JP2013504890A - 所定の角度色点分布を有する光エミッタ - Google Patents
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Abstract
本発明は、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタ、光エミッタの、ビデオフラッシュ用途、自動車のヘッドライト用途、および／または自動車のランプ用途における使用方法、ならびに所定の角度色点分布を有する光を形成する方法に関する。光エミッタは、出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合され、光エミッタは、蛍光体（2）およびポンプ源（1）を有し、前記ポンプ源（1）は、前記蛍光体（2）の少なくとも一部に、ポンプ光を放射するように適合され、前記蛍光体（2）は、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を放射するように適合され、前記蛍光体（2）と当該光エミッタの前記出力部の間の少なくとも一部に配置された、整合素子（4）が提供され、該整合素子は、前記蛍光体（2）を通過して進行し、当該光エミッタの前記出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体（2）によって放射され、当該光エミッタの前記出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するように適合される。この方法では、所望の角度光強度分布とともに、所定の角度色点分布を有する多目的光エミッタが、低コストで提供される。
Description
本願は、出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタ、光エミッタを、ビデオフラッシュ用途、自動車のヘッドライト用途および／または自動車のランプ用途に使用する方法、ならびに所定の角度色点分布を有する光を形成する方法に関する。
米国特許第7,488,088B2号には、発光ダイオード照明装置、略してLED照明装置、および周囲環境にあまり熱を伝えず、小型パッケージサイズで、近接場および遠方場において、高強度で空間均一性の良い白色光を形成する方法が示されている。この白色光は、少なくとも一つのLEDと協働する蛍光体層を用いて形成される。
カメラフラッシュのような異なる蛍光体変換LEDの用途、および一般的な照明用途では、角度の関数として、一定の色点が望まれる。LEDのような高い平行性を有さない蛍光体変換光源は、色点の大きな角度依存性を示す。これは、ポンプ光の経路長は、通常、入射角度に依存するが、蛍光体からの発光は、通常、ランバート分布（Lambertian distribution）を示すことによる。図1に示すように、例えば、LED1によって放射される青色LED光のようなポンプ光は、それぞれ、セラミックまたは蛍光体2に至る。大きな角度では、ポンプ光は、式d／cos（Θ）によって定められる経路長が大きな値を示す。ここで、dは、蛍光体2の厚さであり、Θは、青色ポンプ光の入射角である。この状況は、図1に示されている。
この効果の結果、図2に示すように、異なる角度分布によって特徴付けられた、青色および黄色光が得られる。図2において、蛍光体2からの黄色光6の放射は、ランバート角度分布を示すものの、初期の青色ポンプ光7のランバート分布は、蛍光体2を通過した後、角度分布が狭小になるように変化することが確認される。
損失を抑制するため、従来より、別の解決策が提案されている。しかしながら、これらの提案は、ほぼ一定の色点が得られる可能性はあるものの、システム効率の低下につながる。例えば、そのような蛍光体2は、高い散乱性を形成し、これは、図3aに示すように、LED1によってポンプ化される蛍光体変換光源システムにおいて、多くの光が後方散乱され、損失することにつながる。別の解決策は、蛍光体2の上部に青色反応器3を配置することである。しかしながら、この解決策の問題は、図3bに示すように、蛍光体変換光源システムにおいて、青色反応器3の後方反射の結果、光が損失することである。
また、自動車用照明のような用途があるが、この用途では、快適性および安全性のため、より複雑な角度光色分布が必要となる。これを、LEDを用いた簡単な方法で得ることは、極めて難しい。
本発明の目的は、低コストで、異なる所望の角度光強度分布とともに、所定の角度色点分布を有する多目的光エミッタを提供する可能性を提供することである。
この目的は、独立請求項に記載の項目により、達成される。従属請求項には、好適実施例が示されている。
本発明の第1の態様では、この目的は、
出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタであって、
蛍光体およびポンプ源を有し、
前記ポンプ源は、前記蛍光体の少なくとも一部に、ポンプ光を放射するように適合され、
前記蛍光体は、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を放射するように適合され、
