に取り込まれてもよく、これにより、より高い強度、故に、より高い輝度の光を放出する発光デバイスを提供する。
【0029】
一実施形態においては、少なくとも1つのヒートシンク要素は、1W/(K*m)超、10W/(K*m)超又は20W/(K*m)超の熱伝導率を有する材料で作製される。
【0030】
このため、光ガイドからの特に良好な熱の散逸が得られる。概して、熱伝導率が大きくなるほど熱放散は向上することに留意されたい。
【0031】
一実施形態においては、発光デバイスは、第1の光ガイドの少なくとも1つの第1の更なる表面の1つに配置された少なくとも1つの更なるヒートシンク要素を更に含む。
【0032】
これにより、熱放散のために利用可能な面積及び/又は容量が増加されることから、更に向上した熱放散特性を有する発光デバイスが設けられる。
【0033】
一実施形態においては、第1の光ガイドは、少なくとも1つの蛍光素子の少なくとも2つの表面に隣接して延在する。
【0034】
このような実施形態は、光が通過して蛍光素子に取り込まれ得る面積が増加されることから、第1の光ガイドから蛍光素子への光の結合をより更に向上させる。
【0035】
一実施形態においては、発光デバイスは、第1の光ガイドから光を取り出すように適合された少なくとも1つのカップリング要素を更に含む。カップリング要素は、少なくとも1つの蛍光素子とは逆を向いている第1の光ガイドの表面に配置されている。
【0036】
これにより、光が同時に1つより多い方向に放出されてもよい発光デバイスが設けられる。
【0037】
一実施形態においては、発光デバイスは、動作時、第3の分光分布を有する第3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、第3の光入力表面及び第3の光出口表面を含む第2の光ガイドであって、第2の光ガイドが、第3の分光分布を有する第3の光を第3の光入力表面で受け取り、第3の光を第3の光出口表面に案内し、第3の分光分布を有する第3の光を第3の光出口表面から取り出すように適合されている、第2の光ガイドと、を更に含む。蛍光素子は、第2の光ガイドの第3の光出口表面から取り出された第3の分光分布を有する第3の光を受け取り、第3の光を第2の光出口表面に案内し、第3の分光分布を有する第3の光を第2の光出口表面から取り出すように更に適合されている。
【0038】
一実施形態においては、第2の光ガイドは、第3の分光分布を有する第3の光の少なくとも一部を第4の分光分布を有する第4の光に変換し、第4の光を第3の光出口表面に案内し、第4の分光分布を有する第4の光を第3の光出口表面から取り出すように更に適合されている。
【0039】
上記利点と同様の利点に加え、これら実施形態は、特にこれら実施形態による発光デバイスの総光出力が、少なくとも1つの更なる光出力成分、即ち、第3の光、及び任意選択的にまた、第4の光を含むことから、更により高い強度又は輝度の光を放出し、且つ複雑性のより高い所望の配光及び色分布を有する光ビームを簡単且つコスト効果的な手法で提供することが可能な発光デバイスを提供する。
【0040】
更に、これら実施形態は、発光デバイスの様々な幾何学的構成を得るために使用可能な更なるパラメータを提供する。
【0041】
本発明は、更に、前述の請求項のいずれか一項に記載の発光デバイスを含むランプ、照明器具又は照明システムに関する。ランプ、照明器具及びシステムは以下の用途、つまり、デジタルプロジェクション、自動車照明、舞台照明、店舗照明、家庭用照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告照明システム、医療照明用途、装飾照明用途の1つ以上で使用される。
【0042】
本発明は、特許請求の範囲に列挙した特徴のあらゆる可能な組み合わせに関連することに留意されたい。
【0043】
本発明のこの態様及びその他の態様が、ここで、本発明の実施形態(単数及び複数)を示す添付の図面を参照しながらより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【0044】
図1】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】光ガイド及び更なる光源を備え、フィルタ及びダイクロイック光学素子が設けられた照明システムの側面図を示す。
図3A】配置されたヒートシンク要素が設けられた光ガイドを示す。
図3B】配置されたヒートシンク要素が設けられた光ガイドを示す。
図4】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5図4による発光デバイスの端面図を示す。
図6】本発明による発光デバイスの第2の実施形態の端面図を示す。
図7】本発明による発光デバイスの第3の実施形態の端面図を示す。
図8】本発明による発光デバイスの第4の実施形態の端面図を示す。
図9】本発明による発光デバイスの第5の実施形態の端面図を示す。ヒートシンク要素は簡略化のために取り外されている。
図10】本発明による発光デバイスの第6の実施形態の端面図を示す。
図11】本発明による発光デバイスの第7の実施形態の斜視図を示す。
図12図11による発光デバイスの端面図を示す。
図13】本発明による発光デバイスの第8の実施形態の端面図を示す。
図14】本発明による発光デバイスの第9の実施形態の端面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0045】
図に示されるように、層、要素及び領域の大きさは説明の目的のため誇張されており、故に、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために提供される。例えば、本発明による発光デバイスは全体として1で示される一方で、その異なる特定の実施形態は、全般的な参照符号に01、02、03等を加えることによって示されるように、全体を通じて、同様の参照符号は同様の要素を意味する。以下に更に説明するような本発明の実施形態による発光デバイスの任意の1つに付加されてもよい幾つかの特徴及び要素を示す図1乃至図3Bに関して、全般的に、これら図の1つに固有のもの以外の全ての要素に対し「00」が付加されている。
【0046】
ここで、本発明の目下好適な実施形態が示された添付の図面を参照して本発明を以下により詳細に記載する。本発明は、しかしながら、多くの種々の形態で具現化されてもよく、本明細書中で説明する実施形態を制限するものと解釈されるべきではなく、むしろ、これら実施形態は、徹底性及び完全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ものである。
【0047】
以下の説明は、本発明による発光デバイスの種々の要素及び特徴の用途、好適な光源及び好適な材料に関する一般的な事項から開始する。この目的のため、以下に更に説明するような本発明の実施形態による発光デバイスの任意の1つに付加されてもよい幾つかの特徴及び要素が図1乃至図3Bを参照して記載される。特定の本発明の実施形態による発光デバイスが図4乃至図14を参照して詳細に記載される。
【0048】
本発明による発光デバイスは、ランプ、光モジュール、照明器具、スポットライト、懐中電灯、プロジェクタ、デジタルプロジェクションデバイス、例えば、自動車の前照灯又は後尾灯などの自動車用照明、舞台照明、劇場照明及び建築照明を含むが、これらに限定されない用途に使用されてもよい。
【0049】
