JP2009545107A - エッジ放出要素を有する光源 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ほぼ同じ若しくは類似の放出スペクトル又はそれぞれの放出スペクトル／色を各々が持っている１つ以上のエッジ放出要素と、前記エッジ放出要素に熱的に結合されている複数の熱抽出器とを一般に有している光源を提供している。駆動手段も、前記エッジ放出要素を駆動するために設けられている。所望の効果を生成するために、リフレクタ、レンズ、拡散器、コリメータ及びフィルタ等のような、出力光学手段も、前記エッジ放出要素から発せられた光を混合する及び／又は再指向するために含まれ得る。前記光源は、前記光源の出力を監視すると共に、所望の又は最適な出力を保持するために前記駆動手段及び／又は出力光学手段を調整するオプションの制御フィードバックシステムも有し得る。

Description

本発明は、照明の分野、特に、エッジ放出要素を有する光源の分野に関する。
固体状態半導体及び有機発光ダイオード（ＬＥＤ）のような、発光装置の発光束の開発及び改良における進歩は、一般に、建築用、娯楽用及び道路用の照明を含む照明用途における使用に適切なこれらの装置を作ってきた。発光ダイオードは、白熱、蛍光及び高輝度放電ランプのような光源に、次第に対抗するものとなっている。
ＬＥＤベースの光源の開発の際に、しばしば遭遇する１つの挑戦は、当該ＬＥＤベースの光源内に含まれているＬＥＤのための充分な冷却手段の開発にある。例えば、ＬＥＤの性能は、一般に、温度、及び温度変化に対する感度が高く、温度の放散及び制御は、しばしば、重要な設計パラメータとなる。特に、例えば、高い出力強度又は組み合わされた放出スペクトルを提供するために、比較的密な構成において複数のＬＥＤを組み合わせている光源は、温度管理を向上するために慎重な光源の配置の設計を必要とし得る。
レーザーダイオードアレイ、特に積層されたダイオード棒体のアレイの製造において、ダイオード棒体のためのそれぞれのヒートシンク及び電気接続を供給する熱的に伝導性のあるスペーサの対応する系列の間に差し込まれているダイオード棒体の系列を組み合わせるモジュール方式の構成が、提案されている。この構成は、個々のモジュールの試験と、欠陥がある場合の個々のモジュールの交換とを容易にし、一般に、改善された放出特性を生じるダイオード棒体のための付加的な構造上の支持を提供する。このモジュールは、例えば、固体状態レーザーのための光学ポンプとして、使用するための、著しく狭い帯域の高い出力の光源を提供するために、直列に組み合わされる及び駆動される。このようなレーザーダイオードのアレイの例は、１９８４年６月１２日にＳｍｉｔｈに付与されている米国特許第４，４５４，６０２号、１９９４年６月２８日にＨｅｒｂらに付与されている米国特許第５，３２５，３８４号、１９９５年２月２８日にＪｏｓｌｉｎに付与されている米国特許第５，３９４，４２６号、１９９８年１１月１０日にＨｕａｎｇに付与されている米国特許第５，８３５，５１５号、２００１年２月２７日にＷｉｌｓｏｎらに付与されている米国特許第６，１９５，３７６号、２００２年３月５日にＨｏｄｅｎらに付与されている米国特許６，３５２，８７３号、及び２００４年７月２７日にＴｒｅｕｓｃｈに付与されている米国特許第６，７６８，７５３号において、様々な形及び配置で提案されている。
現在使用されているＬＥＤベースの光源は、例えば、汎用照明の用途において、一般に、所望の発光効果を供給するための１つ以上の表面発光ＬＥＤを組み合わせるものである。例えば、これらの表面発光ＬＥＤは、適切に配置された場合、所望の出力スペクトル又はパターンを供給するように組み合わされることができる１つ以上の波長における照明を提供するために、群又はアレイにおいて取り付けられることができる。例えば、このような組み合わされた出力を供給するＬＥＤベースの光源が、例えば、白色光源（例えば、赤、緑及び青（ＲＧＢ）色のＬＥＤ又は赤、琥珀、緑及び青（ＲＡＧＢ）色のＬＥＤの組み合わせ等）として、パターン化された又は多色の光源として、又は所望の若しくは可変の出力スペクトルの光源として使用されることができる。
このような汎用のＬＥＤベースの光源の様々な例は、２００６年５月２３日にＭａｒｔｉｎらに付与されている米国特許第７，０４８，４１２号において提供されており、この提案されている光源は、光源の軸の切り子面に沿って配されていると共に、ここからコレクタに向かって外側に放射する複数のＬＥＤを有しており、前記コレクタは、所望の発光効果を生成するために発せられた前記光を集める及び再指向するように配されている。他のこのような汎用ＬＥＤベースの光源は、一般に当該光源の軸に垂直に配されているＬＥＤアレイを有しており、この文献においても説明されている。
これらの及び他の利用可能である汎用ＬＥＤベースの光源において、使用されている表面発光ＬＥＤは、一般に、第１の大きい発光表面と、このＬＥＤによって生成される熱がヒートシンク等を介してここから放散される対向している表面とを提供するように構成されている。しかしながら、高い出力光源の場合、上述の表面発光の配置は、前記光源の全体的な性能に影響を与える様々な熱管理及び／又は冷却の問題をしばしば生じ得る。
従って、既知の光源の上述の不利な点の少なくとも一部を克服する、ＬＥＤ及び／又は他のこのような発光要素を有する、改善された光源への必要性が存在する。
この背景技術の情報は、本発明に関連する可能性を有するものであると本出願人によって信じられている情報を明かすために提供されているものである。必ずしも、前述の情報の何れも本発明に対する従来技術を構成するものと意図ではなく、かつ、そのようにみなされるべきでもない。
本発明の目的は、エッジ放出要素を有する光源を提供することにある。本発明の第１の見地によれば、照明を提供するための光源であって、２つのほぼ対向している表面に隣接している１つ以上の発光エッジを各々がそれぞれ有している１つ以上のエッジ放出要素であって、前記ほぼ対向している表面の面積は前記１つ以上の発光エッジの面積よりも大きい、１つ以上のエッジ放出要素と、１つ以上の熱抽出器であって、前記１つ以上のエッジ放出要素の各々の前記ほぼ対向している表面の１つ以上が、ここからの熱を抽出するため前記熱抽出器の対応するものに熱的に結合されている、１つ以上の熱抽出器と、前記照明を提供するために、これらの前記１つ以上の発光エッジを介して光を発するように前記１つ以上のエッジ放出要素を駆動する駆動手段とを有している光源を提供することにある。
本発明の他の見地によれば、発光構造を駆動する駆動手段を有する照明光源において使用するための前記発光構造であって、連続する熱抽出器層の間にそれぞれ挿入されている２つ以上の発光層であって、前記発光層の各々は、１つ以上のエッジ放出要素を有しており、前記エッジ放出要素の各々は前記エッジ放出要素を前記連続する熱抽出器層に熱的に結合する２つのほぼ対向している表面に隣接している発光エッジを有しており、前記ほぼ対向している表面の面積は、前記１つ以上の発光エッジの面積よりも大きい、２つ以上の発光層を有する前記発光構造が、提供される。
定義
「発光要素」なる語は、例えば、これに電位差を印加する又はこれに電流を流すことによって活性化された場合に、可視領域、赤外線及び／又は紫外線領域のような電磁スペクトルの１つの領域又は領域の組み合わせにおける放射を発する装置を規定するのに使用されている。従って、発光要素とは、単色の、準単色の、多色の又は広いスペクトル放出特性を有し得る。発光要素の例は、半導体、有機又はポリマ（polymer）／ポリマの（polymeric）発光ダイオード、超光（superluminescent）ダイオード、レーザーダイオード、光ポンピング蛍光体被覆されている発光ダイオード、光ポンピングナノ結晶発光ダイオード、又は当業者にとって容易に理解されるであろう他の類似の装置を含んでいる。更に、この「発光要素」なる語は、放射を発する特定の装置（例えば、ＬＥＤのダイ）を規定するのに使用され、特定の装置又は複数の装置が内部に位置されているハウジング又はパッケージと一緒に放射を発する特定の装置の組み合わせを規定するのにも、同様に使用されることができる。
この「エッジ放出要素」なる語は、一般に、上述で規定したような発光要素であって、このエッジの１つ以上から光を発する、即ち少なくともこのエッジの面積よりも大きい面積を各々持っている２つのほぼ対向している表面に概ね隣接しているエッジから光を発する発光要素を規定するのに使用される。言い換えれば、この「エッジ放出要素」なる語は、ここから光が１つ以上の発光エッジを介して発せられる発光要素であって、前記１つ以上の発光エッジは、前記発光要素の名目上の非発光表面の少なくとも一部の面積よりも少なくとも小さい面積を有している、発光要素を表現するのに使用されている。更に以下で議論されるように、これらの広い非発光表面の少なくとも一部は、熱の放散に使用される。この「エッジ放出要素」なる語は、更に、前記発光要素が、製造の間、多層ウエハからどのように切り取られたかに拘わらず、前記発光要素内の活性層のエッジから光を発する要素のことも言う。光は、本明細書において規定されているように、エッジ放出要素の表面から発せられることができ、前記表面は、このエッジ放出要素の最小の表面の１つではないが、前記発光要素の前記名目上の非発光表面の少なくとも１つよりも小さい面積の残部である。「エッジ放出要素」なる語は、ここからの光が１つ以上の小さい面積の表面（そうでない場合、発光エッジとなる）から、１つ以上の大きい表面（前記全反射が無い場合には、名目上の非発光表面となる）の一部又は複数の一部から発せられるように全反射される又は少なくとも概ね反射される、発光要素も称し得る。