前記蛍光体と当該光エミッタの前記出力部の間の少なくとも一部に配置された、整合素子が提供され、
該整合素子は、前記蛍光体を通過して進行し、当該光エミッタの前記出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体によって放射され、当該光エミッタの前記出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するように適合されることを特徴とする光エミッタによって達成される。
出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタであって、
蛍光体およびポンプ源を有し、
前記ポンプ源は、前記蛍光体の少なくとも一部に、ポンプ光を放射するように適合され、
前記蛍光体は、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を放射するように適合され、
前記蛍光体と当該光エミッタの前記出力部の間の少なくとも一部に配置された、整合素子が提供され、
該整合素子は、前記蛍光体を通過して進行し、当該光エミッタの前記出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体によって放射され、当該光エミッタの前記出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するように適合されることを特徴とする光エミッタによって達成される。
「蛍光体と光エミッタの出力部の間の少なくとも一部に配置された、整合素子が提供される」と言う用語は、整合素子が、蛍光体と出力部の間の少なくとも一部に提供されることを意味するが、整合素子は、蛍光体層の上部の少なくとも一部に配置することができる。「上部」は、上方を意味し、蛍光体に対して整合素子が接触している必要はない。また、「蛍光体を通過して進行し、光エミッタの出力部に向かう透過ポンプ光」と言う用語は、蛍光体によって吸収されず、蛍光体を通過したポンプ光の一部に関することに留意する必要がある。しばしば、蛍光は、少なくとも、整合素子によって影響を受けず、あるいは少なくともその程度が軽微であるため、蛍光の光強度の角度分布は、ほとんど変化しない。蛍光の光強度の角度分布が整合素子によって影響を受ける場合であっても、所望の色点分布を得るため、整合素子の設計は、整合素子によって適合されたポンプ光の光強度の角度分布が、蛍光の光強度の変化した角度分布と整合するように適合される。
本発明の好適実施例では、
前記整合素子は、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合され、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布は、少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合する。「少なくとも一部が整合」と言う用語は、透過ポンプ光および放射された蛍光の角度光強度分布が、それぞれ、光エミッタからの光が放射される立体角の所定の領域に、少なくとも整合することを意味する。
前記整合素子は、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合され、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布は、少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合する。「少なくとも一部が整合」と言う用語は、透過ポンプ光および放射された蛍光の角度光強度分布が、それぞれ、光エミッタからの光が放射される立体角の所定の領域に、少なくとも整合することを意味する。
本発明の別の好適実施例では、
前記整合素子は、非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合される。いかなる非対称の角度色点分布も可能であるが、角度色点分布は、第1の所定の範囲における挙動が第2の所定の範囲とは異なる光分布に対応することが好ましい。自動車のランプ用途では、例えば、−40゜と40゜の間の角度範囲においては白色で、−40゜と−90゜の間の角度範囲では黄色で、40゜と90゜の間の角度範囲では青色を示す光分布が好ましい。そのような用途では、光は、前方に対しては白色になり、良好な視界が得られ、左側では、より黄色になり、ドライバの死角を回避し、右側ではより青色になり、道路標識が視認できるようになる。
前記整合素子は、非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合される。いかなる非対称の角度色点分布も可能であるが、角度色点分布は、第1の所定の範囲における挙動が第2の所定の範囲とは異なる光分布に対応することが好ましい。自動車のランプ用途では、例えば、−40゜と40゜の間の角度範囲においては白色で、−40゜と−90゜の間の角度範囲では黄色で、40゜と90゜の間の角度範囲では青色を示す光分布が好ましい。そのような用途では、光は、前方に対しては白色になり、良好な視界が得られ、左側では、より黄色になり、ドライバの死角を回避し、右側ではより青色になり、道路標識が視認できるようになる。