以下に説明するような本発明による実施形態の一部である光源は、動作時、第1の分光分布を有する光を放出するように適合されている。この光は、その後、光ガイド又は導波管に取り込まれる。光ガイド又は導波管は、第1の分光分布の光を別の分光分布に変換してもよく、この光を出口表面に案内する。光源は、原則的に任意の種類の点光源であってもよいが、一実施形態においては、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード若しくは有機LED(OLED)、複数のLED若しくはレーザダイオード若しくはOLED、又はLED若しくはレーザダイオード若しくはOLEDのアレイなどの固体光源、又はこれらの任意の組み合わせである。LEDは、原則的に、任意の色のLED又はこれらの組み合わせであってもよいが、一実施形態においては、380nm乃至495nmの波長域と定義される青色域の光源光を生成する青色光源である。別の実施形態においては、光源はUV又は紫色光源、即ち、420nm未満の波長域で発光する。複数の若しくはアレイのLED又はレーザダイオード又はOLEDの場合、LED又はレーザダイオード又はOLEDは、原則的に、UV、青、緑、黄又は赤などであるが、これらに限定されない2つ以上の異なる色のLED又はレーザダイオード又はOLEDであってもよい。
【0050】
光源は赤色光源であってもよく、即ち、例えば、600nm乃至800nmの波長域で発光する。そのような赤色光源は、例えば、赤色光を直接発光する上述の種類のいずれかの光源であってもよく、光源光を赤色光に変換するのに好適な蛍光体が提供されてもよい。この実施形態は、光源光を赤外線(IR)、即ち、約800nm超の波長を持ち、適切な実施形態においては、810乃至850nmの範囲内のピーク強度を有する光に変換するように適合された光ガイドと組み合わせると特に有利である。一実施形態においては、そのような光ガイドは、IR発光蛍光体を含む。これら特性を備えた発光デバイスは、暗視システムでの使用に特に有利であるが、また、上述の用途のいずれかにおいて使用されてもよい。
【0051】
別の例は、480nm乃至800nmの波長域の光を発し、この光を蛍光ロッド又は導波管に取り込む第1の、赤色光源と、青又はUV又は紫色光、即ち、480nmよりも低い波長を有する光を発し、また、その発せられた光を蛍光導波管又はロッドに取り込む第2の光源との組み合わせである。第2の光源の光は蛍光導波管又はロッドによって480nm乃至800nmの波長域に変換され、蛍光導波管又はロッドに取り込まれる第1の光源の光は変換されない。換言すると、第2の光源は、UV、紫色又は青色光を発し、その後、蛍光型集光器によって緑−黄−橙−赤スペクトル領域の光に変換される。別の実施形態においては、第1の光源は500nm乃至600nmの波長域で発光し、第2の光源の光は蛍光導波管又はロッドによって500nm乃至600nmの波長域に変換される。別の実施形態においては、第1の光源は600nm乃至750nmの波長域で発光し、第2の光源の光は蛍光導波管又はロッドによって600nm乃至750nmの波長域に変換される。一実施形態においては、第1の光源の光は、別の表面、例えば、第2の光源の光が蛍光導波管又はロッドに取り込まれる表面以外の、光の出口表面に対向する表面において蛍光導波管又はロッドに取り込まれる。これら実施形態は、増加した輝度を伴い赤色光領域で発光する蛍光導波管又はロッドを提供する。
【0052】
本発明による実施形態において以下に説明するような光ガイドは、概して、相互に垂直な方向に延在する高さH、幅W及び長さLを含むロッド形状又はバー形状の光ガイドであってもよく、実施形態においては、透明、又は透明且つ蛍光である。光は、概して、長さL方向に案内される。高さHは、実施形態においては<10mm、他の実施形態においては<5mm、更に他の実施形態においては<2mmである。幅Wは、実施形態においては、<10mm、他の実施形態においては<5mm、更なる実施形態においては<2mmである。長さLは、実施形態においては幅W及び高さHよりも大きく、他の実施形態においては、幅Wの少なくとも2倍又は高さHの2倍、更に他の実施形態においては、幅Wの少なくとも3倍又は高さHの3倍である。高さH:幅Wのアスペクト比は、通常、1:1(例えば、一般的な光源用途)、又は1:2、1:3若しくは1:4(例えば、前照灯などの特殊光源用途)、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)である。光ガイドは、概して、平行平面にて配置されない光入力表面及び光出口表面を含み、実施形態においては、光入力表面は光出口表面に対し垂直である。高輝度の集束された光出力を達成するために、光出口表面の面積は、光入力表面の面積よりも小さくてもよい。光出口表面は任意の形状を有し得るが、一実施形態においては、正方形、矩形、円形、楕円形、三角形、五角形又は六角形の形状である。
【0053】
透明光ガイドは、実施形態においては、複数の光源、例えば、LEDをエピタキシャル成長させた透明基板を含んでもよい。基板は、実施形態においては、例えば、サファイア基板などの単結晶基板である。光源の透明成長基板(transparent growth substrate)は、これら実施形態においては、集光光ガイドである。
【0054】
略ロッド形状又はバー形状の光ガイドは任意の断面形状を有し得るが、実施形態においては、正方形、矩形、円形、楕円形、三角形、五角形又は六角形の形状の断面を有する。概して、光ガイドは直方体であるが、幾分台形の形状を有する光入力表面を有する、直方体とは異なる形状が提供されてもよい。そうすることにより、光束は更に強められてもよく、これは、幾つかの用途においては有利となり得る。
【0055】
本発明の実施形態による以下に説明するような光ガイドに好適な材料は、サファイア、多結晶アルミナ及び/又はn=1.7の屈折率を有するYAG、LuAGなどの無ドープ透明ガーネットである。(例えばガラスを上回る)この材料の更なる利点は、それが良好な熱伝導率を有するため、局所加熱が減少することである。他の適切な材料としては、ガラス、石英及び透明高分子が挙げられるが、これらに限定されない。他の実施形態においては、光ガイド材料は鉛ガラスである。鉛ガラスは、典型的なカリガラスのカルシウム分を鉛に入れ替えた種々のガラスであり、この手法で、屈折率を増加させることができる。通常のガラスはn=1.5の屈折率を有するが、鉛の添加により、1.7までの範囲の屈折率が生じる。
【0056】
以下に説明するような、本発明の実施形態による光ガイドは、光を別の分光分布へと変換するための適切な蛍光材料を含んでもよい。好適な蛍光材料には、ドープしたYAG又はLuAGなどの無機蛍光体、有機蛍光体、有機蛍光染料及び量子ドットを含み、量子ドットは、以下に説明するような本発明の実施形態の目的に非常に好適である。
【0057】
量子ドットは、一般に、僅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た色の光を発する。特定の色の光は、従って、ドットのサイズを適応させることによって生成され得る。最も知られている、可視域発光の量子ドットは、硫化カドミウム(CdS)及び硫化亜鉛(ZnS)などのシェルを有するセレン化カドミウム(CdSe)をベースとするものである。りん化インジウム(InP)及び銅インジウム硫化物(CuInS)及び/又は銀インジウム硫化物(AgInS)などの、カドミウムを含まない量子ドットもまた使用され得る。量子ドットは非常に狭い発光バンドを示し、そのため、それらは飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応させることによって容易に調整され得る。以下で説明するように、当技術分野で知られている任意の種類の量子ドットが本発明の実施形態で用いられてもよい。しかしながら、環境安全及び環境への懸念のため、カドミウムを含まない量子ドット又は少なくとも非常に低いカドミウム含有量を有する量子ドットを使用することが好ましい場合がある。