「非発光表面」なる語は、上述で規定されているように、これを介して光は、名目上、発せられることがないが、一部の光がこれを介して実際に発せられ得る発光要素上の表面を参照しているものである。当業者であれば、このような非発光表面は、ここから光が発せられない表面を排他的に規定しているものではなく、より一般に、一次発光表面と一般的にみなされることのない前記発光要素の表面、即ち、ここから光が発せられ得ないが、一部においてこのような発光要素の前記１つ以上の発光エッジから供給される放出に最大で二次的に関連している表面も更に一般に規定するものであると容易に理解するであろう。
「熱抽出器」なる語は、これに熱的に結合されている他の物体（即ち上述で規定されたエッジ放出要素のような発光要素）からの熱を吸収することができる材料、装置、システム及び／又は環境を規定するのに使用されている。熱抽出器とは、１つ以上の独立した及び／又は結合されている熱抽出器を含み得るものであり、一般に、当該熱抽出器によって源（例えば、前記発光要素）から吸収された熱を伝導する、及び前記熱を大きい表面領域にわたって拡散する又は放散するように構成されている。一般に、前記熱抽出器は、増大された熱質量（heat mass）又は熱放散、伝導、対流、放射及び／若しくは能動的な冷却による熱放散によって前記源の温度を減少させる。熱抽出器の例は、例えば、これらに限定されるわけではないが、板及び棒体等のような金属構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステ等）等からなる様々な種類のヒートシンク等、様々な種類の熱電気冷却器、強制空気システム又は（複数の）熱パイプ、様々な種類のマクロチャネル流体冷却システム、又は当業者によって容易に理解されるような他の類似の熱抽出及び／又は放散システムを含み得る。この「熱抽出器」なる語は、更に、照明装置の熱抽出構造に機能的に及び／又は熱的に結合されている又は照明装置の熱抽出構造内に一体化されている受動的な及び／又は能動的な（複数の）冷却システムを規定するのに使用されている。
「スペクトル」及び「放出スペクトル」なる語は、所与の光源、発光要素又は他のこのような発光装置の１つ以上のスペクトル特性を規定するために区別なく使用され、この特性は、これらに限定されるわけではないが、スペクトルパワー分布（ＳＰＤ）、１つ以上のピーク強度波長及び／又は放出帯域、及び１つ以上のスペクトル強度プロファイル等を含み得る。
本明細書において使用されているように、「約」なる語は、公称値から＋／−１０％の変化を参照しているものである。このような変化は、これが明確に参照されているか否かに拘わらず、常に、本明細書において与えられている何らかの所与の値に含まれていることを理解されたい。
特に規定されていない限りは、本明細書で使用されている全ての技術的及び科学的用語は、この発明が属している従来技術における通常の技術を有するものによって一般に理解されるものと同じ意味を有している。
本発明は、エッジ放出要素を有する光源を提供している。特に、前記光源は、一般に、１つ以上のエッジ放出要素であって、各々が、実質的に同一の（例えば青、赤、緑等）若しくは類似の（例えば温白色及び冷白色）放出スペクトルを有している又は実質的に異なるそれぞれの放出スペクトル／色（例えば赤、緑及び青）を有している１つ以上のエッジ放出要素と、これらに熱的に結合されている１つ以上の熱抽出器とを有している光源を提供する。前記エッジ放出要素を駆動するための駆動手段も、設けられている。リフレクタ、レンズ、拡散器、コリメータ及びフィルタ等のような、出力光学手段が、所望の光学効果を生成するために前記１つ以上のエッジ放出要素によって発せられる光を収集する、混合する及び／又は再指向するために含まれていても良い。前記光源は、所望の又は最適な出力を保持するために、光源の出力を監視する、前記駆動手段及び／又は出力光学手段を調整するオプションの制御フィードバックシステムも有する。
上述に規定されているように、所与の光源の各エッジ放出要素は、一般に、ここから、これらにそれぞれ結合されている熱抽出器を介して熱が抽出される及び放散される２つ以上の非発光表面及び１つ以上の発光エッジを有している。一般に、前記非発光表面は、（複数の）発光エッジの面積よりも大きい面積を有しており、従って、より大きい熱抽出及び放散を提供する。このように、現在利用可能である光源における表面発光要素の使用とは対照的に、本明細書に記載されているエッジ放出要素の使用は、より大きい熱抽出及び放散を提供し、従って、より優れた熱管理及び温度制御を提供し、このことは、より優れた光源の性能、信頼性、安定性及び寿命につながり得る。
一般に、前記１つ以上のエッジ放出要素は、群又はアレイにおいて又は１つ以上の積層のエッジ発光装置の一部として、独立に動作されることもできる。一実施例において、例えば、各エッジ放出要素は、それぞれの駆動手段を介して独立に動作される。この実施例において、各エッジ放出要素は、１つ以上のそれぞれの熱抽出器（例えば、図４及び１５参照）に熱的に結合されている。各エッジ放出要素の前記熱抽出器は、独立した熱抽出及び放散手段として使用されることができ、又は以下に記載されるように当該光源全体のための若しくは当該光源のエッジ放出要素の様々な部分群のための組み合わされた熱抽出及び放散システムを提供するように機能的に結合されることができる。
他の実施例において、複数のエッジ放出要素は、連続する挿入されている発光層及び熱抽出器層をそれぞれ有する積層発光構造に組み合わされることができる（例えば、図１乃至３、６乃至８、１０、１１及び１４を参照）。即ち、このような積層発光構造は、２つの連続する熱抽出器層間に熱的に結合されている１つ以上の発光層を有し得る。例えば、一実施例において、各発光層は、２つの連続する熱抽出器層間に熱的に結合されている１つのエッジ放出要素を有している（例えば、図１及び６を参照）。他の実施例において、各発光層は、２つの連続する熱抽出器層間に熱的に結合されている２つ以上のエッジ放出要素を有している（例えば、図７、８、１０及び１１参照）。種々の数の発光層及び熱抽出器層を有している、及びエッジ放出要素とこのような層それぞれの各々のための熱抽出器との様々な組み合わせを有している他の積層配置及び順列は、当業者にとって明らかであろう。
更に、上述の発光構造において、所与の発光層の各エッジ放出要素は、ほぼ同じ若しくは類似の放出スペクトル、又は異なる放出スペクトルを有していても良く、又はこのような構造は、エッジ放出要素の組み合わせを有していても良く、前記エッジ放出要素の一部は、ほぼ同じ又は類似のスペクトル及び幾つかの異なるスペクトルを有している。例えば、一実施例において、積層発光構造は、複数の発光層を有しており、前記複数の発光層の各々は、ほぼ同じ又は類似の放出スペクトル／色を共有しているエッジ放出要素からなっている。例えば、所与の積層発光構造は、一実施例によれば、第１の放出スペクトルを各々持っているエッジ放出要素を有する第１の発光層と、第２の、異なる放出スペクトルを各々持っているエッジ放出要素を有する第２の発光層とを有していてもよく、３つ以上のこのような層が、前記光源が使用されるべき用途に依存して設けられることもできる。
更に、所与の光源は、１つの積層発光構造を有していても良く（例えば、図１乃至３及び１１を参照）、又は２つ以上の積層発光構造を有していても良い。例えば、一実施例において、前記光源は、それぞれの放出スペクトル又は色に従った光を各々発する２つ以上の積層発光構造を有している。他の実施例において、前記光源の各積層発光構造は、異なる放出スペクトルを持っている、エッジ放出要素又はエッジ放出要素の部分群からなる様々な発光層の放出を組み合わせることによって得られる組み合わされた出力スペクトルによる光を発する。
当業者であれば、発光層及び熱抽出器層の異なる配置におけるエッジ放出要素の異なる組み合わせを有する他の積層発光構造が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく考慮されることができることを容易に理解するであろう。例えば、近傍の発光層は、自身の間に配されている共通の熱抽出器を共有することもでき、又は近傍に配されているが別個の熱抽出器に結合されることもできる。更に、積層発光構造は、当該光源が使用されるべきである用途に依存して様々な形状及び／又は配置を有するように製造されることができる。例えば、線形の、正方形又は長方形の積層が、特定の用途においては好ましいが（例えば、図１及び１０を参照）、円筒、円錐又は環状積層が他の用途においては最良であり得る（例えば、図１１乃至１３を参照）。環状積層は、例えば、前記発光要素によって生成される熱の抽出のための、軸上熱パイプ又は他の熱伝導性又は熱輸送性のある構成要素の周りに配され熱的に接続される。
他の実施例において、このような積層は、1次元又は線形のものであっても良く、横、縦又は他の方向に配されることができる。このような積層は、二次元のものであっても良く、この場合、エッジ放出表面が、平坦の、二次元のアレイを形成している。このような積層は、円筒表面のような、事実上湾曲している表面に配されている二次元のアレイであっても良い。このような積層は、１つ以上の後方の列に位置されているエッジ放出要素によって発せられる放射が、１つ以上の前の列に位置されている前記エッジ放出要素のそばを通過するのを可能にするように位置されている列を有する三次元アレイであっても良い。当業者であれば、これら及び他のこのような変化は、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱するという意味ではないことを理解するであろう。
更に、上述したように、積層発光構造は、異なる出力スペクトルを持つエッジ放出要素を有することもでき、又はほぼ同じ又は類似の出力スペクトルによる光を全てが発するエッジ放出要素の系列を有することもできる。後者の実施例において、所与の出力のエッジ放出要素の積層発光構造は、組み合わされた光学効果を生成するために異なる出力を持つエッジ放出要素の発光構造と組み合わされることができる。例えば、このような組み合わせは、ひとたび、それぞれの発光構造からの出力が、共通の光コレクタ、ミキサ等を介して組み合わされると、所望のスペクトル持つ組み合わされた出力（例えば、選択された色の出力、白色光源等。）を生成するように、高出力光源内で使用されることもできる。