本発明の好適実施例では、整合素子は、蛍光体との接触部を有し、および／または整合素子と蛍光体の間に空気ギャップが配置される。
本発明の好適実施例では、整合素子は、蛍光体の材料に対応する材料を有する。換言すれば、整合素子の構造は、蛍光体に製造されることが好ましい。
本発明の好適実施例では、
前記蛍光体は、開口を有し、
該開口は、前記透過ポンプ光を、少なくとも一部が前記蛍光体により変換されないようにして、前記整合素子の方に誘導するように適合される。開口は、蛍光体の底部側から上部側まで、すなわち整合素子の方に向かって延伸し、および／または光エミッタの出力部まで延伸することが好ましい。しかしながら、整合素子および／または光エミッタの出力部まで、光が誘導される限り、蛍光体の表面側から整合素子の表面まで延伸する開口も可能である。
前記蛍光体は、開口を有し、
該開口は、前記透過ポンプ光を、少なくとも一部が前記蛍光体により変換されないようにして、前記整合素子の方に誘導するように適合される。開口は、蛍光体の底部側から上部側まで、すなわち整合素子の方に向かって延伸し、および／または光エミッタの出力部まで延伸することが好ましい。しかしながら、整合素子および／または光エミッタの出力部まで、光が誘導される限り、蛍光体の表面側から整合素子の表面まで延伸する開口も可能である。
本発明の好適実施例では、前記整合素子は、屈折光素子および／または回折光素子に対応する。整合素子は、ホログラフィック素子および／またはフォトニック結晶を有することが好ましい。ホログラフィック素子および／またはフォトニック結晶は、例えば、ポンプ光、例えばレーザ光の光強度の角度分布は大きく影響されるものの、例えば蛍光の光強度のランバート角度分布にはあまり影響されないように、容易に設計することができる。
本発明の好適実施例では、屈折光素子および／または回折光素子に対応する整合素子は、所定の形状を有することが好ましい。これは、自動車の照明のような、複雑な光分布が必要となる各種照明用途において、有意である。例えば、道路上では、ビームは、特定の形状を有する必要がある。一方、アパーチャレスな光が遮蔽される使用に比べて、蛍光体によって生成された光の全量を使用できるこことが好ましい。これは、特に、装飾用照明用途において、有意である。
換言すれば、整合素子に含まれる所定の形状は、形状化構造を有する整合素子の放射表面によって実現される。
本発明の好適実施例では、前記蛍光体は、所定の光散乱性を有し、好ましくは低光散乱性を有する。整合素子は、複数の領域を有し、および／または整合素子は、機械的に可動であることが好ましい。整合素子は、電気的に切り替え可能な光特性を有することが好ましい。
本発明の好適実施例では、整合素子は、ゾルゲル材料および／またはシロキサンのような、高い光安定性を示す材料を有する。
本発明の好適実施例では、当該光エミッタは、さらに、光誘導ユニットを有し、
該光誘導ユニットは、前記ポンプ源の出力部、および／または当該光エミッタの出力部に配置され、
前記光誘導ユニットは、所定の方向に光を誘導するように適合される。「光を誘導する」と言う用語は、所定の方向に向かって、光の少なくとも一部を反射し、および／または所定の方向に、光の少なくとも一部を平行化し、および／または焦点化することを意味することに留意する必要がある。光誘導ユニットは、光を反射するように適合された反射器、および／または焦点化するよう適合された焦点化ユニットを有し、および／または光を平行化することが好ましい。
該光誘導ユニットは、前記ポンプ源の出力部、および／または当該光エミッタの出力部に配置され、
前記光誘導ユニットは、所定の方向に光を誘導するように適合される。「光を誘導する」と言う用語は、所定の方向に向かって、光の少なくとも一部を反射し、および／または所定の方向に、光の少なくとも一部を平行化し、および／または焦点化することを意味することに留意する必要がある。光誘導ユニットは、光を反射するように適合された反射器、および／または焦点化するよう適合された焦点化ユニットを有し、および／または光を平行化することが好ましい。
本発明の第2の態様では、前述の目的は、携帯電話およびカメラのようなビデオフラッシュ用途における、本発明の好適実施例による光エミッタの使用方法によって達成される。また、この用途は、オフィス照明、家庭照明、商店照明、アクセント照明、映画館照明、装飾照明等に使用されても良い。
本発明の第3の態様では、前述の目的は、自動車のヘッドライト用途および／または自動車のランプ用途における、本発明の好適実施例による光エミッタの使用方法によって達成される。
本発明の第4の態様では、前述の目的は、
所定の角度色点分布を有する光を形成する方法であって、
a）蛍光体の少なくとも一部に照射し、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を得るステップと、