【0058】
有機蛍光染料も使用され得る。その分子構造は、そのスペクトルピーク位置が調整され得るように設計され得る。好適な有機蛍光染料材料の例は、ペリレン誘導体をベースとした有機蛍光材料であり、例えば、BASFによりLumogen(登録商標)の名称で販売されている化合物である。好適な化合物の例としては、Lumogen(登録商標)Red F305、Lumogen(登録商標)Orange F240、Lumogen(登録商標)Yellow F083及びLumogen(登録商標)F170が挙げられるが、これらに限定されない。
【0059】
蛍光材料は、また、無機蛍光体であってもよい。無機蛍光体材料の例としては、セリウム(Ce)をドープしたYAG(YAl12)又はLuAG(Lul512)が挙げられるが、これらに限定されない。CeをドープしたYAGは黄色がかった光を発し、CeをドープしたLuAGは、黄緑がかった光を発する。赤色光を発する他の無機蛍光体材料の例としては、ECAS及びBSSNが挙げられ得るが、これらに限定されない。ECASは、0<x≦1、他の実施形態では、0<x≦0.2である、Ca1−xAlSiN:Euxであり、BSSNは、MがSr又はCaであり、0≦x≦1、0<y≦4、0.0005≦z≦0.05、及び実施形態では、0≦x≦0.2である、Ba2−x−zSi5−yAlyN8−y:Euである。
【0060】
以下に説明するような本発明の実施形態においては、蛍光材料は、Mが、Y、Lu又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Gd、La、Yb又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu又はその混合物からなる群より選択され、M<IV>がAl、M<V>は、Ga、Sc又はその混合物からなる群より選択され、0<x≦1、0<y≦0.1、0<z<1である、(M<I>(1−x−y)M<II>M<III>(M<IV>(1−z)M<V>12と、M<I>が、Y、Lu又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Gd、La、Yb又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb又はその混合物からなる群より選択され、0<x≦1、0<y≦0.1である、(M<I>(1−x−y)M<II>M<III>と、M<I>が、Ca、Sr、Mg、Ba又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、K、Na、Li、Rb、Zn又はその混合物からなる群より選択され、0<x≦0.01、0<y≦0.05、0≦z<1である、(M<I>(1−x−y)M<II>M<III>)S(1−z)Seと、M<I>が、Ca、Sr、Mg、Ba又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、K、Na、Li、Rb、Zn又はその混合物からなる群より選択され、0<x≦0.1、0<y≦0.1である、(M<I>(1−x−y)M<II>M<III>)Oと、M<I>が、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はその混合物からなる群より選択され、0<x≦1である、(M<I>(2−x)M<II>M<III>)Oと、M<I>が、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu又はその混合物からなる群より選択され、M<II>が、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はその混合物からなる群より選択され、M<III>が、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はその混合物からなる群より選択され、M<IV>が、Al、Ga、Sc、Si又はその混合物からなる群より選択される、0<x≦0.1、0<y≦0.1である(M<I>(1−x)M<II>M<III>(1−y)M<IV>)Oとからなる群から選択される材料又はその混合物で作製されている。
【0061】
他の好適な蛍光材料は、Ceをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット(YAG、Al12)及びルテチウム−アルミニウム−ガーネット(LuAG)である。蛍光光ガイドは、中心発光波長を青色域内又は緑色域内又は赤色域内に含んでもよい。青色域は、380ナノメートル乃至495ナノメートルに定められ、緑色域は、495ナノメートル乃至590ナノメートルに定められ、赤色域は、590ナノメートル乃至800ナノメートルに定められる。
【0062】
実施形態において使用されてもよい蛍光体の選択は、以下、表1に、最大発光波長と共に記載される。
【0063】
【表1】
【0064】
以下に説明するような本発明による発光デバイスの実施形態においては、光源によって放出される光を光ガイドに効率的に取り込むカップリング構造又はカップリング媒体が提供されてもよい。カップリング構造は、例えば、波形構造を形成する突出部及び凹部などのフィーチャを有する屈折構造であってもよい。カップリング構造のフィーチャの典型的なサイズは5μm乃至500μmである。フィーチャの形状は、例えば、半球状(レンズ)であっても、角柱状であっても、正弦波状であっても不規則(例えば、サンドブラストが施される)であってもよい。適切な形状を選択することによって、光ガイドに取り込まれる光の量が調整され得る。屈折構造は、機械的手段によって、例えば、彫刻、サンドブラスト等によって作製されてもよい。或いは、屈折構造は、適切な材料、例えば、ポリマー又はゾル−ゲル材料などの複製によって作製されてもよい。或いは、カップリング構造は回折構造であってもよく、この場合、回折カップリング構造のフィーチャの典型的なサイズは0.2μm乃至2μmである。光ガイド内部の回折角度Θinは、回折格子方程式λ/Λ=nin・sinΘin−nout・sinΘout、式中、λはLED光の波長、Λは格子周期、nin及びnoutは光ガイド内部及び外部の屈折率、Θin及びΘoutはそれぞれ光ガイド内部の回折角度及び光ガイド外部の入射角、によって得られる。低屈折率層及びカップリング媒体に対し同じ屈折率nout=1を想定した場合、全内反射の条件ninsinΘin=noutにおいて、以下の条件:λ/Λ=1−sinΘout、即ち、直角入射Θout=0においてΛ=λであることを見出した。一般に、他の全ての角度Θoutが光ガイドへと回折されるわけではない。これはその屈折率ninが十分に高い場合にのみ起こる。回折格子方程式から、条件nin≧2において、Λ=λである場合、全ての角度は回折されることになる。また、光ガイドへと回折されるより少ない光をもたらす他の周期及び屈折率が使用されてもよい。更に、概して、多くの光が透過される(ゼロ次)。回折される光の量は、回折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って、光ガイドに取り込まれる光の量が調整され得る。そのような回折構造は、最も容易には、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製された構造の複製によって作製される。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われてもよい。カップリング媒体は、例えば、空気又は別の適切な材料であってもよい。