エッジ放出要素
一実施例において、エッジ放出要素は、２つのほぼ対向している非発光表面に隣接している１つ以上の発光エッジを持つほぼ平面の発光要素を有しており、前記１つ以上の発光エッジは、前記非発光表面と角度を形成していても良く、又は前記非発光表面にほぼ垂直であっても良い。更に、前記エッジ放出要素の、一般に前記発光エッジではない１つ以上の表面は、一般に、反射性被覆によって被覆されていても良く、又は増大された内部反射率を提供するように製造されても良い。このような反射性表面は、例えば、１つのエッジのうちの、又は正反対であるエッジのうちの前記エッジ放出要素の放出を指向するために使用されることができる。更に、１つ以上の表面、特に前記エッジ放出要素の１つ以上の発光エッジは、非反射性被覆によって被覆されていても良く又は減少された内部反射率を提供するように製造されていても良い。このような非反射性表面は、例えば、問題となっている前記エッジ放出要素の放出効率を高めるために使用されることができる。
他の実施例において、エッジ放出要素は、前記エッジ放出要素によって生成される光が、光ガイド材料によって、ここから前記光が発せられる前記１つ以上の発光エッジにガイドされるように、少なくとも部分的に前記光ガイド材料によって製造される。低い屈折率の光ガイド材料は、例えば、導波管を形成するための前記エッジ放出要素の前記非発光表面の１つ以上に沿って配されることができる。例えば、リッジ導波管等のような構造が、前記エッジ放出要素上で成長されることもできる。導波路は、例えば、半導体ダイオードレーザーのような、半導体発光要素上の活性層、ガイド層及びクラッディング層の間の屈折率の変化により設けられることもできる。他の例は、表面発光ＬＥＤの基板側に１つのミラー層を設けるのと同様に、活性層を囲う内部ミラー層を設けることであっても良い。更に、ミラーコーティング等のような、内部の導波路層と外部の導波路層との組み合わせは、所望の効果を達成するように使用されることができる。類似のエッジ放出要素の他の例は、従来技術における当業者によって容易に理解されるであろう。
本発明の他の実施例において、反射性及び／又は部分的に反射性の材料が、これらのエッジ表面間のレージングを容易にするために、前記１つ以上の発光エッジ上で被覆されていても良い。前記エッジ表面は、研磨されていても良く、平坦なもの又は湾曲しているものであっても良い。
本発明の他の実施例において、エッジ放出要素は、自身のそうでなければ光を発するエッジが、全反射又は実質的な内部反射を提供し、これにより自身に指向された光を名目上の非発光表面の一部に向けて再指向するように構成されるように、構成されることもできる。この実施例において、前記エッジ放出要素は、ここから熱が抽出される及び／又は放散されることができる１つ以上の概ね大きい表面を提供する利益を保持する一方で、出力の指向性に関する代替的なものを提供する。この配置において、前記エッジ放出要素によって生成された光は、前記エッジ放出要素の発光エッジを介して発せられ、前記発光エッジは、この実施例において、光をここか発せられるべき名目上非発光表面に向けて再指向するように構成されている。
更に、エッジ放出要素は、放射を発する特定の装置であることができ（例えば、ＬＥＤのダイ）、同様に、（複数の）前記特定の装置が内部に位置されているハウジング又はパッケージと一緒に前記放射を発する前記特定の装置の組み合わせを規定するように使用されることもできる（例えば、ヒートシンクのような熱抽出器、駆動電極、導波路構造、反射性被覆及び／又は構造等を含む）。一実施例において、エッジ放出要素とは、１つのエッジ放出要素、又は、例えば、層状の発光構造のエッジ放出層若しくは２つ以上のエッジ放出要素からなる装置のような、所与の配置又はアレイにおいて一体的に又は機能的に結合されているこのようなエッジ放出要素の組み合わせを含み得る。
熱抽出器
当業者であれば、１つ以上のエッジ放出要素のそれぞれの層間の層に配されているか、又は１つのエッジ放出要素のための個々の熱抽出器として配されているかに拘わらず、様々な種類の熱抽出器が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく、本明細書において考慮されることができることを理解するであろう。更に、様々な熱抽出器の形状及び配置が、前記光源の形状と、前記光源の前記エッジ要素の選択された組み合わせ及び構造的な配置とに依存して考慮されることができる。
一実施例において、各熱抽出器は、ヒートシンク、即ち１つ以上のエッジ放出要素の前記非発光表面の１つ以上（又は前記非発光表面の一部）に熱的に結合されている金属プレート又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステン等）を有する。各ヒートシンクは、更に、ヒートシンクベースに熱的に結合されることができ、後者の場合、所与のエッジ放出要素の各熱抽出器、所与の発光層、エッジ放出要素の所与のアレイ若しくは群、又は所与の積層発光構造をオプションで熱的に結合している。前記ヒートシンクベース、又は特にエッジ放出要素又はエッジ放出要素の群、アレイ若しくは積層構造の所与のヒートシンクは、更に、前記光源内の前記エッジ放出要素の支持としての役割も果たす（例えば、図１を参照）。当業者であれば容易に理解できるように、前記ヒートシンクベースが、所望の及び／又は最適な動作温度における前記エッジ放出要素の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムになっても良い。
代替的には、各熱抽出器は、所与の光源の特定の設計及び動作の要件に依存して、独立に又は部分群において、動作されることができる。当業者であれば、複数の熱抽出及び放散手段が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく、関連して、熱抽出器として使用されることができると容易に理解するであろう。即ち、熱抽出器の様々な種類及び／又は組み合わせが、前記エッジ放出要素の非発光表面から、前記周囲又は関連する受動的な及び／又は能動的な冷却システムへの熱輸送を提供するように考慮されることができる。上述したように、このような熱抽出器は、これらに限定されるものではないが、ヒートシンク、熱電気冷却器、強制空気システム、（複数の）熱パイプ、マクロチャネル又はマイクロチャネル冷却器のような流体冷却システム、並びに前記エッジ放出要素の熱抽出構造に機能的に及び／又は熱的に結合されている又は前記エッジ放出要素の熱抽出構造内に一体化されている受動的な及び／又は能動的な冷却システムのような他の類似の熱抽出及び／又は放散システムを含み得る。
一実施例において、熱抽出器は、前記熱抽出器の主な材料から電気的に絶縁されている１つ以上の伝導性のトレースを支持していても良い。従って、電気的エネルギは、前記伝導性トレース及び前記熱抽出器を介して、前記エッジ放出要素に供給される。伝導性トレースの例は、例えば、図１５Ａ及び１５Ｂに見られる。図１５Ａの例において、ほぼ平坦な熱抽出器１２０８は、上方金属表面端子１２３０を持つエッジ放出要素１２０２を担持している。上方金属表面端子１２３０は、熱抽出器１２０８の熱放散端部１２３８に配されている熱伝導性であるが電気絶縁性の層１２３６上の伝導性トレース１２３４にワイヤボンディング１２３２されている。図１５Ｂの例においては、階段状の熱抽出器１２０８'が、上方金属リッジ端子１２３０'を持つエッジ放出要素１２０２'を担持している。上方金属リッジ端子１２３０'は、熱抽出器１２０８'の熱放散端部１２３８'に配されている熱伝導性であるが電気絶縁性の層１２３６'上の伝導性トレース１２３４'にワイヤボンディング１２３２'されている。他の例において、前記熱抽出器は、良好な熱伝導性を有する、セラミックのような、電気的絶縁材料であり得る。この場合において、２つのトレースが、各エッジ放出要素のために使用されることができる。
オプションの出力光学素子
上述の例では、所与の光源の各エッジ放出要素の出力は、独立に、部分群又はアレイにおいて組み合わされているか、又は１つ以上の積層発光構造に含まれているかに拘わらず、所望の光学効果を提供するために、適切な出力光学素子を使用して、組み合わされることができる。例えば、様々な前記エッジ放出要素の出力は、パターン化された出力、コリメートされた出力、選択された色若しくは色度（例えば、赤、緑及び青（ＲＧＢ）混合、赤、琥珀、緑及び青（ＲＡＧＢ）混合等を介して）若しくは可変の強度の出力、又は色度出力（例えば、可変の駆動手段及び／又は出力光学素子等を）等を供給するために、複数の仕方において組み合わされることができる。
一実施例において、前記光源は、２つ以上の出力スペクトル／色を供給するエッジ放出要素を有している。例えば、赤色エッジ放出要素、緑色エッジ放出要素及び青色エッジ放出要素を持つ光源が、考慮されることができる（例えば、図１、５及び１１を参照）。このような光源において、種々のエッジ放出要素のそれぞれの有色出力は、組み合わされた出力スペクトル、即ち所望の色度を供給するために、適切な光学手段（例えば、（複数の）リフレクタ、（複数の）レンズ、（複数の）コリメータ、（複数の）拡散器、（複数の）光学フィルタ等）を介して収集される及び混合されることができる。一実施例において、このような所望の出力は、赤、緑及び青色の出力の組み合わせから生成される白色光である。