b）前記蛍光体を通過して進行し、前記光エミッタの出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体により放射され、光エミッタの出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するステップであって、これにより、前記所定の角度色点分布を有する光が形成されるステップと、
を有する方法によって達成される。
所定の角度色点分布を有する光を形成する方法であって、
a）蛍光体の少なくとも一部に照射し、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を得るステップと、
b）前記蛍光体を通過して進行し、前記光エミッタの出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体により放射され、光エミッタの出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するステップであって、これにより、前記所定の角度色点分布を有する光が形成されるステップと、
を有する方法によって達成される。
本発明の好適実施例では、当該方法は、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有し、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布の少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合する。
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有し、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布の少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合する。
本発明の別の好適実施例では、当該方法は、
非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有する。
非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有する。
本発明の好適実施例では、当該方法は、透過ポンプ光の少なくとも一部を、蛍光体によって変換させずに、整合素子に誘導するステップを有する。
蛍光体は、低光散乱性を示すことが好ましい。低光散乱性蛍光体は、蛍光体を通過した光ビームが、実質的に小さな角度光散乱性を示すような、所定の特性を有することが好ましい。すなわち散乱角度は、10゜未満であることが好ましい。蛍光体が大きな角度まで散乱性を示す場合、ビームの散乱部に対する、ビームの誘導部、すなわちビームの未散乱部の総強度比は、1よりも大きいことが好ましい。
本発明の思想は、それぞれ、光エミッタまたは光源を提供することであり、「テーラーメイドの」多次元色点分布を有する高強度光源が好ましい。自動車の照明用途では、快適性および安全性のため、複雑な光分布が望ましい。本発明では、多目的光源が提供されることが好ましく、これは、好ましくは蛍光体を貫通するレーザのような、平行化高強度光源を使用することが好ましい。例えば、青色光の部分は、変換されることが好ましく、および／または透過レーザビームは、屈折および／または回折素子を通過することが好ましく、これにより、レーザ光に所望の光分布が形成されることが好ましい。レーザビームの部分変換により生じることが好ましい光を、レーザビームの変換された光分布に重ね合わせることにより、所望のいかなる色点分布も得られることに留意する必要がある。この方法では、角度の関数として、完全なまたはほぼ一定な白色点を得ることができる。
まとめると、本発明では、好ましくは透明蛍光体セラミックと組み合わされた、レーザのような、平行化点光源が提供されることが好ましく、このセラミックは、好ましくは、屈折および／または回折素子を有し、この素子は、光エミッタの出力部に、レーザ光のランバート分布を誘起することが好ましい。「誘起する」と言う用語は、各素子、すなわちレーザならびに屈折および／または回折光素子の角度光強度分布が整合され、ほぼ完全な非角度依存性色点光源が得られることを意味する。そのような光エミッタは、携帯電話および／またはカメラのようなビデオフラッシュにおいて好ましい。好ましくはレーザのような高強度ポンプ源を用いて、好ましくは蛍光体のような光変換材料と組み合わせて、いかなる所望の色点パターンを形成しても良い。また、蛍光体での光の平行性を調節して、蛍光体からの光の平行化に影響を及ぼすことも可能である。このためには、透明セラミック蛍光体を使用することが必要となる。