【0065】
図1は、以下に説明するような、本発明の実施形態による光ガイド4015を含む発光デバイス1001を示す。図1に示される発光デバイス1001は回転可能な蛍光体ホイール1600を含み、発光デバイス1001は、光ガイド4015と蛍光体ホイール1600との間に配置されたカップリング要素7700を更に含む。
【0066】
発光デバイス1001は、基部又は基板1500上に配置された複数のLED2100、2200、2300の形態の光源を更に含む。複数のLED2100、2200、2300は、光ガイド4015の変換部品6110を励起して緑又は青色光などの第3の分光分布を有する光1700を生成するために使用される。回転軸線1620の周りを回転方向1610に回転する蛍光体ホイール1600は、第3の分光分布を有する光1700を、赤色光及び/又は緑色光などの第2の分光分布を有する光1400に変換するために使用される。原則的に、光1700の色及び光1400の色のあらゆる組み合わせが実現可能であることに留意されたい。
【0067】
蛍光体ホイール1600を断面側面図で示す図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る。即ち、一方の側において蛍光体ホイール1600に入る入射光1700は蛍光体ホイール1600内を伝送され、光出口表面4200を形成するその反対側から放出される。或いは、光が蛍光体ホイールに入る面と同じ面から光が放出されるように、蛍光体ホイール1600は反射モード(図示せず)で使用されてもよい。
【0068】
蛍光体ホイール1600は全体にわたり1つの蛍光体のみを含んでもよい。或いは、光1700の一部もまた変換されることなく伝送され得るように、蛍光体ホイール1600は、蛍光体を全く有しないセグメントも含んでもよい。この手法で、順次、他の色を発生させることができる。別の代替法では、蛍光体ホイール1600は、また、複数の蛍光体セグメント、例えば、多色光出力を生成するための、例えば、それぞれ黄色、緑色及び赤色光を発する蛍光体のセグメントを含んでもよい。更に別の代替法では、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に適合させてもよい。
【0069】
一実施形態では、カップリング要素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好適な光学素子であるが、カップリング要素7700は、また、例えば、上述のカップリング媒体又はカップリング構造7700などのカップリング媒体又はカップリング構造であってもよい。発光デバイス1001は、更に、追加のレンズ及び/又はコリメータを含んでもよい。例えば、追加の光学素子は、例えば、光源2100、2200、2300によって放出される光及び/又は発光デバイス1001によって放出される光1400をコリメートするために配置されてもよい。
【0070】
図2は、放出される光1700が黄及び/又は橙の波長域、即ち、およそ560nm〜600nmの波長域内にあるように入射光1300を変換するように適合された発光デバイス4070を備えた照明システム、例えばデジタルプロジェクタの側面図を示す。発光デバイス4070は、例えば、Ceをドープした(Lu,Gd)Al12、(Y,Gd)Al12又は(Y,Tb)Al12などの、セラミック材料で作製された透明ガーネットとして設けられてもよい。より高いCe含有量及び/又は例えば、Gd及び/又はTbのCeへのより高い置換レベルによって、光ガイドによって放出される光の分光分布はより高い波長へとシフトされ得る。一実施形態においては、光ガイド4070は完全に透明である。
【0071】
光出口表面4200に、光学素子9090が設けられる。光学素子9090は、フィルタリング済みの光1701を提供するなどのために、発光デバイス4070から放出される光1700をフィルタリングするためのフィルタ9091と、少なくとも1つの更なる光源9093、9094と、フィルタリング済みの光1701と、共通の光出力1400を提供するなどのために少なくとも1つの更なる光源9093、9094からの光とを組み合わせるように適合された光学構成要素9092と、を含む。フィルタ9091は吸収フィルタであっても反射フィルタであってもよく、固定であっても調光可能であってもよい。調光フィルタは、例えば、所望の光出力に従いローパス、バンドパス又はハイパスであってもよい反射性のダイクロイックミラーと、調光ミラーを用意し、光伝搬方向に見られるダイクロイックミラーの上流側に調光ミラーを配置することにより得られてもよい。更に、また、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ということも実施可能である。図2に示されるフィルタ9091は、フィルタ9091の調光状態により、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済みの光、特に及び示される実施形態では、フィルタリングされた赤色光の透過を可能にする調光フィルタである。フィルタリング済みの光の分光分布は、用いられるフィルタ9091の特性に依存する。示される光学構成要素9092は、Xキューブとしても知られるクロスダイクロイックプリズムであっても、或いは、個々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。
【0072】
示される実施形態では、2つの更なる光源9093及び9094が提供される。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。他の色及び/又はより多い数の更なる光源も実現可能であってもよい。更なる光源の1つ以上は、また、以下に説明される本発明の実施形態による光ガイドであってもよい。更なる選択肢は、フィルタ9091によってフィルタリングされた光を更なる光源として使用することである。共通の光出力1400は、従って、発光デバイス4070によって放出され、フィルタ9091によってフィルタリングされた光1701と、各2つの更なる光源9093及び9094によって放出された光との組み合わせである。共通の光出力1400は、有利には、白色光であってもよい。
【0073】
図2に示される解決策は、スケーラブルであり、コスト効果的で、本発明の実施形態による発光デバイスの所与の用途の要求事項に従って容易に適応可能であるという点で有利である。
【0074】
図3A及び図3Bは、それぞれ光ガイド即ち蛍光素子4090A、4090Bの表面の1つに配置された、実施形態においては、光入力表面から約30μm以下の距離にある、光入力表面とは異なる、それぞれヒートシンク要素7000A、7000Bを含む、それぞれ光ガイド即ち蛍光素子4090A、及び光ガイド即ち蛍光素子4090Bの側面図を示す。実施形態に関係なく、各ヒートシンク要素7000A、7000Bは、放熱を向上させるためのフィン7100、7200、7300を含む。フィンは、しかしながら、任意の要素である。実施形態に関係なく、各ヒートシンク要素7000A、7000Bは、光ガイドの表面形状に適合するように構成され、従って、光ガイドとの全接触面積にわたりコンフォーマルな熱接触を提供するように適合されている。それによって、熱接触面積の増加、故に、光ガイドの冷却の向上が達成され、ヒートシンク要素の位置決めに関する既存の許容限界がより重要でなくなる。
【0075】