他の実施例において、前記光源は、４つ以上の出力スペクトル／色を供給するエッジ放出要素を有する。例えば、前記光源は、種々の出力スペクトル／色、即ち例えば赤、琥珀、緑及び青色を有する、４つのエッジ放出要素又は４つのエッジ放出要素のグループ、アレイ若しくは層を有し得る（例えば、図３を参照）。再び、それぞれの前記エッジ放出要素の有色出力は、白色光のような、組み合わされた出力スペクトルを供給するために適切な光学手段を介して収集される及び混合されることができる。代替的には、上述したように、前記光源は、各アレイがそれぞれの全体的な出力スペクトル又は波長を有しているエッジ放出要素の１つ以上のアレイを有し得る。即ち、図７、８及び１１に見られるように、前記エッジ放出要素は、２つの熱抽出器ごとの間に、前記光源が開発されている用途に依存して、ほぼ同じ又は類似の出力スペクトルを持っている光を発するように構成されていることもできる２つ以上のエッジ放出要素を設けるために、配置において積層状であっても良い。一実施例において、所与の発光層の各エッジ放出要素は、ほぼ同じ又は類似の出力スペクトルを供給する。他の実施例において、３つの発光層が、赤、緑及び青色（例えば、図１、５及び１１を参照）の光をそれぞれ生成するように設けられる。更に他の実施例において、４つの発光層は、赤、琥珀、緑及び青色の光をそれぞれ生成するように設けられる（例えば、図３及び６を参照）。更なる実施例において、所与の発光層によって生成される光は、収集され、組み合わされた光学効果を生じるように前記他の発光層によって生成された光と混合される。個々のエッジ放出要素及び／又は発光層によって生成される光の収集及び混合は、リフレクタ、フィルタ、レンズ、コリメータ及び拡散器等のような、光学手段の組み合わせによって供給されることができる。
他の実施例において、前記エッジ放出要素の組み合わされた出力が、例えば、１つのエッジ放出要素の波長範囲と比較して広い波長範囲に亘る連続的な非ゼロスペクトルを形成するように、複数のエッジ放出要素のそれぞれの放出スペクトルが重複される。前記組み合わされた出力は、例えば、２つの、３つの又は４つ以上の個々の出力スペクトルからの場合には、例えば、ほぼ青色から赤色の波長にわたり得る。
当業者であれば、様々な光学装置及び構成要素が、所望の効果を提供するために、開示されている光源の様々な実施例において又は開示されている光源の様々な実施例とともに使用されることができることを容易に理解するであろう。例えば、積層フィルタ及び／又はスタガフィルタの組み合わせは、前記エッジ放出要素の様々な有色出力を十分に組み合わせる及び混合するのに使用されることができる。即ち、様々なリフレクタの配置も、各エッジ放出要素、又はエッジ放出要素の群、アレイ若しくは層から発せられる光を収集する及び再指向するために考慮されることができる。例えば、リフレクタは、平面状、円錐状、放物線状、複合放物線状、非対称性の複合放物線状、角形、多角形区分及び／若しくはこれらの組み合わせ、又は他のこのような従来技術における既知の形のものであり得る。更に、コリメータ及びレンズ等は、当該光源の出力を形成する及び再指向するのに使用されることができる一方で、拡散器等は、様々な出力を混合する及び拡散するのに使用されることができる。
当業者であれば、様々な前記エッジ放出要素からの光出力の様々な光学操作が、前記エッジ放出要素又は発光層自体の様々な構造上の及び／又は配置上の属性を介して供給されることができると更に理解するであろう。例えば、様々な反射性及び非反射性被覆が、これらの要素（例えば、非発光表面及び／又は発光エッジ）から所望の出力指向性によって発せられる光を再指向するために、前記要素に設けられることもできる。エッチングされた及び／又は一体化されたマイクロ-ミラー、レンズ及び／又は導波路構造も、個々の要素／層と関連付けられる、又は個々の要素／層を設けられることができる。
例えば、一実施例において、拡散器は、光源の光学構成要素に直接的に利用されることができる。
他の実施例において、波長変換材料が、前記１つ以上のエッジ放出要素の前記１つ以上の発光エッジ上に被覆されることができる。代替的には、波長変換材料が、所与の実施例の反射性光学素子、拡散器及び／又はカプセル材料上に被覆されることができる。
他のこのような考慮も、当業者にとって明らかであり、従って、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱するものと考慮されるものではないであろう。
駆動手段
前記光源は、更に、全てのエッジ放出要素に対するほぼ同じ又は類似の放出スペクトルか、又は各エッジ放出要素又はエッジ放出要素の部分群に対するぞれぞれの放出スペクトルかのいずれかによって、光を発するように前記１つ以上のエッジ放出要素を駆動する駆動手段も有する。
一般的に、前記駆動手段は、前記光源の前記様々なエッジ放出要素の両端に電位差を印加するように構成されることができる。この電位差は、一般に、前記エッジ放出要素の２つの名目上非発光表面（例えば、それぞれの熱抽出器熱的に結合されている表面）の間に印加される。このように、一実施例において、前記駆動手段は、各エッジ放出要素に熱的に結合されている前記熱抽出器を介して、各エッジ放出要素に駆動電圧を印加するように構成されている。例えば、実施例において、各エッジ放出要素が個々に動作され、所与のエッジ放出要素が、この所与のエッジ放出要素の２つの熱抽出器の間に直接的に印加される電圧によって駆動されることができる。代替的には、前記エッジ放出要素が積層発光構造として構成されている実施例において、前記エッジ放出要素は、２つの最外部の前記熱抽出器の間に印加されている電圧によって駆動されることができ、直列に動作される発光層の積層を提供する。
当業者にとって明らかであるように、様々な駆動配置が、当該光源が使用されるべきである用途に依存して考慮されることができる。例えば、所与の積層発光装置内の各発光層が独立に動作されるべきである場合、リードは、各発光層と、高い熱伝導性を持っている電気的絶縁材料の薄い層を使用している対応する熱抽出器層との間に組み込まれることができる。この構成は、各発光層からの各発光層の熱抽出器層への適切な熱の放散を可能にすると共に、各発光層のための電気的な絶縁を保持する。
一実施例において、光源は、複数の積層を有し得て、各積層は、異なる放出波長を有し得る。各積層は、例えば、他の積層に依存して又は独立に、順次、駆動されることができる。
他の実施例において、熱抽出器の同じ対の間のエッジ放出要素が、並列に駆動されることができる。
一般的に、直列及び並列接続の様々な組み合わせが、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなしに、ここで考慮されることができる。
所与の光源の前記エッジ放出要素が、群として、又は様々な部分群又は組み合わせにおいて、独立に駆動されるのを可能にする一例の駆動配置が、図１６Ａ乃至１６Ｄに描かれている。従って、他のこのような配置は、当業者にとって明らかであり、従って、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱するものとは考慮されないであろう。
オプションのフィードバックシステム
本発明の実施例によれば、前記光源は、オプションのフィードバックシステム（例えば、図９を参照）を更に有し得て、前記光源の出力は、直接的に又は間接的にの何れかによって監視されることができ、これに応じて、個々の前記エッジ放出要素、又は前記エッジ放出要素のアレイ若しくは組み合わせを駆動している電圧が、所望の出力を制御する及び継続させるためのそれぞれのドライバを介して調整されることができる。このようなフィードバックシステムは、例えば、エージング及び温度変化等による個々のエッジ放出要素の出力（例えば、出力パワー、ピーク波長、スペクトル広がり等）のゆらぎに拘わらず、かつ、他の源からの影響に拘わらず、所望の出力（例えば、色、色度、強度、パワー及び発光束出力等）を保持するのに使用されることができる。
例えば、種々の放出スペクトル（例えば、ＲＧＢ、ＲＡＧＢ等）を持っている３つの以上のエッジ放出要素、又はエッジ放出要素の群、アレイ若しくは層を有する光源の実施例において、当該フィードバックシステムは、前記光源の出力特性（例えば、出力スペクトル、色度、色質（ＣＱＳ）、色レンダリング指数（ＣＲＩ）、発光効率等）を監視し、必要である場合、エッジ放出要素、又はエッジ放出要素の群、アレイ若しくは層の出力を調整し、これにより当該光源の組み合わされた出力を制御するために、エッジ放出要素、又はエッジ放出要素の群、アレイ若しくは層の駆動電圧、電流等を調整するように構成されることができる。
代替的には、前記オプションのフィードバックシステムは、前記光学出力を調整するために、出力光学素子の様々な成分（例えば、フィルタの反射率、リフレクタ／レンズの位置決め等）を調整する一方で、当該光源の様々なエッジ放出要素のほぼ一定の駆動を保持するように、構成されることもできる。当業者であれば、他の類似のフィードバックシステムが、同様の効果等を提供するために考慮されることができ、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱するものと考慮されることはないことを理解するであろう。
本発明は、これから特定の例を参照して記載される。以下の例は、本発明の実施例を記述する意図のものであり、本発明を如何なる仕方においても限定する意図のものではない。
例１