また、本発明の別の態様では、本発明の目的は、出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタによって達成される。この光エミッタは、蛍光体およびポンプ源を有し、ポンプ源は、蛍光体の少なくとも一部に、ポンプ化光を放射するように適合され、蛍光体は、吸収されたポンプ化光の光変換により、蛍光を放射するように適合される。蛍光体は、表面での出力部を介して、得られる形状化光パターンが放射されるように形状化される。蛍光体の形状は、基本的な幾何学形態、描写的パターン、文字および単語など、いかなる所望の形態またはパターンであっても良い。蛍光体の形状は、自動車用ヘッドライトの光ビームの所望の形状を反映する。また、形状化蛍光体は、整合素子またはその一部となり得る反射マトリクスに、優先的に配置されても良い。蛍光体が照射される底部表面は、固体状照明装置の上部に配置されても良い。蛍光体の底部表面の照射にレーザが使用される場合、反射器が使用されても良い。反射器は、レーザ波長を選択的に透過し、蛍光体からの光を反射する。
また、これに代えてまたはこれに加えて、蛍光体上での光の平行性を調節することにより、蛍光体からの光の平行性に影響を及ぼすことも可能である。このためには、透明なセラミック蛍光体を使用することが必要となり、初期平行レーザビームを発散レーザビームに再形状化するため、レーザと蛍光体の間に、転換素子が配置される。このため、転換素子を使用せずに得られる蛍光体放射の平坦上部強度パターンは、優先的に、より均一なランバート分布を有するよう再形状化される。
ある強度分布、例えばホットスポット分布を形成する必要があるとき、この目的のため、蛍光体の照射の際に所望の強度分布を示すように、レーザビームが形状化される。その結果、放射光の特別な強度プロファイルが得られる。
好適実施例では、蛍光体は、反射性マトリクス内に配置され、一つの形状の表面のみが、光放射に対して開放される。蛍光体が照射される側の底部表面は、ポンプ光放射装置の上部に、直接配置されても良い。蛍光体照射にレーザが使用される場合、底部表面では、レーザ波長を選択的に透過し、蛍光体からの光を反射する反射器が使用され得る。また、これとは別にまたはこれに加えて、蛍光体が側面から照射されるような幾何形状を使用することも可能である。
発光蛍光体材料は、低散乱性セラミック蛍光体であることが好ましい。本発明の他の好適実施例では、発光材料は、ガーネットおよび窒化物から選択され、それぞれ、3価のセリウムまたは2価のユーロピウムによってドープされることが好ましい。ガーネットの実施例は、Ａ3Ｂ5Ｏ12ガーネットを有し、ここで、Aは、イットリウムおよび／またはルテチウムを有し、Bは、アルミニウムを有する。そのようなガーネットは、セリウム（Cs）、プラセオジム（Pr）、またはセリウムとプラセオジムの組み合わせでドープされることが好ましい。特に、Ceが好ましい。Bは、アルミニウム（Al）を有することが好ましい。本発明の他の好適実施例では、Bは、好ましくはAlの最大約20％まで、より好ましくはAlの最大約10％まで、ガリウム（Ga）、および／またはスカンジウム（Sc）、および／またはインジウム（In）を含み、すなわちBイオンは、Alの90以上のモル％、またはGa、Sc、およびInの1または2以上よりも少ないモル％を有する。
Bは、最大約10％のガリウムを有することが好ましい。BとOは、少なくとも一部がSi、Nに置換されても良い。元素Aは、イットリウム（Y）、ガドリニウム（Gd）、テルビウム（Tb）、およびルテチウム（Lu）を含む群から選定されることが好ましい。また、Gdおよび／またはTbは、Aの最大約20％存在することが好ましい。ガーネット発光材料は、（Y1-xLux）3B5O12：Ceを有することが好ましい。ここで、ｘは、0以上、1以下である。「：Ce」と言う用語は、発光材料中の金属イオンの少なくとも一部（すなわち、ガーネット：「A」イオンの部分）は、Ceによって置換されていることが好ましいことを表す。例えば、（Y1-xLux）3A5O12：Ceの場合、Yおよび／またはLuの一部は、Ceによって置換される。この表記は、当業者には良く知られている。通常、Ceは、10％未満の量で、Aと置換される；通常、Ce濃度は、0.1%〜4%の間の範囲にあり、特に、0.1％〜2％の範囲にある（Aに対して）。1％のCeおよび10％のYを仮定すると、全体の正確な化学式は、（Y0.1Lu0.89Ce0.01）3Al5O12となる。ガーネット内のCeは、当業者には良く知られているように、3価の状態であることが好ましい。
赤の発光材料は、（Ba，Sr，Ca）S：Eu、（Ba，Sr，Ca）AlSiN3：Eu、および（Ba，Sr，Ca）2Si5N8：Euを含む群から選定された材料を有することが好ましい。これらの化合物において、ユーロピウム（Eu）は、好ましくは2価であり、1または2以上の示された2価のカチオンと置換される。通常、Euは、カチオンの10％を超えては存在せず、カチオンに対して、好ましくは約0.5から10の間で、より好ましくは約0.5から5％の間で、置換される。「：Eu」と言う用語は、金属イオンの一部がEu（例えばEu2+）によって置換されたことを意味する。例えば、CaAlSiN3：Eu中に2％のEuがあると仮定すると、正確な一般式は、(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3となる。2価のユーロピウムは、前述の2価のアルカリ土類カチオンのような、2価のカチオンと置換されることが好ましく、これは、Ca、SrまたはBaであることが好ましい。