図3Aは、ヒートシンク要素7000Aが複数のヒートシンク部分を含むことを示す。複数のヒートシンク部分は、ここでは4つのヒートシンク部分7001、7002、7003及び7004であり、その1つ以上に(ここでは4つ全てに)フィンが設けられてもよい。明らかに、ヒートシンク要素7000Aが含むヒートシンク部分の数が増えるほど、ヒートシンク要素7000が光ガイドの表面により精密に適合されてもよい。各ヒートシンク部分7001、7002、7003、7004は、光ガイドとの全接触面積にわたりコンフォーマルな熱接触を提供するように適合されている。ヒートシンク部分は、光ガイドの表面から互いに異なる距離で配置されてもよい。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がそれぞれ取付け要素7010、7020、7030及び7040によって個々に取り付けられる共通キャリア7050を含む。或いは、各ヒートシンク部分には、独自のキャリアが割り当てられてもよい。これら要素は任意であることに留意されたい。
【0076】
図3Bは、ヒートシンク要素7000Bが、それが配置される光ガイド即ち蛍光素子4090Bの表面の形状に適合するように構成された底部部分7060を含むことを示す。底部部分7060は可撓性であり、例えば、銅層などの熱伝導性金属層であってもよい。ヒートシンク要素7000Bは、ヒートシンク要素7000Bの可撓性を向上させるために、底部要素7060と、ヒートシンク要素7000Bの残部との間に配置された熱伝導性層7070を更に含む。熱伝導性層7070は、例えば、熱伝導性流体であってもペーストであってもよい。熱伝導性層7070は、一実施形態においては、高反射性である及び/又は高反射性コーティングを含む。ヒートシンク要素7000Bは、流体の流れを発生させて放熱を向上させるためにヒートシンク要素7000B内部に配置された流体リザーバ7080を更に含む。代替的形態においては、流体リザーバ7080は、また、ヒートシンク要素7000Bの外部に、例えば、ヒートシンク要素7000Bの一部又は外部周縁部全体に延在して配置されてもよい。流体の流れはポンプによって増大されてもよい。導電性層7070及び流体リザーバ7080は任意の要素であることに留意されたい。
【0077】
実施形態に関係なく、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、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、ケイ素−シリコンカーバイド、アルミニウムシリコンカーバイド、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、及びそれらの2つ以上の組み合わせから選択される材料で作製されてもよい。更に、上記実施形態の特徴を組み合わせたヒートシンク要素が実施可能である。また、上記実施形態のいずれかによるヒートシンク要素を光ガイド即ち蛍光素子4090A又は4090Bの1つより多い表面に配置することも実施可能である。
【0078】
最後に、上記のようなヒートシンク要素の提供は、赤色波長域内で発光する及び/又は例えば、IR発光蛍光体を含むことによって赤外線波長域の光を放出するように適合させた光源を用いた発光デバイスにおいて特に有利であることに留意されたい。
【0079】
図4は、本発明の第1の及び全般的な実施形態による発光デバイス1の斜視図を示す。図5は、発光デバイス1の端面図を示す。発光デバイス1は、概して、少なくとも1つの第1の光源21、22、23、24、25、26と、第1の光ガイド3と、少なくとも1つの蛍光素子90と、少なくとも1つのヒートシンク要素70と、を含む。
【0080】
本明細書中に記載される光源は、実施形態においては、LEDなどの固体光源であり、好適な種類のLEDについては上述した。一実施形態においては、第1の光源21、22、23、24、25、26は全て同じ分光分布を有する光を放出するが、別の実施形態においては、2つ以上の異なる分光分布を有する光を放出してもよい。一実施形態においては、光源は青色波長域の光を放出するが、光源は、また、紫色又は紫外線波長域の光を放出してもよい。例えば、第1の光入力表面31に配置された第1の光源21、22、23が、表面35に配置された第1の光源24、25、26によって放出される分光分布とは異なる分光分布を有する光を放出する実施形態もまた、例えば、実施可能である。
【0081】
第1の光源21、22、23、24、25、26は、実施形態においては、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属で作製されたヒートシンクの形態の基部又は基材に配置されてもよい。このヒートシンクは、放熱を向上させるためのフィンを含んでもよい。他の実施形態においては、基部又は基材はヒートシンクである必要はないことに留意されたい。ヒートシンクを設けることによって、光源によって生成される熱は、効率的な状態で光ガイドから放散されてもよい。これにより更には、発光デバイスの取得可能な最大の出力光強度の増加、及び光ガイド内の過剰な熱に起因する、発光デバイスの光学性能に対する有害な影響の低下又は更には排除をもたらす。基部又は基材は、しかしながら、必須の要素ではなく、従って更に別の実施形態では省略されてもよい。
【0082】
示され得るように、本実施形態における第1の光源は、2列で配置され、それぞれは、3つの第1の光源を有する。原則的に、例えば、5個、10個又は20個の第1の光源などの、任意の他の数の第1の光源が存在してもよいことに留意されたい。
【0083】
全般的に、第1の光出口表面32が第1の光ガイド3の頂面であるように、互いに対してゼロとは異なる角度で延在する第1の光入力表面31及び第1の光出口表面32を有するプレートとしての形を取る第1の光ガイド3が示される。第1の光ガイド3は、第1の更なる表面33、34、35、36を更に含み、そのうち、表面36は、第1の光出口表面32に対向し且つ平行に延在する。第1の光ガイド3は、矩形であっても四角形であってもよく、また、バー形状であってもロッド形状であってもよい。
【0084】
実施形態においては、第1の光ガイド3の第1の光出口表面32の面積は、第1の光入力表面31の面積の2分の1である。このようにして、より多くの固体光源が第1の光入力表面に配置されることが可能となり、輝度の増加をもたらす集光の向上が達成され得る。他の実施形態においては、光ガイドの第1の光出口表面32の面積は、第1の光入力表面31の面積の5分の1又は更には10分の1である。
【0085】
第1の光源21、22、23は、第1の光ガイド3の第1の光入力表面31に隣接し且つ光学接触して配置されている一方で、第1の光源224、25、26は、更なる表面35に隣接し且つ光学接触して配置されている。更なる表面35は、この場合、第1の光ガイド3の第1の光入力表面31に平行に且つ対向して延在する光入力表面として機能する。或いは、別の実施形態では、第1の光源は、一実施形態においては第1の光入力表面31である、光ガイドの1つの表面のみに隣接し且つ光学接触して配置されてもよい。或いは、第1の光源は、更に別の実施形態においては、光ガイドの2つを超える表面に隣接し且つ光学接触して配置されてもよい。
【0086】
第1の光出口表面32及び更なる表面36が互いに対向する側部表面であり、第1の光入力表面31が端部表面である、本発明による発光デバイスの別の構成もまた実施可能である。
【0087】