ここで図１及び２を参照すると、概して符号１００を使用して参照されていると共に、本発明の一実施例による、光源が、これから記載されるであろう。光源１００は、一般的に、要素１０２と同様である、３つのエッジ放出要素と、抽出器１０８と同様である、前記３つのエッジ放出要素に熱的に結合されている複数の熱抽出器とを有している。多かれ少なかれのエッジ放出要素が、この例において考慮されることができる、図１及び２に描かれているエッジ放出要素の数は、単なる例であることを理解されたい。前記エッジ放出要素及び熱抽出器によって規定される積層発光構造は、一般に、光源１００の光学軸に垂直な軸に沿って配されており、光源１００の一般的な出力軸に対して垂直である。リフレクタ１１６のような、光学手段も、前記光学軸に沿った所望の光学出力を供給するために、エッジ放出要素１０２によって発せられる光を収集する、混合する及び再指向するために設けられる。駆動手段（図示略）も、前記エッジ放出要素を駆動するために設けられる。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、エッジ１２０のように、２つのそれぞれの発光エッジと、表面１２２のように、２つの大きい非発光表面とを有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器１０８を介して放散される。図２に示されているように、光は、前記エッジ放出要素の活性領域１２４内で生成される。この放出の発光エッジ１２０へのガイドは、例えば、前記エッジ放出要素の上方及び下方エッジに沿った被覆１２７を介して、かつ、２つの大きい非発光表面１２２上の被覆を介して行われることができる。
図１及び図２の示されている実施例において、熱抽出器１０８は、ヒートシンクを有しており、即ち近傍のエッジ放出要素１０２の近傍の非発光表面１２２を各々熱的に結合している金属板又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステン等）を有している。前記熱抽出器は、更に、ヒートシンクベース１２５及び拡張部１２６にも相互に熱的に結合されており、拡張部１２６の熱抽出器は、光源１００における前記エッジ放出要素のための支持を提供している。当業者であれば、ヒートシンクベース１２５が、所望の又は最適な動作温度における前記エッジ放出要素の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な及び／又は受動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムにもなり得ることは、容易に理解できるであろう。当業者であれば、各エッジ放出要素のための熱的に及び又は電気的に別個の熱抽出器も、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなしに、考慮されることができることを理解するであろう。
光源１００は、更に、前記エッジ放出要素を駆動するための駆動手段（図示略）も有する。示されている実施例において、前記エッジ放出要素は、概ねそれぞれの放出スペクトルによる、それぞれの波長において光を発する。例えば、光源１００は、３つのエッジ放出要素１０２、即ち赤色のエッジ放出要素、緑色のエッジ放出要素及び青色のエッジ放出要素からなり、前記エッジ放出要素のそれぞれの出力は、組み合わされた出力スペクトル（この例においては、白色光をオプション的に供給する）を提供するために、リフレクタ１１６を介して収集される及び混合される。代替的には、光源１００が、エッジ放出要素の３つの以上アレイ又は層、即ち赤、緑及び青色のエッジ放出要素のそれぞれのアレイ又は層を含むように構成されている場合、類似の効果が提供されることができる。
例２：
図３は、本発明の他の実施例による、光源２００であって、一般に、要素２０２のように、４つのエッジ放出要素と、抽出機２０８にあるように、前記エッジ放出要素に熱的に結合されている複数の熱抽出器とを有している光源２００を示している。前記エッジ放出要素及び前記熱抽出器によって規定されている積層発光構造は、一般に、光源２００の光学軸、即ち光源２００の全体の出力軸に沿って配されている。リフレクタ２１６及び拡散器２１９のような、光学手段が、更に、前記光学軸に沿って所望の光学出力を供給するように、エッジ放出要素２０２によって発せられる光を収集する、混合する及び再指向するために設けられる。駆動手段（図示略）も、前記エッジ放出要素を駆動するために設けられる。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、エッジ２２０にあるように、２つのそれぞれの発光エッジと、表面２２２にあるように、２つの広い非発光表面とを有しており、前記２つの非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器２０８を介して放散される。
図３の示されている実施例において、熱抽出器２０８は、ヒートシンクを有しており、即ち近傍のエッジ放出要素の近傍の非発光表面２２２を各々熱的に結合している金属板又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅−タングステン等）を有している。当業者であれば容易に理解するように、前記熱抽出器は、更に、所望の又は最適な動作温度における前記エッジ放出要素の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な及び／又は受動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムにもなるように構成され得る。当業者であれば、各エッジ放出要素のための熱的に及び又は電気的に別個の熱抽出器も、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなしに、考慮されることができることを理解するであろう。
光源２００は、前記エッジ放出要素を駆動する駆動手段（図示略）も有している。示されている実施例において、前記エッジ放出要素は、概ねそれぞれの放出スペクトルによる、それぞれの波長において光を発する。例えば、光源２００は、４つのエッジ放出要素２０２、即ち赤色のエッジ放出要素、琥珀色のエッジ放出要素、緑色のエッジ放出要素及び青色のエッジ放出要素からなるが、前記エッジ放出要素のそれぞれの出力は、組み合わされた出力スペクトル（この例においては、白色光をオプション的に供給する）を提供するために、リフレクタ２１６及び拡散器２１９を介して、収集される及び混合される。代替的には、光源２００は、類似の効果を提供するために、エッジ放出要素の４つの以上アレイ又は層、即ち赤、琥珀、緑及び青色のエッジ放出要素それぞれのアレイ又は層を有することができる。
例３:
図４は、本発明の他の実施例による、光源３００であって、一般に、１つのエッジ放出要素３０２、又はエッジ放出要素の線形アレイと、抽出器３０８にあるように、前記エッジ放出要素に熱的に結合されている熱抽出器の対とを有する光源３００を示している。リフレクタ３１６、レンズ３１７及び拡散器３１９のような光学手段も、所望の光学出力を提供するために、エッジ放出要素３０２によって発せられる光を収集する、混合する及び再指向するように設けられる。駆動手段も、エッジ放出要素３０２を駆動するように、即ちベース３３０を介して設けられる。一実施例において、レンズ３１７によって囲まれているボリュームは、例えば、カプセル材料によって充填されることができる。更に、エッジ放出要素３０２によって占有されていない熱抽出器３０８間のボリューム（例えば、ボリューム３２３）は、例えば、改善された熱抽出のための熱的伝導性のセラミックをオプションで含み得る。
本明細書において説明されているように、エッジ放出要素３０２は、発光エッジ３２０及び２つの大きい非発光表面３２２を有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器３０８を介して放散されることができる。
図４の示されている実施例において、熱抽出器３０８は、一対のヒートシンクを有しており、即ちエッジ放出要素３０２の非発光表面３２２をヒートシンクベース３２５に熱的に結合している金属板又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステン等）を有している。当業者であれば容易に理解できるように、熱抽出器３０８及び／又はヒートシンクベース３２５は、所望の又は最適な動作温度におけるエッジ放出要素３０２の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な及び／又は受動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムに熱的に結合されることもできる。
例４:
図５は、本発明の他の実施例による、光源４００であって、一般に、要素４０２にあるように、３つのエッジ放出要素を有している光源４００を示しており、前記エッジ放出要素の各々は、抽出器４０８にあるように、熱抽出器の対の間に熱的に結合されている。リフレクタ４１６、レンズ４１７及び拡散器４１９のような、光学手段が、所望の光学出力を提供するために、エッジ放出要素４０２によって発せられる光を収集する、混合する及び再指向するために更に設けられる。駆動手段も設けられ、即ちベース４３０を介して、エッジ放出要素４０２を駆動するように設けられる。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、エッジ４２０にあるように、それぞれの発光エッジと、表面４２２にあるように、２つの大きい非発光表面とを有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器４０８を介して放散されることができる。
図５の示されている実施例において、熱抽出器４０８は、ヒートシンクを有しており、即ち各対がそれぞれのエッジ放出要素４０２の非発光表面４２２をヒートシンクベース４２５に熱的に結合している金属板又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステン等）を有している。当業者であれば容易に理解できるように、熱抽出器４０８及び／又はヒートシンクベース４２５は、所望の又は最適な動作温度におけるエッジ放出要素４０２の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な及び／又は受動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムに熱的に結合されることができる。当業者であれば、各エッジ放出要素に対する熱的及び又は電気的に別個の熱抽出器が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく考慮されることもできることも理解するであろう。