材料（Ba，Sr，Ca）S：Euは、MS：Euと表される。ここでMは、バリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）、およびカルシウム（Ca）を含む群から選定される元素を有する。Mは、この化合物中に、カルシウムもしくはストロンチウム、またはカルシウムおよびストロンチウムを有し、これは、カルシウムであることが好ましい。ここで、Euが導入され、M（すなわちBa、SrおよびCa）の少なくとも一部と置換されることが好ましい。また、材料（Ba，Sr，Ca）2Si5N8：Euは、M2Si5N8：Euとも表される。ここで、Mは、バリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）、およびカルシウム（Ca）を含む群から選定される元素を有する。この化合物において、Mは、Srおよび／またはBaを含むことが好ましい。別の好適実施例では、Mは、Srおよび／またはBaを有し（Euの存在を無視する）、これは50％から100％Baであることが好ましく、50から90％Baであることがより好ましく、50％から0％Srであり、Ba1.5Sr0.5Si5N8：Eu（すなわち75％Ba、25％Sr）のような、50％から10％のSrであることが最も好ましい。ここで、Euが導入され、Mの少なくとも一部、すなわち少なくともBa、SrおよびCaの一つと置換されることが好ましい。
同様に、材料（Ba，Sr，Ca）AlSiN3：Euは、MAlSiN3：Euと表され、ここでMは、バリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）、およびカルシウム（Ca）を含む群から選定される元素を有する。この化合物において、Mは、カルシウムもしくはストロンチウム、またはカルシウムおよびストロンチウムを含むことが好ましく、これはカルシウムであることがより好ましい。ここで、Euが導入され、M（すなわちBa、Sr、およびCaの少なくとも一つ）の少なくとも一部と置換されることが好ましい。BaMgAl10O17：Eu2+（BAM）は、青色発光に適した材料を含む。
立方晶結晶構造を有する無機蛍光体は、多結晶状態においても高透過性の点で、最も好ましい。また、ジフルオロ−ボラインダセン系（BODIPY）、フルオロセイン色素、フルエレン（fluerene）誘導体、クマリン色素、キサンチン色素、ピロメテン−BF2（P−BF2）錯体、スチルベン誘導体、ローダミン色素、ペリレン色素、およびランタニド（III）b−ジケトナート錯体のような発光有機金属錯体のような、有機発光微小分子がドープされたポリメチルメタクリレートのような、高透過性高分子を使用することが好ましい。ポリフェニレンビニレン（PPV）の誘導体、ポリフェニル、およびポリフルエレン（fluerene）、ならびにこれらのコポリマーおよび混合物のような、発光高分子を使用することも可能である。
本発明の好適実施例は、独立請求項に対する従属請求項のいかなる組み合わせであっても良いことを理解する必要がある。
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に示す実施例を参照することで明らかになる。
しかしながら、図面は、単に説明目的で示されており、本発明を限定する意図はないことを理解する必要がある。
図4には、本発明の第1の好適実施例による、所定の角度色点分布を有する光エミッタを示す。本発明では、ポンプ源1、レーザのような高強度ポンプ光源、が使用される。レーザ光のような高平行化ポンプビームは、低光散乱性を示す蛍光体2を介して進行し、レーザ光の少なくとも一部の角度光強度分布は、変化しない。従って、ポンプレーザは、セラミック蛍光体2と組み合わされる。ポンプ源1は、蛍光体2の少なくとも一部に、光放射線を放射するように適合される。蛍光体2の上部の少なくとも一部には、整合素子4として、屈折および／または回折光部材が配置される。本発明の第1の好適実施例では、整合素子4は、ホログラフィック素子である。整合素子4は、蛍光体2の上方に配置され、図4に概略的に示すように、レーザ光から、いかなる所望の光分布もほぼ得ることができる。
図5には、本発明の第2の好適実施例による、角度色点分布を有する光エミッタを示す。屈折および／または回折光素子のような整合素子4は、整合素子4の少なくとも一部を通るレーザの強度パターンの角度依存性が、蛍光体2からの放射の角度強度依存性と整合するように設計される。図5aには、ポンプ源1を示すが、このポンプ源は、蛍光体2の一部に直接照射する。図5bには、整合素子4を示すが、この整合素子は、蛍光体2の上部に配置される。本発明の第2の好適実施例では、図5bに示すように、整合素子4と蛍光体2の間に、空気ギャップが配置される。この方法では、角度に依存しない色点を有する白色光源が提供され、これは、カメラフラッシュや一般的な照明用途のような、ある用途では望ましい。