更に、第1の光ガイド3は、透明材料、蛍光材料、ガーネット、集光材料又はそれらの組み合わせを含んでもよく、適切な材料及びガーネットについては上述されている。一実施形態においては、しかしながら、第1の光ガイド3は透明光ガイドである。或いは、第1の光ガイド3は反射内部表面を備えた中空光ガイドであってもよい。例えば、内部表面は、例えば、アルミニウム又は銀などの鏡面反射材料で作製される。中空光ガイドは光が中空光ガイドの光出口表面に誘導されるように形状とされてもよい。拡散反射材料もこの構成に使用され得る。例えば、中空光ガイドの内部表面は、Al2O3、TiO2及び/又はBaSO4粒子を含むコーティングで被覆されてもよい。
【0088】
更に、第1の光ガイド3は、熱の分散を向上させるなどのために、1W/(K*m)未満の熱伝導率を有する材料で作製されてもよい。
【0089】
また、一実施形態においては、第1の光ガイド3は平坦である、即ち、第1の光ガイドは長さL及び幅Wの少なくとも1つよりも大幅に小さな高さHを有する。図4及び図5で示される実施形態において、高さは第1の光出口表面32及び表面36の両方に垂直に延び、長さ及び幅の両方は高さに垂直に、並びに互いに垂直に延びる。
【0090】
別の又は更なる実施形態においては、第1の光ガイド3は、1つの分光分布を有する光を異なる分光分布を有する光に変換するように適合された又は変換することが可能な光ガイドであってもよい。従って、そのような実施形態においては、第1の光ガイド3は、1つの分光分布を有する光を別の分光分布を有する光に変換するように適合された材料を含む透明光ガイドであってもよい。1つの分光分布を有する光を別の分光分布を有する光に変換するように適合された材料は第1の光ガイド3に埋設されてもよい。
【0091】
発光デバイス1は蛍光素子90を更に含む。全般的に、第2の光出口表面92が蛍光素子90の端部表面であるように、互いに対してゼロとは異なる角度で延在する第2の光入力表面91及び第2の光出口表面92を有するロッド又はバーとしての形を取る蛍光素子90が示される。蛍光素子90は、第2の更なる表面93、94、95、96を更に含み、そのうち、表面96は、第2の光出口表面92に対向し且つ平行に延在する。蛍光素子90は、また、例えば、矩形又は四角形プレートとして、プレートの形を取ってもよい。
【0092】
蛍光素子90は、その第2の光入力表面91が第1の光ガイド3の第1の光出口表面32に隣接した状態で配置されている。任意選択的に、蛍光素子90と第1の光ガイド3は、互いに少なくとも部分的に光学接触している。蛍光素子90は蛍光材料で作製され、適切な蛍光材料については上述した。
【0093】
第1の光ガイド3は第1の屈折率n1を含む。蛍光素子90は、一実施形態においては、通常、1.8のオーダーである第2の屈折率n2を含む。第1の光ガイド3及び蛍光素子90の材料はそれぞれ、一実施形態においては、蛍光素子90の第2の屈折率n2が第1の光ガイド3の第1の屈折率n1よりも高くなるように選択される。それにより、第1の光ガイド3に取り込まれた光の殆どは蛍光素子90に取り込まれる。第1の光ガイド3に適した材料は、従って、ガラスである。また、PMMA、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの透明高分子が使用されてもよいが、これら材料は高温に耐えることができない。特に関心が高いのは、一般に、1.4〜1.5の低屈折率を持ち、高温に耐えることができるシリコーンである。シリコーンは光を抽出するためにLED以外にも既に使用されているため、それらは自然な選択肢である。シリコーンは可撓性であるため、所望の用途に容易に適応させることができる。
【0094】
発光デバイス1はヒートシンク要素70を更に含む。ヒートシンク要素70は、実施形態においては、不透明であり、熱分配を向上させるための1つ以上のフィン71、72、73を含む。しかしながら、フィン71、72、73は、原則的に、省略されてもよいことは留意されたい。
【0095】
ヒートシンク要素70は、概して、蛍光素子の表面90上又は蛍光素子の表面90に配置されている。蛍光素子の表面90は、第1の光ガイド3とは逆を向いており、そのため、蛍光素子90の第2の光入力表面91とも逆を向いている、又は換言すると、蛍光素子90の第2の光入力表面91に対向する。本実施形態においては、ヒートシンク要素70は、蛍光素子90の第1の光入力表面91に対して平行に且つ対向して延在する表面95上に配置されている。
【0096】
実施形態においては、ヒートシンク要素70は、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属で作製される。不透明ヒートシンク70は、アルミナ又は窒化ホウ素などの反射性セラミックで作製されてもよい。より一般的には、そのような不透明ヒートシンク要素70に好適な材料は、高熱伝導率、即ち、例えば、1W/(m*K)超、及び好ましくは10W/(m*K)超、又は更には20W/(K*m)超の熱伝導率を有する材料である。
【0097】
本明細書中に示される実施形態では、ヒートシンク要素70のフィン71、72、73は、ヒートシンク要素の長手方向に、又は換言すると、蛍光素子90の第2の光出口表面92及び更なる表面96の両方に対して実質的に垂直な方向の、ヒートシンク要素の取付け位置に延在する。ヒートシンク要素のフィンが、例えば、ヒートシンク要素の横断方向に、又は換言すると、蛍光素子90の第2の光出口表面92に平行などの任意の他の方向に延在する別の実施形態もまた実施可能である。
【0098】
本明細書中に示される実施形態では、ヒートシンク要素70は、蛍光素子90の更なる表面95の全面積にわたって延在する。しかしながら、ヒートシンク要素70が蛍光素子90の更なる表面95の面積の一部のみにわたって延在する別の実施形態もまた実施可能である。
【0099】
図4及び図5を参照すると、本発明による発光デバイスは、概して、以下にように機能する。第1の分光分布を有する第1の光13は、第1の光源21、22、23、24、25、26の各光源によって放出される。第1の分光分布を有する第1の光13は、その後、第1の光入力表面31において第1の光ガイド3に取り込まれる。第1の分光分布を有する第1の光は、第1の光出口表面32において第1の光ガイド3から取り出される。第1の分光分布を有する第1の光13は、その後、蛍光素子90に取り込まれ、第1の分光分布を有する第1の光13の少なくとも一部は、蛍光素子90によって第2の分光分布を有する第2の光14に変換される。第2の光14は蛍光素子90によって案内されると共に蛍光素子90を通過し、蛍光素子90の第2の光出口表面96から取り出され、故に、発光デバイス1によって放出される。従って、光が出る又は放出される蛍光素子90の1つの表面があり、それは第2の光出口表面96である。
【0100】
同時に、光源21、22、23、24、25、26によって発生した熱はヒートシンク要素70によって第1の光ガイド3から分配される。より詳細には、熱は蛍光素子90を通して第1の光ガイド3から分配される。従って、第1の光ガイド3は光源21、22、23、24、25、26によって発生した熱を分散及び分配し、蛍光素子90内に存在する残りの熱はヒートシンク要素70によって分配される。
【0101】
ここで図6を参照すると、本発明による発光デバイス101の第2の実施形態の端面図が示される。発光デバイス101は、少なくとも1つの蛍光素子に光を取り込むように適合されたカップリング要素80と、第1の光ガイド3から光を取り出すように適合されたカップリング要素9と、を更に含むという点で、図4に示されるもの及び上述のものとは異なる。
【0102】