光源４００は、エッジ放出要素４０２を駆動する駆動手段（例えば、ベース４３０を介して設けられる）も有している。示されている実施例において、エッジ放出要素４０２は、それぞれの放出スペクトルによるそれぞれの波長における光を発する。例えば、光源４００は、３つのエッジ放出要素４０２、即ち赤色のエッジ放出要素、緑色のエッジ放出要素及び青色のエッジ放出要素からなり、前記エッジ放出要素のそれぞれの出力は、組み合わされた出力スペクトル（この例においては、白色光をオプション的に供給する）を提供するために、リフレクタ４１６、レンズ４１７及び拡散器４１９を介して、収集される及び混合される。
図５の実施例において、前記エッジ放出要素は、例えば、隣接するエッジ放出要素の熱抽出器間の分離によって容易にされるように、互いから独立に駆動されることができる。
他の実施例において、各色における複数のエッジ放出要素が設けられることができ、所与の色全ての要素が、例えば、熱抽出器の同じ対の間に位置決めされる。一般に、このことは、二次元アレイにおける前記エッジ放出要素の配置を提供することができる。
例５:
図６は、本発明の他の実施例による積層発光構造５００を示している。積層発光構造５００は、一般に、図１及び２、３、４及び５それぞれの光源１００、２００、３００及び４００、及び他のこのような光源にあるように、光源のための駆動手段を持っている当該光源における使用のためのものであり、一般に要素５０２にあるような、４つのエッジ放出要素と、抽出器５０８にあるような、前記エッジ放出要素に熱的に結合されている複数の熱抽出器とを有している。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、それぞれの発光エッジ、エッジ５２０にあるように、１つのそれぞれの発光エッジと、表面５２２にあるように、２つの大きい非発光表面とを有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器５０８を介して放散される。発光エッジ５２０に対向しているエッジは、各々反射性被覆５２１によって被覆されており、これによりエッジ５２０からのそれぞれの放出を機能的に増大させている。エッジ５２０の放出効率を更に増大させるために、非反射性被覆がエッジ５２０上に設けられることもできる。
図６に示されている例において、熱抽出器５０８は、ヒートシンクを有しており、即ち近傍のエッジ放出要素の近傍の非発光表面５２２を各々熱的に結合している金属板又は構造（例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム窒化物、銅-タングステン等）を有している。代替的には、前記熱抽出器は、類似の効果を提供するための熱パイプ又はマクロチャネル冷却器等を有していても良い。当業者であれば、容易に理解できるように、前記熱抽出器は、所望の又は最適な動作温度における前記エッジ放出要素の動作を更に制御する及び継続させるための、能動的な及び／又は受動的な冷却システムのような、更なる熱管理システムになるように構成されても良い。当業者であれば、各エッジ放出要素のための熱的に及び又は電気的に別個の熱抽出器も、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく考慮されることができることも理解するであろう。
前記積層発光構造が、例えば、熱抽出器５０８に沿って配されている又は熱抽出器５０８内に組み込まれているリードの集合（図示略）を介して駆動された場合、前記積層発光構造の前記エッジ放出要素は、概ねそれぞれの放出スペクトルによるそれぞれの波長において、光を発する。例えば、積層発光構造５００は、４つのエッジ放出要素５０２、即ち赤色のエッジ放出要素、琥珀色のエッジ放出要素、緑色のエッジ放出要素及び青色のエッジ放出要素からなる。適切な光学素子を使用して各エッジ放出要素の出力を組み合わせることによって、様々な効果（幾つか例を挙げると、色混合、ビーム成形、及び／又は時間的に変化するパターン）が、生成されることができる。
例６:
図７は、本発明の他の実施例による横方向の積層の発光構造６００を示している。発光構造６００は、一般に、それぞれ図１及び２、３、４及び５の光源１００、２００、３００及び４００、及び他のこのような光源のような、自身のための駆動手段を持っている光源において使用されるためのものであり、一般に、発光層６０２を形成しているエッジ放出要素の層状のアレイと、これらに結合されており熱抽出器層６０８及び６１０を形成している２つのほぼ平面のヒートシンクとを有している。発光構造６００は、発光層６０２の前記エッジ放出要素によって発せられる光を組み合わせる及び／又は再指向するために、組み込まれたレンズ６１７等（ここでは、これらの後ろに配されているエッジ放出要素を識別するために部分的に切り取られて示されている）のような、組み込まれた出力光学手段を有していても良い。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、エッジ６２０におけるような、１つのそれぞれの発光エッジと、表面６２２におけるような２つ大きい非発光表面とを有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が抽出され、熱抽出器層６０８及び６１０を介して放散される。発光エッジ６２０に対向しているエッジは、各々反射性被覆によって被覆されており、これによりエッジ６２０からのそれぞれの放出を増大させている。この放出エッジに垂直なエッジは、例えば、損失を減少するように反射性を持つように被覆をされていても良い。エッジ６２０の放出効率を更に増大させるために、非反射性被覆がエッジ６２０に設けられても良い。
駆動された場合、発光構造６００のエッジ放出要素は、概ねそれぞれの放出スペクトルによるそれぞれの波長における光を発することができる。適切な光学素子を使用して各発光層の出力を組み合わせることにより、例えば、色度及び／又はビーム分配における、様々な所望のビーム特性が、生成されることができる。代替的には、上述されたように、発光層６０２の各エッジ放出要素は、ほぼ同じ又は類似の放出スペクトルによる光を発するように構成されることもできる。このような配置は、異なる放出スペクトルを持つ異なる積層発光構造を１つの光源内に組み合わせる場合に、又は１つの出力光源が望まれている場合にも、便利であり得る。
例７:
図８は、本発明の他の実施例による二次元的な積層発光構造７００を示している。積層発光構造７００は、一般に、それぞれ図１及び２、３、４及び５の光源１００、２００、３００及び４００、及び他のこのような光源のような、自身のための駆動手段を持っている光源における使用のためのものであり、一般に、エッジ放出要素の２つ以上の層状のアレイを有しており、即ち発光層７０２、７０４、等を形成しており、前記発光層に熱的に結合されている複数の熱抽出器、即ち熱抽出器層７０８、７１０、７１２等を形成している。
本明細書において説明されているように、各エッジ放出要素は、エッジ７２０におけるような、１つのそれぞれの発光エッジと、表面７２２にあるような、２つの大きい非発光表面とを有しており、前記２つの大きい非発光表面からは、熱が、抽出され、熱抽出器層７０８、７１０、７１２等を介して放散される。発光エッジ７２０に対向しているエッジは、各々反射性被覆により被覆されており、これによりエッジ７２０からのそれぞれの放出を機能的に増大させている。エッジ７２０の放出効率を更に増大させるために、非反射性被覆がエッジ７２０上に設けられても良い。
図８の実施例に示されているように、熱抽出器層７０８、７１０、７１２等は、ヒートシンク等からなり、各々、近傍のエッジ発光層７０２、７０４等の近傍の非発光表面７２２を熱的に結合している。
駆動された場合、積層発光構造７００の前記エッジ放出要素は、概ねそれぞれの放出スペクトルによるそれぞれの波長における光を発している。例えば、積層発光構造７００は、所与の波長における光を各々がそれぞれ発している、２つ以上の発光層７０２、７０４等からなる。適切な光学素子を使用して各エッジ放出要素の出力を組み合わせることによって、様々な効果（幾つか例を挙げると、色混合、ビーム成形、及び／又は時間的に変化するパターン）が、生成されることができる。代替的には、上述されたように、各発光層が、ほぼ同じ又は類似の放出スペクトルによる光を発するように構成されることもできる。このような配置は、異なる放出スペクトルを持っている異なる積層発光構造を１つの光源内に組み合わせる場合、又は共通のスペクトル光源が望まれている場合に、便利であり得る。
例８:
図９は、所望の組み合わされた出力（ダイオード配線図の例は図１６Ａ乃至１６Ｄに示されている）を供給するために、光源８００の（ブロック８０２として模式的に示されているように）直列、並列又は組み合わされた直列／並列配置における１つ以上のダイオードのような、それぞれのエッジ放出要素の出力を制御する及び管理するように動作可能なフィードバック制御システム８５０の模式的表現を提供している。フィードバックシステム８５０は、各出力を前記所望の組み合わされた出力を生成する予め規定されている範囲内に保持するために、例えば、様々な光学／電気監視手段（例えば、（複数の）光センサ８６０）を介して、エッジ放出要素８０２又はエッジ放出要素８０２各群の出力を監視し、各エッジ放出要素８０２又はエッジ放出要素の群に対するそれぞれの駆動手段を調整する、駆動及び制御システム８９０へのフィードバックループを提供するように設計されることができる。