図6には、ビームが整合素子を通過した後の、ほぼ等しい角度光強度分布を示す。これにより、本発明の第2の好適実施例による光エミッタに、一定の色点が得られる。蛍光体からの強度分布と、整合素子を通過した後のレーザからの強度分布は、それぞれ、図6において、参照符号6、7で示されている。
自動車の照明用途では、快適性および安全性のため、より複雑な角度光強度分布が要望される場合がある。例えば、前方方向においては、光は、良好な視認性のため白色であり、左に対しては、ドライバの死角を回避するため、より黄色であり、右に対しては、道路標識の視認のため、より青色である。ここでも、図5bに示すような光エミッタが使用される。そのような光エミッタは、前述の要求を満たすような、レーザ光の光分布パターンが提供されるように設計することができる。図7には、本発明の第3の好適実施例を示す。図には、前述の条件を満たすための、レーザからの必要な光強度分布が概略的に示されている。レーザからの光パターンと蛍光体からの光パターンが組み合わされると、−40゜から40゜の角度範囲において、白色光が得られ、右に対して40゜から90゜の間の範囲では、より青色の光が得られ、−40゜から−90゜の間の範囲では、より黄色の光が得られる。
前述の光エミッタは、反射器、レンズのような焦点化ユニット、および／またはそのような素子の組み合わせを有する光誘導ユニットのような、他の光エミッタと組み合わせることができ、これらは、床および／または道路のような所望の表面に、パターンを結像するように適合される。図8には、本発明の第4の好適実施例による、所定の角度色点分布を有する光エミッタを示す。図8には、光誘導ユニット5が示されており、このユニットは、床に対する表面に、光を誘導し、および／または光を結像するように適合される。図8の左部分に示すように、光誘導ユニット5は、ポンプ源1の出力部に配置される。光誘導ユニット5は、ミラーのような反射器を有する。図8の右側に示されているように、光誘導ユニット5は、光エミッタの出力部に配置される。本発明の第4の好適実施例による光誘導ユニット5は、レンズのような焦点化ユニットを有する。
前述の整合素子は、蛍光体2の全表面または表面の一部を被覆しても良い。レーザビームならびに回折および／または屈折光素子は、異なる方法で組み合わされ得る。本発明の第5の好適実施例が示された図9に示すように、レーザ光は、蛍光体2によって、一部が変換されても良い。本発明の第5の好適実施例では、蛍光体2は、「孔」のような開口を有し、この開口は、ポンプ源1によって放射された光放射線の少なくとも一部が、蛍光体2により変換されずに、整合素子4の方に誘導されるように適合される。この状態は、図9の左および上に示されている。本発明の他の好適実施例では、「孔」は、蛍光体2または蛍光体層の端部に関する。本発明の第5の好適実施例では、表面の一部のみが、回折および／または屈折光素子によって覆われる。
図10には、本発明の第6の好適実施例を示す。ここでは、蛍光体2の全表面は、整合素子4によって覆われている。本発明の他の好適実施例では、整合素子4によって構成された回折および／または屈折光素子は、蛍光体の上部にパターン化される。図10に示すように、焦点化ユニット5のような、別の素子を使用することもできる。焦点化ユニット5は、本発明の第6の好適実施例では、レンズに対応し、これは、ポンプ源1の出力部に直接設置される。
図11には、本発明の第7の好適実施例による、角度色点分布を有する光エミッタを示す。屈折および／または回折光素子のような、図4に示したような配置における整合素子4は、該整合素子4が、所定の形状を有するように設計される。例えば、整合素子4は、所定の形状化構造を含む放射表面を有する。この構造は、例えば、図11に示すような星形五角形のような幾何形状を有しても良い。しかしながら、整合素子4は、例えば、自動車の照明に要求されるような、複雑な形状を有しても良い。また、蛍光体2は、この構成と同様の形状にすることができる。また、複数の整合素子を相互に積層することも可能である。
本発明の別の実施例では、整合素子は、複数の領域を有する。好ましくは各時間の、整合素子の機械的な移動により、整合素子の異なる部分が、透過ポンプ光にさらされても良い。この方法では、光源からの色点分布を制御することができる。
本発明のさらに別の好適実施例では、液晶、懸濁粒子、エレクロウェッティング、電気泳動系装置のような、電気的に調整可能な光特性を有する整合素子が使用される。この方法では、光源からの色点分布は、電気的に制御される。
前述の図面および実施例では、蛍光体と組み合わせた、単一のレーザビームの使用が示された。しかしながら、色およびビーム径などの放射特性が異なる複数のレーザポンプビームのような、複数のポンプビームを使用することも可能であり、これにより、所望の色分布効果を得ることができる。
図面および前述の記載において、本発明の詳細について示したが、そのような表示および記載は、説明用の一例であって、限定的なものではない。本発明は、開示の実施例によって限定されない。