カップリング要素80は第1の光ガイド3と蛍光素子90との間に配置されている。カップリング要素80は、例えば、光学接着剤であっても、屈折又は回折格子であっても、散乱層又は構造であってもよい。或いは、カップリング要素80は、例えば、エアギャップの形態の、単に空気であってもよい。他の適切なカップリング要素については上述した。一実施形態においては、カップリング要素80は、カップリング要素の第3の屈折率n3が蛍光素子90の第2の屈折率n2を下回り、第1の光ガイド3の第1の屈折率n1を上回るように選択された材料を含む。或いは、カップリング要素の第3の屈折率n3は、蛍光素子90の第2の屈折率n2及び第1の光ガイド3の第1の屈折率n1の両方を下回る。更に、カップリング要素80は、任意選択的に、第1の光ガイド3及び蛍光素子90の両方と光学接触してもよい。
【0103】
カップリング要素9は、蛍光素子90とは逆を向いている第1の光ガイド3の表面33の、一実施形態においては、蛍光素子90の位置とは逆の位置に配置されている。カップリング要素9は、例えば、散乱又は反射素子若しくはパターンであってもよい。例えば、TiO2、Al2O3若しくはBaSO4粒子などの散乱材料のコーティング又は層が使用されてもよい。他の適切なカップリング要素については上述した。
【0104】
カップリング要素80及びカップリング要素9のいずれか1つが省略される別の実施形態もまた実施可能であることに留意されたい。
【0105】
図7は、本発明による発光デバイス102の第3の実施形態の端面図を示す。発光デバイス102は、第1の光ガイド301が2つの脚又は部品3011及び3012を含み、そのそれぞれが光入力表面311及び312をそれぞれ含み、それぞれが第1の光源21及び24それぞれと対応付けられた成形光ガイドであるという点で、図4に示されるもの及び上述のとは異なる。第1の光ガイド301の2つの部品3011及び3012は、1つの共通の第1の光出口表面32を更に含み、そこに蛍光素子90が設けられる。
【0106】
原則的に、第1の光ガイド3は任意の実施可能な形状で設けられてもよく、図7に示される形状は、従って、単に非限定的な例であることに留意されたい。
【0107】
そのような構成は、例えば、美的、物理的又は実用的な要件に従って成形されてもよい発光デバイスを提供する。
【0108】
図8は、本発明による発光デバイス103の第4の実施形態の頂面図を示す。簡略化のため、ヒートシンク要素は省略されている。発光デバイス103は、光が光ガイドに3つの側部から取り込まれてもよいように更なる光源251、252、261、262が第1の光ガイド3の第1の更なる表面33に配置されているという点のみにおいて図4に示されるもの及び上述のものとは異なる。このため、発光デバイス103によって放出される光の強度は上述の発光デバイスと比較して増加されてもよい。
【0109】
明らかに、図8に示される種類の実施形態においても、表面34に光源を設けること及び/又は表面35に設けられる光源を省略することは実施可能である。
【0110】
図9は、本発明による発光デバイス104の第5の実施形態の端面図を示す。発光デバイス104は、第1の光ガイド3の第1の光出口表面32と第1の光入力表面31とが互いに平行且つ対向する面であるという点で図4に示されるもの及び上述のものとは異なる。
【0111】
この実施形態においては、光源21、22、23、24、25、26は光ガイド3の第1の光入力表面31と光学接触して配置されている。更に、更なる実施形態では、光源は、効率の向上のために大きな放出角度で放出するLEDである。
【0112】
更に、特に図9による実施形態においてであるが、原則的に実施形態に関係なく、ミラーなどの反射素子を、第1の更なる表面33、34、35及び36に、蛍光素子90に隣接する光出口表面32に、及び/又は光源の間の光入力表面31に、これら表面を通しておそらくは漏れていたはずの光の一部を再利用するために配置することも可能である。これによって、発光デバイス104によって放出される光の強度は増加されてもよい。反射素子は、また、蛍光光ガイド内の光の、第2の光出口表面への案内を強化するために、蛍光素子90の第2の光入力表面及び第2の出力表面以外の蛍光素子90の表面に配置されてもよい。この目的のため、ヒートシンク要素は、また、反射器として機能してもよい。
【0113】
図10は、光源21、22、23、24、25、26、27及び28が、第1の光ガイド3の、第1の光出口表面32に対向し且つ平行に延在する表面、ここでは第1の光入力表面31と、第1の光出口表面32に対してゼロとは異なる角度で延在する表面の2つ、ここでは表面33及び34の両方に配置されている、本発明による発光デバイス105の第6の実施形態の端面図を示す。
【0114】
従って、図10に示される発光デバイス105は、原則的に、図8及び図9に示される実施形態の組み合わせである。従って、また、光源を残りの第1の更なる表面35及び36に設けるということも実施可能である。第1の更なる表面35及び36については図10で図示されない。
【0115】
図11は、本発明の第7の実施形態による発光デバイス106の斜視図を示す。図12は、発光デバイス106の端面図を示す。
【0116】
発光デバイス106は、上記実施形態のいずれかによる、第1の光源211、221、231、241、251、261と、第1の光ガイド3と、蛍光素子90と、フィン71、72、73を備えたヒートシンク要素70と、を含む。
【0117】
発光デバイス106は、第2の光源212、222及び第2の光ガイド4を更に含む。
【0118】
第2の光ガイド4は、蛍光素子90とは逆を向いている第1の光ガイド3の表面、図11及び図12では、第1の光出口表面32に対して平行に且つ対向して延在する表面36に隣接して配置されている。
【0119】
別の実施形態においては、第2の光ガイド4は、光が蛍光素子90に1つより多い側部から取り込まれるように、少なくとも1つの蛍光素子90の表面に隣接して配置されてもよい。
【0120】
全般的に、第3の光入力表面41及び第3の光出口表面42が第2の光ガイド4の対向する側部表面であるように、互いに平行に且つ対向して延在する第3の光入力表面41及び第3の光出口表面42を有するバー又はロッドとしての形を取る第2の光ガイド4が示される。第2の光ガイド4は、第3の更なる表面43、44、45、46を更に含む。第2の光ガイド4は、また、例えば、矩形又は四角形プレートとして、プレートの形を取ってもよい。
【0121】
第2の光源212、222は、第2の光ガイド4の第3の光入力表面41に隣接し且つ光学接触して配置されている。他の実施形態においては、更なる光源が、第2の光ガイド4の少なくとも1つの第3の更なる表面の1つ以上に隣接して設けられてもよい。
【0122】
例えば、第3の光出口表面42が第2の光ガイド4の端部表面であるように、又は第3の光出口表面42と表面46とが互いに対向する側部表面であり、第2の光入力表面41が端部表面であるように、第3の光入力表面41と第3の光出口表面42とが互いに対しゼロとは異なる角度で延在する図11及び図12による発光デバイス106の別の構成もまた、実施可能である。
【0123】
更に、第2の光ガイド4は、第1の光ガイド3の材料と異なる又は同じ透明材料、蛍光材料、ガーネット、集光材料又はそれらの組み合わせを含んでもよい。適切な材料及びガーネットについては上述した。或いは、第2の光ガイド4は反射内部表面を備えた中空光ガイドであってもよい。
【0124】
一実施形態においては、第2の光ガイド4は、1つの分光分布を有する光を別の分光分布を有する光に変換するように適合された材料を含む透明光ガイドである。1つの分光分布を有する光を別の分光分布を有する光に変換するように適合された材料は、第2の光ガイド4の表面に配置されてもよいが、一実施形態においては、第2の光ガイド4に埋設され、この材料は、第1の光ガイド3の材料と異なっていても同じであってもよい。