この例において、光源８００は、一般に、光源７００に電力を供給する外部電源８８０を更に有しており、この供給された電力は、駆動及び制御システム８９０によって調整される。この電力調整は、供給された外部電力の、例えば、光源８００内のエッジ放出要素８０２の特性に基づいて決定されることができる所定の入力電力レベルへの変換を含むことができる。電力変換に加えて、駆動及び制御システム８９０は、エッジ放出要素８０２への制御信号の伝送を制御し、これによりエッジ放出要素８０２の活性化を制御する手段を提供し得る。駆動及び制御システム８９０は、光源８００内から（例えば、フォードバックシステム８５０から）入力データを受け取ることもでき、及び／又は他の光源又は他の制御装置から外部入力データを受け取ることもできる。オプションの通信ポート８９５は、それぞれ光源８００に対する信号の入力及び出力の両方のための機能を、駆動及び制御システム８９０に備えさせることができる。
光源８００内のフィードバックシステム８５０は、検出器又は他の類似の装置の１つ以上の形態を有することができる。例えば、光学センサ８６０及び／又は熱センサ８７０が、フィードバックシステム８５０に一体化されることができる。光学センサ８６０は、発光要素８０２によって生成される照明の発光束及び色度に関するものであることができると共に、例えば、周囲の昼光の測定値に関連するものであることができる情報を、検出し、駆動及び制御システム８９０に供給することができる。この形態の情報は、駆動及び制御システム８９０が、所望の照明が生成されるように光源８００内の発光要素８０２の活性化を変更するのを可能にすることができる。熱センサ８７０は、例えば、この上部に発光要素８０２が取り付けられる基板の温度、発光要素８０２のうちの１つ又は各々の温度、及び／又は光源８００自体の内部の温度を検出することができる。この温度の情報は、駆動及び制御システム８９０に転送され、これにより、過熱による発光要素８０２の熱損傷を軽減するように発光要素８０２の活性化を変更することを可能にすることができ、例えば、これにより発光要素８０２の寿命を改善することができる。
熱伝導システム８０８として本明細書に描かれている、熱管理システムは、エッジ放出要素８０２によって生成された熱を、ヒートシンク又は他の熱放散装置に輸送するシステムを提供する。熱管理システム８０８は、一般に、発光要素８０２との直接的な（intimate）熱的接触を有しており、熱が発光要素８０２から輸送されるための予め規定された熱経路を提供する。オプションで、熱管理システム８０８は、駆動及び制御システム８９０から熱を輸送する手段を更に提供することができる。
光学システム８１６は、発光要素８０２によって作られる照明を受け取ると共に、この照明の効率的な光学的操作のための手段を提供している。光学システム８１６は、例えば、発光要素８０２によって発せられる光束の収集及び／又はコリメートのための手段を提供することができると共に、例えば、複数の発光要素８０２の色の混合を提供することもできる。光学システム８１６は、光源８００から発する光のスペクトル分布における制御も提供することができる。更に、光学システム８１６は、光源８００によって生成される照明の特性の表現であるフィードバック信号が生成されるのを可能にするために、前記照明の一部を光学センサ８６０に指向する手段を提供することができる。
一実施例において光源８００の駆動及び制御システム８９０は、他の外部光源及び外部の制御システムとは独立に動作することができる。
他の実施例において、駆動及び制御システム８９０は、オプションの通信ポート８９５を介して、他の光源又は外部の制御システムからの入力データを受け取ることができ、このデータは、例えば、ステータス信号、照明信号、フィードバック情報及び動作命令を含むことができる。駆動及び制御システム８９０は、同様に、この外部的に受け取られたデータ又は内部的に収集された若しくは生成されたデータを、他の光源又は外部の制御システムに送ることができる。情報のこの伝送は、例えば、駆動及び制御システム８９０に結合されているオプションの通信ポート８９５によって可能にされることができる。
当業者であれば、フィードバック制御システムの様々な種類及び配置が、本開示の一般的な範囲及び本質を逸脱することなく、関連して使用されることができることを理解するであろう。
例９:
図１０においては、本発明の他の実施例によって、積層構造において各々熱的に相互接続されている熱抽出器９０８（例えば、図１５Ｂの熱抽出器１２０８'を参照）の集合の間に機能的に及び熱的に結合されている３つのエッジ放出要素９０２を有する光源９００の断面図が示されている。
この例において、前記熱抽出器は、熱伝導性かつ電気絶縁性の材料９３０によって被覆されている金属構造を有することができる。この図において、各エッジ放出要素９０２は、自身の左側において熱抽出器９０８に取り付けられており、自身の右側において電気的かつ熱的な伝導性を有するペースト９３２又は他のこのような熱的かつ電気的コネクタを介して熱抽出器９０８（例えば、それぞれのエッジ放出要素が取り付けられている近傍の熱抽出器層）に結合されている。最も右側の熱抽出器９０８が、前記積層構造を終了させている。
光源９００は、熱パイプ９４０を更に有しており、熱パイプ９４０は、熱抽出器９０８に設けられているそれぞれの孔であって、これを通過して熱パイプ９４０が配されることができる孔を介して、各熱抽出器９０８に熱的に結合されている。熱パイプ９４０は、一般に、芯９４２を有すると共に、熱的伝導性を有する電気的絶縁体９４４によって被覆されていることにより、これらの間の電気的接続に影響を及ぼすことなく、熱抽出器９０８からの熱抽出を可能にするように構成されている。一実施例において、熱パイプ９４０の遠い端部９４６は、ヒートシンク等のような、熱放散手段に接続されている。
当業者にとって明らかであるように、他の熱放散システム及び配置が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく、この例において考慮されることができることは明らかであろう。
この例の光源９００は、所望の出力を供給するように、エッジ放出要素９０２の光学出力９５０を遮るように位置決めされている小型レンズアレイ９１６を更に有している。当業者にとっては明らかであるように、小型レンズアレイ９１６の様々な位置決め及び配置が、関連して使用可能な様々な他の光学素子にあるように、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく、ここで考慮されることができることは明らかであろう。
この例において、前記積層構造は、電気的に直列に配線されており、電力が、最も左側及び最も右側の熱抽出器９０８を介して前記積層に供給されている。当業者であれば、近傍の熱抽出器９０８に繋ぐための電気的絶縁性及び／又は導電性の接続及び材料の種々の組み合わせを使用することによって、種々の配線配置が可能であることが分かるであろう。例えば、各エッジ放出要素９０２は、例えば、それぞれの駆動手段を介して独立に駆動されることができ、並列に駆動される、又は直列に駆動されるエッジ放出要素の様々な並列の群及び／又は部分群において駆動されることができる。
例１０:
図１１及び１２を参照し、本発明の他の実施例によれば、連続する環状熱抽出器１００８の間に機能的に結合されていると主に、連続する環状熱抽出器１００８の周りに配されているエッジ放出要素１００２の連続する層を有する光源１０００（図１１を参照）が、提供される。例えば、熱抽出器１００8は、幾つかのエッジ放出要素１００２が取り付けられている金属環を有していても良い。エッジ放出要素１００２の上方表面は、例えば、ワイヤボンディング及び伝導性トレース１０３０を介して接続されることができるのに対し、前記金属環の下方表面１０３２は、例えば、電気的絶縁層で覆われている。スロット１０３４を通過している電気的ワイヤは、エッジ放出要素１００２を駆動するためのトレース１０３０に接続されることができる。
光源１０００は、芯１０４２を有している熱パイプ１０４０であって、熱的伝導性及び電気的絶縁性の外側層１０４４を有している熱パイプ１，０４０を更に有している。例９におけるように、熱パイプ１０４０は、ヒートシンク等のような、熱放散手段に向けられることができる。当業者には明らかであるように、他の熱放散システム及び配置が、本開示の一般的な範囲及び本質から逸脱することなく、この例において考慮されることができることが分かるであろう。
この例の光源１０００は、放物線状リフレクタ１０１６、及び／又は他のこのような光学出力要素を更に有しており、エッジ放出要素１００２から放射方向に発せられる光を再指向する及びコリメートするように構成されている及び配されている。
エッジ放出要素１００２の各々が、ほぼ同じスペクトルを持つ光を発するように構成されることができる、又は層から層まで及び／又は同じ層において、異なるスペクトルを持つ光を発するように構成されている。この例において、同じ第１の、第２の及び第３の層の各エッジ放出要素は、それぞれ赤、緑及び青色の光を発するように構成されている。
図１１及び１２の例に対する多くのあり得る代替的なもののうちの１つを示している図１３を参照すると、光源１０００'は、セラミック環等のような、電気的に絶縁性の熱抽出器１００８'を有しており、熱抽出器１００８'の上方表面及び下方表面は、エッジ放出要素１００２'に電力を供給するための導電性トレース１０３０'を各々有している。図１１に描かれているように、複数の連続する熱抽出器及びエッジ発光層を積層させることによって、熱が、エッジ放出要素１００２'の大きい名目上非発光表面の両方から効率的に抽出されることができる。
例１１:
図１４を参照し、本発明の他の実施例によれば、積層発光構造１１００の部分図が、エッジ放出要素のそうでない場合に発光するエッジ１１６０に配されている全反射要素１１５０を各々有している複数のエッジ放出要素１１０２を有するように描かれており、そうでない場合にこのエッジから発せられるであろう光を、このエッジに隣接しているエッジ放出要素１１０２の大きい名目上の非発光表面１１８０の小さい一部１１７０から外へ再指向している。従って、光は、この発光エッジを介してエッジ放出要素１１０２から発せられ、この実施例においては、そうで無い場合には発光しない表面の一部に向かって生成された光の、前記そうで無い場合には発光しない表面から発せられる反射を提供することができる。前記積層構造は、エッジ放出要素１１０２を介挿されていると共に、従来技術において知られているように、１つ以上の熱放散の仕組み及び／又はシステムをオプション的に介してエッジ放出要素１１０２からの熱を放散のために抽出する複数の熱抽出器１１０８を更に有している。
例１２:
図１７を参照し、本発明の他の実施例によれば、エッジ放出要素１４０２の一次元又は線形のアレイ１４００が描かれており、エッジ放出要素１４０２の各々は、エッジ放出要素１４０２の大きい、名目上の非発光表面を介して、熱がこの大きい表面を介してエッジ放出要素１４０２から抽出されることができると共に、光がエッジ放出要素１４０２の小さいエッジから発せられることができるように、１つの熱抽出器１４０８上に取り付けられている。このアレイ１４００が、このアレイが適用される所与の光源との関連で所望の効果を提供するために、上述した又は上述で参照された様々な他の光学及び／又は熱管理手段と共に使用されることができることが分かるであろう。
例１３:
図１８を参照し、本発明の他の実施例によれば、３つのエッジ放出要素１５０２を有する光源１５００が設けられており、エッジ放出要素１５０２のそれぞれの出力は、これらの出力を組み合わせる波長選択可能なリフレクタ１５９０に指向されている。この原理は、図１８に描かれているような、この原理は、例えば、二次元アレイのような、他の数のエッジ放出要素及び他のアレイ配置にも適用することができると分かるであろう。
本発明の上述の実施例は、例であり、多くの仕方において変化されることができる。このような現在の又は将来の変化は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとみなされるものではなく、当業者にとって明らかであるような変更は、添付請求項の範囲内に含まれるものと意図されている。
本発明の一実施例によるエッジ放出要素を有する光源の斜視図である。 線２−２に沿って取られている図１の光源の断面図である。 本発明の一実施例によるエッジ放出要素を有する光源の断面図である。 本発明の他の実施例による１つのエッジ放出要素を有する光源の断面図である。 本発明の他の実施例による３つのエッジ放出要素を有する光源の断面図である。 本発明の更なる実施例によるエッジ放出要素を有する積層発光構造の断面図である。 本発明の更なる実施例によるエッジ放出要素を有する積層発光構造の斜視図である。 本発明の更なる実施例によるエッジ放出要素を有する積層発光構造の斜視図である。 本発明の更なる実施例による光源及びオプションのフィードバックシステムを有するシステムの模式的表現である。 本発明の更なる実施例によるエッジ放出要素を有する積層発光構造の断面図である。 本発明の一実施例によるエッジ放出要素を有する光源の側面図である。 本発明の一実施例による発光要素を担持している環状熱抽出器の上側面図である。 本発明の一実施例による発光要素を担持している環状熱抽出器の下側面図である。 本発明の一実施例による発光要素の積層の図示である。 本発明の一実施例による発光要素を担持している熱抽出器の斜視図である。 本発明の他の実施例による発光要素を担持している熱抽出器の斜視図である。 本発明の実施例による発光要素を接続している模式的な回路図である。 本発明の実施例による発光要素を接続している模式的な回路図である。 本発明の実施例による発光要素を接続している模式的な回路図である。 本発明の実施例による発光要素を接続している模式的な回路図である。 本発明の一実施例による発光要素を担持している熱抽出器の斜視図である。 本発明の一実施例による異なるエッジ放出要素の出力を混合する装置の側面図である。

Claims (21)

  1. ２つの対向している表面に隣接している１つ以上の発光エッジを各々有している１つ以上のエッジ放出要素であって、前記対向している表面の面積は前記１つ以上の発光エッジの面積よりも大きい、前記１つ以上のエッジ放出要素と、
    前記１つ以上のエッジ放出要素の各々の前記対向している表面の１つ以上が、前記１つ以上のエッジ放出要素から熱を抽出するように熱抽出器の対応する１つに熱的に結合されている、１つ以上の前記熱抽出器と、
    照明を提供するように、前記１つ以上のエッジ放出要素の前記１つ以上の発光エッジを介して光を発するように前記１つ以上のエッジ放出要素を駆動する駆動手段と、
    を有する照明を提供するための光源。
  2. 前記光源は、当該照明を提供するために発せられた前記光を再指向する出力光学素子を有する、請求項１に記載の光源。
  3. 前記光源は２つ以上の発光要素を有しており、前記出力光学素子は組み合わされた光学効果を生成するように前記発光要素のそれぞれの出力を混合する、請求項２に記載の光源。
  4. 前記発光要素は２つ以上の放出スペクトルを生成し、前記出力光学素子は、前記組み合わされた光学効果を生成するように前記２つ以上の放出スペクトルを混合する、請求項３に記載の光源。
  5. 前記発光要素は、１つ以上の赤色発光要素、１つ以上の琥珀色発光要素、１つ以上の緑色発光要素及び１つ以上の青色発光要素のうちの１つ以上を有しており、前記出力光学素子は白色光を生成するように前記放出スペクトルを混合する、請求項４に記載の光源。
  6. １つ以上の前記発光要素のうちの１つ以上は、２つの発光エッジを有しており、前記出力光学素子は、前記照明を提供するように前記発光エッジの両方から発生される光を再指向する及び組み合わせる、請求項２に記載の光源。
  7. 前記１つ以上の発光要素の少なくとも幾つかの前記１つ以上の発光エッジは、前記１つ以上の発光要素の放出の軸が前記光源の光学軸に垂直であるように配向されており、前記出力光学素子は、前記光源の光学軸に沿って発せられた光を再指向する、請求項２に記載の光源。
  8. 前記光源は積層発光構造を有しており、前記積層発光構造は、１つ以上の前記熱抽出器を各々有している２つ以上の熱抽出器層と、前記２つ以上の熱抽出器層の間に動作可能に挿入されて配されていると共に前記発光要素の１つ以上を各々有している１つ以上の発光層とを有している、請求項１に記載の光源。
  9. 前記光源は線形のアレイに配されている２つ以上の発光要素を有しており、前記線形のアレイは前記光源の光学軸に垂直に配向されている、請求項１に記載の光源。
  10. 前記光源の動作特性を感知すると共に、これに応じて、当該照明の所与の特性を保持するように前記駆動手段を調整するフィードバックシステムを更に有する、請求項１に記載の光源。
  11. 発光構造を駆動する駆動手段を有する照明光源における使用のための前記発光構造であって、連続する熱抽出器層の間にそれぞれ挿入されている２つ以上の発光層を有しており、前記発光層の各々は１つ以上のエッジ放出要素を有しており、前記１つ以上のエッジ放出要素の各々は、前記エッジ放出要素を前記連続する熱抽出器層に熱的に結合している２つの対向している表面に隣接している発光エッジを有しており、前記対向している表面の面積は前記１つ以上の発光エッジの面積よりも大きい、発光構造。
  12. 前記エッジ放出要素の１つ以上が、前記１つ以上のエッジ放出要素の少なくとも他の１つの色とは異なる色の光を発する、請求項１１に記載の発光構造。
  13. 前記発光層のうちの所与の１つの前記１つ以上のエッジ放出要素の各々は、同一の色の光を発し、前記発光層のうちの他のものの前記１つ以上のエッジ放出要素の各々は他の同一の色の光を発する、請求項１２に記載の発光構造。
  14. それぞれの色の光を発する前記１つ以上のエッジ放出要素を各々が有している３つ以上の発光層を有している、請求項１３に記載の発光構造。
  15. １つ以上の赤色発光層、１つ以上の緑色発光層及び１つ以上の青色発光層を有する、請求項１４に記載の発光構造。
  16. １つ以上の赤色発光層、１つ以上の琥珀色発光層、１つ以上の緑色発光層及び１つ以上の青色発光層を有している、請求項１４に記載の発光構造。
  17. 前記駆動手段に動作可能に結合するための駆動リードを更に有しており、前記駆動リードは、前記熱抽出器層の少なくとも２つに沿って配されており、同じものを駆動するように前記熱抽出器層間に配されている前記発光要素に機能的に結合されている、請求項１１に記載の発光構造。
  18. 前記駆動リードは、前記熱抽出器層のうちの最外部のものに沿って配されており、直列に前記熱抽出器層間に配されている前記エッジ放出要素を駆動する、請求項１７に記載の発光構造。
  19. 前記駆動リードは、前記熱抽出器層間に配されている前記エッジ放出要素を他のものとは独立に選択的に駆動するように、前記熱抽出器層のうちの選択された１つに沿って配されており、これにより積層状の前記発光構造の発光要素は少なくとも部分的に並列に駆動されている、請求項１７に記載の発光構造。
  20. 前記駆動リードは、前記熱抽出器層から電気的に絶縁されていると共に、それぞれが前記熱抽出器層に沿って熱伝導性かつ電気絶縁性の結合媒体を介して配されている、請求項１７に記載の発光構造。
  21. 同じ色のエッジ放出要素によって発せられる光の強度が、組み合わされた白色の光出力を生成するように、他の色のエッジ放出要素によって発せられた光の強度に対して制御されるような、前記光源の前記駆動手段による動作可能な制御のために構成されている、請求項１２に記載の発光構造。
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