当業者には、図面、明細書、および特許請求の範囲の精査から、請求項に係る発明を実施する際に、示された実施例に対する他の変更が理解される。請求項において、「有する」と言う用語は、他の素子またはステップを排斥するものではなく、「一つの」という用語は、複数の存在を排斥するものではない。単に、ある手段が相互に異なる従属項に記載されていることから、これらの手段の組み合わせが有意に使用できないと解してはならない。請求項において、参照符号は、発明の範囲を限定するものと解してはならない。
Claims (15)
- 出力部を介して、所定の角度色点分布を有する光を放射するように適合された光エミッタであって、
蛍光体およびポンプ源を有し、
前記ポンプ源は、前記蛍光体の少なくとも一部に、ポンプ光を放射するように適合され、
前記蛍光体は、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を放射するように適合され、
前記蛍光体と当該光エミッタの前記出力部の間の少なくとも一部に配置された、整合素子が提供され、
該整合素子は、前記蛍光体を通過して進行し、当該光エミッタの前記出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体によって放射され、当該光エミッタの前記出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するように適合されることを特徴とする光エミッタ。 - 前記整合素子は、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合され、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布は、少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合することを特徴とする請求項1に記載の光エミッタ。 - 前記整合素子は、非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するように適合されることを特徴とする請求項1に記載の光エミッタ。
- 前記蛍光体は、開口を有し、
該開口は、前記透過ポンプ光を、少なくとも一部が前記蛍光体により変換されないようにして、前記整合素子の方に誘導するように適合されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。 - 前記整合素子は、屈折光素子および／または回折光素子に対応することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。
- 前記整合素子は、所定の形状を有することを特徴とする請求項5に記載の光エミッタ。
- 前記蛍光体は、所定の光散乱性を有し、好ましくは低光散乱性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。
- 前記整合素子は、複数の領域を有し、および／または
前記整合素子は、機械的に可動であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。 - 前記整合素子は、電気的に切り替え可能な光学特性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。
- さらに、光誘導ユニットを有し、
該光誘導ユニットは、前記ポンプ源の出力部、および／または当該光エミッタの出力部に配置され、
前記光誘導ユニットは、所定の方向に光を誘導するように適合されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光エミッタ。 - 請求項2に記載の光エミッタを、携帯電話およびカメラのような、ビデオフラッシュ用途に使用する方法。
- 請求項3に記載の光エミッタを、自動車のヘッドライト用途および／または自動車のランプ用途に使用する方法。
- 所定の角度色点分布を有する光を形成する方法であって、
a）蛍光体の少なくとも一部に照射し、吸収されたポンプ光の光変換によって、蛍光を得るステップと、
b）前記蛍光体を通過して進行し、前記光エミッタの出力部に向かう前記透過ポンプ光の光強度に対する、前記蛍光体により放射され、光エミッタの出力部に向かう蛍光の光強度の比を調節するステップであって、これにより、前記所定の角度色点分布を有する光が形成されるステップと、
を有する方法。 - 前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有し、
前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布の少なくとも一部が、前記蛍光の前記角度光強度分布と整合することを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 非対称な角度色点分布が得られるように、前記透過ポンプ光の前記角度光強度分布を調節するステップを有することを特徴とする請求項13に記載の方法。
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