【0125】
更に、第2の光ガイド4は、一実施形態においては、1W/(K*m)未満の熱伝導率を有する材料で作製される。
【0126】
また、第2の光ガイド4は平坦であってもよい、即ち第2の光ガイドは長さL及び幅Wの少なくとも1つよりも大幅に小さな高さHを有してもよい。図11及び図12で示される実施形態において、高さは、第3の光入力表面41及び第2の光出口表面42の両方に垂直に延び、長さ及び幅の両方は、高さ方向に垂直に、並びに互いに垂直に延びる。
【0127】
また、発光デバイス106の第1の光ガイド3の第1の光入力表面31と第1の光出口表面32とは互いに対しゼロとは異なる角度で延在する。第1の光出口表面32と第1の光入力表面31とが互いに対向し且つ平行な表面である図11及び図12による発光デバイス106の他の代替的構成もまた実施可能である。
【0128】
図11及び図12による発光デバイス106は、概して、以下のように機能する。第1の分光分布を有する第1の光13は、第1の光源211、221、231、241、251、261の各光源によって放出される。第1の分光分布を有する第1の光13は、その後、第1の光入力表面31において第1の光ガイド3に取り込まれる。第1の分光分布を有する第1の光13は、第1の光出口表面32において第1の光ガイド3から取り出される。第1の分光分布を有する第1の光13は、その後、蛍光素子90に取り込まれる。第1の分光分布を有する第1の光13の少なくとも一部は、蛍光素子90によって第2の分光分布を有する第2の光14に変換される。第2の光14は蛍光素子90内を案内され、第2の光出口表面96から取り出され、従って、発光デバイス106によって放出される。第1の光源211、221、231、241、251、261によって発生した熱はヒートシンク要素70によって第1の光ガイド3から分配される。
【0129】
同時に、第3の分光分布を有する第3の光17は、第2の光源212、222の各光源によって放出される。第3の分光分布を有する第3の光17は、その後、第3の光入力表面41において第2の光ガイド4に取り込まれる。第3の分光分布を有する第3の光17の少なくとも一部は、第2の光ガイド4によって第4の分光分布を有する第4の光18に変換される。第4の分光分布を有する第4の光18は、第3の光出口表面42において第2の光ガイド4から取り出される。第4の分光分布を有する第4の光18は、その後、第1の光ガイド3内に取り込まれ、そこで更に別の分光分布を有する光に変換されてもされなくてもよく、また、蛍光素子90に取り込まれ、蛍光素子90内を案内され、第2の光出口表面96から取り出され、従って、発光デバイス106によって放出される。同時に、第2の光源212、222によって発生した熱は、ヒートシンク要素70によって第2の光ガイド4及び第1の光ガイド3から分配される。
【0130】
別の又は更なる実施形態においては、第2の光ガイド4は入射光を異なる分光分布を有する光に変換するように適合されていない透明光ガイドであってもよい及び/又は蛍光素子90は、また、第2の光ガイド4から入射する光を異なる分光分布を有する光に変換するように適合されてもよい。
【0131】
更に別の又は更なる実施形態においては、第2の光ガイドに、別個の蛍光素子及び別個のヒートシンク要素を設けるということも実施可能である。そのような実施形態は、例えば、図4乃至10に関連して上述したタイプのいずれかの2つの発光デバイス1を用意し、それらを各ヒートシンク要素が互いに逆を向くように配置することにより得られてもよい。
【0132】
ここで図13を参照すると、本発明による発光デバイス107の第8の実施形態の端面図が示される。発光デバイス107は、蛍光素子90が、その4つの側部を第1の光ガイド3によって囲まれるように配置されるという点で図4に示されるもの及び上述のものとは異なる。換言すると、蛍光素子90は第1の光ガイド3を貫通して配置されている。
【0133】
別の実施形態においては、蛍光素子90は、その2つ、3つ又は更には5つの側部が第1の光ガイド3によって囲まれるように配置されてもよい。
【0134】
ここで図14を参照すると、本発明による発光デバイス108の第9の実施形態の端面図が示される。発光デバイス108は、第1の光ガイド3からのより効率的な熱の分配のために、蛍光素子90の、その3つの側部93、94及び95に、ヒートシンク要素70、74、75が設けられるように、更なるヒートシンク要素74及び75が設けられるという点で、図4に示されるもの及び上述のものとは異なる。
【0135】
更なるヒートシンク要素74及び75は、別個のヒートシンク要素として設けられても、ヒートシンク要素70と一体で設けられてもよい。更なるヒートシンク要素74及び75には、それぞれフィン76及び77が設けられてもよい。
【0136】
一実施形態においては、更なるヒートシンク要素74及び75は、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属で作製される。更なるヒートシンク要素74及び75は、アルミナ又は窒化ホウ素などの反射性セラミックで作製されてもよい。より一般的には、そのような更なるヒートシンク要素74及び75に好適な材料は、高熱伝導率、即ち、例えば、1W/(m*K)超、及び好ましくは10W/(m*K)超、又は更には20W/(K*m)超の熱伝導率を有する材料である。
【0137】
本明細書中に示される実施形態では、各更なるヒートシンク要素74及び75のフィン76及び77は、ヒートシンク要素の長手方向に、又は換言すると、蛍光素子90の第2の光出口表面92及び更なる表面96の両方に対して実質的に垂直な方向の、ヒートシンク要素の取付け位置に延在する。更なるヒートシンク要素のフィンが、例えば、ヒートシンク要素の横断方向に、又は換言すると、蛍光素子90の第2の光出口表面92に平行などの任意の他の方向に延在する別の実施形態もまた実施可能である。
【0138】
本明細書中に示される実施形態においては、更なるヒートシンク要素74及び75は蛍光素子90の更なる表面93及び94それぞれの全面積にわたって延在する。更なるヒートシンク要素74及び75が蛍光素子90の更なる表面93及び94それぞれの面積の一部のみにわたって延在する別の実施形態もまた、しかしながら、実施可能である。
【0139】
本明細書中に記載されるヒートシンク要素70、74、75のいずれかは、更に任意選択的に、光を反射するように適合された少なくとも1つの表面を含んでもよく、一実施形態においては、この表面は、蛍光素子90に面するヒートシンク要素の表面である。
【0140】
当業者であれば、本発明は上述の実施形態に如何様にも限定されないことを認識している。逆に、添付の特許請求の範囲の範囲内における多くの改良及び変形が可能である。
【0141】
特に、本明細書中に記載される種々の実施形態の種々の要素及び特徴は自由に組み合わせてもよい。
【0142】
加えて、請求された発明の実施において、当業者には、開示された実施形態の変形形態が、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から理解され、実施され得る。特許請求の範囲において、「含む(comprising)」という語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除しない。相互に異なる従属請求項に特定の施策が列挙されるという単なる事実は、これら施策の組み合わせが効果的に使用され得ないことを示すものではない。
図1
図2
図3A
図3B
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
【国際調査報告】